(57)【要約】【解決手段】光組立体２００が提供される。光組立体２００は、上流端２２２及び下流端２２４を有するハウジング２２０を具備する。ＬＥＤ２０４は、ハウジング２２０の上流端２２２に配置され、励起光２２６を発生するよう構成される。励起光２２６は第１波長を有する。光学部品２１０は、ハウジング２２０の下流端２２４に配置される。光学部品２１０は、ＬＥＤ２０４及び光学部品２１０の間にキャビティ２２８が形成されるように、ＬＥＤ２０４から離隔して配置される。ＬＥＤ２０４で発生した励起光２２６は、下流へキャビティ２２８を通過して光学部品２１０まで届く。光学部品２１０には量子ドット２１２が配置される。量子ドット２１２が励起光２２６の第１波長とは異なる第２波長を有する放出光２３０を生成するように、励起光２２６は量子ドット２１２を励起する。
2013541223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流端（２２２）及び下流端（２２４）を有するハウジング（２２０）と、
前記ハウジングの前記上流端に配置され、第１波長を有する励起光（２２６）を発生するよう構成されたＬＥＤ（２０４）と、
前記ハウジングの前記下流端に配置された光学部品（２１０）であって、前記ＬＥＤ及び前記光学部品の間にキャビティ（２２８）が形成されるように、前記ＬＥＤから離隔して配置された光学部品（２１０）と、
前記光学部品に配置された量子ドット（２１２）と
を具備する光学組立体（２００）であって、
前記ＬＥＤで発生した前記励起光は、前記キャビティを通過して下流へ前記光学部品まで届き、
前記量子ドットが前記励起光の第１波長とは異なる第２波長を有する放出光（２３０）を生成するように、前記励起光は前記量子ドットを励起することを特徴とする光学組立体。
【請求項２】
前記放出光は前記励起光より暖色であることを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【請求項３】
前記放出光の前記第２波長は、前記励起光の前記第１波長より長いことを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【請求項４】
前記ＬＥＤ及び前記光学部品間の前記キャビティは、前記量子ドットの熱的劣化を防止することを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【請求項５】
前記光学部品は、内部全反射型レンズ又はマイクロレンズのうち少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【請求項６】
前記光学部品は、前記量子ドットでコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【請求項７】
前記量子ドットは、前記光学部品に配置されたラミネート層内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【請求項８】
前記ＬＥＤは冷色光ＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の光学組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学組立体に関し、特に量子ドットを用いた光学組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色ＬＥＤは、冷白色ＬＥＤ又は暖白色ＬＥＤとして製造される。ＬＥＤの暖色又は冷色は、絶対温度で示される色温度として表現される。これらの白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ（以下、冷色ＬＥＤと称する）と、そのＬＥＤに近接した黄色及び赤色の蛍光物質の特定の組合せとを用いることにより、白色を生成するのが代表的である。直観とは逆に、冷白色ＬＥＤは可視スペクトルの青色端で光を生成し、典型的には5000Ｋを超える高い色温度で特定されるのに対し、暖色光ＬＥＤは2700Ｋのオーダーの対応する低い色温度を有する可視スペクトルの赤色端の長い波長を有する光を生成する。冷白色ＬＥＤを使用するか又は暖白色ＬＥＤを使用するかの選択は、光の機能、照明が取り付けられる環境や、文化的相違に依存する。例えば、ある文化では冷色光が好まれるのに対し、例えば北アメリカ等の他の文化では暖色光が好まれる。しかし、冷白色ＬＥＤは一般的に、暖白色ＬＥＤより高効率である。例えば、冷白色ＬＥＤは、暖白色ＬＥＤより35％も効率が高い。従って、冷白色ＬＥＤの効率を維持しながら、暖色光を生成するよう変更可能な冷白色ＬＥＤがあることが望ましい。
【０００３】
量子ドットは、光が量子ドットを通過すると光の波長を変更する、寸法が２〜10nmのオーダーの半導体ナノ結晶である。十分なエネルギーを有する入射光が量子ドットに当たると、価電子帯からバンドギャップを通ってより高い隣接伝導帯に電子を一時的に変位させ、価電子帯に対応する正孔を形成する。この非安定状態では、電子は価電子帯に戻り、この過程で光の形態でエネルギーを放出する。再放出された光の特定波長は、バンドギャップ及び量子ドットの寸法から決定される。例えば、大きな量子ドットは、入射波長をより高い波長で低いエネルギー光にシフトさせる。従って、大きな量子ドットは、入射波長を可視スペクトルの赤色端に向かってシフトさせる。逆に、小さな量子ドットは、より小さい波長でより大きなエネルギー光を放出する。小さな量子ドットは、可視スペクトルの青色端の入射波長をシフトさせる。そのため、量子ドットは、照明と共に用いられて放出光の色を調節する。典型例において、ＬＥＤ等の単色の青色光源は、放出光のエネルギー又は波長を調節するために量子ドットでコーティングされ、これにより冷色光を暖色にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、量子ドットは欠点が無いわけではない。特に、量子ドットは、高温に曝されると故障し劣化するおそれがある。このように、照明で量子ドットを使用することは、最小限の伝導熱及び放射熱を放出する低電力ライトに限定される。他方、高電力ライト、特にＬＥＤは、高電力ライトからの熱が量子ドットを急激に劣化させるので、量子ドットと共に使用できない。
【０００５】
また、高電力ＬＥＤは、冷白色ＬＥＤとして製造することが一般的に安価で容易である。しかし、取付けの時点では、暖色ライトが望ましい。量子ドットに極めて近接した高電力ＬＥＤは量子ドットを劣化させるので、高電力の冷色ＬＥＤからの光を暖色にするために量子ドットを使用することは、選択肢にない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、冷色ＬＥＤの効率を維持しながら、量子ドットにより暖色にできる高電力冷色ＬＥＤに対するニーズがあることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題を解決する手段は以下の光学組立体により提供される。この光学組立体は、上流端及び下流端を有するハウジングを具備する。ＬＥＤは、ハウジングの上流端に配置され、励起光を発生するよう構成される。励起光は第１波長を有する。光学部品は、ハウジングの下流端に配置される。光学部品は、ＬＥＤ及び光学部品の間にキャビティが形成されるように、ＬＥＤから離隔して配置される。ＬＥＤで発生した励起光は、キャビティを通過して下流へ光学部品まで届く。光学部品には量子ドットが配置される。量子ドットが励起光の第１波長とは異なる第２波長を有する放出光を生成するように、励起光は量子ドットを励起する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に従って形成されたＬＥＤを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って形成された光学組立体を示す概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態に従って形成された光学組立体を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って形成されたＬＥＤからの光の色スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の別の実施形態に従って形成されたＬＥＤからの光の色スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、例示により本発明を説明する。
【００１０】
一実施形態において、以下の光学組立体が提供される。この光学組立体は、上流端及び下流端を有するハウジングを具備する。ＬＥＤは、ハウジングの上流端に配置され、励起光を発生するよう構成される。励起光は第１波長を有する。光学部品は、ハウジングの下流端に配置される。光学部品は、ＬＥＤ及び光学部品の間にキャビティが形成されるように、ＬＥＤから離隔して配置される。ＬＥＤで発生した励起光は、下流へキャビティを通過して光学部品まで届く。光学部品には量子ドットが配置される。量子ドットが励起光の第１波長とは異なる第２波長を有する放出光を生成するように、励起光は量子ドットを励起する。
【００１１】
別の実施形態において、以下の光学組立体が提供される。この光学組立体は、上流端及び下流端を有するハウジングを具備する。ＬＥＤは、ハウジングの上流端に配置され、励起光を発生するよう構成される。光学部品は、ハウジングの下流端に配置される。光学部品は、ＬＥＤ及び光学部品の間にキャビティが形成されるように、ＬＥＤから離隔して配置される。ＬＥＤで発生した励起光は、下流へキャビティを通過して光学部品まで届く。光学部品には量子ドットが配置される、励起光は、量子ドットを励起し、励起光より暖色の放出光を生成する。
【００１２】
別の実施形態において、以下の光学組立体が提供される。この光学組立体は、上流端及び下流端を有するハウジングを具備する。ＬＥＤは、ハウジングの上流端に配置され、励起光を発生するよう構成される。ＬＥＤは、励起光の焦点を絞るよう構成された第１光学部品を有する。ハウジングの下流端には第２光学部品が配置される。第２光学部品は、第１光学部品及び第２光学部品の間にキャビティが形成されるように、第１光学部品から離隔して配置される。ＬＥＤで発生した励起光は、下流へキャビティを通過して第２光学部品まで届く。光学部品には量子ドットが配置される、第２光学部品には量子ドットが配置される。励起光は、量子ドットを励起し、励起光より暖色の放出光を生成する。
【００１３】
前述の要約は、以下の実施形態の詳細な説明と共に、添付図面と併せて読めばよりよく理解される。本明細書で用いられるように、単数形で挙げられた部材又は工程は、排除することを明記されない限り、複数の部材又は工程を排除するものではない。さらに、「一実施形態」は、挙げられた特徴を組み込んだ追加の実施形態の存在を排除するものと解釈されることを意図したものではない。また、逆であることを明記しない限り、特定の特性を有する部材を「具備する」又は「有する」実施形態は、その特性を有していない追加の部材を具備してもよい。
【００１４】
本明細書で用いられるように、「暖色光」及び「冷色光」の用語は、業界標準で定義される。特に、「冷色光」は、波長の短い青色を含んだ光と定義される。白色光の色補正温度（ＣＣＴ）では5000〜6000Ｋのオーダーである。他方、「暖色光」は、波長の長い赤色を含んだ光と定義され、その色補正温度は2700〜3500Ｋのオーダーである。暖色光及び冷色光の双方のＬＥＤは、発光ダイオードのダイ内に又はダイに極めて近接して配置された蛍光物質の特定の混合比により、白色光を生成する。冷白色ＬＥＤは一般的に、暖白色ＬＥＤより効率が高いことに留意されたい。例えば、冷白色ＬＥＤは、暖白色ＬＥＤより25〜35％も効率が高い。冷白色ＬＥＤを取り付けるか又は暖白色ＬＥＤを取り付けるかの選択は、光の機能、環境や、文化や目の感応性に依存する。
【００１５】
図１は、一実施形態に従って形成されたＬＥＤ１００を示す。ＬＥＤ１００は、一般照明、航空機の照明、自動車の照明、信号、標識、試験、映像ディスプレー、電球等の用途に用いられる。ＬＥＤ１００は、基板１０２に電気的に結合される。基板１０２は、例えば印刷回路基板、可撓性回路等の回路基板である。基板１０２はＬＥＤ１００に電力を供給し、その結果、ＬＥＤ１００が発光する。ＬＥＤ１００は発光ダイオード１０４を具備する。発光ダイオード１０４は、ＬＥＤ１００が基板１０２から電力を供給されると、光１０１を発生するよう構成される。特に、発光ダイオード１０４内の電子の移動により、発光ダイオード１０４が光子の形態のエネルギーを放出する。光１０１は、発光ダイオード１０４からのエネルギー放出により生成される。光１０１の色は、具体的な半導体のタイプ、構造、発光ダイオード１０４により生成されるエネルギー量に依存する。第１光学部品１０６は、発光ダイオード１０４の周囲近傍に配置される。第１光学部品１０６はまた、発光ダイオード１０４が発生する光１０１を異なる形にするよう構成される。第１光学部品１０６は、反射、屈折、回折等により光１０１を異なる形にする。第１光学部品１０６はレンズである。或いは、第１光学部品１０６は透明カバーであってもよい。
【００１６】
一実施形態において、ＬＥＤ１００は、青色ダイオードを有する冷色光ＬＥＤである。ＬＥＤ１００のダイオード１０４は、可視スペクトルの青色端の光１０１を発生する。青色ＬＥＤが発生する光は一般に、可視スペクトルの赤色端で発生する光と比較して短い波長及び高エネルギーを有する。例えば、青色光１０１は450〜500nmの波長を有する。ＬＥＤ１００の第１光学部品１０６は蛍光物質を組み込むか蛍光物質でコーティングされる。蛍光物質により、冷色光１０１はストークスシフトを受け、冷色光１０１の波長は長くなる。ダイオード１０４が発生する光１０１は、暖色の黄色光１０３にシフトする。暖色の黄色光１０３はＬＥＤ１００から放出される。或いは、第１光学部品１０６は、冷色光１０１を暖色にするよう構成された適当な他の化学物質でコーティングされてもよい。例えば、第１光学部品１０６は、アルミニウム、ガリウム、インジウム等の化合物でコーティングされてもよい。
【００１７】
一実施形態において、ＬＥＤ１００は高電力ＬＥＤである。高電力ＬＥＤは一般に、低電力ＬＥＤと比較して光の出力及び強度が大きい。ＬＥＤ１００は、数百μＡ〜１Ａ超の範囲の電流で駆動される。ＬＥＤ１００は、1000ルーメン超の強度で光を発生する。一実施形態において、高電力ＬＥＤ１００が可視スペクトルの赤色端で暖色光を発生することが望ましい。量子ドットは、暖色光を生成するために用いられる。残念なことに、量子ドットは、高電力ＬＥＤ１００が発生する高温に敏感である。そのため、ＬＥＤ１００に量子ドットをコーティングすることは、高電力ＬＥＤ１００が発生する熱が量子ドットを劣化させるので、暖色光を生成するための選択肢にはならない。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態に従って形成された光学組立体２００を示す概略図である。光学組立体２００は、冷色光ＬＥＤから暖色光を生成するよう構成される。光学組立体２００は、上流端２２２及び下流端２２４を有するハウジング２２０を具備する。ハウジング２２０の上流端２２２には基板２０２が配置される。ＬＥＤ２０４は、ハウジング２２０の上流端２２２に配置されると共に基板２０２に結合される。ＬＥＤ２０４は、基板２０２を介して電力を受ける。一実施形態において、ＬＥＤ２０４は、数百μＡ〜１Ａ超の範囲の電流で駆動されると共に、1000ルーメン超の強度の光を発生する。一例示実施形態において、ＬＥＤ２０４は、暖色光ＬＥＤより高効率で作動するよう構成された冷色光ＬＥＤである。基板２０２は、例えば印刷回路基板、可撓性回路等の回路基板である。基板２０２がＬＥＤ２０４に電力を供給し、その結果、ＬＥＤ２０４は励起光２２６を発生する。ＬＥＤ２０４は、ダイオード２０６と、ダイオード２０６を覆う第１光学部品２０８とを具備する。一実施形態において、ＬＥＤ２０４は、高エネルギーを有する青色光２０５を生成する青色ダイオード２０６を有する。ダイオード２０６は、450〜500nmの波長を有する青色光２０５を生成する。
【００１９】
第１光学部品２０８は、青色ダイオード２０６が発生する青色光２０５を暖色にする蛍光物質を有する。特に、蛍光物質コーティングは、570〜590nmの波長を有する黄色光２０７を発生するストークスシフトを形成する。黄色光２０７は、青色光２０５より低エネルギーで長い波長を有する。蛍光物質の密度は、励起光２２６で発生する黄色光２０７の量を変えるよう変更される。高密度の蛍光物質は、590nmに近い波長を有する励起光２２６を発生する。低密度の蛍光物質は、450nmに近い波長を有する励起光２２６を発生する。蛍光物質の密度は、450〜570nmの波長を有する第１光学部品２０８から励起光２２６を発生するよう変更される。ＬＥＤ２０４が発生する励起光２２６には黄色光２０７が含まれる。一実施形態において、青色光２０５の一部は、第１光学部品２０８を通過することができる。このような実施形態において、励起光２２６は、青色光２０５及び黄色光２０７を有する。青色光の一部を伝送させる黄色の蛍光物質の密度及び組成を調整すると、白色の放出光となる。
【００２０】
ハウジング２２０の下流端２２４には第２光学部品２１０が配置される。第２光学部品２１０はＬＥＤ２０４から離れて配置され、その結果、ＬＥＤ２０４及び第２光学部品２１０間にキャビティ２２８が形成される。第２光学部品２１０は、凹面、凸面又は平面のレンズ等の光束変更光学部品であってもよい。さらに、光学部品はまた、形成されるキャビティ２２８の寸法を最小にする内部全反射型であってもよい。図示の実施形態において、第２光学部品２１０は第１光学部品２０８から離れて配置され、その結果、第１光学部品２０８及び第２光学部品２１０間にキャビティ２２８が形成される。一例示実施形態において、第２光学部品２１０は、ＬＥＤ２０４に接触しない限り、第１光学部品２０８から任意の距離で配置される。内部全反射型レンズを用いた一実施形態において、内部全反射型レンズは、間に空間が形成された外部レンズ及び内部レンズを一体化する。このような実施形態において、内部レンズは、ＬＥＤ２０４上に直接配置される。励起光２２６がＬＥＤ２０４からキャビティ２２８を通って第２光学部品２１０に下流へ進むように、第２光学部品２１０が配置される。一実施形態において、第２光学部品２１０は透明な円盤である。或いは、第２光学部品２１０はレンズであってもよい。例えば、第２光学部品２１０は内部全反射型レンズであってもよい。或いは、第２光学部品２１０は、屈折型レンズ、回折型レンズや、他の適当なレンズであってもよい。
【００２１】
第２光学部品２１０には量子ドット２１２が配置される。量子ドット２１２は、コロイド溶液内で形成された半導体ナノ結晶である。量子ドット２１２の励起子は、量子ドット２１２が放出光２３０を生成するように、３次元空間内に閉じ込められる。量子ドット２１２は、可視スペクトルから赤外線スペクトルまでの放出光２３０を生成する。量子ドット２１２の寸法の範囲は５〜50nmである。小さな量子ドット２１２は、励起に要するエネルギー量が大きい。従って、小さな量子ドット２１２は、より大きなエネルギー量を放出する。高いエネルギー量は、450〜500nmの波長を有する可視スペクトルの青色端付近の放出光２３０を生成する。大きな量子ドット２１２は、励起に要するエネルギーが小さい。従って、大きな量子ドット２１２は放出エネルギーが小さい。低いエネルギー量は、610〜760nmの波長を有する可視スペクトルの赤色端の放出光２３０を生成する。量子ドットの寸法は、量子ドットが生成する放出光２３０の所定の色に基づいて選択される。
【００２２】
一実施形態において、第２光学部品２１０は量子ドット２１２でコーティングされる。例えば、量子ドット２１２は、光学部品にわたって均等分布で第２光学部品２１０内に含浸処理される。別の実施形態において、量子ドット２１２は、第２光学部品２１０の第１面及び第２面の一方又は双方に付着されるラミネート層に設けられる。一例示実施形態において、量子ドット２１２は、610〜760nmの波長を有する可視スペクトルの赤色端の低エネルギーで長い波長の放出光２３０を生成する寸法に設定される。第２光学部品２１０の量子ドット２１２の密度はまた、量子ドット２１２が放出する放出光２３０の波長を変えるよう変更可能である。例えば、高密度の量子ドット２１２は760nmに近い波長を有する放出光２３０を生成し、低密度の量子ドット２１２は610nmに近い波長を有する放出光２３０を生成する。
【００２３】
作動中、ＬＥＤ２０４のダイオード２０６は、450〜500nmの波長を有する可視スペクトルの青色端の青色光２０５を生成する。青色光２０５は第１光学部品２０８を通過する。一実施形態において、第１光学部品２０８は蛍光物質でコーティングされる。第１光学部品２０８を蛍光物質でコーティングすることは例示に過ぎないことに留意されたい。他の実施形態において、第１光学部品２０８は他の化合物でコーティングされてもよい。青色光２０５の波長が570〜590nmの波長を有する暖色の黄色光２０７を形成するために増大するように、蛍光物質により青色光２０５はストークスシフトを受ける。第１光学部品２０８が発生する暖色の黄色光２０７の量は、蛍光物質の密度に依存する。例えば、高密度の蛍光物質は、590nmに近い波長を有する黄色光２０７を生成する。低密度の蛍光物質は、450nmに近い波長を有する黄色光２０７を生成する。一実施形態において、第１光学部品は、ある程度の青色光２０５を通過させることができる。青色光２０５は、ＬＥＤ２０４から暖色の黄色光２０７として放出され、可視スペクトルの青色及び黄色の範囲内の第１波長を有する励起光２２６を発生する。ＬＥＤ２０４が450〜590nmの第１波長を有する励起光２２６を発生するように、第１光学部品２０８を通過できた青色光２０５の量が変更される。一実施形態において、励起光２２６は黄色光２０７のみを含む。別の実施形態において、第１光学部品２０８は蛍光物質でコーティングされておらず、励起光２２６は青色光２０５のみを含む。或いは、第１光学部品２０８は、異なる色の光を生成する他の化合物でコーティングされてもよい。例えば、第１光学部品２０８は、アルミニウム、ガリウム、インジウム等の化合物でコーティングされてもよい。
【００２４】
励起光２２６は、キャビティ２２８を通って下流へ第２光学部品２１０まで向けられる。励起光２２６は、第２光学部品２１０に設けられた量子ドット２１２を励起するよう構成される。量子ドット２１２は放出光２３０を生成する。量子ドット２１２は、低エネルギーで長い波長の放出光２３０を放出するよう構成される。一例示実施形態において、放出光２３０の第２波長は、励起光２２６の第１波長より長い。放出光２３０は、可視スペクトルの赤色端で第２波長を有してもよい。例えば、放出光２３０は、610〜760nmの第２波長を有してもよい。或いは、量子ドット２１２は、励起光２２６の第１波長より長い第２波長を有する光２３０を放出するよう構成されてもよい。例えば、放出光２３０の第２波長は590〜760nmであってもよい。放出光２３０は励起光２２６よりも暖色である。
【００２５】
一実施形態において、量子ドット２１２の密度は、励起光２２６の一部２０９が第２光学部品を通過できるよう変更してもよい。励起光２２６の一部２０９は、放出光２３０と共に第２光学部品２１０を通過し、光学組立体２００により放出される全光２３２の暖かさを変える。例えば、高密度の量子ドット２１２は、第２光学部品２１０を通過する励起光２２６を制限することにより、610〜760nmの可視スペクトルの赤色端の波長を有する全光２３２を生成する。低密度の量子ドット２１２はある程度の励起光２２６に第２光学部品２１０を通過させるので、光学組立体２００により生成された全光２３２は可視スペクトルで黄色に近くなる。量子ドット２１２の密度及び組成は、590〜760nmの波長を有する光学組立体２００から全光２３２を生成するよう変更してもよい。量子ドットの組成及び励起光２２６の波長により、2700〜6500Ｋの幅広い白色光温度を作り出すことができる。
【００２６】
光学組立体２００は、冷白色光ＬＥＤ２０４から暖白色光を生成する。光学組立体２００は、冷色光ＬＥＤ２０４の効率を維持しながら暖白色光を生成する。第２光学部品２１０は、組立の際に光学部品２００内に配置することができる。従って、光学組立体２００は、冷色ＬＥＤとして製造され出荷することができる。光学組立体２００に取り付ける際に冷たさ又は暖かさの程度を変えるよう、様々なタイプの第２光学部品２１０を提供することができる。組立又は最終取付けの際に、光学組立体２００から冷色光又は暖色光を生成するよう、所望の第２光学部品２１０を光学組立体２００に追加することができる。そのため、冷色光ＬＥＤ又は暖色光ＬＥＤとして光学組立体２００を取り付けることにより、組立中に取付けの時点で決定することができる。これにより、冷色光ＬＥＤ及び暖色光ＬＥＤを別々に製造し出荷する必要性がなくなる。
【００２７】
さらに、第２光学部品２１０により、量子ドット２１２を高電力ＬＥＤと共に使用することができる。第２光学部品２１０はＬＥＤ２０４から所定距離に配置されるので、量子ドット２１２は高電力ＬＥＤ２０４が発生する熱に曝されない。一実施形態において、第２光学部品２１０は、高電力ＬＥＤ２０４に接触しないように配置されることのみが必要である。或いは、第２光学部品２１０は、量子ドット２１２がＬＥＤ２０４から放出される励起光２２６により励起されるようにＬＥＤ２０４から任意の適当な距離に配置されてもよい。第２光学部品２１０をＬＥＤ２０４から離れて配置することにより、第２光学部品２１０上に設けられた量子ドット２１２の劣化を防止する。
【００２８】
図３は、一実施形態に従って形成された光学組立体３００を示す概略図である。光学組立体３００は、上流端３２２及び下流端３２４を有するハウジング３２０を具備する。光学組立体３００は、冷白色光ＬＥＤから暖色光を生成するよう構成される。光学組立体３００は、ハウジング３２０の上流端３２２に配置された基板３０２を具備する。ＬＥＤ３０４は、ハウジング３２０の上流端３２２に配置されると共に基板３０２に結合される。ＬＥＤ３０４は電力を有する。一実施形態において、ＬＥＤ３０４は高電力ＬＥＤであってもよい。一実施形態において、ＬＥＤ３０４は冷色光ＬＥＤである。ＬＥＤ３０４は励起光３２６を発生するよう構成される。ＬＥＤ３０４は、ダイオード３０６と、ダイオード３０６を覆う第１光学部品３０８とを具備する。一実施形態において、ＬＥＤ３０４は、450〜500nmの波長を有するほぼ単色の冷色光３０５を生成する青色ダイオード３０６を有する。第１光学部品３０８は、黄色の蛍光物質と組み合わされると冷白色光３０７を生成する青色ダイオード３０６から放出された冷色光３０５を暖色にするようコーティングする蛍光物質を具備する。一例示実施形態において、励起光３２６は、黄色光３０７と、冷青色光３０５の一部を含む。蛍光物質の密度は、励起光３２６内の黄色光３０７及び冷色光３０５の量を変更するよう変えることができる。
【００２９】
第２光学部品３１０は、ハウジング３２０の下流端３２４に配置される。第２光学部品３１０はＬＥＤ３０４から離れて配置されるので、第２光学部品３１０及びＬＥＤ３０４間にキャビティ３２８が形成される。第２光学部品３１０は第１光学部品３０８から離れて配置されるので、キャビティ３２８は第２光学部品３１０及び第１光学部品３０８間に区画される。一例示実施形態において、第２光学部品３１０は、ＬＥＤ３０４と接触しない限り、第１光学部品３０８から任意の距離に配置されてもよい。ＬＥＤ３０４が発生した励起光３２６がキャビティ３２８を通って下流へ第２光学部品３１０まで進むように、第２光学部品３１０が配置される。図示の実施形態において、第２光学部品３１０はマイクロレンズである。マイクロレンズは、互いに１次元アレー又は２次元アレーに結合された複数のマイクロレンズを具備してもよい。一実施形態において、複数のマイクロレンズは六角形アレーに配列されてもよい。マイクロレンズは１mmより小さい直径を有してもよい。一実施形態において、マイクロレンズは10μmの直径を有してもよい。一実施形態において、マイクロレンズは、屈折率勾配レンズ、マイクロフレネルレンズ等である。マイクロレンズは、マイクロレンズを通過する励起光３２６の焦点を絞るために用いられてもよい。マイクロレンズは、反射、屈折、回折等により励起光３２６の焦点を絞ってもよい。
【００３０】
第２光学部品３１０は、その表面又はその中に配置された量子ドット３１２を具備する。一実施形態において、第２光学部品３１０は量子ドット３１２でコーティングされる。例えば、量子ドット３１２は、石版印刷、フォトエッチング、又は多数の他の一般的に是認された印刷方法で、第２光学部品３１０に付着される。量子ドットは、第２光学部品の第１面及び第２面のいずれか一方に付着されてもよい。或いは、量子ドットは、第２光学部品を形成する材料内に組み込まれてもよい。別の実施形態において、量子ドット３１２は、第２光学部品３１０に接着されたラミネート層に設けられる。励起光３２６は、量子ドット３１２が放出光３３０を生成するように量子ドット３１２を励起する。量子ドット３１２の寸法は、放出光３３０の波長を決定する。一例示実施形態において、量子ドット３１２は、610〜760nmの波長を有する可視スペクトルの赤色端の低エネルギーで長い波長の放出光３３０を生成するよう寸法が設定される。第２光学部品３１０上の量子ドット３１２の密度は、放出光３３０の波長を変えるよう変更可能である。
【００３１】
作動中、ＬＥＤ３０４のダイオード３０６は、450〜500nmの波長を有し可視スペクトルの青色端の冷色光３０５を放出する。冷色光３０５は第１光学部品３０８を通過する。一実施形態において、第１光学部品３０８は、蛍光物質でコーティングされるか、蛍光物質が組み込まれる。蛍光物質は、冷色光３０５をシフトさせ、570〜590nmの波長を有する暖色の黄色光３０７を放出する。一実施形態において、ある程度の冷色光３０５が第１光学部品を通過できる。冷色光３０５は、暖色の黄色光３０７を放出し、可視スペクトルの青色及び黄色の範囲内の第１波長を有して結果として白色に見える励起光３２６を発生する。別の実施形態において、第１光学部品３０８は蛍光物質でコーティングされておらず、冷色光３０５は、励起光３２６が冷青色光３０５のみを有するように変更されないまま通過できる。別の実施形態において、励起光３２６は黄色光３０７のみを有する。或いは、第１光学部品３０８は、異なる色の光を生成するよう蛍光物質以外の化学物質でコーティングされてもよい。
【００３２】
励起光３２６は、量子ドット３１２が放出光３３０を生成するように、第２光学部品３１０上の量子ドット３１２を励起する。放出光３３０は、低エネルギーで長い第２波長を有する。放出光３３０は、可視スペクトルの赤色端の第２波長を有する。放出光３３０は、励起光３２６の第１波長より長い第２波長を有する。放出光３３０は励起光３２６より暖色である。一実施形態において、量子ドット３１２の密度は、励起光３２６の一部３０９が第２光学部品３１０を通過できように変更可能である。第２光学部品３１０を通過する励起光３２６の一部３０９は、光学組立体３００からの全光３３２として放出光３３０で光学組立体３００から放出される。第２光学部品３１０を通過する励起光３２６の一部３０９は、光学組立体３００により放出される全光３３２の暖かさを変更する。量子ドット３１２は、590〜760nmの波長を有する、光学組立体３００からの全光３３２を生成するよう変更可能である。
【００３３】
光学組立体３００は、冷色光ＬＥＤ３０４から暖色光を生成する。光学組立体３００は、冷色光ＬＥＤ３０４の効率を維持しながら暖色光を生成する。第２光学部品３１０は、組立の際に光学部品３００内に配置することができる。従って、光学組立体３００は、冷色ＬＥＤとして製造され出荷することができる。組立の際に、光学組立体３００から暖色光を生成するよう、第２光学部品３１０を光学組立体３００に追加することができる。そのため、冷色光ＬＥＤ又は暖色光ＬＥＤとして光学組立体３００を取り付けることにより、組立中に取付けの時点で決定することができる。これにより、暖色光ＬＥＤを製造し出荷する必要性がなくなる。
【００３４】
さらに、第２光学部品３１０により、量子ドット３１２を高電力ＬＥＤと共に使用することができる。第２光学部品３１０はＬＥＤ３０４から所定距離に配置されるので、量子ドット３１２は高電力ＬＥＤ３０４が発生する熱に曝されない。一実施形態において、第２光学部品３１０は、高電力ＬＥＤ３０４に接触しないように配置されることのみが必要である。或いは、第２光学部品３１０は、量子ドット３１２がＬＥＤ３０４から放出される励起光３２６により励起されるようにＬＥＤ３０４から任意の適当な距離に配置されてもよい。第２光学部品３１０をＬＥＤ３０４から離れて配置することにより、第２光学部品３１０上に設けられた量子ドット３１２の劣化を防止する。
【００３５】
図４は、一実施形態に従って形成されたＬＥＤからの全光の色スペクトル４０２を示すグラフ４００である。グラフ４００は、青色ダイオード及び蛍光物質コーティングを有する冷色光ＬＥＤからの色スペクトルを表わす。例えば、グラフ４００は、図１に示されるＬＥＤ１００等のＬＥＤからの全光の色スペクトル４０２を表わす。グラフ４００は、ｘ軸４０６に光の波長を、ｙ軸４０４に光の強度を表わす。色スペクトル４０２は、第１ピーク４０８及び第２ピーク４１０を有する。これらのピーク４０８，４１０は、高い強度を有する光の波長を表わす。第１ピーク４０８は450〜500nmの波長で生ずる。第１ピーク４０８は、青色ダイオードが放出する冷青色の励起光を表わす。第２ピーク４１０は570〜590nmの波長で生ずる。第２ピーク４１０は、蛍光物質コーティングが放出する黄色の励起光を表わす。グラフ４００は、青色及び黄色の励起光を有するＬＥＤの放出する全光からの色スペクトル４０２を示す。黄色の励起光はダイオードが放出する青色の励起光を暖色にし、冷色光ＬＥＤからより暖色の全光を発生する。
【００３６】
図５は、一実施形態に従って形成されたＬＥＤからの全光の色スペクトル５０２を示すグラフ５００である。グラフ５００は、青色ダイオード、蛍光物質コーティング、及び量子ドットを含む第２光学部品を有する冷色光ＬＥＤからの色スペクトルを表わす。例えば、グラフ５００は、図２及び図３にそれぞれ示されるＬＥＤ２００，３００等のＬＥＤからの全光の色スペクトル５０２を表わす。グラフ５００は、ｘ軸５０６に光の波長を、ｙ軸５０４に光の強度を表わす。色スペクトル５０２は、第１ピーク５０８、第２ピーク５１０及び第３ピーク５１２を有する。これらのピーク５０８，５１０，５１２は、高い強度を有する光の波長を表わす。第１ピーク５０８は450〜500nmの波長で生ずる。第１ピーク５０８は、青色ダイオードが放出する冷青色の励起光を表わす。第２ピーク５１０は570〜590nmの波長で生ずる。第２ピーク５１０は、蛍光物質コーティングが放出する黄色の励起光を表わす。第３ピーク５１２は610〜760nmの波長で生ずる。第３ピーク５１０は、第８２光学部品の量子ドットが放出する赤色の放出光を表わす。グラフ５００は、青色及び黄色の励起光及び赤色の放出光を有するＬＥＤの生成する全光からの色スペクトル５０２を示す。黄色の励起光はダイオードが放出する青色の励起光を暖色にし、冷色光ＬＥＤからより暖色の励起光を発生する。赤色放出光は、ＬＥＤが放出する励起光をさらに暖色にし、可視スペクトルの赤色端に近い波長を有する暖色の全光を生成する。赤色の放出光の追加により、図５に表わされた色スペクトルは、図４に示された色スペクトルより暖色の全光を生成する。
【符号の説明】
【００３７】
２００  光学組立体
２０４  ＬＥＤ
２１０  光学部品
２１２  量子ドット
２２０  ハウジング
２２２  上流端
２２４  下流端
２２６  励起光
２２８  キャビティ
２３０  放出光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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