JP6143785B2 - 色調整可能照明アセンブリ、光源、及び照明器具 - Google Patents

色調整可能照明アセンブリ、光源、及び照明器具 Download PDF

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Description

本発明は、色調整可能照明アセンブリに関する。
良く知られた色調整可能照明デバイスは、例えば、それぞれが異なる原色を発する3つの発光素子を備える。3つの発光素子のそれぞれが発する光の量を制御することにより、かかる色調整可能デバイスは特定の色を発することができる。他の色調整可能照明デバイスは、発光素子及びルミネセンス素子を備える。かかる色調整可能照明デバイスにおいては、発光素子によって発せられる光の制御可能な一部がルミネセンス要素によって吸収されて他の色に変換されることにより、色調整可能照明デバイスの全発光の色が制御される。良く知られた色調整可能照明デバイスは多数の部品を含むため比較的高価であり、また比較的複雑である。
本発明の目的は、改良された色調整可能照明アセンブリを提供することである。
本発明の第1の側面は色調整可能照明アセンブリを提供する。本発明の第2の側面は光源を提供する。本発明の第3の側面は照明器具を提供する。好適な実施形態は従属請求項に記載される。
本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリは、発光素子、ルミネセンス層、及び温度制御手段を含む。発光素子は、第1の色分布の光を発する。ルミネセンス層は、発光素子によって発せられた光を受ける。ルミネセンス層は、第1の色分布の光の一部を吸収し、吸収された光の一部を第2の色分布の光に変換する。第2の色分布は、ルミネセンス層の温度に依存する。温度制御手段は、色調整可能照明アセンブリによる発光を得るために、ルミネセンス層の温度を能動的に制御する。発光は、特定の色分布を有する。
ルミネセンス材料は、自身の吸収分布に応じて光を吸収し、自身の発光分布(本発明においては第2の色分布と定義されている)に応じて光を発する。特に、電磁スペクトルにおける発光分布の正確な形状及び発光分布の正確な位置は、ルミネセンス材料の動作温度に依存する。ルミネセンス材料の温度が上昇すると、発光分布はより高い波長側にシフトする。
色調整可能照明デバイスは、自身の発光の色分布を調整するためにこの効果を使用する。発光素子は第1の色分布の光を発する。第1の色分布の光の一部が吸収される。第1の色分布の光の吸収されなかった部分は色調整可能照明アセンブリによって出射される。吸収されなかった部分は、ルミネセンス材料の吸収分布外の光の波長を含み、また、吸収分布内に存在するが、ルミネセンス材料の量が限定的にしか存在しなかったために完全に吸収されなかった光の波長を含み得る。ルミネセンス材料は、第2の色分布に応じた光を発する。ルミネセンス材料によって発せられる光の量は吸収された光の量に依存する。したがって、色調整可能照明アセンブリによる全発光、よってその特定の色分布は、第2の色分布の光及びルミネセンス材料によって吸収されなかった第1の色分布の光を特定の量含む。
色調整可能照明デバイスは、ルミネセンス層の温度を能動的に制御し、結果として、上記のように、ルミネセンス層の正確な第2の色分布を能動的に制御できる温度制御手段を含む。ルミネセンス層の温度を変化させることにより、色調整可能照明アセンブリの全発光の色分布が変更され、よって出射光の色が変更される。温度が上昇されると、より高い波長の光がより多く出射される。したがって、発光はより赤色になる。よって、温度制御手段は発光の色を変更する有効な手段であり、また、色調整可能照明アセンブリによる出射光の特定の色分布を制御する有効な手段である。したがって、特定の色分布はルミネセンス層の温度に依存する。
例えば、色調整可能照明アセンブリが特定の色を発さなければならない場合、温度制御手段は、第1の色分布の吸収されなかった部分と第2の色分布との組み合わせが特定の色と実質的に一致する色点を実質的に有する特定の温度にルミネセンス層を制御する。
ルミネセンス材料は、自身の吸収分布に応じて光を吸収する。また、吸収分布はルミネセンス材料の動作温度にわずかに依存するが、この温度依存性の色温度調整可能照明アセンブリの特定の色分布に対する効果は、発光分布の温度依存性の効果と比べると比較的低い。
温度制御手段はルミネセンス層の温度を能動的に制御できることに留意されたい。これは、温度制御手段が、ルミネセンス層の温度を特定の温度にするよう能動的に作用することができる能動的なデバイスであることを意味する。また、能動的制御は、温度制御手段が温度を制御するためにエネルギーを消費することを意味する。エネルギーの消費は継続的でもよいし、又はパラメータの制御が限定された時間の間でしか要求されない場合は一時的のみでもよい。受動的冷却ファンはルミネセンス層の温度を制御するための温度制御手段とはみなされない。
発光素子は任意の種類の発光素子でよく、いくつかの実施形態においては、発光ダイオード、有機発光ダイオード、又は例えばレーザダイオード等の固体発光素子が用いられる。また、それぞれが第1の色分布又は異なる色分布を発する複数の発光素子が色調整可能照明アセンブリ内に設けられてもよい。発光素子自身も、第1の色分布を有する発光を得るために、例えば有機又は無機蛍光体等のルミネセンス材料を備えてもよい。
任意で、温度制御手段は、ルミネセンス層の温度を上昇させることにより第2の色分布の平均波長を上昇させるよう構成される。上記したように、ルミネセンス層の温度の上昇は、ルミネセンス材料の発光分布のより高い波長へのシフトをもたらし、よって、第2の色分布の平均波長のより高い波長へのシフトをもたらす。色調整可能照明アセンブリ全体としての特定の色分布に応じて、特定の色分布の相関色温度は上昇又は下降し得る。
特定の白色光の発光の色温度は、その特定の発光を放射する黒体の温度である。発光の色点が正確に色空間における黒体線上の点で無いとしても、色点は特定の色温度の白色光として人間の肉眼によって感じられ得る。用語「相関色温度」は、色点が特定の色温度の白色光に近いことを指すために用いられ、白色光の特定の色温度の値は相関色温度の値である。
任意で、色調整可能照明アセンブリは、第1の色分布及び/又は第2の色分布の光を受ける他のルミネセンス層を含む。他のルミネセンス層は、第1の色分布及び/又は第2の色分布の光の一部を吸収して、吸収された光の一部を第3の色分布の光に変換する他のルミネセンス材料を含む。第3の色分布は他のルミネセンス層の温度に依存する。色調整可能照明アセンブリの発光は第3の色分布の光も含むことになるので、他のルミネセンス層の使用は、色調整可能照明アセンブリによる他の(そしてより多くの)色の生成を可能にする。さらに、第3の色分布の光が追加されるので、色調整可能照明アセンブリによる発光の演色評価数(CRI)が向上する。
任意で、温度制御手段はさらに、特定の色分布を得るために他のルミネセンス層の温度を制御するよう構成される。
任意で、色調整可能照明アセンブリは、特定の色分布を得るために他のルミネセンス層の温度を制御する他の温度制御手段を含む。他の温度制御手段の使用は、色調整可能照明アセンブリによって発せられる光の色を調整する追加のパラメータを提供する。(他のルミネセンス層の温度に依存する)上記した第3の色分布のシフトの効果に基づき、他のルミネセンス層の温度が変化すると、色調整可能照明アセンブリによる発光が変化する。
任意で、ルミネセンス材料及び他のルミネセンス材料のうちの少なくとも一方が、有機蛍光体、無機蛍光体、及び量子ドットのうちの少なくとも1つを含む。ルミネセンス材料及び他のルミネセンス材料として与えられる選択肢は、第1の色分布の光を他の色分布の光に変換するのに効果的且つ効率的なルミネセンス材料である。有機蛍光体及び無機蛍光体の吸収分布及び発光分布は比較的広く、これらが温度変化に応じてシフトする場合、色調整可能照明アセンブリの全発光の色点は色空間における近くの色点に変化する。よって、本発明の一実施形態は、全発光の色点を精細に調整するために用いることができ、これは、例えば所定の特定の色分布の発光を得るために材料及び製造プロセスにおける小さな誤差を補正しなければならない場合に有利である。量子ドットは比較的広い吸収分布を有し、吸収スペクトルがシフトする場合、第1の色分布の光の非吸収部分はわずかしか変化しない。量子ドットの発光分布は比較的狭いスペクトルであり、例えば幅30nmFWHMの分布である。かかる狭い発光スペクトルの平均が他の平均にシフトすると、有機又は無機蛍光体が使用された場合と比べ、色調整可能照明アセンブリの全発光の色点が最初の色点とは大きく異なる色点に変化することになる。したがって、量子ドットを用いた場合、色調整可能アセンブリは発光色分布の色を、より幅広い様々な色に制御することが可能である。これは、色調整可能照明アセンブリが異なる色の光を発する照明アセンブリとして使用される場合に有利である。
任意で、温度制御手段及び/又は他の温度制御手段は、能動的加熱手段及び能動的冷却手段のうちの少なくとも一方を備える。本発明は、ルミネセンス層及び/又は他のルミネセンス層の温度の低下のみ又は上昇のみに限定されない。温度制御手段及び/又は他の温度制御手段は、ルミネセンス層及び/又は他のルミネセンス層の温度を任意の所望の温度に制御するために能動的加熱手段及び能動的冷却手段を含んでもよい。用語「能動的」の使用は、加熱又は冷却を提供するためにエネルギーを消費することを指す。
任意で、能動的加熱手段は抵抗体であり、及び/又は能動的冷却手段はペルチェ素子である。加熱のために抵抗体が使用され、及び/又は冷却のためにペルチェ素子が使用される場合、温度制御手段及び/又は他の温度制御手段において可動部は使用されない。可動部は摩耗しやすい。よって、このオプションに係る能動的加熱手段及び能動的冷却手段は、色調整可能照明アセンブリの低メンテナンスコスト及び長寿命をもたらす。
能動的加熱手段又は能動的冷却手段の他の例は、ファン、又はSynjet(登録商標)技術の応用である。Synjet(登録商標)モジュールは、熱管理を必要とする位置に正確に向けることができる乱流パルスエアジェットを生成する。
任意で、ルミネセンス層の位置を発光素子の位置に対して相対的に制御することができる。温度制御手段は、ルミネセンス層と発光素子との間の距離を制御するよう構成される。温度制御手段は、例えば、ルミネセンス層を移動及び/又は発光素子を移動するためのリニアモータを備える。ルミネセンス層が発光素子の近くにある場合、ルミネセンス層は発光素子からより多くの熱を受け取り、周囲温度と比べて相対的に熱くなる。ルミネセンス層が発光素子から離れている場合、ルミネセンス層の温度は周囲温度に近いままである。したがって、ルミネセンス層と発光素子との間の距離を変更することは、ルミネセンス層の温度を制御する有効な手段である。利点は、ルミネセンス層を加熱又は冷却するために追加のエネルギーが必要ないということである。さらに、他のルミネセンス層の位置を発光素子の位置に対して相対的に制御可能でもよく、また、他の温度制御手段も同様に他のルミネセンス層と発光素子との間の距離を制御するよう構成されてもよい。所定の時間にかけて、ルミネセンス層と発光素子との間の距離がある距離になるようにルミネセンス層又は発光素子をある位置に移動するためにモータ又は他の移動手段にエネルギーが供給されるので、このオプションの制御も能動的制御である。
任意で、温度制御手段は、色調整可能照明アセンブリによって発せられるべき所望の色特性の指示を受けるための入力手段を含む。温度制御手段は、ルミネセンス層の温度を制御し、所望の色特性と実質的に等しい色特性を有する色調整可能照明アセンブリによる特定の発光を得るよう構成される。したがって、入力手段は、例えば色調整可能照明アセンブリの発光の所望の色点の指示、又は色調整可能照明アセンブリの発光の所望の色温度の指示を受ける。温度制御手段は、かかる所望の色特性を有する色調整可能照明アセンブリによる発光を可能な限り得るよう、ルミネセンス層の温度に作用する。ルミネセンス材料の第2の色分布はあるバンド幅内でしか変化できないので、温度制御手段はルミネセンス層の温度をあるバンド幅内でのみ制御可能であり、したがって、場合によっては、所望の色特性にちょうど合致する発光を得ることができない可能性がある。
任意で、温度制御手段はルミネセンス層の温度を測定するための温度センサを含み、温度制御手段は、(色調整可能照明アセンブリによって出射される)特定の色分布を得るために、測定された温度に応じてルミネセンス層の温度を制御するよう構成される。したがって、温度制御手段がルミネセンス層を所望の温度にするために自身の動作を調整できるよう、温度センサは温度制御手段にフィードバックを供給する。測定された温度が低すぎ、よってルミネセンス層の温度を上昇させなければならない場合、温度制御手段は、自身の特定の構成に応じて、加熱器を起動するか、又はルミネセンス層を発光素子に近づける。
色調整可能照明アセンブリが他のルミネセンス層も備える場合、他のルミネセンス層の温度が他の温度センサによって測定され得ることに留意されたい。さらに、色調整可能照明アセンブリが他の温度制御手段も備える場合、他の温度制御手段は、色調整可能照明アセンブリによる特定の発光を得るために、測定された(他のルミネセンス層の)温度に応じて他のルミネセンス層の温度を制御するよう構成される。
任意で、温度制御手段は、色調整可能照明アセンブリによって出射される光の色点又は色温度を測定するための光色センサを備える。温度制御手段は、(色調整可能照明アセンブリによって発せられる)特定の色分布を得るために、測定された光の色点又は色温度に応じてルミネセンス層の温度を制御するよう構成される。また、光色センサは色温度の代わりに相関色温度を測定してもよい。
さらに、色調整可能照明アセンブリが他の温度制御手段を備える場合、色調整可能照明アセンブリによる特定の発光を得るために、他の温度制御手段も測定された光の色点又は(相関)色温度に応じて他のルミネセンス層の温度を調整するよう構成される。
本発明の第2の側面によれば、本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリを含む光源が提供される。
本発明の第3の側面によれば、本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリ、又は本発明の第2の側面に係る光源を含む照明器具が提供される。
本発明の第2及び第3の側面に係る光源及び照明器具は、本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリと同じ利益を提供し、また、当該システムの対応する実施形態と同様な効果を奏する同様な実施形態を有する。
本発明の上記及び他の側面は、後述される実施形態を参照して説明されることにより明確になるであろう。
当業者は、本発明の上記オプション、実施形態、及び/又は側面の2つ以上が、有用であるとみなされる任意の方法で組み合わせられることを理解するであろう。
当業者は本開示に基づいて、当該システムの開示の変形例及び改変例に対応する当該システムの変形例及び改変例を実施し得る。
図1aは、本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図1bは、発光スペクトル及び吸光スペクトルをグラフに概略的に示す。 図2aは、材料CdSeの量子ドットの発光スペクトルの量子ドットの温度に応じたシフトを概略的に示す。 図2bは、ルミネセンス層の異なる温度ごとに異なる色調整可能照明アセンブリの発光スペクトルを表す他のグラフを示す。 図2cは、ルミネセンス層の異なる温度ごとに異なる色調整可能照明アセンブリの発光スペクトルを表す他のグラフを示す。 図3aは、空気加熱及び/又は空気冷却を備える色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図3bは、空気加熱及び/又は空気冷却を備える色調整可能照明アセンブリの他の実施形態を概略的に示す。 図4aは、加熱抵抗体を含む色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図4bは、ペルチェ素子を含む色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図5aは、異なるルミネセンス材料を含む2つの層を備える色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図5bは、異なるルミネセンス材料を含む2つの層を備える色調整可能照明アセンブリの他の実施形態を概略的に示す。 図6aは、異なるルミネセンス材料を含む2つの層を備える色調整可能照明アセンブリの他の実施形態を概略的に示す。 図6bは、色調整可能照明アセンブリに2つの異なるルミネセンス材料が提供された場合の吸光及び発光スペクトルを表すグラフを概略的に示す。 図7aは、温度センサを含む色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図7bは、光色センサを含む色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図8は、発光素子とルミネセンス層との間の距離を制御する色調整可能照明アセンブリの一実施形態を概略的に示す。 図9aは、本発明の第2の側面に係る光源の一実施形態を概略的に示す。 図9bは、図9aの光源の断面図を概略的に示す。 図10は、本発明の第3の側面に係る2つの照明器具を備える部屋の内部を概略的に示す。
異なる図面において同じ参照番号で示される項目は、同じ構造的特徴及び同じ機能を有するか、又は同じ信号である。かかる項目の機能及び/又は構造が既に説明されている場合、詳細な説明においてそれらを繰り返し説明する必要はない。
図面は純粋に図的であり、縮尺通りではない。特に明瞭さのために、いくつかの寸法は強く誇張されている。
第1の実施形態が図1aに示される。図1aは、本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリ100の一実施形態を示す。色調整可能照明アセンブリ100は、第1の色分布の光112を発する発光素子110を含む。光112は、ルミネセンス層108に向けて発せられる。ルミネセンス層108は、発光素子110から受ける光112の一部を吸収するルミネセンス材料を含む。第1の色分布の光112のどの部分が吸収されるかは、ルミネセンス材料の吸収分布と第1の色分布との重なりに依存する。ルミネセンス材料は、吸収された光の一部を第2の色分布の光102に変換する。また、ルミネセンス層108によって吸収されない第1の色分布の光112も、光104として周囲に出射される。色調整可能照明アセンブリ100は、温度制御手段106をさらに備える。温度制御手段106は、色調整可能照明アセンブリから発光を得るために、ルミネセンス層108の温度を制御するよう構成される。発光は特定の色分布を有する。特定の色分布は、第1の色分布の光102と、発光素子から発生し、ルミネセンス層108によって吸収されなかった光104との組み合わせである。
発光素子110は任意の種類の発光素子でよく、いくつかの実施形態においては、発光ダイオード、有機発光ダイオード、又は例えばレーザダイオード等の固体発光素子が用いられる。また、色調整可能照明アセンブリ内には、それぞれが第1の色分布又は異なる色分布を発する複数の発光素子が備えられ得る。さらに、発光素子110自身も、第1の色分布の発光を得るために、例えば有機又は無機蛍光体等のルミネセンス材料を備えてもよい。
ルミネセンス層108のルミネセンス材料は、有機蛍光体、無機蛍光体、又は量子ドットで有り得る。
図1bは、発光スペクトル158、160、162、及び吸光スペクトル154、156をグラフ150に概略的に示す。用語「発光/吸光スペクトル」と、用語「発光/吸光分布」とは、本明細書において交換可能に使用される。グラフ150のx軸は(可視)光の波長を表す。x軸の左端は青色光の波長を表し、x軸の右端は赤色光の波長を表す。グラフ150のy軸は光の強度を表す。y軸の下端は強度0である。第1の発光スペクトル158は、発光素子110によって発せられる第1の色分布である。よって、発光素子110は青色光を発する。第1の吸収スペクトル154は、室温(例えば、20℃)におけるルミネセンス材料の一例の吸収スペクトルである。室温において、第1の発光スペクトル158と第1の吸収スペクトル154との間の重複部は、ルミネセンス材料によって吸収される光の部分を表す。第1の発光スペクトル158の残りの部分は吸収されず、色調整可能照明アセンブリによって周囲に出射される。吸収光の比較的大部分が、ルミネセンス材料によって第2の色スペクトルの光に変換される。室温において、第2の発光スペクトル160はルミネセンス材料の発光スペクトルであり、よって、第2の色分布である。図1bの例において、第2の発光スペクトルは比較的狭く、これは、ルミネセンス材料として量子ドットが使用されているためで有り得る。
ルミネンス層の温度が例えば150℃に上昇する場合、ルミネセンス材料の第1吸収スペクトル154は、数nmだけ高い波長にシフトし、ルミネセンス材料は第2の吸収スペクトル156を有するようになる。図から見て取れるように、発光素子によって発せされる青色光がより多く吸収され、よって、吸収されない残りの光の量は少なくなり、低い青色波長の青色光をより少量含む。しかし、吸光スペクトルのシフトは比較的小さく、よって、吸収スペクトルのシフトの効果は、色調整可能照明デバイスによる全発光においてわずかにしか確認されない。わずかに多くの光が吸収されるだけなので、ルミネセンス材料はわずかに多くの光を発するのみである。また、ルミネセンス材料の第2の発光スペクトル160は、特定の数nmだけ高い波長にシフトする(152)。この例のような高い温度(例えば、150℃)において、ルミネセンス材料は第3の発光スペクトル162を発する。第3の発光スペクトル162は赤色光をより多く含み、また高い波長の赤色の光をより多く含む。したがって、高い温度において、色調整可能照明アセンブリの全発光は、より少量の青色光及びより多量の赤色光を含み、青色光の平均波長はわずかに高く、赤色光の平均波長は著しく高く、よって、発せられる光の色空間における色点の位置は、赤色により近く、この特定の例においてはより低い相関色温度を有する他の位置にシフトする。
本発明は、発光素子110によって発せられる光の部分吸収に限定されないことに留意されたい。ルミネセンス材料の量は、発光素子110によって発せられる光の全てが吸収されて第2の色分布に変換される程度に十分高くてもよい。例えば、ルミネセンス層は、発光素子110によって発せられる紫色光を、平均波長440nmの青色色分布に完全に変換してもよい。温度制御手段106によってルミネセンス層の温度を制御することにより、変換光をより高い波長、例えば460nmの青色光にシフトしてもよい。かかる色調整可能照明デバイスは、例えば直接蛍光体変換LED、又は緑色及び青色LEDと組み合わせられ得る。
図2aは、特定のルミネセンス材料の温度に応じた発光スペクトルのシフトをグラフ200に示す。特定のルミネセンス材料は、ZnSシェル内の材料CdSeの量子ドットからなる。CdSe粒子のコアサイズは約5nmである。図示の発光スペクトルは、温度26、40、60、80、100、及び120℃で測定され、発光スペクトルの平均波長は、それぞれ592.2、593.5、596.5、598.5、600.5、及び602.5nmであった。このように、CdSe量子ドットを含む層を加熱することによって異なる発光が得られる。提示した平均波長におけるシフトは、肉眼によって確認できる。
図2bは、他の色調光可能照明アセンブリのシミュレーション発光スペクトルを表すグラフ260を示す。図2cは、他の色調整可能照明アセンブリの他のシミュレーション発光スペクトルを表すグラフ260を示す。両図のシミュレーション色調整可能照明デバイスは、青色光を発する発光ダイオード(LED)、無機蛍光体YAG、及び特定の狭い発光スペクトルを有する量子ドット(QD)を含む。両図において、ルミネセンス層の温度が上昇され、ルミネセンス層の温度に応じた異なる発光スペクトルが測定された。
グラフ230において、第1の発光スペクトルはピーク波長610nmを有する。610nmのピークは、比較的狭い発光スペクトルを有し、且つ発光スペクトルの正確な形状及び位置が量子ドットの温度に強く依存するルミネセンス材料に由来する。第1の発光スペクトルの相関色温度は3030Kである。量子ドットの温度を上昇させた後、ピーク波長640nmを有する第2の発光スペクトルが得られた(グラフ230参照)。ピークのシフトは、当該ピークを発生させるルミネセンス材料の発光スペクトルのシフトによって引き起こされる。第2の発光スペクトルの相関色温度は3280Kである。したがって、この特定の例において、ルミネセンス層の温度が上昇すると、相関色温度が上昇する。
グラフ260において、第1の発光スペクトルはピーク波長580nmを有する。580nmのピークは、比較的狭い発光スペクトルを有し、且つ発光スペクトルの正確な形状及び位置がルミネセンス材料の温度に強く依存するルミネセンス材料に由来する。第1の発光スペクトルの相関色温度は3370Kである。ルミネセンス材料の温度を上昇させた後、ピーク波長590nmを有する第2の発光スペクトルが得られた(グラフ260参照)。第2の発光スペクトルの相関色温度は3190Kである。ルミネセンス材料の温度を上昇させた後、ピーク波長600nmを有する第3の発光スペクトルが得られた(グラフ260参照)。第2の発光スペクトルの相関色温度は3090Kである。ピークのシフトは、量子ドットの発光スペクトルのシフトに主に起因することに留意されたい。したがって、この特定の例において、ルミネセンス層の温度が上昇すると相関色温度が低下する。
量子ドットは、粒径が約30nm未満の無機半導体材料の小さな粒子である。適切な材料の例は、CdS、ZnSe、InAs、GaA、及びGaNである。上記のように、量子ドットは特定の波長(材料の温度にも依存)の光を発する。発光波長を決定する他のパラメータは粒径である。
図3aは、空気加熱及び/又は空気冷却を備える色調整可能照明アセンブリ300の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ300は、図1aの色調整可能照明アセンブリ100と同様である。ルミネセンス層108は一種のダクト302内に組み込まれており、これは、空気がルミネセンス層108に沿って自由に流れることができることを意味する。ダクト302は、温度制御手段308から給気口を介して加熱又は冷却された空気306を受ける。温度制御手段308は、加熱器及び/又は冷却器を含む。ルミネセンス層108の要求温度、及び環境空気の温度に応じて、ルミネセンス層108を特定の温度にするよう、加熱器又は冷却器が起動される。ダクト302の給気口の反対側において、ダクト302は、空気304が色調整可能照明アセンブリ300から排出される排気口を有する。
他の実施形態において、温度制御手段は、ルミネセンス層108を冷却するためにダクト302に制御可能な量の環境空気を注入する制御可能ファン又はSynjet(登録商標)技術のみを備える。Synjet(登録商標)モジュールは、熱管理が必要な位置に正確に向けることができる乱流パルスエアジェットを生成できる。使用中、ルミネセンス層108はルミネセンス材料によって加熱される。光の変換中、少量の吸収光が熱に変換される。ダクトを介して特定の量の環境空気を引き入れることにより、ルミネセンス層108は特定の温度に保たれる。
図3bは、空気加熱及び/又は空気冷却を備える色調整可能照明アセンブリ350の他の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ350は図3aの色調整可能照明アセンブリ300と同様であるが、ダクト302の排気口を介してダクト302から排出される空気は、管(チューブ)352によって加熱器及び/又は冷却器を備える温度制御手段356に戻される。特に、ルミネセンス層108の温度が環境温度より著しく低く又は高くなければならない場合、再利用される空気はルミネセンス層108の温度に近い温度を有するはずなので、ダクト302から排出される空気を再利用することは効率的である。さらに、他の実施形態において、温度制御手段356は、管352を介して戻る空気の温度を測定する温度センサを有する。測定された温度はルミネセンス層108の温度の指標であり、温度制御手段356は、給気口を介してダクト302に供給される空気354の温度を変更するための入力として測定値を使用し、ルミネセンス層108を特定の温度にする。
図3a又は図3bの実施形態は空気のみに限定されない。ルミネセンス材料を加熱又は冷却するために流体を用いてもよい。
図4aは、加熱抵抗体404を備える色調整可能照明アセンブリ400の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ400は、図1aの色調整可能照明デバイス100と同様である。違いは、温度制御手段402が加熱抵抗体404を含むことである。加熱抵抗体404は、発光素子110に面するルミネセンス層108の表面に熱結合される細いワイヤを含む。加熱抵抗体404は、光がほとんど全く遮られないような透明な材料内に埋め込まれる。温度制御手段402が加熱抵抗体404に電流を流すと、ルミネセンス層108が加熱される。加熱抵抗体404はルミネセンス層108の他の表面、例えば光が周囲に向けて出射される表面に設けられてもよいことに留意されたい。
図4bは、ペルチェ素子460を含む色調整可能照明アセンブリ450の一実施形態を概略的に示す。また、色調整可能アセンブリ450は反射配置に配置され、これは、ルミネセンス層108の、光456及び458が周囲に出射される方向と同じ方向に発光素子452が配置されることを意味する。
色調整可能照明アセンブリ450は、図1a及び図1bと関連して説明したようなルミネセンス層108を備える。ルミネセンス層108は、ペルチェ素子460と接するよう配置される。ペルチェ素子460は、ルミネセンス層108から熱を伝送することができる能動素子である。ペルチェ素子460は温度制御手段462によって制御され、温度制御手段462は、ペルチェ素子460に特定の量の電気エネルギーを供給し、ペルチェ素子がルミネセンス層108から特定の量の熱を輸送することを可能にし、ルミネセンス層108を特定の温度にする。したがって、ルミネセンス層108は能動的に冷却される。発光素子452は、ペルチェ素子460が配置されている側とは異なるルミネセンス層108の方向に配置される。発光素子452は、ルミネセンス層108に向けて第1の色分布の光454を出射する。光454の一部がルミネセンス材料によって吸収され、第2の色分布の光456に変換され得る。光の非吸収部分458はルミネセンス層108によって反射される。ルミネセンス層108内で生成され、ペルチェ素子460に向けて発せられる光がルミネセンス層108に、そして結果的には周囲に跳ね返されるよう、ルミネセンス層108と接するペルチェ素子460の表面は反射性で有り得る。発光素子452は、必ずしも発光456及び458を部分的に遮るようにルミネセンス層108の上方に直接存在するわけではないことに留意されたい。発光素子452が色調整可能照明アセンブリ450の発光の真ん中に存在せず、発光層108に向けて光を発することができるよう、発光素子452は、ルミネセンス層の左又は右側に配置されてもよい。
図5aは、異なるルミネセンス材料を含む2つの層108及び504を備える色調整可能照明アセンブリ500の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリの構造は、図1aの色調整可能照明アセンブリ100と同様である。違いは、色調整可能照明アセンブリ500においては2つのルミネセンス層108及び504が設けられている点である。第1のルミネセンス層108は、図1a及び図1bのルミネセンス層108と同様である。第2のルミネセンス層504は、第1のルミネセンス層108の発光素子110が配置されている方向の反対側に配置される。第2のルミネセンス層504は、第1のルミネセンス層108のルミネセンス材料とは異なる他のルミネセンス材料を含む。第1のルミネセンス層108によって第2のルミネセンス層504に向けて発せられる光は、第1の色分布の(非吸収)光と、第2の色分布の光102とを含む。他のルミネセンス材料は、自身の吸収スペクトルに応じて、第1のルミネセンス層108から受ける光の一部を吸収する。吸収光は、他のルミネセンス材料の発光スペクトルに応じて、第3の色分布の光502に変換される。色調整可能照明アセンブリの最終的な光出力は、非吸収光104及び第1の色分布の非吸収発光スペクトル成分、第2の色分布及び他のルミネセンス材料によって吸収されなかった第2の色分布の光のスペクトル成分の光102、並びに第3の色分布の光502を含む。
第1のルミネセンス層108と第2のルミネセンス層504とは直接接触しており、よって、温度制御手段106は、第1のルミネセンス層108の温度及び第2のルミネセンス層504の温度を制御し、色調整可能照明デバイス500による特定の発光を得るよう構成されている。
図5aの実施形態において、2つの異なるルミネセンス材料は別々の層内に配置されていることに留意されたい。他の実施形態において、材料は混合された単一のルミネセンス層内に配置されてもよい。さらに、3つ以上のルミネセンス材料が単一のルミネセンス層内に混合されてもよい。
図5bは、異なるルミネセンス材料を含む2つの層108及び504を備える色調整可能照明アセンブリ550の他の実施形態を示す。色調整可能照明アセンブリ550の配置は、図5aの色調整可能照明アセンブリ500の配置と同様である。違いは、第1のルミネセンス層108が第2のルミネセンス層504と直接接しておらず、よって、各ルミネセンス層108及び504の温度を独立して制御できる点にある。他の違いは、色調整可能照明アセンブリ550が、他のルミネセンス層の吸光スペクトル及び発光スペクトルに正確に作用するために、第2のルミネセンス層504の温度を制御する他の温度制御手段552を含む点にある。したがって、色調整可能照明アセンブリの光出力は、2つの異なるパラメータ、すなわち第1ルミネセンス層108の温度及び第2ルミネセンス層504の温度を制御することによって連続的に制御できる。また、他の温度制御手段552は、第1の温度制御手段108の上記の実施形態と同様に、冷却器、加熱器、ファン、加熱抵抗体、ペルチェ素子等を含んでもよいことに留意されたい。
図6aは、異なるルミネセンス材料を含む2つの層108及び504を備える色調整可能照明アセンブリ600の他の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ500及び550において、第2のルミネセンス層504は、第1のルミネセンス層108からの光を受けた。色調整可能照明アセンブリ600はこの点において変更されているが、色調整可能照明アセンブリ600の残りの部分は色調整可能照明アセンブリ550と等しい。色調整可能照明アセンブリ600において、第1のルミネセンス層108及び第2のルミネセンス層504は互いに並んで配置されており、これは、ルミネセンス層108及び504のそれぞれが発光素子110によって発せられる光線の一部内に配置されており、両者の光線の部分が重複しないことを意味する。色調整可能照明アセンブリ550において、両層は完全に重なる。他の実施形態では、発光素子110によって発せられる光線内において、第1のルミネセンス層108と第2のルミネセンス層504とが部分的に重複する。
他の一実施形態では、色調整可能照明アセンブリ500、550、600において、3つ以上のルミネセンス層が配置される。色調整可能照明アセンブリは単一の温度制御手段を有してもよいし、複数の温度制御手段を有してもよい。複数の温度制御手段が設けられる場合、異なるルミネセンス層の温度を互いに独立して制御することができる。
図6bは、色調整可能照明アセンブリ500、550、600内に設けられた2つの異なるルミネセンス材料の吸光スペクトル154、156、652、654、及び発光スペクトル660、662、160、162を表すグラフ650を概略的に示す。グラフ650は、図1bのグラフ150と同様である。明瞭さのために、発光素子110によって発せられる光の第1の色分布158は図示されていない。
第1のルミネセンス層108のルミネセンス材料は、室温において吸収スペクトル154を有する。第1のルミネセンス層108の温度が、例えば150℃に上昇した場合、吸収スペクトルは数nmだけ高い波長にシフトし、ルミネセンス材料の吸収スペクトルは吸収スペクトル156である。発光スペクトル160は、第1のルミネセンス層108のルミネセンス材料の室温における発光スペクトルである。ルミネセンス層108が比較的暖かくなると(例えば、150℃)、発光スペクトル160は、より高い波長の発光スペクトル162にシフトする。
第2のルミネセンス層504の他のルミネセンス材料は、室温において吸収スペクトル652を有する。第2のルミネセンス層504の温度が例えば150℃に上昇した場合、吸収スペクトルは数nmだけ高い波長にシフトし、他のルミネセンス材料の吸収スペクトルは吸収スペクトル654である。発光スペクトル660は、第2のルミネセンス層504の他のルミネセンス材料の室温における発光スペクトルである。第2のルミネセンス層504が比較的暖かくなると(例えば、150℃)、発光スペクトル660は、より高い波長の発光スペクトル662にシフトする(658)。
ルミネセンス材料及び他のルミネセンス材料の発光スペクトル160、162、660、662は比較的狭い。かかる発光スペクトルは、ルミネセンス材料として量子ドットを用いることによって得ることができる。
色調整可能照明デバイス550及び600は第1のルミネセンス層108及び第2のルミネセンス層504の温度を独立して制御でき、よって、両者はそれぞれの発光スペクトルのシフト152及び658を独立して制御できる。
発光スペクトル160及び162は第1のルミネセンス層108のルミネセンス材料のスペクトルであり、発光スペクトル660及び662は、第2のルミネセンス層504の他のルミネセンス材料のスペクトルであることに留意されたい。しかし、他の実施形態においては反対でもよい。すなわち、第1のルミネセンス層108のルミネセンス材料はその温度に応じて発光スペクトル660及び662を有し、第2のルミネセンス層504の他のルミネセンス材料は発光スペクトル160及び162を有する。
図7aは、温度センサ704を含む色調整可能照明アセンブリ700の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ700は図1aの色調整可能照明アセンブリ100と同様であるが、温度制御手段702が異なり、温度センサ704が設けられている。温度センサ704は、ルミネセンス層108の温度を測定するためにルミネセンス108の近くに配置されている。温度センサ704は、ルミネセンス層108の実際の温度を示す信号を供給する。信号は、温度制御手段702によってルミネセンス層108の温度を制御するために使用される。例えば、温度制御手段702がルミネセンス層108を特定の温度に保つよう構成される場合、測定された温度と特定の温度とのずれがルミネセンス層108に熱を与えるために又はルミネセンス層108を冷却するために使用される。加熱及び冷却は、上記の異なる手段によって実行されてもよい。したがって、温度センサ704は、温度制御手段702によるルミネセンス層108の正確な温度制御を可能にするフィードバックループにおいて使用される。さらに、温度制御手段702は、ルミネセンス層108の所望の温度を受ける入力手段を備えてもよい。受けられた所望の温度と測定された温度との間のずれは、ルミネセンス層108を加熱又は冷却するために用いられる。
図7bは、光色センサ752を備える色調整可能照明アセンブリ750の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ750は、図1aの色調整可能照明アセンブリ100と同様であるが、温度制御手段754が異なり、色センサ752が設けられている。色センサ752は、発せられた色分布が(部分的に)色センサ752に作用するよう、色調整可能照明アセンブリ750の発光内に配置される。色センサ752は、発光色分布の色空間における色点を測定し、及び/又は発光色分布の相関色温度を測定するよう構成される。色センサ752は、発光の実際の色点及び/又は実際の相関色温度を示す信号を生成する。信号は、温度制御手段754によってルミネセンス層108の温度を制御するために使用される。例えば、測定された相関色温度が高すぎる場合、色調整可能照明アセンブリ750の発光が低波長の光(青色光)をより少量含み、高波長の光(黄色/橙色/赤色光)をより多量含むよう、ルミネセンス層108を加熱しなければならない。例えば、測定された相関色温度が低すぎる場合、色調整可能アセンブリの発光が低波長の光(青色光)をより多量含み、高波長の光(黄色/橙色/赤色光)をより少量含むよう、ルミネセンス層108を冷却しなければならない。さらに温度制御手段754は、色調整可能照明アセンブリ750の発光の所望の色点又は所望の相関色温度を受ける入力手段を備えてもよい。測定された色点及び/又は測定された相関色温度と所望の色点及び/又は所望の相関色温度との間の差は、ルミネセンス層108の温度を制御するために用いられる。
色調整可能照明アセンブリ750が複数の温度制御手段を備える場合、各温度制御手段が図7a及び図7bと同様に温度センサ及び/又は色センサを備えてもよく、また、それぞれが入力手段を備えてもよい。複数の温度制御手段が存在する場合、温度センサ、色センサ、及び/又は入力手段は異なる温度制御手段によって共有されてもよい。
図8は、発光素子110とルミネセンス層108との間の距離dを制御する色調整可能照明アセンブリ800の一実施形態を概略的に示す。色調整可能照明アセンブリ800は、図1aの色調整可能照明アセンブリ100と同様である。主な違いは、発光素子110とルミネセンス層108との間の距離を制御できるよう、ルミネセンス層108の位置がリニアモータ804によって変更可能な点である。発光素子110は、使用中、通常比較的熱くなる。この熱は、ルミネセンス層108を加熱するために使用することができる。ルミネセンス層108を発光素子110の比較的近くに移動することにより、ルミネセンス層108は発光素子110から比較的多量の熱を受け取り、暖かくなる。ルミネセンス層108を発光素子110から離すように移動することにより、ルミネセンス層108は少しの熱しか受け取らず、冷たくなる。したがって、温度制御手段802はリニアモータ804を制御してルミネセンス層108と発光素子11との間の距離dを変化させ、もってルミネセンス層108の温度を制御する。他の実施形態において、リニアモータは発光素子110に結合され、発光素子110をルミネセンス層108の近くに又は遠くに動かす。
色調整可能アセンブリ800の電源が入れられた時、発光素子110及びルミネセンス層108は周囲と同じ温度を有する。一実施形態において、ルミネセンス層108が周囲温度よりも著しく高い温度にならなければならない場合、ルミネセンス層108は、色調整可能アセンブリ800の電源が入れられるとすぐに発光素子110に近い位置に移動される。いくらかの時間が経過すると、ルミネセンス層108は発光素子110によって十分に高いレベルまで加熱される。そして、ルミネセンス層108は、ルミネセンス層108が放射、対流、及び伝導によって失う熱量と同じ熱量を発光素子110から受け取る位置に移動される。
図9aは、本発明の第2の側面に係る光源900の一実施形態を概略的に示す。図9bは、図9aの線A−A’に沿う光源900の断面図を概略的に示す。光源900は、管形電球の形状を有する。光源900は、発光素子954及びルミネセンス層952が設けられている細長い透明管910を備える。透明管910の一端において、円柱状の温度制御手段906が透明管910に結合されている。温度制御手段906は、給気孔902を有する。温度制御手段906は、透明管910内に特定の温度の空気を吹き込むことによりルミネセンス層952を加熱又は冷却する。透明管910の他端において、空気912は周囲に吐き出される。図9bに示すように、発光素子954はルミネセンス層952に向けて第1の色分布の光を発する。ルミネセンス層952は、受ける第1の色分布の光の少なくとも一部を第2の色分布の光に変換するためのルミネセンス材料を含む。ルミネセンス材料の発光スペクトルはルミネセンス材料の温度に依存する。
光源900の形状は管形状に限定されない。他の形状、例えば慣用的な電球又は平面大面積光源等も選択可能である。
他の実施形態において、色調整可能照明アセンブリは他の照明アセンブリの隣に配置され得る。例えば、色調整可能照明アセンブリがスペクトルの青色系部分を調整する(例えば、440〜460nmの間で切り替える)一方、第2の光源が、例えばスペクトルの黄色及び赤色部分を供給してもよい。このようにすることで、白色光を供給し、光の一部を制御(すなわち、スペクトル調整)する照明装置(配置)が得られる。
図10は、本発明の第3の側面に係る2つの照明器具1004及び1006を備える部屋1000の内部を概略的に示す。部屋の天井1002には、例えば図9a及び図9bの光源900を複数含む第1の照明器具1004が設けられている。壁1008には、例えば本発明の第1の側面に係る色調整可能照明アセンブリを含む他の照明器具1006が設けられている。
上記実施形態は本発明を限定ではなく説明するものであり、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく多数の変形例を設計できるであろう。
請求項において、括弧内の参照符号は請求項を限定すると解されるべきではない。動詞「含む(又は備える若しくは有する)」及びその活用形の使用は、請求項内に記載された以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素は複数を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を含むハードウェアによって、及び適切にプログラミングされたコンピュータによって実装され得る。複数の手段を列挙する装置請求項において、これらの手段のうちの複数が同一のハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。いくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、それらの手段を好適に組み合わせて使用することができないとは限らない。

Claims (12)

  1. 色調整可能照明アセンブリであって、
    −第1の色分布の光を発する発光素子と、
    −前記発光素子によって発せられた光を受けるルミネセンス層であって、前記ルミネセンス層は、前記第1の色分布の光の一部を吸収し、前記吸収された光の一部を第2の色分布の光に変換するルミネセンス材料を含み、前記第2の色分布は前記ルミネセンス層の温度に依存する、前記ルミネセンス層と、
    −前記色調整可能照明アセンブリによる特定の色分布の発光を得るために前記ルミネセンス層の温度を能動的に制御する温度制御手段と
    を含み、
    前記ルミネセンス材料は、量子ドットを含み、
    前記温度制御手段は、前記ルミネセンス層の温度を上昇させることにより前記第2の色分布の平均波長を上昇させる、色調整可能照明アセンブリ。
  2. −前記第1の色分布及び前記第2の色分布のうちの少なくとも一方の光を受ける他のルミネセンス層であって、前記他のルミネセンス層は、前記第1の色分布及び前記第2の色分布のうちの少なくとも一方の光の一部を吸収して、前記吸収された光の一部を第3の色分布の光に変換し、前記第3の色分布は、前記他のルミネセンス層の温度に依存する、前記他のルミネセンス層をさらに含む、請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  3. 前記温度制御手段は、さらに、前記特定の色分布を得るために前記他のルミネセンス層の温度を制御するか、又は
    前記色調整可能照明アセンブリは、前記特定の色分布を得るために、前記他のルミネセンス層の温度を制御する他の温度制御手段を含む、請求項に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  4. 記他のルミネセンス材料は、有機蛍光体、無機蛍光体、及び量子ドットのうちの少なくとも1つを含む、請求項に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  5. 前記温度制御手段及び/又は前記他の温度制御手段は、能動的加熱手段及び能動的冷却手段のうちの少なくとも一方を含む、請求項1又はに記載の色調整可能照明アセンブリ。
  6. 前記能動的加熱手段は抵抗体であり、及び/又は前記能動的冷却手段はペルチェ素子である、請求項に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  7. 前記ルミネセンス層の位置は前記発光素子の位置に対して相対的に制御可能であり、前記温度制御手段は、前記ルミネセンス層と前記発光素子との間の距離を制御することにより前記ルミネセンス層の温度を制御する、請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  8. 前記温度制御手段は、前記色調整可能照明アセンブリによって発せられる所望の色特性の指示を受けるための入力手段を含む、請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  9. −前記温度制御手段は、前記ルミネセンス層の温度を測定するための温度センサを含み、
    −前記温度制御手段は、前記測定された温度に応じて前記ルミネセンス層の温度を制御する、請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  10. −前記温度制御手段は、前記色調整可能照明アセンブリによって発せられる光の色点又は色温度を測定するための光色センサを含み、
    −前記温度制御手段は、前記測定された光の色点又は色温度に応じて前記ルミネセンス層の温度を制御する、請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリ。
  11. 請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリを含む光源。
  12. 請求項1に記載の色調整可能照明アセンブリ、又は請求項11に記載の光源を含む照明器具。
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