JP5451629B2 - 所定の外観を有する光源及び照明システム - Google Patents

Description

本発明は、非動作時に所定の外観を有する光源に関する。

本発明は、前記光源を含む照明システムにも関する。

光源はそれ自体知られている。光源は、とりわけ、例えば、店舗及びオフィスにおける一般照明システムとしての使用に関して、又は、例えば、ビーマ及び投影型テレビなどの投影装置における照明システムとしての使用に関して、又は、例えば、液晶表示装置などの表示装置におけるバックライト照明システムとしての使用に関してなど、全ての種類の照明システムにおいて使用される。光源は、光源によって発される光の色を決定する発光材料をも含み得る。発される光の色を決定する発光材料を使用する光源は、非可視光を発する発光体及び可視光を発する発光体を有する光源を含む。

非可視光を発する発光体を有する光源の既知の実施例において、非可視光は、光源によって発される可視光の色を決定する発光材料によって可視光へほぼ完全に変換される。このような発光体は、例えば、発光材料によって可視光へ変換される紫外線光などを発する。発光材料は、通常、光源によって発される可視光の色を決定する発光材料の混合物を含む。非可視光を発する発光体を有するこのような光源の例は、例えば、紫外線を可視光へ変換する発光層へ紫外線を放射する低圧水銀放電ランプである。

可視光を発する発光体を含む光源の知られている実施例において、発光体からの光の一部は、発光材料によって変換され、発光体からの光の残りは、光源によって発される可視光の色を決定するために、変換された光と組み合わせられる。同様に、発光材料は、光源によって発される可視光の色を調整するために、異なる発光材料の混合物を含み得る。この実施例の主な有益な点は、光源によって発される光の効率が、光変換の低減によって増加されることである。発光材料が１つの色を更なる色へ光を変換するために使用される場合、ストークスシフトにより光の損失が生じる。発光体によって発される光の一部を使用する場合、この光は、この光は異なる色へ変換される必要はなく、したがって、ストークスシフトによる損失を低減させ、光源の効率を向上させることになる。特に、青色ＬＥＤ及び青色レーザＬＥＤの開発により、可視光を発する発光体を有するこれらの種類の光源は、非常に普及してきた。

しかし、可視光を発する発光体を有する既知の光源の欠点は、一般的に、光源が、非動作時において動作時とは同一の色外観を有さないことである。このことは、発光体によって発される光が、発光体の上部において発光層として一般的に塗布される発光材料を介して光源から発されるようにされる光源の構成から生じるものである。結果として、光源の外観は、蛍光体の外観によって主に決定される。光源が青色光をこの青色光の一部を黄色光へ変換する発光層を介して発する発光体を有する場合、光源は、動作時においてほぼ白色の光を発する一方で、非動作時における光源の外観が発光材料によりほぼ黄色になる。

動作時及び非動作時における外観のこの差に対する解決法は、例えば、米国特許出願書類第2005/0201109号において見うけられ得る。この特許出願書類において、支持体、放射表面を有し支持体において配置される光源、光源の放射表面に面するように配置されるレンズを含む照明装置が開示されている。ハーフミラーフィルムが、レンズの少なくとも表面に設けられている。ハーフミラーフィルムは、光が光源から発されていない場合に外部光を用いて外から照明装置の内部を見ることを防ぐ。

この知られている照明装置の欠点は、このようなハーフミラーフィルムが、相対的に制限された波長範囲においてのみ効率的に使用され得るということである。ほぼ全ての外部光が光源へ入ることを阻止されるべき場合において、ハーフミラーフィルムは、光の一部が照明装置から発されることも阻止し得、したがって、既知の照明装置の効率をかなり低減させる。

本発明の目的は、光が発されない場合に所定の外観を有する一方で、大幅に高効率を維持する光源を提供することである。

本発明の第１の態様に従うと、この目的は、非動作時における所定の外観を有する光源であって、当該光源は、発光体及び光変換要素を含み、
−前記発光体は、第１の色の可視光を前記光変換要素を介して光源から離れた方向へ発し、
−前記光変換要素は、前記第１の色の前記光の少なくとも一部を前記第１の色とは異なる第２の色の光へ変換する発光材料を含み、
−前記光源は、更に、変換材料を含み、前記変換材料は、当該変換材料に入射する環境光の少なくとも一部を前記第２の色とは異なる第３の色の光へ変換し、前記環境光は、前記光源の外部から生じる光である、
光源によって達成される。

光源の動作において、光源によって発される光は、発光体によって発される第１の色の光、発光材料から生じ且つ光変換要素によって発される第２の色の光、及び変換材料へ入射する環境光から生じる第３の色の光を含む。光源の外部から生じる環境光の強度は、通常、発光体によって生成される光の強度よりも幾段低い強度であるので、光源によって発される光の色への第３の色の寄与は、非常に低く、したがって、色は、主に第１の色の光及び第２の色の光の混合によって決定される。光源における発光体が第１の色の光を発さない、言い換えると、光源が非動作時である場合、光源によって発される光は、光源に入る環境光から生じる。環境光の一部は、変換要素へ入射する第１の色の光であり得、その一部は、第２の色の光へ発光材料によって変換される。更に、光源は、変換材料に入射する環境光の少なくとも一部を、第２の色とは異なる第３の色の光へ変換する変換材料を含む。この場合、光源によって発される光への第３の色の寄与は、無視できず、非動作時における光源によって発される光の色へ寄与する。結果として、非動作時において、光源によって発され、非動作時において光源の外観を決定する光は、反射環境光、第２の色の光、第３の色の光を含む。第３の色の光を選択することは、非動作時における光源の所定の外観が達成されるようにさせる一方で、ハーフミラーに関する必要性を省略させ、これにより、光源の効率性を向上させる。

光変換要素の発光材料は、第１の色をそれぞれ吸収し、その結果第１の色を対応する更なる色へ変換する異なる発光材料の混合物であり得る。複数の色の光は、混合される場合、第２の色の光を生じさせる。発光体は、複数の発光体をも含み得、これらの発光体のいくつかは、異なる色の光を発する。複数の発光体の光は、混合される場合、第１の色の光を生成する。

例えば、光の第１の色が発光体によって発される青色光であり、例えば、発光材料が青色光の一部を黄色光（第２の色の光である）へ変換する場合、光源によって発される光は、実質的に白色である。しかし、光源の外観は、光源を見入る場合、異なる色であり、光源に黄色の外観を与える、環境光の一部を黄色へ変換する発光材料の色によって決定される。第３の色の光へ環境光の一部を変換する変換材料を加えると、外観は調整され得る。例えば、変換材料は、環境光の一部を青色に変換し、このことは、発光体から省かれた青色光を補償する。このような光源は、動作時及び非動作時両方において、実質的に白色の外観を有する。

この文脈において、第１の色、第２の色又は第３の色の光は、通常、所定のスペクトルを有する光を含む。所定のスペクトルは、例えば、所定の波長前後の特定の帯域幅を有する一次色を含む、又は、例えば、複数の一次色を含み得る。所定の波長は、放射強度スペクトル分布の平均波長である。一次色の光は、例えば、赤、緑、青、黄色、アンバ及びマゼンタの光を含む。第１の色、第２の色又は第３の色の光は、青色及びアンバ、又は青色、黄色及び赤色などの、一次色の混合をも含み得る。例えば、赤色、緑色、及び青色の光の特定の組合せを選択することによって、実質的に、白色を含む、全ての色が、光源によって生成され得る。例えば、赤色、緑色、青色、シアン、及び黄色などの、一次色の他の組合せも実質的に全ての色の生成を可能にする。

光源のある実施例において、前記変換材料は、前記発光体から離れて面する前記光変換要素の表面に少なくとも部分的に付される層において適用される。この実施例の有益な点は、変換材料が、光変換要素における層として比較的容易に適用され得ることである。変換材料を含む層は、光源において使用される変換材料に依存して、様々な既知の沈着及び／又は印刷技術を用いて、光変換要素に適用され得る。

光源のある実施例において、前記変換材料は、前記第３の色を生じさせるために、前記入射する環境光の少なくとも一部を吸収し、前記入射する環境光の残りを反射するように構成される。このような変換材料は、例えば、光変換要素に塗布され得るペイント又はインクであり得る。この実施例の有益な点は、ペイント又はインクが、例えば、インクジェット印刷などを用いて、比較的適用されやすいことである。

光源のある実施例において、前記変換材料は、前記発光体によって発される直接入射光からほぼ遮断される更なる発光材料を含み、当該更なる発光材料は、前記入射する環境光の少なくとも一部を前記第３の色の光へ変換する。この実施例の有益な点は、このことが、環境光が黒体放射体の完全スペクトルを含まない人工光である場合などに、第３の色が、光変換要素に入射する環境光において存在しない色であることを可能にすることである。更に、更なる発光材料の使用は、層に入射する光の一部のみの吸収及び入射する光の残りの部分を反射することのみと比較されて、非動作時における光源の色の積極的な生成を可能にする。更なる発光材料を選択することは、非動作時における光源の実質的にいかなる色の外観の生成も可能にする。

光源の実質的、前記変換材料は、この変換材料の隣接する部分間において開口を有する変換材料の規則的パターンで前記光変換要素の前記表面へ付され、前記第１の色の光及び前記第２の色の光は、これらの開口を介して前記光変換要素から発され得る。この実施例の有益な点は、このことが、動作において生成される第１の色及び第２の色の光が、実質的に妨げられずに変換材料を通過することを可能にさせることである。

光源の実施例において、当該光源は、前記第１の色の光を前記変換材料から離れ前記発光材料へガイドするための光ガイド要素を含む。光ガイド要素は、例えば、内部全反射を用いて第１の色の光をガイドし得、このことは、光ガイド要素が第１の色の光をガイドするミラー表面を含む場合と比較されて、ガイドによる損失を低減させる。この実施例の有益な点は、このことが、第１の色及び第２の色の光が光源内部において再循環することを防ぐことである。光の再循環は、常に、特定の光の損失を生成し、したがって光の再循環を防ぐことによって、光源の効率は改善される。

光源の実施例において、前記規則的パターンにある前記変換材料と前記開口との間における相対的寸法は、動作及び非動作時において、前記規則的パターンが人間の目に対して見えることを防ぐように選択される。規則的パターンが人間の目に見えることを防ぐことは、人が光源をより具体的に検査するための拡大手段を使用しない限りは、規則的パターンが人間の目に見えないことを意味する。この実施例の有益な点は、光源の外観が、例えば、均一色を有するなど、均一であるように知覚されることである。

光源のある実施例において、ミラー層が、前記変換材料と同様な規則的パターンで適用され、前記ミラー層は、前記第１の色の光及び前記第２の色の光を再循環させることによって、前記光源の効率を向上させるために、前記変換材料と前記発光体との間において配置される。

光源のある実施例において、前記発光材料の一部は、前記ミラー層及び前記発光体の間において適用される。この実施例の有益な点は、このことが、発光材料の表面を増加させ、したがって、第１の色の光の第２の色の光への変換をより大きい領域に拡げることによって、第１の色の光の第２の色の光への変換の効率を増加させることである。第１の色の光の第２の色の光への変換をより大きい領域に拡げることにより、光変換要素における発光材料の動作温度が低減され、これにより、発光材料の効率を増加させる。

光源のある実施例において、前記変換材料の規則的パターンは、前記光変換要素における前記発光材料の冷却を向上させるように選択される。規則的パターンは、例えば、発光材料を冷却するための、可能であればファンを介した、空気流を向上させるなどの、例えば、変換材料の波状又は直線であり得る。代替的に、変換材料の規則的パターンがほぼ同一のミラーのパターン含む場合、ミラーは通常相対的に容易に熱を伝導する金属層を含むので、ミラーは、熱伝導体としても機能し得る。ミラーは、例えば、光変換要素から例えばヒートシンクなどへ熱を遠ざけるように伝導する。一般的に、動作時において、発光材料の温度は、光変換要素が発光体から離れて位置される場合であっても、相対的に高い。このことは、通常、発光材料の効率性を制限し、光変換要素において使用され得る適用可能な発光材料の選択肢を制限する。パターンを、発光材料の冷却を向上させるように構成させることによって、パターンは、動作時において、冷却を強化させる一方で、非動作時において、パターンは、光源の外観に寄与する。

光源のある実施例において、前記変換材料は、前記第１の色を実質的に吸収しない更なる発光材料を含む。この実施例の有益な点は、更なる発光材料が、第１の色の光から遮断される必要がないことである。このことは、光源又は非動作時における光源の外観を決定する光変換要素上又はその中において更なる発光材料を提供することに関して、相当のより大きな設計自由度を提供する。

光源のある実施例において、前記更なる発光材料は、前記光変換要素において前記発光材料と混合される。この実施例の有益な点は、更なる発光材料及び発光材料の混合のおかげにより、光変換要素における更なる発光材料の何の構造も見えないということである。動作において、発光材料は、第１の色の光の一部を、第２の色の光へ変換する。更なる変換材料は、環境光の一部を第３の色の光へ変換することによって、わずかにのみ寄与する。発光体が光を発さない場合、入射する環境光の一部は、発光材料によって第２の色の光へ変換される。環境光の更なる一部は、更なる発光材料によって第３の色の光へ変換される。光変換要素における更なる発光材料及び発光材料の混合により、第２の色の光及び第３の色の光の両方は、光源の均一な色外観を生成する入射環境光により、非動作時において光源から発される。

光源のある実施例において、前記光変換要素は、前記発光体から離れて配置される。光源は、いわゆる遠隔蛍光体構成を含む。この実施例の有益な点は、発光材料の表面が発光体の表面より大きくされ得ることである。結果として、光が発光体へ散乱戻される可能性は低減され、光再吸収を低減する。したがって、遠隔蛍光体は、システム効率性を向上させ得る。効率の増加は、60%までになり得ると推定される。更に、より大きい領域により、単位面積当たりの光束も小さくなる。このことは、光変換要素において使用され得る発光材料の種類を増加させる。一般照明応用例において遠隔蛍光体構成を適用する場合の別の有利な点は、発される光の輝度が光源を離れる前に減少されることである。

光源のある実施例において、前記光源が、更に、前記光変換要素の前記発光体から離れて面する側において拡散器を有する。拡散器は、例えば、色がほぼ均一である一方で、規則的パターンは相対的に大きいままで維持し得るような外観を光源に提供するために、変換材料の規則的パターンを拡散させるために使用され得る。

本発明は、請求項１５に記載の照明システムにも関する。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例から明らかであり、これらを参照にして説明され得る。

図面は、純粋に概略的であり、縮尺通りに描かれていない。特に明確性に関して、特定の寸法は、強く誇張されている。図面における類似のコンポーネントは、可能な限り同一の参照符号により記されている。

図１Ａは、本発明に従う光源の簡素化された断面図を示す。 図１Ｂは、本発明に従う光源の簡素化された断面図を示す。 図１Ｃは、本発明に従う光源の簡素化された断面図を示す。 図１Ｄは、本発明に従う光源の簡素化された断面図を示す。 図１Ｅは、本発明に従う光源の簡素化された断面図を示す。 図２Ａは、変換材料を用いない場合における、発光体が「オン」である場合の光の変換を示す。 図２Ｂは、変換材料を用いない場合における、発光体が「オフ」である場合の光の変換を示す。 図２Ｃは、変換材料が存在する場合における、発光体が「オン」である場合の光の変換を示す。 図２Ｄは、変換材料が存在する場合における、発光体が「オフ」である場合の光の変換を示す。 図３Ａは、変換材料が適用され得る規則的パターンを示す。 図３Ｂは、変換材料が適用され得る規則的パターンを示す。 図３Ｃは、変換材料が適用され得る規則的パターンを示す。 図３Ｄは、変換材料が適用され得る規則的パターンを示す。 図４Ａは、第１の色の光及び第２の色の光を再循環させるミラー層を含む光変換要素の一部を示す。 図４Ｂは、第１の色の光及び第２の色の光を再循環させるミラー層を含む光変換要素の一部を示す。 図５は、光ガイド要素が第１の色の光を変換材料から遠ざけるようにガイドするように適用される光源のある実施例を示す。 図６は、本発明に従う照明システムを示す。

図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及び１Ｅは、本発明に従う光源１０・１２・１４・１６・１８の簡素化された断面図を示す。本発明に従う光源１０・１２・１４・１６・１８は、発光体２０、光変換要素３０・３２・３４・３６・３８及び変換材料４２・４４を含む。発光体２０は、第１の色の可視光Ｂｅ（図２Ａ及び２Ｃ参照）を前記光変換要素３０・３２・３４・３６・３８を介して光源１０・１２・１４・１６・１８から離れた方向へ発する。光変換要素３０・３２・３４・３６・３８は、入射する第１の色の光Ｂｅの少なくとも一部を第１の色Ｂｅとは異なる第２の色の光Ｙ１・Ｙ２（図２Ａ及び２Ｃ参照）へ変換する発光材料４０を含む。変換材料４２・４４は、入射する環境光Ａ（図２Ｃ及び２Ｄ参照）の少なくとも一部を第２の色Ｙ１・Ｙ２とは異なる第３の色の光Ｂａ（図２Ｃ及び２Ｄ参照）へ変換する。

例えば、発光体２０によって発される第１の色Ｂｅは、青色である。光変換要素３０・３２・３４・３６・３８は、発光体２０からの青色光Ｂｅの少なくとも一部を、例えば黄色Ｙ１・Ｙ２などの第２の色の光Ｙ１・Ｙ２へ変換する発光材料４０を含む。発光体２０が光を発する場合、言い換えると、光源１０・１２・１４・１６・１８の動作時において、光源１０・１２・１４・１６・１８は、変換された黄色光Ｙ１・Ｙ２と一緒に青色光Ｂｅの残りの部分を発し、ほぼ白色の光の放射を生じさせる。光源１０・１２・１４・１６・１８は、更に、変換材料４２・４４を含む。この変換材料４２・４４は、環境光Ａの一部を、例えば同様に青色Ｂａを有する光になど、第３の色の光Ｂａへ変換する。環境光Ａにより変換材料４２・４４によって生成される青色を有する光は、ほぼ同一の青色光Ｂｅを有し得る、又は異なる青色を有し得、このことは、発光体２０により発される色と比較されて異なる青の影を有する光を意味する。結果として、動作において、光源１０・１２・１４・１６・１８によって発される光の色は、第１の色の光Ｂｅ及び第２の色の光Ｙ１・Ｙ２により、ほぼ白色であり、非動作時において、光源１０・１２・１４・１６・１８によって発される光の色は、第２の色の光Ｙａ１・Ｙａ２（図２Ｃ及び２Ｄ参照）及び入射する環境光Ａから生じる第３の色の光Ｂａにより、同様にほぼ白色である。

発光体２０は、白熱ランプ（図示せず）、高圧放電ランプ（図示せず）、及び低圧放電ランプ（図示せず）などの、可視光を発するいかなる適切な発光体２０であり得る。好ましくは、発光体２０は、発光ダイオード２０又はレーザダイオード２０であるが、その理由は、これらの発光体２０が、光変換要素３０・３２・３４・３６・３８の発光材料４０による部分的変換に関して理想的である相対的に狭いスペクトルの光を発するからである。

第１の色は、例えば、青色であり、第２の色は黄色であり、第３の色は、同様に青であり得る。

変換材料４２は、例えば、インク４２又はペイント４２であり得る。このような実施例において、インク４２又はペイント４２は、例えば青色Ｂａを有する環境光Ａの一部などの入射環境光Ａの一部のみを反射し、入射環境光Ａのほぼ残りの部分を吸収し得る。したがって、本発明に従う光源１０・１４・１６の知覚される色は、動作時において白色であり、そして非動作時において白色である。

代替的に、例えば、変換材料４２・４４は、更なる発光材料４２・４４である。このような実施例において、更なる発光材料４２・４４は、例えば、環境光Ａの一部を使用し、それを例えば、青色Ｂａの光へ変換し得る。更なる発光材料４２の第１の実施例において、更なる発光材料４２の構成は、第１の色の入射光Ｂｅから直接遮断されるべきであるが、その理由は、この光の一部が更なる発光材料４２と相互作用し得るからである。第１の色の直接入射光Ｂｅの防止は、更なる発光材料４２と発光体２０との間においてミラー表面５０を配置することによって達成され得る（図４Ａ及び４Ｂ参照）。変換材料４２は、例えば、規則的パターンで（図３Ａ乃至３Ｄ参照）光変換要素３０・３６にと適用され得る。この規則的パターンは、変換材料４２及び発光材料４０を互い違いにし、光源１０・１４・１６の特定の外観を与えるために、相対的に大きく、且つ十分に目に見えるものであり得る。動作において光源１０・１４・１６から発される光は、例えば、ほぼ均一な白色を有し得る一方で、非動作時において、光源１０・１４・１６は、会社のロゴなどを表わすなど、認識可能な構造又は画像を含み得る。

代替的に、更なる発光材料４４は、第１の色の光Ｂｅを実質的に吸収しないように、選択され得る。このような実施例において、更なる発光材料４４は、発光材料４０と混合され得る。この更なる発光材料４４は、例えば、環境光Ａの紫色光又は紫外線光の一部をも吸収し、この光を、非動作時において発される光の色外観も白色であることを保証するために、青色光Ｂａへ変換し得る。

上述の例において、第３の色Ｂａは、動作時及び非動作時の両方における光源１０・１２・１４・１６・１８の外観が、実質的に等しい、例えば、白色であるように選択される。代替的に、非動作時における光源１０・１２・１４・１６・１８の外観の色は、動作時における光源１０・１２・１４・１６・１８によって発される色とは完全に異なり得る。入射環境光Ａと比較されて、特定の第３の色Ｂａ及び第３の色Ｂａの適切な強度を選択することによって、光源１０・１２・１４・１６・１８の外観は、実質的にいかなる色にも変換され得る。

図１Ａは、本発明に従う光源１０の第１の実施例を示し、この場合、変換材料４２は、発光体２０から離れて面する光変換要素３０の表面に適用される。変換材料４２は、規則的パターンで層４６において適用され、この規則的パターンにおいて、変換材料４２の領域間の穴は、第１の色の光Ｂｅ及び第２の色の光Ｙ１・Ｙ２が、光源から発されることを可能にする。

図１Ｂは、本発明に従う光源１２の第２の実施例を示す。この実施例において、変換材料４４は、第１の色Ｂｅの光を実質的に吸収しない更なる発光材料４４である。結果として、更なる発光材料４４は、光変換材料３２の発光材料４２と混合され得る。この実施例の有益な点は、光源１２の非動作時における色の外観が、発光材料４２及び更なる発光材料４４の混合により、ほぼ均一であることである。

図１Ｃは、本発明に従う光源１４の第３の実施例を示す。この実施例において、変換材料４２は、透明であることが好ましい担体材料４５における層に適用され、光変換要素３４のみが変換材料４０を含む。この担体４５は、例えば、光源１４のカバーガラス４５であり得、又は例えば、光源１４のレンズ要素４５であり得、又は例えば、光源１４の更なる光学要素４５であり得る。

図１Ｄは、本発明に従う光源１６の第４の実施例を示す。この実施例は、変換材料４０を含む光変換要素３６を用いて完全に覆われる発光体を示す。このような実施例は、蛍光体強化発光ダイオードとしても知られている。光変換要素３６において、変換材料４２は、非動作時における光源１６の色外観を決定するために層４６に適用される。

図１Ｄに示される実施例において、光変換要素３６の発光体２０から離れて面する側において配置される拡散器７０を更に含む。この拡散器７０は、例えば、色がほぼ均一である一方で、規則的パターンが相対的に大きく維持し得るような外観を光源１６に提供するために、変換材料４２の規則的パターンを拡散させるために使用され得る。拡散器７０は、当然、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｅに示される光源１０・１２・１４・１６・１８の他の実施例へも加えられ得る。

図１Ｅは、本発明に従う光源１８の第５の実施例を示す。同様に、発光体２０は、本実施例において、発光材料４２及び更なる発光材料４４の混合を含む光変換要素３８によって封止される。この更なる発光材料４４は、第１の色の光Ｂｅを実質的に吸収しない。

図１Ｄ及び１Ｅに示される実施例は、色外観が変換材料４２・４４の追加により制御される蛍光体強化光源１６・１８を含む、非常に小型な光源１６・１８を示す。図１Ａ乃至１Ｃに示される実施例は、発光材料４０が光源１０・１２・１４に直接塗布されていないが、光源１０・１２・１４から離れて塗布されており、いわゆる遠隔蛍光体構成を生じさせる光源１０・１２・１４の実施例を示す。

図２Ａ・２Ｂ・２Ｃ・２Ｄは、それぞれ、発光体２０が「オン」又は「オフ」である場合の光の変換を示す。矢印は、変換要素３０・３４から発される光を示し、この場合、矢印の幅は、光の強度の表示を提供する。図２Ａ及び２Ｂは、変換材料４２がない場合の状況を示し、図２Ｃ及び２Ｄは、変換材料４２が存在する場合における状況を示す。

図２Ａは、発光体２０が「オン」である場合における、変換材料４２がない、変換要素３４に関する光の変換を示す。このことは、例えば、知られている蛍光体強化発光ダイオードを表わし得る。発光体２０は、例えば青色の光などの、参照符号Ｂｅを用いて示される第１の色の光Ｂｅを発する。光変換要素３４は、第１の色の入射光Ｂｅの一部を第２の色の光Ｙ１・Ｙ２へ変換する。光変換要素３４が第１の色の光Ｂｅの第２の色の光Ｙ１・Ｙ２への変換に関する発光材料４０を含むので、第２の色の光Ｙ１・Ｙ２は、ほぼ全ての方向へ発される（反対方向へ示す矢印Ｙ１・Ｙ２を用いて図２Ａに示される）。第１の色の入射光Ｂｅの一部は、光変換要素３４から反射され、参照符号Ｂｒを有する矢印を用いて示されるように、発光体２０へ反射して戻される。第１の色の光Ｂｅの残りの部分は、光変換要素３４によって透過され、参照符号Ｂｔを有する矢印を用いて示され、発光体２０から離れるように進む。発光体２０が光を発する場合における光源から発される光は、第１の色の透過光Ｂｔ及び第２の色の光Ｙ１の組合せである。この例において、発される光は、実質的にクールホワイトを有する。図２Ａにおいて、参照符号Ａを有する点線矢印は、光源の周囲から光変換要素３４へ入射する環境光Ａを示す。しかし、この環境光Ａの強度は、発光体２０により発される光の強度と比較されてほとんど無視できる。このことは、次の図においては相違する。

図２Ｂは、発光体２０が「オフ」である場合における変換材料４２がない変換要素３４に関する光の変換を示す。この図面における矢印の幅は、入射環境光Ａの効果を可視化するために、先の図面における矢印の幅と比較されて、拡大されている。図２Ａ及び２Ｂの両方に関する入射環境光Ａの強度は、通常、同一である。光変換要素３４に入射する環境光Ａの一部は、透過され、このことは、参照符号Ａｔを有する白色矢印を用いて示され、環境光Ａの一部は、光変換要素３４から反射され、このことは、参照符号Ａｒを有する白色矢印を用いて示される。しかし、光変換要素３４における発光材料４０の存在により、環境光Ａの一部は、同様に全ての方向へ発される第２の色の光Ｙａ１・Ｙａ２へ変換される。光源を見つめる人は、反射環境光Ａｒ及び第２の色の光Ｙａ１の光へ変換された環境光の両方を知覚し得、したがって、見る人によって知覚される全体色は、環境光Ａｒ及びこの例において黄色である第２の色の光Ｙａ１の混合である。見る人は、光源を黄色として知覚する。

図２Ｃは、発光体２０が「オン」である場合における、本発明に従う変換材料４２を有する変換要素３０に関する光の変換を示す。発光体２０は、例えば青色の光などの、参照符号Ｂｅを用いて示される第１の色の光Ｂｅを発する。光変換要素３０は、第１の色の入射光Ｂｅの一部を第２の色の光Ｙ１・Ｙ２へ変換し、第１の色の入射光Ｂｅの一部を、図２Ａに示されるのと同様に、反射する（参照符号Ｂｒである）。第１の色の光Ｂｅの残りの部分は、光変換要素３０によって透過され、参照符号Ｂｔを有する矢印を用いて示される。同様に、点線矢印は、光変換要素３０へ入射する環境光を示す。この実施例において、変換材料４２の存在によって、環境光Ａの一部は、参照符号Ｂａを有する点線矢印を用いて図２Ｃにおいて示されるように、第３の色の光Ｂａへ変換される。発光体２０が光を発する場合における光源から発される光は、第１の色の透過光Ｂｔ及び第２の色の光Ｙ１並びに第３の色の光Ｂａの組合せである。しかし、環境光Ａの強度は、一般的に発光体２０により発される光の強度よりもかなり低く、したがって、入射環境光Ａの所定の部分である第３の色の光Ｂａの寄与は、光源１０によって発される光の色に対して無視可能であり得る。したがって、同様に、発光体２０が光を発するこの実施例において、光源から発される光の色は、実質的に白色を有する。

図２Ｄは、発光体２０が「オフ」である場合における本発明に従う変換材料４２を有する変換要素３４に関する光の変換を示す。同様に、この図面における矢印の幅は、入射環境光Ａの効果を可視化するために、先の図面における矢印の幅と比較されて、拡大されている。図２Ｃ及び２Ｄの両方に関する入射環境光Ａの強度は、通常、同一である。光変換要素３０に入射する環境光Ａの一部は、透過され、このことは、参照符号Ａｔを有する白色矢印を用いて示され、環境光Ａの一部は、光変換要素３４から反射され、このことは、参照符号Ａｒを有する白色矢印を用いて示される。光変換要素３０における発光材料４０の存在により、環境光Ａの一部は、第２の色の光Ｙａ１・Ｙａ２へ変換される。発光体２０が光を発さない場合における光源１０の放射光への更なる寄与は、変換材料４２の存在による第３の色の光Ｂａへ変換される環境光のその部分である。この場合、第３の色の光Ｂａの寄与は、なお、入射環境光Ａの所定の一部であるが、第１の色の光Ｂｅがないことにより、第３の色のこの光Ｂａは、無視することが可能でないが、見る人によって知覚される光源１０の色として決定される。光源を見る人は、反射環境光Ａｒ及び第２の色の光Ｙａ１へ変換される環境光並びに第３の色の光Ｂａへ変換される環境光のどれもを知覚し、したがって、見る人によって知覚される全体色は、環境光Ａｒ、（この例において黄色である）第２の色の光Ｙａ１、及び（この例において青色である）第３の色の光Ｂａの混合である。見る人は、発光体２０が光を発する場合及び発光体２０が光を発さない場合の両方において、光源を実質的に白色として知覚し得る。

図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、変換材料４２が光変換要素３０・３６に適用され得る異なる規則的パターンを示す。

図３Ａは、発光材料４０及び変換材料４２の互い違いのパッチの相対的に大きい格子縞パターンを示す。この相対的に大きい格子縞パターンは、見る人に対しておそらく見え得る。

図３Ｂは、発光材料４０及び変換材料４２の互い違いのパッチの相対的に小さい格子縞パターンを示す。この低減されたサイズの格子縞パターンは、見る人によってほぼ均一の色として知覚される表面を生じさせ得る。

図３Ｃは、発光材料４０及び変換材料４２の互い違いの線の波状パターンを示す。変換材料４２のこれらの互い違いの線は、発光体２０が光を発している場合における発光材料４０の冷却を強化し得る。変換材料４２のこれらの波状の線は、ほぼ波状のミラーのパターンを含み得る（図４Ａ及び４Ｂ参照）。例えば、ミラーの金属層の相対的に良好な熱伝導性を用いて、発光材料４０から生じる光変換要素３０の熱は、光変換要素３０から、例えば、光変換要素３０を囲むヒートシンク５５へ遠ざけるようにガイドされ得る。

図３Ｄは、発光材料４０及び変換材料４２の互い違いの線の線パターンを示す。光変換要素３０が（図において示されるように）直角に構成され、動作において、発光材料４０の温度が上昇する場合、発光材料４０の上部に適用される変換材料４２の互い違いの線の構成は、光変換要素３０に沿った空気流を生じさせる。このことは、発光体２０が光を発する場合における光変換要素３０の冷却を強化し、これにより、光源１０の効率を改善する。

図４Ａ及び４Ｂは、光変換要素の断面図の一部を示し、この場合、ミラー層５０が、変換材料４２と（図示されない）発光体２０との間に適用される。図４Ａにおいて、ミラー層５０は、第１の色の光Ｂｅを再循環し、再循環光が発光材料４０を介して発され、部分的に第２の色の光Ｙ１へ変換されることを可能にする。更に、ミラー層５０は、第１の色の光が変換材料４２へ直接入射することを防ぐ。図４Ｂにおいて、発光材料４０の一部は、ミラー層５０及び発光体２０の間にも配置され、ミラー層５０は、第１の色の光Ｂｅ及び第２の色の光Ｙ１を光源１０へ戻して再循環させ、これにより、光源１０は、再循環後に、２つのパッチの変換材料４２の間から放射し得るようにされる。更に、ミラー層５０は、第１の色の光Ｂｅが変換材料４２へ直接入射することを防ぐために使用され得る。

図５は、光ガイド要素６０が、第１の色の光Ｂｅを変換材料４２から発光材料４０へ向かって遠ざけるようにガイドするために適用される、光源１９のある実施例を示す。更に、光ガイド要素６０は、発光体２０によって発される第１の色の直接入射光Ｂｅを防ぐように構成される。図５に示される実施例において、光源１９は、２つの発光体２０を有し、例えば、これらは、両方とも、ほぼ同一の色の光Ｂｅを発する。代替的に、発光体２０は、異なる色の光を発し得る。光ガイド要素６０を用いることによって、発光体２０の発光を変換するのに使用される発光材料４０の領域は、変換材料４２が存在し得なかった場合と同じ状態を保ち得、変換材料４２を有する又は有さない光源１９のほぼ同一の変換特性を生じさせる。変換材料４２の追加により、光源１９の外観は、発光体２０が光を発する場合の光源１９によって発される光の色とほぼ同一であるように適合され得、そして、制御され得る。好ましい実施例において、光ガイド要素６０は、内部全反射を用いて光の大半部分をガイドし、これにより、光源１９の損失の低減になる。このことを達成するために、発光体２０は、光ガイド６２において配置され得る。光ガイド要素６０は、例えば、光ガイド６２の一部を形成し、光ガイド６２の屈折率と比較されて低減された屈折率を有する材料を含む。このことは、例えば、空気充填チャンバを光ガイド要素６０として使用することによって達成され得る。

図６は、本願発明に従う照明システム１００を示す。照明システム１００は、光源によって発される光のビームを形成するために、屈折性光学系１１０などとともに光源１０を含む。図６に示される光源１０において、拡散器７０が加えられる。この拡散器７０は、光源１０のほぼ均一な外観を生じさせるために使用され得る一方で、変換材料４２の規則的構造は相対的に大きい状態を維持し得る。

上述の実施例は、本発明を制限するものよりもむしろ例証するものであり、当業者が、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多数の代わりの実施例を設計することが可能であることを注意しなければならない。

請求項における如何なる参照符号も請求項を制限するように解釈されてはならない。「有する」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の異なる他の要素又はステップの存在を排除しない。単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの個別の構成要素を有するハードウェアを用いて実施され得る。いくつかの手段を列挙している装置請求項において、これらの手段のいくつかは１つの同じハードウェアの項目によって、実施化することが可能である。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されていることができないと示すものではない。

Claims (13)

1. 非動作時における所定の外観を有する光源であって、当該光源は、発光体及び光変換要素を含み、
   −前記発光体は、第１の色の可視光を前記光変換要素を介して光源から離れた方向へ発し、
   −前記光変換要素は、前記第１の色の前記光の少なくとも一部を前記第１の色とは異なる第２の色の光へ変換する発光材料を含み、
   −当該光源は、更に、変換材料を含み、前記変換材料は、当該変換材料に入射する環境光の少なくとも一部を前記第２の色とは異なる第３の色の光へ変換し、前記環境光は、前記光源の外部から生じる光であり、
   前記変換材料は、前記発光体から離れて面する前記光変換要素の表面に少なくとも部分的に適用される層において適用され、
   前記変換材料は、この変換材料の隣接する部分間において開口を有する変換材料の規則的パターンで前記光変換要素の前記表面へ適用され、前記第１の色の光及び前記第２の色の光は、これらの開口を介して前記光変換要素から発され得る、
   光源。
2. 請求項１に記載の光源であって、前記変換材料は、前記第３の色を生じさせるために、前記入射する環境光の少なくとも一部を吸収し、前記入射する環境光の残りを反射するように構成される、光源。
3. 請求項１に記載の光源であって、前記変換材料は、前記発光体によって発される直接入射光からほぼ遮断される更なる発光材料を含み、当該更なる発光材料は、前記入射する環境光の少なくとも一部を前記第３の色の光へ変換する、光源。
4. 請求項１又は３に記載の光源であって、当該光源は、前記第１の色の光を前記変換材料から離れて前記発光材料へガイドするための光ガイド要素を含む、光源。
5. 請求項１に記載の光源であって、前記規則的パターンにある前記変換材料と前記開口との間における相対的寸法は、動作及び非動作時において、前記規則的パターンが人間の目に対して見えることを防ぐように選択される、光源。
6. 請求項１又は５に記載の光源であって、ミラー層が、前記変換材料と同様な規則的パターンで適用され、前記ミラー層は、前記第１の色の光及び前記第２の色の光を再循環させることによって、前記光源の効率を向上させるために、前記変換材料と前記発光体との間において配置される、光源。
7. 請求項６に記載の光源であって、前記発光材料の一部は、前記ミラー層及び前記発光体の間において適用される、光源。
8. 請求項１、４、５及び６の何れか一項に記載の光源であって、前記変換材料の規則的パターンは、前記光変換要素における前記発光材料の冷却を向上させるように選択される、光源。
9. 請求項１に記載の光源であって、前記変換材料は、前記第１の色を実質的に吸収しない更なる発光材料を含む、光源。
10. 請求項９に記載の光源であって、前記更なる発光材料は、前記光変換要素において前記発光材料と混合される、光源。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光源であって、前記光変換要素は、前記発光体から離れて配置される、光源。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光源であって、前記光源が、更に、前記光変換要素の前記発光体から離れて面する側において拡散器を有する、光源。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の光源を含む、照明システム。

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