(57)【要約】本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤに隣接して、かつ前記ＬＥＤから物理的に離間して設置される光変換サブアセンブリとを含む。光変換サブアセンブリは、少なくとも、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなりかつ波長変換材料を含む部分を有する。前記ＰＴＦＥ材料は光変換サブアセンブリに用いることができる他の材料よりも反射率が低いにも関わらず、前記ＰＴＦＥ材料が波長変換材料を含む場合、予期せぬことに、他の反射率がより高い材料と比較して発光出力が増加する。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤベース照明モジュールであって、
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が取り付けられる第１の面を有する光源サブアセンブリと、
前記第１の面に隣接して設置され、かつ前記光源サブアセンブリから放射された光を混合して色変換するように構成された光変換サブアセンブリとを含んでおり、
前記光変換サブアセンブリが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなる第１の部分を有し、
前記第１の部分の内側面が、前記複数のＬＥＤから物理的に離間して配された第１の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
前記光変換サブアセンブリが出力窓を有し、
前記出力窓の一部が、第２の種類の波長変換材料で被覆されたことを特徴とする照明モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
前記光変換サブアセンブリが、前記第１の面上に配置され、かつＰＴＦＥ材料を含む底部リフレクタ挿入体をさらに有することを特徴とする照明モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
前記光変換サブアセンブリが、ＰＴＦＥ材料を含む側壁挿入体をさらに有することを特徴とする照明モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
前記第１の部分に隣接して配置された反射性裏側層をさらに有することを特徴とする照明モジュール。
【請求項６】
請求項２に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
前記第１の部分及び前記出力窓が、それらの色変換特性に応じて選択される交換可能な挿入体であることを特徴とする照明モジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
光源サブアセンブリに結合されるヒートシンク及び、光変換サブアセンブリに結合されるリフレクタをさらに有することを特徴とする照明モジュール。
【請求項８】
請求項１に記載のＬＥＤベース照明モジュールであって、
前記複数のＬＥＤが前記第１の面に六角形配列で設置されており、或るＬＥＤを取り囲む各ＬＥＤは前記或るＬＥＤから互いに等距離に配置されていることを特徴とする照明モジュール。
【請求項９】
照明装置であって、
実装基板に実装された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤから放射された光を出力ポートへ導くように構成された主要光混合キャビティとを含んでおり、
前記主要光混合キャビティが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなる第１の部分を有し、
前記第１の部分の内側面が、第１の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記出力ポートが出力窓であり、
前記出力窓の一部が、第２の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記主要光混合キャビティが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなる第２の部分を有し、
前記第２の部分の内側面が、第２の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記第１の部分に隣接して配置された非金属反射層をさらに有することを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記主要光混合キャビティが、ＰＴＦＥ材料を含む側壁挿入体及び、ＰＴＦＥ材料を含む底壁リフレクタとを有することを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記複数のＬＥＤが前記第１の面に六角形配列で設置されており、或るＬＥＤを取り囲む各ＬＥＤは前記或るＬＥＤから互いに等距離に配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の照明装置であって、
前記出力窓が、第３の種類の波長変換材料で被覆された第２の部分をさらに有することを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載の照明装置であって、
前記第２の種類の波長変換材料に光散乱粒子を混合したことを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載の照明装置であって、
前記第２の種類の波長変換材料により前記出力窓の第１の層を構成し、かつ
前記出力窓が、第３の種類の波長変換材料からなる第２の層をさらに有することを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の照明装置であって、
前記第２の種類の波長変換材料により前記出力窓の第１の層を構成し、かつ
前記出力窓が、光散乱粒子からなる第２の層をさらに有することを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
第１の波長を有する光を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料及び第１の種類の波長変換材料を含む領域を有する光変換キャビティ内に放射するステップと、
前記第１の波長を有する光の一部を、前記第１の種類の波長変換材料によって、第２の波長を有する光に変換するステップと、
前記第１の波長を有する光の残りの部分を、前記ＰＴＦＥ材料によって反射するステップと、
前記第１の波長を有する光及び前記第２の波長を有する光を、前記光変換キャビティから放射するステップとを含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記第１の波長を有する光の第２の部分を、第２の種類の波長変換材料によって、第３の波長を有する光に変換するステップをさらに含み、
前記第３の波長を有する光を、前記第１の波長を有する光及び前記第２の波長を有する光と共に、光混合キャビティから放射するようにしたことを特徴とする方法。
【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９月７日に出願された米国特許仮出願第61/380,672号及び２０１１年８月３１日に出願された米国特許出願第13/223,223号の優先権を主張するものであり、両出願はその全体が参照により本明細書に援用されるものとする。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
照明装置によって生成される光の出力レベルまたは光束の限界に起因して、一般照明における発光ダイオードの使用は依然として制約がある。また、ＬＥＤを使用する照明装置は一般的に、色点の不安定さによって特徴付けられる色品質の悪さに悩まされている。色点の不安定さは、部品によってばらつきがあるだけでなく、経時的に変化する。色品質の悪さは、出力がほとんどないバンドを有するＬＥＤ光源によって生成されたスペクトルに起因する演色性の悪さによっても特徴付けられる。さらに、ＬＥＤを使用する照明装置は、一般的に、空間的及び／または角度的な色ムラを有する。加えて、ＬＥＤを使用する照明装置は高価である。その理由は、とりわけ、光源の色点を維持するために必要とされる色制御電子装置及び／またはセンサが必要であることや、製造されたＬＥＤから用途のための色及び／または光束の要件を満たすものだけを選んで使用するためである。
【０００４】
したがって、発光ダイオードを光源として使用する照明装置の改良が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤに隣接して、かつ前記ＬＥＤから物理的に離間して設置される光変換サブアセンブリとを含む。光変換サブアセンブリは、少なくとも、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなりかつ波長変換材料を含む部分を有する。前記ＰＴＦＥ材料は光変換サブアセンブリに用いることができる他の材料よりも反射率が低いにも関わらず、前記ＰＴＦＥ材料が波長変換材料を含む場合、予期せぬことに、他の反射率がより高い材料と比較して発光出力が増加する。
【０００６】
一実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュールであって、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が取り付けられる第１の面を有する光源サブアセンブリと、前記第１の面に隣接して設置され、かつ前記光源サブアセンブリから放射された光を混合して色変換するように構成された光変換サブアセンブリとを含んでおり、前記光変換サブアセンブリが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなる第１の部分を有し、前記第１の部分の内側面が、前記複数のＬＥＤから物理的に離間して配された第１の種類の波長変換材料を含む照明モジュールを提供する。
【０００７】
別の実施形態では、照明装置であって、実装基板に実装された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記複数のＬＥＤから放射された光を出力ポートへ導くように構成された主要光混合キャビティとを含んでおり、前記主要光混合キャビティが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなる第１の部分を有し、前記第１の部分の内側面が、第１の種類の波長変換材料を含む照明装置を提供する。
【０００８】
さらなる詳細及び実施形態及び技術は、以下の詳細な説明で説明する。この要約は、本発明を規定するものではない。本発明は、特許請求の範囲により規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】照明モジュール、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照明装置を示す図である。
【図２】照明モジュール、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照明装置を示す図である。
【図３】図１に示したＬＥＤベース照明モジュールの構成要素を示す分解図である。
【図４Ａ】図１に示したＬＥＤベース照明モジュールの斜視断面図である。
【図４Ｂ】図１に示したＬＥＤベース照明モジュールの断面図である。
【図５】図２に示した照明装置の破断図である。
【図６】それに実装されたＬＥＤへの電気的接続を提供する実装基板と、ＬＥＤ照明モジュールのための熱拡散層とを示す図である。
【図７Ａ】実装基板の上面に設置された底部リフレクタ挿入体を示す図である。
【図７Ｂ】実装基板の一部と、底部リフレクタ挿入体と、サブマウントを有するＬＥＤとを示す断面図である。底部リフレクタ挿入体の厚さは、ＬＥＤのサブマウントの厚さとほぼ同じである。
【図７Ｃ】実装基板の一部と、底部リフレクタ挿入体と、サブマウントを有するＬＥＤとを示す別の断面図である。底部リフレクタ挿入体の厚さは、ＬＥＤのサブマウントの厚さよりも大幅に大きい。
【図７Ｄ】実装基板の一部と、底部リフレクタ挿入体と、サブマウントを有するＬＥＤとを示す別の断面図である。底部リフレクタ挿入体は、非金属層と、薄い金属の反射性裏側層とを有する。
【図７Ｅ】実装基板及び、ＬＥＤ間に位置する隆起部分を有する底部リフレクタ挿入体の別の実施形態を示す斜視図である。
【図７Ｆ】底部リフレクタ挿入体の別の実施形態を示す図であり、各ＬＥＤは、別体をなす各光学ウエルによって取り囲まれている。
【図８Ａ】本発明の照明装置に使用される側壁挿入体の一実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の照明装置に使用される側壁挿入体の別の実施形態を示す斜視図である。長方形のキャビティの長さ方向に沿って波長変換材料がパターン形成されている。波長変換材料は、キャビティの幅方向にはパターン形成されていない。
【図８Ｃ】図８Ｂの側壁挿入体の側面図である。
【図９Ａ】本発明の照明装置に使用される出力窓の側面図である。この出力窓は、内側面に１つの層を有する。
【図９Ｂ】本発明の照明装置に使用される出力窓の別の実施形態を示す側面図である。この出力窓は２つの層を有しており、一方の層は出力窓の内側面に形成され、他方の層は出力窓の外側面に形成される。
【図９Ｃ】本発明の照明装置に使用される出力窓の別の実施形態を示す側面図である。この出力窓は２つの層を有しており、両方の層は出力窓の内側面に形成されている。
【図１０】照明モジュールにおいて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料を波長変換材料と共に用いるプロセスを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の背景の例及びいくつかの実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１及び図２は、２つの例示的な照明装置を示す。図１に示す照明装置は、矩形の構成要素を有する照明モジュール１００を含む。図２に示す照明装置は、円形の構成要素を有する照明モジュール１００を含む。これらの例は、説明目的のためのものである。一般的な多角形または楕円形の照明モジュールの例も考えられ得る。照明装置１５０は、照明モジュール１００と、リフレクタ１４０と、固定部材（light fixture）１３０とを含む。図示のように、固定部材１３０はヒートシンクであるため、ヒートシンク１３０と呼ばれることもある。また、固定部材１３０は、他の構造要素や装飾的要素（図示せず）を含み得る。リフレクタ（光反射器）１４０は、照明モジュール１００から放射された光を平行にしたり偏向させたりするために照明モジュール１００に取り付けられる。リフレクタ１４０は、アルミニウムや銅などの伝熱性材料から作製され、照明モジュール１００に熱的に接続される。熱は、照明モジュール１００及び伝熱性リフレクタ１４０を介した熱伝達によって流れる。熱はまた、リフレクタ１４０上での熱対流によって流れる。リフレクタ１４０は、高反射性材料から作製されたかまたは高反射性材料で被覆された複合放物面集光器であり得る。ディフューザやリフレクタ１４０などの光学要素は、例えばねじ、クランプ、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、照明モジュール１００に着脱自在に結合される。
【００１２】
図１及び図２に示すように、照明モジュール１００は、ヒートシンク１３０に取り付けられる。ヒートシンク１３０は、アルミニウムや銅などの伝熱性材料から作製され、照明モジュール１００に熱的に接続される。熱は、照明モジュール１００及び熱伝導性ヒートシンク１３０を介した熱伝達により流れる。熱はまた、ヒートシンク１３０上での熱対流によって流れる。照明モジュール１００をヒートシンク１３０に固定するために、照明モジュール１００はヒートシンク１３０にねじによって結合される。照明モジュール１００の取り外し及び再取り付けを容易にするために、照明モジュール１００は、例えばクランプ機構、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、ヒートシンク１３０に着脱自在に結合される。照明モジュール１００は、例えば直接的にあるいはサーマルグリース、サーマルテープ、サーマルパッドまたはサーマルエポキシを用いてヒートシンク１３０に熱的に接続される少なくとも１つの熱伝達面を有する。ＬＥＤを十分に冷却するためには、実装基板上のＬＥＤに供給される電気エネルギー１ワットあたり、少なくとも５０平方ミリメートル、好ましくは１００平方ミリメートルの面積を有する熱接触領域を用いるべきである。例えば、２０個のＬＥＤを使用する場合、１０００ないし２０００平方ミリメートルの面積を有するヒートシンク接触領域を用いるべきである。より大きいヒートシンク１３０を用いると、ＬＥＤ１０２をより高い出力で駆動させることが可能になり、また、様々なヒートシンク設計が可能になる。例えば、いくつかの設計は、ヒートシンクの配向に対する依存性が低い冷却能力を示し得る。加えて、照明モジュールから熱を除去するために、ファンまたは強制的に冷却するための他の手段が用いられ得る。底部ヒートシンクは、照明モジュール１００への電気的接続を可能にするための開口部を有し得る。
【００１３】
図３は、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の構成要素を示す分解図である。本明細書で定義するように、ＬＥＤベース照明モジュールは、単なるＬＥＤではなく、ＬＥＤを光源として用いる照明装置または照明設備、あるいはそれらの構成部品であることを理解されたい。ＬＥＤベース照明モジュール１００は、１若しくは複数のＬＥＤダイまたはパッケージ化されたＬＥＤと、それらが実装される実装基板とを含む。ＬＥＤベース照明モジュール１００は、実装基板１０４上に実装された１若しくは複数の固体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２を含む。実装基板１０４は、取付台１０１に取り付けられ、実装基板保持リング１０３によって所定の位置に固定される。ＬＥＤ１０２を実装した実装基板１０４と実装基板保持リング１０３とを組み合わせることにより、光源サブアセンブリ１１５が構成される。光源サブアセンブリ１１５は、ＬＥＤ１０２を使用して、電気エネルギーを光に変換することができる。光源サブアセンブリ１１５から放射された光は、色混合または色変換のために光変換サブアセンブリ１１６へ導かれる。光変換サブアセンブリ１１６は、キャビティ本体部１０５と出力ポートとを含む。出力ポートは、これに限定するものではないが、出力窓１０８として図示されている。光変換サブアセンブリ１１６は、任意選択で、底部リフレクタ挿入体１０６及び側壁挿入体１０７の一方または両方を含む。出力窓１０８は、キャビティ本体部１０５の頂部に固定される。
【００１４】
キャビティ本体部１０５の内部側壁または側壁挿入体１０７（任意選択でキャビティ本体部１０５内に配置された場合）は、光源サブアセンブリ１１５上に設置されたときに、ＬＥＤ１０２から入射した光並びに任意の波長変換光を前記出力ポート（例えば出力窓１０８）から出るまでキャビティ１０９内で反射する。底部リフレクタ挿入体１０６は、任意選択で、実装基板１０４上に配置され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、該挿入体によって各ＬＥＤ１０２の光放射部分が遮られないように、複数の孔を有する。キャビティ本体部１０５を光源サブアセンブリ１１５上に設置したときに、ＬＥＤ１０２から入射した光を側壁挿入体１０７の内側面によって出力窓１０８へ導くことができるように、側壁挿入体１０７は、任意選択で、キャビティ本体部１０５の内側に配置され得る。図示のように、キャビティ本体部１０５の内部側壁は、照明モジュール１００の上側から見ると矩形形状であるが、他の形状も考えられる（例えば、クローバ形状や多角形など）。加えて、キャビティ本体部１０５の内部側壁は、図示のように出力窓１０８に対して垂直に配向させるのではなく、実装基板１０４から出力窓１０８へ外向きにテーパさせてもよい。
【００１５】
図４Ａ及び４Ｂは、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の断面斜視図である。この実施形態では、側壁挿入体１０７と、出力窓１０８と、実装基板１０４上に配置された底部リフレクタ挿入体１０６とにより、ＬＥＤ１０２から入射した光の一部を反射して出力窓１０８へ導くための光混合キャビティ１０９（図４Ａに示す）が、ＬＥＤベース照明モジュール１００内に画定される。出力窓１０８から出る前に光をキャビティ１０９内で反射させることにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光が混合され、光の分布がより均一になるという効果が得られる。
【００１６】
いくつかの例では、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７、及びキャビティ本体部１０５はどれも、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料を含み得る。一例では、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７、及びキャビティ本体部１０５はどれも、ＰＴＦＥ材料から作製され得る。別の例では、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７、及びキャビティ本体部１０５はどれも、研磨された金属層などの反射層によって裏当て（裏側から支持）されたＰＴＦＥ層を含み得る。ＰＴＦＥ材料は、焼結されたＰＴＦＥ粒子から作製され得る。ＰＴＦＥ材料は、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７またはキャビティ本体部１０５に用いられる他の材料、例えばアラノッド社（Alanod）製のMiro（登録商標）よりも反射率が低い。一例として、Miro（登録商標）から作製され、かつ被覆されていないすなわち蛍光体コーティングを有していない側壁挿入体１０７を備えて構成された照明モジュール１００の青色光出力を、ベルクホフ社（Berghof；ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製され、かつ被覆されていないＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を備えて構成された同じ照明モジュールと比較した。ＰＴＦＥ側壁挿入体を使用することにより、照明モジュール１００からの青色光出力は７％減少した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（W.L.Gore；米国）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用することにより、被覆されていないMiro（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの青色光出力は５％減少した。照明モジュール１００からの光抽出はキャビティ１０９の内部の反射率に直接関係する。そのため、他の利用可能な材料と比べて反射率が低いＰＴＦＥ材料は、キャビティ１０９内での使用には敬遠されるはずである。それにも関わらず、本願発明者は、ＰＴＦＥ材料に蛍光体を被覆した場合、予期せぬことに、同様の蛍光体コーティングを有する他の反射率がより高い材料（例えばMiro（登録商標））と比較して、発光出力を増加させることを見出した。別の例として、Miro（登録商標）から作製され、かつ蛍光体で被覆された側壁挿入体１０７を備えて構成された、４０００ケルビンの相関色温度（ＣＣＴ）を目標とする照明モジュール１００の白色光出力を、ベルクホフ社（ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製され、かつ蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を備えて構成された同様の照明モジュールと比較した。ＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は７％増加した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は１４％増加した。別の例として、Miro（登録商標）から作製され、かつ蛍光体で被覆された側壁挿入体１０７を備えて構成された、３０００ケルビンの相関色温度（ＣＣＴ）を目標とする照明モジュール１００の白色光出力を、ベルクホフ社（ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製され、かつ蛍���体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を備えて構成された同様の照明モジュールと比較した。蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は１０％増加した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は１２％増加した。このように、反射率が低いにもかかわらず、光混合キャビティ１０９の蛍光体被覆部分をＰＴＦＥ材料から構成することが望ましいことが見出された。さらに、本願発明者は、蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ材料が、例えば光混合キャビティ１０９内でＬＥＤからの熱に曝された場合、同様の蛍光体コーティングを有する他の反射率がより高い材料（例えばMiro（登録商標））よりも耐久性が高いことを見出した。
【００１７】
一実施形態では、側壁挿入体１０７は蛍光体材料で被覆される。この例では、アラノッド社（ドイツ）製のMiro（登録商標）から作製され、かつ蛍光体で被覆された反射性側壁挿入体１０７を、ベルクホフ社（ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製され、かつ蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ製の側壁挿入体１０７に置き換えることにより、照明モジュール１００からの光出力の７〜１５％の増加を得ることができる。このことは直感に反したものである。焼結ＰＴＦＥ材料は、アラノッド社の材料（Miro）よりも反射率が低いからである。この場合、鏡面反射性（Miro）側壁挿入体１０７の反射率は約９８％であるが、厚さ１ミリメートルの焼結ＰＴＦＥ側壁挿入体１０７の反射率は約８０％である。ＰＴＦＥ材料はより低い反射率を示すが、本願発明者は、光混合キャビティ内を蛍光体材料で被覆した場合に、光混合キャビティの色変換効率及び光出力が予期せぬことに増加することを見出した。
【００１８】
キャビティ１０９の一部、例えば、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７、キャビティ本体部１０５などを波長変換材料で被覆してもよい。図４Ｂは、側壁挿入体１０７の一部を、波長変換材料で被覆した様子を示す。さらに、出力窓１０８の一部を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。加えて、底部リフレクタ挿入体１０６の一部を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。これらの波長変換材料の光変換特性は、キャビティ１０９内での光混合と協働して、色変換された光を出力窓１０８から出力することができる。波長変換材料の化学的性質、あるいは、キャビティ１０９の内側面に形成されるコーティングの幾何学的性質を調節することにより、出力窓１０８から出力される光の特定の色特性、例えば色点、色温度及び演色評価指数（ＣＲＩ）を指定することができる。底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び／または側壁挿入体１０７は、ＰＴＦＥ材料から作製するか、またはそれらの光混合キャビティ１０９に向いた内側面がＰＴＦＥ材料を含むようにすることができる。一例では、ＰＴＦＥ材料から作製した底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び／または側壁挿入体１０７の内側面を、波長変換材料で被覆してもよい。別の例では、波長変換材料を、ＰＴＦＥ材料に混合させてもよい。本明細書では、波長変換材料は、所定の色変換機能（例えば、或るピーク波長を有する光を吸収して他のピーク波長を有する光を放出する）を果たす任意の単一の化学化合物または互いに異なる複数の化学化合物の組み合わせである。
【００１９】
ＬＥＤ１０２から非固体物質中へ光が放射されることになるように、キャビティ１０９に非固体物質、例えば空気や不活性ガスなどが充填される。例えば、キャビティは密閉され、キャビティにアルゴンガスが充填される。アルゴンガスの代わりに窒素を用いてもよい。別の実施形態では、キャビティ１０９に固体封止材料が充填される。例えば、キャビティにシリコーンが充填される。
【００２０】
複数のＬＥＤ１０２は、直接的な放射または蛍光体変換（例えば、ＬＥＤパッケージの一部としてのＬＥＤに蛍光体層が適用された場合）によって、互いに異なる色または同一の色の光を放射することができる。したがって、照明モジュール１００は、例えば赤色、緑色、青色、アンバー（琥珀色）、シアン（青緑色）などの有色ＬＥＤ１０２の任意の組み合わせを用いることができる。あるいは、複数のＬＥＤ１０２の全てが、同一色の光を生成するか、または白色の光を生成するようにしてもよい。例えば、複数のＬＥＤ１０２の全てが、青色光またはＵＶ光を放射するようにしてもよい。出力窓１０８の内側面若しくは外側面、キャビティ本体部１０５の内部側壁、またはキャビティ内に配置される他の構成部品（図示せず）に適用される蛍光体（または、他の波長変換手段）と組み合わせて使用すると、照明モジュール１００の出力光が所望の色を有するようにすることができる。蛍光体は、下記の化学式で表される物質群から選択され得る。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅまたは単にＹＡＧとも呼ばれる）、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｃａ３（Ｓｃ，Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ。照明装置の色点の調節は、１若しくは複数の波長変換材料で被覆されたかまたは該波長変換材料を含浸させた側壁挿入体１０７及び／または出力窓１０８を交換することによって実現することができる。波長変換材料は、その性能、例えば色変換特性に基づいて選択される。
【００２１】
一実施形態では、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕまたは（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの赤色蛍光体によって、側壁挿入体１０７及び、キャビティ１０９の底部に配置された底部リフレクタ挿入体１０６の一部を被覆し、ＹＡＧ蛍光体によって出力窓１０８の一部を被覆する。前記キャビティを画定する側壁の形状及び高さを選択するか、前記キャビティ内における前記蛍光体で被覆される部分を選択するか、あるいは、出力窓に形成する蛍光体層の厚さを最適化することによって、本モジュールから放射される光の色点を所望通りに調節することができる。
【００２２】
一例では、単一種類の波長変換材料が、図４Ｂに示す側壁挿入体１０７などの側壁にパターン形成され得る。例えば、赤色蛍光体が側壁挿入体１０７における互いに異なる領域に或るパターンで適用され、黄色蛍光体が出力窓１０８（図７Ａ）を被覆し得る。前記蛍光体の被覆領域及び／または濃度を変更することにより、様々な色温度を生成することができる。ＬＥＤ１０２により生成された青色光を変更する場合、所望の色温度を生成するためには、赤色蛍光体の被覆領域及び／または赤色蛍光体及び黄色蛍光体の濃度を変更する必要があることを理解されたい。部品を組み立てる前にＬＥＤ１０２、側壁挿入体１０７に適用される赤色蛍光体、及び出力窓１０８に適用される黄色蛍光体の色性能を測定しておき、組み立てられた部品が所望の色温度を生成するように、それらの性能に基づいて選択する。一例では、赤色蛍光体の厚さは、例えば６０μｍないし１００μｍ、より具体的には８０μｍないし９０μｍであり得、黄色蛍光体の厚さは、例えば１００μｍないし１４０μｍ、より具体的には１１０μｍないし１２０μｍであり得る。赤色蛍光体は、１〜３体積％の濃度でバインダと混合され得る。黄色蛍光体は、１２〜１７体積％の濃度でバインダと混合され得る。
【００２３】
図５は、図２に示した照明装置１５０の破断図である。リフレクタ１４０は、照明モジュール１００に着脱自在に結合される。リフレクタ１４０は、照明モジュール１００にツイストロック機構によって結合される。リフレクタ１４０は、該リフレクタをリフレクタ保持リング１１０に形成された開口部を通じて照明モジュール１００に接触させることによって、照明モジュール１００と整列される。リフレクタ１４０は、該リフレクタを光学軸（ＯＡ）を中心にして係合位置まで回転させることによって、照明モジュール１００に結合される。係合位置では、リフレクタ１４０は、実装基板保持リング１０３とリフレクタ保持リング１１０との間に挟まれ保持される。係合位置では、互いに接合したリフレクタ１４０の熱界面１２３と実装基板保持リング１０３との間に界面圧が生成される。このようにして、ＬＥＤ１０２で生成された熱は、実装基板１０４、実装基板保持リング１０３及び熱界面１２３を介して、リフレクタ１４０へ伝達される。加えて、リフレクタ１４０と保持リング１０３との間に、複数の電気的接続部を形成してもよい。
【００２４】
照明モジュール１００は、電気インターフェースモジュール（ＥＩＭ）１２０を含む。図示のように、ＥＩＭ１２０は、保持クリップ１３７によって、照明モジュール１００に着脱自在に取り付けられる。別の実施形態では、ＥＩＭ１２０は、該ＥＩＭ１２０を実装基板１０４に接続する電気的接続部によって、照明モジュール１００に着脱自在に取り付けられる。ＥＩＭ１２０は、例えばねじ固定具、リベット、スナップ嵌合式コネクタなどの他の固定手段によって、照明モジュール１００に取り付けることもできる。図示のように、ＥＩＭ１２０は、照明モジュール１００のキャビティ内に配置される。このように、ＥＩＭ１２０は照明モジュール１００内に収容され、かつ照明モジュール１００の底部側からアクセス可能である。別の実施形態では、ＥＩＭ１２０は、少なくも部分的に固定部材１３０内に配置され得る。ＥＩＭ１２０は、固定部材１３０から照明モジュール１００へ電気信号を伝達する。電気コネクタ１３３において、導線１３２が固定部材１３０に接続される。例として、電気コネクタ１３３は、ネットワーク通信用途において一般的に使用される絶縁ジャック（ＲＪ）コネクタであり得る。別の例では、導線１３２は、ねじやクランプによって固定部材１３０に結合され得る。別の例では、導線１３２は、着脱自在なスリップ嵌合式電気コネクタによって固定部材１３０に結合され得る。コネクタ１３３は導線１３４に結合される。導線１３４は、ＥＩＭ１２０に設置された電気コネクタ１２１に着脱自在に結合される。同様に、電気コネクタ１２１は、ＲＪコネクタまたは任意の適切な着脱自在な電気コネクタであり得る。コネクタ１２１は、ＥＩＭ１２０に固定的に設置される。電気信号１３５が、導線１３２、電気コネクタ１３３、導線１３４、電気コネクタ１２１を介してＥＩＭ１２０へ伝達される。電気信号１３５には、電力信号及びデータ信号が含まれ得る。ＥＩＭ１２０は、電気信号１３５を、電気コネクタ１２１からＥＩＭ１２０に設けられた適切な電気接触パッドへ伝達する。例えば、ＥＩＭ１２０内の導電体１３９により、コネクタ１２１をＥＩＭ１２０の上面に設けられた接触パッド１３１に接続する。図示のように、ばねピン１２２によって、接触パッド１３１が実装基板１０４に着脱自在に接続される。ばねピン１２２は、ＥＩＭ１２０の上面に設置された接触パッド１３１を、実装基板１０４の接触パッドに接続する。このようにして、電気信号は、ＥＩＭ１２０から実装基板１０４へ伝達される。実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２を実装基板１０４の接触パッドに適切に接続するための導電体を含む。このことにより、電気信号は、実装基板１０４から適切なＬＥＤ１０２へ伝達される。ＥＩＭ１２０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、メタルコアＰＣＢ、セラミック基板、または半導体基板から構成することができる。アルミナ（セラミック形態の酸化アルミニウム）または窒化アルミニウム（同様にセラミック形態）から作製された他のタイプの基板を使用してもよい。ＥＩＭ１２０は、インサート成形された複数の金属導電体を含むプラスチック部品として構成することもできる。
【００２５】
取付台１０１は、固定部材１３０に着脱自在に結合される。図示した例では、固定部材１３０は、ヒートシンクとしての役割を果たす。取付台１０１及び固定部材１３０は、熱界面１３６において互いに結合される。照明モジュール１００を固定部材１３０に結合させたとき、取付台１０１の一部と固定部材１３０の一部とが熱界面１３６において互いに接触する。このことにより、ＬＥＤ１０２で生成された熱を、実装基板１０４、取付台１０１及び熱界面１３６を介して、固定部材１３０へ伝達することができる。
【００２６】
照明モジュール１００を取り外すまたは再取り付けを行うときは、照明モジュール１００を固定部材１３０から脱離させた後、電気コネクタ１２１と導線１３４との接続を解除する。一例では、コネクタ１２１と導線１３４との接続を解除するために作業者が固定部材１３０と照明モジュール１００との間に手を入れることができるように、導線１３４の長さは、照明モジュール１００と固定部材１３０とを十分に離間させることができる長さにする。別の例では、コネクタ１２１は、照明モジュール１００を固定部材１３０から変位させることによってコネクタ１２１と導線１３４との接続を解除することができるように構成される。別の例では、導線１３４は、ばねで負荷をかけたリールに巻かれる。この場合、前記リールから導線１３４送り出して導線１３４の長さを延ばすことによりコネクタ１２１の接続または接続解除を行うことができ、その後、ばねで負荷をかけたリールを動作させることにより前記リールに導線１３４を巻き取ることができる。
【００２７】
図６は、実装基板１０４をより詳細に示す図である。実装基板１０４は、それに実装されたＬＥＤ１０２を電源（図示せず）に電気的に接続する。一実施形態では、ＬＥＤ１０２は、フィリップス・ルミレッズ・ライティング社（Philips Lumileds Lighting）製のルクシオン・レベル（Luxeon Rebel）などのパッケージ化されたＬＥＤである。別の種類のパッケージ化されたＬＥＤ、例えば、ＯＳＲＡＭ社（Ostar package）、ルミナス・デバイセズ社（Luminus Devices；米国）、Cree社（米国）、日亜工業（日本）、またはトリドニック社（Tridonic；オーストリア）により製造されたパッケージ化されたＬＥＤなどを用いることもできる。本明細書で定義するように、パッケージ化されたＬＥＤは、ワイヤボンド接続やスタッドバンプなどの電気接続部を含み、場合によっては光学素子並びに熱的、機械的及び電気的インターフェースを含み得る、１若しくは複数のＬＥＤダイのアセンブリである。ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤチップ上にレンズを含み得る。あるいは、レンズを含まないＬＥＤを使用してもよい。レンズを含まないＬＥＤは保護層を含み得、保護層には蛍光体が含まれ得る。蛍光体は、バインダ中に分散させた状態で適用するか、または別体をなすプレートとして適用することができる。各ＬＥＤ１０２は、サブマウント上に実装され得る少なくとも１つのＬＥＤチップまたはダイを含む。ＬＥＤチップは、一般的に、約１ｍｍ×１ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのサイズを有するが、この寸法は変更可能である。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は複数のＬＥＤチップを含み得る。複数のＬＥＤチップは、同系色または互いに異なる色（例えば、赤色、緑色、青色）の光を放射することができる。加えて、同一サブマウント上の互いに異なるＬＥＤチップに、互いに異なる蛍光体層を適用してもよい。サブマウントは、セラミックまたは他の適切な材料から構成され得る。サブマウントは一般的に、その底面に、実装基板１０４に設けられた接続部に接続される電気接触パッドを有する。あるいは、電気接続ワイヤを使用して、ＬＥＤチップを実装基板に電気的に接続してもよい。電気接触パッドに加えて、ＬＥＤ１０２は、サブマウントの底面に、ＬＥＤチップで生成された熱を排出するための熱接触領域を有し得る。ＬＥＤ１０２の熱接触領域は、実装基板１０４上に設けられた熱拡散層１３１に接続される。熱拡散層１３１は、実装基板１０４の頂部層、底層または中間層のいずれかに形成することができる。熱拡散層１３１は、その頂部層、底層及び中間層のいずれかを接続するビアを介して接続され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２で生成された熱を、基板１０４の側部及び底部へ伝達する。一例では、実装基板１０４の底部は、取付台１０１を介してヒートシンク１３０（図５）に熱的に接続される。別の例では、実装基板１０４は、ヒートシンクや照明器具及び／または他の放熱機構（ファンなど）に直接的に接続される。いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、熱を、基板１０４の上面に熱的に接続されたヒートシンクへ伝達する。例えば、実装基板保持リング１０３及びキャビティ本体部１０５は、実装基板１０４の上面から熱を放出することができる。実装基板１０４は、熱接触領域としての役割を果たす、例えば３０μｍないし１００μｍの比較的厚い銅層が上面及び底面上に形成された厚さ０．５ｍｍのＦＲ４基板であり得る。別の例では、基板１０４は、適切な電気接続部を備えたメタルコアプリント基板（ＰＣＢ）またはセラミック製サブマウントであり得る。アルミナ（セラミック形態の酸化アルミニウム）製または窒化アルミニウム（同様にセラミック形態）製のタイプの基板を使用してもよい。
【００２９】
実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２に設けられた電気パッドに接続される電気パッドを有する。実装基板の電気パッドは、ワイヤ、ブリッジまたは他の外部電源が接続される電気接続部に、金属（例えば銅）製の配線によって電気的に接続されている。いくつかの実施形態では、実装基板の電気パッドは基板１０４を貫通して配置されたビアであり得、電気接続部は実装基板の反対側すなわち実装基板の底部に設けられる。実装基板１０４は、図示のように、長方形の形状を有する。実装基板１０４に実装されるＬＥＤ１０２は、長方形の実装基板１０４上に様々な形態で配置することができる。一例では、ＬＥＤ１０２は、実装基板１０４の長さ方向及び幅方向に行列状に配置され得る。別の例では、ＬＥＤ１０２は、六角形状の最密充填形態で配置される。この配置形態では、各ＬＥＤは、それに隣接する各ＬＥＤから互いに等距離に位置する。このような構造は、光源サブアセンブリ１１５から放射された光の均一性を向上させるのに好適である。
【００３０】
図７Ａは、実装基板１０４の上面に取り付けられた底部リフレクタ挿入体１０６を示す。底部リフレクタ挿入体１０６は、熱伝導性が高い材料から作製され、基板１０４に熱的に接続して配置される。図示したように、底部リフレクタ挿入体１０６は、各ＬＥＤ１０２を取り囲むようにして、基板１０４の上面に配置され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、キャビティ１０９内で下向きに反射された光を、概ね出力窓１０８の方向に反射して戻すことができるように高反射性であり得る。加えて、底部リフレクタ挿入体１０６は、追加的なヒートスプレッダとしての機能を果たすことができるように高い熱伝導性を有し得る。
【００３１】
図７Ｂに示すように、底部リフレクタ挿入体１０６の厚さは、ＬＥＤ１０２のサブマウント１０２submountの厚さとほぼ同じか、あるいはサブマウント１０２submountの厚さよりも若干大きい厚さであり得る。底部リフレクタ挿入体１０６には、ＬＥＤ１０２のための複数の孔が穿孔されており、底部リフレクタ挿入体１０６は、ＬＥＤパッケージサブマウント１０２submount及び基板１０２の残りの部分の上側に設置される。このようにして、高反射性面は、ＬＥＤ１０２から光が放射される部分を除いて、キャビティ本体部１０５の底部を被覆する。例えば、底部リフレクタ挿入体１０６は、高反射性及び耐久性を有するように加工されたアルミニウムベース材料などの高熱伝導性材料から製造され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro（登録商標）と呼ばれる材料が、底部リフレクタ挿入体１０６として使用することができる。底部リフレクタ挿入体１０６の高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または底部リフレクタ挿入体１０６の内側面を１若しくは複数の反射コーティングで被覆することによって実現され得る。あるいは、底部リフレクタ挿入体１０６は、６５μｍの厚さを有する３Ｍ社（米国）製のVikuiti（登録商標）ESRなどの高反射性の薄い材料から作製することができる。別の例では、底部リフレクタ挿入体１０６は、東レ（日本）製のルミラー（登録商標）Ｅ６０Ｌなどの高反射性の非金属材料や、古河電気工業（日本）製のものなどの微結晶性ポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）から作製することができる。別の例では、底部リフレクタ挿入体１０６は、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）製のＰＴＦＥ材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、底部リフレクタ挿入体１０６は、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）またはベルクホフ社（ドイツ）から販売されている厚さ１〜２ｍｍのＰＴＦＥ材料から作製され得る。さらに別の実施形態では、底部リフレクタ挿入体１０６は、例えば金属層または非金属層（ＥＳＲ、Ｅ６０Ｌ、またはＭＣＰＥＴ）などの薄い反射層が裏張り（裏側に被覆）されたＰＴＦＥ材料から作製され得る。底部リフレクタ挿入体１０６の厚さは、とりわけ非金属反射性フィルムから作製する場合は、図７Ｃに示すように、ＬＥＤ１０２のサブマウント１０２submountの厚さよりも大幅に大きくなり得る。ＬＥＤ１０２から放射された光に影響を与えることなく、増加した厚さに対応するために、ＬＥＤパッケージのサブマウント１０２submountを露出させるための孔が底部リフレクタ挿入体１０６に形成され、底部リフレクタ挿入体１０６は実装基板１０４の上面に直接的に設置される。このように、ＬＥＤ１０２から放射される光に大きな影響を与えることなく、底部リフレクタ挿入体１０６の厚さをサブマウント１０２submountの厚さよりも大きくすることができる。この解決策は、ＬＥＤの光放射部分よりもわずかにだけ大きいサブマウントを有するＬＥＤパッケージを用いる場合は、特に魅力的である。別の例では、実装基板１０４は、ＬＥＤサブマウント１０２submountの設置面積にほぼ一致する面積を有し、ＬＥＤ１０２の光放射部分を底部リフレクタ挿入体１０６よりも高い位置に位置させるための底上げパッド１０４padを有し得る。いくつかの例では、図７Ｄに示すように、非金属層１０６ａは、総反射率を高めるために、薄い金属の反射性裏側層１０６ｂによって裏当て（裏側から支持）される。例えば、非金属反射層１０６ａは拡散反射性を示し、反射性裏側層１０６ｂは鏡面反射性を示す。このような構成は、鏡面反射層内への導波の可能性を低減させるのに効果的である。導波はキャビティの全体効率を低減させるので、反射層内の導波は最小限に抑えることが望ましい。
【００３２】
キャビティ本体部１０５及び底部リフレクタ挿入体１０６は互いに熱的に接続され得、所望に応じて一体部品として作製され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、熱伝導性のペーストまたはテープなどを使用して、基板１０４に設置され得る。一例では、キャビティ本体部１０５及び底部リフレクタ挿入体１０６は、１つの部品としてＰＴＦＥ材料から一体成形される。別の実施形態では、基板１０４自体の上面は、底部リフレクタ挿入体１０６が不要となるように、高反射性を有するように構成される。あるいは、エポキシ、シリコーン、アクリルまたはＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）材料などの透明なバインダにＴｉＯ２、ＺｎＯまたはＢａＳＯ４を含浸させて作製した白色粒子から成る反射性コーティングを基板１０４に塗布してもよい。別の実施形態では、ＰＴＦＥ粒子は、バインダを使用せずに焼結される。あるいは、前記コーティングは、ＹＡＧ：Ｃｅなどの蛍光体材料から作製され得る。蛍光体材料及び／またはＴｉＯ２、ＺｎＯまたはＢａＳＯ４材料のコーティングは、基板１０４または例えば底部リフレクタ挿入体１０６に、例えばスクリーン印刷によって直接的に塗布され得る。
【００３３】
図７Ｅは、照明モジュール１００の別の実施形態を示す斜視図である。所望に応じて、例えば多数のＬＥＤ１０２を使用する場合、底部リフレクタ挿入体１０６はＬＥＤ１０２同士の間に、図７Ｄに示したような隆起部分を含み得る。ＬＥＤ間にダイバータ（diverter）１１７を有する照明モジュール１００が図７Ｅに示されており、ＬＥＤ１０２から広角で放射された光を、実装基板１０４の上面の法線に対して狭角をなす向きに変更するように構成されている。このようにして、ＬＥＤ１０２から放射された実装基板１０４の上面に対して平行に近い向きの光を、出力窓１０８に向かう上向きに変え、それにより、照明モジュールから放射された光が、ＬＥＤから直接的に放射された光の円錐角よりも小さい円錐角度を有するようにすることができる。例えばランバート（Lambertian）光源などの大きな出力角度で光を放射するＬＥＤ１０２が選択された場合は、ダイバータ１１７を備えた底部リフレクタ挿入体１０６は有用である。本発明の照明モジュール１００は、光を反射して狭い角度の光にすることにより、例えばグレアの問題のために（オフィス照明、一般照明）、あるいは必要とされる場所または最も効果的な場所にのみ光を送達することが望ましいという効率上の理由で（作業照明、キャビネット下の照明）、広角の光が敬遠される用途に使用することができる。さらに、底部リフレクタ挿入体１０６を有していない装置と比べると、広角で放射された光が出力窓１０８に到達するまでに光混合キャビティ１０９内でなされる反射の回数は少ないので、照明モジュール１００の光抽出効率が向上する。このことは、ライトトンネル（light tunnel）またはライトインテグレータ（light integrator）と組み合わせて使用する場合に特に好適である。光が混合キャビティ内で繰り返し反射すると効率損失が生じるので、広角フラックスを制限することは有益だからである。ダイバータ１１７はテーパ形状を有するものとして図示されているが、所望に応じて、例えば、半ドーム形状、球状キャップ形状または非球面リフレクタ形状などの別の形状を用いることもできる。ダイバータ１１７は、鏡面反射コーティング、拡散コーティングを有するか、または、１若しくは複数の蛍光体で被覆することもできる。別の例では、ダイバータ１１７は、ＰＴＦＥ材料から構成することができる。ＰＴＦＥ材料から構成したダイバータ１１７は、１若しくは複数の蛍光体で被覆するか、または１若しくは複数の蛍光体を含浸させることができる。ダイバータ１１７の頂部と出力窓１０８との間に小さな空間が存在するように、ダイバータ１１７の高さはキャビティ１０９の高さよりも低くされ得る（例えば、キャビティ１０９の高さの約半分の高さであり得る）。キャビティ１０９内に複数のダイバータを設けてもよい。
【００３４】
図７Ｆは、底部リフレクタ挿入体１０６の別の実施形態を示し、照明モジュール１００の各ＬＥＤ１０２は、別体をなす各光学ウエル（optical well）１１８により取り囲まれている。光学ウエル１１８は、放物面形状、複合放物面形状、楕円形状、または他の適切な形状を有し得る。照明モジュール１００からの光は、大きな角度から小さい角度へ、例えば２×９０°から２×６０°または２×４５°の光線へコリメートされる。照明モジュール１００は、直接光源として使用することができ、例えばダウンライトまたはキャビネット光として、またはキャビティ１０９内へ光を注入するのに使用することができる。光学ウエル１１８は、鏡面反射性コーティングや拡散コーティングを有するか、または、１若しくは複数の蛍光体で被覆され得る。光学ウエル１１８は底部リフレクタ挿入体１０６の一部として底部リフレクタ挿入体１０６と一体的に構成してもよいし、あるいは、別体として構成した光学ウエル１１８を底部リフレクタ挿入体１０６と組み合わせることによって光学ウエルを有する底部リフレクタ挿入体１０６を形成してもよい。別の例では、光学ウエル１１８は、ＰＴＦＥ材料から構成することができる。ＰＴＦＥ材料から構成した光学ウエル１１８は、１若しくは複数の蛍光体で被覆するか、または１若しくは複数の蛍光体を含浸させることができる。
【００３５】
図８Ａは、側壁挿入体１０７を示す。例えば、側壁挿入体１０７は、高反射性及び耐久性を有するように加工されたアルミニウムベース材料などの高熱伝導性材料から作製され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro（登録商標）と呼ばれる材料が使用され得る。側壁挿入体１０７の高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または側壁挿入体１０７の内側面を１若しくは複数の反射コーティングで被覆することによって実現され得る。あるいは、側壁挿入体１０７は、６５μｍの厚さを有する３Ｍ社（米国）製のVikuiti（登録商標）ESRなどの高反射性の薄い材料から作製することができる。別の例では、側壁挿入体１０７は、東レ（日本）製のルミラー（登録商標）E60Lなどの高反射性の非金属材料や、古河電気工業（日本）製のものなどの微結晶性ポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）から作製することができる。側壁挿入体１０７の内側面は、鏡面反射性または拡散反射性を有し得る。高鏡面反射性コーティングの一例は、銀の層と、該銀の層の酸化を防止するための透明層とからなる銀鏡である。高拡散反射性材料の例には、ＭＣＰＥＴ、及び東レ製のE60L材料が含まれる。また、高拡散反射性コーティングを適用することもできる。そのようなコーティングには、二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粒子、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）粒子、またはこれらの材料の組み合わせが含まれ得る。別の例では、側壁挿入体１０７は、ＰＴＦＥ材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、側壁挿入体１０７は、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）またはベルクホフ社（ドイツ）から販売されている厚さ１〜２ｍｍのＰＴＦＥ材料からから作製され得る。さらに別の実施形態では、側壁挿入体１０７は、例えば金属層または非金属層（ＥＳＲ、Ｅ６０Ｌ、またはＭＣＰＥＴ）などの薄い反射層が裏張り（裏側に被覆）されたＰＴＦＥ材料から作製され得る。総反射率を高めるために、非金属反射層の裏側に反射性裏側層が設けられる。例えば、非金属反射層は拡散反射性を示し、反射性裏側層は鏡面反射性を示す。このような構成は、鏡面反射層内への導波の可能性を低減させるのに効果的であり、その結果、キャビティ効率を高めることができる。
【００３６】
一実施形態では、側壁挿入体１０７は、高拡散性の反射性ＰＴＦＥ材料から作製され得る。側壁挿入体１０７の内側面の一部は、上塗り層で被覆されるか、または、蛍光体や発光染料などの波長変換材料が含浸させられる。便宜上、このような波長変換材料を本明細書では蛍光体と総称するが、任意の発光材料または発光材料の組み合わせを本発明のための波長変換材料として用いることができる。例えば、使用することができる蛍光体には次のものが含まれ得る。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｃａ３（Ｓｃ，Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ。前記コーティングは、光散乱粒子及び波長変換特性を有する粒子（例えば蛍光体）の一方または両方を含み得る。前記コーティングは、スクリーン印刷、ブレードコーティング、スプレー印刷または粉体塗装によって適用することができる。スクリーン印刷、ブレードコーティング、またはスプレー印刷の場合、一般的に、前記粒子は、ポリウレタンベースのラッカーまたはシリコーン材料などのバインダに含浸させられる。所望する色及び／または光学特性を得るために、被覆プロセス中に、例えばレーザ及び分光計、及び／または検出器、及び／またはカメラを用いて前方散乱モード及び後方散乱モードの両方で、側壁挿入体１０７及びキャビティ本体部１０５等に適用されるコーティングの厚さ及び光学特性をモニタしてもよい。
【００３７】
上述したように、キャビティ１０９の内部側壁面は、キャビティ本体部１０５の内側に配置される別体をなす側壁挿入体を使用するか、または、キャビティ本体部１０５の内側面に処理を施すことにより実現することができる。側壁挿入体１０７はキャビティ本体１０５内に配置され、キャビティ１０９の側壁を画定するのに使用される。例えば、側壁挿入体１０７は、キャビティ本体部１０５の頂部及び底部のうちのより大きい開口部を有する方から、キャビティ本体部１０５内に挿入することができる。
【００３８】
図８Ｂ〜８Ｃは、キャビティ１０９の選択された側壁内側面を処理した状態を示す。図８Ｂ及び８Ｃに示すように、上述した処理が側壁挿入体１０７に適用されるが、上述したように、側壁挿入体１０７を使用しない場合は、キャビティ本体部１０５の内側面を直接的に処理してもよい。図８Ｂ及び８Ｃは、鋸歯状にパターン形成されたコーティング１１１を示し、図８Ｃに示すように、各鋸歯の先端は、各ＬＥＤ１０２の位置と整列している。蛍光体パターンを、該蛍光体パターンがＬＥＤの周囲に集中する長さ寸法に対応する側壁面上に実施することにより、色の均一性を向上させることができ、かつ、蛍光体のより効率的な使用が可能となる。鋸歯状のパターンが図示されているが、半円状、放物面状、平坦な鋸歯状などの他の形状のパターンを用いても同様の効果を得ることが可能である。
【００３９】
図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、様々な構造の出力窓１０８を示す断面図である。図４Ａ及び４Ｂでは、キャビティ本体部１０５の頂部に配置された出力窓１０８が示されている。キャビティ１０９にダストや湿気が侵入することができないように出力窓１０８とキャビティ本体部１０５との間の隙間をシールして、密封されたキャビティ１０９を画定することは有益である。例えばエポキシまたはシリコーン材料などのシーリング材料を使用して、出力窓１０８とキャビティ本体部１０５との間の隙間を埋めることができる。出力窓１０８の材料とキャビティ本体部１０５の材料との熱膨張係数は互いに異なるため、時間が経っても柔軟性を保持する材料を使用することは有益であろう。あるいは、出力窓１０８をガラスまたは透明なセラミック材料から作製し、キャビティ本体部１０５にはんだ付けしてもよい。この場合、出力窓１０８の周縁部をアルミニウム、銀、銅または金などの金属材料でめっきし、キャビティ本体部１０５と出力窓１０８との間にはんだペーストを適用する。そして、出力窓１０８及びキャビティ本体部１０５を加熱してはんだを融解させ、キャビティ本体部１０５と出力窓１０８との間を良好に接続する。
【００４０】
図９Ａでは、出力窓１０８は、その内側面、すなわちキャビティ１０９に向いた面に追加的な層１２４を有する。この追加的な層１２４は、光散乱粒子及び波長変換特性を有する粒子（例えば蛍光体）の一方または両方を含み得る。追加的な層１２４は、スクリーン印刷、スプレー印刷または粉体塗装によって出力窓１０８に適用することができる。スクリーン印刷またはスプレー印刷の場合、一般的に、前記粒子は、ポリウレタンベースのラッカーまたはシリコーン材料などのバインダに含浸させられる。粉体塗装の場合、バインダ材料は、低い融点を有し出力窓１０８を加熱したときに均一な層を形成する小型ペレット形態の粉末混合体に混合されるか、または、粉体塗装プロセス中に前記粒子を粘着させるための下地塗りが出力窓１０８に適用される。あるいは、電界を用いて粉末塗装を適用したり、出力窓及び蛍光体粒子をオーブン内で焼いて蛍光体を出力窓に恒久的に固着させたりしてもよい。所望する色及び／または光学特性を得るために、粉末被覆プロセス中に、例えばレーザ及び分光計、及び／または検出器、及び／またはカメラを用いて前方散乱モード及び後方散乱モードの両方で、出力窓１０８に適用される層１２４の厚さ及び光学特性をモニタしてもよい。
【００４１】
図９Ｂでは、出力窓１０８は、２つの追加的な層１２４及び１２６を有し、一方の層は出力窓１０８の内側に設けられ、他方の層は外側に設けられる。外側層１２６は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ及び／またはＢａＳＯ４粒子などの白色散乱粒子であり得る。照明モジュール１００から出力される光の色を最終的に調整するために、蛍光体粒子が外側層１２６に加えられ得る。内側層１２４は、蛍光体などの波長変換粒子を含み得る。
【００４２】
図９Ｃでは、出力窓１０８は同様に２つの追加的な層１２４及び１２８を有するが、両層とも出力窓１０８の内側面に設けられている。なお、２つの層が図示されているが、さらなる追加的な層を用いてもよいことを理解されたい。ある構造では、出力窓１０８に最も近い層１２４は、外側から見たときに出力窓１０８が白く見えかつ所定角度の均一な光出力を有するように白色の光散乱粒子を含み、他方の層１２８は黄色発光蛍光体を含む。
【００４３】
蛍光体による色変換プロセスは熱を生成するため、出力窓１０８及び蛍光体（例えば出力窓１０８に設けられた層１２４に含まれる蛍光体）は、温度が上がり過ぎないように構成されるべきである。この目的のために、出力窓１０８は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導率を有し得る。また、出力窓１０８は、はんだ、サーマルペーストまたはサーマルテープなどの熱抵抗性の低い材料を使用して、ヒートシンクとしての機能を果たすキャビティ本体部１０５に熱的に接続され得る。出力窓に好適な材料は酸化アルミニウムであり、酸化アルミニウムは結晶形態（サファイアと呼ばれる）または多結晶形態若しくはセラミック形態（アルミナと呼ばれる）で用いることができる。所望に応じて他のパターンを用いることができ、例えば、様々な大きさ、厚さ及び密度の小型ドットを用いることができる。別の実施形態では、出力窓は、ＰＴＦＥ材料から作製することができる。蛍光体が、出力窓の材料に被覆されるか、または含浸させられる。出力窓は、十分な光透過を可能にするために十分に薄くするべきである。例えば、ＰＴＦＥ製の出力窓の厚さは、１ミリメートル未満であり得る。ＰＴＦＥ製の出力窓は、該窓の剛性を高めるために、補強リブを含み得る。一例では、出力窓の縁部にリブが設けられる。別の例では、出力窓は、カップ状に形成される。別の実施形態では、ガラス製またはセラミック製の出力窓上に、ＰＴＦＥ層がオーバーモールド成形される。
【００４４】
図１及び図２に示すように、本発明の照明モジュール１００に複数のＬＥＤ１０２を使用してもよい。図１の照明モジュール１００は、より多い数またはより少ない数のＬＥＤを使用することができるが、２０個のＬＥＤ１０２が実用的な個数であることが分かっている。図２の照明モジュール１００は、より多い数またはより少ない数のＬＥＤ１０２を使用することができるが、１０個のＬＥＤ１０２が実用的な個数であることが分かっている。多数のＬＥＤを使用する場合、比較的低い順電圧及び順電流（例えば２４Ｖ及び７００ｍＡ以下）を維持するために、複数個のＬＥＤを互いに結合させて複数本のストリングにすることが望ましい（例えば、１０個のＬＥＤを２本のストリングにする）。所望に応じて、より多い数のＬＥＤを直列に配置することもできるが、そのような構成には電気的な安全性の問題が生じ得る。
【００４５】
側壁挿入体１０７、底部反射挿入体１０６及び／または出力窓１０８は、蛍光体でパターン形成することができる。パターン自体及び蛍光体組成の組み合わせは、両方とも変更可能である。一実施形態では、本発明の照明モジュールは、光混合キャビティ１０９における互いに異なる領域に配置された互いに異なる種類の蛍光体を含むことができる。例えば、赤色蛍光体を側壁挿入体１０７及び底部リフレクタ反射体１０６の一方または両方に配し、黄色及び緑色蛍光体を出力窓１０８の上面または下面に配するかまたは出力窓１０８に埋め込むことができる。一実施形態では、図７Ｅに示したダイバータ１１７などの中央リフレクタは、互いに異なる種類の蛍光体により形成される複数のパターンを有し得る（例えば、第１の領域に赤色蛍光体を配し、第２の領域に緑色蛍光体を配する）。別の実施形態では、側壁挿入体１０７またはキャビティ本体部１０５の側壁における互いに異なる領域に、互いに異なる種類の蛍光体（例えば赤色蛍光体及び緑色蛍光体）を配してもよい。例えば、第１の種類の蛍光体を側壁挿入体１０７の第１の領域に縞、スポットまたは他の模様でパターン形成し、第２の種類の蛍光体を側壁挿入体１０７の第２の領域に配してもよい。所望に応じて、さらなる蛍光体を用い、それをキャビティ１０９の別の領域に配してもよい。加えて、所望であれば、１種類の波長変換材料だけを用い、それをキャビティ１０９（例えば側壁）にパターン形成してもよい。
【００４６】
図１０は、照明モジュールにおいて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料を波長変換材料と共に用いるプロセスを説明するためのフローチャートである。フローチャートに示すように、第１の波長を有する光を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料及び第１の種類の波長変換材料を含む領域を有する光変換キャビティ内に放射する（２０２）。第１の波長を有する光の一部が、第１の種類の波長変換材料によって、第２の波長を有する光に変換する（２０４）。第１の波長を有する光の残りの部分を、ＰＴＦＥ材料によって反射する（２０６）。第１の波長を有する光及び第２の波長を有する光が、光変換キャビティから放射する（２０８）。所望であれば、このプロセスは、第１の波長を有する光の第２の部分を、第２の種類の波長変換材料によって、第３の波長を有する光に変換するステップをさらに含むことができる。第３の波長を有する光は、光混合キャビティから、第１の波長を有する光及び第２の波長を有する光と共に放射される。
【００４７】
以上、説明目的のためにいくつかの特定の実施形態を説明したが、本明細書の教示内容は一般的適用性を有しており、上述した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、図４Ａ及び４Ｂでは直線的な形状を有する側壁を示しているが、側壁は、曲線形状、非垂直形状、傾斜形状などの任意の所望の形状を有し得ることを理解されたい。例えば、テーパ形状を有する側壁を用いて光を予め平行化することにより、光混合キャビティ１０９を通じたより高い伝達効率を実現することができる。別の例では、実装基板保持リング１０３を使用せずに、キャビティ本体部１０５を使用して、実装基板１０４を取付台１０１に直接的に固定してもよい。別の例では、取付台１０１及びヒートシンク１３０は、１つの部品であり得る。別の例では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、図１及び図２に、照明装置１５０の一部として示されている。したがって、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、ＬＥＤベースの交換用ランプ（replacement lamp）またはレトロフィットランプあるいはそれらの一部であり得る。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更、修正、及び上記の実施形態に記載された様々な要素の組み合わせを実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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