(57)【要約】  本発明において、赤色発光ダイオードアレイ110と、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ120であって、当該蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ120から発される混合光の色点がＣＩＥ色度図の四角形内に含まれ、前記四角形の４つの頂点の座標が(0.375,0.427),(0.390,0.456),(0.366,0.430),(0.38,0.46)である、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ120と、を含む発光ダイオード光源100であって、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ120の発光ダイオード及び赤色発光ダイオードアレイ110の発光ダイオードのジャンクション温度は、実質的に室温に等しい場合に、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ120の光束出力対赤色発光ダイオードアレイ110の光束出力の比率は、4:1乃至1.5:1の範囲内にある、発光ダイオード光源が提供される。本発明の発光ダイオード光源100を用いると、暖系白色光の品質が効率的に改善される。
2013524427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色発光ダイオードアレイと、
蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイであって、当該蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイから発される混合光の色点がＣＩＥ色度図の四角形内に含まれ、前記四角形の４つの頂点の座標が(0.375,0.427),(0.390,0.456),(0.366,0.430),(0.38,0.46)である、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイと、
を含む発光ダイオード光源であって、
前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの発光ダイオード及び前記赤色発光ダイオードアレイの発光ダイオードのジャンクション温度は、実質的に室温に等しい場合に、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの光束出力の比率は、4:1乃至1.5:1の範囲内にある、
発光ダイオード光源。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオード光源であって、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの前記発光ダイオード対前記赤色発光ダイオードアレイの前記発光ダイオードの数比率及び／領域比率は、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ前記光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの前記光束出力の前記比率が4:1乃至1.5:1の範囲内にあるように調整される、発光ダイオード光源。
【請求項３】
請求項１に記載の発光ダイオード光源であって、前記蛍光体の組成比率及び／又は粒子サイズは、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイから発される前記混合光の前記色点が前記四角形内に含まれるように調整されている、発光ダイオード光源。
【請求項４】
請求項１に記載の発光ダイオード光源であって、前記青色発光ダイオードアレイのピーク放射波長は、440nm乃至460nmの範囲内に設定されている、発光ダイオード光源。
【請求項５】
請求項４に記載の発光ダイオード光源であって、前記青色発光ダイオードアレイは、ガリウム窒化物ベースの青色発光ダイオードアレイを含む、発光ダイオード光源。
【請求項６】
請求項１に記載の発光ダイオード光源であって、前記赤色発光ダイオードアレイのピーク放射波長は、600nm乃至620nmの範囲内に設定される、発光ダイオード光源。
【請求項７】
請求項６に記載の発光ダイオード光源であって、前記赤色発光ダイオードアレイは、AlInGaP発光ダイオードアレイを含む、発光ダイオードアレイ。
【請求項８】
請求項１に記載の発光ダイオード光源であって、前記蛍光体は、ＹＡＧ又はＴＡＧを含む、発光ダイオードアレイ。
【請求項９】
請求項５に記載の発光ダイオード光源であって、前記ガリウム窒化物ベースの青色発光ダイオードアレイは、GaN青色発光ダイオードアレイ、GaAlN青色発光ダイオードアレイ、InGaN発光ダイオードアレイ、又はInAlGaN青色発光ダイオードアレイを含む、発光ダイオードアレイ。
【請求項１０】
単一チャネル駆動装置及び請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード光源を含む発光装置であって、前記発光ダイオード光源は、前記単一チャネル駆動装置により駆動される、発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して照明技術に関するものであり、より具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ光源の分野において、2700K及び3000Kの色温度（以下の段落において"2700K/3000K"と省略される）を有する暖系白色光は、青色光、黄色／緑色光及び多量の赤色光の混合から得られ得る。暖系白色光は、一つの対応法において、例えば、窒化物赤色発光粉末及び、例えばイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）などの蛍光体で、ガリウム窒化物(GaN)ベースの青色ＬＥＤチップを覆うことによって青色ＬＥＤから発される青色光の一部を用いて窒化物赤色発光粉末及び蛍光体を活性化させることにより生成される黄色／緑色光及び赤色光を、窒化物赤色発光粉末及び蛍光体を通過する吸収されなかった青色光と混合することによって生成され得る。しかし、この対応法において、青から赤への光変換において多大なエネルギ損失が存在し得、したがって、この種類の暖系白色ＬＥＤ光源の発光効率は低い。
【０００３】
暖系白色ＬＥＤ光源の発光効率を向上させるために、別の対応法において、暖系白色ＬＥＤ光源は、例えばＹＡＧ被膜されるGaNベースの青色ＬＥＤアレイなどの蛍光体被膜青色ＬＥＤを、例えばアルミニウムインジウムガリウムリン酸塩(AlInGaP)ＬＥＤアレイなどの赤色ＬＥＤアレイとパッケージングすることによって構成され得る。この対応法の発光効率は、青色光を赤色光へ変換する前述の対応法と比較されて、より高いが、その理由は、赤色ＬＥＤアレイは、直接赤色光を発し、混合された暖系白色光の品質がより良好であるからである。
【０００４】
しかし、青色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤと比較して、光束出力の異なる温度依存性を有するので、ジャンクション温度が上昇するに連れて、赤色ＬＥＤの光束劣化は、青色ＬＥＤの光束劣化よりかなり強い。したがって、ＬＥＤ光源が動作中において、すなわち、ジャンクション温度が高いレベルに達する場合に、蛍光体被膜青色ＬＥＤから発される寒系白色光と、赤色ＬＥＤから発される赤色光とから混合される暖系白色光の色点は、大いにシフトし得る。混合された暖系白色光の色点が黒体放射軌跡における2700/3000Kの色温度のマックアダム楕円から離れてシフトする場合、観察者は、暖系白色光源の色はより緑色っぽく又は赤色っぽくあるように気付き得る。
【０００５】
通常、ＬＥＤ光源が動作状態にある時に、及び蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイの光束出力対赤色ＬＥＤアレイの光束出力の比率が4.8:1乃至3.8:1の比率の範囲内にある場合、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイから発される寒系白色光と、赤色ＬＥＤアレイから発される赤色光とから混合された暖系白色光の色点は、黒体放射軌跡における2700K/3000Kの色温度の5マックアダム楕円内に位置し得る。
【０００６】
通常、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイを赤色ＬＥＤアレイとともにパッケージングすることにより構成される暖系白色ＬＥＤ光源は、二重チャネル駆動装置によって駆動される。二重チャネル駆動装置に加えて、ＬＥＤ光源を有する発光システムは、通常、更に、温度センサを備えられる。ＬＥＤ光源が動作状態にある場合、温度センサは、ＬＥＤアレイのジャンクション温度を測定し、温度情報を二重チャネル駆動装置へ送信する。受信された温度情報に基づき、二重チャネル駆動装置は、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイ及び赤色ＬＥＤアレイへ供給される電流を、これらの光束出力の比率が4.8:1乃至3.8:1の範囲内に留まるように、調整する。
【０００７】
二重チャネル駆動装置により駆動される暖系白色ＬＥＤ光源は、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイの光束出力対赤色ＬＥＤアレイの光束出力の比率が動作時において4.8:1乃至3.8:1の範囲内に留まることが確実になるようにさせ得るが、ＬＥＤ光源を採用するこの種類の発光システムは、温度センサ及び二重チャネル駆動装置を含むので、構造が複雑にされ、費用が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
設計を簡素化し費用を低減するために、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ及び赤色発光ダイオードアレイを駆動するために単一チャネル駆動装置を使用することが望ましくあり得る、すなわち、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ及び赤色発光ダイオードアレイは、同一の電流により駆動される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題に好ましく対応するために、本発明の一つの実施例において、発光ダイオード光源が提供される。前記光源は、
赤色発光ダイオードアレイと、
蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイであって、当該蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイから発される混合光の色点がＣＩＥ色度図の四角形内に含まれ、前記四角形の４つの頂点の座標が(0.375,0.427),(0.390,0.456),(0.366,0.430),(0.38,0.46)である、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイと、
を含む発光ダイオード光源であって、
前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの発光ダイオード及び前記赤色発光ダイオードアレイの発光ダイオードのジャンクション温度は、実質的に室温に等しい場合に、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの光束出力の比率は、4:1乃至1.5:1の範囲内にある。
【００１０】
一つの実施例に従うと、発光ダイオード光源が動作中にある時に、すなわち、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの発光ダイオード及び赤色発光ダイオードアレイの発光ダイオードのジャンクション温度は、例えば70℃乃至100℃の間にある時に、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの光束出力の比率は、4.8:1乃至3.8:1の範囲内にあり、これにより、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイから発される寒系白色光と、赤色ＬＥＤアレイから発される赤色光とから混合された暖系白色光の色点は、黒体放射軌跡における2700K/3000Kの色温度の5マックアダム楕円内に位置し得、したがって、発光ダイオード光源から発される暖系白色光の品質は効率的に改善される。
【００１１】
有利には、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイの前記発光ダイオード対前記赤色発光ダイオードアレイの前記発光ダイオードの数比率及び／領域比率は、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ前記光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの前記光束出力の前記比率が4:1乃至1.5:1の範囲内にあるように調整される。
【００１２】
有利には、前記蛍光体の組成比率及び／又は粒子サイズは、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイから発される前記混合光の前記色点が前記四角形内に含まれるように調整されている。
【００１３】
有利には、前記青色発光ダイオードアレイのピーク放射波長は、440nm乃至460nmの範囲内に設定されている。有利には、前記青色発光ダイオードアレイは、ガリウム窒化物ベースの青色発光ダイオードアレイを含む。
【００１４】
有利には、前記赤色発光ダイオードアレイのピーク放射波長は、600nm乃至620nmの範囲内に設定される。有利には、前記赤色発光ダイオードアレイは、AlInGaP発光ダイオードアレイを含む。
【００１５】
有利には、前記蛍光体は、ＹＡＧ又はＴＡＧを含む。
【００１６】
本発明の別の実施例に従うと、発光装置が提供される。前記発光装置は、単一チャネル駆動装置及び上述の発光ダイオード光源のいずれかを含み、前記発光ダイオード光源は、前記単一チャネル駆動装置により駆動される。
【００１７】
本発明及び有利な点のより完全な理解のために、添付の図面と組み合わせて以下の説明に対して参照がされる。
【００１８】
異なる図面における対応する参照符号及び希望は、別途示されない場合は、概して、対応する部分を参照する。
【００１９】
本発明の実施例は、以下において添付の図面を参照にして詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一つの実施例に従う発光ダイオード光源１００の概略図である。
【図２】図２は、本発明の一つの実施例に従う発光装置１０の概略図である。
【図３】図３は、本発明の一つの実施例に従うＣＩＥ色度図である。
【図４】図４は、本発明の一つの実施例に従う発光ダイオード光源１００のそれぞれの発光ダイオードのレイアウトを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の一つの実施例に従う発光ダイオード光源１００の概略図である。
【００２２】
図２は、本発明の一つの実施例に従う発光装置１０の概略図である。発光装置１０は、単一チャネル駆動装置２００及び図１の発光ダイオード光源１００を含む。
【００２３】
図１及び２に示されるように、発光ダイオード光源１００は、赤色発光ダイオードアレイ１１０及び蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０を含む。赤色発光ダイオードアレイ１１０は、１つ又は複数の赤色発光ダイオードを含み得、同様に、青色発光ダイオードアレイ１２０は、１つ又は複数の青色発光ダイオードを含み得る。
【００２４】
一つの実施例において、青色発光ダイオードアレイ１２０のピーク放射波長は、440nm乃至460nmの範囲内に設定される。有利には、青色発光ダイオードアレイ１２０は、ガリウム窒化物ベースの青色発光ダイオードアレイを含む。
【００２５】
ガリウム窒化物ベースの青色発光ダイオードアレイは、GaN青色発光ダイオードアレイ、GaAlN青色発光ダイオードアレイ、InGaN発光ダイオードアレイ、又はInAlGaN青色発光ダイオードアレイを含むが、これらに制限されない。
【００２６】
一つの実施例において、前記赤色発光ダイオードアレイ１１０のピーク放射波長は、600nm乃至620nmの範囲内に設定される。有利には、前記赤色発光ダイオードアレイ１１０は、AlInGaP発光ダイオードアレイを含む。
【００２７】
一つの実施例において、前記蛍光体は、ＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)を含む。別の実施例において、前記蛍光体は、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）を含む。
【００２８】
図２に例示されるように、赤色発光ダイオードアレイ１１０及び蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０は、直接に接続され、これらの動作電流は単一チャネル駆動装置２００により供給される。
【００２９】
発光ダイオード光源１００が動作状態にある時に、単一チャネル駆動装置２００により供給される動作電流は、赤色発光ダイオードアレイ１１０及び蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０を通じて流れ、これにより、アレイ１１０・１２０のそれぞれは、活性化されて光を発する。青色発光ダイオードアレイ１２０から発される青色光の一部は、青色発光ダイオードアレイ１２０の上に覆われた蛍光体を活性化させ、黄色／緑色光を発するようにさせ、そして黄色／緑色光は、蛍光体を通過した吸収されなかった青色光と混合されて寒系白色光を生成する。その場合に、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０から発される寒系白色光は、赤色発光ダイオードアレイから発される赤色光と混合されて暖系白色光を生成する。
【００３０】
図１及び２の実施例において、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０から発される混合光の色点は、図３のＣＩＥ色度図の四角形内に含まれる。この四角形の４つの頂点の座標は、(0.375, 0.427), (0.390, 0.456), (0.366, 0.430), (0.38, 0.46)である。
【００３１】
一つの実施例において、前記蛍光体の組成比率は、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０から発される前記混合光の前記色点が前記四角形内に含まれるように調整され得る。
【００３２】
別の実施例において、前記蛍光体の粒子サイズは、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０から発される前記混合光の前記色点が前記四角形内に含まれるように調整され得る。
【００３３】
更に別の実施例において、前記蛍光体の組成比率及び蛍光体の粒子サイズは、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０から発される前記混合光の前記色点が前記四角形内に含まれるように調整され得る。
【００３４】
より更に、図１及び２の実施例において、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の発光ダイオード及び前記赤色発光ダイオードアレイ１１０の発光ダイオードのジャンクション温度は、実質的に室温に等しい場合に、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの光束出力１１０の比率は、4:1乃至1.5:1の範囲内にある。
【００３５】
有利には、前記室温は25℃である。
【００３６】
本発明の室温は、25℃からの少しの変化を許容し得ることを理解され得る。
【００３７】
一つの実施例において、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０及び赤色発光ダイオードアレイ１１０への動作電流供給の所定の持続時間は、パルスの形式であり、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の光束出力対赤色発光ダイオードアレイ１１０の光束出力の比率は、測定される。この場合、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の青色発光ダイオード対赤色発光ダイオードアレイ１１０の赤色発光ダイオードの数の比率は、4:1乃至1.5:1の範囲内にあるように調整される。
【００３８】
蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０及び赤色発光ダイオードアレイ１１０への動作電流供給の所定の持続時間がパルスの形式であるので、発光ダイオードのジャンクション温度は、室温に実質的に等しく、これにより、光束出力の測定される比率の精度は保証され、したがって、光束出力の比率に対するその後の調整の精度も保証されるようにされる。
【００３９】
任意選択的に、所定の持続時間は、5乃至100msであり、有利には、所定の持続時間は、25msである。
【００４０】
任意選択的に、パルスの形式で供給される動作電流のデューティ比は、1%乃至20%である。
【００４１】
別の実施例において、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の前記発光ダイオード対前記赤色発光ダイオードアレイの前記発光ダイオード１１０の領域比率／全体領域比率は、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の前記光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイ１１０の前記光束出力の前記比率が4:1乃至1.5:1の範囲内にあるように調整され得る。
【００４２】
更なる実施例において、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の前記発光ダイオード対前記赤色発光ダイオードアレイの前記発光ダイオード１１０の数の比率及び領域比率は、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の前記光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイ１１０の前記光束出力の前記比率が4:1乃至1.5:1の範囲内にあるように調整され得る。前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の発光ダイオード及び前記赤色発光ダイオードアレイ１１０の発光ダイオードのジャンクション温度は、実質的に室温に等しい場合、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の光束出力対前記赤色発光ダイオードアレイの光束出力１１０の比率は、4:1乃至1.5:1の範囲内にある。したがって、発光ダイオード光源１００が動作状態にある時に、前記蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０の発光ダイオード及び前記赤色発光ダイオードアレイ１１０の発光ダイオードのジャンクション温度が、例えば70℃乃至100℃の間などにある場合、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイ１２０の光束出力対赤色ＬＥＤアレイ１１０の光束出力の比率が4.8:1乃至3.8:1の比率の範囲内にあり、これにより、蛍光体被膜青色ＬＥＤアレイ１２０から発される寒系白色光と、赤色ＬＥＤアレイ１１０から発される赤色光とから混合された暖系白色光の色点は、図３に示されるように、黒体放射軌跡における2700K/3000Kの色温度の5マックアダム楕円内に位置し得る。
【００４３】
図４は、本発明の一つの実施例に従う発光ダイオード光源１００のそれぞれの発光ダイオードのレイアウトを示す。発光ダイオード光源１００の赤色発光ダイオードアレイ１１０は、第１赤色発光ダイオード１１０１及び第２赤色発光ダイオード１１０２を含み、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０は、第１蛍光体被膜青色発光ダイオード１２０１及び第２蛍光体被膜青色発光ダイオード１２０２を含む。
【００４４】
図４に例示されるように、発光ダイオード光源１００の４つの発光ダイオードは、基板において非対称に設置される。第１蛍光体被膜青色発光ダイオード１２０１は、基板の左理側に設置され、第１赤色発光ダイオード１１０１及び第２赤色発光ダイオード１１０２は、基板の上部側及び下部側にそれぞれ対称的に設置され、第２蛍光体被膜青色発光ダイオード１２０２は、基板の右側に設置される。
【００４５】
図４のレイアウトは例示的な例であることが特記されるべきであり、発光ダイオード光源１００の発光ダイオードのレイアウトは、上記のレイアウトに制限されないことを理解され得る。
【００４６】
１つの実施例において、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０及び赤色発光ダイオードアレイ１１０は、担体基板においてパッケージングされるが、例えば、単一のシリコーンレンズ封止剤を全てのこれらの２つの発光ダイオードアレイ上に有するセラミック基板などである。
【００４７】
別の実施例において、蛍光体被膜青色発光ダイオードアレイ１２０及び赤色発光ダイオードアレイ１１０は、担体基板においてパッケージングされるが、例えば、単一のシリコーンレンズ封止剤を各個別の発光ダイオードアレイ上に有するセラミック基板などである。
【００４８】
前述の実施例において、本発明の実施例に従う発光ダイオード光源１００は、単一チャネル駆動装置２００により駆動されると説明されているが、発光ダイオード光源は、単一チャネル駆動装置により駆動されることに制限されず、発光ダイオード光源は、二重チャネル駆動装置によっても駆動され得る。上述のように、発光ダイオード光源が二重チャネル駆動装置により駆動される場合、構造が相対的に複雑になり、費用は高くなる。単一チャネル駆動装置２００により駆動される、本発明の実施例の発光ダイオード光源は、同一の発光性能を有し、費用を更に低減し、構造を簡素化する。
【００４９】
本発明は、上記において詳細な説明において添付の図面を参照に説明されてきたが、これらの記述は、単に例示的なものであり、制限的な意味に解釈されるべきでなく、したがって、本発明はこれらの実施例に制限されないことを理解されるべきである。
【００５０】
本明細書、開示される内容、添付の図面及び添付の請求項を読解することにより、当業者が、開示される実施例の他の変更態様を理解及び実施することが可能であることも直ちに理解され得る。請求項において、「有する」という語句は、請求項に記載される以外の要素又はステップの存在を排除せず、単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。本発明の実際的な応用例において、請求項に記載の複数の技術的特徴の機能は、単一のコンポーネントにより実施され得る。図面及び請求項における参照符号は、請求項を制限するように理解されるべきではない。
【図１】
2013524427.tif 000003
【図２】
2013524427.tif 000004
【図３】
2013524427.tif 000005
【図４】
2013524427.tif 000006
【国際調査報告】
2013524427.tif 000007
2013524427.tif 000008