(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および前記上面と反対側の下面を有し、前記上面から前記下面に貫通する複数のスルーホールを含む回路基板と、
前記回路基板の前記上面に取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオードと、
前記回路基板の前記下面上の互いに隣接する第１熱接触領域群と、
前記回路基板の前記上面上にあり、前記発光ダイオードに隣接して露出し、互いに隣接する第２熱接触領域群と、
前記回路基板の前記下面上の前記第１熱接触領域群に熱的に結合され、前記回路基板への電気的接続のための孔を有する第１ヒートシンクと、
前記回路基板の前記上面上の前記第２熱接触領域群に熱的に結合され、上側面及び底面並びに前記上側面から前記底面に延びる開口部を有し、前記開口部の内面に反射性側壁が設けられ、前記少なくとも１つの発光ダイオードから発せられた光が前記開口部を通過するように、前記回路基板及び前記少なくとも１つの発光ダイオードに対して配置される第２ヒートシンクと、
前記第２ヒートシンクに取付けられ、前記開口部を覆う窓と、
前記開口部の内部の反射性側壁の第１の領域を覆う第１波長変換物質と、
前記窓を覆う第２波長変換物質とを含み、
前記第１波長変換物質及び第２波長変換物質は互いに異なり、前記少なくとも１つの発光ダイオード、前記第１波長変換物質及び前記第２波長変換物質は、前記窓から発せられる光が所望の色度を持つように協働することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第２ヒートシンクの上面に結合されたリフレクタを更に含み、
前記リフレクタは、前記第２ヒートシンクの前記開口部と整列した入口ポートを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
リフレクタを更に含み、前記リフレクタは、前記第２ヒートシンクと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
発光ダイオード照明装置であって、
上面、前記上面の反対側の下面、前記下面上の互いに隣接する複数の第１熱接触領域、及び前記上面上の互いに隣接する複数の第２熱接触領域を有し、前記上面から前記下面へ貫通する複数のスルーホールを含む回路基板と、
前記回路基板の前記上面に取り付けられた少なくとも１つの発光ダイオードと、
前記回路基板の前記下面上の前記第１熱接触領域に熱的に結合された第１ヒートシンクと、
上側面、底面、及び前記上側面及び前記底面を連通する開口部を備え、前記第１ヒートシンクに連結されて前記第１ヒートシンクとの間に前記回路基板を保持するように、前記回路基板の前記上面上の前記第２熱接触領域に熱的に結合され、前記開口部の内面に反射性側壁が設けられ、前記少なくとも１つの発光ダイオードから発せられた光が前記開口部を通過するように、前記回路基板及び前記少なくとも１つの発光ダイオードに対して配置される第２ヒートシンクと、
前記第２ヒートシンクに取付けられ、前記開口部を覆う窓と、
前記開口部の内部の反射性側壁の第１の領域を覆う第１波長変換物質と、
前記窓を覆う第２波長変換物質とを含み、
前記第１波長変換物質及び第２波長変換物質は互いに異なり、前記少なくとも１つの発光ダイオード、前記第１波長変換物質及び前記第２波長変換物質は、前記窓から発せられる光が所望の色度を持つように協働することを特徴とする装置。
【請求項５】
前記開口部の内部に前記反射性側壁を設けるために、前記開口部の内部に取付けられる反射性側壁挿入体を更に含むことを特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオード照明装置。
【請求項６】
前記挿入体に結合された窓を更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の発光ダイオード照明装置。
【請求項７】
前記窓上に波長変換物質層を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード照明装置。
【請求項８】
前記開口部の前記反射性側壁に設けられ前記第１領域と異なる第２領域を覆う第３波長変換物質を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード照明装置。
【請求項９】
前記第２ヒートシンクの前記上側面に結合されたリフレクタを更に含み、
前記リフレクタは、前記第２ヒートシンクの前記開口部と整列した入口ポートを有することを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に係り、詳しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤチップは、寿命が温度に大きく関係するため、最大温度が制限されている。そのため、発光ダイオード素子から生じる光の出力レベルまたは光束は制限され、発光ダイオードを一般的な照明として使用することは制限されている。ＬＥＤチップの温度は、システムの冷却能力および装置のエネルギー効率（入力される電気エネルギーに対して、ＬＥＤおよびＬＥＤシステムから発生する光エネルギーの割合）によって決定されている。また、ＬＥＤを用いた照明装置は、色度が不安定であり、色品質が低いという問題がある。色度は、照明装置の各部分において変化するとともに、時間によっても変化し、不安定である。ＬＥＤ光源が発生するスペクトルは、エネルギーをほとんど有さない領域にあるため、色品質が低くなっている。ＬＥＤを用いた照明装置は、空間およびまたは角度に応じて色が変化する。また、光源の色度を維持するために、色調整のための電子回路およびまたはセンサを必要とする点や、装置に要求される色およびまたは光束を満たすＬＥＤを選別する必要がある点から、ＬＥＤを用いた照明装置は高額となる。
【０００３】
したがって、発光ダイオードを光源として用いる照明装置では、改良が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発光装置は、周囲の側壁によって形成された光混合孔の内部の複数の発光ダイオードを用いて作成されている。ある実施形態では、連続した円形または楕円形の側壁が使用される。また、不連続の多角形形態として複数の側壁が使用されてもよい。側壁は、側壁下部に近接した（すなわち、ＬＥＤに近接した）断面領域（断面積）が、側壁上部に近接した（すなわち、出力ポートに近接した）断面領域（断面積）より大きくなるように、傾斜している。側壁は、周囲のヒートシンクの一部として一体的に形成されてもよく、ヒートシンクの孔内に配置される挿入体であってもよい。反射性側壁は、拡散物質が被覆されてもよく、およびまたは１つ以上の蛍光体が被覆されてもよい。ある実施形態では、異なる種類の波長変換物質（例えば、蛍光体）が孔の異なる部分に配置されている。例えば、側壁上または中央リフレクタ上に、複数の蛍光体を用いてパターンを形成してもよい。また、１つ以上の蛍光体が、照明装置の出力ポートを覆う窓上に配置されてもよい。また、複数の発光ダイオードの間の領域は、部分的または全体的に少なくとも１つの蛍光体によって覆われてよく、ＬＥＤ上のレンズは蛍光体の薄膜層によって覆われてよい。更に、発光ダイオードは、基板上の光軸を中心とした回転対称位置に配置されてよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ある実施形態に係る光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置の斜視図
【図２】ある実施形態に係る光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置の斜視図
【図３】照明装置の分解斜視図
【図４Ａ】ある実施形態に係る複数のヒートシンクを用いた照明装置の斜視図
【図４Ｂ】ある実施形態に係る複数のヒートシンクを用いた照明装置の断面図
【図５】他の実施形態に係る多数のＬＥＤおよび多角形状の側壁を用いた固体素子照明装置の分解斜視図
【図６】ダウンライト形態や他の類似形態（作業照明としてのスポットランプ）への照明装置の適用例を側方から見た斜視図
【図７Ａ】照明装置のＬＥＤの配置パターンを示す図
【図７Ｂ】照明装置のＬＥＤの配置パターンを示す図
【図７Ｃ】照明装置のＬＥＤの配置パターンを示す図
【図８Ａ】照明装置に使用されるＬＥＤ基板の平面図
【図８Ｂ】照明装置に使用されるＬＥＤ基板の平面図
【図８Ｃ】照明装置に使用されるＬＥＤ基板の平面図
【図９Ａ】他の実施形態に係る照明装置の斜視図
【図９Ｂ】他の実施形態に係る照明装置の平面図
【図１０Ａ】他の実施形態に係る照明装置を上方から見た斜視図
【図１０Ｂ】他の実施形態に係る照明装置を下方から見た斜視図
【図１０Ｃ】図１０Ａに示す照明装置に似た他の実施形態に係る照明装置を上方から見た斜視図
【図１１Ａ】図１０Ａおよび図１０Ｂに示す照明装置の側面図
【図１１Ｂ】図１０Ａおよび図１０Ｂに示す照明装置の平面図
【図１２】リフレクタおよび基板の下面に熱的に結合された付加的なヒートシンクを有する照明装置２００を下方から見た斜視図
【図１３】図１１Ａおよび図１１Ｂに示す照明装置を部分的に破断して示す斜視図
【図１４Ａ】他の実施形態に係る照明装置の斜視図
【図１４Ｂ】他の実施形態に係る照明装置の斜視図
【図１４Ｃ】他の実施形態に係る照明装置の斜視図
【図１５Ａ】孔内に異なる種類の蛍光体（例えば、赤色蛍光体および緑色蛍光体）のパターンを備えた側壁の斜視図
【図１５Ｂ】孔内に異なる種類の蛍光体（例えば、赤色蛍光体および緑色蛍光体）のパターンを備えた側壁の斜視図
【図１６】他の実施形態に係るリフレクタ群を備えた照明装置の斜視図
【図１７】大きな照明装置を形成するために互いに配列された複数の照明装置の斜視図
【図１８】六角形状のリフレクタを備えた照明装置を一部破断して示す斜視図
【図１９Ａ】他の実施形態に係る照明装置の断面図
【図１９Ｂ】他の実施形態に係る照明装置の平面図
【図１９Ｃ】他の実施形態に係る照明装置の平面図
【図２０Ａ】照明装置に使用される窓の形態を示す断面図
【図２０Ｂ】照明装置に使用される窓の形態を示す断面図
【図２０Ｃ】照明装置に使用される窓の形態を示す断面図
【図２０Ｄ】照明装置に使用される窓の形態を示す断面図
【図２１】蛍光体のパターン化層に覆われた窓の底面図
【図２２Ａ】照明装置の上部に配置されたリフレクタの孔の大きさがビーム角に与える効果を示す図
【図２２Ｂ】照明装置の上部に配置されたリフレクタの孔の大きさがビーム角に与える効果を示す図
【図２３】所望の色度を発生させるために電気的に制御可能な照明装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１および図２は、実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置１００の斜視図であり、図２は、ＬＥＤ照明装置１００の内部を示すために一部破断して示す斜視図である。ここでのＬＥＤ素子は、単一のＬＥＤではなく、１つ以上のＬＥＤダイまたはＬＥＤパッケージを備えたＬＥＤ基板を含むＬＥＤ光源または照明、または、それらの一部分である。図３は、ＬＥＤ照明装置１００の分解斜視図である。図４Ａおよび４Ｂは、複数のヒートシンクが使用されたＬＥＤ照明装置１００の斜視図および断面図である。ＬＥＤ照明装置１００は、熱拡散器またはヒートシンク１３０（図３、４Ａ、４Ｂ参照）に取り付けられた、または結合されたＬＥＤ基板１０４上に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２のような固体発光要素を１つ以上含んでいる。基板１０４は、基板１０４の上面に取り付けられた反射性の上面または反射板１０６を含んでいる。反射板１０６は、高い熱伝導性を有する材料から形成されてよく、基板１０４と熱接触した状態で設けられてよい。ＬＥＤ装置１００は、基板１０４に結合された反射性側壁１１０を更に含む。側壁１１０および反射板１０６を備えた基板１０４は、ＬＥＤ照明装置１００に孔１０１を画成する。ＬＥＤ１０２から生じた光は、出力ポート１２０を通って外部へと出るまでに孔１０１内で反射される。光の一部は、孔内で吸収される。出力ポート１２０から出る前の孔１０１内での反射は、光を混合し、ＬＥＤ照明装置１００から放射された光の分布をより均一にする効果がある。
【０００７】
反射性側壁１１０は、高反射性および高耐久性を有するアルミニウムをベースとした材料のような高い熱伝導性を有する材料から形成されてよい。一例として、Miro(R)（Alanod（ドイツ）が製造）のような材料が側壁１１０として用いられる。アルミニウムの研磨や、側壁１１０の内面を１つ以上の反射性コーティングで被覆することによって、側壁１１０の反射性を高めることができる。図４に示すように、側壁１１０の反射性表面は、ヒートシンクの内部に分離した（別体としての）挿入体を配置することによって構成してもよい。挿入体は高い反射性を有する材料から形成されている。例えば、側壁は、上部または下部に挿入体より大きな開孔を有しており、挿入体は、側壁１１０を基板１０６に取り付ける前に、上方または下方からヒートシンクの内部に挿入される。側壁１１０の内部は、鏡面反射または拡散反射するものであってよい。高鏡面反射コーティングは、例えば銀層を酸化から保護するための透過層を備えた銀鏡である。高拡散反射コーティングの例は、二酸化チタン（TiO2）、酸化亜鉛（ZnO）、硫酸バリウム（BaSO4）粒子、またはそれらの組み合わせを含んだコーティングである。ある実施形態では、孔１０１の側壁１１０は、二酸化チタン（TiO2）、酸化亜鉛（ZnO）、硫酸バリウム（BaSO4）粒子またはそれらの組み合わせを含んだ白色塗料のベース層で被覆されてもよい。蛍光体、または発光染料のような波長変換物質を含む保護層が用いられてもよい。例として、使用される蛍光体は、Y3Al5O12:Ce、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Euを含む。また、蛍光体材料は、ベースコートなしで、側壁に直接に塗布されてもよい。
【０００８】
反射性側壁１１０は、光が照明装置１００から出る際に通過する出力ポート１２０を画成してもよい。他の実施形態では、図３に破線で示すように、反射性側壁１１０の上部に取り付けられた反射性上部１２１が、出力ポート１２０を画成してもよい。出力ポート１２０は、窓１２２を含んでよい。窓１２０は、透明または光が通過する際に散乱させるべく半透明であってよい。窓１２２は、例えば、TiO2、ZnO、BaSO4、または可視スペクトルの全域にわたって吸収性が低い他の材料から作成された散乱粒子を含むアクリル材料から製造されてよい。他の実施形態では、窓１２２は、一面または両面に微細構造が形成された透明または半透明のプレートであってよい。例として、微細構造は、レンズレットアレイまたはホログラフィック微細構造であってよい。また、窓１２２は、硬度（引っかき抵抗）および高熱伝導性において利点がある結晶形態（サファイア）またはセラミック形態（アルミナ）のAlO2から製造され得る。窓の厚さは、例えば０．５〜１．５ｍｍであってよい。必要であれば、窓は、拡散特性を有してもよい。グラインド研磨されたサファイアディスクは、研磨しなくても高い光拡散特性を有している。また、拡散窓は、サンドブラスタ（砂またはビーズ）処理された窓や、成形中に散乱粒子を材料中に拡散させることによって、または成形体の表面処理を行うことによって、拡散性を備えた樹脂拡散板であってよい。
【０００９】
孔１０１は、空気やイナートガスのような非固体物質によって満たされており、ＬＥＤ１０２は、固体封入物質中ではなく、非固体物質中に光を放射してもよい。例えば、孔はアルゴンガスが充填された状態で密封されてよい。また、アルゴンガスに代えて、窒素ガスが使用されてもよい。
【００１０】
側壁１１０は、図１および２に連続した円管形状を有する形態として記載されているが、他の形状が用いられてもよい。例えば、側壁は、楕円形状（円形状を含む）を有する１つの連続した形状の側壁から構成されてよい。あるいは、例えば、三角形や四角形、他の多角形のような非連続な形状からなる複数の側壁から構成されてよい。また、必要であれば、側壁は、連続部分と非連続部分を含んでもよい。側壁１１０によって画成された孔１０１は、傾斜して底部（すなわち、ＬＥＤ１０２付近）と上部（出力ポート１２０付近）とにおける断面積が異なってもよい。
【００１１】
基板１０４は、取り付けられたＬＥＤ１０２と電源（図示しない）との電気的に接続する。また、基板１０４は、ＬＥＤ１０２によって発生した熱を基板１０４の側部および底部に伝導する。基板１０４の側部および底部は、ヒートシンク１３０（図３、４Ａ、４Ｂ参照）、あるいは照明装置およびまたはファンのような熱を消散する他の機構に結合されている。ある実施形態では、基板１０４は、例えば周囲の側壁１１０のような、基板１０４の上部に熱的に結合されたヒートシンクに熱を伝導する。
【００１２】
例えば、図４Ａ、４Ｂに示すように、照明装置１００は、点線で示された光軸ＯＡに沿って、下部ヒートシンク１３０と、上部ヒートシンク１３２と、下部ヒートシンク１３０および上部ヒートシンク１３２の間に配置された基板１０４とを有する。ある実施形態では、基板１０４は、熱伝導性エポキシによって、ヒートシンク１３０，１３２に結合されてもよい。代わりに、または付加的に、ヒートシンク１３０，１３２の間に基板１０４を固定するために、図４に示すように、ヒートシンク１３０，１３２は、ねじ１３０threads，１３２threadsによって互いに螺合してもよい。図４Ｂに示されているように、基板１０４は、熱拡散器と言われる熱接触領域１４８を上面および下面に含んでよい。熱接触領域１４８は、図中の矢印で示されるように、例えば、熱伝導性グリス、熱伝導性テープまたは熱伝導性エポキシによって、上部および下部ヒートシンク１３０，１３２に熱的に結合されている。図４Ｂに示されるように、ヒートシンク１３２の内部に挿入され、例えば熱伝導性エポキシ、またはねじ１１０threads，１３５、ボルトによって保持された分離した挿入体１１０insertを用いて側壁１１０は形成されている。取り外し可能な側壁挿入体１１０sidewall insertは、挿入体１１０insertの内部に配置され、側壁を画成する。側壁挿入体１１０sidewall insertは、例えばMiro(R)、type Miro 27 Silver（Alanod（独）が製造）から作成されてよい。側壁挿入体１１０sidewall insertが、プラスチック、セラミック、ガラスまたは他の適切な材料から作成されている場合に、必要であれば、側壁挿入体１１０sidewall insertは、例えば図４Ａ，１５Ａ，１５Ｂに示されているように、１つ以上の波長変換物質およびまたは高拡散反射コーティングが被覆または積層されてよい。照明装置の色度の調整は、同様に１つ以上の波長変換物質が被覆または積層された側壁挿入体１１０sidewall insertおよびまたは窓１２２を交換することによって行うようにしてもよい。図４Ｂには、直線形状を有する側壁が示されているが、側壁１１０は、例えば曲線形状、非垂直形状、傾斜形状等の所望の形状であってよい。ある実施形態では、挿入体１１０insertが上部からヒートシンク１３２内に挿入された場合に、ヒートシンク１３２内に挿入体１１０insertを固定するために、付加的なヒートシンク１４２が上部ヒートシンク１３２に結合される。付加的なヒートシンク１４２は、任意的なものであることを理解されたい。挿入体１１０insertが下部部からヒートシンク１３２内に挿入された場合には、下部ヒートシンク１３０は挿入体１１０insertを所定の位置に固定し得る。また、側壁１１０は、ヒートシンク１３２と一体的に形成されてもよい。窓１２２は、例えば、接着または挿入体１１０insertとヒートシンク１４２，１３２との間に挟み込むようなクランプ式固定によって、挿入体１１０insert内に取り付けられる。拡散器またはリフレクタ１４０のような光学要素が、例えば、ねじ１３８，１４１の螺着、クランプによる固定、または他の適切な機構を用いて、着脱自在に上部ヒートシンク１３２に結合されてもよい。ある実施形態では、リフレクタ１４０（図４Ａ）は、付加的なヒートシンク１４２に一体的に形成されてもよく、あるいは、ヒートシンク１４２（図４Ｂ）の���えば傾斜壁１４２taperに取り付けられてもよい。
【００１３】
ＬＥＤ基板１０４は、１つ以上のＬＥＤダイまたはＬＥＤパッケージが取り付けられた基板である。基板は、例えば厚さが０．５ｍｍのＦＲ４基板であってよい。ＬＥＤ基板１０４は、熱接触領域として、例えば３０μｍ〜１００μｍの比較的厚い銅層を上面および下面に備えている。基板１０４は、熱スルーホールを含み得る。また、基板１０４は、メタルコアを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）や、適切な電気的接続を備えたセラミックのサブマウントであってよい。他の種類の基板は、アルミナ（セラミック形態の酸化アルミニウム）や窒化アルミニウム（セラミック形態）から形成された材料を用いてもよい。付加的な熱吸収領域を提供するために、側壁１１０は基板１０４に熱的に結合されてもよい。
【００１４】
ＬＥＤを適切に冷却するために、基板上に１ワット当り、少なくとも５０ｍｍ２、好ましくは１００ｍｍ２の熱接触領域が設けられるべきである。例えば、１２個のＬＥＤが使用される場合には、６００〜１２００ｍｍ２の熱（吸収）接触領域が設けられるべきである。基板の両側に接触領域が設けられることによって、基板の直径は６０〜４０ｍｍ縮小され、基板のコストが低減される。また、照明装置の全体の大きさおよび体積が縮小され、現存する照明装置への適用が容易になる。
【００１５】
図３に示されているように、反射板１０６は、基板１０４の上面上であって、ＬＥＤ１０２の周囲に取り付けられている。反射板１０６は、孔１０１内の下部で反射する光を概ね出力ポート１２０側へと反射するために、高い反射性を有してよい。また、反射板１０６は、付加的な熱拡散器として作用するように、高い熱伝導性を有してよい。例えば、反射板１０６は、反射強化アルミニウムを含む材料から製造されてよい。反射板１０６は、ＬＥＤ１０２の間にセンターピースを含まなくてもよい。必要であれば、例えば多数のＬＥＤ１０２が使用される場合に、反射板１０６は、ＬＥＤ１０２の間に位置する部分、または、図１４Ａ，１４Ｂ，１９Ａに示されるような中央ダイバータを含んでもよい。反射板１０６の厚さは、ＬＥＤ１０２のサブマウントと概ね同一、または若干厚くてよい。反射板は、Vikuiti(TM) ESR（３Ｍ（米国））のような高い反射性を有する薄膜材料から形成されてよい。反射板は、厚さが６５μｍであり、基板１０４の上であって、ＬＥＤの上方に載置されている。反射板は、ＬＥＤの光出力部分に対応する部分に孔が穿孔されている。側壁１１０および反射板１０６は、互いに熱的に結合されてよく、必要であれば一体に形成されてよい。反射板１０６は、例えば熱伝導性ペーストやテープを用いて、基板１０４に取り付けられてよい。ある実施形態では、基板１０４の上面自体が高反射性となるように構成し、反射板１０６を省略してもよい。また、基板１０４に反射性コーティングを塗布してもよい。反射性コーティングは、例えば、エポキシ、シリコン、アクリルまたはＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）のような透過性バインダに、例えばTiO2、ZnO、BaSO4のような白色粒子を埋め込んで構成されている。また、コーティングは、YAG:Ceのような蛍光体から形成されてもよい。蛍光体材料およびまたはTiO2、ZnO、GaSO4材料のコーティングは、例えばスクリーン印刷によって、基板１０４または反射板１０６に直接塗布されてもよい。一般的なスクリーン印刷では、小さなドットが堆積される。窓１２２上での輝度分布をより均一にする、またはピークを作るべく、ドットはサイズおよび分布が変更されてよい。例えば、図４Ａに示されるような実施形態において生成されるビームの点灯パターンをより均一またはピークを有するものにするために、ドットはサイズおよび分布が変更されてよい。
【００１６】
図１、２に示されるように、多数のＬＥＤ１０２が照明装置１００に使用され得る。ＬＥＤ１０２は、照明装置１００の光軸回りに点対称（回転対称）に配置されている。光軸は、反射板１０６（または基板１０４）の孔１０１の中心から出力ポート１１０の中心へと延びている。各ＬＥＤの光放射表面またはｐ−ｎ接合部は光軸から等距離となっている。照明装置１００は、より多い、またはより少ないＬＥＤを有してよいが、ＬＥＤは６〜１０個が使用しやすい。ある実施形態では、１２〜１４個のＬＥＤが使用される。多くのＬＥＤを使用する場合には、各ＬＥＤをいくつかの一連のストリングスにまとめることが好ましい。例えば、わずか２４Ｖおよび７００ｍＡといった比較的低い順電圧および順電流を維持するために、それぞれ６または７個のＬＥＤを有するストリングスが２つ用いられる。必要であれば、より多くのＬＥＤが一連に配置されてよいが、電気的な安全対策が必要となる可能性がある。
【００１７】
ある実施形態では、ＬＥＤ１０２は、Luxeon Rebel（Philips Lumileds Lighting）のようなＬＥＤパッケージである。OSRAM(Ostar package)やLuminus Devices（米国）、Tridonic（オーストリア）によって製造されたＬＥＤのような他のＬＥＤパッケージを使用してもよい。ＬＥＤパッケージは、１つ以上のＬＥＤダイをアセンブリしたものであり、ワイヤボンド接続やスタッドバンプのような電気的接続を含み、また光学要素や熱的、機械的、電気的インターフェースを含み得る。ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤチップ上にレンズを含んでもよい。また、レンズを有さないＬＥＤが使用されてもよい。レンズを有さないＬＥＤは、蛍光体を含む保護層を含み得る。蛍光体は、バインダに分散されてよい。また、蛍光体は、分離したプレートとして貼り付けられてもよい。各ＬＥＤ１０２は、少なくとも１つのＬＥＤチップまたはダイを含み、サブマウント上に取り付けられ得る。ＬＥＤチップは、一般的には約１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの大きさであるが、各大きさは変更されてよい。ある実施形態では、ＬＥＤ１０２は複数のチップを含み得る。複数のチップは、同じ色または異なる色（例えば、赤、緑、青）の光を放射することができる。ある実施形態では、同一サブマウント上の異なる各チップに、異なる蛍光体層が塗布され得る。サブマウントは、セラミックまたは他の適切な材料であり、基板１０４に接触するために結合された電気的接続パッドを含む。また、電気的結合ワイヤが、電源に接続された取付基板にチップを電気的に接続するために用いられてもよい。電気的接続パッドに沿って、ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤチップによって発生した熱を放出するために、サブマウントの下面上に熱接触領域を含み得る。熱接触領域は、基板１０４上の熱拡散層に結合されている。
【００１８】
ＬＥＤ１０２は、直接放射することによって、あるいは蛍光体による色の変換によって、同一または異なる色の光を放射することができる。例えば、異なる蛍光体層がＬＥＤに塗布される。照明装置１００は、赤、緑、青、琥珀色のような有色ＬＥＤ１０２を様々に組み合わせて使用してもよいし、白色ＬＥＤから赤、緑、青、琥珀色を生成してもよい。例えば、青またはＵＶ光を照射するＬＥＤ１０２を用い、蛍光体（または他の波長変換手段）を出力ポート１２０の窓１２２の内部または表面に組み合わせることによって、または、側壁１１０の内部や孔内に配置された他の部材（図示しない）に塗布することによって、照明装置１００の出力光は所望の色となる。蛍光体は、Y3Al5O12:Ce（YAG:Ceまたは単にYAGとして知られている）、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Euの群から選択されてよい。
【００１９】
ある実施形態では、ＹＡＧ蛍光体が側壁１００および孔１０１の底部に配置された反射板１０６に使用され、CaAlSiN3:Euや(Sr,Ca)AlSiN3:Euのような赤色蛍光体が出力ポート１２０の窓１２２に使用される。孔を画成する側壁の形状および高さの選択や、孔内の部材を蛍光体で被覆するか否かの選択、窓上の蛍光体層の厚みを最適化によって、モジュールから放射される光の色度を所望の色に変更することができる。
【００２０】
図５は、他の実施形態に係る固体素子照明装置１００'の分解斜視図である。固体素子照明装置１００'は、付加的なＬＥＤ１０２を有し、側壁１１０'、出力ポート１２０'、窓１２２'の形状が異なる点を除いて、図３に示された照明装置１００と同様である。図５に示されるように、照明装置１００'は、六角形の出力ポート１２０'および窓１２２'を確定する六角形筒状の側壁１１０'を含む。側壁は、四角形、五角形、または他の多角形を含む他の形態であってもよい。四角形、五角形、または他の多角形の断面形状を有する筒を照明装置の側壁に使用した場合には、円形断面形状を有する筒に比べて、光はより混合される。多くのＬＥＤを使用する場合には、ＬＥＤの数と等しい、またはＬＥＤの数の整数倍の数の側部を有する多角形断面形状を有する側壁が好ましい。例えば、１２個のＬＥＤを使用する場合には、例えば１２角形、２４角形、３６角形のような多角形が使用される。また、側部の数を容易に変更するために、側壁に挿入体を用いることが好ましい。これによれば、ＬＥＤの数が変更される場合にも、装置の他の部品を変更しなくて済む。
【００２１】
図５に示されているように、照明装置１００'は、回転対称位置に配置された６個のＬＥＤ１０２を含む。反射板１０６'は、６個のＬＥＤ１０２に適するように構成されている。図５に示されているように、反射板１０６'は、ＬＥＤ１０２の間の中央部に配置されるように構成された中央部分１０６'ａを含む。
【００２２】
図６は、スポットランプや作業照明のようなダウンライトの応用例を側方から見た図である。光を混合する孔１０１の内部に配置されたＬＥＤ１０２が見えるように、側壁１１０の一部分は切り欠かかれている。図示されているように、照明装置１００は、光を混合する孔１０１から放射された光を平行にするために、リフレクタ１４０を含む。リフレクタ１４０は、アルミニウムや銅を含む材料のような熱伝導性材料から作成されてよい。リフレクタ１４０は、側壁１１０に沿って、または側壁１１０を通過して基板１０４上の熱拡散器（図４Ａに関する記載を参照）に熱的に結合されてよい。熱は、矢印１４３によって示されるように、基板に取り付けられた熱拡散器、熱伝導性側壁、熱伝導性リフレクタを通過して伝達される。熱は、矢印１４４によって示されるように、リフレクタ上で熱対流によって、持ち去られる。基板上の熱拡散器は、照明器具またはヒートシンク（図３および４Ａの１３０，１３２のようなヒートシンク）に取り付けられてよい。
【００２３】
図７Ａおよび７Ｂは、基板１０４'上のＬＥＤ１０２の異なる配置パターンを示している。いずれのパターンも中央の光軸に対して点対称（回転対称）となっている。図７Ａでは、ＬＥＤ１０２は基板１０４上で放射状に配置され、中心軸１０３回りに回転対称となっている。ｐ−ｎ接合である全てのＬＥＤチップは、中心軸１０３から等しい距離Ｒに配置されている。図７Ｂでは、各ＬＥＤ１０２は、基板１０４' （被覆する反射板１０６'を有さない）上に直交配置されている。各ＬＥＤを直交配置することは、掴み取りや配置を行う機械にとって好ましい。図７Ｂに示されるように、ＬＥＤチップは、中心軸１０３から概ね等しい距離Ｒ'離間しており、回転対称となっている。
【００２４】
図７Ｃは、基板１０４''上に４つのＬＥＤ１０２'を配置した他のレイアウトを示している。ここでは、各ＬＥＤ１０２'はレンズを含んでいない。図示されているように、ＬＥＤ１０２'は、１つのＬＥＤサブマウント１０２submountに複数のチップ１０２chipを含んでよい。複数のチップのグループは、破線によって示されるように、中心に対して回転対称となっている。例えば図７Ａおよび７Ｂに示されるようなある実施形態では、例えばチップを保護し、光の出力を改良するためにレンズが使用され得る。チップ１０２chipは、図７Ｃに示されているように、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、蛍光体変換（Ｗ）のような異なる色の光を放射してもよい。図示されているように、それぞれの有色チップ１０２chipは、色の均質性を改良するために、サブマウント１０２submount上に異なった相対位置に配置されてもよい。また、チップ１０２chipは、光を例えば青色またはＵＶ光の単一色とし、蛍光体（赤、緑、青、黄、琥珀色等）をチップに直接的に取り付ける、または照明装置のいずれかの位置に配置してもよい。このように、有色発光チップおよび蛍光体を、必要に応じて様々に組み合わせることができる。
【００２５】
図８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、照明装置に使用され得る３ＬＥＤ基板１０４、５ＬＥＤ基板１０４five、７ＬＥＤ基板１０７seven（総称して基板１０４という）を示している。ＬＥＤ１０２の外形を破線で示す。基板１０４は、ＬＥＤ１０２上の電気的パッドが接続された電気的パッド１４２を含む。電気的パッド１４２は、例えば銅のような金属によって、ワイヤやブリッジ、外部電源に接続された接続部１４４に電気的に接続されている。ある実施形態では、電気的接続パッド１４２は、基板１０４を通過するスルーホールであってよく、電気的接続が例えば基板の底部である反対側に形成されている。基板１０４は、基板の底面側からのアクセスを可能にするべく、中央に孔１４６を含んでもよい。基板１０４は、銅や他の適切な物質から形成された熱拡散器１４８を含む。熱拡散器１４８は、ＬＥＤ１０２から熱を取り出し、熱スルーホール１５０によって基板１０４の上面から下面へと熱を伝達する。また、熱拡散器１４８は、基板１０４の下面への熱の伝達を助けるべく、孔１４６の縁部を囲むように延出している。
【００２６】
図９Ａは、照明装置２００の斜視図である。照明装置２００は、照明装置１００と似ているが、反射板１０６が側壁２１０の一部分に置換されている。側壁２１０は、Miro(R)（Alanod）のような材料である単一要素のから形成されており、結合部２１１によって互いに結合されている。側壁の底部２１２は、基板２０４のＬＥＤ１０２間に対応するように折り曲げられている。反射板１０６に代えて、側壁２１０および反射性表面に単一の要素を使用することによって、コストを低減することができる。
【００２７】
図９Ｂは、側壁２１０に結合された熱拡散器２２０を備えた照明装置２００の平面図である。熱拡散器２２０は、例えば、波形のシート材料から形成されてよく、側壁２１０に熱的に接触するリブ２２２を含み得る。熱拡散器２２０は、基板２０４にも接触してもよい。熱拡散器２２０は、対流による熱交換を高めるために、穿設された孔を含み得る。また、熱拡散器２２０は、放射によるエネルギーの放出を最大化するために、黒色材料から形成してよく、または黒色に塗装されてよい。
【００２８】
図１０Ａ，１０Ｂは、照明装置２００'を上方および下方から見た斜視図である。照明装置２００'は、図９Ａ，９Ｂに示された照明装置２００に似ている。しかしながら、照明装置２００'は、放射状のフィン２３２を有するヒートシンク２３０を有し、光反射性の六角形状の孔２３２を中央に有している。ヒートシンク２３０は、アルミニウムのような熱伝導性材料を、押出成形、キャスト成形、モールド成形、機械加工等の成形技術によって形成したものである。図１０Ｃは、図１０Ａの照明装置２００'に似た照明装置２００''を上から見た斜視図であって、交換可能な側壁２１０''がヒートシンク２３０''の中央孔２３４''に挿入され得る。交換可能な側壁２１０''は、光を混合する孔２０１'の形態が、例えば形状において異なるが、ヒートシンク２３０''に挿入または取り付けが可能なように構成されている。そのため、異なる側壁に適合させるべく、ヒートシンク２３０''を設計し直す必要がない。
【００２９】
図１０Ａ，１０Ｂに示されるように、中央の孔２３４の隅部は、側壁２１０のようなシート状の金属挿入体の使用を容易にするための曲げ半径を有してもよい。また、ヒートシンク２３０の中央の孔２３４の内壁は、例えばヒートシンク２３０の内部に高反射性コーティングを塗布することによって、高い反射性を有するように構成されている。ある実施形態では、高い反射性を有する白色塗料や、（保護された、およびまたは反射性が増強された）金属、ダイクロイックコーティングが、ヒートシンク２３０の内部に塗布されてよい。必要であれば、ヒートシンク２３０の内壁は、蛍光体材料で部分的または全体的に被覆されてもよい。図１０Ｂに示されるように、ヒートシンク２３０は、例えば、螺着、接着、クランプによる固定によって、基板２０４上の熱拡散器に熱的に結合されてよい。熱伝導性ペーストや熱伝導性テープがヒートシンク２３０と基板２０４上の熱拡散器との間に用いられてもよい。
【００３０】
ある実施形態では、ヒートシンク２３０の高さは、約１２ｍｍであってよく、中央の孔の互いに対向する壁部間の距離Ｄは、１２ｍｍで高さと等しくてよい。ヒートシンク２３０の表面積は、約３５００ｍｍ２（約５．４平方インチ）である。ヒートシンク２３０の表面積は、ヒートシンク２３０の冷却能力を表す１つのパラメータであり、約２ワットのエネルギーを消散させることができる。例えば１０ワットといった高出力の照明装置では、ヒートシンク２３０は、冷却能力を増大させるために、長く形成されてよい。ヒートシンク２３０の長い形態は、照明装置２００'の孔２０１の混合長さが長くなり、出力ポートでの光の分布がより均一になるという利点を有する。照明装置２００'の側壁にヒートシンク２３０を結合（または形成）することによって、光の混合および冷却の機能が組み合わされ、ヒートシンクを側壁から分離した装置に比較して、照明装置は長さを短くすることができる。必要であれば、孔２０１は、八角形、五角形、他の多角形のような他の形状に形成されてよい。また、中央の孔２３４は、傾斜していてもよく、互いに対向する側壁間の距離ＤをＬＥＤ側とＬＥＤ側と相反する側とで異ならせてもよい。
【００３１】
図１１Ａ，１１Ｂは、ヒートシンク２３０およびリフレクタ２４０を備えた照明装置２００'の側面図および平面図である。リフレクタ２４０は、アルミニウムや銅、それらの合金のような金属から形成されてよく、熱の消散を助けるべく、ヒートシンク２３０に熱的に結合されている。この形態の利点は、光を均質化するために、付加的な拡散器が不要であり、スループット効率を高めることができる。
【００３２】
図１２は、リフレクタ２４０および基板２０４の下面に熱的に結合された付加的なヒートシンク２５０を備えた照明装置２００'を底側から見た斜視図である。ヒートシンク２５０は、ピンまたは他の類似した形態を複数備えている。２つのヒートシンク２５０を使用することによって、ＬＥＤ１０２を高出力で駆動すること可能になる。また、冷却効率がヒートシンクの配置に依存しないようにするために、異なるヒートシンクのデザインを適用することが可能になる。また、装置から熱を取り除くために、強制冷却のためのファンや他の要素が使用されてもよい。
【００３３】
図１３は、他の実施形態に係る照明装置３００の斜視図である。照明装置３００は、照明装置２００に似ており、色混合孔３１０、ヒートシンク３２０、リフレクタ３１２が一体化されている。図１３では、ＬＥＤ１０２を備えた基板３０４と下孔３０８を示すために、ヒートシンク３２０の一部分を切り欠いて示している。下孔３０８は、ヒートシンク３２０によって形成されており、基板３０４の下方に延びている。下孔３０８は、ＬＥＤ１０２を駆動するための電気的または電気機械的部品を収容するために使用されてもよい。また、下孔３０８は、ファンを収容してもよい。照明装置３００は、ヒートシンク３２０に結合されたリフレクタ３１２を含んでよい。リフレクタ３１２は、例えば締結具のねじによって取り外し可能に結合されてよい。
【００３４】
図１４Ａは、他の実施形態に係る照明装置３５０を示す斜視図である。照明装置３５０は、反射性の側壁３６０を備えている。反射性の側壁３６０は、傾斜した六角形状に形成され、側壁の互いに対向する壁部間の距離は、側壁の下部側（すなわち、反射板３５６側）が側壁の上部側（すなわち、出力ポート３６２側）よりも短くなっている。図１４Ａに示されているように、照明装置３５０は、傾斜した六角形状のリフレクタ３５２を備えている。リフレクタ３５２は、ＬＥＤ１０２から大角度に放射された光を、基板３５４に直交する軸線に対して小角度に変換するように構成されている。すなわち、ＬＥＤ１０２から放射された光は、基板３５４に対して平行に近いが、上方へ向かうように変換され、出力ポート３６２側へと向かう。これにより、照明装置によって放射された光は、ＬＥＤから直接放射された光の円錐角に対して小さな円錐角を有するようになる。光をより小角度に反射することによって、照明装置３５０は、大角度の光を避けたい状況においても使用することができる。例えば、まぶしさの問題（オフィスの照明、一般的な照明）や必要な場所にのみ光を照射するといった効率の観点（作業照明、戸棚の照明）から大角度の光を避けたい場合がある。また、出力ポート３６２に到達する前に光を混合する孔３５１内で大角度に放射された光は、中央リフレクタ３５２を有さない場合に比較して反射が少なくなるので、照明装置３５０の光放射の効率が高められる。これは、光トンネル（light tunnel）または光積分器と組み合わせて使用する際に利点がある。なぜなら、光を混合孔内でより多く反射させ、効率を低減させるために、大角度の光を制限することは有益であるためである。基板３５４上の反射板３５６は、付加的な熱拡散器として使用されてもよい。
【００３５】
図１４Ｂは、照明装置３５０を示す他の斜視図である。照明装置３５０は、出力ポート３６２を覆い、拡散器として機能する窓３６４と、ＬＥＤ１０２から拡散窓３６４を越えて光を分配するように構成された中央のドーム状リフレクタを備えている。ドーム状リフレクタ３５３は、拡散または反射特性を有してよい。窓３６４は、１つ以上の蛍光体を含む。ダイクロイックミラー３６６が、ＬＥＤ１０２と窓３６４の内部または表面上に存在する蛍光体との間において、窓３６４に結合されてよい。ダイクロイックミラー３６６は、蛍光体による変換によって、青色光をほぼすべて反射するとともに、青色光より長い波長の光を透過するように構成されてよい。
【００３６】
図１４Ｃは、傾斜した側壁３６０に取り付けられた六角形状の側壁延長部３６１を備えた照明装置３５０を示す他の斜視図である。図１４Ｃでは、側壁延長部３６１の一部分を切り欠いて示している。側壁延長部３６１は、傾斜した側壁３６０よりも傾斜しておらず、ある実施形態では全く傾斜していない。傾斜した側壁３６０を使用して予め光を平行にすることによって、光混合孔３５１を通した高い伝送効率が達成される。
【００３７】
図１５Ａ，１５Ｂは、側壁１１０を示す斜視図である。側壁１１０は、孔１０１内に、例えば赤色蛍光体や緑色蛍光体のような異なる種類の蛍光体からなる配置パターンを有している。ある実施形態では、照明装置は、光混合孔１０１の異なる領域に配置された、異なる種類の蛍光体を有してもよい。例えば、赤色および緑色の蛍光体が側壁１１０または基板１０４上に配置され、黄色の蛍光体が窓の上面または下面に配置、または窓内に封入されてよい。ある実施形態では、図１４Ｃに示すような中央のリフレクタが、例えば第１領域に赤色蛍光体を配置し、離間した第２領域に緑色蛍光体を配置するといったように、異なる種類の蛍光体からなる配置パターンを有してよい。他の実施形態では、例えば、赤色および緑色のような異なる蛍光体が、側壁１１０上の異なる領域に配置されてよい。例えば、ある種類の蛍光体１１０Ｒは、側壁１１０の第１領域に、例えば、ストライプ、スポットまたは他のパターンのようにパターン化して配置され、他の種類の蛍光体１１０Ｇは側壁の第２領域に配置される。必要であれば、付加的な蛍光体が使用され、孔１０１の異なる領域に配置されてよい。また、必要であれば、単一型の波長変換物質が使用され、孔１０１の例えば側壁上にパターン化して配置されてもよい。側壁１１０Ｇによって示された領域は、蛍光体を有しておらず、例えば反射性または拡散性となっている。分離した領域に異なる蛍光体を配置することによって、蛍光体が塗布されていない装置に比べて、光の質および性能が改善される。表１は、蛍光体を分離して配置した場合と、蛍光体を混合して配置した場合の性能の測定結果を示す。
【００３８】
【表１】
0005395801.tif 000002
【００３９】
表１の第２列は、図１９Ａに示された装置と同様の孔の側壁に、代替的な２つの蛍光体のストライプがコーティングされた場合の結果を示している。この測定での孔の高さは約６ｍｍであり、底部の直径は２２ｍｍであり、上部の直径は１８ｍｍである。この測定では、平坦状の鏡面反射性のMiro（AlanodよりMiro 27 Silverとして製造されている）からなる直径１３．５ｍｍのミラーが孔の底部に使用されている。使用した蛍光体は、YAG:Ce蛍光体およびSrCaAlSiN3:Eu蛍光体であり、それぞれ約２ｍｍおよび約３ｍｍの垂直なストライプとして配置されている。概ね同じ色度および相関色温度で、若干高い光強度（１．２５Ｗに対して１．２７Ｗ）が達成され、演色評価数において大きなゲインが達成された。多くの商業的照明装置において、演色評価数は、Ｒａ８０が最低値と考えれられている。また、異なる領域に蛍光体を塗布することによって、カラーバランスを容易に調整することができる。例えば、１つの蛍光体の領域を増大させる一方、他の蛍光体の領域を同じ状態に維持することができる。また、第１蛍光体の領域が、第２蛍光体の領域の一部を覆うように延出させてもよい。
【００４０】
ある実施形態では、ある型の波長変換物質が側壁の例えば図４Ｂに示されているような側壁挿入体１１０sidewall insertにパターン化して配置されてよい。例えば、赤色蛍光体が側壁挿入体１１０sidewall insertの様々な領域に配置され、黄色蛍光体が図４Ｂに示される窓１２２を覆ってよい。蛍光体の被覆率およびまたは濃度は、様々な色温度を作成するために変化させてよい。表２は、記載された色温度を４５５ｎｍの青色光で作成する際の側壁挿入体１１０sidewall insert上の赤色蛍光体の被覆率および濃度（体積当り）と、窓１２２の黄色蛍光体（被覆率１００％）の濃度（体積当り）を示している。ＬＥＤ１０２から放射される青色光が４５５ｎｍと異なる場合には、所望の色温度を作成するために、赤色蛍光体の被覆領域、およびまたは赤色蛍光体および黄色蛍光体の濃度を変化させる必要があることを理解されたい。ＬＥＤ１０２や側壁挿入体１１０sidewall insertの赤色蛍光体、窓１２２の黄色蛍光体の色の性能は、組み立て前に測定され、組み立てた各部材が所望の色温度を作成するように、性能に基づいて選択される。赤色蛍光体の厚みは、例えば４０μｍ〜８０μｍであってよく、より詳細には６０μｍ〜７０μｍであってよい。黄色蛍光体の厚みは、例えば５０μｍ〜１００μｍであってよく、より詳細には７０μｍ〜９０μｍであってよい。
【００４１】
【表２】
0005395801.tif 000003
【００４２】
他の実施形態では、赤色蛍光体の１つの連続した層が、例えば側壁の図４Ｂに示されているような側壁挿入体１１０sidewall insert上に使用されてもよい。側壁の全域（１００％）を覆う連続した赤色蛍光体および窓１２２を覆う黄色蛍光体は、様々な色温度を作成するために、異なる濃度を有してよい。表３は、記載された色温度を４５５ｎｍの青色光で作成する際の側壁挿入体１１０sidewall insert上の赤色蛍光体および窓１２２の全域（１００％）を覆う黄色蛍光体（被覆率１００％）の濃度（体積当り）を示している。ＬＥＤ１０２から放射される青色光が４５５ｎｍと異なる場合には、所望の色温度を作成するために、赤色蛍光体および黄色蛍光体の濃度を変化させる必要があることを理解されたい。ＬＥＤ１０２や側壁挿入体１１０sidewall insertの赤色蛍光体、窓１２２の黄色蛍光体の色の性能は、組み立て前に測定され、組み立てた各部材が所望の色温度を作成するように、性能に基づいて選択される。赤色蛍光体の厚みは、例えば７０μｍ〜１１０μｍであってよく、より詳細には８５μｍ〜９５μｍであってよい。黄色蛍光体の厚みは、例えば５０μｍ〜１００μｍであってよく、より詳細には７０μｍ〜９０μｍであってよい。
【００４３】
【表３】
0005395801.tif 000004
【００４４】
図１６は、他の実施形態に係る照明装置３５０ａを示している。照明装置３５０ａは、照明装置３５０ａの各ＬＥＤ１０２が互いに分割された側壁リフレクタ３６０ａによって囲まれている点を除いて、図１４Ａに示された照明装置３５０に似ている。側壁リフレクタ３６０ａは、放物線形状、複合放物線形状、楕円形状、または他の適した形状を有してよい。照明装置３５０ａからの光は、例えば２×９０度から２×６０度または２×４５度のように大角度から小角度に平行化される。照明装置３５０ａは、例えば、下方照明またはキャビネットライトのように直接的な光源として使用することができる。あるいは、照明装置３５０ａは、例えば、図９Ａ、９Ｂに示された側壁２１０によって画成された光混合孔内に光を照射するために使用することができる。照明装置３５０ａは、図４Ａに示されるような上部および下部ヒートシンクの間に熱的に結合されてもよい。
【００４５】
図１７は、大きな照明モジュール３８０を形成するように互いに配列された複数の照明装置３５０を示している。図１７に示された中央の照明装置３５０は、その下のＬＥＤ１０２を示すために窓３６４の一部が切り欠かれている。必要であれば、照明装置３５０は、例えば直線状構造、半円または円形構造、六方細密構造、または他の必要な形態を形成するために、様々な形態に配列されてよい。
【００４６】
図１８は、六角形状のリフレクタ３９０を備えた照明装置３５０を示す。照明装置３５０を示すために、六角形状のリフレクタ３９０は一部分３９２が切り欠かれ、窓３６４も一部分が切り欠かれて示されている。六角形状のリフレクタ３９０は、例えばシート材料である高い熱伝導性材用から形成されてよく、例えば１９Ａに示されているように、ＬＥＤ基板３５４またはヒートシンク６１０に熱的に結合されてよい。六角形状のリフレクタ３９０を使用することは、コリメータのコンパクトな配列を形成するために、多数のリフレクタを互いに積み重ねることができるという点で利点がある。また、六角形状の形態を備えたリフレクタは、（円形状の形態を備えたリフレクタに対して）リフレクタから出る光の均質性（色および輝度）をより高める。
【００４７】
図１９Ａは、他の実施形態に係る照明装置６００の断面図である。照明装置６００は、図１，２に示された照明装置１００と似ている。照明装置６００は、ヒートシンク６０８に取り付けられた基板６０４に取り付けられたＬＥＤ１０２を備えている。また、例えばＬＥＤ１０２に近い下部における孔６０１の断面領域が、例えばＬＥＤ１０２から遠い上部における孔６０１の断面領域よりも大きくなるように、側壁６１０は傾斜している。照明装置１００と同様に、照明装置６００の側壁６１０は、例えば図１９Ｂに示されているような円形状（楕円形状）のような連続した形状、図１９Ｃに示されているような非連続の多角形状、またはそれらの組み合わせた形状の孔６０１を画成してもよい。
【００４８】
照明装置６００は、孔６０１の中央部に配置されたダイバータ６０２を更に備えてもよい。ダイバータ６０２は、ＬＥＤ１０２からの光を窓６２２側へ向きを変え、照明装置６００の効率を改善する。図１９Ａでは、ダイバータ６０２は、錐形状を有するものとして記載されているが、必要であれば、例えば半球体形状、球状キャップ、非球面リフレクタ形状のような代替形状を用いてもよい。図１９Ｂ，１９Ｃに示されているように、ダイバータ６０２は、平面視において様々な形状を有してよい。ダイバータ６０２は、鏡面反射性コーティングや拡散コーティングを有してよく、１つ以上の蛍光体によってコーティングされてもよい。ダイバータ６０２の上部と窓６２２との間に小さな空間を設けるために、ダイバータ６０２の高さは、孔６０１の高さよりも小さくてもよい（例えば、孔６０１の高さの約半分）。
【００４９】
ある実施形態では、ＹＡＧ蛍光体が側壁６１０および孔６０１の下部の基板６０４に使用され、CaAlSiN3:Euや(Sr,Ca)AlSiN3:Euのような赤色発光蛍光体が窓６２２に使用される。孔側部の形状の選択と、孔の一部を蛍光体で被覆するか否かの選択と、窓の蛍光体層の厚みの最適化とによって、モジュールから発光される光の色度を、顧客の要求に応じた色に変化させることができる。
【００５０】
ある実施形態では、照明装置６００から青色光が過度に放射されることを防止するために、青フィルタ６２２filterが窓６２２に結合されてもよい。青フィルタ６２２filterは、吸収型、或いは全くまたはほとんど吸収しないダイクロイック型であってよい。ある実施形態では、青フィルタ６２２filterは青色光に対して５％〜３０％の透過性を有する一方、長波長の光に対しては高い透過性を有する（８０％以上。より詳細には９０％以上）。
【００５１】
図２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、窓６２２の様々な形態を示す断面図である。窓６２２は、側壁６１０の内部または上部に設けられている。これらの断面図では、側壁６１０の一部のみを示している。
【００５２】
図２０Ａでは、窓６２２は側壁６１０の上部に取り付けられている。孔６０１（図１９Ａ）を密封するために窓６２２と側壁６１０との間の間隙６２３をシールすることは、孔６０１内にほこりや湿気が入り込まないという利点がある。例えばエポキシやシリコンのようなシール材が、窓６２２と側壁６１０との間の間隙６２３を充填するために使用され得る。窓６２２および側壁６１０の物質の熱膨張係数が相違するため、長い期間、可撓性を維持する材料が使用されることが好ましい。また、窓６２２が、ガラスまたは透明セラミック材料から作成され、側壁６１０上にはんだ付けされてもよい。この場合、窓６２２は、その周縁部が、アルミニウム、銀、銅、金のような金属材料でめっきされ、はんだペーストが側壁６１０と窓６２２との間に貼り付けられてよい。窓６２２および側壁６１０を加熱することによって、はんだは溶融し、側壁６１０と窓６２２との間を良好に接続する。
【００５３】
図２０Ｂでは、窓６２２は、窓の内表面、すなわち孔６０１側を向く面上に付加層６２４を有している。付加層６２４は、白色拡散粒子、または蛍光体のような波長変換性能を有する粒子を含んでよい。層６２４は、スクリーン印刷、スプレー印刷、粉末コーティングによって窓６２２に塗布されてよい。スクリーン印刷およびスプレー印刷のために、一般的に粒子はバインダに含浸される。バインダは、ラッカーをベースとしたポリウレタンやシリコン材料である。粉末コーティングのために、バインダ材料が、低融点の小さなペレット状の粉末混合物に混合される。粉末混合物は、窓６２２上で加熱された際に均一な層を形成する。また、コーティング処理中に粒子が窓６２２に固着するように、ベースコートが窓６２２に塗布される。また、粉末コーティングは電界を用いて塗布され、そして、窓および蛍光体粒子をオーブンで焼いて、蛍光体を窓に永久的に接着させてもよい。光の色およびまたは光学特性を取得するために、窓６２２上に塗布された層６２４の厚さおよび光学特性を、粉末コート処理の間、例えばレーザや分光計およびまたは検出器、カメラ、前方散乱および後方散乱モデルを用いてモニターしてもよい。
【００５４】
図２０Ｃでは、窓６２２は、窓の内面および外面の２つの付加層６２４，６２６を有している。外側層６２６は、TiO2、ZnOおよびまたはBaSO4のような白色散乱性粒子であってよい。蛍光体粒子は、照明装置６００から出る光の色の最終調整を行うために、層６２６に加えられ得る。内側層６２４は、蛍光体のような波長変換粒子を含んでよい。
【００５５】
図２０Ｄでは、窓６２２は２つの付加層６２４，６２８を窓６２２の内面に有している。２つの層が示されているが、更に層を追加してもよいことを理解されたい。ある実施形態では、窓６２２に最も近い層６２４は、白色散乱を含む。これにより、外側から見た場合に窓は白く見える。また、窓６２２は、全角度において均一な出力光を有する。層６２８は赤色発光蛍光体を含む。側壁６１０およびまたは基板６０４の表面は、黄色または緑色発光蛍光体によって被覆されてよい。
【００５６】
蛍光変換過程では、熱が発生する。そのため、窓６２２、および例えば層６２４内、窓６２２上の蛍光体は、温度が上昇しすぎないように、構成されるべきである。この目的のために、窓６２２は、例えば１Ｗ／（ｍＫ）以上の高い熱伝導率を有し、はんだ、熱伝導性ペースト、熱伝導性テープのような低い熱抵抗を有する材料を使用することによって、ヒートシンクとして機能する側壁６１０に熱的に結合されてよい。窓として好適な材料は、サファイアと呼ばれる結晶形態、またはアルミナと呼ばれる多結晶形態またはセラミック形態で使用することができる酸化アルミニウムである。
【００５７】
図２１は、蛍光体によってパターン化された層６２４で被覆された窓６２２を示す底面図である。層６２４を形成するために、くさびまたはパイ形状のパターンが使用されてよい。必要であれば、２種類の波長変換物質が使用されてよい。例えば、層６２４Ｒを赤色発光蛍光体６２４Ｒとし、層６２４Ｇを緑色蛍光体とする。図２１に示すような放射状パターンは、反射性コリメータと組み合わせて使用する際に、良好に光の色を混合することができる。必要であれば、例えば、様々な大きさや厚さ、濃度を有する小さなドットを他のパターンとして使用してもよい。
【００５８】
図２２Ａ，２２Ｂは、照明装置６００（図１９Ａ参照）の上部に配置されたリフレクタ６４０によって生じるビーム角度での窓６２２の孔の大きさの効果を示している。図２２Ａ，２２Ｂの結果に対して使用したモデルは、リフレクタから出るビームの全ビーム角を最小にする複合放物面集光器に基づいている。全ビーム角は、リフレクタ６４０から放射される光の角度であって、この角度を超える光が全く、あるいはほとんどない角度をいう。ダウンライトでは、例えば、全ビーム角は一般的に１００〜１２０度（リフレクタの孔に対する垂線に対して６０度）であり、スポットライトでは、全ビーム角は２０〜８０度である。
【００５９】
図２２Ａは、複合放物面集光器のリフレクタ６４０の断面図である。集光器は、高反射性材料から形成されている。集光器の入力側直径はＤであり、ビーム全角度はθであり、集光器の出力側直径はＤoutである。複合放物面集光器は、高さが高くなる傾向があるが、長さが短い形態でも使用される。その場合には、ビーム全角度は増大する。孔の大きさ（入力側直径）Ｄの関数としての全ビーム角度は、リフレクタ６４０の出力側直径Ｄoutに対して、図２２Ｂに２つ示されている。ＭＲ１６リフレクタランプの出力側直径Ｄoutは５０ｍｍであり、ＰＡＲ３８リフレクタの出力側直径Ｄoutは１２０ｍｍである。
【００６０】
ＭＲ１６は、リフレクタの直径が等しい場合において、孔の直径が１０〜３０ｍｍの場合にスポットランプとして機能し、孔の直径が４０ｍｍの場合にダウンライトとして機能する。ＰＡＲ３８は、リフレクタの直径が等しい場合において、孔の直径が２０〜７５ｍｍ（例えば、５０ｍｍ）の場合にスポットランプとして機能し、孔の直径が１００ｍｍ以下の場合にダウンライトとして機能する。
【００６１】
上述した孔の大きさは、カットオフ角は広くなる傾向があるため、最大の大きさとして考えるべきである。また、中央ビーム強度は、リフレクタの入力領域よりもリフレクタの出力領域に比例して増大する。
【００６２】
図２３は、所望の色度を発生させるべく、電気的に制御可能な照明装置６００の断面図を示している。照明装置６００（図２３参照）の出力光の色は、少なくとも２つの青色ＬＥＤ１０２Ｂ，１０２ｂを用いて変化させられる。２つの青色ＬＥＤ１０２Ｂ，１０２ｂの内の一方のＬＥＤは、他方のＬＥＤよりもより低いピーク波長を有している。一方の青色ＬＥＤ１０２ｂは、４３０〜４５０ｎｍの範囲にピーク波長を有してよく、他方のＬＥＤ１０２Ｂは、４５０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有してよい。２つ以上のＬＥＤを使用する場合には、より低いピーク波長を有するＬＥＤは全て電気的に接続されてよく、より長いピーク波長を有するＬＥＤは、より低いピーク波長を有するＬＥＤから電気的に分離された状態で電気的に接続されてよい。ドライバ６７０は、より長いピーク波長を有するＬＥＤ１０２Ｂからなるグループと、より低いピーク波長を有するＬＥＤ１０２ｂからなるグループとの間で異なる電流を供給することができる。ドライバ６７０は、ＬＥＤ１０２Ｂ，１０２ｂに基板６０４を介して結合されており、図２３では説明のために接続を破線で示している。照明装置６００の少なくとも１つのの蛍光体は、より長波長の光とより短波長の光との間で異なる反応を示すため、異なる色の出力光が達成される。出力光の色は、ＬＥＤ１０２Ｂ，１０２ｂからなる２つの異なるグループに流れる電流を変化させることによって制御される。また、ドライバ６７０をフィードバック制御するために、照明装置６００の光の出力または色を測定するために孔内にセンサ６７２が使用される。センサ６７２は、照明装置６００の出力窓、孔の下部、上部、側部、あるいは図２３に示されているように、一部分が透明なダイバータ６０２の内部に取り付けられてよい。
【００６３】
説明のために、特定の実施形態に関連させて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここで言及された実施形態は、染料を含む種々の波長変換物質を使用することができ、蛍光体に限定されないことを理解されたい。本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な付加や修飾が可能である。従って、添付の特許請求の範囲の精神および範囲は、前述の記載に制限されないことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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