(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射カップ内に配置された、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと、
前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから空間的に分離され、かつ前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部を受信するように配置された少なくとも１つのルミフォリック材料と、
光学フィルタおよび光学反射器からなる群から選択される光学素子であって、前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと前記少なくとも１つのルミフォリック材料との間に配置されて前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部の透過を可能にし、前記反射カップの全幅にわたって位置決めされて前記反射カップを密閉し、少なくとも１つの周辺エッジを有する光学素子と、を含む照明装置であって、
前記照明装置は、
前記少なくとも１つのルミフォリック材料と相互作用せずに前記少なくとも１つの周辺エッジのいずれの周辺エッジを通じても前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから発する光の漏れのいかなる経路も有しておらず、
以下の特徴（ｉ）および（ｉｉ）、すなわち
（ｉ）反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置されること、および
（ｉｉ）前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置されること、の少なくとも１つを含み、かつ、
以下の特徴（ａ）〜（ｃ）、すなわち
（ａ）前記光学素子が干渉フィルタを含む、
（ｂ）前記光学素子が干渉反射器を含む、および
（ｃ）前記光学素子の前記少なくとも１つの周辺エッジが前記反射カップの外側に配置される、の少なくとも１つをさらに含む、照明装置。
【請求項２】
前記光学素子が、反射防止面およびダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラー面を含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置される、請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置される、請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置され、前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置される、請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタによって放射されたピーク波長の少なくとも約９０％を反射する、請求項３または５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置される、請求項３、５または６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの各周辺エッジの全体と接触する、請求項３、５、６または７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光学素子の前記少なくとも１つの周辺エッジが前記反射カップの外側に配置される、請求項１〜８の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光学素子が干渉フィルタを含む、請求項１〜９の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記干渉フィルタが、１つまたは複数の波長の選択された領域を通過させ、一方で他の波長の通過を拒否するように適合される、請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記干渉フィルタがダイクロイックフィルタを含む、請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記光学素子が干渉反射器を含む、請求項１〜９の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記干渉反射器がダイクロイックミラーを含む、請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
反射カップ内に配置された、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと、
前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから空間的に分離され、かつ前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部を受信するように配置された少なくとも１つのルミフォリック材料と、
光学フィルタおよび光学反射器からなる群から選択される光学素子であって、前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと前記少なくとも１つのルミフォリック材料との間に配置されて前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部の透過を可能にし、前記反射カップの全幅にわたって位置決めされて前記反射カップを密閉し、少なくとも１つの周辺エッジを有する光学素子と、を含む照明装置であって、
前記照明装置は、
前記少なくとも１つのルミフォリック材料と相互作用せずに前記少なくとも１つの周辺エッジのいずれの周辺エッジを通じても前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから発する光の漏れのいかなる経路も有しておらず、
以下の特徴（ｉ）および（ｉｉ）、すなわち
（ｉ）反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置されること、および
（ｉｉ）前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置されること、の少なくとも１つを含み、かつ、
前記光学素子が、内側フェイスおよび外側フェイスを含み、前記少なくとも１つの周辺エッジが前記内側フェイスおよび前記外側フェイスと境界を接し、前記内側フェイスの少なくとも一部が曲線状であり、前記外側フェイスの少なくとも一部が曲線状である、照明装置。
【請求項１６】
少なくとも１つのルミフォリック材料を含む照明装置と共に使用され、少なくとも１つの電気的に活性化されたエミッタを包含する反射カップの外側に位置決めされた光学素子であって、
少なくとも１つの周辺エッジを含み、かつ以下の特徴（ｉ）および（ｉｉ）、すなわち
（ｉ）反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置されること、および
（ｉｉ）前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置されることの少なくとも１つを含む干渉フィルタおよび干渉反射器の少なくとも１つを含み、
前記光学素子は、前記少なくとも１つのルミフォリック材料と相互作用せずに前記少なくとも１つの周辺エッジのいずれの周辺エッジを通じても前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから発する光の漏れのいかなる経路も有しない、光学素子。
【請求項１７】
前記光学素子が、反射防止面およびダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラー面を含む、請求項１６に記載の光学素子。
【請求項１８】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置される、請求項１６または１７に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタによって放射されたピーク波長の少なくとも約９０％を反射する、請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジの各周辺エッジの全体と接触する、請求項１８または１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置される、請求項１６〜２０の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記反射材料が、前記少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置され、前記少なくとも１つの周辺エッジが、前記光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ前記少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置される、請求項１６〜２０の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのルミフォリック材料が、干渉フィルタまたは干渉反射器の少なくとも１つの内部または表面で支持される、請求項１６〜２２の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項２４】
前記光学素子がダイクロイックフィルタまたはダイクロックミラーを含む、請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２５】
内側フェイスおよび外側フェイスを含み、前記少なくとも１つの周辺エッジが前記内側フェイスおよび前記外側フェイスと境界を接し、前記内側フェイスの少なくとも一部が曲線状であり、前記外側フェイスの少なくとも一部が曲線状である、請求項１６〜２４の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項２６】
少なくとも１つの電気的に活性化される固体エミッタと、
前記少なくとも１つの電気的に活性化される固体エミッタから空間的に分離され、かつ前記少なくとも１つの電気的に活性化される固体エミッタからの放射の少なくとも一部を受信するように配置された少なくとも１つのルミフォリック材料と、
前記少なくとも１つの電気的に活性化される固体エミッタと前記少なくとも１つのルミフォリック材料との間に配置された、干渉フィルタおよび干渉反射器からなる群から選択される少なくとも１つの光学素子であって、内側フェイスと、外側フェイスと、前記内側フェイスおよび前記外側フェイスと境界を接する少なくとも１つの周辺エッジと、を含む少なくとも１つの光学素子と、を含む照明装置であって、
前記少なくとも１つの光学素子の前記内側フェイスの少なくとも一部が曲線状であり、前記少なくとも１つの光学素子の前記外側フェイスの少なくとも一部が曲線状である、照明装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの電気的に活性化される固体エミッタからの放射を前記少なくとも１つの光学素子の方へ反射するように配置された反射素子をさらに含む、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項２８】
請求項１〜１５、２６及び２７の何れか１項に記載の照明装置を含む照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月１４日出願の米国特許出願第１２／９０５，０５４号の利益を主張する。かかる出願は、これによって、参照により全ての目的のために本明細書に援用される。
【０００２】
技術分野
本発明は、全内部反射および光損失を低減するための高出力照明装置およびそのための光学素子に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
ルミフォリック（Lumiphoric）材料は、着色（例えば、非白色）または白色光（例えば、白色または近白色として知覚される）などの様々な放射を生成するために、電気的に活性化されるエミッタと共に一般に用いられる。かかるエミッタには、限定するわけではないが、キセノンランプ、水銀ランプ、ナトリウムランプ、白熱ランプ、および固体エミッタ（発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびレーザを含む）を含む、可視または近可視（例えば、赤外線〜紫外線）波長放射を生成できる任意の装置を含んでもよい。かかるエミッタは、光の色を変更する関連フィルタを有してもよく、かつ／またはエミッタによって放射された第１のピーク波長の一部を吸収し、第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の光を再放射するルミフォリック材料を含んでもよい。蛍光体、シンチレータ、およびルミフォリックインクは、一般的なルミフォリック材料である。
【０００４】
ＬＥＤは、電気エネルギを光に変換する、かつ反対にドープされた層間に挟まれた半導体材料の１つまたは複数の活性層を一般に含む、固体の電気的に活性化されるエミッタである。バイアスが、ドープ層にわたって印加された場合に、正孔および電子が、１つまたは複数の活性層に注入され、そこで正孔および電子は、再結合して、装置から放射される光を生成する。レーザダイオードは、同様の原理に従って動作する固体エミッタである。
【０００５】
固体エミッタは、着色または白色光を供給するために利用し得る。白色ＬＥＤエミッタは、白色白熱ランプの潜在的な代替品として研究されてきた。白色ＬＥＤランプの代表的な例には、青色光（第１の波長）の少なくとも一部を吸収して黄色光（第２の波長）を放射する蛍光体（典型的にＹＡＧ：Ｃｅ）などのルミフォリック材料と組み合わされた青色ＬＥＤチップ（例えば、ＩｎＧａＮおよび／またはＧａＮから作製される）のパッケージが含まれ、組み合わせされた黄色および青色放射が、特性において白色または近白色として知覚される光を供給する。組み合わされた黄色および青色光が、黄色または緑として知覚される場合に、それは、「青色からシフトされた黄色」（「ＢＳＹ」）光、または「青色からシフトされた緑色」（「ＢＳＧ」）光と呼ばれる。エミッタまたはルミフォリック材料からの赤色スペクトル出力の追加を利用して、総光出力の暖かみを増してもよい。蛍光体ベースの白色ＬＥＤの代替として、赤色エミッタ、青色エミッタ、および緑色エミッタ、および／またはルミフォリック材料の組み合わされた放射がまた、特性において白色または近白色として知覚され得る。白色光を生成するための別のアプローチは、バイオレットまたは紫外線ＬＥＤ光源を用いて多数の色の蛍光体または染料を刺激することである。
【０００６】
現代の多くの照明用途が、所望のレベルの輝度を提供するために高出力エミッタを必要とする。高出力エミッタは、大電流を引き込み、それによって、著しい量の熱を発生する可能性がある。蛍光体などのルミフォリック材料をエミッタ表面に堆積させるために用いられる従来の結合媒体は、典型的には、極度の熱への暴露で、色が劣化し変化する（例えば、黒ずむ）。蛍光体をエミッタ表面に結合する媒体の劣化は、エミッタ構造体の寿命を短くする。結合媒体が、極度の熱の結果として黒ずむ場合に、色の変化は、その光透過特性をさせ、それによって、最適でない放射スペクトルに帰着する可能性を有する。蛍光体をエミッタ表面に結合することに関連する制約は、一般に、蛍光体に印加できる放射輝度の総量を制限する。
【０００７】
ルミフォリック材料を含む照明装置の信頼性を向上させ、かつ有効耐用年数を延ばすために、ルミフォリック材料は、電気的に活性化されるエミッタから物理的に分離してもよい。蛍光体素子の分離によって、電気的に活性化されるエミッタをより高い電流で駆動し、それによって、より高い放射輝度を生成することが可能になる。しかしながら、電気的に活性化されるエミッタから蛍光体を分離する構造は、かかる構造のエッジを通る光損失に起因する総放射の低減、および／または逆に電気的に活性化されるエミッタ上になど、構造内部の誤った方向に導かれる反射（例えば、全内部反射（「ＴＩＲ」））を含む（限定するわけではない）追加的な問題を引き起こす。電気的に活性化されるエミッタから蛍光体を通り越す放射漏れはまた、色の均質性および演色を低下させる可能性がある。例えば、空間的に分離された黄燐を通り越す青色ＬＥＤ放射の漏れは、特性において主に白色というより、青色からシフトされた黄色または青色からシフトされた緑色として、装置からの総放射が（少なくともある方向において）知覚されるようにする可能性がある。蛍光体または他のルミフォリック材料によって受信される光量のどんな減少も、アップコンバージョン用に利用可能な光の減少に帰着する。
【０００８】
Harbersら（「Harbers」）の米国特許第７，０７０，３００号は、光源から物理的に分離されて、より高い放射輝度を生成するために増加した電流で光源を駆動できるようにする蛍光体層を開示する。Harbersは、（例えば、その図１に関連して）互いに対して９０度に向けられたＬＥＤおよび蛍光体素子を開示しており、そこにおいて、一実施形態における蛍光体素子は、ＬＥＤから１ｍｍを超える距離で、例えば空気、ガス、または真空によりビーム経路に沿って分離される。同様に、様々な素子が、例えばエアギャップにより互いに分離されるように、Harbersによって（例えば、その図１３に関連して）表されている。素子のかかる分離およびギャップは、放射漏れになりやすいエリアを生み出す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、当該技術分野は、離れたルミフォリック材料の使用に関連する利点の多く（例えば、熱劣化を最小化すること）を含むが、しかしまた放射を低減し、および／または出力色の知覚に影響する傾向がある全内部反射および光損失を制限する、発光構造における改善を引き続き求めている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
概要
様々な実施形態において、本発明は、全内部反射および光損失を低減するように配置された構造を備えた、電気的に活性化されるエミッタから空間的に分離されたルミフォリック材料を含む照明装置に関する。
【００１１】
一態様において、本発明は、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから空間的に分離された、かつ少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部を受信するように配置された少なくとも１つのルミフォリック材料と、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと少なくとも１つのルミフォリック材料との間に配置された、光学フィルタおよび光学反射器からなる群から選択される光学素子であって、少なくとも１つの周辺エッジを有する光学素子と、を含む照明装置であって、以下の特徴（ｉ）および（ｉｉ）、すなわち（ｉ）反射材料が、少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置されること、および（ｉｉ）少なくとも１つの周辺エッジが、光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置されることの少なくとも１つをさらに含む照明装置に関する。
【００１２】
別の態様において、本発明は、少なくとも１つのルミフォリック材料を含む照明装置と共に使用するための光学素子であって、光学素子が、光学フィルタおよび光学反射器の少なくとも１つであって、少なくとも１つの周辺エッジを含む、かつ以下の特徴（ｉ）および（ｉｉ）、すなわち（ｉ）反射材料が、少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置されること、および（ｉｉ）少なくとも１つの周辺エッジが、光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置されることの少なくとも１つを含む光学フィルタおよび光学反射器の少なくとも１つを含む光学素子に関する。
【００１３】
別の態様において、本明細書で開示される前述の態様および／または他の特徴ならびに実施形態のいずれも、追加的な利点のために組み合わせてもよい。
【００１４】
本発明の他の態様、特徴、および実施形態は、後続の開示および添付の特許請求の範囲から、より完全に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による、反射材料リングと境界を接する光学素子を含む照明装置の概略側面断面図である。
【図２】光学素子のエッジを通した光損失を示す、反射材料リングのない光学素子を含む比較例の照明装置の概略側面断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、反射材料をコーティングされた傾斜エッジを有する光学素子を含む照明装置の概略側面断面図である。
【図４】図３における実施形態と類似の、反射材料でコーティングされた傾斜エッジを有する光学素子の概略側面断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、電気的に活性化されるエミッタとルミフォリック材料との間に配置された光学素子を含む、照明装置の一部の拡大断面図と一緒の照明装置の概略側面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、電気的に活性化されるエミッタとルミフォリック材料との間に配置された光学素子を含む、照明装置の一部の拡大断面図と一緒の照明装置の概略側部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
ここで、本発明の実施形態が示されている添付の図面を参照して、以下でより完全に本発明を説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化する場合があり、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されるように解釈すべきではない。より正確に言えば、これらの実施形態は、本発明の範囲を当業者に伝えるために提供される。図において、層および領域のサイズおよび相対的サイズは、明確にするために誇張される場合がある。
【００１７】
別段の定義がなければ、本明細書で用いられる用語（技術および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有すると解釈されるべきである。本明細書で用いられる用語が、本明細書および関連技術分野の文脈における用語の意味と一致する意味を有すると解釈されるべきこと、および本明細書で明らかに定義されていない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されるべきでないことが、さらに理解されよう。
【００１８】
１つまたは複数の要素の欠如が特に挙げられていなければ、本明細書で使用されるような用語「含む（comprising）」、「含む（including）」、および「有する（having）」は、１つまたは複数の要素の存在を排除しない、制約のない用語として解釈されるべきである。
【００１９】
本明細書で用いられるような用語「電気的に活性化されるエミッタ」および「エミッタ」はまた、限定するわけではないが、キセノンランプ、水銀ランプ、ナトリウムランプ、白熱ランプ、ならびに固体エミッタ（ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびレーザを含む）を含む、可視または近可視（例えば赤外線〜紫外線）波長放射を生成できる任意の装置を指す。本明細書で熟考されるようなエミッタは、ピーク波長が可視領域にある放射を出力する。様々なタイプの電気的に活性化されるエミッタが、それらに対する動作電流および電圧の印加で定常状態熱負荷を発生する。固体エミッタの場合に、かかる定常状態熱負荷、動作電流および電圧は、適切な長さの動作寿命（好ましくは少なくとも約５０００時間、より好ましくは少なくとも約１０，０００時間、さらにより好ましくは少なくとも約２０，０００時間）で、放射出力を最大化するレベルにおける固体エミッタの動作に対応すると理解される。
【００２０】
様々な実施形態には、１つまたは複数の電気的に活性化されるエミッタから空間的に分離されたルミフォリック材料が含まれる。ある実施形態において、かかる空間的分離には、好ましくは少なくとも約１ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２ｍｍ、より好ましくは少なくとも約５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約１０ｍｍの距離の分離を含んでもよい。ある実施形態において、空間的に分離されたルミフォリック材料と１つまたは複数の電気的に活性化されるエミッタとの間の伝導性熱伝達は、それほどではない。
【００２１】
電気的に活性化されるエミッタは、個別に用いるか、または１つもしくは複数のルミフォリック材料（例えば、蛍光体、シンチレータ、ルミフォリックインク）および／もしくは光学素子と組み合わせて用いて、ピーク波長か少なくとも１つの所望の知覚色（白として知覚され得る、色の組み合わせを含む）における光を生成してもよい。エミッタにルミフォリック（また「ルミネセンス」と呼ばれる）材料を含むことは、かかる材料をカプセル材料に追加することによってか、かかる材料をレンズに追加することによってか、またはエミッタ上への直接コーティングによって達成してもよい。上記のように、エミッタ上へのルミフォリック材料の直接コーティングは、ルミフォリック材料をＬＥＤに固定するために用いられる結合媒体の劣化および黒ずみを含む多くの問題を引き起こす。分散剤および／または屈折率整合材料などの他の材料は、かかるカプセル材料に含んでもよい。
【００２２】
本明細書で用いられるような用語「光学素子」、「光学フィルタ」、または「光学反射器」は、他の状態で（すなわち、かかる要素が存在しない状態で）エミッタまたはルミフォリック材料に当てられるか、またはそこから放射される場合がある光の選択された波長を反射またはフィルタリングするために用いられる任意の許容できるフィルタ、反射器、またはそれらの組み合わせを指す。光学反射器には、干渉反射器を含んでもよく、さらに、ある波長を反射する一方で他の波長が通過できるようにするダイクロイックミラーを含んでもよい。光学フィルタには干渉フィルタが含まれ、さらに、ある波長を制限または阻止する一方で他の波長が通過できるようにするダイクロイックフィルタが含まれる。光学反射器は、ルミフォリック材料によって変換された光のかなりの量が、電気的に活性化されるエミッタに入射するのを防ぐために用いてもよい。一実施形態において、光学素子には、一フェイス上にフィルタまたはミラー（例えば、ダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラー）を有し、任意選択的に、もう一方のフェイス上に反射防止コーティングを有するガラスディスクを含んでもよい。
【００２３】
しかしながら、ダイクロイックミラーなどの多くの光学素子は、理想的ではなく、特に密閉構造の中に固定されていない場合には、大きな割合の放射光を漏らす可能性がある。光学素子（例えばダイクロイックフィルタ）が招く約８〜２０％の損失と、ルミフォリック材料（例えば蛍光体）によって生成され、エミッタに再吸収されない黄色光に関連する約１５〜３０％の利得との間のトレードオフが存在する。このトレードオフは、バックチャンバにおける吸収エリア（例えば、チップおよびパッケージ）に対する、バックチャンバにおける反射エリアの比率に直接相関する。さらに、ほとんどの光漏れは、フィルタを支持するディスクまたは他の支持要素（例えばガラス）のエッジを通して発生する。
【００２４】
図２は、光損失２を測定するために用いられる比較例による照明装置２００の概略断面図を提供する。１つまたは複数の電気的に活性化されるエミッタ２４０が、ベースおよび／またはヒートシンク２５０によって支持され、かつベース２５０から上方に延びる傾斜壁２３０を含む反射カップ内またはその近くに配置され得る。光学素子２１０（例えば、選択された光波長を反射またはフィルタリングするために使用可能なような）が、ルミフォリック材料２０１（例えば蛍光体）と電気的に活性化されるエミッタ２４０との間に配置され得る。先行する設計による特定の一装置において、エミッタ（例えば青色ＬＥＤ）から生成された光のかなりの量が、光学素子の周辺エッジから、構造内の全内部反射（「ＴＩＲ」）の結果として失われたことが観察された。ＬＥＤによって放射された光が、光学素子２１０を通ってルミフォリック材料２０１に決して到達しなかったので、出力は、ルミフォリック材料２０１を通過しない青色光の直接放射の結果として、希望したよりも青っぽく観察された。図２に示された例示的なビーム「Ａ」は、光学素子２１０のエッジ２６０を通る、電気的に活性化されるエミッタ２４０から発する光の（望ましくない）漏れを示す。別の比較例において、ルミフォリック材料は、濃い黒のフェルト片で置き換えられ、ＴＩＲおよび周辺エッジ透過ゆえに青色光の３％の損失に帰着した。これは、電気的に活性化されるエミッタ（青色ＬＥＤ）２４０から発した光の最大３％が、主に光学素子２１０の周辺エッジ２６０を通る透過によって、ルミフォリック材料２０１と相互作用せずに装置２００から漏れたことを示す。
【００２５】
本発明の様々な実施形態は、（例えば、蛍光体の熱劣化を最小化するために）空間的に分離されているかまたは離れたルミフォリック材料の使用に関連する利点を提供し、かつさらに、放射を低減し、かつ／または出力色の知覚に影響する傾向がある全内部反射および光損失を制限する。一実施形態において、光学素子が、電気的に活性化されるエミッタとルミフォリック材料との間に配置され、光学素子は、１つまたは複数の周辺エッジの近くに配置された反射材料を含んで、変換光（例えば、ほとんどまたはほぼ全ての変換光）が、光学素子の側部から漏れるのを防ぐか、または電気的に活性化されるエミッタ上に逆に反射するのを防ぐ。一実施形態において、光学素子が、少なくとも１つの周辺エッジと境界を接し、反射材料が、少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に（またはその上に）配置される。一実施形態において、光学素子が、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部を受信するように適合され、かつ少なくとも１つの周辺エッジを含み、反射材料が、少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置される。少なくとも１つの周辺エッジは、光学素子の主面（例えばフェイス）から区別され、少なくとも１つの周辺エッジは、かかる主面と非共面であり、それと境界を接するように配置される。
【００２６】
本明細書で用いられるような用語「反射材料」は、（限定するわけではないが）特定のＭＣＰＥＴ（発泡白色ポリエチレンテレフタレート）を含む当該技術分野における任意の許容できる反射材料、および（限定するわけではないが）銀などの１つまたは複数の金属で金属化された表面（例えば、銀めっきされた表面）を指す。大塚化学株式会社（日本、大阪）によって製造されたＭＣＰＥＴは、９９％以上の全反射率、９６％以上の拡散反射率、および少なくとも約１６０℃の形状保持温度を有する拡散白色反射器である。好ましい反射材料は、可視光、紫外線、および／または赤外線の１つもしくは複数、またはそれらのサブセットなどの反射波長領域における光の少なくとも約９０％の反射性、より好ましくは少なくとも約９５％の反射性、さらにより好ましくは少なくとも約９８〜９９％の反射性であろう。
【００２７】
反射材料が少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行配置されることに関連するなど、本明細書で用いられるような用語「ほぼ平行に」は、好ましくは４５度未満、より好ましくは約３０度未満、さらにより好ましくは約１５度未満、さらにより好ましくは約１０度未満、さらにより好ましくは約５度未満、さらにより好ましくは約２度未満だけ周辺エッジの主面と異なる角度か、そうでなければルミフォリック材料へ光を反射するように配置された角度を指す。
【００２８】
少なくとも１つの周辺エッジを有する光学素子に関連するなど、本明細書で用いられるような用語「周辺エッジ」は、照明構造の外部にさらされるかまたはそれに面し、かつ光漏れの可能性をもたらし得る光学素子など、いずれかの材料周辺部を指す。様々な実施形態において、光学素子は、少なくとも１つの周辺エッジと境界を接する可能性があり、反射材料が、少なくとも１つの周辺エッジのほぼ全体の近くに配置されるか、それとほぼ平行に配置されるか、および／またはそれと接触する。
【００２９】
本明細書で開示する様々な実施形態は、光学素子の少なくとも１つの周辺エッジに沿って反射材料と境界を接する、および／または光学素子のフェイスに垂直ではなくてルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置された少なくとも１つの周辺エッジを含む光学素子を含む照明装置に一般に関し、それによって全内部反射、および光学素子を通る光損失は、最小化されるか、そうでなければ低減される。好ましい一実施形態において、ルミフォリック材料は、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタから空間的に分離され、かつエミッタ（単複）とルミフォリック材料との間に配置された光学素子を含み、光学素子には、その少なくとも１つの周辺エッジの近くに配置された反射材料が含まれる。
【００３０】
一実施形態において、光学素子は、電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部を受信するように適合され、かつ少なくとも１つの周辺エッジを含み、反射材料が、少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置される。特に、光学素子の周辺エッジ近くにおける放射の反射転送は、ＴＩＲおよびエッジ透過による放射損失を最小化するように求められる。理想的には、放射の反射転送は、第１のピーク波長を有する、電気的に活性化されるエミッタからの放射の少なくとも一部が、ルミフォリック材料によって吸収され、かつ第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長で再放射（例えば、アップコンバート）されるように、ルミフォリック材料に向かう。
【００３１】
一実施形態において、光学素子の周辺エッジは、周辺エッジが光学素子のフェイスに垂直でないように、ルミフォリック材料の方へ角度を付け、反射材料をエッジの近くに配置してもよい。光学素子のフェイスに垂直でない周辺エッジを設けることによって、反射光を光学素子の反対側エッジの方へ逆に向けることが防止され、代わりに望ましいことにルミフォリック材料の方へ向けることが可能になる。
【００３２】
一実施形態において、少なくとも１つのルミフォリック材料を含む照明装置と共に使用のための光学素子（およびかかる光学素子を含む照明装置）には、光学素子の少なくとも１つの周辺エッジとほぼ平行に配置された反射材料が含まれ、少なくとも１つの周辺エッジはまた、光学素子のフェイスに垂直ではなく、かつ少なくとも１つのルミフォリック材料への方向に光を反射するように配置される。
【００３３】
一実施形態において、少なくとも１つのルミフォリック材料は、照明装置と共に使用するための、および本明細書で説明するような光学素子の中で、またはその上で支持される。
【００３４】
本発明の利点および特徴は、以下の例および図に関連してさらに説明されるが、それらは、本発明の範囲の限定としてではなく、より正確には、本発明の特定の用途における本発明の様々な実施形態の例示として解釈されるべきである。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態による１つまたは複数の電気的に活性化されるエミッタ１４０（例えばＬＥＤ）を含む照明装置１００を示す。電気的に活性化されるエミッタ（単複）１４０は、ベース１５０（任意選択としてヒートシンクからなるか、またはヒートシンクを含む）に支持してもよく、かつベース１５０の近くのエリアからベースと反対の遠位点の方へ斜めに上方へ延びる傾斜壁（例えば円錐形）１３０によってエミッタ１４０の側面において囲んでもよく、壁１３０は、ベース１５０の近くにおける壁１３０の部分より大きな直径の、ベースから離れた開口部を有する。壁１３０には、電気的に活性化されるエミッタ（単複）１４０から光学素子１１０の方へ発する光を反射する反射（例えば、拡散白色反射）材料を含んでもよい。光学素子１１０には、（例えば、電気的に活性化されるエミッタ１４０の近くの）一表面またはフェイス１１２上に光学フィルタまたは光学反射器のいずれか１つを含んでもよく、かつ（例えば、エミッタ（単複）１４０から離れた）対向面またはフェイス１１１上に光学フィルタまたは光学反射器のいずれか１つを含んでもよい。光学素子１１０には、１または両方のフェイス１１１および１１２上に反射防止コーティングを含んでもよい。光学素子１１０は、電気的に活性化されるエミッタ（単複）１４０とルミフォリック材料１０１（例えば蛍光体）との間に配置され、かつ光学素子１１０の少なくとも１つの周辺エッジ１６０（および好ましくは全ての周辺エッジ）の近くに、光学素子１１０に関連した反射材料１２０を有し、電気的に活性化されるエミッタ（単複）１４０から発する光を阻止および反射し、かつ反射光をルミフォリック材料１０１へ転送する。
【００３６】
一実施形態において、ルミフォリック材料１０１は、電気的に活性化されるエミッタ１４０から空間的に分離され、光学素子１１０は、電気的に活性化されるエミッタ１４０とルミフォリック材料１０１との間に配置される。例えば、光学素子１１０は、電気的に活性化されるエミッタ１４０の近くに、またはその上に直接配置してもよい。ルミフォリック材料１０１は、光学素子１１０の近くに、またはその上に配置し、光学素子１１０は、光学素子１１０と電気的に活性化されるエミッタ１４０との間に配置してもよい。電気的に活性化されるエミッタ（単複）１４０から発して光学素子１１０の周辺エッジ１６０に向かう光は、ビーム経路「Ｃ」に沿ってなど、反射材料１２０（例えば、光学素子１１０のまわりの反射リングの形状をした）によってルミフォリック材料１０１の方へ転送される。反射材料１２０は、光学素子１１０の外側エッジに隣接して、または（より好ましくは）外側エッジ上に配置された非常に反射性の白色材料（例えばＭＣＰＥＴ）であってもよい。図１の設計による装置から得られた測定値は、青色光ＬＥＤから発する全ての青色光の約９５％が、回復され、光学素子１１０の上部フェイス１１１の方へ向けられ、ルミフォリック材料１０１に当たり得ることを明らかにしている。反射材料１２０は、光学素子１２０の少なくとも１つの周辺エッジ１６０とほぼ平行に配置され、したがって、エミッタ（単複）１４０から受信された光の少なくともかなりの部分をルミフォリック材料１０１への方向に反射するように配置される。
【００３７】
図１に示す実施形態において、周壁１６０は、光学素子１１０内で横に伝播する光が、光学素子１００の内部の反射材料１２０によって転送可能であるように（すなわち、光学素子１１０の反対側エッジまたはエッジ部分へ）、光学素子１１０の少なくとも一フェイス１１１、１１２にほぼ垂直に配置される。したがって、図１に示すように、光学素子１１０の少なくとも１つのフェイス１１１、１１２に垂直に配置された周辺エッジ１６０を設けるのではなく、図３および４に示すように、光学素子の少なくとも１つのフェイスに非垂直に配置された周辺エッジを設けることが好ましくなり得る。
【００３８】
図３は別の実施形態による照明装置３００を示し、光学素子３１０には、少なくとも１つの傾斜周辺エッジ３６５が含まれ、反射材料３７０が、エッジ３６５の近くに配置されるか、エッジ３６５と平行に配置されるか、および／またはエッジ３６５上にコーティングされて、元々は光学素子３１０のエッジ３６５の方に向けられた光をルミフォリック材料３０１への方向に転送する。反射材料３７０の使用は、次の場合に必要ではなくなり得る。すなわち、周辺エッジ（単複）３６５の角度が、他の場合にはエッジ３６５の方へ向けられる光の透過を防ぐのに十分なほどかなり大きい場合、および／またはルミフォリック材料３０１が、光学素子３１０の外面エリア３８０と一致する場合に、必要ではなくなり得る。しかしながら、反射材料３７０の使用は、周辺エッジ３６５の様々に異なる傾斜配置、および光学素子３１０とルミフォリック材料３０１との間の様々に可能な相対配置に対応するために、光学素子３１０およびルミフォリック材料３０１の横方向寸法を拡張する必要性を排除し得る。それぞれ図１および２における照明装置１００および２００と同様に、図３に表された実施形態には同様に、ベース３５０によって支持され、かつ増加する断面幅または直径でベース３５０（またはベース３５０の近くのエリア）から上方に延びる傾斜（例えば、円錐壁３３０）によって側面で囲まれ得る少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタ３４０が含まれる。壁３３０には、電気的に活性化されるエミッタ３４０から発する光を光学素子３１０の方へと阻止し反射する反射（例えば、拡散白色反射）材料を含んでもよい。光学素子３１０には、その第１の表面またはフェイス３８０上に光学フィルタまたは光学反射器のいずれか１つを含んでもよく、かつ第２の表面またはフェイス３９０上に光学フィルタまたは光学反射器のいずれか１つを含んでもよい。光学素子３１０には、一方または両方のフェイス３８０および３９０上に反射防止コーティングを含んでもよい。光学素子３１０は、電気的に活性化されるエミッタ（単複）３４０とルミフォリック材料３０１との間に配置されるのが好ましい。ルミフォリック材料３０１（例えば蛍光体）は、電気的に活性化されるエミッタ３４０から空間的に分離され、かつ電気的に活性化されるエミッタ（単複）３４０から離れた、光学素子３１０の外側フェイス３８０上またはその上方に配置してもよい。電気的に活性化されるエミッタ（単複）３４０から光学素子３１０の周辺エッジ３６５へ発する光、および／または光学素子３１０内で伝播する光は、図示のビーム経路「Ｂ」に沿ってなど、反射性の傾斜エッジ３７０によって、ルミフォリック材料３０１の方へ転送される。反射性の傾斜エッジ３７０は、銀で金属化されて角度を付けられた表面を有し、光が光学素子３１０の内部で転送されるのを低減し、さらに光損失および全内部反射を低減する。
【００３９】
図４は、図３に示される照明装置３００の他の要素とは別に光学素子３１０を示す。図４を参照すると、光学素子３１０は、光学フィルタまたは光学反射器のいずれか１つを含み得る第１の狭いフェイス３９０、および光学フィルタまたは光学反射器のいずれか１つを含み得る第２の広いフェイス３８０を有する。第１の（例えば内側）フェイス３９０および第２のフェイス３８０と境界を接する周辺エッジ３６５の少なくとも一部（および好ましくは全体）は、ルミフォリック材料（図示せず）の方への、第２の（例えば外側）フェイス３８０を通る光の反射を促進するように角度を付けられる。傾斜エッジ３６５は、第２のフェイス３８０を通して光を転送するために、エッジ３６５の近くに配置されるか、エッジ３６５と平行に配置されるか、および／またはエッジ３６５上にコーティングされる関連反射材料３７０を有する。反射材料３７０は、形状において、周辺エッジ４６５と一致してもよい。周辺エッジ３６５および反射材料３７０は、ほぼ直線として示されているが、周辺エッジ３６５および反射材料３７０の一方または両方は、曲線状、または異なる角度のセグメントを含み得るような複合形状であってもよい。一実施形態において、第２の（例えば外側）フェイス３８０は、ルミフォリック材料と隣接してもよい。どちらかのフェイスまたは両方のフェイス３８０、３９０は、反射防止コーティングを含んでもよい。
【００４０】
一実施形態において、本明細書で説明するような光学素子（例えば、内部でおよび／またはどちらかのフェイスもしくは両方のフェイスに沿って）は、隆起させるか、テクスチャ化するか、コーティングするか、そうでなければ組み立てて、多数の異なる電気的に活性化される固形エミッタと共に使用される場合に特に望ましいように、光散乱および／または光拡散の有用性を提供してもよい。
【００４１】
様々な実施形態による照明装置には、曲線状または他の実質的な非平面形状を有する光学素子を含んでもよい。
【００４２】
図５は、本発明の一実施形態に従って、電気的に活性化されるエミッタ領域５４０とルミフォリック材料５０１との間に光学素子５１０が配置された、一部分の拡大図を含む照明装置（例えば電球）５００を示す。ルミフォリック材料５０１は、適切な基板材料の中に分散させるか、または基板材料上にコーティングしてもよく、ルミフォリック材料５０１は、さらに、光混合、散乱、および／または拡散の有用性を提供してもよい。この実施形態または本明細書で説明する他の実施形態において、光散乱または拡散構造または層（図示せず）は、ルミフォリック材料層とは別個に設けてもよく、ルミフォリック材料層は、少なくとも１つの電気的に活性化されるエミッタと、前述の散乱または拡散構造または層との間に配置される。図５は、光学素子５１０の周辺（例えば下部）エッジの近くに配置された反射材料５２０を示す。照明装置５００にはまた、その外面に沿い、かつ照明装置５００によって発生された熱を周囲環境に放散するように配置されたヒートシンク５０５が含まれる。ヒートシンク５０５は、複数のフィンを含んでもよく、かつ照明装置５００内の１つまたは複数の電気的に活性化されるエミッタと伝導性熱伝達をするのが好ましい。
【００４３】
図６は、本発明の一実施形態に従って、ルミフォリック材料６０１（また半球形状にされる）と電気的に活性化されるエミッタ６４０との間に配置された半球形状の光学素子６１０を含む照明構造６００を示す。反射材料６２０が、光学素子６１０の周辺エッジの近くに（またはその上に）配置され、かつルミフォリック材料６０１への方向に光を反射するように配置される。反射フロア６９０がまた、電気的に活性化されるエミッタ６４０を支持するベース６５０（例えば、サブマウントおよび／またはヒートシンクを具体化する）上またはその上方に存在してもよい。
【００４４】
本発明の一実施形態には、本明細書で開示するような少なくとも１つの照明構造を含む照明器具が含まれる。一実施形態において、照明器具には、本明細書で開示するような複数の照明装置が含まれる。一実施形態において、照明器具は、天井、壁、または他の表面における埋め込み取り付け用に構成される。一実施形態において、照明器具は、トラック取り付け用に構成される。照明装置は、構造もしくは車両に永続的に取り付けるか、または懐中電灯などの携帯装置を構成してもよい。
【００４５】
一実施形態において、筐体には、本明細書で開示するような構造を含む密閉空間および少なくとも１つの照明構造または照明器具が含まれ、電力線への電流供給に基づいて、少なくとも１つの照明装置が、密閉空間の少なくとも１つの部分を照明する。別の実施形態において、構造には、本明細書で開示するような表面または対象物および少なくとも１つの照明装置が含まれ、電力線への電流供給に基づいて、照明装置は、表面または対象物の少なくとも１つの部分を照明する。別の実施形態において、本明細書で開示するような照明装置を用いて、以下のもの、すなわちスイミングプール、部屋、倉庫、指示器、道路、車両、道路標識、広告板、船、玩具、電子装置、家庭用または産業用器具、船、および航空機、競技場、木、窓、庭、ならびに街灯柱の少なくとも１つを含むエリアを照明してもよい。
【００４６】
本明細書で開示するような少なくともある実施形態による固体照明装置および光学素子は、以下の有益な技術的効果、すなわち（ａ）ルミフォリック材料を用いることに関連する熱劣化および／または色ずれの低減、（ｂ）放射を低減する、および／または出力色の知覚に影響する傾向がある全内部反射および光損失の低減の１つまたは複数を提供し得る。
【００４７】
本発明の特定の態様、特徴、および実例となる実施形態に関連して本発明を本明細書で説明したが、本発明の有用性が、このように限定されず、より正確には、本明細書における開示に基づいて、本発明の当該技術分野における当業者に思い浮かぶような多数の他の変形、修正、および代替実施形態に及び、それらを含むことが理解されよう。本明細書で開示されるどんな特徴も、別段の指示がなければ、本明細書で開示される他の特徴と組み合わせ可能であるように意図されている。それに応じて、特許請求されるような本発明は、その趣旨および範囲内の全てのかかる変形、修正、および代替実施形態を含むように広く取られ解釈されるように意図されている。
【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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