JP6866306B2 - スイッチング可能な高カラーコントラストライティング - Google Patents

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Description

本発明は、ライティングユニット、及び、このようなライティングユニットを使用してカラーコントラストを制御する方法に関する。
物体が光を使用して照らされたときのこのような物体のカラーのコントラストの課題が、本分野で知られている。例えば、米国特許出願公開第2009122530号は、色品質及び/又はカラーコントラストの改善をもたらすソリッドステート照明システムについて説明する。このシステムは、色温度に応じて決まる指定された値に従って、白熱電球又は黒体光源に対する強調されたカラーコントラストを提供するように事前選択された色品質スケールの15のカラーサンプルの各々に対してデルタクロマ値をもつ全体的な光を提供する。米国特許出願公開第2009122530号において提供される照明システムは、1つ又は複数の有機エレクトロルミネセント要素を備えるか、又は、これらは、複数の無機発光ダイオードを備え、少なくとも2つの無機発光ダイオードが異なる色発光帯域をもつ。
WO2005/115059は、広波長範囲にわたるスペクトルをもつ白色発光要素について説明する。WO2005/115059は、白色の色度が経時的に変化しにくい白色発光要素を提供することを所望する。さらに、WO2005/115059は、発光スペクトルの形状が電流密度に依存しない傾向のある白色発光要素を提供することを所望する。第1の発光要素と第2の発光要素とが、基板上に連続的に積層される。第1の発光要素は、第1のアノードと第1のカソードとの間に発光層を含み、第2の発光要素は、第2のアノードと第2のカソードとの間に発光層を含む。発光層は、青色から青緑色の波長範囲内と、黄色からオレンジ色の波長範囲内との両方にピークをもつ第1の発光スペクトルを示し、発光層は、青緑色から緑色の波長範囲内と、オレンジ色から赤色の波長範囲内との両方にピークをもつ第2の発光スペクトルを示す。
この文献は、基板上に第1の発光要素と第2の発光要素とが順に積層される発光要素の一例を提供する。第2の発光要素は、第2のアノードと第2のカソードとの間に発光層を含む。第1の発光要素の発光層は、青色から青緑色の波長範囲内にピークをもつ発光スペクトルを示す第1の発光層と、黄色からオレンジ色の波長範囲内にピークをもつ発光スペクトルを示す第2の発光層とを含む。第2の発光要素の発光層は、青緑色から緑色の波長範囲内にピークをもつ発光スペクトルを示す第3の発光層と、オレンジ色から赤色の波長範囲内にピークをもつ発光スペクトルを示す第4の発光層とを含む。第1の発光層と第2の発光層との積層の順序は逆でもよいことに留意されたい。第3の発光層と第4の発光層との積層の順序は逆でもよい。発光要素の第1のアノード側に正バイアスが印加されて、第2のカソード側に負バイアスが印加されたとき、第1の光と第2の光とが提供可能である。第1の光は、第1の発光層と第2の発光層とから発光された両方の光の組み合わせなので、第1の光は、青色から青緑色の波長範囲内と黄色からオレンジ色の波長範囲内との両方にピークをもつ発光スペクトルを示す。言い換えると、第1の光は、二波長の白色又は近白色の発光色である。第2の光は、第3の発光層と第4の発光層とから発光された両方の光の組み合わせなので、第2の光は、青緑色から緑色の波長範囲内とオレンジ色から赤色の波長範囲内との両方にピークをもつ発光スペクトルを示す。言い換えると、第2の発光要素は、第1の発光要素の発光色とは異なる、二波長の白色又は近白色の発光色を示す。したがって、この発明の発光要素は、第1の光を第2の光に重ねた結果として、青から青緑色の波長範囲、青緑色から緑色の波長範囲、黄色からオレンジ色の波長範囲、及びオレンジ色から赤色の波長範囲をカバーする光を提供可能である。第1の発光要素と第2の発光要素との各々が、従来多く使用される補色関係を使用した二波長白色発光要素の構造に類似した構造をもち、高輝度と好ましい要素寿命とをもつ白色又は近白色発光要素を実現可能である。しかし、第1の発光要素は、主に青緑色から緑色(具体的には、エメラルドグリーン色)の波長範囲内、及びオレンジ色から赤色の波長範囲内において弱いスペクトルを示し、カラーフィルタを使用するフルカラーディスプレーには適さない。加えて、第1の発光要素は、エメラルドグリーン色の波長範囲内において狭いスペクトルをもち、鮮やかさに欠ける。
色覚異常の場合、(例えば、異なる組織又は臓器などをより良好に認識するなどの)外科用途の場合、(例えば、印刷物の品質を確認するなどの)グラフィカル用途の場合、及び(例えば、例えば、学習書内の写真/グラフなどの視認性を改善するなどの)教育用ライティングの場合などにおいて高カラーコントラスト(すなわち良好な色の識別)が望まれる。これらの用途において、ピークをもつスペクトルが望ましいと考えられる。同時に、スポットライティングなどの一般的なライティング用途では、フルスペクトルが望ましいと考えられる。この目的において、所望のスペクトルを得るために、多数の狭い発光体を使用して、これらを個別に制御することが可能である。しかし、このような光源を作製することは、いくだけ複雑かつ高価である。
したがって、代替的なライティングユニット、及び/又は、(ライティングユニットを使用して)カラーコントラストを制御する代替的な方法であって、好ましくは、さらに上記の欠点の1つ又は複数を少なくとも部分的に解消するものを提供することが、本発明の一態様である。
本明細書において、所与の相関色温度(CCT:correlated color temperature)及び/又は演色評価数(CRI:color renderings index)において実質的にフルスペクトルで発光する白色光デバイスを使用して、実質的に同じ相関色温度及び/又はCRIをもつ、ピークをもつ発光スペクトルを重ね合わせることが特に提案される。光源の相対強度を変更することによりカラーコントラストの程度を制御可能であることと、それにより、例えば、上述の用途においてライティングを補助することに加えて、一般的なライティング目的に使用可能である光を提供することが驚くほど明確になる。さらに、この解決策は、複数の光源のための複雑な制御システムを必要としない(ただし、所望される場合、それぞれのライティングデバイス(以下を参照されたい)は、異なるLED発光色をもつ複数の異なる(直接)LED、例えば、混色(CM:color mixed)LEDを含む)。
したがって、第1の態様において、本発明は、第1のライティングデバイスと、第2のライティングデバイスと、(任意選択的な)ライティングデバイスを制御するように構成された制御ユニットとを備えるライティングユニットを提供し、第1のライティングデバイスは、第1のスペクトル分布と、x1,y1と表される第1の色点と、T1と表される第1の相関色温度とをもつ第1のライティングデバイス光を提供するように構成される。第2のライティングデバイスは、第2のスペクトル分布と、x2,y2と表される第2の色点と、T2と表される第2の相関色温度とをもつ第2のライティングデバイス光を提供するように構成される。ライティングユニットは、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数を含むライティングユニット光を生成するように構成され、第1のスペクトル分布と第2のスペクトル分布とが異なり、(i)0.85≦x1/x2≦1.15、特に0.9≦x1/x2≦1.1、(ii)0.85≦y1/y2≦1.15、特に0.9≦y1/y2≦1.1、及び(iii)0.7≦T1/T2≦1.3、特に0.9≦T1/T2≦1.1のうちの1つ又は複数が適用される。
さらに、本発明は、次の態様において、本明細書において規定されるライティングユニットからのライティングユニット光により提供される(物体の)カラーコントラストを制御する方法を提供し、本方法は、(物体を照らす)第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との強度を制御するステップを有する。さらに、本発明は、本明細書において規定されるライティングユニットからのライティングユニット光を使用して物体を照らすステップと、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との強度を制御するステップとを有する、物体を照らす方法をさらに提供する。それにより、物体のカラーコントラストは、例えば、空間内のライティング状態(すなわち、太陽を含む他の光源により提供される光)に応じて、及び/又は、ユーザーなどにより提供される設定に応じて、制御される。「物体(object)」という用語は、任意選択的に異なる物体である複数の物体も表す。したがって、異なる物体のカラーコントラストは、さらに、本方法及びライティングユニットを使用して強調される。
上述のように、ライティングユニット及び/又はライティング方法は、特に、カラーコントラストを強調するために、グラフィカル業務用ライティングのために、印刷業務用ライティングのために、手術室ライティングのために、又は、教育用ライティングなどのために使用される。しかし、ライティングユニット及び/又はライティング方法は、(したがって、)一般的なライティング目的のために、又は他の目的のためにも使用される。しかし、所望の場合に、光は、カラーコントラストを強調するように調整可能である。
上述のように、ライティングユニットは、第1のライティングデバイスと、第2のライティングデバイスと、(任意選択的な)ライティングデバイスを制御するように構成された制御ユニットとを備える。ライティングユニットは、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数を含むライティングユニット光を生成するように構成される。ライティングユニットは、例えば、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数を含む単一の光ビームを提供するように構成される。この目的を達成するために、ライティングユニットは光出射面を備え、光出射面から、ライティングユニット光が(単一の光ビームとして)ユニットから逃げる。しかし、ライティングユニットは、例えば、各々が第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数を含む複数の光ビームを提供するようにさらに構成される。この目的を達成するために、ライティングユニットは、複数の光出射面を備え、複数の光出射面から、ライティングユニット光が(複数の光ビームとして)ユニットから逃げる。
ライティングユニットは、また、このようなライティングユニットと、任意選択的な1つ又は複数の他のライティングユニットとのうちの1つ又は複数を備え、特に、制御ユニット(さらに以下を参照されたい)をさらに含むライティングシステムに一体化される。
第1のライティングデバイスは、第1のスペクトル分布と、x1,y1と表される第1の色点と、T1と表される第1の相関色温度とをもつ第1のライティングデバイス光を提供するように構成される。したがって、第1のライティングデバイスは、例えば、2000Kから20000Kの間の範囲内、さらには特に、2000Kから10000Kの範囲内、例えば、2000Kから6000Kの範囲内の相関色温度をもつ白色光を提供するように特に構成される。第1のライティングデバイスは、一実施形態において、pc−LED(ルミネセント材料変換型LED)などの複数の異なるルミネセント材料を備える単一のソリッドステート光源を備える。代替的又は追加的に、第1のライティングデバイスは、一実施形態において、特に、したがって、ルミネセント材料を含まずに、複数の異なるソリッドステート光源を備える。しかし、特に、第1のライティングデバイスが複数のソリッドステート光源などの複数の光源を備える場合、これらの光源がバンクとして制御され、すなわち、光源の強度を上げること又は下げることが、複数の光源により提供される光の強度に(直接的に)反映される。これは、電子部品と(したがって)コストとを最小化する。
同様に、第2のライティングデバイスは、第2のスペクトル分布と、x2,y2と表される第2の色点と、T2と表される第2の相関色温度とをもつ第2のライティングデバイス光を提供するように構成される。したがって、第2のライティングデバイスは、例えば、2000Kから20000Kの範囲内、例えば特に、2000Kから6000Kの範囲内の相関色温度をもつ白色光を提供するように特に構成される。第2のライティングデバイスは、一実施形態において、pc−LED(ルミネセント材料変換型LED)などの、複数の異なるルミネセント材料を含む単一のソリッドステート光源を備える。代替的又は追加的に、第2のライティングデバイスは、一実施形態において、特に、したがって、ルミネセント材料を含まずに、複数の異なるソリッドステート光源を備える。しかし、特に、第2のライティングデバイスが複数のソリッドステート光源などの複数の光源を備える場合、これらの光源がバンクとして制御され、すなわち、光源の強度を上げること又は下げることが複数の光源により提供される光の強度に(直接的に)反映される。これは、電子部品と(したがって)コストとを最小化する。
各スペクトル分布は、付随した色点x,y(CIE座標(特に、CIE 1931色空間色度))をもつ。これらは、本明細書において、第1のスペクトル分布についてはx1,y1と表され、第2のスペクトル分布についてはx2,y2と表される。
したがって、第1のライティングデバイスと第2のライティングデバイスとの各々が独立して、(LED又はレーザーダイオードなどの)ソリッドステートLED光源を備える。「光源(light source)」という用語は、2から20個の(ソリッドステート)LED光源などの複数の光源にも関係する。したがって、LEDという用語は、複数のLEDも表す。
本明細書における白色光(white light)という用語は、当業者に知られている。これは、特に、約2000Kから20000Kの間、特に、2700K〜20000K、一般的なライティングの場合、特に、約2700Kから6500Kの範囲内の相関色温度(CCT)をもち、特に、BBL(black body locus、黒体軌跡)から約15SDCM(standard deviation of color matching、カラーマッチングの標準偏差)内、特に、BBLから約10SDCM内、さらには特に、BBLから約5SDCM内の光に関係する。したがって、特に、第1のスペクトル光分布及び第2のスペクトル光分布は、互いから、約15SDCM内、特に、約10SDCM内、さらには特に、約5SDCM内である。
さらに、第1のスペクトル分布は、第1の発光極大(可視光内)、特に、少なくとも2つの第1の発光極大をもつ(本例において、「第1の」は、第1のスペクトル分布を表す)。さらに、第2のスペクトル分布は、特に、少なくとも2つの第2の発光極大、特に、少なくとも3つ、例えば、少なくとも4つの第2の発光極大(可視光内)をもつ(本例において、「第2の」は、第2のスペクトル分布を表す)。(これらの2つのスペクトル分布の)少なくとも3つの、又は少なくとも4つの発光極大はすべて、相互に、特に、少なくとも10nm、例えば、少なくとも15nm、さらには特に、少なくとも20nm、例えば特に、少なくとも30nm、例えば、15nmから100nmの範囲内だけ異なる。したがって、一実施形態において、スペクトル分布は、例えば、発光極大の数が異なるが、特に、少なくとも発光極大の位置及び/又は発光のスペクトル帯域幅が異なる。したがって、一実施形態において、発光極大、すなわち、少なくとも1つの第1の発光極大と少なくとも2つの第2の発光極大と(さらに「EM11、EM21、EM22」とも表される)が(すべて)相互に互いから少なくとも10nmだけ異なった状態で、第1のスペクトル分布と第2のスペクトル分布とが異なる。特に、2つの第2の発光極大が少なくとも75nm異なるように規定されるので(以下も参照されたい)、当然、2つの第2の発光極大は少なくとも10nm異なることに留意されたい。しかし、これらの2つの発光極大は、さらに、第1のスペクトル分布の第1の発光極大と少なくとも10nmだけ位置が異なる。例えば、第1のスペクトル分布に1つを上回る(第1の)発光極大が存在し、及び/又は、第2のスペクトル分布に2つを上回る(第2の)発光極大が存在するとき、すべてが相互に異なるが、このことは、少なくとも第1のスペクトル分布の少なくとも1つの発光極大と、第2のスペクトル分布の少なくとも2つの発光極大とがすべて相互に異なるときには必ずしも必要とされないことに留意されたい。
「発光極大、すなわち、少なくとも1つの第1の発光極大と少なくとも2つの第2の発光極大と(さらに「EM11、EM21、EM22」とも表される)が(すべて)相互に互いから少なくとも10nmだけ異なった状態で、第1のスペクトル分布と第2のスペクトル分布とが異なる」という表現は、「発光極大、すなわち、少なくとも1つの第2の発光極大と少なくとも2つの第1の発光極大と(さらに「EM21、EM11、EM12」とも表される)が(すべて)相互に互いから少なくとも10nmだけ異なった状態で、第2のスペクトル分布と第1のスペクトル分布とが異なる」と同じと定義されることに留意されたい。
特定の実施形態において、第1のスペクトル分布は、少なくとも1つの第1の発光極大をもち、第2のスペクトル分布は、少なくとも50nmだけ離間した少なくとも3つの第2の発光極大をもち、第1の発光極大と(少なくとも3つの第2の発光極大のうちの)少なくとも2つの第2の発光極大と、さらには特に、(少なくとも3つの第2の発光極大のうちの)少なくとも3つの第2の発光極大がすべて、相互に互いから少なくとも10nmだけ異なる。
さらに別の特定の実施形態において、第1のスペクトル分布は、少なくとも50nm、例えば、少なくとも75nmだけ離間した、少なくとも2つの第1の発光極大をもち、第2のスペクトル分布は、少なくとも50nm、例えば、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも2つの第2の発光極大をもち、(少なくとも2つの第1の発光極大のうちの)少なくとも2つの第1の発光極大と、(少なくとも2つの第2の発光極大のうちの)少なくとも2つの第2の発光極大とがすべて、相互に互いから少なくとも10nmだけ異なる。
したがって、上述のように、第1のスペクトル分布と第2のスペクトル分布とが異なる。特に、これは、2種類の実施形態において実現されるが、これらの2種類の実施形態より多くの選択肢が存在する。これらの2つの主な実施形態といくつかの他の実施形態とが、以下で説明される。
第1の主な実施形態において、ライティングデバイスのうちの1つが、実質的に可視光全体にわたって強度をもつ広帯域発光スペクトルを提供する。「可視(visible)」、「可視光(visible light)」又は「可視発光(visible emission)」という用語は、約380nmから780nmの範囲内の波長をもつ光を表す。例えば、このようなライティングデバイスは、75nm以上、例えば、100nm以上の範囲内の半値全幅(FWHM:full width half maximum)をもつ1つ又は複数の帯域など、可視スペクトルのうちのかなりの部分をカバーする1つの広帯域、又は2つから3つの広帯域を提供する。特に、一実施形態において、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも75nm、例えば特に、少なくとも100nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。このような広帯域発光体の例として、例えば、Eu2+及びCe3+が挙げられる。特に、ガーネット系内のCe3+が、このような用途に適する。もちろん、これは、励起光によりポンピングすることを意味するが、これは、以下で詳しく説明される。特に、第2のライティングデバイスは、したがって、複数のより狭い帯域をもつ。このように、ライティングユニットは、2つの異なる種類のスペクトルの間でスイッチング可能であり、特に、様々な強度比で、これらのスペクトルの組み合わせをさらに含み、これによりコントラストが強調され、及び/又は、これにより高コントラスト光が一般的な光に交換される。
75nm以上の範囲内の半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の帯域が適用される上述の実施態様は、この主な実施形態に限定されず、他の実施形態にも適用される。
他方の主な実施形態は、第1のライティングデバイス光及び第2のライティングデバイス光の2つのスペクトル又はスペクトル分布が、可視スペクトルのうちのかなりの部分をカバーするスペクトル光分布を提供する一実施形態である。本実施形態及びその実施態様において、スペクトル光分布は、より狭い帯域、又は、さらには、ライン(以下も参照されたい)を含む。さらに、特に、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光とのスペクトル光分布は、このとき特に、実質的に補うものであり、すなわち、2つのスペクトル分布の間のスペクトルの重なりが少ないものである。したがって、特定の実施形態において第1のスペクトル分布と第2のスペクトル分布とは、70%以下、例えば特に、50%未満、さらには一例において特に、30%未満のスペクトルの重なり(O)をもつ。スペクトルの重なりは、可視範囲内における正規化された第2のスペクトル分布に対する、可視範囲内における正規化された第1のスペクトル分布の重なりを計算することにより評価可能である。スペクトルの重なりは、可視範囲内における正規化された第1のスペクトル分布に対する、可視範囲内における正規化された第2のスペクトル分布の重なりを計算することによっても評価可能である。スペクトルの重なりのうちのより大きな値は、特に、上記の値のうちの1つ又は複数未満である。
スペクトル分布が異なる場合であっても、第1のライティングデバイス及び第2のライティングデバイスは、色点及び/又は相関色温度が実質的に同一であるライティングデバイス光を提供する。したがって、第1のライティングデバイス及び第2のライティングデバイスは、特に、白色ライティングデバイス光を提供するように構成される。したがって、色点(CIE座標)を参照する場合、x値又はy値が実質的に同一である。相関色温度、特に、相関色温度(CCT)を参照する場合、これらが(さらに)実質的に同一である。したがって、特定の実施形態において、(i)0.85≦x1/x2≦1.15、(ii)0.85≦y1/y2≦1.15、及び(iii)0.7≦T1/T2≦1.3のうちの1つ又は複数が適用され、さらには特に、(i)0.9≦x1/x2≦1.1、(ii)0.9≦y1/y2≦1.1、及び(iii)0.8≦T1/T2≦1.2のうちの1つ又は複数が適用され、またさらには特に、(i)0.95≦x1/x2≦1.05、(ii)0.95≦y1/y2≦1.05、及び(iii)0.9≦T1/T2≦1.1のうちの1つ又は複数、例えば、0.95≦T1/T2≦1.05が適用される。
さらに別のさらなる特定の実施形態において、第1のライティングデバイスは、CRI1により示される第1の演色評価数をもつ第1のライティングデバイス光を提供するように構成され、第2のライティングデバイスは、CRI2により示される第2の演色評価数をもつ第2のライティングデバイス光を提供するように構成され、0.8≦CRI1/CRI2≦1.2、特に、0.9≦CRI1/CRI2≦1.1が適用される。これは、ライティングユニット光の色が実質的に同一であるときの知覚を改善するが、それにもかかわらず、例えば、ライティングユニットにより照らされる物体と異なるライティングデバイス光の相対強度とに依存して、異なるカラーコントラストに調整される。
実施形態において、第1のライティングデバイス光は第2のライティングデバイス光より少ない数の第1の発光極大をもつ。
第1のライティングデバイス及び/又は第2のライティングデバイスは、両方とも独立して、1つ又は複数のソリッドステート光源を備え、ソリッドステート光源のソリッドステート光源光は、直接使用されるか、又は、部分的に変換されるか、又は、実質的に完全に変換される。さらに、複数のこれらの原理の組み合わせが、第1のライティングデバイス及び/又は第2のライティングデバイスにおいて使用される。
特定の実施形態において、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも15nm、例えば、少なくとも30nm、最大で例えば、約100nmなど、又は、最大約75nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される(ただし、以下も参照されたい)。例えば、これは、直接LEDを使用して実現され、すなわち、LEDが使用され、LEDのソリッドステート光源光がさらなる変換を伴わずにライティングデバイス光に寄与するものとして使用される。しかし、代替的又は追加的に、ルミネセント材料変換型LEDが、使用され、例えば、量子ドットが適用される。特に、ライン発光よりはるかに広いが、それにもかかわらず、例えば、ガーネット内のCe3+発光と比較して比較的小さな帯域をもつ可視光を提供するために、量子ドットが使用される。したがって、例えば、量子ドットは、特に、複数の帯域のスペクトル分布を設計するために使用される。したがって、一実施形態において、ライティングデバイスのうちの1つ又は複数が、ルミネセント量子ドットを備える。
さらに別のさらなる特定の実施形態において、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも30nmであって最大で100nm、例えば、最大75nm、例えば、最大50nmの半値全幅(FWHM)をもつ3つ以上の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。例えば、これは、量子ドット又はライン発光体を使用して達成される。特に、ライティングデバイスのうちの1つのみが、少なくとも15nm、例えば特に、少なくとも30nmであって、最大で100nm、例えば、最大で50nmの半値全幅(FWHM)をもつ3つ以上の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。他方の1つは、少なくとも75nm、例えば、さらには、少なくとも100nmのFWHMをもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。したがって、これは、それぞれのライティングデバイスに対してピークスペクトル分布及び広帯域スペクトル分布を提供する。
特に、ルミネセント材料変換型LEDを使用する場合、さらに、ライン発光ランタニド又は遷移金属が適用される。例えば、複数のこのような発光種を組み合わせることにより、さらに、白色発光ライティングデバイスが生成される。もちろん、さらに、1つ又は複数のライン発光体と1つ又は複数のバンド発光体との組み合わせが適用されることに留意されたい。本明細書において、ライン発光体は、特に、15nm未満の単一の電子遷移の帯域幅をもつ、液体ヘリウム温度において発光する種として規定される。例えば、4f殻内遷移は、常に、約15nm未満の帯域幅をもつ。従来技術のスペクトルが時々、より広いライン幅をもつように見えることは、多くの場合、測定デバイスのスペクトル分解能が低すぎること、及び/又は、スペクトル的に分解されない多重項が測定されること、及び/又は、スペクトルが室温で測定されることに起因する。したがって、「ライン発光体(line emitter)」という用語は、特に、電子殻内の電子遷移、例えば、遷移金属のいくつかのd−d遷移を提供する発光種を表す。多くの場合、これらの遷移は、当業者に知られているようにパリティであり、スピン禁制である。
したがって、一実施形態において、ライティングデバイスのうちの1つ又は複数が、1つ又は複数のライン発光体を備える。特に、このような実施形態において、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、1つ又は複数のバンド発光体をさらに備える。
カラーレンダリングという観点で良好なスペクトル分布を提供するために、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つ、例えば、青色及び黄色に極大をもつライティングデバイス光を提供するライティングデバイスのうちの少なくとも1つ、又は、青色、緑色、及び赤色に極大をもつライティングデバイス光を提供するライティングデバイスのうちの少なくとも1つに対して少なくとも2つの極大が必要とされる。したがって、実施形態において、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも50nm、例えば、少なくとも75nm、一例において、少なくとも100nm、例えば、さらには、少なくとも150nmだけ離間した少なくとも3つの発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。発光極大(emission maximum)という用語は、例えば、量子ドット、一つの(別の)(広)バンド発光体、ソリッドステート光源などの発光帯域の極大を表し、ライン発光の極大も表す。「少なくとも50nmだけ離間した少なくとも3つの発光極大」という表現、及び同様の表現は、さらなる発光極大の利用可能性を排除しない。複数の発光極大をもつこのようなスペクトルにおいて、互いからナノメートル台のより短い距離に位置する隣接した発光極大が存在するが、互いから少なくとも50nm、例えば、例示として450nm、550nm、610nm、及び650nm離間した少なくとも3つの極大が存在する。
さらに別のさらなる特定の実施形態において、1つ又は複数のライン発光体は、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、及びTm3+からなる群から選択された1つ又は複数を含むルミネセント材料からなる群から選択され、1つ又は複数のバンド発光体は、Eu2+、Ce3+、及び量子ドットからなる群から選択された1つ又は複数を含むルミネセント材料からなる群から選択される。ライン発光体のうちのいくつかが、ライン発光要素の化学環境に応じて、広帯域でも発光すること、及び/又は、いくつかの広帯域発光体が、ライン発光要素の化学環境に応じて、ライン発光をさらに提供することに留意されたい。
特定の実施形態において、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも100nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。例えば、Ce3+をドープしたYAGが、このような広発光帯域を提供する。特に、ライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、例えば、量子ドット光により、及び/又は、例えば、Eu2+及びCe3+のうちの1つ又は複数により提供される(広)帯域を伴うライティングデバイス光を提供する。コントラストの幅広い調整の場合において、これは、ライティングデバイスのうちの一方が比較的広帯域のスペクトル分布を提供する一方で、他方のライティングデバイスが比較的狭帯域とライン発光とのうちの1つ又は複数を伴うスペクトル分布を提供するときに有益であると考えられる。
特定の実施形態において、ライティングデバイスのうちの一方が、少なくとも75nm、例えば、さらには、少なくとも100nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成され、ライティングデバイスのうちの他方が、少なくとも50nm、例えば、少なくとも75nm、一例において、少なくとも100nm、例えば、さらには、少なくとも150nmだけ離間した少なくとも3つの発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。その一例は、例えば、青色LEDとセリウム含有ガーネットとを含み、任意選択的に赤色コンポーネントで補われる第1のライティングデバイス、及び、量子ドット及び/又はライン発光体を含む青色LEDを備える第2のライティングデバイスである。したがって、特定の実施形態において、ライティングデバイスのうちの一方が、3つ以下の発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成され、ライティングデバイスのうちの他方が、少なくとも50nm、例えば特に、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも4つの発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供するように構成される。
スペクトル分布のうちの1つは、単一の発光極大のみをもつ。一実施形態において、スペクトル分布のうちの1つは、可視光の縁部、例えば、780nm付近又は780nmに単一の発光極大をもつ。これは、特に、例えば、約4500K未満、例えば特に、4000K未満の比較的低い色温度の用途において当てはまり、例えば、参照により本明細書に組み込まれるWO2013150455を参照されたい。
量子ドットは、ベア粒子として提供されるか、又は、例えば、コアシェル粒子として提供される。「シェル(shell)」という用語は、複数のシェルも表す。さらに、コアシェル粒子は、球形とは限らず、コアシェル粒子は、例えば、量子ロッド型又はテトラポッド型(又は、他のマルチポッド型)などでもある。さらなる例が、以下で提供される。ベア粒子又はコアは、光学活性部である。シェルは、一種の保護として使用され、多くの場合、ZnSeコア及びZnSシェルなどの同様な種類の材料を含む(以下も参照されたい)。このような粒子は、より良好な分散のためにこのような粒子に有機配位子が付加された状態で、有機液体に入って市販されている。本明細書において、粒子の外側の層は、ベア粒子又はコアの中央部分から最も遠い層である。ZnSシェルの場合、この外側の層は、QDのZnS面である。しかし、本発明は、ZnSシェルとZnSeコアとを含む量子ドットに限定されない。以下で、多くの代替的な量子ドットが説明される。したがって、「量子ドット(quantum dot)」という用語は、特に、コアシェル粒子、任意選択的にコアを囲むシェルを備える実質的に球形の粒子、量子ロッド型又はテトラポッド型(又は、他のマルチポッド型)などを表す。
一実施形態において、周辺の「シェル(shell)」材料は、コア材料のバンドギャップより大きなバンドギャップをもつことが可能である。特定の他の実施形態において、周辺のシェル材料は、コア材料のバンドギャップ未満のバンドギャップをもつことが可能である。一実施形態において、シェルは、「コア」基材の原子間隔に近い原子間隔をもつように選択可能である。特定の他の実施形態において、シェル及びコア材料は、同じ結晶構造をもつことが可能である。半導体ナノ結晶(コア)シェル材料の例として、限定はされないが、赤色(例えば、(CdSe)ZnS(コア)シェル)、緑色(例えば、(CdZnSe)CdZnS(コア)シェルなど)、及び、青色(例えば、(CdS)CdZnS(コア)シェルが挙げられ、(半導体をベースとする特定の波長変換体ナノ粒子の例についてはここまでの記載をさらに参照されたい。本明細書において、「半導体ナノ結晶(semiconductor nanocrystal)」及び「QD」という用語は、同義に使用される。量子ドットのための別の用語は、ルミネセントナノ結晶である。したがって、上述の外面は、ベア量子ドット(すなわち、さらなるシェル又は被膜を備えないQD)の表面であるか、又は、(コアシェル又はドットインロッドといった)コアシェル量子ドットなどの被膜付きの量子ドットの表面、すなわち、シェルの表面(外面)である。したがって、特定の実施形態において、波長変換器ナノ粒子は、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs、及びInAlPAsのうちの1つ又は複数を含むコアとシェルとを備えるコアシェルナノ粒子からなる群から選択される。概して、コア及びシェルは、例えば、CdSeコアを囲むZnSシェルなど、同じ分類の材料を含むが、実質的に異なる材料からなる。一実施形態において、量子ドットは、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、又はCdTe/ZnSを含むコア/シェルルミネセントナノ結晶を含む。
もちろん、量子ドット及び/又はライン発光体は、例えば、ポリマー材料、セラミック材料、酸化物材料などの材料(ホスト母材)内に埋め込まれる。これは、本分野で知られている。
さらに別のさらなる特定の実施形態において、(i)0.95≦x1/x2≦1.05、(ii)0.95≦y1/y2≦1.05、及び(iii)0.95≦T1/T2≦1.05のうちの1つ又は複数が適用される。したがって、スペクトル分布が非常に異なる場合であっても、関連するスペクトル特性の色点及び色温度は、実質的に同一である。
さらに、さらに別の特定の一実施形態において、第1のライティングデバイスは、(i)第1のソリッドステート光源放射光を提供するように構成された第1のソリッドステート光源と、(ii)第1のソリッドステート光源放射光の少なくとも一部分を第1のルミネセント材料光に変換するように構成された第1のルミネセント材料とを含み、第1のライティングデバイス光は、(特に、すべてのソリッドステート光源光がルミネセント材料光に変換される場合)第1のルミネセント材料光を含む(特に、実質的に第1のルミネセント材料光からなる)か、又は(b)第1のルミネセント材料光と第1のソリッドステート光源放射光とを含む。
代替的又は追加的に、第2のライティングデバイスは、(i)第2のソリッドステート光源放射光を提供するように構成された第2のソリッドステート光源と、(ii)第2のソリッドステート光源放射光の少なくとも一部分を第2のルミネセント材料光に変換するように構成された第2のルミネセント材料とを備え、第2のライティングデバイス光は、(特に、すべてのソリッドステート光源光がルミネセント材料光に変換される場合)第2のルミネセント材料光を含む(特に、実質的に第2のルミネセント材料光からなる)か、又は(b)第2のルミネセント材料光と第2のソリッドステート光源放射光とを含む。
上述のように、ライティングユニットは、第1のライティングデバイスと第2のライティングデバイスとを特に個別に制御するように構成された制御ユニットをさらに特に備える。このように、ライティングユニットは、例えば、異なる別のレベルの間でステップ的に変化することなく滑らかな手法により、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との寄与度の異なるライティングユニット光の間でスイッチング可能である。さらに、制御ユニットは、例えば、室内のライティング状態を測定するように構成されたセンサのセンサ信号の関数として、ライティングデバイスを制御するように構成される。ライティング状態に応じて、コントラストが上げられる必要があるか、又は下げられる。例えば、制御ユニットは、時刻及び季節のうちの1つ又は複数の関数としてだけでなく、室内における人の存在などに応じて、ライティングデバイスを制御するように構成される。したがって、さらに別のさらなる実施形態において、ライティングユニットは、センサをさらに備え、制御ユニットは、特に、センサのセンサ信号の関数としてライティングデバイスを制御するように構成される。このように、光設定は、センサ信号の関数として適応される。例えば、センサは、室内の周辺光を検出するように構成される(ライティングユニットは、ライティングユニット光を提供するように構成される)。
さらに別のさらなる実施形態において、制御ユニットは、例えば、少なくとも50Hzの周波数におけるパルス形態で第1のライティングデバイス光及び/又は第2のライティングデバイス光を提供するように構成される。さらに別の一実施形態において、制御ユニットは、パルス形態で第1のライティングデバイス光及び/又は第2のライティングデバイス光を提供するように、及び、それぞれのパルス中において、第1のライティングデバイス光及び/又は第2のライティングデバイス光の強度を制御するように構成される。このように、色制御がさらに改善される。
一実施形態において、第1のライティングデバイス光及び/又は第2のライティングデバイス光の強度は、パルス幅変調を使用して(制御ユニットにより)制御される。したがって、特に、ライティングユニット光は、第1のライティングデバイス光及び/又は第2のライティングデバイス光のパルス幅変調により制御される。
さらに、特に、ライティングユニットは、ユーザーインターフェースをさらに備え、制御ユニットは、ユーザーインターフェースにより提供される入力パラメータに応じて、第1のライティングデバイス光及び第2のライティングデバイス光のうちの1つ又は複数の強度を制御するように構成される。このように、ユーザーは、所望の設定を規定する。ユーザーインターフェースは、例えば、ライティングデバイス内に物理的に一体化された、ハードウェア型のユーザーインターフェースであり、及び/又は、アプリ(すなわちグラフィカルユーザーインターフェース)などのソフトウェア型のユーザーインターフェースである。
したがって、特に、上述の手法において、ライティングユニットは、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数を含むライティングユニット光を生成する。
したがって、実施形態においてライティングはセンサをさらに備え、制御ユニットは、センサのセンサ信号の関数として、特に、ライティングデバイス、すなわち、第1のライティングデバイス及び第2のライティングデバイスのライティングデバイス光を制御するように構成される。代替的又は追加的に、ライティングユニットは、ユーザーインターフェースをさらに備え、制御ユニットは、ユーザーインターフェースにより提供される入力パラメータに応じて、ライティングデバイス、すなわち、第1のライティングデバイス光及び第2のライティングデバイス光のうちの1つ又は複数の強度を制御するように構成される。したがって、特に、制御ユニットは、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との強度を制御するように構成される。このように、制御ユニットは、ライティングユニット光を制御する。例えば、センサ信号及び/又は(ユーザーインターフェースからの)入力信号の関数として、制御ユニットが、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との強度を制御することにより、ライティングユニット光を制御する。
本明細書において、「第1のライティングデバイス(first lighting device)」及び/又は「第2のライティングデバイス(second lighting device)」という用語は、各々が独立して、複数の第1のライティングデバイス及び/又は複数の第2のライティングデバイスを表す。ライティングユニットは、例えば、オフィスライティングシステム、家庭用システム、店舗ライティングシステム、住居ライティングシステム、アクセントライティングシステム、スポットライティングシステム、劇場ライティングシステム、光ファイバー用システム、投影システム、自発光ディスプレーシステム、ピクセル式ディスプレーシステム、セグメント式ディスプレーシステム、警告サインシステム、医療ライティング用システム、インジケータサインシステム、装飾ライティングシステム、ポータブルシステム、自動車用途、温室ライティングシステム、園芸ライティング、又はLCDバックライティングの一部であるか、又は、これらに適用される。したがって、本発明は、本明細書において規定される複数のライティングユニットを備えるライティングシステムをさらに提供する。これらのライティングユニットが実質的に同一であるか、又は、ライティングシステムが2つ以上の部分集合を含み、各部分集合が1つ又は複数のライティングユニットを含み、異なる部分集合のライティングユニットが異なる。ライティングシステムは、特に、独立してライティングユニットを制御するように構成された、又は、独立してライティングユニットの部分集合を制御するように構成された制御ユニットを備える(上記の内容も参照されたい)。したがって、ライティングシステムは、特に、(制御ユニットを介するなどにより)機能的に結合された複数のライティングユニットを含む。上述のように、制御ユニットは、特に、各ライティングユニットの第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との強度を制御するように構成される。代替的に、制御ユニットは、特に、すべてのライティングユニットの第1のライティングデバイス光の強度を制御するように、及び、すべてのライティングユニットの第2のライティングデバイス光の強度を制御するように構成される。このように、制御ユニットは、ライティングシステムの1つ又は複数のライティングユニットにより生成される光を制御する。例えば、センサ信号及び/又は(ユーザーインターフェースからの)入力信号の関数として、制御ユニットは、1つ又は複数のライティングユニットの第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との強度を制御することにより、1つ又は複数のライティングユニットのライティングユニット光を制御する。
さらに、ライティングユニットは、任意選択的に、第3のライティングデバイスを、又は、さらなるライティングデバイスをさらに備える。このような第3のライティングデバイス、又は、任意選択的な1つ又は複数のさらなるライティングデバイスは、第1のライティングデバイス及び第2のライティングデバイスと異なる。しかし、任意選択的に、このようなさらなるライティングデバイスのうちの1つ又は複数は、x座標及び/若しくはy座標、並びに/又は相関色温度に関連した上述の条件にも従う。さらに、任意選択的に、このようなさらなるライティングデバイスのうちの1つ又は複数は、他の種類のライティングデバイスとしても構成される。
さらに、第1のライティングデバイス及び/又は第2のライティングデバイスのうちの1つ又は複数は、色の付いた光を提供するようにさらに構成される。例えば、一方又は両方のライティングデバイスは、第1のモードの白色光と第2のモードの色の付いた光とを提供するように構成される。したがって、使用中にモードが選択可能であり、上述の条件が適用され、所望のときにコントラストが強調される。しかし、例えば、ユーザーは、一方又は両方のライティングデバイスを使用して色の付いた光を提供することも示す。
したがって、特定の実施形態において、本発明は、物体を照らすための発光デバイスを提供し、発光デバイスは、(i)第1の光を発光するように構成された第1の発光要素であって、第1の光が、白色光の第1の色点をもつ、第1の発光要素と、(ii)第2の光を発光するように構成された第2の発光要素であって、第2の光が、非常にピーク状である白色光の第2の色点をもつ、第2の発光要素と、(iii)発光デバイスにより発光される第3の色点の白色光を提供するなどのために、第1のライティングデバイスの電源と第2のライティングデバイスの電源とを別々に制御するように適応された制御デバイスであって、第1の色点、第2の色点、及び第3の色点が(実質的に)同じである、制御デバイスとを備える。さらなる一実施形態において、第1の光、第2の光、及び第1の光と第2の光との組み合わせは、同じ演色評価数をもつ。
本発明の実施形態が、添付の概略図を参照しながら例示としてのみ以下で説明され、対応する参照符号は対応する部分を示す。
ライティングデバイスの実施形態及び実施態様を概略的に示す図である。 知覚される光が提供される光とは異なることを概略的に示す図である。 特定の態様及び実施態様、特に、ライティングデバイス、ルミネセント材料、及びその構成を概略的に示す図である。
図面は、一定の縮尺とは限らない。
上述のように、本明細書において、特に、所与の色温度(CCT)及び演色評価数(CRI)においてフルスペクトルで発光する白色光源を使用することと、同じ色温度及びCRIをもつピークをもつ発光を重ね合わせることとが提案される。光源の相対強度を変更することにより、カラーコントラストの程度が制御可能である。色覚異常、外科、グラフィカル、及び教育用ライティングなどのいくつかの用途において、高カラーコントラスト(すなわち、良好な色の識別)が必要とされる。
図1は、ライティングユニット10の特定の実施形態を概略的に示す。本例において、ライティングユニット10は、第1のライティングデバイス100、第2のライティングデバイス200、及び第1のライティングデバイス100と第2のライティングデバイス200とを制御するように構成された制御ユニット300を備える。第1のライティングデバイス100は、第1のスペクトル分布、第1の色点x1,y1、及び第1の相関色温度T1をもつ第1のライティングデバイス光101を提供するように構成される。第2のライティングデバイス200は、第2のスペクトル分布、第2の色点x2,y2、及び第2の相関色温度T2をもつ第2のライティングデバイス光201を提供するように構成される。ライティングユニット10は、第1のライティングデバイス光101と第2のライティングデバイス光201とのうちの1つ又は複数を含むライティングユニット光11を生成するように構成される。特に、第1のスペクトル分布と第2のスペクトル分布とが異なり(さらに以下を参照されたい)、特に、(i)0.9≦x1/x2≦1.1、(ii)0.9≦y1/y2≦1.1、及び(iii)0.9≦T1/T2≦1.1のうちの1つ又は複数が適用される。例えば、ユーザーの希望に応じて、第1のライティングデバイス光101と第2のライティングデバイス光201との比は、様々である。例えば、ライティングユニットは、ライティングユニットのパラメータを設定するためのユーザーインターフェース310をさらに備える。出口窓15は、両方のライティングデバイス100、200のライティングデバイス光を受けるように構成される。したがって、概して、異なるライティングデバイスのための別々の出口窓は存在しない。したがって、ガラス、石英、セラミックス、又はポリマー窓などの出口窓15が、特に、2つ(以上)のライティングデバイスにより共有され、第1のライティングデバイス光101及び/又は第2のライティングデバイス光201の少なくとも一部分を伝達するように構成される。したがって、(光)出口窓15より上流にライティングデバイス100、200が構成される。「上流(upstream)」及び「下流(downstream)」という用語は、光生成手段(本例において、特に、第1の光源)からの光の伝搬に対する物品又は特徴の配置に関して、光生成手段からの光のビーム内における第1の位置に対して、光のビーム内において光生成手段により近い第2の位置が「上流」であり、光のビーム内において光生成手段からより遠い第3の位置が「下流」である。したがって、光出口窓15は、例えば特に、ガラス、石英、光透過性ポリマー、セラミックスなどの光透過性材料を備える。
図1Bは、第1のライティングデバイス100及び第2のライティングデバイス200の実施形態を概略的に示す。これらの実施形態又は実施態様が、第1のライティングデバイス及び/又は第2のライティングデバイスに当てはまることに留意されたい。したがって、実施形態は、100、200などにより示される。第1の実施態様(I)において、参照符号111、211により示される実質的にすべての光源光が、それぞれ、ルミネセント材料120によりルミネセント材料光121に変換される。第2の実施態様(II)において、光源光の一部分のみが、ルミネセント材料光121に変換される。例えば、ルミネセント材料は、参照符号20により示される量子ドットを含む。その光は、参照符号121により示される。したがって、量子ドットルミネセンスは、参照符号21及び、より概括的な参照符号121により示される。本例において、例示として、光源とルミネセント材料120との間に非ゼロの距離(参照符号d1により示される距離)が存在する。光源は、それぞれ、参照符号110、210により示される。このような光源は、独立してソリッドステート光源を備える。参照符号110、210は、特に、LED又はレーザーなどのソリッドステート光源を示し、特に、UV及び青色の放射光のうちの1つ又は複数、特に、少なくとも青色の放射光を提供するように構成される。
図1Cは、ライティングユニット10の別の一実施形態を概略的に示す。本例において、例示として、ルミネセント材料120は、光源110、120において、すなわち、LEDダイ上の層内などにおいて光源110、120と物理的に接触して構成される(すなわち、d1=0)。本例において、例示として、2つの異なるルミネセント材料120a、120bが使用される。これらのルミネセント材料120a、120bの各々は、独立して複数の異なるルミネセント材料を含む。さらに、例示として、本実施形態は、白色ライティングデバイス光をさらに提供するが、例えば、さらに別のスペクトル分布をもつように構成された、任意選択的な第3のライティングデバイス300を備える。しかし、第3のライティングデバイス300は、色の付いた光301を提供するようにさらに構成される。ライティングユニット光11は、設定/パラメータに応じて、第1のライティングデバイス光101と第2のライティングデバイス光201とのうちの1つ又は複数、及び、任意選択的な第3のライティングデバイス光301を含む。
図1Dは、(多くの実施態様のうちの)2つの実施態様を概略的に示し、光源110、210は、ルミネセント材料120を励起して、複数の放射光を伴うスペクトル分布を提供するために使用される。第1の実施態様(I)において、複数の異なる量子ドットが適用可能である。異なる量子ドットは、例えば、参照符号120a、120b、120cなどにより示される異なるルミネセント材料として視認可能である。別の実施態様(II)は、例えば、参照符号120a、120b、120cなどにより示されるルミネセント材料120の層を使用する。もちろん、このような実施形態の組み合わせも適用される。
図2は、例示として、左の(I)のスペクトルに、ライティングユニット光の概略的なスペクトル分布を示し、右の(II)のスペクトルに、例えば、本、写真、絵、生産物、例えば、果実、カーペットなどの物品上での反射後に人により知覚される概略的なスペクトル分布を示す。これは、(ユーザーにより知覚される)コントラストを調整するために、可変スペクトル分布が有益であることを示す。したがって、本発明により、物体のコントラストが強調される。
高コントラストを達成するために、概して、特に、少なくとも50nm、例えば、少なくとも75nmだけ分離された少なくとも3つの発光極大(ピーク)をもつピークスペクトル分布が望ましい場合がある。同時に、スポットライティングなどの一般的なライティング用途の場合、フルスペクトルが望ましい。この目的において、図3に示すように、多数の狭い発光体を使用して、所望のスペクトルを得るために、これらを個別に制御することが可能である。例えば、図3の左、すなわち第1のグラフに、7つの異なるLEDを含むライティングユニットのスペクトル分布が示され、中央(又は、第2の)グラフに、6つの異なるLEDを含むライティングユニットのスペクトル分布が示される。(右の)第3のグラフは、上述のスペクトル分布の加算されたスペクトル分布、すなわち、7つの寸法の異なるLEDを使用したスペクトル分布を示す。しかし、このような光源を作製することは、いくだけ複雑かつ高価である。
したがって、特に、所与の色温度(CCT)及び演色評価数(CRI)においてフルスペクトルで発光する白色光源を使用して、同じ色温度及びCRIをもつ、ピークをもつ発光を重ね合わせることが提案される。図4に示すように、光源の相対強度を変更することにより、カラーコントラストの程度が制御可能である。異なるライティングユニットの寄与度が制御ユニットにより調整可能であるので、結果として得られる図が結果のうちの1つであることに留意されたい。
図3及び図4は、さらに、第1の発光極大と第2の発光極大との存在を示す。上述のように、特に、第1のスペクトル分布は、(可視光内に)EM11により示される第1の発光極大、特に、少なくとも2つの第1の発光極大(EM1、EM2など)をもつ。さらに、第2のスペクトル分布は、特に、参照符号EM21、EM22などにより示される少なくとも2つの第2の発光極大、特に、少なくとも3つ(EM21、EM22、EM23)、例えば、少なくとも4つの第2の発光極大(EM21、EM22、EM23、EM24)をもつ。少なくとも3つの、又は少なくとも4つの発光極大はすべて、特に、少なくとも10nm、例えば、少なくとも20nm、さらには特に、少なくとも30nmだけ相互に異なる。例えば、図4を参照すると、(第1のグラフに示される)第1のスペクトル分布は、7つの(第1の)発光極大をもつ。極大1(EM11)、極大3(EM13)、及び極大7(参照符号で示されない)は、ナノメートルで表すと少なくとも100nm程度の相互距離をもつ。図4に示す第2の発光極大EM21をもつ第2のスペクトル分布(中央のグラフ)は、例えば、高い色温度の用途の場合に、実質的に連続的なスペクトル分布である。より低い色温度の用途の場合、発光極大EM21は、はるかに小さな波長において選択されることに留意されたい。例えば、極大が(実質的に)780nmより長い波長である場合、780nmが(単一の)極大として規定される。
2つのスペクトル分布(の間の発光極大)の間の違いを特定するために、第1のスペクトル分布及び第2のスペクトル分布の発光極大が規定され、続いて、発光極大の2つ以上の集合が規定され、各集合内において、利用可能なすべての極大のうちナノメートルで表される最も小さな距離をもつ、第1のスペクトル分布及び第2のスペクトル分布の発光極大が選択される。例えば、以下の、第1のスペクトル分布の3つの発光極大と、第2のスペクトル分布の4つの発光極大とを想定する。
Figure 0006866306
次に、互いに最も近い450nmと470nmとを含み、450nm及び550nmに一致する近さにある500nmを含み、同一の波長610nmにおける集合又は組み合わせを含む5つの集合又は組み合わせ(表内において「x」で示される)が規定される。第1のスペクトル分布の610nmの極大は、もちろん、第2のスペクトル分布の610nmと集合を形成する。第2のスペクトル分布の600nmの発光極大は、さらに、第1のスペクトル分布の610nmの発光極大と集合又は組み合わせを形成する。4つの集合のうちの少なくとも3つが、互いから少なくとも10nm、本例において、さらには、約20nm異なる。したがって、さらに、発光極大は、実質的に重なるが、特に、極大の少なくとも2つの集合が、少なくとも10nm、特に、少なくとも15nm、例えば、少なくとも20nmだけ相互に異なる発光極大をもつ。特に、少なくとも2つの集合は、少なくとも約15nmだけ異なる発光極大をもつように規定可能である。代替的又は追加的に、スペクトル分布の違いは、発光極大の数、及び/又はFWHM、及び/又はOにより示されるスペクトルの重なりにより規定可能である。表に示される例において、同一である610nmの発光極大を除いて、すべての発光極大が、少なくとも10nmだけ異なることに留意されたい。
提案される発光デバイスにも非常に適した量子ドットLEDなどのいくつかのさらなる構成が、本明細書において以下で説明される。
一実施形態において、図5に概略的に示されるように、ルミネセント材料120又は量子ドット20は、LED上に直接配置可能である。図5において、FWHMは約30nm程度、例えば、30nmから50nmの範囲内である青色帯域、本例においてはLED発光の半値全幅を示し、FWHM2は、例えば、少なくとも約75nm程度、例えば、約100nmであるセリウム含有ガーネットのルミネセンスの半値全幅を示す。右のスペクトルにおける発光のFWHMは、左のグラフに示されるスペクトルにおけるCe3+のFWHMより実質的に小さい。異なる層120が、異なるルミネセント材料が提供されることを概略的に示す。
図6に示されるように、ルミネセント材料120又は量子ドット20は、近い構成又は遠い構成でも配置可能である。この構成において、第1のライティングデバイスの光と第2のライティングデバイスの光とは、後の段階で混合されて、再吸収を防ぐ。
一実施形態において、図7に概略的に示されるように、第1のライティングデバイスは、発光極大EM11をもつ連続的なスペクトルを提供する量子ドットの混合体を含む量子ドットLEDであり、少なくとも第2のライティングデバイスが、ピークをもつスペクトルを提供する量子ドットの混合体を含む量子ドットLEDである。
さらに別の一実施形態において、図8に示されるように、少なくとも第1のライティングデバイスが、第1のピークをもつスペクトルを提供する量子ドットの混合体を含む量子ドットLEDであり、少なくとも第2のライティングデバイスが、第2のピークをもつスペクトルを提供する量子ドットの混合体を含む量子ドットLEDであり、第1のピークをもつスペクトルと第2のピークをもつスペクトルとが実質的に重ならず、一緒になって連続的なスペクトルを提供する。例えば、異なる種類のQDを含む層を備えるソリッドステート光源が適用される。
さらに別の一実施形態において、図9に示されるように、少なくとも第1のライティングデバイスが、第1のピークをもつスペクトルを提供する量子ドットの混合体を含む量子ドットLEDであり、少なくとも第2のライティングデバイスが、第2のピークをもつスペクトルを提供する量子ドットの混合体を含む量子ドットLEDであり、第1のピークをもつスペクトルと第2のピークをもつスペクトルとは実質的に重ならないが、依然として一緒になってより広いピークをもつ、ピークをもつスペクトルを提供する。例えば、異なる種類のQDを含む層を備えるソリッドステート光源が適用される。
さらに別の一実施形態において、図10に示されるように、少なくとも第1のライティングデバイスが、広帯域ルミネセント材料を使用したルミネセント材料変換型光源であり、発光デバイスは、ピークをもつスペクトルを提供する異なる量子ドットを各々が含む複数の青色(又は、UV若しくは紫色)LEDをさらに備える。ライティングデバイス100、200の取り得る構成が、以下のスペクトルに示される。
さらに別の一実施形態において、図11に示されるように、少なくとも第1のライティングデバイスが、広帯域ルミネセント材料を使用したルミネセント材料変換型光源であり、発光デバイスが、ピークをもつスペクトルを提供する複数の直接発光LEDをさらに備える。
図5、図7〜図11に概略的に示されるデバイスに対する参照符号100、200は、特に、デバイスのうちの一方(又は、光源/デバイスの組み合わせ)が第1のライティングデバイスとして示されることと、デバイスのうちの他方(又は、光源/デバイスの組み合わせ)がその結果として第2のライティングデバイスとして示されることとを示すことに留意されたい。
したがって、一実施形態において、図12に示されるように、例えば、第1の期間中に、発光デバイスが連続的なスペクトルを提供し(左側のグラフ)、第2の期間中に、発光デバイスがピークをもつスペクトルをもつ(右側のグラフ)。
しかし、代替的又は追加的に、一実施形態において、図13に示されるように、例えば、第1の期間中、発光デバイスが第1のピークをもつスペクトルによる連続的なスペクトルの重ね合わせを提供し、第2の期間中、発光デバイスが、第2のピークをもつスペクトルによる連続的なスペクトルの重ね合わせを提供し、ピークの深さが異なる。
さらに、代替的又は追加的に、一実施形態において、図14に示されるように、例えば、第1の期間中、発光デバイスがピークをもつスペクトルをもち、第2の期間中、発光デバイスがピークをもつスペクトルをもち、ピークをもつスペクトルの間でピーク幅が変更される。
ライティングユニットを使用するとき、ライティングユニットは、例えば、第1のライティングデバイス光のみ、若しくは、第2のライティングデバイス光のみ、又は、第1のライティングデバイス光と第2のライティングデバイス光との両方を提供する。制御ユニットは、特に、第1のライティングデバイス光及び第2のライティングデバイス光の強度を制御するために使用される。したがって、異なるカラーコントラストを伴う白色光が、第1のライティングデバイス光及び第2のライティングデバイス光の強度に応じて提供される。
図15aは、7つの異なる量子ドット発光の組み合わせを示し、図中、半値全幅は20〜40nm程度である。図15bは、ラインからなるEu3+発光を示す。本例において、ラインのうちのいくつかは、分解すらされておらず、1つを上回る電子遷移を含む。
ルミネセント材料を使用するとき、例えば、ルミネセント材料は、有機ルミネセント材料及び無機ルミネセント材料からなる群から選択される。狭ライン発光体の非排他的な例は、Eu(dbt)・4HO(2,8−bis(4’,4’,4’,−トリフルオロ−1’,3’−ジオキソブチル)−ジベンゾチオフェンをベースとしたルミネセント複核Eu(III)錯体)などのランタニド錯体、又は、例えば、それぞれ、テルビウム(III)、ジスプロシウム(III)、ユウロピウム(III)、及びサマリウム(III)のうちの1つ又は複数を含む他のルミネセントランタニド錯体である。また、量子ドットが使用される。量子ドットは、全体的に幅又は直径が数ナノメートルしかない、半導体材料の小さな結晶である。入射光により励起されたとき、量子ドットが、結晶の寸法及び材料により決定される色の光を発光する。したがって、特定の色の光は、ドットの寸法を適応させることにより作成可能である。可視範囲内での発光を伴う最も知られた量子ドットは、硫化カドミウム(CdS)及び硫化亜鉛(ZnS)などのシェルをもつセレン化カドミウム(CdSe)をベースとする。りん化インジウム(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)などのカドミウムを含まない量子ドットも使用可能である。量子ドットは、非常に狭い発光帯域を示し、したがって、量子ドットは、飽和色を示す。さらに発光色は、量子ドットの寸法を適応させることにより簡単に調整可能である。当業者に知られた任意の種類の量子ドットが、本発明で使用される。しかし、環境への安全性及び懸念を理由として、カドミウムを含まない量子ドット又は少なくともカドミウム含有量の非常に少ない量子ドットを使用することが好ましい。
光源は、特に、ソリッドステート発光体である。ソリッドステート発光体の例は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)、有機発光ダイオードOLED(Organic Light Emitting diode)、又は、例えば、レーザーダイオードである。ソリッドステート発光体は、概して、高価ではなく、比較的高効率で、長寿命なので、ソリッドステート発光体は比較的費用効果の高い光源である。光源は、好ましくは、UV、紫色、又は青色の光源である。
用途として、限定されないが、投影器、ランプ、照明設備、又は他のライティングシステム、例えば、店舗ライティングシステム、住居ライティングシステム、アクセントライティングシステム、スポットライティングシステム、劇場ライティングシステム、光ファイバー用システム、投影システム、ディスプレーシステム、警告サインシステム、医療ライティング用システム、インジケータサインシステム、及び装飾ライティングシステム、ポータブルシステム、及び自動車用途が挙げられる。
本明細書において、例えば、「実質的にすべての光(substantially all light)」又は「実質的に、〜からなる(substantially consists)」における「実質的に(substantially)」という用語は、当業者により理解される。「実質的に(substantially)」という用語は、「全体的に(entirely)」、「完全に(completely)」、「すべての(all)」などを使用した実施形態をさらに含む。したがって、実施形態において、実質的にという修飾語が除去されてもよい。適用可能な場合、「実質的に(substantially)」という用語は、90%以上、例えば、95%以上、特に、99%以上、さらには特に、100%を含む99.5%以上を表す。「備える(comprise)」という用語は、「備える(comprises)」という用語が「からなる(consists of)」を意味する実施形態も含む。「及び/又は(and/or)」という用語は、特に、「及び/又は(and/or)」の前と後とにおいて言及される事項のうちの1つ又は複数を表す。例えば、「項目1及び/又は項目2(item 1 and/or item 2)」という表現及び同様の表現は、項目1と項目2との1つ又は複数を表す。「備える(comprising)」という用語は、一実施形態においては、「からなる(consisting of)」を表すが、別の一実施形態において、「少なくとも規定の種を含有し、任意選択的に1つ又は複数の他の種を含有すること」をさらに表す。
さらに、本説明及び特許請求の範囲における第1、第2、第3といった用語は、類似の要素を区別するために使用され、逐次的又は経時的な順序を説明するとは限らない。このように使用される用語は、適切な状況において互いに置換可能であり、本明細書において説明される本発明の実施形態は、本明細書において説明又は例示される順序とは異なる他の順序での動作が可能であることが理解される。
本明細書におけるデバイスは、特に動作中について説明される。当業者に明らかなように、本発明は、動作の方法又は動作中のデバイスに限定されない。
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく例示すること、及び、当業者が付属の特許請求の範囲に示す範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計することが可能であることが留意されなければならない。特許請求の範囲において、括弧の間に位置するすべての参照符号は、請求項を限定すると解釈されてはならない。「備える(to comprise)」という動詞とその活用形との使用は、請求項に記載された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しない。要素に先行する「a」又は「an」という冠詞は、複数のこのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの独立した要素を備えるハードウェアにより、及び、適切にプログラムされたコンピュータにより実施される。いくつかの手段を列挙したデバイスの請求項において、これらの手段のうちのいくつかは、ハードウェアにおける同じ1つの要素により具現化される。単に、相互に異なる従属請求項に特定の手段が記載されているという事実は、利点を得るためにこれらの手段の組み合わせが使用され得ないということを示すわけではない。
本発明は、本説明において説明される、及び/又は、添付図面に示される特定の特徴の1つ又は複数を備えるデバイスにさらに適用される。本発明は、本説明において説明される、及び/又は、添付図面に示される特定の特徴のうちの1つ又は複数を備える方法又は工程にさらに関連する。
この特許において説明される様々な態様は、別の利点を提供するために組み合わされ得る。さらに、特徴のうちのいくつかは、1つ又は複数の分割出願のための基礎を形成し得る。

Claims (14)

  1. 第1のライティングデバイスと、第2のライティングデバイスと、前記第1及び第2のライティングデバイスを個別に制御する制御ユニットとを備える、ライティングユニットであって、
    前記第1のライティングデバイスが、少なくとも第1の発光極大と第1のCIE座標x1,y1と第1の相関色温度T1とをもつ第1のスペクトル分布をもつ第1のライティングデバイス光を提供し、
    前記第2のライティングデバイスが、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも2つの発光極大と第2のCIE座標x2,y2と第2の相関色温度T2とをもつ第2のスペクトル分布をもつ第2のライティングデバイス光を提供し、
    前記ライティングユニットは、前記コントローラにより前記第1のライティングデバイス及び第2のライティングデバイスの相対強度を変更することにより前記第1のライティングデバイス光と前記第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数を含むライティングユニット光を生成し、
    前記第1の発光極大と前記少なくとも2つの発光極大とが相互に互いから少なくとも10nmだけ異なった状態で、前記第1のスペクトル分布と前記第2のスペクトル分布とが異なり、(i)0.9≦x1/x2≦1.1、(ii)0.9≦y1/y2≦1.1、及び(iii)0.9≦T1/T2≦1.1のうちの1つ又は複数が適用され
    前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの1つ又は複数が、ルミネセント量子ドット、ライン発光体及びバンド発光体のうちの1つ又は複数を備え、前記ライン発光体が、Pr 3+ 、Sm 3+ 、Eu 3+ 、Tb 3+ 、Dy 3+ 、Ho 3+ 、及びTm 3+ からなる群から選択された1つ又は複数を含むルミネセント材料からなる群から選択され、前記バンド発光体が、量子ドットを含むルミネセント材料からなる群から選択される、
    ライティングユニット。
  2. 前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも15nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供する、
    請求項1に記載のライティングユニット。
  3. 前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも20nmであって最大で50nmの半値全幅(FWHM)をもつ3つ以上の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供する、
    請求項1又は請求項2に記載のライティングユニット。
  4. 前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも3つの発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供する、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  5. センサをさらに備え、前記制御ユニットが、特に、前記センサのセンサ信号の関数として前記第1及び第2のライティングデバイスを制御し、前記ライティングユニットは、ユーザーインターフェースをさらに備え、前記制御ユニットは、前記ユーザーインターフェースにより提供される入力パラメータに応じて、前記第1のライティングデバイス光と前記第2のライティングデバイス光とのうちの1つ又は複数の強度を制御する、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  6. 前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの少なくとも1つが、少なくとも100nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供する、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  7. 前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの一方が、少なくとも100nmの半値全幅(FWHM)をもつ1つ又は複数の発光帯域を伴うスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供し、前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの他方が、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも3つの発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供する、
    請求項6に記載のライティングユニット。
  8. 前記第1及び第2のライティングデバイスのうちの一方が、3つ以下の発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供し、前記ライティングデバイスのうちの他方が、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも4つの発光極大をもつスペクトル分布をもつライティングデバイス光を提供する、
    請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  9. 前記第1のスペクトル分布と前記第2のスペクトル分布とが、50%以下のスペクトルの重なりをもつ、
    請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  10. (i)0.95≦x1/x2≦1.05、(ii)0.95≦y1/y2≦1.05、及び(iii)0.95≦T1/T2≦1.05のうちの1つ又は複数が適用され、
    前記第1のライティングデバイスが、(i)第1のソリッドステート光源放射光を提供する第1のソリッドステート光源と、(ii)前記第1のソリッドステート光源放射光の少なくとも一部分を第1のルミネセント材料光に変換する第1のルミネセント材料とを備え、前記第1のライティングデバイス光が、(a)前記第1のルミネセント材料光、又は(b)前記第1のルミネセント材料光と前記第1のソリッドステート光源放射光とを含み、
    前記第2のライティングデバイスが、(i)第2のソリッドステート光源放射光を提供する第2のソリッドステート光源と、(ii)前記第2のソリッドステート光源放射光の少なくとも一部分を第2のルミネセント材料光に変換する第2のルミネセント材料とを備え、前記第2のライティングデバイス光が、(a)前記第2のルミネセント材料光、又は(b)前記第2のルミネセント材料光と前記第2のソリッドステート光源放射光とを含む、
    請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  11. 前記第1のライティングデバイスが、第1の演色評価数CRI1をもつ第1のライティングデバイス光を提供し、前記第2のライティングデバイスが、第2の演色評価数CRI2をもつ第2のライティングデバイス光を提供し、0.8≦CRI1/CRI2≦1.2が適用される、
    請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  12. 前記第1のスペクトル分布が、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも2つの第1の発光極大をもち、前記第2のスペクトル分布が、少なくとも75nmだけ離間した少なくとも2つの発光極大をもち、少なくとも2つの第1の発光極大と少なくとも2つの第2の発光極大とがすべて相互に互いから少なくとも10nmだけ異なっている、
    請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のライティングユニット。
  13. 前記コントローラにより前記第1のライティングデバイス光と前記第2のライティングデバイス光との強度を個別に制御するステップを有する、
    請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のライティングユニットからのライティングユニット光により提供されるカラーコントラストを制御する方法。
  14. カラーコントラストを強調するための、グラフィカル業務用ライティングのための、印刷業務用ライティングのための、手術室ライティングのための、又は教育用ライティングのための、
    請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のライティングユニットの使用。
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