(57)【要約】スポットライトの放出軸に対して測定される、選択された放出角で光を放出するように作動可能であるＬＥＤスポットライトは、皿形状（放物形状）のリフレクタ及び複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤは、動作において、それぞれがスポットライトの放出軸に対して概ね半径方向に光を放出するように構成されており、ＬＥＤの光放出軸は、スポットライトの放出軸に対して少なくとも４０°の角度に構成されている。好ましい実施態様において、ＬＥＤは、それらの放出軸がスポットライトの放出軸と実質的に直交するように構成されており、リフレクタは、ＬＥＤのそれぞれ一つと対応するそれぞれの放物形光反射面部分を含む。
2013533583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポットライトの放出軸に対して測定される、選択された放出角で光を放出するように作動可能なＬＥＤスポットライトであって、
皿形状のリフレクタ、及び
それぞれがそれぞれの光放出軸を有する複数のＬＥＤ
を含み、
前記ＬＥＤが、動作において、それぞれがスポットライトの前記放出軸に対して概ね半径方向に光を放出するように構成されており、各ＬＥＤの前記光放出軸が、スポットライトの前記放出軸に対して少なくとも４０°の角度で構成されているスポットライト。
【請求項２】
前記ＬＥＤが、それらの放出軸がスポットライトの前記放出軸に対して４０°〜８５°の範囲の鋭角であるように構成されている、請求項１記載のスポットライト。
【請求項３】
前記ＬＥＤが、それらの放出軸がスポットライトの前記放出軸に対して９５°〜１４０°の範囲の鈍角であるように構成されている、請求項１記載のスポットライト。
【請求項４】
前記ＬＥＤが、それらの放出軸がスポットライトの前記放出軸と実質的に直交するように構成されている、請求項１記載のスポットライト。
【請求項５】
前記ＬＥＤが、前記ＬＥＤの前記放出軸及びスポットライトの前記放出軸と相互に直交する線上に位置する少なくとも一つの直列アレイとして構成されている、請求項４記載のスポットライト。
【請求項６】
前記リフレクタが、複数の概ね放物形状の光反射面部分を含み、各光反射面部分が前記ＬＥＤのそれぞれ一つと対応している、請求項１又は５記載のスポットライト。
【請求項７】
熱伝導性基板をさらに含み、前記ＬＥＤが前記基板と熱的に連絡する状態で取り付けられている、請求項１記載のスポットライト。
【請求項８】
前記基板が実質的に平面であり、前記ＬＥＤが前記基板の両面に取り付けられている、請求項７記載のスポットライト。
【請求項９】
前記ＬＥＤが、前記ＬＥＤの前記放出軸及びスポットライトの前記放出軸と相互に直交する線上に位置する直列アレイとして構成されている、請求項８記載のスポットライト。
【請求項１０】
前記リフレクタが、複数の概ね放物形状の光反射面部分を含み、各光反射面部分が前記ＬＥＤのそれぞれ一つと対応している、請求項９記載のスポットライト。
【請求項１１】
前記基板が多角形であり、前記ＬＥＤが前記基板の面に取り付けられている、請求項８記載のスポットライト。
【請求項１２】
前記基板が、三角形、正方形、長方形、五角形及び六角形からなる群より選択される、請求項１１記載のスポットライト。
【請求項１３】
前記リフレクタが、複数の概ね放物形状の光反射面部分を含み、各光反射面部分が前記ＬＥＤのそれぞれ一つと対応している、請求項１１記載のスポットライト。
【請求項１４】
前記基板が、前記基板の少なくとも一つの角及び／又は少なくとも一つの面から半径方向に延びるリブ部分をさらに含む、請求項１０記載のスポットライト。
【請求項１５】
前記基板が、少なくとも１５０Wm-1K-1及び少なくとも２００Wm-1K-1からなる群より選択される熱伝導率を有する、請求項７記載のスポットライト。
【請求項１６】
前記基板が、金属コアプリント回路板、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅及び熱伝導性セラミック材料からなる群より選択される材料を含む、請求項７記載のスポットライト。
【請求項１７】
前記スポットライトの前記選択された放出角が２０°以下である、請求項１記載のスポットライト。
【請求項１８】
前記スポットライトの前記選択された放出角が１０°以下である、請求項１記載のスポットライト。
【請求項１９】
リフレクタ開口の上に配置される光発散性光透過性カバーをさらに含む、請求項１記載のスポットライト。
【請求項２０】
熱伝導性ボディをさらに含み、前記基板が前記ボディと熱的に連絡している、請求項７記載のスポットライト。
【請求項２１】
前記ボディの形状が、概ね円柱形、概ね円錐形及び概ね半球形からなる群より選択される、請求項２０記載のスポットライト。
【請求項２２】
前記ボディが、スポットライトを既存の照明器具に装着することができるように構成されている、請求項２０記載のスポットライト。
【請求項２３】
前記ボディが、ＭＲ１６、ＭＲ１１、ＰＡＲ２０、ＰＡＲ３０、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ５６及びＰＡＲ６４からなる群より選択される標準形状に似る形状要素を有するように構成されている、請求項２０記載のスポットライト。
【請求項２４】
前記リフレクタが、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、アクリル酸樹脂、ポリマー材料、アルミニウム、アルミニウム合金及びマグネシウム合金からなる群より選択される、請求項１記載のスポットライト。
【請求項２５】
スポットライトの放出軸に対して測定される、選択された放出角で光を放出するように作動可能であるＬＥＤスポットライトであって、
皿形状のリフレクタ、及び
それぞれがそれぞれの光放出軸を有する複数のＬＥＤ
を含み、
前記ＬＥＤが、動作において、それぞれがスポットライトの前記放出軸と実質的に直交する半径方向に光を放出するように構成されており、前記リフレクタが、複数の概ね放物形状の光反射面部分を含み、各光反射面部分が前記ＬＥＤのそれぞれ一つと対応しているスポットライト。
【請求項２６】
前記ＬＥＤが、前記ＬＥＤの前記放出軸及びスポットライトの前記放出軸と相互に直交する線上に位置する少なくとも一つの直列アレイとして構成されている、請求項２５記載のスポットライト。
【請求項２７】
実質的に平面の熱伝導性基板をさらに含み、前記ＬＥＤが前記基板と熱的に連絡する状態で前記基板の両面に取り付けられている、請求項２６記載のスポットライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、２０１０年６月１１日にYangらによって出願された「LED Spotlight」と題する米国特許仮出願第６１／３５４，０４９号及び２０１１年６月８日にYangらによって出願された「LED SPOTLIGHT」と題する米国特許出願第１３／１５６，１８３号の優先権を主張する。これらの出願は参照によって本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、ＬＥＤベースの（光放出ダイオードベースの）スポットライトに関し、特に、ただし非限定的に、２０°以下の放出角を有するスポットライトに関する。
【０００３】
２．関連技術の説明
白色光放出ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は当技術分野において公知であり、比較的最近の技術革新である。電磁スペクトルの青／紫外線（ＵＶ）部分において放出するＬＥＤが開発されてはじめて、ＬＥＤに基づく白色光源を開発することが現実的になった。たとえば米国特許第５，９９８，９２５号に教示されているように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出された放射線の一部分を吸収し、異なる色（波長）の放射線を再放出する一つ以上の蛍光体材料、すなわちフォトルミネッセンス材料を含む。一般に、ＬＥＤチップが青色光を生成し、蛍光体材料がその青色光の一定割合を吸収し、黄色光又は緑色光と赤色光、緑色光と黄色光もしくは黄色光と赤色光の組み合わせを再放出する。ＬＥＤによって生成される青色光のうち、蛍光体材料によって吸収されない部分が、蛍光体材料によって放出される光と組み合わさって、人の眼にはほとんど白色に見える光を提供する。
【０００４】
現在、従来の白熱電球、ハロゲンレフレクタランプ及び蛍光ランプに代えて高輝度白色ＬＥＤを用いることに多大な関心が寄せられている。高輝度白色ＬＥＤを利用する大部分の照明装置は、複数のＬＥＤが従来の光源部品に取って代わる構成を含み、リフレクタ及び／又はレンズのような既存の光学部品を利用する。理想的には、スポットライトは、ランプの放出角（ビーム開度）にかけて実質的に均一である照度（面に入射する単位面積あたりの光束（パワー））を生成するであろう。しかし、ランプからの光放出は、選択された放出角範囲内に制限されるため、これは、光放出のより大きな割合が軸に集められ、それにより、放出角範囲内の照度均一さをさらに低下させる結果を招いてしまう。点光源を近似するフィラメントランプとは異なり、ＬＥＤベースのランプは、多くの場合、特性において点光源とはほど遠い光を生成し、一般的な照明用途のためのＬＥＤランプの新たな光学的構造の開発が求められている。２０°以下の選択された放出角を有するＬＥＤベースのスポットライトの必要性が存在する。
【０００５】
Haitao YANGによって２０１０年３月１０日に出願された同時係属中の米国特許出願第１２／７２１，３１１号（公開番号ＵＳ２０１０／０２３７７６０）は、熱伝導性ボディ、アレイとして構成され、ボディとで熱的に連絡する状態で取り付けられた複数の光放出ダイオード（ＬＥＤ）、及びＬＥＤの面の正面に位置する光反射フードを含むＬＥＤベースのダウンライトを教示している。フードは、ＬＥＤのアレイを取り囲み、動作において、ランプによって放出される光が選択された放出角範囲に入るように構成されている少なくとも二つの切頭円錐（すなわち、底面に対して平行である面によって頂点が切断されている円錐）形の光反射面を有する。そのような構成は、４０°以上の放出角の場合には良好な均一照明を生成することができるが、より小さな放出角のスポットライト、特にコンパクトな形状要素を有するスポットライトには適さない。
【０００６】
Mass Technology社（HK）への中国特許第ＣＮ２０１３６８３４７Ｙは、それぞれの光源パネルに取り付けられた少なくとも二つのＬＥＤ光源を含み、それらのＬＥＤ光源が他方で少なくとも一つの熱伝導プレートの両面に熱的に接触する状態で取り付けられているＬＥＤリフレクタランプを教示している。下部にスロットを有するリフレクタカップが、ＬＥＤ光源パネル及び熱伝導プレートをリフレクタカップの下部に挿入して、ＬＥＤ光源がリフレクタカップの中央垂直軸と平行になることを可能にする。
【発明の概要】
【０００７】
本発明によれば、スポットライトの放出軸に対して測定される、選択された放出角で光を生成するように作動可能であるＬＥＤスポットライトは、皿形状のリフレクタ及び複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤは、動作において、それぞれがスポットライトの放出軸に対して概ね半径方向に光を放出するように構成されており、各ＬＥＤの光放出軸は、スポットライトの放出軸に対して少なくとも４０°の角度で構成されている。ＬＥＤは、それらの放出軸がスポットライトの放出軸に対して４０°〜８５°の範囲の鋭角であるように構成されることができる。あるいはまた、ＬＥＤは、それらの放出軸がスポットライトの放出軸に対して９５°〜１４０°の範囲の鈍角であるように構成されることもできる。ＬＥＤの放出軸をこのように構成することは、コンパクトな形状要素及び狭い放出角を有するスポットライトを製造することを可能にする。
【０００８】
一つの態様において、ＬＥＤは、それらの放出軸がスポットライトの放出軸と実質的に直交するように構成されている。好ましくは、ＬＥＤは、ＬＥＤの放出軸及びスポットライトの放出軸と相互に直交する線上に位置する少なくとも一つの直列アレイとして構成されている。有利には、リフレクタは、ＬＥＤと対応するそれぞれの概ね放物形状の光反射面（楕円の回転によって画定されるような楕円放物二次曲面）を含む。反射面は、連続した滑らかな面又は多角面を含むことができる。
【０００９】
好ましい態様において、スポットライトはさらに、ＬＥＤが熱的に連絡する状態で取り付けられる熱伝導性基板を含む。一つの態様において、基板は実質的に平面であり、ＬＥＤは基板の両面に取り付けられている。好ましくは、ＬＥＤは、基板の両面にそれぞれの直列アレイとして構成されており、リフレクタは、各ＬＥＤと対応するそれぞれの放物形光反射面部分を含む。たとえば、基板が平面である一つの態様においては、四つのＬＥＤが基板の両面にそれぞれの直列アレイとして構成されており、リフレクタは四つの放物形光反射四半分を含む。
【００１０】
あるいはまた、基板は多角形であり、ＬＥＤは基板のそれぞれの面に取り付けられることもできる。好ましい基板形状は、三角形、正方形、長方形、五角形及び六角形を含むことができる。ＬＥＤによって生成される熱の放散をさらに支援するために、基板はさらに、基板の一つ以上の角から半径方向に延びる、及び／又はＬＥＤとＬＥＤの間の基板の面から延びるリブ部分を含むことができる。
【００１１】
熱伝導性基板は金属コアプリント回路板（ＭＣＰＣＢ）を含むことができる。ＬＥＤによって生成される熱の放散を支援するために、基板は、できるだけ高い熱伝導率、好ましくは少なくとも１５０Wm-1K-1、有利には少なくとも２００Wm-1K-1の熱伝導率を有する。基板は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅、熱伝導性セラミック材料を含むことができる。基板は、熱伝導及び対流のプロセスによって受動的に熱を放散する熱伝導性基板だけでなく、能動的な冷却、たとえばマイクロヒートループ又は熱電冷却素子を含むこともできる。
【００１２】
一般に、スポットライトは、放出角が２０°以下、好ましくは約１０°以下になるように構成されている。
【００１３】
スポットライトはさらに、リフレクタ開口の上に配置される光発散性光透過性カバーを含むことができる。そのようなカバーは、カバーを交換することによってスポットライトの放出角を変化させることを可能にする。
【００１４】
スポットライトはさらに、熱伝導性ボディを含むことができ、基板がボディと熱的に連絡している。ボディの形状は、好ましくは概ね円柱形、概ね円錐形又は概ね半球形である。有利には、ボディは、スポットライトを既存の照明器具に直接装着することができるように構成されており、好ましくは、ＭＲ（Multifaceted Reflector）１６もしくはＭＲ１１又はＰＡＲ（Parabolic Aluminized Reflector）２０、ＰＡＲ３０、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ５６もしくはＰＡＲ６４のような標準形状に類似する形状要素を有するように構成されている。
【００１５】
リフレクタは、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、アクリル樹脂又は他のポリマー材料を含むことができ、有利には、リフレクタの反射率を最大化するために表面金属被覆を有する。あるいはまた、リフレクタは、熱伝導性材料、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金又はマグネシウム合金を含むこともできる。
【００１６】
本発明のもう一つの側面において、スポットライトの放出軸に対して測定される、選択された放出角で光を放出するように作動可能であるＬＥＤスポットライトは、皿形状のリフレクタ、及びそれぞれがそれぞれの光放出軸を有する複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤは、動作において、それぞれがスポットライトの放出軸と実質的に直交する半径方向に光を放出するように構成されており、リフレクタは、複数の概ね放物形状の光反射面部分を含み、各光反射面部分がＬＥＤのそれぞれ一つと対応している。好ましくは、ＬＥＤは、少なくとも一つの直列アレイとして構成されており、ＬＥＤの放出軸及びスポットライトの放出軸と相互に直交する線上に位置する。有利には、スポットライトはさらに、実質的に平面の熱伝導性基板を含み、ＬＥＤは、基板と熱的に連絡する状態で基板の両面に取り付けられている。
【００１７】
本発明がより良く理解されるよう、以下、添付図面を参照しながら本発明の実施態様のＬＥＤスポットライトを例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施態様のＬＥＤスポットライトの斜視図である。
【図２】図１のＬＥＤスポットライトの分解斜視図である。
【図３】図１のスポットライトの端面図である。
【図４】スポットライトリフレクタの斜視図である。
【図５】本発明のスポットライトの動作の原理を示す、図３の「Ａ−Ａ」線から見た断面図である。
【図６】多面スポットライトリフレクタの斜視図である。
【図７ａ】本発明のＬＥＤスポットライトの代替光学構造の平面図を示す。
【図７ｂ】本発明のＬＥＤスポットライトの代替光学構造の平面図を示す。
【図７ｃ】本発明のＬＥＤスポットライトの代替光学構造の平面図を示す。
【図８ａ】本発明のＬＥＤスポットライトの代替光学構造を示す断面図である。
【図８ｂ】本発明のＬＥＤスポットライトの代替光学構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
発明の詳細な説明
本発明の実施態様は、一般に概ね放物形状である皿形状のリフレクタ及びスポットライトの放出軸に対して少なくとも４０°の角度で概ね半径方向に延びるように構成された放出軸を有する複数のＬＥＤを含むＬＥＤベースのスポットライトに関する。好ましい実施態様において、ＬＥＤは、それらの放出軸がスポットライトの放出軸と実質的に直交するように構成されている。ＬＥＤの放出軸をこのように、特に、スポットライトの放出軸と実質的に直交するように構成することは、ＭＲ（Multifaceted Reflector）１６（φ２インチ又はφ５０mm）又はＭＲ１１（φ１．５インチ又はφ４０mm）のようなコンパクトな形状要素を有し、それでもなお狭い放出角θ（一般には２０°未満）を有するスポットライトの実現を可能にする。熱の放散を支援するために、ＬＥＤは、熱伝導性基板と熱的に連絡する状態で取り付けられることができる。一つの態様において、基板は実質的に平面形であり、ＬＥＤは基板の両面に取り付けられている。より多くのＬＥＤをコンパクトな形状要素を有するスポットライトに組み込むことを可能にし、それにより、より大きな放出光度を生成するために、ＬＥＤは、半径方向に延びる直列アレイとして構成されることができる。均一な光の放出を保証するために、リフレクタは、有利には、複数の概ね放物形状の光反射面部分を含み、各光反射面部分がＬＥＤのそれぞれ一つと対応している。
【００２０】
他の実施態様において、基板は、多角形、たとえば三角形、正方形もしくは長方形、五角形又は六角形であることができ、ＬＥＤは基板の各面に取り付けられることができる。
【００２１】
本特許明細書を通じて、類似したパーツを指すために類似した参照番号が使用される。  
【００２２】
以下、図１〜４を参照しながら本発明の第一の実施態様のＬＥＤベースのスポットライト１０を説明する。図１はスポットライトの斜視図であり、図２はスポットライトの分解斜視図であり、図３はスポットライトの端面図であり、図４はスポットライトリフレクタの斜視図である。スポットライト１０は、約３１００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、約２５０ルーメンの放出光度及び１０°（スポット）の公称（選択された）ビーム開度（放出角θ―中心軸１２から測定される発散の角度）を有する白色光を生成するように構成されている。スポットライトは一般に、１００cmの距離で約１４００ルクスの照度を生成し、１２V交流電源から作動可能であるＭＲ１６ハロゲンランプに対するエネルギー効率のよい代替として使用されるものである。
【００２３】
スポットライト１０は、中空の概ね円錐形の熱伝導性ボディ１４を含み、その外面は、円錐の切頭体、すなわち、底面に対して平行である面によって頂点が切断されている円錐（すなわち切頭円錐）に似ている。美的理由のため、ボディ１４の形状要素は、標準的なＭＲ１６ボディ形状に似るように構成されている。さらに、ボディ１４をその形状要素が標準形状に似るように構成することは、ランプ１０を既存の照明器具、たとえばスポットライト器具、トラック照明又は埋め込み型照明器具に直接レトロフィットさせることを可能にする。ボディ１４は、ダイカストアルミニウムから製造され、図示するように、ボディ１４の外側湾曲面の周囲に円周方向に離間している、緯線方向に延びる放熱フィン（翼板）１６を含むことができる。図示するように、フィン１６は、切頭円錐形ボディ１４の長手に沿ってらせんに延びている。ボディの前部（すなわち、円錐の底面）において、フィン１６は、円環形のリム１８とともに、フィンとフィンの間でボディの前部から後部への空気の流れ２２（図１に太い矢印によって示す）を許してスポットライトの冷却を高める、円環形のアレイとして構成された複数の空気吸込み口２０を画定している。
【００２４】
あるいはまた、ボディは、アルミニウム合金、マグネシウム合金、金属添加プラスチック材料又は熱伝導性セラミック材料、たとえばアルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）から構成されることもできる。好ましくは、ボディは熱伝導性であり、少なくとも１５０Wm-1K-1の熱伝導率を有する。
【００２５】
スポットライト１０はさらに、標準的な照明器具（図示せず）を使用してスポットライトを１２V交流電源に直接接続することを可能にするためのバイピンコネクタ口金２４ＧＵ５．３又はＧＸ５．３を含む。所期の用途に依存して、他のコネクタキャップ、たとえば１１０及び２２０V動作のためのバイピンツイストロック（バヨネット）ＧＵ１０口金又はエジソンねじ口金を使用することもできることが理解されよう。図示するように、コネクタキャップ２４は、ボディ１４の切頭された頂点に取り付けることができる。
【００２６】
スポットライトはさらに、スポットライトの選択された放出角（ビーム開度）（すなわち、θ＝１０°）を画定するように構成されている、ボディ１４の前部（すなわち円錐の底面）内に取り付けられた皿形状のリフレクタ２６を含む。リフレクタ２６の内面は、楕円の回転によって画定されるような四つの楕円放物形二次曲面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを含む。さらに説明するように、各放物面はそれぞれのＬＥＤと対応している。図示するように、リフレクタ２６は、多面リフレクタを含むことができるが、連続的な湾曲面を含むこともできる。リフレクタ２６は、好ましくはＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）又は別のポリマー材料、たとえばポリカーボネート又はアクリル樹脂から製造され、光反射面、たとえばクロム、アルミニウム又は銀の金属被覆層がその内面に被着されている。あるいはまた、リフレクタ２６は、熱の放散を支援するために、良好な熱伝導率（すなわち、一般には少なくとも１５０Wm-1K-1、好ましくは少なくとも２００Wm-1K-1）を有する材料、たとえばアルミニウム又はアルミニウム合金を含むこともできる。熱の放散をさらに支援するために、リフレクタ２６はボディ１４に熱的に結合されることができる。
【００２７】
図２によく見られるように、平面的な熱伝導性基板２８が、ボディ１４内の半径方向に延びるスロット３０中に取り付け可能である。基板２８は、好ましくは、ボディ１４と熱的に連絡する状態で取り付けられる。一つの実施態様において、基板２８は金属コアプリント回路板（ＭＣＰＣＢ）を含む。周知の通り、ＭＣＰＣＢは、金属コアベース、一般にはアルミニウム、熱伝導性／電気絶縁性誘電体層及び電気部品を所望の回路構成で電気的に接続するための銅回路層で構成された積層構造を含む。ＭＣＰＣＢ２８の金属コアベースは、熱伝導性化合物、たとえば、酸化ベリリウム又は窒化アルミニウムを含有する標準的なヒートシンク化合物を含有する接着剤を用いて、熱伝導性ボディ１４と熱的に連絡する状態で取り付けられる。代替態様において、基板は、一般には少なくとも１５０Wm-1K-1、好ましくは少なくとも２００Wm-1K-1である良好な熱伝導率を有する他の材料、たとえばアルミニウム合金、銅又は銅合金を含むこともできる。熱の放散をさらに支援するために、基板２８はさらに、さらなる冷却装置、たとえばマイクロループヒートパイプの配列又はペルチェ・ゼーベック効果に基づく熱電冷却素子を組み込むこともできる。
【００２８】
スポットライト２０はさらに、四つの１．１W  ＬＥＤ３２ａ〜３２ｄを含み、ＬＥＤ３２ａ、３２ｂ及び３２ｃ、３２ｄの各ペアが基板２８の両面に取り付けられている。ＬＥＤ３２（図示せず）を作動させるための駆動回路は、ＭＣＰＣＢに取り付けられ、ボディ１４内の、レフレクタの下方のキャビティ中に収容されることができる。各ＬＥＤ３２は、基板と良好に熱的に連絡する状態で取り付けられ、セラミックパッケージングされた１．１W窒化ガリウム系青色放出ＬＥＤチップを含むことができる。ＬＥＤチップは、４００nm〜４８０nmの範囲、一般には４５５nmのピーク波長を有する青色光を生成する。一般に白色光を生成することを求められるため、各ＬＥＤ３２はさらに、ＬＥＤチップによって放出される青色光の一定割合を吸収し、黄色光、緑色光、赤色光又はそれらの組み合わせを放出する一つ以上の蛍光体（フォトルミネッセンス）材料を含む。蛍光体材料によって吸収されない青色光が、蛍光体材料によって放出される光と組み合わさって、白色に見える放出生成光をＬＥＤ３２に与える。
【００２９】
一般には粉末形態にある蛍光体材料が透明なバインダ材料、たとえばポリマー材料（たとえば熱又はＵＶ硬化性シリコーン又はエポキシ材料）と混合され、そのポリマー／蛍光体混合物が各ＬＥＤチップの光放出面に被着される。周知の通り、ＬＥＤの放出生成光の色及び／又はＣＣＴは、蛍光体材料組成、蛍光体材料の量などによって決まる。白色光の所望の色又はＣＣＴを生成するために求められる蛍光体材料は、粉末形態の任意の蛍光体材料を含むことができ、無機又は有機蛍光体、たとえば一般組成Ａ3Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）5又はＡ2Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）4のシリケート系蛍光体を含むことができる（式中、Ｓｉはケイ素であり、Ｏは酸素であり、Ａは、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）又は硫黄（Ｓ）を含む）。一般には粉末形態にある蛍光体材料が透明なバインダ材料、たとえばポリマー材料（たとえば熱又はＵＶ硬化性シリコーン又はエポキシ材料）と混合され、そのポリマー／蛍光体混合物が均一な厚さの一つ以上の層の形態で光ガイド３２の光放出面に被着される。スポットライトの放出生成光の色及び／又はＣＣＴは、蛍光体材料組成及び蛍光体材料の量によって決まる。白色光の所望の色又はＣＣＴを生成するために求められる蛍光体材料は、粉末形態の任意の蛍光体材料を含むことができ、無機又は有機蛍光体、たとえば一般組成Ａ3Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）5又はＡ2Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）4のシリケート系蛍光体を含むことができる（式中、Ｓｉはケイ素であり、Ｏは酸素であり、Ａは、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）又は硫黄（Ｓ）を含む）。シリケート系蛍光体の例は、米国特許第７，５７５，６９７号「Europium activated silicate-based green phosphor」（Intematix社に譲渡）、米国特許第７，６０１，２７６号「Two phase silicate-based yellow phosphor」（Intematix社に譲渡）、米国特許第７，６５５，１５６号「Silicate-based orange phosphor」（Intematix社に譲渡）及び米国特許第７，３１１，８５８号「Silicate-based yellow-green phosphor」（Intematix社に譲渡）に開示されている。蛍光体はまた、米国特許第７，５４１，７２８号「Aluminate-based green phosphor」（Intematix社に譲渡）及び米国特許第７，３９０，４３７号「Aluminate-based blue phosphor」（Intematix社に譲渡）に教示されているようなアルミネート系材料、米国特許第７，６４８，６５０号「Aluminum-silicate orange-red phosphor」（Intematix社に譲渡）に教示されているようなケイ酸アルミニウム蛍光体又は２００９年１２月７日出願の同時係属中の米国特許出願第１２／６３２，５５０号（公開番号ＵＳ２０１０／０３０８７１２）に教示されているような窒化物系赤色蛍光体材料を含むこともできる。蛍光体材料は、本明細書に記載される例に限定されず、窒化物及び／又はスルフェート蛍光体材料、オキシ窒化物及びオキシスルフェート蛍光体又はガーネット材料（ＹＡＧ）をはじめとする任意の蛍光体材料を含むことができることが理解されよう。
【００３０】
本発明によれば、各ＬＥＤ３２は、その放出軸３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄがスポットライトの放出軸１２と実質的に直交するように構成されている。図３に示すように、ＬＥＤ３２ａ、３２ｂ及び３２ｃ、３６dの各ペアは、各ＬＥＤがスポットライトの放出軸１２から同じ距離ｄに位置する状態で、直列アレイとして構成されている。ＬＥＤは、直列アレイとして構成され、ＬＥＤの放出軸３４及びスポットライトの放出軸１２と相互に直交する線４０上に位置するということが理解されよう。ＬＥＤの放出軸は半径方向に離間しているので、リフレクタ２６は、四半分として構成されている四つの楕円放物形二次光反射面部分２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを含む。各放物面は、対応するＬＥＤの中心にある。リフレクタ２６をこのように構成することにより、スポットライト１０は実質的に円形の光の放出を生成する。
【００３１】
図２及び４に示すように、リフレクタ２６はさらに、半径方向に延びるスルースロット３６をそのベースに含み、それにより、リフレクタ２６を基板２８の上からボディ１４に挿入することを可能にする。リフレクタ２６はさらに、スロット３６から延びるそれぞれのスルーアパーチャ３８を含むことができ、ＬＥＤ３２が定位置に取り付けられた基板２８の上からリフレクタ２６を挿入することを可能にする。
【００３２】
場合によっては、図２に示すように、スポットライトはさらに、リフレクタ２６の前面開口に取り付けられる光透過性前面カバー（窓）４２を含むことができる。理解しやすくするために、カバー４２は図１には示されていない。一般に、カバー４２は、光透過性の（透明な）窓、たとえばポリカーボネートもしくはアクリル樹脂のようなポリマー材料又はガラスを含む。また、カバー４２はフレネルレンズのようなレンズを含み、それにより、カバーを交換することによってスポットライトの放出角を変化させることを可能にすることが想定される。一般に、カバー４２は、光発散レンズを含むが、発散レンズを含んでもよい。
【００３３】
図５は、本発明のスポットライト１０の動作の原理を示す、図３の「Ａ−Ａ」線から見た断面図である。理解しやすくするため、ＬＥＤ３２は、図５には点光源として示されているが、実際には、各ＬＥＤが光放出素子の一次元又は二次元配列を含んでもよいということが理解されよう。そのうえ、図５には、紙面内に位置する光線しか示されていない。図から見てとれるように、各ＬＥＤ３２は、その放出軸３４がスポットライトの放出軸１２と直交するように構成されている。動作において、ＬＥＤ３２は、スポットライトの放出軸１２に対して概ね半径方向に光４４を放出し、この光が、その後、リフレクタ２６の対応する内側放物形光反射面によって反射されて、スポットライトからの光放出が放出角θ（たとえば１０°）に実質的に制限される。リフレクタ２６は、選択された放出角θの範囲内で半値全幅（ＦＷＨＭ）放出が起こるように構成されることができる。ＬＥＤが概ね半径方向に光を放出するようにＬＥＤ３２の放出軸３４をスポットライトの放出軸１２と実質的に直交するように構成することは、コンパクトな形状要素及び狭い放出角を有するスポットライトの製造を可能にする。そのうえ、各ＬＥＤが対応する放物形光反射面を有するようにリフレクタ２６を構成することは、スポットライトが実質的に円形の放出生成光を生成することを保証する。
【００３４】
図６は、本発明のスポットライトのための代替多面リフレクタ２６の斜視図である。リフレクタ２６は、図４のリフレクタと同じ形状を有するが、その光反射放物面は、平面を接続することによって画定されている。
【００３５】
本発明は、ＭＲ１６及びＭＲ１１のような小さな形状要素を有するＬＥＤスポットライトに関して生まれたものであるが、本発明は、ＰＡＲ（Parabolic Aluminized Reflector）ランプ、たとえばＰＡＲ２０（φ２．５インチ又はφ６．５cm）、ＰＡＲ３０（φ３．７５インチ又はφ９．５cm）、ＰＡＲ３８（φ４．７５インチ又はφ１２．２cm）、ＰＡＲ５６（φ７インチ又はφ１７．５cm）及びＰＡＲ６４（φ８インチ又はφ２０cm）ランプを含む他のランプにも適用されることが想定される。
【００３６】
図７ａ〜７ｃは、より大きな形状要素のスポットライトに適した本発明のＬＥＤスポットライトの代替光学構造の端面図を示す。このようなスポットライトにおいて、基板２８は多角形であり、一つ以上のＬＥＤが基板の各面に取り付けられている。たとえば、図７ａにおいて、基板２８は、軸１２方向には三角形であり、それぞれのＬＥＤ３２ａ、３２ｂ、３２ｃが基板２８の各面に取り付けられている。本発明によれば、各ＬＥＤ３２は、その放出軸３４ａ、３４ｂ、３４ｃが半径方向に延び、スポットライトの放出軸１２と実質的に直交するように構成されている。リフレクタ２６は三つのセクタを含み、各セクタが、放物形光反射面部分２６ａ、２６ｂ、２６ｃを含み、各面部分がＬＥＤのそれぞれ一つと対応している。ＬＥＤによって生成される熱の放散を支援するために、基板２８はさらに、基板の各角から半径方向に延びるそれぞれのリブ部分を含むことができる。リブ部分のこのような構成は基板の熱質量を増し、それは、比較的高出力のスポットライトにとって特に重要である。
【００３７】
図７ｂは、基板２８が軸方向に正方形であり、それぞれのＬＥＤ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが基板２８の各面に取り付けられているスポットライトを示す。本発明によれば、各ＬＥＤは、その放出軸３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが半径方向に延び、スポットライトの放出軸１２と実質的に直交するように構成されている。このような構成において、リフレクタ２６は四つの四半分放物形光反射面部分２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを含み、各面部分がＬＥＤのそれぞれ一つと対応している。図示するように、熱の放散を支援するために、基板２８はさらに、基板の各角から半径方向に延びるそれぞれのリブ部分４６を含むことができる。
【００３８】
図７ｃにおいて、基板２８は、軸方向には長方形であり、八つのＬＥＤ３２ａ〜３２ｈが基板２８の面に取り付けられている。図示するように、一つのＬＥＤ３２ａ、３２ｂが短い方の端面それぞれに取り付けられ、三つのＬＥＤ３２ｂ〜３２ｄ及び３２ｆ〜３２ｈの直列アレイが長い方の側面に取り付けられている。各ＬＥＤは、その放出軸３４ａ〜３４ｈが概ね半径方向に延び、スポットライトの放出軸１２と実質的に直交するように構成されている。このような構成において、リフレクタ２６は、放物形光反射面部分２６ａ〜２６ｈを含む八つのセクタを含み、各面部分がそれぞれのＬＥＤと対応している。熱の放散を支援するために、基板２８はさらに、基板の各角から半径方向に延びるそれぞれのリブ部分４６を含むことができる。さらに、図７ｃには示さないが、基板２８はさらに、ＬＥＤのペアの間の基板の面から半径方向に延びるそれぞれのリブ部分を含むことができる。
【００３９】
本発明のスポットライトは、記載される具体的な実施態様に限定されず、本発明の範囲内に入る変形を加えることができる。たとえば、図８ａ及び８ｂに示すように、ＬＥＤ３２は、それらの放出軸３４がスポットライトの放出軸１２に対して概ね半径方向に放出軸１２に対して９０°以外の角度で延びるように構成されることができる。図８aにおいて、ＬＥＤ３２は、それらの放出軸３４が概ね半径方向にスポットライトの放出軸１２に対して鋭角φで延びるように構成されている。一般に、φは４０°〜８５°の範囲であることができる。
【００４０】
図８ｂにおいて、ＬＥＤ３２は、それらの放出軸３４が概ね半径方向にスポットライトの放出軸１２に対して鈍角φで延びるように構成されている。一般に、φは９５°〜１４０°の範囲であることができる。
【００４１】
ボディ１４は、標準的な形状だけでなく、非標準的な形状要素を有し、ランプを標準的な照明器具にレトロフィットさせることができるように構成されることもできる。そのような形状の例は、たとえば、所期の用途に依存して、概ね円柱形又は概ね半球形であるボディを含むことができる。
【００４２】
そのうえ、本発明の概念は、他の放出角、たとえば狭いスポット（θ＝８°）からワイドな投光（θ＝６０°）に及ぶ放出角を有するランプに適用することもできる。一般に、ダウンライト照明及び一般的な照明用途の場合、放出角θは３０°、４５°又は６０°程度である。
【００４３】
本発明のスポットライトは、青色又はＵＶ光を放出する他のＬＥＤチップ、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のＬＥＤチップを含むこともできることが理解されよう。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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