(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体ランプであって、
発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの光源と、
前記ＬＥＤ光源から隔てて配置された遠隔波長変換材料と、
前記遠隔波長変換材料から遠い位置にあるディフューザであって、前記ディフューザは前記ＬＥＤ光源及び前記遠隔波長変換材料からの前記光を実質的に無指向性の放射パターンに分散させる幾何学的形状及び光散乱特性を備え、前記遠隔波長変換材料の少なくとも一部分は前記ディフューザの基部にある、ディフューザとを具備する固体ランプ。
【請求項２】
前記ディフューザの幾何学的形状は、その基部のところにネック部を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項３】
前記ディフューザは、電球部分をさらに備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項４】
前記光散乱特性は、不均一な光散乱特性を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項５】
前記ＬＥＤ光源は、複数の同一平面上のＬＥＤを備え、前記遠隔波長変換材料は、実質的に平面状の形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項６】
前記ＬＥＤ光源は、複数の同一平面上のＬＥＤを備え、前記遠隔波長変換材料は、実質的に平面状の形状をとり、前記ディフューザは、対応する上側部分より多くの光を透過する下側部分を有する請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項７】
前記ＬＥＤ光源は、複数の同一平面上のＬＥＤを備え、前記遠隔波長変換材料は、実質的に平面状の形状をとり、前記ディフューザは、対応する上側部分より多くの光を透過する下側部分を有する実質的に球体の形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項８】
前記ＬＥＤベースの光源及び前記遠隔波長変換材料からの発光は、前方に向けられる請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項９】
前記ＬＥＤベースの光源及び前記遠隔波長変換材料からの発光は、前方に向けられ、前記ディフューザは、対応する上側部分より多くの光を透過する下側部分を有する請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項１０】
前記ＬＥＤベースの光源及び前記遠隔波長変換材料からの発光は、前方に向けられ、前記ディフューザは、対応する上側部分より多くの光を透過する下側部分を有する実質的に球体の形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項１１】
前記遠隔波長変換材料は、三次元形状を備え、前記ディフューザは、実質的に球体の形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項１２】
前記遠隔波長変換材料は、三次元形状を備え、前記ディフューザは、対応する上側部分より多くの光を透過する下側部分を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項１３】
前記遠隔波長変換材料は、三次元形状を備え、前記ディフューザは、対応する上側部分より多くの光を透過する下側部分を有する実質的に球体の形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項１４】
前記遠隔波長変換材料は、前記光源からの光を吸収し、分散パターンの光を再放射し、前記ディフューザは、球体の形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【請求項１５】
前記ディフューザは、他の表面領域に関してより多くの光を透過する表面領域を有する三次元形状を備える請求項１に記載の固体ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年３月３日に出願した米国仮特許出願第６１／３３９，５１６号、２０１０年３月３日に出願した米国仮特許出願第６１／３３９，５１５号、２０１０年９月２４日に出願した米国仮特許出願第６１／３８６，４３７号、２０１０年１２月１９日に出願した米国仮出願第６１／４２４，６６５号、２０１０年１２月１９日に出願した米国仮出願第６１／４２４，６７０号、２０１１年１月１９日に出願した米国仮特許出願第６１／４３４，３５５号、２０１１年１月２３日に出願した米国仮特許出願第６１／４３５，３２６号、２０１１年１月２４日に出願した米国仮特許出願第６１／４３５，７５９号の利益を主張するものである。本出願は、また、２０１０年８月２日に出願した米国特許出願第１２／８４８，８２５号、２０１０年９月２４日に出願した米国特許出願第１２／８８９，７１９号、及び２０１０年１２月２２日に出願した米国特許出願第１２／９７５，８２０号からの一部継続出願であり、それらの利益を主張するものである。
本出願は、エネルギー省契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０８ＮＴ０１５７７の下で政府支援によりなされた。政府は、本出願においていくつかの権利を有する。
【０００２】
本発明は、固体ランプ（solid state lamp）及び電球に関するものであり、具体的には、無指向性放射パターンを生成することができる効率的で信頼性の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのランプ及び電球に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
白熱灯若しくはフィラメント・ベースのランプ若しくは電球は、住宅用の光源及び商業施設用の光源として一般に使用されている。しかし、このようなランプは非常に非効率的な光源であり、投入エネルギーの９５％程度が、主に熱又は赤外線エネルギーの形で失われる。白熱ランプに対する普通の一代替手段は、いわゆる電球型蛍光ランプ（ＣＦＬ）であり、電力を光に変換することがより効果的になされるが、さまざまな化合物とともに慢性中毒だけでなく急性の中毒の原因となり、また環境汚染を引き起こす可能性のある有毒物質を使用する必要がある。ランプ若しくは電球の効率を改善する一解決策は、光を発生するために金属フィラメントではなく発光ダイオード（１つ又は複数のＬＥＤ）などの固体デバイスを使用することである。
【０００４】
発光ダイオードは、一般に、反対極性にドープされた層の間に挟装された固体材料の１つ又は複数の活性層を備える。ドープされた層にバイアスが印加されると、正孔及び電子が活性層内に注入され、そこで再結合して光を発生する。光はＬＥＤの活性層から、またさまざまな表面から放射される。
【０００５】
回路又は他の類似の配置構成でＬＥＤチップを使用するために、環境及び／又は機械的保護、色の選択、集光、及び同様のことを行うためにＬＥＤチップをパッケージに封入することが知られている。ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤパッケージを外部回路に電気的に接続するためのリード線、接点、又はトレースも備える。図１に例示されている典型的なＬＥＤパッケージ１０では、単一のＬＥＤチップ１２がハンダ付け又は導電性エポキシを使って反射カップ１３上に実装される。１つ又は複数のワイヤボンド１１は、ＬＥＤチップ１２のオーミック接点を、反射カップ１３に取り付けられるか、又は反射カップ１３と一体化されうる、リード線１５Ａ及び／又は１５Ｂに接続する。反射カップは、リン光体などの波長変換材料を含みうるカプセル材料１６を充填されうる。第１の波長のＬＥＤによって放射された光は、それに応答して第２の波長の光を放射することができる、リン光体によって吸収されうる。次いで、アセンブリ全体を透明保護樹脂１４内にカプセル封入し、これをレンズ形状に成形してＬＥＤチップ１２から放射される光が平行になるようにできる。反射カップ１３は、光を上向き方向に向き付けることができるが、光が反射されると光学的損失が発生しうる（つまり、実用的な反射体表面の反射率が１００％より小さいので光の一部が反射カップに吸収されうる）。それに加えて、図１ａに示されているパッケージ１０などのパッケージについてはうつ熱が問題になる可能性があるが、それというのも、リード線１５Ａ、１５Ｂを通して熱を抽出することが困難な場合があるからである。
【０００６】
図２に例示されている従来のＬＥＤパッケージ２０は、より多くの熱を発生しうる高出力動作により適している場合がある。ＬＥＤパッケージ２０では、１つ又は複数のＬＥＤチップ２２がプリント回路基板（ＰＣＢ）キャリア、基板、又はサブマウント２３などのキャリア上に実装される。サブマウント２３上に実装された金属反射体２４は、ＬＥＤチップ（複数可）２２を囲み、パッケージ２０からＬＥＤチップ２２によって放射された光を反射する。反射体２４は、ＬＥＤチップ２２に機械的保護ももたらしうる。ＬＥＤチップ２２上のオーミック接点とサブマウント２３上の電気的トレース２５Ａ、２５Ｂとの間に１つ又は複数のワイヤボンド接続２７が形成される。次いで、実装されているＬＥＤチップ２２を封止材２６で覆うと、この封止材２６はレンズとしても機能しながらチップの環境及び機械的保護をもたらしうる。金属反射体２４は、典型的には、ハンダ付け又はエポキシボンドを使ってキャリアに取り付けられる。
【０００７】
図２のＬＥＤパッケージ２０に見られるようなＬＥＤチップは、リン光体がＬＥＤ光の少なくとも一部を吸収する、１つ又は複数のリン光体を含む変換材料によってコーティングされうる。ＬＥＤチップは、ＬＥＤとリン光体からの光の組み合わせを放射するように異なる波長の光を放射することができる。ＬＥＤチップ（複数可）は、多くの異なる方法を使用してリン光体でコーティングすることができ、好適な１つの方法はＣｈｉｔｎｉｓらの米国特許出願第１１／６５６，７５９号及び米国特許出願第１１／８９９，７９０号、（両方とも同じ）名称「Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」において説明されている。或いは、電気泳動塗布（ＥＰＤ）などの他の方法を使用してＬＥＤをコーティングすることもでき、この好適なＥＰＤ法はＴａｒｓａらの米国特許出願第１１／４７３，０８９号、名称「Ｃｌｏｓｅ  Ｌｏｏｐ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」において説明されている。
【０００８】
変換材料を非常に近い位置に有しているか、又は直接的コーティングとして有するＬＥＤチップは、さまざまな異なるパッケージ内で使用されているが、デバイスの構造に基づくいくつかの制限がある。リン光体がＬＥＤエピタキシャル層上にあるか、又はＬＥＤエピタキシャル層に非常に近い位置にある（また場合によってはＬＥＤの上にコンフォーマル・コートを備える）場合に、リン光体は、リン光体材料の温度を上昇させうるチップが発生する熱に直接的に曝されうる。さらに、そのような場合、リン光体は、ＬＥＤからの入射光の非常に密度の高い集光又は光束に曝されうる。変換プロセスは一般的に１００％の効率でないため、入射光束に比例する過剰熱がリン光体層内に発生する。ＬＥＤチップに近い位置にあるコンパクトなリン光体層では、これにより、小さな領域内に大量の熱が発生するとリン光体層内に実質的温度上昇が発生しうる。この温度上昇は、リン光体粒子が、リン光体粒子内に発生する熱に対する効果的な放散経路を形成しないシリコーンなどの熱伝導率の低い材料内に埋め込まれたときに悪化する可能性がある。このように動作温度が上昇すると、時間の経過とともにリン光体及び周囲の材料の劣化が生じるだけでなく、リン光体変換効率が低下し、変換色がシフトする可能性がある。
【０００９】
ＬＥＤから隔てられているか、又はＬＥＤから離れている変換材料と組み合わせて、ＬＥＤなどの固体光源を利用するランプも開発されている。このような配置構成は、Ｔａｒｓａらの米国特許第６，３５０，０４１号、名称「Ｈｉｇｈ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｒａｄｉａｌ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ  Ｌａｍｐ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ」において開示されている。この特許で説明されているランプは、光をセパレータに通してリン光体を有するディスパーサに送る固体光源を備えることができる。ディスパーサは、光の少なくとも一部を、リン光体又は他の変換材料に通して異なる波長に変換することによって、光を所望のパターンで分散させ、及び／又はその色を変化させることができる。いくつかの実施例では、セパレータは、光源において室内照明に必要な大きな電流が流れているときに光源からの熱がディスパーサに伝わらないように光源とディスパーサとの間に十分な間隔を設ける。追加の遠隔リン光体技術は、Ｎｅｇｌｅｙらの米国特許第７，６１４，７５９号、名称「Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」で説明されている。
【００１０】
遠隔リン光体を組み込んだランプの潜在的欠点の１つは、視覚的な、又は美観に関する特性が望ましくないものとなる可能性がある点である。ランプが光を発生していない場合、ランプは、標準的エジソン電球の典型的な白色又は透明の外観と異なる表面色を有することがある。いくつかの場合において、ランプは黄色若しくはオレンジ色の外観を有することがあるが、これは主にリン光体変換材料から生じるものである。この外観は、多くの用途にとって望ましいものでないと考えられ、光が照射されていないときに周囲の建築要素に美観に関する問題を引き起こす可能性がある。これは、これらの種類のランプを消費者が受け入れることに対し全体としてマイナスの影響を及ぼしうる。
【００１１】
さらに、変換プロセスにおいてリン光体層内に発生する熱が付近のチップ若しくは基板表面を介して伝導又は放散しうるコンフォーマルの又は隣接するリン光体配置構成と比較したときに、遠隔リン光体配置構成は、熱伝導の不適切な熱放散経路に曝されうる。効果的な熱放散経路がないと、断熱された遠隔リン光体は、場合によっては相当するコンフォーマル・コーティング層内の温度よりもなおいっそう高い可能性のある高動作温度に曝される可能性がある。これは、リン光体をチップに関して遠隔に配置することによって得られる利点の一部又は前部を相殺することもありえる。別の言い方をすると、ＬＥＤチップに関する遠隔リン光体配置は、動作時にＬＥＤチップ内に熱が発生することによるリン光体層の直接的加熱を低減するか、又は排除しうるが、その結果のリン光体の温度低下は、光変換プロセスにおいてリン光体層それ自体に発生する熱のせいで部分的に又は全体として相殺され、この発生した熱を放散させるための好適な熱経路を欠くこともある。
【００１２】
固体光源を使用するランプの実装及び受け入れに影響を及ぼす別の問題は、光源それ自体によって放射される光の性質に関係する。ＬＥＤ光源（及び関連する変換層）に基づく効率的なランプ又は電球を製造するために、典型的には、ＬＥＤチップ又はパッケージを同一平面配置構成にすることが望ましい。これにより、従来の生産機器及びプロセスを使用することが可能になるので製造が容易になり、また製造コストが低減されうる。しかし、ＬＥＤチップの同一平面配置構成では、典型的に、前方に向けられた光強度プロファイル（例えば、ランベルト・プロファイル）を発生する。このようなビーム・プロファイルは、固体ランプ又は電球が無指向性度のかなり高いビーム・パターンを有する従来の白熱電球などの従来のランプを置き換えることが意図されている用途では一般的に望ましくない。ＬＥＤ光源又はパッケージを三次元配置構成に実装することは可能であるが、そのような配置構成は、一般的に、加工が難しく、また加工費用も高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願第１１／６５６，７５９号
【特許文献２】米国特許出願第１１／８９９，７９０号
【特許文献３】米国特許出願第１１／４７３，０８９号
【特許文献４】米国特許第６，３５０，０４１号
【特許文献５】米国特許第７，６１４，７５９号
【特許文献６】米国特許出願第２０１０／０１５５７６３号
【特許文献７】米国特許出願第１２／５６６，１９５号
【特許文献８】米国特許出願第１２／７０４，７３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、１つの光源、１つ又は複数の波長変換材料、光源に関して分離して、若しくは遠隔に位置決めされた領域若しくは層、及び分離した拡散層の異なる組み合わせ及び配置構成を一般的に備えるランプ及び電球を実現する。この配置構成は、効率、信頼性、及び費用効果が高く、ＬＥＤの同一平面配置構成をとる光源の場合であっても、本質的に無指向性の放射パターンをもたらしうるランプ及び電球の製造を可能にする。それに加えて、この配置構成は、ランプから光が照射されないときに変換領域若しくは層の外観を美観に関してマスク又は隠蔽することを可能にする。本発明のさまざまな実施例を使用することで、従来の白熱電球の直接的代替に適したランプ又は電球の製造においてＬＥＤなどの効率的な固体光源を使用することに付随する困難の多くを解消することができる。本発明の実施例は、白熱灯電球などの一般的に使用されているランプに帰されるような認識されている標準サイズ・プロファイルに適合するようになされ、したがってそのような電球の直接的代替が円滑に行えるようになる。本発明の実施例は、ランプ光源の遠隔に位置する変換材料を有するさまざまな配置構成をとることもでき、ディフューザを変換材料及び光源の上に設け、ディフューザがランプの光源及び／又は変換材料から出た光を、一定範囲の視野角度にわたってほぼ均一な色及び／又は強度などの所望のパターンになるように分散させることができる。
【００１５】
幾何学的形状、散乱層の散乱特性、表面粗さ又は平滑性、散乱層特性の空間的分布などの、ディフューザの特性を使用して、色均一性及び光強度分布などのさまざまなランプ特性を視野角度の関数として制御することができる。ディフューザの幾何学的形状及び他の態様を多くの異なる仕方で使用し、ビーム・プロファイルを修正することができる。例えば、ディフューザがランプの背後から見えるようにヒート・シンク部分などの他のランプ特徴体のプロファイルの外部にあるディフューザ要素の「電球」部分を伸張させることによって追加の光をランプの垂直軸から９０°を超える角度の方へ向けることができる。光を散乱させるために使用される粒子の性質並びに電球及び散乱フィルム表面の平滑性も、与えられたディフューザの幾何学的形状に対する放射プロファイルに強い影響力を有することができる。
【００１６】
変換材料及びディフューザを光源の遠隔に有することによって、高い電気信号を光源に印加することができ、その結果、光出力が増大しうるが、光源をより高い温度で動作させることも可能になる。光源と変換材料（複数可）との間に距離があると、光源内に発生する熱がリン光体若しくは変換層（複数可）に伝わる量が減る。これは、製造コストの低減につながるチップ部品点数の低減を可能にしつつ、高い変換効率及び信頼性を維持する。いくつかの実施例は、変換に関係する熱を遠隔変換材料から遠ざかる方へ効率よく伝導することを可能にする特徴体も備えることができる。ディフューザ及び変換材料は、異なる形状を有することができ、いくつかの実施例では、この２つのものの幾何学的形状が連携して、所望のランプ放射パターン若しくは均一性をもたらすことができる。
【００１７】
本発明による固体ランプの一実施例は、ＬＥＤベースの光源及びＬＥＤ光源から隔てて配置される遠隔波長変換材料を備える。ディフューザは、遠隔波長変換材料から遠い位置に配置構成され、このディフューザは、ＬＥＤ光源及び波長変換材料からの光を実質的に無指向性の放射パターンに分散させる幾何学的形状及び光散乱特性を備える。
【００１８】
本発明による固体ランプの別の実施例は、前方放射発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの光源及びＬＥＤ光源から隔てて配置される遠隔リン光体を備える。ディフューザは、遠隔リン光体から遠い位置に配置構成される。ディフューザは、散乱材料とともに配置構成され、ＬＥＤ光源及び遠隔リン光体からの実質的に均一なランプ放射パターンの光をもたらすようにも配置構成される。
【００１９】
本発明による固体ランプは、ＬＥＤベースの光源、及びＬＥＤ光源から隔てて配置される三次元遠隔リン光体を備える。三次元ディフューザは、遠隔リン光体から遠い位置に配置構成され、ディフューザはある形状及び可変散乱特性を有する。ディフューザから放射される光は、遠隔リン光体から放射された光に比較してある角度範囲にわたって空間放射強度プロファイルの変動が低減されている。
【００２０】
本発明のこれら及び他の態様並びに利点は、以下の詳細な説明と、本発明の特徴を実例を用いて示す添付図面とから明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術のＬＥＤランプの一実施例の断面図である。
【図２】従来技術のＬＥＤランプの別の実施例の断面図である。
【図３】Ａ１９代替電球に対するサイズ指定を示す図である。
【図４】本発明によるランプの一実施例の断面図である。
【図５】本発明によるランプの一実施例の側面図である。
【図６】本発明によるランプの別の実施例の側面図である。
【図７】本発明によるランプのさらに別の実施例の側面図である。
【図８】本発明によるランプの一実施例の放射特性を示すグラフである。
【図９】本発明によるディフューザの側面図である。
【図１０】本発明による別のディフューザの側面図である。
【図１１】本発明による別の実施例のディフューザの側面図である。
【図１２】本発明によるさらに別のディフューザの側面図である。
【図１３】図９に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図１４】図９に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図１５】図９に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図１６】図９に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図１７】図１０に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図１８】図１０に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図１９】図１０に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２０】図１０に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２１】図１１に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２２】図１１に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２３】図１１に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２４】図１１に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２５】図１２に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２６】図１２に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２７】図１２に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２８】図１２に示されているディフューザ及び図３０に概略が示されている平面遠隔リン光体円板を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図２９】ディフューザ・ドームを有する本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図３０】本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図３１】ディフューザ・ドームを有する本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図３２】異なる形状のディフューザ・ドームを有する本発明によるランプの別の実施例の斜視図である。
【図３３】図３２に示されているランプの断面図である。
【図３４】図３２に示されているランプの分解図である。
【図３５】本発明による三次元リン光体キャリアの一実施例の断面図である。
【図３６】本発明による三次元リン光体キャリアの別の実施例の断面図である。
【図３７】本発明による三次元リン光体キャリアの別の実施例の断面図である。
【図３８】本発明による三次元リン光体キャリアの別の実施例の断面図である。
【図３９】三次元リン光体キャリアを備える本発明によるランプの別の実施例の斜視図である。
【図４０】図３９に示されているランプの断面図である。
【図４１】図３９に示されているランプの分解図である。
【図４２】ヒート・シンク及び光源を備える本発明によるランプの一実施例の斜視図である。
【図４３】ドーム形リン光体キャリアを備える図４２に示されているランプの斜視図である。
【図４４】本発明によるドーム形ディフューザの一実施例の側面図である。
【図４５】寸法とともに図４４に示されているドーム形ディフューザの実施例の断面図である。
【図４６】図４３の球形リン光体キャリア並びに図４４及び４５に示されているドーム形ディフューザを備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図４７】図４３の球形リン光体キャリア並びに図４４及び４５に示されているドーム形ディフューザを備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図４８】図４３の球形リン光体キャリア並びに図４４及び４５に示されているドーム形ディフューザを備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図４９】図４３の球形リン光体キャリア並びに図４４及び４５に示されているドーム形ディフューザを備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５０】図１０に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５１】図１０に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５２】図１０に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５３】図１０に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５４】図１１に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５５】図１１に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５６】図１１に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５７】図１１に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５８】図１２に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図５９】図１２に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図６０】図１２に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図６１】図１２に示されているディフューザ及び図４３に示されている球形リン光体を備えるランプの放射特性を示すグラフである。
【図６２】本発明によるランプに対する視野角度特性に関する色分布を示すＣＩＥ色度図である。
【図６３】本発明によるディフューザのさらに別の実施例の断面図である。
【図６４】三次元リン光体キャリアを備える本発明によるランプの別の実施例の斜視図である。
【図６５】図６４に示されているランプの断面図である。
【図６６】図６４に示されているランプの分解図である。
【図６７】本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図６８】本発明によるカラーキャビティの一実施例の断面図である。
【図６９】本発明によるランプの一実施例の異なる特徴体のフットプリントを示す概略図である。
【図７０】本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図７１】本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図７２】本発明によるランプの別の実施例の断面図である。
【図７３】本発明によるランプのさらに別の実施例の断面図である。
【図７４】本発明によるランプの別の実施例の上面図である。
【図７５】本発明によるランプの投光照明型の実施例の断面図である。
【図７６】本発明による投光照明型ランプの別の実施例の断面図である。
【図７７】本発明による投光照明型ランプの別の実施例の断面図である。
【図７８】本発明によるランプの二次元パネルの実施例の断面図である。
【図７９】本発明によるランプの別の二次元パネルの実施例の断面図である。
【図８０】本発明によるランプの別の二次元パネルの実施例の断面図である。
【図８１】本発明によるランプのチューブ形状の実施例の断面図である。
【図８２】本発明によるランプの別のチューブ形状の実施例の断面図である。
【図８３】本発明によるランプの別のチューブ形状の実施例の断面図である。
【図８４】本発明によるランプの発光パネルの実施例の断面図である。
【図８５】本発明によるランプの別の投光照明の実施例の断面図である。
【図８６】本発明によるランプのさらに別の実施例の側面図である。
【図８７】図８６のランプの放射特性を示すグラフである。
【図８８】本発明によるランプのさらに別の実施例の側面図である。
【図８９】図８６のランプの放射特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、効率、信頼性、及び費用効果が高く、いくつかの実施例では、前方放射光源などの、指向性光源から本質的に無指向性の放射パターンを構成することができるランプ又は電球構造の異なる実施例を対象とする。本発明は、遠隔変換材料（又はリン光体）及び遠隔拡散要素若しくはディフューザとともに固体発光体を使用するランプ構造も対象とする。いくつかの実施例では、ディフューザは、ランプの使用者から見えないようにリン光体をマスクするために使用されるだけでなく、遠隔リン光体及び／又はランプの光源から出た光を所望の放射パターンに分散若しくは再分配することもできる。いくつかの実施例では、ディフューザ・ドームは、前方に向けられた放射パターンを一般的な照明用途に使用されうるより無指向性の高いパターンに分散するように配置構成されうる。ディフューザは、二次元形状だけでなく三次元形状の遠隔変換材料を有する実施例において、ＬＥＤ光源からの前方に向けられた放射を標準的な白熱電球に匹敵するビーム・プロファイルに変換することができる特徴体の組み合わせとともに使用されうる。
【００２３】
本発明は変換材料、波長変換材料、遠隔リン光体、リン光体、リン光体層、及び関係する用語を参照しつつ本明細書において説明される。これらの用語の使用は、制限的であるものとして解釈すべきでない。遠隔リン光体、リン光体、又はリン光体層という用語の使用は、すべての波長変換材料を包含し、それらに等しく適用可能であることを意味するものと理解される。
【００２４】
ランプのいくつかの実施例は、光源の上にあり、また光源から相隔てて並ぶドーム形（又は球錐台形状）の三次元変換材料、並びに変換材料から相隔てて並び、また変換材料の上にあるドーム形のディフューザを有することができ、ランプは二重ドーム構造を示す。さまざまな構造の間の空間は、ランプの発光の分散、及び色均一性を促進しうる光混合室を備えることができる。光源と変換材料との間の空間、さらには変換材料間の空間は、光混合室として使用されうる。他の実施例は、追加の混合室を形成することができる追加の変換材料若しくはディフューザを備えることができる。ドーム変換材料及びドーム形ディフューザの順序は、いくつかの実施例では、ディフューザが変換材料の内側に入り、間の空間が光混合室を形成するように異なりうる。これらは、本発明による多くの異なる変換材料及びディフューザ配置構成のうちのごく一部に過ぎない。
【００２５】
本発明によるいくつかのランプ実施例は、１つ又は複数のＬＥＤチップ若しくはパッケージの同一平面配置構成を有し、放射体が平坦な表面若しくは平面状表面に実装されている光源を備えることができる。他の実施例では、ＬＥＤチップは、台又は他の三次元構造上など、同一平面上になくてもよい。同一平面上にある光源は、放射体配置構成の複雑さを低減し、製造しやすくするとともに製造コストも低減することができる。しかし、同一平面上の光源は、ランベルト放射パターンなど、主に前方の方向に放射する傾向を持つ。異なる実施例において、異なる放射角度でほぼ均一な放射強度及び色均一性をもたらしうる従来の白熱電球の光パターンを模した光パターンを放射することが望ましい場合がある。本発明の異なる実施例は、放射パターンを一定の視野角度範囲内において非均一なパターンから実質的に均一なパターンに変換することができる特徴体を備えることができる。
【００２６】
いくつかの実施例では、光源からの光を少なくとも部分的に透過する熱伝導材料、及びそれぞれが光源からの光を吸収し異なる波長の光を放射する少なくとも１つのリン光体材料を含みうるリン光体キャリアを備えることができる変換層若しくは領域がある。ディフューザは、散乱フィルム／粒子及びガラスエンクロージャなどの付随するキャリアを備えることができ、光源及び／又はリン光体キャリアによって放射される光の少なくとも一部を散乱若しくは再配向し、所望のビーム・プロファイルを構成するために使用されうる。いくつかの実施例では、本発明によるランプは、標準的な白熱電球と互換性のあるビーム・プロファイルの光を放射することができる。
【００２７】
幾何学的形状、散乱層の散乱特性、表面粗さ又は平滑性、散乱層特性の空間的分布などの、ディフューザの特性を使用して、色均一性及び光強度分布などのさまざまなランプ特性を視野角度の関数として制御することができる。リン光体キャリア及び他の内部ランプ特徴体をマスクすることによって、ディフューザは、ランプ若しくは電球が点灯していない場合に所望のランプ外観全体を示す。
【００２８】
光源及びリン光体層内に発生する熱を周囲に放散するために光源と熱的に接触し、リン光体キャリアと熱的に接触しうるヒート・シンク構造を備えることができる。光源、及び調光などの他の機能に電力を供給するための電子回路を備えることもでき、これらの回路は、エジソン・ソケットなどの、電力をランプに印加するための手段を備えることができる。
【００２９】
ランプの異なる実施例は、多くの異なる形状及びサイズを有することができ、いくつかの実施例では図３に示されているようなＡ１９サイズのエンベロープ３０などの、標準サイズのエンベロープに嵌入する寸法を有する。これにより、ランプは従来の白熱及び蛍光ランプ若しくは電球の代替として特に有用なものとなり、本発明によるランプは固体光源からもたらされるエネルギー消費量の低減と長寿命化が実現される。本発明によるランプは、限定はしないがＡ２１及びＡ２３を含む他の種類の標準サイズのプロファイルにも適合しうる。
【００３０】
いくつかの実施例では、光源は、異なる種類のＬＥＤ、ＬＥＤチップ、又はＬＥＤパッケージなどの、固体光源を含みうる。いくつかの実施例では、単一のＬＥＤチップ又はパッケージを使用することができるが、他の複数のＬＥＤチップ又はパッケージを異なる種類のアレイの配置構成で使用することができる。リン光体をＬＥＤチップから断熱し、熱放散を十分に行うことによって、ＬＥＤチップは、リン光体の変換効率及びその長期間信頼性に悪影響を及ぼすことなくより大きな電流レベルによって駆動することができる。これにより、ＬＥＤチップをオーバードライブする柔軟性を持たせることで、所望の光束を発生するのに必要なＬＥＤの個数を減らすことが可能になる。このことにより、延いては、ランプの複雑度に対するコスト低減を達成できる。これらのＬＥＤパッケージは、高い光束に耐えられる材料とともにカプセル封入されたＬＥＤを備えるか、又はカプセル封入されていないＬＥＤを備えることができる。
【００３１】
いくつかの実施例では、光源は、１つ又は複数の青色発光ＬＥＤを備えることができ、リン光体キャリア内のリン光体層は、青色光の一部を吸収し、ランプが青色ＬＥＤ及び変換材料から白色の光の組み合わせを放射するように１つ又は複数の異なる波長の光を放射する１つ又は複数の材料を含むことができる。変換材料は、青色ＬＥＤ光を吸収し、限定はしないが黄色及び緑色を含む異なる色の光を放射することができる。光源は、ランプが色温度及び演色などの所望の特性を有する光を放射するように異なる色の光を放射する異なるＬＥＤ及び変換材料を備えることもできる。
【００３２】
赤色と青色の両方のＬＥＤチップを組み込んだ従来のランプは、異なる動作温度及び減光による色の不安定性に曝されうる。これは、異なる温度及び動作電力（電流／電圧）における赤色及び青色のＬＥＤの異なる挙動、さらには時間の経過により異なる動作特性のせいであるものとしてよい。この効果は、ランプ全体に対するコスト及び複雑度を増す可能性がある能動制御システムの実装を通じて幾分緩和されうる。本発明による異なる実施例では、本明細書で開示されている熱放散配置構成を通じて比較的冷たい状態を保つリン光体の複数の層を備えうる遠隔リン光体キャリアと、同じ種類の放射体を備える光源を組み合わせることでこの問題に対処することができる。いくつかの実施例では、遠隔リン光体キャリアは、放射体からの光を吸収することができ、リン光体に対する低くなった動作温度の効率及び信頼性をそのまま保ちながら異なる色の光を再放射することができる。
【００３３】
リン光体要素をＬＥＤから分離することで、カラービニングがより容易に、より一貫性のあるものとなるという利点がさらにもたらされうる。これは、いく通りもの仕方で達成できる。さまざまなビンからのＬＥＤ（例えば、さまざまなビンからの青色ＬＥＤ）を組み立てて１つにし、異なるランプで使用されうる実質的に波長が均一である励起源を実現することができる。次いで、これらを所望のビン内で発光するランプを構成する実質的に同じ変換特性を有するリン光体キャリアと組み合わせることができる。それに加えて、異なる変換特性に応じて多数のリン光体キャリアを製造し、事前にビニングを行うことができる。異なるリン光体キャリアを異なる特性の発光をする光源と組み合わせてターゲットとなる色のビンの範囲内の光を放射するランプを構成することができる。
【００３４】
本発明によるいくつかのランプは、反射面によって光源を囲むことによる改善された放射効率を備えることもできる。この結果、変換材料から光源の方へ再放射され戻される光の大半を反射することによって光子のリサイクリングが強化される。効率をさらに高め、所望の放射プロファイルを得るために、リン光体層、キャリア層、又はディフューザの表面は、滑らか、又は散乱性を有しているものとしてよい。いくつかの実施例では、キャリア層及びディフューザの内面は、リン光体層から後方に向かう光（ダウンコンバートされた光又は散乱光）の量を低減する全反射挙動を促進するように光学的に滑らかであるものとしてよい。これにより、ランプのＬＥＤチップ、関連する基板、又はランプの内側内の他の理想的でない反射面によって吸収されうる後方放射光の量が低減される。
【００３５】
本発明は、いくつかの実施例を参照しつつ本明細書において説明されているが、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で述べられている実施例に限定されると解釈すべきではないことは理解される。特に、本発明は、異なる構成の１つ若しくは複数のＬＥＤ又はＬＥＤチップ又はＬＥＤパッケージを有するいくつかのランプに関して以下で説明されるが、本発明は、多くの異なる構成を有する他の多くのランプに使用されうることは理解される。本発明による異なる形で配置構成された異なるランプの実例は、以下で説明され、また参照により本明細書に組み込まれている２０１１年１月２４日に出願したＬｅらの米国仮特許出願第６１／４３５，７５９号、名称「Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌａｍｐ」において説明されている。
【００３６】
以下の実施例は、１つ又は複数のＬＥＤを参照しつつ説明されているが、これはＬＥＤチップ及びＬＥＤパッケージを包含することが意図されていることは理解される。これらのコンポーネントは、示されているものと異なる形状及びそれを超えるサイズを有していてもよく、異なる数のＬＥＤを備えることもできる。以下で説明される実施例は同一平面上の光源を使用することも理解されるが、同一平面上にない光源も使用できることは理解される。ランプのＬＥＤ光源は１つ又は複数のＬＥＤからなり、複数のＬＥＤを備えるいくつかの実施例では、ＬＥＤは異なる放射波長を有していてもよいことも理解される。同様に、いくつかのＬＥＤは、隣接するか、又は接触しているリン光体層若しくは領域を有することができるが、他のＬＥＤは、異なる組成の隣接するリン光体層を有するか、又はリン光体層を全く有しない場合もある。
【００３７】
本発明は、本明細書では、互いに遠隔にある変換材料、リン光体層、並びにリン光体キャリア及びディフューザを参照しつつ説明される。この文脈における遠隔とは、直接熱接触しないよう相隔てられていること、及び／又は表面上で若しくは中で直接熱接触していないことを指す。
【００３８】
層、領域、又は基板などの要素が、別の要素の「上に」あるという場合、要素は、直接他の要素上にありうるか、又は介在要素も存在しうることは理解される。さらに、「内側」、「外側」、「上側」、「より高い」、「下側」、「真下」、及び「より低い」などの相対語、並びに類似の語は、本明細書では、一方の層又は別の領域の関係を記述するために使用されうる。これらの単語は、図中に示されている配向に加えてデバイスの異なる配向をも包含することが意図されていると理解される。
【００３９】
第１、第２などの語は、本明細書では、さまざまな要素、コンポーネント、領域、層、及び／又はセクションを記述するために使用される場合があるけれども、これらの要素、コンポーネント、領域、層、及び／又はセクションは、その語によって限定されるべきでない。これらの語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、又はセクションを他方の領域、層、又はセクションから区別するためにのみ使用される。そのため、後述の第１の要素、コンポーネント、領域、層、又はセクションは、本発明の教示から逸脱することなく第２の要素、コンポーネント、領域、層、又はセクションと称することが可能である。
【００４０】
本発明の実施例は、本明細書では、本発明の実施例の概略図である断面図を参照しつつ説明される。そのようなものとして、層の実際の厚さが異なることもあり、例えば、製造技術及び／又は許容誤差があるため図の形状と異なることが予想される。本発明の実施例は、本明細書に例示されている領域の特定の形状に制限されるものとして解釈されるべきでないが、例えば、製造から結果として生じる形状の逸脱を含むものとすべきである。正方形若しくは矩形として例示又は説明されている領域は、典型的には、通常の製造公差により丸い若しくは湾曲した特徴体を有する。そのため、図に例示されている領域は、本質的に概略を示すものであり、その形状は、デバイスの領域の正確な形状を示すことを意図されておらず、また本発明の範囲を制限することも意図されていない。
【００４１】
図４は、光源５８を保持するためのプラットフォーム５６を備える光キャビティ５４を有するヒート・シンク構造を具備する本発明によるランプ５０の一実施例を示している。この実施例及び以下のいくつかの実施例は、光キャビティを参照しつつ説明されているけれども、他の多くの実施例を光キャビティなしで構成することができることは理解される。これらは、限定はしないが、ランプ構造の平面状表面上に、又は台上にある光源を備えることができる。光源５８は、ＬＥＤを備えるように図示されている実施例を伴う多くの異なる放射体を備えることができる。限定はしないが、ノースカロライナ州ダラム所在のＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．社から市販されているものを含む、多くの異なる市販ＬＥＤチップ若しくはＬＥＤパッケージを使用することができる。ランプの実施例は、光キャビティを備えることなく、これらの他の実施例において異なる方法で実装されたＬＥＤを備えて構成されうることは理解される。例えば、光源をランプ内の平面状表面に実装することができるか、又はＬＥＤを保持するために台を備えることができる。
【００４２】
光源５８は、多くの異なる公知の実装方法及び材料を使用してプラットフォーム５６に実装することができ、光源５８からの光はキャビティ５４の頂部開口部から外に放射される。いくつかの実施例では、光源５８をプラットフォーム５６に直接実装することができるが、他の実施例では、光源を、プラットフォーム５６にその後実装されるサブマウント又はプリント基板（ＰＣＢ）上に備えることができる。プラットフォーム５６及びヒート・シンク構造５２は、電気信号を光源５８に印加するための導電経路を備えることができ、導電経路のうちのいくつかは導電性トレース又は導線である。プラットフォーム５６の一部は、熱伝導性材料で作ることができ、いくつかの実施例では、動作中に発生する熱は、プラットフォームに、次いでヒート・シンク構造に拡散することができる。
【００４３】
ヒート・シンク構造５２は、熱伝導性材料を少なくとも部分的に含むものとしてよく、銅若しくはアルミニウムなどの異なる金属、又は金属合金を含む多くの異なる熱伝導性材料を使用することができる。銅は、最大４００Ｗ／ｍ−ｋまで又はそれ以上の熱伝導率を有することができる。いくつかの実施例では、ヒート・シンクは、室温で約２１０Ｗ／ｍ−ｋの熱伝導率を有することができる高純度アルミニウムを含むことができる。他の実施例では、ヒート・シンク構造は、約２００Ｗ／ｍ−ｋの熱伝導率を有するダイ・カスト・アルミニウムを含むことができる。ヒート・シンク構造５２は、周囲への効率的放散を促すためにヒート・シンクの表面積を増大させるヒート・フィン６０などの他の放熱特徴体を備えることもできる。いくつかの実施例では、ヒート・フィン６０は、ヒート・シンクの残り部分に比べて高い熱伝導率を持つ材料で作ることができる。図示されている実施例では、フィン６０は、一般的に水平方向の向きに示されるが、他の実施例では、フィンは、垂直の向き若しくはある角度の向きをなすことができることは理解される。さらに他の実施例では、ヒート・シンクは、ファンなどの能動冷却要素を備え、これにより、ランプ内の熱抵抗を下げることができる。いくつかの実施例では、リン光体キャリアからの熱放散は、対流熱放散とヒート・シンク構造５２を通る伝導との組み合わせを通して達成される。異なる熱放散配置構成及び構造は、Ｔｏｎｇらの米国特許出願第６１／３３９，５１６号、名称「ＬＥＤ  Ｌａｍｐ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｈｅａｔ  Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｕｓｅｒ  Ｅｌｅｍｅｎｔ」において説明されており、またＣｒｅｅ，  Ｉｎｃ．社に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれている。
【００４４】
反射層５３は、光キャビティ５４の表面上など、ヒート・シンク構造５２上に備えることもできる。光キャビティを有していない実施例では、反射層は、光源の周りに備えることができる。いくつかの実施例では、光源５８及び／又は波長変換材料によって放射されるランプ可視光線（「ランプ光」）に対して約７５％以上の反射率を有する材料を表面にコーティングすることができるが、他の実施例では、この材料は、ランプ光に対して約８５％以上の反射率を有することができる。さらに他の実施例では、この材料は、約９５％以上のランプ光に対する反射率を有することができる。
【００４５】
ヒート・シンク構造５２は、電源に接続する、例えば、異なる電気的レセプタクルなどに接続するための特徴体も備えることができる。いくつかの実施例では、ヒート・シンク構造は、従来の電気的レセプタクルに嵌入するタイプの特徴体を備えることができる。例えば、これは、エジソン・ソケット内にねじ込むことができるネジ山付き部分を備えることができる、標準的なエジソン・ソケットに装着するための特徴体を具備することができる。他の実施例では、これは標準的なプラグを備えることができ、また電気的レセプタクルは標準的なコンセントであるか、若しくはＧＵ２４ベースのユニットを備えることができるか、又は、これは、クリップであってもよく、電気的レセプタクルは、クリップを受け入れ保持するレセプタクルとすることができる（例えば、多くの蛍光灯で使用されているようなもの）。これらは、ヒート・シンク構造及びレセプタクルに対するオプションのうちのごく一部に過ぎず、レセプタクルから電力をランプ５０に安全に供給する他の配置構成も使用することができる。本発明によるランプは、ＡＣ線間電圧／電流から電球を点灯させ、光源に調光機能を持たせるドライバを備えることができる電源若しくは電力変換ユニットを具備することができる。いくつかの実施例では、電源は、非絶縁型疑似共振フライバック・トポロジーを使用するオフライン定電流ＬＥＤドライバを備えることができる。ＬＥＤドライバは、ランプ内に嵌合し、いくつかの実施例では、２５立方センチメートル未満の体積を有することができるが、他の実施例では、約２０立方センチメートルの体積を備えることができる。いくつかの実施例では、電源は非調光型であってもよいが、低コストである。使用される電源は、異なるトポロジー又は幾何学的形状を有することができ、また調光型であってもよいことは理解される。
【００４６】
リン光体キャリア６２は、キャビティ５４の頂部開口部の上に備えられ、ドーム形ディフューザ７６は、リン光体キャリア６２の上に備えられる。図示されている実施例では、リン光体キャリアは開口部全体を覆い、キャビティ開口部は円形として図示されており、リン光体キャリア６２は、円板である。キャビティ開口部及びリン光体キャリアは、多くの異なる形状及びサイズのものであってよいことは理解される。また、リン光体キャリア６２は、キャビティ開口部全体ではなくそれより小さな部分を覆うことができることも理解される。以下でさらに説明されるように、ディフューザ７６は、リン光体キャリア及び／又はＬＥＤからの光を所望のランプ放射パターンに分散させるように配置構成され、所望のランプ放射パターンから受ける光に応じて多くの異なる形状及びサイズを備えることができる。
【００４７】
本発明によるリン光体キャリアの実施例は、変換材料及び熱伝導性光伝送材料を備えるものとして特徴付けられうるが、熱伝導性でないリン光体キャリアを備えることもできることは理解される。光伝送材料は、光源５４から放射された光に対して透過的であるものとしてよく、変換材料は、光源からの波長の光を吸収し、それと異なる波長の光を再放射するタイプのものであるべきである。図示されている実施例では、熱伝導性光伝送材料は、キャリア層６４を備え、変換材料は、リン光体キャリア上にリン光体層６６を備える。以下でさらに説明されるように、異なる実施例は、熱伝導性光伝送材料及び変換材料の多くの異なる配置構成を備えることができる。
【００４８】
光源５８からの光は、リン光体層６６内のリン光体によって吸収されると、等方に再放射され、光の約５０％が前方に放射され、５０％が後方に出てキャビティ５４内に入る。コンフォーマル・リン光体層を有する従来のＬＥＤでは、後方に放射される光のかなりの部分は、後ろへ向けられＬＥＤ内に入る可能性があり、漏出する可能性は、ＬＥＤ構造の抽出効率によって制限される。いくつかのＬＥＤについては、抽出効率は、約７０％となる可能性があり、したがって、変換材料から逆向きにＬＥＤ内に入る一定割合の光が失われうる。キャビティ５４の底部のところのプラットフォーム５６上のＬＥＤとともに遠隔リン光体構成を有する本発明によるランプでは、後ろ向きのリン光体光のうちのより高い割合の光がＬＥＤの代わりにキャビティの表面に当たる。これらの表面に反射層５３をコーティングすることで、反射してリン光体層６６内に戻る光の割合が高まり、そこで光がランプから放射されうる。これらの反射層５３は、光キャビティで光子のリサイクルを効果的に行うことを可能にし、ランプの放射効率を高める。反射層は、限定はしないが分布ブラッグ反射器などの反射性金属又は多重層反射構造を含む多くの異なる材料及び構造を備えることができることは理解される。反射層は、光キャビティを有していないこれらの実施例におけるＬＥＤの周りに備えることもできる。
【００４９】
キャリア層６４は、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）（熱伝導率約１２０Ｗ／ｍ−ｋ）、ガラス（熱伝導率１．０〜１．４Ｗ／ｍ−ｋ）、又はサファイア（熱伝導率約４０Ｗ／ｍ−ｋ）などの、０．５Ｗ／ｍ−ｋ以上の熱伝導率を有する多くの異なる材料で作ることができる。他の実施例では、キャリア層６４は、１．０Ｗ／ｍ−ｋより大きい熱伝導率を有することができ、他の実施例では、５．０Ｗ／ｍ−ｋより大きい熱伝導率を有することができる。さらに他の実施例では、これは１０Ｗ／ｍ−ｋより大きい熱伝導率を有することができる。いくつかの実施例では、キャリア層は、１．４から１０Ｗ／ｍ−ｋまでの範囲内の熱伝導率を有することができる。リン光体キャリアは、使用される材料に応じて異なる厚さを有することもでき、厚さの好適な範囲は０．１ｍｍから１０ｍｍ以上である。他の厚さも、キャリア層に対する材料の特性に応じて使用することができることは理解される。材料は、特定の動作条件に対して十分な横方向熱拡散をもたらす十分な厚さを有しているべきである。一般に、材料の熱伝導率が高ければ高いほど、必要な熱放散を維持しながら材料をより薄くすることができる。限定はしないが光源からの光に対するコスト及び透過性を含むさまざまな要因が、どのキャリア層材料を使用するかについて影響を及ぼしうる。いくつかの材料は、ガラス又は石英などの、より大きな直径により適しているとも考えられる。これらは、より大きな直径のキャリア層上にリン光体層を形成し、次いで、より小さなキャリア層に個片切断することによって製造コストを低減することが可能になる。
【００５０】
多くの異なるリン光体がリン光体層６６において使用されうるが、本発明は白色光を放射するランプに特に適合されている。上で説明されているように、いくつかの実施例では、光源５８は、ＬＥＤベースであり、青色波長スペクトルの光を放射することができる。リン光体層は、青色光の一部を吸収し、黄色光を再放射することができる。これにより、ランプは、青色光と黄色光を組み合わせて得られる白色光を放射することができる。いくつかの実施例では、青色ＬＥＤ光は、市販のＹＡＧ：Ｃｅリン光体を使用して黄色変換材料によって変換されうるけれども、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）などの（Ｇｄ，Ｙ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ系をベースとするリン光体で作られた変換粒子を使用してあらゆる種類の広範な黄色スペクトル放射が可能である。青色発光ＬＥＤベースの放射体とともに使用したときに白色光を生成するために使用されうる他の黄色リン光体は、限定はしないが、
Ｔｂ３−ｘＲＥｘＯ１２：Ｃｅ（ＴＡＧ）; ＲＥ＝Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ; 又は
Ｓｒ２−ｘ−ｙＢａｘＣａｙＳｉＯ４：Ｅｕ
を含む。
【００５１】
リン光体層は、リン光体層６６と一緒に混ぜ合わされた複数のリン光体を使用して、又はキャリア層６４上の第２のリン光体層として配置構成することもできる。いくつかの実施例では、２つのリン光体のそれぞれが、ＬＥＤ光を吸収し、それと異なる色の光を再放射することができる。これらの実施例では、２つのリン光体層からの色を組み合わせることで、異なる白色の色調（暖白色）のより高いＣＲＩの白色を形成することができる。これは、赤色リン光体からの光と組み合わせることができる上記の黄色リン光体からの光を含むことができる。
ＳｒｘＣａ１−ｘＳ：Ｅｕ，Ｙ; Ｙ＝ハロゲン化物、
ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ、又は
Ｓｒ２−ｙＣａｙＳｉＯ４：Ｅｕ;
を含む異なる赤色リン光体を使用することができる。
【００５２】
実質的にすべての光を特定の色に変化することによってカラー発光させるために他のリン光体を使用することができる。例えば、リン光体
ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ;
Ｓｒ２−ｙＢａｙＳｉＯ４：Ｅｕ; 又は
ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ
を使用して緑色光を発生することができる。
【００５３】
以下に、変換粒子リン光体層６６として使用されるいくつかの追加の好適なリン光体の一覧を示すが、他のものも使用することができる。それぞれ、青色及び／又はＵＶ発光スペクトルの励起を示し、望ましいピーク発光をもたらし、効率的な光変換を行い、許容可能なストークスシフトを有する。
黄色／緑色
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋
Ｂａ２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋
Ｇｄ０．４６Ｓｒ０．３１Ａｌ１．２３ＯｘＦ１．３８：Ｅｕ２＋０．０６
（Ｂａ１−ｘ−ｙＳｒｘＣａｙ）ＳｉＯ４：Ｅｕ
Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋
赤色
Ｌｕ２Ｏ３：Ｅｕ３＋
（Ｓｒ２−ｘＬａｘ）（Ｃｅ１−ｘＥｕｘ）Ｏ４
Ｓｒ２Ｃｅ１−ｘＥｕｘＯ４
Ｓｒ２−ｘＥｕｘＣｅＯ４
ＳｒＴｉＯ３：Ｐｒ３＋，Ｇａ３＋
ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋
Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋
【００５４】
限定はしないが、１０ナノメートル（ｎｍ）から３０マイクロメートル（μｍ）までの範囲内、又はそれ以上の粒子を含む、異なるサイズのリン光体粒子を使用することができる。より小さなサイズの粒子は、典型的には散乱し、より大きなサイズの粒子に比べて色の混合がよく、より均一な光が発生する。より大きな粒子は、典型的には、より小さな粒子に比べて光の変換効率が高いが、均一な光を放射しにくい。いくつかの実施例では、リン光体は、結合剤中のリン光体層６６で形成され、リン光体は、結合剤中に異なる濃度又は装荷量のリン光体を有することもできる。典型的な濃度は、３０〜７０質量％の範囲内である。一実施例では、リン光体濃度は、約６５質量％であるが、好ましくは、遠隔リン光体全体にわたって均一に分散される。リン光体層６６は、異なる変換材料及び異なる濃度の変換材料とともに異なる領域を有することもできる。
【００５５】
結合剤に異なる材料を使用することができ、材料は好ましくは硬化させた後頑丈なものとなり、可視波長スペクトルにおいて実質的に透過性を有する。好適な材料として、シリコーン、エポキシ、ガラス、無機ガラス、誘電体、ＢＣＢ、ポリイミド、ポリマー、及びこれらの混成物が挙げられ、好ましい材料は高出力ＬＥＤにおいて透過性及び信頼性が高いことからシリコーンである。好適なフェニル及びメチル系のシリコーンが、Ｄｏｗ（登録商標）Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から市販されている。結合剤は、使用される結合剤の種類などの異なる要因に応じて多くの異なる硬化法を使用して硬化させることができる。異なる硬化法として、限定はしないが、熱、紫外線（ＵＶ）、赤外線（ＩＲ）、又は空気による硬化が挙げられる。
【００５６】
リン光体層６６は、限定はしないが、スピン・コーティング、スパッタリング、印刷、粉体塗装、電気泳動塗装（ＥＰＤ）、静電塗装などを含む異なるプロセスを使用して施すことができる。上述のように、リン光体層６６は、結合剤材料とともに施すことができるが、結合剤は必要ないことは理解される。さらに他の実施例では、リン光体層６６は、別々に加工され、次いで、キャリア層６４に実装されうる。
【００５７】
一実施例では、リン光体−結合剤混合物をキャリア層６４の上に噴霧するか、又は分散させ、次いで、結合剤を硬化させてリン光体層６６を形成することができる。これらの実施例のいくつかにおいて、リン光体−結合剤混合物を、リン光体結合剤混合物がキャリア層６４に接触すると、キャリア層６４からの熱が結合剤中に拡散して結合剤を硬化させるように加熱されたキャリア層６４上に、若しくはその上に被さるように噴霧するか、又は注ぎ込むか、又は分散させることができる。これらのプロセスは、混合物を液化しその粘度下げ、噴霧との親和性を持たせることができるリン光体−結合剤中の溶剤も含みうる。限定はしないが、トルエン、ベンゼン、ザイレン、又はＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）社から市販されているＯＳ−２０を含む多くの異なる溶剤を使用することができ、また溶剤の異なる濃度も使用することができる。溶剤−リン光体−結合剤混合物を加熱されたキャリア層６４上に噴霧又は分散させたときに、キャリア層６４からの熱が溶剤を蒸発させ、キャリア層の温度は溶剤が蒸発する速度に影響を及ぼす。キャリア層６４からの熱は、この混合物中の結合剤を硬化し、キャリア層上に固定されたリン光体層を残すようにすることもできる。キャリア層６４は、使用される材料並びに所望の溶剤蒸発及び結合剤硬化速度に応じて多くの異なる温度に加熱されうる。好適な温度範囲は、９０から１５０℃までの範囲内であるが、他の温度も使用できることは理解される。さまざまな塗装方法及びシステムが、Ｄｏｎｏｆｒｉｏらの米国特許出願公開第２０１０／０１５５７６３号、名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｔｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」において説明されており、これもまたＣｒｅｅ，  Ｉｎｃ．社に譲渡されている。
【００５８】
リン光体層６６は、少なくとも部分的にリン光体材料の濃度及びリン光体層６６によって変換される光の所望の量に応じて多くの異なる厚さを有することができる。本発明によるリン光体層は、３０％より高い濃度レベル（リン光体装荷量）で施すことができる。他の実施例では、５０％より高い濃度レベルを有することができるが、さらに他の実施例では、６０％より高くすることもできる。いくつかの実施例では、リン光体層は、１０〜１００ミクロンまでの範囲内の厚さを有することができるが、他の実施例では、４０〜５０ミクロまでの範囲内の厚さを有することができる。
【００５９】
上述の方法は、異なるリン光体材料の同じものの複数の層を施すために使用することができ、知られているマスキング・プロセスを使用してキャリア層の異なる領域内に異なるリン光体材料を施すことができる。上述の方法は、リン光体層６６に対する何らかの厚さ制御を行うが、さらに大きな厚さの制御の場合には、知られている方法を使用してリン光体層を研磨し、リン光体層６６の厚さを薄くするか、又は層全体にわたって厚さを均すことができる。この研磨するという特徴では、ＣＩＥ色度グラフ上の単一のビンの範囲内で発光するランプを生産することができるという利点が加わる。ビニングは、一般的に当技術分野で知られており、最終的な顧客に提供されるＬＥＤ又はランプが許容可能な色範囲内の光を放射することを確実にすることを意図したものである。ＬＥＤ又はランプをテストし、色若しくは輝度によりソートして異なるいくつかのビンに分けることができるが、これは一般的に当技術分野ではビニングと称される。それぞれのビンは、典型的には、ある色及び輝度のグループからのＬＥＤ若しくはランプを含み、典型的には、ビン・コードによって識別される。白色発光ＬＥＤ又はランプは、色度（色）及び光束（輝度）によってソートされうる。リン光体層の厚さ制御は、リン光体層によって変換される光源光の量を制御することによってターゲット・ビンの範囲内の光を放射するランプの生産をより精密に制御する。リン光体層６６の厚さが同じである複数のリン光体６２を形成することができる。実質的に同じ放射特性を持つ光源５８を使用することによって、いくつかの場合において単一のビンの範囲内に収まりうるほぼ同じ放射特性を有するランプを製造することができる。いくつかの実施例では、ランプ放射は、ＣＩＥ図上の１つの点からの標準偏差の範囲内にあり、またいくつかの実施例では、標準偏差は、１０ステップ未満のマクアダム楕円を含む。いくつかの実施例では、ランプの放射は、ＣＩＥｘｙ（０．３１３，０．３２３）を中心とする４ステップ・マクアダム楕円内に収まる。
【００６０】
リン光体キャリア６２は、熱伝導結合材又は熱グリースなどの異なる公知の方法若しくは材料を使用してキャビティ５４の開口部の上に載せて、接着することができる。従来の熱伝導性グリースは、酸化ベリリウム及び窒化アルミニウムなどのセラミック材料又はコロイド状銀などの金属粒子を含んでいる可能性がある。他の実施例では、クランプ機構、ネジ、又は熱接着剤などの熱伝導性デバイスを使用してリン光体キャリアを開口部の上に取り付け、リン光体キャリア６２をヒート・シンク構造にきつく留めて、熱伝導性を最大にすることができる。一実施例では、厚さが約１００μｍ、熱伝導率がｋ＝０．２Ｗ／ｍ−ｋである熱グリース層が使用される。この配置構成は、リン光体層６６から熱を放散するための効率的な熱伝導経路をなす。上述のように、異なるランプ実施例を、キャビティなしで構成することができ、またリン光体キャリアは、キャビティの開口部の上に実装することを超える多くの異なる方法で装着することができる。
【００６１】
ランプ５０の動作中、リン光体変換加熱が、ＬＥＤ光の大半がリン光体キャリア６２に当たりそこを通過するリン光体層６６の中心など、リン光体層６６内に集中する。キャリア層６４の熱伝導性により、この熱は第１の熱流７０に示されているようなリン光体キャリア６２の縁の方へ横方向に拡散する。そこでは、第２の熱流７２によって示されているように熱が熱グリース層を通過して、ヒート・シンク構造５２内に入り、そこで、効率よく周囲に放散されうる。
【００６２】
上述のように、ランプ５０において、プラットフォーム５６及びヒート・シンク構造５２は、熱的に接続又は結合されうる。この結合された配置構成の結果、リン光体キャリア６２が得られ、光源５８は熱放散用の熱伝導経路を少なくとも部分的に共有することになる。第３の熱流７４によって示されているように光源５８からプラットフォーム５６を通過する熱は、ヒート・シンク構造５２にも拡散しうる。ヒート・シンク構造５２内に流れ込むリン光体キャリア６２からの熱も、プラットフォーム５６内に流れ込むものとしてよい。以下でさらに説明されるように、他の実施例では、リン光体キャリア６２及び光源５４は、熱放散用の分離した熱伝導経路を有することができ、これらの分離した経路は「減結合されている」と称される。
【００６３】
リン光体キャリアは、図４に示されている実施例を超える多くの異なる方法で配置構成されうることは理解される。リン光体層は、キャリア層の表面上にあるか、又はキャリア層と一緒に混ぜ合わされてもよい。リン光体キャリアは、リン光体層若しくはキャリア層上に含まれるか、又はそれと一緒に混ぜ合わされるものとしてよい散乱層も備えることができる。リン光体及び散乱層は、キャリア層の表面の全体ではなく一部を覆うことができ、いくつかの実施例では、変換層及び散乱層は、異なる領域内で異なる濃度を有するものとしてよいことも理解される。リン光体キャリアは、リン光体キャリアを通る放射を増強するために異なる粗面化された、又は整形された表面を有することができることも理解される。
【００６４】
上述のように、ディフューザは、リン光体キャリア及びＬＥＤからの光を所望のランプ放射パターンに分散させるように配置構成され、多くの異なる形状及びサイズを有することができる。いくつかの実施例では、ディフューザは、ランプが発光していないときにリン光体キャリアをマスクするようにリン光体キャリアの上に配置構成することもできる。ディフューザは、ランプが発光していないときに電球が白色に見えるように実質的に白色に見せる材料を有することができる。
【００６５】
ランプ５０の出力ビーム特性を制御するために使用できるディフューザの属性又は特性は少なくとも４つある。第１は、リン光体層の幾何学的形状に無関係なディフューザの幾何学的形状である。第２は、リン光体層の幾何学的形状に関係するディフューザの幾何学的形状である。第３は、散乱層の性質及びディフューザ表面の滑らかさ／粗さを含むディフューザの散乱特性である。第４は、散乱の意図的な非均一性などの表面全体にわたるディフューザの分布である。これらの属性により、例えば、「横向き」放射光に関する（約９０°）、また「高角度」に関する（＞約１３０°）、軸方向放射光の比を制御することができる。これらの属性は、リン光体キャリア及び光源によって放射される光の幾何学的形状及びパターンに応じて異なる形で適用することもできる。
【００６６】
図４に示されているような二次元リン光体キャリア及び／又は光源については、放射される光は、一般的に前方に向けられる（例えば、ランベルト）である。これらの実施例について、上に列挙された属性では、前方に向けられた放射パターンを広いビーム強度プロファイルに分散させることができる。第２及び第４の属性の変更形態は、前方に向けられた放射プロファイルからの広いビーム無指向性放射を達成することに対して特に適用可能であると思われる。
【００６７】
三次元リン光体キャリア（以下でさらに詳しく説明する）及び三次元光源について、放射される光は、すでに、放射がヒート・シンクなどの他のランプ表面によって阻止されていない場合に９０°を超える角度で著しい放射強度を有することができる。その結果、上に列挙されているディフューザ属性を使用して、リン光体キャリア及び光源からのビーム・プロファイルに対するさらなる調整又は微調整を行い、所望の出力ビーム強度、色の均一性、色点などにより正確に一致するようにできる。いくつかの実施例では、ビーム・プロファイルは、従来の白熱電球からの出力と実質的に一致するように調整されうる。
【００６８】
リン光体の幾何学的形状に無関係なディフューザの幾何学的形状に関する上記の第１の属性の場合と同様に、ディフューザ表面から光が均一に放射される実施例において、横向き（約９０°）に関する「前方」に向けられた（軸方向若しくは約０°の）光、及び「高角度」（＞約１３０°）に関する「前方」に向けられた（軸方向若しくは約０°の）光の量は、その角度から見たときにディフューザの断面積に大きく依存しうる。図５は、小さな二次元リン光体キャリア８１を有する、本発明による背が高く狭いディフューザ８０の一実施例を示している。第１の視野角度８２にそって軸方向に見たときには円形の領域を、第２の視野角度８４にそって側面から見たときにはより大きな領域を持たせることによって特徴付けられる。それに対応して、そのようなディフューザは、「横向き」放射に関して低い軸方向光放射を行うことになる。ヒート・シンク又は他の遮光特徴体が、ディフューザの底部のところに存在している場合、ディフューザの高さを大きくすることで、後方若しくは高角度放射の量を増やすことができる。
【００６９】
図６は、同一平面上にある光源及び／又はリン光体キャリア９１の放射パターンに応じて均一な無指向性放射に特に適用可能である本発明によるディフューザ９０の別の実施例を示している。ディフューザ９０は、すべての角度から見たときにほぼ一定の断面積を備える、ほぼ均一な球状の幾何学的形状を有する。これは、均一な、又はほぼ無指向性の放射強度を高める。
【００７０】
第２の属性、リン光体キャリアの幾何学的形状に関するディフューザの幾何学的形状の場合と同様に、図７は、前方に向けられた、又はランベルト放射パターンを典型的にはもたらす二次元リン光体キャリア及び同一平面上にあるＬＥＤ光源に特に適用可能である配置構成されているディフューザ１００の別の実施例を示している。ディフューザ１００は、楕円形であり、狭いネック部１０２を有する。ディフューザ１００の底部に光源及び／又はリン光体キャリアを置くことによって、他の方法では光源から前角へ向けられる光は、ディフューザ表面の散乱性により、「インターセプト」され、より高い角度に又は横向きに（約９０°）向き付けられる。この効果は、三次元光源及びリン光体キャリアの場合も発生しうるものであるが、効果はそれほどない可能性がある。これらの三次元の実施例のうちのいくつかの実施例では、ディフューザは、ネック形状部を必要としなくてもよいが、むしろ球体の形状をとることができる。
【００７１】
図８は、二次元リン光体キャリア及び同一平面上のＬＥＤ光源からの前方に向けられた又はランベルト放射パターン１１２の一実施例を示すグラフ１１０である。放射パターン１１４は、図７に示されているように直線１１２によって表される放射パターンがディフューザを通過した後のランプ放射パターンを示す。パターン１１４は、軸方向（約０°）では低い放射強度を、横向き（約９０°）では著しく高い放射を示している。これは、前方に向けられた放射パターン１１２に比較してより均一な放射パターンを反映する、
【００７２】
上に列挙されている第３の属性、ディフューザ散乱特性についてと同様に、ディフューザの異なる実施例は、ガラス又はプラスチックなどの異なる材料、及び１つ又は複数の散乱フィルム、層、若しくは領域で作られたキャリアを備えることができる。散乱層は、リン光体層の塗装に関して上で説明されている方法を使用して塗装（deposition）することができ、また粒子の密充填物を含みうる。散乱粒子は、リン光体層とともに使用される結合剤を参照しつつ上で説明されているものと同じものであってよい結合剤材料に含まれるものとしてもよい。散乱粒子層は、使用される用途及び材料に応じて異なる濃度の散乱粒子を有することができる。散乱粒子濃度に対する好適な範囲は、０．０１％から０．２％までであるが、濃度は加減できることは理解される。いくつかの実施例では、濃度は、０．００１％と低くてもよい。散乱粒子層は、異なる領域内で異なる濃度の散乱粒子を有することができることも理解される。いくつかの散乱粒子について、より高い濃度に対して吸収があるため損失が増大しうる。そこで、散乱粒子の濃度は、許容損失値を維持するように選択することができ、それと同時に、光を分散させ所望の放射パターンを得ることができる。
【００７３】
散乱粒子は、限定はしないが以下のものを含む多くの異なる材料で構成されるものとすることができる。
シリカ;
カオリン;
酸化亜鉛（ＺｎＯ）;
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）;
二酸化チタン（ＴｉＯ２）;
硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）;
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）;
溶融シリカ（ＳｉＯ２）、
フュームド・シリカ（ＳｉＯ２）;
窒化アルミニウム ;
ガラス・ビーズ ;
二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）;
炭化ケイ素（ＳｉＣ）;
酸化タンタル（ＴａＯ５）;
窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）;
酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）;
窒化ホウ素（ＢＮ）;又は
リン光体粒子（例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＢＯＳＥ）
材料のさまざまな組み合わせ又は同じ材料の異なる形態の組み合わせにおける複数の散乱材料を使用して、特定の散乱効果をもたらすことができる。
【００７４】
散乱層は、ディフューザの内側表面上に配置されるか、又は外側表面に配置されるか、又はキャリアと一緒に混ぜ合わされうる。散乱層のキャリアの表面は、光学的に滑らか又は粗いものとすることができる。散乱層は、粒子間の空気とともにキャリアの表面に付着されたシリカ若しくはカオリン粒子などのフィルム若しくは粒子からなるものとしてよい。散乱層は、シリカ、アルミニウムなどの結合剤マトリックス層内の粒子、シリコーン中の粒子も含むことができる。この層はキャリアの内面又は外面上にスプレーコーティングされうるか、又はキャリアそれ自体が散乱粒子を含みうる。ディフューザの形状に成形されうる散乱フィルムの一実例は、ＦｕｓｉｏｎＯｐｔｉｘ，Ｉｎｃ．社から市販されているファイルである。
【００７５】
一般に、散乱材料若しくは粒子は、粒子に入射する光がその元のコースから再配向された程度によって特徴付けられうる。個別の粒子の場合、より大きな粒子は、ミー散乱する傾向を有し、そのため、光の方向の変化が比較的小さい。より小さな粒子では、レーリー散乱する傾向を有し、そのため、方向の変化が大きく、粒子との相互作用の後の光の分配が本質的に均一又は等方的である。粒子からなるフィルムも類似の振る舞いをするものとしてよい。さまざまな表面特徴体及び／又は散乱粒子を使用することができ、その有効性は、吸収（低ければ低いほどよい）、及び周囲マトリックス／周辺との屈折率の差（差が大きいほどより有効な散乱が生じる）によって決定される。
【００７６】
ディフューザ表面の滑らかさは、全内側反射（ＴＩＲ）効果によりリン光体キャリアの光源の方へ戻される光の量に影響を及ぼすために使用できる。滑らかな内面は、ＴＩＲを引き起こし、他の方法では光源に向かうことになる光の方向を変える。対照的に、粗面化された内面は、このような効果を示さない。他の内部ランプ表面の光源の方へ再配向されて戻る光は吸収され、そのためランプ効率が低下しうる。リン光体層の方へ戻り散乱される光は、ダウンコンバージョンの量が増加し、そのため、ディフューザによるランプの色温度又は色点のシフトが生じる。しかし、後方散乱度が高いことで、光がディフューザ内で内部的に反射される「ライトボックス」効果を生じさせることによって均一性を改善し、ディフューザ表面上の分布の均一性を高め、ランプ放射ビーム・プロファイルの色点及び強度分布の均一性を高めることができる。
【００７７】
第４の属性、表面上のディフューザ散乱分布については、ディフューザ表面上の散乱特性の均一性を使用して、特定の領域内の表面から放射される光の量及びしたがってその結果得られるビーム・プロファイルを制御することができる。これは、ディスパーサ内のネック形状部を有する図７に示されているような２番目の属性などの他の属性と組み合わせたときに特に有用である可能性がある。狭いネック領域を有する楕円形のディフューザ、及び二次元リン光体キャリア及び同一平面上のＬＥＤ光源の放射を示すランプ内の粗い高散乱（レーリー又は等方的）内部粗面フィルムを使用することによって、図８に示されているように光のかなりの部分を横向きに向き付けることができる。この効果は、ディフューザのネック領域内の散乱フィルムを透過する光の量を増やすことによって拡大されうる。リン光体キャリア及び光源によって放射される光のかなりの部分が散乱層と相互作用する場合、光はディフューザの本体部内であちこちに跳ね返り、均一な放射を増強しうる。散乱フィルムがより透過的である領域を、そのような領域内で散乱フィルムをより薄く又はより滑らかにすることなどによって形成することにより、その表面から出る相対強度を高めることが可能である。図７に示されている実施例では、ネック領域から出て横向きのビーム方向に入る光の量は、その領域内で散乱層をより薄く又はより滑らかにすることによって増加させることができる。
【００７８】
これらは、所望の放射パターンを構成するために異なる仕方でこれらの属性を組み合わせる方法のうちの一部に過ぎない。この組み合わせの結果、無指向性を超える多くの異なるランプ放射パターンを構成することができる多くの異なる形状が得られる。図９〜１２は、本発明によるランプ内の二次元キャリア・リン光体（及び後述のような三次元リン光体）とともに使用されうるいくつかの追加のディフューザの形状及びサイズを示している。図９は、図７に示されている実施例に類似しており、より短く狭いネック部分を持つ形状の一般的な球体である、ディフューザ１３０を示す。ディフューザ１３０の一実施例の寸法は、図９に示されており、図１０〜１２のディフューザの寸法も図示されている。図１０は、より短いネック部を有する、球体形状の大半を保持するディフューザ１４０の別の実施例を示している。図１１は、ネック領域を有しないが、球体形状の大半を保持するディフューザ１５０の別の実施例を示している。図１２は、ディフューザ１６０のさらに別の実施例を示しており、このディフューザはむしろ半球形状となっている。これらの形状は、以下で説明され、添付図面に示されているように、異なるパターン及び異なる効率レベルを持つ放射体を構成する。これらは、ディフューザがとりうる無数の他の形状であり、いくつかの追加の形状としてマッシュルーム形、弾丸形、円筒形、卵形、長円形などがある。他の実施例では、ディフューザは、底部では広く、少なくとも底部から離れて行く１つの部分にそって狭まる形状をとりうる。これらの実施例は、頂部に比べて底部において広くなる形状をとりうる。
【００７９】
図１３〜１６は、リン光体キャリアからの光がディフューザを通過するようにディフューザ１３０がリン光体の上に配置構成されている二次元リン光体キャリアを有する本発明によるランプに対する放射特性を示すグラフである。図１３及び１４は、ディフューザなしのランプと比較したときの、さらに標準のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ６０Ｗ  Ｅｘｔｒａ  Ｓｏｆｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｂｕｌｂと比較したときのランプの放射特性を示している。図１５及び１６は、視野角度０から１８０°までの範囲の放射強度の変動を示している。
【００８０】
図１７〜２０は、図１３から１６のグラフに類似しており、ディフューザ１４０がリン光体キャリアの上に配置構成されている二次元リン光体キャリアも有する本発明によるランプに対する放射特性を示している。図２１〜２４も、図１３〜１６のグラフに類似しており、ディフューザ１５０がリン光体キャリアの上に配置構成されている二次元リン光体キャリアも有する本発明による別のランプに対する放射特性を示している。同様に、図２５〜２８も、図１３〜１６のグラフに類似しており、ディフューザ１６０がリン光体キャリアの上に配置構成されている二次元リン光体キャリアも有する本発明による別のランプに対する放射特性を示している。
【００８１】
本発明によるランプは、上述のものを超える多くの異なる特徴を備えることができる。図４を再び参照すると、キャビティ５４を有するこれらのランプ実施例に、透明な熱伝導性材料を充填し、ランプの熱放散をさらに高めることができることがわかる。キャビティ伝導性材料は、光源５８から熱を放散するための二次経路を構成することが可能である。光源からの熱は、そのままプラットフォーム５６を通って伝導するが、キャビティ材料を通過してヒート・シンク構造５２に至ることも可能である。これにより、光源５８の動作温度を下げることができるが、リン光体キャリア６２の動作温度が上昇する危険性がある。この配置構成は、多くの異なる実施例において使用することができるが、リン光体キャリアのものと比べて光源の動作温度が高いランプに特に適用可能である。この配置構成により、リン光体キャリア層の熱の上昇に耐えられる用途の光源から熱をより効率的に拡散させることができる。
【００８２】
上で説明されているように、本発明による異なるランプ実施例は、多くの異なる種類の光源を用いて配置構成されうる。図２９は、上で説明され、図４に示されているランプ５０に類似しているランプ２１０の別の実施例を示している。ランプ２１０は、プラットフォームが光源２１８を保持するように配置構成されているキャビティ２１４を有するヒート・シンク構造２１２を備える。リン光体キャリア２２０は、キャビティ２１４への開口部の上に、また少なくとも部分的にそれを覆うように備えられうる。この実施例では、光源２１８は、個別のＬＥＤパッケージに配置構成されるか、又は単一の複数ＬＥＤパッケージ内にアレイ状に配置構成された複数のＬＥＤを備えることができる。個別のＬＥＤパッケージを備える実施例については、ＬＥＤのそれぞれは、それ専用の一次光学系又はレンズ２２２を備えることができる。単一の複数ＬＥＤパッケージを有する実施例では、単一の一次光学系又はレンズ２２４がすべてのＬＥＤを覆うことができる。ＬＥＤ若しくはＬＥＤアレイは、二次光学系を有することができるか、又は一次光学系と二次光学系の組み合わせを備えることができることも理解される。ＬＥＤはレンズを備えないようにすることができること、またアレイの実施例では、ＬＥＤのそれぞれがそれ専用のレンズを有することができることは理解される。ランプ５０と同様に、ヒート・シンク構造及びプラットフォームは、必要な電気的トレース又は導線を備えて電気信号を光源２１８に送るように配置構成されうる。それぞれの実施例において、放射体を異なる直列及び並列の配置構成で結合することができる。一実施例では、２本の導線で回路基板に直列に接続される８個のＬＥＤを使用することができる。次いで、導線を上述の電源ユニットに接続することができる。他の実施例では、８個より多い、又は少ないＬＥＤを使用することができ、上述のように、８個のＸＬａｍｐ（登録商標）ＸＰ−Ｅ  ＬＥＤ又は４個のＸＬａｍｐ（登録商標）ＸＰ−Ｇ  ＬＥＤを含むＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．社から市販されているＬＥＤを使用することができる。異なる単一列のＬＥＤ回路が、参照により本明細書に組み込まれている、ｖａｎ  ｄｅ  Ｖｅｎらの米国特許出願第１２／５６６，１９５号、名称「Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｔｒｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｔｒｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」並びにｖａｎ  ｄｅ  Ｖｅｎらの米国特許出願第１２／７０４，７３０号、名称「Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｂｙｐａｓｓ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」に説明されている。
【００８３】
上述のランプ５０及び２１０では、光源及びリン光体キャリアは、熱を放散するための熱経路を共有する、つまり熱的に結合されている。いくつかの実施例では、リン光体キャリアの熱放散は、リン光体キャリア及び光源に対する熱経路が熱的に接続されていない、つまり熱的に減結合されている場合に増強されうる。
【００８４】
図３０は、ヒート・シンク構造３０５内に光キャビティ３０２を備える本発明によるランプ３００のさらに別の実施例を示している。上記の実施例と同様に、ランプ３００は、ランプ・キャビティを備えなくてもよく、ＬＥＤがヒート・シンクの表面上に、又は異なる形状を有する三次元若しくは台構造上に実装される。平面状ＬＥＤベースの光源３０４は、プラットフォーム３０６に実装され、リン光体キャリア３０８は、キャビティ３０２の頂部開口部に実装され、リン光体キャリア３０８は上述のものの特徴のうちのどれかを有する。図示されている実施例において、リン光体キャリア３０８は、平らな円板形状とすることができ、熱伝導性透明材料及びリン光体層を備える。これは、上述のように熱伝導性材料又はデバイスとともにキャビティに実装されうる。キャビティ３０２は、上述のように放射効率を高めるために反射面を有することができる。
【００８５】
光源３０４からの光は、リン光体キャリア３０８を通過し、そこで、その一部がリン光体キャリア３０８内のリン光体によって異なる波長の光に変換される。一実施例では、光源３０４は、青色発光ＬＥＤを備えることができ、リン光体キャリア３０８は、上述のように、青色光の一部を吸収し、黄色光を再放射する黄色リン光体を備えることができる。ランプ３００は、ＬＥＤ光と黄色リン光体光を組み合わせて得られる白色光を放射する。上記と同様に、光源３０４は、異なる色の光を放射する多くの異なるＬＥＤも備えることができ、リン光体キャリアは、所望の色温度及びレンダリングにより発光する他のリン光体を含むことができる。
【００８６】
ランプ３００は、上に列挙されているような拡散若しくは散乱粒子を含むキャビティ３０２の上に実装された整形ディフューザ・ドーム３１０も備える。散乱粒子は、一般的なドーム形状に形成された硬化性結合剤中に提供されうる。図示されている実施例では、ドーム３１０は、ヒート・シンク構造３０５に実装され、ヒート・シンク構造３０５の反対側にある端部のところに拡大された部分を有する。シリコーン、エポキシ、ガラス、無機ガラス、誘電体、ＢＣＢ、ポリイミド、ポリマー、及びこれらの混成物などの異なる結合剤材料を上述のように使用することができる。いくつかの実施例では、白色散乱粒子を、光キャビティ内のリン光体キャリア３０８内のリン光体の色を隠す白色を有するドームとともに使用することができる。これにより、ランプ３００全体が白色に見え、一般的にリン光体の色に比べて消費者に視覚的に受け入れられるか、又はアピールする。一実施例では、ディフューザは、白色二酸化チタン粒子を含むものとしてよく、これはディフューザ・ドーム３１０を全体的に白色に見せることができる。
【００８７】
ディフューザ・ドーム３１０は、光キャビティから放射される光をより均一なパターンで分配する利点をさらにもたらしうる。上述のように、光キャビティ内の光源からの光は、一般的ランベルト・パターンで放射することができ、散乱粒子の散乱特性とともにドーム３１０の形状により、光はより無指向性の放射パターンでドームから放射される。設計されたドームは、異なる領域内で異なる濃度の散乱粒子を有することができるか、又は特定の放射パターンに合わせて整形することができる。いくつかの実施例では、ランプからの放射パターンが米国エネルギー省（ＤＯＥ）のＥｎｅｒｇｙ  Ｓｔａｒで定められている無指向性分配の基準に適合するように設計することができる。ランプ３００が満たすこの標準の必要条件の１つは、放射の均一性が０から１３５°までの範囲の視野角度の平均値の２０％以内でなければならず、ランプからの全光束の５％超が、１３５〜１８０°の放射域内で放射されなければならないというものであり、測定は０、４５、９０°の方位角で行った。上述のように、本明細書で説明されている異なるランプ実施例は、ＤＯＥ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔａｒ規格準拠のＡ型改造ＬＥＤ電球も備えることができる。本発明は、効率的で、信頼性が高く、費用効果も高いランプを実現する。いくつかの実施例では、ランプ全体が、素早く容易に組み立てられる５つのコンポーネントを備えることができる。
【００８８】
上記の実施例と同様に、ランプ３００は、従来の電気的レセプタクルに嵌入するタイプの装着機構を備えることができる。図示されている実施例では、ランプ３００は、標準エジソン・ソケットに装着するためのネジ山付き部分３１２を備える。上記の実施例と同様に、ランプ３００は、標準プラグを備えることができ、また電気的レセプタクルは標準的なコンセントであるか、若しくはＧＵ２４ベースのユニットを備えることができるか、又は、これは、クリップであってもよく、電気的レセプタクルは、クリップを受け入れ保持するレセプタクルとすることができる（例えば、多くの蛍光灯で使用されているようなもの）。
【００８９】
上述のように、ランプ３００の特徴体のうちのいくつかの間の空間を混合室とみなすことができ、光源３０６とリン光体キャリア３０８との間の空間は第１の光混合室を備える。リン光体キャリア３０８とディフューザ３１０との間の空間は、第２の光混合室を備えることができ、混合室は前記ランプに対する均一な色及び強度の発光を促す。異なる形状のリン光体キャリア及びディフューザを有する以下の実施例にも同じことが言える。他の実施例では、追加の混合室を形成する追加のディフューザ及び／又はリン光体キャリアを備えることができ、またディフューザ及び／又はリン光体キャリアを異なる順序で配置構成することができる。
【００９０】
本発明による異なるランプ実施例は、多くの異なる形状及びサイズを有することができる。図３１は、ランプ３００に類似し、ヒート・シンク構造３２５内に光キャビティ３２２を同様に備え、光源３２４が光キャビティ３２２内のプラットフォーム３２６に実装されている、本発明によるランプ３２０の別の実施例を示している。上記のように、ヒート・シンク構造は、光キャビティを有している必要はなく、ヒート・シンク構造を超える他の構造上に光源を備えることができる。これらは、光源を有する平面状表面又は台を備えることができる。リン光体キャリア３２８は、熱的接続部を持つキャビティ開口部の上に実装される。ランプ３２０は、光キャビティの上に、ヒート・シンク構造３２５に実装されたディフューザ・ドーム３３０も備える。ディフューザ・ドームは、上で説明され、図１５に示されているディフューザ・ドーム３１０と同じ材料で作ることができるが、この実施例では、ドーム３００は、リン光体キャリア３２８内のリン光体から色をそのままマスクしながら異なるランプ放射パターンをもたらすように長円形又は卵形である。また、ヒート・シンク構造３２５及びプラットフォーム３２６は熱的に減結合されていることに留意されたい。つまり、熱を放散するために熱経路を共有しないようにプラットフォーム３２６とヒート・シンク構造との間に空間があるということである。上述のように、これは、減結合された熱経路を有しないランプと比べてリン光体キャリアからの熱放散を改善することができる。ランプ３００は、エジソン・ソケットに装着するためのネジ山付き部分３３２も備える。
【００９１】
図３２〜３４は、図３１に示されているランプ３２０に類似する本発明によるランプ３４０の別の実施例を示している。これは、光源３４４がプラットフォーム３４６上に置かれている光キャビティと光キャビティの上に載るリン光体キャリア３４８を有するヒート・シンク構造３４５を備える。これは、ネジ山付き部分３５２をさらに備える。これはディフューザ・ドーム３５０も備えるが、この実施例では、ディフューザ・ドームは、頂部で平たくなっており、リン光体の色をそのままマスクしながら所望の放射パターンを生み出す。
【００９２】
ランプ３４０は、光源３４４と光源３４４からのヒート・シンク構造３４５との間に界面層３５４も備える。いくつかの実施例では、界面層は、断熱材料を備えることができ、光源３４４は、放射体から光源の基板の縁に熱が放散するのを促進する特徴体を有することができる。これは、ヒート・シンク構造３４５の外縁への熱放散を促進することができ、熱はヒート・フィンを通して放散することができる。他の実施例では、界面層３５４は、ヒート・シンク構造３４５を光源３４４から電気的に絶縁する電気的絶縁性を有するものとしてよい。次いで、光源の上面に電気的接続を形成することができる。
【００９３】
上記の実施例では、リン光体キャリアは、光源内のＬＥＤが同一平面上にある二次元（又はフラット／平面）状のものである。しかし、他のランプ実施例では、リン光体キャリアは、異なる三次元形状を含む多くの異なる形状をとりうることは理解される。三次元という語は、上記の実施例に示されているように平面以外の形状を意味することが意図されている。図３５〜３８は、本発明による三次元リン光体キャリアの異なる実施例を示しているが、これらは多くの他の形状もとりうることは理解される。上述のように、リン光体は光の吸収及び光の再放射を行うときに、光は等方的に再放射され、したがって、三次元リン光体キャリアは光源からの光を変換して、また分散する。上述のディフューザと同様に、三次元キャリア層の異なる形状は、光源の放射パターンに部分的に依存する異なる特性を有する放射パターンで光を放射することができる。次いで、所望のランプ放射パターンが得られるように、ディフューザとリン光体キャリアの放射との整合をとることができる。
【００９４】
図３５は、半球状キャリア３５５及びリン光体層３５６を備える半球形状リン光体キャリア３５４を示している。半球状キャリア３５５は、上述のキャリア層と同じ材料で作ることができ、またリン光体層は、上述のリン光体層と同じ材料で作ることができ、また散乱粒子は、上述のようにキャリア及びリン光体層内に含むことができる。
【００９５】
この実施例では、リン光体層３５６は、キャリア３５５の外面上にあるように示されているけれども、リン光体層は、キャリアの内側の層上にあるか、又はキャリアと混ぜ合わされているか、又はこれら３つの任意の組み合わせとすることができることは理解される。いくつかの実施例では、外面上にリン光体層を有することによって、放射損失を最小限度に抑えることができる。放射体の光がリン光体層３５６によって吸収されると、光は全方向に放射され、光の一部は後方に放射され、ＬＥＤなどのランプ要素によって吸収されうる。リン光体層３５６は、リン光体層から前方に放射される光がキャリア３５５の内面から反射されて戻るように半球状キャリア３５５と異なる屈折率を有することもできる。この光は、ランプ要素による吸収のせいで失われる可能性もある。リン光体層３５６がキャリア３５５の外面上にあるので、前方に放射された光は、キャリア３５５を通過する必要はなく、反射に失われることはない。後方に放射された光は、キャリアの頂部に当たり、そこで、光の少なくとも一部が反射されて戻る。この配置構成の結果、光が吸収されうるキャリア内に放射されて戻るリン光体層３５６からの光が低減される。
【００９６】
リン光体層３５６は、上述と同じ方法の多くを使用して塗装することができる。いくつかの場合において、キャリア３５５の三次元形状は、必要な被覆を行うために追加のステップ若しくは他のプロセスを必要とすることがある。上述のように溶剤−リン光体−結合剤混合物を噴霧し、キャリアを加熱することができる実施例では、おおよそ均一な被覆などの、キャリアへの所望の被覆を行うために複数の噴霧ノズルが必要になることがある。他の実施例では、所望の被覆を行うためにキャリアを回転させながら噴霧ノズルを使用することで、噴霧ノズルを減らせる。上記のように、キャリア３５５からの熱は、溶剤を蒸発させ、結合剤の硬化を助長することができる。
【００９７】
さらに他の実施例では、リン光体層は、浸漬プロセスを通じて形成することができ、これにより、リン光体層は、キャリア３５５の内面若しくは外面上に形成されうるが、内面上に形成することに特に適用可能である。キャリア３５５は、キャリアの表面に接着するリン光体混合物で少なくとも部分的に充填されるか、又は他の何らかの形でキャリアの表面に接着するリン光体混合物と接触するものとしてよい。次いで、この混合物をキャリアから排出して、その後硬化されうる表面上のリン光体混合物の層を残すことができる。一実施例では、この混合物は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）及びリン光体を含むものとしてよい。キャリアを充填し、次いで排出して、その後熱硬化されうるＰＥＯ−リン光体混合物の層を残すことができる。ＰＥＯは、蒸発するか、又は熱によって追い出され、リン光体層を残す。いくつかの実施例では、結合剤を塗布して、リン光体層をさらに固定することができるが、他の実施例では、リン光体は結合剤なしで残すこともできる。
【００９８】
平面状キャリア層をコーティングするために使用されるプロセスと同様に、これらのプロセスを三次元キャリアにおいて使用し、同じ又は異なるリン光体材料を有することができる複数のリン光体層を施すことができる。このリン光体層は、キャリアの内側と外側の両方に施すこともでき、キャリアの異なる領域内に異なる厚さを有する異なる種類のものを有することができる。さらに他の実施例では、キャリアに熱形成されうるリン光体材料のシートでキャリアをコーティングするなどの異なるプロセスを使用することができる。
【００９９】
キャリア３５５を使用するランプでは、放射体からの光が上に放射され、キャリア３５５を通過するように放射体をキャリアの基部に配置構成することができる。いくつかの実施例では、これらの放射体は、一般的ランベルト・パターンで光を放射することができ、キャリアは、光をより均一なパターンで分散させることを助けることができる。
【０１００】
図３６は、弾丸形キャリア３５８及びキャリアの外面上のリン光体層３５９を備える本発明による三次元リン光体キャリア３５７の別の実施例を示している。キャリア３５８及びリン光体層３５９は、上述と方法を使用して同じ材料で形成することができる。全体的な所望のランプ放射パターンを得るために、異なる形状のリン光体キャリアを異なる放射体とともに使用することができる。図３７は、球体形状のキャリア３６１及びキャリアの外面上のリン光体層３６２を備える本発明による三次元リン光体キャリア３６０のさらに別の実施例を示している。キャリア３６１及びリン光体層３６２は、上述と方法を使用して同じ材料で形成することができる。
【０１０１】
図３８は、狭いネック部分３６５とともに一般的に球体形状のキャリア３６４を有する本発明によるさらに別の実施例のリン光体キャリア３６３を示している。上記の実施例と同様に、リン光体キャリア３６３は、上で説明されているのと同じ材料で作られ、同じ方法を使用して形成されたキャリア３６４の外面上にリン光体層３６６を備える。いくつかの実施例では、キャリア３６４に類似の形状を有するリン光体キャリアは、放射体の光及び光源からのランベルト・パターンの再放射光をより均一な放射パターンに変換することをより効率的に実行することができる。
【０１０２】
台座などのＬＥＤを保持する三次元構造物を有する実施例は、三次元リン光体キャリアからなおいっそう分散された光パターンをもたらすことができる。これらの実施例では、ＬＥＤは、平面状ＬＥＤ光源に比べてランベルト性が低い発光パターンをもたらすように異なる角度でリン光体キャリア内に置くことができる。次いで、これは、三次元リン光体キャリアによってさらに分散され、ディスパーサがランプの放射パターンを微調整することができる。
【０１０３】
図３９〜４１は、ヒート・シンク構造３７２、光キャビティ３７４、光源３７６、ディフューザ・ドーム３７８、及びネジ山付き部分３８０を有する本発明によるランプ３７０の別の実施例を示している。この実施例は、熱伝導性透明材料及び１つのリン光体層を含む三次元リン光体キャリア３８２も備える。これは、熱的接続によりヒート・シンク構造３７２にも実装される。しかし、この実施例では、リン光体キャリア３８２は半球形状であり、放射体は、光源からの光がリン光体キャリア３８２を通過しそこで光の少なくとも一部が変換されるように配置構成される。
【０１０４】
リン光体キャリア３８２の三次元形状は、それと光源３７６との間に自然な分離をもたらす。したがって、光源３７６は、光キャビティを形成するヒート・シンク内の陥凹部内に装着されない。その代わりに、光源３７６はヒート・シンク構造３７２の上面に装着され、光キャビティ３７４がリン光体キャリア３８２とヒート・シンク構造３７２の頂部との間の空間によって形成される。この配置構成により、光キャビティ３７４からの放射のランベルト性を小さくすることができるが、それは、横向きの放射を遮り、再配向する光キャビティの側面がないからである。
【０１０５】
光源３７６用の青色発光ＬＤ及び黄色リン光体を使用するランプ３７０の実施例では、リン光体キャリア３８２は黄色に見えることがあり、ディフューザ・ドーム３７８は、ランプ光を所望の放射パターンに分散させている間にこの色をマスクする。ランプ３７０では、プラットフォーム及びヒート・シンク構造に対する伝導経路が結合されるが、他の実施例では、これらは減結合されうることは理解される。
【０１０６】
図４２は、上で説明されているようにヒート・シンク構造３９４上に装着された８個のＬＥＤ光源３９２を備える本発明によるランプ３９０の一実施例を示している。放射体は、多くの異なる方法で結合されうるが、図示されている実施例では、直列に接続されている。しかし、放射体は、多くの異なる直列及び並列の相互接続方式の組み合わせで結合されうることは理解される。この実施例では、放射体は、光キャビティ内に装着されないが、その代わりに、ヒート・シンク３９４の頂部平面状表面に装着されることに留意されたい。図４３は、ドーム形リン光体キャリア３９６が光源３９２の上に装着されている図４２に示されているランプ３９０を示している。図４３に示されているランプ３９０は、図４４及び４５に示されているようにディフューザ３９８と組み合わされ、ランプ分散光放射を形成することができる。
【０１０７】
図４６〜４９は、リン光体キャリアからの光がディフューザを通過するようにディフューザ３９８がリン光体の上に配置構成されているドーム形三次元リン光体キャリアを有する本発明によるランプ３９０に対する放射特性を示すグラフである。図４６及び４７は、ディフューザなしのランプと比較したときの、さらに標準のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ６０Ｗ  Ｅｘｔｒａ  Ｓｏｆｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｂｕｌｂと比較したときのランプの放射特性を示している。図４８及び４９は、視野角度０から１８０°までの範囲の放射強度の変動を示している。
【０１０８】
図５０〜５３は、図４６〜４９のグラフに類似しており、図１０に示されているようなディフューザ１４０がリン光体キャリアの上に配置構成されているドーム形三次元リン光体キャリアも有する本発明によるランプに対する放射特性を示している。図５４〜５７は、図４６〜４９のグラフに類似しており、図１１に示されているようなディフューザ１５０がリン光体キャリアの上に配置構成されているドーム形三次元リン光体キャリアも有する本発明による別のランプに対する放射特性を示している。同様に、図５８〜６１は、図４６〜４９のグラフに類似しており、図１２に示されているようなディフューザ１６０がリン光体キャリアの上に配置構成されているドーム形三次元リン光体キャリアも有する本発明による別のランプに対する放射特性を示している。
【０１０９】
図６２は、上で説明され、図４２〜６１に示されている、異なるランプ実施例に対する視野角度にわたる色の変化を示すＣＩＥ図を主に含んでいる。上述のように、ディフューザは、所望の放射パターンに応じて、また他のランプ・コンポーネントの配置構成に応じて、多くの異なる形状及びサイズをとりうる。一実例として、図６３は、ヒート・シンクの縁などを通して、リン光体キャリアの光の漏れが生じる実施例において使用されうるディフューザ４００の別の実施例を示している。ディフューザ４００の基部４０２は、これらの縁を通り過ぎる光を拡散することができる。
【０１１０】
図６４〜６６は、本発明によるランプ４１０のさらに別の実施例を示している。これは、上記の図３９〜４１に示されているランプ３７０と同じ特徴の多くを備える。しかし、この実施例では、リン光体キャリア４１２は弾丸形状であり、上で説明されているリン光体キャリアの他の実施例と大部分同じ機能を有する。これらは、本発明の異なる実施例においてリン光体キャリアがとりうる異なる形状のうちのいくつかに過ぎないことは理解される。
【０１１１】
図６７は、光源４２６及びリン光体キャリア４２８を有する光キャビティ４２４とともにヒート・シンク４２２も備える本発明によるランプ４２０の別の実施例を示している。ランプ４２０は、ディフューザ・ドーム４３０及びネジ山付き部分４３２も備える。しかし、この実施例では、光キャビティ４２４は、ヒート・シンク４２２から取り外し可能である図６８に示されているような分離したカラー構造４３４を備えることができる。これは、ヒート・シンク全体に比べて、反射材料によりコーティングしやすい分離した構成要素をなす。カラー構造４３４は、ヒート・シンク構造４２２内のネジ山と嵌合するようにねじ込むことができる。カラー構造４３４は、ＰＣＢをヒート・シンクに機械的にしっかり締め付けるという利点をさらにもたらしうる。他の実施例では、カラー構造４３４は、製造しやすいようにネジ山の代わりに機械的スナップ式デバイスを備えることができる。
【０１１２】
上述のように、三次元リン光体キャリアの形及び幾何学的形状は、放射体の放射パターンを別のより望ましい放射パターンに変換するのを補助することができる。一実施例では、これは、ランベルト放射パターンを異なる角度のより均一な放射パターンに変更するのに役立ちうる。次いで、ディスパーサは、リン光体キャリアからの光を最終的な所望の放射パターンにさらに変換することができ、それと同時に、光がオフにされたときにリン光体の黄色の外観をマスクすることができる。他の要因も、放射体、リン光体キャリア、及びディスパーサの組み合わせが所望の放射パターンを生成する能力に寄与しうる。図６９は、本発明による一ランプ実施例に対する放射体のフットプリント４４０、リン光体キャリアのフットプリント４４２、及びディスパーサのフットプリント４４４の一実施例を示している。リン光体キャリアのフットプリント４４２及びディスパーサのフットプリント４４４は、放射体４４０の周りのこれらの特徴体の両方の下側縁を示している。これらの特徴体の実際の形状を超えて、これらの特徴体の縁の間の距離Ｄ１及びＤ２も、リン光体キャリア及びディスパーサが所望の放射パターンをもたらす能力に影響を及ぼしうる。これらの特徴体の形状は縁の間の距離とともに、所望のランプ放射パターンが得られるように放射体の放射パターンに基づき最適化されうる。
【０１１３】
他の実施例において、光キャビティ全体などのランプの異なる部分を取り除くことができることは理解される。カラー構造４１４を取り外し可能にするこれらの特徴体を使用することで、光キャビティを反射層でコーティングすることが容易になり、また故障した場合も光キャビティの取り外し及び交換を行うことが可能になる。
【０１１４】
本発明によるランプは、異なる多数のＬＥＤを備える光源を有することができ、いくつかの実施例では３０個未満、他の実施例では２０個未満を有する。さらに他の実施例では、１０個未満のＬＥＤを有することができ、ランプ光源のコスト及び複雑度はＬＥＤチップが少ないほど低くなる。いくつかの実施例における複数チップの光源によって覆われる面積は、３０ｍｍ２未満であり、他の実施例では、２０ｍｍ２未満である。さらに他の実施例では、１０ｍｍ２未満とすることができる。本発明によるランプのいくつかの実施例では、４００ルーメンを超える定常状態ルーメン出力も可能であり、また他の実施例では、６００ルーメンを超える。さらに他の実施例では、ランプは、８００ルーメンを超える定常状態ルーメン出力をもたらしうる。いくつかのランプ実施例では、このルーメン出力を、ランプを触れても比較的冷たいままに保てるランプの熱管理機能によって行うことができる。一実施例では、そのランプは触れてみると６０℃未満のままであり、他の実施例では、触れてみると５０℃未満のままである。さらに他の実施例では、ランプは触れてみると４０℃未満のままである。
【０１１５】
本発明によるランプのいくつかの実施例は、４０ルーメン／ワットを超える効率で動作することも可能であり、また他の実施例では、５０ルーメン／ワットを超える効率で動作可能である。さらに他の実施例では、そのランプは、５５ルーメン／ワットを超えて動作可能である。本発明によるランプのいくつかの実施例は、７０を超える演色評価数（ＣＲＩ）で光を発生することができ、他の実施例では、８０を超えるＣＲＩで光を発生することができる。さらに他の実施例では、ランプは、９０を超えるＣＲＩで動作可能である。本発明によるランプの一実施例は、８０を超えるＣＲＩ、及び３２０ルーメン／光学ワット＠３０００Ｋ相関色温度（ＣＣＴ）を超えるルーメン放射当量（lumen equivalent of radiation）（ＬＥＲ）でランプ発光を行うリン光体を有することができる。
【０１１６】
本発明によるランプは、０〜１３５°の視野角度における平均値の４０％以内にある分布の光を放射することもでき、また他の実施例では、この分布は同じ視野角度における平均値の３０％以内であるものとしてよい。さらに他の実施例は、Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔａｒ規格に準拠して同じ視野角度における平均値の２０％の分布を有することができる。これらの実施例は、１３５〜１８０°の視野角度において全光束の５％を超える光を放射することもできる。
【０１１７】
本発明によるランプ又は電球は、上で説明されている実施例を超える多くの異なる方法で配置構成されうることは理解される。上記の実施例は、遠隔リン光体を参照しつつ説明されているが、代替的実施例はコンフォーマル・リン光体層を持つ少なくともいくつかのＬＥＤを備えることができることは理解される。これは、異なる種類の放射体から異なる色の光を放射する光源を有するランプに特に適用可能であるものとしてよい。これらの実施例は、他の何らかの形で、上で説明されている特徴の一部又は全部を有することができる。
【０１１８】
図７０〜８５は、本発明により配置構成された追加のランプ又は電球の実施例を示している。図７０は、ヒート・シンク４５２の頂面上に同一平面上のＬＥＤ  ４５４のアレイを有する平面状サブマウント又はヒート・シンク４５２を備えるランプ４５０の一実施例を示している。三次元又は非平面状リン光体キャリア４５６は、ＬＥＤ  ４５４の上のヒート・シンク４５２に実装され、ＬＥＤ  ４５４とリン光体キャリア４５６との間に空間が設けられている。ディフューザ４５８は、この２つの間の空間を設けてリン光体キャリア４５６の上に備えられている。ランプ４５０の要素及び図７１〜８５の以下で説明されている実施例は同じ特性を有することができ、上記の実施例において説明されているランプ内の対応する要素と同じようにして製造することができる。この実施例では、リン光体キャリア４５６及びディフューザ４５８は本質的に球形であり、ディフューザ４５８がリン光体キャリア４５６をマスクしている。
【０１１９】
図７１は、同一平面上にあるＬＥＤ  ４６４がヒート・シンク４６２に実装され、リン光体キャリア４６６がＬＥＤ  ４６４の上に、相隔てて並ぶ形で実装されている、サブマウント又はヒート・シンク４６２を有する本発明によるランプ４６０の別の実施例である。ディフューザ４６８は、リン光体キャリア４６６の上に、相隔てて並ぶ形で実装され、両方ともここでもまた本質的に球形である。この実施例では、ヒート・シンク４６２は、より大きな深さを有し、一実施例では、立方体の形状をとりうる。ディフューザ４６８は、ヒート・シンク４６２の側面に実装され、リン光体キャリア４６６は、ヒート・シンク４６２の頂面に実装される。図７２は、図７１のランプ４６０に示されているような類似のヒート・シンク４７２、同一平面上にあるＬＥＤ  ４７４、及びディフューザ４７８を有する本発明によるランプ４７０の別の実施例を示している。ヒート・シンク４７２の側面に実装されるリン光体キャリア４７６も、備えられている。
【０１２０】
図７３は、図７１のランプ４５０に類似し、サブマウント又はヒート・シンク４８２を備え、リン光体キャリア４８６及びディフューザ４８８を備える、本発明によるランプ４８０の別の実施例を示している。これは、この実施例において、ＬＥＤ  ４８４が同一平面上になく、また異なる方向に光を放射できるように角度付き表面を有する台４８９上に実装されたＬＥＤ  ４８４も備える。図７４は、立方体の形状のサブマウント又はヒート・シンク４９２、リン光体キャリア４９６、及びディフューザ４９８を有する本発明によるランプ４９０の別の実施例を示している。ＬＥＤ  ４９４も含まれているが、この実施例では、これらはＬＥＤ  ４９４が異なる方向に発光するようにヒート・シンク４９２の側面上にある。ＬＥＤ  ４９４が、ヒート・シンク４９２の他の表面上にもありうること、またリン光体４９６及びディフューザ４９８が、球形状又はチューブ形状などの他の多くの形状であってよいことは理解される。
【０１２１】
図７５〜７７は、投光照明として配置構成されうるランプの異なる実施例を示している。図７５は、ランプの光に対して不透明である可能性があり、また反射性を有することができる、側面５０５を有するハウジング５０４の基部に実装された同一平面上にあるＬＥＤ  ５０２を有するランプ５００の一実施例を示している。リン光体キャリア５０６は、ＬＥＤ  ５０２の上に、相隔てて並ぶ形でハウジング５０４内に実装される。ディフューザ５０８は、リン光体キャリア５０６の上に、相隔てて並ぶ形でハウジングに実装される。図７６は、ランプ５００に類似する本発明によるランプ５１０の別の実施例を示しているが、この実施例では、ＬＥＤ  ５１２は、それらが同一平面上にないように台５１４上に実装される。図７７は、ランプ５１０に類似する本発明によるランプ５２０の別の実施例を示しているが、ＬＥＤ  ５２４の上に実装された球形状のリン光体キャリア５２２を有している。
【０１２２】
異なる実施例は、多くの異なる配置構成及び形状を有することができ、図７８は、二次元ランプ・パネルを備えるランプ５３０の別の実施例を示している。ＬＥＤ  ５３２は、不透明／反射側面５３５を有するハウジング５３４内に実装される。リン光体コンバータ５３６及びディフューザ５３８は、ＬＥＤ  ５３２の上に、相隔てて並ぶ形でハウジング５３４に実装される。図７９は、二次元両面発光パネル／ボックスを備えるランプ５４０の別の実施例を示している。この実施例では、ＬＥＤ  ５４２は、互いの方への発光するボックスの対向する側部に実装することができる。リン光体キャリア５４４は、ＬＥＤ  ５４２の縁にあるボックスの長さにそって延在し、ディフューザ５４６は、リン光体キャリア５４４から相隔てて並ぶ部分の外側のボックスの長さにそって延在する。図８０は、ランプ５４０に類似する本発明によるランプ５５０のさらに別の実施例を示しているが、この実施例では、これは裏面反射体５５２を有する二次元片面発光パネル／ボックスである。
【０１２３】
図８１は、図７９に示されているランプ５４０に類似する本発明によるランプ５６０の別の実施例を示している。しかし、この実施例では、リン光体キャリア５６２及びディフューザ５６４はチューブ形状であり、ＬＥＤ  ５６６の間のリン光体キャリアの長さに少なくとも部分的にそった導波路又は空気を備えることができる。図８２は、ランプ５６０に類似する本発明によるランプ５７０の別の実施例を示しており、このランプはチューブ形状のリン光体キャリア５７２及びディフューザ５７４を有する。この実施例において、ランプ５７０は、ＬＥＤ  ５７８の間のリン光体キャリア５７２の長さに少なくとも部分的にそって延在する段階的抽出要素導波路５７６をさらに備える。図８３は、ランプ５６０にも類似する本発明によるランプ５８０の別の実施例を示しているが、この実施例では、チューブ形状のディフューザの一部は反射体５８２を備えることができる。
【０１２４】
図８４は、二次元均一光放射パネルを備える本発明によるランプ５９０のさらに別の実施例を示している。同一平面上にあるＬＥＤ  ５９２のアレイが、キャビティ又は基板５９４の縁に実装される。リン光体キャリア５９６は、ＬＥＤ  ５９２の上に、相隔てて並ぶ形で実装され、また複数のディフューザ層５９８が、リン光体キャリアの上に、相隔てて並ぶ形で実装される。基板５９４の底面は反射面を備えることができ、この配置構成では少なくとも一部は基板５９４に垂直な方向に発光するパネル光源を備える。
【０１２５】
図８５は、図７５〜７７の実施例に類似する投光照明として配置構成されうるランプ６００のさらに別の実施例を示している。ランプ６００は、不透明な、又は反射する側面を持つハウジング６０２を備え、ＬＥＤ  ６０４はこのハウジング６０２の基部に実装されている。ディフューザ６０６も、ＬＥＤ  ６０２に実装され、ＬＥＤ  ６０４から相隔てて並ぶ。三次元導波路６０８は、ＬＥＤ  ６０４とディフューザとの間のハウジング６０２内に備えられ、ＬＥＤ  ６０４は導波路６０８内に光を放射する。導波路６０８の表面の少なくとも一部は、リン光体若しくはリン光体キャリア６１０によって覆われており、導波路を通過したＬＥＤ光はリン光体６０８と相互作用し、変換される。
【０１２６】
上述のように、本発明によるディフューザは、所望のランプ放射パターンを得るためにランプ光源からの異なる量の光を散乱させ、透過する異なる領域を有することができる。図７及び９に示されているディフューザの形状をここでも参照すると、無指向性の放射を行うために、ディフューザの異なる領域は、異なる散乱及び透過特性を持つ領域を有しうることがわかる。図８６は、ディフューザ６２１を備える本発明によるランプ６２０の一実施例を示しており、ディフューザの基部の下側部分は上側部分６２４と異なる散乱（反射）及び透過特性を有することができる。この実施例では、下側部分６２２は、これを通過する光の約２０％を反射し、約８０％を透過する。上側部分６２４は、これを通過する光の８０％を反射し、約２０％を透過する。図８７は、同一平面上の光源及び平面状若しくは二次元リン光体キャリアを伴う、ディフューザ６２１を備えるランプによって実現されうる改善されたランプ放射特性を示すグラフ６４０である。ネック部の幾何学的形状の透過性により、軸方向（約０°）に放射される光に関して横向き（約９０°）に向き付けられた光の量が増加しうる。
【０１２７】
図８８は、図６に示されているディフューザ９０に類似する形状を持つディフューザ６５２を有する本発明によるランプ６５０の別の実施例を示している。ディフューザの基部の下側部分６５４は、上側部分６５６と異なる散乱（反射）及び透過特性を有するものとしてよい。この実施例では、下側部分６５４は、これを通過する光の約２０％を反射し、約８０％を透過する。上側部分６５６は、これを通過する光の８０％を反射し、約２０％を透過する。図８９は、同一平面上の光源及び平面状若しくは二次元リン光体キャリアを伴う、ディフューザ６５２を備えるランプによって実現されうる改善された放射特性を示すグラフ６６０である。ディフューザ６５２の下側部分を透過する光の量を増やすことによって、平面（ランンベルト）光をほぼ球面のディフューザと組み合わせたときにほぼ白熱灯に似た強度分布を達成することが可能である。この分布は、例えば、下側部分６５４に塗布された散乱層の厚さが上側部分６５６に塗布された散乱層の厚さより小さくなるように、厚さ、散乱粒子密度、粒度、又は性質などを修正することによっても生成されうる。
【０１２８】
本発明は、そのいくつかの好ましい構成に関して詳しく説明されているが、他の形態も可能である。したがって、本発明の精神及び範囲は、上述の形態に限定されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０−７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４−８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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