(57)【要約】  この光学デバイスは、光学反射器とフィルタとによって形成され、この反射器は、影響を及ぼされる側のランプに応じた形状および寸法を有する反射率が９８％以上の拡散または鏡面金属表面である。光学フィルタは、やはり影響を及ぼされる側のランプに応じた幾何形状および寸法を有する可視光に対して透明な堅い構造体であり、この構造体は、有機または無機材料でできており、基板の役目を果たし、この基板には、その層を透過する光の波長の関数として同時に部分反射性と反射防止性の両方を示す層を形成するために、酸化亜鉛層、特に酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体が塗布されている。蛍光ランプまたは白色光ＬＥＤのルミネセント層上に適正に置かれると、この光学デバイスは、短波長の高エネルギー光の大部分を前記ルミネセント層に再帰反射して、その光を、同じ光源ルミネセント層によってより長波長のより低エネルギー光に変換する。その結果、光源のクロマチック・リプロダクション・インデックス（ＣＲＩ）を変化させることなく全発光が少なくとも２０％増大する。
2020513596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネセントランプ、特に蛍光ランプおよび従来の白色光ＬＥＤに対して適用される光学デバイスであって、前記光学デバイスが、前記光源の外部にあり、光学反射器と多層光学フィルタとからなり、
前記反射器が、前記光源によって生成された光を作業面に向かって反射する反射率が９８％以上の鏡面または拡散金属表面であり、
前記光学フィルタが、前記光学フィルタの活性層である酸化亜鉛層がその上に塗布された基板の役目を果たす透明な有機または無機材料でできた透明で堅い多層構造体であり、前記酸化亜鉛層の厚さが１．５から３マイクロメートルであり、前記酸化亜鉛層が、格子定数２００ｎｍから４００ｎｍ、充填率０．５から０．８、高さ１から２マイクロメートルの酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体をその内部に含み、前記光学フィルタが、３８０ｎｍから５３０ｎｍの帯域幅では部分光反射器として振舞い、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲では反射防止要素として振舞い、
前記光学フィルタの前記基板と前記酸化亜鉛層の屈折率の位相が１８０°ずれている
光学デバイス。
【請求項２】
前記光学フィルタが、前記光源のルミネセント層に接触せずに、前記光源の前記ルミネセント層の放出角を完全にカバーする、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項３】
前記無機基板が、厚さ０．１ｍｍから１．０ｍｍの石灰ガラスまたはホウケイ酸ガラスでできている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項４】
前記有機基板が、厚さ０．１ｍｍから１．０ｍｍのメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートのいずれかの熱可塑性樹脂でできている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項５】
前記ナノワイヤ構造体が、同じ光学特性を有する任意の他の材料でできている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項６】
直線形蛍光ランプに対して適用されるときに、前記光学反射器が放物線の形状を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項７】
前記直線形蛍光ランプの内側表面が、エレクトロルミネセント材料によって覆われている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項８】
直線形蛍光ランプに対して適用されるときに、前記光学フィルタが円筒の形状を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項９】
前記フィルタの内径が、影響を及ぼされる側の前記蛍光ランプの外径よりも少なくとも２ｍｍ大きく、前記フィルタの長さが、前記蛍光ランプのルミネセント表面全体を包囲する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１０】
前記直線形蛍光ランプが、前記光学フィルタ内に同軸で収容された、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１１】
前記光学フィルタおよび前記直線形蛍光ランプが２つのベースによって前記光学反射器に機械的に取り付けられており、前記２つのベースがそれぞれ前記ランプの端にあり、前記２つのベースが、前記ランプに電力を供給する手段として機能する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１２】
影響を及ぼされる側の前記ルミネセント光源が照明において一般的に使用されるＬＥＤランプ直線形モジュールであるときに、前記光学反射器が平らである、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１３】
前記白色光ＬＥＤ直線形モジュールが、前記反射器の周囲に対称に置かれたねじまたは他の同様の手段によって、前記反射器上に、前記反射器としっかりと接触した状態で装着された、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１４】
前記反射器の幅が、前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの幅よりも５０％大きく、前記反射器の長さが、前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの長さと同じである、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１５】
前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールが、その上に少なくとも１つまたはいくつかの半導体発光ダイオードが装着されたプリント回路であり、前記半導体発光ダイオードが、ルミネセント層の上に短波長光を放出し、前記短波長光が当てられたされたときに、前記ルミネセント層が白色光を放出する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１６】
前記光学フィルタが、前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの幅の２倍の直径を有する半円の形状を有し、前記半円の端に配置された少なくとも幅２ｍｍの２つの水平側方羽根を有し、オメガの形をした単一の部片を形成する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１７】
前記光学フィルタが、ねじまたは他の何らかの手段によって前記光学反射器上に装着されており、前記半導体ダイオードまたは白色光の発光器を含む前記モジュールが、前記光学フィルタおよび反射器を形成する空洞内に収容されており、前記光学フィルタの前記活性層が、前記半導体ダイオードまたは白色発光ダイオードの前記ルミネセント層に面する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１８】
前記白色光ＬＥＤ直線形モジュールが、前記半円形の光学フィルタの幾何学的焦点の外側に配された、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１９】
前記光学フィルタが、３８０ｎｍから４９０ｎｍの波長範囲において６０％から９０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２０】
前記光学フィルタが、４９１ｎｍから５００ｎｍの波長範囲において６０％から３０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２１】
前記光学フィルタが、５０１ｎｍから５３０ｎｍの波長範囲において３０％から１０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２２】
前記光学フィルタが、５３１ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲において１０％から０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２３】
前記光学フィルタが、３８０ｎｍから４９０ｎｍの波長範囲において６０％から９０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２４】
前記光学フィルタが、４９１ｎｍから５００ｎｍの波長範囲において６０％から３０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２５】
前記光学フィルタが、５０１ｎｍから５３０ｎｍの波長範囲において３０％から１０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２６】
前記光学フィルタが、５３１ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲において１０％から０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルミネセントランプ（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｌａｍｐ）に関し、特に、ルミネセントランプが放出した光を投射する手段であって、エレクトロルミネセント光源（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）上、特に一般的な照明目的に使用される蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤのルミネセント表面に適切に置かれた光学デバイス（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅ）からなり、前記ランプによって放出される光を、光源のクロマチック・リプロダクション・インデックス（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）ＣＲＩに影響を及ぼすことなく増大させる手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤランプの発光を増大させるための努力が多くなされている。この分野における重要な業績により、蛍光ランプでは最大１１５ルーメン／ワット、白色光ＬＥＤランプでは最大１７０ルーメン／ワットという、より優れた効率値（ルーメン／ワット）を得ることが可能になった。しかしながら、これらの進歩による利益をもはや得ることができない技術的に遅れたこのタイプの多くのランプが市販され、利用されている。
【０００３】
蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤではともに、希土類元素と他の一般的に蛍光体と呼ばれているものとの混合物によって形成されたルミネセント材料の層の上に、短波長、高エネルギーの光をディスチャージすることによって光が生成される。この短波長、高エネルギーの光は、このルミネセント材料においてより短波長、より低エネルギーの光になる。
【０００４】
従来の蛍光ランプの内側では、前記ランプの内側に含まれる水銀によって紫外範囲の短波長光、特に２５４ｎｍにピークを有する１８５ｎｍから３６５ｎｍの帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）の短波長光が放出される。白色光の半導体ダイオード（ＬＥＤ）の場合には、その内部で、半導体ダイオードが、４５０ｎｍにピークを有する主として４００から４７０ｎｍの帯域幅の青紫の光を生成する。いずれの場合も、リンを形成する異なる要素上にこのエネルギーがディスチャージされたときに異なる波長の光が生成、混合されて、誰もが知る見た目の白い光が生成される。しかしながら、本発明の出願日までに使用された蛍光体は、蛍光体内で生成された全ての高エネルギー光を、人間の眼が低い比視感度（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する青紫色に対応する３８０ｎｍから４７０ｎｍの範囲のより短波長の光に変換し、前記光の大部分を放出することができないでいる。その結果、放出された光、したがって蛍光体が消費するエネルギーの使用が不十分になる。
【０００５】
蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤの性能を向上させるために、この革新は、前記ランプのルーメン／ワット比を、ランプのクロマチック・リプロダクション・インデックス（ＣＲＩ）に影響を及ぼすことなく増大させることを可能にする、非自明の実際的で低コストの解決策によって提示される。この解決策は、光源の外側の光学デバイスであるため、このタイプの任意の光源に対して、光源の技術的開発の程度に関わらず適用することができる解決策である。
【０００６】
２００７年１月２４日に出願されたカワカツアキラの欧州特許出願公開第１７４６１２６Ａ１号明細書は、異なるタイプのランプに対して適用するための選択的波長遮断材料を記載している。この材料は、基本三方晶構造を形成する酸化亜鉛（ＺｎＯ）と酸化チタン（ＴｉＯ２）の混合物によって形成され、一方で、前記ランプによって放出されたＵＶ放射に起因する前記ランプによって照らされる物体の損傷を防ぎ、他方で昆虫の誘引を回避するために、ＵＶ範囲の放出の全遮断を達成し、可視範囲の始めの部分、特に４００ｎｍ〜４３０ｎｍまでの部分を意図的に部分的に遮断し、光源の本来のルミナス放出（ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の損失を最小限にする。しかしながら、このデバイスは、遮断された放射線の利用も、またはＺｎＯの分布、ランプのルミナス放出の増大を達成するためおよび本発明に提示されたものなどの縦波パラメータを得るための保護したい割合も教示していない。
【０００７】
１９８２年２月１０日に出願された伊藤秀徳の特開昭５７−２５７３８号公報は、ＺｎＯまたは酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）材料の複合遮断層によって１０００ｎｍ以上の赤外放射の放出を防ぐために蛍光ランプ上に配置された遮断層を開示している。この遮断層は、蛍光ランプ内における前記放射の放出を制御することを可能にする。しかしながら、前記遮断層は、本発明の場合とは違い、可視光の放出に対して一切影響を及ぼさない。
【０００８】
２００６年１２月７日の川勝晃の特開２００６−３３２０００号公報は、ルミネセントランプ用の紫外線保護材料を開示しており、この材料では、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）またはユウロピウム（Ｅｕ）のうちの少なくとも１つの粒子がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）のベースによって形成されたルミネセント遮蔽材料が主化合物として提供される。この材料は、不要な紫外放射の放出を防ぎ、同時に、その紫外放射を、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍにピークを有する可視光に変換する。そのため、当業者には、このデバイスが、本発明とは非常に異なる動作原理を有すること、および、白色光ＬＥＤランプは紫外放射を放出しないため、このデバイスを、白色光ＬＥＤランプに対して適用することはきないことが明らかである。そのため、この文献は、ＺｎＯの分布、および本発明に提示されているものなどの波長のパラメータを得るための保護したい割合を記載していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の第１の目的は、エレクトロルミネセント光源内における有用な光の放出を前記放出光の高エネルギー波長の選択的再帰反射（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｒｅｔｒｏ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によって増大させるための光学デバイスを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、その層を透過する光の波長に応じて同時に部分反射性と反射防止性の両方を示す層を形成するデバイスを提供することにある。
本発明のまた別の目的は、高エネルギーの短波長光の大部分を光源のルミネセント層に再帰反射して、その光を、前記ルミネセント層によって、より長波長のより低エネルギーの光に変換することができる光学デバイスであって、その結果、光源のクロマチック・リプロダクション・インデックス（ＣＲＩ）を変化させることなく全発光が少なくとも２０％増大する光学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
現在までに知られていることとは違い、本発明によって、蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤを放出するあまり人間の眼の益にならない高エネルギー可視光を回収し、利用することが可能である。本発明は、組合せで動作する光学反射器とフィルタとからなる。この反射器は、影響を及ぼされる側のランプに応じた寸法および幾何形状を有する、反射率（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）が９８％以上の拡散または鏡面金属表面であり、その機能は、作業面（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｐｌａｎｅ）に向かってできるだけ多くの量の光を反射することである。光学フィルタは、酸化亜鉛層がその上に塗布された基板の役目を果たす有機または無機材料でできた可視光に対して透明な堅い構造体であり、やはり影響を及ぼされる側のランプに応じた幾何形状および寸法を有する。この酸化亜鉛層は、酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体であり、このナノ構造体は、前記光学フィルタが、３８０ｎｍから５３０ｎｍの帯域幅においては光の部分反射器として振舞い、同時に５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲においては反射防止要素として振舞うことを達成するために２００ｎｍから４００ｎｍの格子定数（ｌａｔｔｉｃｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）、０．５から０．８の充填率（Ｆｉｌｌｉｎｇ  Ｒａｔｉｏ）および１から２マイクロメートルの高さなどの特定の設計パラメータを有する。
【００１２】
光学フィルタおよびルミネセント光源は、酸化亜鉛の活性ナノ層を光源のルミネセント層の方に向けた状態で、反射器に機械的に取り付けられる。このようにすると、短波長の高エネルギー可視光は主として、光源のルミネセント層のリンに向かって再帰反射され、そこで、その光は、そのエネルギーを光源の外側層上にディスチャージして、より長波長の光に変換され、その結果、そのＣＲＩ指数を変化させることなく全発光が少なくとも２０％増大するが、それは、ランプによって放出される青紫の光が完全には排除されないためである。
【００１３】
本発明の例および参照として次の図面が示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】人間の眼の明所視スペクトル応答（ｐｈｏｔｏｐｉｃ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）のＣＩＥグラフである。
【図２】従来の４１００°ｋ蛍光ランプのスペクトル分布を示す図である。
【図３】本発明の光学フィルタの吸光度（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）および反射率のグラフである。
【図４ａ】従来の蛍光ランプに対して光学デバイスが適用されているときの第１の好ましい実施形態の断面図である。
【図４ｂ】光学フィルタおよび蛍光ランプだけを示す第１の好ましい実施形態の断面図である。
【図４ｃ】第１の好ましい実施形態の光学フィルタの単一の断面図である。
【図５】光学フィルタの活性層の酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体の透視図である。
【図６】本発明に記載された光学デバイスを使用して動作している図２と同じ蛍光ランプの相対スペクトル分布を示す図である。
【図７】照明において一般的に使用される白色光ＬＥＤランプの直線形モジュール（ｌｉｎｅａｒ  ｍｏｄｕｌｅ）に対して光学デバイスが適用されているときの第２の好ましい実施形態の断面図である。
【図８】照明において一般的に使用される図７の４１００°ｋ白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの相対スペクトル分布を示す図である。
【図９】ＬＥＤランプの直線形モジュールから取り外されたフィルタおよび光学反射器を示す第２の好ましい実施形態の断面図である。
【図１０】本発明に記載された光学デバイスを使用して動作している図６のモジュールのＬＥＤランプアセンブリの相対スペクトル分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明では、本発明の特徴の理解をより完全にするために、エレクトロルミネセント光源内における有用な光の放出を前記放出光の高エネルギー波長の選択的再帰反射によって増大させるための本発明の光学デバイスの特徴が明瞭かつ詳細に説明される。この説明には、その一体の部分として、非限定的な性質の例示的な図面が随伴する。この図面は、示された部分および図を指し示す同じ参照符号に従って表される。
【００１６】
人間の眼は、可視スペクトルの全ての色を同じ比視感度で知覚するわけではないことが知られている。図１には、人間の眼の明所比視感度のＣＩＥグラフが示されている。見て分かるとおり、人間の眼は、黄緑色に対応する５５５ｎｍでその最大視力効率に達し、スペクトルの両端では、この相対効率が、一端において青紫色に対応する波長で減少し、他端において赤色に対応する波長で減少する。これらの波長の前および後の紫外光および赤外光に対して、人間の眼は「盲目」になる。
【００１７】
図２には、照明において一般的に使用される色温度４１００°Ｋの従来の蛍光ランプによって放出されたルミナスエネルギーの可視範囲のスペクトル分布が示されている。見て分かるとおり、４３０ｎｍには、この波長におけるランプの相対放出が２０％を超えるピークがあり、さらに、４８７ｎｍには、その波長における前記相対強度がほぼ２０％に達する別のピークがある。しかしながら、図１によれば、これらの波長における人間の眼の相対効率はそれぞれわずか１．５％および１５％であり、したがってこの高エネルギー光の大部分は無駄になっている。
【００１８】
現在までに知られていることに反して、このエネルギーを光源のルミネセント層に再帰反射し、そこでその高エネルギーがディスチャージされ、それによってその高エネルギーが、人間の眼がより高い比視感度を有するより長い波長の光になることによって、このエネルギーを利用することができる。これは、この革新的な光学アセンブリによって達成される。この光学アセンブリの多層光学フィルタは、３８０ｎｍから５３０ｎｍの範囲の高エネルギー可視光の大部分を、完全には排除せずに、基点であるルミネセント層に向かって再帰反射し、同時に、可視範囲および近赤外に対応する残りの光を、損失なしで事実上透過させることができる。
【００１９】
以下では、本発明の２つの例示的で非限定的な好ましい実施形態が説明される。白色光エレクトロルミネセントランプのタイプと同じ数の好ましい実施形態が存在しうることを理解されたい。
第１の好ましい実施形態
図４ａは、この光学アセンブリの第１の好ましい実施形態、正確には、照明において一般的に使用される従来の直線形蛍光ランプに対して適用されているときのこの光学アセンブリの第１の好ましい実施形態の断面図を示す。この図の倍率は一様ではない。同じ直線形蛍光ランプの可視範囲のスペクトル分布曲線が図２に示されている。この光学アセンブリの動作の理解をより完全にするために、一部の寸法は誇張されている。
【００２０】
この実施形態では、光学フィルタ７が円筒の形状を有し、光学フィルタ７の内径は、蛍光ランプ１よりも少なくとも２ｍｍ大きく、このことは、蛍光ランプ１が内側に同軸で収容されることを可能にする。光学フィルタ７の長さは、ルミネセント表面２全体をカバーする。ランプ１およびフィルタ７は、蛍光ランプ１のそれぞれの端部にそれぞれ配置された２つの支持ベース１１によって金属反射器３に機械的に固定されており、支持ベース１１は、安定器（図示せず）から来る電気を供給する手段としても機能する。光学反射器３は放物線の形状を有し、厚さ０．２ｍｍから１ｍｍの拡散または鏡面金属表面であり、９８％以上の拡散または鏡面反射率を有する。光学反射器３の機能は、ランプ１によって生成された光を作業面に向かって反射することであり、光学反射器３の寸法は、影響を及ぼされる側のランプの寸法に応じて決定される。
【００２１】
図４ｂは、支持ベース１１および光学反射器３から取り外された、内側に蛍光ランプ１を含む光学フィルタ７の断面図である。前記光学フィルタ７は、酸化亜鉛を含む厚さ１．５から３ミクロンの層８がその上に塗布された、透明な無機材料、例えば石灰ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、または有機材料、例えばメタクリル酸メチル熱可塑性樹脂もしくはポリカーボネートでできた厚さ０．１ｎｍから１ｍｍの基板９によって形成されている。層８は、光学フィルタ７の活性層である。当技術分野では、酸化亜鉛が、紫外（ＵＶ）範囲における高い反射率および可視範囲における高い透過率を有することが知られている。しかしながら、本発明を適正に機能させるため、酸化亜鉛の主として反射性である範囲を可視範囲の始めまでわずかに広げた。これは、酸化亜鉛を、格子定数２００ｎｍから４００ｎｍ、充填率０．５から０．８、高さ１から２マイクロメートルの酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体として構成することによって達成される。図５は、光学フィルタ７を形成するために基板９上に塗布された層８の前記ナノワイヤ構造体（ＮＥＨ）の透視図を示す。光学フィルタ７が、光学フィルタ７を透過する光の波長の関数として同時に反射性と反射防止性の両方を示す表面として振舞うことを達成するために、基板９と層８の屈折率の位相は１８０°ずれている。
【００２２】
ルミネセントランプ２が光線１４を放出し、光線１４が光学フィルタ７に到達したときに、５４０ｎｍよりも長い波長成分は、損失なしで光学フィルタ７を透過するが、３８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の青紫成分の大部分１４’は、酸化亜鉛層８のナノワイヤ（ＮＥＨ）によってルミネセント層２に向かって再帰反射され、ルミネセント層２で、その青紫成分の高ルミナスエネルギーはディスチャージされ、より長い波長１４”で新たに放出される。このことはさらに、それらの成分が、事実上損失なしで層８および基板９を透過することを可能にし、その結果、人間の眼がより大きな比視感度を有するより長い波長で、より多くの量の光が放出され、その結果、１ワット当たりより多くの量のルーメンが消費される。光学フィルタ７は、３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲の高エネルギー可視光を完全には再帰反射しないため、青紫色は完全には排除されず、したがって、蛍光ランプ１のクロマチック・リプロダクション・インデックスは低減しないだけでなく、８０．３％から８１．５５％にわずかに増大する。
【００２３】
図４ｃおよび５に分離して示された光学フィルタ７は、以下の光学特性を有する：３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の反射率、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の反射率、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の反射率、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の反射率、および３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の吸光度、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の吸光度、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の吸光度、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の吸光度。
【００２４】
図６には、本発明に記載された光学デバイスを使用して動作している図２と同じ蛍光ランプの相対スペクトル分布が示されている。
第２の好ましい実施形態
図７には、照明において一般的に使用される白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールに対して適用されているときの本発明の断面図が示されている。動作の理解をより完全にするために、一部の寸法は誇張されている。前記図７では、モジュール３が、その上にいくつかの白色光半導体ダイオード（ＬＥＤ）１が装着されたプリント回路であり、ＬＥＤ１は、プリント回路に沿って直線的に等距離に配置されている。それぞれのＬＥＤ１は、その上にルミネセント層２が塗布された短波長の発光半導体１０によって形成されており、発光半導体１０は、４００ｎｍから４７０ｎｍの帯域幅の青紫の光を生成し、この光は、ルミネセント層２上でディスチャージされ、異なる複数の波長の光に変換される。それらの光は混合されると、見かけ上、白色の光を生み出す。発光半導体１０によって生成された大量の光エネルギーは、図８に示されているように、変換されることなくルミネセント層２を透過する。このグラフは、前記一組のＬＥＤの可視スペクトル全体にわたるルミナスエネルギーの放出を詳細に示している。見て分かるとおり、４５０ｎｍには、この波長に対する放出が１００％に達するピークがある。しかしながら、図１によれば、この波長における人間の眼の相対効率はわずか２．５％であり、したがってこの高エネルギー光の大部分も無駄になる。
【００２５】
続けて図７を参照する。モジュール３は、ねじ６によって反射器４に取り付けられており、反射器４は、影響を及ぼすＬＥＤモジュールの出力に応じて厚さ０．１ｍｍから３．０ｍｍの堅くて平らな金属部品であり、最低９８％の拡散または鏡面反射率を有する。光学フィルタ７も反射器４上に結合されており、短波長の発光半導体１０によって生成された熱の放散を可能にし、発光半導体１０の過熱ならびにルミネセント層２の早過ぎる劣化を防ぐために、最低でも２ｍｍ以上の距離１３のところに結合されている。光学フィルタ７は、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの幅の２倍の直径を有する半円の形状を有し、半円の端に配置された少なくとも幅２ｍｍの２つの水平側方羽根（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｓｉｄｅ  ｗｉｎｇ）を有し、オメガ（ｏｍｅｇａ）形の単一の部片（ｐｉｅｃｅ）を形成する。
【００２６】
図９には、光学反射器４および光学フィルタ７の取り外されたモジュール３が示されている。この形態では、前記光学フィルタ７が、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの幅の２倍の直径を有する半円の形状を有し、半円の端に配置された少なくとも幅２ｍｍの２つの水平側方羽根を有し、オメガの形をした単一の部片を形成する。以前の実施形態と同様に、前記光学フィルタ７は、酸化亜鉛を含む厚さ１．５から３マイクロメートルの層８がその上に塗布された、透明な無機材料、例えばソーダ石灰ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、または有機材料、例えば熱可塑性樹脂であるメタクリル酸メチルもしくはポリカーボネートでできた厚さ０．１ｍｍから１ｍｍの基板９によって形成されている。層８は、光学フィルタ７の活性層である。当技術分野では、酸化亜鉛が、紫外（ＵＶ）範囲における高い反射率および可視範囲における高い透過率を有することが知られている。しかしながら、本発明を適正に機能させるため、酸化亜鉛の主として反射性である範囲を可視範囲の始めまでわずかに広げた。これは、酸化亜鉛を、格子定数２００ｎｍから４００ｎｍ、充填率０．５から０．８、高さ１から２マイクロメートルの酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体として構成することによって達成される。図５は、光学フィルタ７を形成するために基板９上に塗布された層８の前記ナノワイヤ構造体（ＮＥＨ）の透視図を示す。光学フィルタ７が、光学フィルタ７を透過する光の波長の関数として同時に反射性と反射防止性の両方を示す表面として振舞うことを達成するために、基板９と層８の屈折率の位相は１８０°ずれている。
【００２７】
前記図９では、ルミネセント層２が光ビーム１４を放出し、光ビーム１４が光学フィルタ７に到達したときに、５４０ｎｍよりも長い波長成分は、損失なしで光学フィルタ７を透過するが、３８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の青紫成分の大部分１４’は、層８の酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体ＮＥＨによってルミネセント層２に向かって再帰反射され、ルミネセント層２で、その青紫成分の高ルミナスエネルギーはディスチャージされ、より長い波長１４”で新たに放出される。このことはさらに、それらの成分が、事実上損失なしで層８および基板９を透過することを可能にし、その結果、人間の眼がより大きな比視感度を有する波長で、より多くの量の光が放出され、その結果、１ワット当たりより多くの量のルーメンが消費される。光学フィルタ７は、３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲の高エネルギー可視光を完全には再帰反射しないため、青紫色は完全には排除されず、したがって、ＬＥＤランプ１のクロマチック・リプロダクション・インデックスは低減しないだけでなく、８１．１０％から８３．４８％だけわずかに増大した。
【００２８】
加えて、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールは、半円形の光学フィルタの幾何学的焦点の外側に位置し、反射器の幅は、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの幅よりも５０％大きく、反射器の長さは、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの長さと同じである。
【００２９】
図７および９に分離して示され、図５に詳細に示された光学フィルタ７は、以下の光学特性を有する：３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の反射率、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の反射率、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の反射率、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の反射率、および３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の吸光度、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の吸光度、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の吸光度、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の吸光度。
【００３０】
図１０は、この革新的な光学デバイスの影響を受けたときに図６と同じ白色光ＬＥＤランプの直線形モジュール３によって生成された可視範囲の新たなスペクトル分布を示す。
本発明の以上の説明に応じて、本発明をさまざまな形で変更することができることを当業者は見出すであろう。そのような変更は、本発明の趣旨および範囲から逸脱していないものとみなされる。
【００３１】
加えて、この説明は、本明細書に記載された異なる種および／または様式の要素の任意の組合せまたは下位の組合せを含む。本開示のこれらの特徴、したがって本開示の範囲は、以下の特許請求項およびその等価物に照らして解釈されるべきであることを当業者は理解するであろう。
【図１】
2020513596.tif 000003
【図２】
2020513596.tif 000004
【図３】
2020513596.tif 000005
【図４ａ】
2020513596.tif 000006
【図４ｂ】
2020513596.tif 000007
【図４ｃ】
2020513596.tif 000008
【図５】
2020513596.tif 000009
【図６】
2020513596.tif 000010
【図７】
2020513596.tif 000011
【図８】
2020513596.tif 000012
【図９】
2020513596.tif 000013
【図１０】
2020513596.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月27日(2019.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルミネセントランプ（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｌａｍｐ）に関し、特に、ルミネセントランプが放出した光を投射する手段であって、エレクトロルミネセント光源（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）上、特に一般的な照明目的に使用される蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤのルミネセント表面に適切に置かれた光学デバイス（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅ）からなり、前記ランプによって放出される光を、光源のクロマチック・リプロダクション・インデックス（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）ＣＲＩに影響を及ぼすことなく増大させる手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤランプの発光を増大させるための努力が多くなされている。この分野における重要な業績により、蛍光ランプでは最大１１５ルーメン／ワット、白色光ＬＥＤランプでは最大１７０ルーメン／ワットという、より優れた効率値（ルーメン／ワット）を得ることが可能になった。しかしながら、これらの進歩による利益をもはや得ることができない技術的に遅れたこのタイプの多くのランプが市販され、利用されている。
【０００３】
蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤではともに、希土類元素と他の一般的に蛍光体と呼ばれているものとの混合物によって形成されたルミネセント材料の層の上に、短波長、高エネルギーの光をディスチャージすることによって光が生成される。この短波長、高エネルギーの光は、このルミネセント材料においてより短波長、より低エネルギーの光になる。
【０００４】
従来の蛍光ランプの内側では、前記ランプの内側に含まれる水銀によって紫外範囲の短波長光、特に２５４ｎｍにピークを有する１８５ｎｍから３６５ｎｍの帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）の短波長光が放出される。白色光の半導体ダイオード（ＬＥＤ）の場合には、その内部で、半導体ダイオードが、４５０ｎｍにピークを有する主として４００から４７０ｎｍの帯域幅の青紫の光を生成する。いずれの場合も、リン光体を形成する異なる要素上にこのエネルギーがディスチャージされたときに異なる波長の光が生成、混合されて、誰もが知る見た目の白い光が生成される。しかしながら、本発明の出願日までに使用された蛍光体は、蛍光体内で生成された全ての高エネルギー光を、人間の眼が低い比視感度（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する青紫色に対応する３８０ｎｍから４７０ｎｍの範囲のより短波長の光に変換し、前記光の大部分を放出することができないでいる。その結果、放出された光、したがって蛍光体が消費するエネルギーの使用が不十分になる。
【０００５】
蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤの性能を向上させるために、この革新は、前記ランプのルーメン／ワット比を、ランプのクロマチック・リプロダクション・インデックス（ＣＲＩ）に影響を及ぼすことなく増大させることを可能にする、非自明の実際的で低コストの解決策によって提示される。この解決策は、光源の外側の光学デバイスであるため、このタイプの任意の光源に対して、光源の技術的開発の程度に関わらず適用することができる解決策である。
【０００６】
２００７年１月２４日に出願されたカワカツアキラの欧州特許出願公開第１７４６１２６Ａ１号明細書は、異なるタイプのランプに対して適用するための選択的波長遮断材料を記載している。この材料は、基本三方晶構造を形成する酸化亜鉛（ＺｎＯ）と酸化チタン（ＴｉＯ２）の混合物によって形成され、一方で、前記ランプによって放出されたＵＶ放射に起因する前記ランプによって照らされる物体の損傷を防ぎ、他方で昆虫の誘引を回避するために、ＵＶ範囲の放出の全遮断を達成し、可視範囲の始めの部分、特に４００ｎｍ〜４３０ｎｍまでの部分を意図的に部分的に遮断し、光源の本来のルミナス放出（ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の損失を最小限にする。しかしながら、このデバイスは、遮断された放射線の利用も、またはＺｎＯの分布、ランプのルミナス放出の増大を達成するためおよび本発明に提示されたものなどの縦波パラメータを得るための保護したい割合も教示していない。
【０００７】
１９８２年２月１０日に出願された伊藤秀徳の特開昭５７−２５７３８号公報は、ＺｎＯまたは酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）材料の複合遮断層によって１０００ｎｍ以上の赤外放射の放出を防ぐために蛍光ランプ上に配置された遮断層を開示している。この遮断層は、蛍光ランプ内における前記放射の放出を制御することを可能にする。しかしながら、前記遮断層は、本発明の場合とは違い、可視光の放出に対して一切影響を及ぼさない。
【０００８】
２００６年１２月７日の川勝晃の特開２００６−３３２０００号公報は、ルミネセントランプ用の紫外線保護材料を開示しており、この材料では、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）またはユウロピウム（Ｅｕ）のうちの少なくとも１つの粒子がドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）のベースによって形成されたルミネセント遮蔽材料が主化合物として提供される。この材料は、不要な紫外放射の放出を防ぎ、同時に、その紫外放射を、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍにピークを有する可視光に変換する。そのため、当業者には、このデバイスが、本発明とは非常に異なる動作原理を有すること、および、白色光ＬＥＤランプは紫外放射を放出しないため、このデバイスを、白色光ＬＥＤランプに対して適用することはきないことが明らかである。そのため、この文献は、ＺｎＯの分布、および本発明に提示されているものなどの波長のパラメータを得るための保護したい割合を記載していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の第１の目的は、エレクトロルミネセント光源内における有用な光の放出を前記放出光の高エネルギー波長の選択的再帰反射（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｒｅｔｒｏ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によって増大させるための光学デバイスを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、その層を透過する光の波長に応じて同時に部分反射性と反射防止性の両方を示す層を形成するデバイスを提供することにある。
本発明のまた別の目的は、高エネルギーの短波長光の大部分を光源のルミネセント層に再帰反射して、その光を、前記ルミネセント層によって、より長波長のより低エネルギーの光に変換することができる光学デバイスであって、その結果、光源のクロマチック・リプロダクション・インデックス（ＣＲＩ）を変化させることなく全発光が少なくとも２０％増大する光学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
現在までに知られていることとは違い、本発明によって、蛍光ランプおよび白色光ＬＥＤによって放出されるあまり人間の眼の益にならない高エネルギー可視光を回収し、利用することが可能である。本発明は、組合せで動作する光学反射器とフィルタとからなる。この反射器は、影響を及ぼされる側のランプに応じた寸法および幾何形状を有する、反射率（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）が９８％以上の拡散または鏡面金属表面であり、その機能は、作業面（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｐｌａｎｅ）に向かってできるだけ多くの量の光を反射することである。光学フィルタは、酸化亜鉛層がその上に塗布された基板の役目を果たす有機または無機材料でできた可視光に対して透明な堅い構造体であり、やはり影響を及ぼされる側のランプに応じた幾何形状および寸法を有する。この酸化亜鉛層は、酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体であり、このナノ構造体は、前記光学フィルタが、３８０ｎｍから５３０ｎｍの帯域幅においては光の部分反射器として振舞い、同時に５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲においては反射防止要素として振舞うことを達成するために２００ｎｍから４００ｎｍの格子定数（ｌａｔｔｉｃｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）、０．５から０．８の充填率（Ｆｉｌｌｉｎｇ  Ｒａｔｉｏ）および１から２マイクロメートルの高さなどの特定の設計パラメータを有する。
【００１２】
光学フィルタおよびルミネセント光源は、酸化亜鉛の活性ナノ層を光源のルミネセント層の方に向けた状態で、反射器に機械的に取り付けられる。このようにすると、短波長の高エネルギー可視光は主として、光源のルミネセント層のリン光体に向かって再帰反射され、そこで、その光は、そのエネルギーを光源の外側層上にディスチャージして、より長波長の光に変換され、その結果、そのＣＲＩ指数を変化させることなく全発光が少なくとも２０％増大するが、それは、ランプによって放出される青紫の光が完全には排除されないためである。
【００１３】
本発明の例および参照として次の図面が示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】人間の眼の明所視スペクトル応答（ｐｈｏｔｏｐｉｃ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）のＣＩＥグラフである。
【図２】従来の４１００ｋ蛍光ランプのスペクトル分布を示す図である。
【図３】本発明の光学フィルタの吸光度（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）および反射率のグラフである。
【図４ａ】従来の蛍光ランプに対して光学デバイスが適用されているときの第１の好ましい実施形態の断面図である。
【図４ｂ】光学フィルタおよび蛍光ランプだけを示す第１の好ましい実施形態の断面図である。
【図４ｃ】第１の好ましい実施形態の光学フィルタの断面図である。
【図５】光学フィルタの活性層の酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体の透視図である。
【図６】本発明に記載された光学デバイスを使用して動作している図２と同じ蛍光ランプの相対スペクトル分布を示す図である。
【図７】照明において一般的に使用される白色光ＬＥＤランプの直線形モジュール（ｌｉｎｅａｒ  ｍｏｄｕｌｅ）に対して光学デバイスが適用されているときの第２の好ましい実施形態の断面図である。
【図８】照明において一般的に使用される図７の４１００ｋ白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの相対スペクトル分布を示す図である。
【図９】ＬＥＤランプの直線形モジュールから取り外されたフィルタおよび光学反射器を示す第２の好ましい実施形態の断面図である。
【図１０】本発明に記載された光学デバイスを使用して動作している図８のモジュールのＬＥＤランプアセンブリの相対スペクトル分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明では、本発明の特徴の理解をより完全にするために、エレクトロルミネセント光源内における有用な光の放出を前記放出光の高エネルギー波長の選択的再帰反射によって増大させるための本発明の光学デバイスの特徴が明瞭かつ詳細に説明される。この説明には、その一体の部分として、非限定的な性質の例示的な図面が随伴する。この図面は、示された部分および図を指し示す同じ参照符号に従って表される。
【００１６】
人間の眼は、可視スペクトルの全ての色を同じ比視感度で知覚するわけではないことが知られている。図１には、人間の眼の明所比視感度のＣＩＥグラフが示されている。見て分かるとおり、人間の眼は、黄緑色に対応する５５５ｎｍでその最大視力効率に達し、スペクトルの両端では、この相対効率が、一端において青紫色に対応する波長で減少し、他端において赤色に対応する波長で減少する。これらの波長の前および後の紫外光および赤外光に対して、人間の眼は「盲目」になる。
【００１７】
図２には、照明において一般的に使用される色温度４１００Ｋの従来の蛍光ランプによって放出されたルミナスエネルギーの可視範囲のスペクトル分布が示されている。見て分かるとおり、４３０ｎｍには、この波長におけるランプの相対放出が２０％を超えるピークがあり、さらに、４８７ｎｍには、その波長における前記相対強度がほぼ２０％に達する別のピークがある。しかしながら、図１によれば、これらの波長における人間の眼の相対効率はそれぞれわずか１．５％および１５％であり、したがってこの高エネルギー光の大部分は無駄になっている。
【００１８】
現在までに知られていることに反して、このエネルギーを光源のルミネセント層に再帰反射し、そこでその高エネルギーがディスチャージされ、それによってその高エネルギーが、人間の眼がより高い比視感度を有するより長い波長の光になることによって、このエネルギーを利用することができる。これは、この革新的な光学アセンブリによって達成される。この光学アセンブリの多層光学フィルタは、３８０ｎｍから５３０ｎｍの範囲の高エネルギー可視光の大部分を、完全には排除せずに、基点であるルミネセント層に向かって再帰反射し、同時に、可視範囲および近赤外に対応する残りの光を、損失なしで事実上透過させることができる。
【００１９】
以下では、本発明の２つの例示的で非限定的な好ましい実施形態が説明される。白色光エレクトロルミネセントランプのタイプと同じ数の好ましい実施形態が存在しうることを理解されたい。
第１の好ましい実施形態
図４ａは、この光学アセンブリの第１の好ましい実施形態、正確には、照明において一般的に使用される従来の直線形蛍光ランプに対して適用されているときのこの光学アセンブリの第１の好ましい実施形態の断面図を示す。この図の倍率は一様ではない。同じ直線形蛍光ランプの可視範囲のスペクトル分布曲線が図２に示されている。この光学アセンブリの動作の理解をより完全にするために、一部の寸法は誇張されている。
【００２０】
この実施形態では、光学フィルタ７が円筒の形状を有し、光学フィルタ７の内径は、蛍光ランプ１よりも少なくとも２ｍｍ大きく、このことは、蛍光ランプ１が内側に同軸で収容されることを可能にする。光学フィルタ７の長さは、ルミネセント表面２全体をカバーする。ランプ１およびフィルタ７は、蛍光ランプ１のそれぞれの端部にそれぞれ配置された２つの支持ベース１１によって金属反射器３に機械的に固定されており、支持ベース１１は、安定器（図示せず）から来る電気を供給する手段としても機能する。光学反射器３は放物線の形状を有し、厚さ０．２ｍｍから１ｍｍの拡散または鏡面金属表面であり、９８％以上の拡散または鏡面反射率を有する。光学反射器３の機能は、ランプ１によって生成された光を作業面に向かって反射することであり、光学反射器３の寸法は、影響を及ぼされる側のランプの寸法に応じて決定される。
【００２１】
図４ｂは、支持ベース１１および光学反射器３から取り外された、内側に蛍光ランプ１を含む光学フィルタ７の断面図である。前記光学フィルタ７は、酸化亜鉛を含む厚さ１．５から３ミクロンの層８がその上に塗布された、透明な無機材料、例えば石灰ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、または有機材料、例えばメタクリル酸メチル熱可塑性樹脂もしくはポリカーボネートでできた厚さ０．１ｎｍから１ｍｍの基板９によって形成されている。層８は、光学フィルタ７の活性層である。当技術分野では、酸化亜鉛が、紫外（ＵＶ）範囲における高い反射率および可視範囲における高い透過率を有することが知られている。しかしながら、本発明を適正に機能させるため、酸化亜鉛の主として反射性である範囲を可視範囲の始めまでわずかに広げた。これは、酸化亜鉛を、格子定数２００ｎｍから４００ｎｍ、充填率０．５から０．８、高さ１から２マイクロメートルの酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体として構成することによって達成される。図５は、光学フィルタ７を形成するために基板９上に塗布された層８の前記ナノワイヤ構造体（ＮＥＨ）の透視図を示す。光学フィルタ７が、光学フィルタ７を透過する光の波長の関数として同時に反射性と反射防止性の両方を示す表面として振舞うことを達成するために、基板９と層８の屈折率の位相は１８０°ずれている。
【００２２】
ルミネセント層２が光線１４を放出し、光線１４が光学フィルタ７に到達したときに、５４０ｎｍよりも長い波長成分は、損失なしで光学フィルタ７を透過するが、３８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の青紫成分の大部分１４’は、酸化亜鉛層８のナノワイヤ（ＮＥＨ）によってルミネセント層２に向かって再帰反射され、ルミネセント層２で、その青紫成分の高ルミナスエネルギーはディスチャージされ、より長い波長１４”で新たに放出される。このことはさらに、それらの成分が、事実上損失なしで層８および基板９を透過することを可能にし、その結果、人間の眼がより大きな比視感度を有するより長い波長で、より多くの量の光が放出され、その結果、１ワット当たりより多くの量のルーメンが消費される。光学フィルタ７は、３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲の高エネルギー可視光を完全には再帰反射しないため、青紫色は完全には排除されず、したがって、蛍光ランプ１のクロマチック・リプロダクション・インデックスは低減しないだけでなく、８０．３％から８１．５５％にわずかに増大する。
【００２３】
図４ｃおよび５に示された光学フィルタ７は、以下の光学特性を有する：３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の反射率、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の反射率、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の反射率、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の反射率、および３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の吸光度、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の吸光度、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の吸光度、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の吸光度。
【００２４】
図６には、本発明に記載された光学デバイスを使用して動作している図２と同じ蛍光ランプの相対スペクトル分布が示されている。
第２の好ましい実施形態
図７には、照明において一般的に使用される白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールに対して適用されているときの本発明の断面図が示されている。動作の理解をより完全にするために、一部の寸法は誇張されている。前記図７では、モジュール３が、その上にいくつかの白色光半導体ダイオード（ＬＥＤ）１が装着されたプリント回路であり、ＬＥＤ１は、プリント回路に沿って直線的に等距離に配置されている。それぞれのＬＥＤ１は、その上にルミネセント層２が塗布された短波長の発光半導体１０によって形成されており、発光半導体１０は、４００ｎｍから４７０ｎｍの帯域幅の青紫の光を生成し、この光は、ルミネセント層２上でディスチャージされ、異なる複数の波長の光に変換される。それらの光は混合されると、見かけ上、白色の光を生み出す。発光半導体１０によって生成された大量の光エネルギーは、図８に示されているように、変換されることなくルミネセント層２を透過する。このグラフは、前記一組のＬＥＤの可視スペクトル全体にわたるルミナスエネルギーの放出を詳細に示している。見て分かるとおり、４５０ｎｍには、この波長に対する放出が１００％に達するピークがある。しかしながら、図１によれば、この波長における人間の眼の相対効率はわずか２．５％であり、したがってこの高エネルギー光の大部分も無駄になる。
【００２５】
続けて図７を参照する。モジュール３は、ねじ６によって反射器４に取り付けられており、反射器４は、影響を及ぼすＬＥＤモジュールの出力に応じて厚さ０．１ｍｍから３．０ｍｍの堅くて平らな金属部品であり、最低９８％の拡散または鏡面反射率を有する。光学フィルタ７も反射器４上に結合されており、短波長の発光半導体１０によって生成された熱の放散を可能にし、発光半導体１０の過熱ならびにルミネセント層２の早過ぎる劣化を防ぐために、最低でも２ｍｍ以上の距離１３のところに結合されている。光学フィルタ７は、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの幅の２倍の直径を有する半円の形状を有し、半円の端に配置された少なくとも幅２ｍｍの２つの水平側方羽根（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｓｉｄｅ  ｗｉｎｇ）を有し、オメガ（ｏｍｅｇａ）形の単一の部片（ｐｉｅｃｅ）を形成する。
【００２６】
図９には、光学反射器４および光学フィルタ７から取り外されたモジュール３が示されている。この形態では、前記光学フィルタ７が、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの幅の２倍の直径を有する半円の形状を有し、半円の端に配置された少なくとも幅２ｍｍの２つの水平側方羽根を有し、オメガの形をした単一の部片を形成する。以前の実施形態と同様に、前記光学フィルタ７は、酸化亜鉛を含む厚さ１．５から３マイクロメートルの層８がその上に塗布された、透明な無機材料、例えばソーダ石灰ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、または有機材料、例えば熱可塑性樹脂であるメタクリル酸メチルもしくはポリカーボネートでできた厚さ０．１ｍｍから１ｍｍの基板９によって形成されている。層８は、光学フィルタ７の活性層である。当技術分野では、酸化亜鉛が、紫外（ＵＶ）範囲における高い反射率および可視範囲における高い透過率を有することが知られている。しかしながら、本発明を適正に機能させるため、酸化亜鉛の主として反射性である範囲を可視範囲の始めまでわずかに広げた。これは、酸化亜鉛を、格子定数２００ｎｍから４００ｎｍ、充填率０．５から０．８、高さ１から２マイクロメートルの酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体として構成することによって達成される。図５は、光学フィルタ７を形成するために基板９上に塗布された層８の前記ナノワイヤ構造体（ＮＥＨ）の透視図を示す。光学フィルタ７が、光学フィルタ７を透過する光の波長の関数として同時に反射性と反射防止性の両方を示す表面として振舞うことを達成するために、基板９と層８の屈折率の位相は１８０°ずれている。
【００２７】
前記図９では、ルミネセント層２が光ビーム１４を放出し、光ビーム１４が光学フィルタ７に到達したときに、５４０ｎｍよりも長い波長成分は、損失なしで光学フィルタ７を透過するが、３８０ｎｍから５２０ｎｍの範囲の青紫成分の大部分１４’は、層８の酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体ＮＥＨによってルミネセント層２に向かって再帰反射され、ルミネセント層２で、その青紫成分の高ルミナスエネルギーはディスチャージされ、より長い波長１４”で新たに放出される。このことはさらに、それらの成分が、事実上損失なしで層８および基板９を透過することを可能にし、その結果、人間の眼がより大きな比視感度を有する波長で、より多くの量の光が放出され、その結果、１ワット当たりより多くの量のルーメンが消費される。光学フィルタ７は、３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲の高エネルギー可視光を完全には再帰反射しないため、青紫色は完全には排除されず、したがって、ＬＥＤランプ１のクロマチック・リプロダクション・インデックスは低減しないだけでなく、８１．１０％から８３．４８％までわずかに増大した。
【００２８】
加えて、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールは、半円形の光学フィルタの幾何学的焦点の外側に位置し、反射器の幅は、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの幅よりも５０％大きく、反射器の長さは、白色光ＬＥＤランプの直線形モジュールの長さと同じである。
【００２９】
図７および９に示され、図５に詳細に示された光学フィルタ７は、以下の光学特性を有する：３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の反射率、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の反射率、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の反射率、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の反射率、および３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における６０％から９０％の吸光度、４９１ｎｍから５００ｎｍの範囲における６０％から３０％の吸光度、５０１ｎｍから５３０ｎｍの範囲における３０％から１０％の吸光度、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲における１０％から０％の吸光度。
【００３０】
図１０は、この革新的な光学デバイスの影響を受けたときに図８と同じ白色光ＬＥＤランプの直線形モジュール３によって生成された可視範囲の新たなスペクトル分布を示す。
本発明の以上の説明に応じて、本発明をさまざまな形で変更することができることを当業者は見出すであろう。そのような変更は、本発明の趣旨および範囲から逸脱していないものとみなされる。
【００３１】
加えて、この説明は、本明細書に記載された異なる種および／または様式の要素の任意の組合せまたは下位の組合せを含む。本開示のこれらの特徴、したがって本開示の範囲は、以下の特許請求項およびその等価物に照らして解釈されるべきであることを当業者は理解するであろう。
【手続補正２】
【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】
エレクトロルミネセントランプ、特に蛍光ランプおよび従来の白色光ＬＥＤに対して適用される光学デバイスであって、前記光学デバイスが、前記エレクトロルミネセントランプの外部にあり、光学反射器と多層光学フィルタとからなり、
前記光学反射器が、前記エレクトロルミネセントランプによって生成された光を作業面に向かって反射する反射率が９８％以上の鏡面または拡散金属表面であり、
前記光学フィルタが、前記光学フィルタの活性層である酸化亜鉛層がその上に塗布された基板の役目を果たす透明な有機または無機材料でできた透明で堅い多層構造体であり、前記酸化亜鉛層の厚さが１．５から３マイクロメートルであり、前記酸化亜鉛層が、格子定数２００ｎｍから４００ｎｍ、充填率０．５から０．８、高さ１から２マイクロメートルの酸化亜鉛ナノワイヤのナノ構造体をその内部に含み、前記光学フィルタが、３８０ｎｍから５３０ｎｍの帯域幅では部分光反射器として振舞い、５３１ｎｍから１１００ｎｍの範囲では反射防止要素として振舞い、
前記光学フィルタの前記基板と前記酸化亜鉛層の屈折率の位相が１８０°ずれている
光学デバイス。
【請求項２】
前記光学フィルタが、前記エレクトロルミネセントランプのルミネセント層に接触せずに、前記エレクトロルミネセントランプの前記ルミネセント層の放出角を完全にカバーする、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項３】
前記無機基板が、厚さ０．１ｍｍから１．０ｍｍの石灰ガラスまたはホウケイ酸ガラスでできている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項４】
前記有機基板が、厚さ０．１ｍｍから１．０ｍｍのメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートのいずれかの熱可塑性樹脂でできている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項５】
前記ナノワイヤ構造体が、同じ光学特性を有する任意の他の材料でできている、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項６】
直線形蛍光ランプに対して適用されるときに、前記光学反射器が放物線の形状を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項７】
前記直線形蛍光ランプの内側表面が、エレクトロルミネセント材料によって覆われてい
る、請求項６に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイ
ス。
【請求項８】
直線形蛍光ランプに対して適用されるときに、前記光学フィルタが円筒の形状を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項９】
前記光学フィルタの内径が、影響を及ぼされる側の前記蛍光ランプの外径よりも少なくとも２ｍｍ大きく、前記光学フィルタの長さが、前記蛍光ランプのルミネセント表面全体を包囲する、請求項８に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１０】
前記直線形蛍光ランプが、前記光学フィルタ内に同軸で収容された、請求項６に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１１】
前記光学フィルタおよび前記直線形蛍光ランプが２つのベースによって前記光学反射器に機械的に取り付けられており、前記２つのベースが前記ランプの各端にあり、前記２つのベースが、前記ランプに電力を供給する手段として機能する、請求項６に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１２】
影響を及ぼされる側の前記エレクトロルミネセントランプが照明において一般的に使用される白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールであるときに、前記光学反射器が平らである、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１３】
前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールが、前記反射器の周囲に対称に置かれたねじまたは他の同様の手段によって、前記反射器上に、前記反射器としっかりと接触した状態で装着された、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１４】
前記反射器の幅が、前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの幅よりも５０％大きく、前記反射器の長さが、前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの長さと同じである、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１５】
前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールが、その上に少なくとも１つまたはいくつかの半導体発光ダイオードが装着されたプリント回路であり、前記半導体発光ダイオードが、ルミネセント層の上に短波長光を放出し、前記短波長光が当てられたされたときに、前記ルミネセント層が白色光を放出する、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１６】
前記光学フィルタが、前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールの幅の２倍の直径を有する半円の形状を有し、前記半円の端に配置された少なくとも幅２ｍｍの２つの水平側方羽根を有し、オメガの形をした単一の部片を形成する、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１７】
前記光学フィルタが、ねじまたは他の何らかの手段によって前記光学反射器上に装着されており、前記半導体ダイオードまたは白色光の発光器を含む前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールが、前記光学フィルタおよび反射器によって形成される空洞内に収容されており、前記光学フィルタの前記活性層が、前記半導体ダイオードまたは前記白色光の発光器の前記ルミネセント層に面する、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１８】
前記白色光ＬＥＤランプ直線形モジュールが、前記半円形の光学フィルタの幾何学的焦点の外側に配された、請求項１２に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項１９】
前記光学フィルタが、３８０ｎｍから４９０ｎｍの波長範囲において６０％から９０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２０】
前記光学フィルタが、４９１ｎｍから５００ｎｍの波長範囲において６０％から３０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２１】
前記光学フィルタが、５０１ｎｍから５３０ｎｍの波長範囲において３０％から１０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２２】
前記光学フィルタが、５３１ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲において１０％から０％の反射率を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２３】
前記光学フィルタが、３８０ｎｍから４９０ｎｍの波長範囲において６０％から９０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２４】
前記光学フィルタが、４９１ｎｍから５００ｎｍの波長範囲において６０％から３０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２５】
前記光学フィルタが、５０１ｎｍから５３０ｎｍの波長範囲において３０％から１０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。
【請求項２６】
前記光学フィルタが、５３１ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲において１０％から０％の吸光度を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセントランプに対して適用するための光学デバイス。 
【国際調査報告】
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