(57)【要約】照明モジュール１００は、ＬＥＤ１０２から離間して配置された内面１０４（１０６、１１０）及び窓（１０８）を有する光混合キャビティ１０９を含む。出力窓１０８の一部は、第１の波長変換材料で被覆されており、内面１０４（１０６、１１０）の一部は、第２の波長変換材料で被覆されている。出力窓１０８は、ＬｕＡＧ：Ｃｅで被覆してもよい。また、出力窓１０８から放射される光のスペクトル応答が同じＣＣＴでの黒体放射体のスペクトル応答の２０％以内になるように、出力窓１０８を６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長を有する第３の波長変換材料で被覆してもよい。ＬＥＤ１０２から放射された光は、５０８ｎｍないし５２８ｎｍのピーク発光波長及び６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長をそれぞれ有する２つの光ルミネッセンス材料を含み、かつ１３０ｌｍ／Ｗ以上の色変換効率を有する前記光混合キャビティによって変換される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
３８０ｎｍないし４９０ｎｍのピーク波長を有する発光スペクトルにより特徴付けられる第１の色の光を放射する少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記第１の色の光を第２の色の光に変換することができ、かつ１３０ｌｍ／Ｗ以上の色変換効率（光束出力を前記少なくとも１つのＬＥＤの放射出力で割った値）を有する主要光混合キャビティとを含み、
前記主要光混合キャビティにおける前記少なくとも１つのＬＥＤから物理的に離間した部分が、５０８ｎｍないし５２８ｎｍのピーク発光波長を有する第１の光ルミネッセンス材料及び６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長を有する第２の光ルミネッセンス材料を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記主要光混合キャビティが、５４５ｎｍないし５６５ｎｍのピーク発光波長を有する第３の光ルミネッセンス材料を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記第１、第２及び第３の光ルミネッセンス材料をそれぞれ５５ないし９０重量部：５ないし２５重量部：５ないし３５重量部の重量比で混合して調製した混合物を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の材料が、セリウムをドープしたルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）であり、
前記第２の材料が、（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、
前記第３の材料が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムオキサイド（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置であって、
前記主要光混合キャビティが出力窓をさらに含み、
前記第１、第２及び第３の光ルミネッセンス材料を前記出力窓に適用したことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記主要光混合キャビティが側壁挿入体をさらに含み、
該側壁挿入体が、前記第１、第２及び第３の光ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項２に記載の装置であって、
前記第１及び第２の光ルミネッセンス材料の励起スペクトルのピーク値が、前記少なくとも１つのＬＥＤのピーク発光波長から５０ｎｍ以内の値であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項２に記載の装置であって、
前記第２の色の光が、８０以上の平均演色評価数（ＣＲＩ）を有するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項２に記載の装置であって、
前記第２の色の光が、８５以上の特殊演色評価数Ｒ９を有するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１０】
照明装置であって、
実装基板の上面に取り付けられた第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記第１のＬＥＤの上方に前記第１のＬＥＤから物理的に離間して配置された出力窓と、
前記第１のＬＥＤから物理的に離間して配されかつ前記第１のＬＥＤから放射された光を前記出力窓に導くように構成された内面を有する主要光混合キャビティとを含んでおり、
前記出力窓の第１の部分を、セリウムをドープしたルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）を含む第１の波長変換材料で被覆し、かつ
前記主要光混合キャビティの内面の第１の部分を、第２の波長変換材料で被覆したことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記第１の種類の波長変換材料が、６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長を有する第１の光ルミネッセンス材料及び５４５ｎｍないし５６５ｎｍのピーク発光波長を有する第２の光ルミネッセンス材料をさらに含み、
前記ＬｕＡＧ：Ｃｅが、５０８ｎｍないし５２８ｎｍのピーク発光波長を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記ＬｕＡＧ：Ｃｅ、前記第１の光ルミネッセンス材料及び前記第２の光ルミネッセンス材料をそれぞれ５５ないし９０重量部：５ないし２５重量部：５ないし３５重量部の重量比で混合して調製した混合物を含む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、
前記第１の光ルミネッセンス材料が、（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、
前記第２の光ルミネッセンス材料が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムオキサイド（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の装置であって、
前記第１のＬＥＤが、４４０ｎｍないし４６０ｎｍのピーク波長を有する発光スペクトルにより特徴付けられる光を放射することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の装置であって、
前記第２の波長変換材料が、６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク波長を有する（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含むことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載の装置であって、
前記出力窓から放射される光が、８０以上の演色評価数Ｒａを有するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載の装置であって、
少なくとも１つのＬＥＤを含み、
前記主要混合キャビティの出力光束を前記少なくとも１つのＬＥＤの放射出力で割った値である色変換効率が１３０ｌｍ／Ｗ以上であることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の装置であって、
前記出力窓から放射される光の色温度が、目標相関色温度（ＣＣＴ）から７０Ｋ以内の温度であり、
前記目標ＣＣＴが、２７００Ｋ、３０００Ｋ及び４０００Ｋからなる群より選択されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１０に記載の装置であって、
当該装置が、棚照明モジュール、道路照明モジュール、ウォールウォッシュ照明モジュール、アクセント照明モジュール及びオリエンテーション照明モジュールからなる群より選択される照明モジュールであることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１０に記載の装置であって、
光散乱粒子を前記第１の波長変換材料に混合したことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記第１のＬＥＤが、４６０ｎｍないし４９０ｎｍのピーク波長を有する発光スペクトルにより特徴付けられる光を放射することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、
前記第２の波長変換材料が、６２０ｎｍないし６４０ｎｍのピーク発光波長を有する（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含むことを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、
前記出力窓から放射される光が、９５以上の演色評価数Ｒａ、８５以上の演色評価数Ｒ９、９５以上の平均演色評価数Ｒ１０〜１４及び、９５以上の演色評価数Ｒ１５を有するようにしたことを特徴とする装置。
【請求項２４】
照明装置であって、
第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記第１のＬＥＤの上方に前記第１のＬＥＤから物理的に離間して配置された出力窓と、
前記第１のＬＥＤから物理的に離間して配されかつ前記第１のＬＥＤから放射された光を前記出力窓に導くように構成された内面を有する主要光混合キャビティとを含んでおり、
前記出力窓の第１の部分を、６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長を有する第１の光ルミネッセンス材料及びセリウムをドープしたルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）を含む第１の波長変換材料で被覆し、
５００ｎｍないし６００ｎｍの波長範囲における「装置の波長（λ）−黒体放射体の波長（λ）／黒体放射体の波長（λ）」の最大値として求められる前記出力窓から放射される光のスペクトル応答が、同じ色温度における黒体放射体のスペクトル応答の２０％以内になるようにしたことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、
前記第１の波長変換材料が、５４５ｎｍないし５６５ｎｍのピーク発光波長を有する第２の光ルミネッセンス材料をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、
前記ＬｕＡＧ：Ｃｅ、前記第１の光ルミネッセンス材料及び前記第２の光ルミネッセンス材料をそれぞれ５５ないし９０重量部：５ないし２５重量部：５ないし３５重量部の重量比で混合して調製した混合物を含むことを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置であって、
前記第１の光ルミネッセンス材料が、（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、
前記第２の光ルミネッセンス材料が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムオキサイド（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）であることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の装置であって、
前記出力窓から放射される光が、８０以上の演色評価数Ｒａを有するようにした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３月４日付けで出願された米国特許出願第１２／７１７，８８０号の優先権を主張するものである（この特許出願は、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）を含む照明モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
演色評価数（Color Rendering Index：ＣＲＩ）は、理想光源または天然光源と比較したときの、光源が様々な物体の色を正確に再現する能力の定量的な測定値である。このＣＲＩシステムは、国際照明委員会（International Commission on Illumination：ＣＩＥ）により定められている。白色光源の色特性は、ＣＩＥにより選択された１５個の試験色サンプルにより評価される。最初の８つの試験サンプルは比較的低飽和色であり、色相の全範囲に均等に分布している。これらの８つのサンプルは、平均演色評価数Ｒａを計算するのに用いられる。平均演色評価数Ｒａは、８つの演色評価数Ｒ１〜Ｒ８の平均値として単純に計算される。残りの７つのサンプルは、光源の演色性についての補足的な情報を提供し、４つのサンプルは高飽和について注目しており、３つのサンプルは周知の物体の代表値である。
【０００４】
一連の色演色評価数Ｒ１〜Ｒ１５は、光源のスペクトル応答を、各試験色サンプルのスペクトル応答とそれぞれ比較することにより、特定の相関色温度（ＣＣＴ）について計算することができる。この計算は、試験される波長の範囲内の任意の数の等間隔の波長範囲で、試験色サンプルのスペクトル出力分布と試験される光源のスペクトル出力分布との間の差分ΔＥｊを取ることによりなされる。この差分に基づいて、特定の演色評価数の各々は、次のようにして計算される。
【０００５】
【数１】
2013521617.tif 000003
【０００６】
様々な演色評価数（ＣＲＩ）に関連する試験色サンプルは、特定の理想光源または天然光源を用いたときにＣＲＩ値が１００になるようにデザインされている。例えば、５０００ケルビン未満では、黒体放射体が理想光源として用いられる。したがって、５０００ケルビン未満では、黒体放射体の特定ＣＲＩ値の各々は１００である。白熱電球は、黒体放射体に極めて近づくように作製されているので、ＣＲＩ値は１００に近い。アークランプや発光ダイオード（ＬＥＤ）などの、限られたスペクトル出力分布を有する光源は、非常に低いＣＲＩ値を示す。一般的に、可視スペクトル下で物体の優れた演色を提供するような、高ＣＲＩ値を実現する照明光源が望ましい。ＬＥＤを含み、かつ高ＣＲＩ値を有する光源が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の照明モジュールは、内面を有する光混合キャビティを含む。前記光混合キャビティの前記内面は、少なくとも１つのＬＥＤから物理的に離間して配置され、かつ前記第１のＬＥＤから放射された光を出力窓に導くように構成されている。出力窓は、前記第１のＬＥＤの上方に、前記内面と同様に前記第１のＬＥＤから物理的に離間して配置されている。前記出力窓の一部は、第１の波長変換材料で被覆されており、前記内面の一部は、第２の長変換材料で被覆されている。前記出力窓に適用される前記波長変換材料は、セリウムをドープしたルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）を含み得る。前記出力窓を被覆する前記波長変換材料はまた、６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長を有する波長変換材料を含み得、５００ｎｍないし６００ｎｍの波長（λ）範囲で最大値として求めた（テスト（λ）−黒体（λ）／黒体（λ））、前記出力窓から放射される光のスペクトル応答（spectral response）が、同じＣＣＴの黒体放射体のスペクトル応答の２０％以内、より具体的には１５％以内になるようにする。前記ＬＥＤから放射された第１の色の光は、５０８ｎｍないし５２８ｎｍのピーク発光波長を有する第１の光ルミネッセンス材料及び６１５ｎｍないし６５５ｎｍのピーク発光波長を有する第２の光ルミネッセンス材料を含み、かつ１３０ｌｍ／Ｗ以上の色変換効率（前記光混合キャビティの光束出力を前記ＬＥＤの放射出力で割った値）を有する前記光混合キャビティによって、第２の色の光に変換される。
【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、本発明を規定することを意図するものではない。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】
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。
【００１０】
【図１】３０００ケルビンの相関色温度（ＣＣＴ）を有する黒体放射体のスペクトル応答と、約４５０ｎｍのピーク発光波長を有する例示的なＬＥＤのスペクトル応答を示す図である。
【図２】ＬＥＤの発光スペクトルと、いくつかの光ルミネッセンス材料の発光スペクトルを示す図である。
【図３】ＬＥＤの発光スペクトルと、図２に関連して説明した３つの蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図４】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５】ＬＥＤ照明装置の構成要素を示す分解図である。
【図６】ＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す一部破断斜視図である。
【図７Ａ】２７００ケルビンでの、黒体放射体の発光スペクトルのシミュレーション結果と、基準照明モジュール及び高ＣＲＩ照明モジュールの発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの基準照明モジュール及び高ＣＲＩ照明モジュールの各ＣＲＩ値を比較した図である。
【図８Ａ】３０００ケルビンでの、黒体放射体の発光スペクトルのシミュレーション結果と、基準照明モジュール及び高ＣＲＩ照明モジュールの発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａの基準照明モジュール及び高ＣＲＩ照明モジュールの各ＣＲＩ値を比較した図である。
【図９Ａ】４０００ケルビンでの、黒体放射体の発光スペクトルのシミュレーション結果と、基準照明モジュール及び高ＣＲＩ照明モジュールの発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａの基準照明モジュール及び高ＣＲＩ照明モジュールの各ＣＲＩ値を比較した図である。
【図１０】複数の波長範囲における、いくつかの照明モジュールの発光スペクトルの測定結果の黒体曲線からの最大パーセント偏差を示す図である。
【図１１】３つの蛍光体を含む高効率の高ＣＲＩ照明モジュールと、２つの蛍光体を含む基準照明モジュールについての、色変換効率及びＣＲＩの向上を示す図である。
【図１２Ａ】２つの互いに異なる目標ＣＣＴでの、高効率の高ＣＲＩモジュールの３つの群の色変換効率を示す図である。
【図１２Ｂ】２つの互いに異なる目標ＣＣＴでの、高効率の高ＣＲＩモジュールの他の３つの群の色変換効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に示されている本発明の背景例及びいくつかの実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、３０００ケルビンの相関色温度（ＣＣＴ）を有する黒体放射体のスペクトル応答を示す図である。上述したように、５０００ケルビン未満では、様々なＣＲＩ指標値は、黒体放射体において１００になるように設定されている。そのため、５０００ケルビン未満のＣＣＴで高ＣＲＩ値を示す照明モジュールを設計するためのアプローチは、目的の波長範囲（例えば可視スペクトル）において黒体放射体のスペクトル出力分布と厳密に一致するスペクトル出力分布を有する光を放射することをできる照明モジュールを設計することである。図１はまた、約４５０ナノメートルのピーク発光波長を有する例示的なＬＥＤのスペクトル応答を示す。約３８０〜４９０ナノメートルのピーク発光波長を有するＬＥＤは、ピーク波長域での放射効率を理由として、ＬＥＤベース照明モジュールの光源として選択され得る。しかし、図１に示すように、ＬＥＤのスペクトル応答は非常に狭く、黒体放射体のスペクトル応答とは大きく異なるので、ＣＲＩ値が非常に低くなるという問題がある。
【００１３】
ＬＥＤベース照明モジュールから高いＣＲＩ値を有する光を出力するためには、ＬＥＤの狭い発光帯域を、黒体放射体のスペクトル応答により近似するように、様々なより高い波長へ変換することである。図２は、本明細書で説明するようにして組み合わせた場合に３０００ケルビンでの黒体放射体のスペクトル応答により近似する、ＬＥＤといくつかの光ルミネッセンス材料（photo-luminescent material）材料の発光スペクトルを示す図である。これらの例示的な光ルミネッセンス材料の各々は、例えば特定の蛍光体などの固有の化学組成物を有する。互いに異なる複数の蛍光体を混合することができるが、本明細書の目的のために、光ルミネッセンス材料は１つの個別の化学組成物であり、混合物ではないものとする。ＣＲＩ指標Ｒ１〜Ｒ１５のそれぞれについて高ＣＲＩ値を有する高効率の照明モジュールを得るために用いることができる蛍光体の例は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｍｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｃｓ２ＣａＰ２Ｏ７、Ｃｓ２ＳｒＰ２Ｏ７、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、及びＬｕ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅなどの蛍光体が含まれる。
【００１４】
図２は、約６５０ｎｍのピーク発光波長を有するようにデザインされた三菱化学（日本）製の赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕのスペクトル応答を示す。また、図２は、約５１８ｎｍのピーク発光波長を有するようにデザインされたメルク社（Merck：ドイツ国）製のＬｕＡＧ：Ｃｅのスペクトル応答を示す。また、図２は、約５５５ｎｍのピーク発光波長を有するようにデザインされたフォスファー・テクノロジー社（Phosphor Technology Ltd.：英国）製のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）のスペクトル応答を示す。これらの特定の蛍光体は例示的なものであり、これらに加えてまたはこれらの代わりに他の様々な蛍光体組成物を使用することができる。この例では、これらの蛍光体は、温度安定性、長期信頼性及び、様々な照明環境での環境状態における耐久性について選択される。ＣＲＩ：Ｒ１〜Ｒ１５の各々についてのＣＲＩ値が高い高効率の照明モジュールを得るためには、６１８〜６５５ｎｍのピーク発光波長を有する赤色蛍光体が用いられる。赤色発光蛍光体の使用により生じる４６０〜５２５ｎｍの波長範囲でのスペクトル応答の不足を補償するために、５０８〜５２８ｎｍのピーク発光波長を有する緑色発光蛍光体が用いられる。このようにして、５００〜６５０ｎｍの波長範囲において、黒体放射体の発光スペクトルの２０％以内のスペクトル応答を有する照明モジュールを得ることが可能である。別の例では、５００〜６５０ｎｍの波長範囲において、黒体放射体の発光スペクトルの１５％以内のスペクトル応答を有する照明モジュールを得ることが可能である。別の例では、５００〜６５０ｎｍの波長範囲において、黒体放射体の発光スペクトルの１０％以内のスペクトル応答を有する照明モジュールを得ることが可能である。さらに、このようにして作製した照明モジュールは、後述するように、１３０ｌｍ／Ｗ以上の色変換効率を示す。加えて、５４５〜５６５ｎｍの範囲のピーク発光波長を有する黄色発光蛍光体を用いることもできる。いくつかの例では、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体及び黄色発光蛍光体を、緑色蛍光体５５〜９０部、赤色蛍光体５〜２５部、黄色蛍光体５〜３５部の重量比率で互いに混合することにより、高効率の高ＣＲＩ照明モジュールを得ることができる。一般的に、ピーク発光波長が互いに３５〜１５０ｎｍ異なる少なくとも３つの光ルミネッセンス材料が選択される。例えば、５０５〜６５５ｎｍのピーク発光波長を有する少なくとも３つの蛍光体が、高ＣＲＩ値を有する色変換光を生成すべくＬＥＤから放射された光の一部を変換するのに用いられる。このように互いに異なるピーク発光波長を有する３つの蛍光体を選択することにより、色変換光を黒体放射体のスペクトル応答により近似させることができる。
【００１５】
高ＣＲＩ値を有する色変換を実現することに加えて、それを高効率で行うことも望まれる。ＬＥＤの発光スペクトルにより近似する励起スペクトルを有する蛍光体を選択することにより、色変換効率を向上させることができる。図３は、図２に関して説明した３つの蛍光体の励起スペクトルを示す図である。例示的なロイヤルブルーＬＥＤの発光スペクトルは、ＬｕＡＧ蛍光体及びＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルの範囲内に収まる。言い換えれば、これらの蛍光体は、ロイヤルブルー光を効果的に変換する。もし励起源が赤色光ならば、前記各蛍光体は非常に小さい応答度を示すので、色変換効率は非常に低くなるであろう。一例では、ＬＥＤベース照明モジュールのＬＥＤから放射される光の発光スペクトルのピーク値の１００ｎｍ以内の励起スペクトルピーク値を有する少なくとも２つの蛍光体が選択される。別の例では、ＬＥＤベース照明モジュールのＬＥＤから放射される光の発光スペクトルのピーク値の５０ｎｍ以内の励起スペクトルピーク値を有する少なくとも２つの蛍光体が選択される。
【００１６】
図４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置１００の一実施形態を示す斜視図である。照明装置１００は、例えば、棚照明モジュール、道路照明モジュール、ウォールウォッシュ照明モジュール、アクセント照明モジュール、オリエンテーション照明モジュール、または他の所望の照明モジュールとして使用することができる。図５は、ＬＥＤ照明装置１００の各部品を示す分解図である。本明細書で定義するように、ＬＥＤ照明デバイスは、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すべきである。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、それらが取り付けられる実装基板とを含む。図６は、ＬＥＤ照明装置１００の一実施形態の一部破断斜視図である。
【００１７】
図５を参照すると、ＬＥＤ照明装置１００は、実装基板１０４上に取り付けられた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（例えば、適切な締結具、締結機構または締結用接着剤などを用いて固定される）。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。
【００１８】
ＬＥＤ照明装置１００はまた、光変換サブアセンブリ１１６を含む。光変換サブアセンブリ１１６は、キャビティ本体部１０５及び出力窓１０８を含み、任意選択で、実装基板１０４の上側に配置される底部リフレクタ挿入体１０６及びキャビティ本体１０５内に配置される側壁挿入体１０７を含む。出力窓１０８は、散乱粒子を含むアクリル材料から作製され得る。拡散粒子は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＢａＳＯ４、結晶形態（サファイア）若しくはセラミック形態（アルミナ）のＡｌＯ２、または、全可視スペクトルにわたって低い吸収性を有する他の材料から作製され得る。出力窓１０８は、キャビティ本体部１０５の上部に固定される。図６に示すように、キャビティ本体部１０５または側壁挿入体１０７（使用する場合）は、内部壁部１１０を含む。内部壁部１１０は高反射性を有するべきである。内部壁部１１０の高反射性は、キャビティ本体部１０５の内面（アルミニウムであり得る）を研磨するか、または、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、またはそれらの組み合わせを含有する反射性コーティングを使用することによって実現することができる。側壁挿入体１０７を使用する場合、内部側壁１１０の高反射性は、側壁挿入体をドイツのアラノッド社（Alanod）製のMiro（登録商標）などの反射性材料から製造することにより達成することができる。底部リフレクタ挿入体１０６は（使用する場合）、側壁挿入体と同様に、ドイツのアラノッド社製のMiro（登録商標）などの反射性材料から製造することができる。
【００１９】
キャビティ本体部１０５を光源サブアセンブリ１１５の上側に設置したとき、キャビティ本体部１０５の内部壁面１１０（側壁挿入体１０７を使用する場合は該挿入体）と、実装基板１０４の上面（底部リフレクタ挿入体１０６を使用する場合は該挿入体）と、出力窓１０８とが或る空間を取り囲み、その空間によりＬＥＤ照明装置１００の光混合キャビティ１０９（図６）が画定される。光混合キャビティ１０９内では、ＬＥＤ１０２からの光の一部は、出力窓１０８から出るまで反射される。任意選択で実装基板１０４上に設置される底部リフレクタ挿入体１０６は、該挿入体１０６によって各ＬＥＤ１０２の光放射部分を塞がないように孔を有する。
【００２０】
色変換の実施を目的として、光源サブアセンブリ１１５から放射された光を、色変換及び色混合のために光混合キャビティ１０９へ導く。一実施形態では、光変換サブアセンブリ１１６は、１若しくは複数の内部側壁１１０の少なくとも一部、出力窓１０８及び、実装基板１０４（底部リレクタ挿入体１０６を使用する場合は該挿入体）の上面を被覆する複数の波長変換材料を含む。本発明の目的のために、波長変換材料は、色変換機能を果たす（例えば、或るピーク波長を有する光を吸収し、別のピーク波長を有する光を放射する）、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混合物である。例えば、図６に示すように、側壁挿入体１０７の内部側壁１１０の一部を１若しくは複数の波長変換材料１１０Ａで被覆し、出力窓１０８の一部を１若しくは複数の別の波長変換材料１０８Ｂで被覆する。所望に応じて、波長変換材料１１０Ａ及び１０８Ｂは２種類以上の波長変換材料を含み得、２種類以上の波長変換材料は、互いに混合されるか、互いに積層されるか、互いに別個の領域に適用されるか、またはそれらの任意の組み合わせが用いられる。所望に応じて、ＴｉＯ２粒子、ＺｎＯ粒子及び／またはＢａＳＯ４粒子などの散乱粒子を波長変換材料に混合させてもよい。
【００２１】
出力窓から出射する前の光をキャビティ１０９内で反射させることにより、ＬＥＤ照明装置１００から放射された光を混合し、より均一に分散した光を得ることができるという効果が得られる。したがって、波長変換材料の光変換特性とキャビティ１０９内での光混合との組み合わせにより、均一に分散した色変換光を出力窓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及び、キャビティ１０９の内面に形成したコーティングの幾何学的形状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、色温度または演色評価数（ＣＲＩ）などを決定することができる。
【００２２】
この実施形態では、ＬＥＤ１０２は全て、ＵＶまたは青色光の波長範囲内の互いに異なるピーク発光波長を有する光を放射する。出力窓１０８の内部または表面、キャビティ１０９の側壁、実装基板１０４の上面またはキャビティ内の他の部品（図示せず）に適用された蛍光体（または他の波長変換手段）と組み合わせて使用した場合、照明装置１００は、高ＣＲＩ値を有する所望の色の光を出力することができる。照明装置の色点の調節は、互いに同様に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り達成することができる。また、照明装置の色点の調節は、キャビティを画定する側壁の形状や高さを選択するか、キャビティ内における蛍光体で被覆する部分を選択するか、または蛍光体の厚さまたは密度を最適化することによっても実現することができる。
【００２３】
第１の例では、２７００ケルビンの目標ＣＣＴを有する２つの照明モジュール１００の性能を互いに比較した。基準照明モジュールは、４４０〜４６０ｎｍのロイヤルブルー範囲で放射するように選択された９個のＬＥＤと、４６０〜４９０ｎｍの青色範囲で放射するように選択された１個のＬＥＤとを含む。約６３０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで、側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約９０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。加えて、その後、黄色発光蛍光体Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅをシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の比率で混合したものを出力窓１０８に９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記黄色発光蛍光をシリコーンバインダに約７０体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。任意選択で、黄色発光蛍光体Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅに、所定の量の赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを混合してもよい。
【００２４】
高ＣＲＩ照明モジュールは、４４０〜４６０ｎｍのロイヤルブルー範囲で放射するように選択された７個のＬＥＤと、４６０〜４９０ｎｍの青色範囲で放射するように選択された３個のＬＥＤとを含む。約６５０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで、側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約９０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。加えて、約１０〜２５重量部のＹＡＧと、約５〜１５重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約６０〜８０重量部とのＬｕＡＧ：Ｃｅを含む蛍光体混合物を調製した。環境条件及び各蛍光体の状態は、蛍光体の任意の特定の組み合わせにより得られる結果に影響を及ぼす。一例では、約１７重量部のＹＡＧと、約１１重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約７２重量部のＬｕＡＧ：Ｃｅとを含む蛍光体混合物を調製した。そして、前記蛍光体混合物をシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記蛍光体混合物をシリコーンバインダに約７５体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。
【００２５】
図７Ａは、２７００ケルビンでの黒体放射体の発光スペクトルのシミュレーション結果と、基準照明モジュール及びこの例の高ＣＲＩ照明モジュールの両方の発光スペクトルの測定結果とを示す。この図では、黒体放射体の発光スペクトルが６４０ｎｍで正規化されている。発光スペクトルを比較すると、高ＣＲＩ照明モジュールのスペクトル応答は、５００〜６５０ｎｍの範囲において、基準照明モジュールと比べて、黒体放射体により近似している。より具体的には、下記の数式を使用する。
【００２６】
【数２】
2013521617.tif 000004
【００２７】
基準照明モジュールは、５００〜６５０ｎｍの波長範囲において、黒体放射体の発光スペクトルの４８％以内のスペクトル応答を有し、高ＣＲＩ照明モジュールは、同じ波長範囲において、黒体放射体の発光スペクトルの１４％以内のスペクトル応答を有する。
【００２８】
図７Ｂは、両モジュールの特定のＣＲＩ値を各々比較したものであり、高ＣＲＩ照明モジュールの各ＣＲＩが向上していることが分かる。特に、この例では、濃い赤色の演色に関連するＲ９の値が、２７から９７へ向上している。要約すれば、上述したようにして作製した高ＣＲＩ照明モジュールは、２７００ケルビンの目標ＣＣＴを有するモジュールの場合、Ｒａ＞９５、Ｒ９＞９５、ＣＲＩ値Ｒ１０〜Ｒ１４の平均値＞９５、Ｒ１５＞９５を有する光を放射する。
【００２９】
第２の例では、３０００ケルビンの目標ＣＣＴを有する２つの照明モジュール１００の性能を互いに比較した。基準照明モジュールは、ロイヤルブルー範囲の光を放射するように選択された９個のＬＥＤと、青色範囲の光で放射するように選択された１個のＬＥＤとを含む。約６３０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで、側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約９０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。加えて、その後、黄色発光蛍光体Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅをシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の比率で混合したものを出力窓１０８に９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記黄色発光蛍光体をシリコーンバインダに約７０体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。任意選択で、黄色発光蛍光体Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅに、所定の量の赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを混合してもよい。
【００３０】
高ＣＲＩ照明モジュールは、４４０〜４６０ｎｍのロイヤルブルー範囲で放射するように選択された７個のＬＥＤと、４６０〜４９０ｎｍの青色範囲で放射するように選択された３個のＬＥＤとを含む。約６５０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで、側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約９０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。加えて、約１０〜２５重量部のＹＡＧと、約５〜１５重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約６０〜８０重量部のＬｕＡＧ：Ｃｅとを含む蛍光体混合物を調製した。環境条件及び各蛍光体の状態は、蛍光体の任意の特定の組み合わせにより得られる結果に影響を及ぼす。一例では、約１７重量部のＹＡＧと、約１１重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約７２重量部のＬｕＡＧ：Ｃｅとを含む蛍光体混合物を調製した。そして、前記蛍光体混合物をシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記蛍光体混合物をシリコーンバインダに約７５体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。
【００３１】
図８Ａは、３７００ケルビンでの黒体放射体の発光スペクトルのシミュレーション結果と、基準照明モジュール及びこの例の高ＣＲＩ照明モジュールの両方の発光スペクトルの測定結果とを示す。この図では、黒体放射体の発光スペクトルが６４０ｎｍで正規化されている。高ＣＲＩ照明モジュールのスペクトル応答は、５００〜６５０ｎｍの範囲において、基準照明モジュールと比べて、黒体放射体により近似している。より具体的には、上記した数式（２）を用いると、基準照明モジュールは５００〜６５０ｎｍの範囲において黒体放射体の発光スペクトルの４９％以内のスペクトル応答を有し、高ＣＲＩ照明モジュールは同じ波長範囲内において黒体放射体の発光スペクトルの１２％以内のスペクトル応答を有する。
【００３２】
図８Ｂは、両モジュールの特定のＣＲＩ値を各々比較したものであり、高ＣＲＩ照明モジュールの各ＣＲＩが向上していることが分かる。特に、この例では、Ｒ９の値が、１６から９８へ向上している。要約すれば、上述したようにして作製した高ＣＲＩ照明モジュールは、３０００ケルビンの目標ＣＣＴを有するモジュールの場合、Ｒａ＞９５、Ｒ９＞９５、ＣＲＩ値Ｒ１０〜Ｒ１４の平均値＞９５、Ｒ１５＞９５を有する光を放射する。
【００３３】
第３の例では、４０００ケルビンの目標ＣＣＴを有する２つの照明モジュール１００の性能を互いに比較した。基準照明モジュールは、ロイヤルブルー範囲の光を放射するように選択された７個のＬＥＤと、青色範囲の光で放射するように選択された３個のＬＥＤとを含む。約６３０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで、側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約９０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。加えて、その後、黄色発光蛍光体Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅをシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の比率で混合したものを出力窓１０８に９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記蛍光体をシリコーンバインダに約６５体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。任意選択で、黄色発光蛍光体Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅに、所定の量の赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを混合してもよい。
【００３４】
高ＣＲＩ照明モジュールは、ロイヤルブルー範囲で放射するように選択された７個のＬＥＤと、青色範囲で放射するように選択された３個のＬＥＤとを含む。約６５０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで、側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に約９０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。加えて、約１０〜２５重量部のＹＡＧと、約５〜１５重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約６０〜８０重量部のＬｕＡＧ：Ｃｅとを含む蛍光体混合物とを調製した。環境条件及び各蛍光体の状態は、蛍光体の任意の特定の組み合わせにより得られる結果に影響を及ぼす。一例では、約１７重量部のＹＡＧと、約１１重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約７２重量部のＬｕＡＧ：Ｃｅとを含む蛍光体混合物を調製した。この蛍光体混合物をシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記蛍光体混合物をシリコーンバインダに約７５体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。
【００３５】
図９Ａは、４０００ケルビンでの黒体放射体の発光スペクトルのシミュレーション結果と、基準照明モジュール及びこの例の高ＣＲＩ照明モジュールの両方の発光スペクトルの測定結果とを示す。この図では、黒体放射体の発光スペクトルが６３５ｎｍで正規化されている。高ＣＲＩ照明モジュールのスペクトル応答は、５００〜６５０ｎｍの範囲において、基準照明モジュールと比べて、黒体放射体により近似している。より具体的には、上記した数式（２）を用いると、基準照明モジュールは５００〜６５０ｎｍの範囲において黒体放射体の発光スペクトルの５７％以内のスペクトル応答を有し、高ＣＲＩ照明モジュールは同じ波長範囲内において黒体放射体の発光スペクトルの１９％以内のスペクトル応答を有する。
【００３６】
図９Ｂは、両モジュールの特定のＣＲＩ値を各々を比較したものであり、高ＣＲＩ照明モジュールの各ＣＲＩが向上していることが分かる。特に、この例では、Ｒ９の値が、２２から９０へ向上している。要約すれば、上述したようにして作製した高ＣＲＩ照明モジュールは、４０００ケルビンの目標ＣＣＴを有するモジュールの場合、Ｒａ＞９５、Ｒ９＞９５、ＣＲＩ値Ｒ１０〜Ｒ１４の平均値＞９５、Ｒ１５＞９５を有する光を放射する。
【００３７】
図１０は、４５０〜７５０ｎｍ内の複数の波長範囲における、図７〜９の測定された発光スペクトルの各黒色放射体の曲線からのパーセント偏差をまとめたものである。各パーセント偏差は、上記した数式（２）に基づいて計算し、各波長範囲について評価した。例えば、３０００ケルビンの目標ＣＣＴ（図８参照）を有する高ＣＲＩ照明モジュールにおいて測定された発光スペクトルは、５００〜５２５ｎｍの波長範囲において、３０００ケルビンの黒色放射体からの９％の最大パーセント偏差を示す。さらに、５００〜６５０ｎｍの波長範囲での最大パーセント偏差は１２％であり、図示のように、これは６２６〜６５０ｎｍの波長範囲で生じる。
【００３８】
別の実施形態では、照明装置１００は、１３０ｌｍ／Ｗ以上の色変換効率を維持しながら、８０以上の平均ＣＲＩ値：Ｒａを実現する。本明細書の目的のために、色変換効率は、照明モジュールの光出力の光度（ルーメン）を、前記ＬＥＤの前記光出力の放射電力（ワット）で割ることにより求めた比率と定義する。色変換効率のこの定義は、照明モジュールの色変換プロセスの効率に注目している。
【００３９】
第１の例では、一般的なＣＲＩ性能及び向上した色変換効率を説明するために、３０００ケルビンの目標ＣＣＴを有する２つの照明モジュール１００の性能を互いに比較した。基準照明モジュール及び高効率の高ＣＲＩ照明モジュールは両方とも、ロイヤルブルー範囲の光を放射するように選択された１０個のＬＥＤを含む。ロイヤルブルーＬＥＤは、より長い波長の光を放射するＬＥＤよりも、より高い放射効率を示すために選択された。さらに、ＬＥＤ製造における現在の傾向は、例えば４４０〜４６０ｎｍの波長範囲などのより短い波長を有するＬＥＤの放射効率をさらに向上させることにある。
【００４０】
３つの蛍光体を用いる高効率の高ＣＲＩ照明モジュールは、約６１８ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含み、該赤色発光蛍光体で側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に６０〜１２０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に均一に適用し、硬化させた。約５〜１５重量部のＹＡＧと、約５〜１５重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約７０〜９５重量部のＬｕＡＧとを含む蛍光体混合物を調製した。環境条件及び各蛍光体の状態は、蛍光体の任意の特定の組み合わせにより得られた結果に影響を及ぼす。一例では、約８重量部のＹＡＧと、約８重量部の（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、約８４重量部のＬｕＡＧとを含む蛍光体混合物を調製した。この蛍光体混合物をシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約９０〜１３０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。一例では、前記蛍光体混合物をシリコーンバインダに約７０体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に約１１０マイクロメートルの厚さで均一に適用し、硬化させた。高いピーク発光波長を有する赤色蛍光体と比べて比較的高い色変換効率を有するので、約６１８ｎｍのピーク発光波長を有する（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕが用いられる。一方、２個の蛍光体を用いる基準照明モジュールは、約６３０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含み、該赤色発光蛍光体で側壁挿入体１０７の一部を被覆した。前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに２〜６体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に均一に適用し、硬化させた。一例では、前記赤色発光蛍光体をシリコーンバインダに約４体積％の割合で混合したものを側壁挿入体１０７に均一に適用し、硬化させた。加えて、その後、約５５５ｎｍのピーク発光波長を有するＹＡＧ蛍光体をシリコーンバインダに約５０〜８０体積％の比率で混合したものを出力窓１０８に均一に適用し、硬化させた。一例では、前記ＹＡＧ蛍光体をシリコーンバインダに約７０体積％の割合で混合したものを出力窓１０８に均一に適用し、硬化させた。
【００４１】
図１１は、色変換効率及びＣＲＩの向上を示す。２つの蛍光体を含む基準照明モジュールは、７８の平均ＣＲＩ及び１３６の色変換効率を有する光を放射する。３つの蛍光体を含む基準照明モジュールは、８１の平均ＣＲＩ及び１４１の色変換効率を有する光を放射する。４０００ケルビンの目標ＣＣＴを有する場合も、基準モジュールと上述したように作製した高効率の高ＣＲＩモジュールとを比較すると同様の向上が示されている。この場合、基準モジュールは、７４の平均ＣＲＩ及び１４６の色変換効率を有する光を放射する。高効率の高ＣＲＩ照明モジュールは、８１の平均ＣＲＩ及び１５８の色変換効率を実現する。ＣＲＩ及び色変換効率の両方における予期せぬ向上が得られた。これらの向上は予期せぬものである。一般に、光混合キャビティ内でより多数の蛍光体を使用すると再吸収及び関連する損失が増加し、それにより色変換効率が減少するからである。しかしながら、本明細書中で説明したように、蛍光体、蛍光体の比率、及び光混合キャビティ内での蛍光体の配置位置を細心に選択することにより、色変換効率の損失を効果的に抑制することができる。
【００４２】
図１２Ａは、上述したようにして作製した２つの高効率の高ＣＲＩモジュールを各々含む３つの群の色変換効率を示す。各モジュール群は、光混合キャビティ１０９内へ光を放射するＬＥＤの数によって互いに区別される。第１の群は４個のＬＥＤを含み、第２の群は７個のＬＥＤを含み、第３の群は１０個のＬＥＤを含む。各群における一方のモジュールは３０００ケルビンの目標ＣＲＩを有し、他方のモジュールは４０００ケルビンの目標ＣＲＩを有する。各群の両モジュールは、少なくとも８０の平均ＣＲＩを有する。図１２Ａは、各モジュールが、１４０以上の色変換効率を実現することができることを示す。したがって、ＬＥＤから光混合キャビティ１０９内へ放射される光の範囲では、同様の色変換効率が得られる。
【００４３】
図１２Ｂは、２つの高効率の高ＣＲＩモジュールを各々含む他の３つの群の色変換効率を示す。これらのモジュールは、図１２Ａに関連して説明したようにして作製したが、これらの３つのモジュールの側壁挿入体の一部は、約６１８ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＲＥＤ６１８）ではなく、約６３０ｎｍのピーク発光波長を有する赤色発光蛍光体（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＲＥＤ６３０）で被覆した。図１２Ｂは、各モジュールが、１３０以上の色変換効率を実現できることを示す。側壁にＲＥＤ６１８ではなくＲＥＤ６３０を使用すると、一般的に、色変換効率は低くなるがＣＲＩは高くなる。このようにして、高ＣＲＩ値を有する高効率モジュールを作製することができる。
【００４４】
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、ＬＥＤ１０２は、ＵＶないし青色の範囲のピーク発光波長を有するＬＥＤとして説明したが、ＬＥＤ１０２は、直接的放射または、例えばＬＥＤパッケージの一部としてＬＥＤに適用された蛍光体層による蛍光体変換により、互いに異なる色や同じ色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が全て、同じ色の光や白色光を生成するようにしてもよい。説明した実施形態では、例示目的のために特定の蛍光体を説明したが、上述した範囲内のピーク発光波長を有する蛍光体を任意の数で用いることができる。例えば、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。さらに、上述した一実施形態では、例示目的のために蛍光体の特定の比率が説明されているが、これらの比率を変更しても同様の結果を得ることできる。例えば、前記比率を２０％調節しても、本明細書で説明した演色及び効率の性能を依然として実現することができる。上述した実施形態では、シリコーンバインダに蛍光体を混合する割合及び、適用する際の膜厚は、例示目的のために説明されている。これらの割合及び厚さを変更しても同様の結果を得ることができる。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の実施が可能である。
【図１】
2013521617.tif 000005
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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