CN104583671A

CN104583671A - 白色led照明装置

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Publication number: CN104583671A
Application number: CN201380043660.1A
Authority: CN
Inventors: 大野博司; 加藤光章; 久野胜美; 本宫佳典; 白土昌孝; 山本雄一郎; 林原弘道; 广野方敏; 森野刚志
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: EP2899457A4; EP2899457B1; US20150192258A1; CN104583671B; WO2014046019A1; JP6045864B2; JP2014063614A; US9746140B2; EP2899457A1

Abstract

实施方式的白色LED照明装置具备：LED光源(11)，发出紫外光区域或可见光区域的光；轴对称透明部件(12)，对可见光透明，覆盖所述LED光源地设置；以及轴对称光散射部件(13)，与所述LED光源分离地配置在所述轴对称透明部件的内部。LED光源与所述轴对称光散射部件的最接近距离L₂、和所述LED光源的所述发光面的面积C满足规定的关系，所述轴对称光散射部件的长度L₁和所述轴对称光散射部件的吸收系数μ(1/mm)满足规定的关系，所述轴对称光散射部件的底面直径d₁、所述最接近距离L₂以及所述轴对称透明部件的折射率n满足规定的关系。

Description

白色LED照明装置

技术领域

本发明的实施方式涉及白色LED照明装置。

背景技术

近年来，关注于通过远程荧光粉(remote phosphor)来减小由返回光引起的损耗的技术。在代表性的远程荧光粉中，在由镜面反射板或漫反射板构成的反射板上配置LED芯片，荧光层形成为圆顶状以覆盖LED芯片。荧光层配置为与LED芯片分开固定的距离，由此减少向LED芯片的返回光。

然而，如果想要如这样地通过远程荧光粉来减小起因于返回光的损耗，则无法避免包含荧光层和LED的照明装置整体变大。例如，在LED芯片的尺寸为1mm的情况下，照明装置整体的大小变为1～2cm左右。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开2010/0308354

发明内容

发明要解决的问题

本发明要解决的问题是：通过远程荧光粉效果来提供一种低损耗和低发热、并且紧凑的白色LED照明装置。

解决问题的方案

实施方式的白色LED照明装置的特征在于，具备：LED光源，发出紫外光区域或可见光区域的光；轴对称透明部件，对可见光透明，覆盖所述LED光源而设置；以及轴对称光散射部件，与所述LED光源分离地配置在所述轴对称透明部件的内部。所述LED光源具有面积C的发光面，在与该发光面实质上正交的配光对称轴的周围具有实质上对称的配光分布，所述轴对称透明部件具有与所述LED光源的所述配光对称轴实质上一致的第1对称轴，并相对该第1对称轴对称。所述轴对称光散射部件具有与所述LED光源的所述配向对称轴实质上一致的第2对称轴，具有底面直径d₁和沿着所述第2对称轴的长度L₁并相对所述第2对称轴对称，所述LED光源与所述轴对称光散射部件的最接近距离L₂、和所述LED光源的所述发光面的面积C满足由下述式(1)表示的关系。

[数1]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

沿着所述第2对称轴的所述轴对称光散射部件的长度L₁和所述轴对称光散射部件的吸收系数(此处，被散射的光也作为“被吸收的”对待)μ(1/mm)满足下述式(2)的关系。

[数2]

L_{1} &GreaterEqual; \frac{\log 2}{μ}

式(2)

所述轴对称光散射部件的底面直径d₁、所述最接近距离L₂和所述轴对称透明部件的折射率n满足下述式(3)的关系。

[数3]

d_{1} \leq {2 L}_{2} \sqrt{n^{2} - 1}

式(3)

另外，与所述第2对称轴正交的所述轴对称光散射部件的剖面包含在该剖面中的所述轴对称透明部件的剖面中，沿着所述第2对称轴将所述轴对称透明部件向包含所述LED光源的发光面的平面投影了的面包含所述LED光源的发光面。

根据本发明，提供一种低损耗和低发热、并且紧凑的白色LED照明装置。

附图说明

图1是表示一个实施方式的白色LED照明装置的立体图。

图2是示出一个实施方式的白色LED照明装置的剖面的概要图。

图3是表示一个实施方式的白色LED照明装置的光追踪结果的示意图。

图4是示出一个实施方式的白色LED照明装置的铅直配光角和发光强度的关系的曲线图。

图5是示出其它实施方式的白色LED照明装置的立体图。

图6是示出在图5中示出的白色LED照明装置的剖面的概要图。

图7是用于说明在图5中示出的白色LED照明装置的动作的图。

图8是示出其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的概要图。

图9是示出其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的概要图。

图10是示出其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的概要图。

图11是示出其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的概要图。

图12是示出其它实施方式的白色LED照明装置的立体图。

具体实施方式

以下具体说明实施方式。

如图1所示，一个实施方式的白色LED照明装置10具有LED光源11和覆盖该LED光源的轴对称透明部件12，在轴对称透明部件12的内部与LED光源11分离地配置有轴对称光散射部件13。

LED光源11具有平面状的发光面，发出紫外光区域或可见光区域的光。例如，可以使用发出峰值波长为390～460nm的单色光的LED芯片，更具体地，列举发出峰值波长为450nm的光的蓝色LED芯片。

在本实施方式中，来自LED芯片的配光分布具有配光对称轴，并且是相对该配光对称轴近似对称的分布。作为配光分布，列举例如朗伯(Lambertian)分布，但是不限定于此。配光对称轴可以设为例如通过LED芯片的发光面内的中心附近，但是不限定于此，也可以通过与LED芯片的发光面同一面内的某个点。

LED光源11也可以根据需要而载置于基板14上。基板14没有特别限定，不过载置面可以由对可见光进行漫反射的材质构成。在该情况下，可以使配光分布变大。或者，基板的载置面也可以由相对可见光透明的材料构成。在该情况下，穿过基板的光增加，也可以使配光分布变大。作为对可见光进行漫反射的材质，列举例如铝等金属以及白色树脂等，作为相对可见光透明的材料，列举例如透明树脂。

轴对称透明部件12可以由可见光的吸收少的透明材料构成。透明材料可以是无机材料和有机材料的某一种。作为无机材料，列举例如玻璃和透明陶瓷。作为有机材料，具体地，列举从丙烯酸树脂、硅树脂、环氧树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙酯(PET)树脂以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂等中选择的透明树脂。此处，透明表示透过可见光的意思，除非特别说明，以下以这样的意思来使用。该透明部件的折射率n和全反射角θc之间具有由下述式(A)表示的关系。

[数4]

{\sin θ}_{c} = \frac{1}{n}

式(A)

配置在轴对称透明部件12的内部的轴对称光散射部件13可以含有使来自LED光源11的紫外光或可见光散射的白色粒子。作为白色粒子，列举例如Tec-Polymer(一种聚合物)。或者，光散射部件13也可以含有荧光体粒子。在含有荧光体粒子的情况下，光散射部件可以称为荧光层。作为荧光体粒子，列举例如黄色发光荧光体。黄色发光荧光体吸收一部分来自LED光源的光，发出长波长侧的可见区域的光。除了含有黄色发光荧光体粒子的荧光层之外，也可以在轴对称透明部件12的内部设置含有红色发光荧光体粒子的荧光层。

白色粒子和荧光体粒子可以分散到透明树脂中而用于形成轴对称光散射部件13。或者，也可以仅通过粒子构成轴对称光散射部件13。例如，可以通过在轴对称透明部件12内部的规定的区域设置空间、在该空间中填充粒子来构成这样的轴对称光散射部件。在该情况下，有能够容易地制造的优点。

另外，也可以在上述轴对称光散射部件13的内部设置金属框体，并在内部设置电源电路。这样，从LED和电源电路发出的热从金属框体传导到轴对称透明部件12，由此向外部散热。这样，散热特性提高。另外，电源电路设置在金属框体内部，所以可以使照明装置整体紧凑。

作为用于分散粒子来构成光散射部件的透明树脂，不限定于上述那样的透明树脂，可以使用相对可见光透明、并且能够将粒子保持在内部的任意的透明树脂。

一般，光散射部件的吸收系数μ(1/mm)可以使用对厚度h(mm)的平板状的光散射部件照射了沿与平板正交方向准直的平行光线时的透过量来定义。如果将平行光线的入射强度设为I₀、透过强度设为I_T，则吸收系数μ由下述式(B)表示。

[数5]

μ = - \frac{\log (\frac{I_{T}}{I_{0}})}{h}

式(B)

在图2中示出一个实施方式的白色LED照明装置的剖面的概要结构。为了明确轴对称光散射部件13与LED光源11的最接近距离L₂，在图2中，描绘为轴对称透明部件12不相接于基板14，但是实际上轴对称透明部件也可以设置为相接于基板14。或者，也可以与LED光源11直接相接。

LED光源11的配光对称轴由参照符号ax表示。轴对称透明部件12的对称轴与该配光对称轴ax实质上一致，而轴对称光散射部件13的对称轴也与配光对称轴ax实质上一致。要求从LED光源11发出的光通过光散射部件13而照射到LED照明装置的外部。如果LED光源的配光对称轴在产品偏差的范围内，则可以看作“对称轴实质上一致”。另外，沿着配光对称轴ax将发光方向侧设为正方向或上方向，以下也一样。

光散射部件13与LED光源11的最接近距离L₂、和LED光源11的发光面的面积C满足由下述式(1)表示的关系。

[数6]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

由此，能够得到充分的远程荧光粉效果。

另外，在沿着对称轴的所述轴对称光散射部件的长度L₁(此处定义为容纳所述轴对称光散射部件的区间的长度中最小的长度)和所述轴对称光散射部件的吸收系数μ(1/mm)之间，下述式(2)的关系成立。

[数7]

L_{1} &GreaterEqual; \frac{\log 2}{μ}

式(2)

另外，在光散射部件的底面直径d₁、所述最接近距离L₂和所述轴对称透明部件的折射率n之间，下述式(3)的关系成立。

[数8]

d_{1} \leq {2 L}_{2} \sqrt{n^{2} - 1}

式(3)

通过满足由上述式(3)表示的关系，能够使来自LED光源11的直接光不偏离光散射部件13而透射到照明装置外，从而可靠地照到光散射部件13上。

另外，根据上述(3)的关系能够得到如下效果。即来自LED光源11的直接光的一部分错过了在光散射部件13的底边被散射，而由与所述轴对称透明部件的对称轴平行的侧面全反射，在光散射部件13的上方(距LED光源11更远的地方)被散射。由此，能够避免来自LED光源11的直接光在光散射部件13的底边全部被散射，从而提高远程荧光粉效果。

相对轴对称光散射部件13的对称轴正交的剖面包括在包含该剖面的平面内的轴对称透明部件12的剖面中。即在与对称轴正交的平面内，光散射部件13的周围被透明部件12可靠地覆盖。另外，将轴对称透明部件12设为沿着对称轴向LED光源11的发光面投影的面包含发光面。这表示LED光源11的发光面包括在与轴对称透明部件12的对称轴正交的面中的意思。换言之，在轴对称透明部件12中直径最大的面比LED光源11的发光面大。

通过满足上述那样的条件，可以得到低损耗和低发热、并且紧凑的白色LED照明装置。

一个实施方式的白色LED照明装置的光追踪结果如图3所示。从图3中示出的光追踪结果可知：来自LED光源11的直接光照到光散射部件13而被散射；以及来自LED光源11的直接光在轴对称透明部件12处被全反射、照到光散射部件13而被散射。

在图4中，示出一个实施方式的白色LED照明装置的配光分布。在图4中，横轴是配光角(deg.)，纵轴是(归一化的)发光强度。根据该图，发光强度变为一半的配光角为约145°，1/2配光角(设为发光强度为峰值的一半的配光角的2倍)为290°。由此，可知达到了1/2配光角290°。

在图5中，示出其它实施方式的白色LED照明装置的立体图。除了覆盖LED光源的轴对称透明部件12和轴对称光散射部件13是圆柱状以外，图示的白色LED照明装置10’基本上与图1中示出的结构相同。在图6中示出沿着图5所示的白色LED照明装置10’的对称轴的剖面。

此处，作为LED光源11，使用峰值波长是450nm、发光面是正方形的蓝色LED芯片。LED芯片的一边的长度是1mm，LED芯片的发光面的厚度是200μm。LED芯片的发光面的形状和尺寸不限于此，可以适当选择。

LED光源11配置在铝制的基板14上，被轴对称透明部件12覆盖。轴对称透明部件12是以配光对称轴ax为对称轴的圆柱状的，其底面相接到基板14。此处，使用PMMA(折射率n＝约1.5)来构成透明部件12。

配置在轴对称透明部件12的内部的轴对称光散射部件13是以配光对称轴ax为对称轴的圆柱状的，由含有球状的黄色发光荧光体粒子的硅树脂层构成。但是，不限于硅树脂，可以含有任意的透明树脂。黄色发光荧光体粒子均匀地分散在硅树脂层中。黄色发光荧光体粒子吸收从LED光源11照射的蓝色光，发出例如峰值波长550nm的光。将含有这样的黄色发光荧光体粒子的轴对称光散射部件13的吸收系数μ(1/mm)设为0.1。

此处，LED光源11的发光面的面积C＝1mm²，所以计算为下述式。

[数9]

\sqrt{\frac{C}{4 π}} &cong; 0.28

在图6中示出的例子中，LED光源11和轴对称光散射部件13的最接近距离L₂是3mm，这满足由下述式(1)表示的关系。

[数10]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

另外，轴对称光散射部件13的吸收系数μ(1/mm)是0.1，所以计算为下述式。

[数11]

\log 2 / μ &cong; 3.0

在图6中示出的例子中，轴对称光散射部件13的长度L₁是3.0mm，这满足由下述式(2)表示的关系。

[数12]

L_{1} &GreaterEqual; \frac{\log 2}{μ}

式(2)

如果使用上述的最接近距离L₂和折射率n＝约1.5，则计算为下述式。

[数13]

2 L_{2} \sqrt{n^{2} - 1} &cong; 6.7

在图6中示出的例子中，轴对称光散射部件13的直径d₁是1.41mm，这满足由下述式(3)表示的关系。

[数14]

d_{1} \leq {2 L}_{2} \sqrt{n^{2} - 1}

式(3)

在图6中示出的例子中，轴对称透明部件12的直径d₀是3mm，在轴对称光散射部件13的直径d₁和最接近距离L₂之间，有下述式(4)表示的关系成立。

[数15]

\frac{d_{1}}{d_{0}} &GreaterEqual; \frac{2 L_{2}}{L_{1} + 2 L_{2}}

式(4)

本实施方式的白色LED照明装置的作用效果说明如下。

其中，关于作为轴对称光散射部件13而装入了荧光体的情况阐述该作用。在装入白色粒子的情况下，不发生基于荧光体的长波长变换，但是除此以外的作用是相同的。

在从由蓝色LED芯片构成的LED光源11射出的蓝色光中，一部分直接照到含有黄色荧光体粒子的轴对称光散射部件13而被散射/吸收。来自LED光源11的光的一部分在轴对称透明部件12中反复全反射后，在光散射部件13中被散射/吸收。另外，射出的光的剩余部分不在透明部件12中被全反射，而射出到该透明部件12之外。

另一方面，光散射部件13通过吸收蓝色光来全方位(各向相同)地发出与其相比为长波长侧的光的黄色的光。

此时，由光散射部件13散射的蓝色光和被发出/散射的黄色光返回到LED光源11而被吸收。在对蓝色LED直接涂上荧光体层的情况下，由这样的返回光引起的损耗以往是40～60％左右(例如，参照S.C.Allen,“ELiXIR-Solid-State Luminaire With Enhanced LightExtraction by Internal Reflection”,Journal of DisplayTechnology,vol.3,No.2,2007)。因此，通过将LED光源11和光散射部件13充分分开，可以减小该损耗。这一般被称为远程荧光粉效果。

在来自与LED光源11最接近的光散射部件13的底面的发出光中，其一部分返回到LED光源11。该比例可以大致估计为将LED光源11计算在内的立体角相对以光散射部件13为中心的全部立体角。即返回光的比例由下述式(5)表示。

[数16]

\frac{C}{{4 πL}_{2}^{2}}

式(5)

由上述式(5)表示的值越小，则从光散射部件13向LED光源11的返回光越少。另一方面，为了得到远程荧光粉的效果，要求由上述式(5)表示的值至少比1小。因此，为了实现远程荧光粉的效果，必需满足由下述式(1)表示的关系。

[数17]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

在本实施方式中，C＝1mm，所以由上述式(5)表示的返回光的比例为约0.8％。

另外，在如这样将LED光源11和光散射部件1分开的情况下，与光散射部件13接近LED光源的情况相比较成为低温。由此，能够防止光散射部件13所含有的荧光体的劣化(例如，参照N.Narendran,“Improved Perfomance White LED”,Fifth InternationalConference on Solid State Lighting,Proceedings of SPIE 5941,45-50,2005)。

白色光可以通过将来自LED光源的蓝色光和来自荧光体粒子的黄色光恰当地混合来实现。如果来自LED光源11的直接光到达外部，则视觉确认的亮度变得过高。为了避免该情况，需要在光散射部件13中吸收从蓝色LED芯片发出的、沿着配光对称轴ax射出的光中的一半以上的光。此处，如果将在光散射部件13内沿着配光对称轴ax传播的光的强度设为I(W/mm²)，则与即将照到光散射部件13之前的光的强度I₀(W/mm²)的比(I/I₀)由下述式(6)表示。

[数18]

\frac{I}{I_{0}} = \exp (- μz)

式(6)

(此处，μ是吸收系数，z是传播距离。)

另外，一半以上的光在光散射部件13中被吸收的条件可以由下述式(7)表示。

[数19]

\frac{I}{I_{0}} = \exp (- μz) \leq \frac{1}{2}

式(7)

将上述式(7)变形则成为下述式(8)。

[数20]

z &GreaterEqual; \frac{\log 2}{μ}

式(8)

光散射部件12的长度L₁需要满足上述式(8)，从而导出式(2)。

接下来，参照图7说明来自LED光源11的光线。除了示出光腺20以外，图7与图6基本相同。来自LED光源11的光腺20通过光散射部件13的底面的边缘，在透明部件12的侧面被全反射后到达光散射部件13。

如果假设光线20不由透明部件12的与对称轴平行的侧面全反射而透过，则在该方向仅射出来自LED光源11的蓝色光。光线20通过照到含有黄色荧光体粒子的光散射部件13，混合来自LED光源11的蓝色光和来自荧光体粒子的黄色光而成为白色光。另外，通过由光散射部件13充分地散射，可以实现广配光角。特别地，在作为轴对称光散射部件13而装入了白色粒子的情况下，该广配光的效果是重要的。为了满足这样的条件，需要满足由下述式(9)表示的关系。

[数21]

\frac{\frac{d_{1}}{2}}{L_{2}} \leq \frac{1}{\tan θc}

式(9)

关于这一点，如果使用上述的式(A)则由下述式(3)表示。

[数22]

d_{1} \leq {2 L}_{2} \sqrt{n^{2} - 1}

式(3)

另外，为了使光线20通过光散射部件13的底面的边缘、在与透明部件12的对称轴平行的侧面全反射而照到光散射部件13，需要满足由下述式(4)表示的关系。

[数23]

\frac{d_{1}}{d_{0}} &GreaterEqual; \frac{2 L_{2}}{L_{1} + 2 L_{2}}

式(4)

通过满足上述那样的条件，能够得到远程荧光粉的效果。并且，通过恰当地混合蓝色光和黄色光来生成白色光。同时，能够实现基于广漫射的广配光。对于荧光体为白色粒子的情况，该效果是重要的。

针对本实施方式执行了ZEMAX的光线追踪。另外，ZEMAX例如记载于(Radiant Zemax homepage,“http://www.radiantzemax.com/en/rz/”)。其结果，在本实施方式中返回到LED光源11的光为约10％，确认了与以往的40～60％相比是低损耗的。这同时可以抑制由返回光的吸收引起的作为LED光源11的蓝色LED芯片的发热。即显示出低发热。

在使用一边是1mm的LED光源的情况下，本实施方式的白色LED照明装置容纳于直径3mm、高度7mm的圆柱中。即能够设为在图5中d₀＝3mm、L₀＝7mm的圆柱状。如果与使用了同样的尺寸的LED光源的以往的白色LED照明装置的高度10～20mm相比较，则可知本实施方式的白色LED照明装置是紧凑的。

如以上那样，根据本实施方式，能够实现低损耗且低发热、并且紧凑的白色LED照明装置。

图8是表示其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的结构的概要图。除了具有相接于光散射部件13的底面的空气层15以外，图示的白色LED照明装置10”与图6中示出的结构相同。在透明部件12中存在从光散射部件13发出而要回到LED光源11的黄色光。然而，通过如这样设置空气层15，这样的黄色光通过全反射而被反射，能够减小返回光。

在光散射部件12中，可以对荧光体粒子的浓度设置分布。具体地，通过使越朝上方荧光体粒子的浓度越大而在靠上方发出黄色光。此时，蓝色光的散射也多发生在靠上方。其结果，可以进一步提高远程荧光粉的效果。

在使光散射部件中的荧光体粒子的占有剖面积越朝上方越大的情况下，也可以得到与其相同的效果。例如，通过将光散射部件设为如下形状，能够得到这样的结构。具体地，将光散射部件的直径设为在底面最小，并且设置直径朝上方增加的部分，例如相当于图1中示出的光散射部件12。

图9是表示其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的结构的概要图。除了透明部件12’的上表面和下表面的端部是曲面以外，图示的白色LED发光装置10”’与图6中示出的结构相同。

此处，沿着配光对称轴ax取z轴，将上方设为正方向。原点设为LED光源11的发光面的中心与配光对称轴ax相交的点。此时，圆柱坐标设为(ρ_r，ρ_h)。即柱半径设为ρ_r，高度设为ρ_h。

此时，上表面的端部的曲线满足由下述式(11)表示的关系。

[数24]

\frac{{&PartialD;}^{2} ρ_{r}}{&PartialD; {ρ_{h}}^{2}} < 0

式(11)

另一方面，下表面的端部的曲线以Θ(设为0至π/2的区间)作为参变量，满足由下述式(12)和式(13)表示的关系。

[数25]

ρ_{r} = \frac{\sqrt{C}}{2} \sin Θexp (\frac{1}{\sqrt{n^{2} - 1}} (\frac{π}{2} - Θ))

式(12)

ρ_{h} = \frac{\sqrt{C}}{2} \cos Θexp (\frac{1}{\sqrt{n^{2} - 1}} (\frac{π}{2} - Θ))

式(13)

上述的关系例如根据Julio Chaves,“Introduction toNonimaging Optics”,CRC Press,2008导出。

本实施方式的白色LED照明装置的作用效果说明如下。

通过将透明部件12的上表面的端部设为曲面，来自LED光源11的直接光被全反射而照到光散射部件13。另一方面，从光散射部件13散射的光不被全反射而从该曲面透过。即直接光一旦由光散射部件13变换为散射光，则该散射光射出到外部。另一方面，通过将透明部件12的下表面的端部设为曲面，不被全反射而原样地透过的蓝色光减少。其结果，恰当地混合了来自LED光源11的蓝色光和黄色光。

图9中示出的白色LED照明装置中的轴对称透明部件12可以由折射率不同的两种透明部件构成。图10中示出的白色LED照明装置10””具备包含高折射率透明部件12a和设置在其外侧的低折射率透明部件12b的透明部件12。高折射率透明部件12a例如可以使用透明陶瓷，低折射率透明部件12b例如可以使用PMMA。

在高折射率透明部件12a的外侧存在低折射率透明部件12b，从而在内侧和外侧的界面处发生全反射，来自LED光源11的光被导入轴对称光散射部件13。另一方面，低折射率透明部件12b存在于周围，所以从光散射部件13发出和被反射的光变得容易射出到外部。

通过设为这样的结构，能够将来自LED光源11的光导入光散射部件13，并将来自光散射部件13的光更高效地取出到外部。

图11是表示其它实施方式的白色LED照明装置的剖面的结构的概要图。除了在透明部件12’的内部具有两种轴对称荧光层以外，图示的白色LED照明装置10””’与图9中示出的结构相同。

第1轴对称荧光层21与LED光源11分离地设置在轴对称透明部件12’中。另外，与该第1轴对称荧光层21分离地设置第2轴对称荧光层22。第1和第2轴对称荧光层具有与配光对称轴ax实质上一致的对称轴。第1轴对称荧光层21含有红色荧光体粒子，吸收蓝色光而发出红色光。另一方面，第2轴对称荧光层22含有黄色荧光体粒子，吸收蓝色光而发出黄色光。

LED光源11和第1轴对称荧光层21的最接近距离L₂满足由已经说明了的式(1)表示的关系。

[数26]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

在图11中，第1轴对称荧光层21的上表面的面积S₁是1.66mm²，如果将第1轴对称荧光层21和第2轴对称荧光层22的最接近距离L₄设为2mm，则满足由下述式(21)表示的关系。

[数27]

L_{4} > \sqrt{\frac{S_{1}}{4 π}}

式(21)

本实施方式的白色LED照明装置的作用效果说明如下。

含有红色荧光体粒子的第1轴对称荧光层21也吸收黄色光。另一方面，含有黄色荧光剂粒子的第2轴对称荧光层22不吸收红色光。所以，红色光在第2轴对称荧光层22中不被吸收，在透明部件12’内被散射而向上方射出。由此，可以减小黄色光被第1轴对称荧光层21中吸收这样的损耗(以往装置的损耗)。

另外，通过将含有红色荧光体粒子的第1轴对称荧光层21和含有黄色荧光体粒子的第2轴对称荧光层22充分分开，可以提高远程荧光粉效果。其结果，也可以减小黄色光被包含红色荧光体粒子的第1轴对称荧光层21吸收这样的损耗(以往装置的损耗)。

图12是表示其它实施方式的白色LED照明装置的结构的立体图。除了在轴对称散射体13’和轴对称透明部件12”的内部具有散热框体31、另外在其内部具有电源电路32和配线33以外，图示的白色LED照明装置10”””与图5中示出的结构相同。其中，作为LED光源11’，以配光对称轴ax为轴而轴对称地排列着多个具有长方形的发光面的LED。从配光对称轴至各LED光源的发光面的中心为等距离RR。

散热框体31是金属制的，例如可以使用铝、铜等来构成。也可以在该框体内部设置空洞，在该空洞中配置电源电路。由此，从LED和电源电路发出的热从金属框体传导到轴对称透明部件12，由此向外部散热，所以散热特性提高。另外，电源电路设置在金属框体内部，所以能够使照明装置整体紧凑。

说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式是作为例子提出的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种各样的方式实施，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或要旨内，并且包含在权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。

Claims

1.一种白色LED照明装置，具备：LED光源，发出紫外光区域或可见光区域的光；轴对称透明部件，对可见光透明，覆盖所述LED光源地设置；以及轴对称光散射部件，与所述LED光源分离地配置在所述轴对称透明部件的内部，其中，

所述LED光源具有面积C的发光面，在与该发光面实质上正交的配光对称轴的周围具有实质上对称的配光分布，

所述轴对称透明部件具有与所述LED光源的所述配光对称轴实质上一致的第1对称轴，并相对该第1对称轴对称，

所述轴对称光散射部件具有与所述LED光源的所述配向对称轴实质上一致的第2对称轴，具有底面直径d₁和沿着所述第2对称轴的长度L₁并相对所述第2对称轴对称，所述LED光源与所述轴对称光散射部件的最接近距离L₂、和所述LED光源的所述发光面的面积C满足由下述式(1)表示的关系，

[数1]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

沿着所述第2对称轴的所述轴对称光散射部件的长度L₁和所述轴对称光散射部件的吸收系数μ(1/mm)满足下述式(2)的关系，

[数2]

L_{1} &GreaterEqual; \frac{\log 2}{μ}

式(2)

所述轴对称光散射部件的底面直径d₁、所述最接近距离L₂以及所述轴对称透明部件的折射率n满足下述式(3)的关系，

[数3]

d_{1} \leq {2 L}_{2} \sqrt{n^{2} - 1}

式(3)

与所述第2对称轴正交的所述轴对称光散射部件的剖面包含在该剖面中的所述轴对称透明部件的剖面中，

沿着所述第2对称轴将所述轴对称透明部件向包含所述LED光源的发光面的平面投影得到的面包含所述LED光源的发光面。

2.根据权利要求1所述的白色LED照明装置，其特征在于，

所述轴对称透明部件是圆柱状的。

3.根据权利要求2所述的白色LED照明装置，其特征在于，

满足下述式(4)的关系，

[数4]

\frac{d_{1}}{d_{0}} &GreaterEqual; \frac{{2 L}_{2}}{L_{1} + 2 L_{2}}

式(4)

在上述式中，d₀是所述轴对称透明部件的直径，d₁是所述轴对称光散射部件的底面的直径，L₁是沿着所述第2对称轴的所述轴对称光散射部件的长度，L₂是所述LED光源的发光面与所述光散射部件的最接近距离。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的白色LED照明装置，其特征在于，

所述轴对称光散射部件是圆柱状的。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的白色LED照明装置，其特征在于，还具备：

与所述轴对称光散射部件的底面相接的轴对称空气层，

所述轴对称空气层具有与所述LED光源的所述配向对称轴实质上一致的第3对称轴，并相对所述第3对称轴对称。

6.根据权利要求1或2所述的白色LED照明装置，其特征在于，

所述轴对称光散射部件的底面直径最小，并且具有所述直径朝上方增加的部分。

7.根据权利要求1所述的白色LED照明装置，其特征在于，

所述轴对称透明部件的上表面直径最小，并且具有所述直径朝下方增加的部分。

8.一种白色LED照明装置，具备：LED光源，发出紫外光区域或可见光区域的光；轴对称透明部件，对可见光透明，覆盖所述LED光源地设置；第1轴对称荧光层，与所述LED光源分离地配置在所述轴对称透明部件的内部；以及第2轴对称荧光层，在所述第1轴对称荧光层的上方分离地配置在所述轴对称透明部件的内部，其中，

所述LED光源具有面积C的发光面和与该发光面实质上正交的配光对称轴，在该配光对称轴的周围具有实质上对称的配光分布，

所述轴对称透明部件具有与所述LED光源的所述配光对称轴实质上一致的第1对称轴，并且是相对该第1对称轴对称的形状，

所述第1轴对称荧光层吸收来自所述LED光源的一部分光，发出比来自所述LED光源的光更靠长波长侧的可见区域的第1光，具有与所述LED光源的所述配光对称轴实质上一致的第2对称轴，具有面积S₁的上表面并相对所述第2对称轴对称，所述LED光源与所述第1轴对称荧光层的最接近距离L₂、和所述LED光源的所述发光面的面积C满足由下述式(1)表示的关系，

[数5]

L_{2} > \sqrt{\frac{C}{4 π}}

式(1)

所述第2轴对称荧光层吸收来自所述LED光源的一部分光，发出波长比来自所述LED光源的光的波长长、比所述第1光的波长短的第2光，具有与所述LED光源的所述配光对称轴实质上一致的第3对称轴，所述第1轴对称荧光层与所述第2轴对称荧光层的最接近距离L₄、和所述第1轴对称发光层的上表面的面积S₁满足由下述式(21)表示的关系。

[数6]

L_{4} > \sqrt{\frac{S_{1}}{4 π}}

式(21)

9.根据权利要求1至3中的任意一项所述的白色LED照明装置，其特征在于，

所述LED光源照射峰值波长为390nm～460nm的单色光。

10.根据权利要求1至3中的任意一项所述的白色LED照明装置，其特征在于，还具备：

基板，该基板具有载置所述LED光源、对可见光进行漫反射的载置面。

11.根据权利要求1至3中的任意一项所述的白色LED照明装置，其特征在于，还具备：

基板，该基板具有载置所述LED光源、相对可见光透明的载置面。

12.根据权利要求2或3所述的白色LED照明装置，其特征在于，

所述轴对称透明部件在底面的端部具有由下述式(12)和式(13)表示的曲面，

[数7]

ρ_{r} = \frac{\sqrt{C}}{2} \sin Θexp (\frac{1}{\sqrt{n^{2} - 1}} (\frac{π}{2} - Θ))

式(12)

ρ_{h} = \frac{\sqrt{C}}{2} \cos Θexp (\frac{1}{\sqrt{n^{2} - 1}} (\frac{π}{2} - Θ))

式(13)

此处，

ρ_r和ρ_h分别是沿z轴对称的圆柱坐标中的半径和高度，

z轴以所述配光对称轴与所述发光面的交点为原点，上方是正方向，

C是所述LED光源的所述发光面的面积，

Θ是参变量的区间，其中0<Θ<π/2。

13.根据权利要求10所述的白色LED照明装置，其特征在于，

多个所述LED光源被载置在所述基板上，并且从所述配光对称轴至各LED光源的发光面的中心为等距离RR，

所述白色LED照明装置还具备同时贯通所述轴对称散射部件的内部以及所述轴对称透明部件的内部的轴对称的传热部件，

所述传热部件具有所述RR以下的最大半径，热接合于所述LED光源或所述基板。