(57)【要約】本発明は、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。本発明の照明モジュールは、ＰＴＦＥ層及び該ＰＴＦＥ層に結合された色変換層を有する反射性色変換要素を含むことができる。前記色変換層は、ポリマーマトリックス中に蛍光体粒子が埋め込まれてなり、かつ前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する。本発明の照明モジュールは、光透過性色変換要素を含むことができる。前記色変換要素は、ポリマー結合剤を溶媒及び複数の蛍光体粒子と混同させ、蛍光体粒子の均一懸濁液を調製することにより作製することができる。前記均一懸濁液を所定の目的の表面に適用し、未硬化の色変換層を形成する。前記未硬化の色変換層を加熱して溶媒を揮発させる。硬化した色変換層は、前記ポリマー結合剤中に前記蛍光体粒子が分散されてなる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
器具であって、
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源サブアセンブリと、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層及び、該ＰＴＦＥ層に結合され、第１のポリマーマトリックス中に第１の種類の複数の蛍光体粒子が埋め込まれてなり、かつ前記第１の種類の蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する第１の色変換層を含んでなる反射性色変換要素とを含むことを特徴とする器具。
【請求項２】
請求項１に記載の器具であって、
光透過性層及び、該光透過性層に結合され、第２のポリマーマトリックス中に第２の種類の複数の蛍光体粒子が９０％未満の充填密度で埋め込まれてなり、かつ前記第２の種類の蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さを有する第２の色変換層を含んでなる光透過性色変換要素をさらに含むことを特徴とする器具。
【請求項３】
請求項２に記載の器具であって、
前記光透過性色変換要素に入射する光の３０％未満を色変換することなく透過させるように構成したことを特徴とする器具。
【請求項４】
請求項１に記載の器具であって、
前記第１の種類の蛍光体粒子が、５〜２０μｍの直径を有することを特徴とする器具。
【請求項５】
請求項２に記載の器具であって、
前記反射性色変換要素が、色変換特性に基づいて選択される交換可能な、ＬＥＤベース照明モジュールの側壁挿入体であり、
前記光透過性色変換要素が、色変換特性に基づいて選択される交換可能な、ＬＥＤベース照明モジュールの出力窓であることを特徴とする器具。
【請求項６】
請求項２に記載の器具であって、
前記第１の色変換層及び前記第２の色変換層の各色変換層が、該色変換層の５重量％未満の可塑剤及び該色変換層の５重量％未満の界面活性剤をそれぞれ含むことを特徴とする器具。
【請求項７】
請求項２に記載の器具であって、
前記第１の色変換層及び前記第２の色変換層の少なくとも一方が、蛍光体粒子の単層であることを特徴とする器具。
【請求項８】
請求項２に記載の器具であって、
前記第１の色変換層及び前記第２の色変換層のいずれか一方が、光散乱粒子をさらに含むことを特徴とする器具。
【請求項９】
請求項２に記載の器具であって、
前記反射性色変換要素及び前記透光性色変換要素の少なくとも一方が、第３の種類の複数の蛍光体粒子をさらに含むことを特徴とする器具。
【請求項１０】
請求項１に記載の器具であって、
前記ポリマーマトリックスが、エチルセルロース及びポリビニルブチラールからなる群より選択されることを特徴とする器具。
【請求項１１】
器具であって
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源サブアセンブリと、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層及び、該ＰＴＦＥ層に結合され、ポリマーマトリックス中に第１の種類の複数の蛍光体粒子が埋め込まれてなり、かつ前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する第１の色変換層を含んでなる反射性色変換要素と、
光透過性層及び、該光透過性に結合され、かつ６００ｎｍ以下のピーク発光波長を有する第２の種類の複数の蛍光体粒子を含む第２の色変換層を含んでなる光透過性色変換要素とを含むことを特徴とする器具。
【請求項１２】
請求項１１に記載の器具であって、
前記第１の色変換層及び前記第２の色変換層の少なくとも一方の色変換層が、該色変換層に含まれる前記蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さを有することを特徴とする器具。
【請求項１３】
請求項１１に記載の器具であって、
前記第２の色変換層を透過する光が、４２００ケルビン未満の相関色温度を有するように構成したことを特徴とする器具。
【請求項１４】
器具であって
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記複数のＬＥＤから放射された光を受け取るように配置された光透過性色変換アセンブリとを含んでおり、
前記光透過性色変換アセンブリが、
第１の光透過性要素と、
第２の光透過性要素と、
前記第１及び第２の光透過性要素間に配置された第１の色変換材料と、
前記第１及び第２の光透過性要素間に配置され、前記第１の光透過性要素を前記第２の光透過性要素に固定的に結合させるシール材料とを含み、
前記第１の色変換材料を、前記第１の光透過性要素、前記第２の光透過性要素及び前記シール材料によって封止するように構成したことを特徴とする器具。
【請求項１５】
請求項１４に記載の器具であって、
第２の色変換材料を含んでなる反射性色変換要素をさらに含むことを特徴とする器具。
【請求項１６】
請求項１４に記載の器具であって、
前記第１の色変換材料が、第１の種類の複数の蛍光体粒子を含み、
前記第１及び第２の光透過性要素間に配置された前記第１の色変換材料の厚さが、前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満であることを特徴とする器具。
【請求項１７】
請求項１６に記載の器具であって、
前記第１及び第２の光透過性要素間に配置された前記第１の色変換材料の厚さが、前記蛍光体粒子の平均径の３倍未満であることを特徴とする器具。
【請求項１８】
請求項１４に記載の器具であって、
前記第１及び第２の光透過性要素間に配置された前記第１の色変換材料が、６００ｎｍ以下のピーク発光波長を有し、
前記光透過性色変換アセンブリを透過する光が、４２００ケルビン未満の相関色温度を有するように構成したことを特徴とする器具。
【請求項１９】
請求項１５に記載の器具であって、
前記第２の色変換材料が、ポリマーマトリックス中に埋め込まれていることを特徴とする器具。
【請求項２０】
請求項１５に記載の器具であって、
前記第２の色変換材料が、複数の蛍光体粒子を含み、
前記第２の色変換材料の厚さが、前記蛍光体粒子の平均径の３倍未満であることを特徴とする器具。
【請求項２１】
方法であって、
ポリマー結合剤を溶媒及び複数の蛍光体粒子に混合させ、蛍光体粒子の均一懸濁液を調製する混合ステップと、
前記均一懸濁液をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）材料からなる基板の表面に適用し、未硬化の色変換層を形成する適用ステップと、
前記未硬化の色変換層を加熱して前記溶媒を揮発させ、前記ポリマー結合剤中に前記蛍光体粒子が分散されてなるかつ前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する硬化した色変換層を形成する加熱ステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記加熱ステップが、前記未硬化の色変換層を３００℃以下まで加熱するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、
前記ポリマー結合剤が、エチルセルロース及びポリビニルブチラールからなる群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法であって、
前記溶媒が、酢酸ブチルカーボライト及びテルピネオールからなる群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法であって、
前記混合ステップが、前記蛍光体粒子を前記溶媒及びポリマー結合剤と２０：８０の重量比で混合させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の方法であって、
前記混合ステップが、前記蛍光体粒子の均一懸濁液を調製すべく可塑剤を混合させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の方法であって、
前記混合ステップが、前記蛍光体粒子の均一懸濁液を調製すべく界面活性剤を混合させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２１に記載の方法であって、
前記適用ステップが、スプレー、ブレードコーティング及びスクリーン印刷のうちのいずれか１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２１に記載の方法であって、
前記硬化した色変換層の前記厚さが、前記蛍光体粒子の単層であることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２１に記載の方法であって、
前記硬化した色変換層中の蛍光体粒子の充填密度が５０％よりも大きくなるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２１に記載の方法であって、
前記蛍光体粒子の平均径が、５〜２０μｍであることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記表面が、ＬＥＤベース照明モジュールの内側面であることを特徴とする方法。
【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、２０１０年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６１／４２８，６９１号及び２０１１年１２月１６日に出願された米国特許出願第１３／３２８，９７４号に基づく優先権を主張するものであり、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する。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の所要の色制御電子装置及び／またはセンサの必要性や、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】
本発明は、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。本発明の照明モジュールは、ＰＴＦＥ層及び該ＰＴＦＥ層に結合された色変換層を有する反射性色変換要素を含むことができる。前記色変換層は、ポリマーマトリックス中に蛍光体粒子が埋め込まれてなり、かつ前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する。本発明の照明モジュールは、光透過性色変換要素を含むことができる。前記色変換要素は、ポリマー結合剤を溶媒及び複数の蛍光体粒子と混同させ、蛍光体粒子の均一懸濁液を調製することにより作製することができる。前記均一懸濁液を所定の目的の表面に適用し、未硬化の色変換層を形成する。前記未硬化の色変換層を加熱して溶媒を揮発させる。硬化した色変換層は、前記ポリマー結合剤中に前記蛍光体粒子が分散されてなる。
【０００６】
一実施形態では、本発明の照明器具は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源サブアセンブリと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層及び、該ＰＴＦＥに結合され、ポリマーマトリックス中に第１の種類の複数の蛍光体粒子が埋め込まれてなり、かつ前記第１の種類の蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する第１の色変換層を含んで構成される反射性色変換要素とを含む。
【０００７】
一実施形態では、本発明の照明器具は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源サブアセンブリと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層及び、該ＰＴＦＥ層に結合され、ポリマーマトリックス中に第１の種類の複数の蛍光体粒子が埋め込まれてなり、かつ前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する第１の色変換層を含んで構成される反射性色変換要素と、光透過性層及び、該光透過性に結合され、かつ６００ｎｍ以下のピーク発光波長を有する第２の種類の複数の蛍光体粒子を含む第２の色変換層を含んで構成される光透過性色変換要素とを含む。
【０００８】
一実施形態では、本発明の照明器具は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記複数のＬＥＤから放射された光を受け取るように配置された光透過性色変換アセンブリとを含んでおり、前記光透過性色変換アセンブリが、第１の光透過性要素と、第２の光透過性要素と、前記第１及び第２の光透過性要素間に配置された第１の色変換材料と、前記第１及び第２の光透過性要素間に配置され、前記第１の光透過性要素を前記第２の光透過性要素に固定的に結合させるシール材料とを含み、前記第１の色変換材料を、前記第１の光透過性要素、前記第２の光透過性要素及び前記シール材料によって封止するように構成されている。
【０００９】
一実施形態では、本発明の方法は、ポリマー結合剤を溶媒及び複数の蛍光体粒子に混合させ、蛍光体粒子の均一懸濁液を調製するステップと、前記均一懸濁液を所定の表面に適用し、未硬化の色変換層を形成するステップと、前記未硬化の色変換層を加熱して前記溶媒を揮発させ、前記ポリマー結合剤中に前記蛍光体粒子が分散されてなるかつ前記蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する硬化した色変換層を形成するステップとを含む。
【００１０】
さらなる詳細及び実施形態及び技術が、下記の詳細な説明の欄において説明される。この要約は、本発明を規定する。本発明は特許請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】反射性基板上に蛍光体薄層を適用する方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】光透過性基板上に薄い半透明色変換層を適用する方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】蛍光体薄層で被覆された反射性色変換要素及び光透過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９】蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する色変換層を持つ光透過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１０】蛍光体粒子の単層を有する色変換層を持つ光透過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１１】蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを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１２】蛍光体粒子の単層を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１３】光透過性色変換アセンブリを含むＬＥＤベース照明モジュールを示す断面図である。
【図１４】図１３に示した光透過性色変換アセンブリの上面図である。
【図１５】２枚の透明基板間に薄い半透明色変換層を封止し、該色変換層を周囲環境から遮断する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１６】光透過性層上に配置され、シール要素で封止された色変換層を有するＬＥＤベース照明モジュールを示す断面図である。
【図１７】光透過性基板上に薄い半透明色変換層を封止し、該色変換層を周囲環境から遮断する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１８】光透過性層の表面に埋め込まれた色変換層を有するＬＥＤベース照明モジュールを示す断面図である。
【図１９】ＰＴＦＥ材料の反射層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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１４０と、固定部材（light fixture）１３０とを含む。図示のように、固定部材１３０は、ヒートシンク機能を有する。また、固定部材１３０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（光反射器）１４０は、照明モジュール１００から放射された光を平行に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１４０は、アルミニウムや銅などを含む材料などの伝熱性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１４０を介した熱伝達によって流れる。熱はまた、リフレクタ１４０上での熱対流によって流れる。リフレクタ１４０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１４０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１４０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る側壁１４１及び窓１４２を含み得る。
【００１４】
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１３０に取り付けられる。ヒートシンク１３０は、アルミニウムや銅などを含む材料などの伝熱性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１３０を介した熱伝達により流れる。熱はまた、ヒートシンク１３０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１３０に固定するために、照明モジュール１００はヒートシンク１３０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１３０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１３０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１３０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。
【００１５】
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）により製造された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、出力窓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。出力窓１０８は、出力ポートとして用いる場合、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、出力窓１０８は、接着剤によってキャビティ本体部１０５に結合させることができる。出力窓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、伝熱性接着剤が望ましい。前記接着剤は、出力窓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べきである。さらに、前記接着剤は、出力窓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（例えば、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。
【００１６】
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、出力窓１０８）から出射するまでキャビティ１０９内で反射するように、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の内側面によって出力窓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の内側に配置され得る。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、図示のように出力窓１０８に対して垂直に配向させるのではなく、実装基板１０４から出力窓１０８へ外向きにテーパまたは湾曲させてもよい。
【００１７】
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１０９内で下向きに反射された光を概ね出力ポート（例えば、出力窓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の内側面を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され得る。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、出力窓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。
【００１８】
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、出力窓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１０９（図５Ａに示す）が画定される。ＬＥＤ１０２から入射した光の一部は、出力窓１０８から出射されるまで、光混合キャビティ１０９で反射される。出力窓１０８から出る前の光をキャビティ１０９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。
【００１９】
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か、または白色の光を生成するようにしてもよい。例えば、複数のＬＥＤ１０２の全てが、青色光またはＵＶ光を放射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。出力窓１０８、キャビティ本体部１０５の内部側壁（例えば、側壁挿入体１０７）、底部リフレクタ挿入体１０６、あるいは、キャビティ内に配置される他の構成部品（図示せず）に適用される蛍光体（または、他の波長変換手段）と組み合わせて使用することにより、照明装置１００の出力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１０９内での光混合と協働して、色変換された光の出力ポート（例えば、出力窓１０８）からの出力をもたらす。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１０９の内側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、出力窓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）を指定することができる。
【００２０】
キャビティ１０９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などを波長変換材料で被覆してもよい。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、出力窓１０８の一部を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。加えて、底部リフレクタ挿入体１０６の一部を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。別の例では（図示せず）、側壁挿入体１０７を省略し、キャビティ本体部１０５の内部側壁を波長変換材料で被覆してもよい。
【００２１】
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。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／または出力窓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１０９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窓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１０９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窓１０８の一部を被覆する。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１０９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、黄色蛍光体で出力窓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。複数の別個の照明モジュール１００において、ＬＥＤ１０２により生成された青色光を変更して各照明モジュールが同一の所望の色温度を生成するようにするためには、各照明モジュールにおいて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、及び出力窓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。
【００２３】
多くの用途では、４２００ケルビン未満、例えば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、４２００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、相当量の赤色発光が一般的に必要とされる。要求されるＣＣＴを達成するために、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、出力光の色一致性は一般的に低い。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。出力窓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。４２００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の側壁及び底部リフレクタのいずれかに堆積させる。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、４２００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窓とともに、４２００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】
いくつかの例では、底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５、出力窓１０８及び側壁挿入体１０７のいずれかは、光混合キャビティ１０９を向いた内側面がＰＴＦＥ材料から構成されるか、または前記内側面がＰＴＦＥ材料を含み得る。一例では、出力窓１０８、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７及びキャビティ本体部１０５のいずれかは、ＰＴＦＥ材料から作製され得る。別の例では、出力窓１０８、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７及びキャビティ本体部１０５のいずれかは、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、ＰＴＦＥ材料から作製された底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７のいずれかの内側面の一部を波長変換材料で被覆することができる。別の実施形態では、波長変換材料をＰＴＦＥ材料と混合させることができる。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、或るピーク波長の光を所定量吸収し、それに応じて、別のピーク波長の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。
【００２５】
他の実施形態では、底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７はいずれも、光混合キャビティ１０９を向いた内側面を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、または前記内側面が反射性セラミック材料を含むことができる。一例では、反射性セラミック材料から作製された底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７のいずれかの内側面の一部を波長変換材料で被覆することもできる。
【００２６】
他の実施形態では、底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７はいずれも、光混合キャビティ１０９を向いた内側面を反射性金属材料（例えば、アルミニウムまたはアラノッド社製のＭｉｒｏ（登録商標））から作製するか、または前記内側面が反射性金属材料を含むことができる。一例では、反射性金属材料から作製された底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７のいずれかの内側面の一部を波長変換材料で被覆することもできる。
【００２７】
他の実施形態では、底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７はいずれも、光混合キャビティ１０９を向いた内側面を反射性プラスチック材料（例えば、ＭＣＰＥＴ）から作製するか、または前記内側面が反射性プラスチック材料を含むことができる。一例では、反射性のプラスチック材料から作製された底部リフレクタ挿入体１０６、キャビティ本体部１０５及び側壁挿入体１０７のいずれかの内側面の一部を波長変換材料で被覆することもできる。
【００２８】
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１０９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。別の実施形態では、キャビティ１０９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。
【００２９】
ＰＴＦＥ材料は、底部リフレクタ挿入体１０６、側壁挿入体１０７またはキャビティ本体部１０５に使用され得る他の材料、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。一例として、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１０９の内部の反射率に直接的に関係する。そのため、他の利用可能な材料と比べて反射率が低いＰＴＦＥ材料は、キャビティ１０９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、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１０％増加した。同様に、Ｗ．Ｌ．ゴレ社製の焼結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。
【００３０】
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１０９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１０９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を見出した。
【００３１】
反射性色変換要素または光透過性色変換要素を形成するためには厚い蛍光体層（例えば、蛍光体粒子の平均径の５倍よりも大きい厚さを有する層）を基板上に適用することが望ましいように見えるが、本願発明者は、光子が厚い層に捕えられ、色変換効率が損なわれる傾向があることを見出した。対照的に、適切な密度に充填された薄い層を用いることにより、入射光子の高い割合が、色変換されるか、または使用可能な光として未変換状態に戻される。
【００３２】
一態様では、反射モード及び透光モードにおける高効率の色変換を提供するために、蛍光体が薄層で適用される。反射モードでは、前記薄層は、入射光が色変換される量を最大にするために、高密度に充填される。透光モードでは、前記薄層は、入射光の一部が未変換のままで通過することができるように、低密度に充填される。一例では、蛍光体は、基板上に、蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さで堆積させられる。別の例では、蛍光体は、基板上に、蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さで堆積させられる。さらなる別の例では、蛍光体は、基板上に単層で堆積させられる。透光モードでの色変換を提供する例では、蛍光体は、基板に入射した光の一部を反射するかまたは色変換することなく透過させるように、９０％未満の充填密度で堆積させられる。反射モードでの色変換を提供する例では、蛍光体は、基板に入射する実質的に全ての光が色変換されるように、５０％よりも大きい充填密度で堆積させられる。別の態様では、前述の蛍光体薄層が、ＰＴＦＥ基板上に堆積させられる。ＰＴＦＥ基板上に蛍光体粒子を薄い層で堆積させることにより、ＬＥＤベース照明デバイスにおいて高い色変換効率が得られることが見出されている。
【００３３】
図６は、反射性基板上に蛍光体の薄層を適用する方法１５０を説明するためのフローチャートである。方法１５０の図示した例では、ＰＴＦＥ基板上に蛍光体粒子の薄層を堆積させるのに低温プロセスが用いられる。他の例では、他の反射性表面（例えば、ガラス、アルミニウム、被覆されたアルミニウム、セラミック、またはプラスチックの基板）上に蛍光体粒子の薄層を堆積させるのに方法１５０を用いることができる。この低温プロセスでは、結合剤は、分解されずに（高温硬化ステップでは一般的である）、最終製品の一部として蛍光体粒子とともに前記反射性基板上に残る。
【００３４】
ステップ１５１では、ポリマー結合剤（例えば、エチルセルロース）を溶媒（例えば、酢酸ブトキシエチル）及び波長変換材料（例えば、蛍光体粒子または蛍光体粒子の混合物）と混合させ、蛍光体の均一懸濁液を調製する。いくつかの例では、蛍光体粒子の平均粒径は、１〜２５μｍであり得る。別のポリマー結合剤（例えば、ポリビニルブチラール、セルロースベース結合剤、シリコーンベース結合剤、ウレタンベース結合剤）を方法１５０の一部として用いることができる。同様に、選択された結合剤に適合するように選択された溶媒（例えば、テルピネオール、イソブチルアルコール、酢酸ブチルカーボライト、ブチルセルロース、シリコーン溶媒、ウレタン溶媒）を方法１５０の一部として用いることができる。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子に加えて、蛍光体粒子の基板への接着を促進させるために、少量（例えば、０．１〜５重量％）の可塑剤（例えば、フタル酸ジイソブチル）を加えることができる。また、少量（例えば、５重量％未満）の界面活性剤を加えることができる。界面活性剤は、蛍光体粒子が凝集することを防ぎ、懸濁液中での蛍光体粒子の均一の分布を促進する役割を果たす。
【００３５】
別の例では、蛍光体粒子のポリマー結合剤（reduced polymer binder）に対する比率を変更することができる。一例では、蛍光体粒子をポリマー結合剤及び溶媒と５０：５０の重量比で混合させることができる。この比率は、９０％よりも大きい充填密度を有し、かつ蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する色変換層を生成するのに有用であることが見出されている。別の例では、蛍光体粒子をポリマー結合剤と２０：８０の比率で混合させてもよい。この比率は、９５％よりも大きい充填密度を有し、かつ蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さを有する色変換層を形成するのに有用であることが見出されている。
【００３６】
ステップ１５２では、蛍光体の均一懸濁液をＰＴＦＥ基板に適用し、未硬化の色変換層を形成する。蛍光体の均一懸濁液は、ＰＴＦＥ基板に、様々な方法によって適用することができる。好適な方法の例には、ブレードコーティング、スクリーン印刷及びスプレー塗布が含まれる。溶媒は、所望される粘度に応じて、様々な比率でポリマー結合剤と混合させることができる。例えば、ブレードコーティングまたはスクリーン印刷によって基板に効果的に適用するためには、溶媒はポリマー結合剤と適切な比率（例えば、５：１〜１０：１の重量比）で混合され得る。スプレー塗布によって基板に効果的に適用するためには、溶媒はポリマー結合剤と適切な比率（例えば、１０：１〜２０：１の重量比）で混合され得る。
【００３７】
いくつかの例では、前記均一懸濁液は、ブレードコーティングによって表面に適用することができる。前記懸濁液は、サファイアまたはステンレス鋼のブレードを使用して広げられる。自動フィルムアプリケータにより、前記ブレードと前記表面との間を一定の距離に維持する。前記懸濁液の適用を前記表面の特定の部分に対して行うために（例えば、特定のパターンまたは表面形状）、ステンレス鋼製ステンシルを用いることができる。
【００３８】
いくつかの例では、前記均一懸濁液は、スクリーン印刷によって表面に適用することができる。スクリーンは、完全にマスクされるか、または様々なサイズ及び形状で部分的にマスクされるようにカスタマイズすることができる。前記スクリーンの開部分は、適用される蛍光体粒子の濃度を変更するために、様々なアスペクト比を含み得る。スクリーン印刷の場合、１５０〜３００のメッシュ数を有する特注スクリーンが有効であることが見出されている。事前にカットされた基板（例えば、ＰＴＦＥ、Ａｌａｎｏｄ、ＭＣＰＥＴ）が、スクリーンオーバーレイとともにアルミニウム基材に真空下で取り付けられる。蛍光体粒子の均一懸濁液は、適切なスクイーズ・アプリケータ（例えば、ゴムアプリケータ）を使用して、一定の速度及び圧力で広げられる。
【００３９】
ステップ１５３では、未硬化の色変換層を溶媒の引火点よりも高い温度まで加熱して溶媒を揮発させ、蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する硬化した色変換層を形成する。例えば、溶媒を揮発させるために、未硬化の色変換層を８０〜１５０℃で３０〜３００分間加熱する。このプロセス温度は、結合剤が分解を開始する温度よりも低い温度に維持される。したがって、硬化した色変換層は、ポリマー結合剤中に蛍光体粒子が分散されてなる薄層を含む。ポリマー結合剤は、蛍光体粒子の互いに対する位置を安定的に維持する。さらに、この低温プロセスでは、蛍光体の化学組成が変性、分解または変化しないので、蛍光体の色変換特性が損なわれずに保たれる。このことは、蛍光体の特定のファミリー（例えば、ニトリドシリケート及び酸化窒化ケイ素）にとっては特に重要である。加えて、この低温プロセスでは、ＰＴＦＥ材料の物理的構造が分解、変性または劣化しないので、ＰＴＦＥ材料の拡散性または反射性が維持される。
【００４０】
様々な直径の蛍光体粒子を、方法１５０を用いて効果的に使用することができる。本願発明者は、６〜８ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子の使用が有用であることを見出した。また一方、１〜２５ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子も、有益に使用することができる。
【００４１】
図７は、透明基板（例えば、サファイア、アルミナ、ガラス、ポリカーボネート、プラスチック）上に薄い半透明色変換層を適用する方法１６０を説明するためのフローチャートである。ステップ１６１では、ポリマー結合剤（例えば、エチルセルロース）を溶媒（例えば、酢酸ブトキシエチル）及び蛍光体粒子と混合させ、蛍光体の均一懸濁液を調製する。別のポリマー結合剤（例えば、ポリビニルブチラール、セルロースベース結合剤、シリコーンベース結合剤、ウレタンベース結合剤）を方法１６０の一部として用いることができる。同様に、選択された結合剤に適合するように選択された溶媒（例えば、テルピネオール、イソブチルアルコール、酢酸ブチルカーボライト、ブチルセルロース、シリコーン溶媒、ウレタン溶媒）を方法１６０の一部として用いることができる。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子に加えて、蛍光体粒子の基板への接着を促進させるために、可塑剤（例えば、フタル酸ジイソブチル）を加えることができる。いくつかの実施形態では、界面活性剤（例えば、ステアリン酸、ＰＥＧ）を加えることができる。界面活性剤は、蛍光体粒子が凝集することを防ぎ、懸濁液中での蛍光体粒子の均一の分布を促進する役割を果たす。
【００４２】
別の例では、ポリマー結合剤（reduced polymer binder）に対する蛍光体粒子の比率を変更することができる。一例では、蛍光体粒子を、ポリマー結合剤と９５：５の重量比で混合させることができる。この比率は、９５％よりも大きい充填密度を有し、蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さを有し、かつ入射光の少なくとも１０％を色変換することなく透過させる色変換層を形成するのに有用であることが見出されている。いくつかの例では、入射光の３０％未満が色変換することなく色変換層を透過する。
【００４３】
ステップ１６２では、方法１５０で説明したようにして、透明基板に蛍光体の均一懸濁液を適用し、未硬化の半透明の色変換層を形成する。蛍光体の均一懸濁液は、透明基板に、様々な方法によって適用することができる。好適な方法の例には、ブレードコーティング、スクリーン印刷及びスプレー塗布が含まれる。溶媒は、所望される粘度に応じて、様々な比率でポリマー結合剤と混合させることができる。例えば、ブレードコーティングまたはスクリーン印刷によって基板に効果的に適用するためには、溶媒はポリマー結合剤と適切な比率（例えば、５：１〜１０：１の重量比）で混合され得る。スプレー塗布によって基板に効果的に適用するためには、溶媒はポリマー結合剤と適切な比率（例えば、１０：１〜２０：１の重量比）で混合され得る。
【００４４】
ステップ１６３では、未硬化の半透明色変換層を溶媒の引火点よりも高い温度まで加熱して溶媒を揮発させ、蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する硬化した半透明色変換層を形成する。
【００４５】
いくつかの例では、このプロセス温度は、結合剤が分解を開始する温度よりも低い温度に維持される。一例では、酢酸ブトキシエチル溶媒を揮発させるために、未硬化の半透明色変換層を１００〜１２０℃で３０〜６０分間加熱する。したがって、硬化した半透明色変換層は、ポリマー結合剤中に蛍光体粒子が分散されてなる薄層を含む。ポリマー結合剤は、蛍光体粒子の互いに対する位置を安定的に維持する。さらに、この低温プロセスでは、蛍光体の化学組成が変性、分解または変化しないので、蛍光体の色変換特性が損なわれずに保たれる。このことは、蛍光体の特定のファミリー（例えば、ニトリドシリケート及び酸化窒化ケイ素）にとっては特に重要である。
【００４６】
いくつかの実施形態では、結合剤を分解するかまたは変性させるプロセス温度が用いられる。結合剤を除去することにより、硬化した半透明色変換層を通じた光透過の効率に及ぼす結合剤の影響をなくすることができる。蛍光体粒子を基板に接着するか、または硬化した半透明色変換層内での蛍光体粒子の均一の分布を維持するために、硬化温度に耐える可塑剤を用いることができる。一例では、エチルセルロース結合剤及び酢酸ブトキシエチル溶媒を完全に分解するために、３６０℃の温度が用いられ得る。
【００４７】
様々な直径の蛍光体粒子を、方法１６０を用いて効果的に使用することができる。本願発明者は、６〜８ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子の使用が有用であることが見出されている。また一方、１〜２５ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子も、有益に使用することができる。
【００４８】
図８は、方法１５０に従って被覆された反射性色変換要素１２９及び１３０と、方法１６０に従って被覆された光透過性色変換要素１３３とを含むＬＥＤベース照明モジュール１００を示す断面図である。一態様では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、光透過性層１３４と、光透過性層１３４に結合された半透明色変換層１３５とを有する光透過性色変換要素１３３を含む。別の態様では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、反射性層１３１と、反射性層１３１に結合された色変換層１３２を有する反射性色変換要素１３０を含む。さらなる別の態様では、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、反射性層１２８と、反射性層１２８に結合された色変換層１２７とを有する反射性色変換要素１２９を含む。一実施形態では、光透過性色変換要素１３３は出力窓１０８であり、反射性色変換要素１３０は側壁挿入体１０７である。加えて、一実施形態では、反射性色変換要素１２９は底部リフレクタ挿入体１０６である。ＬＥＤ１０２は、色変換要素１２９、１３０及び１３３と相互作用する青色光子を放射する。
【００４９】
光透過性色変換要素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、方法１６０に従って適用された、低密度に充填された蛍光体薄層を含む。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、未変換光の透過は望ましくない。しかし、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）が光混合キャビティ１０９及び出力窓１０８（例えば、光透過性色変換要素１３３）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が避けられるので、高効率が促進される。低密度に充填された蛍光体薄層が、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％が色変換されることなく色変換層１３５を透過することを可能にすることが望ましい。特に、蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さを有し、かつポリマーマトリックス中の蛍光体粒子の充填密度が８０％よりも大きい色変換層が、好適に機能することが見出されている。
【００５０】
一実施形態では、色変換層１３２は、反射層１３１上に、蛍光体粒子の平均径の２倍の厚さで、かつ９０％よりも大きい充填密度で堆積される。この実施形態では、蛍光体粒子の平均径は、６〜８μｍである。反射層１３１上に色変換層１３２を堆積させるために、エチルセルロース及びポリビニルブチラール結合剤の一方またはそれらの組み合わせ５０〜１００ｇを、例えばテルピネオール、イソブチルアルコール、酢酸ブチルカーボライトまたはブチルセルロースなどの適切な溶媒２００〜６００ｇと混合させる。前記混合物を、瓶内で、透明な結合剤ペーストが形成されるまで低速移動ローラにより２〜４日間圧延する。結合剤ペーストの粘度は、溶媒成分によって異なる。別の混合では、例えばステアリン酸やポリエチレングリコールなどの界面活性剤１０〜３０ｇを溶媒５０〜１００ｇと混合させ、界面活性剤ペーストを形成する。最終的な混合では、赤色発光蛍光体粒子１〜５ｇを、結合剤ペースト１〜１０ｇ、界面活性剤ペースト０．１〜０．５ｇ、及び可塑剤２〜１０滴と３Ｄ混合器（THINKY ARE-250）内で２〜１０分間混合させ、蛍光体粒子の均一懸濁液を生成する。適用方法に応じて、結合剤、界面活性剤、可塑剤及び蛍光体の比率は調節される。
【００５１】
より具体的な例では、ガラス瓶内で、エチルセルロース結合剤１０ｇを、酢酸ブチルカーボライト（ＢＡＣ）溶媒８０ｇと混合させる。前記混合物をガラス瓶内で数時間撹拌した後、透明な結合剤ペーストが形成されるまで低速移動ローラにより２〜４日間圧延する。別の混合では、ポリエチレングリコール界面活性剤１０ｇをＢＡＣ１００ｇと、光透過性の界面活性剤ペーストが形成されるまで混合させる。１０μｍの平均粒径を有する赤色発光蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）１ｇを、結合剤ペースト１ｇ、界面活性剤ペースト０．１ｇ及び可塑剤２滴と３Ｄ混合器（THINKY ARE-250）内で２分間混合させる。
【００５２】
色変換層１３２は、ブレードコーティングによって、反射層１３１上に堆積させることができる。自動フィルムアプリケータ（Elcometer 4340）をステンレス鋼製のプレカットステンシルとともに使用し、被覆領域を決定する。アルミニウム基材上に反射性層１３１をステンシルとともに真空下で保持しながら、低速移動（例えば、５〜６０ｍｍ／秒）のサファイアまたはステンレス鋼製ブレードを使用して、蛍光体粒子の均一懸濁液を広げる。被覆後、硬化した色変換層１３２を形成するために、反射性色変換要素１３０をオーブンへ搬送し、開放雰囲気内で、８０〜１５０℃で１〜５時間加熱する。
【００５３】
色変換層１３２は、スクリーン印刷によって、反射層１３１上に堆積させることもできる。１５０〜３００のメッシュ数を有するスクリーンが使用される。前記スクリーンは、完全に開いているか、または様々なアスペクト比の様々なサイズ及び形状でマスクされている。前述した自動フィルムアプリケータを使用して、所要のスクリーンを有する反射性層１３１をアルミニウム基材に真空下で取り付け、蛍光体粒子の均一懸濁液を適切なスクイーズを使用して一定の圧力及び速度（例えば、５〜１００ｍｍ／秒）下で広げる。スクリーン印刷後、硬化した色変換層１３２を形成するために、反射性色変換要素１３０をオーブンへ搬送し、開放雰囲気内で、８０〜１５０℃で１〜５時間加熱する。
【００５４】
加熱処理後、２０００〜６０００ケルビンのＣＣＴを有する白色光を生成するために、硬化した色変換層１３２がＬＥＤベースの照明モジュールにおいて用いられる。
【００５５】
図９は、ＬＥＤ１０２から放射された光子の光透過性色変換要素１３３との相互作用に注目したＬＥＤ照明モジュール１００の一部を示す断面図である。光透過性色変換要素１３３は、光透過性層１３４と、半透明色変換層１３５とを含む。光透過性層１３４は、光透過性媒体（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。光透過性色変換要素１３３は、照明モジュールの光学性能を高めるために、追加的な層（図示せず）を含むことができる。一例では、光透過性色変換要素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。半透明色変換層１３５は、ポリマー結合剤１４２中に蛍光体粒子１４１が埋め込まれてなる。
【００５６】
一実施形態では、半透明色変換層１３５は、光透過性層１３４上に、蛍光体粒子１４１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。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である。蛍光体粒子１４１は、光の一部が光透過性色変換要素１３３を色変換することなく透過することができるように配置される。この実施形態では、蛍光体粒子の平均径ＤＡＶＧは１０μｍである。色変換層１３５を光透過性層１３４上に堆積させるために、ガラス瓶内でエチルセルロース結合剤１０ｇを酢酸ブチルカーボライト（ＢＡＣ）８０ｇと混合させた後、透明な結合剤ペーストが形成されるまで低速移動ローラにより２〜４時間圧延する。別の混合では、ポリエチレングリコール界面活性剤１０ｇをＢＡＣ１００ｇと混合させ、光透過性界面活性剤ペーストを形成する。最終的な混合では、１０μｍの平均粒径を有する例えばＹＡＧ：Ｃｅなどの黄色発光蛍光体１ｇを、結合剤ペースト１．２ｇ、界面活性剤ペースト０．１ｇ及び可塑剤２滴と３Ｄ混合器（THINKY ARE-250）内で２分間混合させる。
【００５７】
半透明色変換層１３５は、ブレードコーティングによって、光透過性層１３４上に堆積させることができる。自動フィルムアプリケータ（Elcometer 4340）をステンレス鋼製のプレカットステンシルとともに使用し、被覆領域を決定する。アルミニウム基材上に光透過性層１３４をステンシルとともに真空下で保持しながら、低速移動（例えば、１０ｍｍ／秒）のサファイアまたはステンレス鋼製ブレードを使用して、蛍光体粒子の均一懸濁液を広げる。
【００５８】
半透明変換層１３５は、スクリーン印刷によって、光透過性層１３４上に堆積させることもできる。１５０〜３００のメッシュ数を有するスクリーンが使用される。前記スクリーンは、完全に開いているか、または様々なアスペクト比の様々なサイズ及び形状でマスクされている。前述した自動フィルムアプリケータを使用して、所要のスクリーンを有する光透過性層１３４をアルミニウム基材に真空下で取り付け、蛍光体粒子の均一懸濁液を適切なスクイーズを使用して一定の圧力及び速度（例えば、２０ｍｍ／秒）下で広げる。
【００５９】
半透明変換層１３５は、スプレー塗布によって、光透過性層１３４上に堆積させることもできる。例えば、ＹＡＧ：Ｃｅなどの黄色発光蛍光体１ｇ、結合剤ペースト１．２ｇ、界面活性剤ペースト０．１ｇ、可塑剤２滴及びＢＡＣ１０ｇを互いに混合させることにより、低粘度のスラリーを調製する。１０Ｐ．Ｓ．Ｉで５０ｃｃの容量を有する手動スプレーガンを使用すると満足のいく結果が得られる。
【００６０】
被覆後、硬化した半透明変換層１３５を形成するために、光透過性色変換要素１３３をオーブンへ搬送し、開放雰囲気内で、１２０℃で１時間加熱する。
【００６１】
加熱処理後、２０００〜６０００ケルビンのＣＣＴを有する白色光を生成するために、硬化した半透明変換層１３５がＬＥＤベースの照明モジュールにおいて用いられる。
【００６２】
図９に示すように、ＬＥＤ１０２から放射された青色光子１３９は、光透過性色変換要素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９に示すように、黄色光の一部は、光透過性色変換要素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１０９に戻され、光透過性色変換要素１３３に向けて再び反射されるか、または光混合キャビティ１０９に吸収され失われる。
【００６３】
図１０は、蛍光体粒子１４１の単層を有する色変換層１３５を含んで構成される光透過性色変換要素１３３を含むＬＥＤベース照明モジュール１００の一部を示す断面図である。一実施形態では、蛍光体粒子１４１は、ポリマー結合剤１４２によって互いに隔てられている。別の実施形態では、光透過性層１３４上に蛍光体粒子１４１を堆積させ、ポリマーバンダ１４２を本明細書で説明したようにして除去する。いずれの実施形態でも、層の厚さＴ１３５は非常に小さいので、隣接する蛍光体粒子による変換光の再吸収が最小限に抑えられる。加えて、色変換層１３５を通過する光透過率に関連するフレネル損失も最小限に抑えられる。さらに、色変換層１３５内での全反射（ＴＩＲ）に起因する損失も最小限に抑えられる。このように、光透過性層１３４に蛍光体粒子を単層で結合させると、未変換光及び変換光が効率的に透過することが見出されている。
【００６４】
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、光混合キャビティ１０９内で、光子の損失を最小限に抑えつつ、より長い波長の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つつ、入射光の大部分を効率的に色変換するのに好適である。
【００６５】
図１１は、蛍光体粒子１４１の平均径の５倍未満の厚さを有する色変換層１３２を含んで構成される反射性色変換要素１３０を含むＬＥＤベース照明モジュール１００の一部を示す断面図である。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１１に図示すように、赤色光の一部は、光混合キャビティ１０９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１０９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。
【００６６】
図１２は、蛍光体粒子１４１の単層を有する色変換層１３２を含んで構成される反射性色変換要素１３０を含むＬＥＤベース照明モジュール１００の一部を示す断面図である。一実施形態では、例えば、方法１５０で説明したように、蛍光体粒子１４１は、ポリマー結合剤１４２によって互いに隔てられている。別の実施形態では、反射性層上に蛍光体粒子１４１を堆積させ、ポリマー結合剤１４２を本明細書中で説明したようにして除去する。いずれの実施形態でも、層の厚さは非常に小さいので、隣接する蛍光体粒子による変換光の再吸収は最小限に抑えられる。加えて、色変換層１３２を通過する光透過率に関連するフレネル損失も最小限に抑えられる。さらに、色変換層１３２内での全反射（ＴＩＲ）に起因する損失も最小限に抑えられる。このように、反射性層１３１に蛍光体粒子を単層で結合させると、光変換が効率的に行われることが見出されている。
【００６７】
図１３は、光透過性色変換アセンブリ１４４を有するＬＥＤベース照明モジュール１００を示す図である。図示した実施形態では、光透過性色変換アセンブリ１４４は、蛍光体粒子１４１の単層を有する色変換層１３５を含む。第１の光透過性層１３４上に蛍光体粒子１４１を堆積させ、ポリマー結合剤１４２を本明細書で説明したようにして除去する。色変換層１３５は、シール要素１３４により第１の光透過性層１３４に対してシールされる第２の光透過性層１３６によって封止される。このようにして、色変換層１３５は、周囲環境から遮断される。いくつかの実施形態では、シール要素１４３は、ＰｂフリーＢｉベースガラス粉末（BSF-1307）などのフリットシールガラスであり得る。いくつかの他の実施形態では、シール要素１４３は、光学接着剤（例えば、adhesive Type J-91 Lens Bond/optical cement）であり得る。
【００６８】
図１４は、光透過性色変換アセンブリ１４４の上面図である。特に、シール要素１４３が図示されている。シール要素１４３は、アセンブリ１４４の周縁部に沿って延在している。このようにして、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射された光がシール要素１４３の存在により受ける影響を最小限に抑えることができる。色変換層１３５を周囲環境から遮断することにより、一般的に湿度などの周囲環境因子に対して敏感な蛍光体を好適に用いることができる。また、色変換層１３５中の結合剤の存在を最小限に抑えることにより、光透過性色変換アセンブリ１４４は、より高い温度で、光学性能が低下することなく作動することができる。
【００６９】
図１５は、２枚の透明基板（例えば、サファイア、アルミナ、ガラス、ポリカーボネート、プラスチック）の間に薄い半透明色変換層を封止し、該色変換層を周囲環境から遮断する方法１７０を説明するためのフローチャートである。一態様では、色変換層は、結合剤または溶媒を含まない。このようにすると、作動中に蛍光体が加熱されたときに、結合剤の劣化に起因する光性能への影響がない。別の態様では、色変換層を周囲環境から遮断することにより、周囲環境に敏感な様々な種類の蛍光体をＬＥＤベース照明モジュール１００の要素として使用することが可能となる。
【００７０】
ステップ１７１では、ポリマー結合剤（例えば、エチルセルロース）を溶媒（例えば、酢酸ブトキシエチル）及び蛍光体粒子と混合させ、蛍光体の均一懸濁液を調製する。別のポリマー結合剤（例えば、ポリビニルブチラール、セルロースベース結合剤、シリコーンベース結合剤、ウレタンベース結合剤）を方法１７０の一部として用いることができる。同様に、選択された結合剤に適合するように選択された溶媒（例えば、テルピネオール、イソブチルアルコール、酢酸ブチルカーボライト、ブチルセルロース、シリコーン溶媒、ウレタン溶媒）を方法１７０の一部として用いることができる。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子に加えて、蛍光体粒子の基板への接着を促進させるために、可塑剤（例えば、フタル酸ジイソブチル）を加えることができる。いくつかの実施形態では、界面活性剤（例えば、ステアリン酸、ＰＥＧ）を加えることができる。界面活性剤は、蛍光体粒子が凝集することを防ぎ、懸濁液中での蛍光体粒子の均一の分布を促進する役割を果たす。
【００７１】
別の例では、ポリマー結合剤（reduced polymer binder）に対する蛍光体粒子の比率を変更することができる。一例では、蛍光体粒子を、ポリマー結合剤及び溶媒と９５：５の重量比で混合させることができる。この比率は、入射光の少なくとも１０％を色変換することなく透過させることができる半透明色変換層を形成すべく、９５％よりも大きい充填密度を有し、かつ蛍光体粒子の平均径の３倍未満の厚さを有する色変換層を作製するのに有用であることが見出されている。
【００７２】
ステップ１７２では、方法１６０に関して説明したように、透明基板に蛍光体の均一懸濁液を適用し、未硬化の半透明色変換層を形成する。均一な蛍光体懸濁液は、透明基板に、様々な方法によって適用することができる。好適な方法の例には、ブレードコーティング、スクリーン印刷及びスプレー塗布が含まれる。溶媒は、所望される粘度に応じて、別の比率でポリマー結合剤と混合させることができる。例えば、ブレードコーティングまたはスクリーン印刷によって基板に効果的に適用するためには、溶媒はポリマー結合剤と適切な比率（例えば、５：１〜１０：１の重量比）で混合され得る。スプレー塗布によって基板に効果的に適用するためには、溶媒はポリマー結合剤と適切な比率（例えば、１０：１〜２０：１の重量比）で混合され得る。
【００７３】
ステップ１７３では、未硬化の半透明色変換層を、溶媒を揮発させかつ結合剤を変性させるのに十分な温度まで加熱し、蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する半透明色変換層を形成する。
【００７４】
このプロセス温度は、結合剤が分解を開始する温度よりも低い温度に維持される。一例では、未硬化の半透明色変換層を、３００〜３５０℃で２０〜３０分間加熱する。このようにすると、半透明色変換層は主に蛍光体粒子から構成され、結合剤材料は痕跡程度しか残らない。
【００７５】
ステップ１７４では、色変換層を、第１の光透過性要素と第２の光透過性要素との間（例えば、２枚のガラスシート間）に封止する。シール要素により前記２つの光透過性要素を互いに固定的に結合し、前記２つの光透過性要素間に色変換層を封止する。このようにして、色変換要素は、周囲環境から遮断される。
【００７６】
様々な直径の蛍光体粒子を、方法１７０を用いて効果的に使用することができる。本願発明者は、６〜８ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子の使用が有用であることを見出した。また一方、１〜２５ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子も、有益に使用することができる。
【００７７】
図１６は、光透過性層１３４上に堆積させ、シール要素により封止した色変換層１３５を有するＬＥＤベース照明モジュール１００の一部を示す断面図である。図示した実施形態では、光透過性色変換アセンブリ１４４は、蛍光体粒子１４１の単層を有する色変換層１３５を含む。光透過性層１３４上に蛍光体粒子１４１を堆積させ、ポリマー結合剤１４２を本明細書で説明したようにして除去する。色変換層１３５を、シール要素１３４により封止する。このようにして、色変換層１３５は、周囲環境から遮断される。いくつかの実施形態では、シール要素１４５は、ケイ酸ナトリウムなどの金属ケイ酸塩、またはテトラエトキシシランなどの任意の有機金属ケイ酸塩であり得る。いくつかの他の実施形態では、シール要素１４５は、光学接着剤（例えば、adhesive Type J-91 Lens Bond/optical cement）であり得る。色変換層１３５を周囲環境から遮断することにより、一般的に湿度などの周囲環境因子に対して敏感な蛍光体を好適に用いることができる。また、色変換層１３５中の結合剤の存在を最小限に抑えることにより、色変換層１３５は、より高い温度で、光学性能が低下することなく作動することができる。
【００７８】
図１７は、光透過性基板（例えば、サファイア、アルミナ、ガラス、ポリカーボネート、プラスチック）上に薄い半透明色変換層を封止し、該色変換層を周囲環境から遮断する方法１８０を説明するためのフローチャートである。一態様では、色変換層は、結合剤または溶媒を含まない。このようにすると、作動中に蛍光体が加熱されたときに、結合剤の劣化に起因する光性能への影響がない。別の態様では、色変換層を周囲環境から遮断することにより、周囲環境に敏感な様々な種類の蛍光体をＬＥＤベース照明モジュール１００の要素として使用することが可能となる。
【００７９】
ステップ１８１では、方法１５０、１６０、１７０に関して上述したように、ポリマー結合剤（例えば、エチルセルロース）を溶媒（例えば、酢酸ブトキシエチル）及び蛍光体粒子と混合させ、蛍光体の均一懸濁液を調製する。
【００８０】
ステップ１８２では、方法１６０に関して説明したように、透明基板に蛍光体の均一懸濁液を適用し、未硬化の半透明色変換層を形成する。
【００８１】
ステップ１８３では、未硬化の半透明色変換層を、溶媒を揮発させかつ結合剤を変性させるのに十分な温度まで加熱し、蛍光体粒子の平均径の５倍未満の厚さを有する半透明色変換層を形成する。
【００８２】
このプロセス温度は、結合剤が分解を開始する温度よりも低い温度に維持される。一例では、未硬化の半透明色変換層を、３００〜３５０℃で１０〜３０分間加熱する。このようにすると、半透明色変換層は主に蛍光体粒子から構成され、結合剤材料は痕跡程度しか残らない。
【００８３】
ステップ１８４では、色変換層を、シール要素により封止する。シール要素は、色変換層１３５を周囲環境から遮断する。
【００８４】
様々な直径の蛍光体粒子を、方法１８０を用いて効果的に使用することができる。本願発明者は、６〜８ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子の使用が有用であることを見出した。また一方、１〜２５ｍｍの平均径を有する蛍光体粒子も、有益に使用することができる。
【００８５】
図１８は、光透過性層１３４の表面に埋め込まれた色変換層１３５を有するＬＥＤベース照明モジュール１００の一部を示す断面図である。図示した実施形態では、蛍光体粒子１４１の単層を有する色変換層１３５が、光透過性層１３４の表面に埋め込まれている。一実施形態では、光透過性層１３４は、フロートガラスなどの低温軟化ガラスである。光透過性層１３４上に蛍光体粒子１４１を堆積させ、ポリマー結合剤１４２を本明細書で説明したようにして除去する。光透過性層１３４をそのガラス軟化温度まで加熱し、蛍光体粒子１４１をガラス表面に埋め込む。いくつかの例では、ガラス表面への蛍光体粒子の埋め込みを容易にするために圧力が加えられる。光透過性層１３４を徐冷し、内部応力を取り除く。このようにして、蛍光体粒子１４１は、光透過性層１３４に、結合剤を用いることなく結合される。したがって、色変換層１３５は、より高い温度で、光学性能に影響を与えることなく作動することができる。いくつかの実施形態では、色変換層１３５は、その後、シール要素１４５により封止される。このようにすると、色変換層１３５は、周囲環境から遮断される。
【００８６】
図１９は、ＰＴＦＥ材料の反射層１３１を示す。図示したように、蛍光体粒子１４１は、ＰＴＦＥ反射層１３１に埋め込まれている。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子１４１をＰＴＦＥ顆粒と混合させた後に焼結一体化させ、蛍光体粒子１４１を含有する所望の光学構造体を実現する。反射性層１３１は、複数の層に細分してもよい。例えば、反射性層１３１は、蛍光体粒子１４１が埋め込まれた反射性層と、該反射性層を裏側から支持する、蛍光体粒子を含まない別の反射性層とを含むことができる。
【００８７】
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、側壁挿入体１０７、底部反射挿入体１０６及び出力窓１０８のいずれかを、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１０９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むことができる。例えば、赤色蛍光体を側壁挿入体１０７及び底部リフレクタ反射体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窓１０８の上面または下面に配するかまたは出力窓１０８内に埋め込むことができる。一実施形態では、互いに異なる種類の蛍光体により形成される複数のパターンを有する（例えば、第１の領域に赤色蛍光体を配し、第２の領域に緑色蛍光体を配した）中央リフレクタを用いることができる。別の実施形態では、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１０９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１０９（例えば、側壁）にパターン形成してもよい。別の例では、図５Ａ及び５Ｂでは直線的な形状を有する側壁を示しているが、側壁は、例えば曲線形状、非垂直形状、傾斜形状などの任意の所望の形状を有することができることを理解されたい。例えば、テーパ形状を有する側壁を用いて光を予め平行化することにより、光混合キャビティ１０９を通じたより高い伝達効率を実現することができる。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。別の例では、取付台１０１及びヒートシンク１３０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２及び図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み合わせを実施することができる。
【図１】
2014507755.tif 000003
【図２】
2014507755.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】
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【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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