(57)【要約】  高演色性を有する白色発光ダイオード及びランプを提供する。該白色発光ダイオードは、ベースと、発光ダイオードが発する光を混合させるための光反射カップと、を含み、該光反射カップの内壁に小突起が設けられており、波長が異なる光を出力する少なくとも六つの発光ダイオードチップが熱伝導ベースに設けられ、形状と大きさが前記発光カップの底部と合わせるリードフレームがベースの上面に固定され、チップの電極がリードフレームのリード線と電気的接続され、チップを透明の光学材料で覆い、光反射カップの反射壁の乱反射により、複数色の光を均一に混合して、高演色性及び高効率を有する白色発光ダイオードを製造する。【選択図】図8a
2011517068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導ベースと、リードフレームと、光反射カップと、発光ダイオードチップと、透明のシリカゲルとを含み、
前記光反射カップが熱伝導ベースの上面に取り付けられ、前記発光ダイオードチップが該光反射カップ内の熱伝導ベースに取り付けられ、発光ダイオードチップの上部は透明のシリカゲルで覆われた高演色性を有する白色発光ダイオードにおいて、
前記光反射カップは、底部が透かし彫りされたテーパー形カップであり、且つ該光反射カップの内壁面には光混合効果を果たせる小突起が設けられ、
前記リードフレームの形状及び大きさが前記光反射カップの底部と合わせており、該リードフレームが前記光反射カップの底部の外側に取り付けられて、前記熱伝導ベースの上面に固定され、
前記発光ダイオードチップは、少なくとも6種或いは6種以上の波長が異なる光を出力するチップであり、種毎のチップが少なくとも1個あり、隣接する二つのチップの発光のピーク値波長の間隔が35〜20nmであるように熱伝導ベースに取り付けられて電気的に組み合わせられ、前記発光ダイオードチップの電極とリードフレームのリード線とを電気的接続することを特徴とする高演色性を有する白色発光ダイオード。
【請求項２】
波長が異なる6種の光を出力するチップの波長がそれぞれ457nmの青色光と、波長490nmの青緑色光と、波長525nmの緑色光と、560nmの黄緑色光と、590nmのオレンジ色と、波長630nmの赤色光であり、隣接する二つのピーク値波長の間隔が35nm- 20nmであり、前記6種の波長が異なる光を出力するチップの間の電気的接続は、直列、並列、或いは直列と並列との結合の電気的接続を採用し、引出し線で駆動電源と電気的接続され、
チップをグループに分けて、同一のグループのチップを直列して一つのグループとし、それぞれ引出し線で引出して、引出し線が駆動回路と接続することを特徴とする請求項１に記載の高演色性を有する白色発光ダイオード。
【請求項３】
波長が異なる9種の光を出力するチップの波長がそれぞれ457nm、 465nm、490nm、515nm、535nm、560nm 、590nm、610nm及び630nmであり、9種の発光ダイオードチップが二つのグループに分けられ、一方のグループは、波長がそれぞれ457nm、535nm、560nm、465nm及び490nmである5個の発光ダイオードチップを直列してなり、他方のグループは、波長がそれぞれ590nm、630nm、515nm及び610nmである4個の発光ダイオードチップを直列してなり、直列してなる二つのグループのチップがそれぞれ引出し線で引出され、引出し線は、それぞれの駆動回路と接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の高演色性を有する白色発光ダイオード。
【請求項４】
前記熱伝導ベースは、金属銅又はアルミニウムの熱伝導率が高い材料で製造された平板状のベース、放熱フィン付きベース、底面にネジ又はネジ孔を有するベース、又は放熱モジュールであり、
前記放熱フィンは、一つ又は複数の螺旋を有する螺旋形の放熱フィンであり、
前記放熱モジュールは、高熱伝導性材料で構成された超伝導熱チューブ又は金属管又は金属棒であるホルダーと、前記ホルダーの頂部に設けられた放熱片と、該ホルダーの周囲に設けられた一組の下放熱片からなり、前記放熱片の中心に通孔を開口し、その通孔の大きさが前記超伝導熱チューブ、金属管或いは金属棒の外径と同じであり、前記超伝導熱チューブ或いは金属管の内径が取り付けられようとする発光ダイオードの放熱ベースの底面のネジと合わせ、
絶縁材料又は金属で製造された多孔又は網状のハウジングでホルダーを外側から包み、ホルダーと一体となることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の高演色性を有する白色発光ダイオード。
【請求項５】
前記光反射カップが銅又はアルミニウムの金属材料で製造されたことを特徴とする請求項１から４の何れか１から４の何れか１項に項に記載の高演色性を有する白色発光ダイオード。
【請求項６】
前記小突起は、表面が滑らかな球面体であり、小突起の直径は同一又は不同で、その排列方式がアレー式又は隔行で位置ずらして排列し、或いは該小突起が光反射カップの口部より下方へ大きいものから小さいものの順で排列することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の高演色性を有する白色発光ダイオード。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の高演色性を有する白色発光ダイオードを応用して製造され、少なくとも一つの白色発光ダイオードと、透光性球殻と、放熱器と、駆動回路と、電気コネクターと、透明のシリカゲルとを含む電球型白色発光ダイオードランプであって、
光反射カバーは、底部が透かし彫りされたテーパー形カップであり、且つ該光反射カバーの内壁面に小凸起が設けられ、
該光反射カバーが前記放熱器の頂端に取り付けられ、前記白色発光ダイオードが光反射カバーの中心に設けられ、且つ該白色発光ダイオードの下面が前記放熱器に付着され、
前記放熱器は、フィン構造を採用し、その大きさが光反射カップと合わせており、
前記白色発光ダイオードの電極がリードフレームから引き出され、導線で駆動器と接続され、放熱器の下端がカップ型のブラスチック部品と接続され、プラスチック部品の内部の空間において駆動電源が設けられ、プラスチック部品の末端が電気コネクターであることを特徴とする電球型白色発光ダイオードランプ。
【請求項８】
前記電気コネクターは、通常に国際基準に基くE27又はE14である螺旋式ソケット、或いは両脚、多脚直入のソケットであることを特徴とする請求項7記載の電球型白色発光ダイオードランプ。
【請求項９】
前記透光性球殻がガラス又はプラスチックで製造された透明、又は色付き又は乱反射する球殻であり、或いは前記透光性球殻の内壁に光変換材料層を有することを特徴とする請求項7または８記載の電球型白色発光ダイオードランプ。
【請求項１０】
請求項１から６の何れか１項に記載の高演色性を有する白色発光ダイオードを応用して製造され、少なくとも一つの発光ダイオードと、放熱器と、駆動回路と、電気コネクターと、透光性球殻とを含む室内照明用の発光ダイオード平面光源であって、
前記放熱器が一つの放熱板に2枚又は4枚の反射壁を設けてなり、前記放熱板の下面がフィン状であり、反射壁の内面に小突起が設けられ、反射壁の外側に電気的接続の挿孔を有し、該電気的接続の挿孔が駆動電源に接続され、前記透光性球殻が前記反射壁に取り付けられて、一つの独立の面発光光源となり、或いは二つ以上の発光ダイオード平面光源を組合せており、
前記発光ダイオードが高演色性を有する白色発光ダイオードであることを特徴とする室内照明用の発光ダイオード平面光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（以下は、「LED」とも略称する。）に関し、特に六つ以上の、異色の光を発する発光ダイオード・チップを、一つの光混合効果を果たす光反射カップ内に入れて電気的に組合せて製造される高演色性を有する白色発光ダイオード、及び該発光ダイオードを応用して製造される白色発光ダイオードランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、マーケットにおいて見られる白色発光ダイオードは、全て青色光に蛍光粉を採用して製造され、青色光は発射波長455〜465nmの発光ダイオードチップにより生成され、その蛍光粉は青色光を吸収して黄緑色光を発するものであり、この方法で作成される発光ダイオードは、赤色光の成分が欠けるので、演色指数が高くなく、普通の照明用の光源に取って代わることができない。
【０００３】
検討中の白色発光ダイオードを製造する方法は、下記のように複数種がある。
【０００４】
A.赤、緑、青の三種の光色の発光ダイオードチップを組合せて、色混合剤でそれらを混合させて白色光を出力する。発光ダイオードチップが発するのは単色光であるため、ハーフパワーの波長幅が約20nmであり、色混合剤によりそのスペクトルの成分を変更することができなく、光を混合するだけであるので、このような発光ダイオードのスペクトルは、それぞれ立分立した三つのピーク値であり、連続的スペクトルを形成することができないため、高演色性の光源を形成することができなく、また色混合剤にて形成された乱反射により、光のロスが大きい。
【０００５】
B.1998年6月に米国が一つの設計方法を提出した（例えば、文献CN1185042A）。その明細書に記載のように、先ず希望の演色指数を設定し、その後、比色法（colorimetry）の公式を利用して色座標を算出し、さらに三つのチップ或いは四つのチップを採用してシステムが構成された場合、種毎のチップが有するべき波長を算出した後、各波長の幅が算出される。このような設計方法は、実際の白光 LEDの製造に用いられなく、原因は下記のようである。
【０００６】
1）このような設計方法は、最も多くにしても4種のチップに対して有効であり、4種を超えた場合、確定できる解がなく、4種のチップだけでは、高演色性を達成することができない。
【０００７】
2）該方法により提供された解の、取得された波長は、発光ダイオードチップのメーカーにより量産できる製品ではなく、実質的には、現在において量産のチップは予想の演色性を達成できなく、また、該文献において、どのようにいくつかの種の光を混合して白光になるかとの技術方案が公開されていない。
【０００８】
3）該文献において、発光ダイオードの実際の構造が公開されていないので、該設計方法から白色発光ダイオードに関して実行可能な技術方案が得られない。
【０００９】
C.紫外光を利用して赤、青、緑の三色の蛍光粉を励起させる。この方法は、原理的には蛍光灯と同じであるが、まずは紫外光の発光ダイオードを作成する必要があり、紫外光が漏れることが避けられないので、人の目を損なうことがある。また、現在の紫外光の発光ダイオードの波長がかなり長く、赤、青、緑の三色の蛍光粉を励起させる効率がかなり低く、自体の電気光変換効率もかなり低いので、発光ダイオード全体の效率がかなり低くなり、現在は、未だ実用できないものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来の技術の欠陥、特に青色光に蛍光粉を採用して白色発光ダイオードが製造される方案において、赤色光の成分が欠けるため、そのスペクトルは標準ランプのスペクトルとの差が大きいであり、演色指数が高くない欠陥を克服し、6種或いは6種以上の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップを、一つの熱伝導ベースの上面に取り付けて電気的な組合せを行って、突起物付き内壁を具備する光混合効果を果たす光反射カップの反射壁の乱反射により、複数色の光を均一に混合して、高演色性及び高効率を有する白色発光ダイオードを製造することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的としては、本発明の高演色性を有する白色発光ダイオードを応用して電球型白色発光ダイオードランプ及び室内照明用の発光ダイオード平面光源を製造することである。該電球型白色発光ダイオードランプ及び室内照明用の発光ダイオード平面光源は、蛍光粉が光色変換での光エネルギーのロスをなくすので、電気光変換効率が高く、使用寿命も長く、且つ量産に便利である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、次のように実現される。
本発明により提供される高演色性を有する白色発光ダイオード（図8aを参照）は、熱伝導ベースと、リードフレームと、光反射カップと、発光ダイオードチップと、透明のシリカゲルとを含み、前記光反射カップが熱伝導ベースの上面に取り付けられ、前記発光ダイオードチップが該光反射カップ内の熱伝導ベースに取り付けられ、発光ダイオードチップの上部は透明のシリカゲルで覆われた高演色性を有する白色発光ダイオードであって、前記光反射カップは、底部が透かし彫りされたテーパー形カップであり、且つ、該光反射カップの内壁面には光混合効果を果たせる小突起が設けられ、前記リードフレームの形状及び大きさが前記光反射カップの底部と合わせており、該リードフレームが前記光反射カップの底部の外側に取り付けられ、且つ、前記熱伝導ベースの上面に固定され、前記発光ダイオードチップは、少なくとも6種、或いは6種以上の波長が異なる光を出力するチップであり、種毎のチップが少なくとも1個あり、隣接する二つのチップの発光のピーク値波長の間隔が35〜20nmであり、前記チップの間の電気的接続が直列、並列、又は直列と並列との結合を採用し、前記チップの電極とリードフレームのリード線とを電気的接続をすることを特徴とする。
【００１３】
上述した技術方案において、前記6種の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップの波長がそれぞれ457nmの青色光と、波長490nmの青緑色光と、波長525nmの緑色光と、560nmの黄緑色光と、590nmのオレンジ色光と、波長630nmの赤色光であり、6種の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップがそれぞれ1個であり、熱伝導ベース上の排列の方式は、色が異なる光の光交錯混合に便利であることを原則とする。チップの間の電気的接続は、直列、並列或いは直列と並列との結合の方式を採用可能である。直列と並列との結合の方式において、並列する二つのグループの電圧降下が同様でなければならない。図8bには、三つのチップを一つのクループとして直列した後、二つのクループが並列して通電される電気的接続の方式が表示されているが、二つのグループが並列しなく、二つの駆動電源を使用して、一つの電源が一つのグループのチップを駆動してもよいし（三つのチップが直列する）、6個のチップが全部で直列して給電されてもよい。他の電気的接続の方式でもよいが、ユーザのニーズによって決められる。
【００１４】
上述した技術方案において、6種の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップがそれぞれ2個であり、それぞれ熱伝導ベースの上面に設けられ、12個のチップを位置ずらして排列する目的は、よりよく光混合するためである。12個のチップが二つのグループに平均に分けられ、一つのグループの6個のチップが直列し、チップの数目が同じであるため、二つのグループの電圧降下も同じである。更に二つのクループを並列する（図8dに示すように）。二つのグループが流れる電流も同じであるので、LEDが均一の白光を発することができ、LEDのパワーが図8bに示される6個のチップより倍増した。
【００１５】
上述した技術方案において、6種以上の波長が異なる光を出力するチップが9種或いは11種であり、その目的としては、LEDのスペクトルエネルギー分布の曲線をより滑らかにさせ、標準ランプのスペクトルエネルギー分布の曲線により近くさせるためである。例えば、457nm、 465nm、 490nm、 515nm、 535nm、 560nm、 590nm、 610nm、 630nm、合計9種のLEDチップを採用し、1種のチップが1個であり、熱伝導ベース上の排列及び電気的接続の方式は、図8dに示すようである。チップ位置の排列は、光混合に便利であることを原則とする。9種の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップの間の電気的接続は、同じでない二つのグループに分けられ、一方のグループが、光の色が青っぽいである5個の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップを直列してなる。他方のグループは、赤っぽいである4個の波長が異なる光を出力する発光ダイオードチップを直列してなる（図8dを参照）。二つのグループのチップの数量が同一ではないので、二つの独立の電源で駆動される必要がある。
【００１６】
上述した技術方案において、前記発光ダイオードチップがパワー式チップでもよいし、複数の小さいチップを用いて組み合わせてもよいである。チップの総個数が希望のパワー及び単一のチップで受け入れ可能な電力で決められ、これが当業者として実施可能なことである。
【００１７】
上述した技術方案において、前記熱伝導ベースは、金属銅、アルミニウム又は複合材料で製造された平板状のベース、底面にネジ又はネジ孔を有するベース、放熱フィン付きベース、或いは超伝導熱チューブのベースであり、前記放熱フィンが一つ又は複数の螺旋を有する螺旋形の放熱フィンである。
【００１８】
上述した技術方案において、光混合効果を果たせる前記光反射カップが金属材料、例えば、銅又はアルミニウム等の金属材料で製造され、光反射カップの内壁面に設けられた小突起が球面であり、表面が依然として非常に滑らかであり、且つ非常に高い反射率を有する。色混合の必要に応じて、小突起は、大きさが同一でもよいし、同一でなくてもよいである。該小突起が光反射カップの内壁面において隔行で位置ずらして排列し、或いはアレー式で排列し、或いは大きいものから小さなものの順で均一に排列し、射出光の角度及び均一性を使用要求に合致させればよい。図7b及び図7cは、それぞれ2種の典型的な排列方式である。
【００１９】
さらに、本発明は、本発明の発光ダイオードを応用して製造される電球型白色発光ダイオードランプを提供する（図9に示すように）。該電球型白色発光ダイオードランプは、少なくとも一つの前記発光ダイオードを含み、該発光ダイオードがそのベースのネジ又はネジ孔を介して放熱器と機械的に接触する。該発光ダイオードの引出し線が一つの駆動回路と電気的接続され、駆動回路がそのハウジングを介して電気コネクターと電気的接続され、前記発光ダイオードに透光性球殻が外装される。放熱器の下端が一つのカップ形のプラスチック部品と接続し、プラスチック部品の内部の空間に駆動電源が設けられ、プラスチック部品により駆動電源と放熱器との間に十分な電気的絶縁が確保された。プラスチック部品の末端が電気コネクターであり、前記発光ダイオードの光反射カップが前記放熱器の上端に取付けられ、光反射カップの内壁には小突起が付いており、光混合を均一にさせる。
【００２０】
上述した技術方案において、前記電気コネクターは、両脚、多脚直入のソケット、或いは国際基準に基くE27又はE14である螺旋式ソケット、或いは他のインターフェースである。
【００２１】
上述した技術方案において、前記透光性球殻がガラス又はプラスチックで製造された透明、色付き又は乱反射する球殻である。
【００２２】
上述した技術方案において、前記透光性球殻の内壁に光変換材料層を有する。
【００２３】
さらに、本発明は、本発明の発光ダイオードを応用して製造される室内照明用の発光ダイオード平面光源を提供する。該室内照明用の発光ダイオード平面光源が、少なくとも一つの前記発光ダイオードと、放熱器と、駆動回路と、電気コネクターと、透光性球殻とを含み、前記放熱器が一つの放熱板に2枚又は4枚の反射壁を設けてなり、前記放熱板の下面がフィン状であり、反射壁の内面に小突起が設けられ、反射壁の外側に電気的接続の挿孔を有し、該電気的接続の挿孔が駆動電源に接続され、前記透光性球殻が前記反射壁に取り付けられて、一つの独立の面発光光源となり、或いは二つ以上の発光ダイオード平面光源を組合せており、前記発光ダイオードが高演色性を有する白色発光ダイオードである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明が提供した高演色性を有する白色発光ダイオードは、下記のメリットがある。
【００２５】
1.少なくとも6種の波長の光の発光ダイオードチップを採用して、一つの熱伝導ベースに設けて電気的な組合せを行って、底部が透かし彫りされたテーパー形で、内壁に突起物が設けられ且つ光混合効果を果たせる光反射カップの反射壁で乱反射して、複数の色の光を均一に混合して、高演色性及び高効率を有する白色発光ダイオード及び白色発光ダイオードランプを製造する。そのスペクトルエネルギー分布が標準ランプに近いであるので、人の目のスペクトル敏感度内の全てのスペクトルを含む。従って、光混合效果がよく、演色性もよく、光のロスが少ない。
【００２６】
2.効率が高い。現在盛んである蛍光粉が青色光を吸収して黄緑色光を発する過程において、エネルギーは、ある程度の損失があるが、本発明において、蛍光粉を使わず、この分のエネルギー損失を避けた。更に特別な光混合方法を採用したため、発光効率が高い。
【００２７】
3.光減衰が小さく、光の色の一致性がよい。現在盛んである方法で製造された白色発光ダイオードは、その減衰が大体にチップ発光の減衰と蛍光粉の減衰と、2種の減衰の総合的な結果となるが、本発明により製造された発光ダイオードは、蛍光粉の減衰という要素がなく、その光の色が完全にチップの光の色及び混合レベルによるものであるので、量産において選択された種毎のチップの波長が一致であれば、出力光の光の色が一致となる。
【００２８】
4.本発明の発光ダイオード及び発光ダイオードランプが個性化の照明を達成できる。種毎のチップの順方向電流を調節することにより、出力される光の光強度を変更することが可能である。これにより、該発光ダイオード及び発光ダイオードランプが発する光の関連の色温度を単色光まで変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図1は、国際標準ランプであるA光源のスペクトルエネルギー分布図であり、色温度が2856°Kである。
【図２】図2は、国際標準ランプであるD65光源のスペクトルエネルギー分布図であり、色温度が6504°Kである。
【図３ａ】図3aは、人の目の視覚関数で波長帯域を切り取った後、A光源標準ランプのスペクトルエネルギー分布図である。
【図３ｂ】図3bは、人の目の視覚関数で波長帯域を切り取った後、D65標準ランプのスペクトルエネルギー分布図である。
【図４】図4は、赤、緑、青の三つの発光ダイオードのスペクトルエネルギー分布図である。
【図５】図5は、本発明の6種の発光ダイオードのスペクトルエネルギー分布図である。
【図６】図6は、本発明の6種のスペクトルが合成された後のスペクトルエネルギー分布図である。
【図７ａ】図7aは、本発明の光反射カップの内壁上の小突起の1種の排列方式の断面図である。
【図７ｂ】図7bは、本発明の光反射カップの内壁上の小突起の他の1種の排列方式の平面図である。
【図７ｃ】図7cは、本発明の光反射カップの内壁上の小突起の第3種の排列方式の模式図である。
【図８ａ】図8aは、本発明の高演色性を有する白色発光ダイオードの1種の構造断面図である。
【図８ｂ】図8bは、本発明の6種の発光ダイオードチップの熱伝導ベース上での排列及び電気的接続の方式を示す模式図である（図中のチップの波長の単位がnmである）。
【図８ｃ】図8cは、本発明の6種の発光ダイオードチップ（種毎に2個有り）の熱伝導ベース上における排列及び電気的接続の方式を示す模式図である（図中のチップの波長の単位がnmである）。
【図８ｄ】図8dは、本発明の9種の発光ダイオードチップの熱伝導ベース上における排列及び電気的接続の方式を示す模式図である（図中のチップの波長の単位がnmである）。
【図９】図9は、本発明を応用して製造される白色発光ダイオードで作成される電球の構造模式図である。
【図１０】図10は、本発明を応用して製造される高演色性を有する白色発光ダイオードで作成される面光源発光ダイオードランプの構造模式図である。  以下は、図面と具体的な実施例とを結合して本発明に対して詳細な説明を行うが、本発明に対する限定としない。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、高演色性を有する白色発光ダイオードを製造する方法を提供する。即ち、実施例に採用される具体な技術方案は、下記の方法に基いて実施され、図8a〜図8dにおける数字がチップの波長であり、その波長の単位がnmである。
【００３１】
光源の演色性は、被照物に対する光源の色還元程度を評価する物理量である。太陽光は、演色性が最もよい光源であるが、それは、太陽光が可視光の波長の範囲全体内において連続スペクトルを有するからである。人工光源の場合には、国際的に規定されている標準ランプの演色性が最もよいと認識されてもいいが、これらが発するのも連続スペクトルであり、色温度が異なる原因は、主にスペクトルエネルギー分布が異なることである。図1は、一つのD65標準光源が可視光部分でのスペクトルエネルギー分布であり、図2は、標準A光源のスペクトルエネルギー分布図である。高演色性の発光ダイオードを製造するためには、標準ランプのスペクトルエネルギー分布に準じて、基本的に連続のスペクトルエネルギー分布で、且つ標準ランプに近い光を発する必要がある。但し、標準ランプが覆うスペクトル区間は非常に広く、可視光領域において、380nm〜780nmの領域全体を含む。LEDは、このスペクトル範囲を満たすことが非常に困難であり、その必要もない。それは、スペクトルに対する人の目の敏感区域が450nm〜700nmの周波数帯にあるからである。この条件及びLEDチップの発光の周波数帯は、455nm〜680nmの周波数帯を選用して高演色性のLEDのスペクトルを生成する根拠になる。
【００３２】
普通のR、G、Bの3色光のスペクトルは、図4に示すように、二つのピーク値波長の間の間隔が大きく、連続スペクトル曲線を形成することができない。LEDチップが発する光のスペクトルは一つのピーク値波長を有し、その1/2パワー位置における波長はある範囲を有する。一般的にはその幅はピーク値波長の±10nmであり、1/4パワー位置では±18nmである。例えば、ピーク値波長が630nmである赤色光チップは、出力光のパワーの1/2の位置において、その波長範囲が620nm〜640nmとなるが、パワーの1/4の位置において、その波長範囲が612nm〜648nmとなる。LEDチップのこの特性により、一つの連続スペクトルを構成することが可能である。例えば、一つのピーク値波長が630nmであるチップは、630nmの位置において発する放射パワーが1.0と仮定すれば、波長が612nmである位置におけるその放射パワーは630nm位置での約1/4となり、他にもう一つのピーク値波長が594nmであるチップは、594nm位置における放射パワーも同様に1.0であると仮定すれば、このチップは、波長612nm位置においても1/4放射パワーをあるため、二つのチップが同時に発光するときに、波長612nm位置における合計放射パワーは630nm位置或いは594nm位置における放射パワー値の1/2となる。スペクトルエネルギー分布は、水平の連続の直線ではないが、ジグザグ形の連続スペクトルとなる。波長455nm〜680nmの合計の波長間隔が225nmとなり、間隔20nmで計算すれば少なくとも11種のチップが必要である。実際にこんなに多いチップを用いる必要がない。これは、ある相関色温度での標準ランプは、そのスペクトルエネルギー分布曲線が一つの水平線ではないため、具体的な状況に基いて光の波長の間隔を調整することが可能である。採用される波長の間隔が35nmであれば、6種の光色が異なるチップにより、一つのジグザグ形の連続スペクトルを構成することができる。波長間隔35nmで排列すれば、用いられる6種のチップのピーク値波長がそれぞれ457nm、493nm、529nm、565nm、601nm、640nmである。
【００３３】
具体的な実施例において、チップ生産メーカーで量産のチップの波長が既に決められたので、選用される6種のチップのピーク値波長がそれぞれ457nm、490nm、525nm、560nm、590nm、630nmとなる。これらは、計算された値と少し外れているが、実際の制作において許容されることである。630nm〜590nmの間隔が40nmとする以外に、他のピーク値波長の間隔が全て35nmより小さく、1/4のパワーにおいて重なる。即ち、この6種の波長のチップが同時に発光し、且つピーク値波長における放射パワーが全て相同であると仮定すれば、ピーク値波長から18nm離れる位置において、2種のチップで発された放射パワーが有し、この位置での総放射パワーは2種のチップに発された放射パワーの合計になる。このように構成されるスペクトルエネルギー分布図は、ジグザグ形の連続スペクトル曲線となり、6種より多い色の光のチップの組合せにより、波長間隔が短くし、曲線がより平らで且つより滑らかになるが、チップの種類が多すぎると、製造者にとって難しくなる。図8dは、9種の色の光のチップの組合せにおける1種のチップの位置排列図である。
【００３４】
高演色性の白色発光ダイオードを製造するために、解決しようとする二番目の問題は、エネルギー分配の問題であり、本発明は、下記の二つの方法で各波長におけるエネルギーの大きさを調節する。
【００３５】
1.同一するピーク値波長のチップの数量を選択する。例えば、D65光源に準じた場合、短波長のチップの数量が多く、A光源に準じた場合、長波長のチップの数量が多くなる。
【００３６】
2.チップを流れる電流の大きさを調節して、エネルギーを制御する。発光ダイオードが順方向に導通した後、一つの非常に大きい電流区間内において、発した光エネルギーはチップを流れる順方向電流に比例する。発光ダイオードを流れる順方向電流を変更すると、発される光エネルギーの量を調節することができる。但し、電流の変更は、該チップの定額電流を超えないことが好ましい。電流を調節する方法としては、直流でもよいし、PWM（pulse width modulation）方式を採用してもよい。
【００３７】
高演色性の白色発光ダイオードを製造するには解決しようとする三番目の難点は、色混合である。伝統的な色混合方法としては、チップの上方に数多くの乱反射剤を覆うため、光がチップ収容チャンバー内において複数回に乱反射されることにより、色混合の目的を達成する。乱反射がランダムであるため、光のロスが非常に大きいであるので、発光ダイオード全体の電気光変換効率が大幅に下がる。前記の問題を解決するために、本発明が光反射作用を有するとともに、光混合の効果も有するために、本来で光沢度が高い光反射カップの内壁に一つ一つの小突起を設けており、該小突起が球面の一部となり、表面は依然として非常に滑らかであり、且つ非常に高い反射率を有する。色混合の必要に応じて、小突起は、大きさが同一でもよいし、大から小の順で、隔行で位置ずらして排列してもよい。図7b及び図7cは、それぞれ2種の典型的な排列方式である。
【００３８】
パワー式発光ダイオードチップは、その発光面積が1mm2であるので、近距離又は小さい範囲内では、一つの点光源とすることができなく、面光源である。光反射面上の各突起物のそれぞれが各方向からの光の照射を受けて、反射定律により反射される。それぞれの小突起を小光源とすることができ、球体の上方向及び側方向へ発光するので、各種の色の光をよく混合するとともに、光のロスを少なくし、高効率的な光混合の目的を達成することができる。
【００３９】
実施例1
図8a-図8bを参照して、本発明の高演色性を有する白色発光ダイオードを製造する。
【００４０】
本実施例におけるLEDの熱伝導ベース1は、例えば、金属銅、アルミニウム或いは複合材料で製造された平板状のベースで、且つ放熱フィンが付いており、放熱フィンが一つ或いは複数の螺旋を有する螺旋形放熱フィンである。或いは、本実施例におけるLEDの熱伝導ベース1は、特許出願番号が02826127.5（中国出願）で且つ発明の名称が「発光ダイオード及びその発光ダイオードランプ」である出願におけるベースを採用し、或いはマーケットで購入されるいずれの発光ダイオードベースを採用する。或いは、その熱伝導ベース1は、本発明者が設計した放熱モジュールであり、該放熱モジュールは、高熱伝導性材料で構成されたホルダーと、前記ホルダーの頂部に設けられた前記放熱片と、該ホルダーの周囲に設けられた一組の下放熱片からなり、前記ホルダーは超伝導熱チューブ、金属管又は金属棒である。前記放熱片の中心に通孔を開口し、その通孔の大きさが前記超伝導熱チューブ、金属管或いは金属棒の外径と同じであり、前記超伝導熱チューブ或いは金属管の内径が取り付けられようとする発光ダイオードの放熱ベースの底面のネジと合わせ、絶縁材料又は金属で製造された多孔又は網状のハウジングは、ホルダーの外側から包み、且つ、ホルダーと一体となる。
【００４１】
光混合効果を果たせる光反射カップ3は、通常にアルミニウム又は銀めっき銅で製造され、形状としては、底部を透かし彫りしたテーパー形カップであり、且つ、図7aに示すように、光反射カップの上口から内壁に沿って下に向けて小突起4を設けており、図7bに示すように、その小突起4は、直径が大から小の順で排列される。図7cに示すように、該小突起4がアレーのように排列してもよいし、隔行で位置ずらして排列してもよい。該光反射カップ3は、リードフレーム2内の熱伝導ベース1の上面部分に取り付けられ、光反射カップ3と熱伝導ベース1とがなす角度が10°〜80°の範囲でもよい。該小突起4は、表面が滑らかな球面体であるので、光反射カップの内壁は、滑らかで、反射率が高いである。
【００４２】
本実施例において、通常であり、マーケットで購入できる発光ダイオードチップを６個使用し、該6種のチップの間のピーク値波長の間隔が35nm程度であり、これらの出力する光の波長がそれぞれ457nm、490nm、525nm、560nm、590nm及び630nm程度である。該6種の発光ダイオードチップ5の間はリード線を介して電気的接続され、これらは、全部で直列は全部で並列してもよい。本実施例において、波長が457nm、 490nm及び525nmである3種のチップを一つのグループとして直列し、他の3種のチップを一つのグループとして直列し、それぞれ引出し線で引き出される。該6種のチップの排列及び電気的接続の方式は、図8bに示すように、三つのチップが一つのグループとして直列した後、二つのグループが並列して通電され、引出し線が駆動回路8と接続するように用いられる。二つのグループが並列しなく、二つの駆動電源を使用して、一つの電源が一つのグループのチップを駆動してもよいし、6個のチップが全部で直列して給電されてもよい。他の電気的接続の方式でもよいが、ユーザのニーズによって決められる。本実施例は、既知のRGBで白光を形成する方案と比べて、波長457nmの青色光のチップと波長525nmの緑色光のチップとの間に波長490nmのチップが設けられ、波長525nmと波長630nmの赤色光のチップの間に少なくともピーク値波長560nm及び波長590nmのチップが設けられている。このように二つの隣接するピーク値波長の間の波長の間隔が基本的には35nmである。6個のチップが同時に発光する時に、図5及び図6に示すように、連続のスペクトルエネルギー分布が形成されて、単独で立ち上るピーク値ではない。
【００４３】
上記の6個の発光ダイオードチップ5は、熱伝導ベース1の上面に設けられ、6個のチップ5が組み合わせされた後の電極がリードフレーム2から引き出され、リードフレーム2が銅嵌入プラスチック部品或MPCB板で製造され、リードフレーム中の銅嵌入シートがLED電極の引出シート7であり、その作用としては導線でLED電極を引出して駆動回路8と電気的接続するためである。リードフレーム中の銅嵌入シートが熱伝導ベース1と電気的に絶縁する。光反射カップ3の外側がリードフレーム2であり、発光ダイオードチップ5の上部を透明のシリカゲル6で覆う。
【００４４】
各種のチップが発する光エネルギーを調節して、希望の色の光を達成するように、上記の6個のチップの電極をそれぞれ引出してもよいし、グループに分けて引出してもよいであり、これは、当業者として実施できることである。本実施例の６種の発光ダイオードのスペクトルエネルギー分布図は、図6に示すようである。
【００４５】
図8cに示すように、他の1種の本発明の高演色性を有する白色発光ダイオードの構成の実施例として、各波長のチップが2個で、合わせて6種の波長が異なる光を出力するチップを採用して、図8cに示すように、12個の発光ダイオードチップ5が熱伝導ベース1の上面に設けられ、該12個のチップの互いに位置ずらしの設置は、光混合に便利であることを原則とする。6種の波長が異なる光を出力するチップがそれぞれ波長457nmの青色光のチップ、波長490nmの青緑色光のチップ、波長525nmの緑色光のチップ、波長560nmの黄緑色光のチップ、波長590nmのオレンジ色のチップ及び波長630nmの赤色光のチップであり、隣接する二つのピーク値波長の間隔が波長35nmを基準にして設けられている。6種の波長が異なる光を出力するチップが合計12個であり、二つのグループに分けて、一つのグループのチップを一つのグループとして直列し且つそれぞれ引出シートで引出され、更に導線で駆動電源と接続し、チップの電気的接続は、図8cに示すようである。
【００４６】
図8dに示すように、更に他の方式としては、9種の波長が異なる光を出力するチップ（各波長のチップを１個だけ有する）を備え、本発明の高演色性を有する白色発光ダイオードを製造する。9種の波長が異なる光を出力するチップを選択する目的は、LEDのスペクトルエネルギー分布の曲線がより滑らかにさせ、標準ランプのスペクトルエネルギー分布の曲線により近くなるためである。9種の波長が異なる光を出力するチップの波長はそれぞれ457nm、 465nm、490nm、515nm、535nm、560nm 、590nm、610nm及び630nmを採用し、9種のチップが一つの熱伝導ベース1上の位置排列は、光混合に便利であることを原則とする。9個のチップを二つのグループに分けて、一方のグループのチップは、光の色が青っぽいであり、即ち、チップの波長がそれぞれ457nm、535nm、560nm、465nm及び490nmである5個のチップを直列してなる。他方のグループは、赤っぽいの波長590nm、630nm、515nm及び610nmの4個のチップで組成され、直列された二つのグループのチップがそれぞれ引出シートで引出され、導線で駆動回路8と接続される。二つのグループのチップの数量が同一でないので、二つのグループの独立の電源で給電される必要があり、電源自体が少し複雑となるが、二つのグループで電流を独立に調整することが可能であり、LEDの光の色を調節するには非常に有利である。該LED中のチップの総個数が希望のパワー及び単一のチップで受け入れ可能な電力で決められ、これが当業者として実施可能なことである。
【００４７】
9種の光の色が異なるチップの組合せが6種のと比べて、457nmのチップ及び490nmのチップの間に一つの465nmの青色光のチップが挿入され、本来490nmから457nmまで33nmの間隔があり、この二つのチップのスペクトルエネルギー分布の曲線の重なり位置は、1/4パワーの位置であるが、挿入された465nmのチップと457nmのチップとの間隔が8nmであり、挿入された465nmのチップと490nmのチップとの間隔が25nmであるため、465nmのチップが発する光と457nm及び490nmのチップが発する光との重なり位置が1/2パワー以上の位置になるので、綜合的な曲線がこの周波数帯において、ほぼ水平の直線となり、つまり、457nmから490nmまでの帯域において、各波長がほぼ同一のパワーを有する。同じように、490nmのチップと535nmのチップとの間に一つの515nmのチップが挿入されることで、チップの発光のピーク値波長の間隔が45nmから25nm及び20nmに減らされる。590nmのチップと630nmのチップの間に610nmのチップが挿入されたことで、チップの発光のピーク値波長の間隔が40nmから20nmに減らされる。これらの光が全て1/2パワーの位置で重なり、560nmと590nmとの間に30nmの間隔がある。光の重なりのパワーが少し低くなるが、総体的に大きいな影響がない。9個のチップが同時に発光する時に、そのスペクトルエネルギー分布の曲線は、より滑らかになる。該LED中のチップの総個数が希望のパワー及び単一のチップで受け入れ可能な電力で決められ、これが当業者として実施可能なことである。
【００４８】
上記の実施例中の発光ダイオードチップ1のサイズが小さくにして、例えば、0.35mm×0.35mmにしてもよいし、大きくにして、例えば、1mm×1mm或いは1.5mm×1.5mmにしてもよいし、各種類チップの数量は製造しようとするLEDのパワーにより決められる。
【００４９】
実施例2
図9を参照して、本発明の高演色性のLEDランプを製造する。
【００５０】
該LEDランプは、本発明により製造されたいずれか1種の発光ダイオード11を光源とし、該発光ダイオード11が直接に放熱器13の頂部に取り付けられ、チップ5が作動する時の熱が速く放熱される。該放熱器13が通常のLEDランプ用の放熱器である。一つのLEDを使用して、その光束がニーズを満たさない場合、複数の本発明の高演色性のLEDを使用可能であり、これは当業者として実施可能である。LEDの周囲にテーパー形の光反射カバー3′であり、光反射カバー3′とLED取付面とがなす角度が10°〜80°の範囲内である。光反射カバー3′の内壁にさらに小凸起4′が設けられ、光混合効果を果たせるとともに、射出光の角度が使用要求を満たさせる。該テーパー形の光反射カバーも放熱器13の頂端に固定される。放熱器13は高熱伝導率材料で製造された、一般的に外表面にフィンの構造を有するものを採用する。図9に示すように、該放熱器13は、空気対流がよく、放熱効率が高く、頂端の大きさが光混合効果を果たせる光反射カバーと合わせる。放熱器13の下端が一つのカップ形のプラスチック部品14と接続し、プラスチック部品14の内部の空間に駆動回路8が設けられ、プラスチック部品により、駆動回路8と放熱器13との間に十分な電気的絶縁が確保された。プラスチック部品14の末端が電気コネクター10であり、該電気コネクター10が通常のE27或E14の螺旋式ソケットを採用し、両脚、多脚直入式のソケットを採用してもよい。該発光ダイオードは、その熱伝導ベース上のネジ或いはネジ孔を介して放熱器と直接に機械連結される。該発光ダイオードの引出し線が駆動回路8と電気的接続され、駆動回路8がそのハウジングを介して電気コネクター10と電気的接続され、前記発光ダイオードに透光性球殻12が外装される。該透光性球殻12は通常の、例えば、ガラス又はプラスチックである、色付き又は乱反射する球殻を採用し、或いは透光性球殻の内壁に光変換材料層を塗る。
【００５１】
実施例3
本発明の1種の室内照明用の発光ダイオード平面光源を製造する。
図10を参照するように、該室内照明用の発光ダイオード平面光源が通常の発光ダイオード平面光源と類似するが、その相違点としては、放熱器が一つの放熱板に2枚或いは4枚の反射壁を設けており、該放熱板の下面がフィン状であり、反射壁の内面に小突起4が設けられている。上記のいずれか1種の本発明の高演色性の白色発光ダイオード11、或いは二つ以上の高演色性の白色発光ダイオード11（光束の必要に応じてLEDの個数を設定する）が直接に放熱器の上面に取り付けられる。反射壁の外側に電気的インターフェース10があり、該電気的インターフェース10が駆動回路8と接続され、透光性球殻12が反射壁に取り付けられ、一つの独立の面発光光源となる。放熱板が平面光源或いは液晶表示用バックライト光源の導光板の裏面及び周囲に位置する。LEDが発する白光が底部と周囲を介して反射された後、頂面から射出され、複数回の反射を経るので、その射出光がかなり均一である。
【００５２】
勿論、本発明が他の多種の実施例を有することが可能であるが、本発明の主旨及びその実質から外れていない範囲内で、当業者が本発明に基いて各種の相応的な変更又は変形を行うことが可能であり、これらの相応的な変更又は変形が本願の特許請求の範囲に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
1：熱伝導ベース     2：リードフレーム    3：光反射カップ
4：小突起      5：発光ダイオードチップ  6：透明のシリカゲル
7：LED電極引出しシート    8：駆動回路   10：電気コネクター
11：LED光源         12：透光性球殻      13：放熱器
14：プラスチック部品   3′：光反射カバー    4′：小凸起
【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５】
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【図６】
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【図７ａ】
2011517068.tif 000010
【図７ｂ】
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【図７ｃ】
2011517068.tif 000012
【図８ａ】
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【図８ｂ】
2011517068.tif 000014
【図８ｃ】
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【図８ｄ】
2011517068.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2011517068.tif 000021
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