JP2009525600A - 非活性化発光材料を備えた発光装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射線放出素子、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長と異なる波長をもつ光を放射する能力のある発光材料（３）とを有する発光装置（１）に関係する。発光装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を散乱させ、及び／又は、発光材料（３）によって放射された光の一部を散乱させる能力のある拡散粒子（４）をさらに有する。拡散粒子（４）は非活性化発光材料であり、非活性化発光材料のために製造が簡略化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体を含む放射線放出素子を備えた発光装置に関する。この装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放つ能力がある発光材料を有する。その上に、本発明は発光装置における非活性化発光材料の使用に関する。

前述したような装置は従来技術から公知であり、放射線放出素子ダイオードは、典型的に、発光ダイオード（簡単には、光ダイオード、ＬＥＤ）の形である。原則として、ＬＥＤによって放射された放射線は、可視領域及び／又は紫外線（ＵＶ）領域にある。この放射線のスペクトル組成は、特に、利用されている半導体材料に依存する。例えば、青色光を放出するＬＥＤが存在する。

さらに、ＬＥＤによって放射された放射線を部分的に吸収し、別の波長領域で、原則として、より長い波長で放射線を放つ空間の一面に分布した粒子の形をした発光材料を、（以下では、ＬＥＤの「一面」にという簡略化された用語で記載されている）ＬＥＤの放出の方向に配置することが知られている。例えば、ＬＥＤによって放射されたＵＶ放射線は、発光材料粒子によって（「可視」）光に「変換」され得る。発光材料として、通常は、この目的のため、発光材料の粒子が使用される。対応する仕組みは、例えば、文献米国特許第６，８０９，３４７号、米国特許第２００５／００７７５３２号、及び、日本国特許第１００９７２０１Ａ号から公知である。

「蛍光」は、厳密に言うと、１０ｎｓ〜１００ｎｓの範囲で起こるＳ１状態からＳ０状態への放射過程を示している。「燐光」は、対照的に、μｓ〜ｍｓの範囲で現れるＴ１からＳ０状態への放射過程である。２つの過程のための全体的な用語は「発光」である。以下では（簡単にするため）、「蛍光」という用語のもとで、蛍光過程と燐光過程が理解されるべきである。

例えば、青色光を放ち、ＬＥＤによって放射された青色光を部分的に吸収し黄色光を放ち、よって、いわば、青色光を黄色光又は「黄色みがかった」光に変換する蛍光粒子の形をした発光材料を有するＬＥＤ付きの設備が知られている。これに関連して、青色光を緑色光若しくは「緑色がかった」光、又は、赤色光若しくは「赤色がかった」光に変える発光材料がさらに知られている。対応する発光材料の組み合わせもまた公知である。

このような発光装置を観察する際、一般的に、観察者の目は、蛍光粒子による波長変換なしに装置から出るＬＥＤから放射された光、すなわち、青色光と、蛍光粒子から放射された例えば、黄色光とを見る。このようにして、多少明確な白色光が現れる。

それによって、光の色の印象は一般的に装置が観察される方向に依存するという現象が現れる。特に、（主要な）放射面、すなわち、アクティブ層の表面、すなわち、ＬＥＤの基材表面の表面法線（以下では、簡単に「ＬＥＤの表面法線」と呼ばれる）と、装置から観察者の目までの方向との間の角度Θに明白な依存性が存在する。この依存性の理由は、発光材料での波長変換なしにＬＥＤから直接的に外側へ出る光がある特定の立体角に、具体的には、ＬＥＤの表面法線の周りの領域に優先的に放出され、一方、発光材料粒子によって放射された光がすべての方向へより均一に、よって、準「等方的」に放出されるという点にある。原則として、この実質的に方向に依存しない放射成分には、すべての個別の発光材料粒子が放射の方向とは独立に光を放つ、又は、個別の発光材料粒子が放射特性に方向依存性を明示するならば、発光材料粒子のランダムな方向性及び分布のために、この放射の全体的な等方的な重ね合わせを生じる、という２つの可能な原因がある。したがって、この装置は、近似的にこの波長領域においてランバートの法則に従う拡散スポットライトと同等のものを放出する。よって、観察の方向、特に、角度Θに依存して装置から放射する光の色の印象がもたらされる。

その上、ＬＥＤは、典型的に、実質的に立方体形状であり、立方体形状はそれ自体で、幾何学的条件だけに起因して、すでに不均一放射特性を引き起こしている。

この影響を妨げるために、付加的にＬＥＤの上にＬＥＤによって放射された放射線をおおよそ拡散的に散乱させる拡散粒子を配置し、したがって、ＬＥＤによって放射された放射線、よって、例えば、放射された青色光の強度の角度依存性を弱めることがさらに知られている。結局、このことによって、観察方向、すなわち、角度Θにそれほど強く依存しない色の印象が生じる。

粒子が空間的に分散して存在する鋳物材料（以下では、「成形材料」とも呼ばれる）の層は、通常は、蛍光粒子及び拡散粒子の位置固定のために役立つ。鋳物材料として、例えば、樹脂、具体的には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン若しくはポリウレタン樹脂の形の樹脂、又は、例えば、シリコーンの形をしたゴム状材料が利用される。鋳物材料の層は、ＬＥＤに直接的に重ねて配置されることがよくある。

図５には従来技術による対応する装置１００を通る概略断面が示されている。ＬＥＤ１０１は、成形材料１０２、例えば、（図示されていない）発光材料粒子及び拡散粒子が内部に微細に分布しているエポキシ樹脂によって囲まれている。成形材料１０２は、マウント部１０３のカップ形状の凹部に配置されている。ＬＥＤ２は、ＳＭＤコンポーネントとして設けられてもよく、又は、「チップオンボード」テクノロジーで製造されてもよい。（図を参照して）下向きの放射線は反射によって上向きに偏向されていること、及び、発光材料粒子によって放射された放射線（黄色光）が成形材料によって部分的に外側へ屈折させられ、部分的に反射されることも、完全に反射されることもあることが、矢印で概略的に示されている。

図２には、「ＬＥＤからの青色光」及び「発光材料粒子からの黄色光」の実施例に関して、拡散粒子なしの場合に対応する装置によって放射された２つの上記の放射線成分の異なる方向依存性が概略的に表されている。指示されている数値は、ＬＥＤの表面法線とある特定の放射方向との間の角度（０°〜３６０°）を示している。強度は放射方向に示されている（極座標図）。

２本の実線の曲線を用いて、２種類の異なるＬＥＤの放射特性が例示的に与えられている。ＬＥＤによって放射された青色光は、表面法線の方向の周りの空間角度範囲に優先的に放射される。放射はこのように方向依存性を示す。図２の例図によれば、表面法線と放射の方向との間の角度が増加すると共に、強度は減少し、ＬＥＤの基材表面の平面内にある方向（９０°〜２７０°）で強度の最小値に達する。発光材料粒子によって放射された黄色光の強度（点線の曲線）は、実際には方向依存性を示さない。よって、この放射は実質的に均一又は等方的である。

青色光もまた発光材料粒子である程度まで散乱させられるが、原則として、この散乱の影響は青色光の方向依存性を取り除くために十分ではない。

図３には複数の拡散粒子を含むボリューム内での散乱挙動が概略的に示されている。拡散粒子１１０は成形材料１１２中に埋め込まれ、分布している。拡散粒子を除いて、成形材料１１２は（図示されていない）発光材料粒子を含んでいる。

図４には個々の拡散粒子における散乱放射の発生が概略的に表されている。幾何光学の近似との関連で、散乱挙動は粒子に入射するビームの屈折過程によって説明することができる。したがって、ビームは、一方で拡散粒子の屈折率と他方で周囲の屈折率との差（拡散粒子：ｎ_２、周囲：ｎ_１）に起因して、粒子表面を通過する際に屈折させられる。（これに関連して、幾何光学は、拡散粒子が入射放射線の波長より実質的に大きい場合の散乱についての説明に限り適していることが考慮されるべきである。波長とほぼ同じ大きさであるか、又は、波長より小さい拡散粒子の場合、幾何光学表現からの逸脱が予期されるべきである。）

対応する発光装置は米国特許第６，６５３，７６５Ｂ１号から公知である。この文献では、拡散粒子は、好ましくは、１．２より大きく、又は、特に好ましくは、１．４６より大きい屈折率を有するべきであることが指摘されている。さらに、拡散粒子が吸収する光はできる限り少ないことが必要である。その上に、拡散粒子の散乱挙動は散乱粒子のサイズ及び形状に依存する。拡散粒子は、好ましくは、散乱されるべき放射線の波長と同じオーダーの範囲内のサイズを有するべきである。形状に関して、粒子は不規則な表面をもつことが好ましい。拡散粒子の材料として、ガラスと、石英と、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）及びイットリウム（Ｙ）のような希土類の酸化物とが挙げられる。酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が好ましい。

さらに、別の層に発光材料粒子を設けることはこの文献から公知である。この層は、実質的に平面状であり、均一な厚さを有する。この層によって、ＬＥＤから出たビームが発光材料粒子に入射する確率が角度Θの増加と共に増加する。このように、発光材料粒子の層による吸収は、方向依存性であり、その結果、装置を観察するときの色の印象もまた方向依存性である。

米国特許第６，８４１，９３３Ｂ２号から、発光材料がシリコーンビードに包まれ、シリコーンビードがＬＥＤの一面でエポキシ樹脂により構成された成形材料中に配置され分布している対応する装置が公知である。成形材料は、拡散光の増強のための「拡散物質」を含有することがあり、そのため、拡散物質の材料として、酸化チタン、窒化チタン、窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、又は、チタン酸バリウムが挙げられる。発光材料として、様々な有機物質と同様に様々な無機物質が利用され得る。

米国特許第６，０６９，４４０号から、樹脂で作られた成形材料は、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、又は、酸化珪素でもよい分散物質を含有することが公知である。発光材料は、Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍの群のうちの少なくとも１つの元素、及び、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの群のうちの少なくとも１つの元素を含み、セリウムを用いて活性化され、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ又はＧｄ_３Ｉｎ_３：Ｃｅを含むことがある。

米国特許第６，９３６，８６２Ｂ１号から、発光材料粒子及び拡散粒子を、鋳塊中にできる限り均一な発光材料粒子及び拡散粒子の分布を実現し易くするために互いに結合した発光材料粒子及び拡散粒子で構成されている粒子として作ることが公知である。拡散粒子は、０＜ｔ＜５、０＜ｕ＜１５、０＜ｖ＜９として、（Ｙ，Ｃｅ，ＴＢ，Ｇｄ，Ｓｃ）_{３＋ｔ＋ｕ}（Ａｌ，Ｇａ，ＴｌＢ）_{５＋ｕ＋２ｖ}（Ｏ，Ｓ，Ｓｅ）_{１２＋２ｔ＋３ｕ＋３ｖ}（Ｃｅ，Ｔｂ）という群からの金属の酸化物、硫黄成分、又は、セレン成分を含有する。

上記の従来技術では、拡散粒子の品質クラス及び純度に関して特に高い要件が適用されるという問題がある。ＬＥＤによって放射された対応する放射の吸収が明らかにできるだけ少ないか、又は、全くないという吸収特性に関して適当である対応する拡散粒子の製造は、特に困難である。

本発明は、より簡単に製造される対応した装置を示すという目的に基づいている。

この目的は、本発明によれば、独立請求項の特徴事項によって達成される。従属請求項は、本発明の主要な概念を特に有利な態様でさらに発展させる。

本発明によれば、半導体を含む放射線放出素子を有する発光装置が提供される。放射線放出素子は、例えば、青色光又はある特定の波長領域の光、及び／又は、紫外線などを放出するＬＥＤでもよい。さらに、この装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放つことができる発光材料を有する。発光材料は、例えば、黄色光を放つ発光材料粒子でもよい。発光材料は、例えば、樹脂製の、例えば、鋳物材料（英語：ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ（カプセル化材料））に埋め込まれた蛍光粒子の形で存在することがある。その上に、この装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を散乱させることができる拡散粒子を有する。その結果、拡散粒子は、非活性化発光材料である。

上記の点から、散乱が、特に放射線放出素子から直接的に発生する放射線成分、例えば、ＬＥＤから発生する放射線成分に対して重要であることは、まさにこの放射線成分が原則として低減されるべき方向依存性を有するので、明瞭である。

非活性化発光材料は、特に、青色波長領域において、光を全く吸収しないか、又は、こぐ僅かな量の光だけを吸収する。その上に、非活性化材料は、対応する活性化発光材料と同じ高い安定性を有するか、又は、対応する活性化発光材料より一層高い安定性を有する。さらに、非活性化発光材料は、実際的にあらゆる望ましい粒子サイズ分布で製造され得る。その上に、非活性化発光材料は比較的高い屈折率を有するので、一方で発光材料の屈折率と他方で鋳物材料の屈折率との間に比較的大きい差が一般に実現され得る。これらの特性によって、ある特定の効率をもつ対応する装置の製造は、従来技術より実質的に簡単化される。

本発明によれば、散乱された放射線成分の最適調整のため、望ましいサイズ分布の非活性化発光材料の拡散粒子を簡単な方法で加えることが可能である。

拡散粒子は、例えば、樹脂又はゴム状材料、例えば、シリコーンの鋳塊の層に添加され、分布させられ、それによって、鋳塊は、拡散粒子とは異なる屈折率を有する（散乱効果のため有する必要がある）。鋳塊は、例えば、カバー層として直接的にＬＥＤを被覆可能である。発光材料は、鋳塊に分布した粒子の形で存在することもある。

拡散粒子を構成する材料は、発光材料を構成する材料と同じ化学的クラスである方が有利である。

好ましくは、拡散粒子は、少なくとも部分的に、非活性化アルミン酸塩、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネットＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）により、非活性化アルカリ土類オルト珪酸塩Ｂａ_{２−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＣａ_ｙＳｉＯ_４により、非活性化没食子酸塩（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）（Ｇａ，Ａｌ）_２Ｓ_４により、非活性化アルカリ希土類硫化物（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓにより、非活性化窒化物（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８により、非活性化酸窒化物珪酸塩（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５−ａ（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ａＮ_８−ａＯ_ａにより、又は、その他の非活性化塩基性グリッド（ホウ酸塩、リン酸塩など）により構成される。特に、発光材料粒子の塩基性グリッドタイプは拡散粒子の塩基性グリッドタイプと同一であるとしてもよい。

拡散粒子は少なくとも部分的にフォトニック結晶である方が有利である。

装置内の拡散粒子の分布は、拡散粒子の分布密度がＬＥＤからの距離の増加に伴って減少する勾配を有する方が有利である。発光材料粒子の分布は、発光材料粒子の分布密度がＬＥＤからの距離の増加に伴って装置の領域内で増加する勾配を有する方が有利である。このようにして、ＬＥＤによって放射された放射線、したがって、例えば、放射された青色光が、発光材料粒子によって別の波長の放射線に部分的に変化させられる前に優先的に最初に散乱させられることが達成される可能性がある。これによって、ＬＥＤによって放射された放射線の方向依存性は特に効果的に低減され得る。

２層の別々の層が対応してさらに設けられることがあり、それによって、ＬＥＤのより近くに位置している方の層だけに拡散粒子が設けられ、ＬＥＤからより遠ざけられている方の層だけに発光材料粒子が設けられている。

拡散粒子は約１〜約４０μｍの径を有する点が有利である。これによって、拡散粒子の個数は、（平均）拡散粒子サイズに応じて選択され得る点が有利である。（平均）拡散粒子サイズが小さいほど、より多くの個数の拡散粒子が選択され得る。このことは、所与のボリューム内で対応してより多数回の散乱事象を引き起こし、対応して増強された散乱効果をもたらすので有利である。

特に有利であるのは、約２〜約３０μｍの拡散粒子のサイズ分布である。分布は、最大値、例えば、約５から６μｍを有することがある。これは図６に概略的に表されている。

拡散粒子は曲面を有する方が有利である。拡散粒子は、例えば、実質的にほぼ球形でもよい。それによって、曲面は、多数の小さい平面により構成されることがあり得る。これに対して、例えば、板状又は立方体状の粒子などの場合のように、平面平行面を含む形状はあまり適当でない。

拡散粒子の個数は発光材料粒子の個数と同数か若しくはそれ以下である方が有利である。例えば、バリウムストロンチウムオルト珪酸塩の拡散粒子及び発光粒子の場合に、約２部の発光材料粒子と１部の拡散粒子の比率が与えられることがある。

鋳物材料（又はマトリクス材料）として、シリコーン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、又は、ポリウレタンが供与され得る点が有利である。

本発明の別の態様によれば、半導体を含む放射線放出素子を有する発光装置が提供される。さらに、この装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放つことができる発光材料を有する。その上に、この装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を散乱させることができる拡散粒子を有する。拡散粒子は、発光材料と同じ塩基性材料で構成され、その結果、拡散粒子の材料は非活性化状態である。

本発明のさらに別の態様によれば、半導体を含む放射線放出素子を有する発光装置が提供される。さらに、この装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放射することができる発光材料を有する。それによって、装置からの光が放射される放射方向にある程度（立体角）の範囲が与えられる。その結果、発光材料は、発光材料の中を通る吸収経路長が放射方向に実質的に依存しないように配置されている。

したがって、放射線放出素子、又は、放射線放出素子の中心は、放射方向の基準点として理解されるべきである。与えられた放射方向は、例えば、単純にＬＥＤの表面法線の周りに対称的に広がる半空間となるかもしれない。しかし、より小さい空間角領域もまた与えられた放射方向に対し考えられる。

例えば、発光材料は、例えば、層内に均一に配置されている発光材料粒子の形で存在することがあり、そのために、層の幾何学的な形は、層を通る幾何学的な経路長がすべての放射方向で実質的に同一に見えるように選択される。このことは、例えば、ＬＥＤの上に配置され、平面的な裏面とおおよそ凸状に形成された表面とを有する発光材料粒子の層によって実現される。

発光材料は２つの（仮想的な）同心球面の間の空間にある装置内に配置される点が有利である。これによって、発光材料による吸収がすべての放射方向で均一に行われることが特に簡単な方法で可能になる。これによって、全体的に特に一様な色の印象、又は、より一般的に説明すると「視覚的印象」、つまり、例えば、装置によって放出された光の「白い印象」を得ることができる。球面の間の空間は、当然ながら、発光材料で完全に充填される必要はない。発光材料が配置されるべき決定的なボリュームは、むしろ、望ましい放射方向を含む球面の間の領域に制限される。この空間は、例えば、ＬＥＤから放射方向に広がる半空間によって与えられ得る。よって、この場合に、発光材料は２つの同心状の半球面内に配置され得る。

球面の中心が放射線放出素子に、したがって、例えば、ＬＥＤに、さらに、例えば、放射線放出素子の（幾何学的）中心に配置できる点が有利である。発光材料は、それによって、例えば、放射線放出素子から放射方向に広がる半空間内の２つの同心円状の球面の間に配置され得る点が有利である。この半空間は、例えば、ＬＥＤの主要な放出面の表面法線の方向に広がる半空間でもよい。したがって、発光材料が、発光材料で充填されたボリューム内に均一に配置され分布している発光材料粒子の形で存在する点が有利である。

発光材料は、例えば、放射線放出素子に関して、鋳塊によって位置が固定されている発光材料粒子の形で与えられることがある。その上に、装置は、放射線放出素子によって放射された放射線の一部を散乱させることができる拡散粒子を有することが可能である。拡散粒子は放射線放出素子と内側球面との間の空間に設けられてもよい。妥当であるならば、拡散粒子と、同様に発光材料粒子とがそれぞれ均一に分布している方が有利である。

さらに、発光材料が２つの球面の間の空間の外側で装置に設けられていない方が有利である。

本発明のなおさらに別の態様によれば、特に、装置の放射線放出素子、例えば、ＬＥＤによって放射された放射線の散乱のための発光装置における非活性化発光材料の使用が提供される。発光材料は、放射方向のゾーンに配置され分布している粒子の形で設けられる方が有利である。

さらなる特徴事項、利点及び特性は、例示的な実施形態の詳細な説明を参照し、添付図面中の図を参照して説明する。

図１は発光装置１を示している。この装置は、放射線放出素子として、半導体を含んでいる発光ダイオード（ＬＥＤ）２を有する。ＬＥＤ２は、例えば、説明図を参照すると、青色光を、上向きに放射する。ＬＥＤの活性化のため必要な電気部品は、本発明に直接的な関係がないので、本書中で全く説明されていない。この点に関して、従来技術に注意が向けられる。

さらに、装置１は、蛍光粒子３の形で発光材料を有する。蛍光粒子３は、発光材料粒子とも呼ばれるが、ＬＥＤ２によって放出された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長と異なる波長をもつ光を放射する能力がある。発光材料粒子３によって放射された放射線は、例えば、黄色光である可能性がある。ＬＥＤ２によって放たれ、蛍光粒子３によって吸収される放射線の場合に、少なくとも部分的に紫外線が含まれることもある。

さらに、本発明の装置１は、ＬＥＤ２によって放射された放射線の一部を散乱させる能力がある拡散粒子４を有する。拡散粒子４は非活性化発光材料で構成されている。

この例示的な実施形態によれば、蛍光粒子３と拡散粒子４の両方が、例えば、樹脂でもよい成形材料５、すなわち、「鋳物材料」中に分布している。好ましい鋳物材料は、シリコーン、ＰＭＭＡ、エポキシ樹脂、又は、ポリウレタンである。成形材料５は、底の中央にＬＥＤ２が位置しているカップ形状の凹部６に充填される。拡散粒子４は、この例示的な実施形態によれば、蛍光粒子３と同じ塩基性材料で構成されているが、拡散粒子４の材料は非活性化状態である。これによって、拡散粒子４は、実質的に、特に効果的に散乱させるという特性を有している。

この例示的な実施形態によれば、拡散粒子４は、非活性化バリウムストロンチウムオルト珪酸塩（ＢａＳｒＳｉＯ_４）、又は、非活性化ＹＡＧにより構成されている。発光材料粒子３は、同じ材料で構成されているが、発光材料粒子４の材料が、例えば、ユウロピウムイオンの混入によって活性化されている点で異なる。

この材料の使用により、拡散粒子４は、実際的にあらゆる望ましいサイズ分布で製造することが可能である。図１を参照して、装置１を上向きに出る散乱成分を増加させるため、成形材料５中の拡散粒子４の分布密度は、例えば、単純に対応して増加させられ得る（そして、対応して逆にされる）。

拡散粒子４は実質的に球形である。拡散粒子の径は、約２から３０μｍの範囲に入る。したがって、拡散粒子のサイズ分布は、具体的には、約５〜６μｍに最大値を有する。このようなサイズ分布は図６に概略的に例示されている。

成形材料５中の拡散粒子４の分布は（空間的に見て）均一にすることが可能である。しかし、ＬＥＤ２の直ぐ近くにある拡散粒子４が成形材料５のより高いエリア、すなわち、ＬＥＤの表面からさらに離れているエリアより高い密度で設けられる方が有利であることもある。したがって、例えば、拡散粒子４がＬＥＤ２の直ぐ近くに設けられ、一方、蛍光粒子３が成形材料５の他の領域に、例えば、（図１を参照して）成形材料５の上側半分に設けられることもある。この場合に、ＬＥＤ２によって放射された光は、蛍光粒子３を含む領域と接触する前に、最初は主として、すべての方向で拡散粒子４によって多少広く分布させられる。このため、ＬＥＤ２の（青色）放射の順方向ピークが特に効率的に低減され、装置１の放射の全体的なより均一な角度分布が実現される。

図７には、第２の例示的な実施形態による装置１２０が示されている。この場合に、拡散粒子４と（詳細に示されていない）発光材料粒子３とが空間的に分離されている。ＬＥＤ２は、拡散粒子４が空間的に均一に配置され分布している鋳塊から形成された第１の層８によって被覆されている。拡散粒子４は、この例示的な実施形態によれば、例えば、シリカゲル（珪酸ゲル）で構成することが可能である。よって、第１の層８は散乱層を表している。

第１の層８はＬＥＤ２の直ぐ上に存在する。（説明図を参照して）上方に向いている第１の層８の表面１０はドーム形状をしている。この境界表面１０は、球面の一部の形状、具体的には、ほぼ半球面を有する。

第１の層８には、発光材料粒子３が鋳塊内に均一に配置されている第２の層９が直ぐに接している。第２の層９は、第１の層８の屈折率と類似した屈折率を有するポリマーで構成されることがある。

第２の層９の発光材料粒子３は、いわば、少なくとも部分的に、ＬＥＤ２によって放たれ、第２の層９に入射する放射線の波長を変化させる。例えば、黄色光は、発光材料粒子３における蛍光によって、ＬＥＤ２により放射された青色光から生じる。したがって、（波長）変換層９と呼ばれることもある。

第２の層９の上方外向きに向けられた表面１１も同様にドーム形状である。よって、この表面１１もやはり同様の球状の部分であり、２つの層８と９との間の境界表面１０と同心状である。

ＬＥＤ２は、平面７に形成されたカップ形状の凹部６に配置されている。この例示的な実施形態によれば、凹部６は、（説明図を参照して）ＬＥＤ２の垂直方向の広がり（高さ）のおよそ半分の深さがあるので、ＬＥＤ２の幾何学的な中点は、おおよそ周囲の表面７によって定められた平面内に存在する。

第１の層８の表面１０は、周囲の平面７で凹部６のエッジとほぼ接している。よって、凹部６の径は第１の層８の径とほぼ同じである。

よって、２つの表面１０及び１１は同心円状に配置され、これらの２つの球部の表面１０、１１の中点はＬＥＤ２の中心に存在する。

ＬＥＤ２によって放射された放射線は、第１の層８において拡散粒子４で部分的に散乱させられる。これによって、この放射線成分の強度の方向依存性が顕著に弱められ、この放射線の伝播方向に関して実質的に「より均一」又は「より等方的」である放射線が現れる。

凹部６はＬＥＤ２によって放射された放射線を完全に又は部分的に反射してもよい。この場合に、放射線は一般的に凹部６の底領域又はエッジ領域において反射することにもなる。

概略的には、このことから、層８から出て境界表面１０に入射する放射線は、事実上、全く優先方向を持たないか、又は、拡散粒子がない場合より少なくとも実質的に方向依存性が少ないということがもたらされる。第２の層９は均一な半径方向の層厚を有し、発光材料粒子３はこの層９中に均一に分布しているので、変換層９において生じる吸収もまた、（表面７を取り囲む平面付近において起こり得るエッジ効果を除いて）第１の層８から出る放射線が第２の層９に入射する場所に依存しない。したがって、吸収経路長は、放射線の入射点に実質的に依存しない。このようにして、発光材料層を設けることにより、装置１２０によって外側へ放たれる光に方向依存性が与えられることが避けられる。

概略的には、この仕組みによって、装置１２０から出る放射線は、装置１２０の表面を表すこともある外側球面１１の実質的にすべての場所において、主に垂直方向外向きに向けられる。このことは、図７において矢印によって概略が示されている。このようにして、装置１２０の放射特性の「均一性」が高められ得る。（例えば、スクリーン上の）遠視野領域もまた、これによって、特に均一に構成され得る。

製造のため、非活性化材料の拡散粒子と活性化材料の発光材料粒子は、望ましい比率、例えば、１：２の比率で混合され、鋳物材料に加えられてもよい。この混合物は、その後に鋳造されるか、又は、そうでなければ、例えば、ＬＥＤにそのまま塗布され得る。

したがって、本発明の利点は、以下の通り要約される。

・本装置は比較的簡単かつ経済的に製造される。

・この装置によって、より均一な、例えば、あらゆる可能な視野方向に亘って比較的均一であるより白い光の印象がもたらされる。

・拡散粒子は任意の望ましいサイズ分布で製造され得るので、散乱光の成分の微調整が行われ得る。

本発明による発光装置の略断面図である。 ＬＥＤによって放射された放射線及び蛍光粒子によって放射された放射線の典型的な分布パターンを表す図である。 ボリューム中の拡散粒子での放射線の散乱の基本的な略図である。 個別の拡散粒子における光屈折による散乱の基本的な略図である。 従来技術による発光装置の略断面図である。 拡散粒子の概略的に表現されたサイズ分布関数を表す図である。 本発明の別の例示的な実施形態の概略図である。

符号の説明

１…発光装置、２…ＬＥＤ、３…蛍光粒子、４…拡散粒子、５…成形材料、６…カップ形状の凹部、７…表面、８…第１の層、９…第２の層、１０…第１の層の上向き表面、１１…第２の層の上向き表面、１００…従来技術による装置、１０１…ＬＥＤ（従来技術）、１０２…成形材料（従来技術）、１０３…マウント部、１１０…拡散粒子、１１２…成形材料、１２０…第２の例示的な実施形態による装置

Claims (20)

1. 半導体（２）を含む放射線放出素子と、
   前記放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放射する発光材料（３）と、
   前記放射線放出素子によって放射された放射線の一部を散乱させる能力のある拡散粒子（４）と、
   を有する発光装置（１）において、
   前記拡散粒子（４）が非活性化発光材料であることを特徴とする発光装置。
2. 前記拡散粒子（４）を構成している材料が前記発光材料（３）を構成している材料と同じ化学的クラスであることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記拡散粒子（４）が少なくとも部分的に非活性化ＹＡＧにより構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記拡散粒子（４）が少なくとも部分的に非活性化ＢａＳｒＳｉＯ_４により構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記拡散粒子（４）が少なくとも部分的にフォトニック結晶であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記拡散粒子（４）の分布密度がＬＥＤ（２）からの距離の増加に伴って減少するように前記装置（１）内の前記拡散粒子（４）の分布が勾配を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記発光材料（３）が粒子の形で存在し、前記装置（１）の領域内で発光材料粒子（３）の分布密度が前記ＬＥＤ２からの距離の増加に伴って増加するように前記発光材料粒子の分布が勾配を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記拡散粒子（４）が約１〜約４０μｍの径を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記拡散粒子（４）が実質的に球形であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 前記発光材料（３）が粒子の形で存在し、前記拡散粒子（４）の個数が前記発光材料（３）の粒子の個数以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記拡散粒子（４）及び／又は前記発光材料が鋳物材料に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光装置。
12. 前記鋳物材料が、シリコーン、ＰＭＭＡ、エポキシ樹脂、又は、ポリウレタンであることを特徴とする、請求項１１に記載の発光装置。
13. 半導体（２）を含む放射線放出素子と、
    前記放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放射する発光材料（３）と、
    前記放射線放出素子によって放射された放射線の一部を散乱させる拡散粒子（４）、及び／又は、前記発光材料（３）によって放射された光の一部を散乱させる拡散粒子（４）と、
    を有する発光装置（１）であって、
    前記拡散粒子（４）が前記発光材料（３）と同じ塩基性材料で作られ、前記拡散粒子（４）の材料が非活性化状態であることを特徴とする、発光装置。
14. 半導体（２）を含む放射線放出素子と、
    前記放射線放出素子によって放射された放射線の一部を吸収し、吸収された放射線の波長とは異なる波長をもつ光を放射する発光材料（３）と、
    を有し、装置の光が放射される放射方向にある程度の範囲が与えられている発光装置（１）であって、
    前記発光材料（３）の中を通る吸収経路長が前記放射方向に実質的に依存しないように前記発光材料（３）が配置されていることを特徴とする、発光装置。
15. 前記発光材料（３）が２つの同心円状の球面（１０，１１）、特に、半球面の内部に配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の発光装置。
16. 前記球面（１０，１１）の中心が前記放射線放出素子にあることを特徴とする、請求項１５に記載の発光装置。
17. 前記２つの球面（１０，１１）の間の空間の外側で前記装置に発光材料（３）が配置されていないことを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の発光装置。
18. 拡散粒子（４）が前記放射線放出素子と内側の球面（１０）との間に広がる空間に配置されていることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の発光装置。
19. 発光装置（１）における非活性化発光材料の使用。
20. 前記発光装置（１）が放射線放出素子として半導体（２）を有することを特徴とする、請求項１９に記載の使用。

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