(57)【要約】パッケージと、パッケージ内に収容され、赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと、パッケージ内に収容され、青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤと、ＬＥＤを被包する光透過性材料とを含み、装置の発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって発光された光の組み合わせを含む発光装置。好ましくは、パッケージは、さらに、青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む。装置および／または発光システムは、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含む。
2013531376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置であって、
パッケージと、
パッケージ内に収容され、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと、
パッケージ内に収容され、４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤであって、発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって発光された光の組み合わせを含む、青色ＬＥＤと、を含み、
パッケージ内に青色光励起可能蛍光体が収容されないことを特徴とする、
発光装置。
【請求項２】
パッケージがさらに青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
パッケージが、青色および赤色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触、青色および赤色ＬＥＤのアノードおよびカソードのそれぞれの電気接触、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される電気接触を含む、請求項２記載の装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置を含む発光システムであって、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料を含み、照明システムの発光生成物が、赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせをさらに含み、蛍光体材料が、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能であるように選択され、照明システムの発光生成物が、赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、少なくとも一つの蛍光体材料が、少なくとも５mm、少なくとも１０mmおよび少なくとも２０mmからなる群から選択される距離を隔てて装置から遠隔に提供される、発光システム。
【請求項５】
動作時、少なくとも一つの青色ＬＥＤおよび少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光の組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における黒体放射曲線を上回る位置；Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．７５）、（０．４３，０．４７）、（０．２２，０．２６）および（０．０９，０．２３）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における領域内の位置；ならびにＣ．Ｉ．Ｅ．値（０．１５，０．５８）、（０．４２，０．４４）、（０．２９，０．３２）、（０．０９，０．３１）および（０．０９，０．４５）の点を接続する直線によって境界付けられた、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における領域内の位置からなる群から選択される色度値を有するように構成される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
発光生成物が、白色に見え、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における黒体放射曲線の二つのマックアダム楕円内に位置する色度値を有するように構成される、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバをさらに含む、請求項５記載のシステム。
【請求項８】
赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバをさらに含む、請求項５記載のシステム。
【請求項９】
請求項１記載の発光装置を含み、赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、システムの発光生成物を選択された色の五つのマックアダム楕円内に維持するように動作可能なドライバをさらに含む、発光システム。
【請求項１０】
発光装置であって、
パッケージと、
パッケージ内に収容され、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと、
パッケージ内に収容され、４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤと、
パッケージ内に収容され、５９０nm〜６３０nmの範囲のピーク波長を有する橙色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの橙色ＬＥＤと、を含み、
発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって発光された光の組み合わせを含み、パッケージが、青色、赤色および橙色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む、発光装置。
【請求項１１】
パッケージが、青色、赤色および橙色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触、青色、赤色および橙色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触、青色、赤色および橙色ＬＥＤのアノードおよびカソードのそれぞれの電気接触、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される電気接触を含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
発光装置であって、
パッケージと、
パッケージ内に収容され、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと、
パッケージ内に収容され、４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤであって、装置の発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって発光された光の組み合わせを含む、青色ＬＥＤと、
ＬＥＤに直接接触してそれを覆う光透過性材料と、を含み、
パッケージ内に青色光励起可能蛍光体が収容されない、発光装置。
【請求項１３】
パッケージが、青色および赤色ＬＥＤを収容する少なくとも一つのリセス、青色および赤色ＬＥＤを収容するそれぞれのリセス、ならびに各リセスがそれぞれ青色または赤色ＬＥＤを受けるように構成されたリセスのアレイからなる群から選択されるものを含む、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
パッケージが、さらに電気接触を含み、電気接触が青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成され、電気接触が、青色および赤色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触、青色および赤色ＬＥＤのアノードおよびカソードのそれぞれの電気接触、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも一つの青色ＬＥＤが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．１３）および（０．１６，０．０１）を持つ、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における点を接続する直線ならびに前記点を接続する、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における境界線によって境界付けられた領域内にあるＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有する青色光を生成するように動作可能である、請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも一つの赤色ＬＥＤが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．６６，０．３４）および（０．７２，０．２８）を持つ、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における点を接続する直線上のＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有する赤色光を生成するように動作可能である、請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
請求項１２記載の発光装置を含む発光システムであって、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料をさらに含み、システムの発光生成物が、赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、蛍光体材料が、少なくとも５mm、少なくとも１０mmおよび少なくとも２０mmからなる群から選択される距離を隔てて装置から遠隔に提供される、発光システム。
【請求項１８】
動作時、少なくとも一つの青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における黒体放射曲線を上回る位置；Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．７５）、（０．４３，０．４７）、（０．２２，０．２６）および（０．０９，０．２３）の点を接続する直線によって境界付けられた、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における領域内の位置；ならびにＣ．Ｉ．Ｅ．値（０．１５，０．５８）、（０．４２，０．４４）、（０．２９，０．３２）、（０．０９，０．３１）および（０．０９，０．４５）の点を接続する直線によって境界付けられた、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における領域内の位置からなる群から選択されるＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
動作時、発光生成物がＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図における黒体放射曲線の五つのマックアダム楕円内に位置する色度値を有するように構成される、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバをさらに含む、請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、参照により本明細書に組み入れられる、Liらによる「LED-BASED LIGHT EMITTING SYSTEMS AND DEVICES」と題された２０１０年６月２４日出願の米国仮特許出願第６１／３５８，３４９号およびLiらによる「LED-BASED LIGHT EMITTING SYSTEMS AND DEVICES」と題された２０１１年６月２０日出願の米国特許出願第１３／１６４，５３５号の優先権の利益を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ＬＥＤ系（発光ダイオード系）発光システムおよびＬＥＤ系発光装置に関する。とりわけ、非限定的ではあるが、本発明は、白色光を生成する発光システムおよび装置に関連する。
【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の一部を吸収し、異なる色（波長）の放射を再発光する、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チップまたはダイは青色光を生成し、蛍光体は青色光の一定の割合を吸収し、黄色光、または緑色と赤色光との、緑色と黄色光との、緑色と橙光との、もしくは黄色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、蛍光体によって吸収されない一部と、蛍光体によって発光された光とが組み合わされ、白色の色として人間の目に見える光を提供する。
【０００４】
長い動作寿命（５０，０００時間超）および高い発光効率（７０ルーメン毎ワット以上）に起因して、高輝度白色ＬＥＤは、従来の蛍光、小型蛍光および白熱光源に取って代わり、ますます使用されるようになっている。今日では、白色ＬＥＤを利用する大部分の照明器具設計は、従来の光源構成要素に取って代わる白色ＬＥＤ（より典型的には、白色ＬＥＤのアレイ）を使用するシステムを含む。なおさらに、それらの小型サイズに起因し、従来の光源と比較して、白色ＬＥＤは、新規かつ小型の照明器具を構築する可能性を与える。
【０００５】
物体の色を演色するための光源の能力は、光源がいかに物体の色を人間の目に見せるかと、色合いのわずかなバリエーションをいかによく示すかの尺度を与える、演色評価数（ＣＲＩ）を使用して測定される。ＣＲＩは、黒体放射体と比較した、光源の演色する能力の相対測定である。正確な演色の必要がある用途、例えば、例として、小売店照明、博物館照明および芸術品の照明では、ＣＲＩが高い（通常、少なくとも９０）ことが非常に望ましい。
【０００６】
白色ＬＥＤの不都合は、ＣＲＩが９５超である白熱光源と比較して、ＣＲＩが比較的低い、通常、７５未満であることができることにある。低いＣＲＩは、スペクトルの赤色（６００nm超）部分における光の不足に起因する。白色ＬＥＤのＣＲＩを改善するために、赤色発光ＬＥＤ（赤色ＬＥＤ）を組み入れることが公知となっている。米国特許第６，５１３，９４９号および同第６，６９２，１３６号には、一つ以上の離散ＬＥＤ（赤色または緑色）と、青色ＬＥＤダイおよび青色ＬＥＤダイの発光面に直接接触する蛍光体（緑色または琥珀色）からなる離散蛍光体ＬＥＤとの組み合わせを含む、ハイブリッド白色ＬＥＤ照明システムが教示されている。
【０００７】
Shimuizuらによる米国特許第６，５７７，０７３号には、青色および赤色ＬＥＤならびに蛍光体を包含する、ＬＥＤランプが開示されている。青色ＬＥＤは、青色波長帯内にある発光を作り出す。赤色ＬＥＤは、赤色波長帯内にある発光を作り出す。蛍光体は、青色ＬＥＤの発光によって光励起され、青色波長帯と赤色波長帯との間の中間波長帯における発光スペクトルを有するフォトルミネッセンスを示す。蛍光体は、青色ＬＥＤダイの発光面に直接接触する。
【０００８】
Sakai Toyohiroらによる日本国特許公開公報第２００８−０８５０２６号には、発光表面に蛍光体を持つ青色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤを含有するパッケージとを含む発光装置が教示されており、青色および赤色ＬＥＤは独立して駆動されることができる。
【０００９】
Van De Venらによる米国特許第７，２１３，９４０号には、４３０nm〜４８０nm（青色）および６００nm〜６３０nm（赤色）の範囲の主波長を有する光を発光する第一および第二の群の固体発光体（ＬＥＤ）ならびに５５５nm〜５８５nm（黄色）の範囲の主波長を持つ光を発光する蛍光体材料を含む、白色発光装置が開示されている。
【００１０】
赤色発光ＬＥＤの使用によって発光効率およびＣＲＩの両方を改善することができるが、発明者は、そのような装置には限界があることを認識してきた。最も顕著には、そのような装置によって生成された光のＣＣＴ（相関色温度）およびＣＲＩは、動作温度および時間の経過に従い有意に変動することができる。公知のように、白色光源のＣＣＴは、その色相と理論上の加熱された黒体放射体とを比較することにより決定される。ＣＣＴは、ケルビン（Ｋ）で定められ、光源としての白色光と同一の色相を放射する黒体放射体の温度に対応する。図１ａに示すように、動作温度および時間の経過に従う青色発光ＬＥＤの発光強度の変化と赤色発光ＬＥＤのそれとは異なる。通常、赤色ＬＥＤの発光強度は、動作温度および時間の増加に伴い、青色ＬＥＤよりも急速に有意に減少する。例として、２５℃〜７５℃の動作温度範囲にわたっては、ＧａＮ系青色ＬＥＤの発光強度はおよそ５％減少することができるが、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光強度はおよそ４０％減少することができる。青色および赤色ＬＥＤ系白色光装置では、これらの異なる発光／温度特性が、図１ｂに図示するように、結果的に発光生成物のスペクトル組成を変化させ、それ故、動作温度の上昇に伴いＣＣＴが増加する。なおさらに、図１ｂに図示するように、動作温度および時間の増加に伴い、発光生成物における赤色光の相対比率が低下することにより、結果的にＣＲＩが減少する。
【００１１】
色調整可能な白色発光装置が公知であり、通常、これは赤色、緑色および青色発光ＬＥＤの組み合わせを含む。装置によって発光された光の色は、発光生成物に存在する赤色、緑色および青色光の比率の制御によって制御される。そのような装置は、事実上、いかなる色の光を生成する可能性も与えるが、これらの装置を動作するのに必要なドライバ回路の複雑性が増すことによって、多くの用途において高価になりすぎることができる。
【００１２】
Liらによる米国特許第７，７０３，９４３号には、第一の色の光を発光するように動作可能な第一のＬＥＤ構造および第二の色の光を発光するように動作可能な第二のＬＥＤ構造を含む、色調整可能な発光装置が開示されており、これらが組み合わされた光の出力は装置の出力を含む。一つまたは両方のＬＥＤ構造は、選択された波長帯の励起エネルギーを生成し、蛍光体を照射して蛍光体が異なる色の光を発光するように動作可能な、関係するＬＥＤから遠隔に提供される蛍光体材料を含み、ＬＥＤ構造によって発光された光がＬＥＤからの組み合わされた光と、蛍光体から発光された光とを含む。装置は、さらに、二つのＬＥＤ構造の相対光出力を制御することにより、発光された光の色を制御するように動作可能な制御手段を含む。色は、ＬＥＤの駆動電流の相対的な大きさまたはパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動電流のデューティサイクルを制御することにより調整することができる。
【００１３】
本発明の目的は、公知の装置の限界を少なくとも部分的に克服する発光装置を提供することであり、とりわけ、ＬＥＤの特異な経年変化を原因とする発光生成物の変化および／または動作温度に起因するＬＥＤの発光特性の変化を補正することである。
【００１４】
発明の概要
本発明の実施態様は、青色光を生成するように動作可能な一つ以上の青色ＬＥＤと、赤色光を生成するように動作可能な一つ以上の赤色ＬＥＤとを含む、ＬＥＤ系システムおよび装置に関連する。青色および赤色ＬＥＤは、好ましくは、単一パッケージ内にパッケージされ、そのような青色および赤色ＬＥＤがそれぞれの駆動電流によって動作可能であり、青色および赤色ＬＥＤの独立制御が可能になるように構成される。一つの構造では、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む。
【００１５】
装置またはシステムは、さらに、装置の発光生成物における青色および赤色光の測定された寄与率に応じて青色および赤色ＬＥＤによって発光される光の強度を制御する、ドライバを含む。ドライバは、発光生成物における青色および赤色光の寄与率が引き続き実質的に一定になるようＬＥＤを制御するように構成される。そのような制御システムは、青色および赤色ＬＥＤの特異な経年変化および／または動作温度に起因するＬＥＤの発光特性の変化に起因する装置の発光生成物の色の変化を少なくとも部分的に低減することができる。好ましくは、装置またはシステムは、さらに、発光生成物における青色および／または赤色光の構成要素の大きさを測定するように構成される一つ以上の光検出器、例えば、フォトダイオード、ならびに発光生成物における青色および赤色光の相対的な寄与率が選択された値に維持されるように青色および／または赤色ＬＥＤの駆動電流を制御するためのフィードバック構造を含む。
【００１６】
また、温度センサ、例えば、装置パッケージ内に組み入れられたサーミスタを使用して測定することができる、ＬＥＤの動作温度に応じて青色および赤色ＬＥＤの発光を制御することができる。
【００１７】
ＬＥＤの個々の駆動電流またはＬＥＤの相対出力を制御する単一駆動電流を制御することにより、青色および赤色ＬＥＤの出力を制御することができる。駆動電流は、直流またはＰＷＭ（パルス幅変調）であり、駆動電流を制御するためデューティサイクルを変動させることができる。
【００１８】
白色光を生成するために、システムおよび／または装置は、さらに、一定の比率の青色光を吸収し、異なる色、通常、緑色、緑色／黄色または黄色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料を含むことができ、装置の組み合わされた光の出力は白色に見える。好ましい実施態様では、蛍光体材料は、同一の装置を使用して色および／または相関色温度が異なる光をシステムに生成可能にさせる装置とは分離した構成要素の部分として提供される。本特許明細書において、「分離」とは、装置に組み入れられていないことを意味し、構成要素および蛍光体材料が変更可能であることを示す。一つの構造では、蛍光体材料は、装置から遠隔に配設された光透過性ウィンドウに組み入れられる。蛍光体材料は、構成要素の容積の全体を通じて均質的に分散するか、あるいは、一つ以上の層として光透過性ウィンドウの面に塗布することができる。蛍光体材料は、例えば、例として、少なくとも青色ＬＥＤに塗布され、装置パッケージ内に組み入れられることができる。あるいは、青色および赤色ＬＥＤが、例として、単一キャビティ内に共にパッケージされる場合、蛍光体材料を両方のＬＥＤに塗布することができる。
【００１９】
本発明の態様よると、発光装置は：パッケージと；パッケージ内に収容され、赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと；パッケージ内に収容され、青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤであって、装置の発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって発光された光の組み合わせを含む、青色ＬＥＤと；ＬＥＤに直接接触してそれを覆う光透過性材料、例えば、シリコーンまたはエポキシとを含む。通常、光透過性材料の被包は、厚さが少なくとも０．３mm、少なくとも０．５mmまたは少なくとも１mmである。公知のＬＥＤ系発光装置とは対照的に、光透過性材料は、いかなる蛍光体材料も組み入れない。
【００２０】
パッケージは、好ましくは、青色および赤色ＬＥＤを収容するための少なくとも一つのリセスを有する。一つの構造では、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤの両方を収容するのに十分大きい、単一リセスを有する。あるいは、パッケージは、各青色および赤色ＬＥＤのそれぞれのリセスを含むことができる。好ましい実施態様では、パッケージは、正方形アレイのリセスを含み、各リセスがそれぞれ青色または赤色ＬＥＤを収容する。パッケージは、好ましくは、セラミック材料、例えば、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）を含む。
【００２１】
好ましい構造では、パッケージは、さらに、青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む。一つの構造では、それぞれの電気接触は、青色および赤色ＬＥＤのアノードごとに提供される。あるいは、および／または加えて、電気接触は、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触を含むことができる。
【００２２】
白色光を生成する必要がある場合、装置は、さらに、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料を含み、装置の発光生成物が、赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含む。少なくとも青色ＬＥＤを被包する光透過性材料と接触する層として、少なくとも一つの蛍光体材料を提供することができる。あるいは、少なくとも一つの蛍光体材料は、少なくとも１mm、少なくとも５mm、少なくとも１０mmまたは少なくとも２０mmの距離を隔てて装置から遠隔に提供されることができる。本特許明細書では、「遠隔」とは、「直接接触しない」または「分離している」ことを意味する。通常、蛍光体材料は、空隙によって装置とは分離しているが、空気以外の光透過性媒体によって分離させることができる。通常、ＬＥＤダイの発光表面に直接に蛍光体を提供する場合と比較して蛍光体がはるかに大きな領域にわたって提供されるため、装置から遠隔、より詳細には、ＬＥＤダイから遠隔に蛍光体材料を提供することにより、蛍光体材料の熱的劣化を低減し、発光のより一貫性のある色を作り出すことができる。
【００２３】
通常、装置は、少なくとも一つの青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線を上回って位置するＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される。一つの構造では、装置は、少なくとも一つの青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．７５）、（０．４３，０．４７）、（０．２２，０．２６）および（０．０９，０．２３）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内、より好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．１５，０．５８）、（０．４２，０．４４）、（０．２９，０．３２）、（０．０９，０．３１）および（０．０９，０．４５）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置するＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される。
【００２４】
照明用途において、装置は、発光生成物が白色に見え、好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線上に実質的に位置する色度値を有するように構成することができる。
【００２５】
本発明の装置を組み入れる発光システムでは、システムは、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含むことができる。便宜上、ドライバは、システムを動作させるために使用される電源内または装置パッケージ内に組み入れられることができる。
【００２６】
本発明の装置またはシステムでは、少なくとも一つの青色ＬＥＤは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．１３）および（０．１６，０．０１）を持つ、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における点を接続する直線ならびに前記点を接続する、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における境界線によって境界付けられた領域内にあるＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有する青色光を生成するように動作可能であり、一方、少なくとも一つの赤色ＬＥＤは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．６６，０．３４）および（０．７２，０．２８）を持つ、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における点を接続する直線上のＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有する赤色光を生成するように動作可能である。
【００２７】
本発明のもう一つの態様によると、発光装置は：パッケージと；パッケージ内に収容され、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと；パッケージ内に収容され、４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤとを含み、発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって発光された光の組み合わせを含み、パッケージが青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む。
【００２８】
青色および赤色ＬＥＤの駆動電流の独立制御を可能にするために、電気接触は、青色および赤色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触を含むことができる。あるいは、および／または加えて、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触を含むことができる。さらなる構造では、装置は、青色および赤色ＬＥＤのアノードおよびカソードのそれぞれの電気接触を含む。
【００２９】
装置は、さらに、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料を含むことができ、装置の発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含む。蛍光体材料は、例えば、例として、青色ＬＥＤを被包する光透過性材料内に組み入れて、少なくとも一つ以上の青色ＬＥＤと接触して提供することができる。
【００３０】
あるいは、本発明の装置を組み入れる発光システムでは、システムは、さらに、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料を含むことができ、システムの発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、少なくとも一つの蛍光体材料が少なくとも１mm、好ましくは少なくとも５mm、より好ましくは少なくとも１０mmまたは少なくとも２０mmの距離を隔てて装置から遠隔に提供される。
【００３１】
装置またはシステムは、有利には、少なくとも一つの青色ＬＥＤと少なくとも一つの蛍光体材料とによって生成された光の組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線を上回って位置するＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される。好ましくは、色度値は、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．７５）、（０．４３，０．４７）、（０．２２，０．２６）および（０．０９，０．２３）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置し、より好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．１５，０．５８）、（０．４２，０．４４）、（０．２９，０．３２）、（０．０９，０．３１）および（０．０９，０．４５）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置する。
【００３２】
装置またはシステムは、発光生成物が白色に見えるように構成することができ、好ましくは、発光生成物がＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線上に実質的に位置する色度値を有するように構成される。
【００３３】
装置またはシステムは、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度および／または温度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含むことができる。
【００３４】
さらなる実施態様によると、発光装置は、パッケージと；パッケージ内に収容され、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと；パッケージ内に収容され、４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料とを含み、装置の発光生成物が、赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、パッケージが青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む。一つの構造では、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触を含む。あるいは、および／または加えて、電気接触は、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触を含む。さらなる構造では、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤのアノードおよびカソードのそれぞれの電気接触を含む。
【００３５】
装置は、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度および／または温度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含むことができる。
【００３６】
本発明の少なくとも一つの発光装置を組み入れた発光システムでは、少なくとも一つの蛍光体材料は、少なくとも１mm、好ましくは少なくとも５mm、より好ましくは少なくとも１０mmまたは少なくとも２０mmの距離を隔てて装置から遠隔に提供される。
【００３７】
装置またはシステムは、好ましくは、少なくとも一つの青色ＬＥＤと少なくとも一つの蛍光体材料とによって生成された光の組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線を上回って位置するＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される。好ましくは、色度値は、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．７５）、（０．４３，０．４７）、（０．２２，０．２６）および（０．０９，０．２３）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置し、より好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．１５，０．５８）、（０．４２，０．４４）、（０．２９，０．３２）、（０．０９，０．３１）および（０．０９，０．４５）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置する。好ましくは、装置またはシステムは、発光生成物が白色に見えるように構成され、好ましくは、発光生成物がＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線上に実質的に位置する色度値を有するように構成される。
【００３８】
システムは、有利には、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含む。
【００３９】
本発明のなおにさらなる態様によると、発光システムは：発光装置を含み、発光装置は：パッケージと；パッケージ内に収容され、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと；パッケージ内に収容され、４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤと；青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料とを含み、装置の発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、少なくとも一つの蛍光体材料が少なくとも１mm、少なくとも５mm、少なくとも１０mmまたは少なくとも２０mmの距離を隔てて装置から遠隔に提供される。
【００４０】
好ましくは、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を独立して制御可能なように構成される電気接触を含む。パッケージの電気接触は、青色および赤色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触を含むことができる。あるいは、および／または加えて、電気接触は、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触を含む。
【００４１】
システムは、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含むことができる。
【００４２】
システムは、発光生成物が白色に見え、好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線上に実質的に位置する色度値を有するように構成することができる。
【００４３】
本発明のなおにもう一つの態様によると、発光システムは、６１０nm〜６７０nmの範囲のピーク波長を有する赤色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤと；４４０nm〜４８０nmの範囲のピーク波長を有する青色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤと；青色ＬＥＤによって発光された青色光の少なくとも一部を吸収し、それに応じて異なる色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料であって、装置の発光生成物が赤色および青色ＬＥＤによって生成された光と、少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含む、青色光励起可能蛍光体材料と；ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバとを含み；少なくとも一つの蛍光体材料が少なくとも１mm、少なくとも５mm、少なくとも１０mmまたは少なくとも２０mmの距離を隔てて提供される。
【００４４】
システムは、さらに、青色および赤色ＬＥＤを収容するパッケージを含むことができる。パッケージは、好ましくは、さらに、青色および赤色ＬＥＤのアノードのそれぞれの電気接触を含む。あるいは、および／または加えて、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤのカソードのそれぞれの電気接触を含む。
【００４５】
好ましくは、システムは、少なくとも一つの青色ＬＥＤと、少なくとも一つの蛍光体材料とによって生成された光の組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線を上回って位置するＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される。好ましくは、システムは、少なくとも一つの青色ＬＥＤと少なくとも一つの蛍光体材料とによって生成された光の組み合わせが、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．０８，０．７５）、（０．４３，０．４７）、（０．２２，０．２６）および（０．０９，０．２３）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置し、より好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．値（０．１５，０．５８）、（０．４２，０．４４）、（０．２９，０．３２）、（０．０９，０．３１）および（０．０９，０．４５）の点を接続する直線によって境界付けられたＣ．Ｉ．Ｅ．色度図における領域内に位置するＣ．Ｉ．Ｅ．色度値を有するように構成される。
【００４６】
好ましくは、システムは、発光生成物が白色に見え、好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．色度図における黒体放射曲線上に実質的に位置する色度値を有するように構成される。
【００４７】
システムは、好ましくは、さらに、ＬＥＤの測定された発光強度に応じて赤色および／または青色ＬＥＤの駆動電流を制御し、発光生成物における赤色光に対する青色光を実質的に一定の割合に維持するように動作可能なドライバを含む。
【００４８】
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系発光システムおよび装置を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１ａ】上記に記載した青色および赤色ＬＥＤの動作温度に対する発光された光の強度のグラフである。
【図１ｂ】上記に記載した青色および赤色ＬＥＤを含む公知の白色発光装置における動作温度に対する発光された光のＣＣＴおよびＣＲＩのグラフである。
【図２】白色ＬＥＤの動作原理を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．（国際照明委員会）１９３１色度図である。
【図３】本発明の実施態様に従ったＬＥＤ系発光装置の平面図およびＡ−Ａを通る断面図である。
【図４】図３に従った発光装置を組み入れた発光システムを示す概略図である。
【図５】本発明に従ったＬＥＤ系発光システム、ＬＥＤダウンライトの分解斜視図である。
【図６】図５のＬＥＤダウンライトの端面図およびＢ−Ｂを通る断面図である。
【図７】図４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図８】図４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図９】図４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図１０】図４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図１１】図４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図１２】図４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図１３】本発明のもう一つの実施態様に従った色調整可能なＬＥＤ系発光装置の平面図およびＡ−Ａを通る断面図である。
【図１４】図１３の発光装置を組み入れた色温度調整可能な白色発光システムの概略図である。
【図１５】図１４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【図１６】図１４の発光システムの動作を例示するＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。
【００５０】
発明の詳細な説明
本発明の実施態様は、青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤと、赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤとを含む、ＬＥＤ系発光システムおよび装置に関連する。システムまたは装置は、さらに、発光生成物における青色および赤色光の測定された寄与率に応じて、青色および赤色ＬＥＤによって発光される光の強度を制御するためのドライバ（コントローラ）を含むことができる。ドライバは、発光生成物における青色および赤色光の寄与率が引き続き実質的に一定になり、それにより、発光される光の選択色を維持するようＬＥＤを制御するように構成される。ドライバは、一つまたは両方のＬＥＤの発光強度を制御するように動作可能であることができる。白色光を生成するため、システムまたは装置は、さらに、装置の組み合わされた光出力が白色の色に見えるように、ある比率の青色光を吸収し、異なる色、通常、緑色、緑色／黄色または黄色の光を発光するように動作可能な少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料を含む。そのような装置では、青色および赤色ＬＥＤの発光強度を制御することにより、発光生成物のＣＣＴを維持することができる。そのような制御を使用して、青色および赤色ＬＥＤの特異な経年変化、温度変化に起因するＬＥＤの発光特性の変化および／または蛍光体材料の発光特性の変化を原因とする発光生成物の変化を少なくとも部分的に補正することができる。
【００５１】
本特許明細書全体を通じて、同じ部品を示すために同じ符番が使用される。
【００５２】
白色ＬＥＤ
本発明に従ったＬＥＤ系発光システムおよび装置を記載する前に、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である図２を参照して、白色ＬＥＤの動作原理を記載する。
【００５３】
公知のように、白色ＬＥＤは、通常、色度図上の点２が示すような青色光を生成するように動作可能な青色ＬＥＤを含む。加えて、白色ＬＥＤは、さらに、青色光によって励起可能であり、異なる色、通常、黄色−緑色の光を発光する一つ以上の蛍光体材料を含む。図２の点４は、蛍光体材料組成に依存して蛍光体材料が生成する光の色を示す。点２と点４とを接続するほぼ直線６は、蛍光体材料の分量に依拠して、発光生成物８の厳密な色を持つ白色ＬＥＤからの想定発光を示す。蛍光体材料なしの場合である点２では、発光される光の色は青色である。ＬＥＤによって発光される青色光をすべて吸収するのに十二分な分量の蛍光体材料がある場合である点４では、発光される光の色は、蛍光体材料によって生成される光の色に対応する。線６に沿った点２と点４との中間における点では、発光される光は、蛍光体材料によって発光される光と、蛍光体材料によって吸収されないＬＥＤからの青色光との組み合わせである。蛍光体材料の分量を適切に選択することにより、線６が黒体曲線（黒体軌跡）１０を横切る点８において、選択されたＣＣＴの白色光を生成するように白色ＬＥＤを構成することができる。白色ＬＥＤによって生成される光のＣＣＴは、固定であり、蛍光体材料組成および蛍光体材料の分量によって決定される。
【００５４】
既存の白色ＬＥＤの課題は、例として、水の吸収により、時間の経過に従ってフォトルミネッセント性質が変化する（通常、蛍光体材料によって発光される光の強度は、時間の経過に従って減少する）ので、結果として、白色ＬＥＤによって生成される光の色が時間の経過に従って変化できることである。白色ＬＥＤによって発光される光の色が固定であるため、発光色を制御して、発光生成物を選択された色および／またはＣＣＴに維持するメカニズムがない。
【００５５】
ＬＥＤ系発光装置
装置の平面図およびＡ−Ａを通る断面図を図示する図３を参照して、本発明の例示的な実施態様に従ったＬＥＤ系発光装置２０を以降に記載する。装置２０は、５行×５列の正方形アレイとして構成された２５個の円形のリセス（キャビティ）２４のアレイを有するセラミックパッケージ２２、例えば、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）を含む。各リセス２４は、青色（Ｂ）ＬＥＤチップ２６または赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ２８をそれぞれ一つ収容するように構成される。例示するように、装置２０は、１６個の青色ＬＥＤチップ２６および９個の赤色ＬＥＤチップ２８を含むことができ、それぞれの赤色ＬＥＤチップ２８が中央キャビティ、各隅部キャビティおよび各側に沿った各中点キャビティに収容される。青色および赤色ＬＥＤチップの数および構成は、単に例示的なものであり、当業者には他の構成が自明であることが認識される。
【００５６】
好ましくは、青色ＬＥＤチップ２６は、４４０nm〜４８０nmの波長範囲（通常、４６５nm）のピーク波長を有する青色光３０を生成するように動作可能なＧａＮ系（窒化ガリウム系）ＬＥＤを含む。赤色ＬＥＤチップ２８は、有利には、６１０nm〜６７０nmの波長範囲のピーク波長を有する赤色光３２を生成するように動作可能なＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）、ＧａＡｓＰ（ガリウムヒ素リン）、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムインジウムガリウムリン）またはＧａＰ（ガリウムリン）ＬＥＤを含む。
【００５７】
各リセス２４の壁は、傾斜していることができ、各リセス２４が装置からの光の発光を増加させるためのリフレクタカップを含むように、光反射表面、例えば、銀またはアルミニウムの金属被覆層を包含することができる。パッケージ２２は、多層構造体であり、所望の構成（例えば、それぞれのＬＥＤチップが直列的に接続されたストリング）でＬＥＤチップ２６、２８を相互接続するように構成された導電トラックのパターンを組み入れる。導電トラックの部分がリセス２４内に延在し、それぞれのＬＥＤチップ２６、２８への電気接続のため、リセスの床面上に一対の電極パッド３３を提供するように、導電トラックが構成される。青色および赤色ＬＥＤチップに電力を提供するため、パッケージ２２の下面にはんだパッド３４、３６が提供される。本発明の態様に従い、青色および赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉＢ、ｉＲを独立して制御できるように構成される、それぞれのはんだパッド３４、３６を青色および赤色ＬＥＤチップ２６、２８に提供することができる。例として、図３に図示するように、装置は、青色および赤色ＬＥＤチップのアノードおよびカソードにそれぞれ対応する４個のはんだパッド３４（＋青色）、３４（−青色）、３６（＋赤色）、３６（−赤色）を含むことができる。あるいは、パッケージは、青色および赤色ＬＥＤチップの一つの電極（アノードまたはカソード）に共通の単一はんだパッドと、青色および赤色ＬＥＤチップの他の電極のためのそれぞれのはんだパッドとを含むことができる。はんだパッド３４、３６は、熱伝導ビア（図示せず）で導電トラックに接続することができる。各ＬＥＤチップ２６、２８は、熱伝導接着剤、例えば、銀充填エポキシを使用するか、はんだ付けにより、リセスの床面と熱的に連通して取り付けられる。ＬＥＤチップ２６、２８上の電極は、ボンドワイヤ３７により、リセス２４の床面上のそれぞれの電極パッド３３に接続される。各リセス２４は、光透過性（透明）ポリマー材料３８、例えば、シリコーンまたはエポキシ材料で完全に満たされ（埋められ）、ＬＥＤチップおよびボンドワイヤ３７の保護を提供する。光透過性シリコーン材料の例は、Shin-Etsu MicroSi, IncのフレキシブルシリコーンKJR-9022およびGEのシリコーンRTV615を包含することができる。光透過性被包３８の厚さ「ｔ」（図３）は、ＬＥＤチップの発光表面から測定され、通常、少なくとも０．３mm〜０．５mmである。図示するように、被包３８は、被包の外表面が一般的に平坦であるようにリセスを完全に満たすことができる。他の実施態様では、図３に点線で示すように、被包がドーム状（一般的に半球形）であり、レンズを形成するように各リセス２４を過剰に満たすことができる。そのような構成は、被包内の内部反射の確率を低減することにより、発光される光の総量を増加させることができる。通常、そのような構造では、被包の厚さ「ｔ」が少なくとも１mmであり、少なくとも５mmであることができ、主にリセスのサイズに依拠する。
【００５８】
ＬＥＤ系発光システム
図４は、本発明の発光装置２０を組み入れた白色発光システム４０の概略図である。図４に図示するように、白色光を生成する必要がある場合、発光システム４０は、動作時、発光装置２０が蛍光体材料４２に青色光３０を照射するように構成される少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料４２を含む。蛍光体材料４２は、青色光３０の一部を吸収し、それに応じて異なる色、通常、黄色−緑色の光４４を発光する。システム４０の発光生成物４６は、ＬＥＤ２６、２８によって発光される光３０、３２と、蛍光体材料４２によって生成される光４４との組み合わせを含む。
【００５９】
さらに記載するように、システム４０は、さらに、ＬＥＤおよび／または蛍光体材料の発光特性の色の変化を補正するため、青色および赤色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＦＢ、ｉＦＲを制御するように動作可能なドライバ４８を含むことができる。ドライバ４８は、発光生成物４６における青色および赤色光の寄与率の測定された強度ＩＢおよびＩＲに応じて動作可能であることができる。フィードバック構造により、ドライバ４８は、測定された強度ＩＢ、ＩＲを使用して、青色および／または赤色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢ、ｉＲを調節し、ＬＥＤおよび／または蛍光体材料の発光特性の色に生じる変化を補正する。あるいは、および／または加えて、ドライバは、ＬＥＤの動作温度Ｔに応じて一つまたは両方のＬＥＤ駆動電流を制御するように動作可能であることができる。
【００６０】
図５が本発明に従ったＬＥＤダウンライト５０の分解斜視図であり、図６がダウンライトの端面図およびダウンライトのＢ−Ｂを通る断面図である、図５および６を参照して、以降に本発明の実施態様に従った白色発光システムの例を記載する。ダウンライト５０は、≒３１００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）、６５０〜７００ルーメンの発光強度および６０°の名目上のビームの広がり（広角）を持つ白色光を生成するように構成される。ダウンライト５０は、従来の白熱６インチダウンライト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する。
【００６１】
ダウンライト５０は、例として、ダイカストアルミニウムから作製される中空の一般的に円筒状である熱伝導性の本体５２を含む。本体５２は、ヒートシンクとして機能し、ＬＥＤによって生成される熱を放散する。ダウンライト５０からの熱放射を増加させ、それにより、発光装置２０の冷却を増加させるため、本体５２は、本体の底部に向かって配設され、長手方向にらせん状に延在する一連の放熱フィン５４を包含することができる。さらに熱放射を増加させるため、例えば、例として、黒色塗装または陽極酸化で本体の外表面を処理し、その放射率を増加させることができる。本体５２は、さらに、本体の前面から本体の長さのほぼ３分の２の深さまで延在する、一般的に切頭円錐形（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）の軸チャンバ５６を含む。本体５２の形状因子は、米国内で一般に使用されるような標準的な６インチダウンライト照明器具（カン）にダウンライトを直接装着することが可能であるように構成される。
【００６２】
本発明に従った４個の白色発光装置２０が円形のＭＣＰＣＢ（メタルコアプリント回路基板）５８上に正方形アレイとして取り付けられる。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。熱伝導素材、例えば、例として、酸化ベリリウムまたは窒化アルミニウムを含有する標準的なヒートシンク素材の補助により、ＭＣＰＣＢ５８のメタルコア底部は、チャンバ５６の床面６０を介して本体と熱的に連通して取り付けられる。図５に図示するように、ＭＣＰＣＢ５８は、一つ以上のねじ、ボルトまたは他の機械的留め具６２により、本体の床面６０に機械的に固定することができる。
【００６３】
ダウンライト５０は、さらに、発光装置２０のアレイを囲む中空の一般的に円筒状の光反射チャンバ壁マスク６４を含む。チャンバ壁マスク６４は、プラスチック材料で作ることができ、好ましくは、白色または他の光反射仕上げを有する。光透過性ウィンドウ６６は、本体５２の対応する開口部に係合する弾性的に変形可能なかかり（barb）７０を有する環状鋼製クリップ６８を使用して、チャンバ壁マスク６４の前面に重なって取り付けられる。
【００６４】
光透過性ウィンドウ６６は、ウィンドウの一つまたは両方の面上における均一な厚さの一つまたは層の形状であるか、ウィンドウの容積全体を通じて均質的に分散することができる、一つ以上の蛍光体材料４０を包含する。蛍光体材料がウィンドウの表面上における一つ以上の均一な厚さの層の形状である一つの構造では、通常、粉体形状である蛍光体材料は、事前に選択された比率で光透過性（透明）バインダ材料、例えば、ポリマー材料、例えば、例として、熱もしくはＵＶ硬化性アクリル、シリコーンもしくはエポキシ材料、好適な溶媒またはクリアインク、例えば、Nazdar 9700スクリーンインクと徹底的に混合される。光透過性シリコーン材料の例は、Shin-Etsu MicroSi, IncのフレキシブルシリコーンKJR-9022およびGEのシリコーンRTV615を包含することができる。ポリマーバインダーに対する蛍光体の充填重量比は、通常、１００につき３５〜９５の範囲であり、厳密な充填が装置の発光生成物の必要なＣＣＴに依拠する。蛍光体／ポリマーは、ウィンドウの全表面にわたって実質的に均一な厚さの層を形成するように、ウィンドウ６６の面にわたって堆積する。バインダ材料に依拠して、スクリーン印刷、スピンコーティング、ドクターブレード（すなわち、スキージまたはフレキシブルブレードの使用）、テープ鋳造、吹き付け、インクジェット印刷または当業者にとって自明である他の堆積技術により、蛍光体／ポリマー混合物をウィンドウに塗布することができる。蛍光体／ポリマー層４０の厚さは、通常、およそ１０μm〜およそ５００μm、好ましくは、およそ１０μm〜およそ１００μmの範囲である。ポリマーに対する蛍光体の充填重量のように、蛍光体／ポリマー層の厚さは、システムによって生成される光の目標ＣＣＴに依拠する。
【００６５】
あるいは、図５および６に示すように、蛍光体材料を光透過性ウィンドウ６６に組み入れることができる。そのような構造では、蛍光体材料が事前に選択された比率で光透過性（透明）ポリマー材料、例えば、例として、ポリカーボネート、アクリル、シリコーンまたはエポキシと徹底的に混合され、混合物を押し出して、その容積全体を通じて蛍光体が均一に分散する均一な厚さ「ｘ」（図６）の均質な蛍光体／ポリマーシートが形成される。ポリマーに対する蛍光体の充填重量比および蛍光体／ポリマーシートの厚さ「ｘ」は、システムによって生成される光の目標ＣＣＴに依拠する。
【００６６】
この例示的な実施態様では、蛍光体材料は、蛍光体材料を励起するために使用される発光装置２０（より詳細には、青色ＬＥＤ）から離れて提供されることが認識される。本特許明細書では、「離れて」は、通常、例として、空隙により、直接接触しないか、分離していることを意味する。図４および６に図示するように、蛍光体材料４０が空隙によって装置から分離し、発光装置から距離「ｄ」に配設され、ここで、ｄは、通常、少なくとも２０mm（２cm）である。他の実施態様では、蛍光体材料は、青色ＬＥＤから少なくとも１mm、少なくとも５mmまたは少なくとも１０mmの距離を離して配設することができる。これは、蛍光体材料がＬＥＤの発光表面に直接接触する公知の白色発光装置（白色ＬＥＤ）と対照的である。ＬＥＤダイから離れて蛍光体を提供することの利点は、通常、ＬＥＤダイの発光表面に蛍光体を直接提供する場合と比較して、はるかに大きな領域にわたって蛍光体が提供されるため、蛍光体の低減した熱的劣化および発光された光のより一貫性のある色および／またはＣＣＴを包含する。通常、蛍光体材料は、空隙によって青色ＬＥＤから分離されるが、他の実施態様では、他の光透過性媒体により、蛍光体材料を青色ＬＥＤから分離することが想到される。例として、光透過性被包３８と接触する層として蛍光体材料を提供することができる。
【００６７】
蛍光体材料は、無機または有機蛍光体、例えば、例として、一般組成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、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（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む。通常、粉体形状状である蛍光体材料が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）と混合され、ポリマー／蛍光体混合物が均一な厚さの一つまたは層の形状で光誘導路３２の発光面に塗布される。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分量によって決定される。白色光の所望の色またはＣＣＴを生成するために必要な蛍光体材料は、粉体形状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、一般組成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、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（ＣＩ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む。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 Corp.に譲渡）、第７，６０１，２７６号「Two phase silicate-based yellow phosphor」（Intematix Corp.に譲渡）、第７，６５５，１５６号「Silicate-based orange phosphor」（Intematix Corp.に譲渡）および第７，３１１，８５８号「Silicate-based yellow-green phosphor」（Intematix Corp.に譲渡）に開示されている。蛍光体は、米国特許第７，５４１，７２８号「Aluminate-based green phosphor」（Intematix Corp.に譲渡）および第７，３９０，４３７号「Aluminate-based blue phosphor」（Intematix Corp.に譲渡）に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 Corp.に譲渡）に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日に出願された同時係属中の米国特許出願第１２／６３２，５５０号（米国出願公開公報第２０１０／０３０８７１２号）に教示されているような窒化物系赤色蛍光体材料を含むこともできる。蛍光体材料は、本明細書に記載する例に限定されず、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。
【００６８】
ダウンライト５０は、さらに、ダウンライト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５０°）を画定するように構成される光反射フード７２を含む。フード７２は、三つの隣接（連接）する切頭円錐形の内面光反射表面を持つ、一般的に円筒状の外殻を含む。フード７２は、好ましくは、金属被覆層と共にアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）で作られる。最後に、ダウンライト５０は、ＡＢＳから作製することもできる環状トリム（ベゼル）７４を含むことができる。
【００６９】
点３０、３２、４４がそれぞれ青色ＬＥＤ２６、赤色ＬＥＤ２８および蛍光体材料４２によって生成される光の色を示す、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である図７を参照して、以降に本発明に従った白色発光システム４０およびダウンライト５０の動作原理を記載する。図７は、蛍光体材料の範囲、例えば、カリフォルニア州フリーモントのIntematix Corporationによって製造されものについて、発光される光４４の色も示す。
【００７０】
点３０と点４４とを接続するほぼ直線８０は、厳密な色が蛍光体材料の分量に依拠する、青色ＬＥＤ２６および蛍光体材料４２からの組み合わされた光８２の想定発光を示す。蛍光体材料がない場合である点３０では、組み合わされた光８２の色が青色である。青色ＬＥＤによって発光される青色光をすべて吸収するのに十二分な分量の蛍光体材料がある場合である点４４では、組み合わされた光８２の色は、蛍光体材料によって生成される光の色に対応する。線８０に沿った点３０と点４４との中間における点８２では、光は、蛍光体材料によって発光される光と、蛍光体材料によって吸収されない青色光との組み合わせである。点８２における光の色は、固定であり、蛍光体材料組成および蛍光体材料の分量によって決定される。青色ＬＥＤ２６および蛍光体材料４２によって発光される組み合わされた光８２が黒体放射曲線１０を上回って位置するように、蛍光体材料組成および蛍光体材料の分量が構成されることに留意されたい。
【００７１】
システム４０の発光生成物４６は、点８２と点３２とを接続する直線８４上に位置し、厳密な点が青色および赤色ＬＥＤ２６、２８の順方向駆動電流ｉＢ、ｉＲに依拠する。図７に図示するように、ＬＥＤの順方向駆動電流を適切に選択することにより、線８４が黒体放射曲線１０を切り分ける（交差する、区切る）点に対応する、選択されたＣＣＴの白色光を生成するように、システムを構成することができる。システムによって生成される光４６のＣＣＴは、固定であり、蛍光体材料組成および蛍光体材料４２の分量によって決定される。図７に実線矢印で例示するように、順方向駆動電流ｉＲ：ｉＢの比を変化させることにより、発光生成物４６の色を変化させることができる。青色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢに対して相対的に赤色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＲを減少させる（↓）（↓ｉＲ：ｉＢ）と、発光生成物４６の色が黒体曲線１０から乖離し、線８４に沿って点８２に向かって移動する。逆に、青色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢに対して相対的に赤色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＲを増加させる（↑）（↑ｉＲ：ｉＢ）と、発光生成物４６の色が黒体曲線１０から乖離し、線８４に沿って反対方向に、点３２に向って移動する。
【００７２】
図８は、青色２６および赤色２８ＬＥＤによって発光される光の好ましい色の色度値を示す色度図である。図８に示すように、青色ＬＥＤは、好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．０８，０．１３）およびＣ．Ｉ．Ｅ．（０．１６，０．０１）である点３０ａ、３０ｂを接続する直線と、前記点を接続する色度図の境界線とによって境界付けられる領域内の色度値を有する、青色光を生成する。赤色ＬＥＤは、好ましくは、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０，６６，０．３４）およびＣ．Ｉ．Ｅ．（０．７２，０．２８）である点３２ａ、３２ｂを接続する線上に位置する色度値を有する、光を生成する。
【００７３】
白色ＬＥＤと同様に、白色発光システム４０の発光生成物４６のＣＣＴは、固定であり、蛍光体材料組成および分量によって決定される。しかし、白色ＬＥＤとは対照的に、青色および赤色ＬＥＤの駆動電流を制御することにより、赤色および青色ＬＥＤの発光の特異な変化および／または経年変化に起因する蛍光体材料の発光特性の変化に起因する発光生成物への効果を低減するように、本発明のシステムを構成することができる。
【００７４】
図９は、経年変化および／または動作温度に起因する赤色および青色ＬＥＤの相対的な発光特性の変化を補正するため、ドライバ４６による青色および赤色ＬＥＤの駆動電流ｉＢ、ｉＲの制御を示す、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。図９では、システム４０は、≒２６００ＫのＣＣＴを持つ白色光４６を生成するように構成され、発光波長λΒ＝４８０nmを持つ青色光３０を生成する青色ＬＥＤ２６および発光波長λΒ＝６１０nmを持つ赤色光３２を生成する赤色ＬＥＤ２８に基づく。点３２と点８２とを接続する線８４がＣＣＴ≒２６００Ｋにおいて黒体曲線１０を切り分けるように、蛍光体材料組成および分量が選択される。先に記載したように、赤色ＬＥＤの発光強度は、通常、経年および／または動作温度により、青色ＬＥＤよりも急速に下がる（図１ａ）。図９に図示するように、青色および赤色ＬＥＤの発光特性のそのような特異な変化の効果により、黒体放射曲線１０から乖離し、線８４に沿って点８２に向かう方向にシステムの発光生成物４６における色ずれ８６が引き起こされる。そのような色ずれ８６を補正しなければ、システムは、もはや白色光を発光せず、点８８で示すような青みがかった緑色光を発光するであろう。本発明に従い、一つまたは両方の駆動電流ｉＲ、ｉＢを制御し、青色および赤色ＬＥＤ２６、２８の相対発光を変化させることにより、色ずれ８６の効果を低減または除去することさえできる。比ｉＲ：ｉＢ９０を増加させる（すなわち、赤色ＬＥＤの光出力を青色ＬＥＤのそれに対して相対的に増加させる）ことにより、≒２６００ＫのＣＣＴを持つ白色光４６を再び発光するようにシステム４０を構成することができる。
【００７５】
青色および赤色ＬＥＤの発光特性における特異な変化に加えて、本発明のシステムは、例として、水分の取り込みまたは動作温度の増加に起因する蛍光体材料の発光特性の変化（通常、蛍光体材料によって発光される光の強度は、経年とともに低減する、すなわち、量子効率の低下）による発光生成物への効果を低減することができる。そのような変化は、蛍光体材料の分量の低下と等しいと考慮することができ、図１０に示すように、結果的に、蛍光体材料および青色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光８２ａにおける線８０に沿って点３０に向かう方向への変化９２となる。蛍光体材料および青色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光の新しい色は、点８２ｂによって示される。蛍光体の発光およびＬＥＤの発光における変化の正味の結果が、結果的に、矢印９４（図１０）によって示される正味の色の変化となり、システムは、点９６によって示されるように、もはや白色光を発光しない。本発明に従い、これらの色変化の効果は、駆動電流ｉＲ、ｉＢの一つまたは両方を制御することで青色および赤色ＬＥＤ２６、２８の相対発光を変化させることにより、低減することができる。赤色ＬＥＤの光出力を青色ＬＥＤのそれに対して増加させることにより、システムは、点３２と点８２ｂとを接続する線８４が黒体放射曲線１０と交差する異なるＣＣＴではあるが、点９８によって示されるように、白色光を再び発光するように構成することができる。白色光のＣＣＴは同一ではないが（通常、ＣＣＴは蛍光体材料の発光強度の低下に起因してより高くなる）、人間の目は、実際の光の色の変化よりも、ＣＣＴにおける変化に対する感度が低い。
【００７６】
ドライバ４８は、青色および赤色ＬＥＤの発光強度ＩＢ、ＩＲに応じて青色および赤色ＬＥＤの駆動電流ｉＦＢ、ｉＦＲを調節するように構成することができる。一つの構造では、青色および赤色ＬＥＤの発光強度は、発光装置に組み入れられる光検出器、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタをそれぞれ使用して測定される。あるいは、発光生成物４６における青色および赤色光の寄与率の強度は、赤色または青色光に対応するスペクトル応答を持つ波長フィルタを包含する、光検出器をそれぞれ使用して測定することができる。そのような構造では、光検出器は、好ましくは、検出器の性能への任意の特異な温度の効果を低減するために組まれた一対である。青色および赤色発光強度の大きさに応じて装置を制御することができるが、本発明者は、適正な制御が、強度の割合ＩＢ：ＩＲまたは強度間の差ＩＢ−ＩＲを使用して達成することができることを見出した。そのような制御の構造は、コントローラ回路の複雑性を低減する。本発明の装置の特段の利益は、赤色および青色ＬＥＤのみに基づいているため、ドライバの複雑性を低減し、装置の発光生成物の実際の色を測定する必要性を除去できることである。
【００７７】
また、ドライバ４８は、青色および赤色ＬＥＤの動作温度Ｔに応じて青色および赤色ＬＥＤの駆動電流ｉＢ、ｉＲを調節するように動作可能であることができる。ＬＥＤの動作温度は、装置に組み入れられたサーミスタを使用して測定することができる。通常、ＬＥＤが熱伝導基材に取り付けられ、ＬＥＤ温度は、ＬＥＤの動作温度とほぼ同一である基材の温度Ｔの測定によって測定することができる。
【００７８】
動作時、ドライバ４８は、測定された強度ＩＢ、ＩＲおよび／または温度Ｔに応じて、青色および／または赤色ＬＥＤの電流を調節し、割合ＩＢ：ＩＲにおける変化を最小化する。ドライバ４８は、（ｉ）青色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢを一定に維持しつつ、赤色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＲを増加させる、または（ｉｉ）赤色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＲを一定に維持しつつ、青色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢを減少させることにより、赤色ＬＥＤの光出力を増加させるように構成することができる。第一の制御構成は、装置の発光生成物の強度が大して下がらないという利益を有する。ドライバ４８が順方向駆動電流ｉＲ、ｉＢの両方を調節し、発光強度ＩＲおよびＩＢの絶対値における任意の変化を最小化するように動作可能であることも想定される。そのような制御構成は、発光生成物の任意の色の変化を低減するのみならず、装置の全般的な発光強度における任意の変化もまた低減できる。
【００７９】
ドライバを駆動電流の大きさを制御するものとして記載したが、これはＬＥＤが直流電流によって駆動されることを示唆しており、駆動電流を、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）駆動電流に動的に切り替えることも想到される。そのような構造では、駆動によって、電流のデューティサイクルを制御することにより、駆動電流の大きさを制御することができる。好ましくは、ドライバ４８は、発光装置とは分離しており、便宜上、外部電源に組み入れられるが、発光装置パッケージ内に組み入れられることもできる。
【００８０】
図１１は、≒２５００Ｋ〜≒６５００Ｋの範囲のＣＣＴを持つ白色光を生成するように構成された発光システムおよび／または装置のための蛍光体材料および青色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光８２の好ましい色を例示した、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。図１１に示すように、青色ＬＥＤおよび蛍光体材料によって生成された組み合わされた光の色は、色度値Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．１５，０．５８）、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．４２，０．４４）、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．２９，０．３２）、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．０９，０．３１）およびＣ．Ｉ．Ｅ．（０．０９，０．４５）をそれぞれ持つ点８２ａ〜点８２ｅを接続する直線によって境界付けられた、Ｃ．Ｉ．Ｅ．図における領域１００内に位置するように構成される。色の選定は、選択されたＣＣＴならびに青色および赤色ＬＥＤの波長に依存する。
【００８１】
図１２は、≒２０００Ｋ〜≒２０００Ｋの範囲のＣＣＴを持つ白色光を生成するように構成された発光システムおよび／または装置のための蛍光体材料および青色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光８２の好ましい色を例示した、Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。図１２に示すように、青色ＬＥＤおよび蛍光体材料によって生成された組み合わされた光の色は、色度値Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．０８，０．７５）、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．４３，０．４７）、Ｃ．Ｉ．Ｅ．（０．２２，０．２６）およびＣ．Ｉ．Ｅ．（０．０９，０．２３）をそれぞれ持つ点８２ａ〜点８２ｄを接続する直線によって境界付けられた、Ｃ．Ｉ．Ｅ．図における領域１００内に位置するように構成される。色の選定は、選択されたＣＣＴならびに青色および赤色ＬＥＤの波長に依存する。
【００８２】
色調整可能なＬＥＤ系発光装置 
本発明の実施態様に従った、色調整可能なＬＥＤ系発光装置１０２を、装置の平面図およびＡ−Ａを通る断面図である図１３を参照して、以降に記載する。装置１０２は、図３の装置に類似しており、青色（Ｂ）ＬＥＤチップ２６、赤色（Ｒ）ＬＥＤチップ２８または橙色（Ｏ）ＬＥＤチップ１０４のそれぞれ一つを収容するように構成された、２５個の円形のリセス（キャビティ）２４のアレイを有するセラミックパッケージ２２を含む。例示するように、装置１０２は、１６個の青色ＬＥＤチップ２６、５個の赤色ＬＥＤチップ２８および４個の橙色ＬＥＤチップ１０４を含むことができ、赤色ＬＥＤチップ２８がそれぞれ中央キャビティおよび各隅部キャビティに収容され、橙色ＬＥＤチップ１０４がそれぞれの各側に沿った各中点キャビティに収容される。青色、赤色および橙色ＬＥＤチップの数および構成は、単に例示的なものであり、当業者には他の構成が自明であることが認識できる。
【００８３】
橙色ＬＥＤチップ１０４は、波長帯５９０nm〜６１０nmにピーク波長を有する橙色光１０６を生成するように動作可能な、ＧａＡｓＰ系（ガリウムヒ素リン）、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムインジウムガリウムリン）またはＧａＰ系（ガリウムリン）ＬＥＤを含むことができる。青色、赤色および橙色ＬＥＤチップに電力を提供するため、パッケージ２２の下面にはんだパッド３４、３６、１０８が提供される。本発明に従い、青色、赤色および橙色ＬＥＤチップの駆動電流ｉＦＢ、ｉＦＲ、ｉＦＯを独立して制御できるように構成される、それぞれのはんだパッド３４、３６、１０８を青色、赤色および橙色ＬＥＤチップ２６、２８、１０４に提供することができる。例として、一つの構造では、青色、赤色および橙色ＬＥＤチップのアノードおよびカソードにそれぞれ対応する６個の電極パッド３４（−青色）、３４（＋青色）、３６（−赤色）、３６（＋赤色）、１０８（−橙色）、１０８（＋橙色）を提供することができる（図１３）。あるいは、パッケージは、ＬＥＤチップに共通のはんだパッド（アノードまたはカソード）と、青色、赤色および橙色ＬＥＤチップの他の電極のためのそれぞれの電極パッドとを含むことができる。
【００８４】
色温度調整可能なＬＥＤ系発光システム
図１４は、図１３の発光装置１０２に基づく、色温度調整可能な白色発光システム１１０の概略図である。発光システム１１０は、動作時、発光装置１０２が青色光３０で蛍光体材料４２を照射するように構成された、少なくとも一つの青色光励起可能蛍光体材料４２を含む。蛍光体材料４２は、青色光３０の一部を吸収し、それに応じて異なる色、通常、黄色−緑色の色の光４４を発光する。システム１１０の発光生成物１１２は、ＬＥＤ２６、２８、１０２によって発光された組み合わされた光３０、３２、１０６と、蛍光体材料４２によって生成された光４４とを含む。
【００８５】
システム１１０は、さらに、ＬＥＤおよび／または蛍光体材料の発光特性の色の変化を補正するために、青色、赤色および橙色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢ、ｉＲ、ｉＯを制御するように動作可能なドライバ４８を含むことができる。ドライバ４８は、発光生成物１１２における青色、赤色および橙色光の寄与率の測定された強度ＩＢ、ＩＲ、ＩＯに応じて動作可能であることができる。フィードバック構造の手段によって、ＬＥＤおよび／または蛍光体材料の発光特性による色に生じる変化を補正するために、ドライバ４８は、測定された強度ＩＢ、ＩＲ、ＩＯを使用して、青色、赤色および／または橙色ＬＥＤの順方向駆動電流ｉＢ、ｉＲ、ｉＯを調節する。ドライバは、あるいは、および／または加えて、ＬＥＤの動作温度Ｔに応じて一つ以上のＬＥＤ駆動電流を制御するように動作可能であることができる。
【００８６】
白色発光システム１１０の動作原理を、点３０、３２、１０６がそれぞれ、青色２６、赤色２８および橙色１０４ＬＥＤによって生成された光の色を示すＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である、図１５を参照して、以降に記載する。点３０と点１０６とを接続する太い実線１１４は、橙色および赤色ＬＥＤの順方向駆動電流の割合ｉ０：ｉＲ（ｉＯ：Ｒ）に依拠する、赤色および橙色ＬＥＤからの組み合わされた光１１６の想定発光を示す。システム１１０の発光生成物１１２は、厳密な点が青色ＬＥＤに対する橙色／赤色ＬＥＤの順方向駆動電流の割合（ｉｏ：Ｒ）：ｉＢに依拠する、点８２と点１１６とを接続する直線１１８上に位置する。図１５に示すように、割合（ｉｏ：Ｒ）：ｉＢを適切に選択することにより、システムは、線１１８が黒体放射曲線１０を切り分ける（交差する、区切る）点に対応する、選択されたＣＣＴの白色光を生成するように構成することができる。橙色ＬＥＤを包含することにより、システムによって生成される光１１２のＣＣＴの調整が可能になり、それは、赤色ＬＥＤに対する橙色ＬＥＤの順方向駆動電流とのそれとの割合ｉｏ：Ｒに依拠する。図４のシステムと同様に、青色ＬＥＤおよび蛍光体材料によって生成された組み合わされた光８２の色は固定されており、蛍光体材料組成および蛍光体材料の分量によって決定される。しかし、システムの発光生成物１１２ののＣＣＴは、赤色および橙色ＬＥＤによって生成された組み合わされた光１１６の色に依拠する、線１１８が黒体放射曲線を区切る点によって決定される。赤色および橙色ＬＥＤの駆動電流が独立して制御されるため、線１１８、それ故ＣＣＴを選択することができる。例として、割合ｉｏ：Ｒが大きくなるほど、発光生成物のＣＣＴは小さくなる。図１５に示すように、光１１６の特定の色において、線１１８は、二つの異なるＣＣＴにおける黒体放射曲線を区切ることができる。
【００８７】
図１６は、蛍光体材料の発光特性の変化に加えて、経年変化および／または動作温度に起因する、ＬＥＤの相対的な発光特性における変化も補正するために、ドライバ４８がいかに青色、赤色および橙色ＬＥＤの駆動電流ｉＢ、ｉＲ、ｉＯを制御するかを示すＣ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図である。システム１１０は、≒５９００ＫのＣＣＴを持つ白色光１１２を生成するように構成され、発光波長λΒ＝４８０nmを持つ青色光３０を生成する青色ＬＥＤ、発光波長λＲ＝７００nmを持つ赤色光３２を生成する赤色ＬＥＤおよび発光波長λＯ＝５９０nmを持つ橙色光１０６を生成する橙色ＬＥＤに基づく。赤色ＬＥＤに対する橙色ＬＥＤの順方向駆動電流の割合ｉＯ：Ｒは、橙色および赤色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光１１６ａ（６３０nm）が結果的に、点１１６ａと点８２ａとを接続する線１１８ａがＣＣＴ≒５９００Ｋにおいて黒体放射曲線１０に交差することを確実にするように選択される。赤色／橙色ＬＥＤの発光強度は、通常、経年および／または動作温度に伴って青色ＬＥＤよりも急速に下がる。橙色および赤色ＬＥＤの発光強度の降下は、割合ＩＯ：ＩＲが引き続きほぼ一定（すなわち、点１１６ａが引き続き固定されている）である場合に類似すると推測される。図１６に図示するように、ＬＥＤの発光特性におけるそのような特異な変化の効果により、黒体放射曲線１０から乖離し、線１１８ａに沿って点８２ａに向かう方向にシステムの発光生成物４６における色ずれ８６が引き起こされる。そのような色ずれ８６を補正しなければ、システムは、もはや白色光を発光せず、点８８によって示すような青みがかった緑色光を発光するであろう。本発明に従い、駆動電流ｉＢ、ｉＲ、ｉＯを制御することで青色および赤色／橙色ＬＥＤとの相対発光を変化させることにより、色ずれ８６の効果を低減または除去さえできる。割合（ｉＯ：ｉＲ）：ｉＢを増加させる（↑）（すなわち、割合ｉＯ：ｉＲを一定に維持しつつ、赤色および橙色ＬＥＤの光出力を青色ＬＥＤのそれに対して増加させる）ことにより、白色発光システム１１０は、≒２９００ＫのＣＣＴを持つ白色光１１２を再び発光するように構成することができる。割合ＩＯ：ＩＲにおけるいかなる変化も割合ｉＯ：ｉＲを変化させることにより補正することができることが期待される。
【００８８】
青色、赤色および橙色ＬＥＤの発光特性における変化を補正することができることに加えて、本発明のシステムは、蛍光体材料の発光特性の変化による発光生成物への効果も低減できる。通常、蛍光体材料の発光特性における変化により、結果的に生成されるフォトルミネッセンス光がより少なくなり、そのような変化は、蛍光体材料の分量の低下と等しいと考慮することができる。図１６に示すように、蛍光体の発光特性における変化は、結果的に、蛍光体材料および青色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光８２ａにおける線８０に沿って点３０に向かう方向への変化９２となる。蛍光体材料および青色ＬＥＤによって発光された組み合わされた光の新しい色は、点８２ｂによって示される。矢印９４によって示すように、蛍光体の発光およびＬＥＤの発光における組み合わされた変化が正味の色の変化となり、システムは、点９６によって示すように、もはや白色光を発光しない。
【００８９】
本発明に従い、これらの変化が組み合わされた効果は、橙色および赤色ＬＥＤによって発光される光の割合および青色ＬＥＤ発光に対する橙色／赤色の割合を変化させることにより、事実上除去できる。赤色ＬＥＤに対する橙色ＬＥＤの光出力を増加させる（↑）ことにより（すなわち、↑ｉＯ：ｉＲ）、橙色および赤色ＬＥＤによって生成された組み合わされた光（点１１６ｂ≒６００nm）は、点８２ｂと点１１６ｂとを接続する線１１８ｂが再び２９００ＫのＣＣＴにおいて黒体放射曲線１０と交差するように構成することができる。また、青色ＬＥＤの出力に対する橙色／赤色ＬＥＤの出力の割合を増加させることにより（すなわち、↑ｉＯ：Ｒ：ｉＢ）、システムは、再び２９００ＫのＣＣＴを持つ白色光１１２を発光するように構成することができる。システムの適切な構成によって、システムの発光生成物を、選択された色および／またはＣＣＴにおけるマックアダム楕円の±５、より好ましくは、±２以内に維持することが見込まれることが想到される。
【００９０】
本発明に従ったＬＥＤ系発光システムおよび装置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、青色および赤色ＬＥＤが他のパッケージ構造にもパッケージすることができることが認識される。好ましくは、パッケージされる構造は、赤色および青色ＬＥＤの駆動電流の独立制御が可能になる電極パッド３４、３６を包含し、通常、少なくとも三つの電極パッドが必要である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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