JP2012054242A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体発光素子（例えば、発光ダイオードチップ）、およびルミネッセント材料を用いた照明装置において、固体発光素子（たとえば、発光ダイオードチップ）、または、パッケージ（たとえば、ＬＥＤパッケージ）からの光の抽出を、最大化する。
【解決手段】照明装置１０は、少なくとも１つの発光ダイオードからなる固体発光素子を保持した取り付け体１１と、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、固体発光素子より間隔をあけて設けられている少なくとも１つのルミネッセント要素及び錯乱層１２とを備えている。ルミネッセント要素は、第１のルミネッセント材料からなる第１のルミネッセント要素領域と第２のルミネッセント材料からなる第２のルミネッセント要素領域とを有しており、第１及び第２のルミネッセント材料は、励起されたときに、異なる波長又は波長帯の光を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、特に、１つ、あるいはそれ以上の固体発光素子、および１つ、あるいはそれ以上のルミネッセント材料（たとえば、１つ、またはそれ以上のリン発光体）を含む装置に関係する。特定の側面において、本発明は、１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、および１つ、あるいはそれ以上のルミネッセント材料を含む照明装置に関係する。
なお、本出願は、その全体が参照によりここに組み入れられる２００５年１２月２２日に出願された、米国仮特許出願第６０／７５３，１３８号の優先権の利益を主張する。また、本出願は、その全体が参照によりここに組み入れられる２００６年７月１９日に出願された、米国仮特許出願第６０／８３１，７７５号の優先権の利益を主張する。

毎年、米国において生成される電気の多くの部分（いくつかの見積りは、２５％と高い）は、照明に行っている。したがって、よりエネルギー効率の高い照明を与える、進行中の必要がある。白熱電球は、エネルギー効率のよくない光源であることはよく知られている − それらが消費する電気の約９０％は、光よりむしろ熱として開放される。蛍光灯バルブは、白熱電球より、（約１０倍だけ）より効率的であるが、しかし、発光ダイオード等の、固体発光素子に比較すると、まだ、きわめて非効率である。

さらに、固体発光素子の通常の寿命に比較すると、白熱電球は、相対的に短い寿命、たとえば、代表的に約７５０−１０００時間を持つ。比較するに、発光ダイオードの寿命は、たとえば、一般に、数十年単位で、測定することができる。蛍光灯は、白熱灯より、より長い寿命（たとえば、１０，０００−２０，０００時間）を持つが、しかし、色再現の好ましさは低い。色再現は、代表的に、特定のランプにより点灯されるときの、対象物の表面カラーのシフトの相対的な示しである演色評価数（ＣＥＩ）を用いて測定される。昼光色は、もっとも高いＣＲＩ（１００の）を持ち、白熱電球は、比較的近い（約９５）ものであり、蛍光照明は、より正確さが低い（７０−８７）。あるタイプの特定化された照明は、相対的に低いＣＲＩを持つ（たとえば、水銀蒸気またはナトリウムでは、ともに、約４０、あるいは、さらにより低い、のように低い）。

従来の電灯設備により直面される問題は、照明装置（たとえば、電灯バルブ等）を、周期的に置き換える必要である。このよう問題は、特に、アクセスが困難である（たとえば、丸天井、ブリッジ、高いビル、交通トンネル）ところで、および／または、交換コストが極端に高いところで照明されている。従来の電灯設備の代表的な寿命は、少なくとも約４４，０００時間の光発生装置の使用（２０年間にわたる１日６時間の使用に基づく）に対応する、約２０年である。光発生装置の寿命は、代表的にもっと小さく、これにより、周期的な交換の必要を生じる。

したがって、これらの、および他の理由により、努力は、固体発光素子を、白熱電球、蛍光灯、および他の光発生装置の代わりに、広い領域の応用において用いることのできる方法を、開発するために続けられてきた。さらに、発光ダイオード（または、他の固体光発光素子）が、すでに使われ続けているところでは、努力は、たとえば、エネルギー効率、演色評価数（ＣＲＩ）、コントラスト、有効性（ｌｍ／Ｗ）、および／または、サービス期間、に関して、改善された発光ダイオードを与えるよう、行われ続けている。

種々の固体発光素子は、よく知られている。たとえば、１つのタイプの固体発光素子は、発光ダイオードである。発光ダイオードは、電流を光に変換するよく知られた半導体装置である。広い範囲の発光ダイオードが、今も広がる目的の範囲のための、ますます広い分野において使用されている。

より特定的には、発光ダイオードは、電位差が、ｐｎ接合構造に対して印加されたとき、光（紫外線、可視光、または赤外線）を、発する半導体装置である。発光ダイオード、および、多くの関連する構造を作る多くの公知の方法があり、本発明は、任意のこのような装置を用いることができる。たとえば、Ｓｚｅの半導体装置の物理学（１９８１年、第２版）の第１２−１４章、および、Ｓｚｅの現代半導体装置物理学（１９９８）の第７章は、発光ダイオードを含む、広い範囲の発光装置を記述している。

ここで使用される表現“発光ダイオード”は、基本的な半導体ダイオード構造（すなわち、“チップ”）を意味するものとして用いられる。共通に認識され、商業的に入手可能な“ＬＥＤ”であって、（たとえば、）電子ショップにおいて売られているものは、多くの部品から作られている“パッケージされた”デバイスを表す。これらのパッケージされたデバイスは、代表的に、米国特許第４，９１８，４８７、５，６３１，１９０、および５，９１２，４７７号明細書に記述されたような（しかしそれらに限定されない）半導体ベースの発光ダイオード、種々のワイヤ接続、および、発光ダイオードを収容するパッケージを含む。

よく知られているように、発光ダイオードは、半導体活性（発光）層の導電帯と価電子帯との間のバンドギャップを横切って電子を励起することにより、光を生成する。電子遷移は、エネルギーギャップに依存する波長で、光を発生する。このように、発光ダイオードにより発光された光の色（波長）は、発光ダイオードの活性層の半導体材料に依存する。

発光ダイオードの発展は、多くの態様で、照明産業を改革してきたが、発光ダイオードの特徴のいくつかは、多くの挑戦を提示してきており、そのいくつかはまだ十分に満たされていない。たとえば、任意の特定の発光ダイオードの発光スペクトルは、代表的に（発光ダイオードの組成、および構造により予言されるように）単一波長の周りに集中しており、これは、いくらかの応用には好ましいが、他のもののためには、好ましくないものである（たとえば、照明を与えるためには、このような発光スペクトルは、大変低いＣＲＩを与える）。

白と感じられる光は、必然的に、２つ、またはそれ以上の色の（または、波長の）ブレンドであるので、単一の発光ダイオードは、白色を生ずることはできない。“白色”発光ダイオードは、各赤、緑、および青の発光ダイオードにより形成される発光ダイオードピクセルを持って製造されてきた。他の、“白色”発光ダイオードは、(1) 青色光を発生する発光ダイオード、および、(2) 前記発光ダイオード により発光された光による励起に応答して黄色光を発するルミネッセント材料（たとえば、リン発光体）を含んで生成され、これにより、該青色光、および黄色光は、混合されたとき、白色光と感知される光を生成する。

さらに、非主要色の結合を生成する主要色の混合は、一般に、この、および他の技術において、よく理解されている。一般に、１９３１年のＣＩＥ色度図（１９３１年に設けられた主要色の国際標準）、および１９７６年のＣＩＥ色度図（１９３１年の色度図に類似しているが、該図上の同様の距離は、同様の認知される色の差異を表現するよう修整されている）は、色を、主要色の重み付け加算として定義するための有用な参照を与える。

発光ダイオードは、このように、個々に、または、任意の結合において、任意に、１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料（リン発光体、またはシンチレータ）、および／または、フィルターとともに使用されて、任意の所望の感受される色（白を含む）を生成することができる。したがって、現存する光源を、発光ダイオード光源により、たとえば、エネルギー効率、演色評価数（ＣＲＩ）、有効性（ｌｍ／Ｗ）、および／または、サービス期間、に関して改善するために置き換えるよう、努力がなされつづけている領域は、任意の特定の色の光、あるいは色のブレンドの光に、限定されるものではない。

広い多種多様性のルミネッセント材料（たとえば、その全体が参照によりここに組み入れられる、米国特許第６，６００，１７５号明細書に開示されているように、ルミファー、あるいはルミノフォリック材料としても知られている）は、公知であり、当業者にとって入手可能である。例えば、リン発光体は、たとえば、励起放射源により励起されたとき、反応性の放射（例えば、可視光線）を発するルミネッセント材料である。多くの場合、応答する放射は、励起する放射の波長と異なる波長を持つ。ルミネッセント材料の他の例は、紫外線を照射されると、可視スペクトル内において輝くシンチレーター、昼日グローテープ、およびインクを含む。

ルミネッセント材料は、ダウンコンバートするもの、すなわち、フォトンをより低いエネルギーレベル（より長い波長）に変換する材料である、あるいは、アップコンバートするもの、すなわち、フォトンをより高いエネルギーレベル（より短い波長）に変換する材料である、ものとして分類されることができる。

ルミネッセント材料を、ＬＥＤ装置内に含むことは、上記したように、ルミネッセント材料を、清浄な収容材料（たとえば、エポキシ系、またはシリコーン系材料）に、たとえば、ブレンディングまたはコーティングプロセスにより、付加することにより遂行されてきた。

たとえば、米国特許第６，９６３，１６６号明細書（Ｙａｎｏ‘１６６）は、従来の発光ダイオードランプが、発光ダイオードチップ、発光ダイオードチップを覆うための弾丸形状透明ハウジング、電流を発光ダイオードチップに供給する導線、および、発光ダイオードチップの放射を一定の方向に反射するためのチップ反射器、そこにおいては、発光ダイオードチップは、第１の樹脂部分により収容されており、これは、さらに第２の樹脂部分により収容されている、を含むことを開示している。Ｙａｎｏ‘１６６によれば、第１の樹脂部分は、カップリフレクタを樹脂材料で満たし、それを、発光ダイオードチップが、カップリフレクタの底上にマウントされ、そののち、そのカソード、およびアノード電極が、ワイヤによりリードに電気的に接続された後に、キュアすることにより得られる。Ｙａｎｏ‘１６６によれば、リン発光体は、発光ダイオードチップから出射された光Ａにより励起されるよう、第１の樹脂部分において分散され、該励起されたリン発光体は、光Ａより長い波長を持つ蛍光発光（“光Ｂ”）を生成し、該光Ａの一部は、リン発光体を含む第１の樹脂部分を通って送信され、結果として、光Ａと光Ｂの混合物である光Ｃが、照明として用いられる。

上記したように、“白ＬＥＤ光”（すなわち、白、または、白に近いと感受される光）は、白い白熱電球に対する可能な置き替えとして研究されて来た。白色ＬＥＤランプの代表的な例は、ガリウム窒化物から作られる青色発光ダイオードチップのパッケージ、これは、ＹＡＧ等のリン発光体によりコートされる、を含む。このようなＬＥＤランプにおいて、青色発光ダイオードチップは、約４５０ｎｍの波長を持つ放射を生成し、リン発光体は、その放射を受信したとき、約５５０ｎｍのピーク波長を持つ黄色の蛍光を生成する。たとえば、ある設計においては、白色発光ダイオードは、青色発光半導体発光ダイオードの外部表面上に、セラミックリン発光体層を形成することにより、製造される。発光ダイオードチップより出射される青色光の一部は、リン発光体を通過し、一方、該発光ダイオードチップより出射される青色光の一部は、リン発光体により吸収され、これは、励起され、黄色光を発する。発光ダイオードチップより出射され、リン発光体を通過した青色光の一部は、リン発光体により発射された黄色光と混合される。観察者は、青、および黄色の光の混合物を、白色光として感受する。

また上記したように、もう１つのタイプのＬＥＤランプにおいては、紫外光を発射する発光ダイオードチップは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）光光線を生成するリン発光体材料と結合される。このようなＬＥＤランプにおいては、発光ダイオードチップから放射された紫外線は、リン発光体を励起し、該リン発光体をして、赤、緑、青の光線を発射せしめ、これらは混合されて、人の目により白色光として感受される。その結果、白色光はまた、これらの光線の混合物としても、得られる。

既存のＬＥＤ構成要素パッケージ、および他の電子回路が、１つの電気設備内にアセンブルされる設計が与えられてきた。このような設計において、パッケージ化されたＬＥＤは回路基板にマウントされ、該回路基板はヒートシンクにマウントされ、かつ、該ヒートシンクは、所望の駆動電子回路とともに、固定ハウジングにマウントされる。多くの場合において、追加的な光学部品（パッケージ部品に対して２次的な）が、また必要である。

発光ダイオードを、他の光源、例えば、白熱電球、に置き換えて用いるにおいては、パッケージされたＬＥＤは、従来の電灯設備、たとえば、中空レンズ、および該レンズに取り付けられたベースプレートを含む、電灯設備とともに使用されてきており、該ベースプレートは、電気的に電源に結合された１つ、またはそれ以上のコンタクトを持つ従来のソケットハウジングを持っている。例えば、ＬＥＤ光バルブは、電気回路基板、該回路基板上にマウントされた複数のパッケージ化されたＬＥＤ、および、該回路基板に取り付けられ、かつ、電灯設備のソケットハウジングに接続されるよう適合された接続ポストよりなって、構成されており、これにより、該複数のＬＥＤは、電源により、照明されることができる。

固体発光素子、たとえば、発光ダイオードを、より広い多様性のある応用において、白色光を含む、すべての可能な光の色について、改善されたエネルギー効率をもって、改善されたＣＲＩを持って、改善された有効性（ｌｍ／Ｗ）を持って、および／または、より長いサービス期間をもって、与える方法についての、継続的な要求がある。

米国特許第４，９１８，４８７号明細書 米国特許第５，６３１，１９０号明細書 米国特許第５，９１２，４７７号明細書 米国特許第６，６００，１７５号明細書 米国特許第６，９６３，１６６号明細書 米国特許出願第６０／７５２，７５３号

上記したように、ルミネッセント材料を用いる従来のＬＥＤパッケージにおいては、1つ、またはそれ以上の特定の色の色合いを持つ光を生成するために、ＬＥＤは、代表的にたとえば、キュアーされたポリマー樹脂のような、その中では、ルミネッセント材料、たとえば、リン発光体は、分散されている収容体によりカバーされている。

さらに、２００５年１２月２１日に出願された、その全体が参照によりここに組み入れられる、名称、「照明装置」（発明者：ジェラルド・Ｈ・ネグレイ、アントニー・ポール フェン・ドゥ・フェン、およびニール・ハンター）の、米国特許出願第６０／７５２，７５３号において記述されているように、照明装置は、固体発光素子（例えば、発光ダイオードチップ）、およびルミネッセント材料を用いた、それにおいては、固体発光素子（例えば、チップ）がハウジング上にマウントされているものが、開発されてきた。

本発明の一般的目的は、このようなデバイスにおける、固体発光素子（たとえば、発光ダイオードチップ）、または、パッケージ（たとえば、ＬＥＤパッケージ）からの光の抽出を、最大化することである。

リン発光体を含む従来のＬＥＤパッケージの場合には、励起光（たとえば、ＬＥＤからの光）の重要な部分（たとえば、多くの場合において、最大２０から２５％程度）は、リン発光体から発光ダイオードチップ／パッケージ内へ、反射（後方散乱）される。発光ダイオードチップ自体内に後方散乱された後方散乱光は、チップの外へ出る大変低い確率を持ち、それゆえ、このような後方散乱は、エネルギーのシステムロスを生じる。

さらに、リン発光体により変換された光は、全方位的であり、したがって、一般に、該光の５０％は、直接、ＬＥＤ源に戻るように向かう。
さらに、もしルミネッセント要素があまりにも厚く、かつ／または、ルミネッセント要素におけるルミネッセント材料（例えば、リン発光体）含有量が、あまりにも大きければ、“自己吸収”が起こることとなる。自己吸収は、パッケージ層内の発光が、パッケージ層内に留まって他のリン発光体粒子を励起し、かつ、実際には吸収され、あるいは、そうでなければ、デバイスを励起することを妨げられるときに起こり、これにより、性能（強度）、および効率を、低減させる。さらに、もしルミネッセント材料（例えば、リン発光体）の粒子サイズがあまりに大きければ、ルミネッセント材料の粒子は、励起源（ＬＥＤチップ）の光、およびリン発光体により生成される光の、両方の望ましくない散乱を生じ得る原因となる。

本発明の１つの側面によれば、固体発光素子を、ルミネッセント素子から空間的に分離することにより、この抽出効率は、改善することができる。さらに、ルミネッセント要素に直面する固体発光素子の照明面積の表面領域を、固体発光素子に直面するルミネッセント要素の表面領域より、より小さくすることで、任意の励起源からの後方散乱光、あるいは、任意のルミネッセント要素からの出射光は、該固体発光素子における再吸収の、より低い確率を持つ。

本発明の第１の側面によれば、少なくとも１つの固体発光素子、および、少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、前記ルミネッセント要素は、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、かつ前記固体発光素子より間隔をあけて設けられている、照明装置が、与えられる。本発明のこの側面において、前記ルミネッセント要素のルミネッセント要素表面は、前記固体発光素子の照明表面の少なくとも２倍の（いくつかの実施形態においては、少なくとも５倍の、かつ、いくつかの実施形態においては、少なくとも１０倍の）表面領域を持つ。

この側面による特定の実施形態においては、ルミネッセント要素は、固体発光素子から、前記照明表面の最大である寸法に少なくとも等しい距離だけ、間隔を置いて配置されている。
この側面による特定の特徴においては、ルミネッセント要素は、固体発光素子から、約１００μｍから約７５０μｍの範囲（たとえば、約５００μｍから約７５０μｍの範囲、たとえば、約７５０μｍ）内の距離だけ、間隔を置いて配置されている。

本発明の第２の側面によれば、少なくとも１つの固体発光素子、および、少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、前記ルミネッセント要素は、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、固体発光素子より間隔をあけて設けられている照明装置が、与えられる。本発明のこの側面においては、該固体発光素子は、前記ルミネッセント材料と直面する照明表面を有し、前記ルミネッセント要素は、前記固体発光素子と直面するルミネッセント要素表面を持つ。さらに、本発明のこの側面において、該ルミネッセント要素表面は、実質的に前記照明表面に平行であり、かつ前記ルミネッセント要素表面は、前記照明表面の表面領域の少なくとも２倍の（いくつかの実施形態においては、少なくとも５倍の、かつ、いくつかの実施形態においては、少なくとも１０倍の）表面領域を持つ。

この側面による特定の特徴においては、ルミネッセント要素は、固体発光素子から、前記照明表面の最大である寸法に少なくとも等しい距離だけ、間隔を置いて配置されている。

本発明の第３の側面によれば、少なくとも１つの固体発光素子、および少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、前記ルミネッセント要素は、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、前記ルミネッセント要素は、前記固体発光素子より間隔をあけて設けられている、照明装置が、与えられる。

この側面において、想像上の第１の平坦形状は、１組のルミネッセント要素点により定義され、該ルミネッセント要素点のおのおのは、固体発光素子の中心、および、ルミネッセント要素の中心を通るｚ軸に対して方位付けられたx−y面内に位置しており、かつ、ｚ軸に対する各半径方向位置に関して、このような半径方向位置にてｚ軸から最も離れたルミネッセント要素上の点のx−y座標に対応するx−y座標をもつものであり、すなわち、該第１の平坦形状は、前記ルミネッセント要素の、前記ルミネッセント要素および固体発光素子の各中心を接続するｚ軸に垂直な平面上への射影である。想像上の第２の平坦形状は、１組の発光素子点により定義され、該発光素子点のおのおのは、ｚ軸に対して方位付けられたx−y平面内に位置しており、かつ、ｚ軸に対する各半径方向位置について、このような半径方向位置にてｚ軸からもっとも離れた固体発光素子上の点のx−y座標に対応するx−y座標をもつものであり、すなわち、該第２の平坦形状は、前記固体発光素子の、前記ｚ軸に垂直な平面上への射影である。この側面において、前記第１の平坦形状の領域は、前記第２の平坦形状の領域の少なくとも２倍の大きさ（いくつかの実施形態においては、少なくとも５倍の大きさ、かつ、いくつかの実施形態においては、少なくとも１０倍の大きさ）である（ここで、１以上の固体発光素子が、照明装置内に存在しており、上記比較における固体発光素子は、前記照明装置における任意の固体発光素子の最大の第２の平坦形状を持つもの、となっている）。
この側面による特定の特徴においては、前記ルミネッセント要素は、前記固体発光素子から、前記第２の平坦形状の最大の寸法に少なくとも等しい距離だけ、間隔を置いて配置されている。

本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記固体発光素子は、発光ダイオードチップである。
本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記固体発光素子は、実質的にプレーナーである照明表面を持つ。

本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記ルミネッセント要素は、実質的にプレーナーであるルミネッセント表面を持つ。
本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記ルミネッセント要素は、その中に、ルミネッセント材料が含まれているマトリックス（たとえば、それは、ポリマー材料であってもよく、それは、キュアーされていてもよい）であってよい。

本発明によるさらなる特定の特徴においては、ルミネッセント材料が、体積で約１５％より大きくない量分だけ、前記ルミネッセント要素内に含まれている。

本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記ルミネッセント要素は、少なくとも１つのリン発光体よりなる。
本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記ルミネッセント要素は、５０μｍより大きくない平均粒子サイズを持つルミネッセント材料の粒子よりなる。

本発明によるさらなる特定の特徴においては、前記ルミネッセント要素の厚さは、１ｃｍより大きくない。
特定の側面において、前記照明装置は、“白”と感受される光を、生成することができる。
本発明は、添付図面、および以下の発明の詳細な記述を参照して、より十分に理解されるであろう。

本発明による照明装置１０の一実施形態を描く模式図である。 本発明の第３の側面に関して、上記で挙げられた用語をさらに説明するために、発光ダイオード、およびルミネッセント要素を描く図である。

上記したように、本発明の種々の側面によれば、少なくとも１つの固体発光素子、および、少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、前記ルミネッセント要素は、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなる、照明装置が、与えられる。

任意の所望の固体撮像素子が、本発明に従って使用することができる。当業者は、広い範囲のこのような発光素子を知っており、容易に、アクセスすることができる。このような発光素子は、無機、および有機の発光素子を含む。このような発光素子のタイプの例は、発光ダイオード（無機、または有機）、レーザダイオードおよび薄膜ルミネッセント装置を含み、そのおのおのの種々のものは、技術において知られている。上記したように、広い範囲のルミネッセント材料（たとえば、その全体が参照によりここに組み入れられる、米国特許第６，６００，１７５号明細書に開示されているように、ルミファー、あるいはルミノフォリック材料としても知られている）は、公知であり、当業者にとって入手可能であり、任意のこのような材料は、本発明にしたがって使用されることができる。

本発明の１つの側面において、少なくとも第１、および、第２の固体発光素子よりなる装置が与えられ、前記第１の固体発光素子は、第１の波長の光を発し、前記第２の固体発光素子は、第２の波長の光を発するものであり、前記第２の波長は、前記第１の波長と異なる。このようなデバイスにおいて、固体発光素子は、たとえば、(1) 可視スペクトラム内の異なる波長範囲内の光を発する２つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(2) 赤外スペクトラム内の異なる波長範囲内の光を発する２つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(3) 紫外スペクトラム内の異なる波長範囲内の光を発する２つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(4) 可視スペクトラム内の光を発する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、および、赤外スペクトラム内の光を発する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(5) 可視スペクトラム内の光を発する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、および、紫外スペクトラム内の光を発する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、等を含む、赤外線、可視光、および紫外線の範囲内の、任意の所望の波長（または波長範囲）の光を発することができる。

上記したように、当業者は、広い範囲の発光ダイオード、広い範囲のレーザダイオード、および、広い範囲の薄膜エレクトロルミネッセントデバイスを含む、広い範囲の発光素子をよく知っており、それゆえ、このようなデバイスを、および／または、それからこのようなデバイスが作られる材料を、詳細に記述する必要はない。

上記したように、本発明による発光装置は、任意の所望の個数の発光素子よりなることができる。たとえば、本発明による照明装置は、５０またはそれ以上の発光ダイオードを含むことができ、または、１００またはそれ以上の発光ダイオード、等を含むことができる。一般に、現在の発光ダイオードにより、より大きい効率を、より大きい数の、より小さい発光ダイオード（たとえば、おのおのが０．１ｍｍ² の表面領域を持つ、１００個の発光ダイオード、対、おのおのが０．４ｍｍ² の表面領域を持つ、２５個の発光ダイオード、しかし、その他は同一である）を用いて、達成することができる。

同様に、より低い電流密度で動作する発光ダイオードは、一般に、より効率が高い。任意の特定の電流を引き出す発光ダイオードは、本発明にしたがって使用することができる。本発明の１つの側面においては、おのおの５０ミリアンペアより多くない電流を引きだす発光ダイオードが、使用される。

本発明の照明装置における固体発光素子、およびルミネッセント要素は、任意の望ましい態様で、配列され、マウントされ、かつ、電気を供給され、かつ、任意の所望のハウジング、または電気設備に、マウントされることができ、かつ、該固体発光素子は、任意の所望の態様で、電気を供給されることができる。当業者は、広い範囲の配列、マウントするスキーム、電源供給装置、ハウジングおよび電気設備をよく知っており、任意のこのような配列、スキーム、装置、ハウジングおよび電気設備は、本発明と関連して使用することができる。本発明の照明装置は、任意の所望の電源に、電気的に接続される（あるいは、選択的に電気的に接続される）ことができ、当業者は、広い範囲のこのような電源をよく知っている。

固体発光素子およびルミネッセント要素の配列、固体発光素子およびルミネッセント要素をマウントするためのスキーム、固体発光素子に電源を供給するための装置、固体発光素子およびルミネッセント要素のためのハウジング、固体発光素子およびルミネッセント要素のための取り付け体、および固体発光素子のための電源、の代表的な例であって、それらのすべてが、本発明の照明装置に適したものは、本出願と同時に提出された、その全体が参照によってここに組み入れられる、名称が、「照明装置」（発明者：ジェラルド・Ｈ・ネグレイ、アントニー・ポールフェン・ドゥ・フェン、およびニール・ハンター）である、米国特許出願第６０／７５２，７５３号に記述されている。このような取り付け体はまた、優れた熱放散を、光取り付け体自身と統合することを可能にする。

本発明による照明装置のいくつかの実施形態においては、照明装置は、テーパー壁を有する、高反射要素を持つハウジングよりなる、たとえば、該デバイスは、先端を切り取った円錐形状（フラストコニカル形状）を定義する反射性の壁よりなる。本発明によれば、全体の抽出効率（光学を通しての）は、テーパー壁を有するこのような反射性要素を含むことにより、改善することができる。

本発明による照明装置のいくつかの実施形態においては、照明装置は、実質的に直線の壁を持つ高反射性要素を持つハウジングよりなる、たとえば、該デバイスは、シリンダーを定義する反射性の壁よりなる。

たとえば、表現“mounted on”において上記で使われているように、表現“on ”は、第２の構造“上”にある第１の構造が、第２の構造と接触することができる、あるいは、第２の構造から、１つ、またはそれ以上の中間構造により分離されることができることを、意味する。

項目が“電気的に接続されている”、というここでの文章は、該項目間には、電気的には、構成要素がないことを意味し、それの挿入は、実質的に、該デバイスによって与えられる機能に、影響を与える。たとえば、２つの項目は、たとえ、それらが、それらの間に、該デバイスにより与えられる機能に実質的に影響を与えることのない、小さい抵抗をもつ（実際、２つの項目を接続するワイヤは、小さい抵抗と考えることができる。）としても、電気的に接続されている、と言うことができる；同様に、２つの項目は、たとえ、それらが、それらの間に、該デバイスをして、付加的な機能を遂行することを許すが、該付加的な項目を含まないことを除いて、同一であるデバイスにより与えられる機能に実質的に影響を及ぼさない、付加的な電気的な項目を、それらの間に持っていたとしても、電気的に接続されている、と言うことができる；同様に、相互に直接接続されている、あるいは、回路基板、または他の媒体上のワイヤまたはトレースの両端に直接接続されている、２つの項目は、電気的に接続されている。

上記１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、任意の所望のルミネッセント材料であることができる。上記したように、当業者は、広い多様性のルミネッセント材料を、よく知っており、容易にアクセスすることができる。上記１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、ダウンコンバートするもの、あるいは、アップコンバートするものでよく、あるいは、両タイプの結合を含むことができる。

たとえば、上記１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、リン発光体、シンチレーター、昼日グローテープ、インクであって、紫外線等を照射されたとき、可視スペクトルにおいて輝くもの、の中から選択することができる。

上記１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、含まれるときは、任意の所望の形態において、与えられることができる。たとえば、１つの側面において、本発明による照明装置は、少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、これは、第１のルミネッセント材料よりなり、該ルミネッセント要素は、ハウジングに取り付けられており、該ルミネッセント要素、およびハウジングは、内部空間を定義し、前記固体発光素子のうちの少なくとも１つは、前記内部空間内に位置している、ものとすることができる。

前記ルミネッセント要素は、もし望まれれば、前記第１のルミネッセント材料が埋め込まれている材料とすることができる。たとえば、当業者は、ルミネッセント材料、たとえば、シリコーン材料、または、エポキシ樹脂等の、樹脂内に埋め込まれたリン発光体（すなわち、ポリマーマトリックス）、よりなるルミネッセント要素を大変よく知っている。

本発明の好ましい側面において、照明装置は、少なくとも第１のルミネッセント要素領域、および第２のルミネッセント要素領域よりなる、少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、該第１のルミネッセント要素領域は、第１のルミネッセント材料よりなり、該第２のルミネッセント要素領域は、第２のルミネッセント材料よりなり、前記第１のルミネッセント材料は、励起されたとき、第１の波長（または波長範囲）の光を発するものであり、該第２のルミネッセント材料は、励起されたとき、第２の波長（または波長範囲）の光を発するものであり、前記第２の波長（または波長範囲）は、前記第１の波長（または波長範囲）と異なるものである。

本発明のもう１つの好ましい側面によれば、照明装置は、複数のルミネッセント要素よりなることができ、各ルミネッセント要素は、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、各ルミネッセント要素は、内部空間を形成するようハウジングに取り付けられており、少なくとも１つの固体発光素子は、各内部空間内に位置している。

複数の固体発光素子が、ハウジング上にマウントされている本発明の実施形態においては、前記固体発光素子により生成された熱負荷は、該ハウジングの表面上に分布される。固体発光素子が、ハウジングの表面領域上により均一に分布されればされるほど、熱負荷は、より均一に分布される。結果として、ハウジングは、より有効な熱放散を、与えることができ、ハウジングが、もし望まれれば、そうでない場合にとるであろうより、より小さくされることができる。

さらに、（単一点光源の場合に比べて）多数の固体発光素子を持つことにより、該光源は、陰に入ることがあってもその影響は少ない、− すなわち、もし発光領域より小さい対象物が発光領域の前に置かれれば、光線の一部のみがブロックされるであろう。光源は、ホイヘンスの原理に従う（各ソースが球面波フロントとして作用する）ので、陰の観察は見られず、かつ、照明されたソースのわずかな調光が、見られる（単一のフィラメントが使用される場合であって、そこでは光が実質的に調光され、陰が観察されるであろう場合、に比較して）。

本発明によるデバイスは、さらに、１つ、またはそれ以上の長寿命冷却装置（たとえば、極端に高い寿命を持つファン）を、備えることができる。このような長寿命冷却装置は、“中国ファン”として空気を移動させる、ピエゾ電気、または磁気抵抗材料（たとえば、ＭＲ，ＧＭＲ，及び／またはＨＭＲ材料）よりなることができる。本発明による装置を冷却するにおいて、代表的に、境界層を破壊するに十分な空気のみが、１０から１５℃の温度低下を引き起こすのに必要とされる。ここで、このような場合において、強い“そよ風”または、大きな流体フローレート（大きいＣＦＭ）は、代表的に、必要ではない（これにより、従来のファンの必要を避ける）。

本発明によるデバイスは、さらに、出射された光の投射された性質をさらに変えるよう、２次的な光学素子よりなる。このような２次的な光学素子は、当業者によく知られており、そのため、ここで詳細に述べられる必要はなく、− 任意のこのような２次的な光学素子は、もし望まれれば、使用することができる。

本発明による装置はさらに、センサー、または充電デバイス、またはカメラ、等よりなる。たとえば、当業者は、１つ、またはそれ以上の生起を検出する装置（たとえば、対象物、または人の動きを検出する動き検出器）であって、かつ、このような検出に応答して、光の照射、および安全カメラの活性化を起こすもの、等、をよく知っており、これにアクセスすることができる。代表的な例として、本発明によるデバイスは、本発明による照明装置および動きセンサーを含むことができ、かつ、(1) 光が照射される間、もし動きセンサーが動きを検出すれば、安全カメラが活性化されて、ビジュアルデータを、検出された動きの位置に、あるいはその周りに記録する、あるいは、(2) もし、動きセンサーが動きを検出すれば、光が、該検出された動きの位置の近くの領域を照射するよう照射され、安全カメラが活性化されて、ビジュアルデータを、検出された動きの位置に、あるいはその周りに記録する、等のように、構成されることができる。

図１は、本発明による照明装置１０の一実施形態を描く摸式図である。
図１に描かれる照明装置は、青い光源（１つ、またはそれ以上の発光ダイオード）および高度に反射性の表面を基礎とした取り付け体１１（模式的に示される）、発光ダイオードより大きい表面領域を持つリン発光体および散乱層１２（該リン発光体は、発光ダイオードよりの光により励起されたとき、黄色光を生成する）、および一対の輝度向上膜１３および１４を持ち、均一の白色光１５が、照明装置１０から出射するものである。

輝度向上膜は、技術においてよく知られており、かつ、容易に入手可能である。輝度向上膜（たとえば、３Ｍから商業的に入手可能なＢＥＦ膜）は、任意である − 用いられるとき、それらは、受け入れ角を制限することにより、より指向性の高い光源を、与える。“受け入れ”られない光は、反射性の高い光源容器により、リサイクルされる。

散乱層は、また、任意である。該散乱層は、リン発光体層内に設けられることができ、および／または、分離した散乱層が、設けられることができる。広い多様性の分離した散乱層、および、結合したルミネッセント層および散乱層は、当業者によく知られており、かつ、任意のこのような層は、本発明の照明装置において、用いることができる。

輝度向上膜（ＷＦＴ等、１つ、またはそれ以上の抽出膜により、任意に置き換えることのできる）が含まれているいくつかの実施形態において、該輝度向上膜は、出射された源の観察角を制限するよう、かつ、該第１の（または、もっとも早い可能な）パス上に光を抽出する可能性を増大させるよう、最適化される。

本発明による照明装置のいくつかの実施形態において、該照明装置は、特定の抽出角度内での光のリサイクリングを与える拡散器を、ＢＥＦ膜に代表的に関連するものより小さい損失をもって、備える。いくらかのこのような拡散器は、光を拡散し、散乱する。このような光リサイクル拡散器の例は、ＲＰＣフォトニクスより入手可能な“エンジニアード拡散器”（商標）である。
好ましくは、該取り付け体（たとえば、ハウジング）の１つ、またはそれ以上の表面は、反射性であり、固体発光素子、たとえば、発光ダイオード、のいくつか、またはすべてよりの光は、このような反射性表面により反射される。

図２は、本発明の第３の側面に関して上記で述べられた用語をさらに説明するために、それぞれが、相互に対して対面する各面を持たないように、互いに対して、方位付けられた、発光ダイオード２０、およびルミエッセント要素２１を、描く。

上記たように、本発明の第３の側面においては、第１の（想像上の）平坦形状２２は、１組のルミネッセント要素点により定義され、該ルミネッセント要素点のおのおのは、発光ダイオードの中心２５およびルミネッセント要素の中心２６を通るｚ軸２４に対して方位付けられたx-y 平面２３内に位置しており、かつ、ｚ軸に対する各半径方向位置について、このような半径方向位置にてｚ軸から最も遠い前記ルミネッセント要素上の点のｘ,ｙ座標に対応するｘ,ｙ座標を有するものであり、すなわち、前記第１の平坦形状は、前記ルミネッセント要素の、前記ルミネッセント要素と前記固体発光素子の各中心を接続する、前記ｚ軸に垂直な平面上への射影である。第２の（想像上の）平坦形状２７は、１組の発光素子点で定義され、該発光素子点のおのおのは、ｚ軸に対して方位付けられたｘ−ｙ平面内に位置しており、かつ、ｚ軸に対する各半径方向位置について、このような半径方向位置にてｚ軸から最も遠い固体発光素子上の点のｘ,ｙ座標に対応するｘ,ｙ座標を有するものであり、すなわち、前記第２の平坦形状は、前記固体発光素子の、前記ｚ軸に垂直な平面上への射影である。本発明の第３の側面において、前記第１の平坦形状２２の領域は、前記第２の平坦形状２７の領域の大きさの少なくとも２倍である。

ここで記述された照明装置の任意の２つ、またはそれ以上の構造的部分は、集積することができる。ここで記述された照明装置の任意の構造的部分は、２つ、またはそれ以上の部分（必要であれば、一緒に保持することのできる）に、設けることができる。

Claims (13)

1. 照明装置であって、
   少なくとも１つの固体発光素子と、
   少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、固体発光素子より間隔をあけて設けられている少なくとも１つのルミネッセント要素と
   からなり、
   ルミネッセント要素は、第１のルミネッセント材料からなる第１のルミネッセント要素領域と第２のルミネッセント材料からなる第２のルミネッセント要素領域とを有しており、第１のルミネッセント材料は、励起されたときに、第１の波長又は第１の波長帯の光を発生する材料であり、第２のルミネッセント材料は、励起されたときに、第１の波長又は第１の波長帯とは相違する第２の波長又は第２の波長帯の光を発生する材料である
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、
   固体発光素子は、照明表面を有しており、
   ルミネッセント要素は、固体発光素子から、発光表面の最大寸法に少なくとも等しい距離だけ、間隔を置いて配置されている
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項１記載の照明装置において、
   固体発光素子は、照明表面を有しており、
   ルミネッセント要素は、ルミネッセント要素表面を有しており、
   該ルミネッセント要素表面は、照明表面の少なくとも２倍の面積である
   ことを特徴とする照明装置。
4. 請求項３記載の照明装置において、ルミネッセント要素表面は、照明表面の少なくとも５倍の面積であることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１記載の照明装置において、ルミネッセント要素表面は、照明表面の少なくとも１０倍の面積であることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１記載の照明装置において、ルミネッセント要素は、ルミネッセント材料が包含されるマトリックス状に構成されていることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１記載の照明装置において、ルミネッセント要素は、ルミネッセント材料の粒子で構成されており、該ルミネッセント材料の粒子の平均サイズは、５０ミクロン以下であることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１記載の照明装置において、固体発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする照明装置。
9. 照明装置であって、
   少なくとも第１及び第２の固体発光素子と、
   少なくとも１つのルミネッセント材料からなる少なくとも１つのルミネッセント要素であって、第１及び第２の固体発光素子から離間して配置されたルミネッセント要素と
   からなることを特徴とする照明装置。
10. 請求項９記載の照明装置において、
    第１の固体発光素子は、第１の発光照明表面を有し、
    第２の固体発光素子は、第２の発光照明表面を有し、
    ルミネッセント要素は、第１の固体発光素子から、第１の発光照明表面の最大寸法に少なくとも等しい距離だけ、間隔を置いて配置されており、
    ルミネッセント要素は、第２の固体発光素子から、第２１の発光照明表面の最大寸法に少なくとも等しい距離だけ、間隔を置いて配置されている
    ことを特徴とする照明装置。
11. 請求項９記載の照明装置において、ルミネッセント要素は、ルミネッセント材料がその中に包含されるマトリックス状に構成されていることを特徴とする照明装置。
12. 請求項９記載の照明装置において、ルミネッセント要素は、ルミネッセント材料の粒子で構成されており、該ルミネッセント材料の粒子の平均サイズは、５０ミクロン以下であることを特徴とする照明装置。
13. 請求項９記載の照明装置において、
    第１の固体発光素子は、第１の発光ダイオードであり、
    第２の固体発光素子は、第２の発光ダイオードである
    ことを特徴とする照明装置。

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