JP2015530606A - ルミネッセンス材料を含む層のスタック、ランプ、照明器具及びそのような層のスタックを製造する方法 - Google Patents

Abstract

層のスタック１００、ランプ、照明器具及び層のスタックを製造する方法が開示される。層のスタック１００は、第１の外側層１０２と、第２の外側層１０６と、ルミネッセンス層１０４とを含む。第１の外側層１０２及び第２の外側層１０６は、光透過ポリマー材料で作られ、標準温度及び標準気圧（ＳＴＰ）下で測定されて、３０ｃｍ３／（ｍ２・日）よりも低い酸素透過率を有する。ルミネッセンス層１０４は、第１の外側層１０２と第２の外側層１０６との間に挟まれ、光透過マトリクスポリマーと、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換するルミネッセンス材料１０８とを含む。

Description

本発明は、ルミネッセンス材料を有する層を含む層のスタックに関する。

多くの照明用途において、リモート構成におけるルミネッセンス材料の使用が提案されている。多くのルミネッセンス材料、より具体的には、有機蛍光体は、光化学的安定性に関連する問題を有する。特に、有機蛍光体は、光が当たると、また、酸素に晒されると劣化する。材料の高速劣化を阻止するために、酸素からの保護が必要である。したがって、当該ルミネッセンス材料が使用される光源の妥当な寿命時間を保証するためには、ルミネッセンス材料は、酸素から保護されなければならない。

量子ドットといった他のルミネッセンス材料も、酸素に敏感であり、光が当てられなくても酸素の影響を受けて劣化する。

米国特許第７８３９０７２号には、環境大気から有機蛍光体を保護する解決策が提案されている。この文書は、光を別の色に変換する少なくとも１種類の有機蛍光体と、有機蛍光体をシールする２つの光透過部材とを含む半透明ラミネートシートについて開示している。光透過部材は、並列配置された２つのプレートであり、有機蛍光体は、それらの間に保持されるように配置される。２つのプレートの外周において、２つのプレート間の開口は、環境大気下の影響を受けて有機蛍光体が劣化することを防ぐように密閉されている。２つのプレートはガラスで作られている。

上記の特許の半透明ラミネートシートは、有機蛍光体を保護するためには比較的高価な解決策である。ガラスの使用と、２つのプレートの外周においてガラスプレート間の開口を密閉する必要性とによって、比較的高価な製造プロセスと比較的高価な材料の使用とがもたらされる。更に、ガラスを使用すると、柔軟性のない構造となり、半透明ラミネートシートは平らな形状を有する。

本発明は、環境酸素の影響からルミネッセンス材料を有する層を保護する費用効果的な解決策を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、層のスタックを提供する。本発明の第２の態様は、ランプを提供し、本発明の第３の態様は、照明器具を提供し、本発明の第４の態様は、層のスタックを製造する方法を提供する。有利な実施形態は、従属項に規定される。

本発明の第１の態様に係る層のスタックは、第１の外側層と、第２の外側層と、ルミネッセンス層とを含む。第１の外側層及び第２の外側層は、光透過ポリマー材料で作られ、標準温度及び標準気圧（ＳＴＰ）下で測定されて、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）よりも低い酸素透過率を有する。ルミネッセンス層は、第１の外側層と第２の外側層との間に挟まれ、光透過マトリクスポリマーと、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換するルミネッセンス材料とを含む。

ルミネッセンス層内にマトリクスポリマー内のルミネッセンス材料を提供することは、ルミネッセンス材料を、環境大気、より具体的には、空気中の酸素の影響から保護する第１の手段である。しかし、マトリクスポリマー材料の表面の近くに存在するルミネッセンス材料は、依然として、過度の酸素を受けて、劣化する。第２の手段は、バリア特性を有する２つの光透過層を使用することである。ルミネッセンス層をこの２層の間に挟むことによって、ルミネッセンス層内のルミネッセンス材料に晒される酸素の量は少なくなる。バリア特性を有する２層は、層のスタックのうち第１の外側層及び第２の外側層を形成し、当該２つの外側層は、光透過ポリマー材料で作られる。したがって、光は、外側層を透過する。外側層のバリア特性は、主に、酸素に対する層の透過性に関連する。第１の外側層及び第２の外側層の酸素透過率は、標準温度及び標準気圧条件（ＳＴＰ、ＩＵＰＡＣによってＴ＝２７３．１５Ｋ及びｐ＝１バールと規定されている）下で、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）よりも低く、酸素透過率がこの値よりも低い場合、スタックのうちの１つ以上の層を通りルミネッセンス材料まで透過する酸素量は、著しく減少される。したがって、ルミネッセンス層は、比較的長い寿命を有することになる。

なお、酸素透過率は、層の酸素透過率であり、つまり、層の厚さに関係なく、酸素透過率は、当該規定値よりも低いべきである。したがって、標準温度及び標準気圧条件下では、３０ｃｍ^３以下の酸素が、１日につき当該層の１ｍ^２を透過する。文献では、標準測定セットアップが、層を通る特定のガスの透過率を測定することが分かっている。各材料は、通常、単位ｃｍ^３・ｍｍ（ｍ^２・日・バール）によって規定される特定の酸素透過性を有する。したがって、層の厚さは、層が作られている材料の酸素透過性及び圧力差に対する酸素透過率に関連する。

「〜の間に挟まれる」との表現は、ルミネッセンス層が、第１の外側層と第２の外側層との間にあり、ルミネッセンス層は、これらの外側層に付与されることを意味する。当該表現には、層が互いに直接的に接触している状況、及び、層を互いに結合する接着剤の使用を含んでもよい。同じ構成を説明するための他の表現としては、ルミネッセンス層は、両側において、各外側層でコーティングされること、又は、各外側層は、ルミネッセンス層の両側にラミネートされることが挙げられる。

マトリクスポリマー及び光透過ポリマー材料の使用は、幾つかの利点をもたらす。適切な材料は低価格なため、ルミネッセンス材料を保護するための費用効果的な解決策がもたらされる。更に、層のスタックを製造する製造方法は、比較的安価であり、ポリマー材料の使用は、例えば同時射出成形及び同時押出成形を可能にする。同時射出成形及び同時押出成形は、様々な層を含むシートを製造するための比較的に費用効果的な製造方法である。したがって、使用する材料による費用の利点に加えて、適切な製造方法は、更なる費用利点につながる。

ポリマー材料を使用することによる別の利点は、層のスタックが曲げやすくできる点であり、これは、層のスタックが、例えば湾曲構造において使用される応用において有利である。層のスタックは、例えば管の表面の形状、球体の表面の形状又はレンズの形状といった様々な形状に製造することができる。したがって、ルミネッセンス材料の光変換特性に加えて、層のスタックは、特定の光屈折特性を有するように構成されることが可能である。

更に、マトリクスポリマー及び光透過ポリマー材料は、層のスタックを切断することを容易にし、また、比較的効率的な特定の形状を、本発明に係る層のスタックの大きいシートから切り出すことが可能である。例えばランプ又は照明器具に使用される円形形状を大きいシートから切り出すことができる。ルミネッセンス材料を有する層を（気密に）密閉する代替技術は、当該形状が製造されなければならない場合に、大幅に高い製造費がかかる。更に、切断が熱によって行われる場合、第１の外側層及び第２の外側層の材料は、互いに溶接され、切断縁におけるシーリングを自動的に形成する。

本コンテキストでは、使用される「スタック」と「層」との用語は、請求項に係る層のスタックが平らである（平面に従う）ことを示唆するものではないことに留意されたい。「層」との用語の使用は、層は、その幅及び長さに比べて比較的薄いことを示唆する。「スタック」との用語の使用は、２つ以上の層（ここでの具体例では、３つ以上の層）が、互いに重なり合って配置されることを示唆する。「互いに重なり合って配置される層」とは、層の最も薄い寸法（厚さ）が、局所的に、同じ方向に配置されていることを示唆する。スタックにおいて、層は、同じサイズを規定するというわけではない。本発明の層のスタックにおいて、ルミネッセンス層は、少なくとも、第１の外側層と第２の外側層との間に挟まれ、これは、ルミネッセンス層が、各外側層と同じサイズ（幅／長さ）を有する、又は、外側層のうちの１つの層よりも小さいことを示唆する。層のスタックにおける層の厚さは、様々であってよい。

本コンテキストでは、吸収スペクトル及び発光スペクトルは、例えば所定の波長周辺の特定の帯域幅を有する原色を含むか、又は、例えば複数の原色を含んでもよい。本コンテキストでは、スペクトルは、紫外線光といった不可視光も含む。原色の光は、例えば赤色、緑色、青色、黄色及び琥珀色を含む。スペクトルの光は、青色及び琥珀色、又は、青色、黄色及び赤色といった原色の混合物も含む。

第１の外側層及び第２の外側層並びにマトリクスポリマーのポリマー材料は、少なくとも光透過性である。これは、少なくとも、材料に衝突する光の一部が材料を透過し、周囲の環境内へと放射されることを意味する。層のスタックは、完全に若しくは部分的に透明であり、又は、半透明である。一実施形態では、光透過材料は、材料に侵入する光の少なくとも８０％を透過し、限られた量の光しか層のスタック内に吸収されない。

任意選択的に、第１の外側層の材料及び第２の外側層の材料は、３ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール）よりも低い酸素透過性を有する。このように低い酸素透過性を有する材料では、第１の外側層及び第２の外側層が、標準温度及び標準気圧（ＳＴＰ）下で、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）よりも低い酸素透過率を有する層のスタックを製造することが比較的容易である。

任意選択的に、ルミネッセンス材料は、有機蛍光体、量子ドット、量子ロッド又は量子テトラポッドのうち少なくとも１つを含む。有機蛍光体は、酸素及び光の影響を受けて、比較的早く劣化してしまう。層のスタックでは、有機蛍光体は、比較的低価格で、酸素から良好に保護される。量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドは、酸素の影響を受けて劣化するため、第１の外側層及び第２の外側層は、これらのルミネッセンス材料に対し、有利な保護層を提供する。量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドは、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である。量子閉じ込めとは、粒子が、粒子のサイズに応じた光特性を有するという意味である。

有機蛍光体は、高い量子効率を有し、大抵の場合、透明であり、また、不所望の散乱を防ぎ、効率を増加させる。有機ルミネッセンス材料は、より多くの利点を有する。ルミネッセンススペクトルの位置及び帯域幅は、可視範囲のどこかであるように容易にデザインされる。したがって、高い有効性で、白色光を放射する光源を製造することが比較的容易である。

任意選択的に、ルミネッセンス層は、更なる吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、更なる発光スペクトルの光に変換する更なるルミネッセンス材料を含む。したがって、２つ以上のルミネッセンス材料がルミネッセンス層内に設けられ、層のスタックは更に、更なるルミネッセンス材料についても、酸素からの効果的かつ費用効率の高い保護を提供する。また、２つ以上のルミネッセンス材料を使用することによって、より多くの光の色、したがって、より高い演色評価数を有する発光を生成することが可能となる。

任意選択的に、ルミネッセンス材料及び更なるルミネッセンス材料は、単層内に材料の混合物として提供される。或いは、ルミネッセンス材料は、第１の副層内に提供され、更なるルミネッセンス材料は、第２の副層内に提供される。これらの副層は、ルミネッセンス層を形成する。更に、ルミネッセンス層において、２つ以上の異なるルミネッセンス材料が、ルミネッセンス層内で、間隙を介して分離されていてもよく、例えば、１つの特定の色の画素の形態で分離されていてもよい。

任意選択的に、光透過ポリマー材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、及び、ナイロン６（ＰＡ６）のうち少なくとも１つを含む。この任意選択的な実施形態の材料は、光透過性であり、大抵の場合、透明である。更に、これらの材料は、比較的低い酸素透過性を有し、当該酸素透過性は、３ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール）よりも低い。したがって、これらの材料は、ルミネッセンス層のルミネッセンス材料を酸素から保護する効果的なバリアである。なお、ナイロン６との用語の代わりに、ポリカプロラクタムという用語を用いてもよい。

任意選択的に、マトリクスポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）のうち少なくとも１つを含む。これらの材料は、光透過性であり、ルミネッセンス材料を含むこれらの材料で作られる層を製造することは比較的容易である。これらの材料の原価は比較的低い。

任意選択的に、光透過ポリマー材料及びマトリクスポリマーは、同じポリマー材料を含む。

任意選択的に、光透過ポリマー材料及びマトリクスポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む。ＰＥＴは、本発明の第１の態様に係る層のスタックにおいて、酸素に対する十分なバリアを形成する比較的安価な材料である。更に、すべての層が同じポリマー材料を有する場合、各外側層の材料が、ルミネッセンス層のマトリクスポリマーとは異なる場合に比べて、層のスタックを製造することがより一層効率的である。更に、様々な層間の界面は、等しい屈折率を有する層間の界面となり、したがって、様々な層間の界面において、屈折又は不所望の反射が生じない。

任意選択的に、第１の外側層及び／又はルミネッセンス層は更に、散乱粒子、寿命改善粒子、及び、無機蛍光体の群のうち少なくとも１つの群の粒子を含む。特定の効果を得るために、特定の応用では、層のスタックによる拡散発光が得られるように、層のスタック内に散乱粒子を有することが望まれる。また、無機蛍光体を使用することによって、光の追加の色の生成と、潜在的により高い演色評価数がもたらされる。寿命改善粒子の例は、例えば層のスタックのうちの１つ以上の層を透過した酸素を吸収するゲッタである。したがって、ルミネッセンス層内のルミネッセンス材料の寿命が増加される。ゲッタは、化学反応を介して（ガスといった）他の材料を吸収する反応材料である。

本発明の第２の態様によれば、光エミッタと、本発明の第１の態様に係る層のスタックと、を含むランプが提供される。当該層のスタックは、光エミッタからの光を受け取る。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様に係る層のスタック、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及び本発明の第３の態様に係る照明器具は、本発明の第１の態様に係る層のスタックと同じ利点を提供し、スタック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、層のスタックを製造する方法が提供される。当該方法は、ｉ）ルミネッセンス材料を含むマトリクスポリマーで作られるルミネッセンス層を製造するステップと、ｉｉ）ルミネッセンス層の両側に、第１の外側層及び第２の外側層を付与するステップと、を含み、ルミネッセンス材料は、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換し、第１の外側層及び第２の外側層は、光透過ポリマー材料で作られ、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。

ルミネッセンス層を製造するステップは、ルミネッセンス材料をマトリクスポリマーと混合するサブステップと、当該混合物の層を製造するサブステップとを含んでもよい。当該層を形成するサブステップは、押出成形プロセスを使用して、射出成形若しくは押出成形によって、又は、当該混合物を表面に沿って広げて混合物を硬化させることによって、行われてよい。ルミネッセンス層の両側に、第１の外側層及び第２の外側層を付与するステップは、ラミネーション技術、同時射出成形又は同時押出成形を使用して行われてよい。

層のスタックを製造する方法のステップを行うための上記技術は、比較的安価な製造技術であるので、比較的安価な層のスタックをもたらす。

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して明らかとなろう。

当業者であれば、上記の意見、実施態様及び／又は本発明の態様のうちの２つ以上を、任意の有用と思われる方法で組み合わせてもよいことは理解できるであろう。

上記スタック及び／又は方法の改良態様及び変更態様は、上記スタックの説明される改良態様及び変更態様に対応し、本記載に基づいて、当業者によって実行可能である。

図１は、層のスタックの一実施形態を断面図で概略的に示す。 図２は、第１の外側層及び第２の外側層を使用したことによる劣化の減少を概略的に示す。 図３は、本発明の範囲内の層のスタックの様々な例を概略的に示す。 図４ａは、層のスタックを含むランプの一例を示す。 図４ｂは、層のスタックを含むランプの一例を示す。 図５ａは、本発明に係る層のスタックを含む照明ユニットを断面図で示す。 図５ｂは、本発明の第３の態様に係る照明器具を示す。 図６は、層のスタックを製造する方法を示す。

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アイテムは、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。このようなアイテムの機能及び／又は構造が説明されている場合には、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、概略図に過ぎず、縮尺通りではない。特に、明確にするために、一部の寸法は大きく拡大されている。

図１は、層１０２〜１０６のスタック１００の一実施形態を断面図で概略的に示す。提示されている図は、例えば層１０２〜１０６のスタック１００によって形成される大きなシートの大きい断面の一部に過ぎない。層のスタック１００は、ルミネッセンス材料の粒子又は分子１０８を含むルミネッセンス層１０４を含む。ルミネッセンス材料の粒子又は分子１０８は、ルミネッセンス層１０４を形成する光透過マトリクスポリマー内に埋め込まれている。ルミネッセンス材料の粒子又は分子１０８は、これらに光が衝突すると、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換する。発光スペクトルは、吸光スペクトルとは異なり、したがって、ルミネッセンス材料は、特定の色の光を、別の特定の色の光に変換する。層のスタック１００は更に、第１の外側層１０２と第２の外側層１０６とを含む。第１の外側層１０２及び第２の外側層１０６は共に、標準温度及び標準気圧（ＳＴＰ）下で、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）よりも低い酸素透過率を有する光透過ポリマー材料で作られている。したがって、環境大気中の酸素が、外側層１０２、１０６を透過するが、限られた程度でのみ透過する。ルミネッセンス材料の粒子又は分子１０８にまで透過することができる酸素の量は限られているため、粒子又は分子１０８からなるルミネッセンス材料の劣化は減少され、光の色の変換のためにルミネッセンス材料を使用する製品の寿命が増加される。

ルミネッセンス材料が、例えばペリレン誘導体といったような有機蛍光体である場合、ルミネッセンス材料は、分子１０８の形態で存在する。ペリレン誘導体に基づいたルミネッセンス材料は、ルモゲン（Lumogen）という名でＢＡＳＦ社によって販売されている。ルミネッセンス材料は更に、量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドといった粒子１０８であってもよい。量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドは、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である。量子閉じ込めとは、粒子が、粒子のサイズに依存する光特性を有することを意味する。

酸素透過率（ＯＴＲ）は、フィルム／層／シートの２つの面の間の圧力差が１バールである場合に、単位時間（１日）あたりの当該フィルムの平行面の単位面積（ｍ^２）を通過する酸素ガスのボリュームである。ＯＴＲは、ＯＴＲ・ｄ＝Ｐによって、ポリマーの酸素透過性Ｐ係数に関連している。ここで、ｄは、フィルムの厚さである。ルミネッセンス層１０４のマトリクスポリマーとして使用される有利な材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）である。第１の外側層１０２及び第２の外側層１０６に使用される有利な材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ−酸素透過性：３ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール）であり、したがって、室温における、０．１ｍｍの厚さのアモルファスＰＥＴの酸素透率は、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日））、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ‐酸素透過性：０．６ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール））、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ‐酸素透過性：０．２ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ‐酸素透過性：０．２ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール））、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ３２％‐酸素透過性：０．００４ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール））、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ‐酸素透過性：０．２ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール））及びナイロン６（ポリカプロラクタム、酸素透過性：１．５ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール））である。ＰＥＴについては、所望の保護を与えるために、１００マイクロメートルの最小の層厚さで十分である。低透過性を有する材料の場合、それに応じて最小層厚さも小さくされる。高透過性を有する他の材料を使用することも可能であり、その場合は、層の厚さを大きくすればよい。しかし、実用的な理由から、柔軟性を制限し、場合によっては光を多く吸収し過ぎてしまう比較的厚い層は、常に好適とは限らない。

具体的な実施形態では、ルミネッセンス層１０４のマトリクスポリマーには、第１の外側層１０２及び第２の外側層１０６と同じ材料が使用される。有利な実施形態では、マトリクスポリマー並びに第１の外側層１０２及び第２の外側層１０６の材料は、ＰＥＴである。

図２に、ルミネッセンス材料の劣化の減少という効果が示される。図２は、チャート２００の形で、外側層１０２、１０６を有するルミネッセンス層１０４と外側層１０２、１０６を有さないルミネッセンス層１０４との比較を概略的に示す。チャート２００のｘ軸は、時間を表す。ｙ軸は、正規化された強度を示す。２つの異なる状況が試験された。第１の線２０４は、有機蛍光体がＰＭＭＡマトリクス層内に提供された状況を表す。当該層は、６０℃で２Ｗ／ｃｍ^２の光束密度を有する青色光によって露光された。時間ｔ１の経過後、１０％の減少が測定された。第２の線２０２は、有機蛍光体を有するＰＭＭＡ層が、２層の１００マイクロメートルの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ホイルの間に挟まれた、つまり、積層された状況を表す。時間ｔ１の経過後、たった２％の強度の減少しか測定されず、これは、著しい向上である。

図３は、本発明の範囲内の層のスタックの様々な例を概略的に示す。

第１の例は、層のスタック３００である。層のスタック３００は、図１の層のスタック１００に類似している。相違点は、単一のルミネッセンス材料を有するルミネッセンス層１０４ではなく、層のスタック３００は、少なくとも２つの異なるルミネッセンス材料の粒子又は分子１０８、３０８が埋め込まれたルミネッセンス層３０４を含む点である。一例は、有機蛍光体の分子１０８と無機蛍光体の粒子３０８との組み合わせである。別の実施形態では、２つの異なる種類の有機分子１０８、３０８がルミネッセンス層３０４内に存在する。

第２の例は、層のスタック３２０である。層のスタック３２０は、図３の層のスタック３００に類似している。有機蛍光体の分子１０８と無機蛍光体の粒子３０８との混合物ではなく、様々な分子／粒子１０８、３０８が、別々のルミネッセンス層１０４、３２４内に配置されている。ルミネッセンス層１０４は、その中に有機ルミネッセンス材料の分子１０８が分散されているマトリクスポリマーである。更なるルミネッセンス層３２４は、その中に無機ルミネッセンス材料の粒子３０８が分散されている同じ又は別のマトリクスポリマーである。別の実施形態では、更なるルミネッセンス層３２４は、別の有機ルミネッセンス材料の分子３０８を含む。ルミネッセンス層１０４及び更なるルミネッセンス層３２４は、互いに重なり合って配置され、２つのルミネッセンス層１０４、３２４の組み合わせは、第１の外側層１０２と第２の外側層１０６との間に挟まれている。第１の外側層１０２及び第２の外側層１０６は、図１のコンテキストにおいて既に説明されている。

第３の例は、層のスタック３４０であり、図１のコンテキストにおいて説明されたルミネッセンス層１０４と、４つの層３４１、３４２、３４３、３４４とを含む。ルミネッセンス層１０４の片側では、第１の層３４１が付与され、第１の層３４１の上に第２の層３４２が付与される。ルミネッセンス層１０４のもう片側では、第３の層３４３が付与され、第３の層には、次に、第４の層３４４が付与される。したがって、スタックに垂直な方向で見ると、次の層、即ち、第２の層３４２、第１の層３４１、ルミネッセンス層１０４、第３の層３４３及び第４の層３４４は、互いに重なり合って付与されている。少なくとも、第１の層３４１及び第２の層３４２は、光透過ポリマー材料で作られ、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。一実施形態では、第２の層３４２及び第４の層３４４も、光透過ポリマー材料で作られ、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。この後者の実施形態では、ルミネッセンス層１０４の両側が、ルミネッセンス層１０４に向かって大量の酸素が透過することを阻止する２つの層によって、保護されている。したがって、ルミネッセンス層１０４は、酸素の影響からより良好に保護されている。しかし、別の実施形態では、第２の層３４２及び第４の層３４４は、別の光透過材料であってもよい（また、必ずしも、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有さなくともよい）。第２の層３４２及び第４の層３４４は、例えば（ポリマー）色フィルタである。

第４の例は、層のスタック３６０であり、図１の層のスタック１００に類似している。しかし、第１の外側層の代わりに、層のスタック３６０は、粒子３６２を含む第１の外側層３６６を有する。更に、第１の外側層３６６も光透過ポリマー材料で作られ、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。光透過ポリマー材料内に封入されている粒子３６２は、散乱粒子、寿命改善粒子及び無機蛍光体の群から選択される少なくとも１つの群の粒子である。特定の効果を得るために、具体的な応用では、層のスタック３６０による拡散発光が得られるように、また、層のスタック３６０を通る光を拡散するように、層のスタック３６０内に散乱粒子を有することが望まれる。散乱材料の例は、二酸化チタン、酸化ジルコニウム若しくは酸化アルミニウムの粒子又はそれらの混合物である。無機蛍光体を使用することによって、光の追加の色の生成と、潜在的により高い演色評価数がもたらされる。寿命改善粒子の例は、例えば層のスタック３６０のうちの１つ以上の層を透過した酸素を吸収するゲッタである。したがって、ルミネッセンス層１０４内のルミネッセンス材料の分子又は粒子１０８の寿命は増加される。ゲッタは、化学反応を介して（ガスといった）他の材料を吸収する反応材料である。

層のスタック１００、３００、３２０、３４０、３６０の例は、本発明の第１の態様に係る層のスタックを示す。本発明はこれらの個別の実施形態だけに限定されず、スタック１００、３００、３２０、３４０、３６０の特徴の他の組み合わせも、当業者によってなされ、依然として本発明の範囲内である。

尚、層のスタック１００、３００、３２０、３４０、３６０の例では、有機ルミネッセンス材料又は無機ルミネッセンス材料の代わりに、量子ドット、量子ロッド又は量子テトラポッドといった他のルミネッセンス材料を使用してもよい。

適切な有機ルミネッセンス材料又は染料は各種ほぼ無限にある。該当する例としては、ペリレン類（ドイツ、ルートウィヒスハーフェンにあるＢＡＳＦ社からルモゲン（Lumogen）の商標で知られている染料：ルモゲンＦ２４０オレンジ、ルモゲンＦ３００レッド、ルモゲンＦ３０５レッド、ルモゲンＦ０８３イエロー、ルモゲンＦ１７０イエロー、ルモゲンＦ８５０グリーン）、インド、ムンバイにあるニーリコン・フードダイ＆ケミカル社（Neelikon Food Dyes & Chemical Ltd.）製のイエロー１７２、及び、クマリン類（例えばクマリン６、クマリン７、クマリン３０、クマリン１５３、ベーシックイエロー５１）、ナフタルイミド類（例えばソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６）、フルオロル７ＧＡ、ピリジン類（例えばピリジン１）、ピロメテン類（例えばピロメテン５４６、ピロメテン５６７）、ウラニン、ローダミン類（例えばローダミン１１０、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、スルホローダミン１０１、スルホローダミン６４０、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２）、シアニン類（例えばフタロシアニン、ＤＣＭ）、スチルベン類（例えばＢｉｓ−ＭＳＢ、ＤＰＳ）といった、多くの業者から入手可能である染料である。酸性染料、塩基性染料、直接染料及び拡散染料といった幾つかの他の染料も、目的の用途に対し十分に高い蛍光量子収率を示す限り、使用してもよい。したがって、ルミネッセンス部分の１つ以上は、ペリレン基を含む。特に、１つ以上のルミネッセンス部分は、青色及び／又はＵＶ光による励起によって、赤色ルミネッセンスを生成する。

光源（上記を参照）の光の種類に応じて、ルミネッセンス部分は、例えば緑色及び赤色を発光する材料の組み合わせ、又は、黄色及び赤色を発光するルミネセンス材料の組み合わせ等を含む。ＵＶ光を（主に）生成する光源が使用される場合、青色、緑色及び赤色を発光するルミネッセンス部分の組み合わせ、又は、青色、黄色及び赤色を発光するルミネッセンス部分の組み合わせ等が使用される。

無機ルミネッセンス材料は、ＹＡＧ及び／又はＬｕＡＧといった黄色を発光する無機蛍光体、又は、ＥＣＡＳ及び／又はＢＳＳＮといった赤色無機蛍光体を含む。無機ルミネッセンス材料の他の例は、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ドープＹＡＧとも呼ばれるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）、又は、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）、・−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋（イエロー）及びＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋（レッド）を含み、ここで、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つの元素である。典型的には青色発光光源と組み合わせられて、本発明の実施形態に使用される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が、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が多いほど、黄色発光の赤色のシフトがもたらされる。他の適切な材料は、赤色範囲の光を放射するＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋といった（Ｓｒ１ ｘ ｙＢａｘＣａｙ）２ ｚＳｉ５ ａＡｌａＮ８ ａＯａ：Ｅｕｚ２＋を含んでもよく、ここで、０・ａ＜５、０・ｘ・１、０・ｙ・１並びに０＜ｚ・１及び（ｘ＋ｙ）・１である。

本発明の実施形態では、ルミネッセンス材料は、量子ドットを含んでもよい。量子ドットは、ほんの数ナノメートルの幅、即ち、直径を通常有する半導体材料の小さい結晶である。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、量子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される。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）といったカドミウムのない量子ドット、及び、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）並びに／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ２）も使用してもよい。量子ドットは、非常に細い発光帯を示す。したがって、量子ドットは、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、容易に調整できる。当技術分野において知られている任意の種類の量子ドットを、当該量子ドットが適切な波長変換特性を有する条件で、本発明に使用することができる。

図４ａ及び図４ｂは、層のスタックを含むランプ４００、４５０の例を示す。図４ａでは、ランプ４００の断面図が示されている。ランプ４００は、ＬＥＤランプであり、従来の電球と同じ外囲器を有する。ランプ４００は、層４０２、４０４、４０６のスタックに向けて光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）４１０を含む。層４０２、４０４、４０６のスタックは、図１の層のスタック１００に類似しているが、層４０２、４０４、４０６のスタックの形状は平らではなく、湾曲して、ランプ４００の光出射窓の形状に従っている。第１の外側層４０２及び第２の外側層４０６は、光透過ポリマー材料で作られ、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。第１の外側層４０２及び第２の外側層４０６によって挟まれているルミネッセンス層４０４は、光透過マトリクスポリマーで作られ、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換するルミネッセンス材料を含む。

図４ｂは、右端に、点灯管４５０の立体図を、左端に、線Ａ−Ａ’に沿っての点灯管４５０の断面図を示す。断面図では、点灯管４５０の外側ガラス層４５６が示されている。外側ガラス層４５６の大部分は、光出射窓として構成されている。外側ガラス層４５６における特定の位置において、反射器４５４が設けられ、その上に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む光源４６０が配置されている。光源４６０は、光出射窓に向けて光を放射する。点灯管４５０内において、本発明の第１の態様に係る層のスタック４５２が、外側ガラス層４５６によって形成される光出射窓に配置されている。層のスタック４５２は、湾曲形状を有し、層のスタック４５２は、外側ガラス層４５６の湾曲に従う。スタック４５２の個々の層は図示されていない。スタック４５２の層は、例えば、図１の層のスタック１００の層と同様である。即ち、スタック４５２は、第１の外側層、第２の外側層、及び、第１の外側層と第２の外側層との間に挟まれたルミネッセンス層によって形成されている。光源４６０によって放射される光は、まず、第２の外側層に到達し、次に、ルミネッセンス層、最後に第１の外側層を通って、外側ガラス層４５６によって形成されている光出射窓に伝わる。第１の外側層及び第２の外側層は、光透過ポリマー材料で作られ、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。ルミネッセンス層は、マトリクスポリマーと、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換するルミネッセンス材料とを含む。

上記の通り、光エミッタは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってよい。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又はレーザダイオードといった他の固体光源を使用してもよい。幾つかの実施形態では、固体光源は、例えば４４０乃至４６０ｎｍの波長範囲の光を主に放射するＧａＮ又はＩｎＧａＮ系ＬＥＤといった青色発光ＬＥＤであってもよい。或いは、固体光源は、１つ以上の波長変換材料によって、後により長い波長の光に変換されるＵＶ又は紫色光を放射してもよい。しかし、ＬＥＤは、直接蛍光体変換型ＬＥＤであってもよい。例えば５０００乃至２００００ＫのＣＣＴを有するｐｃ−ＬＥＤを使用してもよい。

図５ａは、本発明に係る層のスタック１００を含む照明ユニット５００を断面図で示す。照明ユニット５００は、光混合キャビティ５０４を囲むハウジング５０２を含む。光混合キャビティ５０４内には、例えば固体光エミッタである光エミッタ５０６が配置されている。固体光エミッタの例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又は、例えばレーザダイオードである。光エミッタ５０６は、光混合キャビティ５０４の光出射窓に向けて光を放射する。光出射窓に、図１の層のスタック１００に相当する層のスタック１００が配置されている。なお、例えば図３の層のスタックである他の実施形態も照明ユニット５００に使用してよい。一実施形態では、光混合チャンバ５０４に面しているハウジング５０２の表面は、光反射性である。当該表面は、拡散的に又は鏡面的に光反射性であってもよい。更に別の実施形態では、表面の反射率は、少なくとも８０％である。別の実施形態では、表面の反射率は、少なくとも９０％である。

図５ｂは、本発明の第３の態様に係る照明器具５５０を示す。照明器具は、本発明の第１の態様に係る層のスタック（図示せず）、本発明の第２の態様に係るランプ（図示せず）、又は、１つ以上の、図５ａの照明ユニット５００を含む。

図６は、層のスタックを製造する方法６００を示す。当該方法６００は、ｉ）ルミネッセンス材料を含むマトリクスポリマーで作られるルミネッセンス層を製造するステップ６１０と、ｉｉ）第１の外側層及び第２の外側層を、ルミネッセンス層の両側に付与するステップ６２０とを含み、ルミネッセンス材料は、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換し、第１の外側層及び第２の外側層は、光透過ポリマー材料であり、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）（ＳＴＰ）よりも低い酸素透過率を有する。

ルミネッセンス層を製造するステップ６１０は、ａ）ルミネッセンス材料をマトリクスポリマーと混合するサブステップ６１２と、ｂ）当該混合物の層を形成するサブステップ６１４とを含んでもよい。層を形成するサブステップ６１４は、押出成形プロセスを使用して、射出成形若しくは押出成形によって、又は、当該混合物を表面に沿って広げて当該混合物を硬化させることによって、行われてよい。ルミネッセンス層の両側に第１の外側層及び第２の外側層を付与するステップ６２０は、ｃ）第１の外側層を、ルミネッセンス層の１つの表面に付与するステップ６２２と、ｄ）第２の外側層を、ルミネッセンス層の反対表面に付与するステップ６２４とを含む。層を付与するステップ６２０は、ラミネーション技術、同時射出成形又は同時押出成形を使用して行われてよい。

なお、上記の実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものである。当業者であれば、添付の請求項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、括弧内に置かれた任意の参照符号は、当該請求項を限定するものと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、幾つかの別個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、その手段のうちの幾つかは、全く同一のハードウェア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言って、これらの手段を組み合わせて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 (13)

1. 第１の外側層と、
   第２の外側層と、
   前記第１の外側層と前記第２の外側層との間に挟まれているルミネッセンス層と、
   を含み、
   前記第１の外側層及び前記第２の外側層は、光透過ポリマー材料で作られ、標準温度及び標準気圧（ＳＴＰ）下で、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）よりも低い酸素透過率を有し、
   前記ルミネッセンス層は、光透過マトリクスポリマーと、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換するルミネッセンス材料とを含む、層のスタック。
2. 前記第１の外側層の材料及び前記第２の外側層の材料は、３ｃｍ^３・ｍｍ／（ｍ^２・日・バール）よりも低い酸素透過性を有する、請求項１に記載の層のスタック。
3. 前記ルミネッセンス材料は、有機蛍光体、量子ドット、量子ロッド又は量子テトラポッドのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の層のスタック。
4. 前記ルミネッセンス層は、更なる吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、更なる発光スペクトルの光に変換する更なるルミネッセンス材料を含む、請求項１に記載の層のスタック。
5. 前記ルミネッセンス材料及び前記更なるルミネッセンス材料は、単層内に材料の混合物として提供されるか、又は、前記ルミネッセンス材料は、第１の副層内に提供され、前記更なるルミネッセンス材料は、第２の副層内に提供される、請求項４に記載の層のスタック。
6. 前記光透過ポリマー材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、及び、ナイロン６（ＰＡ６）のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の層のスタック。
7. 前記マトリクスポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の層のスタック。
8. 前記光透過ポリマー材料及び前記マトリクスポリマーは、同じポリマー材料を含む、請求項１に記載の層のスタック。
9. 前記光透過ポリマー材料及び前記マトリクスポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項８に記載の層のスタック。
10. 前記第１の外側層及び／又は前記ルミネッセンス層は更に、散乱粒子、寿命改善粒子、及び、無機蛍光体の群のうち少なくとも１つの群の粒子を含む、請求項１に記載の層のスタック。
11. 光エミッタと、前記光エミッタからの光を受け取る請求項１に記載の層のスタックと、を含むランプ。
12. 請求項１に記載の層のスタック、又は、請求項１３に記載のランプを含む、照明器具。
13. 層のスタックを製造する方法であって、
    ルミネッセンス材料を含むマトリクスポリマーで作られるルミネッセンス層を製造するステップと、
    前記ルミネッセンス層の両側に、第１の外側層及び第２の外側層を付与するステップと、
    を含み、
    前記ルミネッセンス材料は、吸収スペクトルに応じて光を吸収し、吸収した光の一部を、発光スペクトルの光に変換し、
    前記第１の外側層及び前記第２の外側層は、光透過ポリマー材料で作られ、標準温度及び標準気圧（ＳＴＰ）下で、３０ｃｍ^３／（ｍ^２・日）よりも低い酸素透過率を有する、方法。

Images