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JP2017508250A - 遠隔ダウンコンバータを含む光学デバイス - Google Patents

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JP2017508250A JP2016553581A JP2016553581A JP2017508250A JP 2017508250 A JP2017508250 A JP 2017508250A JP 2016553581 A JP2016553581 A JP 2016553581A JP 2016553581 A JP2016553581 A JP 2016553581A JP 2017508250 A JP2017508250 A JP 2017508250A
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Abstract

照明器具（１００、２００、３００、４００、５００）が開示される。より具体的には、実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）を含む照明器具が開示される。本照明器具は、半透過反射体（１３０、２３０、３３０、４３０、５３０）及び分配領域ダウンコンバータ層を含むことができる。開示される照明器具は、周辺光の中で見たときに実質的に中性色に見え得る。

Description

光学デバイスは、ディスプレー及び照明器具を含む。特定の光学デバイスは、ダウンコンバート要素を利用して、第１のポンプ波長を発生させる光源からの光を、第２のより長い波長へと少なくとも部分的に変換する。光学デバイスが消灯状態にあるとき、これらのダウンコンバート要素は、周辺光の中で黄色の外観を有する場合がある。更に、これらのダウンコンバート要素はまた、ポンプ光源によって発生される熱に曝露されると、不良な耐用寿命を有する場合もある。
一態様では、本記載は、照明器具に関する。具体的には、本照明器具は、実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源、拡散反射率構成要素を有する半透過反射体、及び分配領域ダウンコンバータ層を含む。分配領域ダウンコンバータ層は、半透過反射体に隣接して配置されるが、１つ以上の光源からは離間しており、このダウンコンバータ層は、光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へダウンコンバートするように構成され、第２の波長は、第１の波長よりも長い。
別の態様では、本記載は、照明器具に関する。本照明器具は、実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源、半透過反射体、及び半透過反射体に隣接して配置されるが、１つ以上の光源からは離間している分配領域ダウンコンバータ層を含み、このダウンコンバータ層は、光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へダウンコンバートするように構成され、第２の波長は、第１の波長よりも長い。半透過反射体及びダウンコンバータ層は各々、１つ以上の湾曲部分を含む。幾つかの実施形態では、半透過反射体及びダウンコンバータ層は各々、全体的に湾曲している。幾つかの実施形態では、半透過反射体とダウンコンバータ層とは一緒に、実質的に環状の形状を形成する。幾つかの実施形態では、本照明器具は、円筒又は円筒形区分の側面を画定する。
幾つかの実施形態では、本照明器具は、背面反射体を含んでもよく、この背面反射体は、ダウンコンバータ層が半透過反射体と背面反射体との間に配置されるように配置される。幾つかの実施形態では、本照明器具は、導光体を含んでもよく、この導光体は、ダウンコンバータ層と背面反射体との間に配置される。幾つかの実施形態では、本照明器具は、導光体を含んでもよく、この導光体は、ダウンコンバータ層に隣接する。背面反射体は、鏡面反射体であってもよく、又は半鏡面反射体であってもよい。背面反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも９８％の半球反射率を有してもよい。
幾つかの実施形態では、半透過反射体は、構造化された表面フィルムである。幾つかの実施形態では、半透過反射体は、部分ミラーフィルムである。幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ層は、リン光体材料を含む。幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ層は、量子ドットを含む。
幾つかの実施形態では、半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％の半球反射率を有する。幾つかの実施形態では、本照明器具が消灯状態であり、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、本照明器具に反射した光は、１０ ＪＮＤ、８ ＪＮＤ、５ ＪＮＤ、３ ＪＮＤ、２ ＪＮＤ、又は１ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する。幾つかの実施形態では、本照明器具が消灯状態であり、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、本照明器具に反射した光は、１，０００Ｋ、８００Ｋ、４００Ｋ、３００Ｋ、２００Ｋ、又は１００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する。幾つかの実施形態では、第１の波長は、実質的に青又は紫外である。幾つかの実施形態では、第２の波長は、実質的に黄である。
遠隔ダウンコンバータを含む例示的な光学デバイスの測断面図である。 点灯状態である図１の光学デバイスの光学を例証する測断面図である。 消灯状態である図１の光学デバイスの光学を例証する測断面図である。 遠隔ダウンコンバータを含む照明器具の平面図である。 別の例示的な光学デバイスの測断面図である。
特定の光学デバイスは、ダウンコンバート要素を利用して、所望の色出力を調整及び提供する。例えば、白く見える光は、赤、青、及び緑の発光ダイオード（ＬＥＤ）の組み合わせによって生成することができる一方で、黄のリン光体などのダウンコンバート要素と組み合わせて青又は紫外の光を放出するＬＥＤを利用することは、より費用対効果が高い場合がある。青い光は、より長い波長の光へ少なくとも部分的に変換される。より正確には、青い光は吸収され、より長い波長の光として再放出され、それは、集合的に黄又は橙の光として見える。補色（青と黄など）は一緒に、白い外観の光を生成する。
分配領域ダウンコンバータは、それらがリン光体又はダウンコンバート要素と、光の発生、より一般的にはドライブエレクトロニクスを含む、光源からの熱との間の物理的分離を促すため、照明器具において一般的な設計の選択である。この意味において、これらの分配領域ダウンコンバータは、遠隔ダウンコンバータとしても説明されることもある。それに加えて、光源からのリン光体又はダウンコンバート要素の物理的分離は、入射光束を低減することができ、それによってリン光体又はダウンコンバート要素の光分解の低減に有益であり得る。したがって、極端な温度への曝露により品質の不良又は劣化を生じ得るダウンコンバート要素は、遠隔ダウンコンバート要素として構成されるときに、増加された有用寿命を有することができる。
しかしながら、リン光体及び他のダウンコンバート要素は、点灯状態で白の光を生成する場合があり、すなわち、特定の波長のポンプ光と共に提供されるときに、消灯状態で変色して見えるか、又は見栄えのしない色相を有する場合がある。例えば、セリウム（ＩＩＩ）ドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）リン光体を利用する電球又は照明器具は、リン光体が、例えば、照明器具又は電球の照明表面全体に分配される場合、周辺光下で黄味を帯びたようにか、又は橙に見えるであろう。これは、消灯状態での黄色い外観が消費者にとって美観的に好ましくない場合があるため、製造者にとって問題となる場合があり、また消費者は、照明製品が消灯しているときに黄色く見えるならば（例えば、梱包された状態で棚の上で）、点灯しているときに黄色い光を生成するであろうと考え得るため、彼らに混乱を生じさせる場合もある。
光を反射及び透過させるために外部から見ることができる半透過反射体を含むことは、多くの場合、照明器具、電球、又は他の光学デバイス又は物品の外側の周辺外観を改善することができる。本出願の目的のため、半透過反射体は、光を部分的に反射させ、部分的に透過させる光学構成要素として定義することができる。半透過反射体の透過率は、半透過反射体全体を通した光の効率的な抽出を支持するのに十分に高くなければならず、また一方で半透過反射体の反射率は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＥｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＳＲ）などの高反射性背面反射体と組み合わせたときに、光のリサイクルを支持するのに十分に高くなければならない。この定義に基づき、光学的に透明なフィルムは、高反射性背面反射体と組み合わせたときに反射率が光のリサイクルを支持するのに十分に高くはないため、半透過反射体とはみなされない。同様に、ＥＳＲなどの高反射性の多層光学フィルムもまた、フィルムを通した光の総透過率が、反射性フィルムを通した光の効率的な抽出を支持するのに十分に高くはないため、半透過反射体とはみなされない。部分ミラーフィルム、輝度強化フィルム（ＢＥＦ）などの微細複製及びプリズムフィルム、グレア制御フィルム、又は二重輝度強化フィルム（ＤＢＥＦ）などの反射性偏光子は、本出願の目的のために好適な半透過反射体とみなすことができる。
図１は、遠隔ダウンコンバータを含む例示的な光学デバイスの測断面図である。光学デバイス１００は、光源１１０、ダウンコンバータ１２０、半透過反射体１３０、及び反射体１４０を含む。光学デバイスは、光源１１０が光学デバイス１００のフィルムの積み重ねの面積範囲内に配置された直下式構成で例証される。光源１１０は、任意の好適な発光ダイオード、又は発光ダイオードの組み合わせであってもよい。場合により、光源１１０は、１つ以上の冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）、又は更には白熱電球を含んでもよい。光源１１０は、任意の好適な又は望ましい波長又は波長（単数又は複数）範囲の光を放出するように選択されてもよい。幾つかの実施形態では、光源１１０は、異なる波長で放出してもよく、一方他の実施形態では、光源１１０の配列は、実質的に同じ波長又は波長範囲の光を放出してもよい。光源１１０は、任意の光の分布を提供してもよく、また任意の好適なカプセル材料又は他の光学構成要素と組み合わされて、所望の光の分布を提供してもよい。幾つかの実施形態では、光源１１０は、特に発光ダイオードとして、実質的にランバート分布で放出してもよい。放出される光の有用な波長範囲としては、青、紫、又は近ＵＶ（ＵＶ−Ａ）スペクトル内の波長を挙げることができる。ダウンコンバータは、より長い波長の光のみを再放出するため、より青い（すなわち、より短い）ポンプ波長は、所望の出力波長（単数又は複数）の達成においてより多くの柔軟性を与えることができる。好適なドライブエレクトロニクス及び回路は、詳細には示されていない。光源１１０は、光源１１０の一部又は全部を同時に点灯させるように構成可能であってもよい。幾つかの実施形態では、光源１１０は、調光可能であってもよく、又は光学デバイス１００からの総出力光の色温度は、異なる波長を放出する光源を選択的に作動させることによって調整可能であってもよい。
ダウンコンバータ１２０は、任意の好適なダウンコンバート要素であってもよい。ダウンコンバート要素は、特定の波長の光の特異的な吸収を促す特定の物理的又は結晶特性を有する。一般的に、第１の波長（ポンプ波長と称する）を有する光子（単数又は複数）は、ダウンコンバート材料によって吸収され、ダウンコンバータ１２０の一部を励起状態のままにする。ダウンコンバータ１２０のこれらの部分は次に、一般的により長い第２の波長又は波長範囲を有する、エネルギーのより少ない光子を自然に再放出するであろう。緩和時間は、ダウンコンバート材料に依存してもよい。多くの場合、すべてのポンプ光がダウンコンバータ１２０によって吸収されるわけではなく、一部の光、更にはダウンコンバート材料によって優先的に吸収される波長を有する光が、吸収及び再放出されることなく通過するであろう。したがって、ダウンコンバートされた光とポンプ光との両方の混合が存在することが多い。これらの波長が互いに補い合う場合（すなわち、青と黄）、結果として得られる光は、白い外観を有することができる。他の色の組み合わせも可能であり、当業者の設計能力の範囲内である。
幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ１２０は、ポリマー行列内、多くの場合は光学的に透明なポリマー内に配置されたリン光又は蛍光材料などの、ダウンコンバート材料を含む。ダウンコンバータは、シート又はフィルムのように見え、またそれ自体、光学デバイス１００の製造の容易さ及び単純な組み立てのために取り扱うことができる。活性ダウンコンバート材料の濃度又は負荷は、ポンプ光とダウンコンバートされた光との間の色の混合から得られる所望のスペクトルに応じて調節されてもよい。幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ１２０は、量子ドットを含んでもよく、これは、事実上３次元のポテンシャルウェルとして機能するナノスケールの半導体材料であり得る。これらの量子ドットは、ポンプ光を吸収し、狭い波長範囲内の光子を再放出する。３Ｍ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ、又はＱＤＥＦは、量子ドットを含むフィルムの例であり、特定の実施形態においてダウンコンバータ１２０として好適であることができる。幾つかの実施形態では、ダウンコンバータは、リン光体要素と量子ドットとの両方を含んでもよい。
ダウンコンバータ１２０は、幾つかの実施形態では、追加の光学的機能性を提供してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ１２０は、バルク又は表面拡散器の役割を果たしてもよく、これは、光の混合、均質性を強化し、不良を隠すことができる。幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ１２０は、染料又は顔料を含んでもよい。
幾つかの実施形態では、ダウンコンバータ１２０は、別々の層でなくてもよく、その代わりに、ダウンコンバート材料は、例えば、背面反射体１４０又は半透過反射体１３０などの光学デバイス１００の他の光学要素のうちの１つに直接印刷、コーティング、乃至は別の方法で適用されてもよい。
半透過反射体１３０は、ダウンコンバータ１２０が光源１１０と半透過反射体との間に配置されるように、光学デバイス１００内に配置される。半透過反射体１３０は、任意の好適な厚さであってもよく、また反射特性と透過特性との好適なバランスを有するように調整又は選択されてもよい。半透過反射体１３０は、拡散反射率構成要素を有してもよい。幾つかの実施形態では、半透過反射体１３０は、特定の波長（単数又は複数）の光を優先的に反射又は透過させるように調整されてもよい。
多くの用途において、フィルムの反射特性は、光（対象とする特定の波長又は波長範囲の）が、可能なすべての方向からある要素（表面であるか、フィルムであるか、又は一群のフィルムであるかによらず）上に入射する場合のその要素の全反射率を意味する、「半球反射率」（Ｒ半球（λ））の観点から特徴付けることができる。すなわち、要素が、垂直方向を中心とした半球内の全方向からの入射光（かつ特に断わらない限りすべての偏光状態）で照射され、同じ半球内に反射されたすべての光が集められる。対象とする波長範囲における入射光の全光束に対する反射光の全光束の比が、半球反射率Ｒ半球（λ）を与える。バックライトリサイクルキャビティでは、光は多くの場合、キャビティ（前面反射体であるか、背面反射体であるか、又は側面反射体であるかによらず）の内表面にあらゆる角度で入射することから、反射体をＲ半球（λ）により特徴付けることが特に都合がよい場合がある。更に、垂直入射光に対する反射率とは異なり、Ｒ半球（λ）は、リサイクルバックライト内の一部の構成要素（例えばプリズム状フィルムなど）で極めて顕著となり得る入射角による反射率の変化の影響を受けず、このような反射率の変化を予め考慮したものとなっている。
Ｒ半球（λ）は、測定又は計算することができる。Ｒ半球（λ）は、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２０１３／０２１５５１２号（Ｃｏｇｇｉｏ，ｅｔ ａｌ．）に説明される装置を使用して測定することができる。多層光学フィルムに関して、Ｒ半球（λ）はまた、光学フィルムのミクロ層及び他の層要素の層厚さプロファイルに関する情報から、及びフィルム内のミクロ層及び他の層の各々に関連付けられる屈折率値から計算することもできる。多層フィルムの光学応答用の４×４行列求解用ソフトウェアを使用することにより、反射スペクトル及び透過スペクトルの両方を、ｘ軸入射面について、またｙ軸入射面について、またｐ偏光及びｓ偏光入射光のそれぞれについて、既知の層厚さプロファイル及び屈折率特性から計算することができる。ここから、Ｒ半球（λ）を下記に示す式を用いることで計算することができる。すなわち、
Figure 2017508250
 ただし、Ｅ（θ）は光度分布である。
半透過反射体１３０は、Ｒ半球（λ）に関して任意の好適な値を有してもよい。幾つかの実施形態では、半透過反射体１３０は、対象とする波長範囲、例えば、可視範囲（用途に応じて、３８０〜８００ｎｍ、３９０〜７００ｎｍ、４００〜８００ｎｍ、又は４４０〜８００ｎｍ）にわたり、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、又は更には９０％以上のＲ半球（λ）の値を有してもよい。半透過反射体１３０は、例えば、微細複製プロセスによって達成されるものなどの構造化された表面フィルムであってもよく、又は部分ミラー若しくは反射性偏光子であってもよい。構造化された表面としては、プリズム、レンズ、ピラミッドなどを挙げることができる。幾つかの実施形態では、半透過反射体１３０は、半銀めっき又は部分銀めっきミラーであってもよい。半透過反射体１３０は、所望の反射率及び透過を提供するフィルム又は構成要素の任意の組み合わせであってもよい。
反射体１４０は、反射体１４０及び半透過反射体１３０がリサイクルキャビティを形成するように、光源１１０の後方に配置される。この構成では、反射体１４０は、非常に高い反射率を有してもよく、それは、可視範囲などの対象とする拡大された波長帯にわたり、９８％又は９９％又はそれ以上のＲ半球（λ）に到達してもよい。反射体１４０は、拡散構成要素を有してもよく、又は鏡面反射体であってもよい。幾つかの実施形態では、反射体１４０は、著しい拡散構成要素と鏡面反射率構成要素との両方を有し、半鏡面反射体と称されてもよい。好適な反射体としては、ＥＳＲ、ＥＤＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）、及び他の高反射性ミラーフィルムが挙げられる。リサイクルキャビティ内の潜在的に多数の光の跳ね返りのため、反射体（及び半透過反射体）用のミラーフィルムは、吸収された光が機能的に浪費されるため、望ましくはほんの僅かな光しか吸収することができない。幾つかの実施形態では、光のリサイクルの効率、及び光が（平均して）ダウンコンバータを通してなす多数の通過のため、放出される光に関して所望の色を依然提供しながら、より少ないリン光又は蛍光材料がダウンコンバータ１２０内に使用されてもよい。
光学デバイス１００は、任意の好適な全体寸法及び形状を有してもよく、必ずしも平面的でなくてもよい。光学デバイス１００は、湾曲していてもよく、又は部分的に湾曲して（すなわち、湾曲部分を含んで）いてもよい。光学デバイス１００の構成要素は、光学的に透明若しくは光学的に機能的な（例えば、拡散）接着剤によって互いに接着されてもよく、又は１つ以上の空隙によって離間されてもよい。発光ダイオード及びダウンコンバート要素の設計の選択、並びに他の任意の好適な光学要素（単数又は複数）への包含は、所望の総放出スペクトルを提供することができ、例えば、メラトニンを抑制し、睡眠困難を引き起こし得る約４６０〜４８０ｎｍの青い波長を伴わない可視スペクトルを提供する。任意の好適な光学要素又は非光学要素（安定性又は構造のための剛性透明ポリマーなど）が、光学デバイス内に含まれてもよい。
図２は、点灯状態である図１の光学デバイスの光学を例証する測断面図である。光学デバイス２００は、光源２１０、ダウンコンバータ２２０、半透過反射体２３０、及び反射体２４０を含む。図２は、図１の一般的な操作上の光学原理を例証し、したがって、図２に関してラベル付けされる構成要素は、図１内の同等物に対応する。図２は、光源２１０から放出された光と光学デバイス２００の他の構成要素との相互作用を描写しており、概して左から右へと進む。換言すれば、図２は、光源２１０が光を放出している点灯状態の図１の光学デバイスを描写する。
放出光線２１２は、光源２１０から放出され、ダウンコンバータ２２０に実質的に好適なポンプ波長を有する光を含む。放出光線２１２は、遠隔ダウンコンバータ２２０上に入射し、吸収された後、ダウンコンバートされた光２１４として再放出される。湾曲した及び直線の光線は、光学デバイス２００内の特定の点における光の成分波長を大体表す。この場合、例えば、ダウンコンバートされた光２１４は、より長い、ダウンコンバータ２２０から放出されるダウンコンバートされた波長と、一部の変換されていない残りのポンプ光との両方を含む。ダウンコンバートされた光２１４は、半透過反射体２３０上に入射し、放出光２１６として部分的に透過され、反射光２１８として部分的に反射される。幾つかの実施形態では、半透過反射体２３０は、無彩色であってもよく、すなわち、反射率及び透過値は、入射光の波長に依存しない。他の実施形態では、半透過反射体２３０は、波長に依存した反射率及び透過値を有してもよく、それは、特定の波長又は波長の範囲の光を選択的に透過又は反射させてもよい。反射率及び透過値はまた、半透過反射体２３０上のダウンコンバートされた（downconveted）光２１４の入射角に著しく依存して変化してもよい。反射光２１８は、再びダウンコンバータ２２０上に入射し、ポンプ光の少なくとも一部は、吸収され、再放出されてもよい。リサイクルされた光２１９は、反射体２４０上に入射し、反射され、プロセスを反復する。屈折率界面からのフレネル反射は、例証の容易さのため示されていない。
図３は、消灯状態である図１の光学デバイスの光学を例証する測断面図である。光学デバイス３００は、光源３１０、ダウンコンバータ３２０、半透過反射体３３０、及び反射体３４０を含む。周辺光３５２は光学デバイス３００上に入射し、反射光３５４が観察者３６０によって観察される。図３に関してラベル付けされた構成要素は、図１及び２内の同等物に対応する。点灯状態では、図１〜３の光学デバイスの外観は、その放出光によって概して支配される。しかしながら、消灯状態では、光学デバイス３００を凝視している観察者は、周辺光３５２の反射、光学デバイスの構成要素を見る。周辺光３５２は、照明器具内に投影される点線で示され、光学デバイス３００の構成要素からのすべての反射の和、及びダウンコンバータとの相互作用（反射、吸収、及び再放出を含むことができる）を表す。同様に、反射光３５４は、点線として照明器具内から投影され、光学デバイス３００内の異なる場所からの反射光を表す。例えば、観察者３６０によって観察される反射光３５４は、半透過反射体３３０、ダウンコンバータ３２０（吸収及び再放出の効果も含む）、反射体３４０、又は更には光源３１０のうちの１つ以上に反射した構成要素を含んでもよい。これらの構成要素の各々は、周辺光の見た目を変えて、光学デバイス３００を変色した、又は奇妙な見た目にする場合がある。しかしながら、外部の半透過反射体が周辺光３５２に関する主要な反射源を提供する場合、反射光３５４は、周辺光に非常に類似し、観察者３６０の観点から光学デバイス３００のより中性の外観を提供することができる。
図４は、遠隔ダウンコンバータを含む照明器具の平面図である。照明器具４００は、光源４１０、導光体４１５、ダウンコンバータ４２０、半透過反射体４３０、及び反射体４４０を含む。光源４１０は、照明器具４００の近位端部又は遠位端部のいずれかに提供され、導光体４１５に光を注入するように構成される。導光体４１５は、アクリルなどの材料から形成された固体の従来的な導光体であってもよく、又は可撓性の導光体であってもよい。場合により、導光体４１５は省略され、他の光学構成要素の鏡面性（又は半鏡面性）が、照明器具を通じた光源４１０からの光の移送を維持することができる。
光源４１０から放出された光は、導光体に沿って伝搬し、ダウンコンバータ４２０又は反射体４４０のいずれかの上に入射してもよい。幾つかの実施形態では、照明器具４００は、反射体４４０を有さず、光は、導光体と空気との界面の総内部反射によって導光体４１５内に保たれる。更に、反射体４４０を有しない実施形態では、臨界角（スネルの法則によって付与される）よりも小さい角度での入射光は、照明器具４００の中心にて空気を通って横切り、その外周に沿った別の点にて導光体４１５に再侵入してもよい。半透過反射体４３０は、図１〜３の通り、好適なプリズムフィルム又は部分ミラーであってもよい。
照明器具４００の全体的な形状は、変化してもよく、図４に描写される略円筒形上は、単に例示的なものである。角、質感、パターン、湾曲の変化度、及び他の関心を引く設計機構は、所望の光分布プロファイルと照明器具自体の美観的考慮との両方に応じて可能である。
図５は、別の例示的な光学デバイスの測断面図である。光学デバイス５００は、光源５１０、導光体５１５、ダウンコンバータ５２０、半透過反射体５３０、及び反射体５４０を含む。図５は、図５がエッジリット型の実施形態であることを除き、概して図１に対応する。光学デバイス５００は、導光体５１５、及び導光体のエッジに沿って配置された光源５１０を含む。光源５１０は、光を導光体５１５に注入し、それは導光体５１５の平面内方向に下方へ移送される。光の均質な又はパターン状の抽出を助けるために、導光体５１５の上又は中に抽出機構が含まれてもよい。
本明細書に説明される光学デバイス及び照明器具は、多様な作業照明と一般的な照明との両方の用途に有用であってもよい。頭上照明及びデスク照明に加え、本明細書に説明される実施形態は、例えば、美観的に関心を引く照明要素を提供するための自動車用コンソール又は建築環境などのアクセント照明を提供するために容易に適合されてもよい。デバイスは、電球、照明器具、標識、及び作業照明の形態をとってもよい。園芸用途では、植物に提供されている光を制御することが重要であり、本明細書に説明される光学デバイスが使用されてもよい。説明される光学デバイスはまた、照射された標識及び図形に使用されてもよい。
本出願に引用されるすべての米国特許及び特許出願は、それらが完全に記載されているかのように、参照により本明細書に援用される。図の要素に対する記載は、別段の指定がない限り、他の図の対応する要素に等しく適用されると理解すべきである。本発明は、上述の特定の実施例及び実施形態に限定されるものとみなされるべきではなく、かかる実施形態は、本発明の種々の態様の説明を促すために詳細に述べたものである。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定される本発明の範囲に入る種々の変更、等価なプロセス、及び代替的なデバイスを含む本発明のすべての態様に及ぶと理解するべきである。
（実施例１）
図１に説明される照明システムの計算モデルを、ＭＡＴＬＡＢソフトウェア（ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｎａｔｉｃｋ ＭＡから入手可能）を使用して作成した。背面反射体（図１の背面反射体１４０に対応する）及び半透過反射体（図１の半透過反射体１３０に対応する）構成要素を、半球反射率、Ｒ半球（λ）によって特徴付けた。対象とする波長範囲にわたり計算し、その波長範囲のＲ半球（λ）は、単にＲ半球と称することができる。背面反射体のＲ半球値は、９８％であった（ＥＳＲから入手可能なものに匹敵する）。半透過反射体のＲ半球値は、既存のフィルムによって達成可能なリサイクルの範囲を含むために、０％（リサイクルなし）〜９０％（高リサイクル）で変化させた。半透過反射体は、無彩色であると考えられ、したがって平坦なスペクトルを有した。
光源は、およそ４４５ｎｍの波長で放出する青ＬＥＤ（１１０）で構成され、ダウンコンバート材料（１２０）は、およそ５５０ｎｍを中心とした広範な放出スペクトルを示す遠隔ＹＡＧリン光体シートで構成された。スペクトルは、半透過反射体の半球反射率の関数として、システムによって放出された光とシステムによって反射された光との両方に関して計算した。
放出スペクトルは、青ＬＥＤ及びＹＡＧリン光体シートの既知のスペクトルから計算した。このスペクトルのモデルは、ダウンコンバート材料による吸収後に黄へ部分的に変換され、ダウンコンバートシートを通して部分的に透過された青ＬＥＤからの光を含んだ。青の透過光は、半透過反射体を通して部分的に透過され、部分的にリサイクルされ、黄への更なる変換をもたらした。
濃度を調節し、したがってダウンコンバートシートの吸収を調節することによって、累積放出スペクトルを調整した。この実施例では、濃度は、６，５００Ｋに可能な限り近い相関色温度をもたらすように調節した。反射スペクトルの計算は、周辺Ｄ６５標準発光体を仮定した。本モデルは、いずれのリサイクルも伴わずに、周辺光がダウンコンバートシートに反射し、黄に部分的に変換され、強い黄味を帯びた外観をもたらすことを示した。リサイクルを伴うと、反射スペクトルは、半透過反射体からの周辺反射の、及びキャビティ内で連結する周辺光からもたらされる放出スペクトルの組み合わせであった。前面反射が増加すると、周辺光と反射光との間の色差は減少し、消灯状態でのシステムの外観は、より白かった。色差は、ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ＊座標に基づいてデルタＥ（ＤＥ）として定量化し、２．３のＤＥは、人間の目に対する「識別閾値」に対応した。下記の表１は、結果の要約であり、約６５％を超えたＲ半球値を有する半透過反射体を使用するときに、２．３を十分に下回るＤＥ値を有して白（すなわち、中性色）の外観が達成され得ることを示している。この表において、ＣＣＴ［Ｋ］は、ケルビン度での色温度であり、ｘｒ及びｙｒは、反射色の色座標であり、ｘｔ及びｙｔは、透過色の色座標であり、ＤＥは、色差であり、ＪＮＤは、識別閾値である。
Figure 2017508250
（実施例２）
照明システムの計算モデルを、半透過反射体が、青において、残りの可視スペクトルにおける場合よりも高い反射率を有して有色であったことを除き、実施例１のように作成した。
計算モデル化を使用して、３０％の平均可視反射率を有する無彩色の半透過反射体は、周辺スペクトルからの２１ ＪＮＤの「消灯」状態色差をもたらすことを示した。３８０〜４９０ｎｍの範囲で７０％、及び４９０〜８００ｎｍの範囲で１２％の半球反射率Ｒ半球を有する同様の有色半透過反射体は、６ ＪＮＤの色差しか達成せず、またＤ６５に近い「点灯」状態白色点を維持した。
例示的な実施形態は、以下のものを含む：
項目１．照明器具であって、
実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源と、
拡散反射率構成要素を有する半透過反射体と、
半透過反射体に隣接して配置されるが、１つ以上の光源からは離間している分配領域ダウンコンバータ層であって、光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へダウンコンバートするように構成された、分配領域ダウンコンバータ層と、を備え、第２の波長は、第１の波長よりも長い、照明器具。
項目２．照明器具であって、
実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源と、
半透過反射体と、
半透過反射体に隣接して配置されるが、１つ以上の光源からは離間している分配領域ダウンコンバータ層であって、光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へダウンコンバートするように構成された、分配領域ダウンコンバータ層と、を備え、第２の波長は、第１の波長よりも長く、
半透過反射体及び該ダウンコンバータ層は各々、１つ以上の湾曲部分を含む、照明器具。
項目３．半透過反射体及びダウンコンバータ層は各々、全体的に湾曲している、項目２の照明器具。
項目４．半透過反射体とダウンコンバータ層とは一緒に、実質的に環状の形状を形成する、項目２の照明器具。
項目５．照明器具は、円筒又は円筒形区分の側面を画定する、項目２の照明器具。
項目６．背面反射体を更に備え、背面反射体は、ダウンコンバータ層が半透過反射体と背面反射体との間に配置されるように配置される、項目１又は２の照明器具。
項目７．導光体を更に備え、導光体は、導光体がダウンコンバータ層と背面反射体との間に配置されるように配置される、項目６の照明器具。
項目８．導光体を更に備え、導光体は、導光体がダウンコンバータ層に隣接するように配置される、項目１又は２の照明器具。
項目９．背面反射体は、鏡面反射体である、項目６の照明器具。
項目１０．背面反射体は、半鏡面反射体である、項目６の照明器具。
項目１１．背面反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも９８％の半球反射率を有する、項目６の照明器具。
項目１２．半透過反射体は、構造化された表面フィルムである、項目１又は２の照明器具。
項目１３．半透過反射体は、部分ミラーフィルムである、項目１又は２の照明器具。
項目１４．ダウンコンバータ層は、リン光体材料を含む、項目１又は２の照明器具。
項目１５．ダウンコンバータ層は、量子ドットを含む、項目１又は２の照明器具。
項目１６．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも３０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目１７．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも４０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目１８．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも５０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目１９．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも６０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２０．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも７０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２１．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも８０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２２．半透過反射体は、可視スペクトルにわたり少なくとも９０％の半球反射率を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２３．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、１０ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２４．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、８ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２５．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、５ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２６．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、３ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２７．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、２ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２８．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、１ ＪＮＤ以下の周辺光との色差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目２９．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、１，０００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目３０．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、８００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目３１．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、４００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目３２．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、３００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目３３．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、２００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する、請求項１又は２に記載の照明器具。
項目３４．消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、照明器具に反射する光が、１００Ｋ以下の周辺光との色温度差を有する、項目１又は２の照明器具。
項目３５．第１の波長は、実質的に青である、項目１又は２の照明器具。
項目３６．第１の波長は、実質的に紫外である、項目１又は２の照明器具。
項目３７．第２の波長は、実質的に黄である、項目１又は２の照明器具。

Claims (15)

  1. 照明器具であって、
    実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源と、
    拡散反射率構成要素を有する半透過反射体と、
    前記半透過反射体に隣接して配置されるが、前記１つ以上の光源からは離間している分配領域ダウンコンバータ層であって、前記光の少なくとも一部を前記第１の波長から第２の波長へダウンコンバートするように構成された、分配領域ダウンコンバータ層と、を備え、前記第２の波長が、前記第１の波長よりも長い、照明器具。
  2. 照明器具であって、
    実質的に第１の波長で光を発生させるように構成された１つ以上の光源と、
    半透過反射体と、
    前記半透過反射体に隣接して配置されるが、前記１つ以上の光源からは離間している分配領域ダウンコンバータ層であって、前記光の少なくとも一部を前記第１の波長から第２の波長へダウンコンバートするように構成された、分配領域ダウンコンバータ層と、を備え、前記第２の波長が、前記第１の波長よりも長く、
    前記半透過反射体及び前記ダウンコンバータ層が各々、１つ以上の湾曲部分を含む、照明器具。
  3. 前記半透過反射体及び前記ダウンコンバータ層が各々、全体的に湾曲している、請求項２に記載の照明器具。
  4. 前記半透過反射体と前記ダウンコンバータ層とが一緒に、実質的に環状の形状を形成する、請求項２に記載の照明器具。
  5. 背面反射体を更に備え、前記背面反射体は、前記ダウンコンバータ層が前記半透過反射体と前記背面反射体との間に配置されるように配置される、請求項１又は２に記載の照明器具。
  6. 導光体を更に備え、前記導光体は、前記導光体が前記ダウンコンバータ層と前記背面反射体との間に配置されるように配置される、請求項５に記載の照明器具。
  7. 導光体を更に備え、前記導光体は、前記導光体が前記ダウンコンバータ層に隣接するように配置される、請求項１又は２に記載の照明器具。
  8. 前記背面反射体が、可視スペクトルにわたり少なくとも９８％の半球反射率を有する、請求項５に記載の照明器具。
  9. 前記半透過反射体が、構造化された表面フィルムである、請求項１又は２に記載の照明器具。
  10. 前記半透過反射体が、部分ミラーフィルムである、請求項１又は２に記載の照明器具。
  11. 前記ダウンコンバータ層が、リン光体材料を含む、請求項１又は２に記載の照明器具。
  12. 前記ダウンコンバータ層が、量子ドットを含む、請求項１又は２に記載の照明器具。
  13. 前記半透過反射体が、可視スペクトルにわたり少なくとも３０％の半球反射率を有する、請求項１又は２に記載の照明器具。
  14. 消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、前記照明器具に反射する光が、１０ ＪＮＤ以下の前記周辺光との色差を有する、請求項１又は２に記載の照明器具。
  15. 消灯状態で、かつＤ６５周辺光で照射されたときに、前記照明器具に反射する光が、１，０００Ｋ以下の前記周辺光との色温度差を有する、請求項１又は２に記載の照明器具。
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