JP6285908B2 - 光変換アセンブリ、ランプ及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、光源によって放射された光を、異なる色の光に変換する光変換アセンブリに関する。

幾つかの用途では、青色光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）は、青色光の一部を、例えば黄色、橙色又は赤色光である別の色の光に変換するルミネッセンス材料と組み合わされる。しばしば、すべての青色光が別の色に変換されるわけではない。これは、白色光が、ＬＥＤ及びルミネッセンス材料のアセンブリによって放射されなければならないからである。ルミネッセンス材料の量及び特性は、必要量の青色光が特定量の別の色に変換され、したがって、残りの青色光と特定量の別の色の光とが組み合わせられた放射が白色光、つまり、色空間における黒体線に近い色点を有する光となるように選択される。

米国特許出願公開第２０１２／０００１２０４号は、光エミッタがルミネッセンス材料層と組み合わされて、特定の色の発光が得られる色調節装置を開示する。

しかし、青色光源と、青色光を別の色の光に部分的に変換するルミネッセンス材料層との組み合わせを使用する照明アセンブリの製造において、問題が生じる。すべてがまったく同じ青色発光スペクトルを放射する、例えばＬＥＤである光エミッタを製造することが比較的困難である。ある特定量のルミネッセンス材料を有する層が１つのタイプしかない場合に、互いから少し逸脱する光エミッタを組み合わせることは許容可能ではない。これは、少し異なる色の光を放射する照明アセンブリをもたらすからである。少し異なる色の光の放射は、人間の裸眼がよく検出でき、また、例えば少し異なる色の光をそれぞれ放射する様々な光源を有する照明器具をもたらす。既知の解決策は、青色発光光エミッタの製造後、各青色光エミッタは、特性化され、かつ、ビニングされ、また、所望の色点を有する発光を得るために、特定の青色光エミッタの特性に関連する特定の厚さのルミネッセンス材料の層と組み合わされる。製造した光エミッタの特性化及びビニングは、比較的高価であり、また、比較的大量の、ルミネッセンス材料を有する様々な層を仕入れる必要があり、これも比較的高価である。

本発明は、少し異なる青色発光スペクトルを有する青色発光光源を使用することを可能にする色変換アセンブリを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、光変換アセンブリを提供する。本発明の第２の態様は、ランプを提供する。本発明の第３の態様は、照明器具を提供する。有利な実施形態は、従属請求項に規定される。

本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリは、第１の層及び第２の層を含む。第１の層は、第１のルミネッセンス材料を含む。第１のルミネッセンス材料は、量子閉じ込めを示す粒子であって、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲のサイズを有する粒子を含む。第１の層は、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の光を放射する光源からの光を受け取る。第１のスペクトル分布は、第１のピーク波長を有する。第１の層は、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の位置と無関係に、実質的にすべての受け取った光を、青色スペクトル範囲内の第２のスペクトル分布の光に変換する。第２のスペクトル分布は、第１のピーク波長よりも長い波長である第２のピーク波長を有する。第２の層は、第２のルミネッセンス材料を含む。第２の層は、第２のスペクトル分布の光を受け取り、受け取った光を、第１のスペクトル分布及び第２のスペクトル分布とは異なる第３のスペクトル分布の光に少なくとも部分的に変換する。

第１のルミネッセンス材料を含む第１の層は、実質的にすべての第１のスペクトル分布の光を、第２のスペクトル分布の光に変換する。これは、青色又は紫色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の正確な位置と無関係に行われる。これは、第１のルミネッセンス材料の吸収スペクトルが比較的広く、紫色及び青色スペクトル範囲における第１のスペクトル分布の可能な場所と重なることを暗示する。更に、これは、第１の層における第１のルミネッセンス材料の量が、比較的多い、つまり、例えば完全変換を得るように、すべての受け取った第１のスペクトル分布の光を完全に吸収するのに少なくとも十分に多いことも暗示する。第１のルミネッセンス材料は、量子閉じ込めを示し、これは、粒子が、粒子のサイズに依存する光学特性を有することを意味する。このような材料の例としては、量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドが挙げられる。第１のルミネッセンス材料は、明確な発光スペクトルを有するルミネッセンス材料であり、したがって、第２のスペクトル分布の青色スペクトル範囲内の位置だけでなく、第２のピーク波長も明確である。したがって、第１のルミネッセンス材料を含む第１の層は、紫色又は青色スペクトル範囲にそのスペクトル分布がどこに位置付けられているのか正確に知られていない光を、どの波長においてスペクトル分布及びピーク波長が位置付けられているかよく分かっている青色光に変換する。

次に、第２のスペクトル分布の光の少なくとも一部が、第３のスペクトル分布の光に変換される。第２のスペクトル分布の光の変換されていない部分は、生成された第３の色分布の光と共に、周囲環境に放射される。第２の色分布の位置が良く知られているので、吸収された部分も良く分かり、生成された第３のスペクトル分布の光の量も良く分かり、光変換アセンブリの発光全体が明確であり、また、良く分かる。第１のスペクトル分布の光を放射する光源の特徴づけ及びビニング（区分）が必要とされず、様々な異なる第２の層の在庫を持つ必要がない。特に、第１のルミネッセンス材料を有する第１の層は、この効果に貢献する。これは、第１の層による光の色の完全変換後、第２のスペクトル分布の位置は、可視の色差をもたらしてしまう公差の影響を受けないからである。

光変換アセンブリの更なる利点は、第１のルミネッセンス材料を有する第１の層が、紫色又は青色光を、（第２のスペクトル分布の）高い波長の青色光に変換する点である。人間の目は、紫色又は低い青色スペクトル範囲における波長を有する光に対して、感度が下がる。光の波長が、高い青色スペクトル範囲内の波長に増加されると、人間の目は、当該光を、高輝度の光として経験する。したがって、人間の目は、変換された光を、高ルーメンの光として経験する。当該高ルーメンの光の一部は、第２の層によって変換されないため、光変換アセンブリの発光全体が、高輝度の光として経験される一方で、同時に、（光学的）ワットで表現される受け取られた第１のスペクトル分布の光の量は増加されない。

任意選択的に、第１の層は、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の光を放射する光源から受け取った光を、青色スペクトル範囲内の第２のスペクトル分布の光に完全に変換する。なお、光の完全変換とは、色変換アセンブリの発光において、残留する第１のスペクトル分布の光がないことを意味する。したがって、第１の層によって受け取られるすべての光は、別の色の光に変換される。しかし、変換の間、放射される量が少ない第２のスペクトル分布の光のある程度の損失があるが、完全変換のコンテキストでは、最も重要な特徴は、残留する第１のスペクトル分布の光がないということである。第２のスペクトル分布の光の第３のスペクトル分布の光への部分変換は、すべての光が変換されるわけではなく、第２のスペクトル分布の光の一部が、光変換アセンブリによって放射されることを意味する。

第１のルミネッセンス材料の粒子は、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲のサイズを有する。これは、例えば粒子が実質的に球体である場合、その直径がナノメートル範囲にあることを意味する。或いは、これは、例えば粒子がワイヤ形状である場合、ワイヤの断面のサイズが、１つの方向において、ナノメートル範囲であることを意味する。ナノメートル範囲のサイズとは、そのサイズが、少なくとも、１マイクロメートルよりも小さく、したがって、１０００ナノメートルよりも小さく、０．５ナノメートル以上であることを意味する。一実施形態では、１つの寸法におけるサイズは、５０ナノメートルよりも小さい。別の実施形態では、１つの寸法におけるサイズは、２乃至３０ナノメートルの範囲内にある。

任意選択的に、光変換アセンブリは、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル範囲の光を放射する光源を更に含む。

任意選択的に、第１のルミネッセンス材料の吸収スペクトルは、第１のスペクトル分布に完全に重なる。吸収スペクトルが、第１のスペクトル分布と完全に重なる場合、潜在的にすべての第１のスペクトル分布の光が、第２のスペクトル分布の光に変換される。

任意選択的に、第１の層は、受け取った光を完全に吸収するのに十分に多い量子ドットの量を含む。すべての受け取った第１のスペクトル分布の光が吸収される場合、すべての光が、第１のルミネッセンス材料によって変換され、光変換アセンブリの発光スペクトルには、第１のスペクトル分布の光は残留しない。第１のルミネッセンス材料の変換の効率は、受け取った第１のスペクトル分布の光のエネルギーの総量が、生成された第２のスペクトル分布の光の総量よりも少し多いように、多少の損失をもたらす。

任意選択的に、第２のピーク波長は、４６０ナノメートル乃至４８０ナノメートルの範囲内にある。第２のスペクトル分布のピーク波長がこの範囲内の場合、当該ピーク波長は、青色スペクトル範囲における比較的長い波長であり、これは、人間の裸眼が、低いピーク波長を有する第１のスペクトル分布の光よりもかなり敏感に第２のスペクトル分布の光を経験することを意味する。したがって、色変換アセンブリの発光全体が、受け取った第１のスペクトル分布の光に基づいて期待されるものよりもかなり強く第２のスペクトル分布の光を経験する。

任意選択的に、第１のピーク波長は、３８０ナノメートル乃至４６０ナノメートルの範囲内にある。任意選択的に、第１のピーク波長は、４４０ナノメートル乃至４６０ナノメートルの範囲内にある。第１のピーク波長が、これらの範囲のうちの１つにある場合、依然として、第２のスペクトル分布の光が放射される青色スペクトル範囲における使用されていない波長が十分に利用可能である。したがって、光変換アセンブリの設計者は、第１のスペクトル分布と重ならず、第１のスペクトル分布の可能な場所に完全に重なる吸光スペクトルを有する青色スペクトル範囲の一部に発光スペクトルを有する第１のルミネッセンス材料を選択することができる。更に、紫色又は青色スペクトル範囲におけるこのような位置は、第１のピーク波長から第２のピーク波長へのピーク波長の比較的大きい増加、したがって、ルーメンで表現する場合に、変換された光の大幅な増加を可能にする。

任意選択的に、第３のスペクトル分布は、５００ナノメートル乃至８００ナノメートルのスペクトルの範囲内にある。

任意選択的に、第１の層は、光源と直接的に接触している。第１の層が、光源に直接的に接触している場合、第１のスペクトル分布の光の完全変換を得ることがより容易である。この任意選択の実施形態は、光源と第１の層との間の光の漏えいを阻止する。更に、第１の層のサイズが、比較的小さいままとすることができ、これは、材料を節約する。

任意選択的に、第１の層と第２の層との間に、間隙が存在している。つまり、第２の層は、遠隔又は近接構成に配置される。これは、第２の層が、第１の層とは直接的に接触していないということを意味する。間隙は、第２の層が、熱伝導の結果として、第１の層からの熱を受け取らないようにする（その逆も同様）。しばしば、第２の層内の第２のルミネッセンス材料が熱くなり過ぎないようにすることが有利である。過熱は、第２のルミネッセンス材料を損傷し、第２のルミネッセンス材料の効率にマイナスに影響を及ぼすからである。更に、特定の近接構成では、光変換アセンブリの効率は、全体的に高くなる。

任意選択的に、光変換アセンブリは更に、反射光混合チャンバを更に含む。光源、第１の層、第２の層のうちの少なくとも１つが、反射光混合チャンバ内に配置される。任意選択的に、反射光混合チャンバは、光出射窓を含み、第２の層は、光出射窓に配置される。

反射光混合チャンバの壁は、衝突する光を反射し、したがって、光変換アセンブリの構成要素のうちの１つによって（光出射窓の方向ではない）誤った方向に放射又は反射される光を再利用する。光源は、壁に向かって光を放射し、第１の層又は第２の層は、当該層に衝突する光の一部を反射する。光変換アセンブリの効率が、全体として増加される。更に、反射光混合チャンバ内の光源、第１の層、第２の層のうちの少なくとも１つの正確な配置に依存して、光変換アセンブリからより均質な光出力が得られるように、光はより良好に混合及び／又は分布される。

任意選択的に、第１のルミネッセンス材料は、量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドのうちの少なくとも１つを含む。このような材料は、そのサイズに依存する特性を有し、また、１つの方向において、そのサイズはナノメートル範囲にある。したがって、これらは、第１のルミネッセンス材料に適した材料である。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリを含むランプが提供される。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリを含むか、又は、本発明の第２の態様に係るランプを含む、照明器具が提供される。

本発明の第２の態様に係るランプと、本発明の第３の態様に係る照明器具とは、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリと同じ利点を提供し、光変換アセンブリの対応する実施形態と同様の効果を有する同様の実施形態を有する。

本発明の第４の態様によれば、光変換アセンブリにおける第１のルミネッセンス材料を含む層の使用が提供される。この使用は、第１のスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に完全に変換するためのものであり、第１のスペクトル分布は、紫色及び青色スペクトル範囲内であり、第１のピーク波長を有する。第２のスペクトル分布は、青色スペクトル範囲内であり、第２のピーク波長を有する。第２のピーク波長は、第１のピーク波長よりも長い波長である。完全変換は、第１のスペクトル分布の紫色又は青色スペクトル範囲における位置と無関係である。第１のルミネッセンス材料は、量子閉じ込めを示す粒子であって、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲におけるサイズを有する粒子を含む。

「実質的にすべての放射」又は「実質的に〜からなる」といった本明細書における「実質的に」との用語は、当業者によって理解されよう。「実質的に」との用語は、「全体的に」、「完全に」、「すべて」、「フルに」等を有する実施形態も含む。したがって、実施形態では、実質的にとの形容詞は、除外されてもよい。必要に応じて、「実質的に」との用語は、９５％以上、特に９９％以上、更には１００％を含む９９．５％以上といった９０％以上にも関連する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照することにより、明らかになろう。

当然ながら、当業者は、上記の意見、実施態様及び／又は本発明の態様のうちの２つ以上は、任意の有用と思われる方法で組み合わされてもよい。

上記アセンブリの説明された修正態様及び変形態様に対応する上記システム又はアセンブリの修正態様及び変形態様は、本説明に基づいて、当業者によって実施することができよう。

図１ａは、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリの第１の実施形態の断面図を概略的に示す。 図１ｂは、光変換アセンブリの光源及び第１の層の発光スペクトル及び吸光スペクトルを有するチャートを概略的に示す。 図２ａは、光変換アセンブリの別の実施形態を概略的に示す。 図２ｂは、光変換アセンブリの更なる実施形態を概略的に示す。 図３は、光変換アセンブリの構成要素の代替配置を概略的に示す。 図４ａは、本発明の第２の態様に係るランプの一実施形態を概略的に示す。 図４ｂは、本発明の第２の態様に係るランプの一実施形態を概略的に示す。 図５は、本発明の第３の態様に係る照明器具の一実施形態を概略的に示す。

なお、様々な図面において同じ参照符号によって示される要素は、同じ構造上の特徴及び同じ機能を有するか、又は、同じ信号である。当該要素の機能及び／又は構造について説明されている場合、詳細な説明において、その説明を繰り返す必要はない。

図面は、単に概略であって、縮尺通りではない。特に、明瞭とするために、一部の寸法は、大きく拡大されている。

図１に第１の実施形態が示される。図１ａは、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリ１００の断面図を概略的に示す。光変換アセンブリ１００の第１の層１０８は、第１のスペクトル分布の光１１０を受け取る。第１のスペクトル分布は、紫色又は青色スペクトル範囲内にあり、第１のスペクトル分布は、紫色又は青色スペクトル範囲内に第１のピーク波長を有する。第１の層１０８は、ルミネッセンス材料である量子ドットを含む。量子ドットは、第１のスペクトル分布の光を吸収し、吸収した光を、第２のスペクトル分布の光１０４に変換する。第２のスペクトル分布は、青色スペクトル範囲内にあり、第１のピーク波長よりも長い波長である第２のピーク波長を有する。第１の層１０８は、受け取った第１のスペクトル分布の光を、第２のスペクトル分布の光１０４に完全に変換する。この完全変換は、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の正確な位置と無関係である。したがって、第１の層によって放射された光は、第２のスペクトル範囲の光１０４であり、また、光変換アセンブリは更に、第２のスペクトル分布の光１０４を受け取る第２の層１０６を含む。第２の層１０６は、第２のスペクトル範囲の光１０４を吸収し、吸収した光を、第３のスペクトル分布の光１０２に変換する第２のルミネッセンス材料を含む。第２の層１０６は、受け取った第２のスペクトル分布の光１０４を、第３のスペクトル分布の光１０２に、部分的に変換する。したがって、光変換アセンブリ１００の発光は、第３のスペクトル分布の光１０２と、第２のスペクトル分布の光１０４とを含む。代替実施形態では、第２の層１０６は、第２のスペクトル分布の光１０４を、第３のスペクトル分布の光１０２に完全に変換する。

なお、図面の説明において、第１の層１０８における材料は、量子ドットである。量子ドットの代わりに、量子ロッド又は量子テトラポッドといった他の材料を使用してもよい。第１の層１０８のルミネッセンス材料は、少なくとも、量子閉じ込めを示し、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲のサイズを有する粒子を含む。これは、例えば粒子が実質的に球体である場合、その直径がナノメートル範囲にあることを意味する。或いは、これは、例えば粒子がワイヤ形状である場合、ワイヤの断面のサイズが、１つの方向において、ナノメートル範囲であることを意味する。ナノメートル範囲のサイズとは、そのサイズが、少なくとも、１マイクロメートルよりも小さく、したがって、１０００ナノメートルよりも小さく、０．５ナノメートル以上であることを意味する。一実施形態では、１つの寸法におけるサイズは、５０ナノメートルよりも小さい。別の実施形態では、１つの寸法におけるサイズは、２乃至３０ナノメートルの範囲内にある。

なお、第１の層１０８及び第２の層１０６は、互いに重なり合って配置されておらず、２層間には、間隙がある。他の実施形態では、２層１０６、１０８は、互いに重なり合って配置される。

図１ｂは、光変換アセンブリの光源及び第１の層の発光スペクトル及び吸光スペクトルを有するチャート１５０を示す。光源から第１の層１０８によって受け取られる光は、第１のピーク波長λ_ｐ１を有する発光スペクトル１５６である。発光スペクトル１５６は、紫色又は青色スペクトル範囲内にあり、したがって、第１のピーク波長λ_ｐ１も、これらの範囲のうちの１つにある。第１の層１０８の量子ドットは、紫色スペクトル範囲と重なり、また、青色スペクトル範囲と部分的に重なる吸光スペクトル１５４を有する。吸光スペクトル１５４は、比較的平らであり、強いカットオフ波長λ_１を有する。第１の発光スペクトル１５６の実質的にすべての光が、量子ドットによって吸収される。第１の発光スペクトル１５６が、（矢印１５２によって示されるように）少しより短い波長側に位置付けられていても、又は、より長い波長側に位置付けられていても、第１の発光スペクトル１５６は、依然として、量子ドットの吸光スペクトル１５４内にある。したがって、量子ドットの吸光スペクトル１５４内の第１の発光スペクトル１５６の場所と無関係に、第１の発光スペクトル１５６の光は吸収される。第１の層１０８内に十分な量子ドット材料があるならば、実質的にすべての第１のスペクトル分布の光１１０が吸収される。量子ドット材料は、吸収した光を、第２のスペクトル分布の光に変換する。第２のスペクトル範囲は、図１ｂでは、第２の発光分布１５８として描かれ、当該発光分布は、青色スペクトル範囲内に配置され、第１のピーク波長λ_ｐ１よりも長い波長である第２のピーク波長λ_ｐ２を有する。第２の発光分布１５８の位置は可変ではなく、これは、第１のスペクトル分布の光が、量子ドットの吸光スペクトル１５４内で別の位置に位置付けられていても可変ではない。

したがって、光変換アセンブリ１００の第１の層１０８は、様々な光源を使用する結果、第１のスペクトル分布の場所が異なっても、第２のルミネッセンス材料を含む第２の層１０６が、同じ第２のスペクトル分布の光１０４を常に受け取るという効果に貢献する。したがって、特定比の第２のスペクトル分布の光１０４と、第３のスペクトル分布の光１０２とが放射されなければならない場合でも、光変換アセンブリ１００は、同じタイプの第２の層１０８を使用して組み立てられることが常に可能である。特定比の第２及び第３のスペクトル分布の光１０２、１０４を生成するために、様々な厚さ又は様々な濃度の第２のルミネッセンス材料を有する様々なタイプの第２の層１０６を使用する必要がない。

本発明の一実施形態によれば、第１のピーク波長λ_ｐ１は、紫色スペクトル範囲内、例えば３８０ナノメートル乃至４４０ナノメートルの範囲内にある。別の実施形態では、第１のピーク波長λ_ｐ１は、低い青色スペクトル範囲、例えば４４０ナノメートル乃至４６０ナノメートルの範囲内にある。本発明の一実施形態によれば、第２のピーク波長は、高い青色スペクトル範囲内、例えば４６０ナノメートル乃至４８０ナノメートルの範囲内にある。本発明の更なる実施形態では、第３のスペクトル分布の光は、５００ナノメートル乃至８００ナノメートルのスペクトルの範囲内に入る。

図２ａは、光変換アセンブリ２００の別の実施形態を断面図で概略的に示す。図１ａの光変換アセンブリ１００に加えて、図２ａの光変換アセンブリ２００は、第１のスペクトル分布の光１１０を放射する光源２０２を含む。紫色又は青色スペクトル範囲内の光を放射する任意の適切な光源を使用してもよい。例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードが挙げられる。なお、光源２０２は、第１の層１０８と直接的に接触していない。つまり、光源２０２と第１の層１０８との間には、間隙が存在する。別の実施形態では、第１の層１０８は、光源２０２の上に直接的に配置されてもよい。

図２ｂは、光変換アセンブリ２５０の更なる実施形態を断面図で概略的に示す。光変換アセンブリ２５０は、図２ａの光変換アセンブリ２００と、１つの重要な相違点以外は、同様である。当該相違点は、光変換アセンブリ２５０に反射光混合チャンバ２５２が追加される点である。図２ｂの実施形態では、光源２０２及び第１の層１０８は、反射光混合チャンバ２５２内に提供され、第２の層１０６は、反射光混合チャンバ２５２の光出射窓２５８に提供される。反射光混合チャンバ２５２の少なくとも内壁２６０が反射性であり、また、一実施形態では、拡散反射性である。図２ｂでは、例えば場所２５４、２５６において、内壁２６０に衝突する光が拡散反射されることが概略的に示される。場所２５４では、第１のスペクトル分布の光が、反射性内壁２６０に衝突する。場所２５６では、第２のスペクトル分布の光が、反射性壁に衝突する。反射された光は、別の色に変換されるために、第１の層１０８又は第２の層１０６に依然として到達するように再利用される。任意選択的に、内壁２６０は、９０％よりも高い反射率を有し、別の実施形態では、内壁２６０の反射率は、９５％よりも高い。

任意選択的に、光変換アセンブリ２５０は、光源２０２、第１の層１０８、及び／又は第２の層１０６と光学的に接触するように配置される光学的ブリッジ要素（図示せず）を含んでもよい。光学的ブリッジ要素は、光源２０２から第１の層１０８及び／又は第２の層１０６への光の輸送を増加し、また、光源２０２からの光の出力を増加する。光学的ブリッジ要素に適した材料は、ガラス、石英又はシリコーンといった熱安定ポリマーである。通常は、光学的ブリッジ部材の屈折率は、１．２乃至１．８の範囲内である。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は、例えば１．４の屈折率を有する。

図３は、光変換アセンブリの構成要素の代替配置を断面図で概略的に示す。光変換要素３００において、第１のスペクトル分布における光を放射する光源３０２は、支持層３０４上に配置される。光源３０２は、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の光を放射する。光源３０２の上には、量子ドットを含む第１の層３０８が配置される。第１の層３０８は、すべての第１のスペクトル分布の光を、第２のスペクトル分布の光に変換する。第２のスペクトル分布は、青色スペクトル範囲内である。第１の層３０８の上には、第２のスペクトル分布の光の一部を、第３のスペクトル分布の光に変換する第２のルミネッセンス材料を含む第２の層３０６が配置される。

光変換アセンブリ３２０は、光変換アセンブリ３００と同様である。光源３０２は、支持層３０４上に配置されないが、光変換アセンブリ３２０の別の実施形態では、光源３０２は、支持層３０４上に配置されてもよい。第１の層３０８は、光源３０２上に配置される。第２の層３０６よりも大きい面積を有する第２の層３２６が、光源３０２及び第１の層３０８の組み合わせから離れて配置される。つまり、光変換アセンブリ３２０の第２の層３２６と他の構成要素との間には、間隙が存在する。

光変換アセンブリ３４０は、光変換アセンブリ３２０と同様であるが、第１の層３４８は、光源３０２の上に配置されておらず、第２の層３２６と直接的に接触している。光源３０２と第１の層３４８との間に、間隙が存在する。

光変換アセンブリ３６０は、光変換アセンブリ３４０と同様であるが、追加の第３の層３６３が、第２の層３２６の上に提供される。第３の層３６３は、第２のスペクトル分布の光の一部、又は、第３のスペクトル分布の光の一部を、第４のスペクトル分布の光に変換する第３のルミネッセンス材料を含む。第３のルミネッセンス材料の結果、光変換アセンブリ３６０の発光は、第４のスペクトル分布の光である、第３の色の光を含む。したがって、より多くの異なる色が生成できるか、又は、高い演色評価数を有する白色光を得ることができる。図３の色変換アセンブリ３６０では、第２のルミネッセンス材料及び第３のルミネッセンス材料は、異なる層内に配置される。他の実施形態では、第２のルミネッセンス材料及び第３のルミネッセンス材料は、単層内で混合されていても、又は、様々なルミネッセンス材料が単層内で空間的に離されるように当該単層内に配置されていてもよい。より多くの色の光又は高品質の白色光を生成するために、３つ以上のルミネッセンス材料を使用してもよい。

光変換アセンブリ３８０は、別の代替配置である。光源３０２と光源３０２の上の第１の層３０８との組み合わせが、複数、支持層３８４上に配置される。第２のルミネッセンス材料を有する単一の第２の層３８６が、第１の層３０８から少し離れて配置される。代替配置では、第１の層３０８は、光源３０２の上に直接的に配置されないが、光源３０２から少し離れて配置されるか、又は、これらは、例えば第２の層３８６と直接的に接触する単層に組み合わされてもよい。

なお、当業者であれば、要件に最も合う光変換アセンブリを得るために、図１ａ、図１ｂ、図２ａ、図２ｂ及び図３のあらゆる種類の配置を組み合わせることができるであろう。

本発明の実施形態では、量子ドットが、第１の層の第１のルミネッセンス材料として使用される。量子ドットは、ほんの数ナノメートルの幅又は直径を通常有する半導体材料の小結晶である。入射光によって励起されると、量子ドットは、結晶のサイズ及び材料によって決定される色の光を放射する。したがって、ドットのサイズを適応させることによって、特定の色の光が生成できる。可視範囲内の発光を有する既知の量子ドットの多くは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）といったシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づいている。リン化インジウム（ＩｎＰ）並びに硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）及び／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ２）といったカドミウムを含まない量子ドットを使用してもよい。量子ドットは、非常に狭い発光帯を示すため、飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適応させることによって、容易に調整されることができる。適切な波長変換特性を有するならば、本発明において、当技術分野において知られている任意のタイプの量子ドットが使用されてもよい。

本発明の実施形態では、第２の層は、第２のルミネッセンス材料を含む。第２のルミネッセンス材料は、有機又は無機材料であってよい。波長変換材料としての使用に適した有機ルミネッセンス材料の例としては、例えばルモゲン（Lumogen）の商標名で販売されているペリレン誘導体に基づいたルミネッセンス材料が挙げられる。したがって、適切な市販製品の例としては、次に限定されないが、ルモゲン・レッドＦ３０５、ルモゲン・オレンジＦ２４０、ルモゲン・イエローＦ１７０、ルモゲンＦ０８３及びこれらの組み合わせが挙げられる。

第２の層に適した、例えば蛍光体である無機ルミネッセンス材料の例としては、次に限定されないが、セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ又はＣｅがドープされたＹＡＧとも呼ばれるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋（イエロー）及びＭ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋（レッド）が挙げられ、ただし、Ｍは、カルシウムＣａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１つの元素を含む。通常、受け取られる光が青色光である場合、本発明の実施形態に使用されてもよい無機蛍光体の別の例は、ＹＡＧ：Ｃｅである。更に、アルミニウムの一部は、ガドリニウム（Ｇｄ）又はガリウム（Ｇａ）によって置換されてもよく、Ｇｄがより多ければ、黄色発光の赤色シフトをもたらす。別の適切な材料は、赤色範囲における光を放射するＳｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋といった、（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙ）^２−ｚＳｉ_５−ａＡｌ_ａＮ_８−ａＯ_ａ：Ｅｕ_ｚ ^２＋を含み、ただし、０＜ａ＜５、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１及び０＜ｚ＜１、並びに、（ｘ＋ｙ）＜１である。

任意選択的に、第２の層は、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＢａＳＯ_４又はＴｉＯ_２の粒子である散乱要素を含む。

図４ａ及び図４ｂは、本発明の第２の態様に係るランプ４００、４５０の実施形態を概略的に示す。ランプ４００は、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリ４０２がその中に複数、配置されているレトロフィット電球である。ランプ４５０は、その内壁が光反射性で、その光出射窓において拡散器４５２を含む光混合ボックス４５４を含むいわゆる光エンジンである。拡散器の反対側には、光混合ボックス４５４の光出射窓に向けて光を放射する複数の光変換アセンブリが、当該光混合ボックス４５４内に配置される。拡散器４５２を介して周囲に直接的に伝達されず、後方反射される光は、光混合ボックス４５４の反射性内壁によって再利用される。開示された光変換アセンブリは、次に限定されないが、白熱代替ランプ、ＴＬ代替ランプ、ハロゲン代替ランプを含む任意のランプにおいて使用できる。

図５は、本発明の第３の態様に係る照明器具５００の一実施形態を概略的に示す。照明器具５００は、本発明の第１の態様に係る光変換アセンブリ（図示せず）を１つ以上含むか、又は、本発明の第２の態様に係るランプ（図示せず）を１つ以上含む。

なお、上記の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者であれば、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態をデザインできるであろう。

請求項において、括弧内に置かれる任意の参照符号は、当該請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「含む」との動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」との冠詞は、当該要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの個別の要素を含むハードウェアによって実施されてもよい。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、同一のハードウェハアイテムによって具現化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

Claims (14)

1. 第１のルミネッセンス材料を含む第１の層であって、前記第１のルミネッセンス材料は、量子閉じ込めを示す粒子であって、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲のサイズを有する粒子を含み、前記第１の層は、紫色又は青色スペクトル範囲内の第１のスペクトル分布の光を放射する光源からの光を受け取り、前記第１のスペクトル分布は、第１のピーク波長を有し、前記第１の層は、紫色又は青色スペクトル範囲内の前記第１のスペクトル分布の位置と無関係に、実質的にすべての前記受け取った光を、青色スペクトル範囲内の第２のスペクトル分布の光に変換し、前記第２のスペクトル分布は、前記第１のピーク波長よりも長い波長である第２のピーク波長を有する、前記第１の層と、
   第２のルミネッセンス材料を含む第２の層であって、前記第２の層は、前記第２のスペクトル分布の光を受け取り、前記受け取った光を、前記第１のスペクトル分布及び前記第２のスペクトル分布とは異なる第３のスペクトル分布の光に少なくとも部分的に変換する、前記第２の層と、
   を含み、
   前記第１のルミネッセンス材料の吸収スペクトルは、前記紫色又は青色スペクトル範囲内の前記第１のスペクトル分布に完全に重なる、
   光変換アセンブリ。
2. 紫色又は青色スペクトル範囲内の前記第１のスペクトル分布の光を放射する光源を更に含む、請求項１に記載の光変換アセンブリ。
3. 前記第１の層は、前記受け取った光を完全に吸収するのに十分に多い第１のルミネッセンス材料の量を含む、請求項１又は２に記載の光変換アセンブリ。
4. 前記第２のピーク波長は、４６０ナノメートル乃至４８０ナノメートルの範囲内にある、請求項１又は２に記載の光変換アセンブリ。
5. 前記第１のピーク波長は、３８０ナノメートル乃至４６０ナノメートルの範囲内にある、請求項１又は２に記載の光変換アセンブリ。
6. 前記第３のスペクトル分布は、５００ナノメートル乃至８００ナノメートルのスペクトルの範囲内にある、請求項１又は２に記載の光変換アセンブリ。
7. 前記第１の層は、前記光源と直接的に接触している、請求項２に記載の光変換アセンブリ。
8. 前記第１の層と前記第２の層との間に、間隙が存在している、請求項１又は２に記載の光変換アセンブリ。
9. 反射光混合チャンバを更に含み、光源、前記第１の層、前記第２の層のうちの少なくとも１つが、前記反射光混合チャンバ内に配置される、請求項１又は２に記載の光変換アセンブリ。
10. 前記反射光混合チャンバは、光出射窓を含み、前記第２の層は、前記光出射窓に配置される、請求項９に記載の光変換アセンブリ。
11. 前記第１のルミネッセンス材料は、量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光変換アセンブリ。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光変換アセンブリを含むランプ。
13. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光変換アセンブリを含む、又は、請求項１２に記載のランプを含む、照明器具。
14. 実質的にすべての第１のスペクトル分布の光を第２のスペクトル分布の光に変換する光変換アセンブリにおける第１のルミネッセンス材料を含む層の使用であって、前記第１のスペクトル分布は、紫色又は青色スペクトル範囲内にあり、第１のピーク波長を有し、前記第２のスペクトル分布は、青色スペクトル範囲内にあり、第２のピーク波長を有し、前記第２のピーク波長は、前記第１のピーク波長よりも長い波長であり、実質的に完全な前記変換は、前記第１のスペクトル分布の紫色又は青色スペクトル範囲内の位置と無関係であり、前記第１のルミネッセンス材料の吸収スペクトルは、前記紫色又は青色スペクトル範囲内の前記第１のスペクトル分布に完全に重なり、前記第１のルミネッセンス材料は、量子閉じ込めを示す粒子であって、少なくとも１つの寸法において、ナノメートル範囲のサイズを有する粒子を含む、使用。

Images