JP4545952B2 - 照明システム - Google Patents

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Description

【０００１】
本発明は、点灯中可視光を放出する発光体と、光を透過するエンベロープとを有する照明システムに関するものである。
【０００２】
この種類の照明システム自体は既知であり、例えば、装飾ランプのような白熱ランプ、例えば、白熱体が担持材料上のらせんに巻いた炭素ワイヤを有するいわゆる炭素フィラメントランプを有する。このような照明システムの他の例には、十字状素子又は星形素子又はその他の装飾或いは礼拝素子(例えば文字“love”)が設けられたランプが含まれる。
【０００３】
このような照明システムには、その視感度効率が比較的低く、寿命が制限されるという欠点がある。
【０００４】
本発明の目的は、視感度効率及び寿命を改善した、頭書に述べた種類の照明システムを提供せんとするにある。
【０００５】
この目的のために、本発明による照明システムでは、この照明システムが、点灯中第１の波長範囲内の光を放出する少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子を有し、
前記発光体は、第１の波長範囲の光を第２の波長範囲の光に変換する変換手段を有し、
前記エンベロープには、第１の波長範囲の光を少なくとも部分的に反射する被膜が設けられている
ことを特徴とする。
【０００６】
オプトエレクトロニク素子には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなエレクトロルミネッセンス素子が含まれる。このようなオプトエレクトロニク素子は、一般的な照明の目的の白又はその他のカラーの光源として、或いは、例えば、交通制御システム、すなわち、自動車、航空機又はその他の輸送システムにおける信号灯の白又はその他のカラー光源として用いられる。近年、GaＰに基づく黄色及び赤色発光ダイオード以外に、GaＮに基づく有効な青色及び緑色発光ダイオードが開発された。このようなオプトエレクトロニク素子の視感度効率は比較的高く（≧２０ルーメン／Ｗ）その寿命は比較的長い（≧75,000時間）。比較のために示すと、７５Ｗの炭素フィラメントランプの視感度効率は約２ルーメン／Ｗで、その平均寿命は 1,000時間よりも短かい。
【０００７】
既知のランプでは、点灯中、（真空の）エンベロープ内の（白熱）発光体が電流により加熱され、これにより前記発光体が高温度で光を放出するようにすることにより、光が発生される。この既知のランプでは、この（白熱）発光体が、いわゆる一次光源を構成している。本発明によれば、既知の（白熱）発光体の代りに、少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子と、このオプトエレクトロニク素子により第１の波長範囲内で放出される光を第２の波長範囲内の光に変換する変換手段（この変換手段が設けられた支持体を有する発光体）との組合せを用いる。本発明によるこの照明システムでは、オプトエレクトロニク素子が一次光源とみなされ、変換手段が二次光源とみなされる。変換手段は、オプトエレクトロニク素子から生じる光により励起される。この光の一部が変換手段により、例えば、吸収及び発光処理を介して第２の波長範囲内の（可視）光に変換される。
【０００８】
本発明によれば、光透過性エンベロープが更に、第１の波長範囲の光を少なくとも部分的に反射する被膜を有する。その結果、オプトエレクトロニク素子から生じ、変換手段により直接吸収されず、第２の波長範囲内の光に変換されない第１の波長範囲の光が、エンベロープ（の内面）に被着された反射性の被膜により反射されて更に変換手段により吸収され、第２の波長範囲内の光に変換される。変換手段から生じる光は、反射性の被膜が被覆されたエンベロープを通過する。この反射性の被膜は、殆ど下側からのみ照射される発光体を、均一に放射する発光体とする。
【０００９】
本発明の構成によれば、寿命が比較的長い高効率の照明システムが得られる。本発明による照明システムでは、エンベロープはもはや真空エンベロープとして作用するのではなく、反射性被膜を設ける手段として作用する。本発明によるランプはもはや真空エンベロープを有さないという事実の結果、本発明によるランプは用いるのに安全でもある。反射性被膜が設けられたエンベロープは所望に応じ省略することもできる。この場合の照明システムは、少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子と変換手段（変換手段が設けられた支持体を有する発光体）との組合せを有する。
【００１０】
変換手段はルミネッセンス材料を有するのが好ましい。このような材料が特に適している理由は、その量子効率及び（ルーメン／Ｗで表わした）ルーメン等量が高い為、照明システムの視感度効率が高くなる為である。更に、種々の（安定な）無機の及び有機のルミネッセンス材料（蛍光体）が知られており、このことが本発明の目的（演色の改善）を達成するのに適した材料の選択を容易にする。
【００１１】
ルミネッセンス材料は、４００〜５００ｎｍの波長範囲から生じる光により励起するのが好ましい。ルミネッセンス材料は、その感度の結果、特に青色光を吸収するのに用いるのが特に適している。吸収されたこの光は、ルミネッセンス材料によって他の波長範囲における可視光、例えば、緑色又は赤色光に極めて有効に変換される。照明システムの所望の色温度はその適用分野に依存するものである。炭素フィラメントランプに類似する形態の照明システムの場合、比較的低い色温度が望ましい。他の適用分野の場合には、高い色温度を有する光を得ることができる。
【００１２】
本発明による照明システムの特に有利な例では、少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子が青色光を放出する発光ダイオードを有し、変換手段がこの発光ダイオードから放出される光の一部分を赤色光に変換するルミネッセンス材料を有するようにする。
【００１３】
青色光を放出する発光ダイオードの発光スペクトルの最大が，４６０〜４９０ｎｍの波長範囲内にあり、赤色光を放出する発光材料の発光スペクトルの最大が６１０〜６３０ｎｍの波長範囲内にあるようにするのが好ましい。
【００１４】
本発明による照明システムの好適例では、オプトエレクトロニク素子の光束が点灯中少なくとも５ルーメンとなるようにする。この本発明による照明システムによれば、高強度で連続する均一照明が得られる。５ルーメン以上の光束を有するオプトエレクトロニク素子は、照明システムが熱消散手段を有する場合のみ有効に適用しうることを確かめた。このような高光束を有するオプトエレクトロニク素子が設けられた照明システムのみが通常の白熱ランプの代りとなりうる。本発明の特定の観点は、熱消散手段が、照明システムの点灯中に発生される熱を照明システムの口金及びこれに接続された電源の双方又はいずれか一方に消散させることにある。
【００１５】
本発明の上述した観点及びその他の観点は以下の実施例に関する説明から明らかとなるであろう。
図面は線図的なものであって、実際のものに正比例して描いていない。
【００１６】
図１は、本発明による照明システムの一実施例を、その一部を断面図で、他の一部を側面図で示す。この照明システムは、本例では、らせん状に巻いたワイヤの形態の支持体１を有する。この照明システムは更に、光透過性のエンベロープ５と、それ自体既知の口金７とを有する。本発明によれば、照明システムは少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子２，２′を有する。図１の例では、２つのオプトエレクトロニク素子２，２′を示してある。このようなオプトエレクトロニク素子は、その動作中、予め決定した第１の波長範囲の光を放出する発光体より成り、これらの素子には一般に、例えば、レンズの形態の光透過性エンベロープが設けられている。適切なオプトエレクトロニク素子２，２′は、いわゆるエレクトロルミネッセンス素子、例えば、特定の色の光を放出するダイオードのような発光ダイオード（ＬＥＤ）である。適切なＬＥＤには特に、
‐青色GaN ＬＥＤ（最大エミッション：４７０ｎｍ，ＦＷＨＭ＝２０ｎｍ，日亜製）
‐青緑色GaN ＬＥＤ（最大エミッション：５２０ｎｍ，ＦＷＨＭ＝４０ｎｍ，日亜製）
‐黄色GaP ＬＥＤ（最大エミッション：５９０ｎｍ，ＦＷＨＭ＝２０ｎｍ，ヒューレットパッカード社製）
が含まれる。
【００１７】
支持体１には変換手段３が設けられている。この変換手段３は、オプトエレクトロニク素子２，２′から生じる光により励起される。この光の一部がこの変換手段３により第２の波長範囲の（可視）光に変換される。図１の例では、支持体１の全体にこの変換手段３が設けられているわけではない。この支持体１のうち光を放出する必要がない部分にはこの変換手段３を設けない。
【００１８】
この変換手段３はルミネッセンス材料を有するのが好ましい。青色光を緑色光に変換するのに適しているルミネッセンス材料は、
(Sr，Ca)2 SiＯ4 ：Eu2+、Ba2 SiＯ4 ：Eu2+、SrGa2 Ｓ4 、ZnＳ：Cu+ 、ZnＳ：Au+ 、ZnＳ：Al3+、(Zn，Cd)Ｓ：Ag+ 及びCaＳ：Ce3+
である。青色光又は緑色光を赤色光に変換するのに適しているルミネッセンス材料は、
CaＳ：Eu,Mn、CaＳ：Eu、SrＳ：Eu、(Zn，Cd)Ｓ：Ag、SrＯ：Eu、Sr3 Ｂ2 Ｏ6 ：Eu及びSr2 Mg(ＢＯ3 )2
である。これらの材料の量子効率及び光吸収率は比較的高い。更に、第１の波長範囲の光を第２の波長範囲の光に変換する際のこれらの材料のルーメン等量は比較的極めて高い。
【００１９】
照明システムの（可視）光透過性エンベロープには第１の波長範囲の光を（部分的に）反射する被膜６が設けられている。その結果、オプトエレクトロニク素子２，２′から生じ、変換手段３により第２の波長範囲の光に直接的に変換されない、又は完全に変換されない第１の波長範囲の光が、エンベロープ５に被着された反射性の被膜６により反射され、更に変換手段３により第２の波長範囲の光に変換される。この変換手段３から生じる光は、反射性の被膜６が被着されたエンベロープ５を通過する。
【００２０】
被膜６は、多層の反射性被膜を有するのが好ましい。このような被膜層は、それ自体既知のコーティング技術（蒸着、スパッタリング、化学蒸着、浸漬被覆）により容易に被着することができる。適切な被膜層は、屈折率が高い材料の比較的薄肉の層と屈折率が低い材料の比較的薄肉の層とを交互に積重ねた積層体より成る被膜を有し、例えば、Nb2 Ｏ5 、Ta2 Ｏ5 又はSi3 Ｎ4 を屈折率の高い材料として用い、例えば、SiＯ2 又はMgＦ2 を屈折率の低い材料として用いる。それぞれの層厚を適切に選択することにより、所望の反射スペクトルが得られる。
【００２１】
被膜６は青色光を反射するのが好ましい。オプトエレクトロニク素子２，２′が青色光を放出する場合には、この光が変換手段３により変換されていないものとすると、この光は被膜６により反射される為、このような光はエンベロープ５を透過しえない。変換手段３から生じる光は、反射層で被覆されたエンベロープ５を通過する。従って、本発明による照明システムは、点灯中可視光を放出する可視光放出体を有する。
【００２２】
被膜６は、支持体１の方向に向いたエンベロープ５の表面に設けるのが好ましい。このようにすることにより、照明システムの点灯中に被膜が損傷されなくなる。
【００２３】
図１の例では、オプトエレクトロニク素子の光束を変えるための（第１の）調整リング８が照明システムに設けられている。この調整リング８は照明システムをいわば調光させる。この照明システムには第２の調整リング（図１には図示せず）をも設けることができ、この第２の調整リングによりオプトエレクトロニク素子２，２′の光束を互いに変えうるようにしうる。この照明システムには第３の調整リング（図１には図示せず）をも設けることができ、この第３の調整リングにより、照明システムによって放出される光の色及び色温度の双方又はいずれか一方を変えうるようにしうる。これらの調整リングは、種々の調整位置を有する１つの調整リングを構成するように一体化することもできる。照明システムには、例えば、異なる色の追加のオプトエレクトロニク素子をも設けて、照明システムの所望の演色評価数が得られるようにすることができる。
【００２４】
図１に示す実施例の照明システムは炭素フィラメントランプに類似するものである。その理由は、支持体（らせん巻きワイヤ）１と変換手段３とを有する発光体が、点灯中可視光を放出するとともに、照明システムに光透過性エンベロープが設けられている為である。このらせん巻きワイヤ上の変換手段は、オプトエレクトロニク素子から生じる青色光を、この青色光の波長範囲よりも高い波長範囲の可視光に変換する。本発明による照明システムは、既知の照明システムに比べて、システムの比較的高い視感度効率（≧２０ルーメン／Ｗ）及び極めて長い寿命（≧75,000時間）が達成されるという利点を有する。
【００２５】
図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、本発明による発光体の種々の実施例を示す線図的断面図である。図２Ａは、変換手段２３が設けられた十字状素子２１の形態の発光体を示す。図２Ｂは、変換手段３３と保持手段３７とが設けられた星形素子３１の形態の発光体を示す。保持手段３７には一般に、被膜が設けられない。図２Ｃは、変換手段４３、４３′が設けられた装飾素子４１、４１′の形態の発光体を示す。図２Ｃは、装飾素子４１、４１′を口金に固着するのに用いられる保持手段を示していない。
【００２６】
当業者にとっては、本発明の範囲内で種々の変形が可能であること、明らかである。例えば、発光体の形状は図１、２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに示す形状に限定されず、（聖人の）肖像の形態の像のようないわゆる礼拝要素の形態の（三次元）発光体のような多くの変形例が可能である。他の変形例には、建築学上の物又は絵或いは他の（二次元的な）画像であって、（ユーザーにより）適切な位置（例えば、エッジ）にルミネッセンス材料が設けられたものの型が含まれる。或いはまた、発光体が（可視）光を（部分的に）通し、オプトエレクトロニク素子をこの発光体の下側に隠し、このオプトエレクトロニク素子が、目に見えない照明システムの一部を構成するようにしうる。適用する変換手段は一種類のものに限定されない。それに代えて、変換手段とルミネッセンス材料との組合せを用いることができる。更に、発光体の種々の部分を異なる変換手段で被覆し、これらの部分が異なる色を有するようにしうる。オプトエレクトロニク素子と変換手段とを適切に組合せることにより、種々の光及び色効果を達成でき、これはユーザーによって（調整リングを介して）調整しうる。例えば、青色及び緑色のオプトエレクトロニク素子を、青色及び緑色の双方の光に感応して赤色の光を放出する蛍光体と適切に選択して組合せ、青色光及び緑色光間のバランスを変えることにより、色効果を得ることができる。この場合、反射性被膜は青色光と緑色光との双方を部分的に反射するようにするのが望ましい。反射性被膜が設けられた照明システムのエンベロープは所望に応じ省略することができる。この場合、照明システムは、少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子と、変換手段（変換手段が設けられた支持体を有する発光体）との組合せを有する。反射性の層（被膜）を省略することもできる。この場合、下側からのみ照明され、もはや均一に光を放出しない。
【００２７】
本発明の保護範囲は上述した例に限定されない。本発明は、新規な各特徴及びこれら特徴の各組合せを以て構成されるものである。請求の範囲で「有する」とは、他の素子の存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による照明システムを、一部断面及び一部側面で示す。
【図２Ａ】 本発明による発光体の一実施例を示す断面図である。
【図２Ｂ】 本発明による発光体の他の実施例を示す断面図である。
【図２Ｃ】 本発明による発光体の更に他の実施例を示す断面図である。

Claims (10)

  1. 点灯中可視光を放出する発光体と、光を透過するエンベロープとを有する照明システムにおいて、
    この照明システムが、点灯中第１の波長範囲内の光を放出する少なくとも１つのオプトエレクトロニク素子を有し、
    前記発光体は、第１の波長範囲の光を第２の波長範囲の光に変換する変換手段を有し、
    前記エンベロープには、第１の波長範囲の光を少なくとも部分的に反射する被膜が設けられ、
    前記変換手段によって直接吸収されない第１の波長範囲の放出された光の少なくとも一部が、前記被膜により反射されると共にさらに前記変換手段により吸収されて第２の波長範囲の光に変換され、さらに、第２の波長範囲の前記光は、前記被膜を設けた前記エンベロープを通過するようになっていることを特徴とする照明システム。
  2. 請求項１に記載の照明システムにおいて、前記変換手段がルミネッセンス材料を有していることを特徴とする照明システム。
  3. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記変換手段は４００〜５００ｎｍの波長範囲の光によって励起しうるようになっていることを特徴とする照明システム。
  4. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記オプトエレクトロニク素子が発光ダイオードを有することを特徴とする照明システム。
  5. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記被膜が多層の反射性被膜を有することを特徴とする照明システム。
  6. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記被膜は青色光を反射することを特徴とする照明システム。
  7. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記被膜は、発光体の方向に向いたエンベロープの表面に設けられていることを特徴とする照明システム。
  8. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記発光体は、らせんに巻いたワイヤを有していることを特徴とする照明システム。
  9. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記発光体が、十字状素子又は星形素子又は装飾素子を有することを特徴とする照明システム。
  10. 請求項１又は２に記載の照明システムにおいて、前記オプトエレクトロニク素子の光束を点灯中少なくとも５ルーメンとしたことを特徴とする照明システム。
JP2000613009A 1999-04-20 2000-04-06 照明システム Expired - Lifetime JP4545952B2 (ja)

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EP99201247.6 1999-04-20
EP99201247 1999-04-20
PCT/EP2000/003074 WO2000063977A1 (en) 1999-04-20 2000-04-06 Lighting system

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