(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一発光ダイオードパッケージであって、
基板と、
ｐ-ｎ接合を有し、複数の予め定められた波長からなる白色光を放射するよう動作し、前記基板によって担持された少なくとも１つの白色発光ダイオードと、
前記少なくとも１つの白色発光ダイオードによって担持され、前記少なくとも１つの白色発光ダイオードによって放射された白色光の少なくとも一部を受け取り、それに応答して、シフトされた波長の光を放射するように配置および配向された、少なくとも１つの波長シフタと、
前記１つの白色発光ダイオードおよび前記少なくとも１つの波長シフタによって担持された封止材と、
前記封止材によって担持された光学要素と、
前記単一発光ダイオードパッケージの外部に放射される光をフィルタにかけ、前記複数の予め定められた波長における第１の波長群の光を実質的に透過し、かつ、前記複数の予め定められた波長における第２の波長群の光を実質的に戻す前記光学要素の表面又は前記光学要素内部に担持された反射フィルタと、
を備え、
前記少なくとも１つの波長シフタは、前記反射フィルタから戻った前記第２の波長群の光の少なくとも一部を受け取り、それに応答して、前記反射フィルタに向けて前記シフトされた波長の光を放射することを特徴とする単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項２】
前記基板、前記少なくとも１つの白色発光ダイオード、前記少なくとも１つの波長シフタ、前記封止材、前記光学要素、および前記反射フィルタは単一片単一体一体構造物を形成していることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項３】
前記反射フィルタは前記光学要素の外部表面に付着していることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項４】
前記封止材はシリコーンゲル封止材を備えることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項５】
前記第２の波長群は、４４０ナノメートルから４８０ナノメートルの波長を含み、前記シフトされた波長は４８０ナノメートルよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの波長シフタは、少なくとも１つの蛍燐光体材料を備えることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの波長シフタは、前記少なくとも１つの白色発光ダイオードのｐ-ｎ接合を覆うように広がることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項８】
前記反射フィルタは、前記光学要素の外部表面に担持されていることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項９】
前記反射フィルタは、前記光学要素の内部表面に担持されていることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１０】
前記反射フィルタは、前記光学要素内部に担持されていることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１１】
前記反射フィルタは、ダイクロイックコーティングおよび誘電体反射材の少なくとも一方の多層膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１２】
前記光学要素は、ドーム形状であることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１３】
前記光学要素は、プラスチック又はガラスのカバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの白色発光ダイオードは、孤立発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの白色発光ダイオードと電気的に結合され、前記基板を貫通して広がる複数の電気接点であって、物理的および電気的に回路板と結合可能な前記複数の電気接点をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１６】
前記単一発光ダイオードパッケージは回路板に実装可能な表面実装パッケージであることを特徴とする請求項１に記載の単一発光ダイオードパッケージ。
【請求項１７】
単一発光ダイオードパッケージの製造方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板に少なくとも１つの白色発光ダイオードを物理的に結合するステップであって、前記少なくとも１つの白色発光ダイオードは、ｐ-ｎ接合から複数の予め定められた波長からなる白色光を放射するよう動作可能である、ステップと、
前記白色発光ダイオード上に少なくとも１つの波長シフタを配置および配向するステップであって、前記少なくとも１つの波長シフタは前記少なくとも１つの白色発光ダイオードによって放射された白色光の少なくとも一部を受けとり、それに応答して、シフトされた波長の光を放射する、ステップと、
前記少なくとも１つの白色発光ダイオードおよび前記少なくとも１つの波長シフタ上に封止材を重ねるステップと、
前記封止材上に光学要素を配置するステップと、
前記単一発光ダイオードパッケージの外部に放射される光をフィルタにかけ、前記光学要素の表面又は前記光学要素内に担持された反射フィルタを配置するステップであって、前記反射フィルタは、前記複数の予め定められた波長における第１の波長群の光を実質的に透過し、かつ、前記複数の予め定められた波長における第２の波長群の光を実質的に戻す、ステップと、
を有し、前記少なくとも１つの波長シフタは前記反射フィルタから戻った前記第２の波長群の光の一部を受け取り、それに応答して、前記反射フィルタに向けて前記シフトされた波長の光を放射することを特徴とする単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記反射フィルタを配置するステップは、前記光学要素の外部表面に前記反射フィルタを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項１９】
封止材を重ねるステップは、シリコーンゲル封止材を重ねるステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２０】
前記反射フィルタを配置するステップは、４４０ナノメートルから４８０ナノメートルの波長の光を実質的に透過する前記反射フィルタを配置するステップを含み、前記少なくとも１つの波長シフタを配置および配向するステップは、４８０ナノメートルよりも長い前記シフトされた波長の光を放射する前記少なくとも１つの波長シフタを配置および配向するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの波長シフタを配置および配向するステップは、少なくとも１つの蛍燐光体材料を配置および配向するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの波長シフタを配置および配向するステップは、前記少なくとも１つの白色発光ダイオードのｐ-ｎ接合を覆うように広がる少なくとも１つの波長シフタを配置および配向するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２３】
前記反射フィルタを配置するステップは、蒸着を行って前記光学要素の外部表面に前記反射フィルタを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２４】
前記反射フィルタを配置するステップは、前記光学要素の内部表面に前記反射フィルタを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２５】
前記反射フィルタを配置するステップは、ダイクロイックコーティングおよび誘電体反射材の少なくとも一方の多層膜を配置するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２６】
前記封止材上に光学要素を配置および配向するステップは、ドーム形状の光学要素で前記封止材を覆うことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２７】
前記封止材上に光学要素を配置および配向するステップは、ガラス又はプラスチックのカバーで前記封止材を覆うことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２８】
前記基板に少なくとも１つの白色発光ダイオードを物理的に結合するステップは、単一白色発光ダイオードを前記基板に物理的に結合するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項２９】
前記単一発光ダイオードパッケージを回路板の表面に物理的に結合するステップをさらに有することを特徴とする請求項１７に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【請求項３０】
前記単一発光ダイオードパッケージを回路板の表面に物理的に結合するステップは、前記単一発光ダイオードパッケージの２以上の接点を前記回路板の２以上の配線にそれぞれ電気的に結合するステップを含み、前記２以上の接点は、前記少なくとも１つの白色発光ダイオードに電気的に結合され、かつ、前記基板を貫通して広がることを特徴とする請求項２９に記載の単一発光ダイオードパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、能動光源を使用する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１０年１月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／２９５，５１９号明細書および２０１０年１０月２５日に出願された米国特許仮出願第６１／４０６，４９０号明細書の利益を主張するものである。これらの明細書はその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
照明装置は、さまざまな用途に適した幅広い設計範囲のものが存在する。ある照明装置は室内空間を照らし、別の照明装置は屋外空間を照らす。一部の照明装置、例えばディスプレイパネルの一部または全部を形成する照明装置は情報を提供するために使用される。能動照明源はさまざまな形態をとり、例えば白熱電球、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ（例えば水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源がある。
【０００４】
照明装置は、発射される光の輝度（例えばルーメン）、集束または分散、および温度を含む、照明装置を定義するいくつかの特性を有する。所望の照明を達成するためには一般に、定義する特性、照明装置を使用する環境および所望の性能レベルに少なくとも部分的に基づいて、適当な光源、レンズ、反射器および／またはハウジングを選択する必要がある。
【０００５】
その高いエネルギー効率、ロバストネス（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）および長い寿命により、ＬＥＤはますます普及している。実用的なＬＥＤは一般に、比較的に幅の狭い帯域の光を発射する能力を有する。白色光がしばしば望ましいため、固体照明システムは一般に「白色」ＬＥＤを使用する。これらの「白色」ＬＥＤは、青色発光ＬＥＤダイの表面に蛍燐光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）層を直接に配置することによって、またはＬＥＤが発射した光が通過するレンズもしくは窓の表面に蛍燐光体層を配置することによって製造することができる。この蛍燐光体層は一般に、波長範囲４４０から４８０ナノメートルの放射を、それよりも長い可視波長からなるより幅の広いスペクトルに変換するように設計されており、このより長い可視波長は、変換されずに残った青色光に加えられたときに心地よい白色光として現れる。さまざまな製造会社からさまざまな白色ＬＥＤが市販されている。市販の白色ＬＥＤには、相関色温度（ＣＣＴ）が約６０００ケルビンの「冷（ｃｏｏｌ）」白色ＬＥＤから、ＣＣＴが約３０００Ｋの「温（ｗａｒｍ）」白色ＬＥＤまでのものがある。
【０００６】
蛍燐光体の組成を変えることによってＣＣＴを制御することができる。より低ＣＣＴのＬＥＤの製造に使用されている蛍燐光体はしばしば、ＬＥＤの寿命全体にわたる安定性の面で劣っている。さらに、ＬＥＤの発光効率を測定する一般的な方法は、よく知られているＣＩＥ（国際照明委員会）曲線によって示されるヒューマンアイレスポンス（Ｈｕｍａｎ  Ｅｙｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）に基づく。より高ＣＣＴのＬＥＤは、ＣＩＥ曲線の中心付近の波長の光エネルギーをより多く有するため、フォトメトリックルーメン（ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ  ｌｕｍｅｎ）／ワットで表されるこの効率は、より低ＣＣＴのＬＥＤよりも高い。これらの理由から、環境に対する有害な影響を潜在的にもたらすにもかかわらず、固体照明器具およびランプ製造に関しては、より高ＣＣＴのＬＥＤの方が好まれている。
【０００７】
産業界がより高ＣＣＴのＬＥＤの方を好む傾向は、上で論じた効率およびより低いコストによって後押しされているが、より高ＣＣＴのＬＥＤは、環境に対して負の生物学的影響を有する光を発射する。したがって、より高ＣＣＴのＬＥＤが発射する光のＣＣＴを低下させ、その光を「より温かみのあるものにする」比較的に低コストの方法を見つけることが望ましい。
【０００８】
ＬＥＤとは異なり、ＨＩＤは普通、気体（例えば水銀、ナトリウム）に電流を流すことによって機能する。この気体は、気体の基本成分だけでなく、付加的な金属原子をも含むことがある。電子、気体原子および金属原子はＨＩＤ電球内で加速され、衝突し、より高ＣＣＴの光を発射する。この光は、青色光および有害な環境影響をもたらす紫外（ＵＶ）光を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
照明装置は、複数の波長にまたがって光を発射するように動作可能な能動光源と、前記複数の波長のうちの第１の波長セットの光を実質的に通過させ、前記複数の波長のうちの第２の波長セットの光を実質的に戻す少なくとも１つの反射フィルタであり、能動光源と照明装置の外部との間の光路（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈ）上に配置されて、照明装置の外部に光が到達する前に光をフィルタリングする少なくとも１つの反射フィルタと、前記少なくとも１つの反射フィルタから戻された第２の波長セットの光の少なくとも一部を受け取り、それに応答して、シフト（ｓｈｉｆｔ）させたある波長の光を照明装置の光出口（ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｘｉｔ）に向かって発射するように配置され、向きが調整された波長シフタ（ｗａｖｅｌａｎｇｔｈ  ｓｈｉｆｔｅｒ）とを含むと要約することができる。照明装置の能動光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源とすることができる。波長シフタは蛍燐光体材料を備えることができる。照明装置はさらに、前記少なくとも１つの反射フィルタを担持することができる光学要素を含むことができ、前記少なくとも１つの反射フィルタは、ダイクロイックミラー（ｄｉｃｈｒｏｉ  ｃｍｉｒｒｏｒ）材料または誘電体ミラー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｉｒｒｏｒ）材料の１つまたは複数の層の形態をとることができる。照明装置はさらに第２の波長シフタを含むことができ、この第２の波長シフタは、第２の波長シフタと光学要素または光出口との間に能動光源が配置されるように配置される。
【００１０】
照明装置を製造する方法は、照明装置の外部に光が到達する前に光をフィルタリングするために、能動光源と照明装置の外部との間の光路上に少なくとも１つの反射フィルタを配置するステップであり、前記少なくとも１つの反射フィルタは、第１の波長セットを照明装置の外部に透過させ、第２の波長セットを照明装置の外部から遠ざかる方向へ戻すステップと、前記少なくとも１つの反射フィルタから戻された第２の波長セットの光の少なくとも一部を受け取り、それに応答して、シフトさせたある波長の光を照明装置の光出口に向かって発射するように第１の波長シフタを配置し、第１の波長シフタの向きを調整するステップとを含むことができる。
【００１１】
この方法は、前記少なくとも１つの反射フィルタから戻された第２の波長セットの光の少なくとも一部を受け取るように第２の波長シフタを配置し、第２の波長シフタの向きを調整するステップをさらに含むことができ、第２の波長シフティングは能動光源と共面に配置される。さらに、第２の波長シフタを配置し、第２の波長シフタの向きを調整するステップは、能動光源の横方向の周囲に第２の波長シフタを配置し、パターンを形成するステップを含むことができる。パターンを形成するステップは、第２の波長シフタを少なくとも２種類の蛍燐光体から構築するステップを含むことができ、前記少なくとも２種類の蛍燐光体のうちの第１の蛍燐光体は約４８０ｎｍよりも短い波長を吸収し、次いで緑色の光波長を発射し、前記少なくとも２種類の蛍燐光体のうちの第２の蛍燐光体は約４８０ｎｍよりも短い波長を吸収し、次いで赤色の光波長を発射する。パターンを形成するステップは、前記少なくとも２種類の蛍燐光体から市松模様（ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ  ｐａｔｔｅｒｎ）、縞模様（ｓｔｒｉｐｅｄ  ｐａｔｔｅｒｎ）またはパイ形模様（ｐｉｅ−ｓｈａｐｅｄ  ｐａｔｔｅｒｎ）を形成するステップをさらに含むことができる。
【００１２】
照明装置は、光を能動的に発射する照明手段と、いくつかの波長の光を実質的に通過させ、他の波長の光を実質的に戻す反射フィルタリング手段と、照明手段が発射した光および反射フィルタ手段によって戻された光の少なくともいくつかの波長をシフトさせる波長シフティング手段とを含むと要約することができる。照明手段は、複数の波長にまたがって光を発射するように動作可能な能動光源を含むことができ、反射フィルタリング手段は、前記複数の波長のうちの第１の波長セットの光を実質的に通過させ、前記複数の波長のうちの第２の波長セットの光を実質的に戻す少なくとも１つの反射フィルタを含むことができ、前記少なくとも１つの反射フィルタは、能動光源と照明装置の外部との間の光路上に配置されて、照明装置の外部に光が到達する前に光をフィルタリングし、波長シフティング手段は、前記少なくとも１つの反射フィルタから戻された第２の波長セットの光の少なくとも一部を受け取り、それに応答して、シフトさせたある波長の光を照明装置の光出口に向かって発射するように配置され、向きが調整された波長シフタを備える。照明装置は発光ダイオードパッケージとすることができ、能動光源は少なくとも１つの発光ダイオードとすることができ、波長シフタは、前記少なくとも１つの発光ダイオードとの単一片単一体構造物（ｏｎｅ−ｐｉｅｃｅ  ｕｎｉｔａｒｙ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とすることができる少なくとも１種類の蛍燐光体材料とすることができ、反射フィルタは、ダイオード発光ダイオードパッケージの単一片単一体構造物とすることができる。
【００１３】
照明装置は、前記少なくとも１つの発光ダイオードおよび前記少なくとも１種類の蛍燐光体材料の上に重なったカバーをさらに含むことができる。反射フィルタは、ある表面に、またはカバー内に、またはカバーによって担持することができる。
【００１４】
照明装置は、カバーと前記少なくとも１つの発光ダイオードの間に受け取られたシリコーンゲル封止材（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）をさらに含むことができる。
【００１５】
発光ダイオードパッケージは、基板と、基板によって担持された少なくとも１つの発光ダイオードと、複数の波長のうちの第１の波長セットの光を実質的に通過させ、複数の波長のうちの第２の波長セットの光を実質的に戻すように、発光ダイオードに対して配置された少なくとも１つの反射フィルタと、前記少なくとも１つの発光ダイオードによって発射された光の少なくとも一部を受け取り、前記少なくとも１つの反射フィルタから戻された第２の波長セットの少なくとも一部を受け取り、それに応答して、シフトされたある波長の光を発射するように、前記少なくとも１つの発光ダイオードおよび前記少なくとも１つの反射フィルタに対して配置された少なくとも１つの波長シフタとを含むと要約することができる。波長シフタと前記少なくとも１つの発光ダイオードとは単一片単一体構造物を形成することができる。波長シフタは前記少なくとも１つの発光ダイオードの上に付着させることができる。
【００１６】
照明装置は、前記少なくとも１つの発光ダイオードの上に重なったカバーをさらに含むことができる。反射フィルタはカバーによって担持することができる。反射フィルタはカバーの表面に付着させることができる。
【００１７】
照明装置は、カバーと前記少なくとも１つの発光ダイオードの間に受け取られたシリコーンゲル封止材をさらに含むことができる。
【００１８】
照明装置は、カバーと前記少なくとも１つの発光ダイオードの間に隙間を含むことができる。
【００１９】
前記少なくとも１つの発光ダイオードの上に、シリコーンゲル封止材が直接にまたは間接的に重なることができる。波長シフタはシリコーンゲル封止材の中に混入されており、例えばシリコーンゲル封止材の一体の部分を形成する。反射フィルタは、シリコーンゲル封止材によって直接にまたは間接的に担持することができる。
【００２０】
図面においては、同一の参照符号が類似の要素または行為を識別する。図面内の要素のサイズおよび相対位置は一様な尺度では必ずしも描かれていない。例えば、さまざまな要素の形状および角度は一様な尺度では描かれていない。これらの要素の一部は拡大されており、図面の可読性が向上するように配置されている。また、描かれた要素の具体的な形状は単に、図面内での認識を容易にするために選択されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図示された１つの実施形態に基づく照明装置の等角図である。
【図２】発光ダイオードのアレイ、波長シフタおよび反射フィルタを示す図１の照明装置の分解等角図であり、反射フィルタは、一部の光波長を通過させ、他の光波長を波長シフタに向かって戻すように配置されている。
【図３】発光ダイオードのアレイによって発射され、一部は反射フィルタを通過し、一部は反射フィルタによって戻される光の例示的な光線トレースを示す図１および２の照明装置の側面図である。
【図４】波長シフタが反射フィルタの近くに配置された図示された他の実施形態に基づく照明装置の側面図であり、発光ダイオードのアレイによって発射され、一部は反射フィルタを通過し、一部は反射フィルタによって戻される光の例示的な光線トレースを示す図である。
【図５】反射フィルタおよび波長シフタが発光ダイオードのアレイ上に一体に形成された図示された他の実施形態に基づく照明装置の側面図であり、発光ダイオードのアレイによって発射され、一部は反射フィルタを通過し、一部は反射フィルタによって戻される光の例示的な光線トレースを示す図である。
【図６】高輝度放電ランプ、波長シフタおよび反射フィルタを示す図示された他の実施形態に基づく照明装置の側面図であり、高輝度放電ランプによって発射され、一部は反射フィルタを通過し、一部は反射フィルタによって戻される光の光線トレースを示す図である。
【図７】照明装置の周囲に配置された図示された１つの実施形態に基づく波長シフタの市松模様の等角図である。
【図８】照明装置の周囲に配置された図示された１つの実施形態に基づく波長シフタの縞模様の等角図である。
【図９】照明装置を製造する図示された１つの実施形態に基づく方法の流れ図である。
【図１０Ａ】照明装置の光学要素に展着することができる図示された１つの実施形態に基づくマスクの側面図である。
【図１０Ｂ】照明装置の光学要素に展着することができる図示された他の実施形態に基づくマスクの側面図である。
【図１１】本開示の教示によって変更されていない白色ＬＥＤによって発射されたスペクトル光のグラフである。
【図１２】図１〜３の実施形態の照明装置によって発射されたスペクトル光のグラフである。
【図１３】ＬＥＤ構造を覆い、封止材を封じ込めるカバーの外側に反射フィルタを含む、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージの断面図である。
【図１４】ＬＥＤ構造を覆い、封止材を封じ込めるカバーの内側に反射フィルタを含む、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージの断面図である。
【図１５】ＬＥＤ構造を覆い、封止材を封じ込めるカバーの外側に反射フィルタを含み、封止材が波長シフタを含む、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージの断面図である。
【図１６】ＬＥＤ構造を覆うカバーの外側に反射フィルタを含み、封止材を含まない、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明では、開示されたさまざまな実施形態の完全な理解を提供するために、ある特定の詳細が示される。しかしながら、それらの特定の詳細のうちの１つもしくは複数の詳細がなくても実施形態を実施することができること、または別の方法、構成要素、材料などを用いて実施形態を実施することができることを、当業者は認めるであろう。
【００２３】
文脈がそうでないことを求めている場合を除き、本明細書および下記の特許請求の範囲の全体を通じて、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などこの用語の変形は、オープン形式の包括的な意味、すなわち「〜を含むが、それだけに限定されない」という意味を有すると解釈すべきである。
【００２４】
本明細書の全体を通じて、「１つの実施形態」または「一実施形態」と言うときには、それは、その実施形態に関連して記載された具体的な特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中のさまざまな箇所に出現する句「１つの実施形態では」または「一実施形態では」はいずれも、同じ実施形態を指しているわけでは必ずしもない。さらに、１つまたは複数の実施形態において、それらの具体的な特徴、構造または特性を適当な任意の方法で組み合わせることができる。
【００２５】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されているとき、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、内容からそうでないことが明らかである場合を除いて、複数の指示物を含む。用語「または」は一般に、内容からそうでないことが明らかである場合を除いて、「および／または」を含む意味で使用されていることにも留意すべきである。
【００２６】
本明細書に記載された見出しおよび要約書は単に便宜上示したものであり、それらは実施形態の範囲または意味を説明しない。
【００２７】
図１〜３は、図示された１つの実施形態に基づく照明装置１００を示す。
【００２８】
照明装置１００はハウジング１０２を含み、ハウジング１０２は、１つまたは複数の光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）１０４のアレイと、少なくとも１つの第１の波長シフタ１０６と、１つまたは複数の反射フィルタ１０８とを含む。後に詳細に論じるが、ＬＥＤ１０４は光を発射し、波長シフタ１０６は、光の波長をより望ましい波長にシフトさせ、反射フィルタは、望ましいいくつかの波長の光を通過させ、より望ましくないいくつかの波長の光を波長シフタ（１つまたは複数）に戻してその波長をシフトさせる。
【００２９】
ハウジング１０２は、少なくともいくつかの波長の光をハウジング１０２の内部１１２からハウジング１０２の外部１１４へ透過させる１つもしくは複数の光学要素、例えば窓もしくはレンズ１１０を含み、またはそのような光学要素を担持することができる。窓もしくはレンズ１１０は、ほとんどまたは全く光を変化させることなく光を通過させることができる。あるいは、光を集束させ、または光を分散させるように、窓もしくはレンズ１１０を成形することができる。窓もしくはレンズ１１０は、環境汚染または物理的な損傷から光源（例えばＬＥＤ１０４）を守る保護を提供することができる。
【００３０】
照明装置１００はプリント回路板（ＰＣＢ）１１６を含むことができる。ＰＣＢ１１６はハウジング１０２の部分を形成することができる。ＰＣＢ１１６は、ＬＥＤ１０４に電力を供給する回路（図示せず）、例えば電力調整器、整流器、電圧変換器などの回路を担持することができる。電力は、電圧源Ｖなどの電力源から供給することができる。電圧源Ｖは、電池などの直流電流源とすることができ、または配電網電力、一般的な家庭用電気アウトレットなどの交流電流源とすることもできる。ＰＣＢ１１６の回路に電力を供給する目的に使用することができる交流電流源の例には、家庭からの内部もしくは外部電力、商業ビルからの内部もしくは外部電力、または屋外灯の柱に一般に配線された電力が含まれる。
【００３１】
ＬＥＤ１０４は、ダイまたは基板１１８上に形成することができる。ダイまたは基板１１８はＰＣＢ１１６に物理的に取り付けることができ、ＰＣＢ１１６によって担持された回路にダイまたは基板１１８を電気的に結合して、ＬＥＤ１０４のための電力を受け取ることができる。ダイまたは基板１１８は例えば、ボールグリッドアレイ、ワイヤボンディングまたはボールグリッドアレイとワイヤボンディングの組合せによってＰＣＢ１１６に結合することができる。ダイまたは基板１１８およびＰＣＢ１１６は、ＬＥＤ１０４のヒートシンクとして有利に機能することができる。
【００３２】
第１の波長シフタ１０６は、ＬＥＤ１０４によって発射された光のうちの少なくとも一部の光の波長をシフトさせるように配置された波長シフティング材料の１つまたは複数の層の形態をとることができる。例えば、第１の波長シフタは、蛍燐光体材料の１つまたは複数の層の形態をとることができる。この１つまたは複数の蛍燐光体層は例えば、ダイまたは基板１１８の表面のＬＥＤが形成されたところに直接に担持させることができる。あるいは、ＬＥＤがバルブ（ｂｕｌｂ）として形成される場合には、透過性もしくは半透過性のバルブまたは他のエンクロージャ（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）の表面を、この１つまたは複数の蛍燐光体層でコーティングしてもよい。蛍燐光体コーティングを有するＬＥＤは市販されており、照明装置１００の製造会社は、蛍燐光体コーティングをＬＥＤの供給会社から購入することができる。
【００３３】
電力が供給されたことに応答してＬＥＤ１０４はオンとなり、光を発射する。発射される光の波長範囲は、ＬＥＤ１０４によって担持されたまたはＬＥＤ１０４の上に重なった波長シフティング材料１０６の具体的なタイプに依存する。白色ＬＥＤは、固体照明システムの１次光源として使用される。これらのＬＥＤは一般に、青色発光ＬＥＤダイの表面またはＬＥＤからの青色光が通過するレンズもしくは窓の表面に１つまたは複数の蛍燐光体層を配置することによって製造される。１つの実施形態では、ＬＥＤ１０４が白色ＬＥＤ（例えば適当な蛍燐光体コーティングを有する青色発光ＬＥＤ）である。
【００３４】
背景技術の項で述べたとおり、蛍燐光体コーティングを有する白色ＬＥＤでは、一部の青色光が蛍燐光体による変換を免れる。この余分の青色光は自然光とは異なっており、刺激が強いかまたは別な態様で不快に感じることがあり、そのため、照明器具またはランプでは一般に望ましくない。さらに、屋外照明のスペクトル中に青色光スパイク（ｓｐｉｋｅ）が含まれることの生物学的含意に関する議論が持ち上がっている。１つの実施形態では、照明装置１００が、低い相関色温度（ＣＣＴ）を有する光を生み出し、青色波長スパイクの大部分をフィルタリングによって出力スペクトルから除去する。
【００３５】
固体光のＣＣＴを低下させる１つの方法は、より長波長の光を固体光に加える方法である。この場合には、白色ＬＥＤにアンバー色（ａｍｂｅｒ）ＬＥＤまたは赤色ＬＥＤを加えて、光に「より温かみのある」感じを与えることができる。この方法では、余分のＬＥＤおよび駆動電子部品に対する追加コストがかなり大きくなることがあり、この方法は、出力スペクトル中の青色波長スパイクを除去しない。
【００３６】
固体光のＣＣＴを低下させる他の方法は、長い波長を有する光を通過させ、より短い波長の光を吸収するフィルタを使用して、フィルタリングにより出力スペクトルから青色スパイクを除去する方法である。この方法は、短い波長のエネルギーを吸収し、そのエネルギーを熱として放散させる。それにより固体ランプまたは照明器具の効率は低下する。さらに、この吸収フィルタからシステムに加えられる熱がＬＥＤの耐用年数の短縮に寄与することもある。
【００３７】
反射フィルタ１０８は、ある所望の波長の光をハウジングの外部へ実質的に通過させ、ある望ましくない波長の光を反射するために配置される。反射フィルタは例えば、光学要素１１０とＬＥＤ１０４の間に配置することができる。反射フィルタはさまざまな形態、例えば誘電体ミラーまたはダイクロイックフィルタの形態をとることができる。誘電体ミラーは、一般に薄膜付着によって展着された誘電体材料層（例えばチタン、シリコンおよびマグネシウムなどの金属酸化物）を使用して製造される。吸収フィルタとは違い、このコーティングを透過しなかった光は、そのかなりの部分が光源に向かって反射される。誘電体反射器は一般に、有機物ベースの吸収フィルタに比べて非常に長い耐用年数を有する。ダイクロイックフィルタは、選択された波長範囲を透過させ、他の波長範囲を反射する正確なカラーフィルタである。誘電体ミラーまたはダイクロイックフィルタは、光学要素１１０の表面に、または光学要素１１０の内部に、または光学要素１１０の部分として形成することができる。例えば、誘電体ミラーまたはダイクロイックフィルタは、光学要素１１０の内側層の表面の１つまたは複数の層として形成することができ、光学要素１１０は、誘電体ミラーまたはダイクロイックフィルタを環境から保護する。
【００３８】
反射フィルタ１０８は、約４８０ｎｍよりも短い波長の光を反射し、または戻すことができる。例えば反射フィルタ１０８は、約４４０ｎｍから約４８０ｎｍの波長の光を反射し、または戻すことができる。あるいは、反射フィルタ１０８は、赤色光または緑色光の波長を反射することができる。反射フィルタ１０８は、約４８０ｎｍよりも長い波長の光を実質的に透過させ、または通過させることができる。当業者なら理解するとおり、フィルタなどの光学要素のカットオフ値は一般にあまり正確ではない。したがって、このような光学要素の固有の不正確さを表すため、本明細書では用語「実質的に」および「約」を使用する。一般に、光学要素は、示された値の２５％以内で少なくとも８０％有効であれば十分だが、実施形態によっては、よりいっそう低い効率およびよりいっそう幅広い範囲でも適当なこともある。反射フィルタ１０８を通過した光は、光学要素１１０まで伝搬し、光学要素１１０を通過して、照明装置２００の外部に出、戻された（例えば反射されたまたは送られた）光は、ハウジングの内部１１２に入り、波長シフタ１０６および任意選択で後部反射器（ｂａｃｋ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１２０まで伝搬して波長シフトされる。
【００３９】
波長シフタ１０６は、約４４０ｎｍから約４８０ｎｍまでの波長を含む光のかなりの部分を吸収し、それよりも長い波長の光を発射する。あるいは、波長シフタ１０６が、より長い光波長を吸収し、より短い光波長を発射してもよい。前述のとおり、波長シフタ１０６は、１つまたは複数の蛍燐光体材料の形態をとることができる。１つの実施形態では、波長シフタ１０６が、赤色光に対応する波長の光を発射する。他の実施形態では、波長シフタ１０６が、緑色光に対応する波長の光を発射する。波長シフタ１０６は、反射フィルタ１０８とＬＥＤ１０４の間に配置されている。波長シフタ１０６は、ＬＥＤ１０４によって直接に発射された青色光の少なくとも一部分および反射フィルタ１０８によって戻された青色光の少なくとも一部分を、より望ましい他の波長の光に変換する。出力スペクトル中の望ましくない青色スパイクを排除することによって、照明装置１００は、より効率的に透過させるだけでなく、より良好な色温度の光、すなわちより心地よく、より効率的で、かつ／または潜在的により安全な色温度の光を透過させる。吸収され、熱として浪費される光が少ないほど、照明装置は全体としてより効率的になる。さらに、適切にバランスがとれた光を使用すると、照明の所望の感知レベルを達成するのに必要な光の輝度がより低くなり、電力がより少なくてすむことがある。ＬＥＤ１０４の一部として既に供給されている蛍燐光体を使用して、反射フィルタ１０８によって戻され、または反射された光の波長をシフトさせると、追加の希土類蛍燐光体および関連コストの必要性が排除される。
【００４０】
任意選択で、ハウジングは後部反射器１２０をさらに含むことができる。後部反射器１２０が用語「後部」を付けて呼ばれるのは、光源（例えばＬＥＤ１０４）の少なくとも一部分よりも後ろに後部反射器を配置することができるためである。後部反射器１２０は単純な反射器とすることができ、または波長シフティング材料（例えば蛍燐光体）の１つもしくは複数の層を含むことができ、したがって少なくとも１つの第２の波長シフタを構成することができる。後部反射器１２０は、ＰＣＢ１１６と共面に配置することができ、例えばＰＣＢ１１６の表面に担持することができる。後部反射器１２０は、反射フィルタ１０８と協力して機能することができる。後部反射器１２０は、反射フィルタ１０８から反射された波長約４４０ｎｍから約４８０ｎｍまでの範囲の光を吸収し、より長い波長を有する光を発射することができる。反射フィルタ１０８によって反射された短波長光のうち、波長シフタ１０６（例えばＬＥＤ蛍燐光体）によって吸収されなかった光は後部反射器１２０に入射し、吸収され、波長約５５０ｎｍから約６５０ｎｍの赤色〜橙色の光として発射される。この発射された赤色〜橙色光は、ハウジング１０２から発射される光のＣＣＴをさらに低下させ、可視領域における追加の光パワー利得（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ  ｇａｉｎ）を提供する。１つの実施形態では、波長シフタ１０６なしで後部反射器１２０が使用される。後部反射器１２０を利用する照明装置１００の構成は、非常に心地よい幅広いスペクトルの光を含む高効率で低ＣＣＴの出力を提供する。
【００４１】
照明装置１００内におけるさまざまな波長帯域の光の光路を図３に示す。
【００４２】
ＬＥＤ１０４から発射された光は最初に、第１の波長シフタ（例えばＬＥＤの蛍燐光体）１０６によって変換され、その結果、大部分の望ましい波長範囲と一部の望ましくない波長範囲とを含むある波長範囲内にある光線λが生じる。示されているように、光線λは反射フィルタ１０８まで伝搬し、そこで、望ましい波長範囲の光線λ1はかなりの部分が反射フィルタ１０８を通過し、望ましくない波長範囲の光線λ2は内部１１２に向かって反射され、または戻される。
【００４３】
戻されまたは反射された光線λ2は次いで波長シフタ、すなわち波長シフタ１０６および後部反射器１２０によって吸収される。ＬＥＤ１０４に向かって反射されまたは戻された光線λ2は、波長シフタ（例えばＬＥＤの蛍燐光体材料）１０６によって吸収される。ＬＥＤ１０４の周囲に向かって反射された光線λ2は、後部反射器１２０の波長シフタ材料によって吸収される。光線λ2を吸収した後、波長シフタ１０６および後部反射器１２０は光線λ1を発射し、その光線λ1の一部は、反射フィルタ１０６および光学要素１１０まで伝搬し、反射フィルタ１０６および光学要素１１０を通過する。１つの実施形態では、光線λ1が約４８０ｎｍよりも長い波長を含み、光線λ2が、約４４０ｎｍから約４８０ｎｍまでの波長を含む。これらの波長の変換またはシフティングは完全でないことがあるため、望ましくない波長の光の一部が反射フィルタ１０６によって再び戻されまたは反射されることがあり、これは、ＬＥＤ１０４によって発射された実質的に全ての光が反射フィルタ１０６を通過して外部１１４に出るか、または熱として失われるまで続く。
【００４４】
図４は、図示された他の実施形態に基づく照明装置４００を示す。
【００４５】
照明装置４００は、内部４１２および外部４１４を有するハウジング４１０を含み、ハウジング４１０は、１つまたは複数の光源、例えばＬＥＤ４０４のアレイと、少なくとも１つの第１の波長シフタ４０６と、１つまたは複数の反射フィルタ４０８と、光学要素４１０と、ＰＣＢ４１６と、ダイまたは基板４１８と、任意選択の後部反射器４２０とを含む。照明装置４００の要素の多くは、照明装置１００（図１〜３）の要素と全く同じかまたは類似の要素であり、そのため、そのような要素の説明は繰り返さない。照明装置４００の説明は実施形態間の相違に重点を置く。
【００４６】
照明装置１００（図１〜３）とは異なり、照明装置４００では、波長シフタ４０６が反射フィルタ４０８に貼り付けられている。例えば、波長シフタ４０６は、反射フィルタ４０８の表面、例えば反射フィルタ４０８の内側を向いた表面に付着させた１種類または数種類の蛍燐光体材料の１つまたは複数の層の形態をとることができる。反射フィルタ４０８は、光学要素４１０の表面、例えば光学要素４１０の内側を向いた表面に付着させた誘電体ミラーまたはダイクロイック材料の１つまたは複数の層の形態をとることができる。
【００４７】
ＬＥＤ４０４は、望ましい波長および望ましくない波長を含み、望ましい光線λ1と望ましくない光線λ2の両方を含む光線λを発射する。示されているように、光線λの少なくとも一部は、ＬＥＤ４０４から波長シフタ４０６まで伝搬する。波長シフタ４２０のところで、望ましい波長の一部の光線λ1は反射フィルタ４０８を通過し、反射フィルタ４０８は、望ましくない波長を有する一部の光線λ2を戻し、または反射する。第１の波長シフタ４０６は戻された光線λ2の一部を再吸収し、後部反射器４２０は戻された光線λ2の一部を吸収する。第１の波長シフタ４０６および／または後部反射器４２０は、シフトさせた波長の光または吸収した光の波長とは異なる波長の光を主として再発射する。
【００４８】
図５は、図示された他の実施形態に基づく照明装置５００を示す。
【００４９】
照明装置５００は、内部５１２および外部５１４を有するハウジング５１０を含み、ハウジング５１０は、１つまたは複数の光源、例えばＬＣＤ５０４のアレイと、少なくとも１つの第１の波長シフタ５０６と、１つまたは複数の反射フィルタ５０８と、光学要素５１０と、ＰＣＢ５１６と、ダイまたは基板５１８とを含む。照明装置５００の要素の多くは、照明装置１００（図１〜３）の要素と全く同じかまたは類似の要素であり、そのため、そのような要素の説明は繰り返さない。照明装置５００の説明は実施形態間の相違に重点を置く。
【００５０】
照明装置１００（図１〜３）とは異なり、照明装置５００では、反射フィルタ５０８が第１の波長シフタ５０６上に配置されている。照明装置５００ではさらに、照明装置１００の任意選択の後部反射器が省かれている。
【００５１】
ＬＥＤ５０４は光線を発射し、この光線は、第１の波長シフタ５０６によって吸収され、第１の波長シフタ５０６は、望ましい波長を主に含むシフトさせた光を再発射する。反射フィルタ５０８は、主として望ましい波長の光線λ1を通過させ、主として望ましくない波長の光を、再吸収およびシフトさせた波長での再発射のため、第１の波長シフタ５０６に戻し、または反射する。
【００５２】
図６は、図示された一実施形態に基づく照明装置６００を示す。
【００５３】
照明装置６００は、内部６１２および外部６１４を有するハウジング６１０を含み、ハウジング６１０は、１つまたは複数の光源、例えば高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ６０４と、少なくとも１つの第１の波長シフタ６０６と、１つまたは複数の反射フィルタ６０８と、光学要素６１０と、ＰＣＢ６１６と、ダイまたは基板５１８とを含む。照明装置６００の要素の多くは、照明装置１００（図１〜３）の要素と全く同じかまたは類似の要素であり、そのため、そのような要素の説明は繰り返さない。照明装置６００の説明は実施形態間の相違に重点を置く。
【００５４】
照明装置１００（図１〜３）とは異なり、照明装置６００では、１つまたは複数のＨＩＤランプ６０４が使用されている。ＨＩＤランプ（１つまたは複数）６０４はさまざまな形態をとることができ、例えば高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプまたは水銀ランプとすることができる。さまざまな会社からさまざまなＨＩＤランプ６０４が市販されている。
【００５５】
また、照明装置１００（図１〜３）とは異なり、照明装置６００では、前に説明した照明装置１００、４００、５００では光源と外部の間に配置されていた第１の波長シフタが省かれている。照明装置６００は後部反射器６２０だけを使用して、反射フィルタ６０８によって戻されまたは反射された光を、望ましくない波長から望ましい波長にシフトさせる。反射フィルタ６０８および後部反射器６２０は、ＨＩＤランプ（１つまたは複数）６０４によって発射された青色波長および紫外波長の多くを除去し、利用する。図６に示されているように、ＨＩＤランプ６０４は、望ましい波長および望ましくない波長を含む光線λを発射する。反射フィルタ６０８は、主として望ましい波長を含む光線λ1を通過させ、主として望ましくない波長を含む光線λ2を戻し、または反射する。反射フィルタ６０８は光学要素６１０上に担持され、または他の方法で光学要素６１０上に配置されているように示されているが、その代わりに、反射フィルタ６０８を、光学要素６１０とＨＩＤランプ６０４の間に架設してもよい。後部反射器６２０の表面に入射した望ましくない波長の光線λ2は吸収され、主に望ましい波長で送られる。前に説明したとおり、後部反射器は、約４８０ｎｍよりも短い波長を赤色光波長に変換する蛍燐光体材料を含むことができる。あるいは、照明装置６００は、ＨＩＤランプ６０４と反射フィルタ６０８の間に前に説明した照明装置１００、４００、５００と全く同じかまたは類似の方式で配置された第１の波長を含むことができる。
【００５６】
図７は、図示された１つの実施形態に基づくパターン形成された後部反射器（以後、パターン形成後部反射器）７２０を含む照明装置の部分７００を示す。
【００５７】
パターン形成後部反射器７２０は、蛍燐光体などの波長シフティング材料のパターンを含む。ダイまたは基板７１８上のＬＥＤ７０４のアレイとともに使用されるように示されているが、パターン形成後部反射器７２０は、前に説明した照明装置１００、４００、５００、６００のうちの任意の照明装置内で使用することができる。
【００５８】
パターン形成後部反射器７２０は、１種類または数種類の波長シフタ材料の繰返しパターンを（すなわち直接にまたは間接的に）担持した基板７３０を含むことができる。例えば、基板７３０は、第１の波長シフタ材料７３２および第２の波長シフタ材料７３４を担持することができる。第１の波長シフタ材料７３２の領域と第２の波長シフタ材料７３４の領域は、例えば市松模様に交互に並べることができる。ＬＥＤ７０４を担持したダイもしくは基板７１８は、波長シフタ材料７３２、７３４のパターン上に直接に担持することができ、または波長シフタ材料７３２、７３４のパターンによって周囲を囲まれた基板７３０上の空き領域に配置することもできる。異なる２種類の波長シフタ材料７３２、７３４を使用するものとして示されているが、一部のパターン形成後部反射器７２０は、異なる３種類以上の波長シフタ材料７３２、７３４を使用することができる。
【００５９】
パターン形成された波長シフタ材料７３２、７３４は、ＬＥＤ７０４のアレイなどの光源をプリント回路板または他の基板などの支持構造物に結合する前に支持構造物上に配置することができる。ＬＥＤ７０４のアレイとして示されているが、光源は、ＨＩＤランプ６０４（図６）など、ＨＩＤランプの形態をとることができる。波長シフタ材料７３２および７３４は、より長い光波長をより短い波長に変換することができ、またはより短い光波長をより長い波長に変換することができる。例えば、第１の波長シフタ材料７３２は、主として約４８０ｎｍよりも短い波長の光を吸収した後に、主として緑色の波長の光を発射することができる。第２の波長シフタ材料７３４は、主として約４８０ｎｍよりも短い波長の光を吸収した後に、主として赤色の光波長の光を発射することができる。前に説明したとおり、波長シフタ材料７３２、７３４は異なる蛍燐光体材料からなることができる。反射された青色光を緑色光および赤色光に変換すると、パターン形成後部反射器７２０を含む照明装置１００、４００、５００、６００からの最終的な発光スペクトルの幅を有利に広げることができる。
【００６０】
パターン形成後部反射器７２０の市松模様は、より温かみのある白色光を生み出す効率を高めることができる。蛍燐光体に基づくＬＥＤから発射される光は一般に、緑色領域に中心がある明所視標準曲線（ｐｈｏｔｏｐｉｃ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｒｖｅ）であるＣＩＥ曲線の外側に分布する。さらに、白色光をより温かみのあるものにするために赤色蛍燐光体（すなわち主に赤色光を発射する蛍燐光体）を追加すると、赤色蛍燐光体は、青色光を吸収するだけでなく、そのＬＥＤ内で使用されている他の蛍燐光体によって発射された緑色光も吸収する傾向を有する。既に変換された緑色光の吸収および変換は、変換効率の追加の損失に帰着する。したがって、緑色蛍燐光体と赤色蛍燐光体の両方を含むパターン形成後部反射器７２０は、幅広い範囲の温かみのある光を発射することができ、同時に、望んでいない吸収および変換によって被る損失を最小化する。
【００６１】
図８は、図示された１つの実施形態に基づくパターン形成後部反射器８２０を含む照明装置の部分８００を示す。
【００６２】
パターン形成後部反射器８２０は、蛍燐光体などの波長シフティング材料のパターンを含む。ダイまたは基板８１８上のＬＥＤ８０４のアレイとともに使用されるように示されているが、パターン形成後部反射器８２０は、前に説明した照明装置１００、４００、５００、６００のうちの任意の照明装置内で使用することができる。
【００６３】
パターン形成後部反射器７２０は、１種類または数種類の波長シフタ材料の繰返しパターンを（すなわち直接にまたは間接的に）担持した基板７３０を含むことができる。例えば、基板８３０は、第１の波長シフタ材料８３２および第２の波長シフタ材料７３４を担持することができる。第１の波長シフティング材料７３２の領域と第２の波長シフティング材料７３４の領域は、例えば剥ぎ取られたパターンに交互に並べることができる。ＬＥＤ８０４を担持したダイもしくは基板８１８は、波長シフタ材料８３２、８３４のパターン上に直接に担持することができ、または波長シフタ材料８３２、８３４によって周囲を囲まれた基板８３０上の空き領域に配置することもできる。異なる２種類の波長シフタ材料８３２、８３４を使用するものとして示されているが、一部のパターン形成後部反射器８２０は、異なる３種類以上の波長シフタ材料８３２、８３４を使用することができる。
【００６４】
第１の波長シフタ材料８３２は、主として約４８０ｎｍよりも短い波長の光を吸収した後に、主として緑色の波長の光を発射することができる。第２の波長シフタ材料８３４は、主として約４８０ｎｍよりも短い波長の光を吸収した後に、主として赤色の波長の光を発射することができる。剥ぎ取られたパターンとして示されているが、他の繰返しパターンおよび非繰返しパターンを使用することもできる。例えば、波長シフタ材料８３２、８３４を、交互に並べられたパイ形模様として配置し、または付着させることもできる。
【００６５】
光源の周囲に波長シフティング材料のパッチを構築すると、緑色／黄色光を発射する波長シフタ材料と赤色光を発射する波長シフタ材料を混合することによって、または例えばある１つの波長シフティング材料を別の波長シフティング材料でコーティングすることによりこのような異なる波長シフティング材料を層状に積み重ねることによって生じることがある波長変換効率の損失を大幅に低減させることができる。
【００６６】
パターン形成された波長シフティング材料７３２、７３４、８３２、８３４（図７および８）は後部反射器の一部として示されているが、波長シフティング材料の全く同じパターンまたは類似のパターンを別の場所で使用することもでき、例えば光源と光学要素の間に配置された第１の波長シフタ８１４の一部として使用することができる。
【００６７】
図９は、照明装置１００〜６００などの照明装置を製造する図示された１つの実施形態に基づく方法９００を示す。
【００６８】
９１０で、能動光源と光出口の間の光路上に反射フィルタを配置する。反射フィルタを配置するステップは、光学要素上に反射フィルタを配置するステップ、または能動光源を覆うように反射フィルタを配置するステップを含むことができる。一部の光がフィルタリングされずに光学要素を通過することを可能にする開口が反射フィルタに存在するように、反射フィルタにマスクをかけてもよい。
【００６９】
９２０で、反射フィルタを通過せずに反射フィルタによって反射された主として望ましくない波長の光を受け取るように波長シフタを配置する。この波長シフタは、受け取った光の波長とは異なる波長の光を発射する。波長シフタを配置するステップは、能動光源と光学要素の間に波長シフタを配置するステップを含むことができる。波長シフタを配置するステップは、能動光源と共面にまたは能動光源よりも後ろに、例えば後部反射器として波長シフタを配置するステップを含むことができる。前に説明したとおり、温かみのある光のスペクトルを発射するように、波長シフタは２種類以上の波長シフタ材料を含むことができる。
【００７０】
図１０Ａは、図示された１つの実施形態に基づく反射フィルタ１００８ａを光学要素１０１０ａ上に形成するために使用されているマスク１０４０ａおよびアプリケータ（ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）１０４２ａを示す。
【００７１】
場合によっては、フィルタリングし、変換する光の波長、例えば約４８０ｎｍよりも短い波長を有する光の波長の全てを排除するのではなしに、そのような波長の大部分を排除した方が望ましいことがある。光学要素１０１０ａ上に反射フィルタ１００８ａを形成する前に、光学要素１０１０ａとアプリケータ１０４２ａの間にマスク１０４０ａを配置することができる。アプリケータ１０４２ａは、光学要素１０１０ａに反射フィルタ１００８ａをいくつかの薄膜層として展着する。あるいは、アプリケータ１０４２ａは、いくつかの薄膜層を光源（例えばＬＥＤのアレイ）に展着して、光源上に反射フィルタ１０４０ａを形成することもできる。マスク１０４０ａは、コーティングする表面にコーティングしない領域の影を作るスクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）の形態をとることができる。このようにすると、光学要素１０１０ａまたはＬＥＤ光学部品との接触が生じない。さらに、時間のかかるマスクの塗布操作および除去操作が不要となる。さらに、この非接触マスクは何回か再使用することができる。
【００７２】
図１０Ｂは、図示された別の実施形態に基づく反射フィルタ１００８ｂを光学要素１０１０ｂ上に形成するために使用されているマスク１０４０ｂおよびアプリケータ１０４２ｂを示す。
【００７３】
光学要素１０１０ｂ上に反射フィルタ１００８ｂを形成する前に、光学要素１０１０ｂとアプリケータ１０４２ｂの間にマスク１０４０ｂを配置することができる。アプリケータ１０４２ｂは、光学要素１０１０ｂに反射フィルタ１００８ｂをいくつかの薄膜層として展着する。あるいは、アプリケータ１０４２ｂは、いくつかの薄膜層を光源（例えばＬＥＤのアレイ）に展着して、光源上に反射フィルタ１０４０ｂを形成することもできる。マスク１０４０ｂは、さまざまな形態、例えば光学要素１０１０ｂまたはＬＥＤ光学部品に貼り付けられた粘着テープまたはステンシル（ｓｔｅｎｃｉｌ）の形態をとることができる。
【００７４】
能動光源から光出口までの最も直線的な光路の周囲の領域にマスク１０４０ｂを貼り付ける方法は、発射された光の反射百分率を調整するもう１つの方法である。マスク１０４０ｂは、反射フィルタ１００８ｂを形成した後に除去する。この方法によって、より単純な高反射率フィルタコーティングを使用し、それでもなお、ある所望のカットオフ波長よりも短い波長、例えば約４８０ｎｍよりも短い波長を有する光の一部を通過させることができる。反射された光のうちのかなりの割合を、反射フィルタ１００８ｂと光源の間に存在することがあるＬＥＤ蛍燐光体コーティングへ導くことができる。このようにして、反射された光をより長波長の光に変換することができる。
【００７５】
図１１は、Ｅｖｌｕｍａ  Ｃｌｅａｒｌｉｇｈｔ固体ランプ中のＣｒｅｅ  ＸＭＥ冷白色ＬＥＤによって生成された未変更の光スペクトル１１００を示す。４００ｎｍと５００ｎｍの間に高い青色スパイクがあることが明白であり、このスパイクは、より望ましい中央のスペクトルピークを上回る大きさを有する。
【００７６】
図１２は、反射フィルタ、赤色発光蛍燐光体を含む波長シフタおよび後部反射器を含む、図１〜３に示した照明装置と同様の照明装置内でＣｒｅｅ  ＸＭＥ冷白色ＬＥＤを使用することによって生成されたスペクトル１２００を示す。具体的には、光スペクトル１２００は、照明装置の平面（非レンズ）光学要素に取り付けられた４７５ｎｍ反射フィルタを使用した結果である。図１１と図１２を比較すると、反射フィルタおよび波長シフティングを使用すると、中央の波長範囲において約１７％のパワー利得を得ることができることが分かる。この光学要素は凸形とすることができ、一組のＬＥＤの上方に直接に配置して照明装置の出力ビームを成形することができる。凹面を反射フィルタでコーティングすると、ＬＥＤまたはＨＩＤランプを覆っている蛍燐光体などの波長シフタ上へ短波長の光をより多く反射することによって、照明装置の有効性が増大する。
【００７７】
本明細書に記載したさまざまな実施形態によって、冷白色（ＣＣＴ６０００Ｋ）ＬＥＤまたは他の能動光源を照明装置内で使用してはるかに低ＣＣＴの光を生み出すことが可能になることがある。より単純な蛍燐光体化合物を使用しているため、冷白色ＬＥＤは一般に、より低ＣＣＴのＬＥＤよりもはるかに安価である。冷白色ＬＥＤが、ＬＥＤの寿命全体にわたって色温度をより良好に維持することも分かっている。
【００７８】
本明細書に記載されたさまざまな実施形態の他の可能な利点は、この低ＣＣＴの光の方が、現時点で使用可能な低ＣＣＴ  ＬＥＤよりも、（白熱電球のフィラメントなどの）完全放射体（黒体）に近い関係にある点である。すなわち、開示された実施形態のスペクトルでは、短波長光の傾きが単調に増大しており、青色光波長の鋭角なスパイクは見られない。これによって、照明設計者は、白熱電球の性能仕様に基づく計算を、以前の低ＣＣＴ  ＬＥＤよりも高い信頼性で使用することができる。
【００７９】
図１３は、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージ１３００を示す。
【００８０】
ＬＥＤパッケージ１３００は、ＬＥＤ構造１３０４、波長シフタ１３０６および反射フィルタ（例えばダイクロイックフィルタ）１３０８を含むことができる。波長シフタ（例えば蛍燐光体（１種類または数種類））１３０６は、ＬＥＤ構造１３０４と反射フィルタ１３０８の間に配置されている。反射フィルタ１３０８は、ある光波長を通過させ、他の波長を反射することができる。波長シフタ１３０６は、ＬＥＤ構造１３０４によって発射された１つもしくは複数の光波長または反射フィルタ１３０８によって反射された１つもしくは複数の光波長をある所望の波長（１つまたは複数）にシフトさせることができる。
【００８１】
ＬＥＤ構造１３０４は、ＬＥＤを製造する際に使用される多種多様な形態のうちの任意の形態をとることができる。例えば、ＬＥＤ構造１３０４は、基板１３１８、例えばサファイヤ基板、シリコン基板または炭化シリコン基板上に形成することができる。基板１３１８は電気絶縁層１３２０、例えば二酸化シリコン層または他のパッシベーション層を担持することができる。ＬＥＤ構造１３０４は、１つまたは複数の半導体材料層１３２２を含むことができ、半導体材料層１３２２の部分１３２２ａ、１３２２ｂは、ｐｎ接合を形成するのに適当な極性（Ｎ+、Ｐ+）にドープされていてもよい。このｐｎ接合の対応するそれぞれの部分に、電導性リードまたはトレース（例えば）１３２４ａ、１３２４ｂ（一括して１３２４）を結合することができる。ｐｎ接合を含むシリコン１３２２の一部分の上に電気絶縁層１３２６を重ねることができる。基板１３１８の外面１３２８にコンタクト１３２４ｅ、１３２４ｆを提供するため、電導性リードまたはトレース１３２４は、貫通穴を貫通するバイア１３２４ｃ、１３２４ｄとして延びることができる。このような構成は、ＬＥＤパッケージ１３００の都合のよい表面実装を可能にすることができる。
【００８２】
適当な半導体材料には、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、ガリウムヒ素インジウムリン（ＧａＡｓＩｎＰ）、ガリウム（ＩＩＩ）リン（ＧａＰ）、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、インジウムガリウム窒素（ＩｎＧａＮ）／ガリウム（ＩＩＩ）窒素（ＧａＮ）、アルミニウムガリウムリン（ＡｌＧａＰ）および／または亜鉛セレン（ＺｎＳｅ）などがある。具体的な材料の選択は、出力の所望の波長によって決まることがある。
【００８３】
ＬＥＤパッケージ１３００は、ＬＥＤ構造１３０４および／または他の構成要素の上に重なった封止材１３３０を含むことができる。封止材１３３０はさまざまな形態をとることができ、さまざまな機能を果たすことができる。例えば、封止材１３３０は、封止ゲル（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ  ｇｅｌ）の形態をとることができる。封止ゲルは例えば屈折率整合を提供することができる。その上に、またはその代わりに、封止ゲルは、ＬＥＤ構造１３０４によって生み出された熱を処理し、またはそのような熱によって生じた変化を収容する能力を有する緩衝材となることができる。例えば、封止シリコーンゲルは、加熱サイクルおよび冷却サイクルに起因するサイズまたは体積の変化を収容することができる。封止ゲルはさらに、ＬＥＤ構造および／または他の構造を環境から守るある保護を提供することができる。
【００８４】
ＬＥＤパッケージ１３００は、ＬＥＤ構造１３０４および／または他の構成要素を環境から保護するカバーまたは光学部品１３３２を含むことができる。カバーまたは光学部品１３３２はさまざまな形態、例えばプラスチックカバーまたはガラスカバーの形態をとることができる。カバーまたは光学部品１３３２は、少なくともある光波長（１つまたは複数）に対して透過性または半透過性とすることができる。反射フィルタ１３０８は、カバーまたは光学部品１３３２によって担持することができる。例えば、反射フィルタ１３０８は、適当な技法（例えば蒸気ディスポジション）によって、例えば図１３に示されているように、カバーまたは光学部品１３０８の外面に付着させることができる。
【００８５】
ＬＥＤパッケージ１３００は、一体型ユニット、すなわち単一片または単一体ユニットとして形成することができ、そのようなユニットとして販売または配布することができる。表面実装パッケージとして示されているが、ＬＥＤパッケージ１３００は、ドーム形カバー、円筒形カバーまたは平らなカバーを有するより伝統的なパッケージとして形成することもできる。
【００８６】
有利には、反射フィルタ１３０８と波長シフタ１３０６の組合せは、所与の電力量に関して、所望の波長セットの光を、この組合せのないＬＥＤパッケージ１３００から得ることができる光の量よりも多く生み出すことができる。有利には、反射フィルタ１３０８は、波長シフタ１３０６の有無にかかわらず、反射フィルタ１３０８のないＬＥＤパッケージ１３００から得ることができる帯域よりも狭い、ＬＥＤパッケージ１３００からの非常に幅の狭い発射帯域を生み出すことができる。このような構成は、比較的に狭い帯域幅を有するＬＥＤ１３０４が使用される場合であっても、波長帯域を狭めることができる。このような構成は例えば、ＬＥＤによって発射される波長が、温度、印加電流、印加電圧などのいくつかの特性とともに変化する場合に有利なことがある。例えば、ＬＥＤパッケージ１３００が大きな温度変動を受ける場合であっても、このような構成を使用して、アンバー色波長の所望の発光を達成することができる。また、このような構成を使用して、蛍燐光体を使用している非白色ＬＥＤが、蛍燐光体アンバー色などの他の狭い帯域に青色を変換することを可能にすることができる。ＬＥＤパッケージの光学部品にダイクロイックミラーコーティングまたは誘電体ミラーコーティングを単純に展着することにより、ＬＥＤパッケージの既存の波長変換器（例えば蛍燐光体）を使用して色温度を変化させることができる。ＬＥＤによって発射される全ての光を所望の波長（１つまたは複数）に変換するために、蛍燐光体コーティングを十分に厚くまたは十分に稠密する場合には、外側の蛍燐光体粒子が、所望の波長（１つまたは複数）を逆方向へ導き、または逆方向へ拡散させ、そこで光が再吸収され、効率が低下することがあることに留意されたい。
【００８７】
図１４は、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージ１４００を示す。
【００８８】
ＬＥＤパッケージ１４００は、いくつかの点で、ＬＥＤパッケージ１３００（図１３）と類似しているか、または全く同じである。したがって、類似の構造または全く同じ構造は、図１３の実施形態の参照符号と下２桁が同じ参照符号によって識別される。以下では構造および動作の重大な相違だけを論じる。
【００８９】
ＬＥＤパッケージ１３００とは異なり、ＬＥＤパッケージ１４００では、反射フィルタ１４０８がカバー１４３２の内部に配置されている。例えば、反射フィルタ１４０８は、適当な付着技法を使用してカバー１４３２の内面に付着させることができる。このような構成は、環境に対する保護を反射フィルタ１３０８に有利に提供することができる。
【００９０】
この場合も、ＬＥＤパッケージ１４００は、一体型ユニット、すなわち単一片または単一体ユニットとして形成することができ、そのようなユニットとして販売または配布することができる。表面実装パッケージとして示されているが、ＬＥＤパッケージ１４００は、ドーム形カバー、円筒形カバーまたは平らなカバーを有するより伝統的なパッケージとして形成することもできる。
【００９１】
図１５は、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージ１５００を示す。
【００９２】
ＬＥＤパッケージ１５００は、いくつかの点で、ＬＥＤパッケージ１３００（図１３）と類似しているか、または全く同じである。したがって、類似の構造または全く同じ構造は、図１３の実施形態の参照符号と下２桁が同じ参照符号によって識別される。以下では構造および動作の重大な相違だけを論じる。
【００９３】
ＬＥＤパッケージ１３００とは異なり、ＬＥＤパッケージ１５００では、波長シフタ１５０６が封止材（例えばシリコーンゲル封止材）の中に混入されており、例えば封止材の一体の部分を形成している。このような構成は、ＬＥＤパッケージ１５００の高さの低減を有利に可能にすることができる。
【００９４】
シリコーンゲル封止材１５３０は、少なくとも１つの発光ダイオード構造１５０６の上に直接にまたは間接的に重なることができる。反射フィルタ１５０８は、シリコーンゲル封止材１５３０によって直接にまたは間接的に担持することができる。
【００９５】
この場合も、ＬＥＤパッケージ１５００は、一体型ユニット、すなわち単一片または単一体ユニットとして形成することができ、そのようなユニットとして販売または配布することができる。表面実装パッケージとして示されているが、ＬＥＤパッケージ１５００は、ドーム形カバー、円筒形カバーまたは平らなカバーを有するより伝統的なパッケージとして形成することもできる。あるいは、このような構成はカバーを完全に省き、環境に対する保護は封止材１５３０だけに依存することができる。
【００９６】
図１６は、図示された１つの実施形態に基づくＬＥＤパッケージ１６００を示す。
【００９７】
ＬＥＤパッケージ１６００は、いくつかの点で、ＬＥＤパッケージ１４００（図１４）と類似しているか、または全く同じである。したがって、類似の構造または全く同じ構造は、図１４の実施形態の参照符号と下２桁が同じ参照符号によって識別される。以下では構造および動作の重大な相違だけを論じる。
【００９８】
ＬＥＤパッケージ１４００と同様に、ＬＥＤパッケージ１６００では、反射フィルタ１６０８がカバー１６３２の内部に配置されている。例えば、反射フィルタ１６０８は、適当な付着技法を使用して、コーリック材料の１つまたは複数の層として、カバー１６３２の内面に付着させることができる。このような構成は、環境に対する保護を反射フィルタ１６０８に有利に提供することができる。ＬＥＤパッケージ１４００とは異なり、ＬＥＤパッケージ１６００では、任意選択で封止材１４３０を省くことができる。ＬＥＤパッケージ１６００は、封止材１４３０の代わりに空気または真空１６３４を使用することができる。あるいは、波長シフタ１６０６またはＬＥＤ構造１６０４上にカバー１６３２を直接に配置することもできる。
【００９９】
この場合も、ＬＥＤパッケージ１６００は、一体型ユニット、すなわち単一片または単一体ユニットとして形成することができ、そのようなユニットとして販売または配布することができる。表面実装パッケージとして示されているが、ＬＥＤパッケージ１６００は、ドーム形カバー、円筒形カバーまたは平らなカバーを有するより伝統的なパッケージとして形成することもできる。
【０１００】
以上に記載したさまざまな実施形態を組み合わせて別の実施形態を提供することができる。本明細書の特定の教示および定義と矛盾しない限りにおいて、本明細書中で参照されており、かつ／またはＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔに記載されている、２０１０年１月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／２９５，５１９号明細書および２０１０年１０月２５日に出願された米国特許仮出願第６１／４０６，４９０号明細書を含む全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許文献は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。さまざまな特許、特許出願および文献のシステム、回路および発想を使用するために、上記の実施形態の諸態様を必要に応じて変更して、別の実施形態を提供することができる。
【０１０１】
上記の詳細な説明を考慮して、上記の実施形態にこれらの変更およびその他の変更を加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲においては、使用されている用語が、特許請求の範囲を、本明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定するとは解釈すべきではなく、それらの用語は、可能な全ての実施形態および該特許請求の範囲が権利を有する等価物の範囲全体を含むと解釈すべきである。したがって特許請求の範囲は本開示によって限定されない。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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