JP5066084B2 - エレクトロルミネッセンスデバイス - Google Patents

Description

本発明は、ビュー角に応じて用途に適合するよう、色温度が補正された燐光体変換エレクトロルミネッセンスデバイスおよび色温度に適合させるための方法に関する。

エレクトロルミネッセンス光源（ＬＥＤ）と、光変換燐光体粉体層とを備えた燐光体変換エレクトロルミネッセンスデバイス（ｐｃＬＥＤ）は、公知となっている。かかるｐｃＬＥＤでは、このＬＥＤが主要放射線を放出し、その一部がＬＥＤ内に配置された燐光体粉体層によって吸収され、波長のより長い二次放射線として再放出される。このプロセスはカラー変換または光変換とも称される。主要放射線と二次放射線とを適当に組み合わせることにより、例えば青色主要放射線と黄色二次放射線とを加色混合することにより、白色光を発生することが可能となる。ｐｃＬＥＤに対する重要なパラメータとして、いわゆるパッケージゲイン（光変換と光抽出の効率）と、ＬＥＤに対する混合色を全体として設定するための主要放射線の強度と二次放射線の強度の比とを挙げることができる。パッケージゲインとは、燐光体の層を有するｐｃＬＥＤから放出されるフォトンと燐光体の層を有しないｐｃＬＥＤから放出されるフォトンの比を意味することが理解されよう。現在入手できる最良のｐｃＬＥＤは、５０％未満のパッケージゲインを有する。

米国特許第US6,417,019号明細書は、サイズの異なる燐光体の粒子を含む燐光体粉体層を備えたｐｃＬＥＤを開示している。粒子サイズおよび材料の条件に応じ、光学的散乱率が高い粒子粉体層（燐光体層と称す）と光学的散乱率が低い燐光体粉体層（燐光体膜と称す）とを区別できる。燐光体粉体材料によって満たされたボウルの底部にＬＥＤを配置してもよいし、このＬＥＤに一様な厚みを有する燐光体の層をコーティングしてもよい。燐光体の層をコーティングする場合、マトリックス内に埋め込まれる燐光体粒子の濃度および性質が、二次放射線に変換される主要放射線の総合的比率を決定する。一様な厚みを有するセラミック層として、ＬＥＤには燐光体の膜が付着され、このセラミック層は基本的には燐光体の粒子材料しか含まず、ここで、燐光体の膜厚およびそれらの散乱能力は二次放射線に変換される主要放射線の比率を決定する。更に、燐光体層の散乱能力は光源の主要放射線の角度分布が燐光体層の二次放射線のコサイン分布を決定する程度を決定する。現在のＬＥＤは、コサイン分布とかなり異なる角度分布を有するので、分散能力が高い燐光体の層を使用するが、このことは、光源のパッケージゲインを低下させる。燐光体膜の異なる実施形態は、総合的色補正温度を設定するようにしか働かない。すべてのビュー角にわたって平均化された色温度を積算補正色温度と称す。

選択的発光器のカラーフルネスが黒体発光器のカラーフルネスと同じでないときに、補正色温度なる用語を使用する。いわゆる補正色温度とは、認識される色が所定の発光体とほとんど類似している黒体発光体の温度を意味する。ＣＩＥ色図のすべての値に対して、対応する補正色温度を決定できる。

それにも係わらず、例えば総合的補正色温度を有する白色ｐｃＬＥＤ光源は、観察者が容易に認識できる２０００Ｋまでのビュー角にわたって、補正色温度の分散を生じさせる。ビュー角に応じた補正色温度の一様性または偏差に関して多くの条件が存在する。一方、多くの用途では、例えばインジケータ用ライトでは、ビュー角にわたり、補正色温度ができるだけ少ない偏差を有することが好ましく、他方、特殊な光効果を有する用途では、例えばビュー角にわたり、補正色温度の一定の非一様性が必要となる場合もある。従来技術は、当業者に対し、ビュー角βに対し、補正色温度ＦＴの所望する関数ＦＴ（β）を目標とする態様でどのように設定できるかを、何ら教示していない。

従って、本発明の目的は、用途に適合したビュー角にわたる、補正色温度の偏差を特徴とする、燐光体変換ルミネッセンスデバイスを提供することにある。

この目的は、平均発光方向を中心として、ある発光特性を有する主要放射線を発光するためのエレクトロルミネッセンス層を有する少なくとも１つのエレクトロルミネッセンス光源と、前記主要放射線の少なくとも一部を二次放射線に変換するための、少なくとも１つの光変換要素とを備え、前記光変換要素の形状は、ビュー角を関数とする一定の補正色温度を発生するよう、前記エレクトロルミネッセンス光源の発光特性に適合されている、エレクトロルミネッセンスデバイスによって達成される。この発光特性とは、本明細書では平均発光方向のまわりでの主要放射線の伝搬方向の分布を意味する。

エレクトロルミネッセンスデバイスの一実施形態では、前記光変換要素は、前記エレクトロルミネッセンス光源に光学的に接続されている。このように光変換要素に対して光源を接続することによって、接続材料を介してほぼ等方的発光特性が得られ、その結果、ほぼランベルト発光特性であるような発光特性を有する、接続されていない光源で可能であったよりも、色温度を角度により容易に適合させることが可能となっている。ランベルト光源とは、コサイン発光特性を有する光源のことである。

別の実施形態では、前記光変換要素は、セラミック材料および／または光変換粒子が埋め込まれた、寸法上安定したマトリックス材料を含む。ここで、寸法的に安定とは、作動時間にわたって作動条件下で無傷のままである幾何学的形状を意味する。セラミック材料は自らこのような性質を提供できる。

セラミック材料から製造された光変換要素を含むエレクトロルミネッセンスデバイスの別の実施形態では、前記セラミック材料は、理論上の固体密度の９７％より大きい密度を有する。高密度のために、光変換要素内の光の散乱は低減され、この結果、散乱比率とは無関係に、主要放射線と二次放射線の比率を調節でき、これによって、色温度の角度分布に対する効果が得られる。

別の実施形態では、前記光変換要素の形状は、前記エレクトロルミネッセンス光源を向いた第１表面と、前記エレクトロルミネッセンス光源と反対側を向いた第２表面と、前記第１表面と前記第２表面の間に配置されたエッジ表面とを備える。

別の実施形態では、前記光変換要素の形状は、シート状形状、ディスク状形状、ボウル状形状から成る群から選択された形状である。ここで、シート状形状とは、他の空間方向に直交する第３の空間方向のサイズよりも、２つの空間方向の平均サイズが大きくなっている形状を異名紙、ディスク状形状とは、第１表面と第２表面とが実質的に互いに平行に配置されている形状を意味し、ボウル状形状とは、エレクトロルミネッセンス光源の発光面のすべてのを囲む形状を意味する。

エレクトロルミネッセンスデバイスの別の実施形態では、前記エッジ表面は、前記エレクトロルミネッセンス光源のエレクトロルミネッセンス層の、層の垂線に対し、所定の補正色温度を発生するようになっている角度に配置されている。層の垂線とは、対応する層の上に垂直に位置するベクトルを意味し、ビュー角が大きい場合の補正色温度は、エレクトロルミネッセンス層の、層の垂線に対するエッジ表面の角度によって設計できる。好ましい一実施形態では、前記角度は、２０°〜７０°の間にある。エッジ表面に対するこのような角度範囲では、ビュー角にほとんど無関係な色温度を得ることができる。

別の実施形態では、前記エレクトロルミネッセンス層は、前記光変換要素の前記第１表面に平行な付加的長さＵ_ELだけ、前記光変換要素を越えて突出し、別の実施形態では、前記エレクトロルミネッセンス光源の前記エレクトロルミネッセンス層に平行な付加的長さＵ_LKEだけ、前記エレクトロルミネッセンス層を越えて突出する。付加的長さにより、大きなビュー角に対し、エレクトロルミネッセンス光源の側面の領域からの主要放射線の強度を変えることができるので、小さいビュー角の場合の色温度に対する色温度を設定できる。

別の実施形態では、前記付加的長さＵ_LKEは、前記エレクトロルミネッセンス層と前記光変換要素の第１表面との間の距離以上となっている。このような付加的長さにより、大きいビュー角に対する色温度と小さいビュー角に対する色温度とが等しくなる。

別の実施形態では、前記光変換要素の前記第１表面と第２表面との間には第１間隔およびこの第１間隔の４倍以下の第２間隔が存在する。これら間隔の差により、主要放射線の大きい吸収率または低い吸収率により、平均発光方向に沿った伝搬方向を有する光ビームに対して、エッジ領域内の補正色温度を設定することもできる。

別の実施形態では、前記第１表面、前記第２表面および前記エッジ表面から成る群から選択された少なくとも１つの表面は、反射構造体を有する。このような構造により、エレクトロルミネッセンス光源から光変換要素への結合入力と、光変換要素からの光の結合出力の双方を改善できる。更に、反射構造体は主要放射線と二次放射線の光分布に対する効果を有するので、ビュー角を関数とする色温度にも効果を有する。

別の実施形態では、前記光変換要素は、前記主要放射線の２０％未満を反射する。この結果、光変換要素の散乱性質を低減できるので、所定のビュー角の範囲に対し、補正色温度の偏差をより良好に調節できる。更に、光透過能力がより良好なことにより、パッケージゲインをより高くすることができる。

更に本発明は、ビュー角を関数とするように、所望する補正色温度を定めるステップと、
光変換要素を用いることなく、エレクトロルミネッセンス光源の発光特性を決定するステップと、
前記ビュー角を関数として定められた、補正色温度を発生するよう、前記エレクトロルミネッセンス光源の発光特性に前記光変換要素を適合させるステップとを備えた、請求項１記載のエレクトロルミネッセンスデバイスを製造するための方法に関する。

図面に示した実施形態を参照し、本発明について説明するが、図面は、発明を限定するものでない。

従来技術に係わるエレクトロルミネッセンスデバイス１を示し、このデバイスは、平均発光方向５のまわりに発光特性を有する主要放射線を発光するための、ベース４に形成されたエレクトロルミネッセンス光源２と、第１放射線を少なくとも部分的に吸収し、二次放射線を放出するための、主要放射線のビーム路内に配置された光変換要素３とを備える。このエレクトロルミネッセンス光源２は、主要放射線と二次放射線とから成る混合光を放出し、その結果、混合光は補正色温度を有する。エレクトロルミネッセンス光源２およびこのエレクトロルミネッセンス光源２に形成された光変換要素３は、一般に透明材料から構成されたレンズ６によって囲まれており、発光方向５の方向から見たときに、レンズ６は、外側に凹状となった表面を有する。

図１に示されるようなエレクトロルミネッセンス光源２は、基板、例えばサファイアと、この基板に形成されたエレクトロルミネッセンス層構造体とを備え、エレクトロルミネッセンス層構造体はこれら２つの電極の間に配置された少なくとも１つの有機または非有機エレクトロルミネッセンス層を備える。通常、基板は主要放射線と二次放射線の双方を透過できる。一般に、基板に向いている電極は放射線を透過できるので、基板を通過するよう、主要放射線が放出される。従って、基板と反対側の電極は光を反射する（底部発光器）。別の実施形態では、基板を通過せず、むしろ基板と反対側の透明電極（頂部発光器）を主要放射線が透過するようにもできる。このエレクトロルミネッセンスデバイス１は、同一および／または異なる主要放射線を放出するための多数のエレクトロルミネッセンス光源２を含んでもよい。主要放射線を少なくとも部分的に吸収するように、主要放射線のビーム路内に光変換要素３が配置されている。この場合、この光変換要素３をエレクトロルミネッセンス光源２に直接形成してもよいし、または透明材料によりエレクトロルミネッセンス光源２に光学的に接続してもよい。光変換要素３をエレクトロルミネッセンス光源２に光学的に接続するために、例えば光変換要素３とエレクトロルミネッセンス光源２との間に、弾性または硬質材料から構成された付着層を使用することができ、この材料は１.４〜３.０の間の、主要放射線に対する屈折率を有する材料、例えば白金で架橋された架橋可能な２成分式シリコーンゴム、または光源および光変換要素に接合されるその他のガラス材料とすることができる。更に光変換要素３をエレクトロルミネッセンス光源２に密に接触させ、これら２つの間の距離を、主要放射線の平均波長の３０倍、好ましくは１０倍、特に好ましくは平均波長の３倍未満とする。しかしながら別の実施形態では、構造、サイズ、幾何学的形状または材料が異なる、多数の光変換要素を１つ以上のエレクトロルミネッセンス光源に光学的に接続することも可能である。

光変換要素３が接続されていない場合、主要放射線はほぼランベルト角度分布なる分布（平均発光方向５に対する伝搬角度を有する分布）で、光変換要素３に達する。光変換要素がエレクトロルミネッセンス光源２に光学的に接続されている場合、主要放射線の角度分布は光学接続部の反射率に応じて等方性角度分布に近似する。更に、エレクトロルミネッセンス光源の角度分布はかなりの程度光源自身の種々のアクティブ層の構造によって決定される。

図１における光変換要素３と異なり、本発明に係わる光変換要素はビュー角に対して望ましい補正色温度に適合する形状となっている。適当な適合化を実行できるようにするために、エレクトロルミネッセンス光源２の発光特性を（光変換要素３を用いることなく）あらかじめ決定しなければならない。この目的のために、光変換要素を用いることなく、角度に応じた態様で、エレクトロルミネッセンス光源の主要放射線の強度を測定する。ここで、光変換要素を光学的に接続するのに使用される材料／媒体内で、角度の依存性を測定できることを保証するための注意を払わなければならない。次に、補正色温度の所望する角度依存性に応じ、光変換要素の適合した形状により、混合光における主要放射線の比率を増減できる。

図２は、ディスク状の光変換要素３を用いた、本発明に係わるエレクトロルミネッセンスデバイス１の実施形態を示す。この場合、光変換要素３は、例えば基本的には光を変換する燐光体材料または寸法的に安定したマトリックス（母材）材料、例えばＰＭＭＡまたは埋め込まれた光変換粒子を備えた、粒子でドーピングできるその他の材料から製造された、プレス加工されたセラミックを含むことができる。ここで、光変換要素３の幾何学的形状は、観察者１１がエレクトロルミネッセンスデバイス１を見ているビュー角１０に対する混合光の補正色温度の所望する依存性を設定するようになっている。図２に例示されたディスク状の形状は、第１表面３ａと、第２表面３ｂと、エッジ表面３ｃとを備える。ディスク状形状とは、第１表面３ａと第２表面３ｂとが基本的に互いに平行に配置されているような形状のことである。光変換要素３の第１表面３ａとエレクトロルミネッセンス層２１との間の距離８に光変換要素３が配置されている。しかしながら、光変換要素３は、この光変換要素３の材料とは関係なく、使用条件に応じて別の形状、例えばシート状形状、カーブした形状またはボール状形状にしてもよい。ここで、シート状とは、２つの空間方向の平均サイズは他の空間方向に直交する第３の空間方向のサイズよりもかなり大きくなっている形状を意味する。この場合、シート状形状は第３の次元において、カーブしているか、または平らでないシートとして具現化できる。ボール状形状とは、エレクトロルミネッセンス光源２の発光面のすべてを囲む形状を意味する。

ビュー角が大きい場合に、補正色温度に合わせるための１つのパラメータとして、エレクトロルミネッセンス層２１に平行な光変換素子３の相対的に付加的長さＵ_ELまたはＵ_LKEを挙げることができる。エレクトロルミネッセンス光源２が光変換要素３を越えて突出している場合、この付加的長さはＵ_ELと表示し、光変換要素３がエレクトロルミネッセンス光源２を越えて突出している場合、光変換要素３はエレクトロルミネッセンス層２１に平行なエレクトロルミネッセンス光源２を越えて突出している付加的長さ７をＵＬＫＥと表示する。

ビュー角１０にわたって色温度に適合するための別のパラメータは、光変換要素３の第１表面３ａと第２表面３ｂとの間の間隔（または他の厚さ）である。領域３３において、第１の間隔９ａを有し、領域３４において第２の間隔９ｂを有する光変換要素３の場合、ビュー角の特定の領域に対し、これらが互いに無関係となるように色温度を設定できる。

ビュー角１０にわたって色温度に適合するための別のパラメータは、エレクトロルミネッセンス光源２のエレクトロルミネッセンス層２１の、層垂線に対する光変換要素３のエッジ表面３ｃの角度１２である。

図３は、エレクトロルミネッセンス光源２に光学的に接続されたディスク状光変換要素３の例を使用する種々の付加的長さＵ_LKEおよびＵ_ELに対するビュー角１０を関数する色温度の偏差を示す。ここで、前記光変換要素３は、一様な厚み（第１の間隔９ａ＝第２の間隔９ｂ）および（発光方向５に対応する）エレクトロルミネッセンス層の垂線に平行に配置されたエッジ表面３ｃを有する。付加的長さＵ_ELおよびＵ_LKEは、この場合、光変換要素３の第１表面３ａとエレクトロルミネッセンス層２１との間の、図３においてパラメータｄと表示される、距離８の倍数として示される。平均発光方向５に対する伝搬方向が大きな角度となっている主要放射線部分は光路がより長いために、光変換要素３内でかなりの程度吸収されるので、特に追加的長さ７が長い場合に、小さいビュー角と大きいビュー角との間で色温度の偏差が、大きくなる。このことは、特にエレクトロルミネッセンス光源２の側面から出る主要放射線について当てはまる。光変換要素３のかかる形状を仮定すると、ビュー角１０が大きい場合、色温度は、Ｕ_LKEの値が増加するにつれ、純粋な二次放射線の色温度により対応する。光変換要素３の第１表面３ａとエレクトロルミネッセンス層２１との間の距離８に対する極めて短くなっている付加的長さＵ_LKEまたはエレクトロルミネッセンス層が光変換要素を越えて突出する場合の付加的長さＵ_ELに対し、主要放射線と二次放射線の反転した相対的比が得られる。

小さいビュー角から大きいビュー角１０までの補正色温度のカーブは、更にエレクトロルミネッセンス光源２のエレクトロルミネッセンス層２１の層の垂線に対するエッジ表面３ｃの角度１２により、更に調節できる。大きい角度１２に対し、ビュー角１０の広い角度レンジにわたってビュー角と共に増加する主要放射線の比率は、このビュー角において、発光される混合光内で得られる。他方、角度１２が小さいか、または負の場合、大きなビュー角１０に対する主要放射線の比率は、エレクトロルミネッセンスデバイス１の垂直ビュー角の場合の比率よりも小さくなり得る。

ゼロに等しい付加的長さ７を有し、（本例では発光方向５に対応する）エレクトロルミネッセンス層２１の、層の垂線に平行なエッジ表面３ｃを有するディスク状光変換要素に対する例として、図４にはビュー角１０に応じた補正色温度に対する第１の間隔９ａおよび第２の間隔９ｂの効果が示されている。図４では、第１の間隔はＡ１と表示され、第２の間隔はＡ２として表示されている。光変換要素３の内側領域３３における第１間隔９ａのうちの６０％の光変換要素３の外側領域３４における第２間隔９ｂの場合、ビュー角１０を関数として変動する色温度が得られ、この色温度は平均発光方向５に対し、−５０°〜＋５０°のビュー角に対する極めて一様な補正色温度を有する。｜５０°｜よりも大きいビュー角では、混合光における主要放射線に比率が増加するので、小さいビュー角の場合の値に対する色温度の差も大きくなる。｜６０°｜よりも大きいビュー角に対する色温度の曲線は、基本的には（光変換要素はゼロの付加的長さを有するので）領域３４内の第２の間隔９ｂには基本的には依存しないが、２０°〜５０°および−２０°〜−５０°の角度範囲における二次放射線の比率は、小さいビュー角１０の場合に第２の間隔が増加するにつれ増加する。

図５は、光変換要素３の第１表面３ａとエレクトロルミネッセンス層２１との間の距離８に等しい付加的長さ７を有し、更に（発光方向５に対応する）エレクトロルミネッセンス層２１の、層の垂線に平行なエッジ表面３ｃを有するディスク状の光変換要素に対する例として、図４と同じ第１の間隔と第２の間隔の比に対するビュー角の関数としての補正色温度の曲線を示す。図５では、第１の間隔はＡ１と表示され、第２の間隔はＡ２と表示されている。発光要素３の外側領域３４における第２の間隔９ｂが、光変換要素３の内側領域３３における第１の間隔９ａの６０％である場合、図５はビュー角１０と共に増加する混合光における主要放射線の、所定の比率を有する色温度を示す。外側領域３４における第２の要素９ｂが大きくなればなるほど、ビュー角１０にわたる補正色温度はより均一となる。第２の間隔９ｂが第１の間隔９ａの２倍大きい場合、ビュー角１０から独立した色温度が得られる。（二次放射線に対する主要放射線の比に対応する）色ポイントの位置は、この場合、第１の間隔９ａおよび第２の間隔９ｂの絶対値により、所望する値に適合しなければならない。ここで、主要放射線が第２放射線に完全に変換されるまで、混合光における主要放射線の比率は第２の大きい間隔９ｂに対して局部的に低減できる。光変換要素３の適当な構造により、混合光において大きい比率および小さい比率の主要放射線を有する別の局部的領域を作成することが可能である。

所定の第１の間隔および第２の間隔９ｂでは、補正色温度は図４と５とを比較することから分かるように、付加的長さにも依存する。

対応する適合化により上記効果を有するこれらパラメータを光変換要素３の他のシート状でない幾何学的形状の実施形態に対しても使用すべきである。

すべてのビュー角１０に対する附勢された色温度の偏差をできるだけ少なくする別の実施形態は、エレクトロルミネッセンス光源２の発光特性に依存する変換されない主要放射線の光路が大きい角度で光変換要素３の外側領域３４を通過し、対応する伝搬方向を有する光変換要素３の内側領域３３内の光路と多少同じとなることを保証するように注意を払わなければならない。例えば光変換要素３はエレクトロルミネッセンス層２１と光変換要素３の第１表面３ａとの間の距離よりも長い付加的長さＵＬＫＥ７を有するようなエレクトロルミネッセンスデバイス１を用いることにより、すべてのビュー角１０に対して極めて一様となっている補正色温度を得ることができる。エッジ表面３ｃの角度１２は、補正色温度の一様性を改善するために２０°〜７０°の間にある。外側領域３４の第２間隔９ｂは、光変換要素３の内側領域３３の第１間隔９ａの６０％〜１００％大きい。平均間隔（または平均要素の厚み）は、この場合、４０％よりも大きいセラミック光変換材料の透過率に対して５０μｍ〜５００μｍである。透過率が高いことは、大きい角度で光変換要素３で進入する主要放射線を散乱させる可能性を低下させるので、ビュー角１０が大きい場合に主要放射線の比率を高める。更に、エレクトロルミネッセンスデバイス１のいわゆるパッケージゲインは光変換要素３の透過率と共に増加する。

図６は、ビュー角１０の関数として黄色二次放射線を発生するためのＣｅでドープされたＹＡＧセラミックスおよび青色主要放射線による、本発明に係わる２つの白色光発光エレクトロルミネッセンスデバイス１の補正色温度を示す。比較のために従来の燐光体粉体層および燐光体粉体膜に対する対応するデータが示されている。図６に示されたデータは、メルケルズＧｍｂＨからのオートロニックＤＭＳ４０１測定装置によるｐｃＬＥＤで測定された発光スペクトルから計算したデータであり、このケースにおける測定領域はｐｃＬＥＤの発光領域よりも広くなっている。

異なる長さだけエレクトロルミネッセンス光源を越えて突出する異なる光変換要素３を用いてｐｃＬＥＤで本発明に係わる２つのエレクトロルミネッセンスデバイスのデータを測定した。各ケースにおけるエレクトロルミネッセンス光源の表面積は、２×２ｍｍ²である。内部に光変換粒子が埋め込まれたマトリックス材料から構成された光変換要素を用い、エレクトロルミネッセンス光源における図６の曲線５１を決定した。この光変換要素はエレクトロルミネッセンス光源をドーム状に囲んでいる。補正色温度は本例ではビュー角１０に応じて２０００Ｋよりも大きく変化する。曲線５２は８００Ｋの補正色温度の、より小さい変化を示し、この曲線５２は電気泳動により製造されたカバー粒子層が一定の厚みを有するエレクトロルミネッセンス光源上で測定したものである。曲線５３および５４は、上記形状パラメータを有する光変換要素３を有する本発明に係わる２つのエレクトロルミネッセンス１に対する値に対応しており、これら値はすべてのビュー角にわたって３００°Ｋより少さい値だけ変化している。外側領域３４における要素の厚みを適合化することにより、６０°より大きいビュー角に対する補正色温度の若干の増減量を更に低減できる。本発明に従い、エレクトロルミネッセンス光源２の発光特性に光変換要素３の形状を適合させると、例えば混合光を発光するためのエレクトロルミネッセンスデバイス１を提供することが可能となり、この混合光の補正色温度は、ほとんどビュー角１０に依存しない。光変換要素の平均厚みは４５０μｍである。付加的長さはエレクトロルミネッセンス層２１と光変換要素３との間の距離の５倍であり、エレクトロルミネッセンス層２１の層の垂線に対して４５°の角度にエッジ表面３ｃが配置されており、第１間隔９ａと第２間隔９ｂとの間の差は２００μｍである。

図６に示された測定値はエレクトロルミネッセンス光源および光変換要素３のまわりにレンズ６または光学素子を有しないエレクトロルミネッセンス光源で測定したものである。それにも拘わらず、本発明に係わる実施形態の効率は従来のｐｃＬＥＤの効率よりも高くなっている。

本発明に係わるエレクトロルミネッセンスデバイス１の別の実施形態では、エレクトロルミネッセンス光源２に光学的に接続された本発明に係わる光変換要素３は、第１表面３ａと、第２表面３ｂと、エッジ表面３ｃとから成る群から選択した少なくとも１つの表面上に、エレクトロルミネッセンス光源２からの光の、光変換要素３からの結合出力を改善し、および／または光の光変換要素３への結合入力を改善するための反射構造体を有する。一実施形態では、本発明に係わる光変換要素３は、光の結合入力を改善するための反射構造体と光の結合出力を改善するための反射構造体の双方を含むことができる。これら構造体は光変換要素の材料内に組み込んでもよいし、または例えば接合層により光変換要素に追加層として接合してもよい。例えばこれら反射構造体はピラミッド、ドームまたは他の方法で形状が定められた構造体の一定のパターンに設計することができる。

光変換要素の材料は、無機蛍光物質、例えばＰＭＭＡのようなキャリア材料内に埋め込まれたペリレン染料を主にベースとする、ＢＡＳＦ社からのLumogensから構成できる。オレンジ、赤、青および緑を介して黄色から色スペースをカバーするような高効率の透光性光変換要素が得られる。一般に従来のデポジット技術により付着できる無機粉末蛍光物質が使用される。他方、一般的に有機マトリックス材料、例えばＰＭＭＡ内に粉末蛍光物質が埋め込まれる。このような材料は、層またはプレートとして処理できる。他方、これら粉末蛍光物質は多結晶セラミックを形成するように処理することもできる。この場合、セラミックの密度はプロセスパラメータによって決まる。高い光透過率を有する光変換要素に対しては理論的固体密度の９７％より大きい、かかるセラミックの密度が必要である。

使用分野および結果として得られる所望する混合色に応じ、無機粉末蛍光物質を含む光変換要素は、下記の群から選択された少なくとも１つの材料から成る。

ここで、例えばＭ^Iに対するＭ^I＝（Ｘａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ）なる表示は、個々の元素を意味するだけでなく、括弧内の元素の混合物も含むものである。

主要放射線の平均波長は２００ｎｍ〜４９０ｎｍの間の波長レンジ内にあることが好ましいので、主要放射線と二次放射線を混合することにより、白色光を発生するのに必要な他のすべてのスペクトル領域の光を励起しなければならない。従って、主要青色放射線の場合、二次放射線は色混合により白色光を発生できるよう、二次放射線は、黄色または緑色スペクトル領域および赤色スペクトル領域内の光を含むことが好ましい。

本発明に係わる光変換要素の別の実施形態では、寸法上安定なマトリックス材料は、平均粒径が局部的に異なっていてもよい、異なる粒径を有する光変換粒子を含む。吸収率と散乱率との比は粒子のサイズによって決まり、第１光変換粒子と第２光変換粒子の数および濃度により、この比を調節できる。燐光体層の光透過性および吸収性の特性は、いわゆる散乱パワー、すなわち散乱係数と層の厚みの積、および吸収係数によって決まる。吸収係数は（例えばアクティベータの性質および濃度によって決まる）材料の定数であるが、μｍレンジ内の粒径に対する散乱係数は平均粒径に反比例する。エレクトロルミネッセンスデバイスによって放出される光の主要放射線と二次放射線の比率が同じであると仮定すると、（例えば減少した粒径によって生じる）光変換要素内の分散率を高めると、元の発光方向にエレクトロルミネッセンスデバイスから、より少ない主要放射線が離間するという効果が生じる。

図面を参照して説明した実施形態およびその説明は、単にエレクトロルミネッセンスデバイスのビュー角の関数として補正色温度の偏差を低減するための例に過ぎず、請求項をこれら実施形態だけに限定するものと理解すべきでない。当業者には別の実施形態も想到でき、これら別の実施形態も特許請求項の保護範囲によってカバーされるものである。従属項の番号は、これら請求項の別の組み合わせが本発明の有利な実施形態を示すものでないことを意味しない。

従来技術に係わるエレクトロルミネッセンスデバイスを示す。 本発明に係わるエレクトロルミネッセンスデバイスの別の実施形態を示す。 種々の付加的長さＵＥＬおよびＵＬＫＥに対するビュー角の関数としての補正色温度の偏差を示す。 付加的長さがゼロに等しい場合の、種々の第１間隔および第２間隔に対するビュー角を関数とする、補正色温度の偏差を示す。 付加的長さが光変換要素の第１表面とエレクトロルミネッセンス層との間の距離に等しい場合の、種々の第１間隔および第２間隔に対するビュー角を関数とする、補正色温度の偏差を示す。 図３に示されるような、本発明に係わるエレクトロルミネッセンスデバイスに対するビュー角を関数とする補正色温度の偏差の比較を示す。

符号の説明

１ エレクトロルミネッセンスデバイス
２ エレクトロルミネッセンス光源
３ 光変換要素
４ ベース
５ 平均発光方向
６ レンズ

Claims (12)

1. 平均発光方向を中心として、ある発光特性を有する主要放射線を発光するためのエレクトロルミネッセンス層を有する少なくとも１つのエレクトロルミネッセンス光源と、前記主要放射線の少なくとも一部を二次放射線に変換するための、少なくとも１つの光変換要素とを備え、前記光変換要素の形状は、ビュー角を関数とする一定の補正色温度を発生するよう、前記エレクトロルミネッセンス光源の発光特性に適合され、
   前記光変換要素の形状は、前記エレクトロルミネッセンス光源を向いた第１表面と、前記エレクトロルミネッセンス光源と反対側を向いた第２表面と、前記第１表面と前記第２表面の間に配置されたエッジ表面とを備え、
   前記光変換要素の幅は、前記エレクトロルミネッセンス光源から離れる方向に向かって減少し、
   前記エッジ表面は、前記エレクトロルミネッセンス光源のエレクトロルミネッセンス層の、層の垂線に対し、所定の補正色温度を発生するようになっている角度に配置され、
   前記角度は、２０°〜７０°の間にある
   ことを特徴とするエレクトロルミネッセンスデバイス。
2. 前記光変換要素は、前記エレクトロルミネッセンス光源に光学的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
3. 前記光変換要素は、セラミック材料および／または光変換粒子が埋め込まれた、寸法上安定したマトリックス材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
4. 前記セラミック材料は、理論上の固体密度の９７％より大きい密度を有することを特徴とする請求項３に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
5. 前記光変換要素の形状は、シート状形状、ディスク状形状、ボウル状形状から成る群から選択された形状であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
6. 前記エレクトロルミネッセンス層は、前記光変換要素の前記第１表面に平行な付加的長さＵ_ELだけ、前記光変換要素を越えて突出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
7. 前記光変換要素は、前記エレクトロルミネッセンス光源の前記エレクトロルミネッセンス層に平行な付加的長さＵ_LKEだけ、前記エレクトロルミネッセンス層を越えて突出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
8. 前記付加的長さＵＬＫＥは、前記エレクトロルミネッセンス層と前記光変換要素の第１表面との間の距離以上となっていることを特徴とする請求項７に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
9. 前記光変換要素の前記第１表面と第２表面との間には第１間隔およびこの第１間隔の４倍以下の第２間隔が存在することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
10. 前記第１表面、前記第２表面および前記エッジ表面から成る群から選択された少なくとも１つの表面は、反射構造体を有する請求項１乃至８の何れか１項に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
11. 前記光変換要素は、前記主要放射線の２０％未満を反射することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のエレクトロルミネッセンスデバイス。
12. ビュー角を関数とするように、所望する補正色温度を定めるステップと、
    光変換要素を用いることなく、エレクトロルミネッセンス光源の発光特性を決定するステップと、
    前記ビュー角を関数として定められた、補正色温度を発生するよう、前記エレクトロルミネッセンス光源の発光特性に前記光変換要素の形状を適合させるステップとを備え、
    前記光変換要素の形状は、前記エレクトロルミネッセンス光源を向いた第１表面と、前記エレクトロルミネッセンス光源と反対側を向いた第２表面と、前記第１表面と前記第２表面の間に配置されたエッジ表面とを備え、
    前記光変換要素の幅は、前記エレクトロルミネッセンス光源から離れる方向に向かって減少し、
    前記エッジ表面は、前記エレクトロルミネッセンス光源のエレクトロルミネッセンス層の、層の垂線に対し、所定の補正色温度を発生するようになっている角度に配置され、
    前記角度は、２０°〜７０°の間にある
    ことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンスデバイスを製造するための方法。

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