(57)【要約】ランプは：ディッシュ形状（パラボラ状）のリフレクタと；励起光を生成するように動作可能なＬＥＤと；少なくとも一つのＬＥＤによって生成された光が光導波路の第一の端部に結合され、光導波路の第二の端部に近接する発光面において光導波路から光が発光され、リフレクタの軸に沿って延伸するように構成された光導波路と、光導波路の発光面の少なくとも一部分上に層として提供される少なくとも一つの蛍光体材料とを含む。ＬＥＤ光電球も開示する。
2013533582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプであって：
ディッシュ形状のリフレクタと；
励起光を生成するように動作可能な少なくとも一つのＬＥＤと；
前記リフレクタの軸に沿って延伸するように構成された光導波路であって、前記少なくとも一つのＬＥＤによって生成された光が前記光導波路の第一の端部に結合され、前記光導波路の第二の端部に近接する発光面において前記光導波路から光が発光される光導波路と、
前記光導波路の前記発光面の少なくとも一部分上に層として提供される少なくとも一つの蛍光体材料と
を含む、ランプ。
【請求項２】
前記光導波路の第一の端部が、前記リフレクタの外部に配設される、請求項１記載のランプ。
【請求項３】
前記光導波路の前記発光面が、前記リフレクタ内に配設される、請求項２記載のランプ。
【請求項４】
前記発光面が、概略的に円錐形の表面を含む、請求項１記載のランプ。
【請求項５】
さらに、前記円錐形表面の底部に、光反射性表面を含む、請求項４記載のランプ。
【請求項６】
さらに、前記円錐形表面の底部に、概略的に円錐形の凹部を含む、請求項５記載のランプ。
【請求項７】
前記発光面が、概略的に半球状の表面を含む、請求項１記載のランプ。
【請求項８】
さらに、前記発光面によって発光される光を前記ディッシュ形状のリフレクタに向かって方向付けるように構成される第二のリフレクタを含む、請求項７記載のランプ。
【請求項９】
前記第二のリフレクタが、前記ディッシュ形状のリフレクタと一体的に形成される、請求項８記載のランプ。
【請求項１０】
半径方向に延伸する少なくとも二つのアームにより、前記第二のリフレクタが、前記ディッシュ形状のリフレクタに取り付けられる、請求項９記載のランプ。
【請求項１１】
さらに、前記ディッシュ形状のリフレクタを覆う光透過性カバーを含み、前記第二のリフレクタが、前記光透過性カバーの内側面に設置される、請求項８記載のランプ。
【請求項１２】
さらに、前記光導波路の外側面上に光反射性表面を含む、請求項１記載のランプ。
【請求項１３】
さらに、熱伝導性の本体を含み、前記少なくとも一つのＬＥＤが、前記本体と熱的に連通する、請求項１記載のランプ。
【請求項１４】
前記本体が、概略的に円錐台形の形状である、請求項１３記載のランプ。
【請求項１５】
前記本体が、既存の照明器具にスポットライトを備えさせるように構成される、請求項１４記載のランプ。
【請求項１６】
前記本体が、ＭＲ１６、ＭＲ１１、ＰＡＲ２０、ＰＡＲ３０、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ５６およびＰＡＲ６４からなる群から選択される標準形状に類似した形状要素を有するように構成される、請求項１５記載のランプ。
【請求項１７】
前記本体が、少なくとも１５０Wm-1K-1および少なくとも２００Wm-1K-1からなる群から選択される熱伝導率を有する、請求項１３記載のランプ。
【請求項１８】
前記本体が、メタルコアプリント回路基板、アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金、銅および熱伝導性セラミック材料からなる群から選択される材料を含む、請求項１７記載のランプ。
【請求項１９】
前記本体が、さらに複数の放熱フィンを含む、請求項１３記載のランプ。
【請求項２０】
前記ディッシュ形状のリフレクタが、概略的にパラボラ状の光反射性表面を含む、請求項１記載のランプ。
【請求項２１】
前記ディッシュ形状のリフレクタが、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、アクリレート、ポリマー材料、アルミニウム、アルミニウム合金およびマグネシウム合金からなる群から選択される、請求項１記載のランプ。
【請求項２２】
ＬＥＤ電球であって：
青色励起光を生成するように動作可能な少なくとも一つのＬＥＤと；
第一および第二の端部ならびに前記第二の端部に係る発光面を有する光導波路と
前記光導波路の前記発光面に係る少なくとも一つの蛍光体材料とを含み；
前記少なくとも一つのＬＥＤによって生成された青色光が前記光導波路の前記第一の端部に結合され、内部反射により、前記光導波路全体を通して導波され、前記光導波路の前記発光面から発光され、前記発光面からの光の一部が前記少なくとも一つの蛍光体材料によって吸収され、蛍光体材料がそれに応じて異なる波長範囲のドミナント波長を有する光を発光し、前記電球によって発光される光が前記少なくとも一つのＬＥＤによって発光される青色光と、前記少なくとも一つの蛍光体材料によって生成される光との組み合わせを含む、
電球。
【請求項２３】
前記発光面が、実質的に球体、扁平回転楕円体、扁長回転楕円体および概略的に楕円体の形状からなる群から選択される、請求項２２記載の電球。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの蛍光体が、前記発光面の少なくとも一部の上の層として提供される、請求項２２記載の電球。
【請求項２５】
さらに、前記光導波路の少なくとも前記発光面を取り囲む光透過性エンベロープを含む、請求項２２記載の電球。
【請求項２６】
前記少なくとも一つの蛍光体が、前記エンベロープの内側面の少なくとも一部分上に層として提供される蛍光体、前記エンベロープの外側面の少なくとも一部分上に層として提供される蛍光体、および前記エンベロープ内に混合される蛍光体からなる群から選択される、請求項２５記載の電球。
【請求項２７】
前記光導波路の前記発光面が、概略的に涙滴の形状である、請求項２２記載のバルブ。
【請求項２８】
さらに、前記電球を電源に接続するためのコネクタ口金を含み、前記少なくとも一つのＬＥＤが、前記コネクタ口金内に配設される、請求項２２記載の電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、引用文献として本明細書に取り込まれる、Liらによる「ＬＥＤ LAMP」と題された２０１０年６月１１日申請の米国特許出願第６１／３５４，０６８号およびLiらによる「ＬＥＤ-BASED LAMPS」と題された２０１１年６月８日申請の米国特許出願第１３／１５６，１９７号の優先権の特典を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）系ランプ、とりわけ、非限定的ではあるが、ＬＥＤ系スポットライトに関する。
【０００３】
２．関連技術の説明
白色発光ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は、当技術分野において公知であり、比較的最近の革新である。電磁スペクトルの青色／紫外部分で発光するＬＥＤが開発されるまで、ＬＥＤ系白色光源の開発は実用的にならなかった。例として、米国特許第５，９９８，９２５号で教示されるように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって発光される放射光の一部を吸収し、異なる色（波長）の放射光を再発光する、一つ以上の蛍光体材料、換言すれば、フォトルミネッセント材料を包含する。通常、ＬＥＤチップは青色光を生成し、蛍光体材料は青色光の成分を吸収し、黄色光、または緑色光と赤色光との、緑色光と黄色光との、もしくは黄色光と赤色光との組み合わせを再発光する。ＬＥＤによって生成された青色光の、蛍光体材料によって吸収されない一部と、蛍光体材料によって発光された光とが組み合わされ、ほぼ白色の色として人間の目に見える光を提供する。
【０００４】
現在、従来の白熱光電球（バルブ）、ハロゲンリフレクタランプおよび蛍光ランプに取って代えて高輝度白色ＬＥＤを使用することに多大な関心が集まっている。高輝度白色ＬＥＤを利用する大部分の照明装置は、複数のＬＥＤが従来の光源構成部品に取って代わる構造を含み、既存の光学構成部品、例えば、リフレクタおよび／またはレンズを利用する。理想的には、スポットライトは、ランプの発光角度（ビームの広がり）にわたって実質的に均一な照度（表面に入射する単位面積当たりの光束）を生成するであろう。しかし、ランプからの発光が選択された発光角度内に制約されるにつれ、結果的により大きい割合の発光が軸上に集中し、それにより、発光角度内の照度均一性がさらに低下する。点光源に極めて近いフィラメントランプと異なり、ＬＥＤ系ランプは、多くの場合、点光源と性質がかけ離れた光を生成し、一般的な照明用途のＬＥＤランプのために新たな光学構造の開発を要求する。選択される発光角度が２０°以下のＬＥＤ系スポットライトが要望されている。
【０００５】
Haitao YANGによる２０１０年３月１０日に申請された同時係属中の米国特許出願第１２／７２１，３１１号（米国公報第２０１０／０２３７７６０号）は、熱伝導性の本体；アレイとして構成され、本体と熱的に連通して設置された複数のＬＥＤ；およびＬＥＤの平面の前面に配設された光反射性フードを含む、ＬＥＤ系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、動作時、ランプによって発光された光が選択された発光角度内になるように構成された、少なくとも二つの円錐台形（すなわち、底部に平行な平面により、頂部が切り取られた円錐：切頭円錐形）光反射性表面を有する。そのような構成は、４０°およびより大きい発光角度で良好な均一の照射を発生させることができる一方、そのような構成は、より小さい発光角度を持つスポットライト、とりわけ、コンパクトな形状要素を持つスポットライト、例えば、例として、ＭＲ１６ランプでは不適当である。
【０００６】
Tarsaらによる米国特許第６，３５０，０４１Ｂ１号は、一つの端部においてソリッドステート光源（ＬＥＤ）を持つ細長いセパレータと、他の端部において所望のパターン（例えば、放射状に均一なパターン）で光を分散させる分散器（disperser）とを含む、ソリッドステートランプを開示している。セパレータは、ＬＥＤから分散器への実質的な熱伝達を防止するために十分である、ＬＥＤと分散器との物理的な分離を提供する。図１のランプでは、セパレータが光学導波路を含み、分散器が半球状の形状であり、セパレータの端部に取り付けられるか、セパレータと一体的に形成されることができる。分散器は、ＬＥＤからの光の少なくとも一部分の波長を変換するための蛍光体を包含することができる。
【０００７】
発明の概要
本発明の実施態様は、一つ以上のソリッドステート光源、通常、ＬＥＤによって生成された光が光導波路の第一の端部に結合され、全内部反射により、光導波媒体を通って、ＬＥＤから離れた光導波路の第二の端部またはそれに近接して配設された発光面に導波される、ランプに関連する。光導波路の発光面の少なくとも一部分を覆う層として、ＬＥＤ光をある割合で吸収し、それに応じて異なる色（通常、より長い波長）の光を発光する、一つ以上の蛍光体材料、フォトルミネッセント材料が提供される。ランプの発光生成物は、蛍光体材料によって発光される光と、ＬＥＤによって生成され、蛍光体によって吸収されない光との組み合わせを含む。本発明に従ったランプは、以下を包含する数多くの特典を提供する。
【０００８】
・  ＬＥＤを発光点から離して配設することができ、それにより、ＬＥＤをより大型の熱的質量、例えば、ランプに電力を提供するために使用されるコネクタ口金に設置することが可能であるため、ＬＥＤの増大した冷却を提供する能力、
・  蛍光体がＬＥＤから離して配設されるため、蛍光体の低減した熱的劣化、
・  蛍光体が提供または混合される光導波路または他の構成部品を変更することにより変化させることができる、ランプによって発光される光の色および／またはＣＣＴ、生産コストを低減させることができる、そのような構造、
・  蛍光体をＬＥＤダイの発光面に直接提供することと比較して、はるかに大きい面積にわたって蛍光体が提供されるため、ランプによって発光される光のより一定の色および／またはＣＣＴ。
【０００９】
本発明によると、ランプは：ディッシュ形状のリフレクタと；励起光を生成するように動作可能な少なくとも一つのＬＥＤと；少なくとも一つのＬＥＤによって生成された光が光導波路の第一の端部に結合され、光導波路の第二の端部に近接する発光面において光導波路から光が発光され、リフレクタの軸に沿って延伸するように構成された光導波路と、光導波路の発光面の少なくとも一部分上に層として提供される少なくとも一つの蛍光体材料とを含む。動作時、ＬＥＤによって生成された光は、内部反射により、光導波路全体を通して導波され、光導波路の発光面から発光され、発光面からの光の一部が少なくとも一つの蛍光体材料によって吸収され、蛍光体材料がそれに応じて異なる波長範囲のドミナント波長を有する光を発光し、ランプによって発光される光が少なくとも一つのＬＥＤによって発光される光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成される光との組み合わせを含む。通常、光導波路は、細長い形状、例えば、円形の断面を持つ棒である。あるいは、光導波路は、他の形状、例えば、例として、正方形、矩形または楕円形の横断面を有することができる。光導波路は、光を第一および第二の端部に導波する限り、任意の形状を有することができることが認識される。
【００１０】
好ましくは、光導波路の第一の端部がリフレクタの外部に配設され、リフレクタの開口部を通って通過できるように光導波路を構成することができる。第一の端部をリフレクタの外部に配設することにより、ＬＥＤをリフレクタの外部に配設し、ＬＥＤによって生成される熱の放散を補助するためのヒートシンクと熱的に連通して設置することができる。
【００１１】
一つの構造では、光導波路の発光面がリフレクタによって画定される内部容積内に配設される。そのような構造では、発光面は、光の少なくとも一部をリフレクタに向かう方向に発光するように構成される。
【００１２】
一つの構造では、光導波路の発光面は、光をリフレクタに向かう方向に発光するように構成される、概略的に円錐形の表面を含む。光導波路の第二の端部からの発光を防止するため、ランプは、さらに、円錐形表面の底部に光反射性表面を含む。光導波路から発光を最大化するため、光導波路の円錐形端部の底部は、さらに、臨界角度を上回る角度で発光面に入光する反射光の割合を最大化するように構成される円錐形の凹部を含むことができる。
【００１３】
代替構造では、光導波路の発光面は、概略的に半球状の表面を含むことができる。そのような構成では、ランプは、好ましくは、発光面によって発光される光をディッシュ形状のリフレクタに向かって方向付けるように構成される第二のリフレクタを含む。第二のリフレクタは、ディッシュ形状のリフレクタと一体化された部分または分離された構成部品として形成することができる。第二のリフレクタがディッシュ形状のリフレクタと一体的に形成される場合、第二のリフレクタは、半径方向に延伸する二つ以上のアームにより、ディッシュ形状のリフレクタに取り付けられることができる。第二のリフレクタが分離した構成部品よりなる場合、第二のリフレクタは、ディッシュ形状のリフレクタを覆う光透過性カバーの内側面に設置するか、それと一体的に形成することができる。
【００１４】
ＬＥＤから発光面への伝送中、光導波路からの光の漏れを低減するため、ランプは、さらに、光導波路の外側面上に光反射性表面、例えば、金属被覆面を含むことができる。
【００１５】
一つ以上のＬＥＤによって生成される熱の放散を補助するため、ランプは、好ましくは、さらに、一つ以上のＬＥＤが熱的に連通して設置される熱伝導性の本体を含む。そのようなランプに制限されないものの、本発明がスポットライトへの具体的な適用を対象としているため、本体は、概略的に円錐台形の形状であり、好ましくは、そのランプを既存の照明器具に直接備えさせるように構成される。有利には、標準形状、例えば、多面リフレクタ（ＭＲ）ランプ、例えば、ＭＲ１６もしくはＭＲ１１またはパラボラ状アルミめっきリフレクタ（ＰＡＲ）ランプ、例えば、ＰＡＲ２０、ＰＡＲ３０、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ５６もしくはＰＡＲ６４に類似した形状要素を有するように本体が構成される。熱放散を最大化するため、本体は、できる限り高い熱伝導率を持つ材料で作られ、好ましくは、少なくとも１５０Wm-1K-1、より好ましくは、少なくとも２００Wm-1K-1である。本体は、アルミニウム、アルミニウムの合金、マグネシウム合金、銅または熱伝導性セラミック材料で作ることができる。熱の放散をさらに補助するため、本体は、さらに、複数の放熱フィンを含むことができる。
【００１６】
通常、ディッシュ形状のリフレクタは、概略的にパラボラ状であり、多面または連続面であることができる光反射性表面を含む。ディッシュ形状のリフレクタは、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、アクリレート、ポリマー材料、アルミニウム、アルミニウム合金またはマグネシウム合金から作ることができる。
【００１７】
本発明のさらなる態様によると、ＬＥＤ電球は：青色励起光を生成するように動作可能な少なくとも一つのＬＥＤと；第一および第二の端部ならびに第二の端部に係る発光面を有する光導波路と、光導波路の発光面に係る少なくとも一つの蛍光体材料とを含み；少なくとも一つのＬＥＤによって生成された青色光が光導波路の第一の端部に結合され、内部反射により、光導波路全体を通して導波され、光導波路の発光面から発光され、発光面からの光の一部が少なくとも一つの蛍光体材料によって吸収され、蛍光体材料がそれに応じて異なる波長範囲のドミナント波長を有する光を発光し、電球によって発光される光が少なくとも一つのＬＥＤによって発光される青色光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成される光との組み合わせを含む。
【００１８】
光が実質的に等方的に（すなわち、すべての方向に実質的に等しく）発光されることを確実にするため、光導波路の発光面は、実質的に球体、扁平回転楕円体、扁長回転楕円体または概略的に楕円体の形状であることができる。一つの構造では、少なくとも一つの蛍光体を、光導波路の発光面上の層として提供することができる。あるいは、電球がさらに、光導波路の少なくとも発光面を取り囲む光透過性エンベロープを含む場合、エンベロープの内側または外側面の一部分上に層として、少なくとも一つの蛍光体を提供することができる。さらなる構造では、少なくとも一つの蛍光体は、エンベロープ内に混合され、エンベロープの容積全体を通して実質的に均一に分布する。
【００１９】
キャンドル電球を模擬することを意図したさらなる実施態様では、光導波路の発光面は、炎に類似させるため、概略的に涙滴の形状である。
【００２０】
本発明をより良く理解するために、添付図面を参照して、例としてのみ、以降に本発明に従ったＬＥＤランプを記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施態様に従ったＬＥＤスポットライトの一部切欠き斜視図である。
【図２】図１のＬＥＤスポットライトのＡ−Ａを通る断面図である。
【図３】本発明のＬＥＤスポットライトの動作原理を例示する概略断面図である。
【図４】本発明に従ったＬＥＤスポットライトの代替光学構成を例示する概略断面図である。
【図５】本発明に従ったＬＥＤスポットライトの代替光学構成を例示する概略断面図である。
【図６】本発明のもう一つの実施態様に従ったＬＥＤ光電球の概略断面図である。
【図７】本発明のさらなる実施態様に従ったＬＥＤ光電球の概略断面図である。
【図８ａ】本発明のなおもさらなる実施態様に従った装飾用ＬＥＤキャンドルランプの概略断面図である。
【図８ｂ】図８ａのキャンドルランプのＡ−Ａを通る断面図である。
【００２２】
発明の詳細な説明
本発明の実施態様は、一つ以上のＬＥＤによって生成される光が光導波路の第一の端部に結合され、全内部反射により、光導波媒体を通って、ＬＥＤから離して配設された発光面に導波される、ＬＥＤ系ランプに関連する。一つ以上の蛍光体材料、フォトルミネッセント材料は、導波路の発光面上またはそれに近接して提供され、ＬＥＤ光をある割合で吸収し、それに応じて、蛍光体によって吸収されず、ランプによって発光される光を含むＬＥＤ光と組み合わされて、異なる色（通常、より長い波長）の光を発光する。
【００２３】
一つの構造では、ランプは、スポットライトとして構成されることができ、通常、概略的にパラボラ状の形状であるディッシュ形状のリフレクタと、リフレクタの軸に沿って延伸し、光をリフレクタに向かう方向に発光するように構成された細長い光導波路とを含む。一つ以上のＬＥＤは、リフレクタの外部においてコネクタキャップ内に配設するか、熱伝導性の基材、例えば、スポットライトの本体と熱的に連通して設置することができる。一つ以上の蛍光体材料は、一つ以上の層の形態で光導波路の発光面上に配設するか、光導波路の発光面に近接し、それから分離して配設される光反射性表面上に配設することができる。
【００２４】
本特許明細書全体を通して、同じ部分を示すために同じ符番が使用される。
【００２５】
スポットライトの部分的な断面斜視図である図１およびスポットライトのＡ−Ａを通る断面図である図２を参照して、以降に本発明の実施態様に従ったＬＥＤ系スポットライト１０を記載する。スポットライト１０は、≒３１００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）、≒２５０ルーメンの発光強度および３５°の名目上の（選択された）ビームの広がり（発光角度θ−中心軸１２から測定された発散角度）（スポット）を持つ白色光を生成するように構成される。スポットライト１０は、ＭＲ１６ハロゲンランプに対するエネルギー効率の良い代替品として使用されることを意図し、米国内で普及している１１０Ｖ  ＡＣ電源で動作可能である。
【００２６】
スポットライト１０は、外側面が円錐の錐台、すなわち、底部に平行な平面により、頂部（頂点）が切り取られた円錐に類似する（すなわち、円錐台形である）、中空の概略的に円錐形の形状で熱伝導性の本体１４を含む。美的理由のため、本体１４の形状要素は、標準的な多面リフレクタＭＲ１６の本体形状に類似するように構成することができる。その形状要素が標準形状に類似するように本体１４を構成することにより、既存の照明器具、例えば、スポットライト器具、レール式照明または埋め込みの照明器具に直接ランプ１０を据え付けることが可能になる。本体１４は、ダイカストアルミニウムから作製でき、図示するように、本体１４の外側湾曲面において円周方向に離間され、長手方向に延伸する放熱フィン（筋）１６を含むことができる。あるいは、本体は、アルミニウムの合金、マグネシウム合金、金属装荷プラスチック材料または熱伝導性セラミック材料、例えば、アルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）から構築することができる。好ましくは、本体は、熱伝導性であり、少なくとも１５０Wm-1K-1の熱伝導率を有する。
【００２７】
スポットライト１０は、さらに、ＧＵ１０バイピンツイストロック（差込）口金１８を含み、それにより、標準的な照明器具（図示せず）を使用し、スポットライトを商用電源に直接接続することが可能である。意図した用途に依存して、他のコネクタキャップ、例えば、例として、１２ボルト用途のためのバイピンコネクタ口金ＧＵ５．３もしくはＧＸ５．３、エジソンねじ口金（Ｅ１２、Ｅ１７またはＥ２６）または差込コネクタ口金を使用できることが認識される。図示するように、本体１４の切り取られた頂部にコネクタ口金１８を設置することができる。
【００２８】
本体の前面（換言すれば、円錐の底部）に設置されたランプ１０は、さらに、ランプの選択された発光角度（ビームの広がり）（すなわち、この例ではθ≒３５°）を画定するように構成された、ディッシュ形状のリフレクタ２０を含む。リフレクタ２０の内側面は、楕円の回転によって画定されるような楕円形の双曲放物面を含む。図示するように、リフレクタ２０は、多面リフレクタを含むことができるものの、連続湾曲面を含むこともできる。リフレクタ２０は、好ましくは、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）またはもう一つのポリマー材料、例えば、光反射性表面、例えば、クロムまたはアルミニウムの金属被覆層を持つ、ポリカーボネートまたはアクリルから作製することができる。あるいは、リフレクタ２０は、熱の放散を補助するため、良好な熱伝導率（すなわち、通常、少なくとも１５０Wm-1K-1、好ましくは、少なくとも２００Wm-1K-1）を持つ材料、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含むことができる。熱の放散をさらに補助するため、リフレクタ２０を本体１４に熱結合することができる。
【００２９】
スポットライトは、さらに、熱伝導性基材、例えば、ＭＣＰＣＢ（メタルコアプリント回路基板）２４と熱的に連通して設置された青色発光ＬＥＤを含む。公知のように、ＭＣＰＣＢは、所望の回路構成において電気構成部品を電気的に接続するため、通常、アルミニウムのメタルコア底部、熱伝導／電気的絶縁誘電体層および銅回路層からなる層状構造体を含む。ＭＣＰＣＢ２４は、リフレクタ２０の下方の本体１４の底部における空洞２６内に収容される。ＭＣＰＣＢ２４のメタルコア底部は、熱伝導化合物、例えば、例として、酸化ベリリウムまたはアルミニウム窒化物を含有する標準的なヒートシンク化合物の補助により、熱伝導性の本体１４と熱的に連通して設置される。代替構造では、基材は、通常、少なくとも１５０Wm-1K-1、好ましくは、少なくとも２００Wm-1K-1の良好な熱伝導率を持つ他の材料、例えば、アルミニウム合金、銅または銅の合金を含むことができる。ＬＥＤ２２を交流電流（ＡＣ）商用電源から直接動作させるための整流器回路２８をＭＣＰＣＢ２４に設置することができる。ＭＣＰＣＢは、本体１４内においてリフレクタの下方の空洞２６に収容される。
【００３０】
ＬＥＤ２２は、≒４．４Ｗのセラミックパッケージガリウム窒化物系青色発光ＬＥＤチップを含むことができる。ＬＥＤチップは、４００nm〜４８０nmの範囲、通常、４５５nmのピーク波長を持つ青色光を生成する。ＬＥＤ２２は、スポットライトの発光軸１２に対応する方向に光を発光するように構成される。
【００３１】
本発明に従い、スポットライト１０は、さらに、この例ではスポットライトの発光軸１２に沿って延在するように構成された円形断面の棒を含む、光導波路３０を含む。光導波路３０は、任意の光透過性材料、例えば、ポリカーボネート、アクリルまたはガラスを含むことができる。光導波路のための他の好適な材料は、当業者にとって自明である。光導波路３０の第一の端部は、リフレクタ２０の底部の開口部を通って延伸し、ＬＥＤ２２に光学的に結合される。光導波路２８の第一の端部は、さらに、ＬＥＤによって発光される光の光導波路３０への結合を補助するため、一つ以上の概略的に半球状の凹部または他のフィーチャを含むことができる。光導波路３０の第二の端部３２、換言すれば、ＬＥＤに対して遠位の端部は、光導波路の発光面になり、図示するように、概略的に半球状またはドーム形状の形状であることができる。光導波路の発光面は、リフレクタ２０によって画定される内面容積内に配設される。光導波路の湾曲面を通る光の発光を防止し、すべての光が発光面から発光されることを確実にするため、光導波路の外側湾曲面の一部分またはすべてに光反射性コーティング３４、例えば、アルミニウム、銀またはクロムの金属被覆層を提供することができる。添付図面では、光反射性コーティング３４が太線で指示され、光導波路の全湾曲面を覆い、それにより、すべての光が発光面（光導波路の第二の端部）から発光されることを確実にする。
【００３２】
一般的に白色光を生成することが要求されるため、ＬＥＤスポットライトは、さらに、ＬＥＤチップによって発光される青色光をある割合で吸収し、黄色光、緑色光、赤色光またはそれらの組み合わせを発光する、一つ以上の蛍光体（フォトルミネッセント）材料３６を包含する。蛍光体材料によって吸収されない青色光は、蛍光体材料によって発光される光と組み合わされ、白色の色に見える発光生成物をスポットライト１０に与える。
【００３３】
通常、粉末形態である蛍光体材料に透明なバインダ材料、例えば、ポリマー材料（例として、熱またはＵＶ硬化性シリコーンまたはエポキシ材料）を混合し、光導波路３２の発光面に対して、均一な厚さの一つ以上の層の形態でポリマー／蛍光体混合物を塗布する。スポットライトの発光生成物の色および／またはＣＣＴは、蛍光体材料組成および蛍光体材料の量によって決定される。白色光の所望の色またはＣＣＴを生成するために要求される蛍光体材料は、粉末形態の任意の蛍光体材料を含むことができ、無機または有機蛍光体、例えば、例として、Ｓｉがシリコンであり、Ｏが酸素であり、Ａがストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄが塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｓ）、窒素（Ｓ）または硫黄（Ｓ）を含む、一般的な組成Ａ３Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）５またはＡ２Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）４のシリケート系蛍光体を含むことができる。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 Corporationに譲渡）、第７，６０１，２７６号「Two phase silicate-based yellow phosphor」（Intematix Corporationに譲渡）、第７，６５５，１５６号「Silicate-based orange phosphor」（Intematix Corporationに譲渡）および第７，３１１，８５８号「Silicate-based yellow-green phosphor」（Intematix Corporationに譲渡）で開示されている。蛍光体は、米国特許第７，５４１，７２８号「Aluminate-based green phosphor」（Intematix Corporationに譲渡）および第７，３９０，４３７号「Aluminate-based blue phosphor」（Intematix Corporationに譲渡）で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 Corporationに譲渡）で教示されているようなアルミニウム−シリケート蛍光体または２００９年１２月７日に申請された同時係属中の米国特許出願第１２／６３２，５５０号（米国公報第２０１０／０３０８７１２号）で教示されているような窒化物系赤色蛍光体材料も含むことができる。蛍光体材料が本明細書に記載の例に限定されず、窒化物および／または硫化物蛍光体材料、酸窒化物および酸硫化物蛍光体またはガーネット材料（ＹＡＧ）を包含する任意の蛍光体材料を含むことができることが認識される。
【００３４】
ＬＥＤによって生成される熱から蛍光体材料層３６の適切な熱的隔離を提供するため、光導波路２８は、通常、軸方向の長さが少なくとも２５mmである。
【００３５】
スポットライト１０は、さらに、スポットライトの発光軸１２と同軸の前面リフレクタ４０を含む。一つの実施態様では、前面リフレクタ４０は、リフレクタ２０の一体部分として形成され、二つ以上の放射状に延伸するスポーク（アーム）４２により、リフレクタ２０の縁部に取り付けられる。図１および２に図示するように、前面リフレクタ４０は、共面軸を中心にその平面で円弧を回転させることにより画定される光反射性表面（すなわち、旋回表面）を含むことができる。図面では、表面は、トーラスの一部分であり、頂部が光導波路の発光面に向かって方向付けられ、円錐形表面が凹面の形状である、概略的に円錐形の形状である。前面リフレクタの外縁に向かい、光反射性表面は、光導波路３０に向かって後方に湾曲する。
【００３６】
スポットライト１０は、さらに、リフレクタ２０の前面に設置される光透過性前面カバー（ウィンドウ）３８を含むことができる。理解を容易にするため、図１では、カバー３８および前面リフレクタ４０を一部切欠きで図示する。通常、カバー３８は、例として、ポリマー材料、例えば、ポリカーボネート、アクリルまたはガラスの光透過性（透明）ウィンドウを含む。代替構造では、前面リフレクタ４０がリフレクタ２０から分離し、カバー３８の内側面に設置され、それにより、光の発光に干渉するか、さもなければ視覚的に美しくないことができるアーム４２の必要を省くことが想到される。
【００３７】
図３は、本発明のスポットライト１０の動作原理を図示する概略断面図である。動作時、ＬＥＤ２２によって生成される光４４は、光導波路３０の第一の端部に結合され、多数の内部反射の過程により、光導波路の長さに沿って導波される。表面に対して臨界角度を上回る角度でドーム形状の発光面に入光する光４４は、ドーム形状の発光面３２を通って発光され、その一部が蛍光体３６によって吸収され、それに応じて蛍光体３６が異なる色（波長）の光を発光する。蛍光体３６は、蛍光体によって生成される光と、蛍光体によって吸収されない青色光４４の一部とが組み合わされ、白色の色に見え、選択されたＣＣＴを有し、スポットライトの発光生成物４６になるように構成（すなわち、厚さおよび組成）される。フォトルミネッセント光生成の等方的な性質のため、光導波路の端部によって発光される光４６は、発光軸１２に対してほぼ半径方向から平行までの角度範囲にわたって発光される。図３に図示するように、光４６は、前面リフレクタ４０により、スポットライトの発光方向と反対にパラボラ状リフレクタ２０に向かって後方に反射し、今度はスポットライトからの発光が発光角度θ（３５°など）に制約されるようにパラボラ状リフレクタ２０が光を反射する。選択された発光角度θ内で半値全幅（ＦＷＨＭ）が起こるようにリフレクタ２０を構成することができる。
【００３８】
図４および５は、本発明に従ったＬＥＤスポットライトの代替光学構成の例を例示する概略断面図である。図４の実施態様では、光導波路３０の第二の（発光）端部３２は、外方に細くなり、光導波路３０の端部に配設された円錐の頂部が切り取られている円錐台形の形状である。端部３２の湾曲した円錐形表面は、光導波路の発光面４８になり、その全表面にわたって蛍光体３６の層を有する。円錐台形端部３２の底部（すなわち、ＬＥＤの最遠位の一部）は、光導波路の第二の端部からの発光を防止するため、円錐形の凹部５０および金属被覆層を有する。凹部５０および金属被覆層は、前面リフレクタ４０になる。動作時、ＬＥＤ２２によって生成される光は、光導波路３０の第一の端部に結合され、多数の内部反射の過程により、光導波路の長さに沿って導波される。光４４は、その後、前面リフレクタ４０により、反射され、発光面４８に向かって後方に方向付けられる。臨界角度を上回る角度で発光面４８に入光する光４４は、円錐形の発光面４８を通って発光され、その一部が蛍光体３６によって吸収され、それに応じて蛍光体３６が異なる色（波長）の光を発光する。蛍光体３６の厚さおよび組成は、蛍光体によって生成される光と、蛍光体によって吸収されない青色光４４の一部とが組み合わされ、白色の色に見え、選択されたＣＣＴを有し、スポットライトの発光生成物４６になるように構成される。フォトルミネッセント光生成の等方的な性質のため、光導波路の端部によって発光される白色光４６は、発光軸１２に対してほぼ半径方向からほぼ平行までの角度範囲にわたり、パラボラ状リフレクタの底部に向かう方向に発光される。パラボラ状リフレクタ２０は、スポットライトからの発光が発光角度θ（３５°など）に制約されるように光を反射する。
【００３９】
図５に例示する例示的な実施態様では、光導波路３０の発光端部３２が外方に細くなり、光導波路の端部に配設された円錐の頂部が切り取られている概略的に円錐台形の形状である。端部３２の湾曲した凹面円錐形表面は、光導波路の発光面４８になり、その全表面にわたって蛍光体３６の層を有する。円錐台形端部３２の底部（すなわち、ＬＥＤの最遠位の一部）は、光導波路の第二の端部からの発光を防止するため、前面リフレクタ４０になり、金属被覆層を有する。例示するように、底部は、発光面４８を通る発光を最大化するため、例えば、凹面の概略的に円錐形の凹部５０の輪郭であることができる。動作は、図４の構造と同様であり、さらなる記載はしない。
【００４０】
小さい形状要素を持つＬＥＤスポットライト、例えば、ＭＲ１１およびＭＲ１６に関係して本発明のランプを記載したが、パラボラ状アルミめっきリフレクタ（ＰＡＲ）ランプ、例えば、ＰＡＲ２０（φ２．５”またはφ６．５cm）、ＰＡＲ３０（φ３．７５”またはφ９．５cm）、ＰＡＲ３８（φ４．７５”またはφ１２．２cm）、ＰＡＲ５６（φ７”またはφ１７．５cm）およびＰＡＲ６４（φ８”またはφ２０cm）ランプを包含する他のランプに本発明を適用することが想到される。そのようなランプでは、光導波路は、軸方向に７０mm〜１００mmの最小長さを有することができる。標準形状に加え、本体１４は、非標準的な形状要素を有することができ、ランプを標準的な照明器具に備えさせるように構成することができる。そのような形状寸法の例は、例として、所期の用途に依存して概略的に円筒状または概略的に半球状の本体を包含することができる。他の発光角度、例えば、狭いスポット（θ＝８°）から広い投光（θ＝６０°）の範囲に及ぶ発光角度を持つランプに本発明の概念を適用できることが認識される。通常、ダウン照明および一般的な照明用途では、発光角度θは、３０°、４５°または６０°オーダーである。
【００４１】
また、以降に記載するように、本発明のランプは、さらに、他のランプ形状寸法、例えば、従来の光電球または装飾用電球、例えば、キャンドル電球に適用される。
【００４２】
図６は、本発明の実施態様に従ったＬＥＤ系光電球１０の概略断面図である。光電球１０は、≒３０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）および≒６００〜７００ルーメンの発光強度を持つ白色光を生成するように構成される。光電球１０は、従来の白熱フィラメント光電球に対するエネルギー効率の良い代替品として使用されることを意図し、１１０Ｖ  ＡＣ電源で動作可能である。
【００４３】
この実施態様では、コネクタ口金１８は、エジソンねじ口金、例えば、Ｅ２６（２６mmのミディアムまたは標準的エジソンねじＭＥＳまたはＥＳ）を含むことができる。図示するように、ねじ口金１８は、整流器または他の駆動回路２８を収容することができる。ＬＥＤ２２も接続された口金内に収容され、ＬＥＤによって生成される熱の放散を補助するため、コネクタキャップ１８と良好に熱的に連通して設置される。光４６が実質的に等方的に（すなわち、すべての方向に実質的に等しく）発光され、それにより、従来の白熱光電球のフィラメントの発光に類似することを確実にするため、光導波路の発光端部３２は、図示するように、概略的に球体の表面を含むことができる。蛍光体３６は、球体の発光面３２に対し、均一な厚さの層として塗布される。図示するように、ランプは、さらに、形状要素が従来の光電球に類似する光透過性エンベロープ５２を含む。エンベロープは、好ましくは、光透過性材料、例えば、ポリマー材料、ポリカーボネート、アクリルまたはガラスから成形される。光導波路を射出成形によって作製し、その後、球体の発光面に蛍光体層を塗布することができる。あるいは、蛍光体に光透過性ポリマーを混合し、例として、第二の射出成形により、球体の発光面上に蛍光体とポリマーとの混合物を成形することができる。
【００４４】
動作時、ＬＥＤ２２によって生成された光４４は、光導波路３０の第一の端部に結合され、多数の内部反射の過程により、光導波路の長さに沿って導波される。臨界角度を上回る角度で発光面３２に入光する光４４は、球体の形状の発光面３２を通って発光され、その一部が蛍光体３６によって吸収され、それに応じて蛍光体３６が異なる色（波長）の光を発光する。蛍光体３６の厚さおよび組成は、蛍光体によって生成される光と、蛍光体によって吸収されない青色光４４の一部とが組み合わされ、白色の色に見え、選択されたＣＣＴを有し、電球の発光生成物４６になるように構成される。発光生成物は、光透過性エンベロープ５２を通って発光される。要求される発光パターンに依存して、発光面が他の形状、例えば、例として、扁平または扁長回転楕円体または概略的に楕円体の形状であることができることが認識される。
【００４５】
図７は、本発明のさらなる実施態様に従ったＬＥＤ光電球１０の概略断面図である。光電球１０は、≒３０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）および≒６００〜７００ルーメンの発光強度を持つ白色光を生成するように構成される。光電球１０は、従来の白熱フィラメント光電球に対するエネルギー効率の良い代替品として使用されることを意図し、英国で使用されるような２４０Ｖ  ＡＣ電源で動作可能である。
【００４６】
この実施態様では、コネクタ口金１８は、二重接触Ｂ２２ｄ差込コネクタキャップを含むことができ、標準的な差込光ソケットを使用し、電球を商用電源に直接接続することが可能である。図示するように、蛍光体３６は、エンベロープ５２内に混合される（均質的に分布させる）ことができる。あるいは、蛍光体は、エンベロープ５２の内側および／または外側表面上の一つ以上の層として提供することができる。
【００４７】
動作時、ＬＥＤ２２によって生成された光４４は、光導波路３０の第一の端部に結合され、多数の内部反射の過程により、光導波路の長さに沿って導波される。臨界角度を上回る角度で発光面３２に入光する光４４は、球体の形状の発光面３２を通って発光される。最終的に、光がエンベロープに入り、その一部が蛍光体３６によって吸収され、それに応じて蛍光体３６が異なる色（波長）の光を発光する。エンベロープ５２内の蛍光体の荷重は、蛍光体によって生成される光と、蛍光体によって吸収されない青色光４４の一部とが組み合わされ、白色の色に見え、選択されたＣＣＴを有し、電球の発光生成物４６になるように構成される。
【００４８】
図８ａおよび８ｂは、それぞれ、本発明の実施態様に従った装飾用ＬＥＤ系キャンドルランプ１０のＡ−Ａを通る概略斜視図および断面図を図示する。キャンドルランプ１０は、≒２７００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）および≒１００ルーメンの発光強度を持つ白色光を生成するように構成される。キャンドルランプ１０は、従来の白熱キャンドル光電球に対するエネルギー効率の良い代替品として使用されることを意図し、１１０Ｖ  ＡＣ電源で動作可能である。
【００４９】
この実施態様では、コネクタ口金１８は、Ｅ１２エジソンねじ口金（１２mmのキャンデラブラエジソンねじＣＥＳ）またはＥ１７ねじ口金（１７mmのインターミディエイトエジソンねじＩＥＳ）を含むことができる。ランプは、さらに、蝋キャンドルに類似するように構成された中空の円筒状本体５４を含むことができる。キャンドル電球は、多くの場合、その発光よりもむしろ装飾的な目的で使用されるため、本体５４は、プラスチック材料、例えば、ポリカーボネートまたはアクリルで作ることができる。あるいは、本体は、熱伝導性材料、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られ、ＬＥＤを本体５４と熱的に連通して設置することができる。図８ｂに図示するように、整流器または他の駆動回路２８およびＬＥＤ２２をねじ口金１８内に収容することができる。代替構造では、回路および／またはＬＥＤを本体５４内に収容することができる。
【００５０】
光導波路３０が本体の長さに沿って通過し、光導波路の一部５６は、ハウジング５４の上部から出て延伸し、キャンドルの芯を模すように構成される。光導波路の発光端部３２は、概略的に涙滴形状である炎に類似するように構成される。蛍光体３６は、炎形状の発光面３２に対し、均一な厚さの層として塗布される。光導波路の芯を模した一部５６は、必然的に細長い形状である（すなわち、その長さがその幅よりもはるかに大きい）ため、光導波路３０は、さらに、ＬＥＤ２２から光導波路への光の結合を促進するため、外方に細くなる一部５８を含むことができる。図示するように、光導波路の細くなる一部５６は、ＬＥＤに近接して配設し、ハウジング５４内に収容することができる。
【００５１】
動作時、ＬＥＤ２２によって生成された光４４は、光導波路３０の第一の端部に結合され、多数の内部反射の過程により、光導波路の長さに沿って導波される。発光面３２に入光する光４４は、炎形状の発光面３２を通って発光され、その一部が蛍光体３６によって吸収され、それに応じて蛍光体３６が異なる色（波長）の光を発光する。蛍光体の厚さおよび組成は、蛍光体によって生成される光と、蛍光体によって吸収されない青色光４４の一部とが組み合わされ、白色の色に見え、選択されたＣＣＴを有し、電球の発光生成物４６になるように構成される。発光面は、さらに、炎の特殊効果の外観を強化するため、一つ以上の蛍光体、例えば、橙色発光蛍光体のパターン６０を含むことができる。
【００５２】
本発明に従ったＬＥＤランプが記載した例示的な実施態様に限定されず、本発明の範囲内で変形を作ることができることが認識される。例として、当業者には他の光学形状寸法が自明である。光導波路を円形断面として記載した一方、他の断面、例えば、正方形、矩形、楕円形または三角形の光導波路を使用することができる。光導波路の発光面からの発光を最大化するため、発光面は、臨界角度を上回る角度で表面に入光する光を最適化するための表面テクスチャリングを包含することができる。そのような表面テクスチャリングは、一定の表面パターニング、例えば、一連の隆起部を含むことができる。また、本発明に従ったＬＥＤランプは、青色光またはＵＶ光を発光する他のＬＥＤ、例えば、シリコンカーバイド（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）または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系ＬＥＤチップを含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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