(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）用のライトエンジンカーネルは、少なくとも１．５の屈折率を有する透明材料のソリッドボディを備える。ボディは、ドーム型の、逆向きの回転放物線をなす発光頂部、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）である内部反射側壁、及びＬＥＤを受けるように構成されたＣＰＣの焦点にキャビティを有する底部を備える。ドーム型の頂部は、黄色発光蛍光体の蛍光コーティングを含んでいても良い。キャビティは、ボード上に配置された同一又は異なる色の単一のＬＥＤだけ又は複数のＬＥＤを取り外し可能に受けるように構成されていてもよい。カーネルとＬＥＤは一体化形成されず、蛍光体コーティングの熱劣化を抑制し、アプリケーション柔軟性を向上させる。
2011514683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）用のライトエンジンカーネルであって、
少なくとも１．５の屈折率を有する透明材料のソリッドボディを備え、前記ボディが、
ドーム型の、逆向きの回転放物線をなす発光頂部、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）である内部反射側壁、及びＬＥＤを受けるように構成された前記ＣＰＣの焦点にキャビティを有する底部
を備えるカーネル。
【請求項２】
前記キャビティ内にＬＥＤが組み合わされ、前記キャビティが、前記ＬＥＤより大きい請求項１記載のカーネル。
【請求項３】
前記キャビティが、前記ＬＥＤを取り外し可能に受けるように構成される請求項１記載のカーネル。
【請求項４】
前記ＣＰＣが、
【数１】
2011514683.tif 000005
ここでδは前記キャビティの半幅、ｈは前記キャビティの高さである、
によって定義される請求項１記載のカーネル。
【請求項５】
前記逆向きの回転放物線の焦点が、前記キャビティの頂点に位置する請求項１記載のカーネル。
【請求項６】
前記側壁の外表面上に、反射コーティングを更に備える請求項１記載のカーネル。
【請求項７】
前記ドーム型の頂部の外表面上に、蛍光体コーティングを更に備える請求項１記載のカーネル。
【請求項８】
前記蛍光体コーティングが、黄色発光蛍光体，緑色発光蛍光体，及び赤色発光蛍光体のいずれかを少なくとも備える請求項７記載のカーネル。
【請求項９】
前記キャビティ内に青色発光ＬＥＤが組み合わされ、前記蛍光体コーティングが黄色発光蛍光体を備える請求項７記載のカーネル。
【請求項１０】
前記キャビティ内にＬＥＤが組み合わされ、前記透明材料の屈折率が前記ＬＥＤの屈折率と実質的に同じである請求項１記載のカーネル。
【請求項１１】
前記キャビティ内に単一のＬＥＤのみが組み合わされており、前記ＣＰＣが、
【数２】
2011514683.tif 000006
ここでδは前記ＬＥＤの半幅であり、ｈが前記ＬＥＤの高さである、
によって定義される請求項１記載のカーネル。
【請求項１２】
前記キャビティ内にＬＥＤボード上の複数のＬＥＤが組み合わされており、前記ＣＰＣが、
【数３】
2011514683.tif 000007
ここでδは前記ボードの半幅であり、ｈが前記ＬＥＤの高さである、
によって定義される請求項１記載のカーネル。
【請求項１３】
前記透明材料が、ポリマー及びガラスのいずれかである請求項１記載のカーネル。
【請求項１４】
前記キャビティ内に、ＬＥＤボード上の複数のＬＥＤが組み合わされており、前記ＣＰＣが、前記ＬＥＤボードの側面からそれぞれ伸び、前記ボードの角部で互いに交差する複数の放物表面を備える請求項１記載のカーネル。
【請求項１５】
少なくとも１．５の屈折率を有する透明材料のソリッドボディであって、ドーム型の、逆向きの回転放物線をなす発光頂部、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）である内部反射側壁、及び前記ＣＰＣの焦点にキャビティを有する底部を備える前記ソリッドボディと、
前記ドーム型の頂部の外表面上の蛍光体コーティングと、
ＬＥＤを受けるように構成された前記キャビティ内に搭載された発光ダイオード（ＬＥＤ）と
を備え、
前記逆向きの回転放物線の焦点が、前記ＬＥＤの頂部に位置し、
前記ＣＰＣが、
【数４】
2011514683.tif 000008
ここでδは前記ＬＥＤの半幅、ｈは前記ＬＥＤの高さである、
によって定義されるライトエンジンカーネル。
【請求項１６】
前記ＬＥＤが青色発光ＬＥＤであり、前記蛍光体コーティングが黄色発光蛍光体を備える請求項１５記載のカーネル。
【請求項１７】
前記透明材料の屈折率が、前記青色発光ＬＥＤの屈折率と実質的に同じである請求項１６記載のカーネル。
【請求項１８】
前記キャビティ内に、ＬＥＤボード上の複数のＬＥＤが組み合わされ、前記ＣＰＣが、前記ＬＥＤボードの側面から伸び、前記ボードの角部で互いに交差する複数の放物表面を備える請求項１５記載のカーネル。
【請求項１９】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を収容するライトエンジンカーネルの製造方法であって、
少なくとも１．５の屈折率を有する透明材料のソリッドボディを有するカーネルを形成することであって、前記ボディが、ドーム型の、逆向きの回転放物線状の発光頂部、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）である内部反射側壁、及び前記ＣＰＣの焦点にキャビティを有する底部を備え、
その後、形成されたカーネル内にＬＥＤを挿入すること
を含む方法。
【請求項２０】
前記キャビティ内に前記ＬＥＤを挿入する前に、前記ドーム型の頂部の外表面上に蛍光体コーティングを付加するステップを更に含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）から光が生成されるライトエンジンパッケージに関し、特に、蛍光体とＬＥＤとの組み合わせを用いて特定の色の光を作り出すライトエンジンパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
白色光を作り出すＬＥＤパッケージは、典型的には、シリコーン等の透明なポリマーの中に埋め込まれた青色発光ＬＥＤを含み、そのポリマーは黄色発光蛍光体でコートされるか含浸(impregnated)されている。典型的な青色発光ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ活性層を有するＧａＮ系であり、波長４５０〜４７０ｎｍの青色光を発する。黄色発光蛍光体は、セリウムドープされたイットリウムアルミニウムガーネットを含むことができる。ＬＥＤからの青色光の一部が、黄色発光蛍光体により、約５８０ｎｍ（黄色）を中心とする光のスペクトルに変換される。この黄色光と残りの青色光が一緒になり、白色光の外観を呈する。
【０００３】
あるいは、白以外の特定の色を有するＬＥＤパッケージを作り出すために、ＬＥＤパッケージが、他の色のＬＥＤ及び蛍光体（例えば赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤ、及び／又は赤色発光蛍光体及び緑色発光蛍光体）を含んでいてもよい。
【０００４】
いずれにせよ、パッケージがポリマーとＬＥＤとの一体化配置を包含するように、ポリマーがＬＥＤ上に形成（典型的にはその上にモールド）される（例えば、青色発光ＬＥＤが黄色発光蛍光体を含浸させた材料の中にモールドされる米国特許６，５７７，０７３号及び青色発光ＬＥＤがポリマー中に封入される米国特許７，２１３，９４０号参照）。ＬＥＤに対して蛍光体を隣接させることが、熱で誘発されるルーメン劣化に繋がるため、この一体化配置は問題を生じさせる。このため、蛍光体を有するＬＥＤパッケージを含むアプリケーションは、熱設計に関して熟考される必要がある。更に、ＬＥＤ上にポリマーを形成することにより、ＬＥＤパッケージのアプリケーションの柔軟性が低減されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，５７７，０７３号明細書
【特許文献２】米国特許第７，２１３，９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の熱問題を低減し、ライティング設計者に対して更に柔軟性を提供するようなＬＥＤパッケージを開発することが有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術の問題を回避する新規なライトエンジンカーネルを提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、熱で誘発されるルーメン劣化を抑制し、アプリケーション柔軟性を持たせるために、カーネル本体とＬＥＤとが一体に形成されない新規なカーネル及びカーネルの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の更なる目的は、少なくとも１．５の屈折率を有する透明材料のソリッドボディを備え、そのボディが、ドーム型の、逆向きの回転放物線をなす発光頂部、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）である内部反射側壁、及びＬＥＤを受けるように構成されたＣＰＣの焦点にキャビティを有する新規なライトエンジンカーネルを提供することにある。ドーム型の頂部は、黄色、緑色又は赤色発光蛍光体の蛍光コーティングを含んでいても良い。キャビティは、ボード上で同一又は異なる色の単一のＬＥＤだけ又は複数のＬＥＤを取り外し可能に受けるように構成されていてもよい。キャビティ内でＬＥＤからの光は側壁を反射し、ドーム型の頂部から均一に分散する。
【００１０】
本発明の別の更なる目的は、カーネルの形成後にキャビティの中にＬＥＤを挿入することによって、このカーネルを製造する新規な方法を提供することにある。
【００１１】
これら及び他の目的及び本発明の利点は、以下の図面及び好ましい実施の形態の説明を考慮した後に、当業者により明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るカーネルを表す図的記述である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る単一のＬＥＤを含むカーネルを表す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るボード上の複数のＬＥＤを含むカーネルの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に参照されるように、本発明の実施の形態に係るカーネル１０は、少なくとも１．５の屈折率を有する透明材料のソリッドボディ１２を含む。ソリッドボディは、ドーム型で、逆向きの回転放物線（inverted parabola of revolution）をなす発光頂部１４、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）の形状をなす内部反射側壁１６、及びＬＥＤを受けるように構成されたＣＰＣの焦点軌跡（focal locus）にキャビティ２０を有する底部１８を備える。動作中は、キャビティ内でＬＥＤからの光が、側壁に反射して、ドーム型の頂部から均一に分散し、出射される。そのドーム型の頂部上での光分散均一性により、この表面に沿って均一な光強度が与えられる。
【００１４】
ＬＥＤとカーネルは一体化して形成されない。即ち、カーネルはＬＥＤ無しで所定の位置に形成され、ＬＥＤはその形成されたカーネル内に挿入される。このため、キャビティは、ＬＥＤよりもわずかに大きくても良い。好ましくは、キャビティ壁が、ＬＥＤ（又はＬＥＤボード）とタイトフィットする（ぴったりはまる）ように形成される。更に好ましくは、ＬＥＤ（又はＬＥＤボード）が、キャビティ内に、ＣＰＣ材料と適合する屈折率を有する材料で固定される。
【００１５】
図２は、単一のＬＥＤ２２が、キャビティ２０内の適当な位置にあることを示す断面図である。この実施形態では、カーネル１０の形成後にＬＥＤが挿入できるように、キャビティ２０がＬＥＤ２２よりも大きくなっている。これがまた、設計に変更が生じた場合にＬＥＤをカーネルから取り外すことを可能にしている。
【００１６】
側壁１６の形状は、ＣＰＣに関して以下の式によって定義される：
【数１】
2011514683.tif 000003
ここで、δはキャビティ２０（又はＬＥＤ２２）の半幅（半分の幅）であり、ｈはキャビティ２０（又はＬＥＤ２２）の高さである。
【００１７】
ドーム型の頂部１４の逆向きの回転放物線の焦点は、望ましくはキャビティ２０（又はＬＥＤ２２の頂部）の頂部２７に位置する。
【００１８】
側壁１６の外表面は、ＬＥＤからの光の内部反射を確実にするために、反射コーティング２４を含んでいても良い。反射コーティング２４は、ボディ１２を形成する材料の屈折率が１．６よりも大きければ必要ない。なぜなら、この材料がコーティング無しで内部反射させるからである。ボディ１２を形成する材料は、ポリマー、又はガラス、又は他の好適な材料であり得る。望ましくは、白色光を作り出す場合には、青色光の抽出を向上させるために、ボディ１２を形成する材料の屈折率をＬＥＤの屈折率（約２．６）と実質的に同じにする。
【００１９】
ドーム型の頂部１４の外表面は、所望の特定の光の色に適したタイプの蛍光体コーティング２６によりコーティングされ得る（例えば青色発光ＬＥＤを有する黄色発光蛍光体が白色光を作り出すように）。ドーム型の頂部１４の外表面上にコーティング２６を設けることが、蛍光体をＬＥＤからできるだけ遠ざけて配置することになり、これによりＬＥＤからの熱によって引き起こされるルーメン劣化を低減する。更に、ＬＥＤをキャビティ内に配置することが、ボディを熱から防護する（断熱する）のに役立つ。
【００２０】
図３に示す代替的な実施形態では（ボディ１２の底部のみを表しているが）、キャビティがＬＥＤボード３０上の複数のＬＥＤ２８を受ける（収容する）ことが可能である。この場合、ＣＰＣは
【数２】
2011514683.tif 000004
により定義される。ここでδはボード３０の半幅（半分の幅）であり、ｈはＬＥＤ２８の高さである。
【００２１】
ＬＥＤ２８は、単一のカーネルが様々な色の光を与えることができるように、同色でも異色でもよく、別々に動作してもよい。
【００２２】
図３の実施の形態では、ＣＰＣの形状は、ボード３０を収容するように変更可能である。ボードの各側面では、焦点が一列の焦点群となり、放物面が放物表面となるように、放物線が各側端に沿って伸びることができる。従って、延長された放物線の４つのセクション（４つの側面を有するボードの場合）が、ボードの各角部で交差するようになるだろう。
【００２３】
ＬＥＤ２２、２８を含む上述のライトエンジンカーネル１０の製造方法は、このカーネルを形成し、その後、ＬＥＤ２２（又はボード３０上の複数のＬＥＤ２８）を、形成されたカーネル内に挿入するステップを含む。蛍光体コーティングは、キャビティの中へＬＥＤを挿入する前にドーム型の頂部の外表面に塗布されることができる。
【００２４】
本発明の実施の形態は、上述の明細書及び図面により説明されるが、本発明は、明細書及び図面に照らして解釈される以下の特許請求の範囲により規定されることが理解されよう。
【符号の説明】
【００２５】
１０…カーネル
１２…ソリッドボディ
１４…発光頂部
１６…内部反射側壁
１８…底部
２０…キャビティ
２２…ＬＥＤ
２４…反射コーティング
２６…蛍光体コーティング
２７…頂部
２８…ＬＥＤ
３０…ＬＥＤボード
【図１】
2011514683.tif 000009
【図２】
2011514683.tif 000010
【図３】
2011514683.tif 000011
【国際調査報告】
2011514683.tif 000012
2011514683.tif 000013