(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源であって、
駆動手段の駆動信号に応じて近紫外から青色への範囲における電磁放射線を発することができる、少なくとも１つの発光装置と、
前記電磁放射線を可視光へと変換するよう第１の活性剤と第２の活性剤を少なくとも有する、ルミネセンスカバーと、
を有し、
前記第１の活性剤及び前記第２の活性剤は、異なる反応特性を有し、前記駆動手段は、前記光源から出力される前記可視光のスペクトルを制御するよう前記駆動信号を変えるよう適合され、
前記駆動信号は、パルス駆動信号であり、前記駆動手段は、前記パルス駆動信号のパルス幅を変えるように適合され、
前記第１の活性剤は、前記第２の活性剤よりも応答時間が早い緑色発光活性剤であり、
前記第２の活性剤は、前記第１の活性剤よりも応答時間が遅い赤色発光活性剤である、
光源。
【請求項２】
前記発光装置は、有機発光ダイオード又は半導体発光ダイオード等である固体光源であり、望ましくはＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮ物質を有する、
請求項１記載の光源。
【請求項３】
前記第１の活性剤は、１０ナノ秒−１００マイクロ秒の範囲において応答時間τｌ／ｅを有する高速活性剤であり、
前記第２の活性剤は、１０マイクロ秒−１００ミリ秒の範囲において応答時間τｌ／ｅを有する低速活性剤である、
請求項１記載の光源。
【請求項４】
前記第１の活性剤及び前記第２の活性剤は、単一のルミネセンス組成の一部である、
請求項１記載の光源。
【請求項５】
前記第１の活性剤及び前記第２の活性剤は、硫化物と、オキシ硫化物と、酸化物と、オキシ窒化物と、窒化物とに基づく群から選択されるホスト格子へと浸漬される、（Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋）と、（Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋）と、（ＶＯ４３−，Ｅｕ３＋）と、（Ｂｉ３＋，Ｅｕ３＋）とを有する群（第１の活性剤、第２の活性剤）から選択される、
請求項４記載の光源。
【請求項６】
前記第１の活性剤及び前記第２の活性剤は各々、異なるルミネセンス組成の一部である、
請求項１記載の光源。
【請求項７】
前記第１の活性剤は、緑色発光物質の第１のホスト格子へと浸漬される、Ｅｕ２＋と、Ｃｅ３＋と、ＶＯ４３−と、Ｂｉ３＋とを有する群から選択され、
前記第２の活性剤は、赤色発光物質の第２のホスト格子へと浸漬される、Ｍｎ２＋とＥｕ３＋とを有する群から選択される、
請求項６記載の光源。
【請求項８】
光源を減光する方法であって、
前記光源は、駆動手段の駆動信号に応じて近紫外から青色への範囲における電磁放射線を発することができる少なくとも１つの発光装置と、前記電磁放射線を可視光へと変換するよう第１の活性剤と第２の活性剤を少なくとも有するルミネセンスカバーと、を有し、
前記第１の活性剤及び前記第２の活性剤は、異なる反応特性を有し、前記駆動手段は、前記可視光のスペクトルを制御するよう前記駆動信号を変える段階を有し、
前記駆動信号を変える段階は、
前記発光装置に対してパルス駆動信号を適用し、前記パルス駆動信号のパルス幅を変える段階を有し、
前記第１の活性剤は、前記第２の活性剤よりも応答時間が早い緑色発光活性剤であり、
前記第２の活性剤は、前記第１の活性剤よりも応答時間が遅い赤色発光活性剤である、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びルミネセンスカバーを有する光源に係る。より具体的には本発明は、駆動手段の駆動信号に応じて近ＵＶから青色への範囲における電磁放射線を発することができる少なくとも１つの発光装置と、電磁放射線を可視光へと変換するよう第１の活性剤と第２の活性剤を少なくとも有するルミネセンスカバーとを有する、光源に係る。本発明はまた、上述された種類の光源を減光する方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
白色固体光源を実現するよう、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ外（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７、１９９５、１８６８）によって説明される通り、半導体（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎに基づく青色発光ダイオードは、広く適用される。光源は、効率的なポンプとして働き、緑色、黄色、又は赤色光を発することによってその基底状態に戻るルミネセンス物質を励起する。追加的な色混合は、白色光として知覚される広帯域スペクトルをもたらす。
【０００３】
１９９６年にＮｉｃｈｉａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｌｔｄ．社は、白色ＬＥＤを発表した。該白色ＬＥＤは、（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ  ＬＥＤによって発される青色光を約５６５ｎｍに達する広帯域黄色発光スペクトルへと変換するよう、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｇｅ）又は（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧａＧ：Ｃｅ）を有するルミネセンス層を使用する。発光域は、約７５−８５の演色指数（ＣＲＩ）、及び５０００から８０００Ｋの色温度（ＣＴ）範囲において白色光を作るよう十分に広い。光源のＣＴは、同一の色を有する黒体放射体の温度として定義付けられる。光源のＣＲＩは、同一の温度の標準的なランプ下での色と比較して、当該光源下での試験対象のもたらされる色シフトの度合いを表わす評価である。
【０００４】
上述された光源は、低い色温度及び高い演色指数が得られ得ない、という欠点を有する。ＵＳ２００２／０１５８５６５（特許文献１）は、少なくとも２つのリン光体の混合物を有するリン光体混合を開示する。適切な割合のリン光体を混合することによって、発光スペクトルの合成物は、所望のＣＴ及びＣＲＩを与えるよう作られ得る。
【０００５】
先行技術に関連付けられる問題は、白熱ランプ及び自然光から既知である通りかかる光源の減光が赤色スペクトル範囲に対する知覚可能な色ポイントシフトをもたらさない、ことである。特には、屋内照明用途は、白熱ランプ状の色温度及び白熱ランプの減光動作に類似する減光動作を有する白色光源を求める。
【特許文献１】ＵＳ２００２／０１５８５６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、減光時に白熱ランプのスペクトル変化に実質的に類似する減光特徴を有する上述された種類の光源を与える、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的は、駆動手段の駆動信号に応じて近紫外から青色への範囲における電磁放射線を発することができる少なくとも１つの発光装置と、電磁放射線を可視光へと変換するよう第１の活性剤（Ａ１）及び第２の活性剤（Ａ２）を少なくとも有するルミネセンスカバーとを有する光源を与えることによって、達成される。第１の活性剤及び第２の活性剤は、異なる応答特徴を有し、駆動手段は、光源に対する可視光のスペクトルを制御するよう駆動信号を変えるよう適合される。駆動信号の変化は、ルミネセンスカバーと相互に作用する発光装置からの電磁放射線の変化をもたらす。第１及び第２の活性剤の異なる応答特徴の結果として、電磁放射線の可視光への変換は、駆動信号の変化とともに変わる。したがって、可視光スペクトルは、光源の所望の減光動作を達成するよう制御され得る。
【０００８】
特には、駆動信号はパルス駆動信号であり、駆動手段は、パルス駆動信号のパルス幅を変えるよう適合される。この実施例では、第１及び第２の活性剤の応答特徴とパルス幅との間の関係は、光源の可視光のスペクトルを定める。パルス幅を変えることによって、可視光のスペクトルは、かかる関係の結果として変わる。
【０００９】
発光装置が有機発光ダイオード又は半導体発光ダイオード等である固体光源であり、望ましくはＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮ物質を有する、本発明の実施例は、かかる光源がルミネセンスカバーによって吸収され得る電磁放射線を発することができる、という利点を有した。
【００１０】
第１の活性剤（Ａ１）１０ナノ秒−１００マイクロ秒の範囲において応答時間τｌ／ｅを有する高速活性剤（ｆａｓｔ  ａｃｔｉｖａｔｏｒ）であり、第２の活性剤（Ａ２）は、１０マイクロ秒−１００ミリ秒の範囲において応答時間τｌ／ｅを有する低速活性剤（ｓｌｏｗ  ａｃｔｉｖａｔｏｒ）である、本発明に従った実施例は、応答に対して定義付けられる範囲が可視光出力のスペクトル変化を有する所望の動作をもたらすことが分かっている、という点において有利である。
【００１１】
高速活性剤が緑色発光活性剤であり、低速活性剤が赤色発光活性剤である、本発明の実施例は、白色光発光源が得られ得るという利点を有する。
【００１２】
第１の活性剤及び第２の活性剤が単一のルミネセンス組成の一部である、本発明の実施例は、かかる光源の製造が比較的容易であり且つ比較的安価であるという利点を有する。
【００１３】
望ましい組成は、第１の活性剤及び前記第２の活性剤は、硫化物と、オキシ硫化物と、酸化物と、オキシ窒化物と、窒化物とに基づく群から選択されるホスト格子へと浸漬される、（Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋）と、（Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋）と、（ＶＯ４３−，Ｅｕ３＋）と、（Ｂｉ３＋，Ｅｕ３＋）とを有する群、（第１の活性剤、第２の活性剤）から選択される、組成である。
【００１４】
しかしながら、第１の活性剤及び第２の活性剤は各々、異なるルミネセンス組成の一部である、ルミネセンス組成はまた、使用され得る。
【００１５】
望ましい組成は、第１の活性剤は緑色発光物質の第１のホスト格子へと浸漬される、Ｅｕ２＋と、Ｃｅ３＋と、ＶＯ４３−と、Ｂｉ３＋とを有する群から選択され、第２の活性剤は赤色発光物質の第２のホスト格子へと浸漬される、Ｍｎ２＋とＥｕ３＋とを有する群から選択される、組成である。
【００１６】
上述された実施例及びその態様が組み合わされ得ることは、留意される。
【００１７】
本発明はまた、特には発光装置に対してパルス駆動信号を適用すること、及びパルス駆動信号のパルス幅を変えることによる上述された通り光源を減光する方法に係る。かかる段階の効果及び利点は、光源を参照して検討されてきている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、本発明に従った望ましい一実施例を概略的に示す添付の図面を参照して、更に説明される。本発明がこの特定且つ望ましい実施例に対して多少なりとも制限されない、ことは理解されるであろう。
【００１９】
図１は、可視光に対して透明であるカプセル（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）４において与えられる発光装置２及びルミネセンスカバー３を有する光源１を概略的に示す。発光装置２は、リード線５によって駆動手段６に対して接続される。駆動手段６は、図２中に示される通り発光装置２に駆動信号を与える。駆動手段６は、光源１の一体部分、又は外部から与えられる駆動手段であり得る。
【００２０】
発光装置２は、有機発光ダイオード（ＬＥＤ）又は半導体ＬＥＤ等である固体光源発光装置である。一例として、ＬＥＤ２は、ＩｎＧａＮ  ＬＥＤである。ＬＥＤ２は、駆動手段６の駆動信号に応じて、近ＵＶから青色までの範囲、即ち３５０乃至４９０ｎｍの範囲において電磁放射線を発光することができる。一例として、ＩｎＧａＮ  ＬＥＤ２は、４６０ｎｍである波長を有する電磁放射線を発する。
【００２１】
ＬＥＤ２は、ＬＥＤ２上においてあるいはＬＥＤ２にわたって蒸着又はコーティングされるルミネセンスカバー３に対する励起源として働き、ＬＥＤ２の電磁放射線が受けられ得る。これよりカバー３とも称されるルミネセンスカバー３は、第１の活性剤Ａ１及び第２の活性剤Ａ２を有する。活性剤Ａ１及びＡ２はいずれも、ＬＥＤ２からの入射電磁放射線を可視光へと変換する。該２つの構成要素の発光スペクトルは夫々、Ｓｐ１（λ）及びＳｐ２（λ）と称される。入射電磁放射線は、Ｓｐ０（λ）と示される。本発明の本実施例によれば、２つの活性剤Ａ１及びＡ２は、例えば異なる浸漬レベルによって、あるいは活性剤Ａ１及びＡ２の異なる性質によって達成され得る、異なる応答特性又は飽和動作を有する。
【００２２】
第１の活性Ａ１は、１０ナノ秒−１００マイクロ秒の範囲において応答時間τｌ／ｅを有する高速活性剤であり、第２の活性剤Ａ２は、１０マイクロ秒−１００ミリ秒の範囲において応答時間τｌ／ｅを有する低速活性剤である。白色発光光源１を得るよう、高速活性剤は緑色発光活性剤であり、低速活性剤は赤色発光活性剤である。
【００２３】
第１及び第２の活性剤Ａ１，Ａ２は、単一のホスト格子（ＨＬ：Ａ１，Ａ２であり、ＨＬ＝ホスト格子、Ａ１＝第１の活性剤、Ａ２＝第２の活性剤）において有され得る。即ち、
第１の活性剤Ａ１及び第２の活性剤Ａ２は、単一のルミネセンス組成の一部である。第１の活性剤Ａ１及び第２の活性剤Ａ２は、硫化物と、オキシ硫化物と、酸化物と、オキシ窒化物と、窒化物とに基づく群から選択されるホスト格子ＨＬへと浸漬される、（Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋）と、（Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋）と、（ＶＯ４３−，Ｅｕ３＋）と、（Ｂｉ３＋，Ｅｕ３＋）とを有する群（第１の活性剤、第２の活性剤）から選択される。一例として、組成ＣａＳ：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋が使用される。
【００２４】
あるいは、別個のホスト格子（ＨＬ１：Ａ１，ＨＬ２：Ａ２であり、ＨＬ１＝ホスト格子１、ＨＬ２＝ホスト格子２）が用いられる。即ち、第１の活性剤Ａ１及び第２の活性剤Ａ２は、異なるルミネセンス組成の一部である。第１の活性剤Ａ１は、緑色発光物質の第１のホスト格子ＨＬ１へと浸漬される、Ｅｕ２＋と、Ｃｅ３＋と、ＶＯ４３−と、Ｂｉ３＋とを有する群から選択される。第２の活性剤Ａ２は、赤色発光物質の第２のホスト格子ＨＬ２へと浸漬される、Ｍｎ２＋とＥｕ３＋とを有する群から選択される。青色及び近紫外において強い吸収を示す緑色発光物質は、例えば、ＣａＳ：Ｃｅ３＋、ＳｒＧａ２Ｓ２：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、又は、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ２＋である。赤色発光ルミネセンス組成は、Ｍｎ２＋又はＥｕ３＋等である、低速活性剤によって活性される。一例は、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋である。
【００２５】
駆動手段６は、電磁放射線のスペクトルＳｐ０（λ）を生成するよう、ＬＥＤ２に対して供給される２−１０ボルトの範囲における低電圧パルスのパルス生成器を有し得る。
【００２６】
連続駆動下において、即ち、ＬＥＤ２の電気入力が図２中の上方のダイアグラムにおいて示される通り一定のオーバータイムｔである際、いずれのリン光体も均一に励起され、ＬＥＤによって発される有効スペクトルは、以下の式、
Ｓｐｔｏｔａｌ（λ）＝α×Ｓｐ０（λ）＋Ｓｐ１（λ）＋Ｓｐ２（λ）
によって与えられる。式中、αは、ＬＥＤ２からの変換されていない初期電磁放射線の割合（ｆｒａｃｔｉｏｎ）である。
【００２７】
対称的に、本発明の本発明の一実施例によれば、駆動手段６の駆動信号は、図２中の中央のダイアグラムにおいて示される通り、不連続パルス駆動である。第２の活性剤Ａ２又はリン光体の応答時間が、第１の活性剤Ａ１のそれよりも大きいため、光源１から得られる有効スペクトルは、以下の式、
Ｓｐｔｏｔａｌ（λ）＝α×Ｓｐ０（λ）＋Ｓｐ１（λ）＋ε×Ｓｐ２（λ）
によって与えられる。式中、ε＝０．．．１＝第２の活性剤又はリン光体の飽和の度合い、である。
【００２８】
本発明の一実施例によれば、駆動手段は、パルス駆動信号Ｐである駆動信号を、図１中の矢印７によって示される通り、パルス駆動信号Ｐのパルス幅Ｗを変えるよう適合される。言い換えれば、ＬＥＤ２の負荷サイクルは、５０％の負荷サイクルを示す図２中の下方のダイアグラムにおいて表わされる通り、調整される。負荷サイクルを低減する際、全体の入力は、より短い時間間隔においてＬＥＤ２によって放散され、平均的な入力は、例えば、図２中の上方のダイアグラムにおいて示される連続駆動の場合と同等のままである。このようにして、光源１のＣＴは、パルス駆動信号Ｐの幅Ｗを制御することによって調整され得る。
【００２９】
上述された組成に従ってカバー３を有するＬＥＤ２に対する駆動信号Ｐのパルス幅Ｗを調節することによって、可視光のスペクトルは、スペクトルにおける赤色放射構成要素の飽和により調整される。この特性は、白熱又はハロゲンランプが経済的な理由により置き換えられる全ての適用分野において、望ましい。現在、最もエネルギーを節約するランプは、かかる目的に対して取り付けられるが、このランプの種類の色ポイントは、減光される場合に青色へとシフトする。
【００３０】
かかる問題は、本発明によって低減又は排除される。当該実施例は、上述されたイオン結合（ｉｏｎ  ｃｏｕｐｌｅｓ）のうち１つを有効に使うリン光体を有するルミネセンスカバー３を有する青色発光ＬＥＤ２の適用を有する。
【００３１】
例。
【００３２】
ＣａＳ：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋リン光体パウダーは、カバー３の可撓性のある充填剤に対して使用されるシリコン前駆物質へと懸濁される（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）。典型的には、懸濁液におけるリン光体濃度は、約１ｍｍ２の表面積を有するＬＥＤ２上への１０乃至３００μｇのリン光体の蒸着を可能にする。触媒は、シリコン前駆物質を重合するよう加えられ、ＬＥＤ２は、透明なプラスチックのカプセル４によって密封される。
４６０ｎｍ発光ＩｎＧａＮ  ＬＥＤ２は、１０ｋＨｚの周波数において矩形パルス（２−１０Ｖ）を供給するパルス生成器６によって駆動される。矩形パルスの継続時間は、０．１乃至１００μｓであり、故に０．１乃至１００％の負荷サイクルに対応する。
【００３３】
図３は、９５％である負荷サイクルＤＣに対応する９５μｓ（明るい灰色）及び５０％である負荷サイクルＤＣに対応する、５０μｓ（暗い灰色），１％である負荷サイクルＤＣに対応する、１μｓであるパルス幅Ｗ（黒色）を有する１０ｋＨｚの周波数において駆動されるＬＥＤ２に対する発光スペクトルを示す。
【００３４】
図４は、負荷サイクルの変動の結果もたらされるＣＴにおける変化をＣＥＩ１９３１色図を示す。
【００３５】
上述された実施例が制限的ではなく例証するものであって、当業者が添付の請求項の範囲を逸脱することなく多くの代替的な実施例を設計することができる、ことは留意されるべきである。本発明の趣旨は、駆動信号の変動が異なる応答特性を有する活性剤を有する光源に対して適切な減光動作を可能とする、という見解に係る。請求項中、括弧内の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する」という語は、請求項中にあげられたもの以外の要素又は段階の存在を除外するものではない。単数形で表わされる要素は、かかる要素の複数の存在を除外する物ではない。特定の方策が異なる従属請求項中に記載されるという単なる事実は、かかる方策の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に従った光源を概略的に図示する。
【図２】本発明の一実施例に従った図１中の光源に対する駆動信号を図示する。
【図３】図１中の光源の可視光に対するスペクトルの変化の実験結果を図示する。
【図４】ＣＩＥ１９３１図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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