(57)【要約】種々の実施形態において、出射光を生成する照明装置（１００）は、第１の主波長を有する光を生成するように構成された光源（１０２）と、前記光源（１０２）によって生成された光を吸収し、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を出射するように構成された第１の変換器（１０６）と、前記第１の変換器（１０６）から出射された光の一部を吸収することで、前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射するように構成された第２の変換器（１１０）と、を備えている。
2015532501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主波長を有する光を生成するように構成された光源（１０２，２０２，３０２，４０２，５０６，６０６，７０６，８０６）と、
前記光源によって生成された光を吸収し、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を出射するように構成された第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）と、
前記第１の変換器から出射された光の一部を吸収することで前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射するように構成された第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）と、
を備えた出射光を生成する照明装置。
【請求項２】
前記第１の主波長は、青色光のスペクトル範囲にあり、
前記第１の変換器は、前記光源からの光を黄赤色に完全に変換し、
前記第２の変換器は、前記第１の変換器の長波長帯の光または赤外範囲の光を出射し、
前記第１の変換器と前記第２の変換器とが異なる蛍光体を備えている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光の一部は、前記第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）の光パワーの４０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）の光パワーの３０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器の光パワーの２０％までを含んでいる、請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第２の主波長よりも大きな第４の主波長を有する光を出射するように構成されている、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第１の変換器から出射された光の一部を吸収して、前記第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）から出射された光よりも大きなピーク波長を有する光を出射するように構成されている、請求項１から４のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第２の主波長よりも小さな粒子または粒径を有している、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、有機材料を含んでいる、請求項１から６のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、レンズ（２１４，３１４，４１４，５１２，６１２，７１２）をさらに備え、
前記第２の変換器（４１８，６１０）は、前記照明装置の前記レンズ（４１４，６１２）内に含まれ、
前記第２の変換器（３１８，７１４）は、少なくとも部分的に前記照明装置の前記レンズ（３１４，７１２）の周辺に配置されている、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源は、パッケージ（２０６，３０６，４０６）を備えた発光ダイオード素子（２０２，３０２，４０２）を有し、
前記パッケージ（２０６，３０６，４０６）は、前記第２の変換器（２１０）を受容するためのキャビティ（２０８，３０８，４０８）を有している、請求項１から８のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第２の変換器（２１０）は、前記キャビティ（２０８）内に受容されるマトリックス材（２１２）内に含まれている、請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光源は、基板（５０４，６０４，７０４，８０４）上に配置されるチップ（５０６，６０６，７０６，８０６）を含んでいる、請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記第１の変換器（５０８）は、前記チップ（５０６）上に配置され、
および／または、
前記第２の変換器（５１０）は、前記第１の変換器（５０８）上に配置される、
請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第２の変換器（８１０）は、前記チップ（８０６）に対しずらして前記基板（８０４）上に配置されている、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記第３の主波長は、６１５ｎｍ〜６２５ｎｍの範囲にある、請求項１から１３のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
光源（１０２，２０２，３０２，４０２，５０６，６０６，７０６，８０６）によって第１の主波長を有する光を生成し、
前記生成した光を吸収して、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）によって出射し、
前記第１の変換器によって出射された光の一部を吸収して、第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）によって前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射する、
工程を含む、出射光を生成する方法。
【請求項１６】
前記光の一部は、前記第１の変換器の光パワーの４０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器の光パワーの３０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器の光パワーの２０％までを含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）によって出射された光は、前記第２の主波長よりも大きな第４の主波長を有する、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第２の主波長よりも小さな粒子または粒径を有している、請求項１５から１７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、有機材料を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３の主波長は、６１５ｎｍ〜６２５ｎｍの範囲にある、請求項１５から１９のうちいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射光を生成する照明装置、たとえばパッケージを備えた発光ダイオード素子、または、基板（パネル）上に設けた発光ダイオード構造、および出射光を生成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて白色光または他色の光を発生させるため、通常は、狭帯域青色光を出射する半導体チップが使用される。車両ブレーキ灯、車両尾灯、および信号灯用のＬＥＤに対しては、ＬＥＤの半導体チップの上方（しかし光路内）にある赤色変換蛍光体が使用される。典型的には、半導体チップの青色光が完全に変換され、その結果として赤色光のみがこの素子から出射される（完全変換ともいう）。
【０００３】
この完全変換は、通常ＬＥＤの効率ロスを生じさせる。つまり、蛍光体の含有量が高くなければならず、このために散乱ロスが高くなるためである。第２の問題は、通常使用される蛍光体が高帯域出射を有する点にある。最近では、６１０ｎｍよりも大きな主波長をもったＥｕ２＋ドープ型蛍光体で高い変換効率を有するものは市場で入手しがたい。
【０００４】
同様に、飽和赤色度を達成するために（６１５ｎｍよりも大きな主波長）、互いに矛盾する２つの効果が生じ、これが結果的にマイナスに影響するという問題が一般的にある。
【０００５】
比較的長波長の主波長（６１５ｎｍよりも大）をもった赤色色素は、赤色スペクトル帯によっても赤外線スペクトル帯によっても出射する。これによって視力効率が低下する。短波長の赤色蛍光体（６１０ｎｍよりも小さな主波長）を使用する場合には、蛍光体は緑のスペクトル範囲にさらに出射光の高成分を有する。これにより、蛍光体の濃度が高い場合、主波長は短波長方向へシフトし、所望の色範囲は達成されない。
【０００６】
約６００ｎｍ〜約６１５ｎｍ範囲の主波長をもった赤色光を、Ｅｕ２＋ドープ型変換器（Ｅｕ２＋ドープ窒化物、たとえばＣａＡＩＳｉＮ３：Ｅｕ２＋，（Ｂａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋；Ｅｕ２＋ドープ硫化物、Ｅｕ２＋ドープＳｉＡＩＯｎｅおよびＳｉＯＮｅ）を用いて青色光から完全変換により生成するには、変換器がその短波長出射範囲を再度吸収するほどの多くの変換器を使用せねばならない。これにより、狭帯域出射スペクトルが得られるが、この蛍光体の量は完全変換のためだけに必要な蛍光体の量よりも多い。１よりも小さな量子効率（ＱＥ）によって、これは効率ロス（実際にはＱＥ約８０−９０％）を生じさせる。同様に、高い蛍光体濃度は散乱により不利に影響する。
【０００７】
なお、「約」という概念は、特に記載された数値が正確に達成され、或いは、製造公差の範囲で正確に達成されるというように理解されるべきである。すなわち「約」とは特に「製造公差の範囲内で正確に」ということを意味している。
【０００８】
セラミック変換素子も使用しうるが、この場合には再吸収によって効率ロスになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
出射光を生成する照明装置と方法とが種々の実施態様で提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
種々の実施態様によれば、光源と、第１の変換器と、第２の変換器とを備えた出射光を生成する照明装置が提供される。
【００１１】
種々の実施態様では、出射光を生成する照明装置は、第１の主波長を有する光を生成するように構成された光源と、前記光源によって生成された光を吸収し、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を出射するように構成された第１の変換器と、前記第１の変換器から出射された光の一部を吸収することで前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射するように構成された第２の変換器と、を備える。
【００１２】
照明装置の１つの構成では、第１の主波長は青色光のスペクトル範囲にあり、第１の変換器は光源の光を黄赤色へ完全に変換し、第２の変換器は第１の変換器の長波長帯の光または赤外範囲の光を出射する。
【００１３】
この場合、第１の光源の光の黄赤色への完全な変換は、製造公差の範囲内で達成される。すなわち青色光の少なくとも９５％、特に青色光の少なくとも９８％、たとえば青色光の少なくとも９９％が第１の変換器によって変換される。すなわち、青色光は全く存続せず、或いはほとんど存続せずに変換される。特に人間の観察者にとっては、技術的補助手段がなければ、第１の変換器から出射される光の青色成分を認知できない。すなわち、第１の変換器は黄赤色のみを出射し、場合によっては赤外線を出射する。黄赤色は、たとえば、５８０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長を有している。
【００１４】
第２の変換器は、第１の変換器の黄赤色の一部分を吸収する。第２の変換器には特に光源の出射はほとんどまたはまったく当たらず、すなわち青色光は当たらないか、ほとんど当たらない。
【００１５】
第２の変換器は特に第１の変換器の黄赤色の高エネルギー成分を可能な限り完全にまたは完全に吸収する。第２の変換器は特に黄赤色の黄色成分または黄色状成分を完全に吸収する。たとえば、第２の変換器は５８０ｎｍ〜６１５ｎｍ、特に５８０ｎｍ〜６００ｎｍの波長をもった電磁放射線を吸収する。
【００１６】
さらに、第２の変換器赤色光の範囲で電磁放射線を再送出し、たとえば少なくとも６１５ｎｍの波長を有する電磁放射線を再送出する。
【００１７】
このようにして、全体的に、特に純粋な色の赤色光を特に効率的に生成させうる。第２の変換器により、第１の変換器から出射された光のスペクトル中の望ましくない成分（黄色成分または黄色状成分）が吸収され、その後の赤色光の生成または赤外線出射のために利用される。第２の変換器は比較的エネルギーの乏しい光だけで照射されるので、第２の変換器の形成のため、たとえば有機変換器および／または半導体ナノ粒子と接触する変換器が使用されうる。
【００１８】
第１の変換器は、赤色光への完全変換の際に必要な光よりも短波長である光を出射する蛍光体によって形成されるので、一次出射が赤外線出射に変換されるのは少なく、このことは照明装置の効率をさらに向上させる。
【００１９】
この場合、第１の変換器と第２の変換器とは異なる蛍光体により形成されている。たとえば、第１の変換器はセラミック蛍光体により形成され、第２の変換器は有機蛍光体により形成されている。
【００２０】
１つの構成では、前記光の一部は、第１の変換器の光パワーの約４０％までを含んでいてよい。
【００２１】
１つの構成では、前記光の一部は、第１の変換器の光パワーの約３０％までを含んでいてよい。
【００２２】
１つの構成では、前記光の一部は、第１の変換器の光パワーの約２０％までを含んでいてよい。
【００２３】
１つの構成では、前記光の一部は、第１の変換器の光パワーの約１０％までを含んでいてよい。
【００２４】
１つの構成では、前記光の一部は、第１の変換器の光パワーの約５％までを含んでいてよい。
【００２５】
１つの構成では、第２の変換器は、第２の主波長よりも大きな第４の主波長を有する光を出射するように構成されてもよい。
【００２６】
１つの構成では、第２の変換器は、第１の変換器から出射された光の一部を吸収して、第１の変換器から出射された光よりも大きなピーク波長を有する光を出射するように構成されてもよい。
【００２７】
１つの構成では、第２の変換器は第２の主波長よりも小さな粒子または粒径を有している。
【００２８】
１つの構成では、第２の変換器は有機材料を含んでいる。
【００２９】
１つの構成では、第２の変換器は照明装置のレンズ内に含まれてもよい。
【００３０】
１つの構成では、第２の変換器は少なくとも部分的に照明装置のレンズの周辺に配置されていてよい。
【００３１】
１つの構成では、光源はパッケージを備えた発光ダイオード素子を有し、パッケージは第２の変換器を受容するためのキャビティを有してもよい。
【００３２】
１つの構成では、第２の変換器は、キャビティ内に受容されるマトリックス材内に含まれてもよい。
【００３３】
１つの構成では、光源は、基板上に配置されるチップを含んでもよい。
【００３４】
１つの構成では、第１の変換器はチップ上に配置されてもよい。
【００３５】
１つの構成では、第２の変換器は第１の変換器上に配置されてもよい。
【００３６】
１つの構成では、第２の変換器はチップに対しずらして基板上に配置されてもよい。
【００３７】
１つの構成では、第２の変換器は光源および第１の変換器とは別個の構成要素として形成されていてよい。
【００３８】
１つの構成では、第３の主波長は約６１５ｎｍ〜約６２５ｎｍの範囲にあってよい。
【００３９】
１つの構成では、第１の変換器は、約５８０ｎｍないし約６５０ｎｍの波長範囲の光を出射するように構成されてもよい。
【００４０】
１つの構成では、第２の主波長は６１０ｎｍよりも小さくてよい。
【００４１】
出射光を生成するための方法が種々の実施態様で提供される。この方法は以下の構成を有していてよい。すなわち、光源によって第１の主波長を有する光を生成し、当該生成した光を吸収して、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を第１の変換器によって出射し、前記第１の変換器によって出射された光の一部を吸収して、第２の変換器によって前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射する工程を含む。
【００４２】
１つの構成では、前記光の一部は第１の変換器の光パワーの約４０％までを含んでいてよい。
【００４３】
１つの構成では、前記光の一部は第１の変換器の光パワーの約３０％までを含んでいてよい。
【００４４】
１つの構成では、前記光の一部は第１の変換器の光パワーの約２０％までを含んでいてよい。
【００４５】
１つの構成では、前記光の一部は第１の変換器の光パワーの約１０％までを含んでいてよい。
【００４６】
１つの構成では、前記光の一部は第１の変換器の光パワーの約５％までを含んでいてよい。
【００４７】
１つの構成では、第２の変換器によって出射された光は、第２の主波長よりも大きな第４の主波長を有してもよい。
【００４８】
１つの構成では、第１の変換器から出射された光の一部を第２の変換器により吸収して、第１の変換器から出射された光よりも大きなピーク波長を有する光を出射してもよい。
【００４９】
１つの構成では、第２の変換器は第２の主波長よりも小さな粒子または粒径を有していてよい。
【００５０】
１つの構成では、第２の変換器は有機材料を含んでもよい。
【００５１】
１つの構成では、第３の主波長は約６１５ｎｍ〜約６２５ｎｍの範囲にあってよい。
【００５２】
１つの構成では、第１の変換器は約５８０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長範囲の光を出射しうる。
【００５３】
１つの構成では、第２の主波長は約６１０ｎｍよりも小さくてよい。
【００５４】
少なくともいくつかの実施形態は、約６１５ｎｍ〜約６２５ｎｍの範囲の主波長を有する赤色スペクトル／赤色変換されたスペクトルが得られる点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施形態に係る出射光を生成する照明装置の図である。
【図２】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図３】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図４】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図５】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図６】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図７】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図８】他の実施形態に係る出射光を生成する照明装置の横断面図である。
【図９】青色光を出射する半導体チップとこれを完全に赤色光に変換する変換器とから構成される従来の赤色ＬＥＤと、第１実施形態に係る出射光を生成する照明装置とを比較した、測定スペクトルを示す図である。
【図１０】青色光を出射する半導体チップとこれを完全に赤色光に変換する変換器とから構成される従来の赤色ＬＥＤと、第１実施形態に係る出射光を生成する照明装置とをさらに比較した、測定スペクトルを示す図である。
【図１１】青色光を出射する半導体チップとこれを完全に赤色光に変換する変換器とから構成される従来の赤色ＬＥＤと、第１実施形態に係る出射光を生成する照明装置とをさらに比較した、測定スペクトルを示す図である。
【図１２】青色光を出射する半導体チップとこれを完全に赤色光に変換する変換器とから構成される従来の赤色ＬＥＤと、実施形態に係る出射光を生成する照明装置との色配置ずれ（カラーロケーションシフト）の比較例を示す図である。
【図１３】青色光を出射する半導体チップとこれを完全に赤色光に変換する変換器とから構成される従来の赤色ＬＥＤと、実施形態に係る出射光を生成する照明装置との色配置ずれ（カラーロケーションシフト）の比較例を示す図である。
【図１４】ＥＣＥ規格とＥＮ１２３６８（信号灯規格）とが示された色配置グラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態が図面に図示されており、以下に詳細に説明する。
１つの実施形態では、青色半導体チップからの光が赤色蛍光体を用いて完全変換される。その後の光路内には第２の変換器がある。この第２の変換器は第１の変換器の出射光の短波長範囲に吸収性を有する。さらに、第２の変換器は第１の変換器の長波長帯に出射性を有する。または、第２の変換器は、たとえば第１の変換器の主波長よりも大きな主波長を有する赤外範囲に出射性を有する。従って、第２の変換器は、第１の変換器の短波長の出射光の一部を吸収することで、出射光の主波長を長波方向にシフトさせる点で有利である。加えて、第２の変換器の出射光は主波長の長波長方向へのシフトにも、ピーク波長（すなわち最大強度を有する波長）の長波長方向へのシフトにも寄与でき、第１の変換器による集中増大による同一波長シフトに比べて全効率をさらに増大させることができる点で有利である。
【００５７】
種々の実施形態において、主波長とは、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光装置の色調を人間の眼がどのように知覚するかを説明するためものとして理解される。主波長は主波長、重心波長、または支配的な波長と表わすこともできる。
【００５８】
有利には、第２の変換器は有機変換器である。有機変換器の粒子または粒径は、通常は光の波長よりもかなり小さい。これによって散乱ロスがなくなるので、またはわずかになる点で有利である。通常は、有機変換器は、短波長可視光による放射と比較して、すなわち、たとえば約４２０ｎｍ〜約５４０ｎｍの範囲内の光をもった出射に比較して安定性が低い。これらの波長は約２．３−３．１ｅＶのエネルギーに相当しており、このことは、重炭素結合（たとえば炭素・炭素結合または炭素・ハロゲン結合；２２０−３５０ｋＪ／ｍｏｌ）のオーダーにあり、よってこれを光化学的に破壊することがある。
【００５９】
青色半導体チップから出射された光を第１の変換器を用いて完全変換することにより、実施形態では、第２の変換器は約５８０ｎｍ〜約６５０ｎｍの範囲の光だけで照射される。これにより、有機変換器を用いても照明装置の高安定性を達成できる点で有利である。
【００６０】
図１に示した実施形態に係る照明装置１００は、青色光源１０２を備え、青色光源は第１の主波長を有する光１０４を生成し、たとえば約３８０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲の第１の主波長を有する光１０４を生成する。照明装置１００は、さらに第１の変換器１０６を備え、第１の変換器は光源によって生成した光１０４を吸収するとともに、第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光１０８を出射する。他の実施形態では、第２の主波長は、約５８０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲であってもよく、たとえば約５８０ｎｍ〜約６１０ｎｍの範囲、たとえば約６００ｎｍ〜約６１０ｎｍの範囲であってもよい。
【００６１】
さらに、照明装置１００は、第２の変換器１１０を備えている。第２の変換器は、第１の変換器から出射された光１０８の短波長成分を吸収し、吸収した光に比べて高い波長の光１１２を出射するように構成されている。たとえば、第２の変換器１１０は、第１の変換器の主波長よりも大きな主波長を有している。
【００６２】
その他の実施形態では、吸収した光の一部は、第１の変換器１０６の光パワーの約４０％まで、有利には約３０％まで、さらに有利には約２０％まで、さらに有利には約１０％まで、優先的には約５％までを含みうる。吸収した光パワーの量は、たとえば以下のパラメータのうちの１つまたは複数によって制御できる。
【００６３】
変換材料を含んだ媒体を通る光路の長さ、光材料の濃度、選択した変換材料のモル吸光係数（ランベールの法則）。
【００６４】
吸光係数も波長に依存していてもよく、すなわち吸収した光パワーの量は発光と吸光との重ね合わせから得られる。同様に、モル吸光係数は媒体の誘電率に依存してもよい。
【００６５】
照明装置１００によって生成される全光１１４の主波長は、第１の変換器１０６により吸収されなかった光成分１０８と第２の変換器１１０から出射される光１１２の重ね合わせから得られ、約６１５ｎｍ〜約６２５ｎｍの範囲にあってよい。有利には、光１１４の主波長もピーク波長も第１の変換器１０６から出射される光１０８に対し長波長方向にシフトされている。
【００６６】
たとえば、第１の変換器から出射された光の一部分のみを吸収する場合には、これを達成できない。
【００６７】
図２に示した実施形態に係る照明装置２００は、光源２０２を備えている。光源は、青色半導体チップ２０４とパッケージ（ハウジングともいう）２０６とを備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）要素を備えている。パッケージ２０６は第２の変換器２１０を受容するためのキャビティ２０８を有している。
【００６８】
この実施形態では、完全変換を行なうため、または、ほぼ完全変換を行なうため（有利には約５％よりも小さなスペクトルの青色成分）、第１の変換器２１６は半導体チップ２０４上に設けられている。第１の変換器２１６は、たとえば層移行、ボリュームキャスティング、電気泳動析出または噴射被覆（スプレイコーティング）によって半導体チップ２０４上に設けられてもよい。
【００６９】
第２の変換器２１０は、キャビティ２０８内で受容されているマトリックス材２１２に含まれていてよい。レンズ２１４は、キャビティ２０８の領域に位置するようにパッケージ２０６上に搭載されていてよい。この実施形態では、キャビティ２０８はマトリックス材２１２により鋳造されている。レンズ２１４はたとえば接着材（たとえばシリコーン）によって第２の変換器２１０上に搭載されていてよい。他の実施形態では、レンズ２１４は滴下形成されることが可能で、表面張力によってレンズ形状が形成される。他の実施形態では、レンズ２１４はモールディングまたはキャスティングのような成形方法によって形成されうる。
【００７０】
ボリュームキャスティング以外の構成物の場合、このマトリックスは第２の変換器（たとえば有機変換器または半導体ナノ粒子）を含んでもよい。ボリュームキャスティングの場合、第１の変換器と第２の変換器との分離の保証が確実ではない可能性がある。
【００７１】
図３に示した実施形態に係る照明装置３００は、光源３０２を備えている。光源は、青色半導体チップ３０４とパッケージ３０６とを備えた発光ダイオード素子を有している。マトリックス材３１２はパッケージ３０６のキャビティ３０８内に受容されている。この実施形態では、キャビティ３０８にはマトリックス材３１０が注封されている。レンズ３１４は、キャビティ３０８の領域に位置するようにパッケージ３０６上に搭載されていてよい。
【００７２】
この実施形態では、第１の変換器３１６は半導体チップ３０４上に搭載され、完全変換を行なうため、または、ほぼ完全変換（有利には約５％よりも小さなスペクトルの青色成分）を行なうように構成されている。第１の変換器３１６は、半導体チップ３０４上にたとえば層移行（レイヤートランスポート）、ボリュームキャスティング、電気泳動析出または噴射被覆（スプレイコーティング）によって搭載されていてよい。
【００７３】
第２の変換器３１８は、図３に示した実施形態のように、少なくとも部分的にレンズ３１４のまわりに配置され、または、レンズ３１４を実質的に完全に取り囲んでいる。この実施形態では、第２の変換器３１８の材料はシェルの形態でレンズ３１４のまわりに装着され、たとえばモールディングされている。
【００７４】
図４に示した照明装置４００の実施形態は、光源４０２を備えている。光源は、青色半導体チップ４０４とパッケージ４０６とを備えた発光ダイオード素子を含んでいる。マトリックス材４１２はパッケージ４０６のキャビティ４０８内に受容されている。この実施形態では、キャビティ４０８にマトリックス材４１０が注封されている。レンズ４１４は、キャビティ４０８の領域に位置するようにパッケージ４０６上に搭載されていてよい。
【００７５】
この実施形態では、第１の変換器４１６は半導体チップ４０４上に搭載され、完全変換を行なうため、または、ほぼ完全変換（有利には約５％よりも小さなスペクトルの青色成分）を行なうように構成されている。第１の変換器４１６は、半導体チップ４０４上にたとえば層移行（レイヤートランスポート）、ボリュームキャスティング、電気泳動析出または噴射被覆（スプレイコーティング）によって搭載されていてよい。第２の変換器４１８の材料はレンズ４１４内に含まれている。
【００７６】
図５に示した実施形態に係る照明装置５００は、光源を備えている。光源は、基板５０４上に配置された青色半導体チップ５０６（たとえば発光ダイオードチップ）を含んでいる。第１の変換器５０８はチップ５０６上に配置され、第２の変換器５１０は第１の変換器５０８上に配置されている。レンズ５１２は第２の変換器５０８上に配置されていてよい。第１の変換器５０８は、完全変換を行なうため、または、ほぼ完全変換を行なうため、たとえば層移行（レイヤートランスポート）、電気泳動析出または噴射被覆（スプレイコーティング）を用いて基板５０４上に搭載されうる。レンズ５１２はたとえば基板５０４上にモールディングされてもよい。
【００７７】
図６に示した実施形態に係る照明装置６００は、光源を備える。光源は、基板６０４上に配置された青色半導体チップ６０６（たとえば発光ダイオードチップ）を有している。第１の変換器６０８はチップ６０６上に配置され、レンズ６１２は第１の変換器６０８上に配置されていてよい。第２の変換器６１０の材料はレンズ６１２のなかに含まれていてよい。
【００７８】
図７に示した実施形態に係る照明装置７００は、光源を備える。光源は、基板７０４上に配置された青色半導体チップ７０６（たとえば発光ダイオードチップ）を有している。第１の変換器７０８はチップ７０６上に配置され、レンズ７１２は第１の変換器７０８上に搭載または配置されていてよい。第２の変換器７１４は、図７に示した実施形態のように、少なくとも部分的にレンズ７１２のまわりに配置され、または、レンズ７１２を実質的に完全に取り囲んでいる。この実施形態では、第２の変換器７１４の材料はシェルの形態でレンズ７１２のまわりに装着され、たとえばモールディングされている。
【００７９】
図８に示した実施形態に係る照明装置８００は、光源を備えている。光源は、基板８０４上に配置された青色半導体チップ８０６（たとえば発光ダイオードチップ）を有している。第１の変換器８０８は半導体チップであるチップ８０６上に配置され、第２の変換器８１０は、半導体チップ８０６に対し横方向にずらして、基板８０４上に配置されている。これは、第２の変換器８１０を効率的に冷却できる点で有利である。１実施形態では、基板８０４はたとえば銀から成り、銀は高い反射性を有するとともに、良好な伝熱性を有する。有利には、基板は、たとえば銀基板は、ＬＥＤパッケージの下面に設けた冷却体（たとえば銅から成る）に連結されていてよい。
【００８０】
図５ないし図８を参照して前述した実施形態に係る基板（パネル）としては、たとえばセラミック基板を使用できる。レンズ材料はたとえばシリコーンである。基板はたとえば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または酸化イットリウムアルミニウムから形成されてもよい。
【００８１】
上述の実施形態のレンズ材料としては、たとえば以下の材料を有利に使用できる。
【００８２】
ポリアクリラート、ポリオレフィン（たとえば高密度または低密度のポリエチレン（ＰＥ）、またはポリプロピレン（ＰＰ））、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエステル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド、たとえばポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、シリコーン、エポキシ樹脂、または液晶ポリマー（liquid crystalline polymer, LCP）。
【００８３】
他のいくつかの実施形態では、第２の変換器は光源および第１の変換器とは別個の構成要素として形成されてもよい。これにより、第２の変換器はいわゆるリモートアタッチメントで使用可能になる。
【００８４】
青色範囲および白色範囲のポンプ波長をもった有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の場合であってもこれらの実施形態は可能であり、たとえば第１の変換器がポンプ波長として青色および白色を有する有機発光ダイオード、そして第２の変換器がダイレクトな赤色−赤色変換のための赤色を有する有機発光ダイオードの場合においてもこれらの実施形態は可能である。
【００８５】
説明した実施形態では、第１の変換器は、たとえば約５８０ｎｍ〜約６５０ｎｍの範囲の光を、たとえば約６１０ｎｍよりも小さな主波長を有する光を出射するように構成されてもよい。照明装置から出射／変換される全ての光は、たとえば約６１０ｎｍ〜約６２５ｎｍの範囲の主波長を有してもよい。第２の変換器は、たとえば約５７５ｎｍ付近の吸収最大値を有していてもよい。１実施形態では、第１の変換器からの光は約６０６ｎｍの主波長を有し、出射／変換される全ての光の主波長は約６１２ｎｍであってよい。
【００８６】
図９は、Ｅｕ２＋ドープ変換器によって完全変換またはほぼ完全変換を行なった従来の赤色ＬＥＤ（曲線９００）と、第２の変換器を備えた実施形態に係る照明装置（曲線９０２）とを比較した測定スペクトルを示している。図９から把握されるように、第２の変換器は出射光の赤色シフトを達成するとともに、同時に帯域幅を減少させうる点で有利である。第２の変換器により、出射光９００の短波長範囲の光９０４が吸収され、出射光９００の長波長帯の光９０６が出射される。これにより、出射光９０２の主波長もピーク波長も出射光９００に対し長波長方向にシフトされている。第２の変換器がなければ（曲線９００）、主波長は約６０６ｎｍであり、ピーク波長は約６２７ｎｍである。第２の変換器を用いると（曲線９０２）、主波長は約６１２ｎｍであり、ピーク波長は約６２９ｎｍとなる。
【００８７】
図１０は、Ｅｕ２＋ドープ変換器によって完全変換またはほぼ完全変換を行なった従来の赤色ＬＥＤ（曲線１０００）と、第２の変換器を備えた実施形態に係る照明装置（曲線１００２）との別の比較の測定スペクトルを示している。図９と比較して、第１の変換器はより低い濃度を有している。同様に第２の変換器は出射光の赤色シフトを達成でき、同時に帯域幅を減少させている。第２の変換器がなければ（曲線１０００）、主波長は約６０５ｎｍであり、ピーク波長は約６１９ｎｍである。第２の変換器を用いると（曲線１００２）、主波長は約６１１ｎｍであり、ピーク波長は約６２６ｎｍである。
【００８８】
図９および図１０のＥｕ２＋ドープ変換器は、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８燐光体（Ｅｕ２＋の含有量は有利には約０．５−１５％、特に有利には約２−８％）である。この燐光体は、図９では、ボリュームキャスティングで約３２％の蛍光体の濃度で使用され（パッケージ内での光路は約０．４ｍｍ）、図１０では、ボリュームキャスティングにより約２５％で使用される。第２の変換器はLumogen red 305 Fであり、たとえばＢＡＳＦで入手可能である。約４ｍｇを約２０ｇのシリコーンに溶解させた。これは約０．１ｇ／ｌの濃度に相当しており、光路が約１．５ｍｍの場合、約０．００１−約０．１ｇ／ｌの濃度は、たとえば種々の実施形態で利用できる。
【００８９】
図１１は、Ｅｕ２＋ドープ変換器によって完全変換またはほぼ完全変換を行なった従来の赤色ＬＥＤ（曲線１１００）と、第２の変換器を備えたいくつかの実施形態に係る照明装置（曲線１１０２，１１０４，１１０６）との別の比較の測定スペクトルを示している。曲線１１００に対しては約６０４ｎｍの主波長を測定し、他方曲線１１０２，１１０４，１１０６に対してはそれぞれ約６１０ｎｍ、約６０７ｎｍ、約６０８ｎｍの主波長を測定した。
【００９０】
曲線１１００に対してはピーク波長を測定し、すなわち最高強度を有した約６２４ｎｍの波長を測定し、他方曲線１１０２，１１０４，１１０６に対してはそれぞれ約６２８ｎｍ、約６２９ｎｍ、約６２７ｎｍの主波長を測定した。曲線１１０２，１１０４，１１０６の実施形態での第２の変換器の材料は、略同一の層厚のBASF Lumogen F Rot 305であった。
【００９１】
図１２は、ただ１つの変換器だけで完全変換またはほぼ完全変換を行なった従来の赤色ＬＥＤのカラーロケーション（色配置）シフトと、第２の変換器を備えたいくつかの実施形態に係る照明装置のカラーロケーション（色配置）シフトとを比較したいくつかの例を示している。
【００９２】
図１３は、ただ１つの変換器だけで完全変換またはほぼ完全変換を行なった従来の赤色ＬＥＤのカラーロケーションシフトと、第２の変換器を備えたいくつかの実施形態に係る照明装置のカラーロケーションシフトとの別の比較のいくつかの例を示している。これらの例では、図１２に比べて、第１の変換器はより低い濃度を有している。
【００９３】
図１２および図１３と図１４とを比較から明らかなように、図１２および図１３にグループ１２００と１３００で表示した個々の実施形態の測定値は、信号灯規格１４００（ＥＮ１２３６８）内にも、ＥＣＥ規格１４０２内にもある。これに対して、図１２および図１３でグループ１２０４と１３０４で表示した１つの変換器のみを用いたＬＥＤの測定値は、信号灯規格１４００とＥＣＥ規格１４０２に達していない。
【００９４】
説明したいくつかの実施形態には以下の１つまたは複数の利点があり、有利である。
【００９５】
・約６１５ｎｍないし約６２５ｎｍの範囲に主波長をもつ変換スペクトルが得られる。
【００９６】
・エネルギーに乏しい光子（赤色）の２回目の変換により、通常の青色光の変換では必要な安定性を有しないような変換材料を使用できる（たとえば有機変換器、半導体ナノ粒子等）。これらの材料は、粒径の点で、明らかに可視光の波長未満であるため、更なる散乱ロスにはならない。
【００９７】
・第１の変換器は、２回目のコンバートを必要としない場合よりもより短い波長の光を出射する。これにより赤外範囲の出射が少なくなる。
【００９８】
・約６１５ｎｍ〜約６２５ｎｍの範囲の主波長を有する変換スペクトルを得ることができる。
【００９９】
・たとえば単一燐光体システムによる場合よりも高い全効率を達成できる。
【０１００】
・スペクトルはより幅狭になるため、改善された色飽和度が達成される。より純粋な赤の色調が得られる。
【０１０１】
温度の上昇の際に材料系に応じて生じるカラーロケーションシフトは、第２の変換器によって補償でき、または、少なくとも低減できる。いくつかの変換器は、たとえば燐光体は、温度が比較的高ければ黄色の方向にシフトする。さらに、温度が比較的高ければそれほど強く変換されない。第２の変換器、たとえば燐光体により、より多くの光が吸収されて再び赤色へ変換されるので、黄色方向へのシフト（イエローシフト）を阻止できる。さらに、かなり発生する青色光の残量は第２の変換器によって吸収できる。さもなければ、高温時に、所望の色範囲が得られないことになる。
【０１０２】
説明したいくつかの実施形態に係る第１の変換器に対する可能な且つ制限を受けない材料は、Ｅｕ２＋ドープ変換器であり、たとえばＥｕ２＋ドープ窒化物、たとえばＣａＡＩＳｉＮ３：Ｅｕ２＋，（Ｂａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋；Ｅｕ２＋ドープ硫化物、Ｅｕ２＋ドープＳｉＡＩＯＮｅおよびＳｉＯＮｅである。
【０１０３】
説明したいくつかの実施形態に係る第２の変換器に対する可能且つ制限を受けない材料は、有機染料および発光染料であり、たとえば以下の物質類である。
【０１０４】
アクリジン染料、アクリドン染料、アントラキノン染料、アントラセン染料、シアニン染料、ダンシル染料、スクアリリウム染料、スピロピラン、ボロンジピロメテン（ＢＯＤＩＰＹ）、ペリレン、ピレン、ナフタレン、フラビン、ピロール、ポルフィリン、およびこれらの金属錯体、ジアリールメタン染料、トリアリールメタン染料、ニトロおよびニトロソ染料、フタロシアニン染料、および以下の金属錯体、すなわちフタロシアニン、キノン、アゾ染料、インドフェノール染料、オキサジン、オキサゾン、チアジンおよびＴｈｉａｚｏｉｅ、キサンテン、フルオレン、フルロン、ピロニン、ローダミン、クマリンの金属錯体。
【０１０５】
有利な有機材料は、たとえばペリレンイミドおよびペリレンカルボン酸塩である。
【０１０６】
本発明は、いくつかの実施形態に対する説明によって、これらの実施形態に限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規な構成要件およびこれら構成要件の組み合わせを含むものであり、構成要件またはその組み合わせ自体が特許請求の範囲および実施形態に明確に記載されていなくとも、特に特許請求の範囲の構成要件のいかなる組み合わせを含むものである。
【符号の説明】
【０１０７】
１００：照明装置
１０２：光源
１０４：光
１０６：第１の変換器
１０８：光
１１０：第２の変換器
１１２：光
１１４：全光
【図１】
2015532501.tif 000003
【図２】
2015532501.tif 000004
【図３】
2015532501.tif 000005
【図４】
2015532501.tif 000006
【図５】
2015532501.tif 000007
【図６】
2015532501.tif 000008
【図７】
2015532501.tif 000009
【図８】
2015532501.tif 000010
【図９】
2015532501.tif 000011
【図１０】
2015532501.tif 000012
【図１１】
2015532501.tif 000013
【図１２】
2015532501.tif 000014
【図１３】
2015532501.tif 000015
【図１４】
2015532501.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月22日(2015.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主波長を有する光を生成するように構成された光源（１０２，２０２，３０２，４０２，５０６，６０６，７０６，８０６）と、
前記光源によって生成された光を吸収し、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を出射するように構成された第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）と、
前記第１の変換器から出射された光の一部を吸収することで前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射するように構成された第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）と、
を備え、
前記第１の主波長は、青色光のスペクトル範囲にあり、
前記第１の変換器は、前記光源からの光を黄赤色に完全に変換し、
前記第２の変換器は、前記第１の変換器の長波長帯の光または赤外範囲の光を出射し、
前記第１の変換器と前記第２の変換器とが異なる蛍光体を備えている、出射光を生成する照明装置。
【請求項２】
前記黄赤色は、５８０ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長を有する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光の一部は、前記第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）の光パワーの４０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）の光パワーの３０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器の光パワーの２０％までを含んでいる、請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第２の主波長よりも大きな第４の主波長を有する光を出射するように構成されている、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第１の変換器から出射された光の一部を吸収して、前記第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）から出射された光よりも大きなピーク波長を有する光を出射するように構成されている、請求項１から４のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第２の主波長よりも小さな粒子または粒径を有している、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、有機材料を含んでいる、請求項１から６のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、レンズ（２１４，３１４，４１４，５１２，６１２，７１２）をさらに備え、
前記第２の変換器（４１８，６１０）は、前記照明装置の前記レンズ（４１４，６１２）内に含まれ、
前記第２の変換器（３１８，７１４）は、少なくとも部分的に前記照明装置の前記レンズ（３１４，７１２）の周辺に配置されている、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源は、パッケージ（２０６，３０６，４０６）を備えた発光ダイオード素子（２０２，３０２，４０２）を有し、
前記パッケージ（２０６，３０６，４０６）は、前記第２の変換器（２１０）を受容するためのキャビティ（２０８，３０８，４０８）を有している、請求項１から８のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第２の変換器（２１０）は、前記キャビティ（２０８）内に受容されるマトリックス材（２１２）内に含まれている、請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光源は、基板（５０４，６０４，７０４，８０４）上に配置されるチップ（５０６，６０６，７０６，８０６）を含んでいる、請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記第１の変換器（５０８）は、前記チップ（５０６）上に配置され、
および／または、
前記第２の変換器（５１０）は、前記第１の変換器（５０８）上に配置される、
請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第２の変換器（８１０）は、前記チップ（８０６）に対しずらして前記基板（８０４）上に配置されている、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記第３の主波長は、６１５ｎｍ〜６２５ｎｍの範囲にある、請求項１から１３のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
光源（１０２，２０２，３０２，４０２，５０６，６０６，７０６，８０６）によって第１の主波長を有する光を生成し、
前記生成した光を吸収して、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）によって出射し、
前記第１の変換器によって出射された光の一部を吸収して、第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）によって前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射する、
工程を含み、
前記第１の主波長は、青色光のスペクトル範囲にあり、
前記第１の変換器は、前記光源からの光を黄赤色に完全に変換し、
前記第２の変換器は、前記第１の変換器の長波長帯の光または赤外範囲の光を出射し、
前記第１の変換器と前記第２の変換器とが異なる蛍光体を備えている、出射光を生成する方法。
【請求項１６】
前記光の一部は、前記第１の変換器の光パワーの４０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器の光パワーの３０％までを含み、好ましくは前記第１の変換器の光パワーの２０％までを含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）によって出射された光は、前記第２の主波長よりも大きな第４の主波長を有する、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、前記第２の主波長よりも小さな粒子または粒径を有している、請求項１５から１７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）は、有機材料を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３の主波長は、６１５ｎｍ〜６２５ｎｍの範囲にある、請求項１５から１９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
第１の主波長を有する光を生成するように構成された光源（１０２，２０２，３０２，４０２，５０６，６０６，７０６，８０６）と、
前記光源によって生成された光を吸収し、前記第１の主波長よりも大きな第２の主波長を有する光を出射するように構成された第１の変換器（１０６，２１６，３１６，４１６，５０８，６０８，７０８，８０８）と、
前記第１の変換器から出射された光の一部を吸収することで前記第２の主波長よりも大きな第３の主波長を有する光を出射するように構成された第２の変換器（１１０，２１０，３１８，４１８，５１０，６１０，７１４，８１０）と、
を備え、
前記第２の主波長は、６１０ｎｍよりも小さく、
前記第２の変換器は、前記第１の主波長の光により実質的に照射されない有機変換器であり、
前記第１の主波長の光の少なくとも９５％が第１の変換器によって変換される、出射光を生成する照明装置。
【国際調査報告】
2015532501.tif 000017
2015532501.tif 000018
2015532501.tif 000019
2015532501.tif 000020
2015532501.tif 000021
2015532501.tif 000022