(57)【要約】遠隔波長変換を伴う発光素子を実装する方法を開示する。蛍光体光変換のための一貫しない光路長にもかかわらず一貫した色を提供する照明装置を開示する。ＬＥＤ照明装置の構成部品は、少なくとも１つのＬＥＤからの第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品を備え、出射された光は、少なくとも１つのＬＥＤ及び波長変換構成部品の両方からの合波光を含み、異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品の異なる部分にて存在し、光の目視でわかるほど均一な色は、波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいて生成可能である。
2015515734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ照明装置であって、
第１の波長範囲の光を出射するように動作可能な少なくとも１つのＬＥＤと、
前記少なくとも１つのＬＥＤからの前記第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品と、を備え、前記ＬＥＤ照明装置から出射された光は、前記少なくとも１つのＬＥＤ及び前記波長変換構成部品の両方からの合波光を含み、前記波長変換構成部品は、前記少なくとも１つのＬＥＤから遠く離れており、前記波長変換構成部品は、前記波長変換構成部品の異なる部分にて異なる量の光輝性材料を有し、光の目視でわかるほど均一な色は、前記波長変換構成部品の異なる部分での前記異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいて前記ＬＥＤ照明装置から生成可能である、ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品について壁厚を変えることにより実装される、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記波長変換構成部品は、形状が平面的であり、中央部分は、前記波長変換構成部品の縁部部分より肉厚である、請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記波長変換構成部品は、ドーム状であり、下壁部分は、前記波長変換構成部品の中央壁部部分と比較してより肉厚の壁部を含む、請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品内の前記光輝性材料の濃度を変えることにより実装される、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品における基板上の光輝性材料層の厚さを変えることにより実装される、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記光輝性材料層は、前記波長変換構成部品にわたり連続ではないパターンで実装される、請求項６に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記パターンは、前記光輝性材料層にわたり可変サイズ又は周波数での前記光輝性材料のドット又は画素の少なくとも１つを含む、請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記異なる量の前記光輝性材料は、前記波長変換構成部品からの出射されたＬＥＤ光と比較して出射された光輝性光の比率を等化するために実装される、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記光輝性材料は、受光する前記波長変換構成部品の部分ではＬＥＤ光のレベルが高いほど多く提供され、前記光輝性材料は、受光する前記波長変換構成部品の部分ではＬＥＤ光のレベルが低いほど少なく提供される、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
前記波長変換構成部品は、１：１ではないアスペクト比を有する３次元形状を含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１２】
前記波長変換構成部品は、ドームの形状を含み、前記ドームの形状は、１：１を上回るアスペクト比に対応する、請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１３】
前記波長変換構成部品は、平面的な形状を含み、前記平面的な形状と混光チャンバとの組み合わせは、１：１ではないアスペクト比に対応する、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１４】
前記光輝性材料は、蛍光体材料及び量子ドットの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのＬＥＤからの第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品、を備え、出射された光は、前記少なくとも１つのＬＥＤ及び前記波長変換構成部品の両方からの合波光を含み、異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品の異なる部分にて存在し、光の目視でわかるほど均一な色は、前記波長変換構成部品の異なる部分での前記異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいて生成可能である、ＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項１６】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品について壁厚を変えることにより実装される、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項１７】
前記波長変換構成部品は、形状が平面的であり、中央部分は、前記波長変換構成部品の縁部部分より肉厚である、請求項１６に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項１８】
前記波長変換構成部品は、ドーム状であり、下壁部分は、前記波長変換構成部品の中央壁部部分と比較してより肉厚の壁部を含む、請求項１６に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項１９】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品内の前記光輝性材料の濃度を変えることにより実装される、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２０】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、前記波長変換構成部品における基板上の光輝性材料層の厚さを変えることにより実装される、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２１】
前記光輝性材料層は、前記波長変換構成部品にわたり連続ではないパターンで実装される、請求項２０に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２２】
前記パターンは、前記光輝性材料層にわたり可変サイズ又は周波数での前記光輝性材料のドット又は画素の少なくとも１つを含む、請求項２１に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２３】
前記異なる量の前記光輝性材料は、前記波長変換構成部品からの出射されたＬＥＤ光と比較して出射された光輝性光の比率を等化するために実装される、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２４】
前記光輝性材料は、受光するように構成された前記波長変換構成部品の部分ではＬＥＤ光のレベルが高いほど多く提供され、前記光輝性材料は、受光するように構成された前記波長変換構成部品の部分ではＬＥＤ光のレベルが低いほど少なく提供される、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２５】
前記波長変換構成部品は、１：１を上回るか又は下回るアスペクト比を有する３次元形状を含む、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２６】
前記波長変換構成部品は、ドームの形状を含み、前記ドームの形状は、１：１を上回るアスペクト比に対応する、請求項２５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２７】
前記波長変換構成部品は、平面的な形状を含み、前記平面的な形状と混光チャンバとの組み合わせは、１：１ではないアスペクト比に対応する、請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置の構成部品。
【請求項２８】
ＬＥＤ照明装置を色調整する方法であって、
第１の波長範囲の光を出射するように動作可能な少なくとも１つのＬＥＤを識別する工程と、
少なくとも１つのＬＥＤからの前記第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品を構成する工程と、を含み、前記ＬＥＤ照明装置から出射された光は、前記少なくとも１つのＬＥＤ及び前記波長変換構成部品の両方からの合波光を含み、前記波長変換構成部品は、前記少なくとも１つのＬＥＤから遠く離れており、前記波長変換構成部品は、前記波長変換構成部品の異なる部分にて異なる量の光輝性材料を実装することにより色調整され、光の目視でわかるほど均一な色は、前記波長変換構成部品の異なる部分での前記異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいて前記ＬＥＤ照明装置から生成可能である、方法。
【請求項２９】
前記波長変換構成部品の前記異なる部分での前記異なる量の光輝性材料は、（ａ）前記波長変換構成部品について壁厚を変える工程、（ｂ）前記波長変換構成部品内の前記光輝性材料の濃度を変える工程、又は、（ｃ）前記波長変換構成部品内の基板上の光輝性材料層の厚さを変える工程の少なくとも１つにより実装される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのＬＥＤ及び前記波長変換構成部品のプロファイルは、前記異なる量の光輝性材料を前記波長変換構成部品から出射されたＬＥＤ光と比較して出射されたフォトルミネッセンス光の比率を等化するように構成するために分析される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
分析される前記少なくとも１つのＬＥＤの前記プロファイルは、発光プロファイルを含み、前記波長変換構成部品の前記プロファイルは、前記波長変換構成部品のための、又は、前記波長変換構成部品を組み込む混光チャンバのためのアスペクト比を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
シミュレーションは、前記少なくとも１つのＬＥＤ及び前記波長変換構成部品を分析するために実行される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記波長変換構成部品の物理的サンプルは、色調整を実行するために分析及び調整される、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光輝性材料を使用する、遠隔波長変換を利用する固体発光素子及び電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
色温度は、照明において重要な用途を有する可視光の特性である。光源の色温度は、光源の色調と比べても遜色ない色調の光を放射する理想的な黒体放射体の温度である。色温度は、従来、単位記号Ｋを有する絶対温度の単位、即ち、ケルビン記載される。
【０００３】
典型的には、白色光源の色温度は、主に、光を生成するために使用される機構部により決定される。例えば、白熱光源は、典型的には、「温白色」という、２７２６．９℃（３０００Ｋ）辺りの相対的に低い色温度を有する。逆に、蛍光は、「白色」という６７２６．９℃（７０００Ｋ）辺りのより高い色温度を有する。温白色又は白色の選択は、光源を購入するとき、又は、建築設計又は建設が完了されるときに決定される。街路照明など、多くの状況で、温白色光及び白色光が、共に使用される。
【０００４】
近年では、白色光を発光するＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）が、普及するようになって、従来の蛍光光源、コンパクト蛍光光源及び白熱光源に取って代わるために急速に使用されつつある。白色ＬＥＤは、概ね、光輝性ＬＥＤが出射した放射線の一部を吸収して異なる色（波長）の光を再び出射する１つ以上の光輝性材料（例えば、１つ以上の蛍光体材料）を含む。蛍光体材料は、ＬＥＤ上の層として提供される場合があるか、又は、ＬＥＤから離れて位置する波長変換構成部品内に組み込まれる場合がある。典型的には、ＬＥＤは、青色光を生成し、蛍光体は、その青色光の割合を吸収して、黄色光又は、緑色と赤色、緑色と黄色、緑色と橙色若しくは黄色と赤色の組み合わせを再び発光する。ＬＥＤによって生成された青色光の部分のうち、蛍光体が放出した光と組み合わされ、蛍光体材料によって吸収されなかった部分は、目にほぼ白色に見える光を提供する。そのような白色光ＬＥＤは、長い動作期待寿命（＞５０，０００時間）及び高い発光効率（１ワットにつき７０ルーメン以上）により特徴づけられる。
【０００５】
当該の白色ＬＥＤについては、光は、熱放射よりもむしろ光ルミネセンスにより出射される。したがって、出射された放射線は、黒体スペクトルの形態に従わない。これらの光源は、相関色温度（ＣＣＴ）として知られているものが割り当てられる。ＣＣＴは、人の色認知力により電灯からの光が最も綿密に適合される黒体放射体の色温度である。
【０００６】
多くの白色ＬＥＤ構成に関する１つの懸念は、一貫しない色発光を有する光を生成する恐れがあるということである。例えば、青色ＬＥＤ光源１０４及び遠隔蛍光体構成部品１０２を含む図１に示す照明構成を考察してみよう。遠隔蛍光体構成部品１０２が高くて狭いアスペクト比を有し、それで、等しくない距離がＬＥＤ  １０４から遠隔蛍光体構成部品１０２の異なる部分まであることがわかる。動作時、青色励起光は構成部品１０２内の蛍光体材料と相互作用して、フォトルミネッセンス光を生成する。しかしながら、構成部品１０２の異なる部分が、青色光の異なるレベルを受光する場合があり、異なる程度で相互作用する場合もある。これは、多くの考えられる理由によるものである。１つの考えられる理由は、構成部品１０２の高くかつ狭いプロファイルを考慮すると、青色ＬＥＤ光を蛍光体光に変換する変換経路について多くの異なる距離が存在するというものである。更に、青色光がＬＥＤ  １０４から出射される角度が原因となって、青色光の少なくとも一部が、臨界角より上方の角度にて構成部品の内面に当たり、その結果、そのような光は、蛍光体を構成部品に結合して相互作用するのではなく、構成部品１０２の頂部の方へ上方へ反射される。これとは対照的に、ＬＥＤ  １０４に最も近い場所では、青色光は、臨界角に等しいか又はそれ未満の角度にて構成部品に当たり、その結果、構成部品内に結合し、蛍光体と相互作用して、変換された光を生成する。更に、変換経路距離（即ち、光が構成部品を通ることができる有効距離）内の差が、構成部品１０２の長さにわたる色のずれを引き起し兼ねない。
【０００７】
更に、構成部品１０２から出射された蛍光体光の異なるレベルが、色のずれの一因となる。フォトルミネセンスプロセスの等方性の為に、フォトルミネッセンス光は、全ての方向に等しく出射され、その結果、変換された光が構成部品の内部に再び入る。このように、構成部品１０２上で１つの場所にて変換された光が、構成部品上の異なる場所にて照明デバイスから出射される前に「再利用される」場合がある。
【０００８】
これらの問題は、潜在的に、励起光源から遠隔蛍光体構成部品まで長い光路を含むことができる任意のＬＥＤを基本とする照明アーキテクチャと共に存在する。図２は、側面発光チャンバ２０６を有する光導体２０２がどのようにして長い光路の為に構成部品の長さにわたって色のずれを生成することができるかを示す。色ずれは、励起光が光導体の長さの為にＬＥＤ光源２０４から均一に分散されない為に光導体２０２において発生する。この等しくない変換経路は、光導体２０２内の反射面２１４からの反射光により引き起こされたＬＥＤ  ２０４からの間接光路により引き起こされる場合もある。光導体２０２の内部は、空気又は光媒質でファイルすることができる。
【０００９】
図３は、構成が中央心励起源３０４を含む場合の、幅の広い混光チャンバ３０６上に取り付けられた平面遠隔蛍光体構成部品３０２を示す。色ずれは、直接にＬＥＤ  ３０４から構成部品３０２までの長さが等しくない光路、並びに、混光チャンバ３０６内の反射面３１４からの反射により引き起こされた長さが等しくない反射光路の両方の為に励起光が平面蛍光体構成部品３０２の幅全体にわたって中央のみの励起源３０４から均一に分散されるので発生する。
【００１０】
この問題は、高アスペクト比構成において最も認識可能である。均一な構成部品（ドーム部及び球など）には、概ね、この問題はない。
【００１１】
多くの場合、照明製品にわたる色の認識可能な一貫性のなさは、その製品の美観及び有用性に不利益な影響を与え兼ねない。したがって、光メーカが一貫した広告された色を有する電灯を作製することができることが重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態は、遠隔波長変換を伴う照明装置及び発光素子に関する。本発明は、蛍光体光変換のための一貫しない光路長にもかかわらず一貫した色を提供する照明装置（アーキテクチャ）を実装する方法を提供する。本発明の実施形態により色調整を実行するために様々な方法を取ることができる。一部の実施形態では、波長変換構成部品の厚さを変えて色調整を実行する。他の実施形態により、蛍光体取り込み及び／又は濃度を構成部品内で変えて色調整を実行することができる。
【００１３】
一部の実施形態により、ＬＥＤ照明装置は、第１の波長範囲の光を出射するように動作可能な少なくとも１つのＬＥＤと、少なくとも１つのＬＥＤからの第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品とを含む。ＬＥＤ照明装置から出射された光は、少なくとも１つのＬＥＤ及び波長変換構成部品の両方からの合波光を含み、波長変換構成部品は、少なくとも１つのＬＥＤから遠く離れている。波長変換構成部品は、波長変換構成部品の異なる部分にて異なる量の光輝性材料を有し、光の目視でわかるほど均一な色は、波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいてＬＥＤ照明装置から生成可能である。
【００１４】
異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品からの出射されたＬＥＤ光と比較して出射されたフォトルミネッセンス光の比率を等化するために実装される。波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、異なる方法により実装することができる。一実施形態では、壁厚を変えることを波長変換構成部品について実行する。例えば、波長変換構成部品は、形状が平面的であり、中央部分は、波長変換構成部品の縁部部分より肉厚である。波長変換構成部品は、ドーム状とすることもでき、下壁部分は、波長変換構成部品の中央壁部部分と比較してより肉厚の壁部を含む。
【００１５】
照明装置を実装することもでき、波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品内の光輝性材料の濃度を変えることにより実装される。波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品内の基板上の光輝性材料層の異なる厚さにより実装することもできる。光輝性材料層は、波長変換構成部品にわたり連続ではないパターンで実装することができる。一部の実施形態では、パターンは、光輝性材料層にわたり可変サイズ又は周波数での光輝性材料のドット又は画素の少なくとも１つを含む。
【００１６】
一部の実施形態では、光輝性材料は、受光する波長変換構成部品の部分ではＬＥＤ光のレベルが高いほど多く提供され、光輝性材料は、受光する波長変換構成部品の部分ではＬＥＤ光のレベルが低いほど少なく提供される。
【００１７】
一部の実施形態は、少なくとも１つのＬＥＤからの第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品を対象としており、出射された光は、少なくとも１つのＬＥＤ及び波長変換構成部品の両方からの合波光を含む。異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品の異なる部分にて存在し、光の目視でわかるほど均一な色は、波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいて生成可能である。
【００１８】
波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、異なる方法により実装することができ、かつ、波長変換構成部品から出射されたＬＥＤ光と比較して出射されたフォトルミネッセンス光の比率を等化するためのものである。波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、異なる方法により実装することができる。一実施形態では、壁厚を変えることを波長変換構成部品について実行する。例えば、波長変換構成部品は、形状が平面的であり、中央部分は、波長変換構成部品の縁部部分より肉厚である。波長変換構成部品は、ドーム状とすることもでき、下壁部分は、波長変換構成部品の中央壁部部分と比較してより肉厚の壁部を含む。
【００１９】
照明装置を実装することもでき、波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品内の光輝性材料の濃度を変えることにより実装される。波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、波長変換構成部品内の基板上の光輝性材料層の異なる厚さにより実装することもできる。光輝性材料層は、波長変換構成部品にわたり連続ではないパターンで実装することができる。一部の実施形態では、パターンは、光輝性材料層にわたり可変サイズ又は周波数での光輝性材料のドット又は画素の少なくとも１つを含む。
【００２０】
本発明による波長変換構成部品は、任意の形状を含むことができる。一部の実施形態では、波長変換構成部品は、１：１ではない、例えば、１：１の比率を上回るか又は下回るアスペクト比を有する（ドーム状の外郭構造部など）３次元形状を含む。波長変換構成部品は、平面的な形状を含むこともでき、平面的な形状と混光チャンバとの組み合わせは、１：１ではないアスペクト比に対応する。一部の実施形態では、混光チャンバは、３次元形状を有する波長変換構成部品のために存在し、基板と組み合わせた波長変換構成部品の内部は、混光チャンバを形成する。
【００２１】
波長変換構成部品は、形状が平面的とすることができ、中央部分は、波長変換構成部品の縁部部分より肉厚である。波長変換構成部品は、ドーム状とすることもでき、下壁部分は、波長変換構成部品の中央壁部部分と比較してより肉厚の壁部を有する。
【００２２】
一部の実施形態は、ＬＥＤ照明装置を色調整する方法であって、第１の波長範囲の光を出射するように動作可能な少なくとも１つのＬＥＤを識別することと、少なくとも１つのＬＥＤからの第１の波長範囲の光により励起したときに第２の波長範囲の光を出射するように動作可能である波長変換構成部品を構成することと、を含む、方法を対象としている。ＬＥＤ照明装置から出射された光は、少なくとも１つのＬＥＤ及び波長変換構成部品の両方からの合波光を含み、波長変換構成部品は、少なくとも１つのＬＥＤから遠く離れている。波長変換構成部品は、波長変換構成部品の異なる部分にて異なる量の光輝性材料を実装することにより色調整され、光の目視でわかるほど均一な色は、波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料の少なくとも一部に基づいてＬＥＤ照明装置から生成可能である。
【００２３】
波長変換構成部品の異なる部分での異なる量の光輝性材料は、（ａ）波長変換構成部品について壁厚を変えること、（ｂ）波長変換構成部品内の光輝性材料の濃度を変えること、又は、（ｃ）波長変換構成部品内の基板上の光輝性材料層の厚さを変えることの少なくとも１つにより実装することができる。
【００２４】
少なくとも１つのＬＥＤ及び波長変換構成部品のプロファイルは、異なる量の光輝性材料を波長変換構成部品から出射されたＬＥＤ光と比較して出射されたフォトルミネッセンス光の比率を等化するように構成するために分析される。分析される少なくとも１つのＬＥＤのプロファイルは、発光プロファイルを含み、波長変換構成部品のプロファイルは、波長変換構成部品のための、又は、波長変換構成部品を組み込む混光チャンバのためのアスペクト比を含む。シミュレーションは、少なくとも１つのＬＥＤ及び波長変換構成部品を分析するために実行することができる。波長変換構成部品の物理的サンプルは、色調整を実行するために分析及び調整される。
【００２５】
本発明の態様、物体及び利点の更なる詳細を、以下の詳細な説明、図、及び請求項に記載する。前述の概要及び以下の詳細な説明は、いずれも例示的かつ説明的なものであり、本発明の範囲を限定する意図のものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明をよりよく理解するために、あくまでも一例として、同様の部品を表すために同様の参照番号を使用する添付の図面を参照して、本発明によるＬＥＤに基づく発光デバイス及び蛍光体波長変換構成部品を説明する。
【図１】ＬＥＤ光のための長さが等しくない変換経路を有するＬＥＤ光装置を示す。
【図２】ＬＥＤ光のための長さが等しくない変換経路を有するＬＥＤ光装置を示す。
【図３】ＬＥＤ光のための長さが等しくない変換経路を有するＬＥＤ光装置を示す。
【図４】可変の厚さが色調整を実行するために利用される本発明の実施形態を示す。
【図５】肉厚の壁部を下部及び上部にて有し、肉薄の壁部が中央部分にある波長変換構成部品の構成を示す。
【図６】色調整が構成部品の異なる部分内の蛍光体材料の取り込みを変えることにより行われる代替実施形態を示す。
【図７】波長変換構成部品内の蛍光体が透明基材上の材料の層として蒸着され、色調整が、基材上の蛍光体層の厚さを変えることにより行われる方法を示す。
【図８】ＬＥＤからの青色励起光の変換率を制御するために平面的な波長変換構成部品の厚さｔが調整される実施形態を示す。
【図９Ａ】印刷層厚さは、パターニング方法を使用することにより、又は、異なる蛍光体層厚さを創出するためにパターニングと組み合わされた複数の印刷層を使用することにより制御される実施形態を示す。
【図９Ｂ】印刷層厚さは、パターニング方法を使用することにより、又は、異なる蛍光体層厚さを創出するためにパターニングと組み合わされた複数の印刷層を使用することにより制御される実施形態を示す。
【図１０Ａ】本発明の実施形態に係る遠隔波長変換を利用する発光素子の実施例の図を示す。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態に係る遠隔波長変換を利用する発光素子の実施例の図を示す。
【図１１】一部の実施形態に係る、発光素子を調整する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
上述したように、色の不整合に関する問題は、励起光源から遠隔蛍光体構成部品まで等しくない光路長を有する照明アーキテクチャ内に存在する場合がある。本発明は、蛍光体光変換のための一貫しない光路長にもかかわらず一貫した色を提供する照明アーキテクチャを実装する方法を提供する。
【００２８】
様々な実施形態を図を参照して以下に説明する。図は必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことに注意するべきである。図は、実施形態の説明を促進することを目的としているにすぎず、本発明の網羅的な説明、又は、本発明の範囲を限定するものと意図されているものではないことにも注意するべきである。更に、図示する実施形態は、示す全ての態様又は利点を有する必要があるというわけではない。特定の実施形態に関連して説明する態様又は利点は、必ずしもその実施形態に限定されるというわけではなく、たとえそのように例示されてなくても任意の他の実施形態において実践することができる。また、本明細書を通して「一部の実施形態」又は「他の実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造体、材料又は特性が少なくとも一実施形態内に含められることを意味する。したがって、語句「何らかの実施形態において」、又は、「他の実施形態においては」が本明細書を通して様々な場所で出てきても、必ずしも実施形態の同じ実施形態に言及しているというわけではない。
【００２９】
例示のみを目的とし、具体的に蛍光体材料として具現化される光輝性材料に関して本発明の説明を行う。しかし、本発明は、蛍光体材料又は量子ドットなど、任意のタイプの光輝性材料に適用され得る。量子ドットは、特定の波長又は波長範囲の光を放出するように放射エネルギーによって励起され得る、３つの全ての空間次元において拘束されている励起子を有する物質（例えば半導体）の一部である。この点を踏まえて、本発明は、この点を踏まえて主張されない限り、蛍光体を基本とする波長変換構成部品に限定されるものではない。
【００３０】
先に論じたように、図１は、等しくない経路長による色ずれの諸問題を含む場合がある例示的な照明装置を示す。色のずれの１つの考えられる原因は、発生する青色光変換の性質である。照明装置内で、遠隔蛍光体構成部品１０２とのＬＥＤ  １０４からの青色励起光のそれぞれの連続した衝突で、青色光の一部が、異なる色（例えば、緑色、黄色、又は赤色）の光に、フォトルミネセンスのプロセスにより、吸収及び変換される。励起光が更に遠隔蛍光体構成部品を通るほど、多くの衝突が行われ、励起光源（ＬＥＤ  １０４）からの光に対してより高い割合の蛍光体光が残る。
【００３１】
したがって、図１に示す構成部品のような（例えば、１：１を上回る）アスペクト比が高い構成部品では、基部にて生成された光は、「白色」であり、励起が主として青色光源（ＬＥＤ）に由来することからフォトルミネッセンス光に対して高い割合の青色光を有するからである。青色光は、蛍光体により暖光に変換される。青色光源から更に離れると、照明は、主として「再利用された」光に由来し、その結果、基部での白色から頂部での温白色への外部的な色ずれが発生する。
【００３２】
本発明は、照明装置からの色の一貫した発光を確保するために波長変換構成部品を色調整することによりこの問題を解決する。本発明の実施形態により色調整を実行するために様々な方法を取ることができる。一部の実施形態では、波長変換構成部品の厚さを変えて色調整を実行する。他の実施形態により、蛍光体取り込み及び／又は濃度を構成部品内で変えて色調整を実行することができる。
【００３３】
本発明の実施形態により色調整を実行するために様々な方法を取ることができる。この方法では、遠隔蛍光体構成部品４０２の壁部４０８の厚さが、変換されずに構成部品を通過する青色光のその量に対してフォトルミネッセンス光に変換される励起光源（ＬＥＤ）４０４からの青色光の量を決定する。構成部品４０２上の壁部４０８の厚さを変えることにより、この変換率の調節／調整が可能である。
【００３４】
励起光源４０４近傍では、光は、主として青色ＬＥＤ  ４０４から来る。この領域では、使用される壁部が肉厚であるほど青色光多くをフォトルミネッセンス光に変換する。光がＬＥＤ  ４０４から遠く離れて進むにつれて、多くの青色光がフォトルミネッセンス光に変換される。これに応じて、壁厚が、フォトルミネッセンス光への青色光の変換率を低減し、かつ、それによって、青色光がより容易に構成部品４０２を通過することを可能にするために比例して低減される。壁厚を変えることにより、これにより、青色光：フォトルミネッセンス光の比率の変動が低減され、その結果、構成部品４０２の長さ全体にわたる色発光の均一化が得られる。
【００３５】
したがって、この方法は、効率的でもあり製造が単純でもある、この色ずれの問題の解決策を提供する。この方法は、また、蛍光体を通過するためには、所望の色の光を生成するためほど光が必要ではないことから変換効率を増大させる。
【００３６】
異なる壁厚は、ＬＥＤ光源の出射特性、遠隔蛍光体構成部品のアスペクト比、及び、出射された励起光と蛍光体構成部品の間で発生する予想される相互作用に適合するように調整される。この点を踏まえて、壁厚は、構成部品の長さにわたって一貫した色を達成するのに適切な任意の適切な構成で提供することができる。例えば、この照明アーキテクチャにより、結果的に、青色光の相対的により高い量が、構成部品の頂部部分及び下部部分の両方から出射され、構成部品のそれらの部分での光の寒色化、及び、構成部品の中央部分から出射された暖色化に向うずれが発生するという可能性がある。図５は、より肉厚な壁部を構成部品の下部５０８ａ及び上部５０８ｃにて有し（そうではない場合には相対的により高い比率の青色光が出射される）、より肉薄の壁部を中央部分５０８ｂにおいて有する（そうではない場合には相対的により低い比率の青色光が出射される）波長変換構成部品５０２の構成を示す。その結果は、この照明装置からの色の発光の均一化である。
【００３７】
図６は、色調整が構成部品６０２の異なる部分内の蛍光体材料の取り込みを変えることにより行われる代替実施形態を示す。この方法では、蛍光体を構成する材料内の蛍光体の量及び／又は濃度を、青色光の変換率及び構成部品６０２を通過する青色光の量を制御するように調節する。この実施例では、アスペクト比が１：１を上回ることから、構成部品壁部の下部６０８ａにおける蛍光体材料の濃度は、構成部品６０２の中央部分６０８ｂにおける蛍光体材料の濃度を上回る。部分６０８ｃでの濃度は、その部分からの発光された色が調整される必要があるかどうかに応じて別々に増減することもできる。アスペクト比が１：１を下回る構成では、蛍光体材料の濃度を逆転させることができ、構成部品壁部の下部における濃度は、構成部品の上部における蛍光体材料の濃度を下回る。
【００３８】
図７は、照明装置のために色を調整する取ることができる更に別の方法を示す。この方法では、波長変換構成部品７０２内の蛍光体を透明基材７０２ｂ上の材料７０２ａの層として蒸着し、基材７０２ｂ上の蛍光体層７０２ａの厚さを変えることにより色調整を行う。蛍光体層７０２ａの厚さを、蛍光体材料によりフォトルミネッセンス光に変換される青色光の比率を制御するように調節する。蛍光体層の厚さを変わるために任意の適切な蒸着方法を取ることができる。例えば、技法を印刷技術、噴霧技術、又は、被覆技術の任意の１つを使用して、蛍光体層７０２ａを実装し、かつ、その層の厚さを制御することができる。
【００３９】
この色ずれの問題は、平面的な波長変換構成部品を使用する照明装置においても存在する場合がある。図３は、色ずれが、励起光が蛍光体構成部品の長さにわたって中央のみの光源からでは均一に分散されない為に発生する、中央励起光源を有する幅の広い混光チャンバにわたる平面的な遠隔蛍光体構成部品を示すことを思い出そう。図８は、平面的な波長変換構成部品８０２の厚さｔがＬＥＤ  ８０４から青色励起光の変換率を制御するために調節される、この問題の解決策の実施形態を示す。この例示的な構成では、最高の比率ｋ青色光：フォトルミネッセンス光がそうではない場合には構成部品の中央部分８０８ａから出射される。この点を踏まえて、その中央部分８０８ａでの構成部品の厚さを増大させることにより色調整を行う。これとは対照的に、最低の比率の青色光：フォトルミネッセンス光が、たぶん平面的な構成部品の縁部８０８ｂから出射されることになる。したがって、縁部部分８０８ｂでの構成部品の厚さを減少させることにより色調整を行う。この構成色の勾配のずれを仮定して、中央部分８０８ａから構成部品８０２の縁部部分８０８ｂまで厚さの勾配変化を有することにより調整を行う。この方法を同様に適用して、図２に示す光導体構成の色調整を行うことができる。
【００４０】
平面的かつ光導体の構成の別の考えられる解決策は、基材上の蛍光体層として塗布されたときに蛍光体厚さを制御することである。図９Ａ〜９Ｂに示すように、波長変換構成部品９０２の印刷層厚さは、例えば、パターニング方法９１０ａ又は９１０ｂを使用することにより、又は、異なる蛍光体層厚さを創出するためにパターニングと組み合わされた複数の印刷層を使用することにより制御することができる。光導体では、層がパネル全体にわたり連続である必要がないことがあり得る。その代わりに、画素及び／又はドットを可変のドットサイズにて、かつ、パネルにわたって分散された周波数が得られるように印刷し得る。
【００４１】
図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の実施形態に係る遠隔波長変換を利用する発光素子１０００の実施例の図を示す。素子１０００は、基材１０１２上へ取り付けられるドーム状波長変換構成部品１００２を含む。
【００４２】
一部の実施形態では、基材１０１２は、ＭＣＰＣＢ（金属コアプリント回路基板）を含む。知られているように、ＭＣＰＣＢは、所望の回路構成において電気部品を電気的に接続する、典型的にはアルミニウムである金属コア基部、熱伝導／電気絶縁誘電体層、及び銅製回路層で構成された層状構造体を含む。
【００４３】
ＬＥＤ  １００４は、様々な配置で構成することができる。図１０Ａの実施形態による素子１０００は、単一のＬＥＤ  １００４を含み、一方、図１０Ｂの実施形態に係る素子１０００は、素子１０００の基材１０１２に取り付けられる複数の青色光を出射するＬＥＤ（青色ＬＥＤ）１００４／青色光を出射するＬＥＤ（青色ＬＥＤ）１００４のアレイを含む。ＬＥＤ  １００４は、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）など、任意の適切な固体発光素子を使用して実装することができる。それぞれの固体発光体は、４００〜４６５ｎｍの波長の青色光を生成するように動作可能である１Ｗ  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（インジウムガリウム窒化物／ガリウム窒化物）を基本とするＬＥＤチップなど、窒化ガリウムを基本とする青色光を出射するＬＥＤを含むことができる。一部の実施形態では、ＬＥＤ  １００４は、原理発光軸が照明素子１０００の軸線と平行であるように構成される。
【００４４】
波長変換構成部品１００２は、蛍光体材料を含むことができる。この状況では、波長変換構成部品により生成された発光生成物の色は、蛍光体材料組成及び波長変換構成部品における単位面積当たりの蛍光体材料の量に左右されることになる。
【００４５】
本発明では、波長変換構成部品１００２は、外部の全て（又は一部）にわたる一貫した色発光を生成するために素子１０００の発光特性を調整するように構成される。一部の実施形態では、色調整は、波長変換構成部品１００２について壁部の厚さを変えることにより行われる。例えば、アスペクト比が１：１を上回ることから、構成部品壁部の下部１００８ａにおける蛍光体材料の濃度は、構成部品１００２の中央部分１００８ｂにおける蛍光体材料の濃度を上回るように構成することができる。頂部１００８ｃでの濃度は、その部分からの発光された色が調整される必要があるかどうかに応じて別々に増減することもできる。
【００４６】
代替実施形態では、波長変換構成部品１００２内の蛍光体の濃度が、素子１０００を色調整するように調節される。一部の実施形態では、波長変換構成部品１００２は、光透過基材上に位置する光輝性材料を含む波長変換層を含むことができ、波長変換層の厚さ及び／又は負荷は、色調整を行うように調整される。
【００４７】
波長変換構成部品１００２は、任意の適切な光輝性材料を含み、かつ、例えば、一般組成式がＡ３Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）５又はＡ２Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）４であるケイ酸塩系の蛍光体のような無機又は有機蛍光体を含むことができ、式中、Ｓｉは珪素、Ｏは酸素、Ａはストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はカルシウムを含み、Ｄは塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）又は硫黄（Ｓ）を含む。ケイ酸塩系の蛍光体の例は、米国特許第ＵＳ７，５７５，６９７号（Ｂ２）「Ｓｉｌｉｃａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｇｒｅｅｎ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」、同第ＵＳ７，６０１，２７６号Ｂ２）「Ｔｗｏ  ｐｈａｓｅ  ｓｉｌｉｃａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｙｅｌｌｏｗ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」、同第ＵＳ７，６５５，１５６号（Ｂ２）「Ｓｉｌｉｃａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｏｒａｎｇｅ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」及び同第ＵＳ７，３１１，８５８号（Ｂ２）「Ｓｉｌｉｃａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｙｅｌｌｏｗ−ｇｒｅｅｎ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」に開示されている。蛍光体は、同時係属特許出願第ＵＳ２００６／０１５８０９０号（Ａ１）「Ｎｏｖｅｌ  ａｌｕｍｉｎａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｇｒｅｅｎ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」及び特許第ＵＳ７，３９０，４３７号（Ｂ２）「Ａｌｕｍｉｎａｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｂｌｕｅ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」に教示されているようなアルミネート系の材料、同時係属特許出願第ＵＳ２００８／０１１１４７２号（Ａ１）「Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｏｒａｎｇｅ−ｒｅｄ  ｐｈｏｓｐｈｏｒ」に教示されているようなアルミニウムシリケート蛍光体、又は、同時係属特許出願第ＵＳ２００９／０２８３７２１号（Ａ１）「Ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ｒｅｄ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」及び国際特許出願第ＷＯ２０１０／０７４９６３号（Ａ１）「Ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ｒｅｄ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｉｎ  ＲＧＢ  （ｒｅｄ−ｇｒｅｅｎ−ｂｌｕｅ）  ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ」に教示されているような窒化物系の赤色蛍光体材料もまた含み得る。理解されるように、蛍光体材料は、記載した例に限定されず、窒化物及び／又は硫酸塩蛍光体材料、オキシ窒化物及びオキシ硫酸塩蛍光体、又はガーネット材料（ＹＡＧ）を含む任意の蛍光体材料を含み得る。
【００４８】
波長変換構成部品１００２は、ＬＥＤ  １１２によって生成された青色光λ１）の一部を吸収して、フォトルミネセンスのプロセス（即ち、光をλ２に変換すること）により異なる波長の光に変換するように動作可能である。ＬＥＤ  １００４により生成された青色光λ１の全てが波長変換構成部品１００２により吸収されるというわけではなく、その一部は出射される。したがって、素子１０００の発光生成物は、ＬＥＤ  １００４により生成された波長λ１及び波長変換構成部品１００２により生成された波長λ２の合波光を含む。波長変換構成部品１００２により生成された光は、フォトルミネセンスを介して異なる波長の光へのＬＥＤ光の変換から生じる出射された光を指す。したがって発光生成物のＣＣＴは、ＬＥＤ（λ１）により生成された光のＣＣＴ、及び、波長変換構成部品１００２により生成された光（λ２）のＣＣＴの組み合わせである。色調整は、ＣＣＴの均一化が構成部品の全て又は実質的に全てにわたって提供されるように波長変換構成部品の異なる部分の全体的なＣＣＴを変えるように波長変換構成部品の異なる部分の特性を調節することにより行行われる。
【００４９】
色調整は、特にＬＥＤ光源の出射発光特性、遠隔蛍光体構成部品のアスペクト比及び、出射された励起光と蛍光体構成部品との間で発生する予想される相互作用に対応するために行われる。これらの構成部品の相対特性は、照明装置間で異なる場合があり、その結果、必要に応じて異なる調整構成が必要である。例えば、単一のＬＥＤ青色光源を有する図１０Ａの波長変換構成部品は、複数のＬＥＤ青色光源を有する図１０Ｂの構成と異なるが、構成部品の外部形状は、それぞれの構成について同じである。したがって、たとえ構成の全ての他の態様が同じ又は類似（波長変換構成部品のアスペクト比など）であるとしても、色調整により、結果的に、一貫した色を提供するために必要とされる壁部厚さのレベルは異なる可能性がある。
【００５０】
図１１は、一部の実施形態に係る、発光素子を調整する方法のフローチャートを示す。１１０２にて、照明装置のＬＥＤの性能プロファイルを識別する。このステップでは、例えば、ＬＥＤからの予想された光分布パターンを識別するために極線図を使用することにより、照明装置内で使用された１つ以上のＬＥＤにより生成されるべき予想される発光パターンを識別する。
【００５１】
１１０４にて、波長変換構成部品について物理プロファイルの識別を行う。一部の実施形態では、３次元構成部品について、このステップは、構成部品のアスペクト比及び／又は寸法を識別することにより実行される。２次元構成部品については、このステップは、構成部品の形状及び／又は寸法を識別することにより実行される。
【００５２】
更に、波長構成部品に対するＬＥＤの予想される構成をこの時点で識別することができる。このステップでは、波長変換構成部品に対する１つ以上のＬＥＤの予想される設置を識別する。
【００５３】
次に、１１０６にて、分析を実行して構成部品の異なる部分からの予想される色発光を予測する。一実施形態では、照明装置のモデルを構築して、例えば、光線追跡プログラムを使用して、コンピュータによるシミュレーションを行って、照明装置からの予想される色発光を予測する。
【００５４】
１１０８にて、少なくとも分析結果に基づいて、均一な色発光を提供するように波長変換構成部品を構成する。構成の任意の適切な方法をこのステップについて実行することができる。例えば、照明装置による色発光をバランス調整するように構成部品の壁厚を調節することができる。更なる分析／シミュレーションを実行して、構成の予想されるパフォーマンスが均一な色発光を提供するかどうか判断することができる。
【００５５】
その後、ステップ１１０８からの構成を有するサンプル照明装置を製造する。１１１０にて、照明装置を物理的に試験して、装置が現実の世界の状態において均一な色発光を生成するかどうか判断する。
【００５６】
１１１２にて、調節を行なって設計上の構成を微調整することができる。例えば、壁厚を波長変換構成部品の様々な部分にて拡張及び／又は収縮させることができる。その後、設計を確定すると、製造のための準備が整う。
【００５７】
任意の適切な方法を取って、本発明の照明装置を製造することができる。例えば、射出成形を行って、色調整済み波長変換構成部品を製造することができる。色調整が壁厚を調節することにより実行される実施形態では、射出成形プロセスは、単に構成部品について特定の場所にて所望の厚さを生成する必要があるだけである。色調整が蛍光体濃度を調節することにより実行される実施形態では、構成部品の異なる部品が異なる負荷及び／又は光輝性材料の濃度を有するように構成部品をサンドイッチ射出成形することができる。あるいは、この構成部品成形プロセスは、種々の段階において行うことができ、異なる原料物質及び／又は異なる蛍光体レベルを有する原料物質の組み合わせが、蛍光体材料の異なる濃度を有することを目的とした構成部品の部品を成形するときに提供される。
【００５８】
本明細書では、以上、本発明を特定の実施形態を参照して説明した。しかしながら、様々な修正及び変更を本発明のより広い趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができることが明白であろう。例えば、上述した波長変換構成部品は、特に構成部品の内部及び／又は混光チャンバ内のいかなる光媒体にも言及することなく説明している。実は、本発明は、どこで波長変換構成部品及び／又は混光チャンバの内部が空気又は光媒質で満たされるかを含め、任意の内部の構成と共に適用可能である。したがって、仕様及び図面は、制限的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきである。
【図１】
2015515734.tif 000003
【図２】
2015515734.tif 000004
【図３】
2015515734.tif 000005
【図４】
2015515734.tif 000006
【図５】
2015515734.tif 000007
【図６】
2015515734.tif 000008
【図７】
2015515734.tif 000009
【図８】
2015515734.tif 000010
【図９Ａ】
2015515734.tif 000011
【図９Ｂ】
2015515734.tif 000012
【図１０Ａ】
2015515734.tif 000013
【図１０Ｂ】
2015515734.tif 000014
【図１１】
2015515734.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月3日(2014.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015515734.tif 000016
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2015515734.tif 000017
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2015515734.tif 000018
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015515734.tif 000019
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015515734.tif 000020
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2015515734.tif 000021
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2015515734.tif 000022
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2015515734.tif 000023
【国際調査報告】
2015515734.tif 000024
2015515734.tif 000025