(57)【要約】ＬＥＤ構造、照明器具及び白色光照明を提供する方法。前記ＬＥＤ構造は、基板と、該基板の上に空洞として画定された発光領域と、前記空洞の中に取り付けられた、殺菌の特性を有する第１のタイプの発光半導体源と、前記空洞の中に取り付けられた、波長変換材料を引き起こして白色光を発生させる機能を有する第２のタイプの発光半導体源と、該発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、を備える。本発明は、人間に有害でもなく、不快感も生じない白色光源として、人間に視覚的に見える光源又は照明器具により、消毒を可能にする。
2020505787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ構造であって、該ＬＥＤ構造は、
基板と、
該基板の上に空洞として画定された発光領域と、
前記空洞の中に取り付けられた、殺菌及び抗菌の特性を有する少なくとも２つの発光半導体源であって、
前記発光半導体源の２つとも、波長変換材料を引き起こして白色光を発生させ、前記発光半導体源の内の少なくとも１つは、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、少なくとも２つの発光半導体源と、
前記発光半導体源により引き起こされるように、前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、を備えるＬＥＤ構造。
【請求項２】
前記波長変換材料層は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の波長の発光において、前記波長変換材料層を通って送られるべき前記発光の少なくとも１０％を可能にする、低い吸収を有するように適合される、請求項１に記載のＬＥＤ構造。
【請求項３】
前記波長変換材料層は、前記発光半導体源の高い強度の発光により白くされる、請求項２に記載のＬＥＤ構造。
【請求項４】
前記空洞の中に取り付けられ、ほぼ４７０nmのピークの波長の発光を有する第２の発光半導体源を備える、請求項１に記載のＬＥＤ構造。
【請求項５】
第１のタイプの発光半導体源は、３６５nmから４３０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下であり、波長変換材料の第３の発光のピークは４５０nmから７５０nmの範囲の波長にある、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤ構造。
【請求項６】
可視スペクトルのCRIは７０を超え、色温度は２０００Ｋと８０００Ｋとの間であり、少なくとも５％の光出力が３６５nmと４３０nmとの間の範囲の波長で発光される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＬＥＤ構造。
【請求項７】
前記発光半導体源は、前記発光半導体源を独立に制御することができるように、電気回路層により、電気制御インターフェースに接続される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＬＥＤ構造。
【請求項８】
ＬＥＤ構造であって、該ＬＥＤ構造は、
基板と、
該基板の上に空洞として画定された発光領域と、
前記空洞の中に取り付けられた発光半導体源と、
前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、
前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続する電気回路層と、を備え、
前記発光半導体源は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、ＬＥＤ構造。
【請求項９】
前記発光半導体源は、３６５nmから４１０nmの範囲の波長の前記ピークの発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記空洞の中に取り付けられ、ほぼ４７０nmのピークの波長の発光を有する第２の発光半導体源を備える、請求項８に記載のＬＥＤ構造。
【請求項１１】
前記発光領域は、４５０nmから６５０nmの範囲の波長の前記ピークの発光を有し、該発光の半値全幅は少なくとも５０nmであり、４２５nmから７５０nmの範囲の波長の発光帯を有する、波長変換材料を備える、請求項８または９に記載のＬＥＤ構造。
【請求項１２】
４０５nmの近くに配置される中心発光を有する、ただ１つのタイプの発光半導体源がある、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ構造。
【請求項１３】
第１のタイプの発光半導体源は、３６５nmから４３０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下であり、波長変換材料のローカルな発光のピークは４５０nmから７５０nmの範囲の波長にある、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のＬＥＤ構造。
【請求項１４】
第１のタイプの発光半導体源は、３６５nmから４３０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下であり、波長変換材料の第３の発光のピークは４５０nmから７５０nmの範囲の波長にある、請求項８に記載のＬＥＤ構造。
【請求項１５】
可視スペクトルのCRIは７０を超え、色温度は２０００Ｋと８０００Ｋとの間であり、少なくとも５％の光出力が３６５nmと４３０nmとの間の範囲の波長で発光される、請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載のＬＥＤ構造。
【請求項１６】
ＬＥＤ構造を備える照明器具であって、該ＬＥＤ構造は、
基板と、
該基板の上に空洞として画定された発光領域と、
前記空洞の中に取り付けられた、殺菌及び抗菌の特性を有する少なくとも２つの発光半導体源であって、
前記発光半導体源の２つとも、波長変換材料を引き起こして白色光を発生させ、前記発光半導体源の内の少なくとも１つは、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、少なくとも２つの発光半導体源と、
前記発光半導体源により引き起こされるように、前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、を備える照明器具。
【請求項１７】
ＬＥＤ構造を備える照明器具であって、該ＬＥＤ構造は、
基板と、
該基板の上に空洞として画定された発光領域と、
前記空洞の中に取り付けられた発光半導体源と、
前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、
前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続する電気回路層と、を備え、
前記発光半導体源は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、照明器具。
【請求項１８】
殺菌効果、抗菌効果、又は、抗ウイルス効果を得るために、ＬＥＤ構造により物を扱う方法であって、該ＬＥＤ構造は、
基板と、
該基板の上に空洞として画定された発光領域と、
前記空洞の中に取り付けられた、殺菌及び抗菌の特性を有する少なくとも２つの発光半導体源であって、
前記発光半導体源の２つとも、波長変換材料を引き起こして白色光を発生させ、前記発光半導体源の内の少なくとも１つは、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、少なくとも２つの発光半導体源と、
前記発光半導体源により引き起こされるように、前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、を備える方法。
【請求項１９】
殺菌効果、抗菌効果、又は、抗ウイルス効果を得るために、ＬＥＤ構造により物を扱う方法であって、該ＬＥＤ構造は、
基板と、
該基板の上に空洞として画定された発光領域と、
前記空洞の中に取り付けられた発光半導体源と、
前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、
前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続する電気回路層と、を備え、
前記発光半導体源は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である、方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの統合ＬＥＤ源を備え、白色光照明及び連続消毒機能性を促進する照明器具であって、前記少なくとも１つの統合ＬＥＤ源は、
３６０nmから４３０nmまでの範囲で３０nmより小さい半値全幅の、人間の目に見えない第１の発光と、
４３０nmから７００nmまでの範囲で最大の発光を有する白色光として、人間の目に見える追加の発光ピークと、を有する、照明器具。
【請求項２１】
少なくとも１つの統合ＬＥＤ源を備え、白色光照明及び連続消毒機能性を促進する照明器具であって、前記少なくとも１つの統合ＬＥＤ源は、
３９５nmから４０８nmまでの範囲で５nmより小さい半値全幅の、人間の目に見えない第１の発光と、
４５０nmから７００nmまでの範囲で最大の発光を有する白色光として、人間の目に見える第２の発光と、を有する、照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光による消毒用に用いる人工照明の配置及び方法に関する。特に、本発明は、殺菌効果を提供する光エレクトロニクス及び白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の技術分野に関する。本発明は、統合ＬＥＤ構造及び連続的に動作する消毒照明器具のアプリケーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線（UV）源は、消毒に良く適しており、殺菌及び抗菌効果を有することはよく知られている。遠紫外線（UVC）源は、細菌の表面上の成長を効果的に防ぐことが知られており、殺菌源として広く用いられる。しかしながら、水銀灯などのUVC源の使用の欠点は、UVCライトは人間に有害であり、したがって、人々のいる所での使用を妨げる事実である。遠紫外線の消毒のしわざのメカニズムは、DNA分子の分解であることが知られており、これは２６０〜２９０nmの間の特に強い吸収を有する。
【０００３】
異なる物理的メカニズムに基づくけれども、より長い波長も殺菌効果を有することも知られている。３６５nmのUVA光は細菌の成長を抑止することが知られており、青／紫色光も類似の成長阻害効果を生じる。青／紫色光の波長では殺菌効果はより小さいけれども、連続的に動作する消毒光において活用することができる。４０５nmの光は細胞に活性酸素種（ROS）の生成を引き起こすことがよく知られている。これらの負の電荷を持つ酸素イオンは、次いで、細胞の代謝を防ぎ、例えば、細菌のコロニーの成長を効果的に抑制する。消毒光の強さは一番に重要であるが、消毒の能力を究極的に画定するのは、J/m2を単位として表され、表面の上に、又は、物体の上に蓄積される全線量である。
【０００４】
露光時間が十分に長いが、実用的な価値が、なお高い限りは、適切な発光スペクトルを有するどんなにより低い強度源でも、消毒用に用いることができる。しかしながら、再び、人間がいることが、そのような光の境界を設定する。国際規制安全ガイドラインが、非電離放射線防御の国際委員会（ICNIRP）及びIEC標準IEC-62741（非特許文献１）により定められる。再び、ICNIRPは紫外線の波長を１００〜４００nmに定める。
【０００５】
発光源が短い波長の発光、例えば、４１０nmより短い場合の発光を有する場合、かつ、短い波長の発光が優勢な強度又は色である場合、人間は一般に不快感を経験する。
【０００６】
既知の植物育成及び光合成用育成照明は、時には、白色光源を伴う、青色及び赤色光源で構成される。したがって、それらは、殺菌及び抗菌機能に関する問題に対処しない。
【０００７】
ＬＥＤ及びUV殺菌灯に適用する光源は、ＣＮ１０４０５６２８９Ａ（特許文献１）に開示される。しかしながら、再び、そのようなアセンブリは、UV光の人間に対する有害な効果により、一般照明には適切ではない。
【０００８】
閉じた環境での消毒機能を有するＬＥＤ源は、ＥＰ２５５４５８３Ａ１（特許文献２）に示される。再び、そのような３００nmより短い波長を発光する源は、UV光の人間に対する有害な効果により、一般照明には適切ではない。
【０００９】
発明者の研究所試験により、４０５nmの発光を有する個々の空間的に分離したＬＥＤ及び個々の白色光ＬＥＤの組合せは、不快感を引き起こす光源をもたらす。個々にパッケージ化されたＬＥＤに基づく光源は、スムーズで均一な光照射野を生じない。特に、集中的な短い波長の発光を有する点源は、かく乱される。短い波長の点源が、白色光ＬＥＤの間で、明確に視覚的に見えない源を提供することが必要である。しかしながら、白色光ＬＥＤの４０５nmのＬＥＤへの物理的重ね合わせは容易ではなく不可能である。
【００１０】
空間的に源を混ぜ合わせる例はＵＳ８３９８２６４（特許文献３）に示される。均一な発光を供給し、源の平面で個々の短い波長の発光体が直接見えることを避けるために、拡散プレートをフレネルタイプレンズと共に用いる。既知の拡散器の集まりは複雑で高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＣＮ１０４０５６２８９Ａ（中国特許第１０４０５６２８９Ａ号明細書）
【特許文献２】ＥＰ２５５４５８３Ａ１（欧州特許第２５５４５８３Ａ１号明細書）
【特許文献３】ＵＳ８３９８２６４（米国特許第８３９８２６４号明細書）
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】IEC標準IEC-62741
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記に論じた課題を解決するために、本発明の目的は、消毒機能を有し調整できる発光スペクトルを有する統合発光ダイオード構造を用いて、白色光照明の方法を提供することである。
【００１４】
特定の実施態様の一側面は、白色光源として機能し、基板、少なくとも１つ又は複数の発光領域、及び、電気的２つ又は３つのワイヤ制御インターフェースを備える統合ＬＥＤ構造を提供することである。
【００１５】
別の目的は、優勢な強度又は色である短い波長の発光を有する放射源から、人間が感じる不快感を防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、基板と、該基板の上に空洞として画定された発光領域と、前記空洞の中に取り付けられた、殺菌及び抗菌の特性を有する第１のタイプの発光半導体源と、前記空洞の中に取り付けられた、波長変換材料を引き起こして白色光を発生させる機能を有する第２のタイプの発光半導体源と、を備えるＬＥＤ構造を提供する概念に基づく。
【００１７】
別の実施態様において、ＬＥＤ構造は、基板と、該基板の上に空洞として画定された発光領域と、前記空洞の中に取り付けられた発光半導体源と、該発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続するためにオプションとして前記基板の頂面の上にある電気回路層と、を備える。
【００１８】
別の実施態様において、ＬＥＤ構造は、基板と、該基板の上に空洞として画定された発光領域と、前記空洞の中に取り付けられた発光半導体源と、該発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層と、前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続する電気回路層と、を備え、前記発光半導体源は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、該発光の半値全幅は３０nmより下である。
【００１９】
典型的に、前記発光半導体源の頂部の上に形成される、波長変換材料層、及び、前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続する電気回路層がある。
【００２０】
本発明は、少なくとも１つの統合ＬＥＤ源を備え、白色光照明及び連続消毒機能性を促進する照明器具であって、前記少なくとも１つの統合ＬＥＤ源は、３６０nmから４３０nmまでの範囲において
３０nmより小さい半値全幅の、人間の目に見えない第１の発光と、４３０nmから７００nmまでの範囲で最大の発光を有する白色光として、人間の目に見える第２の発光ピークと、を有する、照明器具も提供する。
【００２１】
もっと具体的に言うと、本発明は、独立請求項の特徴部分で述べたことにより、特徴付けられる。
【００２２】
かなりの優位性が得られる。
【００２３】
したがって、本発明は、連続消毒プロセスを達成する統合ＬＥＤ構造及び照明器具を提供する。
【００２４】
本発明は、人間に有害でもなく、不快感も生じない白色光源として、人間に視覚的に見える光源又は照明器具により、消毒を可能にする。この目標は短い波長の発光を白色光の発光に重ね合わせることにより達成される。そのような白色光源又は照明器具は、同時に照射される表面及び物体を消毒する手段を提供しながら、全般照明の目的に適切である。前記発光領域は、典型的に、発光を供給する発光体として、技術的に信頼でき、経済的に実行可能な１つ又は数個のＬＥＤ半導体ダイオードを備える。
【００２５】
本発明で開示したように、４０５nmの波長での電磁放射の使用は安全である。開示した新しいタイプのＬＥＤ源は、短い波長の可視光のかく乱効果を避ける。
【００２６】
特定の実施形態において、本発明は、物体の消毒のために、及び、シミュレーションした植物の光合成のためにも提供する光源も達成する。したがって、本統合ＬＥＤ構造は、殺菌及び抗菌、抗ウイルス（殺菌）の効果を有する消毒、並びに、光合成の効果を提供するために、白色光源の中へ組み込むことができる。
【００２７】
本発明は、開示した統合ＬＥＤ構造及び照明器具により可能となる全般照明及び光合成照明に消毒機能性を提供する。
【００２８】
空間的統合により、互いに非常に近接して波長変換層の下に埋め込まれた４０５nmの発光源及び４５０nmの青色発光源の両方とも有する統合ＬＥＤ構造を与える。望ましい実施形態において、２つの発光、すなわち、４０５nmの放射及び白色発光の独立制御が備えられる。これにより、必ずしも白色光を要しない状況において、白色発光を消すことができる間に、４０５nmの放射のみを最大の強度で用いることができる。逆に、例えば、人間、又はいくつかのアプリケーションにおいては動物、がいるときに、適切なレベルの白色光照明を維持する間に、４０５nmの放射強度を低くすることができ、又は、完全に消すことができる。
【００２９】
統合ＬＥＤ構造を用いて、CRI及びCCTなどの白色光の品質パラメータは、４０５nmの発光が光束又は照度に無視できるほどの寄与であるので、一定のままである。
【００３０】
統合構造は、白色光源に非常に近接して殺菌及び抗菌効果を有する発光体を空間的に取り付ける手段を備え、いくつかの実施形態において、それらを組み合わせることさえする。殺菌の短い波長の強度を白色光の強度に対して適切に選ぶとき、光源は人間の目には通常の白色光源として見える。さらに、空間的配置は、４０５nmの発光が、白色光の重ね合わせにより、人間には区別できないことを保証する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明は、添付のダイアグラム図を参照して、限定されない例により、さらに説明される。
【００３２】
【図１】青色ハザード光のスペクトル重み関数を示すグラフである。
【図２】４０５nmの発光ダイオードの典型的な発光スペクトル及び４０５nmのレーザーダイオードの典型的な発光スペクトルを有する、青色ハザード光のスペクトル重み関数を示すグラフである。
【図３】１つのＬＥＤ源において、空間的に組み合わせた白色発光体及び低い波長の発光体を有し、スペクトルを空間的に組み合わせた、連続消毒照明器具用のＬＥＤ源の写真である。
【図４】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の概略上面側面図である。
【図５】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の概略断面概略図である。
【図６】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の典型的な発光スペクトルを表わすグラフである。
【図７】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の典型的な発光スペクトルを表わすグラフである。
【図８】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の概略上面側面図である。
【図９】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の概略断面概略図である。
【図１０】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の典型的な発光スペクトルを表わすグラフである。
【図１１】本発明の実施形態による、統合ＬＥＤ構造の典型的な発光スペクトルを表わすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の説明は単に限定されない例であり、本例の特定の詳細は本発明の精神から逸脱しないで変更することができることを当業者は理解するであろう。
【００３４】
本技術は、統合ＬＥＤ構造及び、例えば、連続消毒プロセスを可能にするための照明器具を提供する。
【００３５】
一実施形態において、第１に人間に有害ではなく、第２に不快感を生じない白色光源として、人間に明らかに見える光源又は照明器具により、消毒を達成する。そのような白色光の光源又は照明器具は、露光した表面又は物体を消毒する手段を同時に提供しながら、一般の照明目的に適切である。
【００３６】
本技術は、物体の消毒及びシミュレーションした植物の光合成にも提供する光源も達成する。開示した統合ＬＥＤ構造は、殺菌の、抗菌の、抗ウイルス性の（殺菌の）、抗ウイルス性の効果を有する消毒、及び、光合成の効果を提供するために、白色光源に統合することができる。
【００３７】
したがって、消毒の機能性は、開示した統合ＬＥＤ構造及び照明器具により可能となった一般照明及び光合成照明に対して達成することができる。
【００３８】
一実施形態において、発光領域は、白色発光手段を提供するために、波長変換材料を備える。発光領域は、いくつかの好ましい実施形態において、１つ以上のタイプの波長変換材料を備える。高効率、又は、高演色評価数（CRI）、又は、望ましい色補正温度（CCT）を達成するために、材料は、互いに垂直に、又は、互いに隣接する異なる材料で水平に、又は、混合した材料の層で、層にすることができる。
【００３９】
発光体は、いくつかの場合において、共通の電流駆動スキームを可能にするために、電気的に直列に又は並列に接続される。制御インターフェースは、次いで、共通の駆動電流を供給するための少なくとも１つの電線を有し、及び、電源に戻って電流経路を閉じるための少なくとも１つの接地線を有する。しかしながら、いくつかの場合において、発光体は、独立の強度制御を可能にする電気的接続はされない。制御インターフェースは、次いで、駆動電流を独立に供給するための少なくとも３つの電線を有し、及び、電源に戻って電流経路を閉じるための少なくとも１つの接地線を有する。
【００４０】
一実施形態において、統合ＬＥＤコンポーネント又はパッケージは、電気回路に関して独立であることもできる２つの異なるタイプの半導体発光体を有する。公称動作点において、電流は両方の発光体に対して同時に調整されるが、しかしながら、独立の電流である電気回路は別個に調整され、発光は両方の場合に白色光のように見えるが、発光スペクトルは、４５０nmにおける、又は、の近くの青色発光、及び、４０５nmにおける、又は、の近くの紫色発光を有する分光的に観測できる二重ピーク構造を有している。
【００４１】
４０５nmの発光の強度がＡであり、４５０nmの発光の強度がＢである場合、Ａ/Ｂの比率は、２つの独立の駆動電流を用いて自由に調整することができる。公称状況において、４０５nmの発光が人間には区別できるものであり、前に論じたように、安全限度内であるように、Ａ/Ｂの比率は調整される。光源は、白色光を発光し、連続消毒の機能性を提供するために、４０５nmの低い強度の発光を与える。
【００４２】
一実施形態において、強度の制御は、人間がいることに依存して、ダイナミックに活用される。人間がいない第１の場合において、Ａ/Ｂの比率は最大にすることができる。人間がいる第２の場合において、強度Ａは低い値に調整することができ、安全基準に適合する。したがって、典型的な場合に、少なくとも２つの動作の設定点がある。第１の動作の設定点において、駆動電流は、４０５nmの発光体に対して、例えば、３５０mAへチューンアップされ、一方、４５０nmの発光体に対して、駆動電流は０mAへチューンダウンされ得る。第２の動作の設定点において、駆動電流は、４０５nmの発光体に対して、例えば、５０mAへチューンダウンされ、４５０nmの発光体に対して、駆動電流は３５０mAへチューンアップされる。したがって、なお、白色発光を維持しながら、ＬＥＤは抗菌及び殺菌効果を有する照明を提供している。このような強度のチューニングは、人間がいるときに安全性を確実にするために、かつ、４０５nmにおける高強度発光の露光を避けるために、有益である。
【００４３】
いくつかの好ましい使用のモードにおいて、特定の全発光がターゲットの表面に蓄積した後に、４０５nmの発光を調整するために、ダイナミック強度チューニングを活用することができる。これは、検出回路を用いて特定の波長の信号を積分し、統合ＬＥＤ構造の出力を適切に制御するために必要なフィードバックを供給することにより、検出することができる。これは、エネルギー消費を低減し、４０５nmの発光体の不必要な使用を避けることにより、ＬＥＤの寿命を長くするため、有益である。
【００４４】
白色光源の完全な発光は、４０５nmの発光体の発光、４５０nmの発光体の発光、及び、４５０nmの発光体の発光により引き起こされる波長変換材料からの発光の総和から形成される。
【００４５】
いくつかの実施形態において、統合ＬＥＤ構造は、好ましくは４１０nmの波長より下の短い波長の発光を有するただ１つのタイプの発光体、及び、発光体の頂部の上に形成される波長変換材料層を備える。
【００４６】
完全な白色光源の発光のいくつかの好ましい実施形態において、発光スペクトルは、４０５nmの発光体からの発光、及び、４０５nmの発光により引き起こされる波長変換材料からの発光の総和から形成される。
【００４７】
好ましくは、発光体は高い強度の発光が可能であり、それにより、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの発光が可能な発光体の頂部の上に形成される波長変換材料層は、高い強度の発光により白くすることができる。
【００４８】
一実施形態において、波長変換材料層は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の低い吸収を有するように適合することができる。好ましくは、吸収は、少なくとも４０５nmの波長の発光において、又は、の近くで、低い。波長変換材料の吸収は、波長変換材料層を通って送られるべき半導体発光源の発光の少なくとも１０％を可能にするように適合すべきである。このように、ＬＥＤ構造は、波長変換材料層の低い吸収の波長において、効率の良い消毒を提供することができる。
【００４９】
評価すべきことは、適合した波長変換材料層が、波長変換材料層の白くすることを引き起こす高い強度の発光を支えることができることである。
【００５０】
好ましい実施形態において、波長変換材料は、一般照明応用に適切なCRI及びCCTの特徴を有する白色光スペクトルを供給する、例えば、YAG:Ceのリンベースの材料である。波長変換材料は、この場合に、４１０nmより下の発光の過度の吸収を避けるために、３６０から４１０nmの波長の範囲において、比較的低い吸光係数を有する。
【００５１】
前記発光領域は、前記基板の頂面の上の埋められた浅い空洞として形成することができる。いくつかの好ましい実施形態において、ＬＥＤ構造は、異なる高さの埋められた空洞にいくつかの発光領域を備えることができる。
【００５２】
いくつかの実施形態において、短い波長の発光体は、殺菌効果又は抗菌効果を有する発光波長を有する。好ましい実施形態において、短い波長の発光又は強度は、人間の皮膚、人間の目、又は、人間の健康一般に、有害な効果を有しないか、又は、無視できるほどである。
【００５３】
いくつかの実施形態において、短い波長の発光体は、殺菌効果又は抗菌効果を有する発光波長を有し、その発光体は、植物の光合成を支え、増進し、繁殖させる波長においても発光している。
【００５４】
上記で参照したように、さらなる一実施形態において、ＬＥＤ構造は、基板、基板の上に空洞として画定された発光領域、空洞の中に取り付けられた発光半導体源、発光半導体源の頂部の上に形成された波長変換材料層、及び、オプションとして基板の頂部の上にあり、前記発光半導体源を電気制御インターフェースに接続するための電気回路層を備える。本実施形態の特定の実施形態は、以下を含む。
【００５５】
−ＬＥＤ構造、ここで、波長変換材料層は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の発光波長において、波長変換材料層を通って送られるべき発光の少なくとも１０％を可能にする低い吸収を有するように適合される。
【００５６】
−ＬＥＤ構造、ここで、波長変換材料層は、発光半導体源の高い強度の発光により白くされる。
【００５７】
−空洞の中に取り付けられ、ほぼ４７０nmのピークの波長の発光を有する第２の発光半導体源を備えるＬＥＤ構造。
【００５８】
−ＬＥＤ構造、ここで、発光半導体源は、３６５から４１０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、発光の半値全幅は３０nmより下である。
【００５９】
−ＬＥＤ構造、ここで、発光領域は、４２５から７５０nmの範囲の波長の発光帯を有し、４５０から６５０nmの範囲の波長のピークの発光を有する、波長変換材料を備え、発光の半値全幅は少なくとも５０nmである。
【００６０】
−ＬＥＤ構造、ここで、３６５から４３０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、４０５nmに近くに配置される中心発光を有する、ただ１つのタイプの発光半導体源があり、発光の半値全幅は３０nmより下である。
【００６１】
−ＬＥＤ構造、ここで、第１のタイプの発光半導体源は、３６５から４３０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、発光の半値全幅は３０nmより下であり、波長変換材料のローカルな発光のピークは４５０から７５０nmの範囲の波長にある。
【００６２】
−ＬＥＤ構造、ここで、第１のタイプの発光半導体源は、３６５から４３０nmの範囲の波長のピークの発光を有し、発光の半値全幅は３０nmより下であり、波長変換材料の第３の発光のピークは４５０から７５０nmの範囲の波長にある。
【００６３】
−ＬＥＤ構造、ここで、可視スペクトルのCRIは７０を超え、色温度は２０００Ｋと８０００Ｋとの間であり、少なくとも５％の光出力が３６５nmと４３０nmとの間の範囲の波長で発光される。
【００６４】
上記で参照したように、さらなる一実施形態において、ＬＥＤ構造は、基板、基板の上に空洞として画定された発光領域、空洞の中に取り付けられた殺菌及び抗菌の特性を有する少なくとも２つの発光半導体源を備える。発光半導体源の両方は、波長変換材料を引き起こして白色光を発生させ、発光半導体源の内の少なくとも１つは、紫外線の波長より上で４１０nmより下の、好ましくは、ほぼ４０５nmのピークの波長の発光を有し、発光の半値全幅は３０nmより下である。波長変換材料層は、発光半導体源により引き起こされるように、発光半導体源の頂部の上に形成される。本実施形態の特定の実施形態は、以下を含む。
【００６５】
−ＬＥＤ構造、ここで、波長変換材料層は、紫外線の波長より上で４１０nmより下の発光波長において、波長変換材料層を通って送られるべき発光の少なくとも１０％を可能にする低い吸収を有するように適合される。
【００６６】
−ＬＥＤ構造、ここで、波長変換材料層は、発光半導体源の高い強度の発光により白くされる。
【００６７】
−空洞の中に取り付けられ、ほぼ４７０nmのピークの波長の発光を有する第２の発光半導体源を備えるＬＥＤ構造。
【００６８】
一実施形態において、１つ以上のＬＥＤ構造は、方法を提供するために、照明器具において構成することができる。方法は以下を有する。
−人間がいるときに、人間の目に見えない白色発光の背景において、抗菌の及びオプションの殺菌の低い強度の発光を有する白色光照明を供給するように、光源が調整される。
−人間がいない状況において、白色光照明は消され、一方、抗菌の及びオプションの殺菌の発光を最大にする。
【００６９】
図に示す実施形態を見るに、なお、一実施形態（黄色のリン光体）において、ＬＥＤ構造は、基板１００、空洞の壁１０１の内側の発光領域、波長変換材料層１０２、４０５nmの波長を中心とした主発光を有する発光体１０３、４５０nmの波長を中心とした主発光を有する発光体１０４、及び、３つのワイヤ制御インターフェース１０５を備える。
【００７０】
発光領域は、３８５nmと４３０nmとの間で発光し、５から２０nmの半値全幅（ＦＷＨＭ）の発光を有する第１のタイプのＬＥＤ半導体チップ２０３を備える。発光領域は、４３０nmと５００nmとの間で発光する第２のタイプのＬＥＤ半導体チップ２０４と、５００nmと７００nmとの間のピークの発光を有し、約１００nmの半値全幅の発光を有する波長変換材料層２０２とも備える。
【００７１】
制御インターフェースは、３つのワイヤ構造を有し、前記２つの半導体チップの独立制御を可能にする。
【００７２】
ＬＥＤ構造は図５に示すようにスペクトルを発光する。４０５nmにおいて発光する第１の半導体チップの電流を制御することにより、スペクトルは、図６（点線及び破線）に示すように、ダイナミックにチューニングすることができる。又は、図６（実線）に示すように、波長変換材料を変えることによる。
【００７３】
別の実施形態（ＵＶリン光体）において、ＬＥＤ構造は、基板３００、空洞の壁３０１の内側の発光領域、波長変換材料層３０２、３６５nm及び４３０nmの波長を中心とした主発光を有する２つの発光体３０３、及び、２つのワイヤ制御インターフェース３０５を備える。
【００７４】
発光領域は、４０５nmで発光し、約１４nmの半値全幅（ＦＷＨＭ）の発光を有する単一のタイプのＬＥＤ半導体チップ４０３を備える。発光領域は、４０５nmで比較的高い吸光係数を有し、５００nmと７００nmとの間のピークの発光を有し、通常３０nmより大きい半値全幅（ＦＷＨＭ）の発光を有する波長変換材料層４０２も備える。
【００７５】
制御インターフェースは、２つのワイヤ構造を有し、前記発光体チップの電気的制御を可能にする。
【００７６】
ＬＥＤ構造は図１０に示すようにスペクトルを発光する。５６３０パッケージタイプの標準表面実装型デバイス（ＳＭＤ）の白色発光に完全に埋め込まれた４０５nmの発光を有する空間的に組み合わせたＬＥＤを用いての別の組のテストを実行した。本実施形態の概略表示を図８及び９に示す。
【００７７】
４０５nmの波長で中心の発光をする２つのGaN半導体チップが最初に５６３０パッケージに取り付けられ、ワイヤボンディングされた。チップは互いに極めて接近していた。波長変換層が、次に、これらの２つのチップの上に、５６３０パッケージの空洞の中へ分配された。波長変換層の厚さ及びリンの濃度は、最適の厚さ及び濃度を見出すために、変えられた。５つのサンプルは、したがって、CRI、CCT及び効率に関して、少し変化する特徴を有する。４０５nmは波長変換層に完全に埋め込まれたので、４０５nmの発光を白色発光と視覚的に区別することはできなかった。
【００７８】
上記の構造のスペクトルを図１１に示す。図の実線の曲線はサンプルＬＥＤの典型的な測定されたスペクトルを示す。
【００７９】
４０５nmの発光の波長変換層を通る高い透過が可能であり、１７mWと２４mWとの間であることが測定され、一方、全光出力は１１６mWから１２６mWであることが測定された。これらのサンプルユニットは、３３％から３６％への電気から光への変換効率を持っていた。白色光のCRIは、４９５４Ｋから６９１８ＫのCCTを有して、８３から９５であった。
【００８０】
以下の表はこれらのＬＥＤのサンプルの測定されたテスト結果を示す。
【表１】
2020505787.tif 000003
【００８１】
上述の実施形態は、白色発光には４０５nmの発光のピークがないという追加の利点を有する。周知のように、青の波長は有害である（青色有害）と考えられている。本実施形態でより安全な白色光照明が提供される。
【００８２】
開示された本発明の実施形態は、本明細書に開示された特定の構造、プロセスステップ、又は、材料に限定されるものではなく、関連技術の当業者により認識されるようなそれらの均等物に拡張されることを理解すべきである。
【００８３】
本明細書に用いられた専門用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のために用いられており、それに限定される意図はない。
【００８４】
本明細書を通じての「一実施形態」又は「実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明した特定の機能、構造又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じての様々なところでの「一実施形態において」又は「実施形態において」の語句が現われることは、必ずしも全て同じ実施形態を言及していない。
【００８５】
本明細書で用いられるように、複数の、項目、構造要素、構成要素、及び／又は、材料を、便宜上、共通のリストに示すことができる。しかしながら、これらのリストは、まるでリストの各メンバーが別個の独特なメンバーとして個々に同定されるかのように、解釈されるべきである。したがって、そのようなリストのどの個々のメンバーも、反対の指示がない限り、単に共通のグループにいることだけに基づいて、同じリストの任意の他のメンバーの事実上の同等として解釈すべきでない。さらに、本発明の様々な実施形態及び実施例は、それらの様々なコンポーネントの代替と共に本明細書で参照することができる。そのような実施形態、実施例及び代替は、互いの事実上の同等として解釈すべきでなく、本発明の別個の自立した表現として考慮すべきである。
【００８６】
さらに、説明した機能、構造又は特徴は、任意の適切な方法で、１つ以上の実施形態において組み合わせることができる。以下の記載において、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、長さ、幅、形状などの例などの多くの特定の詳細が提供される。関連する当業者は、しかしながら、本発明は、１つ以上の特定の詳細が無くて、又は、他の方法、コンポーネント、材料などを有して、実行することができることを認識するであろう。他の例において、周知の構造、材料又は動作は、本発明の不明瞭な側面を避けるために、詳細には、示さないし、又は、説明しない。
【００８７】
前述の例は１つ以上の特定のアプリケーションにおいて、本発明の原理の例示であるが、実施の形式、使用法及び詳細の多数の変更は、発明力の練習無しで、本発明の原理及び概念から逸脱せずに、することができることは、当業者には明らかであろう。したがって、以下に述べる特許請求の範囲によることを除いて、本発明は限定されることを意図しない。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の統合ＬＥＤは、限定されないが、食物の生産及び処理サイト、飛行機及び病院における例のアプリケーションを有する。白色光照明を有し、同時に消毒機能性を有する機能は、感染症病気を非常に低減することができる。特に興味深いアプリケーションは、家庭内使用の冷蔵庫である。そのような閉じた環境において、低コストのエネルギー効率の良い統合ＬＥＤ構造は、非常に効率的な方法で、適用することができる。冷蔵庫のドアが閉じられる間に、短い波長の消毒の発光は高い強度に点灯することができ、白色光は消灯することができる。再び、誰かがドアを開く間に、短い波長の発光は消灯することができ、白色光は点灯することができる。
【００８９】
白色光を用いての連続消毒用の別のアプリケーションは、食料品店での果物、野菜、魚及び肉の机に見出される。そのようなところの連続消毒の白色光の使用により、新鮮な生産物の保存可能期間を向上しながら、感染症の広がりのリスクを低減するであろう。
【００９０】
患者の部屋及び航空機の中だけでなく病院の手術室においても、消毒機能性を有する白色光は、感染症のリスクを低減するために、適用することができる。
【００９１】
温室及び食品工場の別の使用により、植物用の光合成（いわゆる生長）を提供し、同時に、植物用に殺菌又は抗菌効果を提供する。
【符号の説明】
【００９２】
１００    基板
１０１    空洞の壁
１０２    波長変換材料層
１０３、１０４    発光体
１０５    制御インターフェース
２００    基板
２０１    空洞の壁
２０２    波長変換材料層
２０３、２０４    半導体チップ
３００    基板
３０１    空洞の壁
３０２    波長変換材料層
３０３    発光体
３０５    制御インターフェース
４００    基板
４０１    空洞の壁
４０２    波長変換材料層
４０３    半導体チップ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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