(57)【要約】青色のＬＥＤ等の単一波長の光源を白色光へと変換するための２つの部分からなるデバイスおよび方法を提供する。分離可能な拡散器光コンバータは、プリント基板の基板上に提供された複数の青色のＬＥＤ等の指向性の光源に近接して提供される。平坦な例においては、赤色および緑色の蛍光体は、ガラスまたはアクリルの拡散器の内側表面に適用される、ポリマー、シリコンゴム、またはエポキシのキャリアに提供される。拡散器は、ガラス、アクリル、ポリカーボネート、またはセラミック等の透明または半透明の材料である。拡散器は、光源に近接し、取外し可能に支持される。拡散器光コンバータは、その蛍光体の性質に対して選択されてよく、かつ拡散器の材料または蛍光体の層が劣化した場合に取替えられてよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性の光源２００と、
前記指向性の光源に近接し、取外し可能に保持される、分離可能な拡散器光コンバータ２２０と
を備える白色の光源であって、
前記分離可能な拡散器光コンバータ２２０は、
内側表面１３２および外側表面１３４を有する拡散器１３０と、
前記拡散器の前記内側表面上に提供される蛍光体１４０の第１の層と
を備え、前記蛍光体の第１の層は、前記指向性の光源と前記拡散器との間に配置される、白色の光源。
【請求項２】
前記指向性の光源は単一波長の光源１２０である、請求項１に記載の白色の光源。
【請求項３】
前記単一波長の光源は基板１１０上に提供された複数の青色のＬＥＤである、請求項２に記載の白色の光源。
【請求項４】
前記基板はプリント基板１１０である、請求項３に記載の白色の光源。
【請求項５】
前記単一波長の光源は少なくとも１つの緑色、オレンジ色、または赤色のＬＥＤである、請求項１に記載の白色の光源。
【請求項６】
前記蛍光体の第１の層は、赤色および緑色の蛍光体を含む、請求項１に記載の白色の光源。
【請求項７】
前記蛍光体の第１の層は、前記拡散器の内側表面に固定された、または置かれたキャリアに埋め込まれた赤色および緑色の蛍光体を含む、請求項６に記載の白色の光源。
【請求項８】
前記拡散器は非平坦である、請求項１に記載の白色の光源。
【請求項９】
前記拡散器の内側表面上に提供された蛍光体の第２の層をさらに備える、請求項１に記載の白色の光源。
【請求項１０】
白色光を生成する方法であって、
指向性の光源を提供する工程と、
内側表面と、
外側表面と、
内側層上に固定されるか、または置かれる蛍光体の第１の層と
を備える分離可能な拡散器光コンバータを提供する工程と、
前記蛍光体の第１の層が、前記指向性の光源と前記拡散器光コンバータとの間に配置されるように、前記指向性の光源に近接し、取外し可能に、前記分離可能な拡散器光コンバータを保持する工程と、
前記指向性の光源を用いて、単一または複数の波長の発光を生成する工程と、
前記単一または複数の波長の発光の一部を、前記第１の蛍光体の層を用いて、異なる波長へと変換する工程と
を含む、方法。
【請求項１１】
指向性の光源を提供する工程は、同一の発光特性を有する複数の半導体レーザを提供する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの半導体レーザを提供する工程は、複数の青色の半導体レーザを提供する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
複数の青色の半導体レーザを提供する工程は、プリント基板上の表面実装型のデバイスとして、複数の青色発光の半導体レーザを提供する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
指向性の光源を提供する工程は、別の形態の認識される光を生成するために、１つ以上の波長の変換を必要とする複数の波長の発光素子を提供する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
拡散器を提供する工程は、レンズ、プリズム、複数のレンズ、エッチングされた表面、およびサンドブラストで磨かれた表面からなる群より選択される外側表面を提供する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記内側層上に固定されるか、または置かれる蛍光体の第１の層を備える分離可能な拡散器光コンバータを提供する工程は、
キャリアに少なくとも１つの蛍光体を提供する工程と、
前記キャリアを、前記拡散器の前記内側表面に適用する工程と
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
キャリアに少なくとも１つの蛍光体を提供する工程は、ポリマー、シリコンゴム、およびエポキシからなる群より選択されるキャリアに、赤色の蛍光体および緑色の蛍光体を提供する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記内側層上に固定されるか、または置かれる蛍光体の第１の層を備える分離可能な拡散器光コンバータを提供する工程は、
第１のキャリアフィルムに少なくとも１つの蛍光体を提供する工程と、
前記第１のキャリアフィルムを、前記拡散器の前記内側表面に適用する工程と
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記内側層上に固定されるか、または置かれる蛍光体の第１の層を備える分離可能な拡散器光コンバータを提供する工程は、
第２のキャリアフィルムに少なくとも１つの蛍光体を提供する工程と、
前記第２のキャリアフィルムを、前記第１のキャリアフィルムに適用する工程と
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
分離可能な拡散器光コンバータを提供する工程は、前記第１の蛍光体の層の特定の性質に基づいて、複数の拡散器光コンバータから１つの拡散器光コンバータを選択する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年２月２日に、発明者Ｋｌａｕｓ  Ｂｏｌｌｍａｎｎにより出願された米国仮特許出願第６１／１４９，７０６号に関連し、この出願の優先日を主張するものである。
【０００２】
本発明は、ＬＥＤ光源に関し、より詳細には、単一波長の光源を白色光に変換するための拡散デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
殆どの従来技術の白色ＬＥＤは、３色のＬＥＤ（赤、緑、そして青）と、白色として認識される光を生成するためのミキサーレンズを用いている。しかしながら、白色光をこのように生成する方法は、異なる波長の光がレンズのプリズム効果に起因した視角に応じて異なるように屈折するので、発光素子は、異なる角度から視られなければならないといった著しく実際的なマイナス面を有する。このように、光の複合を視ることができるが、これの意味することは、一部の角度において、緑色、青色、または赤色のレーザ光源を、白色光よりも、優勢的または排他的に視ることができるということである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
異なる視角から、白色と認識される光を提供する改善されたＬＥＤ光源の必要性が存在する。
【０００５】
従来技術としては、例えば、蛍光体が装填されたレンズを有する１つ以上のダイを封入し、ＬＥＤ全体に蛍光体層を積層し、または、一体化されたデバイスを作製するために、蛍光体の薄膜をＬＥＤに付与することにより、ＬＥＤおよび蛍光体が分離できない発光構造物を製造することを教示する文献が挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、単一波長の光源と分離可能な拡散器光コンバータとを組み合わせる、２つの部分からなるデバイスおよび方法に関する。
【０００７】
（単一波長の光源）
１つの実施形態において、単一波長の光源は複数の青色のＬＥＤであり、現在利用可能な最も高エネルギーのＬＥＤである。発光素子は、ＬＥＤが直列および並列に互いに部分的に接着される、プリント基板または別の基板のいずれかの上で、通常の青色のＬＥＤによって励起され得る。
【０００８】
将来的に、単一波長の光源は、緑色、オレンジ色、赤色、または任意の他の色であってもよい。１つの実施形態において、複数の青色のＬＥＤは、プリント基板等の基板上に提供される。基板の他の例としては、ウエハまたはウエハの一部が挙げられる。
【０００９】
（分離可能な拡散器光コンバータ）
本発明において、蛍光体を含む要素が提供され、単一波長の光源に近接し、取外し可能に固定されるか、または保持される。１つの例において、機械的な留め具または上部の構造は、単一の波長の光源に相対した位置に拡散器光コンバータを保持する。拡散器光コンバータは、光源に恒久的に固定されていない。
【００１０】
（分離可能な光源および拡散器光コンバータの利点）
蛍光体が拡散器に施され、ＬＥＤ等の光源から分離されているデバイスの利点は以下を含む。
【００１１】
同様の光源のモジュールは、蛍光体の拡散器に依存して、異なる種類の色を与えることを達成するために用いられることも可能である。これにより、同様の光源の部品でのより高い生成量をより複雑でない形で可能にし、その結果、より高い生成量および品質となる。
【００１２】
色温度は、いかなるときにおいても、用途の必要性に従って変化可能である。従来技術は、注意深く混合された蛍光体を光源に適用して、光源を有するモジュールを形成する。こうした固定された組合せの結果、生産工程全体に亘って、より低い生成量での一定の波長の分布となる。
【００１３】
特定の種類の色の演出の性能の、蛍光体を被覆した拡散器のモジュールは、より高い精度で製造および選択可能である。バリエーションはカテゴリ別にされ、瓶に入れられる。
【００１４】
そうした瓶によって規定された正確な性能のパラメータを有する拡散器および蛍光体キャリアモジュールは、蛍光体拡散器またはレンズモジュールを光源に適用する前に選択可能である。
【００１５】
光源は、ほぼ無制限の寿命を有してもよく、あるいは、蛍光体または拡散器よりもはるかに長い寿命を有してもよい。拡散器における蛍光体は、環境に反応して劣化する場合がある；すなわち、拡散器の材料は、アクリルでできていてもよく、ＵＶへの露出に起因して劣化する場合がある。拡散器を単に取り替えることができることにより、白色の光源を調整するコストを削減する。
【００１６】
拡散器は、ガラス、アクリル、ポリカーボネート、セラミック、あるいは、任意の他の形の十分に剛性のある透明または半透明の材料であってもよい。キャリアの反対側の表面は、レンズ、プリズム、複数のレンズ、エッチングされた表面、またはサンドブラストで磨かれた表面、あるいは他の表面であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の断面側面図であり、基板上に搭載された複数の表面実装型ＬＥＤ；カバープレートの内側表面に取り付けられるか、または置かれるキャリアに埋め込まれた赤色および緑色の蛍光体を有する蛍光体層を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の断面側面図であり、基板上に搭載された複数の表面実装型ＬＥＤを備える単一波長の光源；およびカバープレートの内側表面に取り付けられるか、または置かれるキャリアに埋め込まれた蛍光体層を備える拡散器光コンバータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態の詳細−平坦なキャリアに提供された赤および緑の蛍光体を有する表面実装型の青色ＬＥＤ）
本実施形態において、レーザダイオード（半導体レーザ）等のワット当たり最もエネルギーの高い指向性の光源の光子の単一波長ソースを用い、かつ、可視スペクトルにおける複数の波長の光の出力を達成するために１つ以上の蛍光体の除去可能な層を用いることで、他の波長を生成することによって、白色光が生成される。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態の断面側面図であり、プリント基板等の基板１１０上に搭載された複数の表面実装型の青色ＬＥＤ１２０；ガラス、アクリル、またはポリカーボネート等のカバープレート１３０の内側表面に取り付けられるか、または置かれるキャリア（例えば、ポリマー材料、シリコンゴム、またはエポキシ）に埋め込まれた赤色および緑色の蛍光体層１４０を有する蛍光体層を示す。
【００２０】
この実施形態において、赤色および緑色の蛍光体の少なくとも１つの層は、ポリマー、シリコンゴム、またはエポキシ等のキャリアに埋め込まれ、この層は、拡散器の内側表面１３２に固定される。拡散器の外側層１３４は光の拡散を促進させる特徴を有してよい。
【００２１】
光源は限定を付さず、青色ＬＥＤ等の、特定の種類の、エネルギーを光に換えるコンバータに限定されない。
【００２２】
蛍光体の寿命を長引かせるために、蛍光体は、通常、非反応性の透明または半透明の化合物で保護される。一部の場合においては、同様の化合物を、低鉄分のガラスまたは他の透明または拡散性のキャリアに対する接着のために用いることができる。
【００２３】
バックライトを必要とする大型のディスプレイにおいては、蛍光灯または他のリフレクタベースのシステムを用いた均一な発光を達成することはしばしば困難である。
【００２４】
ＬＥＤ技術の出現により、効率性が著しく高まると、埋め込まれた蛍光体を有する、透明シリコンゴムまたはポリマー等の半透明の緑色および赤色の蛍光体の複合材料上に、短距離で光らせるために、従来の高いエネルギーの単一波長の青色ＬＥＤを用いることが可能となるであろう。
【００２５】
本発明の１つの態様は、光源が量産可能で、同時に、光コンバータが後の段階において追加可能であるように、拡散器および蛍光体から発光素子を分離することである。
【００２６】
このようにして、今後、単一または複数の波長の光源に追加可能である拡散器において波長を変更するための他の技術もまた用いることが想定可能である。
【００２７】
（実施形態の詳細−単一または複数の波長の発光素子）
本発明は、ＬＥＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）に限定されず、１つの波長を別の波長へと変換するか元の波長の一部に対して半透明となる組み合わせのいずれかに変換し、かつ、フィルタリングおよび／または変換される粒子のために、発光素子に恒久的に固定されず、後の段階においてその発光素子に加えられることができて、異なって実行される拡散器へと変更されるような仕方で、拡散器に加えられる性質、または基板として用いられる拡散器に付随する光の残り部分に対して、異なる波長へと変換することによって、別の形態として認識される光を生成するために１つ以上の波長の変換を必要とする任意の形態の単一または複数の波長の発光素子に応用される。
【００２８】
よりよい蛍光体が開発されるにつれ、光源は、その構成の蛍光体部分を単に変更することによって性能が高められることが可能となる。
【００２９】
本明細書において、用語「エネルギーを光へと換えるコンバータ」は、別の形態での認識される光を生成するために、１つ以上の波長の変換を必要とするＬＥＤおよび任意の形態の単一または複数の波長の発光素子を意味する。
【００３０】
用語「ＬＥＤ」は、１つ以上の発光ダイオードを含む光源の構成要素のことをいう。指向性の光源の１つの例は、単一の半導体レーザまたはＬＥＤである。指向性の光源の別の例としては、プリント基板等の基板上に搭載された複数の半導体レーザまたはＬＥＤである。本明細書において、用語「基板」とは、１つ以上の半導体レーザまたはＬＥＤのための、平坦な、または非平坦な支持表面のことをいう。基板の例としては、平坦、または非平坦なプリント基板、およびウエハまたはウエハの一部が挙げられる。
【００３１】
（実施形態の詳細−平坦なキャリアに提供されたオレンジ色、赤色、および緑色の蛍光体を有する、表面実装型の青色ＬＥＤ）
図２は、本発明の一実施形態の断面側面図であり、プリント基板等の基板１１０上に搭載された複数の表面実装型の青色ＬＥＤ１２０を備える単一波長の光源２００；ならびに、ガラス、アクリル、またはポリカーボネート等のカバープレート１３０の内側表面に取り付けられるか、または置かれるキャリアに埋め込まれた、オレンジ色、赤色、および緑色の蛍光体を有する蛍光体層１４２を備える拡散器光コンバータ２２０を示す。
【００３２】
この例において、蛍光体層は、キャリアに埋め込まれた、オレンジ色、赤色、および緑色の蛍光体を有する。
【００３３】
（実施形態の詳細−非平坦な拡散器）
本発明は、発光素子に対して、平坦な表面に限定されない。というのも、丸みを帯びた構造として、単一の波長のＬＥＤの発光素子を生成するのにも申し分なく想定可能だからであり、この場合、蛍光体のためのキャリアは丸みを帯びた構造であってよい。
【００３４】
こうした技術を用い、非常に高い効率性を有する平坦ではない形状の発光素子は、ある加工されたパターンで互いにより離れた距離でレーザを施し、次いでより大きな、または加工された蛍光体のキャリアを適用することにより達成可能である。
【００３５】
（実施形態の詳細−蛍光体の領域の選択）
キャリアはまた異なって混合された蛍光体の領域を有することもでき、単一波長の光源に対して露出される領域の自動的な選択を可能にして、一つの用途における配置構成の色温度を変更することができる。
【００３６】
上述で記載した実施形態および例は、本発明に従って実施可能であるデバイス、システム、および方法の一部を示す。特許請求の範囲の範囲はこれらの特定の例に限定されない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2012517106.tif 000005