JP2009545888A - 光放出蛍光体を包含するｌｅｄ照明配置 - Google Patents

光放出蛍光体を包含するｌｅｄ照明配置 Download PDF

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Abstract

照明配置（２０）は、第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された、ＬＥＤチップである放射源（２２）；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された、フォトルミネッセンス材料である蛍光体（３０）；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が通過する、レンズである光学要素（２６）を含む。ＬＥＤは、光学要素の表面（２８）上に提供されることを特徴とする。

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、フォトルミネッセンス材料である光放出蛍光体を包含する光放出ダイオード（ＬＥＤ）を含み、所望の色、換言すれば、ＬＥＤからの波長スペクトルの異なる部分の光を生成する、固体状態の照明用途に関するものである。とりわけ、非限定的に、本発明は、スペクトルの可視部分の光、とりわけ、非限定的に、白色光を生成する、ＬＥＤに基づく照明配置に関係する。また、本発明は、そのような照明配置のための光学要素ならびに照明配置および光学要素を製作する方法を提供する。そのうえ、本発明は、光学要素を被覆するためか、照明配置における光学設計の部分としての蛍光体材料を提供する。
当技術分野の状態
本特許出願に関連し、光を３００nm（紫外線）〜１０００nm（赤外線）の波長範囲の電磁放射として画定する。主として、非限定的に、本発明は、スペクトルの可視部分の３８０〜７５０nmの光を放出する照明配置に関係する。
白色光放出ダイオード（ＬＥＤ）は、当技術分野において公知であり、比較的最近の革新である。電磁スペクトルの青色／紫外線で放出するＬＥＤが開発されて以降、ＬＥＤに基づく白色光源の開発が実用的となった。公知のように、白色光を生成するＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は、ＬＥＤが放出する放射の一部を吸収し、異なる色（波長）の放射を再放出する蛍光体、換言すれば、フォトルミネッセンス材料を包含する。例として、ＬＥＤがスペクトルの可視部分の青色光を放出し、蛍光体が黄色光を再放出する。あるいは、蛍光体は、緑色および赤色光、緑色および黄色または黄色および赤色光の組み合わせを放出することができる。ＬＥＤが放出する可視青色光のうち、蛍光体によって吸収されない一部は、放出された黄色光と混合し、視覚には白色として見える光を提供する。公知の黄色蛍光体は、蛍光体の組成に依存し、５３０〜５９０nmの波長範囲で変動する主要な放出波長ピークを有するＹＡＧ系蛍光体である。蛍光体のさらなる例は、フォトルミネッセンス材料が式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄからなる群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、本発明者らの同時係属中の特許出願である米国特許出願第２００６／００２８１２２号に記載されている。そのような蛍光体は、公知のＹＡＧ化合物またはケイ酸塩系蛍光体のいずれも上回る強度の光を放出する。
白色ＬＥＤは、通常、多くの１００、０００時間というその長い動作寿命およびその高い効率のため、潜在的に、白熱光源を置き換えることができると予測される。すでに、高輝度ＬＥＤは、車両ブレーキ灯および指示器と同様に、交通信号灯およびフラッシュ灯に使用されている。
ＬＥＤから放出された光の強度を増加させるため、プラスチック材料またはガラスで作製されたレンズを包含させ、光放出を集光し、それにより、強度を増加させることが公知である。図１を参照すると、高輝度白色ＬＥＤ２を示している。ＬＥＤ２は、プラスチックまたは金属反射カップ６内に実装されたＬＥＤチップ４を含み、ＬＥＤチップは、その後、封入用材料、通常、エポキシ樹脂８に封入される。封入材料は、色変換を提供するための蛍光体材料を包含する。通常、カップ６の内部表面は、銀めっきされ、封入用エポキシ樹脂８の表面に実装されたレンズ１０に向けて迷光を反射する。
本発明者は、そのような配置が制約を有することを認識し、本発明は、少なくとも部分的にこれらの制約を緩和するための試みにおいて生じた。例として、１Wよりも大きい高強度出力を有する高強度ＬＥＤでは、ＬＥＤの出力での高い温度と蛍光体材料へのその近接とが組み合わさり、温度依存性の光特性がもたらされることができ、場合によっては、蛍光体材料の熱劣化が発生することができる。また、異なる経路長を通過する光は、相違する量の蛍光体に当たり、吸収されることから、蛍光体がエポキシ樹脂内に分散していると、そのようなＬＥＤが放出する光の色の均一性を維持するのが困難であることができる。そのうえ、そのようなＬＥＤの製作は、封入および後続のレンズの設置のため、時間がかかる。
本発明の第一の態様によると、第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が通過する光学要素を含み、蛍光体が光学要素の表面上に提供されることを特徴とする、照明配置を提供する。本発明は、製造工程、よってコストを削減する効果を提供し、出力光のより均一な色も提供する。
有利には、蛍光体が実質的に均一な厚さの層として光学要素の表面上に提供される。そのような配置は、放出される光のより均一な色を確保する。
光学要素は、多数の形態を有することができ、通常、放射を集光し、放出された光の強度を増加させるためのレンズを含む。あるいは、光学要素は、放射を方向付け、したがって、放射が通過する導波路または窓として機能するためのものであることができる。蛍光体を光学要素の内部または外部表面上に提供することができ、これにより、前記第二の波長範囲の放射も光学要素を通過するかどうかが決定する。例として、一つの具現化では、光学要素が実質的に平坦な表面を有し、蛍光体が前記実質的に平坦な表面上に提供される。蛍光体を平坦な表面に塗布する効果として、均一な厚さの層を作ることがより簡易である。あるいは、光学要素が凸または凹表面を有することができ、蛍光体が前記凸または凹表面上に提供される。
一つの具現化では、光学要素が実質的に半球形の表面を有し、蛍光体が前記半球形の表面上に提供される。好ましくは、光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体が半球形の内部表面上に提供される。あるいは、蛍光体を半球形の外部表面の少なくとも部分上に提供することができる。さらなる代替実施態様では、光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体が球形の内部または外部表面の少なくとも部分上に提供される。そのような形態は、白熱光源を置き換えるための光源として特定の用途を見出す。なおさらなる実施態様では、光学要素が中空円筒を含み、蛍光体が内部または外部表面の少なくとも部分上に提供される。
有利には、光学要素がプラスチック材料、例えば、ポリカーボネートおよびシリコーンまたはガラス、例えば、シリカ系ガラスで作製される。光学要素は、前記第一の波長範囲の放射を少なくとも実質的に透過させる材料を含み、蛍光体が要素の内部表面上に提供される場合、材料は、さらに、第二の波長範囲の放射を実質的に透過させる。
好ましい具現化では、蛍光体が、エポキシ樹脂、シリコーン材料またはポリマー材料に組み入れられ、混合物を形成する粉末を含み、その後、蛍光体混合物が光学要素に塗布され、光学要素表面上に蛍光体の層を形成する。照明配置から放出される光の均一性を向上させるため、蛍光体混合物は、有利には、さらに光拡散材料、例えば、酸化チタン、シリカ、アルミナなどを組み入れる。そのような光拡散材料は、可能な限り低い光吸収性を有する。
蛍光体は、有利には、３００nm〜５５０nmの波長範囲の放射によって照射されたときにルミネッセンス光を放出する蛍光体を含む。蛍光体の一つの例は、有利には、式（ＹＡ）３（ＡｌＢ）５（ＯＣ）１２：Ｃｅ３＋を有し、ここで、ＡがＧｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍを含む群から選択される三価金属または二価金属イオン、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄであり、ＢがＳｉ、Ｂ、ＰおよびＧａを含み、ＣがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮを含む群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含むＹＡＧ系蛍光体を含む。もう一つの具現化では、蛍光体は、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄを含む群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮを含む群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む。
なおさらなる実施態様では、ケイ酸塩系橙色−赤色蛍光体が式（ＳｒＭ１）３Ｓｉ（ＯＤ）５：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＢａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎを含む群から選択され、ＤがＦ、Ｃｌ、ＳおよびＮを含む群から選択される。そのような蛍光体は、有利には、緑色から黄色（５８０〜６３０nm）の波長範囲の光を放出するために使用される。
あるいは、蛍光体は、式（ＳｒＭ１）Ｓｉ５Ｎ８を有し、ここで、Ｍ１がＳｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎを含む群から選択される、窒化ケイ素系赤色蛍光体を含む。
もう一つの実施態様では、蛍光体は、（ＳｒＭ１）Ｓの式を有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇを含む群から選択される、硫酸塩系赤色蛍光体を含む。
なおもう一つの実施態様では、蛍光体は、（ＳｒＭ１）（ＧａＭ２）２Ｓ４：Ｅｕの式を有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇを含む群から選択され、Ｍ２がＡｌおよびＩｎを含む群から選択される、硫酸塩系緑色蛍光体を含むことができる。
好ましくは、放射源が光放出ダイオード、有利には、窒化ガリウム系ＬＥＤを含む。
本発明は、白色光源のための特定の用途を見出し、３００〜５００nmの波長範囲を有する放射を放出するように放射源が動作可能である。好ましくは、４５０〜７００nmの範囲にわたる波長を有する放射を放出するように蛍光体組成が構成される。
本発明の第二の態様によると、第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が光学要素を通過するように構成された前記光学要素を含み、前記蛍光体が前記光学要素の表面上に提供されることを特徴とする、一種の照明配置のための光学要素を提供する。
そのような光学要素は、製造工程を削減、よってコストを削減する効果を提供し、より均一な色の光を放出する。また、そのような光学要素を使用し、ＬＥＤ配置における直接的な色変換を提供することができる。
光学要素によって生成される光の色の均一性を確保するため、蛍光体は、有利には、実質的に均一な厚さの層として光学要素の前記表面上に提供される。
製作を簡易にするため、光学要素は、好ましくは、実質的に平坦な表面を有し、蛍光体が前記実質的に平坦な表面上に提供される。あるいは、光学要素が凸または凹表面を有し、例として、噴霧または印刷に関する被覆方法により、蛍光体を前記凸または凹表面上に提供する。
一つの具現化では、光学要素が実質的に半球形の表面を有し、蛍光体が前記半球形の表面上に提供される。光学要素が実質的に半球形のシェルを含むことができ、蛍光体が半球形の内部表面上に提供される。そのような配置は、蛍光体の環境的保護を提供する。あるいは、蛍光体が半球形の外部表面上に提供される。さらなる実施態様では、光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体が球形の内部または外部表面の少なくとも部分上に提供される。なおさらなる具現化では、光学要素が中空円筒を含み、蛍光体が内部または外部表面の少なくとも部分上に提供される。
好ましくは、蛍光体が、エポキシ樹脂、シリコーン材料またはポリマー材料に組み入れられ、混合物を形成する粉末を含み、その後、蛍光体混合物が光学要素に塗布され、光学要素表面上に蛍光体の層を形成する。均一な光強度出力を確保するため、蛍光体混合物は、有利には、さらに光拡散材料を含む。
好ましくは、光学要素がプラスチック材料またはガラスから製作される。
蛍光体は、有利には、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄを含む群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮを含む群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む。
本発明の第三の態様によると、照明配置を製作する方法であって、：第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源および前記放射が通過する光学要素を提供する工程；ならびに前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体を光学要素の表面上に提供する工程を含む、方法を提供する。
有利には、方法は、さらに、蛍光体を実質的に均一な厚さの層として光学要素の表面上に提供する工程を含む。
光学要素は、実質的に平坦な表面、凸または凹表面を有することができ、方法は、蛍光体を前記実質的に平坦な表面、凸または凹表面上に提供する工程を含む。
一つの具現化では、光学要素が実質的に半球形の表面を有し、方法が蛍光体を前記半球形の表面上に提供する工程を含む。好ましくは、光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、方法が蛍光体を半球形の内部または外部表面上に提供する工程を含む。あるいは、光学要素が実質的に球形のシェルを含むことができ、方法が蛍光体を球形の内部または外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む。さらなる代替配置では、光学要素が中空円筒を含み、方法が蛍光体を内部または外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む。
好ましくは、光学要素がプラスチック材料またはガラスから製作される。
本発明のさらなる態様によると、第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が光学要素を通過するように構成される前記光学要素を含む、一種の照明配置のための光学要素を製作する方法であって、前記蛍光体を光学要素の表面上に提供する工程を含む、方法を提供する。
均一な色変換を確保するため、方法は、有利には、蛍光体を実質的に均一な厚さの層として提供する工程を含む。
光学要素が実質的に平坦な表面を有するとき、方法は、好ましくは、蛍光体を前記実質的に平坦な表面上に提供する工程を含む。
あるいは、光学要素が凸または凹表面を有する場合、方法は、蛍光体を前記凸または凹表面上に提供する工程を含むことができる。
なおさらなる代替配置では、光学要素が実質的に半球形の表面を有し、方法が蛍光体を前記半球形の表面上に提供する工程を含む。光学要素が実質的に半球形のシェルを含む場合、方法は、蛍光体を半球形の内部または外部表面上に提供する工程を含む。また、光学要素が実質的に球形のシェルを含む場合、方法は、蛍光体を球形の内部または外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む。あるいは、光学要素が中空円筒を含むことができ、方法が蛍光体を内部または外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む。
好ましい方法では、蛍光体が粉末を含み、方法は、エポキシ樹脂またはシリコーン材料またはポリマー材料に蛍光体を組み入れ、混合物を形成する工程と、その後、蛍光体混合物を光学要素に塗布し、光学要素表面上に蛍光体の層を形成する工程とを含む。光学要素の表面上への混合物の塗装、噴霧または他の公知の堆積手法により、混合物を塗布することができる。蛍光体を平坦な表面に塗布するとき、有利には、光学要素を回転またはテープ成形し、表面にわたって均一に混合物を分散させ、それにより、蛍光体形態の均一な厚さを確保する。
有利には、方法は、さらに、光拡散材料、例として、酸化チタン、シリカ、アルミナを蛍光体混合物に組み入れる工程を含む。あるいは、光拡散材料を別の層として提供することができる。
有利には、蛍光体は、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄを含む群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮを含む群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む。
方法は、さらに、光学要素をプラスチック材料またはガラスから製作する工程を含む。
製作を簡易にするため、本発明の特に好ましい方法に従い、共通の平坦な表面を有する光学要素の配列の形態で複数の光学要素であり、蛍光体を平坦な表面上に堆積させる。有利には、蛍光体を実質的に均一な厚さの層として光学要素の配列の平坦な表面上に提供する。
本発明のさらなる態様に従い、ＬＥＤの光学要素を被覆するための蛍光体材料であって、エポキシ樹脂、シリコーン材料またはポリマー材料に組み入れられた蛍光体粉末を含む、蛍光体材料を提供する。有利には、蛍光体材料は、さらに光拡散材料を組み入れる。
本発明のなおさらなる態様に従い、第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が光学要素を通過するように構成される前記光学要素を含み、前記蛍光体が前記光学要素に組み入れられることを特徴とする、一種の照明配置のための光学要素を提供する。
すでに記載されているような公知の白色ＬＥＤの模式図である； 本発明に従ったＬＥＤ照明配置の模式図である； 本発明に従ったＬＥＤ照明配置の模式図である； 本発明に従ったＬＥＤ照明配置の模式図である； 本発明に従ったＬＥＤ照明配置の模式図である； 本発明に従ったＬＥＤ照明配置の模式図である； 本発明に従ったＬＥＤ照明配置の模式図である；および 本発明に従ったＬＥＤ照明配置のための光学要素を製作する方法の模式図である。
発明の実施態様の詳細な説明
本発明がより良く理解されるため、次に、添付の図面を参照しながら、本発明の実施態様を例としてのみ記載する。
図２を参照すると、本発明に従ったＬＥＤ照明配置２０を示している。ＬＥＤ照明配置２０は、選択した色の光、例として、白色光を生成するためのものである。照明配置は、好ましくは、３００〜５００nmの範囲の波長の放射である光を作るように動作可能なＬＥＤチップ２２、好ましくは、窒化ガリウムチップを含む。ＬＥＤチップ２２は、その内部表面に堆積された金属性銀を有し、照明配置の出力に向けて光を反射するステンレス鋼の囲いまたは反射カップ２４の内側に実装される。凸レンズ２６が提供され、配置から出力された光を集光する。例示する例では、レンズ２６は、実質的に半球形の形態である。レンズ２６は、プラスチック材料、例えば、ポリカーボネートもしくはガラス、例えば、シリカ系ガラスまたはＬＥＤチップ２２によって生成される光の波長を実質的に透過させる任意の材料で作製することができる。
図２の実施態様では、レンズ２６は、レンズを囲い２２に実装する前に蛍光体３０の層が提供される、平坦な、実質的に平面である表面２８を有する。その参照により本明細書に内容が組み入れられる、本発明者らの同時係属中の特許出願である米国特許出願第２００６／００２８１２２号に開示されているように、蛍光体３０は、好ましくは、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ（ストロンチウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）およびＣｄ（カドミウム）を含む群から選択される二価金属であり、ＤがＦ（フッ素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）、Ｉ（ヨウ素）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）およびＮ（窒素）を含む群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む。粉末の形態である蛍光体と接着材料、例えば、エポキシもしくはシリコーン樹脂または透過ポリマー材料とを混合し、その後、混合物をレンズの表面に塗布し、蛍光体層３０を提供する。塗装、滴下もしくは噴霧または当業者に容易に明らかである他の堆積手法により、混合物を塗布することができる。また、蛍光体混合物は、好ましくは、さらに光拡散材料、例えば、酸化チタン、シリカまたはアルミナを包含し、より均一な光出力を確保する。
照明配置から放出される光の色は、蛍光体組成と同様に、蛍光体から発する出力光の比率を決定する蛍光体層の厚さの適切な選択により、制御することができる。均一な出力色を確保するため、蛍光体層は、好ましくは、均一な厚さであり、２０〜５００μmの範囲の通常の厚さを有する。
本発明の照明配置の効果として、蛍光体をＬＥＤパッケージの封入材料に組み入れる必要がない。また、適切な蛍光体層を有する異なるレンズを提供することにより、配置によって出力される光の色を容易に変化させることができる。これにより、共通のレーザパッケージを大規模に生産することができる。また、そのようなレンズは、ＬＥＤ照明配置における直接的な色変換を提供する。
図３を参照すると、蛍光体３０がレンズ２６の外部凸表面３２上の層として提供される、さらなる実施態様に従ったＬＥＤ照明配置を示している。この実施態様では、レンズ２６がドーム状の形態である。
図４は、レンズ２６が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体３０がレンズ２６の内部表面３４上に提供される、さらなる実施態様に従ったＬＥＤ照明配置を示す。内部表面上に蛍光体を提供する効果として、レンズ２６は、その後、ＬＥＤおよび蛍光体に環境的保護を提供する。あるいは、蛍光体をレンズ２６の外部表面の層として塗布することができる（図示せず）。
図５は、光学要素であるレンズ２６が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体３０が球形の内部３６または外部３８表面の少なくとも部分上の層として堆積され、ＬＥＤチップ２２が球形のシェル内に実装される、ＬＥＤ配置を例示する。放射の均一な放出を確保するため、有利には、複数のＬＥＤチップを組み入れ、それぞれが相違する方向に光を放出するようにチップを位置付ける。そのような形態は、既存の白熱光源（光電球）を置き換えるための光源として好ましい。
図６を参照すると、光学要素２６が中空円筒状の形態を含み、蛍光体が湾曲した内部４０または外部４２表面に塗布される、さらなる配置を示している。そのような配置では、レーザチップは、好ましくは、円筒の軸に沿って配置されるレーザチップの直線配列を含む。あるいは、レンズ２６が固体の円筒を含むことができる（図示せず）。
図７は、光学要素が固体の実質的に球形のレンズ２６を含み、蛍光体が球形の表面４４の少なくとも部分上に提供される、ＬＥＤ配置を示す。好ましい配置では、例示するように、蛍光体を表面の一部のみに塗布し、その後、囲いによって画定される体積内に表面を実装する。このようにレンズ２６を実装することにより、蛍光体３０の環境的保護を提供する。
図８を参照すると、本発明に従ったレンズを製作する好ましい方法を示している。蛍光体３０が提供される共通の平坦な表面４８を有する、レンズ４６の配列が提供される。例示する例では、レンズ３６が実質的に半球形の形態である。蛍光体を堆積させた後、レンズを分離させ、ＬＥＤアセンブリに実装することができる。そのような方法は、光学要素の大量生産に特に有利であることが見出される。
本発明は、記載した具体的な実施態様に制限されず、本発明の範囲内にある変形を作製することができることが認識される。例として、先の説明ではレンズを参照しているが、蛍光体を他の光学要素、例えば、例として、光が必ずしも集光されるか、方向付けられることなく通過する窓または光を誘導し、方向付ける導波路上に堆積させることができる。また、光学要素は、当業者に容易に明らかである多くの形態を有することができる。
蛍光体およびＬＥＤチップを要求される用途に依存して選択し、所望の色の光を提供することができることが認識される。二つ以上の蛍光体材料を提供し、放出される光のスペクトルの内容である所望の色を得ることも想定される。粉末状材料を混合し、それらを単一の層内に組み入れるか、あるいは異なる蛍光体の多重の層を提供することにより、異なる蛍光体を提供することができる。
好ましい蛍光体の例は、：
・ 式（ＹＡ）３（ＡｌＢ）５（ＯＣ）１２：Ｃｅ３＋を有し、ここで、ＡがＧｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｓｍ（サマリウム）を含む群から選択される三価金属または二価金属イオン、例えば、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）およびＣｄ（カドミウム）であり、ＢがＳｉ（ケイ素）、Ｂ（ホウ素）、Ｐ（リン）およびＧａ（ガドリニウム）を含み、ＣがＦ（フッ素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）、Ｉ（ヨウ素）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）およびＮ（窒素）を含む群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含むＹＡＧ系蛍光体；
・ 一般式（ＳｒＭ１）３Ｓｉ（ＯＤ）５：Ｅｕであり、ここで、Ｍ１がＢａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎを含む群から選択され、ＤがＦ、Ｃｌ、ＳおよびＮを含む群から選択される、ケイ酸塩系橙色−赤色蛍光体（そのような蛍光体は、緑色から黄色（５８０〜６３０nm）の波長範囲の光を放出するために使用することができる）；
・ （ＳｒＭ１）Ｓｉ５Ｎ８の一般式であり、ここで、Ｍ１がＳｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎを含む群から選択される、窒化ケイ素系赤色蛍光体；
・ 一般式（ＳｒＭ１）Ｓを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇを含む群から選択される、硫酸塩系赤色蛍光体；ならびに
・ 一般式（ＳｒＭ１）（ＧａＭ２）２Ｓ４：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇを含む群から選択され、Ｍ２がＡｌおよびＩｎを含む群から選択される、硫酸塩系緑色蛍光体
である。
ＬＥＤ照明配置を提供することに加え、本発明は、さらに、新規な光学要素およびその製作の方法を提供する。
さらなる実施態様では、光学要素を含む材料に蛍光体を組み入れることも想定される。また、蛍光体を封入用材料上の層として提供することができる。

Claims (85)

  1. 第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が通過する光学要素を含み、蛍光体が光学要素の表面上に提供されることを特徴とする、照明配置。
  2. 蛍光体が実質的に均一な厚さの層として光学要素の表面上に提供される、請求項１記載の照明配置。
  3. 光学要素が実質的に平坦な表面を有し、蛍光体が前記実質的に平坦な表面上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  4. 光学要素が凸表面を有し、蛍光体が前記凸表面上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  5. 光学要素が凹表面を有し、蛍光体が前記凹表面上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  6. 光学要素が実質的に半球形の表面を有し、蛍光体が前記半球形の表面上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  7. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体が半球形の内部表面上に提供される、請求項６記載の照明配置。
  8. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体が半球形の外部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項６記載の照明配置。
  9. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体が球形の内部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  10. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体が球形の外部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  11. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体が内部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  12. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体が外部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項１または請求項２記載の照明配置。
  13. 光学要素がプラスチック材料、ガラスの一つから作製される、請求項１または２記載の照明配置。
  14. 蛍光体が、エポキシ樹脂、シリコーン材料およびポリマー材料の一つに組み入れられ、混合物を形成する粉末を含み、蛍光体混合物が光学要素に塗布され、光学要素表面上に蛍光体の層を形成する、請求項１記載の照明配置。
  15. さらに、蛍光体粉末に光拡散材料を組み入れることを含む、請求項１４記載の照明配置。
  16. 蛍光体が、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄからなる群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む、請求項１、２、１４または１５のいずれか一項記載の照明配置。
  17. 蛍光体が、式（ＹＡ）３（ＡｌＢ）５（ＯＣ）１２：Ｃｅ３＋を有し、ここで、ＡがＧｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍからなる群から選択される三価金属または二価金属イオン、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄであり；ＢがＳｉ、Ｂ、ＰおよびＧａからなる群から選択され；ＣがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む、請求項１、２、１４または１５のいずれか一項記載の照明配置。
  18. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）３Ｓｉ（ＯＤ）５：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＢａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎからなる群から選択され；ＤがＦ、Ｃｌ、ＳおよびＮからなる群から選択される、ケイ酸塩系橙色−赤色蛍光体を含む、請求項１、２、１４または１５のいずれか一項記載の照明配置。
  19. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）Ｓｉ５Ｎ８を有し、ここで、Ｍ１がＳｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎからなる群から選択される、窒化ケイ素系赤色蛍光体を含む、請求項１、２、１４または１５のいずれか一項記載の照明配置。
  20. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）Ｓを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇからなる群から選択される、硫酸塩系赤色蛍光体を含む、請求項１、２、１４または１５のいずれか一項記載の照明配置。
  21. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）（ＧａＭ２）２Ｓ４：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇからなる群から選択され、Ｍ２がＡｌおよびＩｎからなる群から選択される、硫酸塩系緑色蛍光体を含む、請求項１、２、１４または１５のいずれか一項記載の照明配置。
  22. 放射源が光放出ダイオードを含む、請求項１記載の照明配置。
  23. ＬＥＤチップが窒化ガリウムＬＥＤを含む、請求項１記載の照明配置。
  24. ３００〜５００nmの波長範囲を有する放射を放出するように放射源が動作可能である、請求項１記載の照明配置。
  25. ４５０〜７００nmの範囲にわたる波長を有する放射を放出するように蛍光体が構成される、請求項１記載の照明配置。
  26. 第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が光学要素を通過するように構成される前記光学要素を含み、前記蛍光体が前記光学要素の表面上に提供されることを特徴とする、一種の照明配置のための光学要素。
  27. 蛍光体が実質的に均一な厚さの層として光学要素の表面上に提供される、請求項２６記載の光学要素。
  28. 光学要素が実質的に平坦な表面を有し、蛍光体が前記実質的に平坦な表面上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  29. 光学要素が凸表面を有し、蛍光体が前記凸表面上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  30. 光学要素が凹表面を有し、蛍光体が前記凹表面上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  31. 光学要素が実質的に半球形の表面を有し、蛍光体が前記半球形の表面上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  32. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体が半球形の内部表面上に提供される、請求項３１記載の光学要素。
  33. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体が半球形の外部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項３１記載の光学要素。
  34. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体が球形の内部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  35. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体が球形の外部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  36. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体が内部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  37. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体が外部表面の少なくとも部分上に提供される、請求項２６または請求項２７記載の光学要素。
  38. 蛍光体が、エポキシ樹脂、シリコーン材料およびポリマー材料の一つに組み入れられ、混合物を形成する粉末を含み、蛍光体混合物が光学要素に塗布され、光学要素表面上に蛍光体の層を形成する、請求項２６または２７記載の光学要素。
  39. さらに、蛍光体粉末に光拡散材料を含む、請求項３８記載の光学要素。
  40. 光学要素がプラスチック材料、ガラスの一つから製作される、請求項２６または２７記載の光学要素。
  41. 蛍光体が、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄからなる群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む、請求項２６または２７記載の光学要素。
  42. 蛍光体が、式（ＹＡ）３（ＡｌＢ）５（ＯＣ）１２：Ｃｅ３＋を有し、ここで、ＡがＧｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍからなる群から選択される三価金属または二価金属イオン、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄであり；ＢがＳｉ、Ｂ、ＰおよびＧａの群から選択され；ＣがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む、請求項２６または２７記載の光学要素。
  43. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）３Ｓｉ（ＯＤ）５：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＢａ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎからなる群から選択され、ＤがＦ、Ｃｌ、ＳおよびＮからなる群から選択される、ケイ酸塩系橙色−赤色蛍光体を含む、請求項２６または２７記載の光学要素。
  44. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）Ｓｉ５Ｎ８を有し、ここで、Ｍ１がＳｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎからなる群から選択される、窒化ケイ素系赤色蛍光体を含む、請求項２６または２７記載の照明配置。
  45. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）Ｓを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇからなる群から選択される、硫酸塩系赤色蛍光体を含む、請求項２６または２７記載の照明配置。
  46. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）（ＧａＭ２）２Ｓ４：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇからなる群から選択され、Ｍ２がＡｌおよびＩｎからなる群から選択される、硫酸塩系緑色蛍光体を含む、請求項２６または２７記載の照明配置。
  47. 照明配置を製作する方法であって、：第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源および前記放射が通過する光学要素を提供する工程；ならびに前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体を光学要素の表面上に提供する工程を含む、方法。
  48. 蛍光体を実質的に均一な厚さの層として光学要素の表面上に提供する工程を含む、請求項４７記載の方法。
  49. 光学要素が実質的に平坦な表面を有し、蛍光体を前記実質的に平坦な表面上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  50. 光学要素が凸表面を有し、蛍光体を前記凸表面上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  51. 光学要素が凹表面を有し、蛍光体を前記凹表面上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  52. 光学要素が実質的に半球形の表面を有し、蛍光体を前記半球形の表面上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  53. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体を半球形の内部表面上に提供する工程を含む、請求項５２記載の方法。
  54. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体を半球形の外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項５２記載の方法。
  55. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体を球形の内部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  56. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体を球形の外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  57. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体を内部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  58. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体を外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項４７または請求項４８記載の方法。
  59. 光学要素がプラスチック材料、ガラスの一つから作製される、請求項４７または４８記載の方法。
  60. 第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が光学要素を通過するように構成された前記光学要素を含む、一種の照明配置のための光学要素を作製する方法であって、前記蛍光体を光学要素の表面上に提供する工程を含む、方法。
  61. 蛍光体を実質的に均一な厚さの層として提供する工程を含む、請求項６０記載の方法。
  62. 光学要素が実質的に平坦な表面を有し、蛍光体を前記実質的に平坦な表面上に提供する工程を含む、請求項６０または請求項６１記載の方法。
  63. 光学要素が凸表面を有し、蛍光体を前記凸表面上に提供する工程を含む、請求項６０または請求項６１記載の方法。
  64. 光学要素が凹表面を有し、蛍光体を前記凹表面上に提供する工程を含む、請求項６０または請求項６１記載の方法。
  65. 光学要素が実質的に半球形の表面を有し、蛍光体を前記半球形の表面上に提供する工程を含む、請求項６０または請求項６１記載の方法。
  66. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体を半球形の内部表面上に提供する工程を含む、請求項６５記載の方法。
  67. 光学要素が実質的に半球形のシェルを含み、蛍光体を半球形の外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項６５記載の方法。
  68. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体を球形の内部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項６０または６１記載の方法。
  69. 光学要素が実質的に球形のシェルを含み、蛍光体を球形の外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項６０または６１記載の方法。
  70. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体を内部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項６０または６１記載の方法。
  71. 光学要素が中空円筒を含み、蛍光体を外部表面の少なくとも部分上に提供する工程を含む、請求項６０または６１記載の方法。
  72. 蛍光体が粉末を含み、エポキシ樹脂、シリコーン材料、ポリマー材料の一つに蛍光体を組み入れ、混合物を形成する工程と、光学要素に蛍光体混合物を塗布し、光学要素表面上に蛍光体の層を形成する工程とを含む、請求項６０または６１記載の方法。
  73. さらに、蛍光体粉末に光拡散材料を組み入れる工程を含む、請求項６０記載の方法。
  74. 蛍光体が、式Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｄを有し、ここで、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄからなる群から選択される二価金属であり、ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の方法。
  75. 蛍光体が、式（ＹＡ）３（ＡｌＢ）５（ＯＣ）１２：Ｃｅ３＋を有し、ここで、ＡがＧｄ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｓｍからなる群から選択される三価金属または二価金属イオン、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＣｄであり；ＢがＳｉ、Ｂ、ＰおよびＧａからなる群から選択され；ＣがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐ、ＳおよびＮからなる群から選択されるドーパントである、フォトルミネッセンス材料を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の照明配置。
  76. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）３Ｓｉ（ＯＤ）５：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＢａ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎからなる群から選択され、ＤがＦ、Ｃｌ、ＳおよびＮからなる群から選択される、ケイ酸塩系橙色−赤色蛍光体を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の照明配置。
  77. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）Ｓｉ５Ｎ８を有し、ここで、Ｍ１がＳｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＺｎからなる群から選択される、窒化ケイ素系赤色蛍光体を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の照明配置。
  78. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）Ｓを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇからなる群から選択される、硫酸塩系赤色蛍光体を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の照明配置。
  79. 蛍光体が、式（ＳｒＭ１）（ＧａＭ２）２Ｓ４：Ｅｕを有し、ここで、Ｍ１がＣａ、ＢａおよびＭｇからなる群から選択され、Ｍ２がＡｌおよびＩｎからなる群から選択される、硫酸塩系緑色蛍光体を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の照明配置。
  80. 光学要素をプラスチック材料、ガラスの一つから作製する工程を含む、請求項６０、６１または７３のいずれか一項記載の方法。
  81. さらに、共通の平坦な表面を有する光学要素の配列の形態で複数の光学要素を提供する工程と、蛍光体を平坦な表面上に堆積させる工程とを含む、請求項６０記載の方法。
  82. 蛍光体を実質的に均一な厚さの層として光学要素の配列の平坦な表面上に提供する工程を含む、請求項８１記載の方法。
  83. ＬＥＤ照明配置の光学要素を被覆するための蛍光体材料であって、エポキシ樹脂、シリコーン材料およびポリマー材料の一つに組み入れられた蛍光体粉末を含む、蛍光体材料。
  84. さらに、光拡散材料を含む、請求項８３記載の蛍光体材料。
  85. 第一の波長範囲を有する放射を放出するように構成された放射源；前記第一の波長範囲の放射の少なくとも一部を吸収し、第二の波長範囲を有する放射を放出するように構成された蛍光体；および少なくとも前記第一の波長範囲の放射が光学要素を通過するように構成される前記光学要素を含み、前記蛍光体が前記光学要素に組み入れられることを特徴とする、一種の照明配置のための光学要素。
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