特許 6045079 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6045079

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21K 9/64 20160101AFI20161206BHJP

   F21V 9/16 20060101ALI20161206BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20161206BHJP

   F21V 7/22 20060101ALI20161206BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20161206BHJP

【ＦＩ】

   F21K9/64

   F21V9/16 100

   F21V29/503

   F21V7/22 300

   F21Y115:10

【請求項の数】13

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-549382(P2013-549382)

(86)(22)【出願日】2011年12月20日

(65)【公表番号】特表2014-505982(P2014-505982A)

(43)【公表日】2014年3月6日

(86)【国際出願番号】RU2011001006

(87)【国際公開番号】WO2013039418

(87)【国際公開日】20130321

【審査請求日】2014年11月27日

(31)【優先権主張番号】2011100487

(32)【優先日】2011年1月13日

(33)【優先権主張国】RU

(73)【特許権者】

【識別番号】513179248

【氏名又は名称】ザクリトエ アクツィオニェルノエ オブシェスティヴォ ≪ナウシノ−プロイズヴォズヴェナヤ コンメルシェスカヤ フィルマ ≪エルタン リミテッド≫

【氏名又は名称原語表記】ＺＡＫＲＹＴＯＥ ＡＫＴＳＩＯＮＥＲＮＯＥ ＯＢＳＣＨＥＳＴＶＯ ＮＡＵＣＨＮＯ−ＰＲＯＩＺＶＯＤＳＴＶＥＮＮＡＹＡ ＫＯＭＭＥＲＣＨＥＳＫＡＹＡ ＦＩＲＭＡ ＥＬＴＡＮ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100089196

【弁理士】

【氏名又は名称】梶 良之

(74)【代理人】

【識別番号】100104226

【弁理士】

【氏名又は名称】須原 誠

(72)【発明者】

【氏名】ウラシュク ヴラジーミル ニコラエヴィッチ

【審査官】 田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０５９６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０４５３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４９１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０８８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１１３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８７９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７６９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０８５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３５４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１４９２８３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｋ ９／６４

Ｆ２１Ｖ ７／２２

Ｆ２１Ｖ ９／１６

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一または複数の発光ダイオードからなる一次放射線源と、
前記発光ダイオードが固定される表面を有する熱除去基部と、
表面に当たる前記発光ダイオードの前記一次放射線を二次放射線へ変換する変換材料層として設計された放射線変換器と、
当たる放射線を反射する表面を有するリフレクタと、
を備え、
前記放射線変換器は、前記一次放射線源及び前記反射面近傍の前記リフレクタとの間に位置付られ、
前記リフレクタ及び前記変換器は、前記一次放射線源から所定の距離で位置しており、
前記熱除去基部は、放射出力のための開口部を有しており、
前記発光ダイオードにより照射される前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、凹状を有し、この凹部は前記開口部と前記発光ダイオードに対向し、
前記発光ダイオードは、前記開口部の周囲の近くに配置され、
前記一次放射線が照射される前記変換器の凹面の反対側にある、当該変換器の凸面と、前記リフレクタの前記凹面とは、光学的に透明な媒体で区切られている、照明装置。

【請求項2】

一または複数の発光ダイオードからなる一次放射線源と、
前記発光ダイオードが固定される表面を有する熱除去基部と、
表面に当たる前記発光ダイオードの前記一次放射線を二次放射線へ変換する変換材料層として設計された放射線変換器と、
当たる放射線を反射する表面を有するリフレクタと、
を備え、
前記放射線変換器は、前記一次放射線源及び前記反射面近傍の前記リフレクタとの間に位置付られ、
前記リフレクタ及び前記変換器は、前記一次放射線源から所定の距離で位置しており、
前記熱除去基部は、放射出力のための開口部を有しており、
前記発光ダイオードにより照射される前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、凹状を有し、この凹部は前記開口部と前記発光ダイオードに対向し、
前記発光ダイオードは、前記開口部の周囲の近くに配置され、
前記熱除去基部は、一次放射線が前記開口部へ直接出力されるのを防ぐ突起部を備え、
前記熱除去基部の前記突起は、そこに当たる前記一次放射線を前記変換器の前記反対側の表面へと導く平坦なミラー部を備える、照明装置。

【請求項3】

一または複数の発光ダイオードからなる一次放射線源と、
前記発光ダイオードが固定される表面を有する熱除去基部と、
表面に当たる前記発光ダイオードの前記一次放射線を二次放射線へ変換する変換材料層として設計された放射線変換器と、
当たる放射線を反射する表面を有するリフレクタと、
を備え、
前記放射線変換器は、前記一次放射線源及び前記反射面近傍の前記リフレクタとの間に位置付られ、
前記リフレクタ及び前記変換器は、前記一次放射線源から所定の距離で位置しており、
前記熱除去基部は、放射出力のための開口部を有しており、
前記発光ダイオードにより照射される前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、凹状を有し、この凹部は前記開口部と前記発光ダイオードに対向し、
前記発光ダイオードは、前記開口部の周囲の近くに配置され、
前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、前記熱除去基部における前記開口部の平面に平行な面によって切断された面対称の図形として形成され、
前記発光ダイオードは、各発光ダイオードの放射指向性図の軸が、前記発光ダイオードのそれぞれの前記指向性図の半値幅と９０°との差と等しいかそれよりも小さな角度で前記リフレクタの対称軸に交差するように、前記熱除去基部に固定される、照明装置。

【請求項4】

一または複数の発光ダイオードからなる一次放射線源と、
前記発光ダイオードが固定される表面を有する熱除去基部と、
表面に当たる前記発光ダイオードの前記一次放射線を二次放射線へ変換する変換材料層として設計された放射線変換器と、
当たる放射線を反射する表面を有するリフレクタと、
を備え、
前記放射線変換器は、前記一次放射線源及び前記反射面近傍の前記リフレクタとの間に位置付られ、
前記リフレクタ及び前記変換器は、前記一次放射線源から所定の距離で位置しており、
前記熱除去基部は、放射出力のための開口部を有しており、
前記発光ダイオードにより照射される前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、凹状を有し、この凹部は前記開口部と前記発光ダイオードに対向し、
前記発光ダイオードは、前記開口部の周囲の近くに配置され、
前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、前記熱除去基部における前記開口部の平面に平行な面によって切断された面対称の図形として形成され、
前記発光ダイオードは、各発光ダイオードの放射指向性図の軸が、前記リフレクタの対称軸に対して平行かまたは鋭角をなすように、前記熱除去基部に固定され、
前記変換器の前記表面と前記発光ダイオードとの間の前記熱除去基部は、そこに当たる一次放射を前記変換器における反対側の表面へと導く傾斜した反射鏡部を備える、照明装置。

【請求項5】

前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、前記熱除去基部における前記開口部の平面に平行な面によって切断された軸対称の図形として形成される、請求項１または２に記載の照明装置。

【請求項6】

前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、前記熱除去基部における前記開口部の前記平面に垂直な主軸を有する球体または放物体として形成される、請求項５に記載の照明装置。

【請求項7】

前記図形は、回転楕円体である、請求項５に記載の照明装置。

【請求項8】

前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、前記熱除去基部における前記開口部の平面に平行な面によって切断された面対称の図形として形成される、請求項１または２に記載の照明装置。

【請求項9】

前記変換器の前記表面及び前記リフレクタの前記表面は、前記熱除去基部における前記開口部の前記平面に垂直な対称軸を有する、平面で切断された円柱として形成される、請求項３、４、８のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項10】

前記熱除去基部は、一次放射線が前記開口部へ直接出力されるのを防ぐ突起部を備える、請求項１、３、４のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項11】

前記リフレクタの前記表面は、リブ付き外面を有する熱取出放熱器の内面である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項12】

前記変換器の前記表面と前記リフレクタの前記表面が複数の平坦なファセットまたはセグメントから構成される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項13】

前記一次放射線源の前記熱除去基部は、前記リフレクタと一体である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気・電子機器に関連し、とりわけ変換フォトルミネセンス蛍光の変換によるＬＥＤに基づく白色光源に関連している。

【背景技術】

【0002】

効率的なＬＥＤ、特に窒化物（ＩｎＧａＮ系）の開発における最近の進歩のおかげで、当技術分野で知られているすべての白色光源の達成可能な限り最高の効率のため、固体照明技術は、白色照明市場を制覇し始めている。線形照明や街路照明など、比較的大きく、激しく加熱されるＬＥＤは、熱の効率的な除去を容易にするように分配することができるため、ＬＥＤによる解決策が広く、照明装置に使用されている。省エネ問題を解決するための重要な見通しの観点から、スモールフォームファクタと高い光束を有する標準的な白熱灯やハロゲンをＬＥＤに交換するための開発は、最も重要な科学的、技術的課題の一つであるが、しかしながら、その解決策は、制御電子回路（ドライバ）をインストールするための限られた空間と、このようなランプのＬＥＤが放出する熱を除去するための比較的小さな表面積によって著しく妨げられる。

【0003】

白色ＬＥＤは多くの場合、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体でコーティングされた青色ＬＥＤを含む。ハイパワー（１ワット以上）の複数の青色ＬＥＤは３０〜４５％程度の効率を有し、それぞれに適用されるワットから約５５０から７００ｍＷがユニットの加熱に割り当てられる。さらに蛍光体は、白色ＬＥＤで、青色光が黄色光に変換する際に、入射光エネルギーの約２０％が、蛍光体の加熱に費やされると考えられている。技術仕様は、青色ＬＥＤ放射電力損失が２５℃〜１２５℃の温度で約７％、白色ＬＥＤの電力損失は、同じ温度約２０％であることを示唆する。それゆえ、高出力の白色ＬＥＤは、熱や光束に実質的な限界がある。本発明の目的は、既知の技術的解決法が克服した、スモールファクタのＬＥＤランプを提供し、標準電球に差し替えることである。

【0004】

標準的な白色光ランプに取って代わるよう設計されたＬＥＤランプの構造はＬＥＤチップに基づいている。白色光は、ＬＥＤチップから放出された放射線の混合と、青、緑および赤、または青およびオレンジなどの異なる光色の混合の結果である。

【0005】

しかし近年では、黄色またはオレンジ色（赤色）の光を放射し、ＬＥＤチップの青色や紫外線を吸収する光輝性蛍光体変換を伴うＬＥＤの白光源が最も広く普及している。図１は、この種の白色光源の動作原理を説明するための図である。

【0006】

この装置は、比較的長波の第二の放出に対する反応として、前述の比較的短波の照射を受け、特定の比較的短波放射が活性化され、放出される主に比較的短波放射と変換光輝性蛍光体媒体を放出するＬＥＤチップを構成する。特定の実施形態では、チップからの青色モノクロまたはＵＶ放射線放出は、ポリマーマトリックス中の有機および／または無機蛍光体（蛍光体光輝）にチップを配置することによって白色光に変換される。

【0007】

図２は、米国特許６，３５１，０６９に記載されている、既知の光輝蛍光体の変換を伴う白色ＬＥＤ光源を示している。

【0008】

白色光源１１０は、ＬＥＤチップ１１２窒化物を含んでおり、励起されると、プライマリ青色放射線を放出する。チップ１１２は、反射カップ１１４の導電性枠上に配置され、電気導体１１６及び１１８に接続されている。導体１１６および１１８は、チップ１１２に電力を提供する。チップ１１２は、放射１２２の波長を変換する変換材料を含む透明樹脂層１２０で覆われている。層１２０を形成するために使用される変換材料の種類は、材料１２２によって生成される二次放射線の求めるスペクトル分布に応じて適宜選択することができる。チップ１１２及び蛍光体層１２０は、レンズ１２４で覆われている。レンズ１２４は通常、透明なエポキシ又はシリコンで作られる。白色光源を使用する場合は電圧が、一次放射線がチップの上面によって放出される、チップ１１２に供給される。放出された一次放射は、層１２０における変換材料１２２によって一部吸収される。その後、一次光の吸収に応答して変換材料１２２は、二次放射線を放出する、すなわち、より長い波長のピークを有する光を変換する放出された一次放射の残りの未吸収部分は、二次放射線と共に変換層を透過する。レンズ１２４は、出射光として矢印１２６で示した一般的な方向に吸収されていない一次放射線と二次放射線を導く。従って、出射光は、チップ１１２から放出された一次放射線と変換層１２０によって放出される二次放射線から構成される複雑な光である。変換材料はまた、装置内に残る少量のみ、あるいはすべての一次光は、可視である二次光を放出する二つ以上の変換材料と組み合わせた第一のＵＶ光を発するチップの場合のように構成することができる。

【0009】

ＬＥＤ表面に形成されているフォトルミネセント蛍光体層を含む、当該技術分野で知られている上述の装置は、いくつかの不利な点がある。光ルミネセント蛍光体が光ルミネセント燐光体層を介して放射伝搬の角度に応じて光路長の大幅な変化によるＬＥＤの表面と直接、機械的、光学的及び熱的に接触しているときの色均一性を達成することは困難である。さらに、加熱ＬＥＤの高温は望ましくない色が光輝蛍光体の座標の変更や劣化につながることがある。

【0010】

指定された不利な点を解消するために、我々は、ＬＥＤから離れた波長変換器を伴う白色光源を提案し、その動作原理を図３にて説明する。照明の配置は、この原則に従って構築されており、例として米国特許６，６００，１７５（Ｂ１）を図４に示す。この白色光源は、内部容積を有する透明媒体２１１によって形成されたシェル２０７を備える。媒体２１１は例えば、透明なポリマーまたはガラス等の光を透過する任意の適切な材料で形成することができる。媒体２１１の内部容積は、ベース２１４に載置された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ２１３を備えている。第一及び第二の電気的接点２１６および２１７は、ＬＥＤ２１３チップの２１８と２１９それぞれの放射面と裏面、また導体２１２による第一の電気的接点２１６に隣接してＬＥＤ２１８の放射面に接続されている。媒体２１１を透過した光は、その蛍光及び／又は燐光成分、またはそれらの混合物、または、白色光にＬＥＤ２１３の側面２１８によって放出される放射線に変換するフォトルミネセンス燐光体媒体に関連付けられている。フォトルミネセント蛍光体は、媒体２１１のシェル２０７内で散乱、および／またはシェル２０７の表面の内壁にフィルムコーティング２０９の形態で配置される。あるいは光ルミネセント蛍光体は、外部被覆が十分に維持されている場合（例：摩擦や劣化の対象とならない）のように、シェルが単独にある環境下でアセンブリシェルの外壁上でコーティングされる（図示せず）。例えば、フォトルミネセント蛍光体は、ポリマーやガラス溶解物中に分散させることができ、シェルは、そこからシェルの均一な組成物を提供し、シェルの全表面からの光出力を確保するために形成される。

【0011】

リモート円筒形変換機を持つ細長い白色ＬＥＤ照明は、米国特許ＵＳ７，６１８，１５７（Ｂ１）に記載の技術で知られている。その構成は、概略的に図５に示す。照明器３１０は、線形ヒートシンク３１２を備え、ＬＥＤ３１４は、複数のヒートシンクの長辺に沿ってヒートシンク３１２に装着され、発光ドーム３１６はＬＥＤ３１４に対面して位置するドーム３１６の半円形部分３１８は、ＬＥＤの光に励起される光輝蛍光体３２１０を構成する、ＬＥＤ３１４と同じライン上のヒートシンク３１２に取り付けられた、ＬＥＤが３１４に対して位置ドーム３１６のセクションの半円形部分３１８を、前記ＬＥＤからの光により励起され光ルミネセンス蛍光体３２０を含む。ヒートシンク３１２は、アルミニウム等の熱伝導性材料で作られている。ドーム３１６は、ガラスまたはプラスチックのような透明材料で形成されている。光輝蛍光３２０は、ドームの内側のコーティングとして適用またはコーティング材料に導入することができる。ＬＥＤ両側のヒートシンクに取り付けられている光ルミネセント燐光を持たない平坦部３２６は、アルミニウムコーティングのような内部反射面３２８を有し、ドーム部３１８に発光ダイオード３１４から来る光を反射する。

【0012】

変換層は、蛍光体材料、量子ドット材料、このような材料の組み合わせを含むことができ、さらに、透明なホスト材料を含むことができ、前記蛍光体材料および／または量子ドット材料が分散されている。

【0013】

なお、光輝性蛍光体材料の粉末を含む層は、伝導・吸収・反射し、その上に入射する光を放散させることが知られている。この層は、光を消費するとき、それはまた、伝導・吸収し、散乱光の一部を反射することができる。この事実により、既知の発明は、ＬＥＤ放射の影響下の光輝蛍光粒子内で励起された放射は、反射されたＬＥＤ放射と同様、機器の蛍光層と内部組織に必然的に部分的に吸収され、白光源の効率を下げるとしてきた。

【0014】

山田［１］とナレンドラン［２］ は、黄色の波長範囲の放射線に変換される、約４７０ｎｍの波長の青色光照射によって励起る光輝蛍光ＹＡＧ：Ｃｅの変換層から前後に伝播する放射部分の割合を測定した。ナレンドランはこの場合、変換層によって放出・反射された光の６０％以上は励起源に戻って延びており、この光の大部分は、ＬＥＤアセンブリ内に失われることを証明した［２］。後方へ向かいつつ前方へも向かう放射のバランスのとれた白色光ポーションを作り出す８ｍｇ／ｃｍ^２での密度の光屈折率を有するエポキシ樹脂１．６に混入された可視屈折率１．８のＹＡＧ：Ｃｅ光輝蛍光体の場合、青と黄色の光それぞれ５３％と４７％の放射を含む一方で、黄色の場合はそれぞれの割合が５５％と４５％であることが証明されている［３］。

【0015】

したがって、そのため、光束の著しい増加とＬＥＤ白光源変換の最高の効率は、全ての状態においてＬＥＤ光源の出射孔へのリモート変換機のＬＥＤ放射の照射を即時に受けた光ルミネセンス蛍光体表面からの放射を導くことによって等しく達成可能である。

【0016】

同様の技術的解決法は、特許ＵＳ７，２９３，９０８（Ｂ２）に提案されており、この特許によって完成した、サイドライト放射結合の照明装置の具現化を主張し、ＬＥＤから遠隔である反射板の上に位置する変換層を含む。

【0017】

この装置は、プロトタイプとして選択された本発明に基づく装置と最も類似している。

【0018】

本特許に従って実装側光放射結合のある白色光源の動作原理を、側光放射連結照明システムの記載の実施形態の一つの断面である図６にて説明する。

【0019】

側光放射連結照明システムは、ＬＥＤ４０２、第一リフレクタ４０４、第二リフレクタ４０６、出口開口部４１２、変換層６０２、追加の透明カバー層４０８、第二リフレクタ４０６を第一リフレクタ４０４と分ける支持手段から構成される。支持手段は、平らな透明素子５０２、サイドサポート５０４、ベース５０６を含む。サイドサポート５０４は、透明または反射する素材であることが望ましい。第一反射体４０４はベース５０６に取り付けられている。第二リフレクタ４０６は平らな透明素子５０２に取り付けられている。変換層６０２は、第二リフレクタ４０６の表面上に位置し、ＬＥＤ４０２の活性領域によって放射された一次放射の少なくとも一部を一次放射波長とは異なる波長を有する放射線に変換している。

【0020】

説明のために、側光放射連結照明システムの動作を説明する光線４１４、４１５、４１６について考慮しよう。最初の色の光線４１４は、ＬＥＤ４０２の活性領域によって放射され、ＬＥＤ４０２出射面に向けられる。最初の色の光線４１４は、ＬＥＤ４０２の出力面を通過し、透明カバー層４０８に向けられる。最初の色の光線４１４は、透明カバー層４０８を通過し、最初の色の光線４１４を最初の色とは異なる第２の色の光線４１５の中で変換する変換層６０２に向けられる。第二の色の光は、波長変換の点から任意の方向に出射させることができる。第二の色の光線４１５は、透明カバー層４０８を通って導かれると、その後、出口開口４１２を通って最初の反射鏡４０４に導かれる。第二の色の光線４１６は、リフレクタ４０４によって反射され、平坦な透明部材５０２に向けられる。第二の色の光線４１６は平坦な透明部材５０２を透過して側光放射カップリング照明システムを出る。

【0021】

このシステムの欠点は、大口径損失と、支持手段との境界での反射器上の光の損失である。

【0022】

これらの欠点を克服するための試みが米国特許７８１０９５６（Ｂ２）に記載されているサーチライト型の別の公知の白色光源で行われた。

【0023】

図配置およびこのような装置の動作原理を示す図７は、米国特許第７，８１０，９５６（Ｂ２）において特許請求されている本発明の実施形態のいずれかに記載のサーチランプの断面図である。光源７３０はファスナー７３４と付加的な熱ヒートシンク７３６上に配置されている。図７に示すように、熱ヒートシンク７３６は、ひれを付けることができる。光源７３０によって放射され、光源７３０の周囲のミラー７３２に反射される光は、光板７３８に照射される。波長変換層７４２は、光源７３０から分離され、光源７３０からの光を受光できるように配置されている。付加的な熱ヒートシンク７４４は、変換層７４２を冷却すること。収集光７４０は光を平行にする。光源７３０として、短波光、例えば、青色又は紫外光を発生するＬＥＤを使用する。光源７３０は、追加ファスナー７３４上に配置され、付加的な熱ヒートシンク７３６に取り付ける。光学プレート７３８は、収集光学系７４０に光を向けるように形成する。例えば、側部７４８は、傾斜した又は全内部反射の収集光学系７４０に光を向けるように傾斜をつける。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0024】

このシステムの欠点は、大口径損失、及びその効率を排除する光源、鏡、および変換層を有する光板の境界における光の損失である。さらに、平行にする光学系からの出射光光線がかなり細く、ハロゲンランプを使用したとしても、出射された光線の十分な開口角を有する小さな波形率の標準ランプの代替として使用する照明機としては許容できないことである。

【0025】

ここに提案する発明は、リモート変換器付きの白色ＬＥＤ光源の最大効率を提供し、高い色均一性とレンダリングと同様に、照明装置のフォームファクタが小さく、光ビームの幅の広い開口角を提供するという目的に基づいている。

【課題を解決するための手段】

【0026】

ここに示す発明が提案する発光機は、１つまたは複数のＬＥＤを持つ一次放射源、そのＬＥＤが接続された平坦な周辺部を有する熱除去基盤、ＬＥＤに対向する光反射面を有するリフレクタ、および一次放射を二次放射線へ変換し、ＬＥＤとリフレクタの間に取り付けられた変換層、で構成される。対象問題は、光放射を連結するための熱除去基盤が、端が熱除去基盤上に設置されたＬＥＤに接近した開口部を有することにより解決され、変換層の特定の表面はＬＥＤの照射を受け、ＬＥＤの照射を受ける変換層の反射板表面は、一次放射源と開口部とに対向する凹面を有する凹形状をしている。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図である。

【図2】白色ＬＥＤ光源を示している。

【図3】図である。

【図4】米国特許６，６００，１７５（Ｂ１）を示す図である。

【図5】米国特許ＵＳ７，６１８，１５７（Ｂ１）に記載の技術の構成を概略的に示す図である。

【図6】側光放射連結照明システムの記載の実施形態の一つの断面図である。

【図7】装置の動作原理を示す図である。

【図8】照明装置の断面を概略的に示す図である。

【図9】図である。

【図10】付加リフレクタを備えた照明装置の実施形態の具体的な詳細な模式図である。

【図11】付加リフレクタを有する照明装置の別の特定の実施形態を示す図である。

【図12】図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の開示内容は提案された照明装置の断面を概略的に示す図８で説明する。

【0029】

照明器は、１または複数のＬＥＤ１を有する一次放射源と、絞り３および複数のＬＥＤ１が接続された表面４が取り付けられた熱除去基部２と、ＬＥＤに対向する光反射面６を有するリフレクタ５と、一次放射８を二次放射線９に変換し、ＬＥＤ１に対向する凹面１０を有している変換層７と、光反射面６と対向する凸面１１で構成され、変換層７は、複数の発光ダイオード２と反射面６との間に配置される。

【0030】

照明機能は下記のように機能する。ＬＥＤ１の一次放射線８は、変換層７の表面１０に到達し、表面１０から部分的に反射され、熱除去基盤２の開口部３を通って出て、フォトルミネセンス燐光体粒子に部分的に反射され、変換層７で浪費され、変換層７における二次放射線９への物質変換で部分的に吸収される。同時に、光反射面０６に到達した一次放射８の一部は、変換層７に反射し返され、再び、変換層７の光輝性蛍光体による二次放射線９への変換を行う変換層７の材料によって部分的に吸収される。この場合には、一次放射８の特定の部分は、照明装置の開口部３を介して変換層へと出て行き、二次放射線９と混合して白色放射線を形成するが、スペクトル分布は変換層の材料、主に組成、光輝性蛍光体の分散と変換層の厚さといったの特性によって決定づけられる。

【0031】

蛍光体は通常、希土類元素（ランタノイド）のイオン、あるいは、クロム、チタン、バナジウム、コバルト、ネオジムのイオンを塗布した光学用無機材料である。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、ルテチウムである。光無機材料としては（これらに限定されないが）、サファイア （Ａｌ_２Ｏ_３）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、酸化ベリリウムアルミニウム（ＢｅＡｌ_２Ｏ_４）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、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Ｙ_３Ａ_ｌ５Ｏ_１２）、テルビウム含有ガーネット、イットリウム−アルミニウム−ランタノイド酸化物化合物、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（Ｙ_２Ｏ_３）、カルシウム又はストロンチウム又はバリウムハロリン酸塩（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）_５（ＰＯ_４）_３（Ｃｌ，Ｆ）、ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９化合物、リン酸ランタン（ＬａＰＯ_４）、ランタノイド五塩基剤（（ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ） （Ｍｇ，Ｚｎ） Ｂ_５Ｏ_１０）、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７化合物、ＳｒＧａ_２Ｓ_４化合物、化合物（（Ｓｒ，Мｇ，Ｃａ，Ｂａ）（Ｇａ，Аｌ，Ｉｎ）_２Ｓ_４、亜鉛化合物、チッ化ケイ酸塩である。

【0032】

２５０ｎｍ以下またはこれに近い波長の紫外線で励起することができるいくつかの典型的な光ルミネセンス蛍光体がある。典型的な赤色発光ルミネセンス蛍光体は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^＋３である。典型的な黄色発光ルミネセンス蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ^＋３である。典型的な緑色発光ルミネセンス蛍光体には、ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ＜３＋＞、（ランタノイド）ＰＯ_４：Ｃｅ^＋３、Ｔｂ^＋３およびＧｄＭｇＢ_５Ｏ_１０：Ｃｅ^＋３、Ｔｂ^＋３を含む。典型的な青色発光ルミネセンス蛍光体は、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^＋２ および（Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^＋２である。４００〜４５０ｎｍまたはそれに近い波長域を有する、より長い波での励起ＬＥＤに対して典型的な光無機材料としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ又はＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、テルビウム含有ガーネット、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、ＹＶＯ_４、ＳｒＧａ_２Ｓ_４、（ＳＲ、Мｇ、Ｃａ、Ｂａ）（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ）_２Ｓ_４、ＳｒＳおよび窒化ケイ酸塩を含む。４００〜４５０ｎｍの波長域での励起ＬＥＤに対する典型的な発光ルミネセンス蛍光体としては、ＹＡＧ：Ｃｅ^＋３、ＹＡＧ：Ｈｏ^＋３、ＹＡＧ：Ｐｒ^＋３、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^＋２、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ^＋３、ＳｒＳ：Ｅｕ^＋２およびＥｕ^＋２をドープした窒化ケイ酸塩を含む。量子ドット材料は、約３０ナノメートル未満の無機半導体微粒子である。典型的な量子ドット材料が挙げられる（これらに限定されない）のＣｄＳ粒子、ＣｄＳｅの、ＺｎＳｅの、ＩｎＡｓを、ＧａＡｓ及びＧａＮ系を含む。量子ドット材料は、粒子サイズ、粒子の表面特性、及び無機半導体材料に依存して異なる波長を有する光を再放出し、１つの波長の光を吸収することができる。

【0033】

変換層は、蛍光体材料又は量子ドット材料の種類及びフォトルミネセンス蛍光体材料と量子ドット材料の混合物の両方を含むことができる。それは白色光（高演色）の広いスペクトル範囲を有することが望ましい場合、そのような材料の複数の混合物を使用することが適当である。高演色で温白色光を得るための典型的な取り組みの一つは黄色と赤色変換光ルミネセント蛍光体の混合物の放射線でＩｎＧａＮのレッドの混合放射である。変換層は、波長の長いＬＥＤが発する光によって放出された光を吸収する複数の光燐光体を含むことができる例えば、青色ＬＥＤのために、変換層は、単一のフォトルミネッセンス発光する蛍光体と黄色光、又は赤色及び緑色の光を発光する複数のフォトルミネセント蛍光体を含むことができる。紫外ＬＥＤについては、変換層は、青色光と黄色光、又は青色、緑色、赤色光を発する蛍光を発するフォトルミネッセンス光ルミネセント燐光体を含むことができる。フォトルミネセンス蛍光体は、色座標およびイルミネータからの混合光の出射のレンダリングを制御するために、付加的な色を発することを添加することができる。

【0034】

透明なホスト材料は、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（しかし、これには限定されない）、アクリレート、ポリカーボネート、フルオロアクリレート、パーフルオロアクリル酸塩、フルオロリン酸ポリマー、フルオロシリコン、フルオロポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロシリコン、ゾル−ゲル、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、熱収縮プラスチックとシリコンを含む。含フッ素ポリマーは、波長範囲の光のその低吸収による、４００ｎｍおよび赤外線の波長より長い７００ｎｍより短い波長の紫外域で、特に便利されている。典型的な無機材料は、二酸化ケイ素、光学ガラスやガラスカルコゲニドを含む。（しかし、これらに限定されていない）

【0035】

変換層の光ルミネセント蛍光体は、例えば、液体中の光輝性蛍光体懸濁液から、粉砕し、ペースト化し、堆積し、又は電気内方浸透を行うことにより、光リフレクタへのコーティングとしてコンフォーマルに適用され得る。光輝性コーティング蛍光体反射板に関連する問題の一つは、リフレクタが円筒形または半球形、例えば非平面表面を有する場合は特に、リフレクタ上に均一な再現性のコーティングを適用している液体懸濁液を粉砕し、貼り付け、蒸着法が適用されるときに、基板にフォトルミネセント蛍光体粒子を適用するために使用される。コーティングの均一性が大幅に懸濁液の粘度、懸濁液中の粒子濃度、及び、周囲温度および湿度などの環境要因に依存する。塗布乾燥前の懸濁液に流れによる欠陥、およびコーティング厚さの変化は、通常の日常の問題として分類される。

【0036】

場合によっては、フォトルミネセンス蛍光体を、押し出しによって成形されたポリカーボネート、ＰＥＴ、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリルなどの例えば透明プラスチックのコーティング材料に添加することが好ましい。この場合には、変換層は、熱シートにあらかじめ製造され、次いで、所望の形状に成形されうる。成形する前に、例えばアルミニウムや銀からなる光反射コーティングは、真空蒸着によってシートの片面に塗布することができる。コンフォーマルとなるように予め形成された放熱器の反射面の変換層は、例えば、変換層と放熱器の反射面の間に位置するシリコン系粘着剤によって反射面に結合することができる。この場合には、接着剤層は薄くすることができ、例えば、変換層よりも薄くすることができ、変換層から熱を除去するに際して、大きな熱抵抗を維持することができない。

【0037】

イルミネータの具体的な実施形態の一つにおいて、予め形成されたシートを真空熱蒸着によって適用されるアルミニウムの薄層（０．５ミクロン）で銅または黄銅円筒形リフレクタに貼り付けされ、使用されている有機溶媒は、光輝性蛍光体、界面活性剤（界面活性剤）、ポリマーの懸濁液を調製するために使用される次いで懸濁液を押し出し又は金型鋳造によりシート状に成形することができ、またはそれは、平坦な基板上に、例えばガラス基板上に注がれ、その後、乾燥される。得られたシートは、仮基板から分離され、リフレクタに取り付けられ、溶媒またはシアノアクリレート接着剤を使用することができ。シートで被覆されたリフレクタは４８０℃に加熱し、ポリマーマトリックスは光輝性蛍光体コーティングを残し、焼失されている。

【0038】

図９に示すように特定の実施例では、厚さが異なるシートは、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の、Ｃｅの）塩化メチレン中のポリカーボネート溶液中の３Ａｌ_５Ｏ_１２をもとにして実験フォトルミネセント蛍光体粒子の懸濁液から押出成形により形成した。変換層は、イルミネータ開口から混合された白色光の出射の必要な色座標値を達成するのに十分な厚さでなければならない。有効厚さは、光散乱使用されるフォトルミネセンス燐光体の処理と範囲に基づいて定義され、例えば、５〜５００μｍで、最も頻繁には１００〜２５０μｍである。

【0039】

イソプロパノールでリフレクタを湿らせ、所望の形状の雄型を用いてシートを加圧することによって、シートを、円筒状のリフレクタに固定した。溶媒は、シートを軟化及び反射シートへの完全な密着性を確保するために、その下から気泡を絞り出すことができる。コーティングされたリフレクタはポリマーを燃焼するために４８０℃の空気中でアニールされ、その結果、光ルミネセンス蛍光体で覆われた円筒形の反射鏡となる。さほど複雑ではない形状の反射体は、透明なシリコンバインダーと光ルミネセント蛍光体との混合物で被覆することができ、次いで、この混合物がアニールされる。この場合には、シリコンバインダーはアニールによって除去されない。空気中で４８０℃に加熱された後、青い光を橙色から赤色に変換するフォトルミネセンス蛍光体は、完全な無駄になるまで分解されてしまう可能性がある事を考えるべきである。

【0040】

この場合には、より低い燃焼温度を有する他のポリマーを使用しなければならない。

【0041】

変換層の表面は、透明保護層により追加的に被覆することができ、この保護層は、変換層への水分および／または酸素の進入を防止する。というのも、フォトルミネッセンス、蛍光体の種類によっては、例えば硫化物は、水分攻撃による損傷を受けやすいからである。保護層は、変換層へ水分および／または酸素が浸透するのを防止する任意の透明材料から作ることができ、例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化アルミニウム、および、有機ポリマーまたはポリマーと複数の無機層との組み合わせなどの無機材料からなる。

【0042】

保護層に好適な材料としては、二酸化ケイ素および窒化ケイ素である。

【0043】

保護層はまた、光ルミネセンス蛍光体の粒子の境界を空気によって光学的にクリアにすることができ、かつ、この境界でのＬＥＤ一次放射線と光ルミネセンス蛍光体の二次放射線の反射を減らすことができ、粒子内の光ルミネセンス蛍光体の自己放射の吸収損失を低減し、これにより、照明装置の効率を高める。保護層はまた、フォトルミネセンス蛍光体粒子の表面仕上げ処理によって適用されることができ、とりわけ、粒子の表面にケイ酸亜鉛のナノサイズ５０〜１００ｎｍの膜を形成させ、これにより光ルミネセンス蛍光体の粒子の境界をクリアにする。

【0044】

必要に応じて、追加的に開口が、光学的に透明な窓で気密を保って密閉されてよく、これにより照明の内部体積を不活性雰囲気で満たすか又は排気することができる一方で、水分および／または酸素から変換層を保護することができる。

【0045】

変換器７の表面１０および反射板５の表面６は、例えば、熱除去基部２における開口部３の平面に平行な面によって切断された軸対称の図形（球、楕円、放物面、またはその他）または表面対称の図形（例えば、円柱）として形成することができる。この場合、複数のＬＥＤ１は、熱除去基部２の前記表面と変換器７の表面１０とが交差する、従来のラインに沿って、その近くに位置する。変換器の表面１０の形状と放射指向ダイアグラムに基づくＬＥＤの位置を最適化することにより、開口部から出る前の変換器７の空洞内部で反射された放射線の異なる角度および再分配において、ＬＥＤの放射の変換器の表面１０への入射角に従って、照明から出てくる色の均一性及び放射の角度分布を向上させることができる。

【0046】

仕様からわかるように、ＣＲＥＥにより製造された強力な青色ＬＥＤ ＳＬ−Ｖ−Ｂ４５ＡＣ２またはＥＺＢｒｉｇｈｔ１０００ファミリーチップのＳｅｍｉＬＥＤｓのチップにおいては、ＬＥＤチップの放射指向性図は、ランバート分布（ＬＥＤチップの表面に対して９０°の傾斜角度を有する光円錐）を有することができ、または、例えば、ＬＥＤチップの表面上に形成された量子サイズの格子構造を用いて放射が結合されている場合には、角度α＜９０°を有するより狭角の円錐に限定される。この場合には、ＬＥＤは、ＬＥＤの放射指向性図の軸が、角度β≧９０°−α／２で反射鏡の対称軸に交差するように、熱除去基部上に配置することができる。

【0047】

しかし、ＬＥＤ一次放射線における一定の比較的小さな部分が直接外側に照明開口を伝播し、そしてユーザーがＬＥＤライトに直接アイコンタクトする可能性を避けるために、熱伝導ベース２は、照明の外側へ向かう一次放射の直接光を覆う突起１２を含むことができ、これにより変換器７の表面１０をバイパスする。ＬＥＤ一次放射のより完全な利用を確保するために、熱伝導ベース２の突起１２は、付加リフレクタを有し、この平面ミラー部１３は、そこに当たる一次放射を変換器７の表面１０へ向ける。付加リフレクタを備えた照明装置の実施形態の具体的な詳細を、模式的に図１０に示す。本実施形態の照明装置は、図８に示した要素に加えて、反射コーティング１３と突出部１２を含み、図８および図と同じように番号が付けられている。付加リフレクタを有する照明装置の別の特定の実施形態が、図１１に詳細に示され、固定されたＬＥＤ１を有するベース２の領域における照明装置の拡大断面図８に示しており、対応する構成要素には図８と同様に番号が付されている（正確な縮尺ではない）。付加リフレクタは、ＬＥＤチップ１と変換器７の間に位置する傾斜面１５（例えば、軸対称形状の変換器の場合には、平面で切断された円錐面がベースを上向きに置く）であり、その反射は、傾斜面に当たるＬＥＤチップ１からの放射の一部をほぼ完全に変換器７の反対側へと向け直すことができ、照明から出ていく放射を均質化する。ＬＥＤと変換層によって放出される光の反射を増加させるために、放熱器におけるリフレクタの表面は、とりわけ、放射線を均質化するために研磨され又は艶消しされ、高い光学反射を有するコーティングで覆うことができる。光リフレクタの表面は、放熱器から離れた別個のミラーとして形成されてもよいが、熱伝導層を介して熱的に接触を維持することができる。高反射コーティングのための好適なコーティングおよび材料としては、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率を高めるためにダイクロイックコーティングと組み合されたアルミニウム、および、ゾルゲル法により形成される酸化チタン、酸化アルミニウム等の材料を含む。照明装置にかかる本実施形態では、ＬＥＤチップ１が、０．１５〜０．２μｍの厚さのアルミニウムまたは銀のフィルムとして作られたリフレクタ６の対称軸にＬＥＤチップ１の表面の法線が平行になるようにベース２上に位置する（又は小さい角度をなしている）されており、このフィルムは半球状のガラスキャップ１７の内面に真空熱蒸着によって適用され、アルミニウム半球状のキャップ１９に弾性耐熱性化合物１８により接着され、キャップ１９はＬＥＤチップ１のための第２共通電極として機能し、該チップは複数の導体１４および金属被膜１５を有するポリイミドリボン１６を用いて並列に第２共通電極へ接続されている。光反射性を高めるために、ポリイミドリボン上の金属コーティング１５は薄いアルミニウム層で被覆され、電気接点であることに加えて付加リフレクタとして機能している。ＬＥＤのこのレイアウトによって、一次放射は、観察者の目に直接入らない。第１の電極がベース２であってＬＥＤチップ１が半田付けされ、放熱器２２は、ベース２との電気的及び熱的に接触している。電力は、リフレクタ６の対称軸と軸方向に整列してキャップ１９の頂部に溶接（又ははんだ付け）を介して接続され、かつ、放熱器２２の内面２１における電気的に絶縁された貫通孔（不図示）を介して、放熱器本体（不図示）の上部に作られた対応するキャビティ内に位置する供給ドライバに接続されている中央円筒出力（図１１では不図示）によってキャップ１９（図１１には示されていない）に供給される。

【0048】

半球状のキャップ１９は、放熱器２２の本体２０内面２１の耐熱性、熱伝導性化合物と結合している。

【0049】

半球状のキャップ１７は、熱伝導性セラミックからなることができる。半球状のキャップ１９は、ステンレス鋼、銅、黄銅、コバール、または同様な材料で作ることができる。

【0050】

キャップ１９が、コバール又は比較的良好な熱伝導性と比較的低い熱膨張係数とを有する他の類似の合金で作られており、変換器７で使用されるフォトルミネッセンス蛍光体の熱膨張係数に最も近い場合、照明装置の設計は、単純化され安価となり、キャップ１７無しで作成されうる。この目的のために、反射用のアルミニウム又は銀のフィルムが、コバールキャップ１９の内面に真空熱蒸着（またはその他）によって、直接的に、または、前述の方法のいずれかを用いたフォトルミネセント蛍光体層の堆積に続く中間薄膜の誘電体被覆を介して、印加される。

【0051】

キャップ１９は、アルミニウムで形成されている場合は、ステンレス鋼、フォトルミネセント蛍光体フィラー、また照明装置と、プラスチック製の変換器７の熱膨張係数に最も近い比較的高い熱膨張係数が銅、黄銅または類似の材料キャップ１７なく行うことができる。

【0052】

この目的のために、キャップ１９の内側表面が研磨され、および／または、アルミニウムや銀反射膜が、直接的に、または、予め形成されたプラスチック変換機７を貼り合わせることに続く中間体薄膜の誘電体被覆を介して、真空熱蒸着によって適用される。

【0053】

ＬＥＤチップ１とワイヤコンタクト１４は、ＬＥＤアセンブリの製造に適用される周知の技術を用いた光化合物２３で封止することができる。

【0054】

放熱器２２は、例えば銅やアルミニウムなどの任意の適切な材料で作ることができる。放熱器は、図１２に示すように、例えば、伝熱面を高めるためにリブすることができるシートです。図９に示しているように、ハンレッドの製、ＳＬ−Ｖ−Ｂ３５ＡＫ型を用いたＬＥＤチップは、板厚に応じて１６０〜２００ルーメン／Ｗの効率を達成し、白い線状光源装置半円柱状のサンプルを、製造するために使用された。

【0055】

参照者
１。山田、Ｋ．、今井、Ｙ．、石井Ｋ．、”青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体で構成光源装置の光学シミュレーション、” Ｊ．ライト＆ヴィス。 ２７（２）、７０−７４（２００３）。
２． ナレンドラン、Ｎ．、グー。 Ｐｈｙは”白色ＬＥＤ効率を改善する蛍光散乱光子を抽出” Ｙ．、フレシニャーＪ．、朱、Ｙ． 身体的な統計溶媒（ａ）２０２（６）、Ｒ６０−Ｒ６２（２００５）。
３． ジュー Ｙ．， Ｎ． ナレンドランとＹ．グー。“ＹＡＧの光学的性質の解明：固体照明に関するＣｅ蛍光”第６回国際会議議事録。”ＳＰＩＥの議事録 ６３３７， ６３３７０Ｓ （２００６）．
リモート光輝は変換機を反映した白色ＬＥＤ光源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】