(57)【要約】【課題】複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する照明モジュールを提供する。【解決手段】本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し、該ＬＥＤの上側の透光性層（例えば、出力ウィンドウなど）には格子状構造体が設けられ、それが複数の色変換ポケットを形成している。或るポケット群は、第１の種類の波長変換材料で被覆されており、別のポケット群は、別の種類の波長変換材料で被覆されている。【選択図】図１５
2014511013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤの上側に配置され、前記複数のＬＥＤから放射された光を所定量通過させる出力ウィンドウと、
前記複数のＬＥＤ及び前記出力ウィンドウ間に位置するように該出力ウィンドウに取り付けられ、かつ内面領域を有する複数のポケットを形成する格子状構造体と、
前記複数のポケットのうちの第１のポケット群の前記内面領域を少なくとも部分的に覆う第１の波長変換材料と、
前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域を少なくとも部分的に覆う第２の波長変換材料とを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記第１のポケット群に前記第１の波長変換材料が充填され、前記第２のポケット群に前記第２の波長変換材料が充填されていることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記複数のポケットが、均一な大きさを有し、かつ互いに対して第１の距離を隔てて配置されており、
前記複数のＬＥＤが、互いに対して少なくとも、前記第１の距離よりも大きい第２の距離を隔てて配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記複数のポケットが、均一な大きさを有し、かつ互いに対して第１の距離を隔てて配置されており、
前記各ポケットが前記複数のＬＥＤのうちの各ＬＥＤにそれぞれ対応するように、前記複数のＬＥＤが、互いに対して前記第１の距離と同じ第２の距離を隔てて配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記出力ウィンドウが、焼結ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記格子状構造体が、焼結ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記複数のＬＥＤが同一平面上に配置されており、
前記格子状構造体が、前記出力ウィンドウから前記面まで延在していることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記出力ウィンドウの上側に第２の混合キャビティが配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
照明装置であって、
第１の面に配置され、各々がＬＥＤダイ領域に対して垂直に延びる中心軸を有する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤの各々を取り囲むように配置され、前記第１の面に対して斜角をなして配向され、かつ前記第１の面から、該第１の面の上側に該第１の面から第１の距離を隔てて位置する第２の面まで延在する反射性側壁と、
前記第２の面に設けられ、前記反射性側壁に結合され、かつ格子状構造体が配置されている透光性層とを含み、
前記格子状構造体が、内面領域を有する複数のポケットを形成し、
前記複数のポケットのうちの第１のポケット群の前記内面領域を第１の波長変換材料で少なくとも部分的に覆い、
前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域を第２の波長変換材料で少なくとも部分的に覆うように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記第１の距離が、前記第２の面において測定し前記透光性層及び前記反射性側壁の結合位置と前記ＬＥＤの前記中心軸との間の距離の半分よりも小さいことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記透光性層に取り付けられ、前記ＬＥＤの上側かつ前記ＬＥＤ及び前記透光性層間に配置された凸球面状リフレクタをさらに含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記透光性層の上側に配置されたウィンドウをさらに含み、
前記ウィンドウが、第２の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明装置であって、
前記ウィンドウが前記透光性層から離間して配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記反射性側壁が拡散反射性を有しており、かつ前記反射性側壁が前記第１の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記ＬＥＤと前記反射性側壁との間の空間に固形の透明媒質が充填されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明装置であって、
前記第１の波長変換材料が前記固形の透明媒質に埋め込まれていることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
ＬＥＤベース照明装置であって、
第１の色変換キャビティの上側に設けられ、かつ格子状構造体が配置されている透光性層を含み、
前記格子状構造体が、内面領域を有する複数のポケットを形成し、
前記複数のポケットのうちの第１のポケット群の前記内面領域を第１の波長変換材料で少なくとも部分的に覆うように構成したことを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＬＥＤベース照明装置であって、
前記第１の色変換キャビティの前記内面領域の前記部分を構成しかつ第２の波長変換材料で被覆された第１の表面領域を有する側壁と、
前記第１の色変換キャビティに直接的に入射する光を放射する第１のＬＥＤとをさらに含むことを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のＬＥＤベース照明装置であって、
第２の色変換キャビティに直接的に入射するが前記第１の色変換キャビティには直接的に入射しない光を放射する第２のＬＥＤをさらに含み、
前記透光性層が、前記第２の色変換キャビティの上側に設けられており、
前記第２の色変換キャビティの上側に配置された前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域を第２の波長変換材料で少なくとも部分的に覆うように構成したことを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載のＬＥＤベース照明装置であって、
前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域を第２の波長変換材料で少なくとも部分的に覆うように構成したことを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、３５ ＵＳＣ １１９の下で、２０１１年３月３１日に出願された米国特許仮出願第６１／４７０，３８９号に基づく優先権を主張する２０１２年３月２７日に出願された米国特許出願第１３／４３１，７９６号に基づく優先権を主張するものであり、前記両出願はその全体が参照により本明細書に援用されるものとする。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
照明装置により生成される光の出力レベルまたは光束の限界に起因して、一般照明における発光ダイオードの使用は依然として制約がある。また、ＬＥＤを使用する照明装置は一般的に、色点の不安定さによって特徴付けられる色品質の悪さに悩まされている。色点の不安定さは、部品間でばらつきがあるだけでなく、経時的に変化する。色品質の悪さは、出力がほとんどないバンドを有するＬＥＤ光源により生成されたスペクトルに起因する演色性の悪さによっても特徴付けられる。さらに、ＬＥＤを使用する照明装置は一般的に、空間的及び／または角度的な色むらを有している。加えて、ＬＥＤを使用する照明装置は高価である。その理由は、とりわけ、光源の色点を維持するために色制御電子装置及び／またはセンサが必要であるため、また、製造済みのＬＥＤから、用途のための色及び／または光束の要件を満たすものだけを小規模に選び出して使用するためである。
【０００４】
したがって、発光ダイオードを光源として使用する照明装置の改良が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。複数の色変換キャビティが設けられ、各キャビティは、波長変換材料で被覆された側壁を有している。１以上のＬＥＤが、各色変換キャビティ内に配置される。透過性層が、色変換キャビティの上側に設けられ得る。前記透過性層は、さらなる別の波長変換材料を有し得る。前記波長変換材料は、目的色点を有する出力光が生成されるように選択される。また、第２の光混合キャビティを、前記複数の色変換キャビティの上側に設けてもよい。
【０００６】
さらなる詳細及び実施形態及び技術は、以下の詳細な説明で説明する。この要約は、本発明を規定するものではない。本発明は、特許請求の範囲により規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】照明デバイス、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照明装置を示す図である。
【図２】照明デバイス、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照明装置を示す図である。
【図３】照明デバイス、リフレクタ及び固定部材を含む例示的な照装置を示す図である。
【図４】図１に示したＬＥＤベース照明モジュールの構成要素を示す分解図である。
【図５Ａ】図１に示したＬＥＤベース照明モジュールを示す斜視断面図である。
【図５Ｂ】図１に示したＬＥＤベース照明モジュールを示す斜視断面図である。
【図６】蛍光体層で被覆された反射性色変換要素及び透光性色変換要素を含むＬＥＤベース照明モジュールを示す断面図である。
【図７】蛍光体粒子を含有する色変換層を持つ透光性色変換要素を含むＬＥＤベース照明モジュールを示す断面図である。
【図８】蛍光体粒子を含有する色変換層を持つ反射性色変換要素を含むＬＥＤベース照明モジュールの一部を示す断面図である。
【図９】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１０】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１１】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１２】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１３】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１４Ａ】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の水平断面図である。
【図１４Ｂ】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の水平断面図である。
【図１４Ｃ】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の水平断面図である。
【図１４Ｄ】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の水平断面図である。
【図１４Ｅ】複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の水平断面図である。
【図１５】透光性層に取り付けられた格子状構造体を有するＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１６】透光性層に取り付けられた格子状構造体を有するＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１７】透光性層に取り付けられた格子状構造体を有するＬＥＤベース照明モジュールの様々な実施形態の垂直断面図である。
【図１８】透光性層に取り付けられた格子状構造体を有するＬＥＤベース照明モジュールの水平断面図である。
【図１９】透光性層に取り付けられた格子状構造体を有するＬＥＤベース照明モジュールの別の実施形態の垂直断面図である。
【図２０】ＬＥＤから放射された光を広範囲に分散しかつ色変換するように構成された色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの垂直断面図である。
【図２１】色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュールの断面図である。
【図２２】ＬＥＤの上側にＬＥＤから間隔をおいて配置された半透明の非平面状ウィンドウを含むＬＥＤベース照明モジュールの垂直断面図である。
【図２３】ＬＥＤの上側にＬＥＤから間隔をおいて配置された半透明の非平面状ウィンドウを含むＬＥＤベース照明モジュールの垂直断面図である。
【図２４】ＬＥＤの上側にＬＥＤから間隔をおいて配置された半透明の非平面状ウィンドウを含むＬＥＤベース照明モジュールの垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の背景の例及びいくつかの実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１、図２及び図３は、３つの例示的な照明装置１５０を示す。図１に示す照明装置は、矩形の構成要素を有する照明モジュール１００を含む。図２に示す照明装置は、円形の構成要素を有する照明モジュール１００を含む。図３に示す照明装置は、レトロフィットランプに組み込まれた照明モジュール１００を含む。これらの例は、説明目的のためのものである。略多角形または楕円形の照明モジュールの例も考えられ得る。照明装置１５０は、照明モジュール１００と、リフレクタ１２５と、固定部材（light fixture）１２０とを含む。図示のように、固定部材１２０は、ヒートシンク機能を有する。そのため、固定部材１２０は、ヒートシンク１２０と呼ばれることもある。また、固定部材１２０は、他の構造要素や装飾的要素（図示せず）を含み得る。リフレクタ１２５は、照明モジュール１００から放射された光を平行化したり偏向させたりするために照明モジュール１００に取り付けられる。リフレクタ１２５は、伝熱性材料、例えばアルミニウムや銅などの材料から作製することができ、照明モジュール１００に熱的に接続され得る。熱は、照明モジュール１００及び伝熱性リフレクタ１２５を介した熱伝達によって流れる。熱はまた、リフレクタ１２５上での熱対流によって流れる。リフレクタ１２５は、高反射性材料から作製されたかまたは高反射性材料で被覆された複合放物面集光器であり得る。ディフューザやリフレクタ１２５などの光学要素は、例えばねじ、クランプ、ツイストロック機構または他の適切な手段によって照明モジュール１００に着脱自在に結合され得る。図３に示すように、リフレクタ１２５は任意選択で、波長変換材料、拡散材料または他の任意の材料で被覆された側壁１２６及びウィンドウ１２７を含み得る。
【００１０】
図１、図２及び図３に示すように、照明モジュール１００は、ヒートシンク１２０に取り付けられる。ヒートシンク１２０は、伝熱性材料、例えばアルミニウムや銅などの材料から作製することができ、照明モジュール１００に熱的に接続され得る。熱は、照明モジュール１００及び伝熱性ヒートシンク１２０を介した熱伝達により流れる。熱はまた、ヒートシンク１２０上での熱対流によって流れる。照明モジュール１００をヒートシンク１２０に固定するために、照明モジュール１００はヒートシンク１２０にねじによって結合される。照明モジュール１００の取り外し及び再取り付けを容易にするために、照明モジュール１００は、例えばクランプ機構、ツイストロック機構または他の適切な手段によってヒートシンク１２０に着脱自在に結合され得る。照明モジュール１００は、例えば直接的にあるいはサーマルグリース、サーマルテープ、サーマルパッドまたはサーマルエポキシを用いてヒートシンク１２０に熱的に接続される少なくとも１つの熱伝達面を有する。ＬＥＤを十分に冷却するためには、実装基板上のＬＥＤに供給される電気エネルギー１ワットあたり、少なくとも５０平方ミリメートル、好ましくは１００平方ミリメートルの面積を有する熱接触領域を用いるべきである。例えば、２０個のＬＥＤを使用する場合、１０００〜２０００平方ミリメートルの面積を有するヒートシンク接触領域を用いるべきである。より大きいヒートシンク１２０を用いると、ＬＥＤ１０２をより高い出力で駆動させることが可能になり、また、様々なヒートシンク設計が可能になる。例えば、いくつかの設計は、ヒートシンクの配向に対する依存性が低い冷却能力を示し得る。加えて、照明モジュールから熱を除去するために、ファンまたは強制的に冷却するための他の手段を用いることができる。底部ヒートシンクは、照明モジュール１００への電気的接続を可能にするための開口部を有し得る。
【００１１】
図４は、例として図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の構成要素を示す分解図である。本明細書で定義するように、ＬＥＤベース照明モジュールは、１つのＬＥＤではなく、ＬＥＤ光源またはＬＥＤ照明装置、あるいはそれらの構成部品であることを理解されたい。例えば、ＬＥＤベース照明モジュールは、図３に示すようなＬＥＤベースの交換用ランプであり得る。ＬＥＤベース照明モジュール１００は、１若しくは複数のＬＥＤダイまたはパッケージ化されたＬＥＤと、それらが実装される実装基板とを含む。一実施形態では、ＬＥＤ１０２は、フィリップス・ルミレッズ・ライティング社（Philips Lumileds Lighting）製のルクシオン・レベル（Luxeon Rebel）などのパッケージ化されたＬＥＤである。別の種類のパッケージ化されたＬＥＤ、例えば、ＯＳＲＡＭ社（Ostar package）、ルミナス・デバイセズ社（Luminus Devices；米国）、クリー社（Cree；米国）、日亜工業（日本）、またはトリドニック社（Tridonic；オーストリア）製のパッケージ化されたＬＥＤなどを用いることもできる。本明細書で定義するように、パッケージ化されたＬＥＤは、ワイヤボンド接続部やスタッドバンプなどの電気接続部を含み、場合によっては光学素子並びに熱的、機械的及び電気的インターフェースを含む、１若しくは複数のＬＥＤダイのアセンブリである。ＬＥＤチップは一般的に、約１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍのサイズを有するが、この寸法は変更可能である。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は複数のＬＥＤチップを含み得る。複数のＬＥＤチップは、同系色または互いに異なる色（例えば、赤色、緑色、青色）の光を放射することができる。実装基板１０４が取付台１０１に取り付けられ、実装基板保持リング１０３によって所定の位置に固定される。ＬＥＤ１０２を実装した実装基板１０４と実装基板保持リング１０３とを互いに組み合わせることにより、光源サブアセンブリ１１５が構成される。光源サブアセンブリ１１５は、ＬＥＤ１０２を使用して、電気エネルギーを光に変換することができる。光源サブアセンブリ１１５から放射された光は、色混合または色変換のための光変換サブアセンブリ１１６へ導かれる。光変換サブアセンブリ１１６は、キャビティ本体部１０５と出力ポートとを含む。出力ポートは、これに限定しないが、出力ウィンドウ１０８として図示されている。光変換サブアセンブリ１１６は、任意選択で、底部リフレクタ挿入体１０６及び側壁挿入体１０７の一方または両方を含む。出力ウィンドウ１０８は、出力ポートとして用いる場合には、キャビティ本体部１０５の頂部に結合される。いくつかの実施形態では、出力ウィンドウ１０８は、接着剤によってキャビティ本体部１０５に結合され得る。出力ウィンドウ１０８からキャビティ本体部１０５への熱放散を促進するために、伝熱性接着剤を用いることが望ましい。前記接着剤は、出力ウィンドウ１０８とキャビティ本体部１０５との界面に存在する温度に確実に耐えることができるものを用いるべきである。さらに、前記接着剤は、出力ウィンドウ１０８から放射される光を吸収するのではなく、入射光を可能な限り反射または透過することが好ましい。一例では、ダウ・コーニング社（Dow Corning；米国）製のいくつかの接着剤（例���ば、ダウ・コーニング型番ＳＥ４４２０、ＳＥ４４２２、ＳＥ４４８６、１−４１７３、またはＳＥ９２１０）のうちの１つの熱耐性、伝熱性及び光学特性が、好適な性能を提供するであろう。なお、他の伝熱性接着剤も考えられ得る。
【００１２】
キャビティ本体部１０５を光源サブアセンブリ１１５上に設置したときに、ＬＥＤ１０２から入射した光及び任意の波長変換光を、出力ポート（例えば、出力ウィンドウ１０８）から出射されるまでキャビティ１６０内で反射することができるように、キャビティ本体部１０５の内部側壁または側壁挿入体１０７（任意選択でキャビティ本体部１０５内に配置された場合）は反射性を有する。底部リフレクタ挿入体１０６は、任意選択で、実装基板１０４上に配置され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、各ＬＥＤ１０２の光放射部分を遮らないように、複数の孔を有する。キャビティ本体部１０５を光源サブアセンブリ１１５上に設置したときに、ＬＥＤ１０２から入射した光を側壁挿入体１０７の内面によって出力ウィンドウ１０８へ導くことができるように、側壁挿入体１０７は任意選択でキャビティ本体部１０５の内部に配置され得る。図示のように、キャビティ本体部１０５の内部側壁は、照明モジュール１００の上側から見ると矩形であるが、他の形状も考えられる（例えば、クローバ状や多角形など）。加えて、キャビティ本体部１０５の内部側壁は、図示のように出力ウィンドウ１０８に対して垂直に配向させるのではなく、実装基板１０４から出力ウィンドウ１０８へ外向きにテーパまたは湾曲させてもよい。
【００１３】
底部リフレクタ挿入体１０６及び側壁挿入体１０７は、キャビティ１６０内で下向きに反射された光を概ね出力ポート（例えば、出力ウィンドウ１０８）の方向に反射して戻すことができるように、高反射性であり得る。加えて、挿入体１０６及び１０７は、追加的なヒートスプレッダとしての機能を果たすことができるように、高い伝熱性を有し得る。例えば、挿入体１０６及び１０７は、高い反射性及び耐久性を有するように加工されたアルミニウムベース材料などの高伝熱性材料から製造され得る。例えば、ドイツのアラノッド社（Alanod）製のＭｉｒｏ（登録商標）と呼ばれる材料を使用することができる。高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または挿入体１０６及び１０７の内面を１若しくは複数の反射コーティングで被覆することによって実現することができる。あるいは、挿入体１０６及び１０７は、３Ｍ社（米国）製のＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ＥＳＲ、東レ（日本）製のＬｕｍｉｒｒｏｒ（商標）Ｅ６０Ｌ、または古河電気工業（日本）製のものなどの微結晶性ポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）などの高反射性の薄い材料から作製してもよい。別の例では、挿入体１０６及び１０７は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、挿入体１０６及び１０７は、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（W.L. Gore；米国）またはベルクホフ社（Berghof；ドイツ）から販売されている厚さ１〜２ｍｍのＰＴＦＥ材料から作製され得る。さらに別の実施形態では、挿入体１０６及び１０７は、例えば金属層または非金属層（ＥＳＲ、Ｅ６０Ｌ、またはＭＣＰＥＴ）などの薄い反射性層が裏張り（裏側に被覆）されたＰＴＦＥ材料から作製され得る。側壁挿入体１０７、底部リフレクタ挿入体１０６、出力ウィンドウ１０８、キャビティ本体部１０５、及び実装基板１０４に、高拡散反射性コーティングを適用することもできる。そのようなコーティングには、二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粒子、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）粒子、またはこれらの材料の組み合わせが含まれ得る。
【００１４】
図５Ａ及び図５Ｂは、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の斜視断面図である。この実施形態では、側壁挿入体１０７と、出力ウィンドウ１０８と、実装基板１０４上に配置された底部リフレクタ挿入体１０６とにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００内に光混合キャビティ１６０（図５Ａに示す）が画定される。ＬＥＤ１０２から入射した光の一部は、出力ウィンドウ１０８から出射されるまで、光混合キャビティ１６０で反射される。出力ウィンドウ１０８から出る前の光をキャビティ１６０内で反射することにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射された光が混合され、光の分布がより均一になるという効果が得られる。加えて、出力ウィンドウ１０８から出る前の光が光混合キャビティ１６０内で反射されることにより、所定量の光が、キャビティ１６０内に含まれる光変換材料との相互作用によって色変換される。
【００１５】
図１〜図５Ｂに示すように、ＬＥＤベース照明モジュール１００は単一の色変換キャビティ１６０を有しているが、他の実施形態も可能である。一態様では、出力ウィンドウ１０８は、光抽出、色変換及び出力ビームプロファイル成形を促進するための三次元形状のシェル構造体であり得る。別の態様では、複数のポケットを形成するグリッド構造が、ＬＥＤベース照明モジュール１００のウィンドウに取り付けられる。別個のポケットを、互いに異なる波長変換材料で被覆することにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光の色点を調節することができ、それにより、均一性が向上した光線を出力することができる。さらなる別の態様では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、各々がＬＥＤまたはＬＥＤ群を取り囲む複数の色変換キャビティ１６０を含むことができる。別個の色変換キャビティ１６０の色変換特性を変更することにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光の色点を調節することができ、それにより、均一性が向上した光線を出力することができる。加えて、各色変換キャビティから放射された光を集め、該光が照明モジュール１００から出る前にさらに混合するための第２の混合キャビティを設けることができる。さらなる別の態様では、色変換キャビティは、色変換キャビティ内での一連の反射によって、光を横方向に、ＬＥＤから離れる方向へ送達することにより、ＬＥＤ１０２から放射された光を広範囲にわたって分散及び色変換するように構成することができる。いくつかの例では、ＬＥＤから放射された光は、色変換キャビティ内に埋め込まれた波長変換材料によって色変換される。いくつかの例では、ＬＥＤから放射された光は、色変換キャビティの出力口に配置された波長変換材料によって色変換される。
【００１６】
複数のＬＥＤ１０２は、直接的な放射または蛍光体変換（例えば、ＬＥＤパッケージの一部としてのＬＥＤに対して蛍光体層が適用された場合）によって、互いに異なる色または同一の色の光を放射することができる。したがって、照明モジュール１００は、例えば赤色、緑色、青色、アンバー（琥珀色）、シアン（青緑色）などの有色ＬＥＤ１０２の任意の組み合わせを用いることができる。あるいは、複数のＬＥＤ１０２の全てが、同一色の光を生成するようにしてもよい。また、ＬＥＤ１０２の一部または全てが白色の光を生成するようにしてもよい。加えて、複数のＬＥＤ１０２は、偏光または非偏光を放射するようにしてもよく、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、偏光ＬＥＤまたは非偏光ＬＥＤの任意の組み合わせを用いることができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は、青色光またはＵＶ光の波長範囲では発光効率が高いため、青色光またはＵＶ光を放射する。光混合キャビティ１６０内に含まれる波長変換材料と組み合わせて使用することにより、照明装置１００から放射される光が所望の色を有するようにすることができる。これらの波長変換材料の光変換特性は、キャビティ１６０内での光混合と協働して、色変換された光の出力をもたらす。また、波長変換材料の化学的性質及び／または物理的性質（例えば、厚さや濃度）、あるいはキャビティ１６０の内面に形成されるコーティングの幾何学的性質を調節することにより、出力ウィンドウ１０８から出力される光の特定の色特性、例えば色点、色温度及び演色評価指数（ＣＲＩ）を設定することができる。
【００１７】
本明細書の目的のために、波長変換材料は、色変換機能（例えば、或るピーク波長を有する光を所定量吸収し、それに応じて、別のピーク波長を有する光を所定量放射する機能）を果たす任意の単一の化合物または互いに異なる複数の化合物の混合物である。
【００１８】
キャビティ１６０の一部、例えば、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７、キャビティ本体部１０５、出力ウィンドウ１０８、及びキャビティ内に配置される他の構成要素（図示せず）は、波長変換材料で被覆されるか、または波長変換材料を含んでなる。図５Ｂは、側壁挿入体１０７の一部を、波長変換材料で被覆した様子を示す。さらに、キャビティ１６０の別の構成要素を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。
【００１９】
例として、蛍光体は、下記の化学式で表される物質群から選択され得る。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅまたは単にＹＡＧとも呼ばれる）、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｃａ３（Ｓｃ，Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｃｓ２ＣａＰ２Ｏ７、Ｃｓ２ＳｒＰ２Ｏ７、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ、Ｙ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ、及びＬｕ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｅ。
【００２０】
一例では、照明デバイスの色点の調節は、同様に１若しくは複数の波長変換材料で被覆されたかまたは該材料を含浸させた側壁挿入体１０７及び／または出力ウィンドウ１０８を交換することにより実現することができる。一実施形態では、ユウロピウム活性化アルカリ土類窒化ケイ素（例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）などの赤色蛍光体によって、側壁挿入体１０７及び、キャビティ１６０の底部に配置された底部リフレクタ挿入体１０６の一部を被覆し、ＹＡＧ蛍光体によって出力ウィンドウ１０８の一部を被覆する。別の実施形態では、アルカリ土類オキシ窒化ケイ素などの赤色発光蛍光体によって、側壁挿入体１０７及び、キャビティ１６０の底部に配置された底部リフレクタ挿入体１０６の一部を被覆し、赤色発光アルカリ土類オキシ窒化ケイ素と黄色発光ＹＡＧ蛍光体との混合物によって出力ウィンドウ１０８の一部を被覆する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、前記蛍光体は、適切な溶媒媒体中で結合剤、そして任意選択で界面活性剤及び可塑剤と混合される。その結果得られた混合物は、スプレー塗布、スクリーン印刷、ブレードコーティング、または他の任意の手段のいずれかによって堆積させられる。前記キャビティを画定する側壁の形状及び高さを選択するか、または前記キャビティ内における前記蛍光体で被覆される部分を選択するか、または光混合キャビティ１６０の表面に形成される蛍光体層の厚さ及び濃度を最適化することにより、照明モジュール１００から放射される光の色点を要望通りに調節することができる。
【００２２】
一例では、１種類の波長変換材料が、図５Ｂに示す側壁挿入体１０７などの側壁にパターン形成され得る。例えば、赤色蛍光体を側壁挿入体１０７における互いに異なる領域に所定のパターンで適用し、黄色蛍光体で出力ウィンドウ１０８を被覆してもよい。前記蛍光体の被覆領域及び／または濃度を変更することにより、様々な色温度を生成することができる。ＬＥＤ１０２により生成された光が異なる場合に、所望の色温度を生成するためには、赤色蛍光体の被覆領域及び／または赤色蛍光体及び黄色蛍光体の濃度を変更する必要があることを理解されたい。ＬＥＤ１０２、側壁挿入体１０７に適用される赤色蛍光体、及び出力ウィンドウ１０８に適用される黄色蛍光体の各部品の色性能をそれらの組み合わせ前に測定しておき、前記各部品を互いに組み合わせたときに所望の色温度が得られるように、測定された性能に基づいて各部品を選択するとよい。
【００２３】
多くの用途では、３１００ケルビン未満の相関色温度（ＣＣＴ）を有する白色光出力を生成することが望ましい。例えば、多くの用途では、２７００ケルビン未満のＣＣＴを有する白色光が望ましい。スペクトルの青またはＵＶ部分で放射するＬＥＤで生成された光を、３１００ケルビン未満のＣＣＴを有する白色出力に変換するためには、一般的に、相当量の赤色発光が必要とされる。要求されるＣＣＴを実現するために、黄色蛍光体を、赤色発光蛍光体、例えばＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｓｒ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｌｉ２ＮｂＦ７：Ｍｎ４＋、Ｌｉ３ＳｃＦ６：Ｍｎ４＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋及びＭｇＯ．ＭｇＦ２．ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋と混合させる取り組みがなされている。しかし、出力光のＣＣＴの、前記混合物中の赤色発光成分に対する感度に起因して、一般的に、出力光の色一致性は低い。色分布の悪さは、特に照明用途では、複数の蛍光体を混合させた場合により顕著である。出力ウィンドウ１０８を、赤色発光蛍光体を含まない蛍光体または蛍光体混合物で被覆することにより、色一致性に関する問題を避けることができる。３１００ケルビン未満のＣＣＴを有する白色出力を生成するために、赤色発光蛍光体または蛍光体混合物を、ＬＥＤベース照明モジュール１００の側壁あるいは底部リフレクタに堆積させる。特定の赤色発光蛍光体または蛍光体混合物（例えば、６００〜７００ｎｍのピーク波長発光を有する）並びに該蛍光体または蛍光体混合物の濃度は、３１００ケルビン未満のＣＣＴを有する白色出力を生成するために選択される。このようにして、ＬＥＤベース照明モジュールは、赤色発光蛍光体成分を含まない出力ウィンドウにより、３１００ケルビン未満のＣＣＴを有する白色光を生成することができる。
【００２４】
ＬＥＤベース照明モジュールの場合、ＬＥＤから放射された光（例えば、ＬＥＤ１０２から放射された青色光）の一部を、少なくとも１つの光混合キャビティ１６０内で、光子の損失を最小限に抑えながら、より長い波長を有する光に変換することが望ましい。高密度に充填された蛍光体薄層が、隣接する蛍光体粒子による再吸収、全反射（ＴＩＲ）及びフレネル効果に関連する損失を最小限に抑えながら、入射光の大部分を効率的に色変換するのに好適である。
【００２５】
図６は、ＬＥＤ１０２から放射された光子と色変換キャビティ１６０の構成要素１３３との相互作用に注目した、色変換キャビティ１６０の断面図である。図示のように、色変換キャビティ１６０は、反射性色変換要素１３０と、透光性色変換要素１３３とを含む。透光性色変換要素１３３は、透過性層１３４と、該透過性層に結合された透光性色変換層１３５とを含む。反射性色変換要素１３０は、反射性層１３１と、該反射性層に結合された反射性色変換層１３２とを含む。
【００２６】
透光性色変換要素１３３は、透光モードにおいて、高効率の色変換を提供する。色変換層１３５は、低密度充填型の蛍光体薄層を含む。紫外線またはサブ紫外線を照射する照明器具では、紫外線波長に曝される人体に対する健康上のリスクのために、未変換光を透過することは望ましくない。また一方、ＵＶよりも大きい発光波長を有するＬＥＤにより駆動されるＬＥＤベース照明モジュールの場合、未変換光（例えば、ＬＥＤ１０２から放射された青色光）の大部分が光混合キャビティ１６０を色変換されることなく通過することが望ましい。このことにより、色変換プロセスに伴う損失を避けることができるので、高効率が促進される。低密度充填型の蛍光体薄層が、入射光の一部を色変換するのに適している。例えば、入射光の少なくとも１０％が色変換層１３５を色変換されることなく透過することができるように構成することが望ましい。
【００２７】
反射性色変換要素１３０は、反射モードにおいて、高効率の色変換を提供する。反射性色変換層１３２は、反射性層１３１上に、所望の厚さで、かつ高密度で堆積させられる。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子の平均密度の２倍の厚さ、及び９０％よりも大きい充填密度が望ましい。これらの実施形態では、蛍光体粒子の平均密度は、６〜８μｍである。
【００２８】
図７は、ＬＥＤ１０２から放射された光子と透光性色変換要素１３３との相互作用に注目したＬＥＤ照明モジュール１００の断面図である。透過性層１３４は、光学的に透明な媒体（例えば、ガラス、サファイア、ポリカーボネート、プラスチック）から作製することができる。透過性層１３４はまた、半透明材料（例えば、ＰＴＦＥ薄層またはエッチングされた光学的に透明な媒体）から作製することもできる。透光性色変換要素１３３は、透光性色変換要素１３３は、照明モジュールの光学性能を高めるための追加的な層（図示せず）を含むことができる。一例では、透光性色変換要素１３３は、例えばニクロムフィルタなどの光学的フィルム、低指数コーティング、散乱粒子層などの追加的な層、または追加的な蛍光体粒子含有色変換層を含むことができる。いくつかの実施形態では、半透明の色変換層１３５が、ポリマー結合剤１４２中に蛍光体粒子１４１を埋め込むことにより構成される。蛍光体粒子１４１は、光の一部が、透光性色変換要素１３３を色変換されることなく透過することができるように配置される。
【００２９】
一実施形態では、半透明の色変換層１３５が、透過性層１３４上に、蛍光体粒子の平均径の３倍の厚さである厚さＴ１３５で、かつ８０％よりも大きい充填密度で堆積させられる。この実施形態では、蛍光体粒子の平均径は、１０μｍであり得る。
【００３０】
図７に示すように、ＬＥＤ１０２から放射された青色光子１３９は、透光性色変換要素１３３を色変換することなく通過し、青色光子として混合光１４０に寄与する。また一方、ＬＥＤ１０２から放射された青色光子１３８は、色変換層１３５に埋め込まれた蛍光体粒子によって吸収される。青色光子１３８により提供された刺激に応答して、蛍光体粒子は、より長い波長の光を等方性放射パターンで放射する。図示した例では、蛍光体粒子は、黄色光を放射する。図７に示すように、黄色光の一部は、透光性色変換要素１３３を通過して、黄色光子として混合光１４０に寄与する。黄色光の別の部分は、隣接する蛍光体粒子に吸収され、再放射されるかまたは失われる。黄色光のさらなる別の部分は、散乱して光混合キャビティ１６０に戻され、透光性色変換要素１３３に向けて再び反射されるか、または光混合キャビティ１６０に吸収され失われる。
【００３１】
図８は、ＬＥＤ１０２から放射された光子と反射性色変換要素１３０との相互作用に注目した光混合キャビティ１６０の断面図である。いくつかの実施形態では、反射性色変換層１３２は、蛍光体粒子１４１の平均径の５倍未満の厚さである厚さＴ１３２を有する。蛍光体粒子１４１の平均径は１〜２５μｍであり得る。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子１４１の平均径は５〜１０μｍであり得る。蛍光体粒子１４１は、光の入射光子が蛍光体粒子と相互作用して変換光を生成する確率を高めるために、８０％よりも大きい充填密度で配置される。例えば、ＬＥＤ１０２から放射された青色光子１３７が反射性色変換要素１３０に入射し、色変換層１３２の蛍光体粒子によって吸収される。青色光子１３７により提供された刺激に応答して、蛍光体粒子は、より長い波長の光を等方放射パターンで放射する。図示した例では、蛍光体粒子は、赤色光を放射する。図８に図示するように、赤色光の一部は、光混合キャビティ１６０に入射する。赤色光の別の部分は、隣接する蛍光体粒子に吸収され、再放射されるかまたは失われる。赤色光のさらなる別の部分は、反射性層１３１で反射され、色変換層１３２を透過して光混合キャビティ１６０へ向かうかまたは隣接する蛍光体粒子によって吸収され、再放射されるかまたは失われる。
【００３２】
図９から図１３は、ＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図である。図９は、複数の色変換キャビティ１６０を含むＬＥＤベース照明モジュール１００の一態様を示す。各色変換キャビティ（例えば、１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ）は、各ＬＥＤ（例えば、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）から放射された光を、前記キャビティから出射され互いに混合される前に、それぞれ色変換するように構成されている。１以上の色変換キャビティの化学組成物、１以上の色変換キャビティの波長変換コーティングの形状特性、いずれかの色変換キャビティへ光を放射するＬＥＤへ供給する電流、及び１以上の色変換キャビティの形状を変更することにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光の色を調節することができ、それにより均一性が向上した光線を出力することができる。
【００３３】
図９に示すように、ＬＥＤ１０２ａは、色変換キャビティ１６０ａ内にのみ光を直接的に放射する。同様に、ＬＥＤ１０２ｂは、色変換キャビティ１６０ｂ内にのみ光を直接的に放射し、ＬＥＤ１０２ｃは、色変換キャビティ１６０ｃ内にのみ光を直接的に放射する。各ＬＥＤは、反射性側壁によって互いに隔てられている。例えば、図示のように、反射性側壁１６１は、ＬＥＤ１０２ａをＬＥＤ１０２ｂから隔てている。
【００３４】
反射性側壁１６１は、例えば、ＬＥＤ１０２ｂから放射された光を色変換キャビティ１０６ｂ内で概して照明モジュール１００の出力ウィンドウ１０８に向けて上側方向へ導くように、高反射性であり得る。加えて、反射性側壁１６１は、追加的な熱拡散器の機能を果たすように、高い伝熱性を有し得る。一例として、反射性側壁１６１は、高反射性及び耐久性を有するように加工されたアルミニウムベース材料などの高熱伝導性材料から製造され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro（登録商標）と呼ばれる材料を使用することができる。また、反射性側壁１６１の高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または反射性側壁１６１の内面を１以上の反射性コーティングで被覆することによって実現することができる。あるいは、反射性側壁１６１は、高反射性の薄い材料、例えば３Ｍ社（米国）製のVikuiti（登録商標）ESR、東レ（日本）製のルミラー（登録商標）Ｅ６０Ｌ、または古河電気工業（日本）製の微結晶性ポリエチレンテレフタレート（ＭＣＰＥＴ）から作製することができる。別の例では、反射性側壁１６１は、ＰＴＦＥ材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、反射性側壁１６１は、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）またはベルクホフ社（ドイツ）から販売されている厚さ１〜２ｍｍのＰＴＦＥ材料から作製され得る。さらに別の実施形態では、反射性側壁１６１は、例えば金属層または非金属層（例えば、ＥＳＲ、Ｅ６０Ｌ、またはＭＣＰＥＴ）などの薄い反射性層が裏張り（裏側に被覆）されたＰＴＦＥ材料から作製され得る。また、高拡散反射性コーティングを反射性側壁１６１に適用することもできる。そのようなコーティングには、二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粒子、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）粒子、またはこれらの材料の組み合わせが含まれ得る。
【００３５】
ＬＥＤベース照明モジュール１００の一態様は、第１の色変換材料１６２で被覆された内面領域を有する第１の色変換キャビティ（例えば１６０ａ）と、第２の色変換材料１６４で被覆された内面領域を有する第２の色変換キャビティ（例えば１６０ｂ）とを含む。いくつかの実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、第３の色変換材料１６５で被覆された内面領域を有する第３の色変換キャビティ（例えば１６０ｃ）を含む。いくつかの実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、さらなる別の色変換材料で被覆された内面領域を有するさらなる別の色変換キャビティを含む。いくつかの実施形態では、複数の色変換キャビティの内面領域が、同一の色変換材料で被覆されている。
【００３６】
図９に示すように、一実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００はまた、色変換キャビティ１６０の上側に配置された透過性層１３４を含む。いくつかの実施形態では、透過性層１３４が、波長変換材料１６３を含む波長変換層１３５で被覆されている。一例では、波長変換材料１６２、１６４及び１６５は赤色放射蛍光体材料を含んでなり、波長変換材料１６３は黄色放射蛍光体材料を含んでなる。透過性層１３４は、各色変換キャビティから出力された光の混合を促進する。
【００３７】
いくつかの例では、色変換キャビティ１６０及び色変換層１３５に含まれる各波長変換材料は、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される混合光１４０の色点が目標色点と一致するように選択される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、第２の光混合キャビティ１７０が、色変換キャビティ１６０の上側に設けられる。第２の光混合キャビティ１７０は、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される混合光１４０の色が均一になるように、色変換キャビティ１６０から出力された光の混合を促進する閉鎖型キャビティである。図９に示すように、第２の光混合キャビティ１７０は、色変換キャビティ１６０から出力された光を捕えるべく色変換キャビティ１６０の周縁部に沿って配置された反射性側壁１７１を含む。第２の光混合キャビティ１７０は、反射性側壁１７１の上側に配置された出力ウィンドウ１０８を含む。色変換キャビティ１６０から放射された光は、第２の色変換キャビティ１７０の内面で反射され、出力ウィンドウ１０８から混合光１４０として出射される。
【００３９】
図１０に示すように、一実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、色変換キャビティ１６０と、第２の光混合キャビティ１７０とを含む。図示のように、第２の光混合キャビティ１７０の出力ウィンドウ１０８は、波長変換材料１６３を含む色変換層１３５で被覆されている。一例では、波長変換材料１６２、１６４及び１６５は赤色放射蛍光体材料を含んでなり、波長変換材料１６３は黄色放射蛍光体材料を含んでなる。各色変換キャビティから出力された光の混合を促進するために、任意選択で、拡散層１４３が、色変換キャビティ１６０の上側に配置されている。いくつかの実施形態では、拡散層１４３は、色変換機能を果たさない。拡散層１４３は、半透明材料（例えば、ＰＴＦＥ薄層）または、光拡散性を高めるための処理（例えばエッチング）がなされたかまたは所定の材料（例えばＴｉＯ２）で被覆された光学的に透明な媒体（例えば、ガラス、サファイア、ポリカーボネート、プラスチック）から作製することができる。
【００４０】
図９及び図１０に示すように、ＬＥＤ１０２は所定の平面に配置され、反射性側壁１６１は、ＬＥＤ１０２の配置面に対して垂直をなして配向された平坦面を有している。垂直方向に配向された前記配置面は、色変換に効果的であり、かつ後方反射を最小限に抑えることが分かっている。しかしながら、他の形状または配向の面も用いることもできる。例えば、図１１には、ＬＥＤ１０２の配置面に対して斜角をなして配向された反射性側壁１６１が示されている。いくつかの例では、この構造は、色変換キャビティ１６０からの光抽出を促進する。
【００４１】
図１２には、反射性側壁１６１の別の実施形態が示されている。図示のように、反射性側壁１６１は、ＬＥＤ１０２の配置面に対して斜角をなして配向された平坦面を有するテーパ部分を含む。テーパ部分は、ＬＥＤ１０２の配置面に対して垂直をなして配向された平坦面へ連続している。別の実施形態では、前記テーパ部分は、垂直方向に配向された平坦面へ連続する湾曲面を有する。いくつかの例では、これらの実施形態は、色変換キャビティ１６０からの光抽出を促進し、かつＬＥＤ１０２から放射された光の色変換を効率的に行う。また、図１１に示すように、波長変換材料（例えば、波長変換材料１６２、１６４、１６５）は、反射性側壁１６１の垂直方向に配向された平坦面上に配置される。
【００４２】
上述したように、色変換キャビティ１６０に含まれる波長変換材料を選択するか、あるいは色変換層１３５に含まれる波長変換材料を選択することにより、複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００から放射された光が目標色点と一致するように調節することができる。別の実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射された光の色は、互いに異なるピーク放射波長を有するＬＥＤ１０２を選択することにより調節することができる。例えば、ＬＥＤ１０２ａは、４８０ｎｍのピーク放射波長を有するように選択され得、ＬＥＤ１０２ｂは、４６０ｎｍのピーク放射波長を有するように選択され得る。
【００４３】
図１３は、複数の色変換キャビティを含むＬＥＤベース照明モジュール１００から放射された光の色を調節することができる別の実施形態を示す。各ＬＥＤ１０２へ供給する電流を独立的に制御することにより、独立的に制御された各色変換キャビティから放射されるフラックスを決定することができる。このようにして、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光の色が目標色点と一致するように、互いに異なる色変換特性を有する色変換キャビティの出力フラックスを調節することができる。例えば、電源１８０は、導体１８３を介してＬＥＤ１０２ａへ電流１８４を供給する。ＬＥＤ１０２ａから放射された光は、色変換キャビティ１６０ａへ入射して色変換された後、色変換された光１６７として放射される。同様に、電源１８１は、導体１８５を介してＬＥＤ１０２ｂへ電流１８６を供給する。ＬＥＤ１０２ｂから放射された光は、色変換キャビティ１６０ｂへ入射して色変換された後に、色変換された光１６８として放射される。電流１８４及び１８６を調節することにより、色変換された光１６７及び１６８の組み合わせ（混合光）が目標色点と一致するように、色変換された光１６７のフラックス及び色変換された光１６８のフラックスを調節することができる。同様に、ＬＥＤベース照明モジュール１００の出力光の色点を調節するために、さらなる別の色変換キャビティを独立的に制御してもよい。図１３に示すように、電源１８２は、導体１８７を介してＬＥＤ１０２ｃへ電流１８８を供給する。ＬＥＤ１０２ｃから放射された光は、色変換キャビティ１６０ｃへ入射して色変換された後に、色変換された光１６９として放射される。このようにして、電流１８４、１８６、１８８を調節することにより、色変換された光１６７、１６８、１６９の組み合わせ（混合光）を目標色点と一致させることができる。
【００４４】
図１４Ａ〜図１４Ｅは、ＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の水平断面図を示している。図１４Ａは、高密度に充填されて配置された六角形の色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｇを示しており、ここで、各色変換キャビティは、隣接する別の色変換キャビティと側壁を共有している。例えば、色変換キャビティ１６０ｇは、別の色変換キャビティ（１６０ａ〜１６０ｆ）と各側壁をそれぞれ共有している。図１４Ｂは、矩形格子状に配置された矩形の色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｉを示している。この形態では、各色変換キャビティは、隣接する別の色変換キャビティと側壁を共有している。例えば、色変換キャビティ１６０ｇは、色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｆ及び１６０ｈ〜１６０ｉと各側壁をそれぞれ共有している。図１４Ｃは、六角格子状に配置された矩形の色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｆを示している。この形態では、各色変換キャビティは、隣接する複数の色変換キャビティと側壁を共有している。例えば、色変換キャビティ１６０ｇは、色変換キャビティ１６０ｅ及び１６０ｆと側壁を共有している。図１４Ｄは、六角格子状に配置された円形色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｉを示している。図１４Ｅは、高密度に充填されて六角格子状に配置された三角形の色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｆを示している。この形態では、各色変換キャビティは、隣接する別の色変換キャビティと側壁を共有している。図１４Ａ〜図１４Ｅの実施形態は例示的なものであり、これらと異なる形状及び異なるレイアウトの色変換キャビティを考慮することもできる。例えば、色変換キャビティは、楕円形、星形、略多角形などの形をとることができる。加えて、高密度に充填されて配置された形態をもたらす格子パターンを選択することができ。しかし、他の実施形態では、高密度に充填されて配置されていない格子パターンを考慮することもできる。
【００４５】
図１５、図１６、図１７は、透光性層１３４に格子状構造体１９６を設けたＬＥＤベース照明モジュール１００の様々な実施形態の垂直断面図を示している。いくつかの実施形態では、透光性層１３４は、ＬＥＤベース照明モジュール１００の出力ウィンドウ１０８である。透光性層１３４に設けられた格子状構造体１９６は、多くのポケットを形成している。任意の数のポケットを所定量の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆することができる。透光性層に設けられたかまたは透光性層の一部をなす格子状構造体は、互いに異なる波長変換材料を含んでなりかつ互いから物理的に隔てられたポケットを有する色制御手段を提供する。互いに異なる波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されるポケットの数を変えることによって、出力光の色が制御される。加えて、互いに異なる波長変換材料で少なくとも部分的に被覆したポケットを均等に分布させることによって、出力ビームの均一性が高められる。最後に、ＬＥＤから放射される光のかなりの部分が一旦波長変換材料によって吸収され、出力光として再放射されるように、平面上で様々なタイプの波長変換材料をグループ分けすることによって、効率を高めることができる。この構造は、色変換された光が第２の種類の波長変換材料によって再吸収される可能性を最小限に抑える。
【００４６】
図１５に示した実施形態では、或るポケット群に赤色発光蛍光体１９１が充填され、別のポケット群に緑色発光蛍光体材料１９２が充填され、さらに別のポケット群に黄色発光蛍光体材料１９０が充填されている。このことにより、各ＬＥＤから放射される光が、所定量だけ赤色、緑色及び黄色の光に色変換され、これらの色の光は、ＬＥＤベース照明モジュール１００によって放射される混合光１４０の一部になる。いくつかの実施形態では、格子状構造体１９６はＰＴＦＥ材料から作製されている。ＰＴＦＥは、その効率的な拡散反射特性のおかげで、効率的な色変換を促進し、ＬＥＤ１０２からの光を色変換することなく透光性層１３４に透過させることができる。
【００４７】
図１５及び図１６に示した実施形態などのいくつかの実施形態では、ポケットは、厚さ（深さ）Ｄ及び幅Ｗを有することを特徴とする。ポケットの幅及び厚さ寸法並びに波長変換材料の組成を調整することによって、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光を目標色点に一致させることができる。図１７は、格子状構造体の厚さが透光性層１３４からＬＥＤ１０２が取り付けられている平面まで及んでいる一実施形態を示している。
【００４８】
図１８は、一実施形態におけるＬＥＤベース照明モジュール１００の水平断面図を示している。図示したように、各ポケットは、赤色発光蛍光体１９１または黄色発光蛍光体１９０のいずれか一方で被覆されている。この実施形態では、赤色発光蛍光体１９１で被覆されたポケットと、黄色発光蛍光体１９０のポケットとが、均等に分布されている。他の実施形態では、目標色点に一致するように、いずれか一方の蛍光体で被覆したポケットを他方よりも多くすることができる。いくつかの他の実施形態では、いくつかのポケットに追加の蛍光体を含めることができる。
【００４９】
いくつかの他の実施形態では、目標色点に一致するように、各々が複数の蛍光体の組合せを含んでなる様々な波長変換材料によって、異なるポケットを被覆することができる。例えば、或るポケット群を３０００ケルビンのＣＣＴを有する白色光を放射する波長変換材料で被覆し、他のポケット群を４０００ケルビンのＣＣＴを有する白色光を放射する蛍光体で被覆することができる。このことにより、３０００ケルビンの光を生成するポケットの数と４０００ケルビンの光を生成するポケットの数とを相対的に変えることによって、ＬＥＤベース照明モジュール１００によって出力される混合光１４０を、３０００〜４０００ケルビンのＣＣＴを有するように調整することができる。図１８に示したように、各ポケットは、一様に正方形の形をしている。しかし、他の実施形態では、各ポケットは任意の形（例えば、略多角形及び略楕円形）をとり得る。ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光の色制御及び出力ビーム均一性を高めるように、ポケットを形作ることが望ましいであろう。
【００５０】
図１９（及び図１６）に示したように、ポケットのパターンは、互いに隣接する格子の中心間の距離である格子間隔距離Ｇを有することを特徴とすることができ、ＬＥＤのパターンは、互いに隣接するＬＥＤの中心間の距離であるＬＥＤ間隔距離Ｌを有することを特徴とすることができる。いくつかの実施形態では、格子間隔距離をＬＥＤ間隔距離よりも小さくすることができる（図１９を参照）。いくつかの他の実施形態では、格子間隔距離をＬＥＤ間隔距離と同じにすることができる（図１６を参照）。いくつかの他の実施形態では、格子間隔距離をＬＥＤ間隔距離よりも大きくすることができる（図示せず）。また、ＬＥＤ１０２から放射される十分な光を波長変換材料によって確実に色変換させるために、図１９に示したように、格子間隔距離はポケット幅Ｗよりも大きい。いくつかの実施形態では、格子間隔距離は、ポケット幅Ｗの少なくとも２倍である。
【００５１】
図２０は、ＬＥＤベース照明モジュール１００の別の態様であって、ＬＥＤ１０２から放射された光を広範囲に分散しかつ色変換するように構成された色変換キャビティ１６０を含んでなる照明モジュールの断面図を示している。このことにより、薄型構造体において色変換を達成することができかつ出力ビームの均一性を高めることができる。図２０に示したように、色変換キャビティ１６０ａは少なくとも１つの反射性側壁１６１を含んでなり、反射性側壁１６１は、ＬＥＤ１０２ａから放射された光を、ＬＥＤ１０２ａの上側に配置された透光性層１３４に向けさせる。反射性側壁１６１は、ＬＥＤ１０２が配置されている平面２０４に対して斜角をなして配向されている。図２０に示したように、反射性側壁１６１は、反射性側壁１６１に透光性層１３４が結合する結合点２０７に至るまで、外向きかつ上向きに延在している。透光性層１３４は、各ＬＥＤ１０２の上側に配置された凸球面状リフレクタ２０５を含んでなる。図示したように、各リフレクタ２０５は、対応する各ＬＥＤ１０２の上側で該ＬＥＤ１０２の中心に位置するように、両者の中心軸を同一線上に揃えて配置される。図示したように、透光性層１３４は、波長変換材料２０６で部分的に被覆されている。このことにより、ＬＥＤ１０２ａから放射される光は、色変換キャビティ１６０ａから放射される前に側方に分散されかつ色変換される。例えば、光子２０８（例えば、青色光子）が、ＬＥＤ１０２ａから放射され、リフレクタ２０５に反射し、その後反射性側壁１６１に反射して、波長変換材料２０６を励起する。波長変換材料２０６は、光子２０８を吸収し、色変換された光（例えば、赤色光）を放射する。色変換された光は、透光性層１３４を通過し、色変換キャビティ１６０ａから出ていく。
【００５２】
図２０に示したように、色変換キャビティ１６０ａは、ＬＥＤ１０２ａの中心軸２０２から結合点２０７まで側方に距離ＤＷＧにわたって広がっている。広範囲にわたる光の分散を促進するために、透光性層１３４と平面２０４との間の距離Ｈは距離ＤＷＧの半分よりも小さい。図２０に示したように、色変換キャビティ１６０は、ＬＥＤ１０２から放射された光を、色変換キャビティ内での一連の反射によってＬＥＤ１０２ａから側方に伝達し、その後、水平面に設けられた波長変換材料と前記光との相互作用によって色変換することによって、広範囲にわたって分散して色変換するように構成されている。光の横方向の分散をさらに促進するために、色変換の前に光を側方に反射するためのリフレクタがＬＥＤの上側に導入されている。
【００５３】
図２１は、別の実施形態における色変換キャビティ１６０を示している。この実施形態では、透光性層１３４は半透明層である。例えば、透光性層１３４は、焼結ＰＴＦＥの薄層から作製することができる。図示したように、透光性層１３４には、図２０の実施形態に示したようなリフレクタは含まれていない。リフレクタの代わりに、前記半透明層が、各色変換キャビティ内において光の横方向の分散を促進するべく、各ＬＥＤ１０２から放射された光を部分的に透過させ、部分的に反射させる。
【００５４】
別の実施形態では、各色変換キャビティ１６０は、空気よりも相当に大きな屈折率を有する透明媒質２１０（例えば、シリコーン）を含む。いくつかの実施形態では、色変換キャビティに透明媒質２１０が充填される。いくつかの例では、透明媒質２１０の屈折率を、パッケージ化されたＬＥＤ１０２の一部をなす任意の封入材料の屈折率に一致させている。図の実施形態では、透明媒質２１０は、各色変換キャビティに部分的に充填されているが、ＬＥＤ１０２から物理的に離間して配置されている。このことは、色変換キャビティからの光の抽出を促進するために望ましいであろう。図示したように、透光性層１３４上に波長変換層２０６が配置されている。いくつかの実施形態では、波長変換層２０６は、各々が互いに異なる波長変換材料を有する複数の部分を含んでなる。透光性層１３４が波長変換層２０６と各ＬＥＤ１０２との間に位置するように透光性層１３４に設けられているものとして示されているが、いくつかの実施形態では、波長変換層２０６を透光性層１３４と各ＬＥＤ１０２との間に位置するように透光性層１３４に設けることもできる。それに加えて、またはその代わりに、波長変換材料を透明媒質２１０に埋め込んでもよい。
【００５５】
別の態様では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、図２２に示したようにＬＥＤ１０２の上側にＬＥＤ１０２から間隔をおいて配置された半透明の非平面状ウィンドウ２２０を含む。いくつかの実施形態では、半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、成形プラスチックまたはガラス材料から作製することができる。他の実施形態では、半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、焼結ＰＴＦＥ材料の薄層から作製するか、または焼結ＰＴＦＥ材料の薄層を含んでなるものであってよい。ＬＥＤから物理的に離間して配置されている非平面状ウィンドウは、色変換を行うとともに、光混合及び色の均一性を向上させる。非平面状ウィンドウは、リフレクタに囲まれている。リフレクタによるさらなる光混合によって、均一性が高まり、出力ビーム成形が促進される。非平面状ウィンドウは、リフレクタとともに、色制御及び出力ビームの均一性を実現するように設計されている（特に、狭角の出力ビームデザインの場合）。
【００５６】
半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、ＬＥＤ１０２から放射された光を所定量色変換する波長変換材料を含む。例えば、図２２に示したように、ＬＥＤ１０２から放射された青色光２２３は、半透明の非平面状ウィンドウ２２０に設けられた色変換層１３５に含まれる波長変換材料によって吸収される。それに応じて、波長変換材料は、より長い波長の光（例えば、黄色光）を放射する。図２２に示した実施形態では、色変換層１３５は、非平面状の出力ウィンドウ２２０に設けられた波長変換材料を含んでなる。いくつかの他の実施形態では、波長変換材料が半透明の非平面状ウィンドウ２２０に埋め込まれている。
【００５７】
図２２に示したように、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、半透明の非平面状ウィンドウ２２０と接触している反射性側壁１６１を含んでなる。このことにより、ＬＥＤ１０２から放射された光は、ＬＥＤベース照明モジュールから出ていく前に、半透明の非平面状ウィンドウ２２０を通過させられる。いくつかの実施形態では、反射性側壁１６１は、半透明の非平面状ウィンドウ２２０に設けられた波長変換材料とは異なる色変換特性を有する波長変換材料で被覆される。例えば、図２２に示したように、ＬＥＤ１０２から放射された青色光は、反射性側壁１６１に設けられた波長変換材料によって吸収される。それに応じて、波長変換材料は、より長い波長の光（例えば、赤色光）を放射する。
【００５８】
図２２に示したように、ＬＥＤベース照明モジュール１００にリフレクタ１２５が取り付けられて、照明装置１５０が形成される。リフレクタ１２５は、半透明の非平面状ウィンドウ２２０を覆う内部容積２２１を有する。このことにより、ＬＥＤ１０２から放射された光は、リフレクタ１２５の反射面に到達する前に、半透明の非平面状ウィンドウ２２０を通過しなければならない。ＬＥＤ１０２を半透明の非平面状ウィンドウ２２０で囲むことによって、ＬＥＤ１０２が環境汚染から守られる。加えて、照明装置１５０による光の色点は、リフレクタ１２５と無関係に、ＬＥＤベース照明モジュール１００の機能によって制御される。さらに、リフレクタ１２５は、半透明の非平面状ウィンドウ２２０を覆うことによって、照明装置１５０によって与えられる出力ビームプロファイルを制御することができる。いくつかの実施形態では、内部容積２２１には、空気よりも大きな屈折率を有する透明材料（例えば、シリコーン）が充填される。このことにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００からの光抽出が向上される。
【００５９】
いくつかの実施形態では、半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、反射性要素２２２を含んでなる。反射性要素２２２を適切に配置することにより、半透明の非平面状ウィンドウ２２０によって放射される光の出力ビーム均一性を向上させることができる。図２２に示したように、半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、半透明の非平面状ウィンドウ２２０の反射性要素２２２に設けられた反射性層を含んでなる。いくつかの他の実施形態では、半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、拡散反射材料層（例えば、焼結ＰＴＦＥ）から作製するか、または前記拡散反射材料層を含んでなるものであってよい。これらの実施形態では、十分な光が反射されて半透明の非平面状ウィンドウ２２０の別の部分に向かうことになるので、反射性要素２２２を別途設ける必要はないであろう。これらの実施形態において、半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、部分的には波長変換材料を含んでいない。
【００６０】
半透明の非平面状ウィンドウ２２０は、出力ビームの均一性及びＬＥＤ１０２群からの効率的な光抽出を促進するように成形することができる。図２３に示した実施形態では、半透明の非平面状ウィンドウ２２０はドーム形状をなす。いくつかの実施形態では、前記ドーム形状は、ＬＥＤ群１０２から放射された光を集めて特定の出力ビーム角度で出射させるように構成された放物面形状であり得る。
【００６１】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、複数の色変換キャビティ１６０の上側に配置された半透明の非平面状ウィンドウ２２０を含んでなる。図２４に示したように、一例として、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、図２０に関連して説明したように構成された多くの色変換キャビティ１６０ａ〜１６０ｄを含んでなる。色変換キャビティの上側には半透明の非平面状ウィンドウ２２０が設けられており、各色変換キャビティから放射された光は、リフレクタ１２５と相互作用する前に半透明の非平面状ウィンドウ２２０を通過する。
【００６２】
いくつかの実施形態では、色変換キャビティ１６０の構成要素は、ＰＴＦＥ材料から作製するか、またはＰＴＦＥ材料を含んでなるものであってよい。いくつかの例では、前記構成要素は、研磨された金属層などの反射性層によって裏当て（裏側から支持）されたＰＴＦＥ層を含み得る。ＰＴＦＥ材料は、焼結されたＰＴＦＥ粒子から作製され得る。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ１６０の複数の内面のいずれかの一部をＰＴＦＥ材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、ＰＴＦＥ材料を波長変換材料で被覆することができる。他の実施形態では、波長変換材料をＰＴＦＥ材料と混合させることができる。
【００６３】
他の実施形態では、色変換キャビティ１６０の構成要素は、反射性セラミック材料（例えば、セラフレックス・インターナショナル社（CerFlex International；オランダ）製のセラミック材料）から作製するか、または前記反射性セラミック材料を含んでなるものであってよい。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ１６０の複数の内面のうちいずれかの内面の一部をセラミック材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、セラミック材料を波長変換材料で被覆することもできる。
【００６４】
他の実施形態では、色変換キャビティ１６０の構成要素は、反射性金属材料（例えば、アルミニウムまたはアラノッド社（ドイツ）製のＭｉｒｏ（登録商標））から作製するか、または前記反射性金属材料を含んでなるものであってよい。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ１６０の複数の内面のいずれかの一部を反射性金属材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、反射性金属材料を波長変換材料で被覆することもできる。
【００６５】
他の実施形態では、色変換キャビティ１６０の構成要素は、反射性プラスチック材料（例えば、３Ｍ社（米国）製のビキュイティ（Vikuiti（登録商標））ＥＳＲ、東レ（日本）製のルミラー（登録商標）Ｅ６０Ｌ、または古河電気工業株式会社（日本）製などの微結晶ポリエチレンテレフタラート（ＭＣＰＥＴ））から作製するか、または前記反射性プラスチック材料を含んでなるものであってよい。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ１６０の複数の内面のいずれかの一部を反射性プラスチック材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、反射性プラスチック材料を波長変換材料で被覆することもできる。
【００６６】
ＬＥＤ１０２から非固形物質中へ光が放射されるように、キャビティ１６０に非固形物質、例えば空気や不活性ガスなどを充填することができる。一例として、キャビティを密閉し、キャビティにアルゴンガスを充填してもよい。アルゴンガスの代わりに窒素を用いてもよい。他の実施形態では、キャビティ１６０に固形封入材料を充填することができる。一例として、キャビティにシリコーンを充填してもよい。
【００６７】
ＰＴＦＥ材料は、色変換キャビティ１６０の構成要素を作製するために用いられるかまたは含まれ得る他の材料、例えばアラノッド社製のＭｉｒｏ（登録商標）よりも反射率が低い。１つの例では、Ｍｉｒｏ（登録商標）から作製され、かつ未被覆の側壁挿入体１０７を備えて構成されたＬＥＤベース照明モジュール１００の青色光出力を、ベルクホフ社（ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ材料から作製され、かつ未被覆のＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を備えて構成された同じ照明モジュールと比較した。ＰＴＦＥ側壁挿入体を使用した場合、照明モジュール１００からの青色光出力は７％減少した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）製の焼結ＰＴＦＥ材料から作製され、かつ未被覆のＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用した場合、未被覆のＭｉｒｏ（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの青色光出力は５％減少した。照明モジュール１００からの光抽出は、キャビティ１６０の内部の反射率に直接的に関係する。そのため、他の利用可能な反射性材料と比べて反射率が低いＰＴＦＥ材料は、キャビティ１６０内での使用には敬遠されるであろう。それにも関わらず、本願発明者は、ＰＴＦＥ材料を蛍光体で被覆した場合、予期せぬことに、同様の蛍光体コーティングを有する他の反射率がより高い材料（例えばＭｉｒｏ（登録商標））と比較して、ＰＴＦＥ材料の発光出力が増加することを見出した。別の例では、Ｍｉｒｏ（登録商標）から作製され、かつ蛍光体で被覆された側壁挿入体１０７を備えて構成され、４０００ケルビンの相関色温度（ＣＣＴ）を目標とする照明モジュール１００の白色光出力を、ベルクホフ社（ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ材料から作製され、かつ蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を備えて構成された同様の照明モジュールと比較した。蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用した場合、蛍光体で被覆されたＭｉｒｏ（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は７％増加した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）製の焼結ＰＴＦＥ材料から作製されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用した場合、蛍光体で被覆されたＭｉｒｏ（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は１４％増加した。別の例では、Ｍｉｒｏ（登録商標）から作製され、かつ蛍光体で被覆された側壁挿入体１０７を備えて構成され、３０００ケルビンの相関色温度（ＣＣＴ）を目標とする照明モジュール１００の白色光出力を、ベルクホフ社（ドイツ）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製され、かつ蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を備えて構成された同様の照明モジュールと比較した。蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ側壁挿入体を使用した場合、蛍光体で被覆されたＭｉｒｏ（登録商標）製の側壁挿入体と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は１０％増加した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社（米国）製の焼結ＰＴＦＥ粒子から作製されたＰＴＦＥ側壁挿入体１０７を使用した場合、蛍光体で被覆されたＭｉｒｏ（登録商標）製の側壁挿入体１０７と比較すると、照明モジュール１００からの白色光出力は１２％増加した。
【００６８】
このように、反射率が低いにもかかわらず、光混合キャビティ１６０の蛍光体被覆部分をＰＴＦＥ材料から構成することが望ましいことが見出されている。さらに、本願発明者は、蛍光体で被覆されたＰＴＦＥ材料が、例えば光混合キャビティ１６０内でＬＥＤからの熱に曝された場合、同様の蛍光体コーティングを有する他の反射率がより高い材料（例えば、Ｍｉｒｏ（登録商標））と比較して耐久性が高いことも見出した。
【００６９】
以上、説明目的のためにいくつかの特定の実施形態を説明したが、本明細書の教示内容は一般的な適用性を有しており、上述した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、色変換キャビティ１６０の任意の構成要素を、蛍光体でパターン形成することができる。パターン自体及び蛍光体組成は、両方とも様々であり得る。一実施形態では、本発明の照明デバイスは、光混合キャビティ１６０における互いに異なる領域に配置された互いに異なる種類の蛍光体を含んでなるものであってよい。例えば、赤色蛍光体を側壁挿入体１０７及び底部リフレクタ挿入体１０６の一方または両方に配し、黄色蛍光体及び緑色蛍光体を出力ウィンドウ１０８の上面または下面に配するかまたは出力ウィンドウ１０８内に埋め込むことができる。一実施形態では、側壁挿入体１０７における互いに異なる領域に、互いに異なる種類の蛍光体（例えば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体）を配することもできる。例えば、或る種類の蛍光体を側壁挿入体１０７の第１の領域に縞、スポットまたは他の模様でパターン形成し、別の種類の蛍光体を側壁挿入体１０７の第２の領域に配することができる。所望であれば、さらなる蛍光体を用い、それをキャビティ１６０の別の領域に配することもできる。さらに、所望であれば、１種類の波長変換材料だけを用い、それをキャビティ１６０（例えば、側壁）にパターン形成してもよい。別の例では、実装基板保持リング１０３を使用せずに、キャビティ本体部１０５を使用して、実装基板１０４を取付台１０１に対して直接的に固定するようにしてもよい。他の例では、取付台１０１及び及びヒートシンク１２０は、１つの部品であってもよい。別の例では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、図１〜図３に、照明装置１５０の一部として示されている。図３に示すように、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、交換用ランプまたはレトロフィットランプの一部であり得る。しかし、別の実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュール１００を交換用ランプまたはレトロフィットランプとして形成し、交換用ランプまたはレトロフィットランプと見なすこともできる。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更、修正、及び上記の実施形態に記載された様々な要素の組合せを実施することができる。
【図１】
2014511013.tif 000003
【図２】
2014511013.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
2014511013.tif 000010
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５】
2014511013.tif 000022
【図１６】
2014511013.tif 000023
【図１７】
2014511013.tif 000024
【図１８】
2014511013.tif 000025
【図１９】
2014511013.tif 000026
【図２０】
2014511013.tif 000027
【図２１】
2014511013.tif 000028
【図２２】
2014511013.tif 000029
【図２３】
2014511013.tif 000030
【図２４】
2014511013.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月19日(2012.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤの上側に配置され、前記複数のＬＥＤから放射された光を所定量通過させる出力ウィンドウと、
前記複数のＬＥＤ及び前記出力ウィンドウ間に位置するように該出力ウィンドウに取り付けられ、かつ内面領域を有する複数のポケットを形成する格子状構造体と、
前記複数のポケットのうちの第１のポケット群の前記内面領域に少なくとも部分的に被覆された第１の波長変換材料と、
前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域に少なくとも部分的に被覆された第２の波長変換材料とを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記第１のポケット群に前記第１の波長変換材料が充填され、前記第２のポケット群に前記第２の波長変換材料が充填されていることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記複数のポケットが、均一な大きさを有し、かつ互いに対して第１の距離を隔てて配置されており、
前記複数のＬＥＤが、互いに対して少なくとも、前記第１の距離よりも大きい第２の距離を隔てて配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記複数のポケットが、均一な大きさを有し、かつ互いに対して第１の距離を隔てて配置されており、
前記各ポケットが前記複数のＬＥＤのうちの各ＬＥＤにそれぞれ対応するように、前記複数のＬＥＤが、互いに対して前記第１の距離と同じ第２の距離を隔てて配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記出力ウィンドウが、焼結ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記格子状構造体が、焼結ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されていることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記複数のＬＥＤが同一平面上に配置されており、
前記格子状構造体が、前記出力ウィンドウから前記面まで延在していることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記出力ウィンドウの上側に第２の混合キャビティが配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
照明装置であって、
第１の面に配置され、各々がＬＥＤダイ領域に対して垂直に延びる中心軸を有する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤの各々を取り囲むように配置され、前記第１の面に対して斜角をなして配向され、かつ前記第１の面から、該第１の面の上側に該第１の面から第１の距離を隔てて位置する第２の面まで延在する反射性側壁と、
前記第２の面に設けられ、前記反射性側壁に結合され、かつ格子状構造体が配置されている透光性層とを含み、
前記格子状構造体が、内面領域を有する複数のポケットを形成し、
前記複数のポケットのうちの第１のポケット群の前記内面領域が第１の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されており、
前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域が第２の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記第１の距離が、前記第２の面において測定し前記透光性層及び前記反射性側壁の結合位置と前記ＬＥＤの前記中心軸との間の距離の半分よりも小さいことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記透光性層に取り付けられ、前記ＬＥＤの上側かつ前記ＬＥＤ及び前記透光性層間に配置された凸球面状リフレクタをさらに含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記透光性層の上側に配置されたウィンドウをさらに含み、
前記ウィンドウが、第２の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明装置であって、
前記ウィンドウが前記透光性層から離間して配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記反射性側壁が拡散反射性を有しており、かつ前記反射性側壁が前記第１の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の照明装置であって、
前記ＬＥＤと前記反射性側壁との間の空間に固形の透明媒質が充填されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明装置であって、
前記第１の波長変換材料が前記固形の透明媒質に埋め込まれていることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
ＬＥＤベース照明装置であって、
第１の色変換キャビティの上側に設けられ、かつ格子状構造体が配置されている透光性層を含み、
前記格子状構造体が、内面領域を有する複数のポケットを形成し、
前記複数のポケットのうちの第１のポケット群の前記内面領域が第１の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＬＥＤベース照明装置であって、
前記第１の色変換キャビティの前記内面領域の前記部分を構成しかつ第２の波長変換材料で被覆された第１の表面領域を有する側壁と、
前記第１の色変換キャビティに直接的に入射する光を放射する第１のＬＥＤとをさらに含むことを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のＬＥＤベース照明装置であって、
第２の色変換キャビティに直接的に入射するが前記第１の色変換キャビティには直接的に入射しない光を放射する第２のＬＥＤをさらに含み、
前記透光性層が、前記第２の色変換キャビティの上側に設けられており、
前記第２の色変換キャビティの上側に配置された前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域が第２の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載のＬＥＤベース照明装置であって、
前記複数のポケットのうちの第２のポケット群の前記内面領域が第２の波長変換材料で少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とするＬＥＤベース照明装置。
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【国際調査報告】
2014511013.tif 000032
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2014511013.tif 000034
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