光ルミネセンス材料を有する複数の光源を用いて出力光を放出するためのデバイス及び方法。
【課題】高い演色評価数を有する白色出力光の生成
【解決手段】出力光を放出するためのデバイス及び方法は、異なるピーク波長を有する原初の光を生成するために複数の光源(102,104,532)を利用する。デバイスの第1の光源(102)は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第1の光を生成するように構成され、デバイスの第2の光源(104)は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第2の光を生成するように構成される。少なくとも第1の光源から放出された原初の光の一部は、出力光を生成するために、光ルミネセンス材料(120)を用いて原初の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する光に変換される。
【解決手段】出力光を放出するためのデバイス及び方法は、異なるピーク波長を有する原初の光を生成するために複数の光源(102,104,532)を利用する。デバイスの第1の光源(102)は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第1の光を生成するように構成され、デバイスの第2の光源(104)は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第2の光を生成するように構成される。少なくとも第1の光源から放出された原初の光の一部は、出力光を生成するために、光ルミネセンス材料(120)を用いて原初の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する光に変換される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ルミネセンス（光輝性）材料を有する複数の光源を用いて出力光を放出するためのデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱ランプ、ハロゲンランプ、蛍光ランプのような従来の発光装置は、過去２０年間に著しく改良されていない。しかしながら、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、動作効率に関する点で改良されており、この場合、ＬＥＤは現在、交通信号機、及び自動車のテールランプのような従来の単色照明用途における従来の発光装置に取って代わっている。これは、ＬＥＤが従来の発光装置にまさる多くの利点を有する事実に或る程度起因している。これらの利点には、長寿命、低消費電力、及びより小さいサイズが含まれる。
【０００３】
ＬＥＤは、一般に単色光を生成する、光源としての半導体ＬＥＤダイを使用する。現時点では、ＬＥＤは、紫外線の青から緑、黄色、及び赤までの種々の色で利用可能である。ＬＥＤダイの狭帯域発光特性に起因して、これらのＬＥＤは、「白色」光の用途に直接的に使用されることができない。それどころか、単色ＬＥＤダイの出力光は、白色光を生成するために、１つ又は複数の異なる波長の他の光と混合されなければならない。白色光を生成するための一般的な２つの手法には、（１）個々の赤、緑、及び青のＬＥＤダイを一緒にパッケージングして、その結果、これらのＬＥＤダイから放出された光が組み合わされて白色光を生成すること、（２）ＵＶ（紫外線）、青、又は緑のＬＥＤ内へ光ルミネセンス材料を導入して、その結果、ＬＥＤの半導体ダイにより放出された原初の光の一部または全てが、より長い波長の光に変換されて原初の青または緑の光と組み合わされて、白色光を生成することが含まれる。
【０００４】
単色ＬＥＤダイを使用して白色光を生成するためのこれら２つの手法に関して、第２の手法は概して、第１の手法よりも好ましい。第２の手法とは異なり、第１の手法は、赤、緑、及び青のＬＥＤダイが異なる動作電圧要件を有するので、より複雑な駆動回路を必要とする。さらに、異なるＬＥＤダイから放出された光を適切に混合できないことにより、不均一な色を有する出力光をもたらす可能性がある。さらに、異なるタイプの半導体ＬＥＤダイを使用するので、結果としての混合された光は、温度、経年変化、及び動作環境に関するこれらＬＥＤダイの異なる動作特性に起因してばらつきを受けやすい。
【０００５】
第２の手法の問題は、結果としての白色光が、特定のバックライト及び照明の用途に必要な高い演色評価数を有することができないことである。一例として、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を有する青色のＬＥＤダイを使用する白色ＬＥＤは、赤の波長領域において不十分である白色光を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に鑑みて、高い演色評価数を有する白色出力光を放出するためのデバイス及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
出力光を放出するためのデバイス及び方法は、異なるピーク波長を有する原初の光を生成するために複数の光源を利用する。デバイスの第１の光源は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成するように構成され、デバイスの第２の光源は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成するように構成される。少なくとも第１の光源から放出された原初の光の一部は、出力光を生成するために、光ルミネセンス材料を用いて原初の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する光に変換される。デバイス及び方法を用いて、高い演色評価数を有する白色出力光を生成することができる。
【０００８】
本発明の実施形態による出力光を放出するためのデバイスは、取付構造体、第１の光源、第２の光源、及び波長シフト領域を含む。第１及び第２の光源は取付構造体の上に配置される。第１の光源は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成するように構成される。第２の光源は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成するように構成される。波長シフト領域は、少なくとも第１の光源に光学的に結合される。波長シフト領域は、第１の光の少なくとも一部を第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含む。第１の光、第２の光、及び第３の光は、出力光の成分である。
【０００９】
デバイスは、ＬＣＤバックライト装置のような照明装置の光源デバイスとして使用され得る。本発明の実施形態による照明装置は、少なくとも１つの発光デバイス、及び光透過パネルを含む。発光デバイスは、取付構造体、第１の光源、第２の光源、及び波長シフト領域を含む。第１及び第２の光源は取付構造体の上に配置される。第１の光源は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成するように構成される。第２の光源は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成するように構成される。波長シフト領域は、少なくとも第１の光源に光学的に結合される。波長シフト領域は、第１の光の少なくとも一部を第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含む。第１の光、第２の光、及び第３の光は、発光デバイスから放出された出力光の成分である。光透過パネルは、発光デバイスに光学的に結合されて出力光を受光する。光透過パネルは、発光デバイスの出力光を用いて照明を提供するために構成される。
【００１０】
本発明の実施形態による発光デバイスから出力光を放出するための方法は、発光デバイスの第１の光源から青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成し、発光デバイスの第２の光源から赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成し、少なくとも第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域において第１の光を受光し、第１の光の一部を、波長シフト領域に包含される光ルミネセンス材料を用いて第１の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第３の光に変換し、第１の光、第２の光、及び第３の光を出力光の成分として放出することを含む。
【００１１】
本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を一例として示す添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い演色評価数を有する白色出力光を生成することができるＬＥＤ又は発光デバイスを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、本発明の実施形態による発光ダイオード（ＬＥＤ）１００が示される。ＬＥＤ１００は、高い演色評価数を有する「白」色出力光を生成するように設計される。この実施形態において、ＬＥＤ１００は表面実装型ＬＥＤである。しかしながら、他の実施形態において、ＬＥＤ１００は、リードフレーム実装型ＬＥＤのような異なるタイプのＬＥＤとすることができる。図１に示されるように、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４、オプションのサブマウント１０６、取付構造体１０８、及びカプセル材料１１０を含む。
【００１４】
ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、ＬＥＤ１００の光源である。ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、特定のピーク波長を有する光を生成する半導体チップである。ＬＥＤダイ１０２は、約４２０ｎｍから４９０ｎｍである、可視スペクトルの青の波長範囲におけるピーク波長を有する光を生成するように構成される。この青の光は、図１において矢印１１２により示される。ＬＥＤダイ１０４は、約６２０ｎｍから８００ｎｍである、可視スペクトルの赤の波長範囲におけるピーク波長を有する光を生成するように構成される。この赤の光は、図１において矢印１１４により示される。
【００１５】
図１に示されるように、ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、取付構造体１０８に取り付けられるオプションのサブマウント１０６に取り付けられる。他の実施形態において、ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、取付構造体１０８に直接取り付けられ得る。ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、ハンダ１１６のような導電性の接着材料を用いて、サブマウント１０６又は取付構造体１０８に取り付けられ得る。サブマウント１０６は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４からの熱エネルギーを放散するためのＬＥＤダイから取付構造体１０８までの熱伝導経路を提供する。また、サブマウント１０６は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４と取付構造体１０８との間の熱膨張の緩衝も提供する。図１において、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４が取り付けられる単一のサブマウント１０６を有するように示される。しかしながら、代替の実施形態において、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４のそれぞれのサブマウントを含むことができる。取付構造体１０８は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４を駆動するために必要な電力を提供するリードフレーム１１８を含む。
【００１６】
ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、ＬＥＤダイからの光の伝播の媒体であるカプセル材料１１０内に封入される。カプセル材料１１０は、任意の透明物質から作成され得る。一例として、カプセル材料１１０は、エポキシ、シリコーン、シリコーンとエポキシの混成物、非晶質ポリアミド樹脂または過フッ化炭化水素、ガラス及び／又はプラスチック材料から作成され得る。また、カプセル材料１１０は光ルミネセンス材料１２０も含み、その光ルミネセンス材料は、ＬＥＤダイ１０２から放出された青色光の少なくとも一部を吸収して、約５２０ｎｍ〜５６５ｎｍである、可視スペクトルの緑の波長範囲においてピーク波長を有する光のような、より長い波長の光を生成する特性を有する。このように、光ルミネセンス材料１２０は、ＬＥＤダイ１０２からの青色光の一部を緑色光に変換する。この緑色光は、図１において矢印１２２により示される。いくつかの従来のＬＥＤにおいて、白色光は、青色を放出するＬＥＤダイから放出された青色光と蛍光体変換された緑色光との混合により生成される。しかしながら、係る白色光は一般に、可視スペクトルの赤の波長領域において不十分である。ＬＥＤ１００において、この赤の不足は、ＬＥＤダイ１０４を包含することにより解消され、このＬＥＤダイ１０４は、高い演色評価数を有する白色光を生成するために、ＬＥＤダイ１０２からの原初の青色光、及び変換された緑色光と混合される赤色光を放出する。
【００１７】
カプセル材料１１０内の光ルミネセンス材料１２０は、蛍光体、量子ドット、ナノ蛍光体、レーザ色素、無機色素、又は有機色素を含むことができる。ナノ蛍光体は、従来の蛍光体と類似した光学特性を有する。しかしながら、ナノ蛍光体は、従来の蛍光体よりもサイズが小さいが、量子ドットよりも大きい。従来の蛍光体のサイズは、１〜５０μｍ（ミクロン）の範囲内（一般に１〜２０μｍ（ミクロン）の範囲内）である。ナノ蛍光体のサイズは、１μｍ（ミクロン）より小さいが、サイズが数ナノメートルである量子ドットより大きい。一例として、光ルミネセンス材料１２０は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含むことができる。
【００１８】
この実施形態において、光ルミネセンス材料１２０は、カプセル材料１１０の全体にわたって分散される。従って、カプセル材料１２０の全体が、ＬＥＤダイ１０２から放出された青色光の波長シフト領域として機能する。しかしながら、他の実施形態において、カプセル材料１１０の一部だけが、光ルミネセンス材料１２０を含んでもよい。一例として、図２において、ＬＥＤダイ１０２上のカプセル材料１１０の部分２２４が、光ルミネセンス材料１２０を含む。従って、カプセル材料１１０のこの部分２２４だけが、波長シフト領域である。カプセル材料１１０の残りの部分２２５は、光ルミネセンス材料１２０を含まない。他の実施形態において、波長シフト領域２２４はＬＥＤダイ１０２を覆う薄層、或いはカプセル材料１１０の上面またはＬＥＤダイ１０２から少し離れたところにある層とすることができる。
【００１９】
図１及び図２において、ＬＥＤ１００は、リフレクターカップを有さない表面実装型ＬＥＤであるように示される。しかしながら、ＬＥＤ１００は、リフレクターカップを有する表面実装型ＬＥＤとして構成され得る。一例として、本発明の実施形態による表面実装型ＬＥＤ３００が図３に示される。図１と図２に使用された同じ参照符号が、図３の類似した要素を識別するために使用される。ＬＥＤ３００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４、オプションのサブマウント１０６、取付構造体１０８、及びカプセル材料１１０を含む。ＬＥＤ３００はさらに、ポリ（ｐ−フェニレンアセチレン）（ＰＰＡ）ハウジング３２８又はプリント基板（図示せず）に形成されたリフレクターカップ３２６を含む。図３に示されるように、カプセル材料１１０の全体が波長シフト領域である。しかしながら、他の実施形態において、図２に示されるように、カプセル材料１１０の一部が波長シフト領域であってもよい。
【００２０】
代替の実施形態において、図１、図２、及び図３のＬＥＤ１００及び３００のＬＥＤダイ１０２及び１０４は、並んで配置される代わりに、互いの上に積み重ねられてもよい。ここで図４を参照すると、本発明の実施形態による積み重ねられたＬＥＤダイを有するＬＥＤ４００が示される。図１、図２、及び図３に使用された同じ参照符号が、図４の類似した要素を識別するために使用される。この代替の実施形態において、ＬＥＤダイ１０２は、ＬＥＤダイ１０４の上に積み重ねられ、ＬＥＤダイ１０４はオプションのサブマウント１０６に取り付けられるか、又は取付構造体１０８に直接取り付けられる。このように、ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、スタック型構成で配置される。図示された実施形態において、ＬＥＤダイ１０２は、導電性である接着材料４２８を用いてＬＥＤダイ１０４に取り付けられる。ＬＥＤダイ１０４は、やはり導電性である接着材料４３０を用いて支持構造体（取付構造体）１０８のリードフレーム１１８に電気接続される。また、ＬＥＤダイ１０４は、駆動電流が積み重ねられたＬＥＤダイ１０２及び１０４を通って伝えられ得るように、ボンドワイヤ４３１を介して支持構造体１０８の別のリードフレーム１１８にも電気接続される。代替の構成において、ＬＥＤダイ１０４は、ＬＥＤダイ１０２の上に積み重ねられ、ＬＥＤダイ１０２はオプションのサブマウント１０６に取り付けられるか、又は取付構造体１０８に直接取り付けられてもよい。図４に示されるように、カプセル材料１１０の全体が光ルミネセンス材料１２０を含み、かくしてカプセル材料の全体が波長シフト領域である。しかしながら、他の実施形態において、図２に示されるように、カプセル材料１１０の一部が波長シフト領域であってもよい。さらに、他の実施形態において、図３に示されるように、ＬＥＤ４００はさらに、ＰＰＡハウジング又はプリント基板に形成されたリフレクターカップを含むことができる。
【００２１】
ここで図５を参照すると、本発明の別の実施形態によるＬＥＤ５００が示される。図１、図２、図３、及び図４に使用された同じ参照符号が、図５の類似した要素を識別するために使用される。図１及び図２のＬＥＤ１００に類似して、ＬＥＤ５００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４、オプションのサブマウント１０６、及び取付構造体１０８を含む。しかしながら、この実施形態において、ＬＥＤ５００は、ＬＥＤダイ１０２と同一とすることができる青色を放出する追加のＬＥＤダイ５３２を含む。図５に示されるように、この実施形態において、追加のＬＥＤダイ５３２は、オプションのサブマウント１０６に取り付けられる。しかしながら、他の実施形態において、ＬＥＤダイ５３２は、別個のサブマウント（図示せず）に取り付けられるか、又は取付構造体１０８に直接取り付けられてもよい。
【００２２】
また、ＬＥＤ５００は、光ルミネセンス材料１２０に加えて追加の光ルミネセンス材料５３６を包含するカプセル材料５３４も含む。このように、ＬＥＤ５００のカプセル材料５３４は、２つのタイプの光ルミネセンス材料を含む。光ルミネセンス材料５３６は、ＬＥＤダイ５３２から放出された青色光の少なくとも一部を、約５９０ｎｍ〜６２０ｎｍである、可視スペクトルのオレンジの波長範囲においてピーク波長を有する光へ変換する特性を有する。光ルミネセンス材料１２０に類似して、光ルミネセンス材料５３６は、蛍光体、量子ドット、ナノ蛍光体、レーザ色素、無機色素、又は有機色素を含むことができる。一例として、光ルミネセンス材料５３６は、ケイ酸塩、ガーネット、硫化物、チオメタレート（Thiometallate）、窒化物、オルトケイ酸塩、ニトリドシリケート、及びセレン化物を基材とした蛍光体を含むことができる。
【００２３】
この実施形態において、カプセル材料５３４は、光ルミネセンス材料５３６を包含する第１の波長シフト領域５３８を含む。波長シフト領域５３８は、ＬＥＤダイ５３２から放出された光の少なくとも一部が波長シフト領域５３８の光ルミネセンス材料５３６によって、より長い波長の「オレンジ」の光に変換され得るように、ＬＥＤ５３２の上に配置される。カプセル材料５３４はさらに、他の光ルミネセンス材料１２０を包含する第２の波長シフト領域５４０を含む。この波長シフト領域５４０は、ＬＥＤダイ１０２から放出された光の少なくとも一部が波長シフト領域５４０の光ルミネセンス材料１２０によって、より長い波長の「緑色」の光に変換され得るように、ＬＥＤダイ１０２の上に配置される。カプセル材料５３４の残りの領域５４１は、任意の光ルミネセンス材料を包含せず、かくして波長シフト領域ではない。代替の実施形態において、この領域５４１は、光ルミネセンス材料１２０又は５３６のような光ルミネセンス材料を含むことができる。しかしながら、光ルミネセンス材料が存在しても、ＬＥＤダイ１０４により放出される赤色光は、より長い波長の光へ変換されずに、領域５４１を透過する。ＬＥＤダイ１０４からの原初の赤色光、ＬＥＤダイ１０２及び５３２からの原初の青色光、変換された緑色光、及び変換されたオレンジ光が混合されて、高い演色評価数を有する白色出力光が生成される。
【００２４】
本発明の異なる実施形態によるＬＥＤ１００、３００、４００、及び５００は、種々の照明用途、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような照明されるディスプレイ装置のバックライトの光源デバイスとして使用され得る。一例として、本発明の実施形態によるＬＣＤバックライト装置６００が図６に示される。バックライト装置６００は、多数のＬＥＤ６０２、ライトパネル６０４、及びリフレクター６０６を含む。ＬＥＤ６０２は、バックライト装置６００の光源デバイスとしての役割を果たす。ＬＥＤ６０２は、本発明の実施形態による任意のタイプのＬＥＤとすることができる。図６には３つのＬＥＤだけが示されるが、バックライト装置６００は任意の数のＬＥＤを含むことができる。図６に示されるように、ＬＥＤ６０２はライトパネル６０４の側面６１０に沿って配置される。従って、ＬＥＤ６０２からの出力光は、ＬＥＤに面するライトパネル６０４の側面６１０を通過してライトパネル６０４内へ透過させられる。他の実施形態において、ＬＥＤ６０２は、ライトパネル６０４の２つ以上の側面に沿って配置され得る。
【００２５】
ライトパネル６０４は、照明する光が実質的に一様な態様でライトパネルの上面から放出されるように、ライトパネルの側面６１０で受光されたＬＥＤ光をライトパネルの上面６１２の方へ向ける働きをする。例示的な実施形態において、ライトパネル６０４は、導光板（「ライトパイプパネル」としても知られている）である。従って、ライトパネル６０４は、本明細書において導光板とも呼ばれる。しかしながら、他の実施形態において、ライトパネル６０４は、１つ又は複数のＬＥＤからの光を用いてパネルの広い表面から照明光を放出することができる任意の光透過パネルとすることができる。
【００２６】
図７に示されるように、導光板６０４は、矢印７０２により示されるように垂直を基準として大きな角度で導光板の上面６１２に内部で入射する光が内部反射されるが、矢印７０４により示されるように垂直を基準としてより小さい角度で上面に内部で入射する光が導光板の上面を透過するように、設計される。導光板６０４は、光がより一様に導光板の上面６１２から放出されるように、導光板内の光を拡散して散乱させるための光抽出要素７０６を含むことができる。光抽出要素７０６は、導光板６０４の底面７０８上にプリントされたドット、化学エッチングされたドット、又はレーザエッチングされたドットとすることができる。代案として、光抽出要素７０６は、図７に示されたように、導光板６０４の底面７０８に形成された微細構造レンズ要素とすることができる。図７に示されるように、微細構造レンズ要素７０６は、光が導光板６０４の上面６１２からより一様に抽出され得るように、反射光または屈折光の角度を最適化するＶ字型の断面を有することができる多くの突出部７１０を含む。
【００２７】
図６及び図７に示されるように、リフレクター６０６が導光板６０４の下に配置される。リフレクター６０６は、光が導光板の上面６１２から放出され得るように、導光板６０４の底面７０８から放出される光を導光板内へ戻すように反射する働きをする。
【００２８】
ここで、図８を参照すると、本発明の代替の実施形態によるバックライト装置８００が示される。図６のバックライト装置６００に類似して、バックライト装置８００は、多数のＬＥＤ８０２、及びライトパネル８０４を含む。しかしながら、この実施形態において、ＬＥＤ８０２は、ライトパネルの側面に沿って配置される代わりに、ライトパネル８０４の下面８０６の下に配置される。従って、ＬＥＤ８０２からの光は、ライトパネル８０４の下面８０６内へ透過させられ、照明光としてライトパネルの上面８０８から放出される。バックライト装置８００のＬＥＤ８０２は、本発明の実施形態による任意のタイプのＬＥＤとすることができる。ライトパネル８０４は、導光板または任意の他の光透過パネルとすることができる。
【００２９】
本発明の実施形態による発光デバイスから出力光を生成するための方法が、図９のプロセスフロー図に関連して説明される。ブロック９０２において、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光が、青色ＬＥＤダイのような発光デバイスの第１の光源から生成される。次に、ブロック９０４において、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光が、赤色ＬＥＤダイのような発光デバイスの第２の光源から生成される。次に、ブロック９０６において、第１の光が、光ルミネセンス材料を包含する波長シフト領域で受光される。波長シフト領域は、少なくとも第１の光源に光学的に結合される。さらに、ブロック９０６において、第１の光の少なくとも一部が、波長シフト領域に包含された光ルミネセンス材料を用いて第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換される。次に、ブロック９０８において、第１の光、第２の光、及び第３の光が、白色出力光となることができる出力光の成分として放出される。
【００３０】
本発明の特定の実施形態が説明されて図示されたが、本発明は、説明されて図示されたような特定の形態または部品の構成に限定されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びそれらの等価物により規定されべきである。
【００３１】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．取付構造体と、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を放出するように構成されている第１の光源と、
前記取付構造体の上に配置され、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を放出するように構成されている第２の光源と、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域とを含み、
前記波長シフト領域が、前記第１の光の少なくとも一部を、前記第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含み、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が、出力光の成分である、出力光を放出するためのデバイス。
２．前記第１及び第２の光源が発光ダイオードのダイである、上記１に記載のデバイス。
３．前記光ルミネセンス材料が、前記第１の光の少なくとも一部を緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換するための特性を有する、上記１に記載のデバイス。
４．前記第１及び第２の光源の少なくとも一方が、前記取付構造体に取り付けられる、上記１に記載のデバイス。
５．前記取付構造体に取り付けられるサブマウントをさらに含み、前記第１及び第２の光源の少なくとも一方が、前記サブマウントに取り付けられる、上記１に記載のデバイス。
６．前記第１及び第２の光源がスタック型構成で配置される、上記１に記載のデバイス。
７．前記第１及び第２の光源の上に配置されたカプセル材料をさらに含み、前記波長シフト領域が前記カプセル材料の一部である、上記１に記載のデバイス。
８．リフレクターカップをさらに含み、前記第１及び第２の光源が前記リフレクターカップ内に配置される、上記１に記載のデバイス。
９．前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を放出するように構成されている第３の光源と、
前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域とをさらに含み、
前記第２の波長シフト領域が、前記第４の光の少なくとも一部を前記第４の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第５の光に変換するための特性を有する第２の光ルミネセンス材料を含む、上記１に記載のデバイス。
１０．前記第２の光ルミネセンス材料が、前記第４の光の少なくとも一部をオレンジの波長範囲においてピーク波長を有する前記第５の光に変換するための特性を有する、上記９に記載のデバイス。
１１．発光デバイスから出力光を放出するための方法であって、
前記発光デバイスの第１の光源から青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成し、
前記発光デバイスの第２の光源から赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成し、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域において前記第１の光を受光し、前記第１の光の少なくとも一部を、前記波長シフト領域に包含される光ルミネセンス材料を用いて前記第１の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第３の光に変換し、
前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を前記出力光の成分として放出することを含む、方法。
１２．前記第１の光を生成することが、前記発光デバイスの第１の発光ダイオードのダイから前記青の波長範囲においてピーク波長を有する前記第１の光を生成することを含み、前記第２の光を生成することが、前記発光デバイスの第２の発光ダイオードのダイから前記赤の波長範囲においてピーク波長を有する前記第２の光を生成することを含む、上記１１に記載の方法。
１３．前記変換することが、前記第１の光の少なくとも一部を、緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換することを含む、上記１１に記載の方法。
１４．前記発光デバイスの第３の光源において前記青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を生成し、
少なくとも前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域で前記第４の光を受光し、前記第４の光の少なくとも一部を、前記第２の波長シフト領域に包含される第２の光ルミネセンス材料を用いて前記第４の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第５の光に変換することをさらに含む、上記１１に記載の方法。
１５．前記第４の光の少なくとも一部を変換することが、前記第４の光の少なくとも一部を、オレンジの波長範囲においてピーク波長を有する前記第５の光に変換することを含む、上記１４に記載の方法。
１６．少なくとも１つの発光デバイスと、光透過パネルとを含む、照明を提供するための装置であって、前記発光デバイスが、
取付構造体と、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を放出するように構成されている第１の光源と、
前記取付構造体の上に配置され、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を放出するように構成されている第２の光源と、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域とを含み、
前記波長シフト領域が、前記第１の光の少なくとも一部を前記第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含み、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が、前記発光デバイスから放出される出力光の成分であり、
前記光透過パネルが、前記発光デバイスに光学的に結合されて前記出力光を受光し、前記発光デバイスの前記出力光を用いて照明を提供するように構成されている、装置。
１７．前記光透過パネルが導光板である、上記１６に記載の装置。
１８．前記発光デバイスが、前記取付構造体に取り付けられるサブマウントをさらに含み、前記第１及び第２の光源の少なくとも一方が、前記サブマウントに取り付けられる、上記１６に記載の装置。
１９．前記第１及び第２の光源がスタック型構成で配置される、上記１６に記載の装置。
２０．前記発光デバイスが、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を放出するように構成されている第３の光源と、
前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域とをさらに含み、
前記第２の波長シフト領域が、前記第４の光の少なくとも一部を前記第４の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第５の光に変換するための特性を有する第２の光ルミネセンス材料を含む、上記１６に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態によるＬＥＤの図である。
【図２】本発明の別の実施形態による、図１のＬＥＤの図である。
【図３】本発明の実施形態による、レフレクタカップを有するＬＥＤの図である。
【図４】本発明の実施形態による、積み重ねられたＬＥＤダイを有するＬＥＤの図である。
【図５】本発明の実施形態による、３つのＬＥＤダイを有するＬＥＤの図である。
【図６】本発明の実施形態による、ＬＣＤバックライト装置の図である。
【図７】図６のＬＣＤバックライト装置の部分断面図である。
【図８】本発明の代替の実施形態による、ＬＣＤバックライト装置の図である。
【図９】本発明の実施形態による、発光デバイスから出力光を放出するための方法に関するプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００３３】
100、300、400、500、602、802 ＬＥＤ
102、104、532 ＬＥＤダイ
106 サブマウント
108 取付構造体
110、534 カプセル材料
118 リードフレーム
120、536 光ルミネセンス材料
600、800 ＬＣＤバックライト装置
604、804 ライトパネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ルミネセンス（光輝性）材料を有する複数の光源を用いて出力光を放出するためのデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱ランプ、ハロゲンランプ、蛍光ランプのような従来の発光装置は、過去２０年間に著しく改良されていない。しかしながら、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、動作効率に関する点で改良されており、この場合、ＬＥＤは現在、交通信号機、及び自動車のテールランプのような従来の単色照明用途における従来の発光装置に取って代わっている。これは、ＬＥＤが従来の発光装置にまさる多くの利点を有する事実に或る程度起因している。これらの利点には、長寿命、低消費電力、及びより小さいサイズが含まれる。
【０００３】
ＬＥＤは、一般に単色光を生成する、光源としての半導体ＬＥＤダイを使用する。現時点では、ＬＥＤは、紫外線の青から緑、黄色、及び赤までの種々の色で利用可能である。ＬＥＤダイの狭帯域発光特性に起因して、これらのＬＥＤは、「白色」光の用途に直接的に使用されることができない。それどころか、単色ＬＥＤダイの出力光は、白色光を生成するために、１つ又は複数の異なる波長の他の光と混合されなければならない。白色光を生成するための一般的な２つの手法には、（１）個々の赤、緑、及び青のＬＥＤダイを一緒にパッケージングして、その結果、これらのＬＥＤダイから放出された光が組み合わされて白色光を生成すること、（２）ＵＶ（紫外線）、青、又は緑のＬＥＤ内へ光ルミネセンス材料を導入して、その結果、ＬＥＤの半導体ダイにより放出された原初の光の一部または全てが、より長い波長の光に変換されて原初の青または緑の光と組み合わされて、白色光を生成することが含まれる。
【０００４】
単色ＬＥＤダイを使用して白色光を生成するためのこれら２つの手法に関して、第２の手法は概して、第１の手法よりも好ましい。第２の手法とは異なり、第１の手法は、赤、緑、及び青のＬＥＤダイが異なる動作電圧要件を有するので、より複雑な駆動回路を必要とする。さらに、異なるＬＥＤダイから放出された光を適切に混合できないことにより、不均一な色を有する出力光をもたらす可能性がある。さらに、異なるタイプの半導体ＬＥＤダイを使用するので、結果としての混合された光は、温度、経年変化、及び動作環境に関するこれらＬＥＤダイの異なる動作特性に起因してばらつきを受けやすい。
【０００５】
第２の手法の問題は、結果としての白色光が、特定のバックライト及び照明の用途に必要な高い演色評価数を有することができないことである。一例として、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を有する青色のＬＥＤダイを使用する白色ＬＥＤは、赤の波長領域において不十分である白色光を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に鑑みて、高い演色評価数を有する白色出力光を放出するためのデバイス及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
出力光を放出するためのデバイス及び方法は、異なるピーク波長を有する原初の光を生成するために複数の光源を利用する。デバイスの第１の光源は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成するように構成され、デバイスの第２の光源は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成するように構成される。少なくとも第１の光源から放出された原初の光の一部は、出力光を生成するために、光ルミネセンス材料を用いて原初の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する光に変換される。デバイス及び方法を用いて、高い演色評価数を有する白色出力光を生成することができる。
【０００８】
本発明の実施形態による出力光を放出するためのデバイスは、取付構造体、第１の光源、第２の光源、及び波長シフト領域を含む。第１及び第２の光源は取付構造体の上に配置される。第１の光源は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成するように構成される。第２の光源は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成するように構成される。波長シフト領域は、少なくとも第１の光源に光学的に結合される。波長シフト領域は、第１の光の少なくとも一部を第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含む。第１の光、第２の光、及び第３の光は、出力光の成分である。
【０００９】
デバイスは、ＬＣＤバックライト装置のような照明装置の光源デバイスとして使用され得る。本発明の実施形態による照明装置は、少なくとも１つの発光デバイス、及び光透過パネルを含む。発光デバイスは、取付構造体、第１の光源、第２の光源、及び波長シフト領域を含む。第１及び第２の光源は取付構造体の上に配置される。第１の光源は、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成するように構成される。第２の光源は、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成するように構成される。波長シフト領域は、少なくとも第１の光源に光学的に結合される。波長シフト領域は、第１の光の少なくとも一部を第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含む。第１の光、第２の光、及び第３の光は、発光デバイスから放出された出力光の成分である。光透過パネルは、発光デバイスに光学的に結合されて出力光を受光する。光透過パネルは、発光デバイスの出力光を用いて照明を提供するために構成される。
【００１０】
本発明の実施形態による発光デバイスから出力光を放出するための方法は、発光デバイスの第１の光源から青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成し、発光デバイスの第２の光源から赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成し、少なくとも第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域において第１の光を受光し、第１の光の一部を、波長シフト領域に包含される光ルミネセンス材料を用いて第１の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第３の光に変換し、第１の光、第２の光、及び第３の光を出力光の成分として放出することを含む。
【００１１】
本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を一例として示す添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い演色評価数を有する白色出力光を生成することができるＬＥＤ又は発光デバイスを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、本発明の実施形態による発光ダイオード（ＬＥＤ）１００が示される。ＬＥＤ１００は、高い演色評価数を有する「白」色出力光を生成するように設計される。この実施形態において、ＬＥＤ１００は表面実装型ＬＥＤである。しかしながら、他の実施形態において、ＬＥＤ１００は、リードフレーム実装型ＬＥＤのような異なるタイプのＬＥＤとすることができる。図１に示されるように、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４、オプションのサブマウント１０６、取付構造体１０８、及びカプセル材料１１０を含む。
【００１４】
ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、ＬＥＤ１００の光源である。ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、特定のピーク波長を有する光を生成する半導体チップである。ＬＥＤダイ１０２は、約４２０ｎｍから４９０ｎｍである、可視スペクトルの青の波長範囲におけるピーク波長を有する光を生成するように構成される。この青の光は、図１において矢印１１２により示される。ＬＥＤダイ１０４は、約６２０ｎｍから８００ｎｍである、可視スペクトルの赤の波長範囲におけるピーク波長を有する光を生成するように構成される。この赤の光は、図１において矢印１１４により示される。
【００１５】
図１に示されるように、ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、取付構造体１０８に取り付けられるオプションのサブマウント１０６に取り付けられる。他の実施形態において、ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、取付構造体１０８に直接取り付けられ得る。ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、ハンダ１１６のような導電性の接着材料を用いて、サブマウント１０６又は取付構造体１０８に取り付けられ得る。サブマウント１０６は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４からの熱エネルギーを放散するためのＬＥＤダイから取付構造体１０８までの熱伝導経路を提供する。また、サブマウント１０６は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４と取付構造体１０８との間の熱膨張の緩衝も提供する。図１において、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４が取り付けられる単一のサブマウント１０６を有するように示される。しかしながら、代替の実施形態において、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４のそれぞれのサブマウントを含むことができる。取付構造体１０８は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４を駆動するために必要な電力を提供するリードフレーム１１８を含む。
【００１６】
ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、ＬＥＤダイからの光の伝播の媒体であるカプセル材料１１０内に封入される。カプセル材料１１０は、任意の透明物質から作成され得る。一例として、カプセル材料１１０は、エポキシ、シリコーン、シリコーンとエポキシの混成物、非晶質ポリアミド樹脂または過フッ化炭化水素、ガラス及び／又はプラスチック材料から作成され得る。また、カプセル材料１１０は光ルミネセンス材料１２０も含み、その光ルミネセンス材料は、ＬＥＤダイ１０２から放出された青色光の少なくとも一部を吸収して、約５２０ｎｍ〜５６５ｎｍである、可視スペクトルの緑の波長範囲においてピーク波長を有する光のような、より長い波長の光を生成する特性を有する。このように、光ルミネセンス材料１２０は、ＬＥＤダイ１０２からの青色光の一部を緑色光に変換する。この緑色光は、図１において矢印１２２により示される。いくつかの従来のＬＥＤにおいて、白色光は、青色を放出するＬＥＤダイから放出された青色光と蛍光体変換された緑色光との混合により生成される。しかしながら、係る白色光は一般に、可視スペクトルの赤の波長領域において不十分である。ＬＥＤ１００において、この赤の不足は、ＬＥＤダイ１０４を包含することにより解消され、このＬＥＤダイ１０４は、高い演色評価数を有する白色光を生成するために、ＬＥＤダイ１０２からの原初の青色光、及び変換された緑色光と混合される赤色光を放出する。
【００１７】
カプセル材料１１０内の光ルミネセンス材料１２０は、蛍光体、量子ドット、ナノ蛍光体、レーザ色素、無機色素、又は有機色素を含むことができる。ナノ蛍光体は、従来の蛍光体と類似した光学特性を有する。しかしながら、ナノ蛍光体は、従来の蛍光体よりもサイズが小さいが、量子ドットよりも大きい。従来の蛍光体のサイズは、１〜５０μｍ（ミクロン）の範囲内（一般に１〜２０μｍ（ミクロン）の範囲内）である。ナノ蛍光体のサイズは、１μｍ（ミクロン）より小さいが、サイズが数ナノメートルである量子ドットより大きい。一例として、光ルミネセンス材料１２０は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含むことができる。
【００１８】
この実施形態において、光ルミネセンス材料１２０は、カプセル材料１１０の全体にわたって分散される。従って、カプセル材料１２０の全体が、ＬＥＤダイ１０２から放出された青色光の波長シフト領域として機能する。しかしながら、他の実施形態において、カプセル材料１１０の一部だけが、光ルミネセンス材料１２０を含んでもよい。一例として、図２において、ＬＥＤダイ１０２上のカプセル材料１１０の部分２２４が、光ルミネセンス材料１２０を含む。従って、カプセル材料１１０のこの部分２２４だけが、波長シフト領域である。カプセル材料１１０の残りの部分２２５は、光ルミネセンス材料１２０を含まない。他の実施形態において、波長シフト領域２２４はＬＥＤダイ１０２を覆う薄層、或いはカプセル材料１１０の上面またはＬＥＤダイ１０２から少し離れたところにある層とすることができる。
【００１９】
図１及び図２において、ＬＥＤ１００は、リフレクターカップを有さない表面実装型ＬＥＤであるように示される。しかしながら、ＬＥＤ１００は、リフレクターカップを有する表面実装型ＬＥＤとして構成され得る。一例として、本発明の実施形態による表面実装型ＬＥＤ３００が図３に示される。図１と図２に使用された同じ参照符号が、図３の類似した要素を識別するために使用される。ＬＥＤ３００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４、オプションのサブマウント１０６、取付構造体１０８、及びカプセル材料１１０を含む。ＬＥＤ３００はさらに、ポリ（ｐ−フェニレンアセチレン）（ＰＰＡ）ハウジング３２８又はプリント基板（図示せず）に形成されたリフレクターカップ３２６を含む。図３に示されるように、カプセル材料１１０の全体が波長シフト領域である。しかしながら、他の実施形態において、図２に示されるように、カプセル材料１１０の一部が波長シフト領域であってもよい。
【００２０】
代替の実施形態において、図１、図２、及び図３のＬＥＤ１００及び３００のＬＥＤダイ１０２及び１０４は、並んで配置される代わりに、互いの上に積み重ねられてもよい。ここで図４を参照すると、本発明の実施形態による積み重ねられたＬＥＤダイを有するＬＥＤ４００が示される。図１、図２、及び図３に使用された同じ参照符号が、図４の類似した要素を識別するために使用される。この代替の実施形態において、ＬＥＤダイ１０２は、ＬＥＤダイ１０４の上に積み重ねられ、ＬＥＤダイ１０４はオプションのサブマウント１０６に取り付けられるか、又は取付構造体１０８に直接取り付けられる。このように、ＬＥＤダイ１０２及び１０４は、スタック型構成で配置される。図示された実施形態において、ＬＥＤダイ１０２は、導電性である接着材料４２８を用いてＬＥＤダイ１０４に取り付けられる。ＬＥＤダイ１０４は、やはり導電性である接着材料４３０を用いて支持構造体（取付構造体）１０８のリードフレーム１１８に電気接続される。また、ＬＥＤダイ１０４は、駆動電流が積み重ねられたＬＥＤダイ１０２及び１０４を通って伝えられ得るように、ボンドワイヤ４３１を介して支持構造体１０８の別のリードフレーム１１８にも電気接続される。代替の構成において、ＬＥＤダイ１０４は、ＬＥＤダイ１０２の上に積み重ねられ、ＬＥＤダイ１０２はオプションのサブマウント１０６に取り付けられるか、又は取付構造体１０８に直接取り付けられてもよい。図４に示されるように、カプセル材料１１０の全体が光ルミネセンス材料１２０を含み、かくしてカプセル材料の全体が波長シフト領域である。しかしながら、他の実施形態において、図２に示されるように、カプセル材料１１０の一部が波長シフト領域であってもよい。さらに、他の実施形態において、図３に示されるように、ＬＥＤ４００はさらに、ＰＰＡハウジング又はプリント基板に形成されたリフレクターカップを含むことができる。
【００２１】
ここで図５を参照すると、本発明の別の実施形態によるＬＥＤ５００が示される。図１、図２、図３、及び図４に使用された同じ参照符号が、図５の類似した要素を識別するために使用される。図１及び図２のＬＥＤ１００に類似して、ＬＥＤ５００は、ＬＥＤダイ１０２及び１０４、オプションのサブマウント１０６、及び取付構造体１０８を含む。しかしながら、この実施形態において、ＬＥＤ５００は、ＬＥＤダイ１０２と同一とすることができる青色を放出する追加のＬＥＤダイ５３２を含む。図５に示されるように、この実施形態において、追加のＬＥＤダイ５３２は、オプションのサブマウント１０６に取り付けられる。しかしながら、他の実施形態において、ＬＥＤダイ５３２は、別個のサブマウント（図示せず）に取り付けられるか、又は取付構造体１０８に直接取り付けられてもよい。
【００２２】
また、ＬＥＤ５００は、光ルミネセンス材料１２０に加えて追加の光ルミネセンス材料５３６を包含するカプセル材料５３４も含む。このように、ＬＥＤ５００のカプセル材料５３４は、２つのタイプの光ルミネセンス材料を含む。光ルミネセンス材料５３６は、ＬＥＤダイ５３２から放出された青色光の少なくとも一部を、約５９０ｎｍ〜６２０ｎｍである、可視スペクトルのオレンジの波長範囲においてピーク波長を有する光へ変換する特性を有する。光ルミネセンス材料１２０に類似して、光ルミネセンス材料５３６は、蛍光体、量子ドット、ナノ蛍光体、レーザ色素、無機色素、又は有機色素を含むことができる。一例として、光ルミネセンス材料５３６は、ケイ酸塩、ガーネット、硫化物、チオメタレート（Thiometallate）、窒化物、オルトケイ酸塩、ニトリドシリケート、及びセレン化物を基材とした蛍光体を含むことができる。
【００２３】
この実施形態において、カプセル材料５３４は、光ルミネセンス材料５３６を包含する第１の波長シフト領域５３８を含む。波長シフト領域５３８は、ＬＥＤダイ５３２から放出された光の少なくとも一部が波長シフト領域５３８の光ルミネセンス材料５３６によって、より長い波長の「オレンジ」の光に変換され得るように、ＬＥＤ５３２の上に配置される。カプセル材料５３４はさらに、他の光ルミネセンス材料１２０を包含する第２の波長シフト領域５４０を含む。この波長シフト領域５４０は、ＬＥＤダイ１０２から放出された光の少なくとも一部が波長シフト領域５４０の光ルミネセンス材料１２０によって、より長い波長の「緑色」の光に変換され得るように、ＬＥＤダイ１０２の上に配置される。カプセル材料５３４の残りの領域５４１は、任意の光ルミネセンス材料を包含せず、かくして波長シフト領域ではない。代替の実施形態において、この領域５４１は、光ルミネセンス材料１２０又は５３６のような光ルミネセンス材料を含むことができる。しかしながら、光ルミネセンス材料が存在しても、ＬＥＤダイ１０４により放出される赤色光は、より長い波長の光へ変換されずに、領域５４１を透過する。ＬＥＤダイ１０４からの原初の赤色光、ＬＥＤダイ１０２及び５３２からの原初の青色光、変換された緑色光、及び変換されたオレンジ光が混合されて、高い演色評価数を有する白色出力光が生成される。
【００２４】
本発明の異なる実施形態によるＬＥＤ１００、３００、４００、及び５００は、種々の照明用途、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような照明されるディスプレイ装置のバックライトの光源デバイスとして使用され得る。一例として、本発明の実施形態によるＬＣＤバックライト装置６００が図６に示される。バックライト装置６００は、多数のＬＥＤ６０２、ライトパネル６０４、及びリフレクター６０６を含む。ＬＥＤ６０２は、バックライト装置６００の光源デバイスとしての役割を果たす。ＬＥＤ６０２は、本発明の実施形態による任意のタイプのＬＥＤとすることができる。図６には３つのＬＥＤだけが示されるが、バックライト装置６００は任意の数のＬＥＤを含むことができる。図６に示されるように、ＬＥＤ６０２はライトパネル６０４の側面６１０に沿って配置される。従って、ＬＥＤ６０２からの出力光は、ＬＥＤに面するライトパネル６０４の側面６１０を通過してライトパネル６０４内へ透過させられる。他の実施形態において、ＬＥＤ６０２は、ライトパネル６０４の２つ以上の側面に沿って配置され得る。
【００２５】
ライトパネル６０４は、照明する光が実質的に一様な態様でライトパネルの上面から放出されるように、ライトパネルの側面６１０で受光されたＬＥＤ光をライトパネルの上面６１２の方へ向ける働きをする。例示的な実施形態において、ライトパネル６０４は、導光板（「ライトパイプパネル」としても知られている）である。従って、ライトパネル６０４は、本明細書において導光板とも呼ばれる。しかしながら、他の実施形態において、ライトパネル６０４は、１つ又は複数のＬＥＤからの光を用いてパネルの広い表面から照明光を放出することができる任意の光透過パネルとすることができる。
【００２６】
図７に示されるように、導光板６０４は、矢印７０２により示されるように垂直を基準として大きな角度で導光板の上面６１２に内部で入射する光が内部反射されるが、矢印７０４により示されるように垂直を基準としてより小さい角度で上面に内部で入射する光が導光板の上面を透過するように、設計される。導光板６０４は、光がより一様に導光板の上面６１２から放出されるように、導光板内の光を拡散して散乱させるための光抽出要素７０６を含むことができる。光抽出要素７０６は、導光板６０４の底面７０８上にプリントされたドット、化学エッチングされたドット、又はレーザエッチングされたドットとすることができる。代案として、光抽出要素７０６は、図７に示されたように、導光板６０４の底面７０８に形成された微細構造レンズ要素とすることができる。図７に示されるように、微細構造レンズ要素７０６は、光が導光板６０４の上面６１２からより一様に抽出され得るように、反射光または屈折光の角度を最適化するＶ字型の断面を有することができる多くの突出部７１０を含む。
【００２７】
図６及び図７に示されるように、リフレクター６０６が導光板６０４の下に配置される。リフレクター６０６は、光が導光板の上面６１２から放出され得るように、導光板６０４の底面７０８から放出される光を導光板内へ戻すように反射する働きをする。
【００２８】
ここで、図８を参照すると、本発明の代替の実施形態によるバックライト装置８００が示される。図６のバックライト装置６００に類似して、バックライト装置８００は、多数のＬＥＤ８０２、及びライトパネル８０４を含む。しかしながら、この実施形態において、ＬＥＤ８０２は、ライトパネルの側面に沿って配置される代わりに、ライトパネル８０４の下面８０６の下に配置される。従って、ＬＥＤ８０２からの光は、ライトパネル８０４の下面８０６内へ透過させられ、照明光としてライトパネルの上面８０８から放出される。バックライト装置８００のＬＥＤ８０２は、本発明の実施形態による任意のタイプのＬＥＤとすることができる。ライトパネル８０４は、導光板または任意の他の光透過パネルとすることができる。
【００２９】
本発明の実施形態による発光デバイスから出力光を生成するための方法が、図９のプロセスフロー図に関連して説明される。ブロック９０２において、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光が、青色ＬＥＤダイのような発光デバイスの第１の光源から生成される。次に、ブロック９０４において、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光が、赤色ＬＥＤダイのような発光デバイスの第２の光源から生成される。次に、ブロック９０６において、第１の光が、光ルミネセンス材料を包含する波長シフト領域で受光される。波長シフト領域は、少なくとも第１の光源に光学的に結合される。さらに、ブロック９０６において、第１の光の少なくとも一部が、波長シフト領域に包含された光ルミネセンス材料を用いて第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換される。次に、ブロック９０８において、第１の光、第２の光、及び第３の光が、白色出力光となることができる出力光の成分として放出される。
【００３０】
本発明の特定の実施形態が説明されて図示されたが、本発明は、説明されて図示されたような特定の形態または部品の構成に限定されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びそれらの等価物により規定されべきである。
【００３１】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．取付構造体と、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を放出するように構成されている第１の光源と、
前記取付構造体の上に配置され、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を放出するように構成されている第２の光源と、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域とを含み、
前記波長シフト領域が、前記第１の光の少なくとも一部を、前記第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含み、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が、出力光の成分である、出力光を放出するためのデバイス。
２．前記第１及び第２の光源が発光ダイオードのダイである、上記１に記載のデバイス。
３．前記光ルミネセンス材料が、前記第１の光の少なくとも一部を緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換するための特性を有する、上記１に記載のデバイス。
４．前記第１及び第２の光源の少なくとも一方が、前記取付構造体に取り付けられる、上記１に記載のデバイス。
５．前記取付構造体に取り付けられるサブマウントをさらに含み、前記第１及び第２の光源の少なくとも一方が、前記サブマウントに取り付けられる、上記１に記載のデバイス。
６．前記第１及び第２の光源がスタック型構成で配置される、上記１に記載のデバイス。
７．前記第１及び第２の光源の上に配置されたカプセル材料をさらに含み、前記波長シフト領域が前記カプセル材料の一部である、上記１に記載のデバイス。
８．リフレクターカップをさらに含み、前記第１及び第２の光源が前記リフレクターカップ内に配置される、上記１に記載のデバイス。
９．前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を放出するように構成されている第３の光源と、
前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域とをさらに含み、
前記第２の波長シフト領域が、前記第４の光の少なくとも一部を前記第４の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第５の光に変換するための特性を有する第２の光ルミネセンス材料を含む、上記１に記載のデバイス。
１０．前記第２の光ルミネセンス材料が、前記第４の光の少なくとも一部をオレンジの波長範囲においてピーク波長を有する前記第５の光に変換するための特性を有する、上記９に記載のデバイス。
１１．発光デバイスから出力光を放出するための方法であって、
前記発光デバイスの第１の光源から青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成し、
前記発光デバイスの第２の光源から赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成し、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域において前記第１の光を受光し、前記第１の光の少なくとも一部を、前記波長シフト領域に包含される光ルミネセンス材料を用いて前記第１の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第３の光に変換し、
前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を前記出力光の成分として放出することを含む、方法。
１２．前記第１の光を生成することが、前記発光デバイスの第１の発光ダイオードのダイから前記青の波長範囲においてピーク波長を有する前記第１の光を生成することを含み、前記第２の光を生成することが、前記発光デバイスの第２の発光ダイオードのダイから前記赤の波長範囲においてピーク波長を有する前記第２の光を生成することを含む、上記１１に記載の方法。
１３．前記変換することが、前記第１の光の少なくとも一部を、緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換することを含む、上記１１に記載の方法。
１４．前記発光デバイスの第３の光源において前記青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を生成し、
少なくとも前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域で前記第４の光を受光し、前記第４の光の少なくとも一部を、前記第２の波長シフト領域に包含される第２の光ルミネセンス材料を用いて前記第４の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第５の光に変換することをさらに含む、上記１１に記載の方法。
１５．前記第４の光の少なくとも一部を変換することが、前記第４の光の少なくとも一部を、オレンジの波長範囲においてピーク波長を有する前記第５の光に変換することを含む、上記１４に記載の方法。
１６．少なくとも１つの発光デバイスと、光透過パネルとを含む、照明を提供するための装置であって、前記発光デバイスが、
取付構造体と、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を放出するように構成されている第１の光源と、
前記取付構造体の上に配置され、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を放出するように構成されている第２の光源と、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域とを含み、
前記波長シフト領域が、前記第１の光の少なくとも一部を前記第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料を含み、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が、前記発光デバイスから放出される出力光の成分であり、
前記光透過パネルが、前記発光デバイスに光学的に結合されて前記出力光を受光し、前記発光デバイスの前記出力光を用いて照明を提供するように構成されている、装置。
１７．前記光透過パネルが導光板である、上記１６に記載の装置。
１８．前記発光デバイスが、前記取付構造体に取り付けられるサブマウントをさらに含み、前記第１及び第２の光源の少なくとも一方が、前記サブマウントに取り付けられる、上記１６に記載の装置。
１９．前記第１及び第２の光源がスタック型構成で配置される、上記１６に記載の装置。
２０．前記発光デバイスが、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を放出するように構成されている第３の光源と、
前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域とをさらに含み、
前記第２の波長シフト領域が、前記第４の光の少なくとも一部を前記第４の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第５の光に変換するための特性を有する第２の光ルミネセンス材料を含む、上記１６に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態によるＬＥＤの図である。
【図２】本発明の別の実施形態による、図１のＬＥＤの図である。
【図３】本発明の実施形態による、レフレクタカップを有するＬＥＤの図である。
【図４】本発明の実施形態による、積み重ねられたＬＥＤダイを有するＬＥＤの図である。
【図５】本発明の実施形態による、３つのＬＥＤダイを有するＬＥＤの図である。
【図６】本発明の実施形態による、ＬＣＤバックライト装置の図である。
【図７】図６のＬＣＤバックライト装置の部分断面図である。
【図８】本発明の代替の実施形態による、ＬＣＤバックライト装置の図である。
【図９】本発明の実施形態による、発光デバイスから出力光を放出するための方法に関するプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００３３】
100、300、400、500、602、802 ＬＥＤ
102、104、532 ＬＥＤダイ
106 サブマウント
108 取付構造体
110、534 カプセル材料
118 リードフレーム
120、536 光ルミネセンス材料
600、800 ＬＣＤバックライト装置
604、804 ライトパネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付構造体（108）と、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を放出するように構成されている第１の光源（102）と、
前記取付構造体の上に配置され、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を放出するように構成されている第２の光源（104）と、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域（110；224；538、540）とを含み、
前記波長シフト領域が、前記第１の光の少なくとも一部を、前記第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料（120）を含み、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が、出力光の成分である、出力光を放出するためのデバイス。
【請求項２】
前記第１及び第２の光源（102、104）が発光ダイオードのダイである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光ルミネセンス材料（120）が、前記第１の光の少なくとも一部を緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換するための特性を有する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記取付構造体（108）に取り付けられるサブマウント（106）をさらに含み、前記第１及び第２の光源（102、104）の少なくとも一方が、前記サブマウントに取り付けられる、請求項１、２、又は３の何れかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１及び第２の光源（102、104）がスタック型構成で配置される、請求項１、２、３、又は４の何れかに記載のデバイス。
【請求項６】
発光デバイス（100；300；400；500；600；800）から出力光を放出するための方法であって、
前記発光デバイスの第１の光源（102）から青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成し（902）、
前記発光デバイスの第２の光源（104）から赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成し（904）、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域（110；224；538、540）において前記第１の光を受光し、前記第１の光の少なくとも一部を、前記波長シフト領域に包含される光ルミネセンス材料を用いて前記第１の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第３の光に変換し（906）、
前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を前記出力光の成分として放出すること（908）を含む、方法。
【請求項７】
前記第１の光を生成すること（902）が、前記発光デバイス（100；300；400；500；600；800）の第１の発光ダイオードのダイ（102）から前記青の波長範囲においてピーク波長を有する前記第１の光を生成することを含み、前記第２の光を生成すること（904）が、前記発光デバイスの第２の発光ダイオードのダイ（104）から前記赤の波長範囲においてピーク波長を有する前記第２の光を生成することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記変換することが、前記第１の光の少なくとも一部を、緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換することを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記発光デバイス（100；300；400；500；600；800）の第３の光源（532）において前記青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を生成し、
少なくとも前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域（538）で前記第４の光を受光し、前記第４の光の少なくとも一部を、前記第２の波長シフト領域に包含される第２の光ルミネセンス材料（536）を用いて前記第４の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第５の光に変換することをさらに含む、請求項６、７、又は８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第４の光の少なくとも一部を変換することが、前記第４の光の少なくとも一部を、オレンジの波長範囲においてピーク波長を有する前記第５の光に変換することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
取付構造体（108）と、
前記取付構造体の上に配置され、青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を放出するように構成されている第１の光源（102）と、
前記取付構造体の上に配置され、赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を放出するように構成されている第２の光源（104）と、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域（110；224；538、540）とを含み、
前記波長シフト領域が、前記第１の光の少なくとも一部を、前記第１の光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第３の光に変換するための特性を有する光ルミネセンス材料（120）を含み、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が、出力光の成分である、出力光を放出するためのデバイス。
【請求項２】
前記第１及び第２の光源（102、104）が発光ダイオードのダイである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光ルミネセンス材料（120）が、前記第１の光の少なくとも一部を緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換するための特性を有する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記取付構造体（108）に取り付けられるサブマウント（106）をさらに含み、前記第１及び第２の光源（102、104）の少なくとも一方が、前記サブマウントに取り付けられる、請求項１、２、又は３の何れかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１及び第２の光源（102、104）がスタック型構成で配置される、請求項１、２、３、又は４の何れかに記載のデバイス。
【請求項６】
発光デバイス（100；300；400；500；600；800）から出力光を放出するための方法であって、
前記発光デバイスの第１の光源（102）から青の波長範囲においてピーク波長を有する第１の光を生成し（902）、
前記発光デバイスの第２の光源（104）から赤の波長範囲においてピーク波長を有する第２の光を生成し（904）、
少なくとも前記第１の光源に光学的に結合された波長シフト領域（110；224；538、540）において前記第１の光を受光し、前記第１の光の少なくとも一部を、前記波長シフト領域に包含される光ルミネセンス材料を用いて前記第１の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第３の光に変換し（906）、
前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を前記出力光の成分として放出すること（908）を含む、方法。
【請求項７】
前記第１の光を生成すること（902）が、前記発光デバイス（100；300；400；500；600；800）の第１の発光ダイオードのダイ（102）から前記青の波長範囲においてピーク波長を有する前記第１の光を生成することを含み、前記第２の光を生成すること（904）が、前記発光デバイスの第２の発光ダイオードのダイ（104）から前記赤の波長範囲においてピーク波長を有する前記第２の光を生成することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記変換することが、前記第１の光の少なくとも一部を、緑の波長範囲においてピーク波長を有する前記第３の光に変換することを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記発光デバイス（100；300；400；500；600；800）の第３の光源（532）において前記青の波長範囲においてピーク波長を有する第４の光を生成し、
少なくとも前記第３の光源に光学的に結合された第２の波長シフト領域（538）で前記第４の光を受光し、前記第４の光の少なくとも一部を、前記第２の波長シフト領域に包含される第２の光ルミネセンス材料（536）を用いて前記第４の光のピーク波長より長いピーク波長を有する第５の光に変換することをさらに含む、請求項６、７、又は８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第４の光の少なくとも一部を変換することが、前記第４の光の少なくとも一部を、オレンジの波長範囲においてピーク波長を有する前記第５の光に変換することを含む、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３６２３２（Ｐ２００７−３６２３２Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９９２５１（Ｐ２００６−１９９２５１）
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]