(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相異なる色の光を放出する第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤを含む固体エミッタの制御グループであって、前記第１のＬＥＤは青色シフト黄色ＬＥＤを含み、前記第２のＬＥＤは赤色放出ＬＥＤを含み、前記青色シフト黄色ＬＥＤは制御グループから放出される量の約６０から９０％を放出し、前記赤色放出ＬＥＤは制御グループから放出される量の約１０から４０％を放出する、制御グループと、
可変ＬＥＤを含む固体エミッタの可変グループであって、前記可変ＬＥＤが青色放出ＬＥＤと緑色放出ＬＥＤとを含む、可変グループとを備え、
前記制御グループと前記可変グループからの光の組合せが、ＣＩＥグラフ内の黒体軌跡（ＢＢＬ）の標準偏差内で放出を引き起こし、前記可変グループの放出強度を変動させることで、前記制御グループと前記可変グループからの組み合わせた光の放出を色温度範囲内で変動させながら、ＢＢＬの前記標準偏差内で放出させ 
前記可変グループからの放出が変動するとき、前記第１のＬＥＤと前記第２のＬＥＤの放出比がほぼ一定のままである、
固体照明器具。
【請求項２】
前記第１のＬＥＤの放出点がＣＩＥグラフ内のＢＢＬを上回り、前記第２のＬＥＤの放出がＢＢＬを下回る、請求項１に記載の照明器具。
【請求項３】
前記可変グループが、相異なる色の光を放出する相異なるタイプのエミッタを含む、請求項１に記載の照明器具。
【請求項４】
前記可変グループの放出が変動するとき、前記相異なるタイプのエミッタからの光の比が一定のままである、請求項３に記載の照明器具。
【請求項５】
前記可変グループからの放出点が、ＣＩＥグラフで前記第１のＬＥＤおよび前記第２のＬＥＤからの放出点の左側にある、請求項１に記載の照明器具。
【請求項６】
前記制御グループと前記可変グループからの組み合わせた放出のＣＲＩが、色温度範囲にわたって９０より大きい、請求項１に記載の照明器具。
【請求項７】
前記可変グループが、約４８８ｎｍの波長を有する光を放出し、前記色温度範囲が約２７００〜４０００Ｋである、請求項１に記載の照明器具。
【請求項８】
前記可変グループが、約４８７ｎｍの波長を有する光を放出し、前記色温度範囲が約２７００〜５０００Ｋである、請求項１に記載の照明器具。
【請求項９】
前記可変グループが、約４８５ｎｍの波長を有する光を放出し、前記色温度範囲が約２７００〜６５００Ｋである、請求項１に記載の照明器具。
【請求項１０】
前記可変グループが、４６０ｎｍおよび５３０ｎｍの波長の光を放出する第１のエミッタおよび第２のエミッタを含み、前記色温度範囲が約２７００〜６５００Ｋである、請求項１に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体照明（ＳＳＬ）に関し、詳細には、放出を組み合わせて所望の特性を有する光を生じさせる複数のＬＥＤチップまたはＬＥＤパッケージを有するＳＳＬ照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）（複数可）は、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスであり、通常、反対にドープされた層の間に挟まれた１つまたは複数の活性半導体材料層を含む。ドープ層の両端間にバイアスが印加されると、活性層内に正孔および電子が注入され、正孔と電子は活性層内で再結合して光を生成する。光は、活性層およびＬＥＤのすべての表面から放出される。
【０００３】
回路または他の同様の構成内でＬＥＤチップを使用するには、環境的および／または機械的な保護、色の選択、集光などを提供するために、パッケージ内にＬＥＤチップを密閉することが知られている。ＬＥＤパッケージはまた、ＬＥＤパッケージを外部回路に電気的に接続する電気リード、コンタクト、またはトレースを含む。図１に示す典型的なＬＥＤパッケージ１０では、単一のＬＥＤチップ１２が、はんだ接合または導電性エポキシによって反射カップ１３上に取り付けられる。１つまたは複数のワイアボンド１１が、ＬＥＤチップ１２のオーミックコンタクトをリード１５Ａおよび／または１５Ｂに接続し、リード１５Ａおよび／または１５Ｂは、反射カップ１３に取り付けることができ、または反射カップ１３と一体化することができる。反射カップは、蛍光体などの波長変換材料を含有できる封止材料１６で充填することができる。第１の波長でＬＥＤによって放出される光は、蛍光体によって吸収することができ、それに応じて蛍光体は、第２の波長の光を放出することができる。次いで、アセンブリ全体が、透明の保護樹脂１４内に封止される。保護樹脂１４は、ＬＥＤチップ１２から放出される光を視準するように、レンズの形状に成型することができる。反射カップ１３は光を上方向に誘導できるが、光が反射されると、光損失が発生することがある（すなわち、実際の反射器表面の反射率が１００％より小さいため、一部の光が反射器カップによって吸収されることがある）。さらに、リード１５Ａ、１５Ｂを通る熱を取り出すのは困難なことがあるため、図１に示すパッケージ１０などのパッケージにとって、熱の滞留が問題になることがある。
【０００４】
図２に示す従来のＬＥＤパッケージ２０は、より多くの熱を生成しうる高出力動作により適していることがある。ＬＥＤパッケージ２０では、１つまたは複数のＬＥＤチップ２２が、プリント回路基板（ＰＣＢ）キャリアなどのキャリア、基板、またはサブマウント２３上へ取り付けられる。サブマウント２３上に取り付けられた金属反射器２４が、ＬＥＤチップ（複数可）２２を取り囲み、ＬＥＤチップ２２によって放出された光をパッケージ２０から離れる方へ反射する。反射器２４はまた、ＬＥＤチップ２２に機械的な保護を提供する。ＬＥＤチップ２２上のオーミックコンタクトと、サブマウント２３上の電気トレース２５Ａ、２５Ｂの間に、１つまたは複数のワイアボンド接続１１が作られる。取り付けられたＬＥＤチップ２２は次いで、封止剤２６で覆われ、封止剤２６は、これらのチップに環境的かつ機械的な保護を提供しながら、レンズとしても作用することができる。金属反射器２４は通常、はんだまたはエポキシ接合によってキャリアに取り付けられる。
【０００５】
図１および２に示すようなＬＥＤおよびＬＥＤパッケージは、以前は白熱または蛍光照明の領域であった照明の適用分野で、より一般的に使用されている。ＬＥＤおよびＬＥＤパッケージは、ＳＳＬ照明器具またはランプ内の光源として構成することができ、単一または複数のＬＥＤまたはＬＥＤパッケージを使用することができる。これらの照明器具は、ＬＥＤの放出効率および品質の改善とともに、ますます一般的に受け入れられてきた。ＬＥＤは、１５０Ｌ／Ｗより大きい効率で白色光を生じさせることができることを実証しており、ＬＥＤは、今後１０年以内で市販の照明デバイスの主流になると予期されている。
【０００６】
異なる光源によって生成される光は、色調指数（ＣＲＩまたはＣＲＩ  Ｒａ）および色温度の点から測定することができる。ＣＲＩは、理想的な光源または自然の光源と比較して、光源が様々な物体の色を忠実に再現する能力の定量的な測定である。１００に迫る高いＣＲＩを有する光源は、写真および映画などの色が重要な適用分野で望ましい可能性がある。日光は、約１００という高いＣＲＩを有し、白熱電球は、９５より大きい比較的近いＣＲＩを有する。比較すると、蛍光照明は、７０〜８０の範囲内のより低いＣＲＩを有し、水銀またはナトリウム灯は、４０以下というはるかに低いＣＲＩを有する。一般的な室内照明に適した高品質の光は、９０より大きいＣＲＩを有するべきである。
【０００７】
色温度は、光の色度と理想的な黒体放射体の色度を比較することによって求められる光源の特性である。加熱された黒体放射体が光源によって生じる色に一致する場合の温度（通常、ケルビン（Ｋ）単位で測定される）が、その光源の色温度である。白熱光源の場合、その光は熱に由来し、理想的な黒体放射体の光に非常に近接している。５０００Ｋ以上というより高い色温度は「冷たい」ものであり、緑から青の色を有し、２７００〜３５００Ｋというより低い色温度は、「温かい」と見なされ、黄から赤の色を有する。一般的な照明は、２，０００〜１０，０００Ｋの色温度を有することができ、一般的な照明デバイスの大部分は、２，７００〜６，５００Ｋである。
【０００８】
白熱放射とは対照的に、蛍光灯などの光源は、主に本体の温度を高くすること以外の処理によって光を放出する。これは、放出される放射が黒体スペクトルの形をとらないことを意味し、これらの光源には、補正済み色温度（ＣＣＴ）として知られているものが割り当てられる。ＣＣＴは、人間の色知覚でランプからの光が最もよく一致していると感じる黒体放射体の色温度である。高品質の光源の場合、照明の色は、黒体スペクトル（すなわち、ＣＩＥ色度図上の黒体軌跡）の色に可能な限り近いことも重要である。１つのそのような標準偏差は、マクアダム楕円の点から測定され、黒体軌跡への適した近接は通常、４ステップのマクアダム楕円の範囲内である。
【０００９】
複数のＬＥＤチップまたはＬＥＤパッケージを利用するＳＳＬ照明器具が開発されてきたが、少なくともいくつかは、すべてのＬＥＤチップまたはパッケージの組合せが所望の波長の白色光を生じさせるように、変換材料によって被覆される。これらのいくつかは、ＹＡＧ：ＣＥまたはＢｏｓｅなどの変換材料によって覆われた青色放出ＬＥＤ、およびＲＧＢ蛍光体によって覆われた青色またはＵＶのＬＥＤを含む。これらの結果、照明器具は概ね良好な効率を有するが、中程度のＣＲＩしかもたない。これらの照明器具は通常、特に色温度が２７００Ｋ〜４０００Ｋである場合、所望の高いＣＲＩと高い効率の両方を実証することはできない。
【００１０】
異なる個別の光源からの異なる色相を利用し、複数の個別の光源から白色光を生成して、所望の色温度で改善されたＣＲＩを提供する技法が開発されてきた。そのような技法は、「Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許第７，２１３，９４０号に記載されている。１つのそのような構成では、４５２ｎｍピークの青色ＩｎＧａＮ  ＬＥＤが、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などの黄色変換材料で被覆され、はっきりした黄色であり、ＣＩＥ図上の黒体軌跡を十分に上回る色点を有する色を提供した。黄色変換材料によって被覆された青色放出ＬＥＤは、青色シフト黄色（ＢＳＹ）ＬＥＤまたはＬＥＤチップと呼ばれることが多い。ＢＳＹ放出と、黄色ＬＥＤの黄色を黒体曲線の方へ「引き寄せる」赤味を帯びたＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤからの光とを組み合わせて、温白色光を生じさせる。図３は、赤色放出ＬＥＤからの赤色光３４と異なるＢＳＹエミッタ３６からの様々な黄色および黄味を帯びた点との間にタイライン３２を有するＣＩＥ図３０を示す。この手法では、改善されたＣＲＩを有する高効率の温白色光を生成することができる。いくつかの実施形態は、改善された効率を示し、ＣＲＩ  Ｒａは、３５００Ｋを下回る色温度で９０より大きかった。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、光エンジン内の１群のエミッタの放出を変動させることによって照明器具の放出特性を所望どおり変動できるように構成された光エンジンを有するＳＳＬ照明器具を対象とする。いくつかの実施形態では、照明器具の色温度を特定の範囲内で変動させながら、ＣＩＥ図内の黒体軌跡の標準偏差内で放出を保つことができる。
【００１２】
本発明によるＳＳＬ照明器具の一実施形態は、制御グループの固体エミッタと、可変グループの固体エミッタとを含む。制御グループのエミッタと可変グループのエミッタからの光の組合せが、黒体軌跡（ＢＢＬ）の標準偏差内で放出を引き起こす。さらに、可変グループのエミッタの放出強度を変動させることで、制御エミッタと可変エミッタの組み合わせた放出を温度範囲内で変動させながら、それでもなおＢＢＬの標準偏差内で放出させる。
【００１３】
本発明によるＳＳＬ照明器具の別の実施形態は、ＣＩＥグラフ内のＢＢＬを上回る色点で光を放出する第１のエミッタ、およびＢＢＬを下回る色点で光を放出する第２のエミッタを有する制御グループの固体エミッタを含む。可変グループのエミッタが含まれ、その放出強度は、制御エミッタと可変エミッタの組み合わせた放出を色温度範囲に沿って変動させながら、ＢＢＬの標準偏差内で放出を維持するように変動させることができる。
【００１４】
本発明による光エンジンの一実施形態は、ＣＩＥ図内のＢＢＬを上回って放出する第１のエミッタ、およびＢＢＬを下回って放出する第２のエミッタを含む第１のグループの固体エミッタを含む。第１のエミッタと第２のエミッタからの光の組合せが、ＢＢＬの標準偏差内で放出色点を生成する。第２のグループの固体エミッタが含まれ、第１のグループのエミッタと第２のグループのエミッタからの光の組合せが、ＢＢＬの標準偏差内で放出を引き起こし、第２のグループのエミッタの強度を変動させることで、第１のグループのエミッタおよび第２のグループのエミッタからの放出を色温度範囲内で変動させながら、それでもなおＢＢＬの標準偏差内で放出させる。
【００１５】
本発明による照明器具からの放出を変動させる方法の一実施形態は、ＣＩＥグラフ上の黒体軌跡（ＢＢＬ）の標準偏差内で第１の色点にある第１の光源から放出を提供するステップを含む。第２の光源から放出が提供され、その放出強度は、照明器具の放出を放出範囲に沿って変動させるように変動させることができ、放出はすべて、黒体軌跡の標準偏差内にある。
【００１６】
本発明による光エンジンのさらに別の実施形態は、緑色蛍光体によって被覆された青色ＬＥＤを含む青色シフト緑色（ＢＳＧ）ＬＥＤチップを含むことができる。緑色蛍光体は、青色ＬＥＤから放出される青色光の少なくとも一部を吸収して緑色光を放出するように構成される。赤色放出ＬＥＤチップが含まれ、ＢＳＧ  ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップからの光の組合せが、ＣＩＥ図のＢＢＬの標準偏差内で色点を有する光を生成する。
【００１７】
本発明の上記その他の態様および利点は、本発明の特徴を例として示す以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術のＬＥＤランプの一実施形態の断面図である。
【図２】従来技術のＬＥＤランプの別の実施形態の断面図である。
【図３】ＢＳＹエミッタと赤色エミッタの間のタイラインを示すＣＩＥ図である。
【図４】本発明によるＳＳＬ照明器具の一実施形態の側面図である。
【図５】本発明によるＳＳＬ照明器具の光エンジンの一実施形態の平面図である。
【図６】本発明による制御グループのＬＥＤチップの一実施形態に対する放出特性を示すグラフである。
【図７】本発明による可変グループのＬＥＤチップの一実施形態に対する放出特性を示すグラフである。
【図８】本発明による光エンジンの一実施形態の放出特性を示すグラフである。
【図９】本発明による光エンジンの３つの実施形態に対する放出特性を示す表である。
【図１０】本発明による光エンジンの３つの実施形態に対する放出特性を示すＣＩＥグラフである。
【図１１】本発明による光エンジンの別の実施形態の平面図である。
【図１２】本発明による制御グループのＬＥＤチップに対する放出特性を示すグラフである。
【図１３】本発明による可変グループのＬＥＤチップの別の実施形態に対する放出特性を示すグラフである。
【図１４】本発明による光エンジンの別の実施形態に対する放出特性を示すグラフである。
【図１５】本発明による光エンジンの別の実施形態に対する放出特性を示すＣＩＥグラフである。
【図１６】本発明による光エンジンの別の実施形態に対する放出特性を示す表である。
【図１７】本発明によるＬＥＤチップの他の実施形態に対する放出特性を示すＣＩＥグラフである。
【図１８】本発明によるＬＥＤチップのさらに他の実施形態に対する放出特性を示す別のＣＩＥグラフである。
【図１９】本発明による光エンジンの一実施形態に対する回路概略図である。
【図２０】本発明による光エンジンの別の実施形態に対する回路概略図である。
【図２１】本発明による光エンジンの別の実施形態に対する回路概略図である。
【図２２】本発明による光エンジンの別の実施形態に対する回路概略図である。
【図２３】スイッチング機構を利用する本発明による光エンジンの一実施形態に対する回路図である。
【図２４】同じくスイッチング機構を利用する本発明による光エンジンの別の実施形態に対する回路図である。
【図２５】本発明による光エンジンのさらに別の実施形態に対する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、複数のエミッタタイプの放出を組み合わせて所望の照明器具放出特性を得るＳＳＬランプまたは照明器具（ＳＳＬ照明器具）を対象とする。本発明は、詳細には、ＬＥＤチップアレイ内に複数の異なるタイプのＬＥＤチップを有し、ＬＥＤチップのいくつかが異なる波長の光を放出するＳＳＬ照明器具を対象とする。ＬＥＤチップのいくつかの放出は、一定のまま保持することができ、他のＬＥＤの放出は、ＳＳＬ照明器具の放出の色温度をある範囲にわたって変動させるように変動させることができる。本発明の別の態様では、放出は、この色温度範囲にわたってＣＩＥ図上のＢＢＬの許容偏差内で保たれる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、制御グループのＬＥＤチップ内の異なるタイプのＬＥＤチップによって放出される光の比は一定のままであり、可変ＬＥＤまたはＬＥＤグループからの光は、ＳＳＬ照明器具に対する放出特性の所望の変化を提供するように変動される。すなわち、可変グループのＬＥＤチップの放出は、ＳＳＬ照明器具の放出に対する色温度を特定の温度範囲にわたって変化させながら標準偏差内に留まるように変動させることができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態では、制御グループのＬＥＤチップは、放出強度が互いに一定の比で保持される第１の色の光および第２の色の光を放出する第１のエミッタタイプおよび第２のエミッタタイプを含むことができる。可変ＬＥＤチップまたはＬＥＤチップグループは、色温度の変化などの放出特性の所望の変化を得られるように変動できる第３の色を放出する第３のＬＥＤタイプを含むことができる。これらの実施形態では、第２のエミッタと比較した第１のエミッタの放出の比は一定のままとすることができるが、第３のエミッタの放出と比較した第１のエミッタおよび第２のエミッタに対する放出の比は、ＳＳＬ照明器具の放出を変動させるように変動させることができる。
【００２２】
他の実施形態では、制御グループのＬＥＤチップはまた、放出比が一定のまま保持される第１のエミッタタイプおよび第２のエミッタタイプを含むことができる。可変グループのＬＥＤチップは、２つの間で一定の放出比に保持できる第３の色および第４の色を放出する第３のＬＥＤチップおよび第４のＬＥＤチップを含むことができる。異なるＳＳＬ照明器具に対して異なる放出特性を得るために、可変グループのＬＥＤチップからの光の比は、制御グループのＬＥＤチップの光と比較して変動される。すなわち、可変グループのＬＥＤチップの強度は、制御グループと比較して変動される。いくつかの実施形態では、異なるタイプのＬＥＤチップ間の放出の比は、可変グループのＬＥＤチップの放出強度が変動される間、それぞれの対応するグループ内で維持することができる。制御グループのＬＥＤチップは、３つ以上のＬＥＤチップを含むことができ、可変グループのＬＥＤチップは、３つ以上のＬＥＤチップを含むことができ、いくつかの実施形態では、それぞれのグループ内の放出比は一定のままであり、異なるグループ間の放出比は変動することが理解される。さらに他の実施形態では、可変または制御グループのＬＥＤチップ内の放出強度比は、照明器具に対する所望の放出を提供するように変動させることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、可変グループのＬＥＤチップ内の異なるＬＥＤチップの放出強度を変動させることもできる。
【００２３】
以下の実施形態について、ＬＥＤチップグループの少なくとも１つの放出を変動させることによってＳＳＬ照明器具の色温度を変動させることに関連して論じる。しかし他の実施形態では、ＬＥＤグループ内で放出特性を変動させることができることが理解される。異なる波長で放出する異なるタイプのＬＥＤチップは、異なる制御レベルまたは範囲を実現しながら、それでもなお所望のＣＲＩを保ち、またＢＢＬの標準偏差内で放出を保つことができることも理解される。
【００２４】
可変および制御グループのＬＥＤチップは、多くの異なる波長で光を放出する多くの異なるＬＥＤチップを含むことができることが理解される。一実施形態では、制御ＬＥＤチップは、２つの間で一定の放出比に保持されたＢＳＹ  ＬＥＤチップおよび赤色放出ＬＥＤチップを含むことができる。可変ＬＥＤチップは、所望のＳＳＬ照明器具特性に応じて可変量の青色光を提供する１つまたは複数の青色放出ＬＥＤチップを含むことができる。後述するように、より多くの青色光を追加してＣＣＴを増大させながら、放出をＢＢＬの標準偏差で維持することができる。別の実施形態では、制御グループのＬＥＤチップは、２つの間で概ね一定の放出比に保たれたＢＳＹチップおよび赤色チップを含むことができる。可変グループのＬＥＤは、同じく２つの間で放出比を保つことができる青色ＬＥＤチップおよび緑色ＬＥＤチップを含むことができる。ＳＳＬ照明器具放出のＣＣＴは、制御グループのＬＥＤチップの放出と比較して可変グループのＬＥＤチップの全体的な放出を変動させることによって、変動させることができる。
【００２５】
他の実施形態では、制御グループのＬＥＤチップおよび可変グループのＬＥＤチップは、異なる光の色または波長で放出する他のＬＥＤチップタイプを含むことができる。本発明による他のＳＳＬ照明器具の実施形態は、緑色変換材料で被覆された青色放出ＬＥＤ（ＢＳＧ  ＬＥＤチップ）を含むことができ、これらのＬＥＤからの青色光のすべてまたは大部分は、緑色変換材料によって変換される。ＢＳＧ  ＬＥＤチップは、ＣＩＥ図上のＢＢＬを上回る色点を有する緑味を帯びた光を提供する。ＢＳＧ放出と、ＢＳＧ  ＬＥＤチップの緑色をＢＢＬの方へ引き寄せる赤色または赤味を帯びたＬＥＤチップからの光とを組み合わせて、所望の温度を有する温白色光を生じさせる。この光は、所望の温度でＢＢＬの標準偏差内に入ることができる。
【００２６】
上記で論じたように可変光の温度を変動させることが望ましい異なる実施形態では、ＢＳＧ  ＬＥＤチップおよび赤色ＬＥＤチップは、上述した制御または可変グループのＬＥＤチップを構成することができる。制御ＬＥＤチップとしては、ＢＳＧ  ＬＥＤチップおよび赤色ＬＥＤチップの放出を一定に保持することができ、可変グループの他のＬＥＤチップの放出は、ＳＳＬ照明器具の放出の色温度をある範囲にわたって変動させるように変動させることができる。本発明の一態様によれば、照明器具の放出は、この色温度範囲にわたってＣＩＥ図上のＢＢＬの許容偏差内で保たれる。他の実施形態では、ＢＳＧＬＥＤチップおよび赤色ＬＥＤチップはまた、可変グループのＬＥＤチップを構成することができ、その放出は、放出色温度をある範囲にわたって変動させながらＢＢＬの標準偏差内で放出を保つように変動させて、制御グループのＬＥＤチップからの放出と組み合わせることができる。
【００２７】
本発明について、特定の実施形態を参照して本明細書に説明するが、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に述べる実施形態に限定されると解釈されるべきではないことが理解される。具体的には、本発明について、異なる構成のＬＥＤチップのアレイを有する特定のＳＳＬ照明器具に関して後述する。これらは通常、ＳＳＬ照明器具と呼ばれるが、本発明は、異なるエミッタタイプの多くの異なるアレイ構成を有する多くの他のランプまたは照明の適用分野で使用できることが理解される。これらの照明器具およびその構成要素は、ここに示すものとは異なる形状および寸法を有することができ、アレイ内には異なる数のＬＥＤチップを含むことができる。アレイ内のＬＥＤチップのいくつかまたはすべては、蛍光体を添加した接着剤を含むことができる変換材料で被覆（「蛍光体／接着剤被覆」）することができるが、変換材料をもたないＬＥＤも使用できることが理解される。
【００２８】
本発明による照明器具について、ＬＥＤチップまたはＬＥＤチップアレイを光源として使用すると説明するが、これらはＬＥＤおよびＬＥＤパッケージを含むこともできることも理解される。本発明によるＳＳＬ照明器具では、ＬＥＤ、ＬＥＤチップ、またはＬＥＤパッケージの多くの異なる構成を組み合わせることができ、混成または個別の固体照明要素を使用して、照明特性の所望の組合せを提供することができる。説明を容易にするために、以下のＳＳＬ照明器具内のエミッタについて、「ＬＥＤチップ」を使用すると説明するが、本明細書に記載するエミッタタイプのいずれかを含むことができることが理解される。
【００２９】
層、領域、または基板などの要素が別の要素「上」に位置するというとき、他方の要素上に直接位置することができ、または介在要素が存在することもできることも理解される。さらに、本明細書では、「内側」、「外側」、「上（ｕｐｐｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、および「下（ｂｅｌｏｗ）」などの相対的な用語、ならびに類似の用語を使用して、１つの層または別の領域の関係について説明することがある。これらの用語は、図に示す向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含するものであることが理解される。
【００３０】
本明細書では、第１、第２などの用語を使用して、様々な要素、構成要素、および／または区間について説明することがあるが、これらの要素、構成要素、および／または区間は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、または区間と別の領域、層、または区間を区別するためだけに使用される。したがって、本発明の教示から逸脱することなく、以下で論じる第１の要素、構成要素、領域、層、または区間を、第２の要素、構成要素、領域、層、または区間と呼ぶこともできる。
【００３１】
本明細書では、本発明の実施形態について、本発明の実施形態の概略図である横断面図を参照して説明する。したがって、これらの層の実際の厚さは異なる可能性があり、たとえば製造技法および／または公差の結果、図示の形状からの変動が予期される。本発明の実施形態は、本明細書に示す領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、たとえば製造に起因する形状の偏差を含むものとする。正方形または方形として図示または説明する領域は通常、正常な製造公差のために丸くなった特徴または湾曲した特徴を有する。したがって、図に示す領域は、本質的に概略的であり、これらの領域の形状は、デバイスの領域の正確な形状を図示しようとするものではなく、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【００３２】
本明細書に説明する構成は、異なる形で構成された異なる特徴を有する多くの異なるＳＳＬ照明器具内で利用できることが理解される。図４は、本発明による光源として構成された複数のＬＥＤチップを含むことができる本発明によるＳＳＬ照明器具５０の一実施形態のみを示す。照明器具５０は通常、多くの異なる取付け機構を使用して器具、壁、または天井内で定位置に取り付けることができる筐体５２を備える。図示の実施形態では、取付け機構は、第１の取付けクリップ５４、第２の取付けクリップ５６、および第３の取付けクリップ（図４では見えない）を備える。筐体５２内には光エンジン６２が構成され、複数のＬＥＤチップ６４を備え、ＬＥＤチップ６４は、ＬＥＤチップからの光が筐体５２の開口から出るように取り付けられ、ＬＥＤチップ６４の放出を組み合わせて照明器具５０の所望の放出特性を生じさせる。筐体開口を覆って拡散器６６を含むことができ、電源／変換器６８が含まれる。筐体５２はまた、電気供給デバイス７２（この実施形態では、ねじ込みソケット）と係合可能な電気的接続領域７０を含むことができる。
【００３３】
電源／変換器６８はまた、筐体内に位置決めすることができ、従来の整流器および高圧変換器を含むことができる。ＡＣ電圧を含む電力が照明器具５０に供給される場合、電源／変換器６８は、ＡＣ電力を変換し、ＬＥＤチップ６４が光を放出するように駆動するのに適合した形で光エンジン６２にエネルギーを供給することができる。電力変換器はまた、異なるグループのＬＥＤチップ６４に駆動信号を提供するように構成することができ、ＬＥＤチップの少なくともいくつかの放出は、電源／変換器の制御下で変動する。これらの制御信号は、周知の電子構成要素および回路を使用して提供することができ、ＬＥＤチップのいくつかの放出の変動は、手動で、または電子的に制御することができる。
【００３４】
この実施形態では、拡散器６６は、効果的な色の混合、デピクセリゼーション（ｄｅｐｉｘｅｌｉｚａｔｉｏｎ）、および高い光効率を促進するように設計することができる。拡散器６６は、下部筐体への機械的なスナップ嵌めを介して筐体５２に取り付けることができ、したがってデバイスを取り外すにはアンインストールする（電源を切る）必要があり、および／または拡散器（レンズ）は、たとえば熱かしめによって永久的に取り付けることができる（すなわち、取り外すには破壊を必要とするはずである）。適した熱かしめ技法は、当技術分野では周知である。
【００３５】
図５は、光を放出する複数のＬＥＤチップを含むことができる本発明による光エンジン８０の一実施形態を示し、この光を混合して、光エンジン８０に対して所望の放出特性を提供する。この実施形態では、ＬＥＤチップは、制御グループのＬＥＤチップ（ＣＢおよびＣＲ）８２と、可変グループのＬＥＤチップ（Ｖ）８４とを含む。上記で論じたように、制御グループのＬＥＤチップ８２は、異なる色の光を放出する複数のＬＥＤチップタイプを含むことができ、制御グループ内の異なるタイプのＬＥＤチップの放出強度の比は一定のままである。可変グループのＬＥＤチップ８４は、異なる色の光を放出する１つまたは複数のタイプのＬＥＤチップを含むことができ、その放出強度は、光エンジン８０からの放出の色温度を変化させるように、制御グループのＬＥＤチップに対して変動させることができる。
【００３６】
光エンジン８０では、制御グループのＬＥＤチップ８２は、複数のＢＳＹ  ＬＥＤチップ（ＣＢ）８６および複数の赤色放出ＬＥＤチップ（ＣＲ）８８を含むことができる。他の光エンジンの実施形態は、単一のＢＳＹ  ＬＥＤチップまたは単一の赤色放出ＬＥＤチップを有することができることが理解される。上述したように、ＢＳＹ  ＬＥＤチップ８６は、黄色蛍光体によって被覆された青色ＬＥＤを含むことができ、黄色蛍光体は、青色光を吸収して黄色光を放出する。一実施形態では、青色ＬＥＤは、主波長範囲が約４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ、いくつかの実施形態では約４５０ｎｍ〜４６０ｎｍの光を放出することができる。さらに他の実施形態では、青色ＬＥＤは、約４５０ｎｍのピーク主波長を放出することができる。青色ＬＥＤは、所望の量の青色ＬＥＤ光が黄色蛍光体によって吸収されるように、十分な量の黄色蛍光体で覆うことができ、ＢＳＹ  ＬＥＤチップは、所望の量の青色光をＬＥＤから放出し、黄色光を蛍光体から放出する。第ＩＩＩ族窒化物材料系からの材料などの多くの異なる半導体材料から作ることができるＢＳＹ  ＬＥＤチップ８６内では、多くの異なる青色ＬＥＤを使用することができる。ＬＥＤ構造、特徴、ならびにそれらの製作および動作は通常、当技術分野では周知であり、したがって本明細書では論じない。
【００３７】
ＢＳＹ  ＬＥＤチップ８６内では、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などの多くの異なる黄色蛍光体を使用することができるが、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）などの（Ｇｄ，Ｙ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ系に基づく蛍光体から作られる変換粒子を使用すると、全範囲の広い黄色スペクトル放出が可能である。ＬＥＤチップ８２内で使用できるいくつかの追加の黄色蛍光体は、
Ｔｂ３−ｘＲＥｘＯ１２：Ｃｅ（ＴＡＧ）、ＲＥ＝Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、または
Ｓｒ２−ｘ−ｙＢａｘＣａｙＳｉＯ４：Ｅｕ
を含むことができる。
【００３８】
ＢＳＹ  ＬＥＤチップ８６内の青色ＬＥＤは、多くの異なる方法を使用して黄色蛍光体で被覆することができ、１つの適した方法は、どちらも「Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許出願第１１／６５６，７５９号および第１１／８９９，７９０号に記載されている。両願を、参照により本明細書に組み込む。別法として、これらのＬＥＤチップは、電気泳動堆積（ＥＰＤ）などの他の方法を使用して被覆することができ、適したＥＰＤ方法は、「Ｃｌｏｓｅ  Ｌｏｏｐ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１１／４７３，０８９号に記載されている。同願もまた、参照により本明細書に組み込む。それだけに限定されるものではないが、スピン被覆を含む他の従来の被覆方法も使用できることが理解される。
【００３９】
ＢＳＹ  ＬＥＤチップ８６に加えて、制御グループのＬＥＤチップ８２はまた、赤色放出ＬＥＤチップ（ＣＲ）８８を含むことができる。これらは、赤色放出ＡｌＩｎＧａＰベースのＬＥＤチップなどの従来の赤色放出ＬＥＤを含むことができる。赤色放出ＬＥＤチップ８８はまた、赤色蛍光体などの赤色変換材料によって被覆されたＬＥＤを含むことができる。赤色ＬＥＤチップ８８は、異なるＬＥＤを含むことができ、いくつかの実施形態は青色または紫外（ＵＶ）放出ＬＥＤを含むが、異なる色を放出するＬＥＤも使用できることが理解される。これらの実施形態では、ＬＥＤは、ＬＥＤ光を吸収して赤色光を再放出するのに十分な量の赤色蛍光体によって覆うことができる。ＬＥＤチップ８８内では、それだけに限定されるものではないが、
Ｌｕ２Ｏ３：Ｅｕ３＋
（Ｓｒ２−ｘＬａｘ）（Ｃｅ１−ｘＥｕｘ）Ｏ４
Ｓｒ２Ｃｅ１−ｘＥｕｘＯ４
Ｓｒ２−ｘＥｕｘＣｅＯ４
ＳｒＴｉＯ３：Ｐｒ３＋，Ｇａ３＋
ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋
Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋
を含めて、多くの異なる蛍光体を使用することができる。ＬＥＤチップ８８内で使用されるＬＥＤもまた、ＬＥＤチップ８６を製作するために使用される方法などの周知の方法を使用して製作することができ、上述した方法を使用して被覆することができる。
【００４０】
制御グループのＬＥＤチップ８２と可変グループのＬＥＤチップ８４の両方に対して、異なる要因によって、黄色変換材料および赤色変換材料によって吸収できるＬＥＤ光の量が決まり、したがってそれぞれで必要とされる変換材料の必要な量が決まる。これらの要因のいくつかは、それだけに限定されるものではないが、蛍光体粒子の寸法、接着剤材料のタイプ、蛍光体のタイプと放出されるＬＥＤ光の波長の整合の効率、および蛍光体／接着層の厚さを含む。
【００４１】
それだけに限定されるものではないが、１０ナノメートル（ｎｍ）〜３０マイクロメートル（μｍ）の範囲内またはそれ以上の粒子を含めて、異なる寸法の蛍光体粒子を使用することもできる。より小さい粒子寸法は通常、より大きい寸法の粒子より色をうまく散乱および混合し、より均一の光を提供する。より大きい粒子は通常、より小さい粒子と比較すると、光を変換するのにより効率的であるが、それほど均一でない光を放出する。ＬＥＤチップ８２、８４内の蛍光体はまた、接着剤内に異なる濃度または添加量の蛍光体材料を有することができ、典型的な濃度は、３０〜７０重量％の範囲内である。いくつかの実施形態では、蛍光体濃度は、約６５重量％とすることができ、蛍光体被覆全体にわたって均一に分散させることができるが、いくつかの実施形態では、異なる領域で異なる濃度の蛍光体を有することができると望ましいことが理解される。制御グループのＬＥＤチップ８２および可変グループのＬＥＤチップ８４内のＬＥＤを覆う蛍光体被覆の適当な厚さは、特定のＬＥＤの光束と組み合わせて上記の要因を考慮することによって決定することができる。
【００４２】
図６は、本発明による制御グループＬＥＤチップの一実施形態に対する放出特性を示すグラフ１００である。ＢＳＹ  ＬＥＤチップ内の青色ＬＥＤ放出からの青色光放出ピーク１０２は、約４５０ｎｍであり、ＢＳＹ  ＬＥＤチップの蛍光体からの黄色放出ピーク１０４は、約５５０ｎｍである。赤色ＬＥＤチップからの赤色放出ピーク１０６は、約６２５ｎｍである。
【００４３】
図５を再び参照すると、可変ＬＥＤチップ８４の放出強度は、光エンジン８０によって放出される光の色温度を変動させるように変動させることができる。上述したように、可変ＬＥＤチップ８４は、１色の光を放出する１つのＬＥＤチップタイプ、または各タイプが異なる色の光を放出する複数のＬＥＤチップタイプを含むことができる。光エンジン８０内では、可変ＬＥＤチップ８４は、青色放出ＬＥＤを含む青色放出ＬＥＤチップを含み、青色放出ＬＥＤは、第ＩＩＩ族窒化物材料系などの周知の半導体材料系から作ることができ、周知の方法を使用して製作することができる。
【００４４】
図７は、本発明による可変グループのＬＥＤチップの一実施形態からの放出特性を示すグラフ１１０である。可変グループは、可変グループのＬＥＤチップに対して約４８５ｎｍの青色光ピーク放出１１２を放出することができる。矢印１１４は、第２の可変グループのＬＥＤチップの放出強度を、光エンジンの放出特性を変動させるように変動させることができることを示す。
【００４５】
図５を再び参照すると、制御ＬＥＤチップ８２および可変ＬＥＤチップ８４は、サブマウント、基板、またはプリント回路基板（ＰＣＢ）９０（「サブマウント」）に取り付けることができ、サブマウント９０は、異なる直列および並列構成でＬＥＤチップを接続できる導電トレース９２を有することができる。サブマウント９０は、多くの異なる材料から形成することができ、好ましい材料は誘電体など、電気絶縁性である。サブマウント９０はまた、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミック、またはポリイミドおよびポリエステルなどのポリマー材料などを含むことができる。いくつかの実施形態では、サブマウント９０は、窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素などの高い熱伝導性を有する材料を含むことができる。他の実施形態では、サブマウント９０は、構成要素からの光の抽出を促進するために、反射性セラミックまたは銀のような金属層などの高反射性材料を含むことができる。他の実施形態では、サブマウント９０は、ミネソタ州チャナッセンのＢｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＴ−Ｃｌａｄ熱クラッド絶縁基板材料など、プリント回路基板（ＰＣＢ）、サファイア、炭化ケイ素、もしくはケイ素、または任意の他の適した材料を含むことができる。ＰＣＢの実施形態の場合、標準的なＦＲ−４  ＰＣＢ、金属コアＰＣＢ、または任意の他のタイプのプリント回路基板など、異なるＰＣＢタイプを使用することができる。サブマウント９０の寸法は、異なる要因に応じて変動させることができ、１つは、ＬＥＤチップ８２、８４の寸法および数である。
【００４６】
サブマウント９０はまた、ダイパッドを含むことができ、ダイパッドは導電トレース９２とともに、金属または他の導電材料などの多くの異なる材料とすることができる。一実施形態では、これらの材料は、めっきなどの周知の技法を使用して堆積させた銅を含むことができ、次いで標準的なリソグラフィ処理を使用してパターニングすることができる。他の実施形態では、この層は、所望のパターンを形成するようにマスクを使用してスパッタリングすることができる。本発明によるいくつかの実施形態では、導電性の特徴のいくつかは銅のみを含むことができ、他の特徴は追加の材料を含む。たとえば、ダイパッドは、追加の金属で、またはＬＥＤチップを取り付けるのにより適したものにする材料でめっきまたは被覆することができる。一実施形態では、ダイパッドは、粘着性もしくは接着性の材料、または反射層および障壁層でめっきすることができる。ＬＥＤチップは、フラックス材料を含有するかどうかにかかわらず従来のはんだ材料、または熱および電気伝導性とすることができる調合されたポリマー材料の使用など、周知の方法および材料を使用して、ダイパッドに取り付けることができる。いくつかの実施形態では、ワイアボンドを含むことができ、ワイアボンドはそれぞれ、導電トレース９２の１つとＬＥＤチップ８２、８４の１つの間を通り、いくつかの実施形態では、ダイパッドおよびワイアボンドのうちの対応するものを通じて、ＬＥＤチップ８２、８４に電気信号が印加される。
【００４７】
上記で論じたように、制御ＬＥＤチップ８２と可変ＬＥＤチップ８４の組み合わせた放出で、光エンジン８０の所望の放出を提供することができる。本発明による一実施形態では、制御グループ８２内の異なるＬＥＤチップに対する放出の比は、一定に保持される。すなわち、ＢＳＹ  ＬＥＤチップ８６の放出強度は、赤色チップ８８の放出強度と比較すると一定のままである。異なる実施形態では、ＢＳＹチップ８６および赤色チップ８８の放出は、制御グループのエミッタに対する異なる百分率の全体的な放出を相殺することができ、ＢＳＹ  ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップからの光の組合せは、異なる温度の光を生成することができ、ＢＳＹ  ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップの放出の比は一定のままである。本発明によるいくつかの実施形態では、ＢＳＹチップ８６からのルーメンは、制御グループのＬＥＤチップに対して約６０〜９０％の放出を含むことができ、赤色チップ８８からのルーメンは、制御グループのＬＥＤチップからの放出の約１０〜４０％を含むことができる。一実施形態では、ＢＳＹ  ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤは、第１のグループのエミッタに対する放出のそれぞれ約７９％および２１％を放出する。制御グループからの全体的な放出はまた、約１５００〜４０００Ｋの範囲内の温度を有することができ、一実施形態では約２７００Ｋの色温度を有する。
【００４８】
同じく上記で論じたように、可変グループのＬＥＤチップ内のＬＥＤチップ８４の放出強度は、光エンジン８０によって放出される色温度を変化させるように変動させることができる。可変ＬＥＤチップ８４に対して青色放出ＬＥＤチップを使用することができ、異なる実施形態では、異なる波長の青色光を放出する異なる青色ＬＥＤチップを使用することができる。青色ＬＥＤチップの強度は、光エンジン８０の全体的な放出に青色光が追加されるように増大させることができる。すなわち、制御ＬＥＤチップ８２からの放出に比べて、青色ＬＥＤチップからの光の比が増大される。青色光を追加することで、ＬＥＤエンジン８０によって放出される光のＣＣＴを増大させる。
【００４９】
青色ＬＥＤチップからの青色光の波長は、光エンジン８０によって作られる混合光が、色温度が増大されたときにＢＢＬの標準偏差内に留まるように選択されるべきである。一実施形態では、混合光は、ＢＢＬ（接線）の約０．１０Δｕ’ｖ’のままであるべきであり、ＣＲＩ  Ｒａは、ＣＣＴ範囲全体にわたって可能な限り良好なままであるべきである。別の実施形態では、この光は、ＢＢＬの０．０１Δｕ’ｖ’のままであるべきであり、同じ最適化されたＣＲＩ  Ｒａを有する。
【００５０】
図８は、本発明による光エンジン８０の一実施形態における制御ＬＥＤチップ８２と可変ＬＥＤチップ８４の組み合わせた放出特性を示すグラフ１２０である。制御グループのＬＥＤからのピーク放出は、ＢＳＹ  ＬＥＤチップからの青色ピーク１２２および黄色ピーク１２４、ならびに赤色ＬＥＤチップからの赤色ピーク１２６として提供される。可変グループのＬＥＤチップからの放出を青色ピーク１２７として示し、青色放出の強度は変動する。制御グループのＬＥＤからの光は概ね一定のままであり、青色光の強度は、光エンジンの色温度を変動させるように、制御グループのＬＥＤチップに対して変動される。可変グループのＬＥＤチップに対する最も低い放出強度１２８（本質的にゼロの放出）は、約２７００Ｋの光エンジンの放出温度に対応する。可変グループからのこの特定の波長の青色光の場合、青色光の放出強度の増大は、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、および５７００という光エンジンの放出温度に対応する。図示の実施形態では、可変グループのＬＥＤチップに対する最も高い放出強度１２９は、約６５００Ｋの光エンジン色温度に対応する。
【００５１】
図９および１０は、可変ＬＥＤチップに対して異なるピーク放出波長の青色放出ＬＥＤチップを利用する本発明による光エンジンの３つの実施形態に対する放出特性を示す。図９は、３つの異なる光エンジンに対する放出特性を挙げる表１３０であり、図１０は、異なる実施形態に対する放出特性を示すＣＩＥチャート１４０である。図９を参照すると、第１の実施形態１３２は、４８４〜４９１ｎｍの範囲内で光を放出する青色ＬＥＤチップを含み、最適の波長は４８８ｎｍである。この最適の放出を、図１０に放出線１４２によって示す。光エンジン内の青色ＬＥＤによって提供されるルーメンの最大の百分率は、約１５％である。これにより、最高１５％の青色ＬＥＤの放出強度に応じて、光エンジンに対するＣＣＴの範囲を約２７２５〜４０００ｋにすることができる。この温度範囲では、ＣＣＴは、このＣＣＴ範囲にわたってＢＢＬの０．００９Δｕ’ｖ’のままであり、７２という最小のＣＲＩ  Ｒａを維持する。図１０では、これを温度放出線１４４として示す。
【００５２】
青色可変ＬＥＤチップに対して４８４〜４９１ｎｍという類似の波長範囲を有し、最適の波長が４８７ｎｍである、第２の実施形態１３４の特性を示す。図１０では、この最適の放出を放出線１４６として示す。この実施形態では、青色ＬＥＤチップによって提供される最大百分率のルーメンは約２５％である。この構成では、２７２５〜５０００Ｋというより大きい可変ＣＣＴ範囲を実現しながら、図１０に温度放出線１４８によって示す０．００９Δｕ’ｖ’の範囲内のままである。しかしこの結果、放出は、６０というより低いＣＲＩ  Ｒａを有する。したがって、この実施形態は、より大きい温度範囲を可能にするが、ＣＲＩ  Ｒａを低減させる。
【００５３】
青色可変ＬＥＤチップの放出範囲が４８４〜４８７ｎｍであり、最適の放出が４８４ｎｍである、第３の実施形態１３６の特性を示す。図１０では、この最適の放出を放出線１５０として示す。この実施形態では、青色ＬＥＤチップによって提供される最大百分率のルーメンは、光エンジンからの全体的な放出の約２７％である。この構成では、２７２５〜６０００Ｋというさらに大きい可変ＣＣＴ範囲を実現しながら、図１０に温度放出線１５２によって示す０．００９Δｕ’ｖ’の範囲内のままである。しかしこの結果、放出は、６０というより低いＣＲＩ  Ｒａを有する。したがって、この実施形態は、さらに大きい温度範囲を可能にするが、ＣＲＩ  Ｒａをさらに低減させる。
【００５４】
異なる最適の波長を放出する異なるタイプの青色ＬＥＤを使用して、ＢＢＬからの所望の標準偏差内で所望の光エンジン波長範囲を実現できることが理解される。上記で論じた３つは、使用できる異なる青色エミッタの例にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。
【００５５】
上述したように、可変グループのＬＥＤチップは、２つ以上のグループのＬＥＤタイプを含むことができ、各グループは、異なる波長の光を放出する。いくつかの実施形態では、異なるタイプのＬＥＤ間の光の比は一定のままとすることができ、光エンジン内の可変グループのＬＥＤチップによって提供される光の比は、光エンジンによって放出される光の色温度を変動させるように、制御グループのＬＥＤチップに対して変動される。この複数のＬＥＤタイプの構成は特に、ＣＲＩ  Ｒａを増大させた光エンジンに適用することができる。
【００５６】
図１１は、図５に示した上述の光エンジン８０に類似している本発明による光エンジン１７０の別の実施形態を示す。光エンジン１７０は、制御グループのＬＥＤチップ１７２と、可変グループのＬＥＤチップ１７４とを含むことができる。図５の光エンジン８０と同様に、光エンジン１７０内の制御グループのＬＥＤチップ１７２は、ＢＳＹチップ１７６および赤色チップ１７８を含むことができる。光エンジン８０に関して上記で論じたように、図５の可変グループのＬＥＤチップ８４からの青色光の変動は、ＢＢＬの許容偏差内で色温度範囲を実現する。いくつかの実施形態では、青色光の増大の結果、ＣＲＩ  Ｒａがより低くなる可能性もある。こうしたＣＲＩ  Ｒａの低減の１つの潜在的な理由は、制御グループのＬＥＤチップからの余分な赤色である。この赤色を相殺する１つの方法は、可変グループのＬＥＤチップ内に、赤色光を相殺する照明内容を含むことである。可変グループのＬＥＤチップの異なる実施形態は、赤色光を相殺してこうしたＣＲＩの低減を低減または解消できる複数のタイプのＬＥＤチップを含むことができる。
【００５７】
光エンジン１７０の場合、可変グループのＬＥＤチップは、青色放出ＬＥＤチップ（ＶＢ）１８０および緑色放出ＬＥＤチップ（ＶＧ）１８２を含むことができる。緑色放出ＬＥＤチップ１８２からの緑色は、制御グループのＬＥＤチップ内の赤色を打ち消して、ＣＲＩが低減するのを最小にすることができ、所望の色温度範囲にわたって青色放出の比が増大する。いくつかの実施形態では、青色ＬＥＤチップ１８０および緑色ＬＥＤチップ１８２は、これらの間で同じ放出比を維持することができ、したがって光エンジン１７０のＣＣＴを変動させるのに必要な制御を増大させる必要がない。
【００５８】
図１２は、図６に示した上述の制御グループのＬＥＤチップ８２に対する放出特性に類似の制御グループのＬＥＤチップ１７０からの放出特性を示すグラフ１９０である。青色ピーク１９２および黄色ピーク１９４は、それぞれ約４５０ｎｍおよび５５０ｎｍでＢＳＹエミッタによって生成される。赤色ＬＥＤチップからの赤色放出ピーク１９６は、約６２５ｎｍである。
【００５９】
図１３は、可変グループのＬＥＤチップに対する放出特性を示すグラフ２００である。ピーク青色放出２０２は、青色ＬＥＤチップによって約４６０ｎｍで提供される。ピーク緑色放出２０４は、緑色ＬＥＤチップによって約５３０ｎｍで提供される。矢印２０６は、青色ＬＥＤチップおよび緑色ＬＥＤチップの放出強度を、光エンジン１７０の色温度を変動させるように変動させることができることを示し、２つの放出は、互いに対して色温度を変動させる。
【００６０】
図１４は、光エンジン１７０内の制御ＬＥＤチップと可変ＬＥＤチップに対する組み合わせた放出特性を示すグラフ２１０である。青色ピーク２１１、黄色ピーク２１２、および赤色ピーク２１３は、上記の図１２に示す制御グループのＬＥＤチップに対するＢＳＹ  ＬＥＤチップおよび赤色ＬＥＤチップからの光に対応する。可変青色放出２１４および可変緑色放出２１５は、図１３に示す可変グループのＬＥＤチップから与えられる。矢印２１６は、青色ＬＥＤチップおよび緑色ＬＥＤチップの放出強度を、光エンジン放出の色温度を変動させるように変動させることができることを示す。可変グループのＬＥＤチップに対する最も低い放出強度２１７（本質的にゼロの放出）は、約２７００Ｋの光エンジンの放出温度に対応する。可変グループからのこの特定の波長の青色および緑色光の場合、青色および緑色光の放出強度の増大は、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、および５７００という光エンジンの放出温度に対応する。図示の実施形態では、可変グループのＬＥＤチップに対する最も高い放出強度２１８は、約６５００Ｋの光エンジン色温度に対応する。
【００６１】
図１５および１６は、制御グループのＬＥＤチップに対してＢＳＹおよび赤色ＬＥＤチップ、ならびに可変グループのＬＥＤチップに対して青色および緑色ＬＥＤチップを有する、本発明による光エンジンの一実施形態に対する放出特性を示す。図１５は、ＢＳＹ  ＬＥＤチップ放出点２３２および赤色ＬＥＤチップ放出点２３４を示すＣＩＥチャート２３０であり、２つの間のＢＳＹおよび赤色タイライン２３６が、ＢＳＹ  ＬＥＤチップ放出と赤色ＬＥＤチップ放出の組合せに起因しうる異なる放出点を示す。この実施形態では、放出を組み合わせて、制御グループの色点２３８を生成する。可変グループのＬＥＤチップからの色点を、緑色色点２４０および青色色点２４２として示し、２つの間のタイライン２４４は、緑色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップからの光の組合せに対する可能な異なる点を示す。この実施形態では、緑色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップからの光を組み合わせて、可変ＬＥＤチップの色点２４６とする。
【００６２】
光エンジンのタイライン２４８は、制御ＬＥＤチップと可変ＬＥＤチップからの光を組み合わせることによって実現できる異なる色点を示す。この実施形態では、可変グループのＬＥＤチップからの青色と緑色の光の比は一定のままであるが、組み合わせた光の強度は、タイライン２４８に沿って変動することができる。タイライン２４８は、ＢＢＬ２５２の所望の偏差内の白色放出部分２５０を含む。この実施形態では、標準偏差は、ＢＢＬの０．０１Δｕ’ｖ’未満であり、これは、約２７００〜６５００Ｋという偏差内の温度範囲を提供する。
【００６３】
図１６を次に参照すると、光エンジンのこの実施形態に対する放出特性のいくつかを挙げる表２６０である。光エンジンのＣＲＩ  Ｒａは、上述した光エンジン８０と比較すると改善されている。具体的には、ＣＲＩ  Ｒａは、４５００Ｋの色温度で９０．１という最も低い点から、２７００Ｋの色温度で９２．７という最も高い点の間で変動する。この色温度範囲全体にわたって、Δｕ’ｖ’は、０．０００００２〜０．００９６６７で変動し、これらはすべて、０．０１Δｕ’ｖ’という標的閾値を下回る。
【００６４】
異なる制御ＬＥＤチップおよび可変ＬＥＤチップは、上記の２つの実施形態以外にも、多くの異なる方法で構成することができる。一実施形態では、制御グループのＬＥＤチップまたは可変グループのＬＥＤチップは、所望の色点を実現するために、異なる蛍光体によって被覆された１つのタイプのエミッタを含むことができる。たとえば、制御ＬＥＤチップは、黄色蛍光体および赤色蛍光体を有する青色放出ＬＥＤを含むことができる。同様に、可変グループのＬＥＤチップは、緑色蛍光体によって被覆された青色ＬＥＤ（ＢＳＧ  ＬＥＤ）を含むことができる。一実施形態では、青色ＬＥＤは、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内で光を放出することができ、上述した異なる方法を使用して、緑色蛍光体で被覆することができる。多くの異なる蛍光体を使用して、それだけに限定されるものではないが、
ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、
Ｓｒ２−ｙＢａｙＳｉＯ４：Ｅｕ、または
ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ
を含めて、青色光と緑色光の所望の色点の組合せを提供することができる。
【００６５】
蛍光体材料は、３０〜６０重量％など、黄色蛍光体に対して上述した異なる濃度で、接着剤材料内に含むことができる。粒子はまた、１０〜３０ｍｍの範囲内などの異なる寸法を有することができる。同じく上記で論じたように、異なる実施形態では、蛍光体は、青色ＬＥＤ全体にわたって均一に分散させることができ、または異なる領域内で異なる濃度を有することができる。
【００６６】
図１７は、緑色蛍光体によって被覆された青色ＬＥＤを含む可変グループのＬＥＤチップに対する放出範囲を示すＣＩＥ図２７０である。青色ＬＥＤの放出波を青色放出線２７２で示し、この放出は、約４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲である。緑色蛍光体の放出を緑色放出線２７４で示し、放出が５３５〜５６５ｎｍの範囲であることを示す。本発明によるＢＳＧ  ＬＥＤの一実施形態に適した放出領域の組合せを放出ＢＳＧ枠２７６で示し、この枠の座標が各隅部に位置する。ＢＳＧ  ＬＥＤは、枠２７６内の色点で放出し、図示の実施形態では、枠２７６は、以下の近似ＣＩＥ図座標によって作られる第１のＣＩＥ色空間を形成する。
点  ｘ        ｙ
Ａ  ０．１５  ０．２０
Ｂ  ０．２５  ０．２９
Ｃ  ０．２９  ０．４０
Ｄ  ０．１７  ０．３３
【００６７】
本発明による異なるＢＳＧ  ＬＥＤは、図１７に示すもの以外の多くの異なる形状および寸法を有する異なる色空間内で放出を提供することが理解される。図１８は、別のＣＩＥ図２８０を示し、本発明による第２のＣＩＥ色空間２８２および第３のＣＩＥ色空間２８４を示す。第２の色空間２８２は、５つの点によって画定され、以下の近似ＣＩＥ座標を有する。
点   ｘ        ｙ
Ａ１  ０．１３  ０．２６
Ｂ１  ０．１５  ０．２０
Ｃ１  ０．３５  ０．４８
Ｄ１  ０．２６  ０．５０
Ｅ１  ０．２６  ０．２８
【００６８】
第３の色空間２８４は、４つの点によって画定され、以下の近似ＣＩＥ座標を有する。
点   ｘ        ｙ
Ａ２  ０．２１  ０．２８
Ｂ２  ０．２６  ０．２８
Ｃ２  ０．３２  ０．４２
Ｄ２  ０．２８  ０．４４
【００６９】
第３の色空間２８４は、第２の色空間２８２内の領域を覆い、本発明による他の色空間の実施形態は、第２の色空間２８２内の異なる領域を覆うことができることが理解される。たとえば、他の色空間に対する座標は、第２の色空間の領域を覆うことができる。すなわち、これらの代替実施形態は、第１の色空間の座標と第２の色空間の座標の間の座標を有することができる。代替実施形態からのＡ座標は、０．１３〜０．２１の範囲内のｘ座標および０．２６〜０．２８の範囲内のｙ座標を有することができる。同様に、Ｂ座標は、０．１５〜０．２６の範囲内のｘ座標および０．２０〜０．２８の範囲内のｙ座標を有することができる。Ｃ座標は、０．３２〜０．３５の範囲内のｘ座標および０．４２〜０．４８の範囲内のｙ座標を有することができ、Ｄ座標は、０．２６〜０．２８の範囲内のｘ座標および０．４４〜０．５０の範囲内のｙ座標を有することができる。代替枠はまた、これらの枠に多くの異なる形状を与えるように、５以上の座標点を有することができる。代替実施形態は、他のｘ，ｙ座標を有する多くの他の枠を有することができ、異なる領域を覆う色空間を含むことができ、これらの領域のいくつかは、少なくとも部分的に第２の色空間２８２の外側に位置することも理解される。
【００７０】
制御ＬＥＤを含むこともでき、多くの異なるタイプのＬＥＤチップを含むことができる。一実施形態では、制御ＬＥＤは、図１５に示した上述のＢＳＹおよび赤色を含むことができる。特定のＢＳＧ枠内の特定の放出点と制御グループのＬＥＤチップの放出点を組み合わせて、所望の光エンジン放出を提供することができる。図１５に示す実施形態のように、ＢＳＧ可変ＬＥＤチップの放出強度は、特定の範囲内で光エンジン放出の温度を変動させるように変動させることができ、放出は、温度範囲にわたってＢＢＬの許容偏差内に留まったままである。一実施形態では、許容偏差は０．０１Δｕ’ｖ’であるが、最高０．１０Δｕ’ｖ’以上の多くの他の偏差を使用できることが理解される。
【００７１】
本発明による代替実施形態では、ＢＳＧ  ＬＥＤチップは、制御グループのＬＥＤチップを含むことができ、いくつかの実施形態では、ＢＳＧチップからの放出は、上述したＣＩＥ色空間のいずれか１つの範囲内の１点で行うことができる。ＢＳＧチップからの放出は、ＣＩＥ図上の黒体軌跡（ＢＢＬ）を上回る色を提供することができ、赤色または赤味を帯びたＬＥＤチップは、ＢＢＬを下回る光を提供する。ＢＳＧ  ＬＥＤチップからの光と、ＢＳＧチップの色点をＢＢＬの方へ「引き寄せる」赤色または赤味を帯びたＬＥＤチップからの光を組み合わせて、所望の温度の白色光を生じさせることができる。
【００７２】
赤色ＬＥＤチップから放出される光は、多くの異なる波長を有することができ、一実施形態では、この放出は、主に６００〜６６０ｎｍの範囲内で行うことができる。別の実施形態では、赤色ＬＥＤチップは、主に６０５〜６２５ｎｍの範囲内の波長を有することができる。高品質の光源の場合、ＢＳＧ  ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップの組み合わせた照明は、ＢＢＬの色に可能な限り近い照明の色を生じさせるべきである。上述したように、１つのそのような標準偏差は、マクアダム楕円の点から測定され、ＢＢＬへの適した近接の一実施形態は、１０ステップのマクアダム楕円内である。他の実施形態では、適した近接は、４ステップのマクアダム楕円の範囲内とすることができる。
【００７３】
ＢＳＧ  ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップからの光の組合せは、ＣＣＴが２５００〜２００００Ｋの範囲である光を提供することができる。いくつかの実施形態では、この範囲は、７５以上のＣＲＩ  Ｒａを有する光で実現することができる。いくつかの実施形態では、この光は、中程度から良好のＣＲＩで約２７００ＫのＣＣＴを呈することができる。さらに他の実施形態では、ＢＳＧ  ＬＥＤチップおよび赤色ＬＥＤチップからの光は、９０以上のＣＲＩ  Ｒａを有することができ、約３５００〜１５０００Ｋの範囲内のＣＣＴを有することができる。
【００７４】
これらの実施形態では、ＢＳＧ制御ＬＥＤチップおよび赤色制御ＬＥＤチップからの放出と可変ＬＥＤチップの放出を組み合わせて、特定の範囲内の光エンジン放出の温度を変動させながら、０．０１Δｕ’ｖ’、または最高０．１０Δｕ’ｖ’以上などのＢＢＬの許容偏差内で光を保持することができる。一実施形態では、可変ＬＥＤは、青色放出ＬＥＤチップを含むことができ、他の実施形態では、可変ＬＥＤチップは、所望の全体的な放出変動を提供するために、異なるタイプのＬＥＤチップを含むことができる。上述した実施形態と同様に、可変ＬＥＤチップの強度は、所望の範囲内で色温度を変化させるように変動させることができる。
【００７５】
制御グループのＬＥＤチップおよび可変グループのＬＥＤチップは、異なる方法で構成された、上述したもの以外の異なる色の光を放出する多くの異なるＬＥＤタイプのＬＥＤチップを含むことができることが理解される。上述した３つの実施形態は、本発明によって提供できる多くの異なる構成の例にすぎない。
【００７６】
本発明によれば、制御グループのＬＥＤチップおよび可変グループのＬＥＤチップは、多くの異なる回路構成で提供することができる。図１９は、制御グループのＬＥＤチップ２９２および可変グループのＬＥＤチップ２９４を含む本発明による光エンジン２９０の回路概略図の一実施形態を示す。制御ＬＥＤチップ２９２は、ＢＳＹ  ＬＥＤチップ２９６および赤色ＬＥＤチップ２９８を含み、ＬＥＤチップ２９６、２９８は、直列に結合された状態で示すことができるが、異なる並列および直列構成でともに結合させることもできる。所望の数のＢＳＹ  ＬＥＤチップ２９６および赤色ＬＥＤチップ２９８を提供することで、異なる色の光に対する所望の放出比が得られる。制御グループのＬＥＤチップ２９２に、制御入力回路３００を通じて一定の駆動信号が印加される。可変グループのＬＥＤチップ２９４は、青色ＬＥＤ３０４および緑色ＬＥＤ３０６を含み、ＬＥＤ３０４、３０６は、異なる直列および並列接続でともに結合させることができる。所望の数の青色ＬＥＤ３０４および緑色ＬＥＤ３０６を含むことで、２つの間の光の所望の比を提供することができる。可変ＬＥＤチップ２９４に、可変入力回路３０８を通じて駆動信号を印加することができ、駆動信号は、入力３１０に基づいて変動する。これにより、上述したように光エンジン２９０の色温度を変動させるように、可変ＬＥＤチップ２９４の放出強度を変動させる。
【００７７】
図２０〜２２は、制御グループのＬＥＤチップに印加される固定の駆動信号と、可変グループのＬＥＤチップに印加される可変信号とを有する、本発明による光エンジン回路の異なる実施形態を示す。図２０を次に参照すると、光エンジン回路３１０は、制御グループのＬＥＤチップ３１２と、可変グループのＬＥＤチップ３１４とを含む。制御グループのＬＥＤチップ３１２は、一定の電源３２０に直列に接続された複数のＢＳＹ  ＬＥＤチップ３１６および赤色ＬＥＤチップ３１８を含む。可変グループのＬＥＤチップ３１４は、可変電源３２４に接続された複数の青色ＬＥＤチップ３２２を含む。一定の電源３２０から制御グループのＬＥＤ３２０に印加される電流は、ＢＳＹ  ＬＥＤチップ３１６および赤色ＬＥＤチップ３１８の概ね（時間がたっても温度および劣化のいかなる影響もない）一定の放出強度を実現する。可変電源３２４は、光エンジンの放出色温度を変動させるように、青色ＬＥＤチップ３２２の放出強度を変動させることができる。
【００７８】
図２１は、制御グループの放出が一定になるように一定の電源３２０に結合された同じ制御グループのＬＥＤチップ３１２を有する光エンジン回路３３０を示す。直列接続された青色放出ＬＥＤチップ３３４および緑色放出ＬＥＤチップ３３６を含む可変グループのＬＥＤチップ３３２に、可変電流制御部３２４が結合される。上記と同様に、可変電源３２４は、光エンジンの放出色温度を変動させるように、青色放出ＬＥＤ３３４および緑色放出ＬＥＤ３３６の放出強度を変動させることができる。この構成では、緑色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップの放出比を一定のままにすることも可能である。
【００７９】
図２２を次に参照すると、制御グループの放出が一定になるように一定の電源３２０に結合された同じ制御グループのＬＥＤチップ３１２を有する光エンジン回路３４０を示す。複数の直列接続された緑色蛍光体で被覆された青色ＬＥＤチップ３４４を含む可変グループのＬＥＤチップ３４２に、可変電流制御部３２４が結合される。上記と同様に、可変電源３２４は、光エンジンの放出色温度を変動させるように、ＬＥＤチップ３４４からの青色および緑色光の放出強度を変動させることができる。
【００８０】
本発明による他の実施形態では、光エンジンは、２つの異なる温度のうちの１つで光を提供するように構成できることが理解される。これらの実施形態では、可変グループのＬＥＤチップのオンとオフを切り換えて２つの色温度間を切り換えることができるスイッチング構成を提供することができる。図２３は、第１の一定の電源３５４に結合された制御グループのＬＥＤチップ３５２と、第２の一定の電源３５８に結合された可変グループのＬＥＤチップ３５６とを有する光エンジン回路３５０を示す。可変グループのＬＥＤのオンとオフを切り換えるために、可変ＬＥＤチップ３５６と一定の電源３５８の間にスイッチ３６０が構成される。スイッチ３６０を開くと、可変ＬＥＤチップ３５６をオフにし、ある温度の光エンジン放出を引き起こす。スイッチ３６０を閉じると、可変ＬＥＤチップをオンにし、別の温度の光エンジン放出を引き起こす。
【００８１】
図２４は、可変グループのＬＥＤチップ３７４および一定の電源３７６と直列に結合された制御グループのＬＥＤチップ３７２を有する、本発明による光エンジン回路３７０の別の実施形態を示す。可変ＬＥＤチップ３７４と並列にスイッチ３７８が結合され、したがって、スイッチ３７８が閉じると、電流は、閉じたスイッチを通って可変ＬＥＤチップ３７４を迂回する。これにより、ある温度の光エンジン放出を引き起こす。スイッチ３７８が開くと、電流は可変ＬＥＤチップ３７４を流れ、可変ＬＥＤチップ３７４に光を放出させる。これにより、光エンジンは、第２の色温度で放出する。これらは、本発明によって提供できる多くの異なるスイッチング構成の２つにすぎない。
【００８２】
図２５は、制御グループのＬＥＤチップ３９２および可変グループのＬＥＤチップ３９４を含む本発明による光エンジン回路３９０の別の実施形態を示す。この回路はまた、制御グループのＬＥＤチップ３９２および可変グループのＬＥＤチップ３９４を通過する電流を変動させるように操作できる可変抵抗機構３９６を含む。これにより、上述したように、光エンジン放出の温度を変動させるように、２つのグループ間の放出強度を変動させる。
【００８３】
当業者によれば、本開示の利益を考えると、本発明の主題の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修正を加えることができる。したがって、図示の実施形態について、例のみを目的として述べたこと、そして以下の特許請求の範囲に定義する本発明の主題を限定すると解釈されるべきでないことが理解されなければならない。したがって、本発明の精神および範囲は、上述した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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