(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された性能を示す白色光を形成するためのＬＥＤ照明システムを提供する。【解決手段】白色光を生成するためのハイブリッド照明システムは、少なくとも１つの発光ダイオードと蛍光−発光ダイオードを含む。ハイブリッド照明システムは、特に、ＬＥＤ及び／又は蛍光ＬＥＤの蛍光体の色と数を変更することによって、重要と思われる場合に異なる照明システム性能パラメータを提示し、且つ、最適化された演色を適用することが可能となる。【選択図】図２
2011151403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の発光ダイオードと、前記少なくとも１つの第１の発光ダイオードに隣接して配置される蛍光−発光ダイオードとを含む、白色光を生成するための照明システム。
【請求項２】
前記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも２つの異なる色の光線を放出する請求項１記載の照明システム。
【請求項３】
少なくとも１つの第２の発光ダイオードを更に含む請求項１記載の照明システム。
【請求項４】
前記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも２つの異なる色の光線を放出し、前記少なくとも２つの色のうちの１つの色は、前記少なくとも１つの第２の発光ダイオードによって放出される色と少なくとも略同一である請求項３記載の照明システム。
【請求項５】
前記発光ダイオードから放出される光線は、同じ平均的な色を有するが、異なるスペクトル波長を有する請求項３記載の照明システム。
【請求項６】
第２の発光ダイオード及び第３の発光ダイオードを更に含む請求項１記載の照明システム。
【請求項７】
前記第１の発光ダイオード、前記第２の発光ダイオード、及び前記第３の発光ダイオードのうちの２つの発光ダイオードから放出される光線は同じ平均的な色を有するが、異なるスペクトル波長を有する請求項６記載の照明システム。
【請求項８】
前記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも３つの異なる色の光線を放出する請求項７記載の照明システム。
【請求項９】
前記純粋な蛍光−発光ダイオードチップは少なくとも３つの異なる色の光線を放出する請求項６記載の照明システム。
【請求項１０】
前記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも２つの異なる色の光線を放出する請求項６記載の照明システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの第１の発光ダイオードは赤色光を放出する請求項１記載の照明システム。
【請求項１２】
前記蛍光−発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードと、前記青色光の少なくとも一部を緑色光及び赤色光のうちのいずれかに変換する少なくとも１つの蛍光体とを含む請求項１１記載の照明システム。
【請求項１３】
緑色光を放出する少なくとも１つの第２の発光ダイオードを更に含む請求項１２記載の照明システム。
【請求項１４】
赤色光を放出する第３の発光ダイオードを更に含む請求項１３記載の照明システム。
【請求項１５】
前記第１の発光ダイオードから放出される前記赤色光のスペクトル波長は、前記第３の発光ダイオードから放出される前記赤色光のスペクトル波長とは異なる請求項１４記載の照明システム。
【請求項１６】
前記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される少なくとも１つの第３の異なる色の光線を放出する請求項１４記載の照明システム。
【請求項１７】
前記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される少なくとも１つの第３の異なる色の光線を放出する請求項１５記載の照明システム。
【請求項１８】
前記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される少なくとも１つの第３の異なる色の光線を放出する請求項１１記載の照明システム。
【請求項１９】
前記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される少なくとも１つの第３の異なる色の光線を放出する請求項１２記載の照明システム。
【請求項２０】
緑色光を放出する少なくとも１つの第２の発光ダイオードを更に含む請求項１１記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色光を生成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムに係り、特に、ＬＥＤ及び蛍光ＬＥＤを含み、白色光を生成するハイブリッドＬＥＤ照明システムに関する。ハイブリッド照明システムは、白色光を生成するためにＬＥＤ又は蛍光ＬＥＤを使用する従来のＬＥＤ照明システムよりも改善された性能を示す。
【背景技術】
【０００２】
白色光を生成するための従来のＬＥＤ照明システムは典型的に、ＬＥＤ又は蛍光ＬＥＤのいずれかを含む。ＬＥＤを使用する照明システムは、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤの様々な組み合わせを組み合わせて白色光を生成する。蛍光ＬＥＤに基づく照明システムは、青色光ＬＥＤに加えて、１つ以上の様々なルミネセンス蛍光材料を使用し、放出された青色光の一部をより長い波長の光に変換することによって白色光を生成する。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＥＤを使用する照明システムは、蛍光ＬＥＤを使用する照明システムよりもパッケージレベルにおいて効率がよい。しかし、ＬＥＤに基づく照明システムでは、高品質の白色光を達成することがより困難である。これは、照明システムの全体の性能と生産量を最適化するよう製造されるＬＥＤは典型的に、フルの定格出力で動作されるときに、赤色光、緑色光、及び青色光の必要な量を与えるよう望ましくなく大きい個数のＬＥＤチップを組み合わせなければならないからである。更に、ＬＥＤチップは、適当なバランスを達成するために異なる寸法で製造されなければならず、これによりシステムの生産費用が増加されてしまう。緑色ＬＥＤチップ及び青色ＬＥＤチップは同様のＡｌＩｎＧａＮ技術によって製造されるので、これらのチップを同様の寸法及び妥当に大きく形成すると製造面及び費用面での利点がある。
【０００４】
ＬＥＤに基づく照明システムに関連する制限は他にもある。約５５０ｎｍの非常に好適な光スペクトル波長で動作する緑色ＬＥＤは、非常に効率が悪い。最も発光効率のよい緑色ＬＥＤは、約５３０ｎｍのあまり好適ではない光スペクトル波長で動作する。更に、現在利用可能である効率のよいＬＥＤは、良好な演色を達成することが困難である。良好な演色は可能であるが、ＬＥＤの特定の選択に制限をもたらす。
【０００５】
更に、白色光を生成するためにＬＥＤを合わせる（mix）ことは、材料の費用及び特に効率費用が必然的に伴う。より詳細には、多くの非常に平行化された（highlycollimated）混合スキームは２つのＬＥＤを一度に合わせるという点でバイナリーである。ＬＥＤに基づく照明システムは典型的に３つ及び４つのＬＥＤを使用するので、２つの合わせる段階を必要とする。各合わせる段階は効率費用を有し、これはシステムの性能を著しく低下させる。
【０００６】
上述したように、蛍光ＬＥＤは合わせることを必要とせず、低い材料費用を有する（蛍光ＬＥＤは本質的に混合されている）ので、ＬＥＤに基づく照明システムと比較すると蛍光ＬＥＤに基づく照明システムは、より容易に白色光を生成する。しかし、蛍光ＬＥＤに基づく照明システムは、量子欠損及び再放出効果によってパッケージレベルにおいてＬＥＤに基づく照明システムよりも約２倍効率が悪い。
【０００７】
従って、ＬＥＤに基づく照明システムの特定の面と、蛍光ＬＥＤに基づく照明システムの特定の面とを組み合わせ、いずれのシステムも超える利点を達成する照明システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
白色光を生成する照明システムは、少なくとも１つのＬＥＤと少なくとも１つのＬＥＤに隣接して配置される蛍光ＬＥＤとを含む。
【０００９】
本発明の利点、本質、及び様々な追加の特徴は、添付図面と共に以下に説明される実施例を考慮するとより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の照明システムに使用される典型的なＬＥＤを示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の照明システムに使用される典型的な蛍光ＬＥＤを示す断面図である。
【図２】本発明の照明システムの第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の照明システムの第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の照明システムの第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明の照明システムの第４の実施例を示す図である。
【図６】本発明の照明システムの第５の実施例を示す図である。
【図７】本発明の照明システムの第６の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面は本発明の概念を説明するためのものであって、基準化されているわけではないことを理解するものとする。
【００１２】
本発明のハイブリッド照明システムは一般的に、白色光を生成するために、１つ以上の特定のＬＥＤを、青色ＬＥＤ及び特定の光スペクトル波長（カラー）で放出する少なくとも１つの蛍光体から構成される蛍光ＬＥＤと選択的に組み合わせることを含む。
【００１３】
図１Ａは、本発明に使用される典型的なＬＥＤ１０を示す。ＬＥＤ１０は、標準的なＡｌＩｎＧａｎ又はＡｌＩｎＧａＰ処理方法を使用し従来通りに構成され、透明エポキシ樹脂１３によって満たされる反射性の金属ディッシュ又は反射器１２内に取り付けられるＬＥＤチップ１１を含む。
【００１４】
図１Ｂは、本発明に使用される典型的な蛍光ＬＥＤ１４を示す。蛍光ＬＥＤ１４は、構成的には図１ＡのＬＥＤと略同一であるが、反射器１６を満たすエポキシ樹脂１８は、内部で均一に混ぜ合わされた１つ以上の種類の蛍光体材料の粒子１９が含まれる。蛍光体の粒子１９は、ＬＥＤ１５チップ１５によって放出された光線の一部を異なるスペクトル波長を有する光線に変換する。
【００１５】
本発明のハイブリッドシステムの主要な利点は、ＬＥＤ及び／又は蛍光ＬＥＤの蛍光体の色及び個数を変更することによって、重要と思われる場合に異なる照明システム性能パラメータを提示し、且つ、最適化することが可能となることである。特に、本発明のシステムは、赤色光成分、緑色光成分、及び青色光成分のバランスを図ること、バランスのとれた小さい個数のＬＥＤ、改善された演色、及び、蛍光ＬＥＤを介する効率のよい混合によって、より高い利用可能なチップあたりのルーメン平均値を提示し、且つ、達成することが可能である。これは、標準的なＡｌＩｎＧａｎ又はＡｌＩｎＧａＰ処理方法で製造されるＬＥＤチップを使用する様々な適用に対し最適化される様々な種類の製品を製造することが有利に可能となる。
【００１６】
以下に示す実施例はそれぞれ、本発明のハイブリッドシステムを使用しどのように前述の性能の利点のうちの一つ以上の利点が達成されるのかを説明する。
【００１７】
図２は、本発明のハイブリッド照明システムの第１の実施例２０を示す。システム２０は、約６１０ｎｍのスペクトル波長を有する光線を放出する赤色ＬＥＤ２２と、約４５０乃至４７０ｎｍのスペクトル波長を有する光線を放出する青色ＬＥＤ及び青色光の一部（典型的には約５０％）を約５５０ｎｍのスペクトル波長を有する緑色光に変換する蛍光体材料から構成される蛍光ＬＥＤ２４とを含む。本発明のこの実施例は、適当な出力バランスを与え、従来のＬＥＤの基づく照明システムに使用されるあまり効率のよくない緑色ＬＥＤ（典型的に約５３０ｎｍのスペクトル波長を有する光線を放出する）を必要としなくなるので、従来のＬＥＤに基づく照明システムに匹敵するか又は超えるシステム全体としての効率を達成することが可能である（蛍光ＬＥＤは、５５０ｎｍの範囲により良好に到達しやすく、従って、ルーメン毎ワットにおいて利点を有するので緑色ＬＥＤチップよりも基本的により効率がよい）。
【００１８】
更に、このシステムの実施例２０の２つのＬＥＤ２２、２４は合わせることがより容易であり、且つ、効果的であり、３つ及び４つのＬＥＤを典型的に使用する従来の照明システムよりあまり複雑でないＬＥＤ駆動電子装置が必要となる。
【００１９】
より詳細には、ＬＥＤを合わせるために多くの混合スキームが存在する。略全てのこれらのスキームにおいて、混合することが少ないことが望ましい。例えばバイナリーの混合スキームでは、従来のＬＥＤに基づく照明システムに必要とされる２つの合わせる段階と比べて、本発明のシステム２０の２つのＬＥＤ２２、２４を合わせるには１つの合わせる段階のみが必要となる。従って、本発明の実施例は、従来のＬＥＤに基づく照明システムの混合損失の約半分の混合損失を被る。従って、従来のＬＥＤに基づく照明システムと比較すると、本発明の実施例では、かなり高いシステム全体としての効率が実現されることが可能である。カラーポイントは線に沿ってのみ調節することが可能であるが、蛍光ＬＥＤ２４によって与えられる５５０ｎｍの光線によって演色は適当である。従って、色温度に対する制御は設計点においてのみ可能である。しかし、このような本発明の実施例は、あまり高価でないＬＥＤ駆動電子装置が望ましく、色温度に対し完全なる融通性は余り重要でない低費用の照明システム適用において、固定された白色光を生成するために特に有用である。
【００２０】
図３は、本発明のハイブリッド照明システムの第２の実施例３０を示す。システム３０は、赤色ＬＥＤ３２（約６１０ｎｍのスペクトル波長の光線を放出する）、緑色ＬＥＤ３４（約５３０ｎｍのスペクトル波長の光線を放出する）、及び、青色ＬＥＤ（約４５０ｎｍ乃至約４７０ｎｍの間で放出する）と放出された青色光の一部（約５０％）を赤色光（約６１０ｎｍ）に変換する蛍光体材料とから構成される蛍光ＬＥＤ３６を含む。赤色光の十分でない量及び青色光の過剰な量を典型的に生成する従来のＬＥＤに基づくシステムと比較すると、本発明のシステムのこの実施例に使用される蛍光ＬＥＤ３６は、赤色光出力における不足を釣り合わせ、青色光出力を減衰し、それにより３つのＬＥＤのみで良好なカラーバランスを与える。演色及び色温度の制御は、従来のＬＥＤに基づく照明システムに匹敵する。特に、３つのＬＥＤを使用することは、駆動電流を調節することにより３つのＬＥＤの輝度を単純に上げたり下げたりすることによってバランスを変えることが可能となるよう蛍光ＬＥＤ３６の赤色含有量（content）は十分に小さいので、色温度を自由に調節することが可能である一方で最大ルーメン含有量を与えることが可能となる。
【００２１】
図４は、本発明のハイブリッド照明システムの第３の実施例４０を示す。システム４０は、２つの赤色ＬＥＤ４２、４４（約６１０ｎｍで放出する）、緑色ＬＥＤ４６（約５３０ｎｍで放出する）、及び、青色ＬＥＤ（約４５０乃至約４７０ｎｍで放出する）と青色光の一部を約５５０ｎｍのスペクトル波長を有する緑色光に変換する蛍光体材料とから構成される蛍光ＬＥＤ４８を含む。蛍光体は、約５０％の出力変換効率を有するので、蛍光ＬＥＤ４８によって十分な量の青色光及び緑色光が発生され、それにより５５０ｎｍの光線があることによって最高のバランス及び演色が設計点において与えられる。更に、５５０ｎｍの光線はより大きいルーメン含有量を形成するので、それにより本発明のシステムのこの実施例は、蛍光体の変換エネルギー損失を考慮してもより高いルーメン出力を与える。
【００２２】
図５は、本発明のハイブリッド照明システムの第４の実施例５０を示す。システム５０は、２つの赤色ＬＥＤ５２、５４、緑色ＬＥＤ５６、及び、青色光及び緑色光を放出する蛍光ＬＥＤ５８を含み、第３の実施例と略同一である。しかし、２つの赤色ＬＥＤ５２、５４は２つの僅かに異なるスペクトル波長（約６１０ｎｍ及び約５９５ｎｍ）で光線を放出する。約５９５ｎｍで放出する赤色ＬＥＤは、橙−琥珀色のような赤色を生成し、これは演色に更なる改善をもたらす。
【００２３】
図６は、本発明のハイブリッド照明システムの第５の実施例６０を示す。システム６０は、２つの赤色ＬＥＤ６２、６４、緑色ＬＥＤ５６、及び、蛍光ＬＥＤ６８を含み、第３の実施例と略同一である。しかし、蛍光ＬＥＤ６８は、青色光の一部を緑色光に変換する５５０ｎｍの光スペクトル波長で放出する第１の蛍光体材料と、第１の蛍光体材料によって変換されない残りの青色光の一部を琥珀又は黄−緑色光に変換する第２の蛍光体材料とを有する青色ＬＥＤから構成される。この実施例は演色において更なる改善を示し、従って、最大の演色を必要とする適用において有用である。
【００２４】
図７は、本発明のハイブリッド照明システムの第６の実施例７０を示す。システム７０は、第４の実施例と第５の実施例の特徴を組み合わせ、従って、第１の赤色ＬＥＤ７２（約６１０ｎｍで放出する）、第２の赤色ＬＥＤ７４（約５９５ｎｍで放出する）、緑色ＬＥＤ７６（約５３０ｎｍで放出する）、及び蛍光ＬＥＤ７８を含む。蛍光ＬＥＤは、青色ＬＥＤ（約４５０ｎｍ乃至約４７０ｎｍで放出する）と、青色光の一部を緑色光に変換し、約５５０ｎｍの光スペクトル波長で放出する第１の蛍光体材料と、第１の蛍光体材料によって変換されない残りの青色光の一部を琥珀又は黄−緑色光に変換する第２の蛍光体材料とから構成される。この実施例も、最適化された演色を必要とする適用において特に有用である。
【００２５】
本発明は、上述された実施例を参照して説明されたが、本発明の目的から逸脱することなく様々な変形及び変更が可能である。従って、そのような変形及び変更は請求項の範囲に含まれると考える。
【図１Ａ】
2011151403.tif 000003
【図１Ｂ】
2011151403.tif 000004
【図２】
2011151403.tif 000005
【図３】
2011151403.tif 000006
【図４】
2011151403.tif 000007
【図５】
2011151403.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月22日(2011.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光を放出する第１の発光ダイオードと、
少なくとも３つの異なる色の光線を放出する、前記第１の発光ダイオードに隣接して配置される蛍光−発光ダイオードと、
を含む、白色光を生成するための照明システムであって、
前記蛍光−発光ダイオードによって放出される光線の色の１つは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される、
白色光を生成するための照明システム。
【請求項２】
緑色光を放出する第２の発光ダイオードと、
赤色光を放出する第３の発光ダイオードと、
を更に有する請求項１に記載の白色光を生成するための照明システムであって、
前記蛍光−発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードと、前記青色光の少なくとも一部を緑色光及び赤色光のうちの何れかに変換する少なくとも１つの蛍光体とを含む、
白色光を生成するための照明システム。
【請求項３】
前記第１の発光ダイオードから放出される前記赤色光のスペクトル波長は、前記第３の発光ダイオードから放出される前記赤色光のスペクトル波長とは異なる請求項２記載の照明システム。
【請求項４】
前記蛍光−発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードと、前記青色光の少なくとも一部を緑色光及び赤色光のうちの何れかに変換する少なくとも１つの蛍光体とを含む、
請求項１に記載の白色光を生成するための照明システム。
【請求項５】
第１の発光ダイオードと、
少なくとも２つの異なる色の光線を放出する、前記第１の発光ダイオードに隣接して配置される蛍光−発光ダイオードと、
を含む、白色光を生成するための照明システムであって、
前記蛍光−発光ダイオードによって放出される光線の色の１つは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される、
白色光を生成するための照明システム。
【請求項６】
第１の発光ダイオードと、
第２の発光ダイオードと、
少なくとも３つの異なる色の光線を放出する蛍光−発光ダイオードであって、前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードの少なくとも何れかに隣接して配置される蛍光−発光ダイオードと、
を含む、白色光を生成するための照明システムであって、
前記蛍光−発光ダイオードによって放出される光線の色の１つは、琥珀色及び黄−緑色から構成されるグループから選択される、
白色光を生成するための照明システム。
【請求項７】
前記蛍光−発光ダイオードによって放出される光線の色の１つは、前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードの少なくとも何れかによって放出される色と少なくとも略同一である、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードから放出される光線は、同じ平均的な色を有するが異なるスペクトル波長を有する、請求項６に記載の照明システム。
【請求項９】
第３の発光ダイオードを更に有する、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記第１の発光ダイオード、前記第２の発光ダイオード及び前記第３の発光ダイオードのうちの２つの発光ダイオードから放出される光線は、同じ平均的な色を有するが異なるスペクトル波長を有する、請求項９に記載の照明システム。
【請求項１１】
緑色光を放出する第２の発光ダイオード、
を更に有する請求項１に記載の白色光を生成するための照明システムであって、
前記蛍光−発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードと、前記青色光の少なくとも一部を緑色光及び赤色光のうちの何れかに変換する少なくとも１つの蛍光体とを含む、
白色光を生成するための照明システム。
【請求項１２】
緑色光を放出する第２の発光ダイオード
を更に有する請求項１に記載の白色光を生成するための照明システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明のハイブリッド照明システムの可能な第５の実施例は、２つの赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び、蛍光ＬＥＤを含み、第３の実施例と略同一である。しかし、蛍光ＬＥＤは、青色光の一部を緑色光に変換する５５０ｎｍの光スペクトル波長で放出する第１の蛍光体材料と、第１の蛍光体材料によって変換されない残りの青色光の一部を琥珀又は黄−緑色光に変換する第２の蛍光体材料とを有する青色ＬＥＤから構成される。この実施例は演色において更なる改善を示し、従って、最大の演色を必要とする適用において有用である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明のハイブリッド照明システムの可能な第６の実施例は、第４の実施例と第５の実施例の特徴を組み合わせ、従って、第１の赤色ＬＥＤ（約６１０ｎｍで放出する）、第２の赤色ＬＥＤ（約５９５ｎｍで放出する）、緑色ＬＥＤ（約５３０ｎｍで放出する）、及び蛍光ＬＥＤを含む。蛍光ＬＥＤは、青色ＬＥＤ（約４５０ｎｍ乃至約４７０ｎｍで放出する）と、青色光の一部を緑色光に変換し、約５５０ｎｍの光スペクトル波長で放出する第１の蛍光体材料と、第１の蛍光体材料によって変換されない残りの青色光の一部を琥珀又は黄−緑色光に変換する第２の蛍光体材料とから構成される。この実施例も、最適化された演色を必要とする適用において特に有用である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の照明システムに使用される典型的なＬＥＤを示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の照明システムに使用される典型的な蛍光ＬＥＤを示す断面図である。
【図２】本発明の照明システムの第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の照明システムの第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の照明システムの第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明の照明システムの第４の実施例を示す図である。
【外国語明細書】
2011151403000001.pdf