JP2021520066A - 微生物を不活性化するためのマルチ発光体 - Google Patents

Abstract

微生物を不活性化するマルチ発光デバイスを、ここに開示する。本デバイスは、少なくとも２つの発光体と、発光体からの光の少なくとも一部分を変換するように配置される少なくとも１つの光変換材料とを含む。発光体から放射される全ての変換されない光と、少なくとも１つの光変換材料から放射される変換された光は、混合して合成光を形成し、合成光は、白色である。ある態様において、発光体は、少なくとも１つの青色発光体と、少なくとも１つの紫色発光体とを含む。別の態様において、発光体は、１つの青色発光体と、ほぼ黄色〜赤外光の範囲内の１つの発光体を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年３月２９日に出願された、「ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＥＲ ＦＯＲ ＩＮＡＣＴＩＶＡＴＩＮＧ ＭＩＣＲＯＯＲＧＡＮＩＳＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，１２７号明細書の利益及びこれに対する優先権を主張するものである。該出願の内容は、参照によりその全体が明示的に開示に含まれる。

本開示は、白色又は白色の色相として知覚され得る光を放射することができるマルチ発光デバイス、より具体的には、白色又は白色の色相として知覚され得る光を放射すると同時に微生物を不活性化させることができるマルチ発光デバイスに関する。

発光デバイスは、大部分の屋内占有環境におけるエリア、当該エリア内で完了される作業、及び当該エリアの占有者及びオブジェクトの照明を提供するための基本的な必需品である。屋内用の照明技術には、他の多くの技術の中でもとりわけ、白熱電球及びハロゲン球から、蛍光灯及び発光ダイオード（ＬＥＤ）電球及びデバイスまで、様々なものがある。これらの照明技術のこれまでの主たる目的は、オブジェクトの異なる色、テクスチャ及び特徴を人に心地よい方法で効果的に照らすことができる、人によって所謂「白色」光として観察され得る光を提供することにある。

照明には、商業的に多くの技術が使用されているが、有効原価の観点から効率的で高品質の白色光照明を提供する技術としてＬＥＤ照明が発展している。全般照明用の一般的なＬＥＤの中には、青色光を放射するように励起され、かつこの青色光の一部分を黄色波長などの光波長へ変換するために、セリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）などの蛍光体材料と組み合わされる半導体接合を用いるものがある。適切にバランスがとられた半導体接合及び蛍光体材料から放射される合成光は、白色又は白色の色相として知覚される。青色発光半導体は、現在、（別の色の光を放射する発光半導体に比較して）高効率、比較的低いコスト、及び全体的な光スペクトルに対して青色が寄与する比較的望ましい利点を含む、多くの理由で使用されている。

代替的なＬＥＤ技術の中には、青色光の代わりにＵＶ、近ＵＶ又は紫色光を放射する半導体接合を用いるものがある。青色光、紫色光又はＵＶ光の一部を他の波長の光に変換するために、蛍光体材料が組み合わされ、２つの成分は、白色又は白色光の色相を提供するために適切にバランスがとられる。紫色ＬＥＤは、効率及びコストパフォーマンスが典型的に低いことから使用頻度が低いが、演色評価数（ＣＲＩ）のような一部の基準に沿った十分な視覚的品質の光を提供できることが商業的に示されている。

これらのＬＥＤ技術の双方を用いて、放射される放射光の比較的高い発光効率を達成することと、放射される放射光の望ましい色特性（ＣＲＩ、相関色温度（ＣＣＴ）、色域、他）を達成することとのバランスがとられる。言い替えれば、照明デバイスから放射される合成光のスペクトルは、人の目の分光感度に関連して、所望される色特性の犠牲を最小限に抑えながら高効率を達成するように選択される。

放射光を様々に利用する追加的なパフォーマンスファクタを念頭に、代替的な光源が作製されてきた。園芸、健康、暖房及び消毒用の照明器具及び照明デバイスが実現されている。これらの照明器具及び照明デバイスは、放射光の発光効率に合わせて調整されることに加えて、追加のパフォーマンスファクタを達成すべく所定の放射光領域の出力を高めるように調整される。

これらの照明器具及び照明デバイスは、光化学、光生物学、放射エネルギー、その他光の様々な代替機能を用いることにより、二重機能又はマルチ機能の照明を提供する。典型的には、追加機能の吸収スペクトル又は活性化スペクトルに整合する特定の領域に対して、放射エネルギー出力の最適化が図られる。たとえば、園芸用の照明器具及び照明デバイスの場合、葉緑素及び他の植物ベースの光活性化機構の吸収スペクトル又は活性化スペクトルに整合する光を放射するための最適化が図られる。概日リズムを支援するための照明器具及び照明デバイスは、メラトニンの吸収スペクトル又は活性化スペクトルに整合する光を放射するための最適化が図られる。

マルチ機能用に発光するこれらの照明器具及び照明デバイスでは、許容レベルの各機能を達成するように、発光をバランスさせることができる。機能の１つは、（たとえば、マルチ機能の照明器具及び照明デバイスが、人が占有する空間で用いられる場合の）全般照明であってよく、この場合、放射光の比較的高い発光効率を達成することは、放射光の望ましい色特性を達成することだけでなく、１つ又は複数の他の機能を許容可能なレベル又は望ましいレベルまで到達させることとのバランスもとられる。

マルチ機能用の光を放射するデバイスの別の機能は、消毒（微生物の不活性化）であってよく、この場合、紫色の消毒光（たとえば、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ）の使用が望ましい。先に述べたように、ＬＥＤを用いて白色光を生成する現行方法は、ベース発光体として青色光（たとえば、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍ）を放射する半導体ダイを用いることが極めて多く、その時、青色光は、青色光の少なくとも一部分が波長変換層を通過した後に白色光スペクトルに変換される。この既存の白色光スペクトルに紫色光を追加するだけでは、屋内照明用の視覚的に魅力のある、又は視覚的に許容可能な白色光は生成されず、代わりに望ましくない紫色の色相の光が生じる。紫色の消毒光を含む望ましい白色光を生成するためには、色の適正なバランスが要求される。

本明細書に提示する開示の実施形態は、微生物を不活性化するための発光デバイスを含むことができ、該発光デバイスは、少なくとも２つの発光体を含み、少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、少なくとも２つの発光体のうちの１つ又は複数は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成される少なくとも１つの発光体が光変換材料を含まないことを除いて、所与の発光体から放射される光の直接経路内に配置される光変換材料を含み、各光変換材料は、所与の発光体から放射される光の波長をそれとは異なる波長に変換するように配置され、かつ光変換材料を通過しないあらゆる発光体からの光は、各光変換材料から放射される光と合成されて白色光を形成する。

本明細書に提示する開示の実施形態は、微生物を不活性化するための発光デバイスを含むことができ、該発光デバイスは、少なくとも２つの発光体を含み、少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、少なくとも２つの発光体は各々、所与の発光体から放射される光の直接経路内に配置される光変換材料を含み、各光変換材料は、所与の発光体から放射される光の波長をそれとは異なる波長に変換するように配置され、かつ光変換材料を通過しないあらゆる発光体からの光は、各光変換材料から放射される光と合成されて白色光を形成する。

本明細書に提示する開示の実施形態は、微生物を不活性化するための発光デバイスを含み得、該発光デバイスは、少なくとも２つの発光体を含み、少なくとも１つの第１の発光体は、５６０〜１４００ナノメートル（ｎｍ）の範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、該少なくとも１つの第１の発光体は、該少なくとも１つの発光体から放射される光の直接経路内に、放射光の波長を３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長に変換するように配置されるアップコンバートのナノ粒子層を含み、少なくとも１つの第２の発光体は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、該少なくとも１つの第２の発光体は、該少なくとも１つの第２の発光体から放射される光の直接経路内に存在するように配置される少なくとも１つの光変換材料を含み、各光変換材料は、少なくとも１つの第２の発光体から放射される光の波長をそれとは異なる波長に変換するように配置され、少なくとも１つの第１及び第２の発光体からの光は、合成されて白色光を形成する。

本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、本開示の様々な態様についての、本開示の様々な態様を描いた添付の図面と合わせた下記の詳細な説明から、より容易に理解されるであろう。

図１は、青色発光体と紫色発光体との組合せを有する発光デバイスを示し、少なくとも１つの紫色発光体は、光変換材料で覆われないままである。 図２は、青色発光体と紫色発光体との組合せを有する別の発光デバイスを示し、少なくとも１つの紫色発光体は、光変換材料で覆われないままであり、かつ光変換材料が上に配置されている発光体は全て、青色発光体である。 図３は、青色発光体と紫色発光体との組合せを有する別の発光デバイスを示し、少なくとも１つの紫色発光体は、光変換材料で覆われないままであり、光変換材料が上に配置されている全ての発光体は、青色発光体と紫色発光体との組合せである。 図４は、青色発光体と紫色発光体との組合せを有する別の発光デバイスを示し、発光体は全て、上に光変換材料が配置されている。 図５は、図１のものに類似する別の発光デバイスを示しているが、発光体及び光変換材料を包含するレンズを備えている。 図６は、図５のものに類似する別の発光デバイスを示しているが、発光体及び光変換材料を包含する封止材を備えている。 図７は、ＣＩＥ １９３１ ｘ，ｙ座標系を用いる米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｃ７８．３７７−２０１７白色光規格図を示し、本開示の一部の実施形態における発光デバイスに関わる色座標領域である、選択されたＣＣＴにおいて、許容されるｘ−ｙ座標が示されている。 図８は、本開示の一部の実施形態における発光デバイスの、所望される相対効率と光の波長との関係を示す、明所比視感度グラフ（目の色感度グラフ）である。

図面が縮尺通りでない場合があることに留意されたい。図面は、単に開示内容の典型的な態様の描写を意図したものであり、よって、開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。諸図において、類似の付番は、図面間での類似の要素を表す。詳細な記述は、図面を参照して、本開示の実施形態を利点及び特徴と共に、例示として説明するものである。

様々な実施形態によれば、白色又は白色の色相として知覚され得る光を放射することができ、かつ同時に、少なくとも幾分かの微生物の不活性化に関連づけられる特定の波長を有する所定の濃度の光を放射することができる、マルチ発光デバイスが開示される。本開示の様々な実施形態は、ＡＮＳＩ規格により白色光として定義され得る消毒用白色光スペクトルを生成する代替的かつより効率的な方法を提供する。

本開示の実施形態において、発光デバイスは、少なくとも２つの発光体（たとえば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、半導体ダイ、レーザ）と、発光体から放射される光が光変換材料内へ方向づけられることが可能であり、かつ光変換材料内へ方向づけられるこの光の少なくとも一部分が光変換材料によって異なる性質（たとえば、異なるピーク波長）を有する光に変換されることが可能であるように構成される、１つ又は複数の光変換材料（たとえば、蛍光体、蛍光増白剤、量子ドット、燐光物質、蛍光色素、蛍光染料、導電性ポリマー）とで構成される。光は、光変換材料による光の吸収によって、異なる性質（たとえば、異なるピーク波長）の光を放射するように光変換材料を励起又は活性化させることで変換されることが可能である。

発光体、及び１つ又は複数の光変換材料は、図１〜図３に示す本開示の第１の態様の実施形態、図４に示す本開示の第２の態様の実施形態、及び同じく図４に示す本開示の第３の態様の実施形態などの方式であって、但しこれらに限定されない多くの異なる方式で構成されてもよい。本開示の発光デバイスは、図７〜図８に示すように、光学系（たとえば、レンズ）、反射体又は他の組立部品若しくは材料（たとえば、封止材）によって変更されることが可能であり、これにより、発光デバイスにより放射される合成光を白色又は白色の色相として知覚させることを容易にできる。

本開示の第１の態様において、発光デバイスは、少なくとも２つの発光体、たとえば少なくとも２つの半導体ダイ、を含み、少なくとも１つの半導体ダイは、３８０〜４２０ナノメートルの範囲内の紫色光を放射し、かつ光変換材料によって覆われず、この紫色波長がそのまま放射されることを可能にし、一方で他の少なくとも１つの半導体ダイは、４４０〜４９５ナノメートルの範囲内の青色光を放射し、かつ少なくとも１つの光変換材料で覆われる。光変換材料を通過する青色光は、オフホワイトの出射光を生成し、この出射光は、覆いのない半導体ダイから放射される紫色光と合成されて高品質の消毒用白色光を生成する。オフホワイトの出射光は、特定比率の紫色光と混合されると確実に高品質の白色光が生成されるように選択される光変換材料の組合せを用いて、慎重に設計される。座標が国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図の黒体曲線（後述する図９参照）より下に存在する紫色光と合成されて、黒体曲線上に含まれるか、又は、変化する色温度における白色光の座標範囲を定義する（たとえば、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７が規定する）ＡＮＳＩ四角形の内部に含まれる白色光を形成するためには、オフホワイト光の座標は、ＣＩＥ１９３１色度図の黒体曲線より上にあるべきである。言い替えれば、オフホワイトの出射光座標は、ＣＩＥ１９３１色度図において、
ｙ＝−２．５７８６２ｘ^２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
として定義される境界線より上であるべきである。さらに、オフホワイト光は、光変換材料を含まない少なくとも１つの発光体から放射され、かつ３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の光と合成される。３８０〜４２０ｎｍの範囲内で放射される光は、ＣＩＥ１９３１色度図において、
ｙ＝−２．５７８６２ｘ^２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
として定義される境界線より下の座標で定義される。
先に述べたように、白色光は、ＣＩＥ１９３１色度図において、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７により定義される四角形のうちの１つの内部の座標で定義される。図７を参照されたい。

本開示の第１の態様の一実施形態において、図１は、２つの発光体１０２ａ及び１０２ｂと、光変換材料１０４と、基板１０６とを含む発光デバイス１００を示す。発光体１０２のうちの１つ、すなわち発光体１０２ａは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する青色光を放射し、かつ発光体１０２のうちの１つ、すなわち発光体１０２ｂは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する紫色光を放射する。図１には、発光体１０２が２つしか示されていないが、（３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射する）少なくとも１つの紫色発光体１０２ｂが光変換材料１０４によって覆われないままである限り、発光デバイス１００内には、３つ、４つ、５つ、その他の数の発光体１０２が存在してもよい（たとえば、３つの発光体については図２を、４つの発光体については図３を参照されたい）。

本明細書で使用する発光体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザ及び半導体ダイを含む発光体であって、但しこれらに限定されないあらゆる既知の発光体であり得る。単一のＬＥＤは、各々が１つのＬＥＤパッケージ内の発光体である１つ又は複数の半導体ダイを包含し得る。青色発光体は、４４０〜４９５ｎｍの光波長範囲内にピーク波長／大部分の光出力を有し得る。紫色発光体は、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内にピーク波長／大部分の光出力を有し得る。

本明細書で使用する光変換材料は、所定の光波長を吸収し、かつこれを別の光波長として再放射する能力を有する、広範なカテゴリの材料、物質又は構造体を構成する。光変換材料は、発光材料及び光透過／フィルタリング材料とは異なるものであることに留意すべきである。発光材料は、非紫外−可視−赤外（非ＵＶ−ＶＩＳ−ＩＲ）形式のエネルギーをＵＶ−ＶＩＳ−ＩＲ発光に変換する材料、物質又は構造体／デバイスとして広義に分類されることが可能である。非紫外−可視−赤外（非ＵＶ−ＶＩＳ−ＩＲ）形式のエネルギーは、電気、化学反応／電位、マイクロ波、電子ビーム及び放射性崩壊であってもよいが、これらに限定されない。光変換材料は、媒体内に含まれても、媒体上に堆積されてもよく、それにより光変換媒体となる。光変換材料、光変換媒体、光変換フィルタ、蛍光体、及び光の変換に関する他のあらゆる用語が、開示している光変換材料の例であるという意図は、理解されるべきである。

実施形態によっては、光変換材料は、蛍光体、蛍光増白剤、蛍光体の組合せ、蛍光増白剤の組合せ、又は蛍光体と蛍光増白剤との組合せであってもよい。実施形態によっては、光変換材料は、量子ドット、燐光物質、蛍光色素、蛍光染料、導電性ポリマー、又は任意の１つ又は複数のタイプの光変換材料の組合せであってもよい。

幾つかの蛍光体の例としては、窒化物、ルテチウムアルミニウムガーネット、及びＣａ_２ＰＯ_４Ｃｌ：Ｅｕ^２＋などの、光を各々赤（６２０〜７５０ｎｍ）、緑（４９５〜５７０ｎｍ）及び青（４４０〜４９５ｎｍ）の各波長に変換するものが含まれる。他の可能な蛍光体材料組成物には、アルミン酸塩蛍光体（たとえば、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ストロンチウム、アルミン酸イットリウム）、ケイ酸塩蛍光体、ガーネット蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、硫化カルシウム、Ｃａ_２ＰＯ_４Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、ＬＳＮ（Ｌａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１：Ｃｅ^３＋）、ＬＹＳＮ（（Ｌａ，Ｙ）_３Ｓｉ_６Ｎ_１１：Ｃｅ^３＋）、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋）、ＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋）、ＫＳＦ（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋）、ＣＳＯ（ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋）、β−ＳｉＡｌＯＮ（（Ｓｉ，Ａｌ）_３（Ｏ，Ｎ）_４：Ｅｕ^２＋）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）、ルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ：Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）及びＳＢＣＡ（（Ｓｒ，Ｂａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_１２：Ｅｕ^２＋）が含まれる。

蛍光増白剤は、電磁スペクトルの紫外線領域及び紫色領域のうち少なくとも一方の領域内の光を吸収し、かつ青色領域内の光を再放射する光変換材料（たとえば、化合物）である。蛍光増白剤の幾つかとしては、スチルベン、クマリン、１，３ジフェニルピラゾリン、ナフタレンジカルボン酸、複素環ジカルボン酸、及びケイ皮酸の化学誘導体がある。

特にＯＬＥＤと共に使用するための光変換材料には、たとえば、燐光物質、蛍光色素、蛍光染料、導電性ポリマー及び有機金属蛍光体が含まれる。

量子ドットは、当該量子ドットに電気又は光が印加されると、１つ又は複数の特定波長の光を放射することができるナノメートルサイズの半導体粒子である。量子ドットが放射する光は、量子ドットのサイズ、形状及び材料のうち少なくとも１つを変えることによって正確に調整されることが可能である。光をより短い（すなわち、より高いエネルギーの）波長に変換する量子ドットは、アップコンバートナノ粒子（ＵＣＮＰ）と呼ばれることがある。量子ドットは、当該量子ドットがコア型量子ドット、コアシェル量子ドット、合金量子ドットなどの様々なタイプに分類されることを可能にする、可変性の組成及び構造を有し得る。コア型量子ドットは、内部組成が均一な単一成分材料であって、たとえば、カドミウム、鉛、亜鉛のような金属のカルコゲン化物（セレン化物、硫化物、テルル化物）（たとえば、ＣｄＴｅ又はＰｂＳ）である。コア型量子ドットの光ルミネッセンス特性及び電界発光特性は、微結晶サイズを変えることで微調整することができる。コアシェル量子ドットは、第１の材料の小さい領域（コア）が、第１の材料より広いバンドギャップを有する第２の材料（シェル）で囲まれたものであって、典型的には、向上した量子収率を提供し、たとえば、ＺｎＳシェルに囲まれたＣｄＳｅコアは、５０％を超える量子収率を示す。合金量子ドットは、均一な内部構造及び勾配のある内部構造の双方を含んでいて、微結晶サイズを変更せず、組成及び内部構造を変えることによって光学特性及び電子特性双方の調整を可能にし、たとえば、組成ＣｄＳ_ｘＳｅ_１−ｘ／ＺｎＳ（直径６ｎｍ）の合金量子ドットは、組成を調整することで様々な波長の光を放射することができる。光変換材料は、スケーリング式及び特にスケーリングされない方式の双方で、複数の異なる光波長を吸収し、かつ複数の異なる光波長を放射する能力を有し得る。

蛍光体又は他の光変換材料は、少なくとも図１〜図６に示すように、発光体の直上に堆積されても、発光体から離間されるか、又は発光体から取り外されてもよい。光変換材料は、たとえば、コンフォーマルコーティング、ドープされた封止材若しくはバインダ材料、及びリモート蛍光体として堆積させることができる。少なくとも１つの光変換材料は、異なる、又は同一の比率で完全に均質化されてバルク混合物として使用されてもよいし、又は、少なくとも１つの光変換材料は、一部又は全ての部分を別々に配置又は層化して、混合した場合に適合性がない場合があるか、又は基本的な光を吸収しすぎる場合がある様々な材料の吸収及び放射に影響を与えてもよい。

基板１０６は、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）又はシリコン（Ｓｉ）を含み得るが、この限りではない。基板１０６の下にくるＬＥＤパッケージ基板（不図示）は、たとえば、金属反射カップ及びこれに次ぐエポキシ成形化合物（ＥＭＣ）又はポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）のパッケージを含んでもよい。本明細書に記述している発光体は、紫色光の規定の波長に適する、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）などの材料であって、但しこれらに限定されない、あらゆる既知又は後発の材料を含んでもよい。

本開示の第１の態様の別の実施形態において、図２は、３つの発光体２０２と、光変換材料２０４ａ及び２０４ｂと、基板１０６とを含む発光デバイス２００を示す。図２の実施形態は、図１とは異なり、複数の青色発光体２０２ａが光変換材料２０４で覆われ、複数の青色発光体２０２ａが各々、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の同じ波長を有する光を放射するのに対して、光変換材料で覆われないままの紫色発光体２０２ｂは、異なる波長、すなわち３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長、を有する紫色光を放射する。図２には、発光体２０２が３つしか示されていないが、（３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射する）少なくとも１つの紫色発光体２０２ｂが光変換材料２０４によって覆われないままである限り、発光デバイス２００内には、４つ、５つ、６つ、その他の数の発光体２０２が存在してもよい。同じく図２に示されているように、青色発光体２０２ａは同じものであるが、各発光体２０２ａは、その上に固有の光変換材料２０４を、たとえば、第１の青色発光体２０２ａ上に光変換材料２０４ａ、第２の青色発光体２０２ａ上に光変換材料２０４ｂ、等々、を有する。

本開示の第１の態様のさらに別の実施形態において、図３は、４つの発光体３０２と、光変換材料３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃと、基板１０６とを含む発光デバイス３００を示す。図３の実施形態は、図２とは異なり、光変換材料３０４で覆われる複数の発光体３０２が青色発光体３０２及び紫色発光体３０２の混合体を含み、当該混合体は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射する少なくとも１つの青色発光体３０２ａと、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射する少なくとも１つの紫色発光体３０２ｂとを含む。図２のそれと同様に、図３の実施形態の少なくとも１つの紫色発光体３０２ｂは、光変換材料によって覆われないままであって、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する紫色光を放射する。図３には、４つの発光体３０２が示されているが、（３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射する）少なくとも１つの紫色発光体３０２ｂが光変換材料３０４によって覆われないままである限り、発光デバイス３００内には、３つ、５つ、６つ、７つ、その他の数の発光体３０２が存在してもよい。

本開示の第２の態様において、発光デバイスは、少なくとも２つの発光体、たとえば少なくとも２つの半導体ダイ、を含み、少なくとも１つの半導体ダイは、３８０〜４２０ナノメートルの範囲内の紫色光を放射し、かつ少なくとも１つの他の半導体ダイは、４４０〜４９５ナノメートルの範囲内の青色光を放射し、これらの半導体ダイは各々、少なくとも１つの光変換材料で覆われる。１つ又は複数の光変換材料を出る光は、混合されると確実に高品質の白色光が生成されるように選択される光変換材料の組合せを用いて、慎重に設計される。

本開示の第２の態様の一実施形態において、図４は、２つの発光体４０２と、光変換材料４０４ａ及び４０４ｂと、基板１０６とを含む発光デバイス４００を示す。図４の実施形態は、たとえば、発光デバイス４００内に存在する全ての発光体４０２がその上に光変換材料４０４を含むことにおいて、図１の実施形態とは異なる。同じく図４に示されているように、各発光体４０２は、その上に固有の光変換材料４０４を、たとえば、第１の発光体４０２ａ上に光変換材料４０４ａ、第２の発光体４０２ｂ上に光変換材料４０４ｂ、等々、を有する。図４の実施形態において、発光体４０２のうちの少なくとも１つ、すなわち発光体４０２ａが、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する青色光を放射し、かつ発光体４０２のうちの少なくとも１つ、すなわち発光体４０２ｂが、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する紫色光を放射することに留意されたい。図４には、発光体４０２が２つしか示されていないが、全ての発光体４０２がその上に光変換材料４０４を有する限り、発光デバイス４００内には、３つ、４つ、５つ、その他の数の発光体４０２が存在してもよい。

本開示の第３の態様において、発光デバイスは、少なくとも２つの発光体を含み、少なくとも１つの第１の発光体は、５６０〜１４００ナノメートル（ｎｍ）の範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、該少なくとも１つの第１の発光体は、該少なくとも１つの発光体から放射される光の直接経路内に、放射光の波長を３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長に変換するように配置されるアップコンバートのナノ粒子層（たとえば、適切であれば量子ドット、アップコンバートナノ粒子（ＵＣＮＰ））を含み、かつ少なくとも１つの第２の発光体は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成され、該少なくとも１つの第２の発光体は、該少なくとも１つの第２の発光体から放射される光の直接経路内に存在するように配置される少なくとも１つの光変換材料を含み、各光変換材料は、少なくとも１つの第２の発光体から放射される光の波長を、それとは異なる波長に変換するように配置され、少なくとも１つの第１及び第２の発光体からの光は、合成されて白色光を形成する。

本開示の第３の態様の一実施形態において、図４は、２つの発光体４０２ａ、４０２ｂを含む発光デバイス４００を示す。少なくとも１つの第１の発光体４０４ａは、５６０〜１４００ナノメートル（ｎｍ）の範囲内の波長を有する光を放射するように構成される。第１の発光体４０４ａは、第１の発光体４０４ａから放射される光の直接経路内に、放射される光の波長を３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長に変換するように配置されるアップコンバートのナノ粒子層４０４ａ（たとえば、適切であれば量子ドット又は他のタイプのアップコンバートナノ粒子（ＵＣＮＰ））を含む。少なくとも１つの第２の発光体４０２ｂは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成される。第２の発光体４０２ｂは、第２の発光体４０２ｂから放射される光の直接経路内に存在するように配置される少なくとも１つの光変換材料４０４ｂを含む。各光変換材料４０４ｂは、少なくとも１つの第２の発光体４０２ｂから放射される光の波長を、それとは異なる波長に変換するように配置される。少なくとも１つの第１及び第２の発光体４０２ａ、４０２ｂからの光は、合成されて白色光を形成する。図４には、２つの発光体４０２ａ、４０２ｂしか示されていないが、発光デバイス４００には、３つ、４つ、５つ、その他の数の各タイプの発光体が存在してもよい。発光デバイス４００における任意の数の発光体４０２ａがＵＣＮＰ層４０４ａを含んでいてよく、かつ発光デバイス４００における任意の数の第２の発光体４０２ｂが光変換材料４０４ｂを含んでいてもよい。

先に述べたように、本開示の発光デバイスは、レンズ、封止材、その他のコンポーネントによって変更されることが可能である。図５は、光変換材料７０４ａ及び７０４ｂ並びに発光体７０２ａ及び７０２ｂを含むレンズ７０６が追加された、図４のそれと同様の発光デバイス７００を示す（単に、例示を目的とする）。図６は、光変換材料８０４ａ及び８０４ｂ並びに発光体８０２ａ及び８０２ｂを含む封止材８０６が追加された、図４のそれと同様の発光デバイス８００を示す（単に、例示を目的とする）。

同じく先に述べたように、図７は、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７白色光規格を、選択されたＣＣＴにおいて許容されるｘ−ｙ座標と共に描いたグラフである。この規格は、グラフ形式で描かれているように、７ステップのマクアダム楕円を含み、本開示の幾つかの実施形態における発光デバイスに関する様々な色温度での四角形を示している。ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７規格は、「本規格の目的は、第１に、ソリッドステート照明製品を用いる全般照明による高品質白色光を保証するための推奨色度範囲を指定すること、第２に、製品の白色光色度を消費者へ伝達できるように、所与の許容範囲を含む色度を分類することにある。」と規定している。このように、ＡＮＳＩ規格の文言は、異なるＣＣＴ値における高品質白色光の色度範囲（ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ図、又はＣＩＥ１９７６ｕ’、ｖ’図における「４ステップ」又は「７ステップ」四角形として定義される）を定義しようと試みている。四角形は、ＬＥＤからＬＥＤへの光、又は器具から器具への光もが一致して見えるように、色の一致の境界を設定する。４ステップ又は７ステップの四角形は、光が特定のＣＣＴからどれだけ離れていてもよいか、かつそれでもなおその特定の公称ＣＣＴとされ得るか、を確立する手助けもする。開示されるデバイスは、本開示の実施形態において記述するような、選択された発光体と光変換材料との精密な組合せを通じて、様々な色温度において四角形の境界内に含まれることができる消毒用白色光を可能にする。より具体的には、本開示の発光デバイスから放射される合成された白色光は、ＣＩＥ１９３１色度図に位置する（ｘ，ｙ）座標を用いて定量化されることが可能である。合成された白色光の色温度は、異なる実施形態により１０００Ｋ〜８０００Ｋの間で変わり得る。この（ｘ，ｙ）座標は、放射される白色光スペクトルのスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）の測定値グラフから決定することができる。グラフ化すると、決定されたこれらの（ｘ，ｙ）座標は、各実施形態の色温度に対する四角形の境界内に収まり、よって、放射される合成光は、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７規格を用いて白色光と定義することができる。

図７は、本開示の幾つかの実施形態において実際に達成され得る色座標及び色座標の範囲の一例となる。これは、達成可能な色座標の幾つかの既存規格の一例であって、白色光に関わる既存の、又は将来開発され得る他の規格が使用され得ることは、理解されるべきである。さらに、開示しているデバイスは、色座標については、ＣＩＥ規格光源群及び標準光源群の少なくとも一方にほぼ整合され得るが、開示しているデバイスが、標準光源に関して定義される全ての特性に整合するわけではなく、実施形態によっては、ｘｙ色座標にほぼ一致する点に留意されるべきである。これらの追加的なＣＩＥ標準光源の幾つかとしては、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ５０、Ｄ５５、Ｄ６５、Ｄ７５、Ｅ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１１及びＦ１２が含まれるが、この限りではない。

本開示の一部の実施形態において、発光体及び光変換材料により放射される合成光は、白色であって、次のような特性、すなわち、（ａ）約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で測定される、約１０％を超えるスペクトルエネルギー比率（時として、スペクトル成分とも称される）、（ｂ）約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で測定される、約５０％未満のスペクトルエネルギー比率、（ｃ）１０００Ｋ〜８０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）値、（ｄ）５５〜１００の演色評価数（ＣＲＩ）値、（ｅ）６０〜１００の色忠実度（Ｒ_ｆ）値、及び（ｆ）６０〜１４０の色域（Ｒ_ｇ）値、のうちの１つ又は複数を有する。さらに、実施形態によっては、白色光は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲内で測定される、６％以上のスペクトルエネルギー比率を有する。

本開示の実施形態において、発光デバイスは、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で出力される光の、少なくとも１０％及び約５０％未満のうち少なくとも一方のスペクトルエネルギーを有することが可能である。３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で出力される光のスペクトルエネルギーは、３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光の放射照度値の、３８０〜７２０ｎｍの範囲内の波長を有する光の放射照度値に対する比率として定義される。前者の値を後者の値で割ると、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で放射された光のスペクトルエネルギー％が得られる。スペクトル出力は、放射測定エネルギーとして定義される。実施形態によっては、放射照度値は、単位ミリワット（ｍＷ／ｃｍ^２）の放射測定エネルギーで測定される。放射照度値は、任意の既知の手段又は後発手段によって測定することができる。ある実施例において、放射照度値は、標的表面、たとえば床、卓上、実験室の台上、ドアノブ、その他、における値であってもよく、かつ微生物を不活性化するために必要な任意のレベル、たとえば、３８０〜４２０ｎｍの波長での測定で、少なくとも０．０１ｍＷ／ｃｍ^２であってもよい。あるいは、各ＬＥＤパッケージは、何らかの最小量の放射測定エネルギー、おそらくは、３８０〜４２０ｎｍの波長での測定で２０ｍＷを有してもよい。別の実施例では、白色光の標的表面上で、たとえば５００ルクスの最小強度を有する、という目標が設定されてもよい。この場合、紫色成分が２０％を超えている限り、その白色光強度での消毒を想定することができる。言い替えれば、紫色成分が分かっている限り、有効な消毒の期間を計算することができる。実施形態によっては、発光デバイスは、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で出力される光の、少なくとも約２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％又は５０％のスペクトルエネルギーを有することができる。実施形態によっては、発光デバイスは、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で出力される光の、約５０％、４５％、４０％、３５％又は３０％未満のスペクトルエネルギーを有することができる。さらに、実施形態によっては、白色光は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲内で測定される、（先に述べたように、３８０〜４２０ｎｍに対して計算された）６％以上のスペクトルエネルギー比率を有する。

３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内のスペクトルエネルギーは、細菌性病原体の不活性化に利用することができる。細菌性病原体の不活性化には、４０５ｎｍのピーク波長、及び４０５ｎｍより上又は下の波長範囲（３８０〜４２０ｎｍ）が有効であることが分かっている。３８０〜４２０ｎｍ内の波長の光は、グラム陽性菌、グラム陰性菌、細菌内生胞子、カビ及び酵母並びに糸状菌などの微生物を殺すか、又は不活性化することができる。殺すか、又は不活性化することができるグラム陽性菌の幾つかとしては、黄色ブドウ球菌（ＭＡＳＡを含む）、ウェルシュ菌、クロストリジウムディフィシル菌、エンテロコッカスフェカーリス、表皮ブドウ球菌、スタフィロコッカスヒイカス、化膿レンサ球菌、リステリアモノサイトゲネス、セレウス菌、マイコバクテリウムテラエ、ラクトコッカスラクチス、ラクトバチルスプランタルム、バチルスサーキュランス、及びストレプトコッカスサーモフィルスが含まれる。グラム陰性菌の幾つかとしては、アシネトバクターバウマンニ、緑膿菌、肺炎桿菌、プロテウスブルガリス、大腸菌、サルモネラエンテリティディス、赤痢菌、セラチア属菌、及びネズミチフス菌が含まれる。細菌内生胞子の幾つかとしては、セレウス菌及びクロストリジウムディフィシルが含まれる。酵母及び糸状菌の幾つかとしては、クロコウジカビ、カンジダアルビカンス、及びサッカロマイセスセレビシエが含まれる。３８０〜４２０ｎｍの波長内の光は、種によって必要な時間及び照射量が異なるものの、試験した全ての種類の細菌に対して有効であった。既知の結果に基づけば、これは、ある期間に渡って、全てのグラム陰性菌及びグラム陽性菌に対してある程度有効であることが期待される。これは、多くの種類の菌類に対しても有効であり得るが、効果が現れるまでにより長い時間がかかる。

標的表面上の微生物を殺すか、又は不活性化するためには、典型的には、照明デバイス／器具からの所定の強度の光が必要である。本開示の一部の実施形態では、標的表面上に（３８０〜４２０ｎｍの範囲内で）少なくとも０．０１ｍＷ／ｃｍ^２の放射照度の光を放射する発光デバイスが達成されている。

本開示の実施形態において、白色光は、約１０００ケルビン（Ｋ）〜約８０００Ｋの、一部の実施形態では約２０００Ｋ〜約６０００Ｋの、かつ一部の実施形態では約２５００Ｋ〜約５０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）値を有する光として定義することができ、ここで、「約」は、プラスマイナス約２００Ｋを含み得る。

実施形態によっては、発光デバイスから出力される合成光又は発光デバイスから放射される合成光（たとえば、光変換材料から放射される光と混合される、発光体から放射される光）のＣＲＩ値は、少なくとも５５、６０、６５、７０又は７５のＣＲＩ値を有し得る。さらなる実施形態において、ＣＲＩ値は、少なくとも８０、８５、９０又は９５、プラスマイナス約５（ＣＲＩ値１００を見込む）であり得る。

白色光は、図７に関連して先に述べたＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７白色光規格、色忠実度値を提供する忠実度指数（Ｒ_ｆ）、及び色域値を提供する色域指数（Ｒ_ｇ）などの標準であって、但しこれらに限定されない様々な業界標準に従って定義されることも可能である。Ｒ_ｆ値及びＲ_ｇ値は、「ＴＭ−３０−１５」標準として組み合わせて報告されることがある。Ｒ_ｆは、サンプルセット全体の色の見えが、参照光源の下にあるものと比較して、試験光により平均でどれだけ厳密に再現（描写）されるかを表す。したがって、Ｒ_ｆは、全ての試験カラーサンプルに対して計算される色の違いを単一の平均指数値に合成し、知覚／選好の影響を考慮しない色品質の一つの態様である。Ｒ_ｇは、白色光源により（反射を介して）生成されることが可能な色の相対範囲に関する情報を提供する。１００に近いスコアは、平均して、光源が白熱電球（２７００Ｋ）又は昼光（５６００Ｋ／６５００Ｋ）と同様の彩度レベルで色を再現することを示す。

実施形態によっては、発光デバイスは、１つのＬＥＤ及び少なくとも１つの光変換材料を含む表面実装ＬＥＤデバイスのことがある。表面実装ＬＥＤデバイスは、プリント基板（「ＰＣＢ」）上へ装着されるか、そうでなければ、発光デバイス及びＬＥＤへ電力を移送することができるように構成され得る。ＬＥＤは、ＰＣＢへ、ＬＥＤからデバイス外部への電気接続を可能にするボンドワイヤ又はリードを介して合成されることが可能である。デバイスは、レンズ、封止材又はその他の保護カバーを有してもよい（たとえば、図５〜図６参照）。図１〜図６に示す実施形態は、これらを、個々のＬＥＤへ接続されかつＰＣＢへ接続されるように構成されるワイヤ又はリードを用いて配置することにより、表面実装ＬＥＤデバイスとして具現されることが可能である。

追加の実施形態において、発光デバイスは、スルーホールＬＥＤデバイスででもよく、これは、表面実装パッケージに類似しているが、ＰＣＢボードへ装着されるか、又は、ＰＣＢ又は類似の構造体上の符合する穴又はビアと嵌合する導電レッグを介して電力をデバイス及び発光体へ移送することができるように構成される。レッグは、はんだ又は別の導電媒体を介してＰＣＢ又は類似の構造体へ合成される。

実施形態によっては、発光デバイスは、複数の発光体と１つの光変換材料とを備えたパッケージであるチップオンボードＬＥＤ装置でもよい。複数の発光体は、基板へ直に取り付けられることができ、光変換材料は、放射される光の所望される一部分が光変換材料によって変換されるように配置されることが可能である。

別の実施形態において、発光デバイスは、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）又はフリップチップＣＳＰでもよく、これらは共に、従来のセラミック／プラスチックパッケージ及びボンドワイヤの少なくとも一方を用いることなく発光体をパッケージし、基板がプリント基板へ直に取り付けられることを可能にする。

典型的な複数の発光デバイスが、放射された光を（たとえば、光学系又はハウジング構造体によって）光学チャンバ内で合成／混合することを必要とし、これにより、電子機器、制御系、光学系及びハウジング構造体を増加させることが必要となり、最終的にコスト増加に至ることとは違って、本開示の実施形態は、光学系又はハウジング構造物を介して複数の発光を合成することを必要としない。本開示の複数の発光デバイスは、放射された光が所与のＬＥＤパッケージを出る前に合成／混合されるように構成され、よって、光学チャンバ内での合成／混合を必要としない。

本開示のもののような、消毒用白色光スペクトルを作成するために単一のＬＥＤパッケージ内で使用される複数のダイは、以前の器具レベル、複数のＬＥＤ、混色方法に比べて大幅に改善されている。ある典型的な混色方法は、必然的に、複数のＬＥＤを、そのうちの少なくとも１つが消毒用紫色光を放射する別々の可変する色のパッケージにおいて使用することを伴うが、これは、色が混合して白色光を形成することを可能にするために照明器具内に二次的な光学系を必要とする。個々のＬＥＤの出力のバランスを正しくとって白色光を形成するには、複雑な電気制御が必要となる場合が多い。以前の器具設計は、色を混合するために二次的な光学系を組み込む必要があることから、複雑かつ高価でもある。このような複雑な制御及び必要とされるＬＥＤの量の増加により、この混色方法を利用できる用途は、主としてより大きい天井設置の照明製品に限定されるが、１つの消毒用白色ＬＥＤであれば、様々な形状及びサイズの製品へ容易に組み込むことができる。

さらに、本開示の実施形態では、可視スペクトル範囲内（たとえば、３８０〜７５０ｎｍ）であれば、青色波長を波長変換材料により、白色光を形成すべく共に混合される追加の光に変換する必要がないことから、青色発光体を用いて白色光スペクトルの主要部分を生成することもまた、紫色発光体を用いてスペクトル全体を生成することより遙かに効率的である。青色光は紫色光より波長が長く、より長い波長に変換することは、ストークス損失が減少してより効率的である。紫色光を用いるとストークスシフトが大きくなり、青色光を用いる場合に比べて変換効率が低下する。光変換がより効率的であることに加えて、ＬＥＤ大量生産のために、青色半導体ダイは紫色ダイより市場での入手が容易である。さらに、開発されてきて市場で入手可能なほとんどの蛍光体は、青色発光の半導体ダイによる使用のために最適化されているので、蛍光体の利用がより容易となる。市場におけるＬＥＤの競争力は、効率性に基づいているが、これは、本開示の発光デバイスによって向上される。十分な青色光は、白色光スペクトルが、人による白色光の知覚を改善させ得るより高いＣＲＩを達成することにも役立つ。紫色光がほとんど見えない人もいれば、紫色光がやや明るく見える人もいることから、白色光スペクトルに青色光を追加することは、人毎に知覚される光の一貫性を高めることにも役立つ。

人は、可視スペクトル内において、様々な色の光を様々な明るさで知覚する。人が知覚する明るさは、単位ルーメンの出力に変わり、これがルーメン／ワット効率に寄与する。高い効率は、理想的であり、所与の電力でより多いルーメンを出力する。緑色（たとえば、約５５５ナノメートル）は、人間によって最も明るく見え、これは、図８の目の色感度グラフによって証明されている。波長は、スペクトル上で緑色に近いほど、ルーメン出力への寄与が高まる。グラフからも分かるように、紫色光（たとえば、３８０〜４２０ナノメートル）は、ルーメン出力にほとんど寄与しない。青色光（たとえば、４４０〜４９５ナノメートル）は、紫色光より緑色にはるかに近く、よってルーメン出力への寄与は、遙かに大きい。これが理由で、先に述べた本開示の実施形態などにおいて、青色蛍光体変換ダイ及び紫色ダイを１つのＬＥＤパッケージ内に包含することが、より効率的である。オフホワイトの出射光は、それ自体が遙かに高いルーメン出力を有し、有害微生物の不活性化に寄与する紫色ダイからの消毒エネルギーも包含するというおまけが付いている。紫色ダイを青色蛍光体変換ダイに追加することは、紫色ダイのみの使用より遙かに効率的である。

本開示の様々な態様に関するこれまでの記述は、例示及び説明を目的とするものである。これを網羅的であったり、又は本開示を開示された通りの形式に限定するものとする意図はなく、多くの変更及び変形が可能であることは明らかである。当業者に明らかであり得るこうした変形及び変更は、添付の特許請求の範囲により定義される本開示の範囲に含まれるべきものである。

本開示の第１の態様において、発光デバイスは、少なくとも２つの発光体、たとえば少なくとも２つの半導体ダイ、を含み、少なくとも１つの半導体ダイは、３８０〜４２０ナノメートルの範囲内の紫色光を放射し、かつ光変換材料によって覆われず、この紫色波長がそのまま放射されることを可能にし、一方で他の少なくとも１つの半導体ダイは、４４０〜４９５ナノメートルの範囲内の青色光を放射し、かつ少なくとも１つの光変換材料で覆われる。光変換材料を通過する青色光は、オフホワイトの出射光を生成し、この出射光は、覆いのない半導体ダイから放射される紫色光と合成されて高品質の消毒用白色光を生成する。オフホワイトの出射光は、特定比率の紫色光と混合されると確実に高品質の白色光が生成されるように選択される光変換材料の組合せを用いて、慎重に設計される。座標が国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図の黒体曲線（後述する図７参照）より下に存在する紫色光と合成されて、黒体曲線上に含まれるか、又は、変化する色温度における白色光の座標範囲を定義する（たとえば、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７が規定する）ＡＮＳＩ四角形の内部に含まれる白色光を形成するためには、オフホワイト光の座標は、ＣＩＥ１９３１色度図の黒体曲線より上にあるべきである。言い替えれば、オフホワイトの出射光座標は、ＣＩＥ１９３１色度図において、
ｙ＝−２．５７８６２ｘ^２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
として定義される境界線より上であるべきである。さらに、オフホワイト光は、光変換材料を含まない少なくとも１つの発光体から放射され、かつ３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の光と合成される。３８０〜４２０ｎｍの範囲内で放射される光は、ＣＩＥ１９３１色度図において、
ｙ＝−２．５７８６２ｘ^２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
として定義される境界線より下の座標で定義される。
先に述べたように、白色光は、ＣＩＥ１９３１色度図において、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７−２０１７により定義される四角形のうちの１つの内部の座標で定義される。図７を参照されたい。

本開示の第３の態様の一実施形態において、図４は、２つの発光体４０２ａ、４０２ｂを含む発光デバイス４００を示す。少なくとも１つの第１の発光体４０２ａは、５６０〜１４００ナノメートル（ｎｍ）の範囲内の波長を有する光を放射するように構成される。第１の発光体４０２ａは、第１の発光体４０２ａから放射される光の直接経路内に、放射される光の波長を３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長に変換するように配置されるアップコンバートのナノ粒子層４０４ａ（たとえば、適切であれば量子ドット又は他のタイプのアップコンバートナノ粒子（ＵＣＮＰ））を含む。少なくとも１つの第２の発光体４０２ｂは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成される。第２の発光体４０２ｂは、第２の発光体４０２ｂから放射される光の直接経路内に存在するように配置される少なくとも１つの光変換材料４０４ｂを含む。各光変換材料４０４ｂは、少なくとも１つの第２の発光体４０２ｂから放射される光の波長を、それとは異なる波長に変換するように配置される。少なくとも１つの第１及び第２の発光体４０２ａ、４０２ｂからの光は、合成されて白色光を形成する。図４には、２つの発光体４０２ａ、４０２ｂしか示されていないが、発光デバイス４００には、３つ、４つ、５つ、その他の数の各タイプの発光体が存在してもよい。発光デバイス４００における任意の数の発光体４０２ａがＵＣＮＰ層４０４ａを含んでいてよく、かつ発光デバイス４００における任意の数の第２の発光体４０２ｂが光変換材料４０４ｂを含んでいてもよい。

Claims (51)

1. 微生物を不活性化するための発光デバイスであって、
   少なくとも２つの発光体を含み、
   前記少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、３８０ナノメートル（ｎｍ）〜４２０ｎｍの範囲内の波長を含む第１の光を放射するように構成され、
   前記少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を含む第２の光を放射するように構成され、
   光変換材料が、前記第２の光の直接経路内に存在するように配置され、かつ前記第２の光の波長をそれとは異なる波長に変換するように構成され、
   前記第１の光は、前記第２の光と合成して白色光を形成する、
   発光デバイス。
2. 前記光変換材料が、蛍光体、蛍光増白剤、量子ドット、燐光物質、蛍光色素、蛍光染料、又は導電性ポリマーのうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記白色光は、１０００ケルビン（Ｋ）〜８０００Ｋの範囲内の相関色温度（ＣＣＴ）値を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
4. 前記白色光は、５５〜１００の範囲内の演色評価数（ＣＲＩ）値を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
5. 前記白色光は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、１０％を超えるスペクトルエネルギー比率を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
6. 前記白色光は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、５０％未満のスペクトルエネルギー比率を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
7. 前記白色光は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲内での測定で、６％以上のスペクトルエネルギー比率を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
8. 前記微生物は、前記発光デバイスにより放射される前記白色光で照射されると不活性化される、請求項１に記載の発光デバイス。
9. 各発光体が、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体ダイ又はレーザのうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の発光デバイス。
10. 前記４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長を有する光を放射するように構成される前記少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの発光体から放射される光の直接経路内に存在するように配置される光変換材料を含み、前記光変換材料を出射する光は、オフホワイトであり、かつ国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図において、
    ｙ＝−２．５７８６２ｘ^２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
    として定義される境界線より上の座標で定義される出射光を生成する、請求項１に記載の発光デバイス。
11. 前記オフホワイトの光は、前記光変換材料を含まない前記少なくとも１つの発光体から放射される、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の光と合成し、前記３８０〜４２０ｎｍの光は、前記ＣＩＥ１９３１色度図において、
    ｙ＝−２．５７８６２ｘ^２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
    として定義される境界線より下の座標で定義される、請求項１０に記載の発光デバイス。
12. 前記白色光は、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図において、米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｃ７８．３７７−２０１７により定義される四角形内の座標で定義される、請求項１に記載の発光デバイス。
13. 前記第１の光は、少なくとも２０ミリワット（ｍＷ）の放射測定エネルギーを含む、請求項１に記載の発光デバイス。
14. 微生物を不活性化するための方法であって、
    第１の発光体により、３８０ナノメートル（ｎｍ）〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長を含む第１の光を放射し、
    第２の発光体により、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の第２の波長を含む第２の光を放射し、
    前記第２の発光体の直接経路内に配置される光変換材料により、前記第２の光の第１の部分を、前記第１の波長とは異なる第３の波長を含む第３の光に変換させ、
    前記第１の光、前記第２の光及び前記第３の光に基づいて、白色光を形成すること、
    を含む方法。
15. 前記光変換材料が、蛍光体、蛍光増白剤、量子ドット、燐光物質、蛍光色素、蛍光染料、又は導電性ポリマーのうちの１つ又は複数を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記白色光を形成することは、１０００ケルビン（Ｋ）〜８０００Ｋの範囲内の相関色温度（ＣＣＴ）値を有する白色光を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記白色光を形成することは、５５〜１００の範囲内の演色評価数（ＣＲＩ）値を有する白色光を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記白色光を形成することは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、１０％を超えるスペクトルエネルギー比率を有する白色光を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記白色光を形成することは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、５０％未満のスペクトルエネルギー比率を有する白色光を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記白色光を形成することは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲内での測定で、少なくとも６％のスペクトルエネルギー比率を有する白色光を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
21. 前記白色光による照明に基づいて、微生物の不活性化を初期化することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
22. 前記第１の発光体又は前記第２の発光体のうちの１つ又は複数が、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体ダイ、又はレーザを含む、請求項１４に記載の方法。
23. 前記第２の光及び前記第３の光に基づき、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図に従って、
    ｙ＝−２．５７８６２ｘ２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
    として定義される境界線より上の座標で定義されるオフホワイト光を形成すること
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
24. 前記第１の光は、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図に従って、
    ｙ＝−２．５７８６２ｘ２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
    として定義される境界線より下の座標で定義される、請求項１４に記載の方法。
25. 前記白色光を形成することは、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図において、米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｃ７８．３７７−２０１７により定義される四角形内の座標で定義される白色光を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
26. 前記第１の光は、少なくとも２０ミリワット（ｍＷ）の放射測定エネルギーを含む、請求項１４に記載の方法。
27. 微生物を不活性化するための発光デバイスであって、
    少なくとも２つの発光体を含み、
    前記少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つの第１の発光体は、３８０ナノメートル（ｎｍ）〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長と、少なくとも２０ミリワット（ｍＷ）の放射測定エネルギーと、を有する第１の光を放射するように構成され、
    前記少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つの第２の発光体は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の第２の波長を有する第２の光を放射するように構成され、
    前記少なくとも２つの発光体のうちの前記少なくとも１つの第１の発光体は、前記第１の光の直接経路内に存在するように配置される第１の光変換材料であって、
    前記第１の光の第１の部分が、第１の光変換材料を変換されずに通過することを可能にし、
    前記第１の波長を有する前記第１の光の第２の部分を、前記第１の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光に変換するように構成される、第１の光変換材料を含み、
    前記少なくとも２つの発光体のうちの前記少なくとも１つの第２の発光体は、前記第２の光の直接経路内に存在するように配置される第２の光変換材料であって、
    前記第２の光の第１の部分が、第２の光変換材料を変換されずに通過することを可能にし、
    前記第２の波長を有する前記第２の光の第２の部分を、前記第２の波長とは異なる第４の波長を有する第４の光に変換するように構成される、第２の光変換材料を含み、
    前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光及び前記第４の光は、合成して白色光を形成する、
    発光デバイス。
28. 前記光変換材料が、蛍光体、蛍光増白剤、量子ドット、燐光物質、蛍光色素、蛍光染料、又は導電性ポリマーのうちの１つ又は複数を含む、請求項２７に記載の発光デバイス。
29. 前記白色光は、１０００ケルビン（Ｋ）〜８０００Ｋの範囲内の相関色温度（ＣＣＴ）値を有する、請求項２７に記載の発光デバイス。
30. 前記白色光は、５５〜１００の範囲内の演色評価数（ＣＲＩ）値を有する、請求項２７に記載の発光デバイス。
31. 前記白色光は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、１０％を超えるスペクトルエネルギー比率を有する、請求項２７に記載の発光デバイス。
32. 前記白色光は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、５０％未満のスペクトルエネルギー比率を有する、請求項２７に記載の発光デバイス。
33. 微生物の不活性化の開始が、前記発光デバイスにより放射される前記白色光による照射に基づいて生じる、請求項２７に記載の発光デバイス。
34. 前記少なくとも２つの発光体のうちの１つ又は複数が、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体ダイ、又はレーザを含む、請求項２７に記載の発光デバイス。
35. 前記白色光は、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲内での測定で、６％以上のスペクトルエネルギー比率を有する、請求項２７に記載の発光デバイス。
36. 前記第２の光及び前記第４の光は、合成して、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図に従って、
    ｙ＝−２．５７８６２ｘ２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
    として定義される境界線より上の座標で定義されるオフホワイト光を形成する、請求項２７に記載の発光デバイス。
37. 前記第１の光は、前記ＣＩＥ１９３１色度図に従って、
    ｙ＝−２．５７８６２ｘ２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
    として定義される境界線より下の座標で定義される、請求項３６に記載の発光デバイス。
38. 前記白色光は、前記ＣＩＥ１９３１色度図において、米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｃ７８．３７７−２０１７により定義される四角形内の座標で定義される、請求項２７に記載の発光デバイス。
39. 微生物を不活性化するための方法であって、
    少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つの第１の発光体により、３８０ナノメートル（ｎｍ）〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長と、少なくとも２０ミリワット（ｍＷ）の放射測定エネルギーと、を有する第１の光を放射し、
    前記少なくとも２つの発光体のうちの少なくとも１つの第２の発光体により、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の第２の波長を有する第２の光を放射し、
    前記第１の光の直接経路内に配置される第１の光変換材料に基づいて、前記第１の波長を有する前記第１の光の第１の部分を、前記第１の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光に変換し、前記第１の光の第２の部分は、前記第１の光変換材料を変換されずに通過し、
    前記第２の光の直接経路内に配置される第２の光変換材料に基づいて、前記第２の波長を有する前記第２の光の第１の部分を、前記第２の波長とは異なる第４の波長を有する第４の光に変換し、前記第２の光の第２の部分は、前記第２の光変換材料を変換されずに通過し、
    前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光及び前記第４の光に基づいて白色光を形成すること、
    を含む方法。
40. 前記白色光を形成することは、１０００ケルビン（Ｋ）〜８０００Ｋの範囲内の相関色温度（ＣＣＴ）値を有する白色光を形成することを含む、請求項３９に記載の方法。
41. 前記白色光を形成することは、５５〜１００の範囲内の演色評価数（ＣＲＩ）値を有する白色光を形成することを含む、請求項３９に記載の方法。
42. 前記白色光を形成することは、４４０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲内での測定で、６％以上のスペクトルエネルギー比率を有する白色光を形成することを含む、請求項３９に記載の方法。
43. 前記第２の光及び前記第４の光に基づき、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９３１色度図に従って、
    以下として定義される境界線より上の座標で定義されるオフホワイト光を形成することをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
44. ｙ＝−２．５７８６２ｘ２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
45. 前記第１の光は、前記ＣＩＥ１９３１色度図に従って、
    以下として定義される境界線より下の座標で定義される、請求項３９に記載の方法。
46. ｙ＝−２．５７８６２ｘ２＋２．５８７４４ｘ−０．２０９２０１
47. 前記白色光を形成することは、前記ＣＩＥ１９３１色度図において、米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｃ７８．３７７−２０１７により定義される四角形内の座標で定義される白色光を形成することを含む、請求項３９に記載の方法。
48. 前記白色光を形成することは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、１０％を超えるスペクトルエネルギー比率を有する白色光を形成することを含む、請求項３９に記載の方法。
49. 前記白色光を形成することは、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内での測定で、５０％未満のスペクトルエネルギー比率を有する白色光を形成することを含む、請求項３９に記載の方法。
50. 前記白色光を介する照明に基づいて、微生物の不活性化を初期化することをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
51. 前記少なくとも２つの発光体のうちの１つ又は複数が、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体ダイ、又はレーザを含む、請求項３９に記載の方法。

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