(57)【要約】  白色光源は、短波長ＬＥＤと、より長い可視波長で光を放射する蛍光体層と、を含む。ダイクロイック反射体はより長い波長の光を透過させ、光がＬＥＤからダイクロイック反射体へと進む際に蛍光体を通過しないように、一部のＬＥＤ光を蛍光体に反射させる。ＬＥＤは青色光を放射してよく、ダイクロイック反射体は、光源の出力光がＬＥＤ光の第２の部分とより長い波長の蛍光体光の両方を含むように、ＬＥＤ光の第２の部分を透過させてよい。ＬＥＤは、空洞領域と、近接領域と、を有する可撓性基材に搭載されてよく、ＬＥＤは空洞領域内に搭載される。誘電層は近接領域においてよりも空洞領域においての方が薄くてよいか、穴は、空洞領域内の誘電層を貫通して延在してよい。【選択図】図１
2014508398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源であって、
第１の青色発光ＬＥＤと、
蛍光体材料の層であって、前記蛍光体材料が前記第１のＬＥＤによって放射された青色光からの励起に反応して、より長い可視波長で発光するように構成された蛍光体材料の層と、
光が前記第１のＬＥＤからダイクロイック反射体に伝搬する際に、光が前記蛍光体材料の層を通過せず、前記ダイクロイック反射体がより長い可視波長の光を実質的に透過させるように、前記第１のＬＥＤによって放射された光の第１の部分を前記蛍光体材料の層に反射させるように構成されたダイクロイック反射体と、
を含み、前記光源が、前記第１のＬＥＤによって放射された光の第２の部分と前記蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光との結合光を含むように、前記ダイクロイック反射体が前記第１のＬＥＤによって放射された光の第２の部分を透過させるように構成された、光源。
【請求項２】
前記第１のＬＥＤ及び前記蛍光体材料の層が実質的に共面である、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
少なくとも前記第１のＬＥＤが配置される基材を更に含む、請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記蛍光体材料の層もまた、前記基材に配置される、請求項３に記載の光源。
【請求項５】
前記基材に配置される第２の青色発光ＬＥＤを更に含む、請求項４に記載の光源。
【請求項６】
前記基材が可撓性であり、空洞領域と、前記空洞領域に隣接する近接領域と、を有する誘電層を含み、前記第１のＬＥＤが前記空洞領域に配置される、請求項３に記載の光源。
【請求項７】
前記空洞領域が、前記誘電層中の凹部によって特徴付けられ、前記誘電層が近接領域内の第１の厚さと、空洞領域内の第２の厚さと、を有し、前記第２の厚さが０を超えるが、前記第１の厚さよりも小さい、請求項６に記載の光源。
【請求項８】
前記第１の厚さが少なくとも２０マイクロメートルであり、前記第２の厚さが１０マイクロメートル以下である、請求項７に記載の光源。
【請求項９】
前記空洞領域が、前記誘電層を貫通して延在する穴によって特徴付けられる、請求項６に記載の光源。
【請求項１０】
前記基材が前記誘電層に配置された導電性材料を更に含み、前記ＬＥＤが前記導電性材料上に配置される、請求項６に記載の光源。
【請求項１１】
前記導電層が前記誘電層の第１の側面に配置され、前記基材が、前記第１の側面と反対側の前記誘電層の第２の側面に配置される熱伝導層を更に含む、請求項１０に記載の光源。
【請求項１２】
光源であって、
可撓性基板と、
ＬＥＤ光を放射するように構成され、前記可撓性基材に配置される第１のＬＥＤと、
蛍光体材料の層であって、前記蛍光体材料が前記第１のＬＥＤ光からの励起に反応して、より長い波長で発光するように構成された蛍光体材料の層と、
光が前記第１のＬＥＤからダイクロイック反射体に伝搬する際に、光が前記蛍光体材料の層を通過せず、前記ダイクロイック反射体がより長い波長の光を実質的に透過させるように、前記第１のＬＥＤによって放射された光の少なくとも第１の部分を前記蛍光体材料の層に反射させるように構成されたダイクロイック反射体と、
を含み、前記可撓性基材が空洞領域と、隣接する近接領域と、を有する誘電層を含み、前記第１のＬＥＤが前記空洞領域内に配置され、
前記蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光を含む広帯域光を放射する、光源。
【請求項１３】
前記第１のＬＥＤが青色光を放射し、前記ダイクロイック反射体が前記第１のＬＥＤによって放射された光の第２の部分を透過させるように構成され、前記光源によって放射された前記広帯域光が白色光を含み、前記ＬＥＤによって放射された光の第２の部分と、前記蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光と、の結合光を含む、請求項１２に記載の光源。
【請求項１４】
前記第１のＬＥＤが紫外線を放射し、前記ダイクロイック反射体が前記第１のＬＥＤによって放射された光をほとんど透過させないか、全く透過させないように構成され、前記光源によって放射された前記広帯域光が白色光を含み、前記蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光を含み、前記第１のＬＥＤによって放射された光をほとんど含まないか、全く含まない、請求項１２に記載の光源。
【請求項１５】
前記可撓性基材に配置される第２のＬＥＤを更に含む、請求項１２に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光源に関するものであり、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）及び蛍光体を組み込む固体光源に応用される。本発明はまた、関連物品、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域光を放射する固体光源は既知である。場合によっては、かかる光源は、青色ＬＥＤの上に黄色発光蛍光体の層を付着させることによって作製される。青色ＬＥＤからの光が蛍光体層を通過する際に一部の青色光が吸収され、吸収されたエネルギーの大部分が、可視スペクトル内のより長い波長でストークスシフトされた光（通常、黄色光）として蛍光体により再放射される。蛍光体の厚さは、青色ＬＥＤ光の一部が蛍光体層を完全に通過し、蛍光体からの黄色光と結合して白色に見える広帯域出力光をもたらすように十分に小さい。
【０００３】
他のＬＥＤ励起蛍光体光源もまた提案される。米国特許第７，０９１，６５３号では、ＬＥＤからの紫外線（ＵＶ）がロングパス反射体によって蛍光体層に反射される光源について記載される。蛍光体層は可視（好ましくは白色）光を放射し、この光は、ロングパス反射体によって実質的に透過される。ＬＥＤ、蛍光体層、及びロングパスフィルターは、紫外線がＬＥＤからロングパス反射体へと進む際に、蛍光体層を通過しないように配置される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明者らは、新しい種類の広帯域固体光源を開発してきた。これらの光源は、１個又は２個以上のＬＥＤからの光によって励起される蛍光体層又は材料を用いる。光源はまた、ＬＥＤ光の少なくとも一部を蛍光体の層に反射させるダイクロイック反射体を含む。光がＬＥＤからダイクロイック反射体へと進む際に、光は蛍光体層を通過しない。
【０００５】
場合によっては、ＬＥＤは青色光を放射し、ダイクロイック反射体は青色ＬＥＤ光の第１の部分を蛍光体層に反射させ、ダイクロイック反射体はまた、青色ＬＥＤ光の第２の部分を透過させる。透過青色ＬＥＤ光は、蛍光体によって放射されたより長い波長の光（この光もまた、ダイクロイック反射体によって透過される）と結合して広帯域出力ビーム、例えば、白色に見える光をもたらす。発明者らは、かかる光源によって放射された光が驚くべき程度の空間的な色均一性を呈し得ることを見出した。
【０００６】
場合によっては、ＬＥＤ及び／又は蛍光体は、空洞領域と、近接領域と、を有する可撓性基材上に配置され、ＬＥＤ及び／又は蛍光体は、空洞領域内で基材に搭載されるか、取り付けられる。可撓性基材は、好ましくは、近接領域においてよりも空洞領域においての方が薄い誘電層を含む。場合によっては、穴が空洞領域内の誘電層を貫通して延在し、導電層及び／又は熱伝導層など可撓性基材の１つ又は２つ以上の他の構成要素が空洞領域内のＬＥＤ及び／又は蛍光体に対する物理的支持を提供してよい。穴が空洞領域内の誘電層を貫通して延在するかどうかにかかわらず、発明者らは、かかる光源が例示の熱特性、機械特性、及び光学特性をもたらし得ることを見出した。
【０００７】
したがって、本出願は、とりわけ、第１の青色発光ＬＥＤと、蛍光体材料の層と、ダイクロイック反射体と、を含む光源を開示する。蛍光体材料は、第１のＬＥＤによって放射された青色光からの励起に反応して、ＬＥＤよりも長い可視波長で発光するように構成されてよい。ダイクロイック反射体は、光が第１のＬＥＤからダイクロイック反射体に伝搬する際に、光が蛍光体材料の層を通過せず、ダイクロイック反射体もまた蛍光体によって放射されたより長い可視波長の光を実質的に透過させる方法で、第１のＬＥＤによって放射された光の第１の部分を蛍光体材料の層に反射させるように構成されてよい。ダイクロイック反射体は、第１のＬＥＤによって放射された青色光の第２の部分を透過させるように構成されてよく、したがって光源は白色光などの広帯域光を放射し、広帯域光は、第１のＬＥＤによって放射された光の第２の部分と、蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光と、の結合光を含む。
【０００８】
場合によっては、第１のＬＥＤ及び蛍光体材料の層は、実質的に共面であってよい。場合によっては、光源は、少なくとも第１のＬＥＤが配置される基材を更に含んでよい。場合によっては、蛍光体材料の層もまた、基材に配置されてよい。場合によっては、光源はまた、基材に配置された第２の青色発光ＬＥＤを含んでよい。場合によっては、基材は可撓性であってよく、空洞領域と、空洞領域に隣接する近接領域と、を有する誘電層を含んでよく、第１のＬＥＤ及び／又は蛍光体は空洞領域に配置されている。場合によっては、空洞領域が、誘電層中の凹部によって特徴付けられてよく、誘電層が近接領域内の第１の厚さと、空洞領域内の第２の厚さと、を有し、第２の厚さが０を超えるが、第１の厚さよりも小さい。場合によっては、第１の厚さは少なくとも２０マイクロメートルであってよく、第２の厚さは１０マイクロメートル以下であってよい。場合によっては、空洞領域は、誘電層を貫通して延在する穴によって特徴付けられてよい。場合によっては、基材はまた、誘電層に配置された導電性材料を含んでよく、ＬＥＤは導電性材料上に配置される。場合によっては、導電層は誘電層の第１の側面に配置されてよく、基材はまた、第１の側面と反対側の誘電層の第２の側面に配置された熱伝導層を含んでよい。
【０００９】
発明者らはまた、可撓性基材と、第１のＬＥＤと、蛍光体材料の層と、ダイクロイック反射体と、を含む光源を開示する。第１のＬＥＤはＬＥＤ光を放射するように構成され、可撓性基材に配置されてよい。蛍光体材料は、第１のＬＥＤ光からの励起に反応してより長い波長で発光するように構成されている。ダイクロイック反射体は、光が第１のＬＥＤからダイクロイック反射体に伝搬する際に、光が蛍光体材料の層を通過しない方法で、第１のＬＥＤによって放射された光の少なくとも第１の部分を蛍光体材料の層に反射させるように構成されてよい。ダイクロイック反射体はまた、蛍光体によって放射されたより長い波長の光を実質的に透過させてよい。可撓性基材は、空洞領域と、隣接する近接領域と、を有する誘電層を含んでよく、第１のＬＥＤ及び／又は蛍光体材料は空洞領域に配置されてよい。光源は、蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光を含む広帯域光を放射してよい。
【００１０】
場合によっては、第１のＬＥＤは青色光を放射してよい。場合によっては、ダイクロイック反射体は、第１のＬＥＤによって放射された光の第２の部分を透過させるように構成されてよく、光源によって放射された広帯域光は白色光を含んでよく、ＬＥＤによって放射された光の第２の部分と、蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光と、の結合光を含んでよい。
【００１１】
場合によっては、第１のＬＥＤは紫外線を放射してよい。場合によっては、ダイクロイック反射体は、第１のＬＥＤによって放射された光をほとんど透過させないか、全く透過させないように構成されてよく、光源によって放射された広帯域光は白色光を含んでよく、蛍光体材料によって放射されたより長い波長の光を含むが、第１のＬＥＤによって放射された光をほとんど含まないか、全く含まないでよい。
【００１２】
場合によっては、空洞領域が、誘電層中の凹部によって特徴付けられてよく、誘電層が近接領域内の第１の厚さと、空洞領域内の第２の厚さと、を有し、第２の厚さが０を超えるが、第１の厚さよりも小さい。場合によっては、第１の厚さは少なくとも２０マイクロメートルであってよく、第２の厚さは１０マイクロメートル以下であってよい。場合によっては、空洞領域は、誘電層を貫通して延在する穴によって特徴付けられてよい。場合によっては、基材はまた、誘電層に配置された導電性材料を含んでよく、第１のＬＥＤは導電性材料上に配置されてよい。場合によっては、導電層は誘電層の第１の側面に配置されてよく、熱伝導層は第１の側面と反対側の誘電層の第２の側面に配置されてよい。場合によっては、蛍光体材料の層はまた、可撓性基材に配置されてよい。場合によっては、光源はまた、可撓性基材に配置された第２のＬＥＤを含んでよい。
【００１３】
関連する方法、システム、及び物品も述べられる。
【００１４】
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、決して、上記概要は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】広帯域光源の概略側面図、つまり概略断面図。
【図２】広帯域光源の概略斜視図。
【図３ａ】例示の青色ＬＥＤ及び例示の蛍光体のスペクトル強度分布の理想化されたグラフ。
【図３ｂ】例示のダイクロイック反射体のスペクトル反射率又は透過率の理想化されたグラフ。
【図３ｃ】青色ＬＥＤからの一部の光が蛍光体によって放射されたより波長の長い光と結合して、広帯域の白色出力光をもたらし得る方法を示す概略図。
【図４】広帯域光源の概略平面図。
【図４ａ】図４の設計に類似の設計を有する光源の横断方向位置に応じてモデル化した／算出した（放射照度は光源面の上又は光源の前で測定した）放射照度のグラフ。
【図４ｂ】２つの直交軸に沿った位置に応じて測定した、図４ａの放射照度分布のＣＩＥ  ｘ色座標のグラフ。
【図４ｃ】２つの直交軸に沿った位置に応じて測定した、図４ａの放射照度分布のＣＩＥ  ｙ色座標のグラフ。
【図５】２個のＬＥＤを含む広帯域光源の概略平面図。
【図５ａ】図５の設計に類似の設計を有する光源の横断方向位置に応じてモデル化した／算出した（放射照度は光源面の上又は光源の前で測定した）放射照度のグラフ。
【図５ｂ】２つの直交軸に沿った位置に応じて測定した、図５ａの放射照度分布のＣＩＥ  ｘ色座標のグラフ。
【図５ｃ】２つの直交軸に沿った位置に応じて測定した、図５ａの放射照度分布のＣＩＥ  ｙ色座標のグラフ。
【図６】３個のＬＥＤを含む広帯域光源の概略平面図。
【図６ａ】図６の設計に類似の設計を有する光源の横断方向位置に応じてモデル化した／算出した（放射照度は光源面の上又は光源の前で測定した）放射照度のグラフ。
【図６ｂ】２つの直交軸に沿った位置に応じて測定した、図６ａの放射照度分布のＣＩＥ  ｘ色座標のグラフ。
【図６ｃ】２つの直交軸に沿った位置に応じて測定した、図６ａの放射照度分布のＣＩＥ  ｙ色座標のグラフ。
【図７】例示の可撓性基材の構造の詳細を示す、広帯域光源の概略側面図、つまり概略断面図。
【図８】例示の可撓性基材を含む別の広帯域光源の概略側面図、つまり概略断面図。
【図９ａ】例示のＵＶ  ＬＥＤ及び例示の蛍光体のスペクトル強度分布の理想化されたグラフ。
【図９ｂ】例示のダイクロイック反射体のスペクトル反射率又は透過率の理想化されたグラフ。
【図９ｃ】蛍光体によって放射された長波長光が、ＬＥＤからの光をほとんど伴わないか、全く伴わずに、光源に広帯域の白色出力光をもたらし得る方法を示す概略図。
【図１０】熱的にモデル化した広帯域光源の概略側面図、つまり概略断面図。
【図１１ａ】基材上の位置が最適化されている２個のＬＥＤを有するモデル化した広帯域光源の算出強度対位置のグラフ。
【図１１ｂ】グレーレベルがどのように放射照度に対応するかを示す図１１ａの鍵。  図中、同様の参照番号は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述したように、本出願は、１個又は２個以上のＬＥＤからの光によって励起される蛍光体層又は材料を用いる広帯域固体光源について説明する。光源はまた、ＬＥＤ光の少なくとも一部を蛍光体の層上に反射させるダイクロイック反射体を含む。光がＬＥＤからダイクロイック反射体へと進む際に、光は蛍光体層を通過しない。場合によっては、ＬＥＤは青色光を放射し、ダイクロイック反射体は青色ＬＥＤ光の第１の部分を蛍光体層の上に反射させ、ダイクロイック反射体はまた、青色ＬＥＤ光の第２の部分を透過させる。透過青色ＬＥＤ光は、蛍光体によって放射されたより長い波長の光（この光もまた、ダイクロイック反射体によって透過される）と結合して広帯域出力ビーム、例えば、白色に見える光をもたらす。場合によっては、ＬＥＤ及び／又は蛍光体は、空洞領域と、近接領域と、を有する可撓性基材に配置され、ＬＥＤ及び／又は蛍光体は、空洞領域内で基材に搭載されるか、又は取り付けられる。可撓性基材は、近接領域においてよりも空洞領域においての方が薄い誘電層を含む。
【００１７】
これに関して、「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」とは、可視であるか、紫外線であるか、赤外線であるかにかかわらず、光を放射するダイオードを指す。これには、従来のものか、超高輝度のものであるかにかかわらず、「ＬＥＤ」として市販されているインコヒーレントに封入された又はカプセル化された半導体デバイスを含む。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、即ち、半導体加工手順によって作製される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは、１つ又は２つ以上のＩＩＩ族元素の組み合わせ及び１つ又は２つ以上のＶ族元素の組み合わせから形成される（ＩＩＩ〜Ｖ族半導体）。好適なＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料の例には、窒化ガリウムなどの窒化物、及びリン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。他の種類のＩＩＩ〜Ｖ族材料、並びに周期表の他の族の無機物質も使用可能である。構成要素又はチップは、デバイスに電圧を加えるための電力の適用に好適な電気接点を含むことができる。例としては、ワイヤボンディング、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップボンディングが挙げられる。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウェハスケールで形成された後、仕上がったウェハは個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤダイとなることができる。ＬＥＤダイは、表面実装、チップオンボード、又は他の既知の実装形態を構成するように構成されてもよい。パッケージ化されたＬＥＤの中には、ＬＥＤダイ及び付随する反射体カップ上にポリマー封入材料を形成することによって作製されてよい。本出願の目的とする「ＬＥＤ」はまた、一般にＯＬＥＤと呼ばれる有機発光ダイオードを含むと見なされるべきである。
【００１８】
青色発光ＬＥＤを用いる広帯域固体光源の全ての開示実施形態はまた、例示の可撓性基材を用いても、用いなくてもよく、例示の基材を用いる全ての開示実施形態は、青色発光ＬＥＤを用いても、用いなくてもよい。１個又は２個以上の青色発光ＬＥＤを含む幾つかの実施形態から説明を開始する。
【００１９】
図１には、広帯域光源１１０の概略側面図、つまり概略断面図が示される。光源１１０は、基材１１８に取り付けられた青色発光ＬＥＤ  １１２と、蛍光体層１１４と、を含む。ＬＥＤ  １１２は、その露出した外表面から全方向に青色光１１３ａを放射する（この図では、かかる光の２つの光線にラベル付けされている）。
【００２０】
ＬＥＤ  １１２からの青色光１１３ａは、ダイクロイック反射体１１６に当たる。ダイクロイック反射体（ダイクロイックミラーと呼ばれることもある）は、ある光学波長に対して高反射率（及び低透過率）を有し、他の光学波長に対しては低反射率（及び高透過率）を有するように設計された反射体である。かかる反射体は、通常、少なくとも可視波長及び近赤外波長について反射されない全ての光が実質的に透過され、逆もまた同様であるように、ごくわずかの吸収率を有する。かかる反射体は、光学的に薄いミクロ層の積層体を含み、通常、二酸化珪素と二酸化チタンとの交互層など屈折率が大きく異なる材料の交互配置になっているが、他の好適な無機材料又は有機材料を用いてもよい。かかる反射体は、ガラス又は他の好適な基材上に交互層を真空蒸着させることによって作製してよい。あるいは、例えば、米国特許第５，８８２，７７４号及び同第６，７８３，３４９号に記載のように、交互ポリマー材料の共押出し及び得られた多層ポリマーウェブの伸張を含み得る連続プロセスによって、好適な反射フィルムを作製してよい。ダイクロイック反射体で用いられた材料及び用いられた製造方法にかかわらず、反射体は、本明細書の他の箇所で説明するように、波長に応じて所望の反射特性を提供するように調整されたミクロ層積層体の層厚さ特性をもたらす。この点については、米国特許第６，９６７，７７８号を参照する。厚さ特性は、例えば、ロングパスフィルター又はノッチフィルターとして作用するダイクロイック反射体をもたらすように調整されてよい。場合によっては、ダイクロイック反射体は、多層ミラーフィルム、反射性偏光子、及び／又は所定の波長において、ある偏光の全てを反射し、直交偏光を部分的に反射する、反射鏡などの部分偏光反射体を含んでよい。
【００２１】
ダイクロイック反射体１１６は、青色ＬＥＤ光の第１の部分を反射させ、青色ＬＥＤ光の第２の部分を実質的に相補的に透過させるように調整される。反射体１１６はまた、反射青色光１１３ｂを蛍光体層１１４に向けるように形成されるか、ないしは別の方法で構成される。例えば、図に示すように、ダイクロイック反射体は、ＬＥＤ及び蛍光体に向かって開いているか、これらを包囲する凸形状を有してよい。凸形状は、単純な半球又は他の球体の一部であってよいか、略放物線状、楕円形状、又は任意の他の規則的若しくは非規則的な非球面形状であってよいか、例えば、所望の平滑形状に近づくように配置された複数の大小の平坦なファセットで作製される、区分的な半球形若しくは非球面であってよい。場合によっては、ダイクロイック反射体は自立式であってよく、他の場合では、例えば薄型フィルムとして、別の構成要素の内面、外面、又は埋め込み面に貼付されてよい。例えば、光源１１０の場合、内部空間１１７は、ＬＥＤ及び蛍光体を封入する、好適な光透過性ガラス又はポリマー材料を含んでよく、ダイクロイック反射体はかかる封入材料の外表面に貼付されてよい。封入材料は、光源の設計に構造的一体性及び堅牢性をもたらすだけではなく、全反射によってＬＥＤダイの内部に閉じ込められる光量を削減することにより光源効率を向上させてよい。あるいは、内部空間１１７は中空である、例えば空気又は真空のみを含んでよい。
【００２２】
例示の実施形態では、ダイクロイック反射体は、ＬＥＤからの青色光の５０％〜９５％の範囲の量を反射させ、かかる光の残りを透過させるように調整されてよい。例示のダイクロイック反射体はまた、蛍光体によって放射されたより長い波長の可視光線の大部分、好ましくは、例えばかかる光の７５％超、８０％超、８５％超、又は９０％超を透過させてよい。
【００２３】
ダイクロイック反射体１１６の形状又は他の構成は、好ましくは青色発光ＬＥＤからの反射光１１３ｂを蛍光体層１１４に向けるように調整される。好ましくは、反射体は、蛍光体層の少なくとも一部にＬＥＤの実質的な像又はその一部の像が形成されるように反射光を向ける。この点における「像」とは、写真的な意味で高品質の像である必要はないが、その形状が、ＬＥＤの形状又はそのいずれかの放射部分の形状に少なくとも似ている、単に明るさを増した領域であってよい。単純な実施形態では、反射体１１６は、半球又は球体の他の部分の形状を有してよく、その曲率中心は、図１において点１１９として示される。球状反射性表面は、その曲率半径の半分に等しい（近軸）焦点距離を有し、曲率中心を含む平面内の任意の物点は、球面によって同じ平面に存在する像点に撮像され、物点を像点に接合する線分は、曲率中心によって２等分される。図１の実施形態では、ＬＥＤ  １１２は曲率中心１１９の右寄りに示され、蛍光体層１１４は左寄りに示される。ＬＥＤ  １１２の上発光面が正確には点１１９を含む水平面に存在しない場合であっても（ＬＥＤ  １１２の高さは、図の概略図において強調表示されていることに留意されたい）、多くの場合、これは、ＬＥＤ発光面に類似の寸法及び形状の実体像が点１１９の反対側に形成されるように十分に近いであろう。蛍光体層１１４は、反射ＬＥＤ光を効率的に封じるようにこの位置に配置される。蛍光体層は、ＬＥＤと同一又は類似の寸法及び形状を有するように模様付けされてよいが、これは一般的である必要がなく、多くの場合、反射ＬＥＤ光ができる限り多く蛍光体によって封じられるように、ＬＥＤよりも蛍光体層を大きくするか、ＬＥＤ又はその像に対して特大にすることが有利であることに留意されたい。例えば、図１の概略図においてさえも、蛍光体層１１４は、ＬＥＤ  １１２よりも横断方向（面内）寸法が大きいことがわかる。
【００２４】
ＬＥＤを曲率中心１１９に近接し、かつ光源の光学軸（現在の場合では、基材１１８及び通過点１１９に対して垂直な軸である）に近接して維持することは有利である。ＬＥＤ及びその像を光学軸に近接して維持することにより、出力光のコリメーションを向上でき、低エテンデューを有することができる。多数のＬＥＤが用いられる場合、低エテンデューは、一般に、他のＬＥＤの像を遮ることなく、各ＬＥＤをできる限り光学軸に近接して配置することにより実現できる。熱管理もまた、多数のＬＥＤの最適な配置を決定する際に役割を果たし、これは、密集したＬＥＤが、より高い動作温度をもたらす場合があり、ＬＥＤの出力に悪影響を及ぼし得るからである。
【００２５】
ＬＥＤ及び蛍光体層を曲率中心１１９の反対側に配置することに加えて、これらを概して同一平面上に位置付けることは、有利である場合が多い。この点に関する「同一平面上」とは、ＬＥＤの所定の表面が厳密に蛍光体層の表面と同一の幾何学的面内に配置される必要はなく、逆もまた同様であるが、蛍光体層がＬＥＤからの反射光の全て、又は少なくとも大部分を封じるように構成要素が十分に近接している場合を含むことも理解され得る。
【００２６】
光源１１０及び本明細書で開示する他の光源の顕著な設計上の特徴は、光がＬＥＤからダイクロイック反射体へと進む際に、蛍光体層１１４を通過しないことである。この設計上の特徴は、ＬＥＤからの光がＬＥＤ光の任意の反射体に当たる前に蛍光体層を通過する、多くのＬＥＤ励起蛍光体光源の設計とは異なる。開示設計の顕著な利点は、ＬＥＤ反射光が最初に当たる蛍光体層の側面つまり表面が、光源の出力方向に面する蛍光体層の側面つまり表面でもあることである。図１を参照して言い換えると、ＬＥＤからの反射光は最初に、上面が光源１１０の出力に対して上向き又は外向きに面する、蛍光体層１１４の上面に当たる。反射ＬＥＤ光は、蛍光体層１１４の吸収量又は拡散量に応じて、ある程度の深さまでこの層１１４に到達するが、いずれの場合においても、かかる光の強度は、上面からの深さが増すにつれて弱まる。結果として、蛍光体層１１４の体積において生成される蛍光体光の強度は上面において最も明るく、表面からの深さが増すにつれて弱まる。かかる配置は、ＬＥＤ光及び蛍光体光の吸収及び拡散を減少させ、光源の全体的な効率を向上させる。
【００２７】
場合によっては、蛍光体層１１４の物理的厚さ及びＬＥＤ光の波長における蛍光体層１１４の吸収係数は、蛍光体層に当たるＬＥＤ光のほぼ全てが吸収されるか、ないしは別の方法で、蛍光体層の裏面つまり背面（この表面は基材１１８に接触してもよい）に実質的に到達しないように拡散されるように調整されてよい。
【００２８】
別の場合では、当たるＬＥＤ光の大部分が蛍光体層の背面つまり裏面に到達し得るように、蛍光体層の物理的厚さが減少されてよい、及び／又はＬＥＤ波長におけるその吸収係数が減少されてよい。これらの後者の場合では、反射層が蛍光体層の背面に設けられてよく、より多くの蛍光体光を生成するように、ＬＥＤ光の残りが蛍光体層の厚さを再伝搬できるようにする。厚さの減少した蛍光体層を用いる実施形態は、熱管理の観点で概して有利である。これは、厚さの減少した蛍光体層を用いて、蛍光体層の上部と下層のヒートシンクとの通常貧弱な熱結合を向上できるからである。蛍光体層は、通常、ＬＥＤよりも著しく低い熱伝導率を有し、蛍光体層から熱を引き抜くのに役立つことができる任意の技法は、蛍光体の動作温度の低下に有利に役立ち得る。
【００２９】
本明細書の他の部分で述べるように、蛍光体材料は、ＬＥＤ光を吸収し、吸収したエネルギーをより低いエネルギー（より長い波長）の放射線として放射することにより、概してＬＥＤよりも長い波長の光を放射する。光変換プロセスには、より低いエネルギーへのストークスシフトに伴う損失及び非放射損失が含まれ、これらの損失の全ては、通常、蛍光体層内で生成された熱として現れる。例示の蛍光体材料は、青色光、例えば約４３０〜４７０ｎｍの範囲の波長の光を吸収し、可視スペクトルのより低いエネルギー部分、例えば５００〜７００ｎｍの範囲で蛍光放射をもたらす。例示の蛍光体材料は、セリウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）である。他の好適な蛍光体材料としては、他の既知の種類のドープＹＡＧ、オルトケイ酸塩、窒化物、又は硫化物材料が挙げられる。場合によっては、蛍光体層又は材料は、好適な結合剤材料中に１つ又は２つ以上の種類の蛍光体粒子の混合物を含んでよい。
【００３０】
図１では、蛍光体層によって放射されたより長い可視波長光が１１５ａと表示されている。ダイクロイック反射体１１６は、これらのより長い波長の光を実質的に透過させるように調整される。その結果、蛍光体光１１５ａは蛍光体光１１５ｂとして効率的に透過され、かかる光はまた、内部空間１１７を充填する物質（存在する場合）及び反射体１１６の外側又は反対側の物質（存在する場合）に応じて、反射体１１６で反射される可能性がある。例示の実施形態では、内部空間１１７は、透明なガラス又はポリマー封入材料で充填されてよく、ミラー１１６の反対側の空間は空気又は真空であってよく、したがって、封入材料による屈折は、これらの構成要素が曲率中心１１９又は光源の光軸に比較的近接して配置されると、ＬＥＤ及び蛍光体層からの光にある程度のコリメーションをもたらす。蛍光体光１１５ａの透過に加えて、ダイクロイック反射体１１６はまた、図で１１３ｃと表示される透過ＬＥＤ光などＬＥＤ光１１３ａの一部を透過させるように調整される。透過光１１３ｃ及び透過光１１５ｂは空間的に結合して、光源１１０の広帯域出力光をもたらす。
【００３１】
基材１１８には任意の好適な基材を用いて、ＬＥＤ  １１２及び蛍光体層１１４を収容してよい。基材は、ＬＥＤに電力をもたらすための導電層又は導電性経路を含んでよい。基材はまた、好ましくは、ＬＥＤ及び／又は蛍光体層から効果的に熱を持ち去ってより低い動作温度を維持するために、比較的高い熱伝導及び比較的低い熱抵抗を有する。かかるより低い動作温度を促進するために、基材は、好適なヒートシンク、例えば銅、アルミニウム、若しくは他の好適な金属の比較的厚い層、又は他の熱伝導材料を含むか、これらに熱結合されてよい。場合によっては、基材は、金属反射鏡、反射率を向上させるために誘電体蒸着を施した金属反射鏡など高反射性表面、又は微細空孔ポリエステル若しくはチタニア充填ポリマーなどの拡散反射性表面、又は３Ｍ（商標）Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＳＲ）フィルムなどの多層光学フィルムであってよいか、あるいはこれらを含んでよい。基材はまた、本明細書の他の部分で述べる任意の基材であるか、あるいはこれらを含んでよい。
【００３２】
図２は、別の広帯域光源２１０の概略斜視図を示す。光源２１０は、基材２１８に配置された２個の青色発光ＬＥＤ  ２１２ａ、２１２ｂを含み、この基材はまた、ＬＥＤからの青色光に曝されるとより長い波長の可視光を放射する蛍光体層２１４をその上に有する。ＬＥＤ  ２１２ａ、２１２ｂは、好ましくは同一色の青色光を放射する。即ち、これらは、同一又は類似の発光スペクトルを有する。ＬＥＤはまた、同一の寸法及び形状であってよく（ただし、その必要はない）、異なる寸法及び形状を有するＬＥＤ、並びにやや異なる青色光の発光スペクトルを有するＬＥＤも想到される。
【００３３】
光源２１０はまた、ＬＥＤ及び特大の蛍光体層２１４の円盤状部分に向かって開きこれらを包含する、凸形状を有するダイクロイック反射体２１６を含む。円盤状部分の中心は、点２１９と表示され、これはまた、反射体２１６の曲率中心に相当する。ＬＥＤ  ２１２ａ、２１２ｂは点２１９に比較的近接して位置付けられるが、いずれのＬＥＤも凸状ダイクロイック反射体によって形成される他のＬＥＤの像を遮らないように、直交する面内軸に沿って配置される。
【００３４】
光源２１０と光源１１０との相違点の１つは、ＬＥＤ及びダイクロイック反射体の基部の横寸法に対する蛍光体の横寸法である。光源１１０では、蛍光体層は、ＬＥＤの横寸法に類似の横寸法であって、ダイクロイック反射体の基部の横寸法よりも著しく小さい横寸法を有する。光源２１０では、蛍光体層は、ＬＥＤの横寸法よりも著しく大きく、ダイクロイック反射体の基部の横寸法に類似の横寸法を有する。実際、光源２１０の蛍光体層２１４は、ダイクロイック反射体２１６の外周、つまり基部を完全に占める。このアプローチの１つの利点は、ＬＥＤに対して又はダイクロイック反射体に対して蛍光体層をそろえる必要がないことである。１つの欠点は、蛍光体層２１４の全体のごく一部がＬＥＤからの反射光によって励起され、この蛍光体層のごく一部が光源の出力光に寄与する部分でもあるため、蛍光体材料が不要なことである。光源２１０に対して光源１１０のアプローチの類似する利点は、蛍光体材料のより効率的な配分である。
【００３５】
図１及び本明細書の他の部分に関連して述べるＬＥＤ、蛍光体、ダイクロイック反射体、基材、及び他の光源要素の設計の詳細が光源２１０の相当する要素に等しく適用されることは理解されるであろう。
【００３６】
図３ａは、例示の青色ＬＥＤ及び例示の蛍光体のスペクトル強度分布の理想化されたグラフである。詳細には、曲線３１０は、青色発光ＬＥＤのおおよそのスペクトル分布を概略的に示す。曲線３１２は、青色ＬＥＤからの光に曝された場合に例示の蛍光体材料によって放射された光のおおよそのスペクトル分布を概略的に示す。読者は、これらの曲線が、本発明を制限するためではなく、本発明の理解を促進するために提供されることを理解するであろう。読者は、曲線３１０からの光と曲線３１２からの光との結合が、実質的に白色又は他の所望の色相に見える広帯域出力光をもたらし得ることも理解するであろう。青色ＬＥＤ光とより長い波長の蛍光体光との相対比率を変えることにより、色温度を所望の値に調整できる白色出力光をもたらすことができる。３０００〜７０００ケルビン度（２７２７〜６７２７℃）の範囲の色温度は、本開示の範囲内である。
【００３７】
図３ｂは、青色ＬＥＤ及び黄色又は他の広帯域可視光線を放射する蛍光体に用いる例示のダイクロイック反射体のスペクトル反射率又は透過率の、理想化されたグラフである。ここにおいても、読者は、これらの曲線が、本発明を制限するためではなく、本発明の理解を促進するために提供されることを理解するであろう。曲線３２０は、法線入射光に対するダイクロイック反射体の反射率を概略的に示し、曲線３２２は、対応する透過率を示す。これらの曲線は、ほとんどのダイクロイック反射体が低損失特性を有するために、実質的に相補的である。法線入射以外の角度でダイクロイック反射体に当たる光は、曲線３２０、３２２と類似の又は著しく異なる透過特性及び反射特性を体験してよく、類似又は相違の程度は入射角に応じて異なり、また、光の偏光状態によっても異なる可能性がある。概して、法線とわずかに異なる角度で入射する光は、法線入射曲線３２０、３２２に対して単純に左に（より短い波長の方向に）移動した反射特性及び透過特性を体験する。多くの場合、ＬＥＤ又は蛍光体層からの光は、入射角の分布又は範囲にわたってダイクロイック反射体の所定の部分に当たり、この範囲又は分布は、対象となるダイクロイック反射体の部分に応じて変化する。
【００３８】
１つには、ダイクロイック反射体に伴うこれらの潜在的に複雑な幾何学的要因のために、光源の光学軸及びダイクロイック反射体の曲率中心に比較的近接するようにＬＥＤを位置付けることは概して有利であることが多い。この配置は、ダイクロイック反射体の領域において、ＬＥＤからの光及び蛍光体からの光の入射角が法線入射にかなり近くなるように維持するのに役立ち得る。
【００３９】
読者は、曲線３２２が、青色光については小さいが、０ではない透過量、例えば４３０〜４７０ｎｍ付近を示すことに気付くであろう。このようにダイクロイック反射体を調整すると、青色ＬＥＤ光の一部はダイクロイック反射体によって透過され、蛍光体からのより長い波長の光と混合して、広域帯出力光をもたらすことができる。青色スペクトル領域及び／若しくは５００〜７００ｎｍのより長い波長の領域で反射若しくは透過の漸近的レベルを上下させること、並びに／又は曲線３２０、３２２をより短い若しくはより長い波長に移動させることを含んでよい、ダイクロイック反射体の好適な調整を行って、出力ビームにおけるより長い波長の蛍光体光に対する青色ＬＥＤ光の比率を変更できる。かかる変更によって、上述のように、白色出力光の色温度を調整できるようになる。
【００４０】
図３ｃは、青色ＬＥＤ  ３３２からの光の一部が蛍光体３３４によって放射されたより長い波長の光と結合して、広帯域の白色出力光をもたらす、光源３３０を示す概略図である。蛍光体からの長波長光は、用いる蛍光体材料に応じて黄色又は他の色に見えてよい。ダイクロイック反射体３３６（これもまた概略的にしか示されない）は、ＬＥＤ  ３３２からの青色光の一部を透過させ、残りの青色ＬＥＤ光を蛍光体３３４に反射させることができる。反射青色ＬＥＤ光は蛍光体を励起し、ダイクロイック反射体３３６によって大いに透過される、ストークシフトされたより長い波長の光を放射させる。ＬＥＤからの青色光と、蛍光体からのより長い波長の光とが結合又は混合すると、広帯域出力光、例えば白色光がもたらされる。
【００４１】
図４は、多くの点について図１及び２の光源に類似の広帯域光源４１０の概略平面図である。光源４１０は、基材４１８に配置された青色発光ＬＥＤ  ４１２を１個のみ含み、この基材はまた、ＬＥＤからの青色光に曝されるとより長い波長の可視光を放射する、特大の蛍光体層４１４をその上に有する。
【００４２】
光源４１０はまた、ダイクロイック反射体４１６を含む。図４の平面図では、ダイクロイック反射体の下底の形状、つまり外周のみが示されるが、読者は、反射体が図１及び２のダイクロイック反射体に類似の凸形状を有することを理解するであろう。反射体４１６は、ＬＥＤ及び蛍光体層４１４の円盤状部分に向かって開き、これらを包含する。円盤状部分の中心は、点４１９と表示され、これはまた、凸状反射体４１６の曲率中心に相当する。ＬＥＤ  ４１２は、点４１９に比較的近接して位置付けられる。凸状反射体４１６は、像領域４１２’内にＬＥＤ  ４１２の像を生成する。
【００４３】
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（商標）光学設計ソフトウェアを用いて、光源４１０の実施形態をモデル化した。関連設計パラメータの一部は次のとおりである。
【００４４】
・蛍光体層は、屈折率１．４１のシリコーン結合剤に浸漬された屈折率１．８のＣｅ：ＹＡＧ粒子からなり、この層が０．１ｍｍの物理的厚さを有すると仮定した。
【００４５】
・ＬＥＤは、１ｍｍ×１ｍｍの面内寸法を有する正方形であり、厚さ１０マイクロメートル、及び出力波長４６０ｎｍであると仮定した。ＬＥＤはまた、（蛍光体層に隣接する）その背面に薄い反射コーティングが施され、この反射コーティングは５０％の反射率及び５０％の吸収率を有すると仮定した。
【００４６】
・ダイクロイック反射体は、ＢＫ７ガラス製平凸レンズの半球凸状面に配置され、このレンズは５ｍｍの直径及び２．５ｍｍの曲率半径を有すると仮定した。ダイクロイック反射体は、４６０ｎｍのＬＥＤ波長での法線入射光に対して９０％の反射率及び１０％の透過率を有すると仮定した。ダイクロイック反射体はまた、波長が４９０ｎｍ以上の法線入射光に対して約１００％の透過率を有すると仮定した。
【００４７】
・平凸レンズは、平面側がＬＥＤの上面に配置されるように位置付け、レンズの平面側と蛍光体層の上部との間の空間を屈折率１．４１のシリコーン材料で充填した。したがって、シリコーン材料はＬＥＤも封入した。
【００４８】
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓソフトウェアを用いて、光源４１０のこの実施形態によってもたらされる出力光をモデル化した。特に興味深いのは、ＬＥＤ面の５ｍｍ上に配置された観察面（平凸レンズの頂点及びダイクロイック反射体４１６の約２．５ｍｍ上）で観察した、出力光の物理的分布であった。図４ａは、面内の位置に応じて、この観察面における出力光の全放射照度、つまり全輝度を示す。図４ｂ及び４ｃは、２個の直交面内軸に沿った観察面内の出力光のＣＩＥ色度座標を示す。これらの図において、曲線４３０及び４３２は、観察面における位置に応じたＣＩＥ「ｘ」座標を示し、曲線４４０及び４４２は、観察面における位置に応じたＣＩＥ「ｙ」座標を示す（読者は、これらのＣＩＥ「ｘ」及び「ｙ」色度座標と、観察面における、光軸に対するミリメートル単位の配置である図４ａの空間的なｘ及びｙ座標とを混同しないようにするべきである）。曲線４３０及び４４０は、１つの面内軸に沿った測定値に相当し、曲線４３２及び４４２は、観察面における直交面内軸に沿った測定値に相当する。
【００４９】
図４ａは、光源４１０が高輝度、低エテンデューの出力ビームを放射できることを実証する。図４ｂ及び４ｃの曲線を比較すると、凸状ダイクロイック反射体の下の異なる位置、つまり場所で著しく異なる色が生成されるにもかかわらず、出力ビームは、出力ビーム領域にわたって予想外に一様分布の色を呈することが明らかになる。例えば、ＬＥＤ及び蛍光体の面においてＬＥＤ  ４１２は青色光を放射するが、像領域４１２’における蛍光体層の部分は、実質的に黄色光を放射する。
【００５０】
図５は、光源５１０が２個の青色発光ＬＥＤ  ５１２ａ、５１２ｂを有することを除いて、図４の光源４１０に類似の広帯域光源５１０の概略平面図である。ＬＥＤ  ５１２ａ、５１２ｂは、基材５１８に配置され、この基材はまた、ＬＥＤからの青色光に曝されるとより長い波長の可視光を放射する、特大の蛍光体層５１４をその上に有する。
【００５１】
光源５１０はまた、ダイクロイック反射体５１６を含む。図５の平面図では、ダイクロイック反射体の下底の形状、つまり外周のみが示されるが、読者は、反射体が図１及び２のダイクロイック反射体に類似の凸形状を有することを理解するであろう。反射体５１６は、ＬＥＤ及び蛍光体層５１４の円盤状部分に向かって開き、これらを包含する。円盤状部分の中心は、点５１９と表示され、これはまた、凸状反射体５１６の曲率中心に相当する。ＬＥＤ  ５１２ａ、５１２ｂは、直交面内軸に沿って、点５１９に比較的近接して位置付けられる。凸状反射体５１６は、像領域５１２ａ’内にＬＥＤ  ５１２ａの像を生成し、像領域５１２ｂ’内にはＬＥＤ  ５１２ｂの像を生成する。
【００５２】
光源５１０の実施形態は、ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（商標）光学設計ソフトウェアを用いて、光源４１０からモデル化した光源に類似の方法でモデル化した。光源５１０のモデル化した実施形態の関連設計パラメータの一部は次のとおりである。
【００５３】
・蛍光体層は、屈折率１．４１のシリコーン結合剤に浸漬された屈折率１．８のＣｅ：ＹＡＧ粒子からなり、この層が０．１ｍｍの物理的厚さを有すると仮定した。
【００５４】
・ＬＥＤは、それぞれ１ｍｍ×１ｍｍの面内寸法を有する正方形であり、厚さ１０マイクロメートル、及び出力波長４６０ｎｍであると仮定した。各ＬＥＤはまた、（蛍光体層に隣接する）その背面に反射コーティングが施され、この反射コーティングは５０％の反射率及び５０％の吸収率を有すると仮定した。
【００５５】
・ダイクロイック反射体は、ＢＫ７ガラス製平凸レンズの半球凸状面に配置され、このレンズは５ｍｍの直径及び２．５ｍｍの曲率半径を有すると仮定した。ダイクロイック反射体は、４６０ｎｍのＬＥＤ波長での法線入射光に対して９０％の反射率及び１０％の透過率を有すると仮定した。ダイクロイック反射体はまた、波長が４９０ｎｍ以上の法線入射光に対して約１００％の透過率を有すると仮定した。
【００５６】
・平凸レンズは、平面側がＬＥＤの上面に配置されるように位置付け、レンズの平面側と蛍光体層の上部との間の空間を屈折率１．４１のシリコーン材料で充填した。したがって、シリコーン材料はＬＥＤも封入した。
【００５７】
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓソフトウェアを用いて、光源５１０のこの実施形態によってもたらされる出力光をモデル化した。特に興味深いのは、ＬＥＤ面の５ｍｍ上に配置された観察面（平凸レンズの頂点及びダイクロイック反射体５１６の約２．５ｍｍ上）で観察した、出力光の物理的分布であった。図５ａは、面内の位置に応じた、この観察面における出力光の全放射照度、つまり全輝度を示す。図５ｂ及び５ｃは、２個の直交面内軸に沿った観察面内の出力光のＣＩＥ色度座標を示す。これらの図において、曲線５３０及び５３２は、観察面における位置に応じたＣＩＥ「ｘ」座標を示し、曲線５４０及び５４２は、観察面における位置に応じたＣＩＥ「ｙ」座標を示す（読者は、これらのＣＩＥ「ｘ」及び「ｙ」色度座標と、観察面における、光軸に対するミリメートル単位の配置である図５ａの空間的なｘ及びｙ座標とを混同しないようにするべきである）。曲線５３０及び５４０は、１つの面内軸に沿った測定値に相当し、曲線５３２及び５４２は、観察面における直交面内軸に沿った測定値に相当する。
【００５８】
図５ａは、光源５１０が高輝度、低エテンデューの出力ビームを放射できることを実証する。図５ｂ及び５ｃの曲線を比較すると、凸状ダイクロイック反射体の下の異なる位置、つまり場所で著しく異なる色が生成されるにもかかわらず、出力ビームは、出力ビーム領域にわたって予想外に一様分布の色を呈することが明らかになる。例えば、ＬＥＤ及び蛍光体の面において、ＬＥＤ  ５１２ａ及び５１２ｂは青色光を放射するが、像領域５１２ａ’、５１２ｂ’における蛍光体層の部分は、実質的に黄色光を放射する。
【００５９】
図６は、光源６１０が３個の青色発光ＬＥＤ  ６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃを有することを除いて、図４の光源４１０及び図５の光源５１０に類似の広帯域光源６１０の概略平面図である。ＬＥＤ  ６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃは、基材６１８に配置され、この基材はまた、ＬＥＤからの青色光に曝されるとより長い波長の可視光を放射する、特大の蛍光体層６１４をその上に有する。
【００６０】
光源６１０はまた、ダイクロイック反射体６１６を含む。図６の平面図では、ダイクロイック反射体の下底の形状、つまり外周のみが示されるが、読者は、反射体が図１及び２のダイクロイック反射体に類似の凸形状を有することを理解するであろう。反射体６１６は、ＬＥＤ及び蛍光体層６１４の円盤状部分に向かって開き、これらを包含する。円盤状部分の中心は、点６１９と表示され、これはまた、凸状反射体６１６の曲率中心に相当する。ＬＥＤ  ６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃは、互いから約１２０度の角度で離隔される異なる面内軸に沿って、点６１９に比較的近接して位置付けられる。凸状反射体６１６は、像領域６１２ａ’内にＬＥＤ  ６１２ａの像、像領域６１２ｂ’内にＬＥＤ  ６１２ｂの像、及び像領域６１２ｃ’内にＬＥＤ  ６１２ｃの像を生成する。
【００６１】
光源６１０の実施形態は、ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（商標）光学設計ソフトウェアを用いて、光源４１０及び５１０からモデル化した光源に類似の方法でモデル化した。光源６１０のモデル化した実施形態の関連設計パラメータの一部は次のとおりである。
【００６２】
・蛍光体層は、屈折率１．４１のシリコーン結合剤に浸漬された屈折率１．８のＣｅ：ＹＡＧ粒子からなり、この層が０．１ｍｍの物理的厚さを有すると仮定した。
【００６３】
・ＬＥＤは、それぞれ１ｍｍ×１ｍｍの面内寸法を有する正方形であり、厚さ１０マイクロメートル、及び出力波長４６０ｎｍであると仮定した。各ＬＥＤはまた、（蛍光体層に隣接する）その背面上に反射コーティングが施され、この反射コーティングは５０％の反射率及び５０％の吸収率を有すると仮定した。
【００６４】
・ダイクロイック反射体は、ＢＫ７ガラス製平凸レンズの半球凸状面に配置され、このレンズは５ｍｍの直径及び２．５ｍｍの曲率半径を有すると仮定した。ダイクロイック反射体は、４６０ｎｍのＬＥＤ波長での法線入射光に対して９０％の反射率及び１０％の透過率を有すると仮定した。ダイクロイック反射体はまた、波長が４９０ｎｍ以上の法線入射光に対して約１００％の透過率を有すると仮定した。
【００６５】
・平凸レンズは、平面側がＬＥＤの上面に配置されるように位置付け、レンズの平面側と蛍光体層の上部との間の空間を屈折率１．４１のシリコーン材料で充填した。したがって、シリコーン材料はＬＥＤも封入した。
【００６６】
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓソフトウェアを用いて、光源６１０のこの実施形態によってもたらされる出力光をモデル化した。特に興味深いのは、ＬＥＤ面の５ｍｍ上に配置された観察面（平凸レンズの頂点及びダイクロイック反射体６１６の約２．５ｍｍ上）で観察した、出力光の物理的分布であった。図６ａは、面内の位置に応じた、この観察面における出力光の全放射照度、つまり全輝度を示す。図６ｂ及び６ｃは、２個の直交面内軸に沿った観察面内の出力光のＣＩＥ色度座標を示し、これらの図において、曲線６３０及び６３２は、観察面における位置に応じたＣＩＥ「ｘ」座標を示し、曲線６４０及び６４２は、観察面における位置に応じたＣＩＥ「ｙ」座標を示す（読者は、これらのＣＩＥ「ｘ」及び「ｙ」色度座標と、観察面における、光軸に対するミリメートル単位の配置である図５ａの空間的なｘ及びｙ座標と、を混同しないようにするべきである）。曲線６３０及び６４０は、１つの面内軸に沿った測定値に相当し、曲線６３２及び６４２は、観察面における直交面内軸に沿った測定値に相当する。
【００６７】
図６ａは、光源６１０が高輝度、低エテンデューの出力ビームを放射できることを実証する。図６ｂ及び６ｃの曲線を比較すると、凸状ダイクロイック反射体の下の異なる位置、つまり場所で著しく異なる色が生成されるにもかかわらず、出力ビームは、出力ビーム領域にわたって予想外に一様分布の色を呈することが明らかになる。例えば、ＬＥＤ及び蛍光体の面において、ＬＥＤ  ６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃは青色光を放射するが、像領域６１２ａ’、６１２ｂ’、６１２ｃ’における蛍光体層の部分は、実質的に黄色光を放射する。
【００６８】
ここで図７を参照すると、広帯域光源７１０の概略側面図、つまり概略断面図が図示され、光源の要素として含まれる例示の可撓性基材の構造の詳細が示される。基材及びその構成要素を除いて、光源７１０のほぼ全ての他の図示される要素は、図１の光源１１０の同等の構成要素を有する。
【００６９】
したがって、光源７１０は、基材７１８に配置された１個の青色発光ＬＥＤ  ７１２を含み、この基材はまた、ＬＥＤからの青色光に曝されるとより長い波長の可視光を放射する蛍光体層７１４をその上に有する。ＬＥＤ  ７１２は、ワイヤボンド７２０によって導電性経路に接続されてよい。
【００７０】
光源７１０はまた、ＬＥＤ及び蛍光体層７１４に向かって開きこれらを包含する、凸形状を有するダイクロイック反射体７１６を含む。反射体７１６の曲率中心は、点７１９と表示される。ＬＥＤ  ７１２は、点７１９に比較的近接して位置付けられ、蛍光体層７１４もまた、同様である。図１と同様に、蛍光体層７１４は、ＬＥＤに対してやや大き過ぎるように示される。
【００７１】
これもまた図１と同様に、ＬＥＤ  ７１２によって放射された青色光７１３ａは、ダイクロイック反射体７１６によって部分的に反射されて反射ＬＥＤ光７１３ｂが生成され、また、部分的に透過されて透過ＬＥＤ光７１３ｃが生成される。反射ＬＥＤ光７１３ｂは、蛍光体層７１４に当たるように向けられ、この結果、蛍光体が励起され、蛍光体層により長い波長の光７１５ａを放射させる。ダイクロイック反射体７１６は、このより長い波長の光を大いに透過させて、蛍光体光７１５ｂを生成する。透過光７１３ｃ及び透過光７１５ｂは空間的に結合して、白色光など光源７１０の広帯域出力光をもたらす。内部空間７１７は、ＬＥＤ及び蛍光体を封入する、好適な光透過性ガラス又はポリマー材料を含んでよく、ダイクロイック反射体はかかる封入材料の外表面に貼付されてよい。あるいは、内部空間７１７は、中空であってよい。
【００７２】
光源７１０と光源１１０との１つの相違点は、光源の基材部分を規定する詳細である。光源７１０では、基材７１８は、好ましくは、可撓性、下層のヒートシンク（図示なし）に対するより高い熱伝導（及びより低い熱抵抗）を実現し、空間を節約するために薄型である。基材７１８は、概して薄型であるが、隣接、つまり近接領域７２１ｂと比較して、空洞領域７２１ａにおいて更に薄くなるように成形、エッチング、ないしは別の方法で成形されることが望ましく、これらの領域は、傾斜した遷移領域によって離隔される。近接領域に対して空洞領域に更に向上した熱伝導をもたらす、減少した厚さは、基材の一部を形成する誘電層７１８ａの減少した厚さと関連することが望ましい。図では、誘電層７１８ａは近接領域７２１ｂで厚さＴ１を有し、空洞領域７２１ａではより小さい厚さＴ２を有することが示される。誘電層７１８ａの上には、導電層７１８ｂが配置され、この導電層は、ＬＥＤに電力を供給するために望ましいように模様付けされてよい。熱伝導層７１８ｃは、層７１８ｂと比較して、誘電層の反対側の主表面に配置される。場合によっては、層７１８ｂ、７１８ｃは、同一の材料、例えば銅からなってよいが、他の場合では、異なる材料が用いられてよい。したがって、導電層７１８ｂはまた、熱導電性であってよく、熱伝導層７１８ｃはまた、導電性であってよい。熱伝導層７１８ｃは、例えば好適な熱伝導材料を用いて、好ましくは好適なヒートシンクに接合される。
【００７３】
基材７１８の薄化領域は、多くの場合、基材の主要構成要素である誘電層７１８ａの対応する薄化領域と関連することが好ましい。好適な誘電層には、ポリエステル、ポリカーボネート、液晶ポリマー、及びポリイミドが挙げられる。好適なポリイミドには、商品名ＫＡＰＴＯＮ（ＤｕＰｏｎｔから入手可能）、商品名ＡＰＩＣＡＬ（Ｋａｎｅｋａ  Ｔｅｘａｓ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）、商品名ＳＫＣ  Ｋｏｌｏｎ  ＰＩ（ＳＫＣ  Ｋｏｌｏｎ  ＰＩ  Ｉｎｃ．から入手可能）、商品名ＵＰＩＬＥＸ及びＵＰＩＳＥＬ（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能）として入手可能なものが挙げられる。商品名ＵＰＩＬＥＸ  Ｓ、ＵＰＩＬＥＸ  ＳＮ、及びＵＰＩＳＥＬ  ＶＴ（全てＵｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｊａｐａｎ）から入手可能）で入手可能なポリイミドは、多くの用途で特に有利である。これらのポリイミドは、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）及びフェニレンジアミン（ＰＤＡ）などのモノマーで作製される。
【００７４】
誘電層７１８ａは、化学エッチング、プラズマエッチング、集束イオンビームエッチング、レーザーアブレーション、及び押し抜きなど任意の好適な方法を用いて空洞領域内で薄化してよい。エッチングに関しては、任意の好適なエッチング剤を用いてよく、好ましいエッチング剤は、誘電層に用いられる材料に応じて異なってよい。好適なエッチング剤には、アルカリ金属塩（例えば水酸化カリウム）、１つ又は両方の可溶化剤（例えば、アミン及びアルコール）を含むアルカリ金属塩（例えば、エチレングリコール）が挙げられてよい。好適な化学エッチング剤には、参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２００７／０１２００８９号に詳述されるものなど、ＫＯＨ／エタノールアミン／エチレングリゴールエッチング剤が挙げられてよい。他の好適な化学エッチング剤には、参照によって本明細書に組み込まれる、２０１０年１１月３日出願の同一出願人による米国特許出願第６１／４０９，７９１号に詳述されるものなど、ＫＯＨ／グリシンエッチング剤が挙げられてよい。エッチング後、誘電層は、アルカリ性のＫＯＨ／過マンガン酸カリウム（ＰＰＭ）溶液、例えば、約０．７〜約１．０重量％のＫＯＨと約３重量％のＫＭｎＯ４との溶液で処理されてよい。誘電層は、導電層、例えば図７の層７１８ｂ及び７１８ｃで片面又は両面を被覆されてよい。導電層は、任意の好適な導電性材料及び／又は熱伝導性材料からなってよいが、通常、銅を含む。導電層が回路に形成される場合、所望に応じて事前に模様付けされてよい。場合によっては、可撓性基材は多層の誘電材料及び積層配置の導電材料など多層構造を有してよい。
【００７５】
用いられる薄化手順の種類は、空洞領域と近接領域との間の遷移並びに誘電層の側壁及び遷移領域の他層の特性に影響し得る。化学エッチングは、比較的浅い側壁、例えば、通常、可撓性基材面から測定して約５〜６０度、又は約２５度〜２８度の範囲の側壁角をもたらすように用いてよい。押し抜き、プラズマエッチング、集束イオンビームエッチング、及びレーザーアブレーションなどの他の技法は、非常に急な側壁、例えば最大約９０度の壁角度をもたらしてよい。場合によっては（押し抜きなどを用いる場合など）、後述するように、誘電層を貫通する穴が形成されてよい。かかる場合、可撓性基材の他の層、導電層７１８ｂ及び／又は７１８ｃなどは、空洞領域内でＬＥＤ及び／又は蛍光体層に物理的支持をもたらすために用いられてよい。
【００７６】
例示の実施形態では、近接領域７２１ｂと比較して、空洞領域７２１ａ内の誘電層は非常に薄くなっており、ＬＥＤ及び／又は蛍光体層からの熱伝導性を向上し、これらの構成要素をより低い動作温度に維持する。例えば、厚さＴ２は、Ｔ１の約５〜２５％であってよい。更に、Ｔ２は、０よりも大きいが、１０マイクロメートル以下であってよく、Ｔ１は少なくとも２０マイクロメートルであってよい。例示の実施形態では、Ｔ１は２００マイクロメートル以下であってよい。熱伝導性の向上に加えて、薄化された空洞領域の特質は、反射材料で被覆されて効率の向上をもたらし得る、傾斜側壁の形成など他の利点を提供してよい。また、ＬＥＤ及び／又は蛍光体層を薄化空洞領域内の基材に取り付けることにより、これらの構成要素は、可撓性基材面を超えて高く延在せず、低形状因子の用途により好適なより薄型の装置をもたらす。
【００７７】
開示実施形態で用いるのに好適な例示の可撓性基材の更なる設計上の詳細は、同一所有者の米国特許出願であり、参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年１１月３日出願の米国特許出願第６１／４０９，７９６号、２０１０年１１月３日出願の同第６１／４０９，８０１号に記載されている。
【００７８】
図８は、例示の可撓性基材を含む別の広帯域光源８１０の概略側面図、つまり概略断面図である。基材の空洞領域内の誘電層に貫通孔が設けられていることを除いて、光源８１０のほぼ全ての他の図示される構成要素は、図７の光源７１０に同等の要素を有する。
【００７９】
したがって、光源８１０は、基材８１８に配置された１個の青色発光ＬＥＤ  ８１２を含み、この基材はまた、ＬＥＤからの青色光に曝されるとより長い波長の可視光を放射する蛍光体層８１４をその上に有する。ＬＥＤ  ８１２は、ワイヤボンド８２０によって導電性経路に接続されてよい。
【００８０】
光源８１０はまた、ＬＥＤ及び蛍光体層８１４に向かって開きこれらを包含する、凸形状を有するダイクロイック反射体８１６を含む。反射体８１６の曲率中心は、点８１９と表示される。ＬＥＤ  ８１２は、点８１９に比較的近接して位置付けられ、蛍光体層８１４もまた、同様である。図１と同様に、蛍光体層８１４は、ＬＥＤに対してやや大き過ぎるように示される。
【００８１】
これもまた図７と同様に、ＬＥＤ  ８１２によって放射された青色光８１３ａは、ダイクロイック反射体８１６によって部分的に反射されて反射ＬＥＤ光８１３ｂが生成され、また、部分的に透過されて透過ＬＥＤ光８１３ｃが生成される。反射ＬＥＤ光８１３ｂは、蛍光体層８１４に当たるように向けられ、この結果、蛍光体が励起され、蛍光体層により長い波長の光８１５ａを放射させる。ダイクロイック反射体８１６は、このより長い波長の光を大いに透過させて、蛍光体光８１５ｂを生成する。透過光８１３ｃ及び透過光８１５ｂは空間的に結合して、白色光など光源８１０の広帯域出力光をもたらす。内部空間８１７は、ＬＥＤ及び蛍光体を封入する、好適な光透過性ガラス又はポリマー材料を含んでよく、ダイクロイック反射体はかかる封入材料の外表面に貼付されてよい。あるいは、内部空間８１７は、中空であってよい。
【００８２】
光源８１０は、主として、空洞領域８２１ａ内の誘電層を貫通して延在する穴、つまり「ビア」を有する可撓性基材８１８の誘電層８１８ａによって光源７１０と異なる。したがって、空洞領域８２１ａには誘電層８１８ａ’のいずれの部分もとどまらず、この領域の誘電層の厚さ（図７のＴ２を参照）は０と見なされてよい。近接領域８２１ｂ内の誘電層８１８ａの厚さはＴ１であり、これは、図７の厚さＴ１と同一であるか、類似していてよい。
【００８３】
誘電層８１８ａの上には導電層８１８ｂが配置され、この導電層は、図７の層７１８ｂ同一であるか、類似していてよい。熱伝導層８１８ｃは、層８１８ｂと比較して誘電層の反対側の主表面に配置され、この熱伝導層は、図７の層７１８ｃと同一であるか、類似していてよい。層８１８ｂ、８１８ｃのうちの１つ、又は両方は、空洞領域８２１ａでの誘電層８１８ａの不在を考慮して、この領域内でＬＥＤ及び蛍光体層に物理的支持をもたらすように構成されてよい。
【００８４】
空洞領域内で、穴が基材の誘電層を貫通して延在するという、光源８１０の際立った特徴はまた、図１、２、４、５、６、及び７に関連して上述した光源など本明細書に記載の他の実施例に適用されてよい。当然のことながら、図７に関連して上述した例示の可撓性基材はまた、図１、２、４、５、及び６の広帯域光源など本明細書に記載の他の広帯域光源のいずれにも組み込まれてよい。
【００８５】
図７及び８に関連して上述した例示の可撓性基材を組み込む開示された広帯域光源は、青色発光ＬＥＤだけではなく、紫外線（ＵＶ）発光ＬＥＤも用いてよい。したがって、空洞領域と、より厚い近接領域と、を有する例示の可撓性基材を用いる本明細書に記載の各実施形態（図７及び８の実施形態が挙げられるが、これらに限定されない）については、実質的に紫外線を放射するＬＥＤを各青色ＬＥＤに置き換えてよい。この置き換え又は代用を行った場合、かかる各光源の２個の他の構成要素はまた、所望に応じて変更してよい。つまり、ダイクロイック反射体は、ＵＶ  ＬＥＤ光が光源の広帯域出力光にほとんど寄与しないか、全く寄与しないように、大幅に少ない（ここではＵＶ）ＬＥＤ光を透過させるように調整されてよく、ダイクロイック反射体はまた、蛍光体層によって放射されてよい青色光をより容易に透過させるように、可視スペクトルの青色領域でより高い透過率を有するように調整されてよく、蛍光体層は、蛍光体がＵＶ励起光に確実に反応するように、及び／又はＵＶ  ＬＥＤ光に反応して蛍光体によって放射されたより長い波長の光が可視スペクトルの青色領域の光を含むように、所望に応じて別の蛍光体層に置き換えられてよい。青色励起光に曝されると、より長い波長の可視光を放射する多くの蛍光体材料はまた、ＵＶ励起光に曝されると、より長い波長の可視光を放射する。
【００８６】
いずれの場合においても、青色光ではなくＵＶを放射する１個又は２個以上のＬＥＤを用いる広帯域光源の関連態様は、図９ａ、９ｂ、及び９ｃで提供される。
【００８７】
図９ａは、例示のＵＶ  ＬＥＤ及び例示の蛍光体のスペクトル強度分布の理想化されたグラフである。曲線９１０は、ＵＶ発光ＬＥＤのおおよそのスペクトル分布を概略的に示す。曲線９１２は、ＵＶ  ＬＥＤからの光に曝されると、例示の蛍光体材料によって放射された光のおおよそのスペクトル分布を概略的に示す。読者は、これらの曲線が、本発明を制限するためではなく、本発明の理解を促進するために提供されることを理解するであろう。読者はまた、曲線９１２の光が、実質的に白色又は他の所望の色相に見える広帯域出力光を単独でもたらすことを理解するであろう。
【００８８】
図９ｂは、ＵＶ  ＬＥＤ及び白色又は他の広帯域可視光線を放射する蛍光体に用いる例示のダイクロイック反射体のスペクトル反射率又は透過率の理想化されたグラフである。ここにおいても、読者は、これらの曲線が、本発明を制限するためではなく、本発明の理解を促進するために提供されることを理解するであろう。曲線９２０は、法線入射光に対するダイクロイック反射体の反射率を概略的に示し、曲線９２２は、対応する透過率を示す。これらの曲線は、ほとんどのダイクロイック反射体が低損失特性を有するために、実質的に相補的である。法線入射以外の角度でダイクロイック反射体に当たる光は、曲線９２０、９２２と類似の又は著しく異なる透過特性及び反射特性を体験してよく、類似又は相違の程度は、図３ｂに関連して前述したように入射角に応じて異なり、また、光の偏光状態によって異なる可能性がある。したがって、類似の理由で、光源の光学軸及びダイクロイック反射体の曲率中心に比較的近接するようにＵＶ  ＬＥＤを位置付けることは概して有利であることが多い。この配置は、ダイクロイック反射体の領域において、ＬＥＤからの光及び蛍光体からの光の入射角が法線入射にかなり近くなるように維持するのに役立ち得る。
【００８９】
場合によっては、曲線９２２は、ＬＥＤからの紫外線が広帯域光源の出力にほとんど含まれないか、全く含まれない（かつ、ダイクロイック反射体に当たるＵＶ  ＬＥＤ光のほぼ全てが蛍光体層に反射される）ように、例えば４００ｎｍ付近の紫外線に対してほとんど透過率を呈さないか、全く呈さない。他の場合では、一部の紫外線はダイクロイック反射体によって透過されてよく、ある程度の広帯域光源の出力中の紫外線は有害と見なされなくてよい。曲線９２２は、可視波長スペクトルの大部分にわたって、例えば、可視スペクトルの赤色、緑色、及び青色領域にわたって、高い透過率を有するように調整されてよい。ダイクロイック反射体のかかる特性により、蛍光体層によって放射された赤色光及び緑色光だけではなく、青色光も広帯域光源の出力に含まれることが可能になる。光源からの広帯域出力光は実質的に白色であってよく、蛍光体層によって放射された光から本質的になり、ＵＶ  ＬＥＤからの光はほとんど含まれないか、全く含まれなくてよい。かかる白色光の色温度は、蛍光体層の賢明な設計によって、例えば、赤色、緑色、及び青色波長の所望の比率を確保するために混合して用いる異なる蛍光体材料の適切な相対量の選択によって、又はターゲットとなる色温度又は色相を得るために他の選択された波長若しくは色の賢明な設計によって調整されてよい。
【００９０】
図９ｃは、ＵＶ  ＬＥＤ  ９３２からの光が用いられて蛍光体９３４内でより長い波長の光を励起する光源９３０を示す概略図であり、より長い波長の光が単独で光源の広帯域（例えば、白色）可視出力光をもたらす。蛍光体からの長波長光は、用いる蛍光体材料に応じて白色又は他の色に見えてよい。ここにおいても概略的にのみ図示されるダイクロイック反射体９３６は、ＬＥＤ  ９３２からの紫外線をほとんど透過させないか、全く透過させなくてよく、蛍光体９３４に当たるＵＶ  ＬＥＤ光のほぼ全てを反射してよい。反射ＵＶ  ＬＥＤ光は蛍光体を励起し、ダイクロイック反射体９３６によって大いに透過される、ストークシフトされたより長い波長の光を放射させる。蛍光体からのより長い波長の光は、単独で広帯域出力光、例えば、白色光をもたらしてよい。
【００９１】
図１０は、熱的にモデル化した広帯域光源１０１０の一部の概略側面図、つまり概略断面図である。光源は、薄型可撓性基材１０１８に配置されたＬＥＤ  １０１２と、蛍光体層１０１４と、を含む。ＬＥＤは、外部効率２５％のＧａＮからなる青色発光ＬＥＤであると仮定する。可撓性基材１０１８は、ポリイミドからなる誘電層１０３４と、誘電層の１つの主表面上に配置された、銅からなる導電層１０３２と、誘電層の反対側の主表面に配置され、これもまた銅からなる熱伝導層１０３６と、を含むか、これらから本質的になると見なされてよい。誘電層は、空洞領域１０２１ａ内の第１の厚さと、近接領域１０２１ｂ内の第２の厚さ（第１の厚さよりも大きい）と、を有するように模様付けされるか、ないしは別の方法で成形される。ＬＥＤは、はんだ層１０３０ａによって基材１０１８に取り付けられる。蛍光体層１０１４は、反射層１０３０ｂによって基材に取り付けられる。基材１０１８の下では、熱伝導材料１０３８が用いられて、アルミニウムからなると仮定されたヒートシンク１０４０に基材が取り付けられて熱結合される。
【００９２】
図１０には凸状ダイクロイック反射体が図示されていないが、ＬＥＤ  １０１２によって放射された青色光の全てが蛍光体層１０１４の上面に当たり、この青色光の全てが蛍光体層１０１４によって吸収されると仮定することにより、このモデルは本質的に凸状ダイクロイック反射体を含む。このモデルは、蛍光体層が吸収ＬＥＤ光からのエネルギーの８０％を再放射されたより長い波長の光に変換し、吸収ＬＥＤ光からのエネルギーの２０％を熱に変換すると更に仮定した。蛍光体層は、主としてシリコーン樹脂（蛍光体粒子はこの中で分散していてよい）からなり、シリコーン樹脂の熱伝導率はＧａＮ  ＬＥＤ材料の熱伝導率の１％未満であると仮定した。
【００９３】
蛍光体層１０１４の厚さは１００マイクロメートルであると仮定し、ＬＥＤ  １０１２の厚さは３００マイクロメートルと仮定した。反射体層１０３０ｂは、銀の１マイクロメートル厚層であると仮定した。はんだ層１０３０ａは、スズ中１０％の金を含む３０マイクロメートル層であると仮定した。ポリイミド層１０３４は、近接領域１０２１ｂにおいて１５マイクロメートル厚であり、空洞領域１０２１ａにおいては５マイクロメートル厚であると仮定した。銅層１０３２、１０３６は、それぞれ３５マイクロメートル厚であると仮定した。
【００９４】
次にモデルは、１ｍｍ２のＬＥＤが１ワットの電力で動作して発光すると仮定し、光源１０１０の様々な部分の定常状態温度を算出した。ヒートシンク１０４０の温度は２５℃であると仮定した。ＬＥＤ  １０１２は、その体積のほぼ全てにわたって３８〜４４℃の範囲内の温度を有し、ＬＥＤのごく一部が３８℃よりも低いことが判明した。一方、蛍光体層１０１４は、厚さ方向に沿って著しい温度有することが判明した。層１０１４の最上部は８３〜８９℃の範囲の温度を有し、層１０１４の最下部は５７〜６４℃の範囲の温度を有した。
【００９５】
蛍光体層について算出したより高い温度は、シリコーンの熱伝導率とＧａＮの熱伝導率との既知の大きな相違と一致する。しかし、ＬＥＤ及び蛍光体層の両方について算出した温度は、実際には、空洞領域１０２１ａにおける誘電層１０３４の薄化を組み込まない実施形態に対して顕著な向上、即ち、ＬＥＤ及び蛍光体層の定常状態における動作温度の低下を示す。更に、蛍光体層の裏側への反射体層の配置を組み合わせた蛍光体層の前面照射構成によって、蛍光体層厚は、ＬＥＤの上発光面にコーティングが施された（したがって、ＬＥＤからの光が蛍光体層を通過せずにダイクロイック反射体へと進む構成ではない）場合の類似の蛍光体層に必要となるであろう厚さの約半分にすることができ、この蛍光体層厚の減少はまた、蛍光体層の動作温度の低減に役立つ。
【００９６】
ここで再び図２を参照すると、上述の光源２１０の実施形態は、ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（商標）光学設計ソフトウェアを用いて、光源４１０、５１０、及び６１０からモデル化した光源に類似の方法でモデル化した。光源２１０のモデル化した実施形態の関連設計パラメータの一部は次のとおりである。
【００９７】
・蛍光体層は、屈折率１．４１のシリコーン結合剤に浸漬された屈折率１．８のＣｅ：ＹＡＧ粒子からなり、この層が０．１ｍｍの物理的厚さを有すると仮定した。
【００９８】
・ＬＥＤは、それぞれ１ｍｍ×１ｍｍの面内寸法を有する正方形であり、厚さ１０マイクロメートル、及び出力波長４６０ｎｍであると仮定した。各ＬＥＤはまた、（蛍光体層に隣接する）その背面に反射コーティングが施され、この反射コーティングは５０％の反射率及び５０％の吸収率を有すると仮定した。
【００９９】
・ダイクロイック反射体は、ＢＫ７ガラス製平凸レンズの半球凸状面に配置され、このレンズは５ｍｍの直径及び２．５ｍｍの曲率半径を有すると仮定した。ダイクロイック反射体は、４００〜４９０ｎｍの範囲の法線入射光に対して９０％の反射率及び１０％の透過率を有すると仮定した。ダイクロイック反射体はまた、波長が４９０ｎｍ以上の法線入射光に対して約１００％の透過率を有すると仮定した。
【０１００】
・平凸レンズは、平面側がＬＥＤの上面に配置されるように位置付け、レンズの平面側と蛍光体層の上部との間の空間を屈折率１．４１のシリコーン材料で充填した。したがって、シリコーン材料はＬＥＤも封入した。
【０１０１】
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓソフトウェアを用いて、光源２１０のこの実施形態によってもたらされる出力光をモデル化した。図４ａ、５ａ、及び６ａに図示する、モデル化した強度分布とは違って、本研究の関心は、ＬＥＤ  ２１２ａ、２１２ｂの上面及び平凸レンズの下面（平面）と実質的に一致するように配置された内部観察面における出力光の物理的分布であった。この内部観察面では、光は、図１１ａに示す、算出された放射照度の空間分布を有した。放射照度は、グレースケール表示によって図で示され、この図のグレースケールの放射照度への対応は、図１１ｂの鍵に示される。
【０１０２】
図では、ＬＥＤによって放射された青色光によってもたらされ、それぞれＬＥＤ  ２１２ｂ、２１２ａに実質的に形状及び位置が対応する、最も明るい領域１１１２ａ、１１１２ｂが示される。また、蛍光体層部分によって放射されたより長い波長（黄色）の光によってもたらされ、それぞれ領域１１１２ａ、１１１２ｂの像に実質的に対応する明るい領域１１１２ａ’、１１１２ｂ’が示される。領域１１１２ａ、１１１２ｂ及びこれらのそれぞれの像は、ダイクロイック反射体のおおよその曲率中心を示し得る中心点１１１９及び光源２１０の光学軸と内部観察面との交点の反対側に形成される。
【０１０３】
特記しない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用されている量、性質の測定などを表現する全ての数は、用語「約」により改変されていると理解されるべきである。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付特許請求の範囲に記載の数値的パラメータは、本発明の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。均等論を特許請求の範囲の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似であるにもかかわらず、いかなる数値も本明細書で述べられる具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り精確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。
【０１０４】
本発明の様々な修正及び変更は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱せずに当該技術分野の当業者に明らかとであり、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。例えば、１つの開示実施形態の特徴は、別に記載のない限り、他の開示実施形態全てにも適用され得ることを、読者は推定すべきである。また、本明細書において参照された全ての米国特許、公開特許出願、並びに他の特許及び非特許文書は、それらが上述の開示に矛盾しない範囲において、参照によって全てが組み込まれることが理解されるべきである。
【図１】
2014508398.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【国際調査報告】
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