JP2003515956A - Led及び蛍光ledを含み、白色光を生成するハイブリッド照明システム - Google Patents

Led及び蛍光ledを含み、白色光を生成するハイブリッド照明システム

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JP2003515956A JP2001542388A JP2001542388A JP2003515956A JP 2003515956 A JP2003515956 A JP 2003515956A JP 2001542388 A JP2001542388 A JP 2001542388A JP 2001542388 A JP2001542388 A JP 2001542388A JP 2003515956 A JP2003515956 A JP 2003515956A
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    • Y10S362/80Light emitting diode

Abstract

(57)【要約】 本発明の白色光を生成するためのハイブリッド照明システムは、少なくとも1つの発光ダイオードと蛍光−発光ダイオードを含む。ハイブリッド照明システムは、白色光を形成するためにLED又は蛍光LEDを使用する従来のLED照明システムより改善された性能を示す。特に、本発明のハイブリッドシステムは、LED及び/又は蛍光LEDの蛍光体の色と数を変更することによって、重要と思われる場合に異なる照明システム性能パラメータを提示し、且つ、最適化することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、白色光を生成するための発光ダイオード(LED)照明システムに
係り、特に、LED及び蛍光LEDを含み、白色光を生成するハイブリッドLE
D照明システムに関する。ハイブリッド照明システムは、白色光を生成するため
にLED又は蛍光LEDを使用する従来のLED照明システムよりも改善された
性能を示す。
【0002】 白色光を生成するための従来のLED照明システムは典型的に、LED又は蛍
光LEDのいずれかを含む。LEDを使用する照明システムは、赤色LED、緑
色LED、及び青色LEDの様々な組み合わせを組み合わせて白色光を生成する
。蛍光LEDに基づく照明システムは、青色光LEDに加えて、1つ以上の様々
なルミネセンス蛍光材料を使用し、放出された青色光の一部をより長い波長の光
に変換することによって白色光を生成する。
【0003】 LEDを使用する照明システムは、蛍光LEDを使用する照明システムよりも
パッケージレベルにおいて効率がよい。しかし、LEDに基づく照明システムで
は、高品質の白色光を達成することがより困難である。これは、照明システムの
全体の性能と生産量を最適化するよう製造されるLEDは典型的に、フルの定格
出力で動作されるときに、赤色光、緑色光、及び青色光の必要な量を与えるよう
望ましくなく大きい個数のLEDチップを組み合わせなければならないからであ
る。更に、LEDチップは、適当なバランスを達成するために異なる寸法で製造
されなければならず、これによりシステムの生産費用が増加されてしまう。緑色
LEDチップ及び青色LEDチップは同様のAlInGaN技術によって製造さ
れるので、これらのチップを同様の寸法及び妥当に大きく形成すると製造面及び
費用面での利点がある。
【0004】 LEDに基づく照明システムに関連する制限は他にもある。約550nmの非
常に好適な光スペクトル波長で動作する緑色LEDは、非常に効率が悪い。最も
発光効率のよい緑色LEDは、約530nmのあまり好適ではない光スペクトル
波長で動作する。更に、現在利用可能である効率のよいLEDは、良好な演色を
達成することが困難である。良好な演色は可能であるが、LEDの特定の選択に
制限をもたらす。
【0005】 更に、白色光を生成するためにLEDを合わせる(mix)ことは、材料の費用
及び特に効率費用が必然的に伴う。より詳細には、多くの非常に平行化された(
highly collimated)混合スキームは2つのLEDを一度に合わせるという点で
バイナリーである。LEDに基づく照明システムは典型的に3つ及び4つのLE
Dを使用するので、2つの合わせる段階を必要とする。各合わせる段階は効率費
用を有し、これはシステムの性能を著しく低下させる。
【0006】 上述したように、蛍光LEDは合わせることを必要とせず、低い材料費用を有
する(蛍光LEDは本質的に混合されている)ので、LEDに基づく照明システ
ムと比較すると蛍光LEDに基づく照明システムは、より容易に白色光を生成す
る。しかし、蛍光LEDに基づく照明システムは、量子欠損及び再放出効果によ
ってパッケージレベルにおいてLEDに基づく照明システムよりも約2倍効率が
悪い。
【0007】 従って、LEDに基づく照明システムの特定の面と、蛍光LEDに基づく照明
システムの特定の面とを組み合わせ、いずれのシステムも超える利点を達成する
照明システムが必要である。
【0008】 白色光を生成する照明システムは、少なくとも1つのLEDと少なくとも1つ
のLEDに隣接して配置される蛍光LEDとを含む。
【0009】 本発明の利点、本質、及び様々な追加の特徴は、添付図面と共に以下に説明さ
れる実施例を考慮するとより明らかになろう。
【0010】 添付図面は本発明の概念を説明するためのものであって、基準化されているわ
けではないことを理解するものとする。
【0011】 本発明のハイブリッド照明システムは一般的に、白色光を生成するために、1
つ以上の特定のLEDを、青色LED及び特定の光スペクトル波長(カラー)で
放出する少なくとも1つの蛍光体から構成される蛍光LEDと選択的に組み合わ
せることを含む。
【0012】 図1Aは、本発明に使用される典型的なLED10を示す。LED10は、標
準的なAlInGan又はAlInGaP処理方法を使用し従来通りに構成され
、透明エポキシ樹脂13によって満たされる反射性の金属ディッシュ又は反射器
12内に取り付けられるLEDチップ11を含む。
【0013】 図1Bは、本発明に使用される典型的な蛍光LED14を示す。蛍光LED1
4は、構成的には図1AのLEDと略同一であるが、反射器16を満たすエポキ
シ樹脂18は、内部で均一に混ぜ合わされた1つ以上の種類の蛍光体材料の粒子
19が含まれる。蛍光体の粒子19は、LED15チップ15によって放出され
た光線の一部を異なるスペクトル波長を有する光線に変換する。
【0014】 本発明のハイブリッドシステムの主要な利点は、LED及び/又は蛍光LED
の蛍光体の色及び個数を変更することによって、重要と思われる場合に異なる照
明システム性能パラメータを提示し、且つ、最適化することが可能となることで
ある。特に、本発明のシステムは、赤色光成分、緑色光成分、及び青色光成分の
バランスを図ること、バランスのとれた小さい個数のLED、改善された演色、
及び、蛍光LEDを介する効率のよい混合によって、より高い利用可能なチップ
あたりのルーメン平均値を提示し、且つ、達成することが可能である。これは、
標準的なAlInGan又はAlInGaP処理方法で製造されるLEDチップ
を使用する様々な適用に対し最適化される様々な種類の製品を製造することが有
利に可能となる。
【0015】 以下に示す実施例はそれぞれ、本発明のハイブリッドシステムを使用しどのよ
うに上記の性能の利点のうちの一つ以上の利点が達成されるのかを説明する。
【0016】 図2は、本発明のハイブリッド照明システムの第1の実施例20を示す。シス
テム20は、約610nmのスペクトル波長を有する光線を放出する赤色LED
22と、約450乃至470nmのスペクトル波長を有する光線を放出する青色
LED及び青色光の一部(典型的には約50%)を約550nmのスペクトル波
長を有する緑色光に変換する蛍光体材料から構成される蛍光LED24とを含む
。本発明のこの実施例は、適当な出力バランスを与え、従来のLEDの基づく照
明システムに使用されるあまり効率のよくない緑色LED(典型的に約530n
mのスペクトル波長を有する光線を放出する)を必要としなくなるので、従来の
LEDに基づく照明システムに匹敵するか又は超えるシステム全体としての効率
を達成することが可能である(蛍光LEDは、550nmの範囲により良好に到
達しやすく、従って、ルーメン毎ワットにおいて利点を有するので緑色LEDチ
ップよりも基本的により効率がよい)。
【0017】 更に、このシステムの実施例20の2つのLED22、24は合わせることが
より容易であり、且つ、効果的であり、3つ及び4つのLEDを典型的に使用す
る従来の照明システムよりあまり複雑でないLED駆動電子装置が必要となる。
【0018】 より詳細には、LEDを合わせるために多くの混合スキームが存在する。略全
てのこれらのスキームにおいて、混合することが少ないことが望ましい。例えば
バイナリーの混合スキームでは、従来のLEDに基づく照明システムに必要とさ
れる2つの合わせる段階と比べて、本発明のシステム20の2つのLED22、
24を合わせるには1つの合わせる段階のみが必要となる。従って、本発明の実
施例は、従来のLEDに基づく照明システムの混合損失の約半分の混合損失を被
る。従って、従来のLEDに基づく照明システムと比較すると、本発明の実施例
では、かなり高いシステム全体としての効率が実現されることが可能である。カ
ラーポイントは線に沿ってのみ調節することが可能であるが、蛍光LED24に
よって与えられる550nmの光線によって演色は適当である。従って、色温度
に対する制御は設計点においてのみ可能である。しかし、このような本発明の実
施例は、あまり高価でないLED駆動電子装置が望ましく、色温度に対し完全な
る融通性は余り重要でない低費用の照明システム適用において、固定された白色
光を生成するために特に有用である。
【0019】 図3は、本発明のハイブリッド照明システムの第2の実施例30を示す。シス
テム30は、赤色LED32(約610nmのスペクトル波長の光線を放出する
)、緑色LED34(約530nmのスペクトル波長の光線を放出する)、及び
、青色LED(約450nm乃至約470nmの間で放出する)と放出された青
色光の一部(約50%)を赤色光(約610nm)に変換する蛍光体材料とから
構成される蛍光LED36を含む。赤色光の十分でない量及び青色光の過剰な量
を典型的に生成する従来のLEDに基づくシステムと比較すると、本発明のシス
テムのこの実施例に使用される蛍光LED36は、赤色光出力における不足を釣
り合わせ、青色光出力を減衰し、それにより3つのLEDのみで良好なカラーバ
ランスを与える。演色及び色温度の制御は、従来のLEDに基づく照明システム
に匹敵する。特に、3つのLEDを使用することは、駆動電流を調節することに
より3つのLEDの輝度を単純に上げたり下げたりすることによってバランスを
変えることが可能となるよう蛍光LED36の赤色含有量(content)は十分に
小さいので、色温度を自由に調節することが可能である一方で最大ルーメン含有
量を与えることが可能となる。
【0020】 図4は、本発明のハイブリッド照明システムの第3の実施例40を示す。シス
テム40は、2つの赤色LED42、44(約610nmで放出する)、緑色L
ED46(約530nmで放出する)、及び、青色LED(約450乃至約47
0nmで放出する)と青色光の一部を約550nmのスペクトル波長を有する緑
色光に変換する蛍光体材料とから構成される蛍光LED48を含む。蛍光体は、
約50%の出力変換効率を有するので、蛍光LED48によって十分な量の青色
光及び緑色光が発生され、それにより550nmの光線があることによって最高
のバランス及び演色が設計点において与えられる。更に、550nmの光線はよ
り大きいルーメン含有量を形成するので、それにより本発明のシステムのこの実
施例は、蛍光体の変換エネルギー損失を考慮してもより高いルーメン出力を与え
る。
【0021】 図5は、本発明のハイブリッド照明システムの第4の実施例50を示す。シス
テム50は、2つの赤色LED52、54、緑色LED56、及び、青色光及び
緑色光を放出する蛍光LED58を含み、第3の実施例と略同一である。しかし
、2つの赤色LED52、54は2つの僅かに異なるスペクトル波長(約610
nm及び約595nm)で光線を放出する。約595nmで放出する赤色LED
は、橙−琥珀色のような赤色を生成し、これは演色に更なる改善をもたらす。
【0022】 図6は、本発明のハイブリッド照明システムの第5の実施例60を示す。シス
テム60は、2つの赤色LED62、64、緑色LED56、及び、蛍光LED
68を含み、第3の実施例と略同一である。しかし、蛍光LED68は、青色光
の一部を緑色光に変換する550nmの光スペクトル波長で放出する第1の蛍光
体材料と、第1の蛍光体材料によって変換されない残りの青色光の一部を琥珀又
は黄−緑色光に変換する第2の蛍光体材料とを有する青色LEDから構成される
。この実施例は演色において更なる改善を示し、従って、最大の演色を必要とす
る適用において有用である。
【0023】 図7は、本発明のハイブリッド照明システムの第6の実施例70を示す。シス
テム70は、第4の実施例と第5の実施例の特徴を組み合わせ、従って、第1の
赤色LED72(約610nmで放出する)、第2の赤色LED74(約595
nmで放出する)、緑色LED76(約530nmで放出する)、及び蛍光LE
D78を含む。蛍光LEDは、青色LED(約450nm乃至約470nmで放
出する)と、青色光の一部を緑色光に変換し、約550nmの光スペクトル波長
で放出する第1の蛍光体材料と、第1の蛍光体材料によって変換されない残りの
青色光の一部を琥珀又は黄−緑色光に変換する第2の蛍光体材料とから構成され
る。この実施例も、最適化された演色を必要とする適用において特に有用である
【0024】 本発明は、上述された実施例を参照して説明されたが、本発明の目的から逸脱
することなく様々な変形及び変更が可能である。従って、そのような変形及び変
更は請求項の範囲に含まれると考える。
【図面の簡単な説明】
【図1A】 本発明の照明システムに使用される典型的なLEDを示す断面図である。
【図1B】 本発明の照明システムに使用される典型的な蛍光LEDを示す断面図である。
【図2】 本発明の照明システムの第1の実施例を示す図である。
【図3】 本発明の照明システムの第2の実施例を示す図である。
【図4】 本発明の照明システムの第3の実施例を示す図である。
【図5】 本発明の照明システムの第4の実施例を示す図である。
【図6】 本発明の照明システムの第5の実施例を示す図である。
【図7】 本発明の照明システムの第6の実施例を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成13年11月16日(2001.11.16)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0022】 発明のハイブリッド照明システムの可能な第5の実施 、2つの赤色LED、緑色LED、及び、蛍光LEDを含み、第3の実施例と
略同一である。しかし、蛍光LEDは、青色光の一部を緑色光に変換する550
nmの光スペクトル波長で放出する第1の蛍光体材料と、第1の蛍光体材料によ
って変換されない残りの青色光の一部を琥珀又は黄−緑色光に変換する第2の蛍
光体材料とを有する青色LEDから構成される。この実施例は演色において更な
る改善を示し、従って、最大の演色を必要とする適用において有用である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0023】 発明のハイブリッド照明システムの可能な第6の実施 、第4の実施例と第5の実施例の特徴を組み合わせ、従って、第1の赤色LE D( 約610nmで放出する)、第2の赤色LED(約595nmで放出する)
、緑色LED(約530nmで放出する)、及び蛍光LEDを含む。蛍光LED
は、青色LED(約450nm乃至約470nmで放出する)と、青色光の一部
を緑色光に変換し、約550nmの光スペクトル波長で放出する第1の蛍光体材
料と、第1の蛍光体材料によって変換されない残りの青色光の一部を琥珀又は黄
−緑色光に変換する第2の蛍光体材料とから構成される。この実施例も、最適化
された演色を必要とする適用において特に有用である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図1A】 本発明の照明システムに使用される典型的なLEDを示す断面図である。
【図1B】 本発明の照明システムに使用される典型的な蛍光LEDを示す断面図である。
【図2】 本発明の照明システムの第1の実施例を示す図である。
【図3】 本発明の照明システムの第2の実施例を示す図である。
【図4】 本発明の照明システムの第3の実施例を示す図である。
【図5】 本発明の照明システムの第4の実施例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パシュレイ,マイケル ディー オランダ国,5656 アーアー アインドー フェン,プロフ・ホルストラーン 6 (72)発明者 ハーマン,スティーヴン オランダ国,5656 アーアー アインドー フェン,プロフ・ホルストラーン 6 Fターム(参考) 5F041 AA03 AA11 AA42 CA34 DC07 DC83 EE25 FF11

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの第1の発光ダイオードと、 上記少なくとも1つの第1の発光ダイオードに隣接して配置される蛍光−発光
    ダイオードとを含む、白色光を生成するための照明システム。
  2. 【請求項2】 上記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも2つの異なる色の
    光線を放出する請求項1記載の照明システム。
  3. 【請求項3】 少なくとも1つの第2の発光ダイオードを更に含む請求項1
    記載の照明システム。
  4. 【請求項4】 上記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも2つの異なる色の
    光線を放出し、 上記少なくとも2つの色のうちの1つの色は、上記少なくとも1つの第2の発
    光ダイコードによって放出される色と少なくとも略同一である請求項3記載の照
    明システム。
  5. 【請求項5】 上記発光ダイオードから放出される光線は、同じ平均的な色
    を有するが、異なるスペクトル波長を有する請求項3記載の照明システム。
  6. 【請求項6】 第2の発光ダイオード及び第3の発光ダイオードを更に含む
    請求項1記載の照明システム。
  7. 【請求項7】 上記第1の発光ダイオード、上記第2の発光ダイオード、及
    び上記第3の発光ダイオードのうちの2つの発光ダイオードから放出される光線
    は同じ平均的な色を有するが、異なるスペクトル波長を有する請求項6記載の照
    明システム。
  8. 【請求項8】 上記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも3つの異なる色の
    光線を放出する請求項7記載の照明システム。
  9. 【請求項9】 上記純粋な蛍光−発光ダイオードチップは少なくとも3つの
    異なる色の光線を放出する請求項6記載の照明システム。
  10. 【請求項10】 上記蛍光−発光ダイオードは、少なくとも2つの異なる色
    の光線を放出する請求項6記載の照明システム。
  11. 【請求項11】 上記少なくとも1つの第1の発光ダイオードは赤色光を放
    出する請求項1記載の照明システム。
  12. 【請求項12】 上記蛍光−発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光
    ダイオードと、上記青色光の少なくとも一部を緑色光及び赤色光のうちのいずれ
    かに変換する少なくとも1つの蛍光体とを含む請求項11記載の照明システム。
  13. 【請求項13】 緑色光を放出する少なくとも1つの第2の発光ダイオード
    を更に含む請求項12記載の照明システム。
  14. 【請求項14】 赤色光を放出する第3の発光ダイオードを更に含む請求項
    13記載の照明システム。
  15. 【請求項15】 上記第1の発光ダイオードから放出される上記赤色光のス
    ペクトル波長は、上記第3の発光ダイオードから放出される上記赤色光のスペク
    トル波長とは異なる請求項14記載の照明システム。
  16. 【請求項16】 上記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構
    成されるグループから選択される少なくとも1つの第3の異なる色の光線を放出
    する請求項14記載の照明システム。
  17. 【請求項17】 上記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構
    成されるグループから選択される少なくとも1つの第3の異なる色の光線を放出
    する請求項15記載の照明システム。
  18. 【請求項18】 上記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構
    成されるグループから選択される少なくとも1つの第3の異なる色の光線を放出
    する請求項11記載の照明システム。
  19. 【請求項19】 上記蛍光−発光ダイオードは、琥珀色及び黄−緑色から構
    成されるグループから選択される少なくとも1つの第3の異なる色の光線を放出
    する請求項12記載の照明システム。
  20. 【請求項20】 緑色光を放出する少なくとも1つの第2の発光ダイオード
    を更に含む請求項11記載の照明システム。
JP2001542388A 1999-12-02 2000-11-17 Led及び蛍光ledを含み、白色光を生成するハイブリッド照明システム Pending JP2003515956A (ja)

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