(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の発光ダイオードと、前記発光ダイオードが固定される表面を有する除熱ベースと、変換材料層として設計されてその表面に当たる発光ダイオードの一次放射光を二次放射光に変換する放射光変換器で一次光源から離れたところに位置する変換器とから構成される一次放射光源を備える照明器であって、当該除熱ベースは、放射光出力用の開口部を有し、前記発光ダイオードによって照射される前記変換器の前記表面は、凹面状であり、その凹形が前記開口部および前記発光ダイオードに向き合い、かつ前記発光ダイオードが前記開口部の周囲付近に配置され、前記変換器は、光学的に透明な材料で製造された積載素子の凹状の内面に配置される、照明器。
【請求項２】
前記変換器の前記表面が回転楕円体、特に、球体または放物体の形状であり、その主軸が除熱ベースの開口部面に垂直であり、前記除熱ベースの開口部面に平行な平面で切断される、請求項１に記載の照明器。
【請求項３】
前記変換器の前記表面が円筒形状であり、前記除熱ベースの開口部面に平行な平面で切断される、請求項１に記載の照明器。
【請求項４】
前記除熱ベースが突出部を備えて前記開口部への一次放射光の直接放出を遮る、請求項１から３の何れか１項に記載の照明器。
【請求項５】
前記変換器の前記表面が複数の平坦な小面またはセグメントで形成される、請求項２に記載の照明器。
【請求項６】
一次放射光により照射される当該凹面の反対側の変換器凸面と前記積載素子の凹面とが直接接触する、請求項１から５の何れか１項に記載の照明器。
【請求項７】
前記変換器の凸面と前記積載素子の凹面が光学的に透明な媒体で分けられている、請求項１から５の何れか１項に記載の照明器。
【請求項８】
前記積載素子が艶消しされた材料または艶消しされた表面を有する光学的に透明な材料で製造される、請求項１から７の何れか１項に記載の照明器。
【請求項９】
前記突出部がさらに平坦なミラー部を備え、そこに入射される一次放射光を前記平坦なミラー部の反対側にある前記変換器の前記表面に差し向ける、請求項４に記載の照明器。
【請求項１０】
各発光ダイオードの放射指向性図の軸と変換器の対称軸との交差する角度が、９０度と前記発光ダイオードの各々の指向性図の半値幅との間の差に等しいかそれ未満となるように発光ダイオードが除熱ベースに固定される、請求項７に記載の照明器。
【請求項１１】
各発光ダイオードの放射指向性図の軸が前記変換器の対称軸と平行または鋭角を成すように前記発光ダイオードが前記除熱ベースに固定され、前記変換器の前記表面と前記発光ダイオードとの間の前記除熱ベースが傾斜した反射ミラー部を備えて、そこに当たる一次放射光を前記変換器の向き合う面に差し向ける、請求項３に記載の照明器。
【請求項１２】
前記開口部が光学的に透明もしくは艶消しされた材料または艶消しされた表面を有する透明な材料で製造された窓でシールされる、請求項１から１１の何れか１項に記載の照明器。
【請求項１３】
前記変換材料層の厚みが５〜５００μmの範囲である、請求項１から１２の何れか１項に記載の照明器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気および電子機器に関し、より詳細には、半導体発光ダイオード（LED）に基づく光源に関するものであり、さらに詳細には、変換フォトルミネセンス蛍光体を備えるLEDに基づく白色光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における高効率LED、特に窒化物（InGaN）に関する開発の発展、および当業技術分野で公知のあらゆる白色光源で最高の照明効率を達成できることから、ソリッドステート照明技術が、白色照明市場を制覇し始めている。LEDソリューションは、リニアおよびストリート照明器といった照明器が比較的大きい照明機器で幅広く使用されており、強く熱せられるLEDを分散させることで、熱の効率的な除去を促進できる。標準的な白熱灯およびハロゲンランプに置き換わる小型かつ高光束のLEDの開発は、節電問題を解決する大きな見通しの観点において、最重要な科学的かつ技術的課題の１つであり、その解決は、制御電子回路（ドライバー）を設置するためのスペースが限られること、および当該ランプのLEDによって発せられる熱の除去のための表面積が比較的小さいことによって、大きく妨げられている。白色LEDは、多くの場合、YAG:Ce蛍光体でコートされた青色LEDを含む。高出力（１ワット以上）青色LEDは、約３０〜４５%の効率であり、印加される各ワットからユニット加熱に約５５０〜７００ mWが割り当てられる。さらには、白色LEDにおいて蛍光体が青色光を黄色に変換する際には、入射光エネルギーの約２０%が蛍光体加熱に費やされると考えられる。技術的な仕様では、青色LED放射電力損失は温度２５〜１２５°Cで約７%であることが示され、一方で白色LEDの電力損失は、同じ温度で約２０%である。したがって、高出力白色LEDは、熱と光束において実質的な限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、既知の技術的解決法における問題を克服し、標準的なランプに置き換わる小型のLEDランプを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本タイプの白色光源の動作原理を説明する図である。
【図２】米国特許第US ６,３５１,０６９号に記載される、フォトルミネセンス蛍光体変換を有する既知の白色LED光源を示す。
【図３】波長変換器がLEDから離れた白色光源の動作原理を説明する。
【図４】米国特許第US ６,６００,１７５ (B１) 号に説明されるものを示す。
【図５】離れた円筒形の変換器を備える細長い白色LED照明器を示す。
【図６】本発明により実施されるサイド光放射結合を有する白色光源の動作原理を示す。
【図７】異なる公知のサーチライト型白色光源の構成および動作原理を例示する。
【図８】照明器の断面を線図的に示す。
【図９】異なる厚みのシートの押出成形を示す。
【図１０】熱伝導ベースが突出部を備えて、照明器の外に一次放射光が直接生じるのを遮り、変換器の表面をバイパスさせることを示す。
【図１１】追加の反射器を備える照明器の別の具体的な実施例を示す。
【図１２】接点素子および放熱器の光出力用窓が、放熱器の除熱リブの間に位置することを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
標準的な白色灯に置き換わるべく設計されるすべてのLEDランプの構造は、LEDチップに基づく。白色光は、LEDチップから放射される青、緑、赤、または青とオレンジなどといった異なる光色が混ざり合った結果である。
【０００６】
しかし、近年におけるフォトルミネセンス蛍光体変換器を備える白色LED光源は、LEDチップの青色または紫外線を吸収しながら、黄色またはオレンジ（赤色）の光を放射するものであり、最も広く普及した光源になりつつある。図１は、本タイプの白色光源の動作原理を説明する図である。
【０００７】
装置は、比較的短い波長の一次放射光を放射するLEDチップと、前記の比較的短い波長の放射光を照射される変換フォトルミネセンス蛍光媒体を備え、その比較的短い波長の放射光を照射された際に励起されて、応答して比較的長い波長の二次放射光を放射する。特定の実施例では、チップから放射される単色の青色光または紫外線が、ポリマーマトリックスの有機および／または無機蛍光体（フォトルミネセンス蛍光体）にチップを配置することで、白色光に変換される。
【０００８】
図２は、米国特許第US ６,３５１,０６９号に記載される、フォトルミネセンス蛍光体変換を有する既知の白色LED光源を示す。
【０００９】
白色光源１１０は、励起されると青色の一次放射光を放射する窒化物LEDチップ１１２を含む。チップ１１２は、反射カップ１１４の導電性フレームに配置され、導体１１６および１１８に電気的に接続される。導体１１６および１１８は、チップ１１２に電力を供給する。チップ１１２は、放射光１２２の波長を変換するための変換材料を含む透明樹脂層１２０で覆われる。層１２０を形成するために使用される変換材料タイプは、材料１２２によって生成される二次放射光の望ましいスペクトル分布に応じて選択できる。チップ１１２および蛍光層１２０は、レンズ１２４で覆われる。レンズ１２４は、通常の場合、透明なエポキシまたはシリコーンで作られる。白色光源を使用する場合、電圧がチップ１１２に印加され、チップの上面から一次放射光が放射される。放射された一次放射光の一部は、層１２０の変換材料１２２によって吸収される。その後、変換材料１２２は、一次放射光の吸収に応答して、二次放射光、すなわち、より長い波長のピークを有する変換光を放射する。放射された一次放射光の吸収されない残りの部分は、二次放射光とともに変換層を透過する。レンズ１２４は、吸収されなかった一次放射光および二次放射光を、矢印１２６で示すおよその方向に出力光として導く。したがって、出力光は、チップ１１２によって放射された一次放射光と、変換層１２０によって放射された二次放射光とで構成される複合光である。紫外線を一次光で放射するチップを可視の二次光を放射する１つ以上の変換材料と組み合わせる場合として、一次光のほんの一部、またはそのすべてがデバイスに留まるように変換材料を構成することも可能である。
【００１０】
当業技術分野で公知の前述の装置は、フォトルミネセンス蛍光体層がLED表面に形成されるものであり、いくつかのデメリットがある。フォトルミネセンス蛍光体が機械的、光学的、熱的にLED表面と直に接触していると、フォトルミネセンス蛍光体層を通過して放射伝搬する角度に依存して光路長が大幅に変化するため、均一な色の達成が困難である。さらには、熱せられるLEDの高温が、フォトルミネセンス蛍光体の色座標を不必要に変化させることや、その劣化を生じさせることがある。
【００１１】
これら特定のデメリットを排除するため、われわれは、波長変換器がLEDから離れた白色光源を提案し、その動作原理は図３に説明される。
【００１２】
この原理に従って作られる照明器の構成で、たとえば、米国特許第US ６,６００,１７５ (B１) 号に説明されるものを図４に示す。
【００１３】
この白色光源は、透明な媒体２１１で形成されるシェル２０７を備え、内部体積を有する。媒体２１１は、透明なポリマーやガラスといった、光を透過する任意の適切な材料で形成できる。媒体２１１の内部体積は、ベース２１４に配置された発光ダイオード（LED）２１３チップを備える。第１および第２の電気接点２１６および２１７は、LED ２１３チップの放射側２１８と裏側２１９にそれぞれが接続され、そして第１電気接点２１６の脇にあるLEDの放射側２１８には導体２１２で接続される。光伝達媒体２１１は、蛍光性および／または燐光性のコンポーネントに関連するか、またはそれらの混合物であり、すなわち言い換えれば、LED ２１３の面２１８によって放射される放射光を白色光に変換するフォトルミネセンス蛍光体と言える。
【００１４】
フォトルミネセンス蛍光体は、媒体２１１のシェル２０７に拡散されているか、あるいはシェル２０７の内壁表面上にフィルムコーティング２０９の形態で配置されているか、またはその両方である。あるいは、フォトルミネセンス蛍光体は、アセンブリシェルの外壁上のコーティング（図示せず）でもよいが、当該アウターコーティングが充分に維持管理できる環境（たとえば、擦れや劣化が生じない場合）での使用に限定される。たとえば、フォトルミネセンス蛍光体は、ポリマーまたはガラス溶解において分散でき、ここからシェルを形成してシェルの均質な組成を提供し、シェルの表面全体からの光出力を確保する。
【００１５】
離れた円筒形の変換器を備える細長い白色LED照明器は、米国特許第US７,６１８,１５７ B１号に記載されるように、当業技術分野で公知である。その構成は、図５において線図的に示される。照明器３１０は、リニアヒートシンク３１２、ヒートシンク３１２の長辺に沿ってそのヒートシンクにマウントされた複数のLED ３１４、およびLED ３１４と整列してヒートシンク３１２にマウントされた発光ドーム３１６を備え、LED ３１４に向き合うドーム３１６の断面で半円をなす部位３１８は、フォトルミネセンス蛍光体３２０を備え、LEDからの光で励起される。ヒートシンク３１２は、アルミニウムなどの熱伝導材料で作られる。ドーム３１６はガラスまたはプラスチックといった透明な材料で作られる。フォトルミネセンス蛍光体３２０は、ドームの内側にコーティングとして適用でき、またはコーティング材料に加えることもできる。LEDの両側でヒートシンクに取り付けられたフォトルミネセンス蛍光体のない平坦部位３２６は、たとえば、アルミニウムコーティングの内部反射面３２８を備え、LED ３１４からの光をドーム部位３１８に反射する。
【００１６】
変換層は、フォトルミネセンス蛍光体材料、量子ドット材料、またはこうした材料の組み合わせを備えてもよく、さらには、蛍光体材料および／または量子ドット材料が分散された透明な母材を備えてもよい。
【００１７】
粉末状のフォトルミネセンス蛍光体材料を含む層が入射光を導通、吸収、反射および消散できることは公知である。この層が光を消散させる場合、その散乱光の一部もまた導通、吸収および反射する可能性がある。
【００１８】
この事実から、前記の公知発明で一般的なデメリットは、LED放射光の影響だけでなく、反射したLED放射光の影響でもフォトルミネセンス蛍光体粒子で励起された放射光が部分的にフォトルミネセンス蛍光体層内および装置の内側素子でやむを得ず吸収され、白色光源の効率を低減することである。
【００１９】
Yamada [１]およびNarendran [２]は、波長が約４７０ nmの青色放射光により励起されて黄色い波長域の放射光に変換されるフォトルミネセンス蛍光体YAG:Ceの変換層を伝播して行き来する放射光の部分の割合を特定している。Narendranは、この場合に変換層によって放射および反射される光の６０%を超える部分が励起源に戻り、この光の大部分がLEDアセンブリ内で失われることを証明した [２]。[３]では、光学屈折率１.８のYAG:Ceフォトルミネセンス蛍光体が、フォトルミネセンス蛍光体密度８ mg/cm２で光学屈折率１.６のエポキシ樹脂と混ぜ合わされて、バランスのとれた白色光を作ることができる場合でも、青色と黄色の放射光を含む、後方への放射光と通過した前方への放射光の部分はそれぞれ５３%と４７%であり、一方で黄色の光のみの場合、こうした部分はそれぞれ５５%と４５%であることが証明されている。
【００２０】
したがって、光束における大幅な利得とLED変換白色光源の最大限に可能な効率は、すべての条件を等しくして、LED放射光によって直ちに照射されたフォトルミネセンス蛍光体表面から到来する放射光を離れた変換器へのLED光源の出射孔に導くことにより達成できる。
【００２１】
同様の技術的解決方法が米国特許第US７,２９３,９０８ B２号で提案されており、サイド光放射結合（本特許により完成される）を有する照明システムに関して請求される一実施例は、LEDから離れて光反射器上に配置される変換層を含む。
【００２２】
この装置は、本発明による装置に最も類似しており、したがってプロトタイプとして選択される。
【００２３】
本発明により実施されるサイド光放射結合を有する白色光源の動作原理は、図６に説明され、ここでは、サイド光放射結合を有する照明システムの請求される一実施例の断面を示す。
【００２４】
サイド光放射結合を有する照明システムは、LED ４０２、第１反射器４０４、第２反射器４０６、出射孔４１２、変換層６０２、追加の透明カバー層４０８、および第１反射器４０４から第２反射器４０６を離して支持する支持手段を備える。支持手段は、平坦な透明素子５０２、サイドサポート５０４、およびベース５０６を含む。サイドサポート５０４は、透明であるか、反射するものが好ましい。第１反射器４０４は、ベース５０６に取り付けられる。第２反射器４０６は、透明素子５０２に取り付けられる。変換層６０２は、第２反射器４０６表面に位置し、LED ４０２の動作領域によって放射される一次放射光の少なくとも一部を、一次放射光の波長とは異なる波長の放射光に変換する。
【００２５】
例示目的のため、光線４１４、４１５および４１６を参照して、サイド光放射結合を有する照明システムの動作を説明する。第１色の光線４１４は、LED ４０２の動作領域によって放射され、LED ４０２出力面に向けられる。第１色の光線４１４は、LED ４０２出力面を通過し、透明カバー層４０８に向けられる。第１色の光線４１４は、透明カバー層４０８を通過し、変換層６０２に向けられて、第１色の光線４１４を第１色とは異なる第２色の光線４１５に変換する。第２色の光は、波長変換のポイントからあらゆる方向に放射される可能性がある。第２色の光線４１５は、透明カバー層４０８を通過してから出射孔４１２を抜けて第１反射器４０４に向けられる。第２色の光線４１６が第１反射器４０４によって反射され、平坦な透明素子５０２に向けられる。第２色の光線４１６は、平坦な透明素子５０２を通過して、サイド光放射結合を有する照明システムを抜け出す。
【００２６】
このシステムのデメリットは、開口損失が大きく、支持手段の境界と反射器で光損失が生じることである。
【００２７】
このデメリットを克服するため試みは、異なる公知のサーチライト型白色光源でなされており、米国特許第US ７,８１０,９５６ B２号で説明されている。
【００２８】
図７は、当該装置の構成および動作原理を例示しており、米国特許第US ７,８１０,９５６ B２号において請求される発明の一実施例によるサーチライトランプの断面図である。光源７３０は、止め具７３４および追加のサーマルヒートシンク７３６上に配置される。サーマルヒートシンク７３６には、図７に示すようにフィンを設けてもよい。光源７３０によって放射されて、光源７３０を囲むミラー７３２で反射した光は、光学プレート７３８に照射される。波長変換層７４２は、光源７３０から分離されており、光源７３０からの光を受けることができるように配置される。追加のサーマルヒートシンク７４４は、変換層７４２を冷却できる。集光オプティクス７４０は、光をコリメートする。光源７３０として、波長の短い光、たとえば、青色光や紫外線を生成するLEDを使用できる。光源７３０は、追加の止め具７３４上に配置して、追加のサーマルヒートシンク７３６に取り付けることができる。光学プレート７３８は、光を集光オプティクス７４０に差し向けるように形成してもよい。たとえば、サイド７４８を傾けるか曲げるかして、すべての内部反射で光を集光オプティクス７４０に向けてもよい。
【００２９】
このシステムのデメリットは、開口損失が大きく、光源、ミラーおよび変換層との光学プレートの境界で光損失があり、効率性を奪っていることである。さらには、この平行光学システムから出る光線は、かなり細く、ハロゲンランプを使用しても十分な放射光線の開口角を得られる小型の標準ランプに置き換えてこの照明器を使用することは、受け入れられない。
【００３０】
提案される発明は、離れた変換器を備える白色LED光源の最大効率を提供する目的に基づき、高い色の均一性と演色、さらには照明器の形状が小型でも光線の広い開口角を提供するものである。
【００３１】
本発明で提案される照明器は、１つ以上のLEDをもつ一次放射光源、前記LEDが取り付けられた平坦な周辺部を有する除熱ベース、LEDに向き合う光反射面を有する反射器、および一次放射光を二次放射光に変換する変換層（LEDから離れて配置される）を備える。光放射結合のための除熱ベースは、その除熱ベース上に配置されるLEDにそのエッジが近接する開口部を有し、そしてLEDによって照射される変換層の特定表面、および反射器表面が凹面状であり、その凹面側を一次放射光源と開口部に向けることで、かかる問題が解決される。
【００３２】
発明の開示は、その提案される照明器の断面を線図的に示す図８に説明される。
【００３３】
照明器は、１つ以上のLEDをもつ一次放射光源１、開口部３と外囲部４を有する除熱ベース２（前記LED １が取り付けられる）、一次放射光６を二次放射光７に変換する変換層５（LED １に向き合う凹面８を有する）、および変換層５がLED １から離れて配置される第２凸面９を備える。
【００３４】
照明器は次のように機能する： LED １の一次放射光６は変換層５の表面８に到達し、一部が表面８から反射して除熱ベース２の開口部３から抜け出し、一部がフォトルミネセンス蛍光体粒子の表面から反射して変換層５で消散され、変換層５材料によって一部が吸収されて二次放射光７に変化する。同時に、表面９に到達した一次放射光６の一部は、変換層５によって生成された二次放射光７の一部とともに外側に抜け出し、それらが混ざり合って白色放射光を成す。この場合、一次放射光６の一定部分は照明器の開口部３を通じて変換層を抜け出し、二次放射光７と混ざり合って白色放射光を成す。白色放射光のスペクトル分布は、変換層材料の特性により、主には、それらの組成、フォトルミネセンス蛍光体の分散、および変換層の厚みによって特定される。５から５００ μmまでの範囲での変換層の厚み調整により、開口部を通過する白色光の色座標と変換層９の外部表面を出るものとを互いに近づける可能性を与える。
【００３５】
フォトルミネセンス蛍光体は、通常、希土類元素（ランタニド類）のイオン、あるいは、クロム、チタン、バナジウム、コバルトまたはネオジムといった元素のイオンをドープした光学無機材料である。ランタニド元素は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムである。光学無機材料は次を含む（ただし、これらに限定されない）： サファイア (Al２O３)、ガリウム砒素 (GaAs)、ベリリウム・アルミニウム酸化物 (BeAl２O４)、フッ化マグネシウム (MgF２)、リン化インジウム (InP)、リン化ガリウム (GaP)、イットリウム・アルミニウム・ガーネット (YAG または Y３Al５O１２)、テルビウム含有ガーネット、イットリウム・アルミニウム・ランタニド酸化物化合物、イットリウム化合物、ランタニド・アルミニウム・ガリウム酸化物、酸化イットリウム (Y２O３)、カルシウムまたはストロンチウムまたはハロリン酸バリウム (Ca,Sr,Ba)５(PO４)３(Cl,F)、組成 CeMgAl１１O１９、リン酸ランタン (LaPO４)、ランタニド五ホウ酸材料((ランタニド)(Mg, Zn) B５O１０)、組成BaMgAl１０O１７、組成SrGa２S４、化合物 (Sr,Мg,Ca,Ba)(Ga,Аl,In)２S４、組成SrS、組成ZnSおよび窒化ケイ。
【００３６】
波長が２５０ nmであるか、またはこれに近い紫外線放射によって励起可能なフォトルミネセンス蛍光体には、いくつか典型的なものがある。典型的な赤色発光フォトルミネセンス蛍光体は、Y２O３:Eu+３である。典型的な黄色発光フォトルミネセンス蛍光体は、YAG:Ce+３である。典型的な緑色発光フォトルミネセンス蛍光体は、次を含む：CeMgAl１１O１９:Tb<３+>、(ランタニド) PO４:Ce+３,Tb+３およびGdMgB５O１０:Ce+３,Tb+３。典型的な青色発光フォトルミネセンス蛍光体は、BaMgAl１０O１７:Eu+２および (Sr,Ba,Ca)５(PO４)３Cl:Eu+２である。波長域が４００〜４５０ nmであるか、またはこれに近い長い波長で励起するLEDの場合、典型的な光学無機材料は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット (YAGまたはY３Al５O１２)、テルビウム含有ガーネット、酸化イットリウム (Y２O３)、YVO４、SrGa２S４、(Sr,Мg,Ca,Ba)(Ga,Аl,In)２S４、SrS、および窒化ケイを含む。波長域が４００〜４５０ nmで励起するLEDの典型的なフォトルミネセンス蛍光体は、YAG:Ce+３、YAG:Ho+３、YAG:Pr+３、SrGa２S４:Eu+２、SrGa２S４:Ce+３、SrS:Eu+２、およびEu+２でドープした窒化ケイを含む。
【００３７】
量子ドット材料は、約３０ nmよりも小さい無機半導体微粒子である。典型的な量子ドット材料は、CdS、CdSe、ZnSe、InAs、GaAsおよびGaNの粒子を含む（ただし、これらに限定されない）。量子ドット材料は、１波長の光を吸収して、粒子寸法、粒子表面の特性、および無機半導体材料に応じて、異なる波長の光で再放射できる。
【００３８】
変換層は、フォトルミネセンス蛍光体材料または量子ドット材料の１タイプと、フォトルミネセンス蛍光体材料および量子ドット材料の混合物との両方を含むことができる。放射される白色光のスペクトル域を幅広くとること（高い演色）が望ましい場合、当該材料の複数の混合物を使用することが適切である。高い演色評価数を有する温かい白色光を得るための典型的なアプローチの１つは、InGaN LEDの放射光を、黄色と赤色の変換フォトルミネセンス蛍光体を混ぜた放射光と混ぜ合わせることである。変換層は、LEDによって放射される光を吸収してより長い波長の光を放射する複数のフォトルミネセンス蛍光体を含むことができる。たとえば、青色LEDの場合、変換層は、黄色光を放射する単一のフォトルミネセンス蛍光体か、または赤色光と緑色光を放射する複数のフォトルミネセンス蛍光体を含むことができる。紫外線LEDの場合、変換層は、青色光と黄色光を放射するフォトルミネセンス蛍光体か、または青色光、緑色光、赤色光を放射するフォトルミネセンス蛍光体を含むことができる。照明器から放出される混合光の色座標と演色を制御するため、別の色を放射するフォトルミネセンス蛍光体を追加してもよい。
【００３９】
透明な母材には、ポリマーと無機材料を含むことができる。ポリマー材料は次を含む（ただし、これらに限定されない）： アクリレート、ポリカーボネート、フルオロアクリレート、ペルフルオロアクリレート、フルオロホスフィネート・ポリマー、フルオロシリコーン、フルオロポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロシリコーン、ゾルゲル、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、熱収縮性プラスチックおよびシリコーン。含フッ素ポリマーは、４００ nmよりも短い波長の紫外線領域および７００ nmよりも長い波長の赤外線において、それらの波長領域での光吸収が低いため、特に有用である。典型的な無機材料は次を含む（ただし、これらに限定されない）： 二酸化ケイ素、光学ガラス、およびカルコゲナイド・ガラス。
【００４０】
離れた変換器に必要な機械的耐久性を提供するため、変換層のフォトルミネセンス蛍光体は、液状のフォトルミネセンス蛍光体懸濁から微粉化、ペースト化、沈着、電気的内方浸透により、補助の透明積載素子の内面にコーティングとして共形を成して適用できる。フォトルミネセンス蛍光体を有する反射器のコーティングに関する問題の１つは、特にその積載素子が非平面状の表面、たとえば、円筒形状や半球状を有する場合に、均一で再現性のあるコーティングを積載素子に適用することである。微粉化、ペースト化、沈着による手段を適用する場合は、液体懸濁液を使用してフォトルミネセンス蛍光体粒子を基板に適用する。コーティングの均一性は、懸濁液の粘度、懸濁液の粒子濃度、ならびに周囲温度および湿度といった環境因子に大きく依存する。乾燥前の懸濁液の流れ、およびコーティング厚の毎日の変化に起因するコーティング不具合は、一般的な問題として区分される。
【００４１】
積載素子は、ガラス、透明セラミックまたは、押出成形の透明プラスチック（ポリカーボネート、PET、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルなど）から製造できる。
【００４２】
積載素子は、照明の均一性を高めるため、艶消しされた材料や艶消しされた表面を有する透明な材料から製造できる。
【００４３】
ある場合には、積載素子の材料、たとえば、押出成形の透明プラスチック（ポリカーボネート、PET、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルなど）の内部にフォトルミネセンス蛍光体を均質に分散することが望ましい。この場合、変換層は、シート状にあらかじめ製造してもよく、その後、望ましい形状に熱モールドされる。
【００４４】
積載素子と共形に予成形された内面の変換層は、たとえば、シリコーン接着剤を変換層と積載素子の内面との間に配置して取り付けることができる。この場合、接着剤層は、たとえば、変換層よりも薄くでき、変換層からの除熱への大きな熱抵抗をもたないようにする。
【００４５】
照明器の具体的な実施例では、予成形されたシートを使用し、ガラスまたはポリカーボネートの円筒形積載素子に張り付けられる。フォトルミネセンス蛍光体、表面活性剤（界面活性剤）およびポリマーの懸濁液を準備するため、有機溶媒を使用する。そして、懸濁液は、押し出しまたはモールド鋳造によりシート状に形成でき、または平坦基板（たとえば、ガラス）上に注いでから乾かしてもよい。結果的なシートは、一時的な基板から分離し、溶媒またはシアノアクリレート接着剤を使用して、積載素子に取り付けることができる。
【００４６】
具体的な例では、塩化メチレンのポリカーボネート溶液のイットリウム・ガドリニウム・セリウムアルミニウムガーネット (Y,Gd,Ce)３Al５O１２をベースとする試験的なフォトルミネセンス蛍光体粒子の懸濁液から、図９に示すように、異なる厚みのシートが押出成形された。変換層は、照明器の開口部から抜け出す混合白色光における必要な色座標値を達成するため、十分な厚みが必要である。効果的な厚みは、使用されるフォトルミネセンス蛍光体での光学散乱プロセスに基づいて定義され、たとえば、５〜５００ μmの間、ほとんどの場合、１００〜２５０ μmの間の範囲である。
【００４７】
シートは、積載素子の内側をイソプロパノールで湿らせて、望ましい形状の雄型を使用して圧をかけて円筒形積載素子に固定された。溶媒は、シートを柔らかくし、下側から気泡を絞り出すことができ、積載素子へのシートの完全な接着を確保する。ガラス積載素子は、透明なシリコーンバインダーとのフォトルミネセンス蛍光体の混合物でコートしてから、その混合物を焼きなましてもよい。この場合、シリコーンバインダーは焼きなましで除去されない。青色光をオレンジ-赤色光に変換するフォトルミネセンス蛍光体は、空気中で４８０°Cに加熱されると、完全に役に立たなくなるまで劣化する可能性があることに注意する必要がある。この場合、より低い燃焼温度のその他のポリマーを使用する必要がある。ある場合には、燃焼温度は、２６０°Cから５４０°Cの範囲である。
【００４８】
一部のタイプのフォトルミネセンス蛍光体（硫化物など）は、湿気の影響で損傷する傾向があるため、変換層の表面を透明保護層でさらにコートして、変換層内への湿気および／または酸素の侵入を防いでもよい。保護層は、湿気および／または酸素が変換層に抜けることを防ぐ任意の透明な材料で作ることができ、たとえば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化アルミニウムといった無機材料、および有機ポリマーまたはポリマー層と無機層の組み合わせで作ることができる。保護層の好ましい材料は、二酸化ケイ素および窒化ケイ素である。
【００４９】
保護層は、大気とのフォトルミネセンス蛍光体粒子の境界が光学的に透明でもよいし、この境界でのLED一次放射光の反射光およびフォトルミネセンス蛍光体の二次放射光を低減してもよく、その粒子におけるフォトルミネセンス蛍光体の自己放射光の吸収損失を低減することで、照明器の効率を向上できる。
【００５０】
保護層は、フォトルミネセンス蛍光体粒子の表面処理仕上げで適用することもでき、これにより、粒子表面にケイ酸亜鉛のナノサイズ５０〜１００ nmフィルムを形成させるなどして、フォトルミネセンス蛍光体粒子の境界を透明にする。
【００５１】
必要な場合、変換層を湿気および／または酸素から保護する光学的に透明な窓で開口部をさらに密閉封止するとともに、照明器の内部体積を不活性雰囲気で充填するか、真空にしてもよい。不活性雰囲気および真空は、使用されるLEDおよびフォト蛍光体の放射光に対して光学的に透明である。
【００５２】
前記保護窓は、照明の均一性を高めるため、艶消しされた材料や艶消しされた表面を有する透明な材料から製造できる。
【００５３】
変換器５の表面８および積載素子１０の表面１１は、軸対称の形状（球体、楕円体、放物体など）に形成でき、除熱ベース２の平面によって切断される。この場合、LED １は、除熱ベース２の前記表面が変換器５の前記表面８と交わるラインの付近に沿って位置する。
【００５４】
変換器の厚みおよび表面８形状の最適化、および放射指向性図に基づくLED位置の最適化により、さまざまな角度での変換器表面８へのLED放射光の入射、および変換器５の空洞内の反射光の再分布（開口部からと変換器５の厚みを通過して抜け出す前）によって照明器を抜け出す放射光の色の均一性と角度分布を向上できる。
【００５５】
仕様から分かるように、強力な青色LED SL-V-B４５AC２のSemiLEDsチップや、CREEによって製造されるEZBright１０００ファミリーチップの場合、LEDチップの放射指向性図は、ランバート分布（LEDチップの表面に９０°の傾斜角のある光円錐）を有するか、または、たとえば、LEDチップ表面上に形成された量子サイズの格子構造を使用して放射光が結合される場合、角度α <９０°の小さな円錐に制限される。
【００５６】
この場合、LEDは、そのLED放射指向性図の軸が反射器の対称軸と角度β≧９０° - α/２で交差するように除熱ベース上に配置できる。
【００５７】
しかしながら、LED一次放射光の比較的小さな一定部分は、照明器の開口部から直接外向きに伝播し、そしてLED光がユーザーの眼に直接入る可能性を回避するため、図１０に示すように、熱伝導ベース２が突出部１２を備えて、照明器の外に一次放射光が直接生じるのを遮り、変換器５の表面８をバイパスさせてもよい。LED一次放射光のより完全な利用を確保するため、熱伝導ベース２の前記突出部１２は、追加の反射器である平坦なミラー部１３を備え、そこに当たる一次放射光を変換器５の表面８に差し向ける。
【００５８】
本実施例の照明器は、図８に示されて、図８と同様に番号を振った素子に加えて、変換器５の表面９と接触する内側１１を有する光学的に透明な積載素子１０、および反射コーティング１３を有する突出部１２を含む。
【００５９】
追加の反射器を備える照明器の別の具体的な実施例は、図１１に詳細が示され、ここでは、固定LED １を備えるベース２の領域における照明器の拡大断面図を示し、対応するコンポーネントは、図８と同様に番号が振られる（縮尺は異なる）。
【００６０】
追加の反射器は、傾斜面１５（たとえば、軸対称形状の変換器の場合、円錐台面を底面側を上にして置く）がLEDチップ１と変換器５との間に配置され、そこからの反射光が、LEDチップ１放射光のそこに当たる部分をほぼ完全に反対側の変換器５に反射できるようにして、照明器を抜け出す放射光を均質化する。
【００６１】
照明器の本実施例では、LEDチップ１は、LEDチップ１表面の法線が変換器５（半球状ガラスキャップ１７の内面に既述の方法の１つで適用されるフィルムとして作られる）の対称軸と平行（または小さな角度を成す）になるようにベース２上に配置され、伸縮性のある耐熱性化合物１８でアルミニウムの半球状接点素子１９に接着され、それがさらに、伸縮性のある耐熱性導電化合物２０で除熱リブ２１（変換器５の外側９からの光出力用窓の間に位置し、照明器での熱放散用の放熱器を成す）の内側に接着される。変換器５の外側９からの光出力用窓もまた、接点素子１９に作られ、放熱器の除熱リブの間に位置して、導体１４および金属コーティング１５を有するポリイミドリボン１６を用いて並列に接続されるLEDチップ１用の第２共通電極として共に機能する。
【００６２】
接点素子１９および放熱器の光出力用窓は、放熱器の除熱リブ２１の間に位置し、図１２に示される。
【００６３】
光反射率を増強するため、ポリイミドリボン上の金属コーティング１５は、薄いアルミニウム層でコートされて、電気接点であると同時に反射器としてもさらに機能する。LEDのこのレイアウトにより、それらの一次放射光は、観察者の目に直接入ることはない。
【００６４】
第１電極はベース２であり、ここにはLEDチップ１がハンダ付けされ、そして放熱器のリブは、ベース２と電気的および熱的に接触する。電力は、変換器５の対称軸と軸方向に整列して接点素子１９の頂部に溶接（またはハンダ付け）されて、放熱器内面の電気的に絶縁された穴を通じて放熱器本体（図示せず）の上部に作られた対応する空洞に位置する給電ドライバに接続される、中央円筒形出力（図１１には図示せず）によって、接点素子１９に供給される。
【００６５】
LEDチップ１および配線端子１４は、LEDアセンブリの製造に適用される既知の技術を使用して、光学化合物２２でシールしてもよい。
【００６６】
半球状キャップ１７もまた、熱伝導セラミック、または光学的に透明なプラスチック（ポリカーボネート、PET、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、または同様の材料など）で作ることができる。
【００６７】
接点素子１９もまた、ステンレス鋼、銅、真ちゅう、コバール、または同様の材料で作ることができる。
【００６８】
放熱器２２は、銅またはアルミニウムといった任意の適切な材料で作ることができる。放熱器は、熱伝達面を大きくするため、図１２に示すように、リブを設けてもよい。
【００６９】
SemiLEDsによって製造されるSL-V-B３５AK-type LEDチップで使用する図９に示されるシートが、白色リニア半円筒照明器のサンプルを製造するために使用され、シート厚に依存して１６０〜２００ lm/Wの効率を達成した。
【００７０】
参考文献
１Yamada, K., Imai, Y. and Ishii K., "Optical Simulation of Light Source Devices Composed of Blue LEDs and YAG Phosphor," J. Light & Vis. Env. ２７(２), ７０-７４ (２００３).
２.Narendran, N., Gu. Y., Freyssinier, J., Zhu, Y., "Extracting Phosphor-scattered Photons to Improve White LED Efficiency," Phys. Stat. Sol. (a) ２０２(６), R６０-R６２ (２００５).
３.Zhu Y., N. Narendran, and Y. Gu. "Investigation of the optical properties of YAG:Ce phosphor". Sixth International Conference on Solid State Lighting. Proceedings of SPIE. ６３３７, ６３３７０S (２００６).
【図２】
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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１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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