(57)【要約】  一般照明用途に適した光源は、少なくとも一つの遠隔蛍光体ＬＥＤと少なくと一つの直接放射ＬＥＤを単一ユニットに組み込む。遠隔蛍光体ＬＥＤおよび直接放射ＬＥＤの両方が基部によって支持されるとともに、光を拡散し得る電球または他の適切なカバー部材によって覆われる。遠隔蛍光体ＬＥＤは、第１のＬＥＤ、蛍光体層、及び第１の二色性反射体を含む。第１のＬＥＤからの励起光は第１の二色性反射体によって蛍光体層の上に反射されて蛍光を生じさせ、それは第１の二色性反射体を実質的に透過する。直接放射ＬＥＤから光の少なくともいくらかは、第１の二色性反射体を含む如何なる二色性反射体を通過することなく、カバー部材に伝播する。この光源は、相対的に少ない量の蛍光体材料を使用して白色光出力をもたらすことができる。
2015523722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域出力光を放射するための光源であって、
基部と、
前記基部に取付けられた光透過性のカバー部材と、
前記基部によって支持されるとともに前記カバー部材によって覆われた、第１のＬＥＤ、第２のＬＥＤ、第１の蛍光体層、及び第１の二色性反射体と、を備え、
前記第１の二色性反射体は、前記第１のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を前記第１の蛍光体層上に反射して前記第１の蛍光体層に第１の蛍光を放射させるように構成され、前記第１の二色性反射体は、前記第１の蛍光を実質的に透過するように構成され、
前記第２のＬＥＤは、前記第１の二色性反射体を含む如何なる二色性反射体を通過することなく前記第２のＬＥＤから前記カバー部材に伝播する少なくともいくらかの光を放射するように配置される、光源。
【請求項２】
前記第１のＬＥＤ、前記第１の蛍光体層、及び前記第１の二色性反射体は、前記少なくともいくらかの励起光が、前記第１の蛍光体層を通過することなしに前記第１のＬＥＤから前記第１の二色性反射体に伝播するように配置されている、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記光源によって放射される光が実質的に白色である、請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記第１のＬＥＤが３４０〜４８０ナノメートルのピーク波長の光を放射する、請求項１に記載の光源。
【請求項５】
前記第１のＬＥＤが４００〜４７０ナノメートルのピーク波長の光を放射する、請求項１に記載の光源。
【請求項６】
前記第２のＬＥＤは複数の非ポンプＬＥＤのうちの一つである、請求項１に記載の光源。
【請求項７】
前記非ポンプＬＥＤが、４４５〜５００ナノメートルの範囲のピーク波長の青色放射ＬＥＤと６００〜６５０ナノメートルの範囲のピーク波長の赤色放射ＬＥＤとを含む、請求項６に記載の光源。
【請求項８】
前記第１及び第２のＬＥＤを第１及び第２の駆動信号でそれぞれ制御するように構成された制御装置を更に備える、請求項１に記載の光源。
【請求項９】
前記カバー部材が光を拡散させるものである、請求項１に記載の光源。
【請求項１０】
前記第１の二色性反射体は、凹状であり、かつ前記第１のＬＥＤ及び前記第１の蛍光体層を覆っている、請求項１に記載の光源。
【請求項１１】
前記カバー部材が凹状である、請求項１に記載の光源。
【請求項１２】
前記光源によって放射される光は、実質的に白色であり、かつ少なくとも８０の演色評価数を有する、請求項１に記載の光源。
【請求項１３】
前記第１のＬＥＤは複数のポンプＬＥＤのうちの一つである、請求項１に記載の光源。
【請求項１４】
前記第１の蛍光体層は複数の蛍光体層のうちの一つであり、かつ前記第１の二色性反射体は複数の二色性反射体のうちの一つであって、前記二色性反射体のそれぞれが前記ポンプＬＥＤのうちの少なくとも一つからの励起光を前記蛍光体層のうちの対応する一つの上に反射するように構成されている、請求項１３に記載の光源。
【請求項１５】
前記ポンプＬＥＤのそれぞれが主要放射表面積である主要な放射表面を有し、前記主要放射表面積の合計が総体ＬＥＤ表面積ＡＬＥＤであり、かつ前記蛍光体層はその上に光が入射する主要表面をそれぞれ有し、前記蛍光体入射表面積が総体的な蛍光体表面積Ａｐｈｏｓｐｈｏｒであり、かつＡｐｈｏｓｐｈｏｒ／ＡＬＥＤが１０以下である、請求項１３に記載の光源。
【請求項１６】
前記第１の蛍光体層が、発光帯が異なる二つ以上の蛍光体を有するパターン化された蛍光体を含んでいる、請求項１に記載の光源。
【請求項１７】
方法であって、
第１のＬＥＤ、第２のＬＥＤ、及び第１の蛍光体層を準備する工程と、
前記第１のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を遮断し、かつ前記第１の蛍光体層上にそのような励起光を反射させて前記第１の蛍光体層に第１の蛍光を放射させるべく、前記第１の二色性反射体を配置する工程と、
前記第１の蛍光を前記第１の二色性反射体を介して実質的に透過させる工程と、
広帯域出力光をもたらすために、前記第１の二色性反射体を通って透過した前記第１の蛍光と、前記第１の二色性反射体を含む如何なる二色性反射体を通過しなかった前記第２のＬＥＤによって放射されたＬＥＤ光とを組み合わせる工程と、を含む、方法。
【請求項１８】
前記準備する工程が複数のポンプＬＥＤを準備する工程を含み、前記複数のポンプＬＥＤが前記第１のＬＥＤと第３のＬＥＤを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の二色性反射体はまた、前記第３のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を遮断し、かつそのような励起光を前記第１の蛍光体層上に反射して前記第１の蛍光体層が第１の蛍光をより多く放射するように配置される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記準備する工程が第２の蛍光体層を準備する工程を更に含み、
前記方法は、第３のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を遮断し、かつそのような励起光を前記第２の蛍光体層上に反射して前記第２の蛍光体層に第２の蛍光を放射させるべく、第２の二色性反射体を配置する工程を更に含み、
前記組み合わせる工程が、前記第２の二色性反射体を透過した第２の蛍光と、第１の二色性反射体を透過した第１の蛍光及び前記第２のＬＥＤによって放射されたが如何なる二色性反射体を透過しなかったＬＥＤ光とを組み合わせて、広帯域出力光をもたらす工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２のＬＥＤを準備する工程が、複数の非ポンプＬＥＤを準備する工程を含み、前記複数の非ポンプＬＥＤが前記第２のＬＥＤと第４のＬＥＤを含み、前記広帯域出力光が、前記第４のＬＥＤによって放射されたが如何なる二色性反射体を通過しなかったＬＥＤ光をも含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、光源に関し、具体的に発光ダイオード（ＬＥＤ）及び蛍光体を組み込む固体光源への応用に関する。本発明はまた、関連物品、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域光を放射する固体光源は既知である。場合によっては、そのような光源は、黄色発光蛍光体層を青色ＬＥＤに適用することによって製造される。青色ＬＥＤからの光が蛍光体層を通過するとき、青色光は、吸収され、吸収エネルギーの相当部分は、典型的に黄色光の可視スペクトルのより長い波長のストークスシフト光として蛍光体によって再放射される。蛍光体の厚さは、青色ＬＥＤ光の一部が蛍光体層全体を通過することができるように十分に小さく、白色外観を有する広帯域出力光をもたらすために蛍光体からの黄色光と組み合わせる。
【０００３】
他のＬＥＤ励振された蛍光体光源もまた提示されてきた。米国特許第７，０９１，６５３号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋその他）には、ＬＥＤからの紫外（ＵＶ）光がロングパス反射体によって蛍光体層上に反射される光源が記載されている。蛍光体層は、光がロングパス反射体によって実質的に透過される、可視（好ましくは白色）光を放射する。ＬＥＤ、蛍光体層、及びロングパスフィルタは、ＵＶ光がＬＥＤからロングパス反射体に進むとき、それが蛍光体層を通過しないような方法で配置される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
我々は、広帯域の固体光源の新しい一群を開発した。これらの光源は、一般的な照明用途の電球として製作することができ、少なくとも一つの遠隔蛍光体ＬＥＤと少なくとも一つの直接放射ＬＥＤを単一の「ハイブリッド」ユニットに組み合わせる。遠隔蛍光体ＬＥＤ及び直接放射ＬＥＤの両方が基部によって支持されるとともに、光を拡散するものとすることができる、電球又は他の適切なカバー部材によって覆われる。遠隔蛍光体ＬＥＤは、第１のＬＥＤ、蛍光体層及び第１の二色性反射体を含む。第１のＬＥＤからの励起光は第１の二色性反射体によって蛍光体層の上に反射されて蛍光を生じさせ、その蛍光は第１の二色性反射体を実質的に透過する。直接放射ＬＥＤからの光の少なくともいくらかは、第１の二色性反射体を含む如何なる二色性反射体を通過することなく、カバー部材に伝播する。この光源は、相対的に少ない量の蛍光体材料を使用して白色光出力をもたらすことができる。
【０００５】
我々は本明細書に、なかでも、広帯域出力光を放射し、かつ基部と、この基部に取り付けられた光透過性のカバー部材と、この基部によって支持されるとともに、カバー部材によって覆われる第１のＬＥＤ、第２のＬＥＤ、第１の蛍光体層及び第１の二色性反射体とを含む、ハイブリッド光源を記載する。第１の二色性反射体は、第１のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を第１の蛍光体層上に反射して第１の蛍光体層に第１の蛍光を放射させるように構成される。第１の二色性反射体はまた、第１の蛍光を実質的に透過するように構成される。第２のＬＥＤは、第１の二色性反射体を含む如何なる二色性反射体を通過することなく第２のＬＥＤからカバー部材に伝播する少なくともいくらかの光を放射するように配置される。この光源はまた、第１及び第２のＬＥＤを第１及び第２の駆動信号でそれぞれ制御するように構成された制御装置を更に含む。
【０００６】
第１のＬＥＤ、第１の蛍光体層、及び第１の二色性反射体は、少なくともいくらかの励起光が、第１の蛍光体層を通過することなしに第１のＬＥＤから第１の二色性反射体に伝播するように配置することができる。この光源によって放射される光は、普通の観察者に対し実質的に白色光の外観を有する。第１のＬＥＤは、３４０〜４８０ナノメートル、又は４００〜４７０ナノメートルのピーク波長の光を放射することができる。
【０００７】
第２のＬＥＤは複数の非ポンプＬＥＤのうちの一つとすることができる。非ポンプＬＥＤは、４４５〜５００ナノメートルの範囲のピーク波長の青色放射ＬＥＤと、６００〜６５０ナノメートルの範囲のピーク波長の赤色放射ＬＥＤとを含むことができる。
【０００８】
カバー部材は、光を拡散させるものとし、かつ凹形とすることができる。第１の二色性反射体は、凹形とすることができ、かつ第１のＬＥＤと第１の蛍光体層の両方を覆うことができる。光源によって放射される広帯域出力光は、実質的に白色で少なくとも８０の演色評価数を有するものとすることができる。
【０００９】
第１のＬＥＤは、複数のポンプＬＥＤの一つとすることができる。更に、第１の蛍光体層を複数の蛍光体層のうちの一つとすることができ、第１の二色性反射体は複数の二色性反射体のうちの一つとすることができる。二色性反射体のそれぞれは、ポンプＬＥＤのうちの少なくとも一つからの励起光を蛍光体層のうちの対応する一つの上に反射するように構成することができる。ポンプＬＥＤのそれぞれは、主要放射表面積を具備する主要放射表面を有することができ、その主要放射表面積の合計は総体ＬＥＤ表面積ＡＬＥＤである。更に、蛍光体層はその上に光が入射する主要表面をそれぞれ有し、蛍光体入射表面積の合計が総体的な蛍光体表面積Ａｐｈｏｓｐｈｏｒである。比率Ａｐｈｏｓｐｈｏｒ／ＡＬＥＤは、５０、又は２０、又は１５、又は１０、又は５、又は２以下であるものとすることができる。
【００１０】
我々はまた、第１のＬＥＤ、第２のＬＥＤ、及び第１の蛍光体層を準備することと、第１のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を遮断するとともに、第１の蛍光体層上にそのような励起光を反射させて第１の蛍光体層に第１の蛍光を放射させるべく、第１の二色性反射体を配置することと、を含む方法を記載する。この方法はまた、第１の蛍光を第１の二色性反射体を介して実質的に透過させること、及び広帯域出力光をもたらすために、第１の二色性反射体を通って透過した第１の蛍光と、第１の二色性反射体を含む如何なる二色性反射体を通過しなかった第２のＬＥＤによって放射されたＬＥＤ光とを組み合わせること、を含むことができる。
【００１１】
この方法において、準備する工程は、複数のポンプＬＥＤを準備することを含み、その複数のポンプＬＥＤは第１のＬＥＤと第３のＬＥＤを含むことができる。場合によっては、第１の二色性反射体はまた、第３のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を遮断し、かつそのような励起光を第１の蛍光体層上に反射して第１の蛍光体層が第１の蛍光をより多く放射するように配置することができる。準備することは、第２の蛍光体層を準備することを更に含むことができ、この方法は、第３のＬＥＤからの少なくとも幾つかの励起光を遮断し、かつそのような励起光を第２の蛍光体層上に反射して第２の蛍光体層に第２の蛍光を放射させるべく、第２の二色性反射体を配置することを更に含むことができる。組み合わせることは、第２の二色性反射体を透過した第２の蛍光と、第１の二色性反射体を透過した第１の蛍光及び第２のＬＥＤによって放射されたが如何なる二色性反射体を透過しなかったＬＥＤ光とを組み合わせて、広帯域出力光をもたらすことを含むことができる。
【００１２】
第２のＬＥＤを準備することは、複数の非ポンプＬＥＤを準備することを含み、この複数の非ポンプＬＥＤが第２のＬＥＤと第４のＬＥＤを含み、かつ広帯域出力光は、第４のＬＥＤによって放射されたが如何なる二色性反射体を通過しなかったＬＥＤ光をも含むことができる。
【００１３】
関連する方法、システム及び物品もまた記載される。
【００１４】
これらの、及び本出願の他の態様が、発明を実施するための形態から明らかになる。しかしながら、上記の概要は、いかなる場合においても特許請求される主題に対する限定として解釈されるべきではなく、手続において補正され得る添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】遠隔蛍光体ＬＥＤと直接放射ＬＥＤを組み合わせた広帯域光源の模式的な側面図又は断面図である。
【図２ａ】所与の遠隔蛍光体ＬＥＤに使用することができる、いくらか異なる色又は波長の組合せを説明する機能図である。
【図２ｂ】所与の遠隔蛍光体ＬＥＤに使用することができる、いくらか異なる色又は波長の組合せを説明する機能図である。
【図２ｃ】所与の遠隔蛍光体ＬＥＤに使用することができる、いくらか異なる色又は波長の組合せを説明する機能図である。
【図２ｄ】所与の遠隔蛍光体ＬＥＤに使用することができる、いくらか異なる色又は波長の組合せを説明する機能図である。
【図３】遠隔蛍光体ＬＥＤの模式的な斜視図である。
【図４】他の遠隔蛍光体ＬＥＤの模式的な斜視図である。
【図５】いくつかの遠隔蛍光体ＬＥＤといくつかの直接放射ＬＥＤを組み合わせる広帯域光源の模式的な斜視図である。
【図６】いくつかの遠隔蛍光体ＬＥＤといくつかの直接放射ＬＥＤを組み合わせる、他の広帯域光源の模式的な側面図又は断面図である。
【図６ａ】図６の光源に使用する遠隔蛍光体ＬＥＤの模式的な側面図又は断面図である。
【図７】二色性反射体におけるスペクトル反射率のグラフである。
【図８】遠隔蛍光体ＬＥＤに使用する二つの蛍光材料のスペクトル特性のグラフである。
【図９】４つの異なるシミュレートした広帯域光源のスペクトル出力のグラフである。
【図１０】４つの異なるシミュレートした広帯域光源のスペクトル出力のグラフである。
【図１１】４つの異なるシミュレートした広帯域光源のスペクトル出力のグラフである。
【図１２】４つの異なるシミュレートした広帯域光源のスペクトル出力のグラフである。
【図１３】広帯域光をもたらす３つの異なるシミュレートした基準装置のスペクトル出力のグラフである。
【図１４】広帯域光をもたらす３つの異なるシミュレートした基準装置のスペクトル出力のグラフである。
【図１５】広帯域光をもたらす３つの異なるシミュレートした基準装置のスペクトル出力のグラフである。
【００１６】
図面においては、同様の参照番号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
我々は、１つ以上の遠隔蛍光体ＬＥＤの光出力と１つ以上の直接放射ＬＥＤを組み合わせることにより、特に有益な設計特徴を有する広帯域固体光源を構成できることを見いだした。結果として生じるハイブリッド光源は、丈夫な固体設計を有することができ、かつＬＥＤと蛍光材料の効率的な使用をなすことができる。この光源はまた、高い演色評価数（ＣＲＩ）といった所望の特性を有する白色光の出力をもたらすことができる。この光源は、一般的な照明用途の電球として使用することができ、又は他のより専門的な用途に使用することができる。
【００１８】
この出願においては「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」は、可視、紫外あるいは赤外であるかを問わない光を放射するダイオードを指すが、多くの実際的な実施形態において、この放射光は約３４０〜６５０ナノメートル、又は約４００〜６５０ナノメートルの範囲のピーク波長を有する。ＬＥＤという用語は、通常のものか又は過放射性の変形形態かに関わらず、「ＬＥＤ」として市販されている非干渉性のケース入り又はカプセル化半導体装置を包含するだけでなく、限定するものではないが垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を含めて、レーザーダイオードなどの干渉性の半導体装置をも包含する。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、即ち、半導体加工手順によって製造される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは、１つ以上のＩＩＩ族元素の組み合わせ及び１つ以上のＶ族元素の組み合わせから形成され得る（ＩＩＩ〜Ｖ族半導体）。好適なＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料の例には、窒化ガリウムなどの窒化物、及びリン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。他のタイプのＩＩＩ〜Ｖ族材料も使用可能であり、同様に周期表の他の族の無機物質も使用可能である。構成要素又はチップは、デバイスに電圧を加えるための電力の適用に適した電気接点を含むことができる。例としては、ワイヤボンディング、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップボンディングが挙げられる。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウェハスケールで形成された後、仕上がったウェハは個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤダイとなることができる。ＬＥＤダイは、表面実装、チップオンボード、又は他の既知の実装形態を構成するように構成されてもよい。いくつかのパッケージ型ＬＥＤは、ＬＥＤダイの上のポリマーカプセル材料及びそれに関連付けられる反射体カップを形成することによって製造される。ＬＥＤは、いくつかの基板のうちの１つの上に成長させられ得る。例えば、ＧａＮ  ＬＥＤは、エピタキシーによってサファイア、シリコン、及び窒化ガリウム上に成長させられ得る。本出願の目的の「ＬＥＤ」はまた、一般的にＯＬＥＤと呼ばれる、有機発光ダイオードを含むことを考慮される必要がある。
【００１９】
異なる蛍光材料を励起し又は「ポンピングする」ために使用するＬＥＤは、本明細書においては「ポンプＬＥＤ」と呼ぶことができる。この蛍光体は、ポンプＬＥＤによって放射された光の一部又は全部を吸収し、かつ吸収したエネルギーの一部をストークスシフトした（より長い波長の）蛍光として再放射する。本出願のために、蛍光は、典型的に、実質的に可視波長範囲内にあり、かつポンプＬＥＤからの励起光は、典型的に、可視光（例えば青緑色、青色、あるいは青紫色）又は近紫外線のスペクトルのうち短波長側の端部あるいはその近傍にある。異なる蛍光材料を励起し又はポンピングするために使用しないＬＥＤは、本明細書においては「非ポンプＬＥＤ」と称することができる。本明細書で使用する「遠隔蛍光体ＬＥＤ」という用語は、サブシステムを指し、このサブシステムは、少なくとも一つのポンプＬＥＤと、ポンプＬＥＤから効果的に構造分離されているがそれに光学的に結合されている少なくとも一つの蛍光体層又は本体と、ポンプＬＥＤからの光を実質的に蛍光体に反射し、かつストークスシフトされた蛍光を実質的に透過する二色性反射体とを含む。好ましくは、これらの部品は、励起光が蛍光体層を通過することなくポンプＬＥＤから二色性反射体に伝播するように配置される。
【００２０】
図１は、例示的な広帯域固体光源１１０を大まかな模式図で示している。光源１１０は、遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１、直接放射ＬＥＤ  １３０及び光透過性のカバー部材１４０を含んでいる。所望の広帯域出力光１０１を生じさせるべく符号を付けた部品を互いに一定の空間位置に保持するために、取付構造及び他の部品（図示せず）が使用される。
【００２１】
この遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１は、少なくとも一つのポンプＬＥＤ  １１２、少なくとも一つの蛍光体層１１４及び二色性反射体１１６を含む照明サブシステムである。ポンプＬＥＤ  １１２は、蛍光体を励起できる光１１３ａを放射する。図には励起光１１３ａの二つの光線だけが示されているが、ＬＥＤが通常は広範囲（例えばランバート配光）の方向にわたって、かつ複数の波長帯域にわたって励起光を放射することは読者が理解するところである。励起光１１３ａは、典型的に可視光スペクトルの短波長側の端部あるいはその近傍、又は近紫外線域にある。例えば、励起光は３４０〜４８０ナノメートル、又は４００〜４７０ナノメートルの範囲のピーク波長を有することができる。一つのポンプＬＥＤ  １１２だけが図に示されているが、本明細書の他の場所で議論するように、二つ以上を所与の遠隔蛍光体サブシステムに含めることができる。励起光１１３ａは、二色性反射体１１６によって反射された励起光１１３ｂとして実質的に反射される。
【００２２】
遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１はまた、ポンプＬＥＤ  １１２から実際上は構造的に分離されているが光学的にはそれに接続された蛍光体層１１４を含んでいる。蛍光体層１１４は、入射する（反射された）励起光１１３ｂのうちのいくらか又は全てを吸収し、かつ吸収エネルギーの一部をより長い波長の蛍光１１５ａとして再放射する。蛍光１１５ａは通常、蛍光材料によってすべての方向に放射され、そのような光は通常、以下で更に議論するように、それ自体で広帯域である。蛍光１１５ａの一部は、二色性反射体１１６に向かって伝播する。そのような光は、実質的に反射体１１６によって透過されて、透過蛍光１１５ｂを生成する。場合によっては、反射体１１６はまた励起光１１３ａの一部（通常は小さな部分）を透過することができる。透過した蛍光１１５ｂ、並びに二色性反射体１１６を透過したポンプＬＥＤ  １１２からのあらゆる光は、次いで、図示されているような所望の程度の曇り又は散乱性を選択的に有するカバー部材１４０に対して伝播し、蛍光１１５ｃとして透過する。
【００２３】
二色性反射体１１６は、いくつかの例においては、レンズ部材の外部表面に適合してもよく、そのレンズ部材は図１には一般性のために示されていないが、本明細書の他の図には示されている。ポンプＬＥＤ  １１２によって放射され、かつ反射体１１６よって反射された光は、その大部分が蛍光体層１１４上に導かれるように、二色性反射体１１６及び外側のレンズ表面（存在する場合）は凹状及び／又は湾曲形状とすることができる。例えば、蛍光体層１１４、に衝突する、及び／又は実際に吸収される、反射した励起光の量を最大にすることによって効率を最大にするために、二色性反射体は、蛍光体層１１４においてあるいはその近傍において少なくともポンプＬＥＤ  １１２の近似の画像を形成するように形作ることができる。
【００２４】
二色性反射体はまた、二色性ミラー又は二色性フィルタと呼ばれることもある。それらは、ある光学波長に対しては、高い反射率と低い透過率を有し、他の光学波長に対しては、低い反射率と高い透過率を有するように設計されている。そのような反射体は通常、反射されないいかなる光が少なくとも可視波長、近赤外波長、近紫外波長にわたって実質的に透過され、逆もまた同様であるように、ほとんど吸収しない。そのような反射体は、二酸化ケイ素及び二酸化チタンの交互層等の大きな屈折率ミスマッチを有する材料の交互配列内に典型的に、大量の光学的に薄いミクロ層を含むが、他の好適な無機材料又は有機材料も使用され得る。そのような反射体は、ガラス又は他の好適な基板上に、例えば直接、レンズ部材の外部表面上に、あるいはそのような表面に後に張り付けられ得るフィルム又は基板上に、交互層を真空蒸着することによって作製されてもよい。代替的に、例えば、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）及び同第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載のように、交互ポリマー材料の共押出し及び得られた多層ポリマーウェブの引き伸ばしを含んでよい連続プロセスによって、好適な反射フィルムを作製してもよい。二色性反射体に使用する材料及び製造方法に関係なく、波長の関数としての所望の反射特性をもたらすように調整されるミクロ層の積層のために、層厚さの特性が反射体に与えられる例えば、ロングパスフィルタ又はノッチフィルタとして作動する二色性反射体もたらすべく厚さ特性を調整することができ、それによって相対的に長い波長の蛍光は複数の入射角の範囲にわたって実質的に透過し、かつ相対的に短い波長主導のＬＥＤ励起光は大部分が反射される。二色性反射体は例えば、蛍光に対して、少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％の透過率を有してよい。二色性反射体は、いくつかの例において、可視域の青色光を実質的に反射し、可視域の赤紫色光を実質的に透過させる。場合によっては、二色性反射体は、所定の波長で別に直交偏光状態を反射する、多層ミラーフィルム、反射偏光子、及び／又はミラー等の部分偏光反射体であってもよく、又は含んでもよい。
【００２５】
二色性反射体の反射及び透過特性は通常、反射体に衝突する光の入射角が変化するにつれて変化する。例えば、二色性反射体１１６は、反射体に垂直に入射するＬＥＤ光線と比較して、反射体に斜めに入射するＬＥＤ光線に対しては、より高い透過性を有し得る。この特性は、本発明の譲受人に譲渡されて係属中のＰＣＴ国際公開第２０１２／０９１９７３号に更に詳細に述べられているように、レンズ組立体の下方に配置された複数のＬＥＤの相対的な駆動強さを制御することによってその出力の色を調整できる遠隔蛍光体の固体光源を生産するために使用することができる。
【００２６】
蛍光体層１１４は、吸収したＬＥＤ光に対してストークスシフトした光を蛍光発光するか、又は別様に放射する１種類以上の好適な蛍光体材料を含有している。蛍光材料は好ましくは、ＬＥＤの発光スペクトルと波長が重なり合う範囲の光を吸収し、そのため、ＬＥＤは蛍光体を励起し、蛍光を発光させるかあるいは別様に発光させることができる。多くの場合、所定の蛍光体材料は、電磁スペクトルの紫外線、青色、及び／又は青緑色部分内の光を吸収することができ、可視領域又は近可視領域内の光を放射することができる。発光された蛍光は通常、例えば広帯域であり、少なくとも１００ナノメートルのスペクトル幅を有し得る。この広帯域の蛍光は、連続的な広帯域にて分布されてもよく、あるいは、離間した狭い輝線を収集した場合にはスパイク状の分布を有してもよく、あるいは、狭い輝線と連続的な広帯域との組み合わせであってもよい。例示の蛍光体材料としては、既知の蛍光染料及び蛍光体が挙げられる。セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）は、使用され得る蛍光体の一例である。他の希土類をドープしたガーネット又は他の希土類をドープした材料はまた、光源の設計詳細及び制約に応じて、例えば、ユーロピウム及び／又はストロンチウムをドープしたケイ酸塩、窒化物、及びアルミン酸塩など、好適であり得る。好適な蛍光材料には、ドープされた無機酸化物又は窒化物、量子ドット、並びにＩＩ〜ＶＩ族及びＩＩＩ〜Ｖ族材料を含む半導体など、有機及び無機の蛍光又は燐光材料が挙げられる。
【００２７】
本明細書に開示する蛍光体層は、光透過性結合剤の層、又は１つ以上のタイプの蛍光微粒子、例えば希土類ドープガーネットあるいは本明細書で言及する他の蛍光物質が所望の濃度で分散しているマトリクス材料の層であってもよく、又は含んでもよい。バインダ又はマトリクス材料は有機的なものあるいは無機的なものとすることができる。シリコーンは適切なバインダ材料の一例である。代わりに、セラミックをバインダ材料として使用することができる。セラミックを使用する利点は、シリコーンのような材料より実質的に高い熱伝導率にある。このより高い熱伝導率は総じて蛍光体層により高い熱伝導率をもたらし、効率の改善のために蛍光体層を低い動作温度に維持するためにヒートシンクと共に使用することができる。
【００２８】
他の態様において、蛍光体層１１４はパターン化された蛍光体を含むことができる。このパターン化された蛍光体は、放射帯域が異なる二つ以上の蛍光体を含むことができる。一つの態様では、蛍光体層１１４は、互いに空間的に分離された複数のパターン化された蛍光体を含むことができる。これらのパターンは、それぞれが一つの色を有する、ストライプ、ラスターパターン、又は他の一列に並べたパターンとして形成された単一の領域を含むことができる。一つの実施例において、蛍光体層１１４は、緑色の蛍光体の第１の部分／パターンと、赤色の蛍光体の第２の部分／パターンを含むことができる。これらの蛍光体の部分が分離されているので、再吸収又はストークスシフトに関連する効率のロスを低減することができる。これらの部分／パターンは、これらの異なる蛍光体のパターンの間に配置された空間又は構造（例えば、壁）によって分離することができる。パターニングは、インクジェット印刷といった従来の製法によって完成させることができる。代わりに、異なる蛍光体層の部分／パターンは、接触し、又はある領域が重なり合うことができる。
【００２９】
遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１はまた、（図１には示されてない）広帯域の反射体を、蛍光体層１１４の下方又はその背後に含むことができる。少なくともいくつかの励起光は、広帯域の反射体に到達する前に蛍光体層１１４を通過することができる。この広帯域の反射体は、好ましくは、ＬＥＤ励起光とより長い波長の蛍光の両方に高い反射率もたらす。ＬＥＤ光に対する蛍光層の透明性又は透過性の程度は、照明システムの広帯域光出力を増加させるように調整され得る。そのような光出力の増加は実際に、蛍光層に使用される蛍光体の量を減少させることによって達成され得る。ＬＥＤ光に対する蛍光層の単光路透過率Ｔは約３０％〜６５％であってよく、広帯域反射体の反射率は、少なくとも９０％、９４％、又は９８％であってよい。更なる詳細は、本発明の譲受人に譲渡されて係属中のＰＣＴ国際公開第２０１２／０９１９７５号に示されている。
【００３０】
遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１に加えて、光源１１０は直接放射ＬＥＤ  １３０を含んでいる。我々は、このＬＥＤ  １３０を直接放射と称する。このＬＥＤによって放射される光１３３ａの大部分が、蛍光体層をポンピングするためには使用されないからである。むしろ、そのようなＬＥＤ光１３３ａは、二色性反射体１１６を含む如何なる二色性反射体を通過することなくＬＥＤ  １３０からカバー部材１４０へと伝播する。ここで注目することは、ＬＥＤが通常は広い角度範囲で光を放射し、従って、二色性反射体１１６と蛍光体層１１４の設計の細部及びＬＥＤ  １３０に関連するそれらの方向によっては、少量のＬＥＤ光１３３ａが蛍光体層１１４に衝突して極めて少ない量の蛍光を生じさせ得ることである。それにもかかわらず、ＬＥＤ  １３３ａは非ポンプＬＥＤ又は直接放射ＬＥＤと呼ぶことができる。放射されたＬＥＤ光の実質的に大部分が、如何なる二色性反射体を通過することなく、かつあらゆる別々の蛍光材料に蛍光を生じさせることなく、ＬＥＤ  １３０からカバー部材１４０に伝播するからである。
【００３１】
透過蛍光１１５ｂと同様に、ＬＥＤ光１３３ａは、図示されているような所望の程度の曇り又は散乱性を選択的に有するカバー部材１４０へと前方に伝播し、透過ＬＥＤ光１３３ｂとして透過する。透過したＬＥＤ光１３３ｂ、透過した蛍光１１５ｃ、及び二色性反射体１１６とカバー部材１４０を透過したあらゆる励起光は、組み合わさって光源１１０の広帯域出力光１０１を生じさせる。この出力光１０１は、図中に一つの矢印として図式的に示されている。しかしながら、出力光１０１が、例えばランバート分布又はほぼランバート分布で広範囲の方向に分散されることを読者は理解するであろう。出力光１０１は、光源１１０の光軸、例えばデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系のｚ軸に平行な軸に対して対称としてもよく、又はしなくてもよい。透過蛍光１１５ｃのスペクトル分布が透過ＬＥＤ光１３３ｂのそれとは異なっており、かつこれらの光成分が出力光１０１として組み合わせられるので、出力光１０１は通常、個々の部品のいずれかのスペクトル分布より大きいスペクトル分布を有する。
【００３２】
出力光１０１は広帯域であり、例えば少なくとも１００、又は１５０、又は２００、又は２５０ナノメートルのスペクトル幅を有することができる。出力光１０１は、連続した広帯域スペクトルで分布させることができ、又は離間した幅の狭い輝線を集めた場合のようにスパイクを有した分布とすることができ、又は幅の狭い輝線と連続した広帯域の組合せとすることができる。例示的な実施形態において、この出力光１０１は普通の観察者に対し実質的に白色光の外観を有する。ＣＩＥ  Ｘ色座標及びＣＩＥ  Ｙ色座標から構成されるＣＩＥ色度座標は、１９３１年に国際照明委員会（「ＣＩＥ」又は国際照明委員会）によって開発された数学的に定められた色空間を特徴付けている。このＸ及びＹ色度座標は、物理的な位置又は変位に関連するＸ及びＹ座標と混同してはならない。物理座標とは異なり、（ｘ、ｙ）色度座標は、無単位である。この出願のために、白色光はそのＣＩＥ色座標（ｘ，ｙ）が０．２５≦Ｘ≦０．４５、及び０．２５≦ｙ≦０．４５を満たす光として定義することができ、定義された領域内の異なる点は白色光の異なる明度又は色調、例えば暖かい（赤みがかった）白さ対冷たい（青っぽい）白さに対応する。
【００３３】
直接放射ＬＥＤ及び遠隔蛍光体ＬＥＤの適切な選択により、遠隔蛍光体ＬＥＤのみを使用する場合又は直接放射ＬＥＤのみを使用する場合より、効率的に広帯域光（例えば白色光）を与える光源１１０をもたらすことができる。ＬＥＤ技術及び蛍光体技術は進化してきており、かつ進化し続けるであろう。既存のあるいは後で開発された技術により、遠隔蛍光体ＬＥＤではなく直接放射ＬＥＤにより、一つの特定の波長域の光あるいは色（例えば赤色光）を生じさせること、及び、直接放射ＬＥＤではなく（例えば、高い効率の青色あるいはＵＶポンプＬＥＤと緑色を放射する蛍光体と組み合わせて使用する）遠隔蛍光体ＬＥＤにより、異なる特定の波長域あるいは色の光（例えば緑色光）を生じさせること、が最も効率的であり得る。広帯域の（例えば白色の）出力光の構成要素（色）を最も効率的に生じさせるものを単一光源に組み合わせることにより、光源の総合的な効率を最大にし又は最適化することができる。
【００３４】
カバー部材１４０は、ガラス、プラスチック、又は他の適切な光透過性材料から製作することができる。カバー部材１４０は、一般照明の従来の電球に使用される既知の電球うちのいずれかといった、電球の形態とすることができる。この点に関して、カバー部材１４０と遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１及び直接放射ＬＥＤ  １３０との間の空間の一部又は実質的に全部は、空気若しくは不活性ガスあるいは真空とすることができる。代わりに、そのような空間は固体、液体、あるいは有形の光透過性材料により部分的に又は完全に満たすことができる。カバー部材は、一つの層又は光学素子だけから製作することができ、又は複数の層あるいは光学素子、例えばより小さい内側の電球を囲む外側の電球から構成することができる。カバー部材１４０は、「霜で覆われた」ように、すなわち光を散乱させるべく適合されたものとすることができ、又はほとんど若しくは全く光を散乱させないようにすることができる。電球はまた、従来の照明設備と互換性を有する基部部材、例えば既存の照明ソケットと嵌合するようにネジを設けるか又は適合させることができる基部部材に取付けることができ、かつ必要に応じて電気接点と居住用のあるいは商業的な電力サービスの電圧レベルをＬＥＤとの互換性を有する電圧及び電流に変換する適切な回路とを有することができる。また、光源１１０は、光源１１０内の様々なＬＥＤに通電する制御システム（図１を参照）に接続することができ、又はそのような制御システムは光源１１０内に部品として含めることができる。
【００３５】
図２ａ〜図２ｄ、図３及び図４については、これらの図に関連して適切な遠隔蛍光体ＬＥＤに関する詳しい情報を提供する。また、本発明の出願人に譲渡された以下のＰＣＴ刊行物を参照すると、それらは本開示の光源に使用することができ、又は容易に適合することができる遠隔蛍光体ＬＥＤの様々なタイプを記載している。国際公開第２０１２／０９１９７１号、国際公開第２０１２／０９１９７３号、国際公開第２０１３／０５５４１２号、及び国際公開第２０１２／０９１９７５号。
【００３６】
所与の遠隔蛍光体ＬＥＤに使用することができるいくつかの異なる色又は波長の組合せが、図２ａ〜図２ｄに図式的に示されている。これらの図及びそれらの説明は、例示的なものであって限定的なものではないとみなされなければならない。図２ａにおいて、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ａは可視青色励起光を放射するポンプＬＥＤ  ２１２ａを含んでおり、その可視青色励起光のほとんどは二色性反射体２１６ａによって反射され、好ましくは蛍光体層２１４ａ上に結像される。この蛍光体層は、特定の色、例えば黄色の蛍光を放射する。この黄色という色は単に例示的なものであり、他の色の蛍光もまた使用することができる。黄色の蛍光は二色性反射体２１６ａを実質的に透過させる。本実施形態において、二色性反射体はポンプＬＥＤ  ２１２ａからの励起光をかなり透過させるものと仮定される。透過率が重要であり得るにもかかわらず、それは典型的に５０％未満、例えば４０、３０、２０、又は１０％未満であり、かつ励起光に対する反射率は典型的に５０％より大きく、例えば少なくとも６０、７０、８０、又は９０％である。いずれにせよ、青色励起光の一部は二色性反射体２１６ａを透過し、黄色の蛍光と組み合わさって遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ａの白色の光出力をもたらす。黄色の蛍光が異なる色の蛍光に置き換えられると、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ａの出力は非白色を有する。
【００３７】
図２ｂにおいて、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｂは可視青色励起光を放射するポンプＬＥＤ  ２１２ｂを含んでおり、その可視青色励起光のほとんどは二色性反射体２１６ｂによって反射され、好ましくは蛍光体層２１４ｂ上に結像される。この蛍光体層は、特定の色、例えば黄色の蛍光を放射する。この黄色という色は単に例示的なものであり、他の色の蛍光もまた使用することができる。黄色の蛍光は二色性反射体２１６ｂを実質的に透過する。本実施形態において、二色性反射体はポンプＬＥＤ  ２１２ｂからの励起光をほとんど又は全く透過させないものと仮定される。従って、青色励起光はほとんど又は全く二色性反射体２１６ｂを透過しない。黄色の蛍光はそれ自身によって遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｂの光出力をもたらす。黄色の蛍光が異なる色の蛍光に置き換えられると、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｂの出力はそのような異なる色を出力する。
【００３８】
図２ｃにおいて、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｃは、紫外線（ＵＶ）励起光を放射するポンプＬＥＤ  ２１２ｃを含んでおり、その紫外線励起光のほとんどは二色性反射体２１６ｃによって反射され、好ましくは蛍光体層２１４ｃ上に結像される。蛍光体層は白い蛍光を放射する。白い蛍光は二色性反射体２１６ｃを実質的に透過する。この実施形態において、二色性反射体は、ポンプＬＥＤ  ２１２ｃからの励起光をほとんど又は全く透過しないものと仮定される。従って、ＵＶ励起光は二色性反射体２１６ｃをほとんど又は全く透過しない。この白い蛍光は、それ自身によって遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｃの光出力をもたらす。
【００３９】
図２ｄは、蛍光体層が特定の非白色、例えば黄色の光を放射することを除いて図２ｃ類似する遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｄを示している。これにより、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｄはＵＶ励起光を放射するポンプＬＥＤ  ２１２ｄを含み、ＵＶ励起光のほとんど又は全部が二色性反射体２１６ｄによって反射され、かつ好ましくは蛍光体層２１４ｄ上に結像される。この蛍光体層は、特定の非白色、例えば黄色の蛍光を放射する。黄色という色は単に例示的なものであり、また他の色の蛍光もまた使用することができる。黄色の蛍光は二色性反射体２１６ｄによって実質的に透過される。本実施形態において、二色性反射体は、ポンプＬＥＤ  ２１２ｄからの励起光のほとんど又は全く透過しないと仮定される。従って、ＵＶ励起光はほとんど又は全く二色性反射体２１６ｄを透過しない。黄色の蛍光は、それ自身によって遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｄの光出力をもたらす。黄色の蛍光が異なる色の蛍光に置き換えられると、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ２１１ｄの出力はそのような異なる色の出力となる。
【００４０】
図３は、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ３１１の模式的な斜視図であり、その更なる詳細は上記したＰＣＴ国際公開第２０１２／０９１９７３号に見いだすことができる。遠隔蛍光体ＬＥＤ  ３１１は、ここではサブシステム３１１と呼び、かつデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系に関連して示される。このサブシステム３１１は、外側表面３２９ａと基準点３２９ｂを有した蛍光体層３２９を支持する基板３１２を含む。１８個のＬＥＤは、蛍光体層の上ないしは別の方法でそれに隣接して配設され、ＬＥＤは、６つの隣接ＬＥＤの３つのくさび形の群３３０、３３２、３３４内に配置され、隣接ＬＥＤのそれぞれの群は、基板のくさび形領域内に配設される。ＬＥＤの３つのくさび形の群、並びに示された番号及びそれぞれの群内のＬＥＤの配向の配置は、多くの可能な配列のうちの１つであり、限定的な方法で解釈されるべきではない。例えば、くさびのような形状以外の形状もまた意図される。ＬＥＤは好ましくは、純粋なポリマー若しくはガラス又は他の好適な光透過性材料内にカプセル化され、カプセル材料の外表面は、二色性反射体３１６がそのような表面に適用されることができ、それに成形的に一致することができるように、凹状及び湾曲され得る。二色性反射体は、本明細書に記載される他の二色性反射体と同じ又はそれに類似し得る。二色性反射体３１６の形状は、頂点４３１６ａ及び対称軸又は光軸３１６ｂを画定し得る。光軸３１６ｂは、サブシステム３１１の光軸と一致することができ、かつ基準点３２９ｂ及び頂点３１６ａを通過することができる。
【００４１】
隣接ＬＥＤの群は、蛍光体層３２９の非閉塞くさび形部分３４０、３４２、３４４によって互いに分離される。この点において、「非閉塞」は、ＬＥＤが実質的に存在しない蛍光体層３２９の部分を指す。更に、隣接ＬＥＤのそれぞれの群は、点３２９ｂの観点からすると、蛍光体層の非閉塞くさび形部分のうちの１つと概ね反対側である基板のくさび形領域内に存在する。基板（例えば、ＬＥＤのくさび形群３３０が存在する領域）のくさび形領域及び蛍光体層（例えば、部分３４０）の対応するくさび形部分のそれぞれの対は、点３２９ｂに対して概ね対称であり得る。光軸３１６ｂが点３２９ｂを通過するように二色性反射体３１６を構成することによって、かつ二色性反射体の好適な曲率半径を選択することによって、二色性反射体によって反射される隣接ＬＥＤのそれぞれのくさび形群からのＬＥＤ光の部分は、蛍光体層の対応するくさび形部分に（少なくともほぼ）撮像され得る。
【００４２】
点３２９ｂ及び／又は光軸３１６ｂからの異なる半径方向距離（ｘ−ｙ平面に平行に測定して）で配置される３つのＬＥＤ群のそれぞれの中の隣接ＬＥＤがまた示される。示された配列において、例えば、それぞれの群の中の１つのＬＥＤは、軸３１６ｂに最も近く配設され、それぞれの群の中の３つのＬＥＤは、軸３１６ｂから最も遠く配設され、それぞれの群の中の２つのＬＥＤは、軸３１６ｂから中間の距離に配設される。
【００４３】
サブシステム３１１の一実施形態において、１８個のＬＥＤの全部が同一のＬＥＤ発光スペクトルに一致するＬＥＤ光を放射することができ、かつ蛍光体層の組成及び構造がくさび形部分３４０、３４２、３４４の全体にわたって及びそれらの間で同一となるように蛍光体層３２９を均一な組成及び構造とすることができるが、それでも（異なるＬＥＤに対して）色が異なっている異なる広帯域光部分をもたらすために、二色性反射体の特性を調整することができる。特に、（隣接ＬＥＤのそれぞれの群の）１つの「近い」ＬＥＤの小群と関連付けられる第１の広帯域光源の色は、（隣接ＬＥＤのそれぞれの群の）２つの「中間」ＬＥＤの小群と関連付けられる第２の広帯域光源の色とは異なることができ、同様に、（隣接ＬＥＤのそれぞれの群の）３つの「遠い」ＬＥＤの小群と関連付けられる第３の広帯域光源の色とは異なり得る。これは、二色性反射体が１つの近いＬＥＤの小群と比較して２つの中間のＬＥＤの小群からのＬＥＤ光のより大きな割合を透過し、二色性反射体が２つの中間のＬＥＤの小群と比較して３つの遠いＬＥＤの小群からのＬＥＤ光のより大きな割合も透過するように、二色性反射体の平均の透過スペクトル又は反射スペクトルのスペクトル帯域端又は遷移領域が少なくともいくつかの入射角で２つの「中間の」ＬＥＤの少なくとも小群及び３つの「遠い」ＬＥＤの小群のスペクトル発光と重なることを確実にすることによって実現され得る。光軸３１６ｂからの増大する半径方向距離を有する透過された短い波長のＬＥＤ光の相対的増加は、異なる広帯域光部分の異なる色を提供することができる。そして、光源３１０からの広帯域光発光全体の色は、１つの近いＬＥＤの小群、２つの中間のＬＥＤの小群、及び３つの遠いＬＥＤの小群が励磁される、相対次数を制御することによって制御され、又は調整され得る。
【００４４】
サブシステム３１１の他の実施形態においては、異なるＬＥＤに関連する蛍光体層の部分に異なる組成及び／又は構造を使用することより、異なる広帯域光部分に異なる色を達成することができる。例えば、ＬＥＤ群３３０の６つのＬＥＤによって励起される、蛍光体層３２９のくさび形部分３４０は、部分３４２及び／又は３４４のものとは異なる構成及び／又は構造を有し得る。サブシステムからの全体的な広帯域発光の色は、隣接ＬＥＤのうちの１つの群（例えば、ＬＥＤ群３３０）が隣接ＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ群３３２、３３４）のうちの他の群と比較して励磁される相対次数を制御又は調整することによって制御され、又は調整され得る。加えて又は別の方法では、くさび形部分３４０、３４２、３４４のうちの１つ、いくつか、又は全ては、光軸３１６ｂ又は参照点３２９ｂからの異なる半径方向距離に異なる構成及び／又は構造を有し得る。湾曲した二色性反射体３１６の撮像性質により、隣接ＬＥＤのそれぞれの群の中の１つの近いＬＥＤの小群は、参照点３２９ｂに最も近いくさび形の蛍光体部分のこの部分を優先的に励起する傾向があり、隣接ＬＥＤのそれぞれの群の中の２つの中間のＬＥＤの小群は、くさび形の蛍光体部分の中間部分を優先的に励起する傾向があり、隣接ＬＥＤのそれぞれの群の中の３つの遠いＬＥＤの小群は、参照点３２９ｂに最も遠いくさび形の蛍光体部分のこの部分を優先的に励起する傾向がある。したがって、半径方向に変化する蛍光体層は、１つの近いＬＥＤの小群、２つの中間のＬＥＤの小群、及び３つの遠いＬＥＤの小群が励磁される、相対次数を調整又は制御することによって光源３１０からの広帯域光発光全体の色を制御又は調整するために使用され得る。それに加えて又はそれに代えて、くさび形部分３４０、３４２、３４４のうちの一つ、いくつか、あるいは全部は、上述したような異なる放射帯域の二つ以上の蛍光体を含むパターン化された蛍光体を含むことができる。
【００４５】
サブシステム３１１の他の実施形態においては、異なる放射スペクトルを有する別個のＬＥＤを選択し、次いで異なる放射特性が印可されるＬＥＤに対する相対的な度合いを制御し又は調整することにより、異なる広帯域光部分について異なる色を達成することができる。
【００４６】
図４は、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ４１１の模式的な斜視図であり、それに関するさらなる詳細は上記したＰＣＴ国際公開第２０１２／０９１９７３号に見いだすことができる。遠隔蛍光体ＬＥＤ  ４１１は、ここではサブシステム４１１と呼び、かつデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系との関連で示される。このサブシステム４１１は、基板４１８上に配置された青色光を放射するＬＥＤ  ４１２を含んでおり、かつその基板は、ＬＥＤからの青色光を浴びたときにより長い波長の可視光を放射する蛍光体層４１４をその上に有している。ＬＥＤ  ４１２は、ワイヤボンド４２０によって導電性経路に接続されてよい。
【００４７】
サブシステム４１１はまた、ＬＥＤ及び蛍光体層４１４に向かって開いて包含する凸形状を有した二色性反射体４１６を含んでいる。反射体４１６の曲率中心は、点４１９と表示される。ＬＥＤ  ４１２は、点４１９に比較的近接して位置付けられ、蛍光体層４１４もまた、同様である。蛍光体層４１４は、ＬＥＤに対しわずかに大きすぎるように示されている。
【００４８】
ＬＥＤ  ４１２によって放射された青色光４１３ａは、二色性反射体４１６により部分的に反射されて反射ＬＥＤ光４１３ｂを生じさせ、かつ部分的に透過して透過ＬＥＤ光４１３ｃを生じさせる。反射ＬＥＤ光４１３ｂは、蛍光体層４１４に当たるように向けられ、この結果、蛍光体が励起され、蛍光体層により長い波長の光４１５ａを放射させる。二色性反射体４１６は、このより長い波長の光を大いに透過させて、蛍光体光４１５ｂを生成する。透過光４１３ｃと透過光４１５ｂは空間的に組み合わされて、白色光といった広帯域出力光をサブシステム光源４１１にもたらす。内部空間４１７は、ＬＥＤ及び蛍光体を封入する、好適な光透過性ガラス又はポリマー材料を含んでよく、二色性反射体はかかる封入材料の外表面に貼付されてよい。あるいは、内部空間４１７は、中空であってよい。
【００４９】
サブシステム４１１において、基板４１８は、弾力性や、下方にあるヒートシンク（図示せず）に対するより高い熱伝導（及びより低い熱抵抗）、及びスペースの節約のために、好ましくは薄い。基材４１８は、概して薄型であるが、隣接、つまり近接領域４２１ｂと比較して、空洞領域４２１ａにおいて更に薄くなるように成形、エッチング、ないしは別の方法で成形されることが望ましく、これらの領域は、傾斜した遷移領域によって離隔される。近接領域に対して空洞領域に更に向上した熱伝導をもたらす、減少した厚さは、基材の一部を形成する誘電層４１８ａの減少した厚さと関連することが望ましい。図では、誘電層４１８ａは近接領域４２１ｂで厚さＴ１を有し、空洞領域４２１ａではより小さい厚さＴ２を有することが示される。誘電層４１８ａの上には、導電層４１８ｂが配置され、この導電層は、ＬＥＤに電力を供給するために望ましいように模様付けされてよい。熱伝導層４１８ｃは、層４１８ｂと比較して、誘電層の反対側の主表面に配置される。場合によっては、層４１８ｂ、４１８ｃは、同一の材料、例えば銅からなってよいが、他の場合では、異なる材料が用いられてよい。したがって、導電層４１８ｂはまた、熱導電性であってよく、熱伝導層４１８ｃはまた、導電性であってよい。熱伝導層４１８ｃは、例えば好適な熱伝導材料を用いて、好ましくは好適なヒートシンクに接合される。
【００５０】
基材４１８の薄化領域は、多くの場合、基材の主要構成要素である誘電層４１８ａの対応する薄化領域と関連することが好ましい。好適な誘電層には、ポリエステル、ポリカーボネート、液晶ポリマー、及びポリイミドが挙げられる。好適なポリイミドには、商品名ＫＡＰＴＯＮ（ＤｕＰｏｎｔから入手可能）、商品名ＡＰＩＣＡＬ（Ｋａｎｅｋａ  Ｔｅｘａｓ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）、商品名ＳＫＣ  Ｋｏｌｏｎ  ＰＩ（ＳＫＣ  Ｋｏｌｏｎ  ＰＩ  Ｉｎｃ．から入手可能）、商品名ＵＰＩＬＥＸ及びＵＰＩＳＥＬ（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能）として入手可能なものが挙げられる。商品名ＵＰＩＬＥＸ  Ｓ、ＵＰＩＬＥＸ  ＳＮ、及びＵＰＩＳＥＬ  ＶＴ（全てＵｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｊａｐａｎ）から入手可能）で入手可能なポリイミドは、多くの用途で特に有利である。これらのポリイミドは、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）及びフェニレンジアミン（ＰＤＡ）などのモノマーで作製される。
【００５１】
誘電層４１８ａは、化学エッチング、プラズマエッチング、集束イオンビームエッチング、レーザーアブレーション、及び押し抜きなど任意の好適な方法を用いて空洞領域内で薄化してよい。エッチングに関しては、任意の好適なエッチング剤を用いてよく、好ましいエッチング剤は、誘電層に用いられる材料に応じて異なってよい。好適なエッチング剤には、アルカリ金属塩（例えば水酸化カリウム）、１つ又は両方の可溶化剤（例えばアミン、及びエチレンアルコール等のアルコール）を含むアルカリ金属塩を挙げることができる。適切な化学エッチング剤には、本明細書に引用したものとする米国特許出願公開第２００７／０１２００８９号（Ｍａｏ他）に更に詳細に記載されている、水酸化カリウム／エタノールアミン／エチレングリコールのエッチング剤を含めることができる。他の適切な化学エッチング剤には、本明細書に引用したものとする本発明の出願人に譲渡されたＰＣＴ国際公開第２０１２／０６１０１０号に更に詳しく記載されているような、水酸化カリウム／グリシンのエッチング剤を含めることができる。エッチング後、誘電層は、アルカリ性のＫＯＨ／過マンガン酸カリウム（ＰＰＭ）溶液、例えば、約０．７〜約１．０重量％のＫＯＨと約３重量％のＫＭｎＯ４との溶液で処理されてよい。誘電層は、導電層、例えば図４の層４１８ｂ及び４１８ｃで片面又は両面を被覆されてよい。導電層は、任意の好適な導電性材料及び／又は熱伝導性材料からなってよいが、通常、銅を含む。導電層が回路に形成される場合、所望に応じて事前に模様付けされてよい。場合によっては、可撓性基材は多層の誘電材料及び積層配置の導電材料など多層構造を有してよい。
【００５２】
用いられる薄化手順の種類は、空洞領域と近接領域との間の遷移並びに誘電層の側壁及び遷移領域の他層の特性に影響し得る。化学エッチングは、比較的浅い側壁、例えば、通常、可撓性基材面から測定して約５〜６０度、又は約２５度〜２８度の範囲の側壁角をもたらすように用いてよい。押し抜き、プラズマエッチング、集束イオンビームエッチング、及びレーザーアブレーションなどの他の技法は、非常に急な側壁、例えば最大約９０度の壁角度をもたらしてよい。場合によっては（押し抜きなどを用いる場合など）、後述するように、誘電層を貫通する穴が形成されてよい。かかる場合、可撓性基材の他の層、導電層４１８ｂ及び／又は４１８ｃなどは、空洞領域内でＬＥＤ及び／又は蛍光体層に物理的支持をもたらすために用いられてよい。
【００５３】
例示の実施形態では、近接領域４２１ｂと比較して、空洞領域４２１ａ内の誘電層は非常に薄くなっており、ＬＥＤ及び／又は蛍光体層からの熱伝導性を向上し、これらの構成要素をより低い動作温度に維持する。例えば、厚さＴ２は、Ｔ１の約５〜２５％であってよい。更に、Ｔ２は、０よりも大きいが、１０マイクロメートル以下であってよく、Ｔ１は少なくとも２０マイクロメートルであってよい。例示の実施形態では、Ｔ１は２００マイクロメートル以下であってよい。熱伝導性の向上に加えて、薄化された空洞領域の特質は、反射材料で被覆されて効率の向上をもたらし得る、傾斜側壁の形成など他の利点を提供してよい。また、ＬＥＤ及び／又は蛍光体層を薄化空洞領域内の基材に取り付けることにより、これらの構成要素は、可撓性基材面を超えて高く延在せず、低形状因子の用途により好適なより薄型の装置をもたらす。
【００５４】
ここで読者が気づくことは、図３及び図４の遠隔蛍光体ＬＥＤ及び本明細書のどこか他の部分に記載されるものが例示的なものであり、かつ他の設計及び特性の遠隔蛍光体ＬＥＤを開示された広帯域光源に使用できることである。
【００５５】
そのような広帯域光源５１０の一つが、図５に図式的に示されている。この光源５１０は、いくつかの遠隔蛍光体ＬＥＤ  ５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄと、いくつかの直接放射ＬＥＤ  ５３０ａ、５３０ｂを組み合わせたものである。これらの部品のいくつか又は全ては、１つ以上の中間的な層あるいは素子を介して、支持基部５０２に直接的に又は間接的に取付けることができる。光透過性の電球又はその他のカバー部材５４０は、遠隔蛍光体ＬＥＤ及び直接放射ＬＥＤを密封し又は囲むために、直接的又は間接的に基部５０２に取付けることができる。
【００５６】
遠隔蛍光体ＬＥＤ  ５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄのそれぞれは、図１の遠隔蛍光体ＬＥＤ  １１１又は本明細書に開示される他の遠隔蛍光体ＬＥＤと同一あるいは類似のものとすることができる。説明を簡単にするために、図５のそれぞれの遠隔蛍光体ＬＥＤは、ちょうど一つのポンプＬＥＤ（要素５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５１２ｄを参照）と、ちょうど一つの蛍光体層（要素５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃ、５１４ｄを参照）、並びに凹状の二色性反射体（要素５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ、５１６ｄを参照）を有するものとして示されている。しかしながら、より多くのポンプＬＥＤ、及び／又は、より多くの及び／又は異なって構成された蛍光体層を、図５に示される遠隔蛍光体ＬＥＤの一つ、いくつか又は全てに使用することができる。図には四つの遠隔蛍光体ＬＥＤが示されているが、一つだけ、又は二つ、又は三つ、又は四つ以上を含む他の数の遠隔蛍光体ＬＥＤを使用することができる。二つ以上の遠隔蛍光体ＬＥＤを使用するときに、それらは互いに同一にあるいは類似するように設計することができ、又はそれらが異なる出力光を個別にもたらすように、例えば異なる数のポンプＬＥＤ、及び／又は異なるタイプのＬＥＤ（例えば色又は波長）、及び／又は異なる数の蛍光体層、及び／又は蛍光体の異なる層厚み、及び／又は異なるタイプの蛍光体、及び／又は異なる二色性反射体といった異なる設計とすることができる。遠隔蛍光体ＬＥＤは、光源５１０の中心点あるいは光軸に関して対称的に配置することができ、又はそれらを非対称に及び／又は不規則に配置することができる。
【００５７】
直接放射ＬＥＤ  ５３０ａ、５３０ｂのそれぞれは、図１の直接放射蛍光体ＬＥＤ  １３０又は本明細書に開示されている他の直接放射ＬＥＤと同一あるいは類似のものとすることができる。二つの直接放射ＬＥＤが図に示されているが、一つだけ、又は三つ、又は四つ、又は四つ以上を含む他の数の直接放射ＬＥＤを使用することができる。複数の直接放射ＬＥＤを使用するときに、それらは互いに同一にあるいは類似するように設計することができ、又は、それらが異なる出力光を個々にもたらすように、それらを異なる設計、例えば（例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）によって測定される、異なるスペクトル幅を含む）異なるスペクトル分布、及び／又は異なるピーク波長又は色、及び／又は異なる出力パワーとすることができる。直接放射ＬＥＤは、光源５１０の中心点又は光軸に関して対称に配置することができ、あるいはそれらを非対称に及び／又は不規則に配置することができる。
【００５８】
カバー部材５４０は、図１のカバー部材１４０又は本明細書に開示される他のカバー部材同一にあるいは類似するものとすることができる。
【００５９】
基部５０２は、本明細書に開示される他の基部と同一にあるいは類似のものとすることができる。例えば基部５０２は、従来の照明設備と互換性を有することができ、必要に応じて電気接点と、入力する電力をＬＥＤと互換性のある電圧及び電流に変換する適切な回路とを有することができる。好ましくは、基部５０２は、直接放射ＬＥＤ及び遠隔蛍光体ＬＥＤが載置される反射面５０２ａを含む。適切な反射体は、アルミニウム、銀若しくは他の適切な金属の層あるいはコーティング、及び／又は多層の有機あるいは無機の薄膜スタックといった反射率を高める誘電材料、及び／又は二酸化チタンを充填したレジン層といった着色層を含む。基部５０２はまた、好ましくは、光源５１０が動作する間に様々なＬＥＤ及び蛍光体層が極端に熱くならないように良好な熱伝導度及びヒートシンク特性を有する。過剰な熱は、そのような部品の効率及び寿命時間を減少させ得る。光源５１０はまた、光源５１０の様々なＬＥＤに通電する制御システム（図１を参照）を含み、又はそれに接続することができる。
【００６０】
光源５１０においては、例えば図１に関連して論じたように、様々な遠隔蛍光体ＬＥＤからの光と様々な直接放射ＬＥＤからの光がカバー部材５４０を透過し、かつ組み合わされて光源用の広帯域出力光をもたらす。一つの例示的な実施形態において、ＬＥＤ  ５３０ａは例えば６００〜６５０ナノメートルの範囲のピーク波長を有する赤色光を放射することができ、ＬＥＤ  ５３０ｂは、例えば４４５〜５００ナノメートルの範囲のピーク波長を有する青色光を放射することができ、４つの遠隔蛍光体ＬＥＤのそれぞれは青色又は紫外線のポンプＬＥＤを使用いて黄色の蛍光を放射することができ、光源５１０の出力光は実質的に白いものとすることができる。他の実施形態において、演色評価数（ＣＲＩ）及び／又は色品質尺度（color quality scale：ＣＱＳ）並びに発光効率を高めるために、名目上は同一色（例えば青色又は赤色）であるがピーク波長が異なる複数の直接放射ＬＥＤを使用することができる。例えば、それぞれ青色光を放射するがピーク波長が異なる二つの直接放射ＬＥＤ、及び／又はそれぞれが赤色光を放射するがピーク波長が異なる二つの直接放射ＬＥＤを使用することができる。ピーク波長の違いは、例えば少なくとも５又は１０ナノメートルであるが、５０又は４０ナノメートル未満とすることができる。例えば、一つの直接放射青色ＬＥＤは４４５ナノメートルのピーク波長を有することができ、他の直接放射青色ＬＥＤは４８０ナノメートルのピーク波長を有することができる。
【００６１】
他の広帯域光源６１０が図６の側面図又は断面図に図式的に示されている。この光源６１０は、いくつかの遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１ａ、６１１ｂと、いくつかの直接放射ＬＥＤ  ６３０ａ、６３０ｂとを組み合わせている。これらの要素のいくつか又は全ては、１つ以上の中間的な層若しくは要素によって、直接的に又は間接的に支持基部６０２に取付けることができる。光透過性の電球又はその他のカバー部材６４０は、遠隔蛍光体ＬＥＤと直接放射ＬＥＤを密封し又は囲むために、直接的に又は間接的に基部６０２に取付けることができる。光源６１０は、対称軸又は光軸６０４を有するものとして示されている。
【００６２】
遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１ａ、６１１ｂは、図６ａに更に詳細に示されている蛍光体層の配置を除いて、図５の遠隔蛍光体ＬＥＤと類似のものとすることができる。図６のそれぞれの遠隔蛍光体ＬＥＤは、ちょうど一つのポンプＬＥＤ（要素６１２ａ、６１２ｂを参照）と、特定の蛍光体層の配置（要素６１４ａ、６１４ｂを参照）、並びに凹状の二色性反射体（要素６１６ａ、６１６ｂを参照）を有するものとして示されている。しかしながら、図６に示されている遠隔蛍光体ＬＥＤの一つ又は両方に、より多くのポンプＬＥＤ、及び／又はより多くの及び／又は異なる構成の蛍光体層を使用することができる。図６の側面図には二つの遠隔蛍光体ＬＥＤが示されているが、光源６１０は、例えば図５に配置されているように全部で四つの遠隔蛍光体ＬＥＤを有することができ、又は光源６１０は、わずか一つだけ、又は三つ、又は五つ、又はより多くといった他の数の遠隔蛍光体ＬＥＤを有するように変更することができる。遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１ａ、６１１ｂは、対称軸又は光源６１０の光軸６４１に対して対称に配置されるものとして図６の側面図に示されている。他の実施形態においては、遠隔蛍光体ＬＥＤを対称に配置する必要はない。二つ以上の遠隔蛍光体ＬＥＤを使用するときに、それらは、上で論じたように互いに同一又は異なるものとすることができる。
【００６３】
直接放射ＬＥＤ  ６３０ａ、６３０ｂは、図５の直接放射蛍光体ＬＥＤ  ５３０ａ、５３０ｂと同様にあるいは類似したものとすることができる。二つの直接放射ＬＥＤが図に示されているが、一つだけ、又は三つ、又は四つ、又は四つ以上を含む他の数の直接放射ＬＥＤを使用することができる。二つ以上の直接放射ＬＥＤを使用するときに、それらは、上で論じたように同一又は類似したものとすることができる。図６の側面図において、ＬＥＤ  ６３０ａ、６３０ｂは光軸６４１に対し対称に配置されるものとして示されている。他の実施形態において、直接放射ＬＥＤは対称に配置する必要はない。
【００６４】
カバー部材６４０は、図５のカバー部材５４０と同一又は類似したものとすることができ、基部６０２は、図５の基部５０２と同一又は類似したものとすることができる。
【００６５】
光源６１０において、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１ａ、６１１ｂからの光と直接放射ＬＥＤ  ６３０ａ、６３０ｂからの光は、例えば図５に関連して論じたように、カバー部材６４０によって透過され、組み合わされて光源用の広帯域出力光をもたらす。一つの例示的な実施形態において、ＬＥＤ  ６３０ａは、例えば６００〜６５０ナノメートルの範囲のピーク波長を有する赤色光を放射することができ、ＬＥＤ  ６３０ｂは、例えば４４５〜５００ナノメートルの範囲のピーク波長を有する青色光を放射することができ、二つの遠隔蛍光体ＬＥＤのそれぞれは青色又は紫外線のポンプＬＥＤを使用して黄色の蛍光体光を放射することができ、そして光源６１０の出力光は実質的に白いものとすることができる。
【００６６】
図６ａは、図６に示されている遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１ａ、６１１ｂのうちの一方又は両方と同一のものとすることができる遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１の模式的な側面図又は断面図である。図６ａにおいて、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１は、ポンプＬＥＤ  ６１２、蛍光体層６１４及び二色性反射体６１６を有している。この二色性反射体６１６は平凸レンズ又は本体６１９の外側の湾曲面の全体を覆っているが、他の実施形態において、二色性反射体は外側の湾曲面の一部だけを覆うように製作することができる。反射体６１６は、ＬＥＤ  ６１２及び蛍光体層６１４に対して凹状である。また、二色性反射体６１６はＬＥＤ  ６１２と蛍光体層６１４を覆っている。本体６１９は、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１の光軸６２１を定める対称軸を有している。本体６１９の外側の湾曲面は、その曲率中心が点６２０に配置されている球面の一部である。ポンプＬＥＤ  ６１２は、点６２０の近傍にあるがｙ方向に沿って離間して配置されている。このように位置しており、かつ反射体６１６が凹形状であることにより、反射体６１６は、ＬＥＤ  ６１２からの励起光を点６２０の反対側にある蛍光体層６１４の一部の上に、すなわち図６ａの斜視図の点６２０の左側にほぼ結像させる。
【００６７】
蛍光体層６１４は二つのより薄い蛍光体層６１７、６１８に分割されており、それらは異なる蛍光体材料から構成することができる。一般に、蛍光体層は、様々な構成を有することができ、別個の層、領域又はパターン化された領域に同一又は異なる蛍光体材料を含むことができる。例示的な実施形態においては、上側の蛍光体層６１８が赤い蛍光を放射し、下側の蛍光体層６１７が緑色の蛍光を放射する。透明な光透過性層６１５は、例えば光学的な接着剤の層とすることができるが、蛍光体層６１４（より詳しくは、上側の蛍光体層６１８）を本体６１９の平坦面から分離している。ポンプＬＥＤ  ６１２の上側の放射主要面６１３は、図示のように層６１５内に配置することができる。
【００６８】
基部６０３は図６の基部６０２と同一なものとすることができ、又は基部６０３は遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１の製造に使用する別の支持基板とすることができ、次いで基部６０３は図６の基部６０２に接着し、結合し、さもなければ取付けられる。基部６０３は、ＬＥＤ  ６１２及び蛍光体層６１４から熱を取り出すために、好ましくは良好な熱伝導度を有する。基部６０３は、ポンプＬＥＤに接続されてその電気的制御を可能にする電気接点又はトレース（図示せず）を含むことができる。遠隔蛍光体ＬＥＤの背後に達して吸収され又は失われることになる励起光及び蛍光が遠隔蛍光体ＬＥＤの前側に向かって方向を変えて遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１の効率と光出力を高めるように、基部６０３は、好ましくは、蛍光体層６１４及びポンプＬＥＤ  ６１２に面する反射面６０１を有する。
【実施例】
【００６９】
本明細書に開示したハイブリッド広帯域光源のいくつかをモデル化し又はシミュレーションし、かつそれらの出力特性を評価した。シミュレーションは光学設計ソフトウェアＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（商標）を使用した。それぞれの実施例は、図５及び図６に全般的に示されているように、電球又はカバー部材を有する、基部上に配置された４つの遠隔蛍光体ＬＥＤと二つの直接放射ＬＥＤを使用したが、遠隔蛍光体ＬＥＤの構成は図６及び図６ａに示されているものであった。
【００７０】
シミュレーションは最適化ルーチンを使用し、それはそれぞれの実施例ごとに以下の通りに実行された。いくつかの特定の出力パラメータに目標値及び相対的な重みを割り当てることによってメリット関数を設定し、最適化のためにいくつかの設計パラメータを独立変数として処理し、上下の境界として割り当てた。次いで、ソフトウェアは、独立変数設計パラメータのそれぞれについて、特定の出力パラメータによって定められるメリット関数を最大にする最適化値を（それらの上下の境界の範囲内で）算出した。
【００７１】
最も関心のある出力パラメータは、光源によって放射される広帯域出力光の、ＣＩＥのｘ及びｙ色座標によって測定される色であった。これらのＣＩＥのｘ及びｙ色座標のために、光源の出力光は、凹状のカバー部材（図５のカバー部材５４０、図６のカバー部材６４０）の頂点に接しつつ中心合わせされた、大きさが２０ミリメートル×２０ミリメートルの正方形の検出面内で空間的に平均化された。関心のある他の出力パラメータは、それらが実質的には最適化に影響を及ぼさないように出力色より小さい桁数の相対的な重みが割り当てられた、以下のものであった。ワットで測定された、光源の放射出力（radiometric output）、ルーメンで測定された、光源の光度出力、光源出力の演色評価数（ＣＲＩ）、光源出力の全般的な色品質スケール（ＣＱ）。ここでＣＱＳは、白色光源の一定の照明品質としてのＣＲＩに代わる、米国国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）によって開発された既知の尺度を指す、及び光源出力の相関色温度（ＣＣＴ）。これらの出力パラメータの全てが、特定の検出平面において検出された広帯域光源からの全ての光に関して評価された。
【００７２】
６つの独立変数設計パラメータがそれぞれのシミュレーションに使用された。それぞれ０〜３ワットに制限された、二つの直接放射ＬＥＤのそれぞれの放射パワー出力、一つの（青色を放射する）ＬＥＤについては４５０〜４８０ナノメートルに制限され、かつ他の（赤色を放射する）ＬＥＤについては５５０〜６２０ナノメートルに制限された、それぞれの直接放射ＬＥＤのピーク放射波長λ、及び１立方ミリメートル当たりの微粒子が０．０００１〜１００，０００，０００に制限された、二つの蛍光体層（図６ａの層６１７、６１８を参照）における蛍光体粒子密度。
【００７３】
シミュレートした実施形態の追加の設計特性は以下を含む。
●それぞれが１ミリメートルｘ１ミリメートルの正方形の放射領域を有しており、光源の中心（図６の軸６４１）に関して対称に配置され、それぞれのＬＥＤの中心が光源の中心から０．７５ｍｍである、二つの直接放射ＬＥＤ（図５の５３０ａ、５３０ｂと図６の６３０ａ、６３０ｂを参照）。これらのＬＥＤは、１０ミクロンの厚さであり、それらの背面上に反射率が５０％で吸収が５０％の反射コーティングを有していた。
●カバー部材は光を前方にランバート分布で拡散させる拡散性の電球としてモデル化された。カバー部材の形状は半球状であり、曲率半径が約１０ｍｍで厚みが０．１ｍｍであった。カバー部材の内側、すなわちカバー部材と遠隔蛍光体ＬＥＤＳの間の空間は空気であると仮定された。
●シミュレートしたそれぞれの実施形態における四つの遠隔蛍光体ＬＥＤは構造が同一であると仮定され、それらは光源（図６の軸６４１）の中心から３．５ミリメートルで対称に配置された。それぞれの遠隔蛍光体ＬＥＤは実質的に図６ａに示したものであり、ここで、
○平凸状の本体６１９は２ミリメートルの曲率半径と１．８ミリメートルの厚みを有していて、ＢＫ７ガラス製であると仮定された、
○二色性反射体６１６は、本体６１９の外側の湾曲面の全体を覆ったものであり、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２のミクロレイヤが交互に並ぶ１３層の積層体であり、この積層体は通常の入射光に対し図７に示すようなスペクトル反射率をもたらした、
○層６１５の厚みは０．１ミリメートルであり、屈折率は１．４１であった、ポンプＬＥＤ  ６１２の放射表面６１３は（ｚ軸に関して）この層の中心にあった、
○ポンプＬＥＤ  ６１２は、放射表面６１３のための１×１ミリメートルの正方形の放射領域、１０ミクロンの厚み、他のＬＥＤに似た背面反射体を有していた。ＬＥＤ  ６１２は、曲率点６２０の中心とＬＥＤ  ６１２の縁との間に（図６ａのｙ軸に沿って）０．０５の隙間が形成されるように配置された。ＬＥＤ  ６１２は１ワットの放射出力パワーを有していた。いくつかの実施例においては４つの遠隔蛍光体ＬＥＤのＬＥＤ  ６１２は４４５ナノメートルのピーク波長と１９ナノメートルのスペクトル幅（ＦＷＨＭ）を有しており、他の実施例においてＬＥＤ  ６１２は４１５ナノメートルのピーク波長と１９ナノメートルのスペクトル幅（ＦＷＨＭ）を有していた。
○蛍光体層６１７、６１８はそれぞれ厚みが０．１ミリメートルであった。上側層６１８は、赤い蛍光を放射するものと仮定され、かつ図８のカーブ８１０によって定義される正規化吸収スペクトル及び図８のカーブ８１２によって定義される正規化発光スペクトルを有していた。下側層６１７は、緑の蛍光を放射するものと仮定され、かつ図８のカーブ８１４によって定義される正規化吸収スペクトル及び図８のカーブ８１６によって定義される正規化発光スペクトルを有していた。層６１７、６１８のそれぞれは、屈折率１．４１のシリコーンバインダーに浸漬された屈折率１．８の蛍光体微粒子から構成されるものと仮定された、緑色放射蛍光体層の量子効率は９１％であり、かつ赤色放射蛍光体層の量子効率は５９％であった、
○下側の蛍光体層６１７の背面は９８％の反射率を有するランバート散乱物体であると仮定された。
【００７４】
（実施例１）
第１実施例において、ポンプＬＥＤ  ６１２は、４４５ナノメートルのピーク波長を有しており、かつ光源（図５の５１０及び図６の６１０を参照）の目標出力色はＣＩＥ色座標（ｘ、ｙ）でそれぞれ（０．４４、０．４０）に設定された。他の出力パラメータの目標値及びメリット関数におけるそれぞれの重みは表１に与えられている。
【００７５】
次いで、光学設計ソフトウェアを作動させた。シミュレーションの一部として、出力パラメータの最適化値が計算された。これらの計算結果は表１に含まれている。また、６つの独立変数設計パラメータの最適化値が計算された。これらの計算結果は下記の表２に示されている。この表において、「赤色ダイオード」が直接放射ＬＥＤ  ５３０ａ（図５）又は６３０ａ（図６）を指し、かつ「青色ＬＥＤ」が直接放射ＬＥＤ  ５３０ｂ（図５）又は６３０ｂ（図６）を指すことに留意されたい。また、それぞれのパラメータの全てについて最適化値を仮定しつつ、特定の検出平面におけるスペクトルパワー出力を計算した。実施例１のスペクトルパワー出力は図９に示される。
【００７６】
【表１】
2015523722.tif 000003
【００７７】
【表２】
2015523722.tif 000004
【００７８】
（実施例２）
次いで、光学設計ソフトウェアを使用して第２の実施例をシミュレートした。この実施例２は目標出力色がＣＩＥ色座標（ｘ、ｙ）で（０．３５、０．３５）に変更された点を除いて実施例１と同様であった。他の出力パラメータの目標値、及びメリット関数におけるそれらの重みのそれぞれは、以下に表３に示すように、同一であった。
【００７９】
光学設計ソフトウェアは出力パラメータについて最適化値を再び計算し、それは表３に含まれる。６つの独立変数設計パラメータの最適化値もまた計算されて、下記の表４に示される。それぞれのパラメータの全てについて最適化値を仮定しつつ、特定の検出平面におけるスペクトルパワー出力もまた計算された。実施例２のスペクトルパワーは図１０に示される。
【００８０】
【表３】
2015523722.tif 000005
【００８１】
【表４】
2015523722.tif 000006
【００８２】
（実施例３）
次に、光学設計ソフトウェアを使用して第３の実施例をシミュレートした。この実施例３は、目標出力色が（ｘ、ｙ）ＣＩＥ色座標で（０．３２，０．２８）に変更された点を除いて、実施例１及び２と同一であった。他の出力パラメータの目標値、及びそれらのメリット関数におけるそれぞれの重みは、以下の表５に示すように同一であった。
【００８３】
光学設計ソフトウェアは出力パラメータの最適値を再び計算し、それは表５に含まれる。６つの独立変数設計パラメータの最適化値もまた計算されて、下記の表６に示される。特定の検出平面におけるスペクトルパワー出力もまた、それぞれのパラメータの全てに最適化値を仮定しつつ計算された。実施例３のスペクトルパワーは図１１に示される。
【００８４】
【表５】
2015523722.tif 000007
【００８５】
【表６】
2015523722.tif 000008
【００８６】
（実施例４）
次に、光学設計ソフトウェアを使用して第４の実施例をシミュレートした。この実施例４は、ポンプＬＥＤ  ６１２が４４５ナノメートルではなく４１５ナノメートルのピーク波長を有している点を除いて、実施例１と同一であった。励起波長のこの変化により、赤色及び緑色の蛍光体材料の量子効率は、実施例１の９１％からこの実施例４の５９％に低下した。出力パラメータの目標値及びメリット関数におけるそれらの重みのそれぞれは、目標放射パワーが６ワットから３ワットまで低下させた点を除いて、以下の表７に示すように実施例１のそれと同一であった。
【００８７】
光学設計ソフトウェアは出力パラメータの最適化値を再び計算し、それは表７に含まれる。６つの独立変数設計パラメータの最適化値もまた計算されて、以下の表８に示される。それぞれのパラメータの全てに最適化値を仮定しつつ、特定の検出平面におけるスペクトルパワー出力が計算された。実施例４のスペクトルパワーは図１２に示される。
【００８８】
【表７】
2015523722.tif 000009
【００８９】
【表８】
2015523722.tif 000010
【００９０】
基準装置
比較のために、ここでは「基準装置」と呼ぶ代りの広帯域光源をシミュレートした。これらの光源は、以下の変更点を除いて実施例１〜４の構成と同様であった。
●４つの平凸状本体６１９のそれぞれの外側湾曲面上の二色性反射体が、反射防止コーティングに置き換えられた。
●半球状のカバー部材は同じサイズで同じ幾何学的形状の第１変更カバー部材に交換され、この第１変更カバー部材は、０．１ミリメートルの均一な厚みを有しており、かつ層６１７又は６１８に使用した蛍光体材料（マトリックス内の蛍光体微粒子）の一つから一様に構成されている。第２変更カバー部材は、形状が半球状で厚みが０．１ミリメートルであり、かつその外径は第１変更カバー部材の内径に一致していて、第１変更カバー部材の内側に組み込まれた。第２変更カバー部材は、層６１７、６１８とは別の蛍光体材料から一様に構成された。言い換えると、第１変更カバー部材を層６１８の赤色放射蛍光体材料から構成すると、第２変更カバー部材は層６１７の緑色放射蛍光体材料から構成され、逆の場合も同じである。
【００９１】
これらの変更からみると、遠隔蛍光体ＬＥＤ  ６１１として既に知られているそれぞれのサブシステムは、もはやそれ自身は遠隔蛍光体ＬＥＤではない。ＬＥＤ  ６１２からの光が蛍光体を励起させるためにもはや蛍光体層６１７，６１８上に実質的に反射されていないからである。更に、直接放射ＬＥＤ  ５３０ａ〜ｂ、６３０ａ〜ｂとして既に知られているＬＥＤは、もはや直接放射ではない。これらのＬＥＤからの光が、今や変更カバー部材の内側の蛍光材料を通って伝播することが求められているからである。
【００９２】
基準装置１
第１の基準装置は、以前のように同一の光学設計ソフトウェアを使用してシミュレートした。この基準装置は、上で注目した変更を除いて実施例１と同一であった。ＬＥＤ  ６１２のピーク波長は４４５ナノメートルであった。第１の（外側の）変更カバー部材は層６１８に使用したものと同じ赤色放射蛍光体材料から構成され、かつ第２の（内側の）変更カバー部材は層６１７に使用したものと同じ緑色放射蛍光体材料から構成された。出力パラメータの目標値、及びメリット関数におけるそれらの重みのそれぞれは、以下の表９に示すように実施例１のそれらと同一であった。
【００９３】
出力パラメータの最適化値を計算するために光学設計ソフトウェアを再び使用し、それらは表９に含まれる。６つの独立変数設計パラメータの最適化値もまた計算されて、下記の表１０に示される。また、上記の実施例に使用したものと同じ検出平面におけるスペクトルパワー出力を、それぞれのパラメータに全ての最適化値を仮定しつつ計算した。基準装置１のスペクトルパワー出力は図１３に示される。
【００９４】
【表９】
2015523722.tif 000011
【００９５】
【表１０】
2015523722.tif 000012
【００９６】
基準装置２
次に、光学設計ソフトウェアを使用して第２の基準装置をシミュレートした。この基準装置２は、変更カバー部材に使用する蛍光体材料が逆になっている点を除いて基準装置１と同一であった。それに伴って、第１の（外側の）変更カバー部材は層６１７に使用するものと同じ緑色放射蛍光体材料から構成され、かつ第２の（内側の）変更カバー部材は層６１８に使用するものと同じ赤色発光蛍光体材料から構成された。出力パラメータの目標値、及びメリット関数におけるそれらの重みのそれぞれは、以下の表１１に示すように同一であった。
【００９７】
光学設計ソフトウェアは出力パラメータの最適化値を再び計算し、それは表１１に含まれる。６つの独立変数設計パラメータの最適化値もまた計算されて、下記の表１２に示される。また、それぞれのパラメータの全てに最適化値を仮定しつつ、特定の検出平面のスペクトルパワー出力が計算された。基準装置２のスペクトルパワー出力は図１４に示される。
【００９８】
【表１１】
2015523722.tif 000013
【００９９】
【表１２】
2015523722.tif 000014
【０１００】
基準装置３
次に、光学設計ソフトウェアを使用して第３の基準装置をシミュレートした。この基準装置３は、ＬＥＤ  ６１２が４４５ナノメートルではなく４１５ナノメートルのピーク波長を有していた点を除いて、基準装置２と同一であった。出力パラメータの目標値、及びメリット関数におけるそれらの重みのそれぞれは、以下の表１３に示すように基準装置２のそれらと同一であった。
【０１０１】
光学設計ソフトウェアは出力パラメータの最適化値を再び計算し、それらは表１３に含まれる。６つの独立変数設計パラメータの最適化値もまた計算されて、下記の表１４に示される。それぞれのパラメータの全てに最適化値を仮定しつつ、特定の検出平面のスペクトルパワー出力が計算された。基準装置３のこのスペクトルパワー出力は図１５に示される。
【０１０２】
【表１３】
2015523722.tif 000015
【０１０３】
【表１４】
2015523722.tif 000016
【０１０４】
更なる検討
実施例に使用した遠隔蛍光体ＬＥＤの相対的に小さい寸法のおかげで、基準装置のより大きな変更カバー部材に比較すると、実施例に使用した赤色放射及び緑色放射蛍光体の量は基準装置に使用したものより著しく少ない。
【０１０５】
我々は、その上に光が入射する蛍光体の主要面の領域に使用する蛍光体材料の量を定量化することができる。例えば、図６ａの実施形態において、蛍光体層６１４は層６１５と界面を共有しており、この共用された界面はその上に励起光が入射する蛍光体層６１４の主要面（すなわち、最大表面領域の表面）と一致する。我々が、簡明さのために又は近似のために、ＬＥＤ  ６１２が占める容積又は領域を無視し、かつ蛍光体層６１４が連続していて本体６１９の平面と同一空間に広がると仮定すると、蛍光体層６１４の入射主要面の面積は約１２．６平方ミリメートルである。四つの遠隔蛍光体ＬＥＤが広帯域光源に含まれるので、我々がＡｐｈｏｓｐｈｏｒと呼ぶことができる、全体的な又は合計した蛍光体の表面積は、約５０平方ミリメートルである。したがって、その上に励起光が入射する光源の蛍光体層の合計した表面積、又は、より簡単には、合計した蛍光体表面積若しくはＡｐｈｏｓｐｈｏｒは、実施例１〜４のそれぞれにおいて約５０平方ミリメートルである。必要に応じて、この蛍光体の量を更に大きく減少させることができる。凹状の二色性反射体の収束特性及びポンプＬＥＤの配置により、光源の出力光をほとんど又は全く減少させ又は変化させることなしに、本体６１９の平坦面の寸法の一部分だけを覆うように蛍光体層をパターン化できるからである。例えば、合計した蛍光体表面積Ａｐｈｏｓｐｈｏｒは、出力光をほとんど又は全く減少させ若しくは変化させることなしに、５０から少なくとも２０平方ミリメートルに、又は１０平方ミリメートルにまで減少させることができる。
【０１０６】
対照的に、基準装置に使用する蛍光体の量は著しく多い。その上にポンプ光が入射する組み合わされた変更カバー部材の表面積は、半径が１０ミリメートルの半球のそれであり、又は少なくとも約６２８平方ミリメートルである。これは、本体６１９の基部に残る蛍光体層のかなり小さい表面積を無視したものであり、その小さい蛍光体層は、出力光をほとんど又は全く減少させ若しくは変化させることなしに、基準装置から省略することができる。
【０１０７】
普遍性のために、蛍光体の量は、光源の全てのポンプＬＥＤにおける合計放射表面積で合計蛍光体表面積を除した比率として表すことができる。実施例１〜４の場合、四つのポンプＬＥＤ  ６１２が使用され、それぞれの主要放射表面積は１平方ミリメートルである。我々がＡＬＥＤと呼ぶことができる、合計したポンプＬＥＤ表面積は４平方ミリメートルである。ＡＬＥＤに対するＡｐｈｏｓｐｈｏｒの比は、実施例１〜４のそれぞれにおいて５０／４≒１０である。ＬＥＤ放射表面積を減少させることなく、上述したパターニングによって、合計した蛍光体表面積Ａｐｈｏｓｐｈｏｒが２０又は１０平方ミリメートルに減少した場合、Ａｐｈｏｓｐｈｏｒ／ＡＬＥＤの比率は、２０／４≒５、又は１０／４≒２に減少する。
【０１０８】
対照的に、基準装置のＡＬＥＤに対するＡｐｈｏｓｐｈｏｒの比は少なくとも６２８／６≒１０５であり、このとき我々は、ＬＥＤ  ６１２の主要な放射表面積だけでなくＬＥＤ  ５３０ａ／６３０ａ及びＬＥＤ  ５３０ｂ／６３０ｂのそれらを分母に含める。これらのＬＥＤからの光が（蛍光体で満たされた）変更カバー部材の内側の蛍光体材料を通って伝播する必要があるからである。
【０１０９】
好ましくは、少なくとも一つの遠隔蛍光体ＬＥＤと少なくとも一つの直接放射ＬＥＤを利用する開示された広帯域光源の比率Ａｐｈｏｓｐｈｏｒ／ＡＬＥＤは、５０、又は２０、又は１５、又は１０、又は５、又は２以下である。
【０１１０】
実施例１、基準装置１、及び基準装置２は、目標出力色がｘ，ｙ色座標で（０．４４、０．４０）であり、かつ４４５ナノメートルのピーク波長のＬＥＤを４つのＬＥＤ  ６１２として使用した。これらの３つの実施例における様々な最適化出力パラメータ、並びに上述したような合計蛍光体表面積Ａｐｈｏｓｐｈｏｒは、表１５において比較される。また、「ｌｍ／Ｒａｄｉａｎｔ  Ｗ」と呼ぶ、遠隔蛍光体及び直接放射ＬＥＤによって放射された光の全体放射パワー（ワット）で除した、レシーバで検出された全体ルーメン出力の比率も、比較される。
【０１１１】
【表１５】
2015523722.tif 000017
【０１１２】
実施例４と基準装置３は、目標出力色がｘ，ｙ色座標で（０．４４、０．４０）であり、かつ４４５ナノメートルのピーク波長のＬＥＤを４つのＬＥＤ  ６１２として使用した。これらの３つの実施形態の様々な最適化出力パラメータは、表１６に比較される。
【０１１３】
【表１６】
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【０１１４】
表１５と表１６、及び上のシミュレーション結果は、少なくとも一つの遠隔蛍光体ＬＥＤと少なくとも一つの直接放射ＬＥＤを使用する開示した広帯域光源が、実質的に減少した量の蛍光体を使用しながらも、ＣＣＴ、ＣＲＩ、ＣＱＳの値が適切な広帯域白色光をもたらし得ることを示している。直射放射ＬＥＤは、青色光を放射するＬＥＤを含むことができる。例えば二色性反射体を通ってポンプＬＥＤによって透過された青色光ではなく（又はそれに加えて）直接放射ＬＥＤから直接的に青色光を出力することにより、我々は、電球の発光効率と色品質の組み合わせ性能を改善することができる。
【０１１５】
特に断らないかぎり、本明細書及び特許請求の範囲において使用される量、特性の測定値などを表すすべての数は、「約」なる語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、そうではないことが示されていないかぎり、本明細書及び特許請求の範囲に記載される数値的パラメータは、本出願の教示を利用する当業者が得ようとする所望の特性に応じて異なり得る近似的な値である。特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとするものではないが、それぞれの数値的パラメータは、少なくとも記載される有効桁数を考慮し、更に一般的な四捨五入法を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広義の範囲を示す数値的範囲及びパラメータは近似的な値ではあるが、任意の数値が本明細書に述べられる具体例に記載されるかぎりにおいて、これらは妥当な程度に可能な範囲で精確に記載されるものである。しかしながら、いかなる数値も試験又は測定限界にともなう誤差を含み得るものである。
【０１１６】
本発明の様々な修正及び変更は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者にとって明らかとなり、本発明は本発明において説明される例示的な実施形態に限定されないものと理解されるべきである。例えば、開示される透明な導電性物品はまた、防反射コーティング、及び／又は保護ハードコートを含んでもよい。読者は、開示される一実施形態の特徴はまた、他に指示がない限り、他の全ての開示される実施形態に応用され得る。本明細書において参照される、米国特許、特許出願公開、並びに他の特許文献及び非特許文献は、これらが先行する開示と矛盾しない限りにおいて、参照として組み込まれる。
【図１】
2015523722.tif 000019
【図２ａ】
2015523722.tif 000020
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
2015523722.tif 000025
【図５】
2015523722.tif 000026
【図６】
2015523722.tif 000027
【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
2015523722.tif 000030
【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】
2015523722.tif 000035
【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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