JP6305999B2 - 発光アセンブリ、ランプ及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、光源によって放射された光を、異なる色の光に変換する色変換アセンブリに関する。

幾つかの応用では、青色光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）は、青色光の一部を、例えば黄色、橙色又は赤色光である別の色の光に変換するルミネッセンス材料と組み合わされる。しばしば、青色光は部分的に別の色に変換される。これは、白色光が、ＬＥＤ及びルミネッセンス材料のアセンブリによって放射されなければならないからである。ルミネッセンス材料の量及び特性は、必要量の青色光が特定量の別の色に変換され、したがって、残りの青色光と特定量の別の色の光とが組み合わせられた放射が、白色光、つまり、色空間における黒体線に近い色点を有する光となるように選択される。

例えば米国特許出願公開第２０１２／０００１２０４号は、光エミッタがルミネッセンス材料層と組み合わされて、特定の色の発光が得られる色調節装置を開示する。

しかし、青色光源と、青色光を別の色の光に部分的に変換するルミネッセンス材料層との組み合わせを使用する照明アセンブリの製造において、問題が生じる。すべてがまったく同じ青色発光スペクトルを放射する、例えばＬＥＤである光エミッタを製造することは比較的困難である。ある特定量のルミネッセンス材料を有する層が１種類しかない場合に、互いから少し逸脱する光エミッタを組み合わせることは許容可能ではない。これは、少し異なる色の光を放射する照明アセンブリをもたらすからである。少し異なる色の光の放射は、人間の裸眼によってはっきりと検出され、また、例えば少し異なる色の光をそれぞれ放射する様々な光源を有する照明器具をもたらす。既知の解決策では、青色発光光エミッタの製造後、各青色光エミッタは、特性化され、かつ、ビニングされ、また、所望の色点を有する発光を得るために、特定の青色光エミッタの特性に関連する特定の厚さのルミネッセンス材料の層と組み合わされる。製造された光エミッタの特性化及びビニングは、比較的高価であり、また、比較的大量の、ルミネッセンス材料を有する様々な層を仕入れる必要があり、これも比較的高価である。

本発明は、使用される光源によって放射される色における小さな偏差と無関係に、明確に定義された色点の光を放射する発光アセンブリを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、発光アセンブリを提供する。本発明の第２の態様は、ランプを提供する。本発明の第３の態様は、照明器具を提供する。有利な実施形態は、従属請求項に規定される。

本発明の第１の態様に係る発光アセンブリは、第１の光源と、第２の光源と、第１のルミネッセンス材料と、第２のルミネッセンス材料と、光出射窓とを含む。第１の光源は、紫外線スペクトル範囲内の光を放射する。第２の光源は、第１のピーク波長を有する青色スペクトル範囲内の光を放射する。第１のルミネッセンス材料は、第１の光源から光を受け取るように配置され、紫外線スペクトル範囲内の光を吸収し、当該吸収した光の一部を、青色スペクトル範囲内の光に変換する。第２のルミネッセンス材料は、第２の光源から光を受け取るように配置され、第２の光源から受け取った青色スペクトル範囲内の受け取った光を、第２のピーク波長を有する光のスペクトル範囲の光にほぼ完全に変換する。第２のピーク波長は、第１のピーク波長よりも大きい。光出射窓は、第１のルミネッセンス材料及び第２のルミネッセンス材料によって放射された光を、発光アセンブリの周囲環境へと伝達するように配置される。

発光アセンブリは、特定のスペクトル範囲内の光をそれぞれ放射する２つの光源を含む。特定のスペクトル範囲内のこれらの光源の発光の正確な位置は、少し逸脱していてもよい。なぜなら、光出射窓を介して周囲環境へ放射される可視光は、ルミネッセンス材料によって生成され、第２の光源から直接生じたものではないからである。一般に、ルミネッセンス材料によって放射される光は、当該ルミネッセンス材料によって吸収される光のスペクトルの小さな偏差と無関係に、明確に定義された色（つまり、明確に定義された発光スペクトル）を有する。したがって、その発光スペクトルの正確な位置が知られていない光源が使用される場合、ルミネッセンス材料は、これらの正確に知られていないスペクトルの位置を、正確に知られている発光スペクトルに変換する。したがって、放射される光の色点は、既知であると同時に、ビニングされない（したがって、比較的安価な）光源が使用される。

第２の光源の光は、より高い波長の光にほぼ完全に変換される。これは、第１のルミネッセンス材料が、第２の光源によって放射される光をほぼすべて吸収し（更に、吸収した光をより高い波長の光に変換し）、また、発光アセンブリは、第２の光源から直接生じた光を放射しないということを意味する。しかし、実際の実施形態では、例えば反射によって、すべての光を吸収することは不可能である。本発明のコンテキストでは、第２の光源の一部の光が光出射窓を介して周囲環境へと依然として放射される場合でも、これは、人間の裸眼には可視ではないということを想定している。これは、第２の光源によって放射される光の少なくとも９０％が第２のルミネッセンス材料によって吸収されることを意味する。任意選択的に、これは、第２の光源によって放射される光の少なくとも９５％が第２のルミネッセンス材料によって吸収されることを意味する。更に、「完全に変換」との表現は、「吸収した光のすべてが、より高い波長の光に変換される」と解釈されないこともあることに留意されたい。これは、各ルミネッセンス材料は、ストークスシフトを原因とする限られた非効率性を有するからである。

なお、（紫外線スペクトル範囲内の光を放射する）第１の光源によって放射される光は、任意選択的な実施形態では、完全には変換されず、したがって、第１の光源から生じる一部の光は、周囲環境へと放射される場合もある。しかし、紫外線（ＵＶ）スペクトル範囲内の光は、人間の裸眼には可視ではなく、色の知覚には影響を与えない。したがって、放射されたＵＶ光は、発光アセンブリによって放射される可視光の色点を変化させない。

発光アセンブリの特定の構成は更に、比較的効率的である。それぞれ異なるスペクトル範囲内で放射する２つの異なる光源を使用することによって、吸収した光と、放射された光との間のストークスシフトが制限される。ストークスシフトは、吸収した光のスペクトルの最大波長と、放射した光のスペクトルの最大波長との差である。各ルミネッセンス材料は、ストークスシフトが増加すると非効率性が増加する、制限された非効率性を有する。紫外光は、比較的小さいストークスシフトである青色のみに変換される。この生成された青色光は、第２のルミネッセンス材料によって、より高い波長の光へ変換されるためには使用されない。これは、この変換が２つの連続する色変換ステップを導入することになり、したがって、エネルギー損失が２倍になるからである。その代わりに、当該光がより高い波長の光にほぼ完全に変換される青色光源が使用され、したがって、２つの連続した色変換ステップによるエネルギー損失が減少される。更に、今日、幾つかの高出力青色放射光源が、比較的低価格で市販されているので、発光アセンブリの製造費は、許容範囲内に留まる。

本発明のコンテキストにおいて、ＵＶスペクトル範囲は、１０ナノメートルと４００ナノメートルとの間の波長を含む。本発明の実際の実施形態では、第１の光源によって放射される光は、３００ナノメートルと４００ナノメートルとの間の波長を含む。本発明のコンテキストにおいて、青色スペクトル範囲は、４４０ナノメートルと５００ナノメートルとの間の波長を含む。

任意選択的に、第２のルミネッセンス材料は、青色スペクトル範囲内の受け取った光を、第２のピーク波長を有する光に完全に変換する。

任意選択的に、第２のピーク波長を有するスペクトル範囲の光は、赤色、橙色又は黄色のスペクトル範囲のうちの少なくとも１つにおける光を含む。第２の波長によって放射される光が、黄色スペクトル範囲内の光に変換される場合、比較的高い相関色温度（ＣＣＴ）の白色光が、光出射窓を通して放射される。青色光と黄色光との間のストークスシフトは、比較的小さいので、青色から黄色光への変換の効率は、比較的効率的である。当該光が、橙色光及び／又は赤色光に変換される場合、低いＣＣＴを有する白色光が作成される。可視スペクトルの黄色／橙色／赤色部分が、個々の色に大まかに分割される場合、黄色光は、５７０〜５９０ナノメートルの範囲内の波長を有し、橙色光は、５９０〜６２０ナノメートルの範囲内の波長を有し、赤色光は、６２０〜７５０ナノメートルの範囲内の波長を有する。

任意選択的に、第１のルミネッセンス材料は、第１の光源に接触し、及び／又は、第２のルミネッセンス材料は、第２の光源に接触している。ルミネッセンス材料が、光源上に直接与えられている場合、ルミネッセンス材料は、当該ルミネッセンス材料が受け取らなければならない光を受け取り、第１の光源からの光の第２のルミネッセンス材料への漏れ、又は、第２の光源からの光の第１のルミネッセンス材料への漏れの可能性は下がる。

任意選択的に、第１の光源と第１のルミネッセンス材料との間に間隙が存在し、及び／又は、第２の光源と第２のルミネッセンス材料との間に間隙が存在する。この構成では、間隙は比較的小さく、例えば５００マイクロメートルであってよく、これは、ルミネッセンス材料が、いわゆる密接構成（near-configuration）に配置されていることを意味する。間隙はより大きくてもよく、例えば数ミリメートルであってもよく、これは、しばしば、「近接構成（vicinity-configuration）」と呼ばれる。又は、例えば１センチメートル以上であってもよく、これは、しばしば、「遠隔構成（remote-configuration）」と呼ばれる。光源とその関連付けられているルミネッセンス材料との間に間隙が存在すると、光源からルミネッセンス材料への熱の伝達が減少され、これにより、ルミネッセンス材料の劣化又は加速経年変化が阻止される。更に、単位面積当たりの受け取った光の光（エネルギー）密度も減少され、これは、ルミネッセンス材料の単位容積当たりで生成される熱量が減少されるので、有利である。なお、間隙は光透過性である必要があり、これは、間隙内の光の吸収が制限されることを意味する。したがって、間隙はガス若しくは環境大気、又は、シリコーンといった透明材料で充填されていてもよい。

任意選択的に、第１の光源、第１のルミネッセンス材料、第２の光源及び第２のルミネッセンス材料は、第１の光源と第２のルミネッセンス材料との間、及び、第２の光源と第１のルミネッセンス材料との間の交差照明を阻止するように配置されている。交差照明とは、本発明のコンテキストでは、第１の光源が第２のルミネッセンス材料を照明することが阻止され、第２の光源が第１のルミネッセンス材料を照明することが阻止され、第１のルミネッセンス材料によって放射された光が第２のルミネッセンス材料を照明することが阻止され、第２のルミネッセンス材料によって放射された光が第１のルミネッセンス材料を照明することが阻止されることを意味する。ルミネッセンス材料が、光を受け取るべきではない光源からの光を受け取り、当該光を変換すると、非効率性が導入される。ＵＶ光から黄色／橙色／黄色の光への大きいストークスシフトが、大量のエネルギー損失をもたらし、青色光は、青色光に変換される一方で、受け取った青色光のエネルギーの一部を吸収してしまう。ルミネッセンス材料が、別のルミネッセンス材料によって放射された光を受け取り、当該光が吸収されると、非効率性が導入される。光出射窓を通り放射される光の一部は、様々なルミネッセンス材料による２つの色変換ステップが行われたことになり、したがって、２倍の変換非効率性の影響を受けたことになる。

任意選択的に、第１のルミネッセンス材料及び第２のルミネッセンス材料は、空間的に分離された構成で配置されている。各ルミネッセンス材料が空間的に分離されていると、交差照明をより容易に阻止することができる。

任意選択的に、第１のルミネッセンス材料は、紫外線スペクトル範囲の光を、青色スペクトル範囲の光に完全に変換する。第１の光源によって放射されるすべての光が、青色スペクトル範囲の光に変換されると、あまり有用に使用されないＵＶ光に関する損失がない。上記実施形態では、「完全に変換」の表現の解釈について述べた。上で提供した解釈は、この任意選択の実施形態にも適用される。

任意選択的に、発光アセンブリは、２つ以上の第１の光源を含む、及び／又は、発光アセンブリは、２つ以上の第２の光源を含む。

任意選択的に、第１の光源及び第２の光源のうちの少なくとも１つは、固体光エミッタである。固体光エミッタの例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が挙げられ、又は、例えば、レーザダイオードである。固体光エミッタは、一般的に、高価ではなく、比較的大きい効率を有し、かつ、長い寿命を有するので、比較的費用効果的な光源である。

任意選択的に、第１のルミネッセンス材料及び第２のルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つは、無機蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、量子ロッド又は量子テトラポッドを含む。これらの種類のルミネッセンス材料は、少し異なるスペクトルの光が吸収されてもその発光スペクトルが実質的に変わらないので、本発明のコンテキストにおいて有用である。あらゆる種類のルミネッセンス材料は、本発明の必要な色変換を提供する特定のルミネッセンス材料を含む。

任意選択的に、発光アセンブリは、周囲環境への紫外線スペクトル範囲内の光の放射を阻止する紫外線フィルタを含む。一般に、周囲環境へ紫外線を放射することは望ましくない。この光は、人間の裸眼によって見られず、発光アセンブリの周囲環境に存在する人及び／又は材料に望ましくない影響を及ぼす。したがって、第１の光源によって放射される光のすべてが青色光に変換されない場合、紫外線フィルタが発光アセンブリ内に設けられる。紫外線フィルタは、周囲環境へのＵＶ光の放射が阻止される限り、光出射窓に配置されても、発光アセンブリ内の別の位置に配置されてもよい。

任意選択的に、発光アセンブリは、第２のルミネッセンス材料と周囲環境との間に配置され、青色スペクトル範囲内の光の漏れを阻止する青色吸収フィルタを含む。したがって、第２の光源によって放射される一部の青色光が依然として、第２のルミネッセンス材料を有する要素から漏れる場合、青色光吸収フィルタが、当該光が周囲環境へと放射されることを阻止し、したがって、第２の光源の発光における変動は、発光アセンブリを見ている人には分からない。なお、青色吸収フィルタは、第１のルミネッセンス材料と周囲環境との間には配置されていない。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に係る発光アセンブリを含むランプが提供される。本発明の第２の態様に係るランプは、レトロフィット電球又は光管である。別の実施形態では、ランプは、例えばボックス形状である別の形状を有する。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様に係る発光アセンブリ又は本発明の第２の態様に係るランプを含む照明器具が提供される。

本発明の第２の態様に係るランプ及び本発明の第３の態様に係る照明器具は、本発明の第１の態様に係る発光アセンブリと同じ利点を提供し、また、システムの対応する実施形態と同様の効果を有する同様の実施形態を有する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照することにより、明らかになろう。

当然ながら、当業者は、上記の意見、実施態様及び／又は本発明の態様のうちの２つ以上は、有用と思われる任意の方法で組み合わされてもよい。

上記発光アセンブリの説明された修正態様及び変形態様に対応する上記発光アセンブリ、ランプ及び照明器具の修正態様及び変形態様は、本説明に基づいて、当業者によって実施可能である。

図１ａは、本発明の第１の態様に係る発光アセンブリの第１の実施形態の断面図を概略的に示す。 図１ｂは、光のスペクトルの変換を概略的に示す。 図２ａは、発光アセンブリの第２の実施形態の断面図を概略的に示す。 図２ｂは、発光アセンブリの第３の実施形態の断面図を概略的に示す。 図３ａは、発光アセンブリの第４の実施形態の断面図を概略的に示す。 図３ｂは、発光アセンブリの第５の実施形態の断面図を概略的に示す。 図４ａは、本発明の第２の態様に係るランプの第１の実施形態を概略的に示す。 図４ｂは、ランプの第２の実施形態を概略的に示す。 図４ｃは、ランプの第３の実施形態を概略的に示す。 図５は、本発明の第３の態様に係る照明器具を概略的に示す。

なお、様々な図面において同じ参照符号によって示されるアイテムは、同じ構造上の特徴及び同じ機能を有するか、又は、同じ信号である。当該アイテムの機能及び／又は構造について説明されている場合、詳細な説明において、その説明を繰り返す必要はない。

図面は、単に概略的であり、また、縮尺通りではない。特に、明瞭とするために、一部の寸法は、大きく拡大されている。

図１ａは、本発明の第１の態様に係る発光アセンブリ１００の第１の実施形態の断面図を概略的に示す。発光アセンブリ１００は、紫外線スペクトル範囲内の光１１０を放射する第１の光源１１２を含み、これは、少なくとも、第１の光源１１２の発光のピーク波長は、１０ナノメートルから４００ナノメートルの範囲内に入ることを意味する。発光アセンブリ１００は更に、青色スペクトル範囲内の光１０５を放射する第２の光源１１８を含む。したがって、第２の光源１１８によって放射される光１０５は、４４０ナノメートルから５００ナノメートルの範囲内に入る第１のピーク波長を有する。発光アセンブリは更に、第１のルミネッセンス材料１０６と、第２のルミネッセンス材料１１６と、光出射窓１０２とを含む。

図１ａの実施形態では、第１のルミネッセンス材料１０６は、例えばマトリクスポリマーの層内に配置されている。しかし、別の実施形態では、ルミネッセンス材料は、透明層上のコーティングとして提供されてもよい。本発明のコンテキストでは、第１のルミネッセンス材料１０６は、第１の光源１１２から光１１０を受け取る。第１のルミネッセンス材料１０６は、紫外線スペクトル範囲内の光１１０を吸収し、吸収した光の少なくとも一部を、青色スペクトル範囲内の光１０４に変換する。なお、第１のルミネッセンス材料１０６によって放射される光１０４は青色であり、第２の光源１１８によって放射される光１０５も青色であるが、それらの厳密な発光スペクトルは異なっていてもよい。特に、第２の光源１１８の発光は、製造偏差の影響を受ける。第１のルミネッセンス材料１０６によって放射される青色光１０４の発光スペクトルは、比較的安定していて、第１のルミネッセンス材料１０６の異なるバッチ間でずれない。また、第１のルミネッセンス材料１０６は、吸収した光の一部を熱に変換することもあり、これは、第１のルミネッセンス材料１０６のストークス（Stokes）シフトによるものである。更に、任意選択的な実施形態では、すべての紫外光１１０が吸収されるが、本発明のコンテキストでは、第１の光源１１２によって放射される紫外光１１０のすべてを必ずしも変換しなくてもよい。

図１ａの実施形態では、第２のルミネッセンス材料１１６は、例えばマトリクスポリマーの層内に配置されている。しかし、本発明のコンテキストでは、第２のルミネッセンス材料１１６は、第２の光源１１８から光１０４を受け取ることのみが重要である。第２のルミネッセンス材料１１６は、第２の光源１１８から受け取る光１０５のほぼすべてを吸収し、吸収した光を、第２のピーク波長を有するスペクトル範囲の光１１４に変換する。第２のピーク波長は、第１のピーク波長よりも大きい。したがって、第２のピーク波長を有するスペクトル範囲の光１１４は、少なくとも、相当量の緑色、黄色、橙色及び／又は赤色スペクトル範囲内の光を含む。「ほぼ完全に変換」とは、本発明のコンテキストでは、発光アセンブリ１００の発光の中には、受け取った光が全く残らないことを意味する。実際の実施形態では、これは、第２のルミネッセンス材料１１６がすべての光１０５を吸収することを意味する。なお、青色光のより高い波長を有する光への変換は、１００％エネルギー効率であるとは必ずしも意味しない。吸収した青色光のエネルギーの一部は、ルミネッセンス材料のストークスシフトを理由として、第２のルミネッセンス材料１１６によって熱に変換される。なお、第２のルミネッセンス材料１１６を有する層の厚さは、当該第２のルミネッセンス材料１１６を有する層を通り青色光が漏れないように十分に大きいべきである。一実施形態では、第２のルミネッセンス材料１１６は、第２の光源１１８から受け取る光１０５をすべて吸収し、吸収した光を、第２のピーク波長を有するスペクトル範囲の光１１４に完全に変換する。第２のルミネッセンス材料１１６を含む層が、第２の光源１１８から受け取るすべての光１０５を変換するには十分に厚くない場合、第２の材料１１６を有する層の上に、第２のルミネッセンス材料１１６を有する層を通り依然として漏れる光を吸収又は後方反射させる層が設けられてもよい。

図１ａにおいて、光出射窓１０２は、２つの暗線の間の開口として概略的に示されている。第１のルミネッセンス材料１０６及び第２のルミネッセンス材料１１６によって生成された光１０４、１１４は、光出射窓１０２を介して、発光アセンブリ１００の周囲の環境へと放射される。これは、第１のルミネッセンス材料１０６及び第２のルミネッセンス材料１１６に対する光出射窓１０２の相対配置が、生成された青色光１０４及び第２のピーク波長を有するスペクトル範囲内の生成された光１１４が、光出射窓１０２に向かって放射され、当該光出射窓１０２を介して、発光アセンブリ１００を離れるような配置であることを意味する。実際の実施形態では、光出射窓１０２は、発光アセンブリ１１０の周りの実質的に不透明なハウジング内の開口であってもよく、又は、光出射窓１０２は、第１のルミネッセンス材料１０６及び第２のルミネッセンス材料１１６のうちの１つをそれぞれ含む隣接ルミネッセンス要素によって形成されてもよい。

一実施形態において、第１のルミネッセンス材料１０６がすべてのＵＶ光１１０を青色光１０４に変換するわけではない場合、発光アセンブリ１００には、ＵＶ光１１０が周囲の環境に放射されないようにするＵＶフィルタが設けられる。ＵＶフィルタは、例えば光出射窓１０２に設けられる。

更なる実施形態では、図１ａに示されているように、第１の光源１１２は、明確に定義された光ビーム１０８内のＵＶ光１１０を、第１のルミネッセンス材料１０６に放射し、これにより、ＵＶ光１１０が、第２のルミネッセンス材料１１６上に放射されることが阻止される。同じ実施形態において、第２の光源１１８は、明確に定義された光ビーム１０８内の青色光１０５を、第２のルミネッセンス材料１１６に放射し、これにより、第２の光源１１８によって放射された光１０５が、第１のルミネッセンス材料１０６によって受け取られることが阻止される。別の実施形態では、発光アセンブリ１００は、交差照明を阻止する、即ち、第１の光源１１２からの光１１０が第２のルミネッセンス材料１１６によって受け取られることを阻止し、また、第２の光源１１８からの光１０５が第１のルミネッセンス材料１０６によって受け取られることを阻止する１つ以上の分離壁１２０を含む。

第１の光源１１２及び／又は第２の光源１１８は、固体光エミッタである。固体光エミッタの例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が挙げられ、又は、例えばレーザダイオードである。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、例えば４４０から４６０ナノメートルの波長範囲内の青色光を放射するＧａＮ又はＩｎＧａＮ系ＬＥＤであってよい。

ルミネッセンス材料は、無機ルミネッセンス材料、有機ルミネッセンス材料、又は、例えば量子閉じ込めを示し、少なくとも１つの寸法においてサイズがナノメートル範囲内である粒子を含む材料であってもよい。

本発明での使用に適した、例えば蛍光体である無機ルミネッセンス材料の例は、次に限定されないが、次に限定されないが、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又はＣｅがドープされたＹＡＧとも呼ばれるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋（黄色）及びＭ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋（赤色）が挙げられ、ここで、Ｍは、カルシウムＣａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１つの元素である。通常、受け取られる光が青色光である場合、本発明の実施形態に使用されてもよい無機蛍光体の別の例は、ＹＡＧ：Ｃｅである。更に、アルミニウムの一部は、ガドリニウム（Ｇｄ）又はガリウム（Ｇａ）によって置換されてもよく、Ｇｄが多いほど、黄色発光の赤色シフトがもたらされる。別の適切な材料は、赤色範囲における光を放射するＳｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋といった、（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙ）_２−ｚＳｉ_５−ａＡｌ_ａＮ_８−ａＯ_ａ：Ｅｕ_ｚ ^２＋を含み、ここで、０＜ａ＜５、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１及び０＜ｚ＜１、並びに、（ｘ＋ｙ）＜１である。無機蛍光体の粒子は、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）又はポリカーボネート（ＰＣ）といったマトリクスポリマー内に分散されていてもよい。別の実施形態では、無機蛍光体は、セラミックルミネッセンス層の土台を形成してもよい。なお、ＵＶ光を用いてルミネッセンス材料を励起する場合は、マトリクスポリマーは、少なくとも部分的に、ＵＶ光に対し透過性であるべきである。ポリシロキサンは、ＵＶ透過ポリマーである。

波長変換材料としての使用に適した有機ルミネッセンス材料の例として、例えばルモゲン（Lumogen）の商標名でＢＡＳＦ社によって販売されているペリレン誘導体に基づいたルミネッセンス材料が挙げられる。したがって、適切な市販製品の例としては、次に限定されないが、ルモゲン・レッドＦ３０５、ルモゲン・オレンジＦ２４０、ルモゲン・イエローＦ１７０及びこれらの組み合わせが挙げられる。有機ルミネッセンス材料の分子は、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）又はポリカーボネート（ＰＣ）といったマトリクスポリマー中に溶解されてもよい。

量子閉じ込めを示し、少なくとも１つの寸法においてサイズがナノメートル範囲内である粒子の例は、量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドである。量子閉じ込めとは、粒子が、粒子のサイズに依存する光学特性を有することを意味する。粒子は、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲内のサイズを有する。これは、例えば粒子が実質的に球状である場合、その直径がナノメートル範囲内にあるということを意味する。或いは、これは、例えば粒子がワイヤ形状である場合、ワイヤの断面のサイズが、１つの方向において、ナノメートル範囲であることを意味する。ナノメートル範囲のサイズとは、１つの寸法におけるサイズが、少なくとも、１マイクロメートルよりも小さいことを意味する。任意選択的に、１つの寸法におけるサイズが、５００ナノメートルよりも小さく、０．５ナノメートル以上である。一実施形態では、１つの寸法におけるサイズが、５０ナノメートルよりも小さい。別の実施形態では、１つの寸法におけるサイズが２乃至３０ナノメートルの範囲内にある。

量子ドットは、入射光によって励起されると、結晶のサイズ及び材料によって決定される色の光を放射する。したがって、ドットのサイズを適応させることによって、特定の色の光が生成される。可視範囲内の発光を有する既知の量子ドットの多くは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）といったシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づいている。リン化インジウム（ＩｎＰ）並びに硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）及び／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ２）といったカドミウムを含まない量子ドットを使用してもよい。量子ドットは、非常に狭い発光帯を示すため、飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適応させることによって、容易に調整される。適切な波長変換特性を有するならば、本発明において、当技術分野において知られている任意のタイプの量子ドットが使用されてもよい。

図１ｂは、図１ａの発光アセンブリ１００によって行われる光のスペクトルの変換を概略的に示す。第１の発光スペクトル１５２は、第１の光源１１２によって放射される。第１の発光スペクトル１５２の実質的にすべての波長が、４００ナノメートル未満の波長を有する。したがって、第１の発光スペクトル１５２は、紫外光を表す。第２の発光スペクトル１５４は、第２の光源１１８によって放射される。第２の発光スペクトル１５４は、青色スペクトル範囲内である第１のピーク波長λ_ｐ１を有する。第１のルミネッセンス材料１０６は、第１の発光スペクトル１５２の光の大部分を、青色スペクトル範囲内の発光ピーク１５６に変換する。第２のルミネッセンス材料１１６は、第２の発光スペクトル１５４のすべての光を、第２のピーク波長λ_ｐ２を有する第３の発光スペクトル１５８にほぼ完全に変換する。第２のピーク波長λ_ｐ２は、第１のピーク波長λ_ｐ１よりも大きいので、第３の発光スペクトル１５８は、緑色、黄色、橙色、赤色又はこれらの色の組み合わせの色を有する。任意選択的な実施形態では、第２のルミネッセンス材料１１６によって生成された光はすべて、人間の裸眼に可視であるスペクトル範囲内、したがって、８００ナノメートル未満であるが、第２のルミネッセンス材料１１６は、熱くなると、赤外線スペクトル範囲内の電磁波も照射する。

図２ａは、発光アセンブリ２００の第２の実施形態の断面図を概略的に示す。発光アセンブリ２００は、図１ａの発光アセンブリ１００に類似しているが、第１のルミネッセンス材料２０６が、第１の光源１１２の発光面の上に直接与えられ、第２のルミネッセンス材料２１６が、第２の光源１１８の発光面の上に直接与えられている点で少し異なる。特定の応用では、各ルミネッセンス材料２０６、２１６を、各光源１１２、１１８の上に直接与えることが有利である。これは、第１の光源１１２によって放射される光は、第１のルミネッセンス材料２０６に向けてのみ放射され、第２の光源１１８の光は、第２のルミネッセンス材料２１６に向けてのみ放射されるからである。更に、よりコンパクトな発光アセンブリが得られる。

図２ｂは、発光アセンブリ２５０の第３の実施形態の断面図を概略的に示す。発光アセンブリ２５０は、壁２５４によって互いから分離される様々なチャンバを有する空間を囲むハウジング２５２を含む。チャンバは、光出射窓１０２とハウジング２５２の基部との間に延在する。一実施形態では、壁は、光を透過せず、当該壁に衝突する光を反射する。ハウジングのチャンバの方に向いている面も光反射性である。

各チャンバ内に、１つの光源が設けられ、光出射窓１０２において、チャンバの開口は、ルミネッセンス材料を含む層によって閉じられている。特定のチャンバが、紫外線スペクトル範囲内の光を放射する第１の光源１１２を含む場合、ルミネッセンス材料を有する層は、第１のルミネッセンス材料１０６を含む。特定のチャンバが、青色スペクトル範囲内の光を放射する第２の光源１１８を含む場合、ルミネッセンス材料を有する層は、第２のルミネッセンス材料１１６を含む。図２ｂでは、各光源１１２、１１８と、対応するルミネッセンス材料を有する層との間には、距離ｄの間隙が存在する。この間隙は、空気又は別の光透過ガスで充填されていても、又は、例えばシリコーンといった光透過（透明又は半透明）材料で充填されてもよい。間隙が、光透過材料で充填される場合、チャンバは、光透過材料によって、完全に又は部分的に充填される。光透過材料は、各光源１１２、１１８によって放射された光を、対応するルミネッセンス材料１０６、１１６を有する層に向けて導くライトガイドとして機能する。なお、発光アセンブリの実施形態は、４つのチャンバを有する発光アセンブリに限定されない。発光アセンブリは、例えば横方向に存在する、又は、例えば図の平面に対し垂直な方向に存在する任意の数のチャンバを含んでもよい。

図２ｂの構成では、各ルミネッセンス材料を、対応するルミネッセンス材料を有する層が、光透過モードではなく光反射モードに配置されるように、対応するチャンバの壁に提供することも可能である。対応するルミネッセンス材料に衝突する光は、吸収され、別の色の光に変換され、当該別の色の光は、チャンバの内部の方向に、後方に放射される。このような実施形態では、ＵＶ光と、第２の光源によって生成される光が、発光アセンブリの周囲の環境へと放射されないように、吸収フィルタを、チャンバの光出射窓に設けなければならない。

図３ａは、発光アセンブリ３００の第４の実施形態の断面図を概略的に示す。この発光アセンブリは、図２ｂの発光アセンブリ２５０に類似している。発光アセンブリ２５０に比べて、発光アセンブリ３００は、２つ以上の光源を含むより大きいチャンバを有する。１つのチャンバ内に、同じタイプの光源が設けられ、これらは、本発明の第１の態様に従って対応するルミネッセンス材料と組み合わせられる。したがって、図３ａに示されるように、左側に示されるチャンバ内では、複数の第１の光源１１２が、第１のルミネッセンス材料３０６を有する層に向けてＵＶ光を放射し、右側に示されるチャンバ内では、複数の第２の光源１１８が、第２のルミネッセンス材料３１６を有する層に向けて青色光を放射する。チャンバは、壁３０４によって分離されている。

図３ｂは、発光アセンブリ３５０の第５の実施形態の断面図を概略的に示す。発光アセンブリ３５０は、図１ａの発光アセンブリ１００に類似している。発光アセンブリ３５０では、第１の光源１１２、第２の光源１１８、第１のルミネッセンス材料１０６を有する層及び第２のルミネッセンス材料１１６を有する層を支持するフレームが設けられている。フレームは更に、各光源１１２、１１８によって放射された光が、対応するルミネッセンス材料１０６、１１６によって受け取られるような位置に、各光源を配置している。フレームは、例えば、金属板又は金属棒から製造される。

図４ａは、本発明の第２の態様に係るランプの第１の実施形態を概略的に示す。ランプは、レトロフィット光管４００である。光管４００は、横方向において、対応するルミネッセンス材料を有する光源の複数の組み合わせ４０２、４０４を含む。１つの組み合わせは、図１ａの発光アセンブリ１００の第１のルミネッセンス材料１０６を有する第１の光源１１２、又は、発光アセンブリ２００の第１のルミネッセンス材料２０６を有する第１の光源１１２であってよい。別の使用される組み合わせは、図１ａの発光アセンブリ１００の第２のルミネッセンス材料１１６を有する第２の光源１１８、又は、発光アセンブリ２００の第２のルミネッセンス材料２１６を有する第２の光源１１８であってよい。光管４００のガラスが、光出射窓である。

図４ｂは、レトロフィット電球４３０であるランプの第２の実施形態を概略的に示す。本発明の第１の態様に従った発光アセンブリ４３２である口金を含むレトロフィット電球４３０が提供される。発光アセンブリ４３２は、第１のルミネッセンス材料によって生成される青色光と、第２のルミネッセンス材料によって生成されるより高い波長の光との組み合わせを、電球４３０のガラスに向けて放射する。

図４ｃは、ＬＥＤユニット４６０であるランプの第３の実施形態を概略的に示す。ＬＥＤユニット４６０は、円筒形のハウジング４６４を含む。ハウジング４６４は、空洞を囲み、その空洞の中に、本発明の第１の態様に係る１つ以上の発光アセンブリが設けられている。光出射窓は、空洞を閉じる層４６２によって形成される。層４６２は、拡散層であってもよい。或いは、層４６２は、それぞれ、第１のルミネッセンス材料及び第２のルミネッセンス材料を有する空間的に分離された領域を含んでもよく、また、第１の光源及び第２の光源が、空洞内に設けられる。

図５は、本発明の第３の態様に係る照明器具５００を概略的に示す。照明器具は、本発明の第１の態様に係る１つ上の発光アセンブリを含むか、又は、本発明の第２の態様に係るランプを含む。

なお、上記の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者であれば、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態をデザインできるであろう。

請求項において、括弧内に置かれる任意の参照符号は、当該請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「含む」との動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」との冠詞は、当該要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの個別の要素を含むハードウェアによって実施されてもよい。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、同一のハードウェハアイテムによって具現化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

Claims (14)

1. 紫外線スペクトル範囲内の光を放射する第１の光源と、
   第１のピーク波長を有する青色スペクトル範囲内の光を放射する第２の光源と、
   前記第１の光源から光を受け取り、前記紫外線スペクトル範囲内の光を吸収し、吸収した光を、前記青色スペクトル範囲内の光にほぼ完全に変換する第１のルミネッセンス材料と、
   前記第２の光源から光を受け取り、前記第２の光源から受け取った前記青色スペクトル範囲内の受け取った光を、第２のピーク波長を有する光のスペクトル範囲の光にほぼ完全に変換する第２のルミネッセンス材料と、
   前記第１のルミネッセンス材料及び前記第２のルミネッセンス材料によって放射された光を、発光アセンブリの周囲環境へと伝達する光出射窓と、
   を含み、
   前記第２のピーク波長は、前記第１のピーク波長よりも大きく、
   前記第１のルミネッセンス材料と前記第２のルミネッセンス材料とのうち、少なくとも一方は、量子閉じ込めを示し、少なくとも１つの寸法においてサイズがナノメートル範囲内である粒子を含む、
   発光アセンブリ。
2. 前記第２のルミネッセンス材料は、前記青色スペクトル範囲内の前記受け取った光を、前記第２のピーク波長を有する光に完全に変換する、請求項１に記載の発光アセンブリ。
3. 前記第２のピーク波長を有するスペクトル範囲の光は、赤色、橙色又は黄色のスペクトル範囲のうちの少なくとも１つにおける光を含む、請求項１に記載の発光アセンブリ。
4. 前記第１のルミネッセンス材料は、前記第１の光源に接触し、及び／又は、前記第２のルミネッセンス材料は、前記第２の光源に接触している、請求項１に記載の発光アセンブリ。
5. 前記第１の光源と前記第１のルミネッセンス材料との間に間隙が存在し、及び／又は、前記第２の光源と前記第２のルミネッセンス材料との間に間隙が存在する、請求項１に記載の発光アセンブリ。
6. 前記第１の光源、前記第１のルミネッセンス材料、前記第２の光源及び前記第２のルミネッセンス材料は、前記第１の光源と前記第２のルミネッセンス材料との間、及び、前記第２の光源と前記第１のルミネッセンス材料との間の交差照明を阻止する、請求項１に記載の発光アセンブリ。
7. 交差照明を阻止するための分離壁を更に含むか、又は、
   交差照明を阻止するために、壁によって互いから分離される様々なチャンバを有する空間を囲むハウジングを更に含み、各チャンバは１つの光源と光出射窓に開口とを含み、前記開口はルミネッセンス材料を含む層で閉じられ、第１の光源を含む特定のチャンバは第１のルミネッセンス材料を含む層を有し、第２の光源を含む特定の他のチャンバは第２のルミネッセンス材料を含む層を有する、請求項６に記載の発光アセンブリ。
8. ２つ以上の第１の光源を含む、及び／又は、２つ以上の第２の光源を含む、請求項１に記載の発光アセンブリ。
9. 前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの少なくとも１つは、固体光エミッタである、請求項１に記載の発光アセンブリ。
10. 前記第１のルミネッセンス材料及び前記第２のルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つは、無機蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、量子ロッド又は量子テトラポッドを含む、請求項１に記載の発光アセンブリ。
11. 前記光出射窓を介する前記周囲環境への前記紫外線スペクトル範囲内の光の放射を阻止する紫外線フィルタを含む、請求項１に記載の発光アセンブリ。
12. 前記第２のルミネッセンス材料と前記周囲環境との間に配置され、前記光出射窓を介する前記周囲環境への前記第２の光源によって放射される光の漏れを阻止する青色吸収フィルタを含む、請求項１に記載の発光アセンブリ。
13. 請求項１に記載の発光アセンブリを含むランプ。
14. 請求項１に記載の発光アセンブリ又は請求項１３に記載のランプを含む照明器具。

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