(57)【要約】照明装置１００は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２と、該ＬＥＤの上側に設置され、前記ＬＥＤ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矩形の光混合キャビティ１０９とを含む。矩形の光混合キャビティ１０９の長い方の側壁内面は第１の種類の波長変換材料で被覆され、短い方の側壁内面は入射光を色変換することなく反射する。ＬＥＤの上側に配置された出力窓１０８は、第２の種類の波長変換材料で被覆されている。光混合キャビティ１０９は、非金属の拡散反射層１２４とそれを裏側から支持する別の反射層とを有する交換可能な反射性挿入体を含み得る。加えて、ＬＥＤ１０２は、実装基板１０４上に設けられた底上げパッドの上に取り付けられ得る。光混合キャビティ１０９は、複数の孔を有する底部リフレクタ１０６を含み得、底上げパッドはＬＥＤを底上げし、ＬＥＤが底部リフレクタ１０６の上面の上側に位置するようにする。【選択図】図２
2013519208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
第１の方向に延びる長さ寸法、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に延びかつ前記長さ寸法よりも短い幅寸法及び、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の面の上側に前記複数のＬＥＤから物理的に離間して設置され、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、かつ、前記第１の方向に整列された第１の内面、前記第２の方向に整列された第２の内面及び、出力窓を有する光変換サブアセンブリとを含んでおり、
前記第１の内面が、第１の種類の波長変換材料で被覆された第１の部分を有し、
前記第２の内面が、入射光を色変換することなく反射する第１の部分を有し、かつ
前記出力窓が、第２の種類の波長変換材料で被覆された部分を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記第２の方向に整列された前記第２の内面の前記第１の部分が、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を色変換することなく反射するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記光変換サブアセンブリが、前記第１の面の上側に配置された底部リフレクタ挿入体を含み、
前記底部リフレクタ挿入体が、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を反射するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の照明装置であって、
前記底部リフレクタ挿入体及び／または前記第２の内面の前記第１の部分が、非金属反射層と、その下側に設けられた反射性裏側層とを有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置であって、
前記非金属反射層が拡散反射性を示し、
前記反射性裏側層が鏡面反射性を示すことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記第１の内面及び前記出力窓が、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装置。
【請求項７】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記第１の内面が、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を反射する第２の部分をさらに有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１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装置。
【請求項９】
請求項１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装置。
【請求項１０】
請求項１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装置。
【請求項１１】
請求項１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成る第２の層をさらに有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
照明装置であって、
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤの上側に該ＬＥＤから物理的に離間して設置され、前記ＬＥＤ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混合キャビティとを含んでおり、
前記光混合キャビティの第１の内面が、交換可能な反射性挿入体を含み、
前記交換可能な反射性挿入体が、非金属拡散反射層と、該拡散反射層を裏側から支持する別の反射層とを有することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
前記別の反射層が、鏡面反射性を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の装置であって、
前記交換可能な反射性挿入体が、前記光混合キャビティの底面を形成する底部リフレクタ挿入体であることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の装置であって、
前記交換可能な反射性挿入体が、前記光混合キャビティの側壁面を形成する側壁挿入体であることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の装置であって、
前記複数のＬＥＤの上側に該複数のＬＥＤから物理的に離間して設置された出力窓をさらに含み、
前記光混合キャビティが、第１の種類の波長変換材料で被覆された第１の部分を有し、
前記出力窓が、第２の種類の波長変換材料で被覆された部分を有し、
これにより、前記光混合キャビティが、前記複数のＬＥＤから放射された光が前記出力窓から出るまでの間に前記光を混合して色変換するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
照明装置であって、
複数の底上げパッドを有する実装基板と、
前記実装基板の前記複数の底上げパッド上に設置された複数のＬＥＤと、
第１の種類の波長変換材料で被覆された第１の部分、第２の種類の波長変換材料でその一部が被覆された出力窓及び、複数の孔を有する底部リフレクタを有し、前記ＬＥＤから放射された光が前記出力窓から出るまでの間に前記光を混合して色変換するように構成された光混合キャビティとを含み、
前記複数のＬＥＤを前記複数の底上げパッドによって底上げし、前記複数のＬＥＤが前記複数の孔を通って前記底部リフレクタの上面の上側に位置するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、
前記光混合キャビティが、前記複数のＬＥＤから放射された光を色変換することなく反射する第２の部分を有することを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の装置であって、
前記底部リフレクタが、非金属反射層と、その下側に設けられた反射性裏側層とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記非金属反射層が拡散反射性を示し、
前記反射性裏側層が鏡面反射性を示すことを特徴とする装置。
【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２月４日付けで出願された米国特許仮出願第６１／３０１，５４６号及び２０１１年１月２７日付けで出願された米国特許出願第１３／０１５，４３１号の優先権を主張するものである（両特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする）。
【０００２】
（技術分野）
本明細書で説明する実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤチップの最大温度の限界に起因する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や、ＬＥＤチップの温度に大きく関係する寿命要件のために、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。ＬＥＤチップの温度は、ＬＥＤシステムの冷却能力及び出力効率（ＬＥＤ及びＬＥＤシステムによって生成された光出力の入力電力に対する比率）によって決まる。また、ＬＥＤを使用する照明装置は、一般的に、色点の不安定性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。色点の不安定性は、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、用途のための色及び／または光束の要件を満たすように製造されたＬＥＤ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】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明装置を提供する。一実施形態では、本発明の照明装置は、第１の方向に延びる長さ寸法と、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に延びかつ前記長さ寸法よりも短い幅寸法と、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が取り付けられる第１の面とを有する光源サブアセンブリを含む。本発明の照明装置は、前記第１の面の上側に前記複数のＬＥＤから物理的に離間して設置され、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をさらに含む。前記光変換サブアセンブリの第１の内面の第１の部分は前記第１の方向に整列されており、かつ第１の種類の波長変換材料で被覆されている。前記光変換サブアセンブリの第２の内面の第１の部分は前記第２の方向に整列されており、かつ入射光を色変換することなく反射する。前記光変換サブアセンブリの出力窓の一部は、第２の種類の波長変換材料で被覆されている。前記第２の方向に整列された前記第２の内面の前記第１の部分は、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を色変換することなく反射する。
【０００６】
別の実施形態では、本発明の照明装置は、第１の方向に延びる長さ寸法と、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に延びかつ前記長さ寸法よりも短い幅寸法とを有する実装基板を含む。複数のＬＥＤが前記実装基板上に設置される。本発明の照明装置は、前記複数のＬＥＤの上側に、該複数のＬＥＤから物理的に離間して設置された出力窓と、前記複数のＬＥＤから放射された光が出力窓から出るまでの間に前記光を反射するように構成された光混合キャビティとをさらに含む。前記光混合キャビティの第１の部分は前記第１の方向に整列されており、かつ第１の種類の波長変換材料で被覆されている。また、前記光混合キャビティの第２の部分は前記第２の方向に整列されており、かつ入射光を色変換することなく反射する。前記出力窓の一部は、第２のの種類の波長変換材料で被覆されている。前記第２の方向に整列された前記第２の内面の前記第２の部分及び／または底部リフレクタ挿入体は、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を色変換することなく反射する。
【０００７】
別の実施形態では、本発明の照明装置は、複数の光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記複数のＬＥＤの上側に該ＬＥＤから物理的に離間して設置され、かつ前記ＬＥＤ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混合キャビティとを含む。前記光混合キャビティの第１の内面は、交換可能な反射性挿入体を含む。前記交換可能な反射性挿入体は、非金属の拡散反射層と、該拡散反射層を裏側から支持する別の反射層とを有する。前記別の反射層は、鏡面反射性を有し得る。前記交換可能な反射性挿入体は、前記光混合キャビティの底面を形成する底部リフレクタ挿入体及び／または前記光混合キャビティの側壁面を形成する側壁挿入体であり得る。
【０００８】
さらなる別の実施形態では、本発明の照明装置は、複数の底上げパッドを有する実装基板と、前記実装基板の前記複数の底上げパッド上に設置された複数のＬＥＤとを含む。本発明の照明装置は、前記ＬＥＤから放射された光が出力窓から出るまでの間に前記光を反射するように構成された光混合キャビティをさらに含む。前記光混合キャビティは、複数の孔を有する底部リフレクタを有する。前記複数の底上げパッドは、前記複数のＬＥＤが前記底部リフレクタの上面の上側に位置するように、前記複数のＬＥＤを前記複数の孔を通して底上げする。前記光混合キャビティの第１の部分が、第１の種類の波長変換材料で被覆されており、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ている。
【０００９】
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述べる。この要約は、本発明を規定する。本発明は、特許請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付図面は本発明の実施形態を示す。同様の番号は同様の構成要素を示す。
【００１１】
【図１】発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】ＬＥＤ照明装置の構成要素を示す分解図である。
【図３Ａ】ＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｂ】ＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す断面図である。
【図４】設置されたＬＥＤへの電気的接続を提供する実装基板と、ＬＥＤ照明装置のための熱拡散層とを示す図である。
【図５Ａ】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５Ｂ】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５Ｃ】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よりも大幅に大きい。
【図５Ｄ】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は、非金属層と、薄い金属の反射性裏側層とを有する。
【図５Ｅ】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５Ｆ】底部リフレクタ挿入体の別の実施形態を示す図である。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６Ａ】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６Ｂ】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形成されていない。
【図６Ｃ】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側面図である。
【図７Ａ】本発明の照明装置に使用される出力窓を示す側面図である。この出力窓は、内面に１つの層を有する。
【図７Ｂ】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、一方の層は出力窓の内面に形成されており、他方の層は出力窓の外面に形成されている。
【図７Ｃ】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、２つの層は両方とも出力窓の内面に形成されている。
【図８】本発明の照明装置に設置された、本発明の照明装置から放射された光を平行にするためのリフレクタを示す斜視図である。
【図９】底部ヒートシンクが備えた照明装置を示す図である。
【図１０】レトロフィットランプ装置に組み込まれた照明装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の背景の例及び本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。それらの例は、添付図面に示されている。
【００１３】
図１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置１００の斜視図である。図２は、ＬＥＤ照明装置１００の構成要素を示す分解図である。本明細書で定義されるように、ＬＥＤ照明装置は、単なるＬＥＤではなく、ＬＥＤ光源またはＬＥＤ器具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照明装置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。図３Ａ及び３Ｂはそれぞれ、ＬＥＤ照明装置１００の一実施形態を示す斜視図及び断面図である。
【００１４】
図２を参照すると、ＬＥＤ照明装置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が実装された実装基板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と出力窓１０８とを含み、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の上部に固定される。キャビティ本体部１０５は、サブアセンブリ１１６を光源サブアセンブリ１１５の上側に設置したときに、ＬＥＤ１０２から入射した光が出力窓１０８から出るまで前記光を反射するのに使用され得る内部側壁を有する。底部リフレクタ挿入体１０６は、任意選択で、実装基板１０４の上側に配置され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、該挿入体によって各ＬＥＤ１０２の光放射部分を遮らないように、複数の孔を有する。側壁挿入体１０７は、サブアセンブリ１１６を光源サブアセンブリ１１５の上側に設置したときに、ＬＥＤから入射した光が出力窓１０８から出るまで、側壁挿入体１０７の内面が前記光を反射するように、任意選択でキャビティ本体部１０５の内側に配置され得る。
【００１５】
この実施形態では、側壁挿入体１０７と、出力窓１０８と、実装基板上に配置された底部リフレクタ挿入体１０６とにより、ＬＥＤ１０２から入射した光が出力窓１０８から出るまで前記光の一部を反射する光混合キャビティ１０９がＬＥＤ照明装置１００に画定される。出力窓から出る前にキャビティ１０９内の光を反射することにより、ＬＥＤ照明装置１００から放射された光を混合して光の分布をより均一にするという効果が得られる。
【００１６】
図３Ａ及び３Ｂは、光混合キャビティ１０９の破断斜視図である。図３Ａ及び３Ｂに示すように、側壁挿入体１０７の一部は、蛍光体などの波長変換材料のコーティング１１１を含み得る。さらに、出力窓１０８の一部は、別の波長変換材料で被覆され得る（図７Ｂ参照）。波長変換材料の光子変換特性は、キャビティ１０９内での光混合と協働して、出力窓１０８から出力される光を色変換することができる。波長変換材料の化学的性質及び、キャビティ１０９の内面の前記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数（ＣＲＩ）を決定することができる。
【００１７】
ＬＥＤ１０２が固体封入物質中ではなく非固体物質中（例えば空気や不活性ガスなど）へ光を放射するように、キャビティ１０９には非固体物質が充填され得る。例えば、前記キャビティを密封し、該キャビティにアルゴンガスを充填することができる。あるいは、窒素を使用してもよい。
【００１８】
複数のＬＥＤ１０２は、直接的な放射、または、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所での蛍光体変換によって、互いに異なる色または互いに同じ色を有する光を放射することができる。したがって、照明装置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は、全て同じ色の光を生成したり、全て白色の光を生成したりすることもできる。例えば、ＬＥＤ１０２は、全て青色光またはＵＶ光を放射し得る。加えて、ＬＥＤ１０２は偏向光または非偏向光を放射し得、ＬＥＤベース照明装置１００は偏向光ＬＥＤまたは非偏向光ＬＥＤの任意の組み合わせを使用し得る。出力窓１０８の内部または表面、キャビティ本体部１０５の側壁１１０、またはキャビティ内に配置される他の構成部品（例えば、側壁挿入体１０７及び／または底部リフレクタ挿入体１０６、あるいは図示しない他の挿入部品）に適用され得る蛍光体（または、例えば発光染料などの他の波長変換手段）と組み合わせて使用すると、照明装置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、ＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｃｓ２ＣａＰ２Ｏ７、Ｃｓ２ＳｒＰ２Ｏ７、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ、Ｙ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、及びＬｕ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ。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が含浸された側壁挿入体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。
【００１９】
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したり、前記キャビティ内における前記蛍光体で被覆する部分を選択したりすることによって、あるいは、出力窓に形成され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に応じて調節することができる。
【００２０】
一例では、単一種類の波長変換材料が、図３Ｂ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。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。ＬＥＤ１０２、側壁挿入体１０７に適用された赤色蛍光体、及び出力窓１０８に適用された黄色蛍光体の色性能は組み立てる前に測定され、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される。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。
【００２１】
図４は、実装基板１０４をより詳細に示す図である。実装基板１０４は、それに実装される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。本明細書で定義されるように、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む１若しくは複数のＬＥＤダイのアセンブリである。ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤチップの上側にレンズを含み得る。あるいは、レンズを含まないＬＥＤが使用され得る。レンズを含まないＬＥＤは保護層を含み得、保護層は蛍光体を有し得る。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させてもよい。電気接触パッドに加えて、ＬＥＤ１０２は、サブマウントの底面に、ＬＥＤチップによって生成された熱を排出するための熱接触領域を有し得る。ＬＥＤの熱接触領域は、基板１０４上に形成された熱拡散層１３１に接続される。熱拡散層１３１は、実装基板１０４の上部層、底層または中間層のいずれかに形成され得る。熱拡散層１３１は、その上部層、底層及び中間層を接続するビアを介して接続され得る。
【００２２】
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導する。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９）に熱的に接続され得る。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得る。いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、熱を、基板１０４の上部に熱的に接続されたヒートシンクへ伝導する。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し得る。実装基板１０４は、熱接触領域としての役割を果たす上面及び底面上に形成された例えば３０μｍないし１００μｍの比較的厚い銅層を有する、例えば厚さ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。アルミナ製（セラミック形態の酸化アルミニウム）や窒化アルミニウム製（同様にセラミック形態）などの他の種類の基板を使用してもよい。
【００２３】
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を貫通するビアであり得、電気接続部は基板の反対側すなわち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、密充填配列を提供するために、六角形配列を有し得る。このような配置では、各ＬＥＤは、それに隣接するＬＥＤの各々から互いに等距離に位置される。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望ましい。
【００２４】
図５Ａ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、高熱伝導性を有する材料から作製され、基板１０４に熱的に接続して配置され得る。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。底部リフレクタ挿入体は、例えば、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を反射し得る。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ように高熱伝導性を有し得る。
【００２５】
図５Ｂ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いる。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、高反射性面が、キャビティ本体部１０５の底部を、ＬＥＤ１０２から光が放射される部分以外は被覆する。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（Alanod）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として使用され得る。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。また、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してもよい。
【００２６】
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）や、W.L. Gore社（米国）製のものなどの焼結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５Ｃ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から放射された光を妨げることなく、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に形成され得、底部リフレクタ挿入体１０６は実装基板１０４の上部に直接的に設置される。このように、ＬＥＤ１０２から放射された光を著しく妨げることなく、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もできる。この解決策は、ＬＥＤの光放射部分よりもわずかに大きいだけのサブマウントを有するＬＥＤパッケージを用いる場合に特に魅力的である。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５Ｄ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によって裏側から支持され得る。例えば、非金属反射層１０６ａは拡散反射性を示し得、反射性裏側層１０６ｂは鏡面反射性を示し得る。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減少させるので、反射層内の導波は最小限に抑えることが望ましい。
【００２７】
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。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を不要にするため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。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。
【００２８】
図５Ｅは、照明装置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５Ｅに示したような隆起部分を含み得る。図５Ｅに示すＬＥＤ間にダイバータ（diverter）１１７を有する照明装置１００は、ＬＥＤ１０２から広角で放射された光の向きを変え、実装基板１０４の上面の法線に対して狭角になるように構成されている。このように、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の向きを、出力窓１０８に向かう上向きに変えて、照明装置により放射された光が、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を使用することは有用である。本発明の照明装置１００は、光を狭い角度に反射することにより、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内でなされる反射は少ないので、照明装置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有利である。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、広角の光束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ことができる。また、ダイバータ１１７は、１若しくは複数の蛍光体で被覆することもできる。ダイバータ１１７の上部と出力窓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）。複数のダイバータを、キャビティ１０９内に設けることもできる。
【００２９】
図５Ｆは、底部リフレクタ挿入体１０６の別の実施形態を示す。照明装置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。照明装置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°の光線へ平行化される。照明装置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使用することができ、また、照明装置１００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に結合さ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。
【００３０】
図６Ａは、側壁挿入体１０７を示す。例えば、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（Alanod）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することができる。また、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してもよい。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）や、W.L. Gore社（米国）製のものなどの焼結ＰＴＦＥ材料から作製され得る。側壁挿入体１０７の内面は、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鏡層であり、該銀鏡層の酸化を防止するための透明層が設けられる。高拡散反射性材料の例には、ＭＣＰＥＴ、ＰＴＦＥ、または東レ製の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。
【００３１】
別の例では、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。
【００３２】
一実施形態では、側壁挿入体１０７は、高拡散性の反射性ＭＣＰＥＴ材料から作製され得る。側壁挿入体１０７の内面の一部は、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呼ぶ。なお、任意の発光材料または発光材料の組み合わせを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、ＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｃｓ２ＣａＰ２Ｏ７、Ｃｓ２ＳｒＰ２Ｏ７、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ、Ｙ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、またはＬｕ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ。
【００３３】
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の内面を処理する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の上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。
【００３４】
図６Ｂ〜６Ｃは、キャビティ１０９の選択された側壁内面の処理を示す。図６Ｂ及び６Ｃ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の内面を直接的に処理してもよい。図６Ｂは、図中の長手方向に沿って延びる長さと、図中の短手方向に沿って延びる幅を有する長方形のキャビティを示す。この例では、前記短手方向（幅方向）に対応する２つの側壁面１０７ｓに反射コーティング１１３が適用され、前記長手方向（長さ方向）に対応する２つの側壁面１０７ｌに波長変換材料のコーティング１１１が適用されている。所望に応じて、反射性を有する材料を用いて側壁挿入体１０７を形成することもでき、これにより、反射コーティング１１３を不要にすることができる。一実施形態では、幅方向の側壁面１０７ｓは、色変換をすることなく、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を反射する。側壁挿入体１０７に対するこの処理の組み合わせ、すなわち、幅方向の側壁面１０７ｓに反射面を形成し、長さ方向の側壁面１０７ｌに波長変換面を形成する組み合わせが特に有利であることが分かっている。幅方向の側壁面１０７ｓに反射面を形成することにより、出力窓１０８から出力される光線の色の均一性が向上することが証明されている。図６Ｂ及び６Ｃは、鋸歯状にパターン形成されたコーティング１１１を示す。図６Ｃ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。側壁面１０７ｌにおけるコーティング１１１が形成されていない部分は反射性であり、例えば、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの入射光の少なくとも９５％を色変換することなく反射し得る。長さ方向に対応する側壁面１０７ｌ上に、ＬＥＤの周囲に集中して蛍光体パターンを形成することによっても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。さらに、所望に応じて、コーティング１１１がパターンを有さないように、すなわち、側壁面１０７ｌの全体を蛍光体で被覆するようにしてもよい。
【００３５】
図７Ａ〜７Ｃは、様々な構造の出力窓１０８を示す断面図である。図３Ａ及び３Ｂでは、キャビティ本体部１０５の上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。出力窓１０８とキャビティ本体部１０５との間の隙間を埋めるために、例えばエポキシまたはシリコン材料などの密閉材料を使用することができる。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にはんだ付けするようにしてもよい。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を加熱することによってはんだは融解し、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。
【００３６】
図７Ａでは、出力窓１０８は、その内面、すなわちキャビティ１０９に向いた面上に追加的な層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。また、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。適切な色及び／または光学特性を得るために、粉末被覆プロセス中に、レーザ及び分光計及び／または検出器、あるい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。
【００３７】
図７Ｂでは、出力窓１０８は、２つの追加的な層１２４及び１２６を有し、該２つの層の一方は出力窓１０８の内側に設けられ、他方は外側に設けられる。外側層１２６は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ及び／またはＢａＳＯ４粒子などの光散乱粒子であり得る。照明装置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。
【００３８】
図７Ｃでは、出力窓１０８は同様に２つの追加的な層を有するが、両層とも出力窓１０８の同じ内面に設けられている。なお、２つの層が図示されているが、複数の追加的な層を使用し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の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。
【００３９】
蛍光体による色変換プロセスは熱を生成する。そのため、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、熱くなりす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。
【００４０】
図８は、キャビティ１０９から放射された光を平行にするために本発明の照明装置１００に取り付けられたリフレクタ１４０を示す斜視図である。リフレクタ１４０は、アルミニウムまたは銅などの熱伝導性材料から作製されており、キャビティ本体部１０５と共にまたはキャビティ本体部１０５を通じて、基板１０４に設けられた熱拡散層１３１（図４）に熱的に接続されている。熱は、基板１０４に設けられた熱拡散層１３１、熱伝導性のキャビティ本体部１０５、及び熱伝導性のリフレクタ１４０を通じて伝達されることにより流れる。また、熱は、リフレクタ１４０上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複合放物面型集光器であり得る。複合放物面型集光器は、高さが高い傾向があるが、多くの場合、光線角度を増加させるために高さを低くした形態で使用される。この構造の利点は、光を均質化するための追加的な拡散器が不要であり、これによりスループット効率を向上させることができることである。拡散器またはリフレクタ１４０などの光学素子は、ねじ、クランプ、ねじり係合機構、または他の適切な機構によって、キャビティ本体部１０５に取り外し可能に結合され得る。別の例では、拡散器またはリフレクタ１４０は、取付台１０１に直接的に結合され得る。
【００４１】
図９は、底部ヒートシンク１３０が取り付けられた照明装置１００を示す。一実施形態では、実装基板１０４は、サーマルエポキシによってヒートシンク１３０に結合され得る。その代わりにまたはそれに加えて、図９に示すように、照明装置１００をヒートシンク１３０に固定するために、ヒートシンク１３０は照明装置１００にねじで取り付けられ得る。図４に示すように、基板１０４は、サーマルグリース、サーマルテープまたはサーマルエポキシなどを用いてヒートシンク１３０に熱的に接続される熱接触領域としての役割を果たす熱拡散層１３１を含み得る。ＬＥＤを適切に冷却するためには、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的接触領域を基板上に設けるべきである。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設けるべきである。より大きいヒートシンク１３０を使用すると、ＬＥＤ１０２をより高出力で駆動させることが可能となり、また、冷却能力のヒートシンク方向への依存が小さくなるような別のデザインのヒートシンクが可能となる。加えて、装置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を用いることができる。底部ヒートシンクは、基板１０４への電気的接続を可能にするための開口部を含み得る。
【００４２】
例えば図４に示すような基板１０４に設けられた熱拡散層１３１は、リフレクタまたはヒートシンク（例えばヒートシンク１３０）に設置してもよい。加えて、熱拡散層１３１は、照明器具などの外部構造体に直接的に設置してもよい。別の実施形態では、リフレクタ１４０は、アルミニウム、銅、またはそれらの合金などの金属から作製され得、熱拡散を促進するためにヒートシンク１３０に熱的に接続される。
【００４３】
図１及び図２に示すように、本発明の照明装置１００に複数のＬＥＤ１０２を使用してもよい。ＬＥＤ１０２は、図示した長さ方向及び幅方向に沿って直線的に配置される。本発明の照明装置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個が実用的な数量であることが分かっている。一実施形態では、２０個のＬＥＤが使用される。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を直列に配置してもよいが、そのような構成には電気的な安全性の問題が生じ得る。
【００４４】
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、本発明の照明装置は、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５Ｅ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の領域に配するようにしてもよい。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。また、所望に応じて、１つの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。
【００４５】
図１０は、レトロフィットランプ（retrofit lamp）装置１５０内に組み込まれた照明装置１００を示す。レトロフィットランプ装置１５０は、内面１４２を有するリフレクタ１４０を含む。リフレクタ１４０の内面１４２は、反射性を有するように研磨されているか、または、任意選択で反射性コーティング及び／または波長変換層を有し得る。リフレクタ１４０は、任意選択で波長変換層のコーティングまたは他の光学コーティング（例えば二色フィルタ）を有し得る窓１４４をさらに含み得る。本明細書で定義されているように、ＬＥＤベース照明装置は、単なるＬＥＤではなく、ＬＥＤ光源またはＬＥＤ器具あるいはそれらの構成部品であることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ＬＥＤベース照明装置１００は、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。図１０に示すように、ＬＥＤベース照明装置１００は、ＬＥＤベースレトロフィットランプ装置１５０の一部であり得る。
【００４６】
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な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３Ａ及び３Ｂは、直線形状を有する側壁を示しているが、該側壁は、例えば曲線形状、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を通じて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によって、実装基板１０４を取付台１０１に直接的に固定することもできる。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。図８〜１０に示した例は、説明目的のためのものである。また、概ね多角形または楕円形の形状を有する照明装置の例も考えられる。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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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