(57)【要約】  発光モジュール１５０は、光出力窓１０４を通って光を発し、基体１１０と、固体発光体１５４、１５６と、部分拡散反射層１０２とを有している。基体１１０は、光出力窓１０４に面する光反射面１１２を有している。光反射面１１２は、光反射面により反射される光の量と光反射面に衝突する光の量との比により定義される基体反射係数Ｒｂａｓｅを有している。固体発光体１５４、１５６は、第１の色の範囲の光１１４を発し、上面１５２、１５８を有し、固体発光体により反射される光の量と固体発光体に衝突する光の量との比により定義される固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬを有している。少なくとも１つの固体発光体の上面１０６の最大直線サイズｄＳＳＬは、直線に沿った少なくとも１つの固体発光体の上面１５２、１５８の一点から少なくとも１つの固体発光体の上面１５２、１５８の他の点までの最長距離として定義される。光出力窓１０４、部分拡散反射層１０２の少なくとも一部を有している。固体発光体面積比ρＳＳＬは、少なくとも１つの固体発光体の上面の面積と基体の光反射面の面積との比として定義される。少なくとも１つの固体発光体１５４、１５６と部分拡散反射層１０２との間に距離ｈの間隙が存在する。０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．３・ｄＳＬＬ≦ｈ≦５・ｄＳＬＬ、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．１５・ｄＳＬＬ≦ｈ≦３・ｄＳＬＬ、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．１・ｄＳＬＬ≦ｈ≦２・ｄＳＬＬであり、基体反射係数Ｒｂａｓｅの値が、７０％よりも大きく且つ固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬよりも大きいと、かなり効率的な発光モジュールが得られる。
2014528148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光モジュールの光出力窓を通って光を発する当該発光モジュールであって、
光反射面を有する基体であって、前記光反射面は、当該基体の前記光反射面により反射される光の量と当該基体の前記光反射面に衝突する光の量との比により定義される基体反射係数を有する当該基体と、
第１の色の範囲の光を発する少なくとも１つの固体発光体であって、この少なくとも１つの固体発光体は、上面を有し、当該少なくとも１つの固体発光体により反射される光の量と当該少なくとも１つの固体発光体に衝突する光の量との比により定義される固体発光体反射係数を有しており、固体発光体面積比ρＳＳＬが、当該少なくとも１つの固体発光体の前記上面の面積と前記基体の前記光反射面の面積との比として定義され、当該少なくとも１つの固体発光体の前記上面の最大直線サイズｄＳＬＬが、直線に沿った当該少なくとも１つの固体発光体の前記上面の一点から当該少なくとも１つの固体発光体の前記上面の他の点までの最長距離として定義される、当該少なくとも１つの固体発光体と、
部分拡散反射層であって、前記光出力窓が当該部分拡散反射層の少なくとも一部を有し、前記少なくとも１つの固体発光体の前記上面と当該部分拡散反射層との間に距離ｈの間隙が存在し、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．３・ｄＳＬＬ≦ｈ≦５・ｄＳＬＬ、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．１５・ｄＳＬＬ≦ｈ≦３・ｄＳＬＬ、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．１・ｄＳＬＬ≦ｈ≦２・ｄＳＬＬである、当該部分拡散反射層と
を有し、
前記基体反射係数の値は、７０％よりも大きく且つ前記固体発光体反射係数よりも大きい、当該発光モジュール。
【請求項２】
前記部分拡散反射層が、前記第１の色の範囲の光の少なくとも一部を第２の色の範囲の光に変換する発光材料を有する、請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１つの固体発光体の前記上面が前記光出力窓に対向している、請求項１又は２記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記少なくとも１つの固体発光体が前記光出力窓の少なくとも一部に向かって光を発する、請求項３記載の発光モジュール。
【請求項５】
複数の固体発光体を有し、前記固体発光体のそれぞれは特定の色の光を発し、前記固体発光体のそれぞれは上面を有し、前記固体発光体反射係数が、前記複数の固体発光体の前記反射係数の平均値として定義される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記基体反射係数の値が、１と前記固体発光体反射係数の値との差のファクタｃ倍を加えた前記固体発光体反射係数よりも大きく、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．２≦ｃ≦１、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．３≦ｃ≦１、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．４≦ｃ≦１である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記基体と前記光出力窓との間に挿入された壁部を更に有し、前記基体、前記壁部及び前記光出力窓は空洞部を囲んでおり、前記壁部は前記空洞部に面する光反射性の壁部表面を有し、前記光反射性の壁部表面は、該光反射性の壁部表面により反射される光の量と該光反射性の壁部表面に衝突する光の量との比により定義される壁部反射係数を有し、
有効反射係数が、前記基体反射係数と前記壁部反射係数との重み付けされた平均として定義され、
前記固体発光体面積比が、前記少なくとも１つの固体発光体の前記上面の面積と前記基体の反射面の面積及び前記反射性の壁部表面の面積の合計との比として定義され、前記有効反射係数の値が、７０％よりも大きく且つ前記固体発光体反射係数よりも大きい、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記有効反射係数の値が、１と前記固体発光体反射係数の値との差のファクタｃ倍を加えた前記固体発光体反射係数よりも大きく、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．２≦ｃ≦１、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．３≦ｃ≦１、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．４≦ｃ≦１である、請求項７記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記壁部反射係数が９５％よりも小さく、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．３・ｄＳＬＬ≦ｈ≦０．７５・ｄＳＬＬ、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．１５・ｄＳＬＬ≦ｈ≦０．３・ｄＳＬＬ、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．１・ｄＳＬＬ≦ｈ≦０．２・ｄＳＬＬである、請求項７又は８記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記壁部反射係数が９５％よりも小さく、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．７５・ｄＳＬＬ≦ｈ≦２・ｄＳＬＬ、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．３・ｄＳＬＬ≦ｈ≦０．７・ｄＳＬＬ、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．２・ｄＳＬＬ≦ｈ≦０．５・ｄＳＬＬである、請求項７又は８記載の発光モジュール。
【請求項１１】
前記基体の前記反射面の少なくとも一部が、前記少なくとも１つの固体発光体の前記上面よりも前記部分拡散反射層に近く、前記上面と前記部分拡散反射層との距離ｈが、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．４×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２≦ｈ≦５×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．１５×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２≦ｈ≦３×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２及びρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．１×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２≦ｈ≦２×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２であり、Δｈは、前記記少なくとも１つの固体発光体の前記上面と前記部分拡散反射層との前記距離ｈと、前記光反射性の基体表面と前記部分拡散反射層との最短距離との差の絶対値である、請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項１２】
請求項１を参照する際には、前記基体の前記光反射面が、光反射性のコーティング、光反射性のモールディング又は光反射性のフォイルを有し、請求項７を参照する際には、前記基体の前記光反射面及び前記光反射性の壁部表面の少なくとも１つが、光反射性のコーティング、光反射性のセラミック又は光反射性のフォイルを有する、請求項１又は７記載の発光モジュール。
【請求項１３】
前記光反射性の壁部表面が、前記光出力窓に向かう光の反射を増加させるように前記基体の法線軸に対して傾斜しているか、又は、前記光出力窓に向かう光の反射を増加させるようにカーブしている、請求項７記載の発光モジュール。
【請求項１４】
前記部分拡散反射層が前記光出力窓を形成し、前記部分拡散反射層が縁部を有し、前記部分拡散反射層の前記縁部は前記基体と接している、請求項１記載の発光モジュール。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの固体発光体と前記部分拡散反射層との間に配された実質的に透明な材料を有し、この透明な材料が、前記少なくとも１つの固体発光体に光学的に結合される、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項１６】
前記実質的に透明な材料が、更に、前記部分拡散反射層に光学的及び熱的に結合される、請求項１５記載の発光モジュール。
【請求項１７】
前記実質的に透明な材料が、４４μｍよりも大きい又は１μｍよりも小さい粒子サイズの焼結半透明多結晶アルミナである、請求項１５又は１６記載の発光モジュール。
【請求項１８】
前記発光材料が、無機蛍光体、有機蛍光体、セラミック蛍光体及び量子ドットの少なくとも１つ又はそれらの混合物を有する、請求項２記載の発光モジュール。
【請求項１９】
前記光出力窓が、
拡散光の放出を得るため、空間的に色及び角度に対する色の均一な光の放出を得るため並びに色が混合された光の放出を得るための拡散層、
角度に対する色のばらつき又は色の均一性を補正するダイクロイック層、及び
所望の光ビームの形状を与える光学素子
の少なくとも１つを更に有する、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項２０】
拡散光の放出を得るため、空間的に色及び角度に対する色の均一な光の放出を得るため並びに色が混合された光の放出を得るための拡散層が、前記少なくとも１つの固体発光体から離れて対向する前記部分拡散反射層の側から或る距離に与えられた、請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの固体発光体から離れて対向する前記部分拡散反射層の側に或る距離で位置する偏光素子を更に有する、請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項２２】
０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．４≦ｃ≦１、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．６≦ｃ≦１、ρＳＳＬ＞０．２５の場合に０．８≦ｃ≦１である、請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項２３】
０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合に０．６≦ｃ≦１、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合に０．８４≦ｃ≦１である、請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の発光モジュール。
【請求項２４】
請求項１ないし２３のいずれか一項に記載の発光モジュールを有する、ランプ。
【請求項２５】
請求項１ないし２３のいずれか一項に記載の発光モジュール又は請求項２４記載のランプを有する、照明器具。
【請求項２６】
請求項１ないし２３のいずれか一項に記載の発光モジュールを有する、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層及び固体発光体を有する発光モジュールに関する。本発明は、更に、発光モジュールを有するランプ、照明器具及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
公開されている米国特許出願公開ＵＳ２００９／０３２２２０８Ａ１号公報には、発光装置が開示されている。発光ダイオード（ＬＥＤ）が、凹型の筐体により形成された円錐形の空洞部に設けられている。この凹型筐体の前側において、円錐形の空洞部は透明な熱伝導体層で覆われており、熱伝導体層の上には、耐熱性の発光層が設けられている。凹型筐体の背面にはヒートシンクが設けられており、凹型筐体の側壁は金属のフレームで覆われている。円錐形の空洞部は、シリコーンのような材料で覆われている。
【０００３】
ＬＥＤは、発光層に向かって第１の色の光を発する。発せられる光の一部は、発光層により反射又は散乱され、空洞部に戻る。発せられる光の他の部分は、発光層により第２の色の光に変換される。発光層が第２の色の光を発すると、この光は全ての方向に発せられ、従って、他の色の光の一部は空洞部内に発せられる。反射して空洞部に戻る光又は空洞部内に発せられる第２の色の光は、一部分は空洞部の底部に衝突し、一部分は空洞部の壁部に衝突し、一部分はＬＥＤに衝突する。ＬＥＤの表面及び空洞部の表面において、光は一部分は反射し、一部分は吸収される。特に、光の吸収は発光装置の非効率を招く。
【０００４】
幾つかの光モジュールの製造業者は、底部を持つ空洞部を有する発光モジュールを提供している。これらのモジュールは、上記底部に与えられた例えばＬＥＤのような複数の発光体を有していることが多い。これらの発光モジュールの或る実施形態では、発光層が、例えばボンド層を介して発光体の上に直接的に設けられており、他の実施形態では、発光層は、発光体と発光層との間にセンチメートルのオーダーのかなり大きい距離が存在することを意味する所謂リモート発光層である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上部に直接発光層を備えた発光体を有する発光モジュールの問題点は、ＬＥＤ内部の背面反射体（back reflector）が制限された反射率を有するという事実（典型的には、バックミラーは、銀であり、９０％の反射率のレベルを持つ。）のために、発光層からＬＥＤに戻るように向けられる光がリサイクル効率の悪さに悩まされることである。実際には、発光体の材料、典型的には、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮが高い屈折率を有するので、現実的な反射率は更に低く、これは、光を発光体内部に閉じ込め、従って金属の反射率を更に制限する。（可視スペクトル領域にわたって平均され、垂直入射において測定される）典型的なＬＥＤの反射係数は、７０％に近い。これらの発光モジュールの他の問題点は、光の大部分がＬＥＤの上部の領域に集中するホットスポットの形成であり、従って、モジュールの光出力が非常に不均一であって、光出力及び熱的分布の両方においてホットスポットを引き起こす。また、ＬＥＤダイの上部の蛍光層がかなり熱くなり、高い束密度で励起され、これは、非最適蛍光体変換効率につながり、それにより発光性能を制限する。
【０００６】
上記リモート発光層を有する発光モジュールは、一般に、空洞部内における光のより効率的なリサイクルのために、上部に直接発光層を備えた発光体を有する発光モジュールよりも効率的である。また、これらのモジュールの光出力は典型的にはより均一であり、ホットスポットを減少させる。しかしながら、リモート発光層を有する発光モジュールは、上部に直接発光層を備えた発光体を有する発光モジュールと比較してかなり大きいサイズを有している。かなりかさばるリモート発光層の解決策は、スポットランプの用途、例えば、ハロゲン代替ランプ及び放物面反射鏡ランプのようなサイズを制約される用途に用いられ得ない。
【０００７】
リモート発光層を有する発光モジュールの他の不都合は、発光層のかなり大きい面積がかなり高い材料費のレベルをもたらすことである。更に、蛍光層内の熱伝導が専ら発光体の側壁の方へ横方向に向けられ、これらのかさばる構造のために、リモート蛍光板から離れる方に熱を向ける能力が制限される。
【０００８】
本発明の目的は、相対的に効率的である発光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、請求項１記載の発光モジュールを与える。本発明の第２の観点は、請求項２４記載のランプを与える。本発明の第３の観点は、請求項２５記載の照明器具を与える。本発明の第４の観点は、請求項２６記載の表示装置を与える。
【００１０】
本発明の本発明の第１の観点による発光モジュールは、光出力窓を通って光を発する。この発光モジュールは、基体、少なくとも１つの固体発光体及び部分拡散反射層を有しており、上記部分拡散反射層は拡散反射特性を有する層であり、入射光の少なくとも一部がこの層を通って伝送される。上記基体は表面を有しており、この基体の表面の少なくとも一部は、基体の表面に衝突する光を反射する。光を反射する基体の表面の部分は、以下、基体の光反射面という名前が付けられる。光反射面は、基体の光反射面により反射される光の量と基体の光反射面に衝突する光の量との比により定義される基体反射係数を有している。上記少なくとも１つの固体発光体は、第１の色の範囲の光を発し、上面を有し、少なくとも１つの固体発光体により反射される光の量と少なくとも１つの固体発光体に衝突する光の量との比により定義される固体発光体反射係数を有している。上記少なくとも１つの固体発光体の上面の最大直線サイズは、直線に沿った少なくとも１つの固体発光体の上面の一点から少なくとも１つの固体発光体の上面の他の点までの最長距離として定義される。上記光出力窓は、部分拡散反射層の少なくとも一部を有している。固体発光体面積比は、上記少なくとも１つの固体発光体の上面の面積と基体の光反射面の面積との比として定義される。上記基体反射係数の値は、７０％よりも大きく且つ上記固体発光体反射係数よりも大きい。上記少なくとも１つの固体発光体の上面と部分拡散反射層との間には、間隙（gap）が存在する。この間隙は、少なくとも１つの固体発光体の上面と部分拡散反射層との距離により規定される。この距離は、固体発光体面積比の相対的に小さい値に関して、すなわち、０．１よりも小さい固体発光体面積比に関して、上記上面の最大直線サイズの０．３倍以上の最小値及び上面の最大直線サイズの５倍以下の最大値を有する範囲にある。固体発光体面積比の中間の値に関して、すなわち、０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にある固体発光体面積比に関しては、上記距離は、上記上面の最大直線サイズの０．１５倍以上の最小値及び上面の最大直線サイズの３倍以下の最大値を有する範囲にある。固体発光体面積比の相対的に大きい値に関して、すなわち、０．２５よりも大きい固体発光体面積比に関して、上記距離は、上記上面の最大直線サイズの０．１倍以上の最小値及び上面の最大直線サイズの２倍以下の最大値を有する範囲にある。
【００１１】
固体発光体の上面と部分拡散反射層との距離は、固体発光体の上面と少なくとも１つの固体発光体と対向する部分拡散反射層の面との最短の直線経路の長さとして定義される。発光モジュールが１つよりも多い固体発光体を有する場合、固体発光体の上面と部分拡散反射層との距離は、固体発光体の上面のそれぞれと部分拡散反射層との距離の平均である。
【００１２】
上記固体発光体の上面の最大直線サイズは、直線に沿った少なくとも１つの固体発光体の上面の一点から少なくとも１つの固体発光体の上面の他の点までの最長距離として定義される。発光モジュールが１つよりも多い固体発光体を有する場合、上面の最大直線サイズの平均値が用いられる。上面は、任意の形状、例えば、正方形、長方形、円形又は楕円形を有し得る。円形の場合、最長直線サイズは、円の直径の長さである。
【００１３】
本願発明者等は、固体発光体と部分拡散反射層との距離が、それ以上であれば発光モジュールのかなり大きい光出力が得られ、固体発光体面積比に依存する最小値を有するべきであることを見出した。この最小値よりも小さいと、発光モジュールはより低い効率で動作し、過剰の光が部分拡散反射層により少なくとも１つの固体発光体へ反射され、後方散乱され及び／又は再度発せられる。更に、本願発明者等は、少なくとも１つの固体発光体と部分拡散反射層との距離が大きくなりすぎると、固体発光体面積比の値にも依存して光出力が減少し始め、従って有利ではないことを見出した。光が発光モジュールを通るより長い移動経路を有し、従って、より多くの吸収イベントを経験するので、上記減少はより多くの光の吸収の結果である。
【００１４】
上記基体反射係数の値は、少なくとも固体発光体反射係数よりも大きく、その結果、基体は固体発光体よりも少ない光を吸収する。より多くの光が基体により反射し、従って、発光モジュールの周囲においてより多くの光が光出力窓を通って発せられるので、これは有利である。これは、実際には、より多くの光が基体により反射され、その後、吸収されるのではなく再利用されることを意味する。本発明に係る発光モジュールにおける光損失が最小限に抑えられるので、発光モジュールの効率は、全体として高くなる。固体発光体の上部に直接発光層を備えた発光モジュールと比較して、固体発光体の光の吸収によってより少ない光しか失われない。部分拡散反射層としての役割を果たすリモート発光層を備えた発光モジュールと比較して、部分拡散反射層によりモジュールの内部へ反射され、後方散乱され及び／又は再度発せられる光は、光出力窓を出射する前にモジュール内部でより少ない相互作用（反射）しか有さないので、より効率的に再利用される。結果として、本発明に係る発光モジュールは、かなり効率的である。
【００１５】
本願発明者等は、既に指定された基準及び固体発光体の上面と発光層との距離が特定の範囲内にあるという基準による基体反射係数が固体発光体反射係数よりも高い特定の組み合わせが、相対的に高い光出力及び従って相対的に効率的なモジュールをもたらすことを実験から見出した。
【００１６】
上記間隙は、広く解釈されなければならない。これの意味は、部分拡散反射層は上面又は少なくとも１つの固体発光体の上面と直接接しておらず、少なくとも１つの固体発光体と部分拡散反射層との間に或る距離が存在することである。間隙は、空気で満たされてもよいが、実質的に透明な材料も間隙内に存在し得る。
【００１７】
部分拡散反射層が固体発光体の上面又は固体発光体と直接接していない場合、かなり大量の光が反射され、光反射面に向かって発せられる。本発明によれば、光反射面が少なくとも１つの固体発光体よりも高い反射率を有する場合、より多くの光が反射して部分拡散反射層に戻り、その結果、より高い光出力が得られる。
【００１８】
本願発明者等は、かなり高い反射率の光学的効果は、光出力を更に増加させることを実験から見出した。固体発光体と部分拡散反射層との間に間隙が存在する場合、少なくとも１つの固体発光体は、部分拡散反射層が固体発光体の上部又は非常に近くに位置する時と同じように温かくはならない。これは、少なくとも１つの固体発光体の効率を更に高め、固体発光体又は固体発光体のはんだ接合部において臨界温度が達せられる前により高い電流負荷を可能にする。従って、より高い絶対光出力が実現される。また、部分拡散反射層が少なくとも１つの固体発光体に直接熱的に結合されない場合、部分拡散反射層は少なくとも１つの固体発光体から熱を受け取らない。部分拡散反射層がどの程度よく冷却され得るかは、基体への熱的界面の質及びモジュールが接続される可能なヒートシンクに依存する。
【００１９】
従って、間隙の存在による基体反射係数が固体発光体反射係数よりも高い特定の組み合わせは、基体の光反射面によるより多くの反射の光学的効果のみに基づいて予想される光出力よりも高い光出力をもたらす。
【００２０】
一形態では、部分拡散反射層は、第１の色の範囲の光の少なくとも一部を第２の色の範囲の光に変換する発光材料を有している。第２の色の範囲の光は、発光材料により全方向に発せられ、この光の一部も、少なくとも１つの固体発光体に向かって又は基体の光反射面に向かって発せられる。
【００２１】
部分拡散反射層が発光層としての役割を果たす場合、第１のスペクトル範囲から第２のスペクトル範囲への光の変換は、光エネルギーを部分的に熱に変換し、これは典型的には「ストークスシフト損失」として表される。更に、実際には、発光材料の量子効率（ＱＥ）が、例えば０．９に制限され、以下、発光層と呼ばれる発光材料を有する部分拡散反射層の更なる加熱を引き起こす。発光材料の効率は、発光材料の温度が許容可能な範囲内に保たれる場合により高い。これは、例えば、固体発光体と発光層との特定の距離を与えることによって、発光材料に関して光束負荷、すなわち、フラックス密度の分布を制限することにより実現され、光が広がることを可能にし、それにより、発光層におけるフラックス密度を減少させる。しかしながら、より好ましくは、低い熱抵抗を達成することにより、発光層と基体との間及び発光層とヒートシンクとの間の熱抵抗が最適化される。これは、出力窓の周囲において発光層を熱伝導性の壁部に結合することによって、エミッタと基体との間の熱伝導性材料及び熱伝導性ガラス若しくはセラミックのような発光材料を与えることによって又は発光層上に熱伝導性を有する発光層が取り付けられるキャリア基板のような熱拡散層若しくは構造体を与えることによって等の種々の手段により達成され得る。従って、そのような手段を用いると、固体発光体と発光層との間隙は、より効率的な発光層の光熱効果をもたらす。
【００２２】
更に、少なくとも１つの固体発光体と部分拡散反射層との間隙は、部分拡散反射層の非常に特定の領域におけるかなり高い光束ではなく、部分拡散反射層を通る光束のより均一な分布をもたらす。また、部分拡散反射層が発光材料を有する場合、熱的ホットスポット及び温度勾配の減少はこのやり方で達成される。発光材料は光飽和に敏感な傾向があり、これは、或る光束を上回ると、発光材料がより低い効率で光を変換することを意味する。従って、固体発光体と発光材料を有する部分拡散反射層との間に間隙を有することにより、発光材料の光飽和が防止され、効率が高められる。
【００２３】
一形態では、上記少なくとも１つの固体発光体の上面は、光出力窓に面している。一形態では、上記少なくとも１つの固体発光体は、光出力窓の少なくとも一部の方に光を発する。
【００２４】
一形態では、上記発光モジュールは、複数の固体発光体を有している。固体発光体のそれぞれは、特定の色の範囲の光を発する。他の形態では、複数の固体発光体が、基体と光出力窓との間に存在する仮想面上に設けられている。更に他の形態では、複数の固体発光体の少なくとも１つは、光出力窓の少なくとも特定の部分に向けて光を発する。追加として又は代替として、複数の固体発光体の少なくとも１つは、光出力窓に面する上面を有している。固体発光体反射係数は、複数の固体発光体の反射係数の平均値として定義される。更に他の形態では、少なくとも１つの固体発光体の上面は、光出力窓に面しており、他の固体発光体の上面は、光出力窓に面していない。
【００２５】
特定の形態では、上記発光体は、複数の固体発光体と１つの面内で互いに非常に近くに位置するそれらの反射面との組み合わせである。非常に近いとは、個々の固体発光体間の距離がマイクロメートルの数十倍のオーダーであるが、せいぜい０．２ｍｍであることを意味する。そのような近くに位置する固体発光体は、本発明に関しては、単一の発光体と見なされ、マルチダイＬＥＤとも呼ばれる。上面は、非常に近くに位置する固体発光体の個々の固体発光体の上面の組み合わせである。非常に近い配置は、固体発光体のダイに関連し、固体発光体のパッケージの非常に近い配置には関連しないことに注意されたい。
【００２６】
上記発光モジュールは、１つよりも多い固体発光体が与えられると、より多くの光を発することができる。絶対値において見られるより多くの光が、発光モジュール内で反射され、その結果、固体発光体及び基部の光反射面に戻る方へ発せられる。従って、基部の光反射面が固体発光体よりも優れた反射率を有する場合、絶対値において見られるより多くの光が、部分拡散反射層への反射面による（及び光出力窓を通る）光の反射によって再利用される。更に、複数の固体発光体を有する発光モジュールは、単一の固体発光体を有する発光モジュールと同じ利点を有している。２つ以上の固体発光体の場合、固体発光体面積比の計算に固体発光体の上面の総合計面積が用いられる。
【００２７】
一形態では、上記基体反射係数の値は、１と固体発光体反射係数との差のファクタｃ倍を加えた固体発光体反射係数よりも大きい。ファクタｃの値は、少なくとも１つの固体発光体の上面の面積と基体の光反射面の面積との比として定義される固体発光体面積比の値に依存する。固体発光体面積比が相対的に小さい場合、すなわち、０．１よりも小さい値である場合、ファクタｃが０．２以上であれば、かなり効率的な発光モジュールが与えられる。固体発光体面積比が中間の範囲にある場合、すなわち、０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にある場合、ファクタｃが０．３以上であれば、かなり効率的な発光モジュールが与えられる。固体発光体面積比が相対的に大きい、すなわち、０．２５よりも大きい値を有する場合、ファクタｃが０．４以上であれば、かなり効率的な発光モジュールが与えられる。反射係数の値は１より大きいことはないので、ファクタｃは最大値１を有する。実際には、固体発光体面積比の値は、０から１の間である。
【００２８】
部分拡散反射層に衝突する上記第１の色の範囲の光は、散乱し、部分拡散反射層の表面による反射のため、内部反射のため及び部分拡散反射層における後方散乱のために一部分は少なくとも１つの固体発光体及び基体の方に反射し、一部分は部分拡散反射層を通って透過もする。
【００２９】
上記少なくとも１つの固体発光体は、その制約のために制限された固体発光体反射係数を有しており、これは、少なくとも１つの固体発光体に衝突する光の大部分が少なくとも１つの固体発光体に吸収されることを意味する。少なくとも１つの固体発光体の上面は、上面に衝突する光の比較的少ない部分を反射し、その光のかなり大きい部分は固体発光体のコアに送られる。固体発光体の裏面及び半導体領域は、光のかなりの部分を吸収し、その結果、固体発光体のコアに入る制限された量の光が固体発光体の周囲に再び発せられる。「ダイ」という語は、固体発光体のチップに用いられることが多く、両方の用語は、光が生成される半導体装置を指すものである。半導体装置は、実際には光を生成する半導体材料を含んでおり、電極、セグメンテーション、バイアス、バックサイドミラー及び例えば保護層も含んでいる。幾つかのアプリケーションでは、固体発光体は光透過性基板、例えば、サファイアの上に成長されることに注意されたい。製造後、基板は、固体発光体のダイ上に依然として存在してもよく、固体発光体において生成される光は、成長基板を通って発せられる。「上面」という用語は、成長基板の表面を指しているのではなく、光のほとんどを発する固体発光体のダイの表面を指している。幾つかの形態では、上面を通る光は、主に、光出力窓の方向に放出される。
【００３０】
上記基体反射係数が固体発光体反射係数よりも著しく大きいと、発光モジュールの効率は全体としてかなり向上することに注意されたい。更に、固体発光体面積比に依存する反射係数の或る差を上回ると著しい改善が認められた。従って、この形態によれば、基体反射係数は、１と固体発光体反射係数の値との差のファクタｃ倍を加えた固体発光体反射係数よりも少なくとも大きい。Ｒｂａｓｅは基体反射係数であり、Ｒ＿ＳＳＬは固体発光体反射係数であるとすると、この基準は式、すなわち、Ｒｂａｓｅ＞Ｒ＿ＳＳＬ＋ｃ×（１−Ｒ＿ＳＳＬ）によって表される。従って、固体発光体面積比が相対的に小さいと、すなわち、０．１よりも小さいと、これは、基体の反射面が固体発光体の上面の面積に対してかなり大きい面積を有することを意味し、ｃ≧０．２であればかなり効率的な発光モジュールが得られる。一例として、Ｒ＿ＳＳＬ＝０．７の場合、基体の反射面の反射係数は、かなり効率的な発光モジュールを達成するために、０．７６以上であるべきである。固体発光体面積比が中間の範囲にあると、すなわち、０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にあると、これは、基体の反射面の面積が固体発光体の上面の面積に匹敵することを意味し、ｃ≧０．３であればかなり効率的な発光モジュールが得られる。一例として、Ｒ＿ＳＳＬ＝０．７の場合、基体の反射面の反射係数は、かなり効率的な発光モジュールを達成するために、０．７９以上であるべきである。固体発光体面積比が相対的に大きいと、すなわち、０．２５よりも大きいと、これは、基体の反射面が固体発光体の上面の面積に対してかなり小さい面積を有することを意味し、かなり効率的な発光モジュールを達成するために、ファクタｃは０．４以上であるべきである。一例として、Ｒ＿ＳＳＬ＝０．７の場合、基体の反射面の反射係数は、かなり効率的な発光モジュールを与えるために、０．８２以上であるべきである。
【００３１】
上記反射係数は、関連する面全体にわたる平均の数であることに注意されたい。基体の光反射面は、例えば、基体上において種々の材料及び／又は種々の反射層の厚さを用いることにより他の領域よりも反射性の少ない領域を有している。更に、異なる波長の光の反射は異なるが、好ましくは、反射係数は、少なくとも第１の色の範囲の光を有するスペクトル範囲及び入射角度の分布にわたって重み付けされた平均である。
【００３２】
幾つかのケースでは、少なくとも１つの固体発光体は基板、例えば、セラミック基板に取り付けられており、基板と少なくとも１つの固体発光体との組み合わせが他のキャリア層に取り付けられている。このキャリア層は、例えば、絶縁金属基板（ＩＭＳ）とも呼ばれるメタルコアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）若しくはＦＲ４のような通常のＰＣＢ又はアルミナ若しくは窒化アルミニウムのような他のセラミックキャリアである。そのような状況では、発光モジュールの基体は、他のキャリア層と固体発光体が取り付けられる基板との組み合わせである。言い換えれば、基体は、固体発光体が与えられる材料及び／又は層の組み合わせである。その結果、この特定のケースでは、基体反射係数は、基板及びキャリア層の反射係数の重み付けされた平均である。誤解を避けるために、計算の際、基体の反射面の面積は少なくとも１つの固体発光体により覆われる面積を含まない。
【００３３】
固体発光体面積比が相対的に小さい、すなわち、０．１よりも小さい時には、０．４≦ｃ≦１の場合により効率的な発光モジュールが得られる。０．６≦ｃ≦１の場合は、より一層効率的な発光モジュールが得られる。固体発光体面積比が中間の範囲にある時、すなわち、０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にある時には、０．６≦ｃ≦１の場合により効率的な発光モジュールが得られる。０．８４≦ｃ≦１の場合は、より一層効率的な発光モジュールが得られる。固体発光体面積比が相対的に大きい、すなわち、０．２５よりも大きい時には、０．８≦ｃ≦１の場合により効率的な発光モジュールが得られる。
【００３４】
一形態では、少なくとも１つの固体発光体は、基体の光反射面に設けられている。誤解を避けるために、計算の際、基体の反射面の面積は少なくとも１つの固体発光体により覆われる面積を含まない。しかしながら、他の実施形態では、少なくとも１つの固体発光体は、基体と光出力窓との間に与えられるワイヤのネットワーク上に位置する。そのような実施形態では、ワイヤは、固体発光体を支持し、固体発光体に電力を供給する。ワイヤは、メタルコア及び保護プラスチッククラッドを含んでおり、例えば、はんだ接合接続によりエミッタの基板又はキャリアの接触点にのみ電気的に取り付けられている。
【００３５】
一形態では、発光モジュールは、基体と光出力窓との間に挿入された壁部を有している。基体、壁部及び光出力窓は空洞部を囲んでいる。壁部は、空洞部に面する光反射性の壁部表面を有しており、この光反射性の壁部表面は、光反射性の壁部表面により反射される光の量と光反射性の壁部表面に衝突する光の量との比により定義される壁部反射係数を有している。この形態では、有効反射係数は、基体及び壁部の反射係数の重み付けされた平均として定義され、例えば、各表面積の大きさに対応して重み付けされる。この形態では、有効反射係数は、少なくとも７０％よりも大きく且つ固体発光体反射係数よりも大きい。従って、組み合わせられた基体及び壁部が指定された有効反射係数を有する場合、上記発光モジュールはかなり効率的である。
【００３６】
更に他の形態では、上記有効反射係数は、１と固体発光体反射係数の値との差のファクタｃ倍を加えた固体発光体反射係数よりも少なくとも大きい。ファクタｃについての基準は、壁部を伴わない形態の場合と同様であり、ここでは、合計の反射面が壁部の反射面と基体の反射面とを有することが唯一の相違点である。従って、固体発光体の被覆率は、ここでは、少なくとも１つの固体発光体の上面の面積と基体の反射面の面積及び反射性の壁部表面の面積の和との比として定義される。基体及び固体発光体の反射係数に従って、壁部反射係数は、光の所定のスペクトルの光の反射の重み付けされた平均であることに注意されたい。壁部は、この例では発光材料を有する部分拡散反射層から基体への熱の伝導のような更なる機能を有し得ることに注意されたい。基体はヒートシンクに結合されていることが多く、第１の色の範囲の光が第２の色の範囲の光に変換される場合の熱生成の結果として発光層はかなり熱くなる。壁部の反射面は、かなり効率的な発光モジュールの実現の役に立つ。
【００３７】
一形態では、上記壁部反射係数、すなわち、壁部の反射率は少なくとも９５％よりも小さく、固体発光体面積比が相対的に小さい値の場合、すなわち、０．１よりも小さい場合、固体発光体の上面と部分拡散反射層との距離は、上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．３倍の最小値及び上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．７５倍よりも小さい最大値を有する範囲にある。中間の値の固体発光体面積比である場合、すなわち、０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にある場合、このケースにおける上記距離は、上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．１５倍の最小値及び上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．３倍よりも小さい最大値を有する範囲にある。固体発光体面積比が相対的に大きい値、すなわち、０．２５よりも大きい場合、このケースにおける上記距離は、上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．１倍の最小値及び上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．２倍よりも小さい最大値を有する範囲にある。本願発明者等は、これらの基準に関してかなり効率的な発光モジュールが得られることを見出した。
【００３８】
一形態では、上記壁部反射係数は少なくとも９５％以上であり、固体発光体面積比が相対的に小さい値の場合、すなわち、０．１よりも小さい場合、固体発光体の上面と部分拡散反射層との距離は、上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．７５倍の最小値及び上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の２倍の最大値を有する範囲にあれば、かなり効率的な発光モジュールが得られる。中間の値の固体発光体面積比である場合、すなわち、０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にある場合、このケースにおける上記距離は、上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．３倍の最小値及び上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．７倍の最大値を有する範囲にある。固体発光体面積比が相対的に大きい値、すなわち、０．２５よりも大きい場合、このケースにおける上記距離は、上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．２倍の最小値及び上面の最大直線サイズ（又は上面の最大直線サイズの平均値）の０．５倍の最大値を有する範囲にある。
【００３９】
本発明の一形態では、上記反射性の基体表面の少なくとも一部は、固体発光体の上面よりも部分拡散反射層に近い。この形態では、固体発光体面積比が０．１よりも小さい場合には０．４×ｄＳＬＬの最小値及び５×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２の最大値を有する範囲にあれば、固体発光体面積比０．１以上の最小値及び０．２５以下の最大値を有する範囲にある場合には０．１５×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２の最小値及び３×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２の最大値を有する範囲にあれば、固体発光体面積比が０．２５よりも大きい場合には０．１×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２の最小値及び２×ｄＳＬＬ＋Δｈ／２の最大値を有する範囲にあれば、かなり効率的な発光モジュールが得られる。パラメータｄＳＬＬは、少なくとも１つの固体発光体の上面の最大直線サイズであり、パラメータΔｈは、少なくとも１つの固体発光体の上面と部分拡散反射層との距離と、反射性の基体表面と部分拡散反射層との距離又は平均距離との差の絶対値である。複数の固体発光体の場合、平均値が用いられる。この形態では、基体は、例えば、固体発光体が配される１つの以上の凹部を有している。
【００４０】
一形態では、上記壁部は、以下の材料、すなわち、アルミニウム、銅、アルミナのようなセラミック、ポリアミド又はスペクトラロンのような熱伝導性ポリマの少なくとも１つを有している。
【００４１】
一形態では、上記基体の光反射面及び／又は光反射性の壁部表面の少なくとも１つは、光反射性のコーティング、光反射性のモールディング、光反射性のセラミック又は光反射性のフォイルを有している。光反射性のコーティングは、各光反射面の反射率を高めるために用いられ、それにより、発光モジュールの効率を改善する。好ましい形態では、基体及び／又は壁部の光反射面は、白色コーティングにより得られる光を広く散乱させる。広く散乱させる面は、発光モジュールの光のリサイクル効率を更に改善する。他の形態では、基体及び／又は壁部の光反射面は共鳴反射させることができ、これは金属ミラー（保護銀又はアルミニウム）により得られる。更に他の形態では、基体及び／又は壁部の光反射面は、広く散乱させる材料と鏡面反射させる材料との組み合わせである。
【００４２】
更に他の形態では、上記光反射性の壁部表面は、光出力窓に向かう光の反射を増加させるように基体の法線軸に対して傾斜している。更に他の形態では、上記光反射性の壁部表面は、光出力窓に向かう光の反射を増加させるようにカーブしている。そのような傾斜した壁部表面又はカーブした壁部表面は、空洞部の内部から見て凸状の空洞部をもたらす。更に、傾斜又はカーブは、基体に接触する光反射性の壁部表面の縁部が、部分拡散反射層に接触する光反射性の壁部表面の縁部よりも互いに近くなるようにされている。そのような傾斜又はカーブした壁部表面を伴う凸状の空洞部は、光反射性の壁部表面に衝突する光を部分拡散反射層（及び従って光出力窓）の方へより良好に反射する。他の反射点において又は固体発光体によってより多くの吸収を引き起こす光反射性の壁部表面による空洞部の内部への光の反射が少なくとも部分的に妨げられる。その結果、発光モジュールの効率が高まる。これは、固体発光体面積比のかなり高い値において特に有利である。
【００４３】
一形態では、上記部分拡散反射層は光出力窓を形成している。部分拡散反射層は縁部を有しており、この部分拡散反射層の縁部は基体と接している。この形態に係る構成は、部分拡散反射層と基体との間の壁部の使用を妨げ、これは或る用途に有利である。この形態では、空洞部が光出力窓及び基体により形成される。更に、該空洞部はより広い角度の光出力の分布をもたらす。
【００４４】
他の形態では、上記発光モジュールは、１つ以上の固体発光体と発光層との間に配された実質的に透明な材料を有しており、この透明な材料は、上記１つ以上の固体発光体に光学的に結合される。上記実質的に透明な材料は、固体発光体からの光のアウトカップリング（出力）を助ける。固体発光体の材料は、一般に、かなり高い屈折率を有しており、従って、相当量の光が全内部反射（ＴＩＲ）のために固体発光体内部に捕らえられる。上記実質的に透明な材料は、例えば空気の屈折率よりも固体発光体の屈折率に近い屈折率を有しており、結果として、より多くの光が透明材料内に、従って最終的には発光モジュールの外へ発せられる。透明材料は、固体発光体の屈折率に近い屈折率を有していてもよい。固体発光体がＩｎＧａＮ材料のタイプの場合、発光体の屈折率は２．４に近く、発光体表面に取り付けられる高屈折率ガラス又はセラミックは、チップから最も多くの光を取り出す。透明材料は、種々の層に又は混合物として適用される種々の材料を有している。例えば、高屈折率セラミック基板は、例えば、少なくとも１つの固体発光体上に配されたドーム状又は平坦な封止材料である。一形態では、透明材料の屈折率は１．４よりも高い。他の形態では、透明材料の屈折率は１．７よりも高い。
【００４５】
更に他の形態では、上記実質的に透明な材料は、更に、部分拡散反射層に光学的及び熱的に結合される。例えば、基体と部分拡散反射層との間の空間全体が透明材料で満たされており、従って、透明材料は部分拡散反射層にも光学的に結合され、これは、部分拡散反射層と空洞部との界面におけるより少ない反射をもたらす。その結果、より多くの光が発光モジュールの周囲に発せられる。更に、透明材料が部分拡散反射層と接している場合、透明材料は部分拡散反射層にも熱的に結合され、部分拡散反射層から例えば基体への熱伝導を助ける。これは、より暖かくない部分拡散反射層をもたらし、一般に、より効率的であり、より長い寿命を有する。例えば、部分拡散反射層が発光層である場合、透明材料は、空気の間隙と比較して発光材料と基体との間に高められた熱伝導を与える。空気は約０．０２５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有しているので、約０．３の熱伝導率を有するシリコーン樹脂はより良好な熱的界面を与え、約１．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率のソーダ石灰ガラスのようなガラス基板は更に優れており、約１．３Ｗ／ｍＫのホウケイ酸ガラス又は溶融石英ガラス、約３０Ｗ／ｍＫの半透明多結晶アルミナ基板、４２Ｗ／ｍＫのサファイア基板は非常に優れている。オプションで、実質的に透明な材料は、焼結された半透明多結晶アルミナであってもよく、粒径は、非常に優れた熱特性と組み合わされたかなり高い透過性を与えるために、好ましくは４４μｍよりも大きく、好ましくは１μｍよりも小さい。
【００４６】
他の形態では、上記実質的に透明な材料は、透明樹脂、透明ゲル、透明液体、透明ガラス、透明ポリマ及び透明セラミックの少なくとも１つを有している。透明とは、第１及び第２の波長範囲のスペクトル領域において実質的に光の吸収がないことを指す。特に、この散乱が前方散乱のタイプである場合、散乱の幾つかの制限されたレベルが透明層において可能になる。従って、幾つかの散乱中心が、わずかにかすんだ材料の半透明層を用いることにより、発光材料と基体との間の実質的に透明な材料において可能になる。
【００４７】
更に他の形態では、上記発光材料は、無機蛍光体、セラミック蛍光体及び量子ドットの少なくとも１つ又はこれらの混合物を有している。発光層は、キャリア層、例えばガラス基板と、発光材料の層とを有していてもよいし、発光層はキャリア層にランダムに分布した発光材料の粒子を有する又はセラミック蛍光体の場合には、実質的には、発光層全体が発光材料であることに注意されたい。発光層は、積層された又は接近した間隔で配された種々の分離した発光層から成っていてもよいことにも注意されたい。種々の発光材料が種々の層において用いられ得る。しかしながら、発光材料は、同じ層において混合されていてもよい。無機発光材料の例は、ＣｅがドープされたＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）又はＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）を含んでいるが、これらに限定されるものではない。ＣｅドープＹＡＧは黄色の光を発し、ＣｅドープＬｕＡＧは黄色ないし緑色の光を発する。赤色の光を発する他の無機発光材料の例は、ＥＣＡＳ（Ｃａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕｘであり、０≦ｘ≦１；特にｘ≦０．２）及びＢＳＳＮ（Ｂａ２−ｘ−ｚＭｘＳｉ５−ｙＡｌｙＮ８−ｙＯｙ：Ｅｕｚ（Ｍ＝Ｓｒ、Ｃａ；０≦ｘ≦１、特にｘ≦０．２；０≦ｙ≦４、０．０００５≦ｚ≦０．０５））を含んでいるが、これらに限定されるものではない。
【００４８】
一形態では、上記光出力窓は、更に、散乱光の放出を得るため、空間的に色及び角度に対する色の均一な光の放出を得るため並びに色が混合された光の放出のための拡散層を有している。光出力窓は、角度に対する色のばらつき又は色の均一性を補正するダイクロイック層も有していてもよい。発光層による光放出特性への影響に加えて、例えば、所望の光ビームの形状を与える光学素子のような光出力窓を通って発光モジュールの周囲に発せられる光の特徴に影響を及ぼす他の光学層も用いられ得る。
【００４９】
一形態では、散乱光の放出を得るため、空間的に色及び角度に対する色の均一な光の放出を得るため並びに色が混合された光の放出のための拡散層が、少なくとも１つの固体発光体から離れて対向する部分拡散反射層の側から或る距離に与えられる。
【００５０】
一形態では、少なくとも１つの発光素子から離れて面する、部分拡散反射層の側に偏光素子が位置している。
【００５１】
本発明の第２の観点によれば、本発明に係る発光モジュールを有するランプが与えられる。このランプは、複数の発光モジュールを有していてもよい。このランプは、レトロフィット電球、レトロフィットＰＡＲ（parabolic aluminized reflector）ランプ、スポットランプ、ダウンライトランプ、レトロフィットハロゲンランプ又はレトロフィットライトチューブを有している。
【００５２】
本発明の第３の観点によれば、本発明に係る発光モジュール又は本発明に係るランプを有する照明器具が与えられる。この照明器具は、複数の発光モジュールを有していてもよい。
【００５３】
本発明の第４の観点によれば、本発明に係る発光モジュールを有する表示装置が与えられる。使用中、発光モジュールは、ＬＣＤ表示装置用のバックライティングユニットとしての役割を果たす。発光モジュールは、相対的に有効に（偏光された）光を生成し、表示装置のコストレベルを低減する。
【００５４】
本発明の第２、第３及び第４の観点それぞれによるランプ、照明器具及び表示装置は、本発明の第１の観点による発光モジュールと同じ利点を提供し、発光モジュールの対応する実施形態と同様の効果を有する。
【００５５】
これに関連して、或る色の範囲の光は、典型的には、所定のスペクトルを持つ光を有している。所定のスペクトルは、例えば、所定の波長の周りの特定の帯域幅を有する原色を有しているか、又は、例えば、複数の原色を有している。上記所定の波長は、放射パワースペクトル分布の平均の波長である。これに関連して、所定の色の光は、紫外光のような非可視光も含んでいる。原色の光は、例えば、赤色、緑色、青色、黄色及びアンバー光を含んでいる。所定の色の光は、青色及びアンバー又は青色、黄色及び赤色のような原色の混合物を有していてもよい。第１の色の範囲は、紫外光又は赤外光のような人間の目に見えない光も有し得ることに注意されたい。「紫色光」又は「紫色放出」という用語は、特に、約３８０ないし４４０ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「青色光」又は「青色放出」という用語は、特に、（幾らかの紫色及びシアンの色相を含む）約４４０ないし４９０ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「緑色光」又は「緑色放出」という用語は、特に、約４９０ないし５６０ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「黄色光」又は「黄色放出」という用語は、特に、約５６０ないし５９０ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「橙色光」又は「橙色放出」という用語は、特に、約５９０ないし６２０ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「赤色光」又は「赤色放出」という用語は、特に、約６２０ないし７５０ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「アンバー光」又は「アンバー放出」という用語は、特に、約５７５ないし６０５ｎｍの範囲内にある波長を有する光に関連している。「可視」光又は「可視放出」という用語は、約３８０ないし７５０ｎｍの範囲内にある波長を有する光のことを指す。
【００５６】
本発明のこれらの観点及びその他の観点は、以下に説明する実施形態から明らかであり、以下に説明する実施形態を参照して理解されるであろう。
【００５７】
本発明の上述した形態、実施及び／又は観点の２つ以上が有用であると考えられる任意のやり方で組み合わせられ得ることは、当業者により理解されるであろう。
【００５８】
更に、明細書及び特許請求の範囲における「第１」、「第２」、「第３」及びこれらに類する用語は、類似する要素を区別するために用いられており、必ずしも連続する順序又は発生順を説明するために用いられるものではない。そのように用いられている用語は適切な状況下において置き換え可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書中に説明されている又は示されている順序ではない他の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００５９】
発光モジュールの説明される修正形態及び変形形態に対応する発光モジュール、ランプ、照明器具及び／又は表示装置の修正形態及び変形形態は、本明細書の説明に基づいて当業者により実行され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１ａ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図１ｂ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図２ａ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の平面図を模式的に示している。
【図２ｂ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の平面図を模式的に示している。
【図３ａ】空洞部を有する本発明に係る発光モジュールの一実施形態を模式的に示している。
【図３ｂ】円柱形状を有する本発明に係る発光モジュールの一実施形態を模式的に示している。
【図４ａ】空洞部を有する本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図の具体例を模式的に示している。
【図４ｂ】空洞部を有する本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図の具体例を模式的に示している。
【図５ａ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の複数の断面図を模式的に示している。
【図５ｂ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の複数の断面図を模式的に示している。
【図６】光出力窓を形成する発光層及び基体に接する発光層の縁部を有する本発明に係る発光モジュールの実施形態の複数の断面図を模式的に示している。
【図７ａ】フレキシブル発光モジュールの本発明に係る実施形態の断面図を模式的に示している。
【図７ｂ】フレキシブル発光モジュールの本発明に係る実施形態の断面図を模式的に示している。
【図８ａ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図８ｂ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図８ｃ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図９】本発明に係る発光モジュールの一実施形態の測定の結果のグラフを示している。
【図１０ａ】第１の基準の発光モジュールの模式的な断面図を示している。
【図１０ｂ】第２の基準の発光モジュールの模式的な断面図を示している。
【図１０ｃ】本発明に係る発光モジュールの模式的な断面図を示している。
【図１１】本発明に係る発光モジュールの一実施形態のシミュレーションの結果のグラフを示している。
【図１２】本発明に係る発光モジュールの一実施形態のシミュレーションの結果のグラフを示している。
【図１３】本発明に係る発光モジュールの一実施形態のシミュレーションの結果のグラフを示している。
【図１４】本発明に係る発光モジュールの一実施形態のシミュレーションの結果のグラフを示している。
【図１５】本発明に係る発光モジュールの一実施形態のシミュレーションの結果のグラフを示している。
【図１６ａ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図１６ｂ】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図を模式的に示している。
【図１６ｃ】図１６ａ及び図１６ｂに係る発光モジュールの実施形態のシミュレーションの結果のグラフを示している。
【図１７ａ】本発明に係る発光モジュールの一実施形態の平面図を模式的に示している。
【図１７ｂ】図１７ａに従う発光モジュールの実施形態のシミュレーションの結果の他のグラフを示している。
【図１７ｃ】図１７ａに従う発光モジュールの実施形態のシミュレーションの結果の他のグラフを示している。
【図１７ｄ】図１７ａに従う発光モジュールの実施形態のシミュレーションの結果の他のグラフを示している。
【図１８】本発明に係る発光モジュールのシミュレーションの結果の他のグラフを示している。
【図１９ａ】本発明の一観点によるランプの実施形態を示している。
【図１９ｂ】本発明の一観点によるランプの実施形態を示している。
【図１９ｃ】本発明の一観点による照明器具の一実施形態を示している。
【図２０】本発明に係る発光モジュールの実施形態の断面図の具体例を模式的に示している。
【図２１】本発明の一観点による表示装置の一実施形態を示している。
【００６１】
異なる図面において同一の参照符号により示されている要素は、同じ構造的特徴及び同じ機能を有しているか、又は同じ信号であることに注意されたい。そのような要素の機能及び／又は構造が説明されていた場合、詳細な説明においてその説明が繰り返される必要はない。
【００６２】
図面は、単に概略であり、正確な縮尺で描かれてはいない。特に、明確にするために、寸法が大きく誇張されているものもある。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
第１の実施形態は、本発明の第１の観点による発光モジュール１００の断面を示す図１ａに示されている。発光モジュール１００は、光出力窓１０４を備えている。この実施形態の光出力窓１０４は、発光材料を有する発光層１０２により形成されている。発光材料は、発光材料に衝突する第１の色の範囲の光１１４の少なくとも一部を第２の色の範囲の光１１６に変換する。発光モジュール１００ａの他の側には、光出力窓１０４と対向する光反射面１１２を有する基体１１０が設けられている。基体１１０上には、使用中、光出力窓１０４の一部に向かって第１の色の範囲の光１１４を発する固体発光体１０８が設けられている。上記基体は、典型的には、電力を与えるために固体発光体１０８のダイ又は複数のダイと接する電極構造体を備えている。電極構造体は、図には示されていない。固体発光体１０８により覆われている基体１１０の表面は、基体１１０の光反射面１１２に含まれない。
【００６４】
光反射面１１２は、光反射面１１２により反射される光の量と光反射面１１２に衝突する光の量との比により定義される基体反射係数Ｒｂａｓｅを有している。固体発光体１０８は、固体発光体１０８により反射される光の量と固体発光体１０８に衝突する光の量との比により定義される固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬを有している。これらの反射係数ははともに、種々の波長の光に関する反射係数の平均、例えば、第１の色の範囲の光１１４及び第２の色の範囲の光１１６にわたる（重み付けされた）平均であることに注意されたい。
【００６５】
発光層１０２は、固体発光体１０８の上面１０６に直接配置されてはおらず、固体発光体１０８から距離ｈのところに配されている。固体発光体１０８が第１の色の範囲の光１１４を発する場合、第１の色の範囲の光１１４の少なくとも一部は、基体１１０及び固体発光体１０８の方へ発光層１０２により反射される。第１の色の範囲１１４の一部は、光が衝突する面において反射するために又は内部反射若しくは後方散乱のために発光層１０２により反射される。反射して戻る光は、一部分は固体発光体１０８に衝突し、一部分は基体１１０の光反射面１１２に衝突する。
【００６６】
第１の色の範囲の光１１４の他の部分は、発光層１０２を通って発光モジュール１００の周囲に伝送される。第１の色の範囲の光１１４の更に他の部分は、発光材料により第２の色の範囲の光１１６に変換される。発光材料は、第２の色の範囲の光１１６を複数の方向に発し、その結果、第２の色の範囲の光１１６の一部は、発光モジュール１００の周囲に発せられ、第２の色の範囲の光１１６の他の部分は、基体１１０及び固体発光体１０８の方へ発せられる。
【００６７】
固体発光体１０８の上面１０６に衝突する光は、一部分は反射し、一部分は固体発光体１０８の半導体材料に送られる。固体発光体１０８内において、光の一部は吸収され、光の幾らかの他の部分の、反射して上面１０６の方に戻り、光出力窓１０４の方へ再度発せられる。固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値は、衝突する光の何分の一が反射して戻るかを規定し、値（１−Ｒ＿ＳＳＬ）は、衝突する光のどの程度が固体発光体１０８により吸収されるかを規定する。実際には、固体発光体１０８は、かなり低い値の、一般的には約０．７の固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬを有する。
【００６８】
上記発光層により基体１１０の方へ反射され、散乱され、すなわち、拡散反射され又は発せられ、固体発光体１０８に衝突しない光は、基体１１０の光反射面１１２により大部分が反射される。しかしながら、少量の光は、上記面において又は下側の層に依然として吸収される。基体反射係数Ｒｂａｓｅは、衝突する光の何分の一が光反射面１１２により反射されて戻るかを規定し、値（１−Ｒｂａｓｅ）は、衝突する光のどの程度が光反射面１１２により吸収されるかを規定する。
【００６９】
基体反射係数Ｒｂａｓｅ及び固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値は、常に、０から１の間の値である。固体発光体１０８により生成される光の量は固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬを決定する際に考慮されないことに注意されたい。反射した光の一部は、固体発光体１０８に衝突する光の量の一部である。
【００７０】
本発明によれば、基体反射係数Ｒｂａｓｅの値は、少なくとも固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値よりも大きい。好ましくは、基体反射係数Ｒｂａｓｅの値は、１と固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬとの差のファクタｃ倍を加えた固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値よりも大きい。従って、Ｒｂａｓｅ＞Ｒ＿ＳＳＬ＋ｃ・（１−Ｒ＿ＳＳＬ）である。よって、光反射面１１２は、平均的には、少なくとも完全に反射する、すなわち、１００％の反射率の固体発光体と用いられる固体発光体１０８の実際の反射率との差のｃ倍の値である値を持つ固体発光体１０８よりも多くの光を反射する。上記ファクタｃは、以下において固体発光体面積比ρＳＳＬ：ρＳＳＬ＝（Ａ＿ＳＳＬ／Ａｂａｓｅ）と呼ばれる基体１１０の総反射面積に対する固体発光体１０８の総面積に依存する。上記Ａ＿ＳＳＬは固体発光体１０８の上面１０６の総面積を表し、Ａｂａｓｅは基体１１０の反射面１１２の総面積を表している。実際には、固体発光体面積比ρＳＳＬは、１．０の最大値を有する。固体発光体面積比ρＳＳＬが０．１よりも小さい場合、すなわち、ρＳＳＬ＜０．１である場合、これは固体発光体１０８の上面１０６の面積に対して基体１１０の反射面積がかなり大きいことを示しており、ファクタｃは、相対的に効率的な発光モジュールを有するためにｃ≧０．２の基準を満たすべきである。０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５である場合、これは基体１１０の反射面積が固体発光体１０８の上面１０６の面積に匹敵することを示しており、ファクタｃは、相対的に効率的な発光モジュールを有するためにｃ≧０．３の基準を満たすべきである。ρＳＳＬ＞０．２５である場合、これは固体発光体１０８の上面１０６の面積に対して基体１１０の反射面積がかなり小さいことを示しており、ファクタｃは、相対的に効率的な発光モジュールを有するためにｃ≧０．４の基準を満たすべきである。全ての場合においてファクタｃの値は、実際には１．０よりも小さい。
【００７１】
かなりの量の光が発光層１０２により発光層１０２から離れて基体１１０に向かう方向に反射される、散乱される又は発せられるので、発光モジュール１００の効率を向上させるために光出力窓１０４に再び光を反射させることによりこの光を再利用することは有利である。固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬは、発光モジュール１００に用いられなければならない特定の固体発光体１０８の決まった特徴であるために、選択され得ないことが多い。従って、発光モジュール１００の効率を向上させるために、固体発光体１０８よりも衝突する光を多く反射する基体１１０の光反射面１１２を有することは有利である。また、Ｒｂａｓｅ＞Ｒ＿ＳＳＬ＋ｃ・（１−Ｒ＿ＳＳＬ）である場合に大幅な効率の改善が得られることが分かった。
【００７２】
本願発明者等は、更に、０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合にｃ≧０．４、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合にｃ≧０．６及びρＳＳＬ＞０．２５の場合にｃ≧０．８であれば、より一層効率的な発光モジュールが得られることを見出した。０＜ρＳＳＬ＜０．１の場合にｃ≧０．６及び０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合にｃ≧０．８４であれば、更に効率的な発光モジュールが達成される。
【００７３】
部分的拡散反射光の特性は、効率に従い及び従って本発明によって効率的な発光モジュールを達成するために重要であり、発光層は、入射光が一部分は拡散反射し、一部分は透過される部分的拡散反射特性を有する他の層によっても置き換えられ得る。
【００７４】
アプリケーションに依存して、発光モジュール及び固体発光体の発光領域のルーメン出力及び大きさに関して発光モジュールに対する種々の要求が存在する。光強度の或る角度分布が必要とされるアプリケーションの場合、通常、ビームを成形する光学素子が適用される。通常はランバート発光体プロファイルに近い固体発光体光ビームのビームプロファイルを平行ビームに変換するために、最初の発光サイズをかなり小さく保つことが必要である。この場合、ルーメン出力により決定され、固体発光体１０８の発光面の総面積に関連し、例えば、１つよりも多い固体発光体１０８を使用することによっても増大され得る発光モジュールの輝度は、かなり高いべきである。これらのアプリケーションに関しては、かなり高い固体発光体面積比ρＳＳＬが必要とされる。一例は、レトロフィットハロゲンランプ用のモジュールである。
【００７５】
発光モジュールの輝度レベル、固体発光体１０８の特定のビーム成形又は総面積に厳しい要求がないアプリケーションでは、より効率的な光の再利用及びより高い効率を与えるために、固体発光体１０８の部分的吸収面１０６に対してかなり大きい反射性の基体１１２を有することが好ましい。これらのアプリケーションに関しては、かなり低い固体発光体面積比ρＳＳＬが好ましい。一例は、発光モジュールの幾何学的形状にのみ限定された制約を課すレトロフィットバルブのアプリケーションにおいて実現される高ルーメンパッケージである。
【００７６】
上記反射係数は、それらが関連する全表面にわたる平均の数であることに注意されたい。基体光反射面は、例えば、他の領域よりも少なく反射する領域を有している。また、異なる波長の光の反射及び異なる入射角度における光の反射は、異なる。好ましくは、反射係数は、スペクトル領域にわたって及び入射角度の分布にわたって、例えば、昼光のスペクトル領域にわたって又は一定量の第１の色の範囲及び第２の色の範囲を有するスペクトル範囲にわたって平均化されたものである。反射係数の測定は、反射率が測定されなければならない物体にスペクトル領域の平行光ビームを向け、反射光の量を測定することにより行われることが多い。これは、典型的には、１つ以上の入射角度において行われ、反射係数は、異なる入射角度の場合に得られる反射係数の重み付けされた平均である。重み係数は、異なる入射角度において発光モジュール内の物体に衝突する光の量に依存する。
【００７７】
幾つかのケースでは、固体発光体は基板、例えば、セラミック又はシリコン基板に取り付けられており、基板と固体発光体との組み合わせが他のキャリア層に取り付けられている。このキャリア層は、例えば、絶縁金属基板（ＩＭＳ）とも呼ばれるメタルコアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）若しくはＦＲ４のような通常のＰＣＢ、アルミナ若しくは窒化アルミニウムのような他のセラミックキャリア又はシリコン基板である。そのような状況では、発光モジュールの基体は、他のキャリア層と固体発光体が取り付けられる基板との組み合わせである。言い換えれば、基体は、固体発光体が取り付けられる材料及び／又は層の組み合わせである。その結果、この特定のケースでは、基体反射係数は、基板及びキャリア層の反射係数の重み付けされた平均である。固体発光体が取り付けられる基板又はキャリア基板が完全に平坦である必要はない。典型的には、発光体に電力を供給する導電性の銅トラックのような物理的高さを有する金属電極が基板上に存在する。また、上記面に与えられる熱拡散層も存在し得る。キャリアの基板の一部は、例えば、モジュールを固定する若しくはモジュールにコリメータを取り付けるための追加の支持構造体を実現するため又は、例えば、電気的機能から光学的機能を分離する周縁部（rim）を規定するために局所的により厚くてもよい。基板又はキャリア上には、キャパシタ、ＮＴＣのような温度センサ、抵抗、ＥＳＤ保護ダイオード、ツェナーダイオード、バリスタ、フォトダイオードのような光センサ又は集積回路（ＩＣ）等の他の電気部品が存在し得る。これらの構成要素は、光出力窓の周囲の外側に配される可能性が高いが、実際には、光出力窓の周囲の内側にも配され得る。後者の場合、上記構成要素は基体の平均反射率に寄与するであろう。これらの構成要素は、光損失を最小限にするために反射層により覆われている。
【００７８】
図１ｂは、本発明の第１の観点による発光モジュール１５０の他の実施形態を示している。発光モジュール１５０は、発光モジュール１００とよく似た構造を有しているが、発光層１０２に向かって第１の色の範囲の光１１４を発する複数の固体発光体１５４、１５６が設けられている。発光モジュール１５０に関して、固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬは、複数の固体発光体１５４、１５６の光反射係数の平均として定義される。
【００７９】
図１ｂにおいて分かるように、発光モジュール１５０の固体発光体面積比ρＳＳＬは、発光モジュール１００のそのような比よりも大きく、ρＳＳＬの計算に関して、固体発光体の上面１５２、１５８の合計面積が、Ａ＿ＳＳＬに置き換えられるべきである。よって、発光モジュール１５０では、発光モジュール１００よりも相対的に大量の光が固体発光体１５４、１５６に衝突し、従って、相対的に大量の光が固体発光体１５４、１５６によって吸収される。発光モジュール１５０は、かなり効率的な発光モジュールを有するために面積比ρＳＳＬが０．２５よりも大きく、ファクタｃの値が０．４以上であるべきである発光モジュールの一例である。
【００８０】
他の実施形態では、異なる固体発光体１５４、１５６は異なる色の範囲を発することに注意されたい。更に、発光層１０２は、光出力窓１０４を通して伝達される光が第１の色の範囲１１４及び第２の色の範囲１１６のみよりも多くを有するように、それぞれが異なる変換特性を持つ異なる発光材料を有し得る。
【００８１】
図１ａ及び図１ｂでは、固体発光体１０８、１５４、１５６の個々が、光出力窓１０４及び発光層１０２と対向する上面１０６、１５２、１５８を有している。上面１０６、１５２、１５８は、第１の色の範囲の光１１４が発光層の方向に支配的に発せられる面である。固体発光体１０８、１５４、１５６の上面１０６、１５２、１５８とこれら上面１０６、１５２、１５８と対向する発光層１０２の面との距離は、固体発光体１０８、１５４、１５６の上面１０６、１５２、１５８とこれら上面１０６、１５２、１５８と対向する発光層１０２の面との最短の直線経路の長さとして定義される距離ｈである。
【００８２】
本願発明者等は、光反射面によるより多くの反射の光学的効果がより高い光出力に寄与する唯一の要因ではないことを実験により見出した。間隙及び固体発光体１０８、１５４、１５６と発光層１０２との距離ｈもまた、光モジュールの効率及び光出力に寄与する。上面１０６、１５２、１５８の個々は、上面１０６、１５２、１５８上のラインに沿った最大直線距離として定義される最大直線サイズｄＳＳＬを有している。上面が円形である場合、最大直線サイズｄＳＳＬは円の直径の長さである。上面が正方形又は長方形の形状を有している場合、最大直線サイズｄＳＳＬは正方形又は長方形の対角線の長さである。本願発明者等は、距離ｈが小さすぎると、過剰な光が固体発光体１０８、１５４、１５６により吸収されるほど過剰な光が固体発光体１０８、１５４、１５６に戻って衝突することを理解した。本願発明者等は、更に、距離ｈが一定の値よりも大きいと、光反射面に戻って発せられる光の量と比較した固体発光体１０８、１５４、１５６に戻って発せられる光の量が、距離ｈが更に大きくされるケースでは著しい効率の改善が得られないようになることを理解した。また、本願発明者等は、かなる効率的な発光モジュールをもたらす距離ｈの値の範囲が固体発光体面積比ρＳＳＬに依存することを見出した。ρＳＳＬ＜０．１である場合、上面１０６、１５２、１５８と発光層１０２との距離ｈは、好ましくは、上面１０６、１５２、１５８の最大直線サイズｄＳＳＬの０．３倍の最小値を有し、上面１０６、１５２、１５８の最大直線サイズｄＳＳＬの５倍の最大値を有する範囲にある。０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５である場合、上面１０６、１５２、１５８と発光層１０２との距離ｈは、好ましくは、上面１０６、１５２、１５８の最大直線サイズｄＳＳＬの０．１５倍の最小値を有し、上面１０６、１５２、１５８の最大直線サイズｄＳＳＬの３倍の最大値を有する範囲にある。ρＳＳＬ＞０．２５の場合には、上面１０６、１５２、１５８と発光層１０２との距離ｈは、好ましくは、上面１０６、１５２、１５８の最大直線サイズｄＳＳＬの０．１倍の最小値を有し、上面１０６、１５２、１５８の最大直線サイズｄＳＳＬの２倍の最大値を有する範囲にある。
【００８３】
発光モジュール１００及び１５０は、上記与えられた式及び基準でファクタｃが上述した値よりも大きい場合により一層効率的である。上面に直接発光層を備えた固体発光体に対して約４０％の効率の向上が得られる。
【００８４】
発光モジュール１５０では、複数の発光体１５４、１５６が与えられ、複数の発光体１５４、１５６のそれぞれが、発光層１０２まで異なる距離を有し得る。距離が異なる場合、距離の平均が上記定義された範囲の１つにあるべきである。固体発光体１５４、１５６のそれぞれが上面１５２、１５８の異なる形状及び／又はサイズを有する場合、最大直線サイズｄＳＳＬは、複数の固体発光体１５４、１５６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの平均として定義される。
【００８５】
間隙及び固体発光体１０８、１５４、１５６と発光層１０２との距離ｈが存在する場合、固体発光体１０８、１５４、１５６は、発光層１０２が固体発光体１０８、１５４、１５６の上部に又は非常に近くに配される場合と同じように暖かくはならない。この場合、発光層１０２は、固体発光体１０８、１５４、１５６に直接熱的に結合されず、固体発光体１０８、１５４、１５６の熱をより少ない程度で与える又は受け取る。発光材料の温度が受け入れ可能な制限内に保たれると、発光材料の効率がより高い。また、固体発光体１０８、１５４、１５６の温度が受け入れ可能な制限内に保たれると、固体発光体１０８、１５４、１５６の効率がより高い。従って、固体発光体１０８、１５４、１５６と発光層１０２との距離ｈは、より効率的な発光層１０２の光熱効果をもたらす。更に、固体発光体１０８、１５４、１５６と発光層１０２との距離ｈは、発光層１０２の非常に特定の領域におけるかなり高い光束ではなく発光層１０２を通るより均一な光束分布をもたらす。発光材料は光飽和に敏感である傾向があり、これは、或るフラックスの値を上回ると発光材料がより低い効率で光を変換することを意味する。幾つかの発光材料又は有機蛍光体若しくは有機バインダのようなこれらの材料のバインダもまた、光飽和に敏感である傾向があり、これは、或るフラックスの値を上回ると、発光材料又はバインダは劣化し始め、典型的には効率の低下を招くことを意味する。従って、固体発光体１０８、１５４、１５６と発光層１０２との間に距離ｈを作り出すことにより、発光材料の光飽和及び光分解が防止される。また、距離ｈは、出力窓におけるより均一な光出力の分布の達成にも役立ち、第１のスペクトル領域と第２のスペクトル領域との色の分布を混ぜ合わせるためにも役立つ。従って、空間的及び角度的の両方の色均一性が改善される。これは、固体発光体の上部又は光出力窓内の拡散器又はダイクロイック層により更に高められる。
【００８６】
固体発光体１０８、１５４、１５６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又は、例えばレーザダイオード、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり得る。
【００８７】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の第１の観点による発光モジュール２００、２５０の平面図を与えている。人が、光出力窓を介して固体発光体が設けられた発光モジュール２００、２５０の基体の面と対向する場合に、与えられている平面図が見られる。発光層は図２ａ及び図２ｂには描かれていないことに注意されたい。
【００８８】
図２ａには、基体の光反射面２０４及び固体発光体の上面２０６が描かれている。矢印２０２は、固体発光体の上面２０６の最大直線サイズｄＳＳＬを示している。固体発光体の上面２０６の面積は、ＬｗＬｈである。基体の光反射面２０４の面積は、（ＢｗＢｈ−ＬｗＬｈ）であり、これは、基体の総面積から固体発光体により占められる基体の面積を差し引いたものである。従って、基体の光反射面２０４の面積は、固体発光体により覆われた基体の面積を含んでいない。
【００８９】
図２ｂは、光反射面２５４、第１の固体発光体の第１の上面２５６及び第２の固体発光体の第２の上面２５８を示している。長方形の第１の固体発光体の最大直線距離は矢印２５２により示されている。第１の固体発光体の第１の上面２５６の面積は、Ｌ１ｗＬ１ｈである。第２の固体発光体の第２の上面２５８の面積は、1/4π（Ｌ２ｄ）２である。基体の光反射面２５４の面積は、このケースでは（ＢｗＢｈ−Ｌ１ｗＬ１ｈ−1/4π（Ｌ２ｄ）２）である。
【００９０】
図３ａは、空洞部３１６を有する発光モジュール３００の一実施形態を与えている。発光モジュール３００は、空洞部３１６内に光反射面３０６を持つ基体３０９を有している。光反射面３０６には、光出力窓に向かって第１の色の範囲の光を発する固体発光体３１２が設けられている。光出力窓は、発光層３０８により形成されている。基体３０９と発光層３０８との間には、壁部３１４、このケースでは４つの壁３１４が設けられている。壁部３１４の内側面３０４は、光反射性であり、壁部反射係数Ｒｗａｌｌを有している。この壁部反射係数は、壁部３１４の光反射面３０４により反射される光の量と壁部３１４の光反射面３０４で衝突する光の量との比である。固体発光体３１２は、固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬを有している。基体３０９の光反射面３０６は、基体反射係数Ｒｂａｓｅを有している。基体及び固体発光体の反射係数の定義は、図１ａ及び図１ｂの説明において与えられている。
【００９１】
壁部３１４は、種々の材料より構成され得る。壁部の材料は、反射性アルミナ、ジルコニア若しくは他のセラミックスのような散乱セラミックス、散乱ガラス、白色ポリアミドのような散乱着色ポリマ、スペクトラロンのような散乱フルオロポリマ又は散乱シリコーン樹脂を用いる際のような高い反射率を与える。壁部３１４は、また、アルミニウム又は銀のような金属材料より成っていてもよい。上記金属は、アラノッド（Alanod）の商品名の高反射性の市販の金属ミラーのような金属フィルム又はフィルムであり得る。
【００９２】
上記壁部の材料は、低反射率のもので、反射層により覆われていてもよい。このケースでは、壁部は、カーボン充填プラスチック、例えば、ポリアミドのような熱伝導性ポリマ、銅、ニッケル、ステンレス鋼のような金属材料又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のようなセラミック材料等の他の材料を有し得る。これらの材料は、典型的には、有利である高い熱伝導率、例えば、銅＝約４００Ｗ／ｍＫ、ＡｌＮ＝約１４０Ｗ／ｍＫを有している。上記反射層は、コーティング、フィルム又は薄い層である。反射層は、例えば、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２のような散乱粒子で着色された白色シリコーン又は白色ゾルゲル、例えば、アルキルシリケートをベースとする材料の鋳造、浸漬、分配（dispensed）又は溶射層である。そうでなければ、反射層は、例えば、壁部の材料に蒸着又はスパッタされ得る保護される銀又はアルミニウムのような薄い金属コーティングである。壁部３１４は、例えば、リングのような円形、円柱、正方形又は長方形等の種々の形状がある。壁部は、冷却を容易にするためにフィンのような表面構造体を含んでいる。
【００９３】
上記壁部の材料は、また、反射体のコーティング又はフィルムのみのような薄膜層より成っていてもよい。このケースでは、壁部の反射体は、ガラス又はセラミック基板の周縁部のような基体と発光材料との間に存在する固体材料の縁部を覆っている。
【００９４】
上記壁部は、拡散反射体又は鏡面反射体であり得る。幾つかの実施形態では、鏡面反射する壁部が拡散反射する壁部よりも良好な性能を示し、他の実施形態では、拡散反射する壁部が鏡面反射する壁部よりも良好な性能を示す。
【００９５】
更に、基体３０６及び壁部３１４は、熱伝導性材料を有している。発光層３０８は、好ましくは、発光層３０８の縁部において壁部３１４に熱的に接続されている。発光層３０８を壁部３１４に接続するために、例えば、熱伝導性ペースト又は熱伝導性接着剤が用いられ得る。基体３０６には、ヒートシンク（図示せず）への境界面が設けられている。基体３０６は、ヒートシンクの一部であってもよく、ヒートシンクの構成要素となっていてもよい。固体発光体３１２は、空洞部３１６内に設けられており、光反射性の基体３０６に付けられている。固体発光体３１２と光反射性の基体３０６との接触は、固体発光体３１２が基体３０６に熱的に結合するようにされている。固体発光体３１２は、熱伝導性の接着剤、例えば、金属粒子を充填した接着剤により光反射性の基体３０６にはんだ付け又は接着される。空洞部３１６の基体３０６及び／又は壁部３１４は、熱伝達を更に向上させるためにサーマルビアを含んでいてもよい。例えば、基体３０６は、銅で金属化されたスルーホールを含む酸化アルミニウムセラミックで作られている。銅は、アルミニウム酸化物（２０ないし３０Ｗ／ｍＫ）と比較してより高い熱伝導率を有している（約４００Ｗ／ｍＫ）。固体発光体３１２は、空洞部３１６の基体３０６を通る電気的ビアによっても電源に接続され得る。上記電気的ビアは、熱も伝達する。
【００９６】
上記発光層は、第１の色の範囲の光を第２の色の範囲の光に変換する蛍光体を有している。第２の色の範囲は、好ましくは、第１の色の範囲と異なるが、これらの範囲は部分的に一致していてもよい。上記蛍光体は、組み合わせらた実質的に白色光の放出が得られるように固体発光体により生成される青色光を黄色光に部分的に変換するＹＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ又はＬｕＹＡＧ：Ｃｅのような黄色蛍光体であり得る。他の実施形態では、蛍光体は、青色光を琥珀色の光又は赤色光それぞれに完全に変換するＢＳＳＮＥ：Ｅｕ又はＥＣＡＳ：Ｅｕのような完全変換蛍光体（full conversion phosphor）である。発光層は、より暖かい白色光の放出を得るために、蛍光体の組み合わせ、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ及びＥＣＡＳ：Ｅｕを有していてもよい。
【００９７】
第２の色の範囲の光への第１の色の範囲の光の変換は。高い効率を有するが、幾らかの光は、吸収され、熱に変換される。特に、高出力固体発光体の場合、吸収されるエネルギーの量はかなり高い。発光層３０８が熱くなりすぎる、例えば、２００℃よりも熱くなると、発光層の効率は低下する。更に、発光層は、発光特性が同様に低下するような高温で低下する材料を有していてもよい。上記発光モジュールでは、生成される熱は壁部及び基体を介してヒートシンクに伝達される。よって、発光層は熱くなりすぎない。
【００９８】
上記発光層は、蛍光体の粉末粒子の焼結を介して又は反応性焼結プロセスにおいて蛍光体を形成する前駆体粉末から溶融した肉眼で見える物体へと製造されるセラミック蛍光体であり得る。そのようなセラミック蛍光体はプレートで作られ、これらのプレートは、光出力窓に合う適切なサイズを与えるために機械的にダイスカットされる。セラミック蛍光体のシートのような発光材料の単一のシートが複数の隣り合う空洞部を覆ってもよいことに注意されたい。
【００９９】
セラミック蛍光体は、かなり良好な熱伝導体である。熱伝導率は、セラミック蛍光体のタイプ及び残渣の多孔度（residual porosity）に依存する。一例として、ＣｅがドープされたＹＡＧセラミック蛍光体についての典型的な熱伝導率は、室温で９ないし１３Ｗ／ｍＫである。シリコーン又は有機ポリマのようなバインダ樹脂中の粉末蛍光体層の典型的な熱伝導率は、約０．１５ないし０．３Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つバインダにより支配される。セラミック蛍光体層は、約１０ないし３００ミクロン、典型的には約１００ミクロンの厚さであり、従って、堅く、自己支持形であり、よって、発光層のために追加の支持基板は必要ない。
【０１００】
上記発光層は、蛍光体粒子を有する半透明樹脂の層が堆積されたガラスの基板であってもよい。例えば、蛍光体粒子を伴う粉末が、バインダ、典型的にはシリコーン樹脂内に分散している。しかしながら、好ましくは、バインダは、約１Ｗ／ｍＫの典型的な熱伝導率を持つガラス又はゾル−ゲルから得られるシリケート又はアルキルシリケートのようなより良好な熱伝導性材料である。発光層は、また、２つの他の層の間に挟まれていてもよく、例えば、発光層がガラス層上に与えられ、発光層の上部にガラス層が与えられて、これは熱の拡散を改善する。他の層の組み合わせの例は、セラミック層−発光層−ガラス層及びセラミック層−発光層−セラミック層である。
【０１０１】
一実施形態では、発光層の上部に、発光モジュール３００が改善された角度及びの均一性を伴って複数の出力方向に光を発するように拡散器としての機能を果たす追加の層が配される。発光層は、法線に対して大きい角度で進む光よりも少ない発光層を通っておおよそ垂直に進む光を変換する。部分的に変換される発光層が用いられるケースでは、これは、大きい角度においてよりも法線角度近くで発せられる（典型的には青色の）より多くの光を引き起こす。これは、角度によって受け入れられない色のばらつきをもたらす。拡散器は、角度に対する色（color-over-angle）の均一性を改善するために、周囲に放出する前に光をかき混ぜる（scramble）。拡散器は、好ましくは、支配的に前方散乱させる。
【０１０２】
代替として、発光層を通って発せられる光の角度に対する色の誤りを補正するために、発光層の上部にダイクロイック又は干渉層が存在し得る。このダイクロイック層は、光が干渉するより高い屈折率とより低い屈折率とを交互に有する多数の薄い層より成っている。ダイクロイック層の光学特性は、青色光が法線の近くでより多く反射され、徐々により大きい角度でより少なく反射される又は反射されないようになっている。蛍光体を通る法線の近くの過剰の青色固体発光体は、ダイクロイック層によるより高い後方反射によって補償される。後方反射した青色光は、蛍光体を部分的に励起させ、色変換され、空洞部内において部分的に再利用される。ダイクロイック層は、ガラスのようなキャリア基板上に薄膜として存在し、蛍光体に接続され得る。接続は、接着剤を用いてなされ得る。
【０１０３】
代替として、上記蛍光体は、ダイクロイック層と同じ基板上の反対側にコーティング部として存在し得る。ダイクロイック層のキャリア基板は、セラミックのような熱伝導性の透明基板であり得る。
【０１０４】
発光層により反射又は散乱され、発光層により発せられる光は、壁部３１４の方へも反射し、壁部３１４の光反射面３０４により反射される。よって、光出力窓を通って周囲に直接送られない光は、壁部３１４の光反射面３０４及び／又は基体３０９の光反射面３０６を介して反射される。従って、周囲に直接送られない光は、より効率的に再利用され、効率の良い発光モジュールに寄与する。このケースでは、有効反射係数Ｒｅｆｆは基体及び壁部の重み付けされた平均として定義され、壁部反射係数又は言い換えると有効反射率は基体反射係数及び壁部反射係数の重み付けされた平均である。有効反射係数Ｒｅｆｆは、
2014528148.tif 000003
として定義され、ここで、基体反射係数Ｒｂａｓｅは基体３０９の光反射面３０６の反射係数であり、壁部反射係数Ｒｗａｌｌは壁部３１４の光反射面３０４の反射係数である。基体は、基体３０９の光反射面３０６の総面積であり、壁部は壁部３１４の光反射面３０４の総面積である。
【０１０５】
この実施形態では、有効反射係数Ｒｅｆｆの値は、少なくとも固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値よりも大きいべきである。好ましくは、有効反射係数Ｒｅｆｆの値は、１と固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬとの差のファクタｃ倍を加えた固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値よりも少なくとも大きいべきである。従って、Ｒｅｆｆ＞Ｒ＿ＳＳＬ＋ｃ（１−Ｒ＿ＳＳＬ）である。ファクタｃは、図１ａ及び図１ｂにおいて説明された実施形態と同様であり、固体発光体面積比ρＳＳＬに依存し、このケースでは、
2014528148.tif 000004
として定義される。従って、図１ａ及び図１ｂの実施形態と比較すると、このケースでは、壁部３１４の光反射面３０４の面積も考慮されている。すなわち、総反射面積は、この場合、基体の反射面積と壁部の反射面積とを有している。ρＳＳＬ＜０．１である場合、これは固体発光体３１２の上面の面積に対して基体３０９及び壁部３１４の反射面積がかなり大きいことを示しており、相対的に効率的な発光モジュールを有するために、ファクタｃの値は０．２以上であるべきである。０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５である場合、これは基体３０９及び壁部３１４の反射面積が固体発光体３１２の上面の面積に匹敵することを示しており、かなり効率的な発光モジュールを有するために、ファクタｃの値は０．３以上であるべきである。ρＳＳＬ＞０．２５である場合、これは固体発光体３１２の上面の面積に対して基体３０９及び壁部３１４の反射面積がかなり小さいことを示しており、かなり効率的な発光モジュールを有するために、ファクタｃの値は０．４以上であるべきである。全ての場合においてファクタｃの値は、実際には１．０よりも小さい。
【０１０６】
図３ｂは、本発明の第１の観点による発光モジュール３５０の他の実施形態を示している。発光モジュール３５０は、図３ａの発光モジュール３００とよく似ている。しかしながら、幾つかの小さい相違点がある。発光モジュール３５０は、空洞部に面した光反射面３５４を持つ円形の基体３５８を有している。空洞部は基体３５８、円柱状の壁部３６２及び発光層３５２により囲まれている。空洞部に面している円柱状の壁部３６２の面は、光反射性の壁部の面３５６である。基体３５８の光反射面３５４には、空洞部の光出力窓に向かって第１の色の範囲の光を発する複数の固体発光体が設けられている。空洞部の光出力窓は、第１の色の範囲の光の一部を第２の色の範囲の光に変換する発光材料を有する発光層３５２により形成されている。
【０１０７】
この実施形態の場合も、ρＳＳＬは、固体発光体３６０の上面の合計面積と基体３５８の光反射面３５４の面積との比として定義される。図３ａを参照して説明された基準及び範囲と同じ基準及び範囲が当てはまる。
【０１０８】
図３ａの発光モジュール３００のＡ−Ａ′線に沿った断面図が図４ａに与えられている。光出力窓は４０２で示されている。発光層３０８の一部は或る厚さを持つ壁部４０４、３１４の上部に配されているので、光出力窓は４０２は発光層３０８の一部である。代替として、発光層３０８が発光層３０８の支持部として適合する壁部の縁部に凹部が存在してもよい。発光層３０８を壁部の上又は壁部の凹部内に取り付けるために、接着剤が用いられ得る。発光層３０８を取り付けるために凹部が用いられる場合、壁部への発光層３０８の側面の熱的接触の実現という追加の利点が存在する。
【０１０９】
従って、有効反射係数Ｒｅｆｆの値は、少なくとも固体発光反射係数体Ｒ＿ＳＳＬの値よりも大きいべきである。好ましくは、有効反射係数Ｒｅｆｆの値は、１と固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬとの差のファクタｃ倍を加えた固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬの値よりも少なくとも大きいべきである。ファクタｃは、図１ａ及び図１ｂにおいて説明された実施形態と同様であり、この実施形態では壁部３６２の反射面３５６の面積も含む固体発光体面積比ρＳＳＬに依存する。ρＳＳＬ＜０．１である場合、これは固体発光体３１２の上面の面積に対して基体３０９及び壁部４０４、３１４の反射面積がかなり大きいことを示しており、相対的に効率的な発光モジュールを有するために、ファクタｃの値は０．２以上であるべきである。０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５である場合、これは基体３０９及び壁部４０４、３１４の反射面積が固体発光体３１２の上面の面積に匹敵することを示しており、かなり効率的な発光モジュールを有するために、ファクタｃの値は０．３以上であるべきである。ρＳＳＬ＞０．２５である場合、これは固体発光体３１２の上面の面積に対して基体３０９及び壁部４０４、３１４の反射面積がかなり小さいことを示しており、かなり効率的な発光モジュールを有するために、ファクタｃの値は０．４以上であるべきである。全ての場合においてファクタｃの値は、実際には１．０よりも小さい。
【０１１０】
更に、本願発明者等は、０．１よりも小さい固体発光体面積比ρＳＳＬの値の場合、固体発光体３１２の上面４１２と発光層３０８との距離ｈが、好ましくは、上面４１２の最大直線サイズｄＳＳＬの０．３倍の最小値及び上面３０８の最大直線サイズｄＳＳＬの５倍の最大値を有する範囲にあることを見出した。０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５である場合には、上面３０８と発光層１０２との距離ｈは、好ましくは、上面３０８の最大直線サイズｄＳＳＬの０．１５倍の最小値を有し、上面３０８の最大直線サイズｄＳＳＬの３倍の最大値を有する範囲にある。ρＳＳＬ＞０．２５の場合には、上面３０８と発光層１０２との距離ｈは、好ましくは、上面３０８の最大直線サイズｄＳＳＬの０．１倍の最小値を有し、上面３０８の最大直線サイズｄＳＳＬの２倍の最大値を有する範囲にある。
【０１１１】
固体発光体３１２が上記の基準を満たすと、発光モジュール３００はかなり効率的な発光モジュールであることに注意されたい。固体発光体による吸収は、非効率の大きな原因となるが、他の距離、サイズ及び反射係数の全てが最大光出力のために最適化される。発光モジュール３００は、上記与えられた式においてファクタｃが上述した値よりも大きい場合により一層効率的である。固体発光体の上面に直接発光層を備えた固体発光体に対して約４０％の効率の向上が得られる。
【０１１２】
発光層３０８は、壁部４０４、３１４の上縁部に配されており、よって、発光層３０８は壁部４０４、３１４に熱的結合される。発光材料３０８は、発光材料によるエネルギーの吸収のために暖かくなる一方で、第１の色の範囲の光を第２の色の範囲の光に変換する。上記発光層３０８と壁部４０４、３１４との熱的結合は、壁部４０４、３１４がヒートシンクに基体３０９を結合する界面を有する基体３０９の方へ発光層の熱を伝達することを可能にする。このメカニズムは、発光モジュール３００の有効な熱管理を与え、発光層３０８が暖かくなるすぎるのを防止し、発光材料の効率を高め、寿命を延ばす。更に、空洞部３１６は、ほぼ光学的に透明な材料で満たされている。空洞部全体が透明材料で満たされている場合、透明材料は発光層３０８にも熱的結合され、空隙が用いられる時よりも非常に効率的なやり方で発光層から離れて壁部４０４、３１４及び基体３０９の方へ熱を伝達する。図５ａとの関連で説明されるように、透明材料は、固体発光体４１２からの光のアウトカップリングの増大のような更なる利点を有している。
【０１１３】
上記実質的に透明な材料は、典型的には、０．２ないし０．３Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つ固化又は硬化したシリコーン樹脂のような固体材料である。硬質シリコーン樹脂から軟質シリコーン樹脂、フレキシブル弾性シリコーン樹脂又はゲルタイプの樹脂までに及ぶ多くのタイプのそのような材料が存在する。他の材料はエポキシ樹脂、多くのタイプの当業者に知られている光学的に透明なポリマを含んでいる。他の実施形態では、約１．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率のソーダ石灰ガラス又は約１．３Ｗ／ｍＫのホウケイ酸ガラス若しくは溶融石英ガラスのような広範囲のガラスタイプの材料が用いられ得る。また、熱伝導率が約３０Ｗ／ｍＫの半透明多結晶アルミナ基板、４２Ｗ／ｍＫのサファイア基板、９．５Ｗ／ｍＫのＡｌＯＮ、１５Ｗ／ｍＫのスピネル又は７Ｗ／ｍＫのＹＡＧのようなセラミック材料も用いられ得る。そのような材料の組み合わせも用いられ得る。例えば、固体ガラス又はセラミック基板が、エミッタ及び／又は基体に結合される。また、焼結半透明多結晶アルミナが、実質的に透明な材料として用いられ、粒径は、かなり高い順方向の光の透過を得るために、好ましくは４４μｍよりも大きく、好ましくは１μｍよりも小さい。１ｍｍの厚さの材料で１μｍよりも小さい粒径の場合、光の順方向の全透過率は８４％よりも大きい。１ｍｍの厚さの材料で４４μｍよりも大きい粒径の場合、光の順方向の全透過率は８２％よりも大きい。多結晶アルミナは、例えば、Ａｌ２Ｏ３粉末が、例えば、粉末加工、鋳込成形（slip casting）、射出成形により形成され、予備焼結及び最終焼結（end-sintered）されるセラミック粉末加工技術を使用して作られる。かなり大きい、すなわち、４４μｍよりも大きい粒径は、かなり大きい粒径のアルミナ粉末を適用する、より長い焼結時間及び／又はより高い焼結温度を適用する、より少ない（＜３００ｐｐｍ）粒成長抑制ＭｇＯドープ剤を用いる及び／又は粒成長刺激ドープ剤を適用することにより又は上記方法の１つ又はそれ以上の組み合わせにより実現される。好ましくは、粒径は、多結晶アルミナの微小亀裂を防止するために１２０μｍよりも小さい。このやり方では、熱伝導率が約３０Ｗ／ｍＫであるので、この材料の極めて優れた熱特性がかなり高い透光性と組み合わされる。
【０１１４】
オプションで、エミッタからより多くの光を取り出すようにエミッタ表面との光学的及び熱的接触が達成され、固体材料と基体との間には空隙が依存として存在する。これは、光の均一性を高めるために固体材料内に光を導くことによって光をより有効に広げることに役立つ。最適な熱的接触のために、固体基板もまた、例えば接着剤を用いて基体に取り付けられ得る。固体基板は、発光層にも結合されているケースでは、熱拡散層及び熱界面材料の機能を果たす。エミッタのダイが形成された成長基板であるサファイア又は炭化ケイ素ＳｉＣの一部分のような固体材料が、エミッタ上にも存在し得る。更に、例えばガラス材料のシリコーン樹脂から成る典型的には最大直線サイズよりも少なくとも２倍大きいサイズのドーム形状又はレンズ形状の光学体が、ダイの上に存在する。上記ドーム又はレンズ形状体は、他の透明材料で覆われている。
【０１１５】
上記実質的に透明な材料は、好ましくは、エミッタのダイに光学的に接触する場合、かなり高い屈折率を有している。ＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮのような典型的な固体発光体は、約２．４の高い反射率を有するので、ダイへの高い反射率は、固体発光体のクリップにおける全内部反射を低減させることによりダイからより多くの光を取り出す。最も透明な材料は、１．４から１．６に及ぶ、典型的には１．５の屈折率を持っている。エミッタに取り付けるのに適した高屈折率材料の幾つかの例は、ＬａＳＦＮ９のような高屈折率ガラス又はサファイア（屈折率約１．７７）、アルミナ（屈折率約１．７７）、ＹＡＧ（屈折率約１．８６）、ジルコニア（屈折率約２．２）若しくは炭化ケイ素（ＳｉＣ、屈折率約２．６）である。基板を取り付けるために、高屈折率ガラス又は高屈折率樹脂のような高屈折率の光学的ボンドが用いられ得る。高屈折率樹脂は、径が１００ｎｍよりも小さいナノＴｉＯ２粒子で満たされたシリコーン樹脂のような高屈折率ナノ粒子又はＺｒＯ２又はＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３のようなチタン酸塩等の他の高屈折率ナノ粒子で満たされた低屈折率バインダより成っていてもよい。幾つかのタイプのエミッタのダイでは、サファイア及び炭化ケイ素のような典型的な成長基板が、ダイの上に依然として存在する。好ましくは、これらのダイは、このケースでは上述したような高屈折率材料により覆われている。
【０１１６】
代替として、シリコーンオイル（屈折率約１．４）、ミネラルオイル（屈折率約１．５）、脂肪族若しくは芳香族炭化水素のような幅広い種類の液体又は当業者に知られている高屈折率の液体等の液体材料も用いられ得る。液体が用いられる際には、発光モジュールからの漏れを防ぐために、出力窓の縁部の周りの密閉が好ましい。液体は、対流により及び／又は周囲に送り込まれることにより発光層を冷却する目的に適う。
【０１１７】
図４ｂは、図３ａの発光モジュールの他の実施形態の断面図を示している。発光モジュール４５０は、筐体４５５、空洞部４６０、発光層４６５、ヒートシンク４８０への界面４７０及び光出力窓４７２を有している。このケースにおける筐体４５５は、光反射性の基体表面４６２及び光反射性の壁部表面４６６、４６８を備えた基体及び壁部の両方を有している。２本のワイヤ４９２により電源に接続される特定のタイプの固体発光体４８２が示されている。ＬＥＤは、固体発光体４８２の上面４８３において固体発光体４８２に接続されるボンドワイヤ４９２を有していることが多い。上面４８３は、発光層４６５に最も近い固体発光体４８２の面であり、光が空洞部４６０に発せられる場所である。幾つかの実施形態では、上面４８３に２つの電線接触部が存在し、他の実施形態では、上面４８３に１つの電線接触部が存在し、固体発光体４８２の底面に基体との１つの電線接触部が存在する。
【０１１８】
図４ｂにおいて分かるように、ヒートシンク４８０への界面４７０は、発光モジュール４５０の裏側に設けられている。上記裏側は発光層４６５が存在する側とほぼ反対であり、この裏側を形成する筐体の一部は空洞部４６０の底部も形成していることに注意されたい。図４ｂにおいて分かるように、固体発光体４８２は、空洞部４６０の光反射性の底面４６２に与えられる。固体発光体４８２と筐体４５５との接触は、固体発光体４８２と筐体４５５との間で及び従って固体発光体４８２とヒートシンク４８０との間で良好な熱的結合が得られるようにされている。
【０１１９】
代替として、固体発光体４８２は、光が空洞部４６０内に発せられ、固体発光体４８２が筐体４５５と良好な熱的接触を有するように光反射性の基体のスルーホール内に取り付けられる。
【０１２０】
ワイヤボンド上部接続部４９２は、ＬＥＤ４８２の上面４８３において電気的接触領域に電気的に接続され、通常金属化されているワイヤであり、このワイヤは、ＬＥＤ４８２に電気エネルギーを与える。ＬＥＤ４８２の上面４８３は、同様にＬＥＤ４８２の発光面であることが多い。ＬＥＤ４８２の発光面は、ＬＥＤ４８２により生成される光が空洞部４６０内に発せられるＬＥＤ４８２の非遮断放出面領域として定義される。この実施形態では、ＬＥＤ４８２の上面４８３は、発光層４６５に対向する面である。
【０１２１】
セラミック蛍光体として実現される又はワイヤボンド上部接続部４９２を伴うＬＥＤ４８２と組み合わせて例えばガラス基板上に堆積された蛍光体層として実現される発光層を用いることは、難しいことが判明した。ワイヤ４９２は、発光面の上にそのようなセラミック蛍光体層を直接提供することを妨げる。解決策は、かなり高価なプロセスであるセラミック蛍光体にワイヤが案内される精度の高いホールを穴あけすることである。しかしながら、ワイヤに沿う精度の高いホールを介する光の漏れを防ぐことは難しい。これは、色の制御の低下を引き起こす。特に、発光層４６５が第１の色の範囲の光の大部分を変換しなければならない時に、光の漏れは色の飽和の受け入れられないほど低減を引き起こす。更に、上記ホールは、典型的には、あけられた穴の付近で蛍光体にダメージを与える危険をともなうレーザアブレーションで穴をあけられ、アブレーションの副産物が光を吸収し、蛍光体の一部が不活性化される。
【０１２２】
ＹＡＧ：Ｃｅ及び琥珀色のバリウムストロンチウムシリコン窒化物（ＢＳＳＮＥ：Ｅｕ）のような典型的なセラミック蛍光体は、約１．８６及び２の屈折率をそれぞれ有している。従って、１．４よりも高い屈折率を有する透明樹脂が、これらの特定のＬＥＤと上記論じられた特定のセラミック蛍光体との間にかなり良好な光結合を与える。散乱粒子のような余分な散乱中心が、好ましくは、順方向散乱特性と組み合わされる。
【０１２３】
この実施形態は、１つ又はそれ以上のワイヤボンド上部接続部４９２を有するＬＥＤ４８２の光を他の色に変換する有効かつ効率的な解決策を与える。空洞部４６０は、ワイヤ４９２に空間を与え、空洞部内の光の反射のためにワイヤ４９２の影が光出力窓４７２において見えない。この実施形態の空洞部４６０は、発光モジュール４５０のサイズに対してかなり大きく、従って、空洞部が相対的に小さい既知の発光モジュールと比較してより少ないワイヤの影が得られる。
【０１２４】
ＬＥＤ４８２と発光層４６５との間に配される透明樹脂４９８とともにワイヤボンド上部接続部４９２を用いることは、有利である。透明樹脂４９８は、筐体４５５にＬＥＤ４８２をアセンブルした後、空洞部４６０に注入され得る。注入中、透明樹脂４９８は、液体状態にあり、空洞部の各コーナーに向かって流れる。ワイヤ４９２は、注入される透明樹脂に対する障害ではなく、従って、透明樹脂４９８とＬＥＤ４８２の上面４８３全体との間に良好な接触が作られる。よって、透明樹脂４９８は、ＬＥＤ４８２からの光のアウトカップリングを増大させる。更に、透明樹脂４９８が硬化される場合、ワイヤボンド上部接続部４９２は樹脂４９８により固定され、例えば、発光モジュール４５０が例えば自動車用途におけるように振動に曝される場合、ダメージに対して感受性が低い。
【０１２５】
図５ａは、本発明の第１の観点による発光モジュールの幾つかの代替の実施形態を与えている。図５ａ（ｉ）に示されている発光モジュール５００は、基体５１８、基板５１６に与えられた複数のＬＥＤ５１４、壁部５１０、壁部の縁部に設けられ、光出力窓を形成する第１の発光層５０６及び第２の発光層５０４を有している。ＬＥＤ５１４は第１の色の範囲の光を発し、全てのＬＥＤ５１４は、最大直線サイズｄで同じサイズを有している。第１の発光層５０６は、第１の色の範囲の光を第２の色の範囲の光に変換する発光材料を有している。第２の発光層５０４は、第１の色の範囲の光を第３の色の範囲の光に変換する又は第２の色の範囲の光を第３の色の範囲の光に変換する他の発光材料を有している。壁部５１０、基体５１８及び第１の発光層５０６は、透明材料５０２で満たされた空洞部を取り囲んでいる。従って、透明材料は、ＬＥＤ５１４と第１の発光層５０６との間に介在している。透明材料は、ＬＥＤ５１４に光学的に結合され、第１の発光層５０６に光学的及び熱的に結合される。発光体と第１の発光層５０６との距離は、ｈで示されている。空洞部に面している壁部５１０の面は、光反射性のコーティング部５０８を備えている。ＬＥＤ５１４と光透過材料５０２との間の空間は、光反射性材料５１２により満たされており、それにより、基体５１８及び基板５１６を覆っている。光反射面は、ＬＥＤ５１４間に介在する光反射性材料５１２の面により形成されている。光反射性材料は、基体反射係数Ｒｂａｓｅを有している。ＬＥＤダイは、反射係数Ｒ＿ＳＳＬを有している。光反射性のコーティング部５０８は、壁部反射係数Ｒｗａｌｌを有している。発光モジュール５００のパラメータは、図１ａ、図１ｂ、図３ａ、図３ｂ及び図４ａを参照して前の実施形態において説明された基準と同じ基準に従って互いに関連しており、固体発光体の上面の面積Ａ＿ＳＳＬは、この実施形態では、複数のＬＥＤ５１４の上面の合計総面積として計算される。
【０１２６】
光反射性のコーティング部の代わりに、基体又は壁部に取り付け又は伝達され得る光反射性フォイル又はフィルムも用いられ得る。取り付けのために感圧接着剤のような接着剤が用いられ得る。光反射性のコーティング層は、典型的には金属キャリアから表面電極を絶縁するためにＭＣＰＣＢキャリアに用いられる誘電層又は表面電極を仕切るためにＭＣＰＣＢ又はＰＣＢキャリアに用いられるソルダマスク（solder mask）であり得る。基板５１６は、反射層により覆われ、従って光学的に仕切られているため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような反射率の良くない材料より成っていてもよい。ＡｌＮは、約１４０Ｗ／ｍＫの非常に高い熱伝導率を有するという利点を有している。従って、光学的機能は光反射性のコーティング部又はフォイルを用いることにより熱的機能から区切られ、これは、有利である光学的機能及び熱的機能の両方の機能の個々の最適化を可能にする。
【０１２７】
上記光反射性のコーティング部又はフォイルは、散乱顔料で満たされたバインダ又は種々の散乱顔料より成る白色コーティング部のような散乱反射材料より成っていてもよい。好適なバインダは、シリコーン材料、ケイ酸塩材料、アルキルシリケート材料、エポキシ材料、ポリイミド材料、フルオロポリマ、ポリアミド、ポリウレタン又は他のポリマ材料である。コーティング部はまた、高反射硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）をベースとする材料であってもよい。散乱顔料の例は、ＴｉＯ２顔料、ＺｒＯ２顔料、Ａｌ２Ｏ３顔料であるが、当業者に知られている多くの他の散乱顔料又は細孔（pore）がよく用いられる。光反射性のコーティング部又はフォイルはまた、アルミニウム又は銀のような金属層より成っていてもよい。金属は、高反射性の市販の金属ミラーのような金属フォイル又はフィルムであってもよい。この薄い金属層は、壁部の材料に蒸着又はスパッタされ得る。金属フォイルは、基体に取り付けられ／接着され／はんだ付けされた挿入物として用いられ得る。この金属層は、白色コーティング層、例えば、白色シリコーン又は着色メチルシリケートのような白色アルキルシリケート層により覆われている。セラミック反射体層、例えば、典型的には多孔質の散乱アルミニウム層又は他の反射性セラミック材料もまた、基体又は壁部に用いられ得る。
【０１２８】
図５ａ（ｉｉ）に示されている発光モジュール５２０は、発光モジュール５００と同様であるが、壁部５２２自体が光反射材料より成っており、従って、追加のコーティング部が壁部５２２に与えられていない。更に、１つの発光体層５０６のみが与えられている。ＬＥＤ５１４が設けられている基板５２４もまた光反射材料より成っており、従って、基板５２４間の空間のみが光反射性の粒子５１２で満たされている。
【０１２９】
図５ａ（ｉｉｉ）に示されている発光モジュール５３０は、所謂ドーム型ＬＥＤ５１４が用いられた他の変形例である。ＬＥＤ５１４は基板上５１６に設けられおり、光透過材料のドーム５０２がＬＥＤダイに光学的に結合される。更に、空洞部は、他の光透過材料５３２で満たされている。この他の光透過材料５３２は、光透過材料のドーム５０２に光学的に結合され、第１の発光層５０６に光学的に結合される。これは、発光層において生成される熱の基体及び基体が典型的には取り付けられるヒートシンクへの熱伝達を容易にする。
【０１３０】
図５ａ（ｉｖ）に示されている発光モジュール５４０は、発光モジュール５００と同様であるが、壁部５４２が基体５１８の垂直軸に対して傾斜している。壁部５４２は、傾斜した壁部５４２に衝突する光が基体５１８に向かう方向ではなく第１の発光層５０６の方へ反射するようなやり方で傾斜している。傾斜した壁部５４２は、発光層５０６の方へ壁部５４２に反射した光を向け、光線が壁部５４２と基体との間において何度も反射されることを防止し、これは、不要な光の吸収を防ぐ。すなわち、どの反射も完全ではなく、どの反射においても少量の光が吸収される。
【０１３１】
図５ａ（ｖ）に示されている発光モジュール５５０は、発光モジュール５４０の変形である。発光モジュール５５０の壁部５５２は、曲線状の壁部５５２に衝突するより多くの光が第１の発光層５０６の方へ及び従って光出力窓の方へ反射するようなやり方で曲がっている。更に、基板の表面５１６は被覆されておらず、基板間の空間５１２が反射性材料で覆われている。基板５１６は、散乱細孔及び／又はジルコニア粒子のような散乱粒子を含むアルミナ等の散乱セラミックのような反射性材料より成っていてもよい。
【０１３２】
図５ａ（ｖｉ）に示されている発光モジュール５６０は、第２の発光層５０４を有していない他の変形例である。空洞部は、実質的に透明な材料５６２で満たされており、発光モジュールの光出力側に曲線状の面を有している。第１の発光層５０６は、透明材料５６２の上に設けられている。図示されているように、ＬＥＤ５１４と第１の発光層５０６との距離は異なっている。２つのＬＥＤは第１の発光層５０６から距離ｈ１に位置しており、２つのＬＥＤは第１の発光層５０６から距離ｈ２に位置している。この実施形態におけるＬＥＤ５１４の上面の距離ｈは、平均距離、すなわち、ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２として計算されるべきである。このケースでは、３つ以上のＬＥＤが発光モジュールに与えられ、上記平均距離の式は適宜に適合される。
【０１３３】
図示されていない更に他の実施形態では、固体発光体ダイが、追加の中間基板を伴うことなくキャリアボードに直接結合されている。これは、上記ダイとボードとの及び上記ダイとボードが典型的には取り付けられるヒートシンクとの間の熱抵抗を更に低減する。ＬＥＤダイの上部と電気的に接触するために、ワイヤボンドが存在し得る。
【０１３４】
図５ｂは、４つの代替の発光モジュール５７０、５８０、５９０、５９５を与えている。図５ｂ（ｉ）に示されている発光モジュール５７０は、発光モジュール５２０と同様であり、空洞部内に追加の発光層５７２を有している。従って、例えば、第１の発光層５０６において適用される発光材料とは異なる他のタイプの発光材料による層が、光反射性の壁部５２２及び基体５１８の光反射面に与えられ得る。この他の発光材料は、第１の色の範囲の光を第３の色の範囲の光に変換する。代替として、第１の発光層において用いられる発光材料と同じ発光材料が、光反射性の壁部５２２及び基体５１８の光反射面に適用され得る。追加の発光層５２７に衝突する全ての光が変換されるわけではなく、幾らかの光は光反射性の壁部５２２及び基体５１８の光反射面の方に発せられ、その後、空洞部の方へ及び従って光出力窓の方へ反射して戻る。例えば、これは、温白色発光を達成するために白色発光に追加の赤色光を加えるために用いられる。
【０１３５】
図５ｂ（ｉｉ）に示されている発光モジュール５８０は、発光モジュール５００と同様である。１つめの違いは、単一の発光層５０６のみが光出力窓に与えられていることである。製造中、発光層５０６は、例えばガラス基板である透明基板５８２に塗布される。発光層５０６を伴う基板５８２は、例えば鋸で小片に切り分けられ又は穴を開けられ、発光層５０６を伴う基板５８２は、発光モジュール５８０の壁部５１０上に与えられている。
【０１３６】
図５ｂ（ｉｉｉ）に示されている発光モジュール５９０は、発光モジュール５８０と同様であるが、空洞部が実質的に透明な材料で満たされておらず、発光層５０６を伴う透明基板５８２の小片で満たされている。上記小片は、光反射性壁部の表面及び基体５１８の光反射面に例えば透明樹脂５９２により接着されている。透明基板５８２は、例えば、２ｍｍの厚さであり、それ自体はＬＥＤ５１４の上面と約２ｍｍの発光層５０６との高さの差を与える。この装置の上には、（図示されていない）ＬＥＤ５１４（例えば、青色）により発せられる光の直接光の漏れを防ぐために白色シリコーンの周縁部が発光層５０６の周囲に与えられ得る。
【０１３７】
図５ｂ（ｉｖ）に示されている発光モジュール５９５は、発光モジュール５２０と同様である。しかしながら、他のタイプのＬＥＤが用いられている。基体５９８はメタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）である。相対的に大きい基板を伴わないＬＥＤは、ＭＣＰＣＢに直接実装され得る。そのようなアプリケーションに適したＬＥＤは、所謂ＣＳＰ又はＣＯＢ技術を用いて製造されるＬＥＤである。ＣＯＢは、ＬＥＤチップがＭＣＰＣＢに直接はんだ付けされるchip-on-boardのことを指す。ＣＳＰは、キャリアがＬＥＤが製造されるウェハ上に与えられ、ＣＳＰＬＥＤを得るためにウェハがダイに切り分けられるChip Scale Packageのことを指す。そのようなＣＳＰＬＥＤが発光モジュール５９５に存在している。ＣＳＰＬＥＤでは、キャリア５９７は、ＬＥＤチップ５９６と同じサイズを有している。追加の（厚い）基体反射体層が必要とされないようにＣＳＰの側面は反射性であり、ＰＣＢの表面は反射性であってもよい。
【０１３８】
図６には、発光モジュール６００、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０の実施形態の他の模式的に描かされた横断図（cross-cut）が与えられている。発光モジュール６００、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０は、発光層６０４、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２と基体との間に壁部を有しておらず、縁部が光反射面又は基体６１０、６６４に接触する発光層６０４、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２を有している。発光層６０４、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２は、全体として発光モジュール６００、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０の光出力窓全体を形成する。発光モジュール６００、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０は、基体６１０、６６４の法線軸とほぼ平行な方向に光を発するだけではなく、基体の法線軸に対して種々の光放出角度でも光を発する。発光モジュール６２０の模式的な断面図である図６（ｉｉ）には、発光層６２２の縁部６２４が示されている。図に見られるように、縁部６２４は基体６１０の光反射面と接しており、発光層６２２は基体のこの面に延在している。
【０１３９】
図６（ｉ）に示されている発光モジュール６００は基体６１０を有しており、基体６１０の上には、ＬＥＤ６０６を備えた基板６０８が設けられている。基板６０８及びＬＥＤ６０６は、光反射面を形成する光反射材料６１２により囲まれている。ＬＥＤ６０６の光を放出する上面は、発光層６０４とも接する透明材料６０２に光学的に結合される。発光モジュール６２０、６３０、６４０は、他の形状の発光層６２２、６３２、６４２を有しており、図６（ｉｉ）、図６（ｉｉｉ）及び図６（ｉｖ）にそれぞれ示されている。
【０１４０】
図６（ｖ）に示されている発光モジュール６５０は、シングルチップスケールパッケージＬＥＤ６５６が設けられた基体６１０を有している。シングルチップスケールパッケージＬＥＤ６５６については、省略形ＣＰＳ−ＬＥＤが用いられることが多く、そのようなシングルチップスケールパッケージＬＥＤ６５６は、前の実施形態に示されているような余分な基板を有していない。ＬＥＤ６５６の周りには、発光層６５２に面する光反射面を作り出す光反射材料６１２が与えられている。ＬＥＤ６５６及び光反射材料６１２の上には透明材料のドーム形状体６５４が配されており、このドーム形状体６５４の上には発光層６５２が配設されている。半径ｒは、ＬＥＤ６５６と発光層６５２との距離である。距離ｈの定義は、このケースでは半径ｒに置き換えられる。
【０１４１】
図６（ｖｉ）に示されている発光モジュール６６０は、透明材料のドーム形状体を有しておらず、四角い透明材料６６３を有している。また、基体６６４は光反射材料より成っており、従って、発光層６６２と面する基体６６４の面には、光反射材料の追加の層が設けられていない。他の形状及び組み合わせも想定され得る。
【０１４２】
模式的に示されている発光モジュール５００、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、６００、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０は、図示されている断面の平面から（円形）対称であるが、非対称であってもよい。例えば、上記モジュールは、細長い、管、ロッド又は円筒のような形状を形成するために紙面に対して深さ方向に細長くてもよい。複数のエミッタは、深さ方向にエミッタアレイを形成する。そのような形は、例えば、ＬＥＤ街灯又はＬＥＤレトロフィットＴＬランプにおいて用いられ得る。何千個ものＬＥＤのＬＥＤエミッタアレイが、原理的には用いられ得る。関連するアプリケーションにおいて必要な光出力に適合させるために、種々の量のエミッタが存在する。
【０１４３】
図７ａには、フレキシブル基体フォイル７１２上に製造された発光モジュール７００が示されている。電極接続パッド（図示せず）を備えた小さい基板７０８上に設けられた固体発光体７０６が、フレキシブル基体フォイル７１２上に与えられており、基板７０８間の領域は光反射材料７１０で満たされている。発光体７０６は、フレキシブルな透明材料７０４の層に光学的に結合される。フレキシブルな光透過材料７０４の上には、少なくとも１つの発光材料を有する発光層７０２が設けられている。フレキシブルな光透過材料７０４の表面全体が発光層７０２に覆われている必要はなく、該表面の一部が、例えば、上部の反射体で遮断されていてもよい。図７ａにおいて分かるように、発光モジュール７００は複数の固体発光体７０６を有している。一実施形態では、かなり大きい光出力窓を得るために、固体エミッタのかなり大きい２次元のアレイが与えられる。前の実施形態に従って、固体発光体７０６と発光層７０２との距離は、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズに依存する範囲内にあるべきであり、基板７０８と光反射材料７１０との組み合わせにより形成される基体７１２の光反射面の平均反射率は、固体発光体７０６の反射率よりもかなり大きいべきである。更に、固体発光体は、光反射材料７１０及び基板７０８により形成される光反射面のかなり小さい部分のみを覆うべきである。光反射面の反射係数Ｒｂａｓｅは、光反射面全体の平均反射率として定義されることに注意されたい。従って、反射係数Ｒｂａｓｅは、基板の反射係数と光反射材料の反射係数との重み付けされた平均であり、好ましくは、重みは、特定の材料により覆われる全領域の一部により形成される。
【０１４４】
図７ｂには、フレキシブル発光モジュール７５０の他の実施形態が与えられている。発光モジュール７５０は、発光モジュール７００と同様であるが、透明材料７０４の１つの側に与えられる光反射性のフォイル７５４の基体のみが存在する。光反射性のフォイル７５４が与えられている側と反対のフレキシブルな透明材料７０４の他の側には、発光層７０２が配されている。透明材料の内部に、固体発光体７０６が与えられる基板７０８を支持するワイヤ、棒又はロッド７５２が与えられている。ワイヤ、棒又はロッド７５２は、固体発光体７０６に電力を与える。固体発光体の上面から発光層７０２までの距離は、ｈで示されている。固体発光体面積比ρＳＳＬが０．１よりも小さい場合、距離ｈは、好ましくは、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの０．３倍以上大きく、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの５倍よりも小さい又は５倍である。０．１以上である最小値かつ０．２５以下である最大値を有する範囲内にある固体発光体面積比ρＳＳＬの値の場合には、距離ｈは、好ましくは、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの０．１５倍以上大きく、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの３倍よりも小さい又は３倍である。０．２５よりも大きい固体発光体面積比ρＳＳＬの値の場合には、距離ｈは、好ましくは、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの０．１倍以上大きく、固体発光体７０６の上面の最大直線サイズｄＳＳＬの２倍よりも小さい又は２倍である。この基準は発光モジュール７００にも当てはまることに注意されたい。更に、前述した実施形態に従って、光反射フォイル７５４の基体反射係数Ｒｂａｓｅは固体発光体７０６の固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬよりも大きく、好ましくは、光反射フォイル７５４の基体反射係数Ｒｂａｓｅは、Ｒｂａｓｅ＞Ｒ＿ＳＳＬ＋ｃ（１−Ｒ＿ＳＳＬ）に従って固体発光体７０６の固体発光体反射係数Ｒ＿ＳＳＬに関連し、このケースにおいても、このケースでは前の実施形態の幾つかにおいて説明されたような基体の反射領域のみを含むファクタｃの値は固体発光体面積比ρＳＳＬに依存する。
【０１４５】
図８ａないし図８ｃは、本発明に係る発光モジュールの実施形態の模式的な断面図を示している。図８ａは、例えばアルミナ又は窒化アルミニウムを有する基板キャリア２０２０上にＬＥＤダイ２０３０を有する発光モジュール２０００の模式的な断面図を示している。基板キャリア２０２０は、電気的接触部２０１５、例えば、はんだ接触部を介してプリント回路基板２０１０のコンタクトパッドに電気的に接続されている。プリント回路基板２０１０は、誘電絶縁層（図示せず）により覆われたアルミニウムの基体を有するメタルコアプリント基板であり得る。誘電層の上には、導電性電極及びコンタクトパッドが設けられており、電極はソルダマスク保護層（図示せず）により保護されている。ＬＥＤダイ２０３０は、透明保護層２０３５、例えば、透明シリコーン層で覆われている。ＬＥＤダイ２０３０、基板キャリア２０２０及び透明保護層２０３５を有するＬＥＤパッケージ又は装置の間には、反射層２０４０、例えば、白色ＴｉＯ２で着色されたシリコーンが設けられている。プリント回路基板２０１０、壁部２０５０及び発光層２０６０により空洞部が規定されている。壁部２０５０は、例えば、シリコーンに施されたＴｉＯ２を有し、発光層２０６０は、例えば、蛍光体材料を有している。透明保護層２０３５及び反射層２０４０の上には、透明保護層２０３５と充填層２０５５との間に光学的接着を与える例えばシリコーンを有する光学的接着層２０４５が設けられており、充填層２０５５は、例えば、ガラスを有しており、光学的接着層２０４５、発光層２０６０及び壁部２０５０の間の空洞部を実質的に満たしている。
【０１４６】
図８ｂは、例えばアルミナ又は窒化アルミニウムを有する基板キャリア２１２０上にＬＥＤダイ２１３０を有する発光モジュール２１００の模式的な断面図を示している。基板キャリア２１２０は、電気的接触部２１１５、例えば、はんだ接触部を介してプリント回路基板２１１０のコンタクトパッドに電気的に接続されている。プリント回路基板２１１０は、図８ａに示されている発光モジュール２０００に関連して説明されたようなメタルコアプリント基板であり得る。ＬＥＤダイ２１３０は、透明保護層２１３５、例えば、透明シリコーン層で覆われている。ＬＥＤダイ２１３０のそれぞれの透明保護層２１３５の上には、例えばシリコーンを有する光学的接着層２１４５が設けられている。ＬＥＤダイ２１３０、基板キャリア２１２０及び透明保護層２１３５を有し、光学的接着層２１４５を伴うＬＥＤパッケージ又は装置の間には、反射層２１４０、例えば、白色ＴｉＯ２で着色されたシリコーンが設けられている。プリント回路基板２１１０、壁部２１５０及び発光層２１６０により空洞部が規定されている。壁部２１５０は、例えば、シリコーンに施されたＴｉＯ２を有し、発光層２１６０は、例えば、蛍光体材料を有している。例えばガラスを有する充填層２１５５は、光学的接着層２１４５、反射層２１４０、発光層２１６０及び壁部２１５０の間の空洞部をほぼ満たしている。光学的接着層２１４５は、透明保護層２１３５と充填層２１５５との間に光学的接着を与える。反射層２１４０は、光学的接着層２１４５を介してＬＥＤパッケージ又は装置を充填層２１５５に結合した後、例えば、アンダーフィリング又はオーバーモールディングを行うことによってＬＥＤパッケージ又は装置の間に設けられたものである。
【０１４７】
図８ｃは、例えばアルミナ又は窒化アルミニウムを有する基板キャリア２３２０上にＬＥＤダイ２３３０を有する発光モジュール２３００の模式的な断面図を示している。基板キャリア２３２０は、電気的接触部２３１５、例えば、はんだ接触部を介してプリント回路基板２３１０のコンタクトパッドに電気的に接続されている。プリント回路基板２３１０は、図８ａに示されている発光モジュール２０００に関連して説明されたようなメタルコアプリント基板であり得る。ＬＥＤダイ２３３０及び基板キャリア２３２０を有するＬＥＤパッケージ又は装置の間には、反射層２３４０、例えば、白色ＴｉＯ２で着色されたシリコーンが設けられている。プリント回路基板２３１０、壁部２３５０及び発光層２３６０により空洞部が規定されている。壁部２３５０は、例えば、シリコーンに施されたＴｉＯ２を有し、発光層２３６０は、例えば、蛍光体材料を有している。反射層２３４０及びＬＥＤパッケージ又は装置の上には、ＬＥＤパッケージ又は装置と充填層２３５５との間に光学的接着を与える例えばシリコーンを有する光学的接着層２３４５が設けられており、充填層２３５５は、例えば、ガラスを有しており、光学的接着層２３４５、発光層２３６０及び壁部２３５０の間の空洞部を実質的に満たしている。この発光モジュール２３００は、ＬＥＤダイ２３３０が透明保護層で覆われておらず、光学的接着層２３４５で覆われている点で、図８ａに示されている発光モジュール２０００と異なる。
【０１４８】
幾つかの実施形態が、本発明に従って製造された。第１の実験では、１８００ルーメンの光束のダイの上に直接蛍光体を備えた１６個のＬＥＤを有するフィリップス社のフォルティモ（Fortimo）ＳＬＭ発光モジュールが基準として用いられた。本発明の一実施形態に係る発光モジュールは、ＬＥＤから２．１ｍｍの距離にルミラミック（登録商標）蛍光体層を伴い、２２ｍｍの空洞部径を持つ高反射混合チャンバに１６個の青色発光ＬＥＤを含んでいた。６４０ｍＡにおいて、電力変換効率（Wall Plug Efficiency；ＷＰＥ）が３０％から５０％までの範囲の係数で改善された。上記電力変換効率は、電力が光電力（optical power）（単位はワット）に変換されるエネルギー変換効率であり、入力電力に対する放射束（すなわち、放射力とも呼ばれる単位時間当たりの放射エネルギー）の比としても定義される。図９は、電流が増加すると、基準の発光モジュールに対する放射束の改善が大きくなることを示しており、これは、基準に対して蛍光体層の改善されたフォト−サーマル特性に起因する。
【０１４９】
他の実験では、本発明の一実施形態に従って、それぞれが１ｍｍ２の上面面積を有する９個のＬＥＤを有する発光モジュール及びそれぞれが２ｍｍ２の上面面積を有し、それぞれがＬＥＤから２．１ｍｍの距離にルミラミック（登録商標）蛍光体層を伴う４個のＬＥＤを有する発光モジュールが組み立てられた。放射束の測定は、上部に直接蛍光体を備えた１６個のＬＥＤを有する基準の発光モジュールに対して２０％から４０％までの範囲の放射束の改善を示した。
【０１５０】
図１０ａないし図１０ｃは、他の比較実験の模式的な断面図を示している。図１０ａは、基部基板８５１の上部に直接配された発光層８５３を備えた（１つのＬＥＤは図示されていない）４つのＬＥＤ８５２を有する第１の基準の発光モジュール８５０の模式的な断面図を示している。各ＬＥＤは、ドーム形状の光学素子８５４で覆われている。図１０ｂは、ＬＥＤの間の基部基板８５１上に与えられた反射層８５５のために第１の基準の発光モジュール８５０とは異なる第２の基準の発光モジュール８６０の模式的な断面図を示している。図１０ｃは、反射層８７５で覆われた基部基板８７１上に（１つのＬＥＤは図示されていない）４つのＬＥＤ８７２を有する本発明に係る発光モジュール８７０の模式的な断面図を示している。ＬＥＤは、ＬＥＤ８７２の上面から２．１ｍｍの距離の発光層８７３で覆われた空洞部８７４に配されている。放射束の測定は、（７００ｍＡにおいて測定された）約４％の第１の基準の発光モジュール８５０の放射束に対する第２の基準の発光モジュール８６０の放射束の改善を示しており、これは、主に、第２の基準の発光モジュール８６０の追加の反射層８５５によるものである。第１の基準の発光モジュール８５０の放射束に対する本発明に係る発光モジュール８７０の放射束の測定された改善は、（７００ｍＡにおいて測定された）約２５％である。
【０１５１】
図１１、図１２、図１３及び図１４は、本発明に係る発光モジュールのシミュレーションの結果のグラフを示している。光線を追跡するソフトウェアパッケージを用いて、本発明に係る発光モジュールの光学モデルが構築された。このモデルは、それぞれ１ｍｍ２の上面を持つダイを有する７つの青色発光ＬＥＤを有している。従って、これらのＬＥＤの上面の最大直線サイズｄＳＳＬは、約１．４ｍｍである。ＬＥＤダイは、典型的な表面が粗くされたＧａＮタイプのＬＥＤダイに対応する約７０％の第１及び第２のスペクトル範囲にわたって重み付けされた平均の拡散反射率を有している。空洞部は、変化する径を持つ円形形状を有している。ＬＥＤは、高反射基板に均一に分布されており、空洞部を形成する高反射性の壁部で囲まれている。空洞部の光出力窓は、セラミック蛍光体を有する発光層及びシリコン中に他の蛍光体の粒子を伴う追加の被覆層により覆われている。光出力窓を通って発光モジュールにより発せられる光は、暖かい白色点を有している。
【０１５２】
上記光学シミュレーションは、拡散反射性、鏡面反射性又はそれらの組み合わせである壁部及び／又は基体が発光モジュールの性能に約数パーセントの小さい影響を及ぼすことを示している。この影響は、それ以外には、面積比及び空洞部の幾何学的形状に依存する。
【０１５３】
図１１は、固体エミッタ面積比の幾つかの値についての光学的効率に対するファクタｃの影響を示している。図１１では、縦方向のｙ軸は、混合空洞部に存在する白色放射のフラックスＷｗｈｉｔｅ（単位：ワット）と第１のスペクトル範囲、一般的には青色スペクトル範囲において固体発光体により発せられる青色のフラックスの合計Ｗｂｌｕｅ（単位：ワット）との比として表される光学的性能の効率の最適値を表している。上記光学的効率の最適値は、固体エミッタの上面と発光層との距離ｈを変化させることにより決定される。横方向のｘ軸は、式Ｒｅｆｆ＞Ｒ＿ＳＳＬ＋ｃ×（１−Ｒ＿ＳＳＬ）からのファクタｃを表している。曲線８０１は、このケースでは０．０１と０．０２との間で変化する固体発光体面積比ρＳＳＬの相対的に低い値の範囲を表し、曲線８０２は、このケースでは０．１９と０．２８との間で変化する固体発光体面積比ρＳＳＬの中間の値の範囲を表し、曲線８０３は、このケースでは０．３９と０．６８との間で変化する固体発光体面積比ρＳＳＬの相対的に高い値の範囲を表している。ＬＥＤの上部に直接発光層を備えた基準の発光モジュールは、約０．５の光学的効率を示し、従って、基準の発光モジュールを超える効率の改善が、このケースでは、０．５よりも大きい光学的効率の値に関して達成される。図１１は、固体発光体面積比ρＳＳＬの相対的に低い値の範囲において０．５よりも大きい光学的効率を有するためにファクタｃが約０．２よりも大きいべきであること、固体発光体面積比ρＳＳＬの中間の値の範囲において０．５よりも大きい光学的効率を有するためにファクタｃが約０．３よりも大きいべきであること、固体発光体面積比ρＳＳＬの相対的に高い値の範囲において０．５よりも大きい光学的効率を有するためにファクタｃが約０．４よりも大きいべきであることを示している。光学的効率の更によい値は、固体発光体面積比ρＳＳＬの各範囲においてより大きいファクタｃの値に関して達せられ得る。
【０１５４】
図１２は、空洞部の壁部の反射係数ＲｗａｌｌについてのグラフにＨｏｐｔとして示されている最適距離ｈの依存性を示している。最適距離Ｈｏｐｔは、発光モジュールの光学的効率が最適である、例えば、極大を有する固体発光体の上面と発光層との距離ｈである。図１２では、縦方向のｙ軸は、最適距離Ｈｏｐｔ及びＬＥＤの最大直線サイズｄＳＳＬの商を表し、横方向のｘ軸は、空洞部の壁部の反射係数Ｒｗａｌｌを％で表している。このケースでは、曲線８１１、８１２、８１３のそれぞれがＬＥＤ上面と発光層との可変距離ｈを表しているので、基体及び壁部に対するＬＥＤの面積比ρＳＳＬは曲線のそれぞれに関して変化し、従って、壁部の変化する高さ及び従って壁部及び基体の反射面積の合計に対するＬＥＤの面積比ρＳＳＬは変化する。曲線８１１に関して、ＬＥＤの面積比ρＳＳＬの合計は０．０１と０．０２との間で変化し、曲線８１２に関して、ＬＥＤの面積比ρＳＳＬの合計は０．１６と０．２２との間で変化し、曲線８１３に関して、ＬＥＤの面積比ρＳＳＬの合計は０．２８と０．４１との間で変化する。このケースにおける基体の反射係数Ｒｂａｓｅは、８５％から９５％までの範囲にある。発光層とＬＥＤとの最適距離Ｈｏｐｔは、ＬＥＤ及び空洞部の壁部における光吸収損失のバランスにより決定される。ＬＥＤの上面と発光層との距離ｈの相対的に低い値において、ＬＥＤにより発せられる光は、ＬＥＤ、ＬＥＤ基板及びＬＥＤの基部反射体の表面と主に相互作用する。ＬＥＤの上面と発光層との距離ｈの相対的に大きい値において、壁部の面積は優勢になり、吸収損失は壁部により支配される。発光層とＬＥＤとの最適距離Ｈｏｐｔは、壁部の表面の反射係数Ｒｗａｌｌ及びＬＥＤ面積比のパラメータρＳＳＬに大部分は依存する。平均すると、相対的に低いＬＥＤの面積比ρＳＳＬ及び壁部反射係数Ｒｗａｌｌの典型的な値、例えば、８０％ないし９０％の範囲内に関して、最適距離Ｈｏｐｔは、ＬＥＤの最大直線サイズｄＳＳＬの約半分である。例えば約９５％までの壁部反射係数Ｒｗａｌｌの値の増加は、ＬＥＤと発光層との最適距離Ｈｏｐｔの増加をもたらす。ＬＥＤの面積比ρＳＳＬの増加は、最適距離Ｈｏｐｔの減少をもたらす。Ｒｗａｌｌ＜９５％かつ０＜ρＳＳＬ＜０．１である場合に０．３×ｄＳＳＬ≦ｈ≦０．７５×ｄＳＳＬ、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５である場合に０．１５×ｄＳＳＬ≦ｈ≦０．３×ｄＳＳＬ、ρＳＳＬ＞０．２５である場合に０．１×ｄＳＳＬ≦ｈ≦０．２×ｄＳＳＬであれば、かなり効率的な照明モジュールが与えられることが分かった。更に、Ｒｗａｌｌ≧９５％であるケースでは、照明モジュールが以下の基準、すなわち、０＜ρＳＳＬ＜０．１である場合に０．７５×ｄＳＳＬ≦ｈ≦２×ｄＳＳＬ、０．１＜ρＳＳＬ≦０．２５である場合に０．３×ｄＳＳＬ≦ｈ≦０．７×ｄＳＳＬ、ρＳＳＬ＞０．２５である場合に０．２×ｄＳＳＬ≦ｈ≦０．５×ｄＳＳＬを満たすと、かなり効率的な照明モジュールが与えられることが分かった。図１２の結果は、基体に直交する壁部を有する空洞部及び均一なＬＥＤの配置のみを考慮している。傾斜した壁部及び／又は不均一のＬＥＤの配置の場合、ＬＥＤと発光層との最適距離は大きくなる。
【０１５５】
図１３は、基体及び壁部の反射係数の幾つかの組み合わせに関する光学的効率に対する総固体発光体面積比ρＳＳＬの影響を示している。図１３では、縦方向のｙ軸は、混合空洞部に存在する白色放射のフラックスＷｗｈｉｔｅ（単位：ワット）と第１のスペクトル範囲、一般的には青色スペクトル範囲において固体発光体により発せられる青色のフラックスの合計Ｗｂｌｕｅ（単位：ワット）との比として表される光学的性能の効率の最適値を表している。上記光学的効率の最適値は、固体発光体の上面と発光層との距離ｈを変化させることにより決定される。横方向のｘ軸は、基体及び壁部の面積に対する固体発光体面積比ρＳＳＬを表している。基体反射係数Ｒｂａｓｅの２つの異なる値及び空洞部の壁部の反射係数Ｒｗａｌｌの３つの異なる値に関して、合計で６本の曲線８２１、８２２、８２３、８２４、８２５、８２６が示されている。曲線８２１はＲｂａｓｅ＝８０％及びＲｗａｌｌ＝９０％を表し、曲線８２２はＲｂａｓｅ＝８０％及びＲｗａｌｌ＝９８％を表し、曲線８２３はＲｂａｓｅ＝９０％及びＲｗａｌｌ＝９０％を表し、曲線８２４はＲｂａｓｅ＝９０％及びＲｗａｌｌ＝９８％を表し、曲線８２５はＲｂａｓｅ＝９８％及びＲｗａｌｌ＝９０％を表し、曲線８２６はＲｂａｓｅ＝９８％及びＲｗａｌｌ＝９８％を表している。図１３は、光を混合する空洞部の光学的効率の最適値と固体発光体面積比ρＳＳＬとの間に逆関係が存在することを示している。図１３は、更に、固体発光体面積比ρＳＳＬの値の３つの範囲、すなわち、固体発光体面積比ρＳＳＬの値の相対的に低い、中間の及び相対的に高い範囲が区別され得ることを示している。ρＳＳＬの相対的に低い値、例えば、ρＳＳＬ＜０．１では、光学的効率の値に対する壁部の反射係数Ｒｗａｌｌの値の影響は、基体の反射係数Ｒｂａｓｅの値の影響と比較してほぼ無視できる。すなわち、この固体発光体面積比ρＳＳＬの相対的に低い値の範囲では、基体反射係数Ｒｂａｓｅの値の変化は発光モジュールの光学的効率に影響を及ぼし、壁部反射係数Ｒｗａｌｌの値の変化は無視できる形で光学的効率に影響を及ぼす。ρＳＳＬの相対的に高い値、例えば、ρＳＳＬ＞０．２５である場合には、光学的効率の値に対する壁部の反射係数Ｒｗａｌｌの値の影響は、基体の反射係数Ｒｂａｓｅの値の影響と同程度である。すなわち、この固体発光体面積比ρＳＳＬの相対的に高い値の範囲では、基体反射係数Ｒｂａｓｅの値の変化は発光モジュールの光学的効率に壁部反射係数Ｒｗａｌｌの値の変化と同程度の影響を及ぼす。ρＳＳＬの中間の値、例えば、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５では、光学的効率の値に対する基体の反射係数Ｒｂａｓｅの値の影響は、この範囲では無視できない壁部の反射係数Ｒｗａｌｌの値の影響よりも大きい。すなわち、この固体発光体面積比ρＳＳＬの中間の値の範囲では、基体反射係数Ｒｂａｓｅの値の変化は発光モジュールの光学的効率に影響を及ぼし、壁部反射係数Ｒｗａｌｌの値の変化もまた上記光学的効率に影響を及ぼすが、より少ない程度に及ぼす。
【０１５６】
図１４は、光学的効率の増加が達成される最大可能固体発光体面積比ρＳＳＬの依存性を本発明の一観点による基体及び壁部の有効反射係数Ｒｅｆｆの関数として示している。図１４の縦方向のｙ軸は、固体発光体の上部に直接配された発光層を備えた照明発光モジュールに対して改善された光学的効率が達成され、ρＳＳＬ、ＭＡＸとして示されている最大可能固体発光体面積比を表している。横方向のｘ軸は、空洞部の底部及び壁部表面の有効反射係数Ｒｅｆｆを表している。データ点のセット８３１は、固体発光体の最大直線サイズｄＳＳＬの０．３５倍の固体発光体の表面と発光層との距離ｈを示し、データ点のセット８３２は、固体発光体の最大直線サイズｄＳＳＬの１．０４倍の距離ｈを示し、データ点のセット８３３は、固体発光体の最大直線サイズｄＳＳＬの１．７３倍の距離ｈを示している。結果は、固体発光体の上に直接配された発光層を備えた同数の固体発光体と比較して相対的に大きい光リサイクル効率及び相対的に良好な性能を依然として可能にする或る距離ｈにおける最大可能固体発光体面積比ρＳＳＬ、ＭＡＸの予測を可能にする。図１４から、有効反射係数Ｒｅｆｆのより大きい値は（固体発光体の上面と発光層との距離ｈに依存する）固体発光体面積比ρＳＳＬ、ＭＡＸのより大きい値を可能にし、一方で、発光層が固体発光体の上に直接配される基準の状態に対して光学的効率の改善をさらに達成することが結論づけられる。固体発光体と発光層との距離ｈの増加は、発光層が固体発光体の上に直接配される基準の状態に対して光学的効率の改善をさらに与える同様の値の有効反射係数Ｒｅｆｆにおける最大許容固体発光体面積比ρＳＳＬ、ＭＡＸを小さくする。
【０１５７】
図１５は、基体に直交する壁部及び傾斜した壁部を伴う空洞部との本発明に係る発光モジュールについての光学モデルの結果の比較を示している。それぞれが２ｍｍ２のダイ面積を有する４つのＬＥＤの場合の光学シミュレーションモデルから結果が得られた。発光層の径は６．５ｍｍであり、基体の面積のみに対するＬＥＤの面積比ρＳＳＬは、直交する壁部及び傾斜した壁部についてそれぞれ０．２４１及び０．２９８である。このケースにおいてもまた、基体及び壁部に対するＬＥＤの面積比ρＳＳＬは、ＬＥＤと発光層との距離ｈの関数として変化する。傾斜した壁部の反射面と基体の反射面との角度は、このケースでは５ないし３３度の範囲にある。図１５では、縦方向のｙ軸は、混合空洞部に存在する白色放射のフラックスＷｗｈｉｔｅ（単位：ワット）と青色スペクトル範囲において固体発光体により発せられる青色のフラックスの合計Ｗｂｌｕｅ（単位：ワット）との比として表される光学的性能の効率を表し、横方向のｘ軸は、ＬＥＤの上面と発光層との距離ｈをミリメータで表している。曲線８４１は直交する壁部の場合の発光モジュールを表し、曲線８４０は傾いた又は傾斜した壁部の場合の発光モジュールを表している。相対的に大きい光学的効率は、ＬＥＤ面積比ρＳＳＬが中間の値の範囲にあるこの実施形態については、壁部の傾斜により達成されることが明らかである。このケースにおける光学的効率の最適値は、傾斜した壁部及び直交する壁部それぞれに関して約１．１ｍｍ及び０．７５ｍｍのＬＥＤの上面と発光層との距離ｈにおいて達成され、この距離において、基体及び壁部に対するＬＥＤ面積比ρＳＳＬは、真っすぐな壁部の場合の発光モジュールについては０．１８であり、傾いた又は傾斜した壁部の場合の発光モジュールについては０．２１である。中間のＬＥＤ面積比ρＳＳＬを有する発光モジュールの場合、壁部から反射される光の相当量は、反射が少ないＬＥＤ領域に衝突する。壁部の傾斜は、発光層を有する出力窓に向けてより効率的に光の方向を変更すること（re-direction）によって状況を改善し、かなり大きいＷｗｈｉｔｅ／Ｗｂｌｕｅの値及び従って改善された光学的効率をもたらす。この効果は、ＬＥＤ面積比ρＳＳＬのかなり大きい値に対してより顕著になる。ＬＥＤ面積比ρＳＳＬがかなり大きい値である場合、壁部はＬＥＤからより遠く、壁部の傾斜は光学的効率に対してかなり小さい影響を及ぼす。
【０１５８】
製造の観点から、ＬＥＤダイは、白色の反射性材料でＬＥＤパッケージ間の空間を満たすことなく高反射ＰＣＢボード上に位置し得る。このケースでは、基体の反射面は、ＬＥＤダイの表面よりも非常に低いレベルに位置し得る。発光層の最適な位置に対するＬＥＤの上面と発光層との間の距離ｈ及びｈ２として示されている反射性の基体の表面と発光層との間の距離の影響は、１つのＬＥＤを有する本発明に係る発光モジュールの光線追跡モデルにより調べられた。図１６ａは、基体９０６、固体発光体９０８、例えばＬＥＤ及びＬＥＤ９０８の上面９０３よりも発光層９０２から更に離れた、すなわち、ｈ２＞ｈである反射性の基体表面９０１を有する第１の発光モジュール９００の断面図を示している。図１６ｂは第２の発光モジュール９１０、例えばＬＥＤの断面図を示しており、この第２の発光モジュール９１０では、反射性の基体表面９０１がＬＥＤの上面９０３よりも発光層９０２に近い。すなわち、ｈ２＜ｈである。後者のケースでは、例えば４５度の角度で反射性基体の中心に円錐形の開口部又は凹部が存在する。
【０１５９】
図１６ｃはシミュレーションの結果を示しており、この図において、縦方向のｙ軸は、混合空洞部に存在する白色放射のフラックスＷｗｈｉｔｅ（単位：ワット）と第１の青色スペクトル範囲において固体発光体９０８により発せられる青色のフラックスの合計Ｗｂｌｕｅ（単位：ワット）との比として表される光学的性能の効率を表し、横方向のｘ軸は、発光層９０２と固体発光体９０８の上面９０３との間の距離ｈを表している。図１６ｃは、それぞれが反射性基体の表面９０１と発光層９０２との間の距離ｈ２と、ＬＥＤの上面９０３と発光層９０２との距離ｈとの差についての異なる値を表す７本の曲線９５１、９５２、９５３、９５４、９５５、９５６、９５７を示している。曲線９５１、９５２及び９５３は第１の発光モジュール９００の変化を示しており、反射性の基体表面９０１はＬＥＤの上面９０３よりも発光層９０２から更に離れており、すなわち、ｈ２＞ｈであり、曲線９５１はｈ２＝ｈ＋１．５ｍｍを表し、曲線９５２はｈ２＝ｈ＋１．０ｍｍを表し、曲線９５３はｈ２＝ｈ＋０．５ｍｍを表している。曲線９５４は、反射性の基体表面９０１と発光層９０２との距離ｈ２がＬＥＤの上面９０３と発光層９０２との距離ｈと等しい、すなわち、ｈ２＝ｈの状況を表している。曲線９５５、９５６及び９５７は第２の発光モジュール９１０の変化を示しており、反射性の基体表面９０１はＬＥＤの上面９０３よりも発光層９０２に近く、すなわち、ｈ２＜ｈであり、光学的効率が最適条件、例えば極大を有する距離ｈの値であるＬＥＤの上面９０３と発光層９０２との距離ｈの最適値は、反射性の基体表面９０１と発光層９０２との距離ｈ２にほぼ依存する。従って、上記に定義されたような固体発光体の上面と発光層との距離ｈについての基準は、この第１の発光モジュール９００にも適用され得る。反射性の基体表面９０１がＬＥＤの上面９０３よりも発光層９０２に近いと、すなわち、ｈ＞ｈ２であると、例えば、ＬＥＤが反射性基体の凹部に配されているケースでは、効率が最適条件を有する距離ｈは、反射性の基体表面９０１とＬＥＤの表面９０３とが発光層９０２まで等しい距離を有する状況に対してより長い。反射性の基体表面９０１がＬＥＤの上面９０３よりも発光層９０２に近い、すなわち、ｈ２＜ｈである第２の発光モジュール９１０に関しては、距離についての基準は、ρＳＳＬ＜０．１の場合には０．４×ｄ＋Δｈ／２＜ｈ＜５×ｄ＋Δｈ／２、０．１≦ρＳＳＬ≦０．２５の場合には０．１５×ｄ＋Δｈ／２＜ｈ＜３×ｄ＋Δｈ／２及びρＳＳＬ＞０．２５の場合には０．１×ｄ＋Δｈ／２＜ｈ＜２×ｄ＋Δｈ／２に変わる。上記Δｈは、反射性基体の表面９０１とＬＥＤの上面９０３との距離の絶対値、すなわち、Δｈ＝｜ｈ２−ｈ｜である。
【０１６０】
上記基体上における複数の固体発光体の相対的な位置決め又は配置は、他の設計パラメータである。空洞部における固体発光体の配置は、発光層を有する空洞部の出力窓における光束の分布及び均一性に影響を及ぼす。熱的ホットスポットを引き起こす光学的ホットスポットの発生を防ぐことが望ましい。これは、特に、発光層における熱負荷を、例えば、かなり長い距離のため及び／又は幾つかの実施形態における空洞部の壁部のかなり高い熱伝導率に対して空洞部を満たす光学材料のかなり低い熱伝導率のためにＰＣＢボード及びヒートシンクに運ぶことがより難しい空洞部の中心にとって重要である。
【０１６１】
効率に対する空洞部内における異なるＬＥＤの分布の影響及びＬＥＤと発光層との最適距離が、本発明に係る発光モジュールの光線追跡モデルにより調べられた。図１７ａは、壁部９８１及び基体９８２を有する発光モジュール９８０の模式的な平面図を示しており、この発光モジュールでは、１つのＬＥＤ９８４が基体９８２の中心に配され、６つの他のＬＥＤが中心から等距離であり、かつ互いに等距離である配置の半径ｒｐｌを有する仮想円上に位置している。このケースにおける発光モジュール９８０は、それぞれが１×１ｍｍ２の面積を有する７つのＬＥＤを有している。それぞれ７．４６ｍｍ、３．０５ｍｍ及び２．３６ｍｍの３つの異なる基体半径ｒｂａｓｅの値に関して計算が行われている。ＬＥＤの上面と発光層との距離は変化しており、これは、壁部の異なる高さの値及び従って壁部の異なる面積をもたらす。従って、基体及び壁部に対する固体発光体面積比ρＳＳＬの値は、ｒｂａｓｅが７．４６ｍｍの場合、０．０２から０．０４の範囲にあり、ｒｂａｓｅが３．０５ｍｍの場合には０．０９から０．２２の範囲にあり、ｒｂａｓｅが２．３６ｍｍの場合には０．１３から０．３９の範囲にある。図１７ｂ、図１７ｃ及び図１７ｄは光線追跡シミュレーションに結果を示しており、これらの図において、縦方向のｙ軸は、混合空洞部に存在する白色放射のフラックスＷｗｈｉｔｅ（単位：ワット）と青色スペクトル範囲において固体発光体により発せられる青色のフラックスの合計Ｗｂｌｕｅ（単位：ワット）との比として表される光学的性能の効率を表し、横方向のｘ軸は、発光層とＬＥＤの上面との距離ｈをミリメートルの単位で表している。図１７ｂ、図１７ｃ及び図１７ｄの種々の曲線は、配置半径ｒｐｌの種々の値を表している。図１７ｂは７．４６ｍｍの基体半径ｒｂａｓｅにおける結果を示しており、曲線１１０１はｒｐｌ＝１．２ｍｍを表し、曲線１１０２はｒｐｌ＝１．５ｍｍを表し、曲線１１０３はｒｐｌ＝２．５ｍｍを表し、曲線１１０４はｒｐｌ＝３．５ｍｍを表し、曲線１１０５はｒｐｌ＝４．５ｍｍを表し、曲線１１０６はｒｐｌ＝５．５ｍｍを表し、曲線１１０７はｒｐｌ＝６．５ｍｍを表している。図１７ｃは３．０５ｍｍの基体半径ｒｂａｓｅにおける結果を示しており、曲線１１１１はｒｐｌ＝１．２ｍｍを表し、曲線１１１２はｒｐｌ＝１．４ｍｍを表し、曲線１１１３はｒｐｌ＝１．８ｍｍを表し、曲線１１１４はｒｐｌ＝２．２ｍｍを表している。図１７ｄは２．３６ｍｍの基体半径ｒｂａｓｅにおける結果を示しており、曲線１１２１はｒｐｌ＝１．２ｍｍを表し、曲線１１２２はｒｐｌ＝１．４ｍｍを表し、曲線１１２３はｒｐｌ＝１．６ｍｍを表している。
【０１６２】
図１７ｂの曲線と図１７ｃ及び図１７ｄの曲線との比較は、光学的効率及び効率が最適条件を有するＬＥＤの上面から発光層までの最適な距離に対する異なるＬＥＤの位置決めの影響は、ＬＥＤ面積比ρＳＳＬのかなり大きい値に対してより顕著であることを示しており、その結果は図１７ｂに示されている。図１７ｂは、更に、ＬＥＤの配置の２つの追加のケースを示しており、外側のＬＥＤは中心にかなり近づけて配され、配置の半径ｒｐｌの最小値及び曲線１１０１に対応しているか、又は、壁部にかなり近づけて配され、配置の半径ｒｐｌの最大値及び曲線１１０７に対応している。両方の追加のケースは、光学的効率のかなり低い値をもたらしている。
【０１６３】
ＬＥＤ間のスペースがＬＥＤのサイズと同程度であるようにＬＥＤがかなり近づけて配されると、ＬＥＤのそれぞれの周りの基体表面の反射率が著しく減少し、状態は１つの大きいＬＥＤダイ（マルチダイＬＥＤ）のモデルを用いて見積もられる。このマルチダイＬＥＤの状態では、ＬＥＤの上面と発光層との最適距離は、かなり低いＬＥＤ面積比ρＳＳＬの発光モジュールの場合にはっきり目に見える効率的な光のリサイクルを達成するために大きくされる（図１７ｂ参照）。この効果は、中間ないし高いＬＥＤ面積比ρＳＳＬの発光モジュールの場合にはあまり顕著ではない（図１７ｃ及び図１７ｄ）。これらの後者の発光モジュールの場合、光学的効率に対するＬＥＤの配置の影響はより少ない。すなわち、中心により近い場所又は空洞部の壁部により近い場所にＬＥＤを配することは、光学的効率に対してかなり低い値のＬＥＤ面積比ρＳＳＬを有する発光モジュールよりもより少ない影響しか及ぼさない。
【０１６４】
光学的効率の理由のために、互いに等距離にかつ壁部から等距離に固体発光体を配することが好ましい。不均一な固体発光体の配置は、ホットスポットを引き起こし、また、固体発光体の光吸収損失を増加させる。このケースにおいてもＬＥＤの場所を変化させる固体発光体上の物理的空間が少ないので、固体発光体面積比ρＳＳＬのかなり高い値は、固体発光体の配置に関する光学的効率Ｗｗｈｉｔｅ／Ｗｂｌｕｅの感度を減少させる。最高の光学的効率をもたらす距離に対応する固体発光体の上部と発光層との最適距離の値は、一般に、固体発光体面積比ρＳＳＬのかなり大きい値に対してより低い。
【０１６５】
空洞部の高い効率の値を達成するために、空洞部内部の全表面が装置のスペクトル範囲全体にわたって高い反射性であることが好ましい。この目的のために、壁部の表面だけではなく、ＬＥＤパッケージとＬＥＤ基板自体との間の空間もが、例えば、白色反射コーティング剤、例えば、ＴｉＯ２が満たされたシリコーンによりコーティングされる。実際上の理由で、ＬＥＤパッケージに反射性コーティング剤を塗布するステップは難しい。従って、基体表面以外のＬＥＤに隣接する表面の反射係数は、実際にはかなり低い。
【０１６６】
図１８は光線追跡シミュレーションの結果を示しており、この図において、縦方向のｙ軸は、混合空洞部に存在する白色放射のフラックスＷｗｈｉｔｅ（単位：ワット）と第１の青色スペクトル範囲において固体発光体により発せられる青色のフラックスの合計Ｗｂｌｕｅ（単位：ワット）との比として表される光学的性能の効率を表し、横方向のｘ軸は、発光層とＬＥＤの上面との間の距離ｈをミリメートルの単位で表している。このシミュレーションは、それぞれが２ｍｍ２のダイ面積を有する４つのＬＥＤを含んでおり、発光層の径は６．５ｍｍである。曲線１１５２はコーティングされていないＬＥＤパッケージを表し、曲線１１５１は反射層によりコーティングされたＬＥＤパッケージを表している。図１８は、反射コーティングされたＬＥＤパッケージに対してコーティングされていないＬＥＤパッケージが幾分低い光学的効率を有することを示しているが、最適なＬＥＤ表面から発光層までの距離ｈの著しい変化は認められなかった。これらのシミュレーションの結果は、コーティングされていないＬＥＤパッケージ及びコーティングされたＬＥＤパッケージを用い、コーティングされていないＬＥＤパッケージに対して反射性のコーティング部を伴うＬＥＤパッケージの場合に約７％の光学的効率の増加を示した実験により実証された。
【０１６７】
図１９ａは、本発明の第２の観点によるランプ１０００の一実施形態を示している。ランプ１０００は、ヒートシンク、動力伝導部（power driver）及び電気的接続部を含むランプベース１００６に接続されたレトロフィット電球１００２を有している。ランプベース１００６の上には、本発明の第１の観点による発光モジュール１００４が設けられている。このランプの実施形態は、通常の電球のサイズを有するランプに限定されないことに注意されたい。チューブのような他の形状も可能である。スポットランプ又はダウンライトのような代替のランプのタイプも用いられ得る。ランプは、複数の発光モジュールを有していてもよい。
【０１６８】
図１９ｂは、ランプ１０２０の他の実施形態を示している。ランプ１０２０は、発光モジュール１００４により発せられる光を平行にする反射器１０２２を有するスポットランプである。発光モジュール１００４は、発光モジュール１００４から離れた方へ熱を伝え、ランプ１０２０の周囲に熱を与えるヒートシンク１０２４に熱的に結合される。ヒートシンク１０２４は、受動的又は能動的に冷却され得る。
【０１６９】
図１９ｃは、本発明の第３の観点による照明器具１０５０の一実施形態を示している。照明器具１０５０は、本発明の第１の観点による発光モジュール１０５２を有している。他の実施形態では、照明器具１０５０は、本発明の第２の観点によるランプを有している。
【０１７０】
本発明の第２の観点によるランプ及び本発明の第３の観点による照明器具は、図１ないし図１８を参照して説明されたような本発明の第１の観点の発光モジュールと同様の効果を持つ同様の実施形態を有している。
【０１７１】
図２０は、本発明に係る発光モジュールの他の実施形態を示している。発光モジュール１３００は、発光モジュール５２０と同様に、基体５１８、基板５２４上に設けられた複数の発光ダイオオード５１４、発光層５０６、反射性の壁部５２２、透明材料５０２及び光反射性の粒子で満たされた層５１２を有している。しかしながら、空気の層１３０１及び偏光素子１３０２が、発光ダイオオード５１４から離れて対向する側において発光層５０６上に位置している。発光モジュール１３００は、使用中、中でも街灯照明、オフィス照明及び小売照明用に用いられ得る偏光を生成し、これらの用途におけるグレアの量を低減する。代替として、発光モジュール１３００は、液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライティングの用途に用いられ、分離した偏光子がもはや必要ないのでコストレベルを低減する。発光層５０６に存在し、偏光素子１３０２に衝突する光は、偏光素子を通って伝送され、一方で、補正のない偏光は発光モジュール１３００の発光層５０６及び空洞部に再び向けられる。この光は発光層５０６において散乱させることにより及び／又は偏光素子１３０２の方向に再度反射される反射性の壁部５２２及び／又は光反射性粒子が満たされた層５１２を介した空洞部内における拡散反射によりランダムに偏光又は脱偏光され、正しい偏光状態の光が偏光素子１３０２を透過する。非透過光は発光層５０６及び空洞部に再度反射し返され、このプロセスが繰り返される。かなり高い空洞部の光リサイクル効率のために、発光モジュール１３００はかなり効率的な偏光ソースである。偏光素子１３０２は、発光層５０６において生成される熱による偏光素子１３０２の熱安定性を改善するために空気の層１３０１により発光層５０６から分離されている。代替の実施形態では、偏光素子１３０２が、例えば、発光材料を含むセラミック層上で発光層５０６と直接接している。偏光素子１３０２は、反射又は散乱偏光子であり得る。偏光素子１３０２は、反射性の偏光フォイル、例えば、３Ｍから市販されているビキュイティＤＢＥＦフォイルであってもよい。代替として、偏光素子１３０２は、例えば、モクステック（Moxtek）社から市販されている高反射率を有する細い金属ラインを有している。金属ラインの幅及び／又は金属ライン間のピッチを変化させることにより、偏光対光透過の量が最適化され得る。
【０１７２】
図２１は、本発明の第４の観点による表示装置１４００の一実施形態を示している。この表示装置は、図１ないし図１８及び図２０を参照して説明されたような本発明に係る発光モジュールを有している。使用中、発光モジュールは、ＬＣＤ表示装置用のバックライティングユニットとして又はバックライトシステムの光ガイド層において偏光を注入する光源ユニットとしての機能を果たす。発光モジュールはかなり効率的に（偏光を）生成するので、表示装置１４００のコストレベルが低減される。
【０１７３】
全ての適用可能な実施形態において、空洞部内には、少なくとも１つの横方向に光を発する固体発光体が設けられている。横方向の放射は、典型的には、汎用固体発光体の上に、透明材料の層及び光反射性材料の層である２つの追加の層を与えることにより得られる。固体発光体であるＬＥＤは、透明サファイアの基板上に製造されることが多い。製造後、多くの場合、サファイアの層は除去される。しかしながら、サファイアが除去されない又は部分的にのみ除去される時に、ＬＥＤと実質的に対向するサファイア層の表面に光反射性のコーティングの追加することは、横方向放射固体発光体をもたらす。代替として、ガラス又はサファイアの小片がＬＥＤに接着されてもよい。
【０１７４】
他の実施形態では、１つ以上の追加の固体発光体が発光モジュールの壁部に与えられ得る。そのケースでは、壁部の表面の反射面積は、発光モジュールの壁部に与えられる固体発光体の面積により修正されるべきである。
【０１７５】
一実施形態では、発光モジュールは、更に、ドーム形状又はレンズ形状の光学体が、光出力窓から離れて対向する部分的に拡散反射性の層の側に存在し得る。代替として又は追加として、拡散光の放出を得るため、空間的に色及び角度に対する色の均一な光の放出を得るため並びに色が混合された光の放出のための拡散層が、少なくとも１つの固体発光体から離れて対向する部分拡散反射層の側から或る距離で与えられる。
【０１７６】
全ての適用可能なアプリケーションに対して、壁部及び基体が１つの同じ材料から製造され、一緒に接着され得る。他の実施形態では、壁部と基体とは異なる材料である。例えば、１つの基体が複数の隣り合う発光モジュールにより共有される際、例えば、基体がプリント回路基板であると、図面に描かれているような基体は壁部を越えて延在し得ることに注意されたい。
【０１７７】
本発明は、典型的には、モジュールレベルで、例えば、少なくとも１つであるが、典型的には複数のＬＥＤパッケージを有するＰＣＢボードに対して適用される。しかしながら、本発明は、１つ以上のＬＥＤダイ又はチップを有するＬＥＤパッケージに対しても適用される。また、ＬＥＤダイ又はチップは、ＬＥＤダイが中間のＬＥＤパッケージを伴うことなく（ＰＣＢ）ボードに直接取り付けられる所謂チップオンボードのタイプを有していてもよい。更に、ＬＥＤダイからボードへのワイヤボンド接続が用いられ得る。
【０１７８】
上述した実施形態は本発明を限定ではなく説明しており、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替の実施形態を作成することができることに注意されたい。
【０１７９】
特許請求の範囲において、括弧内に付されたいかなる参照符号もが特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。動詞「有する（comprise）」及びその活用形の使用は、特許請求の範囲に述べられている構成要素又はステップ以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。構成要素の前に付されている冠詞「a」又は「an」は、複数のそのような構成要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別の構成要素を有するハードウェアにより及び適切にプログラムされたコンピュータにより実現され得る。幾つかの手段を列挙している装置の請求項では、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの１つの同じアイテムによって具現化され得る。或る方策が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に用いられないことを示してはいない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ−１】
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【図５ａ−２】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１７ｄ】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図９】
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【国際調査報告】
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