(57)【要約】【課題】本発明は、離れたフォトルミネセンス変換器を備える半導体発光ダイオードに基づく白色光源に関する。【解決手段】ランプは、放射光の出口開口部を有する熱放散ベースと、当該開口部の外囲に固定されて一次放射光を発光するLEDと、前記LEDから離れた位置にありフォトルミネセンス材料の凹面層を成す一次放射光変換器と、当該放射光変換器と光反射器の凹形が当該LEDと出口開口部を向くように当該開口部の片側に連続的に配列された凹状の光反射面のある光反射器を備え、さらに当該ランプは、当該開口部の反対側に配置される平坦または凸状の第２放射光変換器を備える。当該一次放射光が当該変換器の表面に当たって生じる二次放射光が、当該熱放散ベースの開口部から抜け出し、当該第２放射光変換器のフォトルミネセンス材料を励起し、三次放射光を発光させ、二次および三次放射光を組み合わせた結果として生じる白色光が第２変換器から出る。
2015508572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数のLEDを含む一次放射光源と、前記LEDが取り付けられる表面を有する除熱ベースと、変換材料層として作られる一次放射光変換器であってその表面に前記LEDから射し込む一次放射光を二次放射光に変換する一次放射光変換器と、前記LEDおよび一次放射光変換器から射し込む放射光を反射する表面を有する反射器を備え、前記反射器と前記一次放射光変換器が前記一次放射光源から離れて取り付けられており、前記一次放射光変換器が前記一次放射光源と前記反射器との間で前記反射器の表面の付近に取り付けられている光源であって、前記光源は、フォトルミネセンス材料の層として作られる第２変換器を備えて、その表面に前記一次放射光変換器と前記反射器から射し込む放射光を二次放射光に変換し、さらにここで、前記除熱ベースは、放射光出力開口部を有して、その付近に前記LEDおよび前記反射器を有する前記一次放射光変換器が前記除熱ベース上に取り付けられており、さらにここで、前記LEDによって照射される前記一次放射光変換器の表面および前記反射器の表面が凹形状であり、当該凹形状が前記一次放射光源と前記出力開口部を向いており、かつ前記第２変換器は平坦または凸形状であり、前記出力開口部内または前記出力開口部の反対側に取り付けられており、ここでLED発光スペクトルは、当該一次放射光変換器のフォトルミネセンス材料の励起スペクトル領域内であり、当該一次放射光変換器のフォトルミネセンス材料の発光スペクトルの極大が当該第２変換器のフォトルミネセンス材料の励起スペクトル領域内である、光源。
【請求項２】
当該LED発光スペクトルが、当該一次放射光変換器の材料励起スペクトル極大の両側において当該一次放射光変換器の材料励起スペクトルの半値幅に等しいスペクトル領域内であり、かつ当該第１変換層のフォトルミネセンス材料の発光スペクトル極大が、当該第２変換器の材料励起スペクトル極大の両側において当該第２変換器の材料励起スペクトルの半値幅に等しいスペクトル領域内である、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
第２変換器がフォトルミネセンス材料から作られており、その励起スペクトル極大が４５０-４７０ nm範囲内であり、かつ当該一次放射光変換器が一材料で作られており、その励起スペクトルが紫または近紫外線領域にあり、その発光スペクトル極大が４５０-４７０ nm範囲内である、請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
当該一次放射光変換器のフォトルミネセンス材料が、BaMgAl１０O１７:Eu２+; MgSrSiO４:Eu２+; (Sr,Ba,Ca)５(PO４)３Cl:Eu２+; (Sr１-х-aBa)J３MgSi２O８:Eua (a=０.００２-０.２,x=０.０-１.０); (Sr１-x-aSr)２P２O７:Eua (a=０.００２-０.２, x=０.０-１.０); (Sr１-x-aBax)A１１４O２５:Eua (a=０.００２-０.２, x=０.０-１.０); La１-aSi３N５:Cea (a=０.００２-０.５); (Y１-a)２SiO５:Cea (a=０.００２-０.５); および (Ba１-х-aSrx)MgAl１０O１７:Eua (a=０.０１-０.５, x-０.０-０.５)、またはこれらの混合物を含むグループから選択される、請求項１から３の何れか１項に記載の光源。
【請求項５】
当該一次放射光変換器のフォトルミネセンス材料が、一般式 (Mg,Ca,Sr)２(PO４)Cl:Eu+２であり、(Mg: ０.０５-０.２; Ca: ０.６-０.８; Sr: ０.０１-０.２) かつЕu+２濃度が０.５%から１０%である、請求項２に記載の光源。
【請求項６】
当該第２変換器のフォトルミネセンス材料が、Y２O３:Eu３+; CeMgAl１１O１９:Tb３+; (ランタニド)PO４:Ce３+,Tb３+; GdMgB５O１０:Ce３+,Tb３; YAG:Ce３+; YAG:Ho３+; YAG:Pr３+; (Ba１.６５Sr０.２Mg０.１Eu０.０５)SiO４; (Ba０.２Sr１.５４Mg０.２Eu０.０６) SiO４; (Ba,Ca,Zn,Eu)２S４ (Ba ０.９-１.４; Ca ０.９-０.４; Zn ０.０５-０.１５; Eu ０.０２-０.０５); SrGa２S４; (Sr,Мg,Ca,Ba)(Ga,Аl,In)２S４; SrS; SrGa２S４:Eu２+; SrGa２S４:Ce３+; SrS:Eu２+; (Sr１-a-b-c BabCac)２Si５N８:Eua (a=０.００２-０.２, b=０.０-１.０, c=０.０-１.０); (Ca１-x-aSrx)S:Eua, (a=０.０００５-０.０１, x=０.０-１.０); Са１-а SiN２:Eua (a=０.００２-０.２); および (Ba１-x-aCax) Si７N１０:Eua (a=０.００２-０.２, x=０.０-０.２５); (Ba: ０.９-１.４; Ca: ０.９-０.４; Zn: ０.０５-０.１５; Eu: ０.０２-０.０５)、またはこれらの混合物を含むグループから選択される、請求項２に記載の光源。
【請求項７】
一次放射光変換器のフォトルミネセンス材料が、LiCaPO４:Eu; NaCaPO４:Eu; KCaPO４:Eu; (Ba０.９Ca０.９Zn０.１５Eu０.０５)２S４を含むグループから選択されて、かつ第２変換器のフォトルミネセンス材料が、YAG:Ce３+; (Ba０.２Sr１.５４Mg０.２Eu０.０６) SiO４; (Ba,Ca,Zn,Eu)２S４ (Ba ０.９-１.４; Ca ０.９-０.４; Zn ０.０５-０.１５; Eu ０.０２-０.０５)、例 (Ba０.９Ca０.９Zn０.１５Eu０.０５)２S４、またはこれらの混合物を含むグループから選択される、請求項３に記載の光源。
【請求項８】
前記変換器と前記反射器の表面が、軸対称の形状に形成されて、除熱ベースの穴の平面に平行な平面によって切断される、たとえば、回転楕円体、特に、球体または放物体であり、主軸が当該除熱ベースの穴の平面に垂直な、請求項１から７の何れか１項に記載の光源。
【請求項９】
前記変換器と前記反射器の表面が、表面対称形に形成されて、除熱ベースの穴の平面に平行な平面によって切断される、たとえば、切除円筒形であり、対称軸が当該除熱ベースの穴の平面に垂直な、請求項１から８の何れか１項に記載の光源。
【請求項１０】
熱伝導体ベースが、前記穴への一次放射光の直接的発生を遮る突出部を備え、第２変換器へと差し向ける、請求項１に記載の光源。
【請求項１１】
前記反射器の表面が、リブの付いた外面を有する除熱放熱器の内面である、請求項１から１０の何れか１項に記載の光源。
【請求項１２】
当該変換器と前記反射器の前記表面が、複数の平坦面またはセグメントで構成される、請求項２に記載の光源。
【請求項１３】
当該一次放射光源の除熱ベースが、光反射器と一体化されている、請求項３に記載の光源。
【請求項１４】
一次放射光により照射される凹面の反対側の当該変換器の凸面、および当該反射器の凹面が、光学的に透明な媒体で分離される、請求項１から１３の何れか１項に記載の光源。
【請求項１５】
当該熱伝導ベースの前記突出部が、平坦なミラー部を備え、そこに当たる一次放射光を当該第１変換器の向き合う面に差し向ける、請求項３に記載の光源。
【請求項１６】
各発光ダイオードの放射指向性図の軸と反射器の対称軸との交差する角度が、９０度と各前記発光ダイオードの指向性図の半値幅との間の差に等しいかそれ未満となるように当該発光ダイオードが当該除熱ベースに固定される、請求項３に記載の光源。
【請求項１７】
各発光ダイオードの放射指向性図の軸が前記反射器の対称軸と平行または小さな角を成すように発光ダイオードが除熱ベースに固定され、前記変換器の表面と発光ダイオードとの間の熱伝導ベースが傾斜した反射ミラー部を備えて、そこに当たる一次放射光を当該第１変換器の向き合う面に差し向ける、請求項３に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気および電子機器に関し、より詳細には、半導体発光ダイオード（LED）に基づく光源に関するものであり、さらに詳細には、変換フォトルミネセンス蛍光体を備えるLEDに基づく白色光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における高効率LED、特に窒化物（InGaN）に関する開発の発展、および当業技術分野で公知のあらゆる白色光源で最高の照明効率を達成できることから、ソリッドステート照明技術が、白色照明市場を制覇し始めている。LEDソリューションは、リニアおよびストリート照明器といった照明器が比較的大きい照明機器で幅広く使用されており、強く熱せられるLEDを分散させることで、熱の効率的な除去を促進できる。標準的な白熱灯およびハロゲンランプに置き換わる小型かつ高光束のLEDの開発は、節電問題を解決する大きな見通しの観点において、最重要な科学的かつ技術的課題の１つであり、その解決は、制御電子回路（ドライバー）を設置するためのスペースが限られること、および当該ランプのLEDによって発せられる熱の除去のための表面積が比較的小さいことによって、大きく妨げられている。白色LEDは、多くの場合、YAG:Ce蛍光体でコートされた青色LEDを含む。高出力（１ワット以上）青色LEDは、約３０〜４５%の効率であり、印加される各ワットからユニット加熱に約５５０〜７００ mWが割り当てられる。さらには、白色LEDにおいて蛍光体が青色光を黄色に変換する際には、入射光エネルギーの約２０%が蛍光体加熱に費やされると考えられる。技術的な仕様では、青色LED放射電力損失は温度２５〜１２５°Cで約７%であることが示され、一方で白色LEDの電力損失は、同じ温度で約２０%である。したがって、高出力白色LEDは、熱と光束において実質的な限界がある。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的は、既知の技術的解決法における問題を克服し、標準的なランプに置き換わる小型のLEDランプを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】LEDチップの青色または紫外線を吸収しながら、黄色またはオレンジ（赤色）の光を放射する最も広く普及したタイプの白色光源の動作原理を説明する。
【図２】米国特許第US ６,３５１,０６９号に記載される、フォトルミネセンス蛍光体変換を有する既知の白色LED光源を示す。
【図３】波長変換器がLEDから離れた白色光源の動作原理を説明する。
【図４】米国特許第US ６,６００,１７５ (B１) 号に説明される照明器の構成を示す。
【図５】離れた円筒形の変換器を備える細長い白色LED照明器を示す。
【図６】本発明により実施されるサイド光放射結合を有する白色光源の動作原理を説明する。
【図７】装置の構成および動作原理を例示する。
【図８】別の公知の白色光源を示す。
【図９】最も広く使用されるYAG:Ce蛍光体でコーティングされた典型的な青色窒化物LEDの放射光スペクトルを、人体に無害なものの基準として実際に受け入れられている白熱灯のスペクトルと比較して示す。
【図１０】異なる電灯タイプが人体に与える影響を量的なパラメーターで示す。
【図１１】提案する照明器の断面を線図的に示す。
【図１２】光子再吸収が効率と白色演色評価数に及ぼす影響を図説する。
【図１３】「白色」LEDで最も広く使用されるYAG:Ce３+発光蛍光体の励起と発光スペクトル、およびYAG:Ce３+の長波長励起バンドピークとほぼ同時となる４６８ nm（発光スペクトル半値幅が８０ nm）に発光スペクトルピークを有する新しく特別に合成されたКСаРО４:Eu２+発光蛍光体の発光スペクトルを示す。
【図１４】異なる厚みのシートが押出成形されたことを示す。
【図１５】追加の反射器を備える照明器の実施例が、平坦および凸形の第２変換層を備える２つのバリアントを示す。
【図１６】追加の反射器を備える照明器の別の具体的な実施例を示す。
【図１７】リブを設けた形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
標準的な白色灯に置き換わるべく設計されるすべてのLEDランプの構造は、LEDチップに基づく。白色光は、LEDチップから放射される青、緑、赤、または青とオレンジなどといった異なる光色が混ざり合った結果である。
【０００６】
しかし、近年におけるフォトルミネセンス蛍光体変換器を備える白色LED光源は、LEDチップの青色または紫外線を吸収しながら、黄色またはオレンジ（赤色）の光を放射するものであり、最も広く普及した光源になりつつある。図１は、本タイプの白色光源の動作原理を説明する図である。
【０００７】
装置は、比較的短い波長の一次放射光を放射するLEDチップと、前記の比較的短い波長の放射光を照射される変換フォトルミネセンス蛍光媒体を備え、その比較的短い波長の放射光を照射された際に励起されて、応答して比較的長い波長の二次放射光を放射する。特定の実施例では、チップから放射される単色の青色光または紫外線が、ポリマーマトリックスの有機および／または無機蛍光体（フォトルミネセンス蛍光体）にチップを配置することで、白色光に変換される。
【０００８】
図２は、米国特許第US ６,３５１,０６９号に記載される、フォトルミネセンス蛍光体変換を有する既知の白色LED光源を示す。
【０００９】
白色光源１１０は、励起されると青色の一次放射光を放射する窒化物LEDチップ１１２を含む。チップ１１２は、反射カップ１１４の導電性フレームに配置され、導体１１６および１１８に電気的に接続される。導体１１６および１１８は、チップ１１２に電力を供給する。チップ１１２は、放射光１２２の波長を変換するための変換材料を含む透明樹脂層１２０で覆われる。層１２０を形成するために使用される変換材料タイプは、材料１２２によって生成される二次放射光の望ましいスペクトル分布に応じて選択できる。チップ１１２および蛍光層１２０は、レンズ１２４で覆われる。レンズ１２４は、通常の場合、透明なエポキシまたはシリコーンで作られる。白色光源を使用する場合、電圧がチップ１１２に印加され、チップの上面から一次放射光が放射される。放射された一次放射光の一部は、層１２０の変換材料１２２によって吸収される。その後、変換材料１２２は、一次放射光の吸収に応答して、二次放射光、すなわち、より長い波長のピークを有する変換光を放射する。放射された一次放射光の吸収されない残りの部分は、二次放射光とともに変換層を透過する。レンズ１２４は、吸収されなかった一次放射光および二次放射光を、矢印１２６で示すおよその方向に出力光として導く。したがって、出力光は、チップ１１２によって放射された一次放射光と、変換層１２０によって放射された二次放射光とで構成される複合光である。紫外線を一次光で放射するチップを可視の二次光を放射する１つ以上の変換材料と組み合わせる場合として、一次光のほんの一部、またはそのすべてがデバイスに留まるように変換材料を構成することも可能である。
【００１０】
当業技術分野で公知の前述の装置は、フォトルミネセンス蛍光体層がLED表面に形成されるものであり、いくつかのデメリットがある。フォトルミネセンス蛍光体が機械的、光学的、熱的にLED表面と直に接触していると、フォトルミネセンス蛍光体層を通過して放射伝搬する角度に依存して光路長が大幅に変化するため、均一な色の達成が困難である。さらには、熱せられるLEDの高温が、フォトルミネセンス蛍光体の色座標を不必要に変化させることや、その劣化を生じさせることがある。
【００１１】
これら特定のデメリットを排除するため、われわれは、波長変換器がLEDから離れた白色光源を提案し、その動作原理は図３に説明される。
【００１２】
この原理に従って作られる照明器の構成で、たとえば、米国特許第US ６,６００,１７５ (B１) 号に説明されるものを図４に示す。
【００１３】
この白色光源は、透明な媒体２１１で形成されるシェル２０７を備え、内部体積を有する。媒体２１１は、透明なポリマーやガラスといった、光を透過する任意の適切な材料で形成できる。媒体２１１の内部体積は、ベース２１４に配置された発光ダイオード（LED）２１３チップを備える。第１および第２の電気接点２１６および２１７は、LED ２１３チップの放射側２１８と裏側２１９にそれぞれが接続され、そして第１電気接点２１６の脇にあるLEDの放射側２１８には導体２１２で接続される。光伝達媒体２１１は、蛍光性および／または燐光性のコンポーネントに関連するか、またはそれらの混合物であり、すなわち言い換えれば、LED ２１３の面２１８によって放射される放射光を白色光に変換するフォトルミネセンス蛍光体と言える。
【００１４】
フォトルミネセンス蛍光体は、媒体２１１のシェル２０７に拡散されているか、あるいはシェル２０７の内壁表面上にフィルムコーティング２０９の形態で配置されているか、またはその両方である。あるいは、フォトルミネセンス蛍光体は、アセンブリシェルの外壁上のコーティング（図示せず）でもよいが、当該アウターコーティングが充分に維持管理できる環境（たとえば、擦れや劣化が生じない場合）での使用に限定される。たとえば、フォトルミネセンス蛍光体は、ポリマーまたはガラス溶解において分散でき、ここからシェルを形成してシェルの均質な組成を提供し、シェルの表面全体からの光出力を確保する。
【００１５】
離れた円筒形の変換器を備える細長い白色LED照明器は、米国特許第US７,６１８,１５７ B１号に記載されるように、当業技術分野で公知である。その構成は、図５において線図的に示される。照明器３１０は、リニアヒートシンク３１２、ヒートシンク３１２の長辺に沿ってそのヒートシンクにマウントされた複数のLED ３１４、およびLED ３１４と整列してヒートシンク３１２にマウントされた発光ドーム３１６を備え、LED ３１４に向き合うドーム３１６の断面で半円をなす部位３１８は、フォトルミネセンス蛍光体３２０を備え、LEDからの光で励起される。ヒートシンク３１２は、アルミニウムなどの熱伝導材料で作られる。ドーム３１６はガラスまたはプラスチックといった透明な材料で作られる。フォトルミネセンス蛍光体３２０は、ドームの内側にコーティングとして適用でき、またはコーティング材料に加えることもできる。LEDの両側でヒートシンクに取り付けられたフォトルミネセンス蛍光体のない平坦部位３２６は、たとえば、アルミニウムコーティングの内部反射面３２８を備え、LED ３１４からの光をドーム部位３１８に反射する。
【００１６】
変換層は、フォトルミネセンス蛍光体材料、量子ドット材料、またはこうした材料の組み合わせを備えてもよく、さらには、蛍光体材料および／または量子ドット材料が分散された透明な母材を備えてもよい。
【００１７】
粉末状のフォトルミネセンス蛍光体材料を含む層が入射光を導通、吸収、反射および消散できることは公知である。この層が光を消散させる場合、その散乱光の一部もまた導通、吸収および反射する可能性がある。
【００１８】
この事実から、前記の公知発明で一般的なデメリットは、LED放射光の影響だけでなく、反射したLED放射光の影響でもフォトルミネセンス蛍光体粒子で励起された放射光が部分的にフォトルミネセンス蛍光体層内および装置の内側素子でやむを得ず吸収され、白色光源の効率を低減することである。
【００１９】
Yamada [１]およびNarendran [２]は、波長が約４７０ nmの青色放射光により励起されて黄色い波長域の放射光に変換されるフォトルミネセンス蛍光体YAG:Ceの変換層を伝播して行き来する放射光の部分の割合を特定している。Narendranは、この場合に変換層によって放射および反射される光の６０%を超える部分が励起源に戻り、この光の大部分がLEDアセンブリ内で失われることを証明した [２]。[３]では、光学屈折率１.８のYAG:Ceフォトルミネセンス蛍光体が、フォトルミネセンス蛍光体密度８ mg/cm２で光学屈折率１.６のエポキシ樹脂と混ぜ合わされて、バランスのとれた白色光を作ることができる場合でも、青色と黄色の放射光を含む、後方への放射光と通過した前方への放射光の部分はそれぞれ５３%と４７%であり、一方で黄色の光のみの場合、こうした部分はそれぞれ５５%と４５%であることが証明されている。
【００２０】
したがって、光束における大幅な利得とLED変換白色光源の最大限に可能な効率は、すべての条件を等しくして、LED放射光によって直ちに照射されたフォトルミネセンス蛍光体表面から到来する放射光を離れた変換器へのLED光源の出射孔に導くことにより達成できる。
【００２１】
同様の技術的解決方法が米国特許第US７,２９３,９０８ B２号で提案されており、サイド光放射結合（本特許により完成される）を有する照明システムに関して請求される一実施例は、LEDから離れて光反射器上に配置される変換層を含む。
【００２２】
この装置は、本発明による装置に最も類似しており、したがってプロトタイプとして選択される。
【００２３】
本発明により実施されるサイド光放射結合を有する白色光源の動作原理は、図６に説明され、ここでは、サイド光放射結合を有する照明システムの請求される一実施例の断面を示す。
【００２４】
サイド光放射結合を有する照明システムは、LED ４０２、第１反射器４０４、第２反射器４０６、出射孔４１２、変換層６０２、追加の透明カバー層４０８、および第１反射器４０４から第２反射器４０６を離して支持する支持手段を備える。支持手段は、平坦な透明素子５０２、サイドサポート５０４、およびベース５０６を含む。サイドサポート５０４は、透明であるか、反射するものが好ましい。第１反射器４０４は、ベース５０６に取り付けられる。第２反射器４０６は、透明素子５０２に取り付けられる。変換層６０２は、第２反射器４０６表面に位置し、LED ４０２の動作領域によって放射される一次放射光の少なくとも一部を、一次放射光の波長とは異なる波長の放射光に変換する。
【００２５】
例示目的のため、光線４１４、４１５および４１６を参照して、サイド光放射結合を有する照明システムの動作を説明する。第１色の光線４１４は、LED ４０２の動作領域によって放射され、LED ４０２出力面に向けられる。第１色の光線４１４は、LED ４０２出力面を通過し、透明カバー層４０８に向けられる。第１色の光線４１４は、透明カバー層４０８を通過し、変換層６０２に向けられて、第１色の光線４１４を第１色とは異なる第２色の光線４１５に変換する。第２色の光は、波長変換のポイントからあらゆる方向に放射される可能性がある。第２色の光線４１５は、透明カバー層４０８を通過してから出射孔４１２を抜けて第１反射器４０４に向けられる。第２色の光線４１６が第１反射器４０４によって反射され、平坦な透明素子５０２に向けられる。第２色の光線４１６は、平坦な透明素子５０２を通過して、サイド光放射結合を有する照明システムを抜け出す。
【００２６】
このシステムのデメリットは、開口損失が大きく、支持手段の境界と反射器で光損失が生じることである。
【００２７】
このデメリットを克服するため試みは、異なる公知のサーチライト型白色光源でなされており、米国特許第US ７,８１０,９５６ B２号で説明されている。
【００２８】
図７は、当該装置の構成および動作原理を例示しており、米国特許第US ７,８１０,９５６ B２号において請求される発明の一実施例によるサーチライトランプの断面図である。光源７３０は、止め具７３４および追加のサーマルヒートシンク７３６上に配置される。サーマルヒートシンク７３６には、図７に示すようにフィンを設けてもよい。光源７３０によって放射されて、光源７３０を囲むミラー７３２で反射した光は、光学プレート７３８に照射される。波長変換層７４２は、光源７３０から分離されており、光源７３０からの光を受けることができるように配置される。追加のサーマルヒートシンク７４４は、変換層７４２を冷却できる。集光オプティクス７４０は、光をコリメートする。光源７３０として、波長の短い光、たとえば、青色光や紫外線を生成するLEDを使用できる。光源７３０は、追加の止め具７３４上に配置して、追加のサーマルヒートシンク７３６に取り付けることができる。光学プレート７３８は、光を集光オプティクス７４０に差し向けるように形成してもよい。たとえば、サイド７４８を傾けるか曲げるかして、すべての内部反射で光を集光オプティクス７４０に向けてもよい。
【００２９】
このシステムのデメリットは、開口損失が大きく、光源、ミラーおよび変換層との光学プレートの境界で光損失があり、効率性を奪っていることである。さらには、この平行光学システムから出る光線は、かなり細く、ハロゲンランプを使用しても十分な放射光線の開口角を得られる小型の標準ランプに置き換えてこの照明器を使用することは、受け入れられない。
【００３０】
図８は、また別の公知の白色光源を示し、ここでは特許第US７９７２０３０ B２号に記載されるLEDによって直接照射される離れたフォトルミネセンス変換器の表面によって放射光が放射される。このデバイスは、本明細書のものに最も近い対照物であり、そのため、プロトタイプとして選択される。上記特許に従って組み立てられた白色光源の動作原理は、請求される光源の１つにおける断面図を示す図８によって図説される。光源８１８は、透明な材料で作られたランプシェード８０４と、前記ランプシェード８０４の内側に取り付けられた１つ以上のLED ８０５を備える。蛍光体層８１６は、前記ランプシェード８０４の内側表面に備えられる。LED ８０５は、ケーブルフィードスルー止め具８２０を通るケーブル８１９を介して給電される。この光源は、LED ８０５によって放射される放射光λ１をランプシェード８０４へと導く放物面反射器を、２つ反射器位置実施例８２１a, ８２１bの１つに備えてもよい。第１実施例の場合、反射器８２１aは、LED ８０５の下に取り付けられて、LED ８０５によって放射される放射光をランプシェード８０４に向けて反射し、LED ８０５の放射光がユーザーの目に直接射し込むのを回避する。この設計の利点は、光源８１８によって生成される光８２２の均質な色が保証されることである。第２実施例８２１bの場合、破線で示す反射器がLED ８０５の上側に取り付けられて、光源８１８の開いた側から射し込む放射光を反射する。LED ８０５によって放射される青色放射光λ１は蛍光体８１６によって放射される黄色放射光と組み合わされて、白く見える光源によって生成される光８２２を成す。
【００３１】
前記光源のデメリットは、反射器での光損失が比較的高く（反射器本体による放射光遮断による開口損失および反射器表面材料でのその吸収）、LEDからの除熱が悪いため、光源性能を低減することである。
【００３２】
既存のすべてのLED白色光源に共通する大きなデメリットは、強度が比較的高く波長範囲が４５０-４７０ nmの青色LED放射光がLEDによって励起された蛍光体によって生じる黄色放射光などと混ざることでLED光源の白色放射光スペクトルを成すという、その動作原理上の理由があり、LED光源の強烈な青色放射光（４５０-４７０ nm）が人の目に直接入射すると、人体に有害となる点である。これは、図９で図説されており、最も広く使用されるYAG:Ce蛍光体でコーティングされた典型的な青色窒化物LEDの放射光スペクトルを、人体に無害なものの基準として実際に受け入れられている白熱灯のスペクトルと比較して示している。
【００３３】
LED光源の急速な普及は、主には、心理学的および生理学的状態におけるその「新しい」光の影響について、およびLED放射光の影響を遅らせる可能性の点で、それらの用途における医学的および生物学的な観点への興味が高まっている。この問題の緊急性は、最も普及している蛍光体コートされた白色LEDの放射光スペクトルがその他のタイプのランプのものとは明らかに異なる（４５０-４７０ nm範囲で強いバンドが存在するため）という事実によって生じている。
【００３４】
最近の国際的なLED放射光研究では、直接的なLED放射光が人の生体時計とホルモンシステムに与える影響を示している。この影響は、LEDスペクトルの強い青色成分が原因している。LEDが加熱し、蛍光体層が老化すると、LED白色スペクトルにおける青色のパーセントが増えることになる。青色スペクトル成分は、目の色素（メラノプシン）とホルモンシステムを通じて人の概日リズムに影響を与える。
【００３５】
現在、人の目には次の２つの放射光知覚チャンネルがあると考えられている:
- 周知の３種類のコーン（色の日中視覚）とロッド（グレーの暗所視覚）に関するセンサーとなる光学的なもの、
- 最近発見された [４] 非光学的、または生物学的なチャンネルであり、血液中のメラトニンの分泌を制御する神経節細胞を含むメラノプシンに基づくものであり、それによって活発な状態やリラックスした状態を特定する。誤った照明および、すなわち、生化学的な血液組成の攪乱は、睡眠および精神状態を破壊する場合があり、長期的に晒されると、乳癌の発症を後押しする場合さえある。
【００３６】
したがって、人が人工的な光に長期的に晒される場合には、光のスペクトルとその成分を管理することが極めて重要である。これは、LEDをベースとする光源作りの現在一般に普及した概念が人の目や健康全般に対する安全性を確保していないことを示している。たとえば、イスラエルのハイファ大学、米国の国立地球物理データセンター、およびイタリアの光害研究所からの国際研究チームでは、[５] LED光ランプは、メラトニン（生体時計を制御し、抗腫瘍と免疫刺激の効果を備える）の産生を低減するため、健康にとって最も有害であることを示している。黄色のナトリウムランプもこの効果があるが、５分の１であるため、それほどまでには人の健康に影響しない。
【００３７】
メラトニンは、人の生体時計を制御し、免疫システムにプラス効果があるため、腫瘍の成長を防止する。青色光はメラトニン（たとえば、図１０は、２００４ [６] で得た光スペクトル組成の関数としてメラトニン産生を示す）の産生を抑制することが長く知られているが、上記の研究が初めて、異なる電灯タイプが人体に与える影響を量的なパラメーターで示している。基準として、研究者たちは、高圧ナトリウムランプのメラトニン産生レベルを受け入れている。それらのランプと比較して、LEDのものは、５倍を超えてメラトニン産生を抑制する（単位パワーあたり）。
【００３８】
都市、オフィスおよび集合住宅照明用としてLED光源の使用が増えて、人工照明に人が晒されることが増えたことで、集合住宅と公共ビルの自然、人工および混合照明に対する衛生要件（SanPiN ２.２.１/２.１.１.１２７８-０３）への変更が生じている。新しい規則（SanPiN ２.２.１/２.１.１.２５８５-１０）には白熱灯と放電灯の２つのタイプに対して許容される光源を制限する規定を含まない。その代わり、新しい規則は、色温度の許容範囲、すなわち、２４００から６８００ Kまでを制限する。この規則は、保護エッジを抑えるためにLED光源に対する要件を導入している（ただし、具体的な図はない）。幼児教育施設、学校および専門学校や、ほぼすべての医療機関では、LED光源の使用が禁止されている。新しい規則では、演色が９０を超える光源が使用される場合、照明レベルを１度下げることが許される。
【００３９】
したがって、人に対するLED照明の悪影響を低減する取り組みは、ますます重要となっている。
【００４０】
本発明の主な目的は、離れた変換器LED白色光源の悪影響を低減または排除し、小さな形状の光源でありながら、最大効率を提供し、かつ高い色の均一性と演色を達成することである。
【００４１】
発明者らは、１つ以上のLEDを備える近紫外線または紫の一次放射光源、前記LEDをそこに取り付ける除熱ベース、反射面をLEDに向けて配列した反射器、一次放射光を二次青/薄青色または青/緑色放射光に変換する第１変換層（前記LEDと前記反射器との間に配置される）、および二次放射光を三次の黄色、黄/オレンジ色または赤色放射光に変換する第２変換層（前記第１変換層の脇にあり、前記第１変換層から離れて配置される）からなる光源を提供する。本明細書で特定されるものは、前記除熱ベースの除光開口部を提供することで達成され、ここでは、前記LEDと前記第１変換層は前記開口部付近の前記除熱ベース上に配置されており、さらには、前記LEDによって照射される前記第１変換層表面および前記反射器の表面は凹形状であり、前記凹面は前記一次放射光源と前記開口部を向いており、かつ前記第２変換層は平坦または凸形状であり、前記開口部内または前記開口部の反対側に配置されており、LED発光スペクトルは、前記第１変換層材料の励起スペクトル領域内であり、おそらくは、第１変換層材料の励起スペクトル極大の両側で第１変換層材料の励起スペクトルの半値幅に等しいスペクトル領域内であり、その第１変換層のフォトルミネセンス材料の発光スペクトルの極大は、第２変換層のフォトルミネセンス材料の励起スペクトル領域内であり、おそらくは、第２変換層材料の励起スペクトル極大の両側で第２変換層材料の励起スペクトルの半値幅に等しいスペクトル領域内である。白色光の生成に寄与する光源素子の励起と発光スペクトルのこうした相互的な配置が光源の高効率を提供する。第１変換層の励起スペクトル極大は、４５０-４７０ nm範囲内であり、したがって、第２変換層発光スペクトルの４５０-４７０ nm範囲で有害な青色成分を抑制し、第２変換層発光スペクトル（たとえば、４５０-４７０ nm放射波長のLEDチップが黄色の蛍光体YAG:Ceでコートされる最も広く普及している白色LEDの放射において、わずかに現れる）の範囲４７０+ nmで青/薄青色成分が存在するので、白色光演色を損なうことなく白色光が光源によって生成される（図９）。
【００４２】
発明の開示は、その提案される照明器の断面を線図的に示す図１１に説明される。
【００４３】
この光源は、紫外線または紫のスペクトル領域で発光する１つ以上のLED １を備える一次放射光源、開口部３および前記LED １が取り付けられる表面４のある除熱ベース２、LEDに向いた凹状反射面６のある反射器５、一次放射光８を二次青/薄青色または青/緑色放射光９に変換するための第１変換層７（凹面１０が前記LED １に向いている）、および前記反射面６を向いている第２凸面１１を備え、前記第１変換層７はLED ２と前記反射面６との間に配置され、第２変換層１２は前記開口部３に配置されて二次放射光９を三次の黄色、黄/オレンジ色または黄/赤色放射光１３に変換する。
【００４４】
照明器は次のように機能する： LED １の一次放射光８は変換層７の表面１０に到達し、一部が表面１０から反射して除熱ベース２の開口部３から抜け出し、一部がフォトルミネセンス蛍光体粒子の表面から反射して変換層７で消散され、変換層７材料によって一部が吸収されて二次放射光９に変化する。同時に、光反射表面６に到達した一次放射光８の一部は、変換層７に反射して戻り、そして再び一部が変換層７の材料で吸収されて、変換層７のフォトルミネセンス蛍光体によって二次放射光９に変換される。二次放射光９は、変換層から光源の開口部３に放射されて、一部が第２変換層１２の材料によって吸収されて三次放射光１３に変換され、二次放射光９と混ざることで白色放射光を成し、そのスペクトル分布は、変換層の材料、主には、蛍光体粒子の組成と大きさ、および変換層の厚みに依存する。開口部３に到来するLED １の一次放射光の一部は、第２変換層１２において吸収される。
【００４５】
蛍光体組成の選択は、そのデバイスがLED放射光のカスケード変換に基づき、少なくとも２つの蛍光体を備えるため、極めて重要である。
【００４６】
フォトルミネセンス蛍光体は、通常、希土類元素（ランタニド類）のイオン、あるいは、クロム、チタン、バナジウム、コバルトまたはネオジムといった元素のイオンをドープした光学無機材料である。ランタニド元素は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムである。光学無機材料は次を含む（ただし、これらに限定されない）： サファイア (Al２O３)、ガリウム砒素 (GaAs)、ベリリウム・アルミニウム酸化物 (BeAl２O４)、フッ化マグネシウム (MgF２)、リン化インジウム (InP)、リン化ガリウム (GaP)、イットリウム・アルミニウム・ガーネット (YAG または Y３Al５O１２)、テルビウム含有ガーネット、イットリウム・アルミニウム・ランタニド酸化物化合物、イットリウム化合物、ランタニド・アルミニウム・ガリウム酸化物、酸化イットリウム (Y２O３)、カルシウムまたはストロンチウムまたはハロリン酸バリウム (Ca,Sr,Ba)５(PO４)３(Cl,F)、組成 CeMgAl１１O１９、リン酸ランタン (LaPO４)、ランタニド五ホウ酸材料((ランタニド)(Mg, Zn) B５O１０)、組成BaMgAl１０O１７、組成SrGa２S４、化合物 (Sr,Мg,Ca,Ba)(Ga,Аl,In)２S４、組成SrS、組成ZnSおよび窒化ケイ。
【００４７】
波長が２５０ nmであるか、またはこれに近い紫外線放射によって励起可能なフォトルミネセンス蛍光体には、いくつか典型的なものがある。典型的な赤色発光フォトルミネセンス蛍光体は、Y２O３:Eu+３である。典型的な黄色発光フォトルミネセンス蛍光体は、YAG:Ce+３である。典型的な緑色発光フォトルミネセンス蛍光体は、次を含む：CeMgAl１１O１９:Tb＜３+＞、(ランタニド) PO４:Ce+３,Tb+３およびGdMgB５O１０:Ce+３,Tb+３。典型的な青色発光フォトルミネセンス蛍光体は、BaMgAl１０O１７:Eu+２および (Sr,Ba,Ca)５(PO４)３Cl:Eu+２である。波長域が４００〜４５０ nmであるか、またはこれに近い長波長で励起するLEDの場合、典型的な光学無機材料は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット (YAGまたはY３Al５O１２)、テルビウム含有ガーネット、酸化イットリウム (Y２O３)、YVO４、SrGa２S４、(Sr,Мg,Ca,Ba)(Ga,Аl,In)２S４、SrS、および窒化ケイを含む。波長域が４００〜４５０ nmで励起するLEDの典型的なフォトルミネセンス蛍光体は、YAG:Ce+３、YAG:Ho+３、YAG:Pr+３、SrGa２S４:Eu+２、SrGa２S４:Ce+３、SrS:Eu+２、およびEu+２でドープした窒化ケイを含む。
【００４８】
さらには、青色発光蛍光体は、次で構成されるグループから選択可能である： (Sr１-х-a BaJ３MgSi２O８:Eua (a=０.００２-０.２, x-０.０-１.０); (Sr１-x-aSr)２P２O７:Eua (a=０.００２-０.２, x=０.０-１.０); (Sr１-x-aBax)A１１４O２５:Eua (a=０.００２-０.２, x=０.０-１.０); La１-aSi３N５:Cea (a=０.００２-０.５); (Y１-a)２SiO５:Cea (a=０.００２-０.５); (Ba１-х-aSrx)MgAl１０O１７:Eua (a=０.０１-０.５, x-０.０-０.５)。
【００４９】
本発明は、一般式が (Mg,Ca,Sr)２(PO４)Cl:Eu+２となる新しい青色発光蛍光体を使用する。ただし、Еu+２の濃度は、０.５%から１０%であり、成分は次の比率となる：(Mg: ０.０５-０.２; Ca: ０.６-０.８; Sr: ０.０１-０.２)。これらの比率を変えると、発光スペクトルの極大位置と半値幅を広い範囲で変えることができる。さらに、本発明は、次の特別に合成された新しい高効率青色発光蛍光体を使用できる：
- 発光スペクトル極大が４５０ nmで半値幅が７２ nmのLiCaPO４:Eu、
- 発光スペクトル極大が４６０ nmで半値幅が７５ nmのNaCaPO４:Eu、
- 発光スペクトル極大が４６８ nmで半値幅が８０ nmのKCaPO４:Eu。
【００５０】
４００-４７０ nm範囲またはその近辺での、より長い波長のLED励起用の典型的な光学無機材料は、アルモイットリウムガーネット（YAGまたはY３Al５O１２）、テルビウム含有ガーネット、酸化イットリウム（Y２O３）、YVO４、SrGa２S４、(Sr,Мg,Ca,Ba)(Ga,Аl,In)２S４、SrSおよび窒化ケイを含む。４００-４５０ nm範囲でのLED励起用の典型的な蛍光体は、次を含む：YAG:Ce３+、YAG:Ho３+、YAG:Pr３+、SrGa２S４:Eu２+、SrGa２S４:Ce３+、SrS:Eu２+ およびEu２+でドープした窒化ケイ; (Lu１-x-y-a-bYxGdy)３ (Al１-zGaz)５O１２:Cea３+Prb３+, ただし、０＜х＜１, ０＜y＜l, ０＜z≦０.１, ０＜a≦０.２ および ０＜b≦０.l たとえばLu３Al５O１２:Ce３+およびY３Al５O１２:Ce３+を含む; (Sr１-a-bCabBac)SixNyOz:Eua２+ (a=０.００２-０.２, b=０.０-０.２５, c=０.０-０.２５, x=１.５-２.５, y=l.５-２.５, z=l.５-２.５) たとえば、SrSi２N２O２:Eu２+を含む; (Sr１-u-v-xMguCavBax)(Ga２-y-zAlyInzS４):Eu２+ たとえば、SrGa２S４:Eu２+ および Sr１-xBaxSiO４:Eu２+を含む。
【００５１】
赤色発光蛍光体は、次を含む周知のグループから選択できる：(Sr１-a-b-c BabCac)２Si５N８:Eua (a=０.００２-０.２, b=０.０-１.０, c=０.０-１.０); (Ca１-x-aSrx)S:Eua, (a=０.０００５-０.０１, x=０.０-１.０); Са１-а SiN２:Eua (a=０.００２-０.２); および (Ba１-x-aCax) Si７N１０:Eua (a=０.００２-０.２, x=０.０-０.２５); (Ca１-xSrx)S:Eu２+ ただし ０＜x≦l, たとえば CaS:Eu２+ および SrS:Eu２+; (Sr１-x-yBaxCay)２-zSi５-aAlaN８-aOa:Euz２+ ただし ０≦a＜５, ０＜x≦l, ０≦y≦l および ０＜z≦１, たとえば Sr２Si５N８:Eu２+。
【００５２】
本発明は、一般式が (Ba,Ca,Zn,Eu)２S４ となる特別に合成された新しい赤色発光蛍光体を使用する。ただし、成分は次の比率となる：(Ba: ０.９-１.４; Ca: ０.９-０.４; Zn: ０.０５-０.１５; Eu ０.０２-０.０５)。これらの比率を変えると、発光スペクトルの極大位置と半値幅を広い範囲で変えることができる。
【００５３】
フォトルミネセンス蛍光体を使用可能で、量子ドット材料 - 無機半導体微粒子は約３０ nm未満とする。典型的な量子ドット材料は、CdS、CdSe、ZnSe、InAs、GaAsおよびGaNの粒子を含む（ただし、これらに限定されない）。量子ドット材料は、１波長の光を吸収して、粒子寸法、粒子表面の特性、および無機半導体材料に応じて、異なる波長の光で再放射できる。
【００５４】
変換層は、フォトルミネセンス蛍光体材料または量子ドット材料の１タイプと、フォトルミネセンス蛍光体材料および量子ドット材料の混合物との両方を含むことができる。放射される白色光のスペクトル領域を幅広くとること（高い演色）が望ましい場合、当該材料の複数の混合物を使用することが適切である。高い演色評価数を有する温かい白色光を得るための典型的なアプローチの１つは、InGaN LEDの放射光を、黄色と赤色の変換フォトルミネセンス蛍光体を混ぜた放射光と混ぜ合わせることである。変換層は、LEDによって放射される光を吸収してより長い波長の光を放射する複数のフォトルミネセンス蛍光体を含むことができる。たとえば、青色LEDの場合、変換層は、黄色光を放射する単一のフォトルミネセンス蛍光体か、または赤色光と緑色光を放射する複数のフォトルミネセンス蛍光体を含むことができる。紫外線LEDの場合、変換層は、青色光と黄色光を放射するフォトルミネセンス蛍光体か、または青色光、緑色光、赤色光を放射するフォトルミネセンス蛍光体を含むことができる。照明器から放出される混合光の色座標と演色係数を制御するため、別の色を放射するフォトルミネセンス蛍光体を追加してもよい。
【００５５】
長波長の発光蛍光体（たとえば、赤色）と短波長の発光蛍光体（たとえば、緑/黄色）の発光スペクトルの重ね合わせによって生じる蛍光体のカスケード相互作用は、最終的に短波長（緑/黄色）の光子のエネルギーを再吸収して長波長（赤色）を放射することになり、LEDの効率を損ね、白色演色評価数を低減する（たとえば[７]を参照）と一般的に考えられている。図１２は、光子再吸収が効率と白色演色評価数に及ぼす影響を図説している。この特定の例では、緑/黄色量子のエネルギーが赤色光子に変換されて、緑/黄色発光蛍光体と青色LED（緑/黄色発光蛍光体を励起する）の発光バンド間のギャップの裾幅が増加する。これは、演色評価数に悪影響を及ぼす。したがって、短波長と長波長の発光蛍光体の相互作用は最小限にすべきであるというのが、一般的な意見である。
【００５６】
しかしながら、第１変換層発光スペクトルのピークが４５０-４７０ nm範囲で第２変換層励起スペクトルのピークと同時に生じる場合、白色演色評価数を妥協することなく、有害な青色成分が第２変換層発光スペクトルの４５０-４７０ nm範囲、すなわち、光源によって生成される白色光で最大限に抑制される。図１３は、「白色」LEDで最も広く使用されるYAG:Ce３+発光蛍光体の励起と発光スペクトル、およびYAG:Ce３+の長波長励起バンドピークとほぼ同時となる４６８ nm（発光スペクトル半値幅が８０ nm）に発光スペクトルピークを有する新しく特別に合成されたКСаРО４:Eu２+発光蛍光体の発光スペクトルを示す。
【００５７】
LED UV放射光から発光蛍光体青色放射光へ、そして黄色放射光への変換が続くカスケード変換に基づく光源の効率は、青色LED放射光による黄色発光蛍光体の直接励起のものにわずかに劣るのみである。発明者らは、青色放射光スペクトルのピークが４５０ nmで半値幅が７０ nmを有するUV励起のCa２(PO４)Cl:Eu+２発光蛍光体が、励起バンドを４５０-０.０５ nmから４７５+０.０５ nmに有するガーネット発光蛍光体を励起する実験を行った。
【００５８】
比較データが表１にまとめられており、これらの発光蛍光体の励起および異なる波長λLEDのLED放射光で組み合わせた結果として生じる放射強度Lを示す。ただし、LMgOはMgOコートされた白色表面の照射によって生成されたLED放射光の較正強度である。
【表１】
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【００５９】
変換層は、LEDと発光蛍光体放射光に対して光学的に透明な材料に分散させた形態で作られることが最も多い。
【００６０】
透明な母材には、ポリマーと無機材料を含むことができる。ポリマー材料は次を含む（ただし、これらに限定されない）： アクリレート、ポリカーボネート、フルオロアクリレート、ペルフルオロアクリレート、フルオロホスフィネート・ポリマー、フルオロシリコーン、フルオロポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ゾルゲル、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、熱収縮性プラスチックおよびシリコーン。含フッ素ポリマーは、４００ nmよりも短い波長の紫外線領域および７００ nmよりも長い波長の赤外線において、それらの波長領域での光吸収が低いため、特に有用である。典型的な無機材料は次を含む（ただし、これらに限定されない）： 二酸化ケイ素、光学ガラス、およびカルコゲナイド・ガラス。
【００６１】
変換層のフォトルミネセンス蛍光体は、液状のフォトルミネセンス蛍光体懸濁から微粉化、ペースト化、沈着、電気的内方浸透により、光反射器の表面にコーティングとして共形を成して適用できる。フォトルミネセンス蛍光体を有する反射器のコーティングに関する問題の１つは、特にその反射器が非平面状の表面、たとえば、円筒形状や半球状を有する場合に、均一で再現性のあるコーティングを反射器に適用することである。微粉化、ペースト化、沈着による手段を適用する場合は、液体懸濁液を使用してフォトルミネセンス蛍光体粒子を基板に適用する。コーティングの均一性は、懸濁液の粘度、懸濁液の粒子濃度、ならびに周囲温度および湿度といった環境因子に大きく依存する。乾燥前の懸濁液の流れ、およびコーティング厚の毎日の変化に起因するコーティング不具合は、一般的な問題として区分される。
【００６２】
ある場合には、コーティング材料、たとえば、押出成形の透明プラスチック（ポリカーボネート、PET、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルなど）の中にフォトルミネセンス蛍光体を添加することが望ましい。この場合、変換層は、シート状にあらかじめ製造してもよく、その後、望ましい形状に熱モールドされる。モールド前に、たとえば、アルミニウムまたは銀でできた光反射コーティングを真空蒸着によりシートの一表面に適用することもできる。
【００６３】
放熱器と共形に予成形された反射面の変換層は、たとえば、シリコーン接着剤を変換層と放熱器の反射面との間に配置して取り付けることができる。この場合、接着剤層は、たとえば、変換層よりも薄くでき、変換層からの除熱への大きな熱抵抗をもたないようにする。
【００６４】
照明器の具体的な実施例の１つでは、予成形されたシートが使用されており、真空熱蒸着で適用された薄いアルミニウム層（０.５ μm）のある銅または真ちゅうの円筒形反射器に貼り付けられる。フォトルミネセンス蛍光体、表面活性剤（界面活性剤）およびポリマーの懸濁液を準備するため、有機溶媒を使用する。そして、懸濁液は、押し出しまたはモールド鋳造によりシート状に形成でき、または平坦基板（たとえば、ガラス）上に注いでから乾かしてもよい。結果的なシートは、一時的な基板から分離し、溶媒またはシアノアクリレート接着剤を使用して、反射器に取り付けることができる。シートでコートされた反射器は、４８０°Cで加熱されるとポリマーマトリックスが焼け落ちて、フォトルミネセンス蛍光体コーティングが残る。
【００６５】
具体的な例では、塩化メチレンのポリカーボネート溶液のイットリウム・ガドリニウム・セリウムアルミニウムガーネット (Y,Gd,Ce)３Al５O１２をベースとする試験的なフォトルミネセンス蛍光体粒子の懸濁液から、図１４に示すように、異なる厚みのシートが押出成形された。変換層は、照明器の開口部から抜け出す混合白色光における必要な色座標値を達成するため、十分な厚みが必要である。効果的な厚みは、使用されるフォトルミネセンス蛍光体での光学散乱プロセスに基づいて定義され、たとえば、５〜５００ μmの間、ほとんどの場合、１００〜２５０ μmの間の範囲である。
【００６６】
シートは、反射器をイソプロパノールで湿らせて、望ましい形状の雄型を使用して圧をかけて円筒形反射器に固定された。溶媒は、シートを柔らかくし、下側から気泡を絞り出すことができ、反射器へのシートの完全な接着を確保する。コートされた反射器は、空気中４８０°Cで焼きなましてポリマーを焼き払うと、フォトルミネセンス蛍光体で覆われた円筒形反射器となる。形状があまり複雑でない反射器は、透明なシリコーンバインダーとのフォトルミネセンス蛍光体の混合物でコートしてから、その混合物を焼きなましてもよい。この場合、シリコーンバインダーは焼きなましで除去されない。青色光をオレンジ-赤色光に変換するフォトルミネセンス蛍光体は、空気中で４８０°Cに加熱されると、完全に役に立たなくなるまで劣化する可能性があることに注意する必要がある。この場合、より低い燃焼温度のその他のポリマーを使用する必要がある。ある実施例では、燃焼温度は、２６０°Cから５４０°Cの範囲である。
【００６７】
一部のタイプのフォトルミネセンス蛍光体（硫化物など）は、湿気の影響で破損する傾向があるため、変換層の表面を透明保護層でさらにコートして、変換層内への湿気および／または酸素の侵入を防いでもよい。保護層は、湿気および／または酸素が変換層に抜けることを防ぐ任意の透明な材料で作ることができ、たとえば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化アルミニウムといった無機材料、および有機ポリマーまたはポリマー層と無機層の組み合わせで作ることができる。保護層の好ましい材料は、二酸化ケイ素および窒化ケイ素である。
【００６８】
保護層は、大気とのフォトルミネセンス蛍光体粒子の境界が光学的に透明でもよいし、この境界でのLED一次放射光の反射光およびフォトルミネセンス蛍光体の二次放射光を低減してもよく、その粒子におけるフォトルミネセンス蛍光体の自己放射光の吸収損失を低減することで、照明器の効率を向上できる。
【００６９】
保護層は、フォトルミネセンス蛍光体粒子の表面処理仕上げで適用することもでき、これにより、粒子表面にケイ酸亜鉛のナノサイズ５０〜１００ nmフィルムを形成させるなどして、フォトルミネセンス蛍光体粒子の境界を透明にする。
【００７０】
変換器７の表面１０および反射器５の表面６は、軸対称の形状（球体、楕円体、放物体など）または表面対称形（円筒形など）に形成でき、たとえば、除熱ベース２の開口部３の平面に平行な平面によって切断される。この場合、LED １は、除熱ベース２の前記表面が変換器７の前記表面１０と交わる従来のラインの付近に沿って位置する。
【００７１】
第２変換器は、平坦または凸形状でもよく、そして透明プラスチック、ガラスまたはセラミックのキャップ（キャップ体積全体に分散されるか、前記キャップの内面上へ層状に沈着されたフォトルミネセンス材料を含む）の形態でもよく、しっかりと開口部を閉じて、変換層を湿気および/または酸素から保護するものとし、ここで、光源の内部体積は、不活性雰囲気で満たされるか、または真空にしてもよい。
【００７２】
変換器の表面１０形状の最適化、および放射指向性図に基づくLED位置の最適化により、さまざまな角度での変換器表面１０へのLED放射光の入射、および変換器７の空洞内の反射光の再分布（開口部から抜け出す前）によって照明器を抜け出す放射光の色の均一性と角度分布を向上できる。
【００７３】
仕様から分かるように、UV LEDs SL-V-U４０ACのSemiLEDsチップや、CREEによって製造されるEZBright１０００ファミリーチップの場合、LEDチップの放射指向性図は、ランバート分布（LEDチップの表面に９０°の傾斜角のある光円錐）を有するか、または、たとえば、LEDチップ表面上に形成された量子サイズの格子構造を使用して放射光が結合される場合、角度α ＜９０°の小さな円錐に制限される。
【００７４】
この場合、LEDは、そのLED放射指向性図の軸が反射器の対称軸と角度β ≧ ９０° - α/２で交差するように除熱ベース上に配置できる。
【００７５】
しかしながら、LED一次放射光の比較的小さな一定部分は、照明器の開口部から直接外向きに伝播し、そしてLED光がユーザーの眼に直接入る可能性を回避するため、熱伝導ベース２が突出部１３を備えて、照明器の外に一次放射光が直接生じるのを遮り、第１変換層７の表面１０をバイパスさせてもよい。LED一次放射光のより完全な利用を確保するため、熱伝導ベース２の前記突出部１３は、追加の反射器である平坦なミラー部１４を備え、そこに当たる一次放射光を第１変換層７の表面１０に差し向ける。
【００７６】
追加の反射器を備える照明器の実施例が、平坦（図１４-１）および凸形（図１４-１）の第２変換層１２を備える２つのバリアントについて、より詳しく図１５において線図的に示される。
【００７７】
本実施例の照明器は、図１１に示されて、図１１と同様に番号を振った素子に加えて、反射コーティング１５を有する突出部１４を含む。
【００７８】
追加の反射器を備える照明器の別の具体的な実施例は、図１６に詳細が示され、ここでは、固定LED １を備えるベース２の領域における照明器の拡大断面図を示し、対応するコンポーネントは、図１５と同様に番号が振られる（縮尺は異なる）。
【００７９】
追加の反射器は、傾斜面１７（たとえば、軸対称形状の変換器の場合、円錐台面は底面側を上にして置く）がLEDチップ１と第１変換層７との間に配置され、そこからの反射光が、LEDチップ１放射光のそこに当たる部分をほぼ完全に反対側の第１変換層７に反射できるようにして、照明器を抜け出す放射光を均質化する。
【００８０】
LEDと変換層によって放射される光の反射を増やすため、放熱器の反射面は、研磨または艶消しなどを施して放射光を均質化でき、そして高い光反射率のコーティングで覆うことができる。光反射器の表面は、放熱器からは離れているが、熱伝導体層を通じて熱的接触を維持している別のミラーとして作ることもできる。高反射コーティング用の適切なコーティングと材料の例は、銀、アルミニウム、ダイクロイックコーティング、アルミニウムの反射係数を高めるためにダイクロイックコーティングと組み合わせたアルミニウム、およびゾルゲル法で成形された酸化チタンおよび酸化アルミニウムなどの材料を含む。
【００８１】
照明器の本実施例では、LEDチップ１は、LEDチップ１表面の法線が反射器６（半球状ガラスキャップ１９の内面に真空熱蒸着で適用される０.１５-０.２ μm厚の反射アルミニウムまたは銀フィルムとして作られる）の対称軸と平行（または小さな角度を成す）になるようにベース２上に配置され、伸縮性のある耐熱性化合物１８でアルミニウムの半球状キャップ２１に接着され、これが、導体１６および金属コーティング１７を有するポリイミドリボン１６を用いて並列に接続されるLEDチップ１用の第２共通電極として機能する。光反射率を増強するため、ポリイミドリボン上の金属コーティング１７は、薄いアルミニウム層でコートされて、電気接点であると同時に反射器としてもさらに機能する。LEDのこのレイアウトにより、それらの一次放射光は、観察者の目に直接入ることはない。
【００８２】
第１電極はベース２であり、ここにはLEDチップ１がハンダ付けされ、そして放熱器２４は、ベース２と電気的および熱的に接触する。電力は、反射器６の対称軸と軸方向に整列してキャップ２１の頂部に溶接（またはハンダ付け）されて、放熱器２４の内面２３の電気的に絶縁された穴を通じて放熱器本体の上部（図示せず）に作られた対応する空洞に位置する給電ドライバに接続される、中央円筒形出力（図１５には図示せず）によって、キャップ２１に供給される。
【００８３】
半球状キャップ２１は、耐熱性かつ熱伝導性のある化合物２２で放熱器２４本体の内面２３に結合される。
【００８４】
半球状キャップ１９は、熱伝導セラミックで作ることもできる。半球状キャップ２１は、ステンレス鋼、銅、真ちゅう、コバール、または同様の材料で作ることもできる。
【００８５】
キャップ２１が、コバールまたは相対的に良好な熱伝導性と相対的に低い熱膨張係数を有する別の同様な合金で作られており、その係数が第１変換層７で使用されるフォトルミネセンス蛍光体の熱膨張係数に近い場合、照明器の設計を簡易化できて安価に作ることができ、キャップ１９なしで作ることができる。このためには、反射アルミニウムまたは銀フィルムをコバールキャップ２１の内面に真空熱蒸着（または別の方法）で適用し、直接または中間薄膜誘電体コーティングを介してから、上述の方法の１つを使用してフォトルミネセンス蛍光体層を沈着する。
【００８６】
キャップ２１がアルミニウム、ステンレス鋼、銅、真ちゅうまたは相対的に高い熱膨張係数を有する同様な材料で作られており、その係数がフォトルミネセンス蛍光体フィラーの入ったプラスチックでできた第１変換層７の熱膨張係数に近い場合、照明器は、キャップ１９なしで作ることもできる。このためには、キャップ２１の内面を研磨するか、真空熱蒸着で反射アルミニウムまたは銀フィルムを適用するか、その両方を行い、直接または中間薄膜誘電体コーティングを介してから、予成形されたプラスチックの第１変換層７を結合する。
【００８７】
LEDチップ１および配線端子１６は、LEDアセンブリの製造に適用される既知の技術を使用して、光学化合物２５でシールしてもよい。
【００８８】
放熱器２４は、銅またはアルミニウムといった任意の適切な材料で作ることができる。放熱器は、熱伝達面を大きくするため、図１７に示すように、リブを設けてもよく、ここでは、光源が標準ベース２６と一体型電源ユニット２７のあるランプを成して示されている。
【００８９】
図１４に示したものと同様のシートについては、発明者らは、（１）反射器として３Мによって製造されたVikuiti（登録商標） ESRと組み合わせて第１変換層として機能する青色蛍光体КСаРО４:Eu２+、および（２）第２変換層として機能する黄色蛍光体YAG:Ce３+を使用するポリカーボネート複合材をベースに半円筒形フォトルミネセンス変換器のサンプルを成形した。本発明によると、これらの変換器の組み合わせは、その周辺に配置されるLEDチップ（例、SemiLEDsによって製造された３７５ nm波長のSL-V-U４０AC）による第１変換器の励起中、第１変換器の放射光によって励起される第２変換器により効率的な白色光の発光を提供し、変換シートの厚みに応じて、その光パワーは、約１００ lm/Wとなる。
【００９０】
参考文献
１．Yamada, K., Imai, Y. and Ishii K., "Optical Simulation of Light Source Devices Composed of Blue LEDs and YAG Phosphor," J. Light & Vis. Env. ２７(２), ７０-７４ (２００３).
２．Narendran, N., Gu. Y., Freyssinier, J., Zhu, Y., "Extracting Phosphor-scattered Photons to Improve White LED Efficiency," Phys. Stat. Sol. (a) ２０２(６), R６０-R６２ (２００５).
３．Zhu Y., N. Narendran, and Y. Gu. "Investigation of the optical properties of YAG:Ce phosphor". Sixth International Conference on Solid State Lighting. Proceedings of SPIE. ６３３７, ６３３７０S (２００６).
４．G.C.Brainard, J.P.Hanifin, J.M.Greeson et al. J.of Neuroscience ２１(１６), ６４０５ (２００１)
５．Fabio Falchi, Pierantonio Cinzano, Christopher D. Elvidge, David M. Keith, Abraham Haim, "Limiting the impact of light pollution on human health, environment and stellar visibility". Journal of Environmental Management, v.９２, N１０, pp.２７１４-２７２２ (２０１１).
６．Hollan J. ２００４. Metabolisminfluencing light: measurement by digital cameras. Poster at "Cancer and Rhythm", Oct.１４-１６, Graz, Austria, ２００４. (http://amper.ped.muni.cz/noc/english/canc_rhythm/g_camer.pdf)
７．特許第US７２５０７１５B２号。
【図２】
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【図４】
2015508572.tif 000005
【図５】
2015508572.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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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１】
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【図３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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