JP2013504876A - 混合光を含む固体照明素子 - Google Patents

Abstract

固体照明装置が、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤの各々は、第１の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第２の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含む。ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が第１の色点を有し、ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が、第１の色点を中心とする７段階マクアダム楕円から外れる第２の色点を有する。
【選択図】図１

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２００６年４月１８日に出願された「照明素子及び照明方法」という名称の米国仮特許出願第６０／７９２，８５９号（発明者Ｇｅｒａｌｄ Ｈ．Ｎｅｇｌｅｙ及びＡｎｔｏｎｙ Ｐａｕｌ ｖａｎ ｄｅ Ｖｅｎ）、２００６年４月２０日に出願された「照明素子及び照明方法」という名称の米国仮特許出願第６０／７９３，５２４号（発明者Ｇｅｒａｌｄ Ｈ．Ｎｅｇｌｅｙ及びＡｎｔｏｎｙ Ｐａｕｌ ｖａｎ ｄｅ Ｖｅｎ）、及び２００６年１２月１日に出願された「照明素子及び照明方法」という名称の米国仮特許出願第６０／８６８，１３４号（発明者Ｇｅｒａｌｄ Ｈ．Ｎｅｇｌｅｙ及びＡｎｔｏｎｙ Ｐａｕｌ ｖａｎ ｄｅ Ｖｅｎ）の利益を主張する２００７年４月１８日に出願された「照明素子及び照明方法」という名称の米国特許出願第１１／７３６，７６１号の一部継続出願である。本出願は、２００６年１２月１日に出願された「照明素子及び照明方法」という名称の米国仮特許出願第６０／８６８，１３４号（発明者Ｇｅｒａｌｄ Ｈ．Ｎｅｇｌｅｙ及びＡｎｔｏｎｙ Ｐａｕｌ ｖａｎ ｄｅ Ｖｅｎ）の利益を主張する２００７年１１月３０日に出願された「照明素子及び照明方法」という名称の米国特許出願第１１／９４８，０２１号の一部継続出願である。上述した出願の各々の開示は、その全体が引用により本明細書に組み入れられる。

本発明は、固体照明に関し、より詳細には、一般照明のための固体照明システムに関する。

多くの照明用途には、固体照明素子が使用されている。例えば、建築照明及び／又はアクセント照明における直接照明源として、固体照明素子のアレイを含む固体照明アセンブリが使用されてきた。例えば、固体照明素子は、ＬＥＤチップなどの、１又はそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を含むパッケージ発光素子を含むことができる。通常、無機ＬＥＤは、ｐ−ｎ接合を形成する半導体層を含む。有機発光層を含む有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）は、別の種類の固体発光素子である。固体照明用途で使用するための量子ドットＬＥＤも研究されている。量子ドットＬＥＤは、印加電流に応答して狭帯域光を生成できるナノスケール半導体結晶を含む。量子ドットの光学特性は、その小型サイズに起因して生じる量子閉じ込めに基づく。従って、広い色域が得られるように粒度を単純に変化させることにより、量子ドットのバンドギャップ及び発光色を調整することができる。さらに、量子ドットは、高い内部量子効率を実現することができる。

通常、固体発光素子は、発光層又は発光領域における、電子キャリアすなわち電子とホールの再結合を通じて光を生成する。ＬＥＤ素子、すなわちダイスは、多くの異なる用途のために多くの異なる方法で実装することができる。例えば、ＬＥＤ素子をヘッダ上に実装し、保護、波長変換、集光、分散／散乱などのために封入材料によって封入することができる。ＬＥＤ素子をＰＣＢなどのサブマウントに直接実装し、電気泳動法又はその他の技術などにより、蛍光体で直接被覆することもできる。従って、本明細書で使用する「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」という用語は、蛍光体で被覆された又はこれを別様に与えられた無機ＬＥＤ素子を含む、有機、無機、又は量子ドットＬＥＤ素子を意味することができ、或いはＬＥＤを含み、このＬＥＤに電気接点、１次光学系、熱放散及び／又はその他の機能的特徴を提供するパッケージ素子などのパッケージ素子を意味することができる。

一般に、固体照明アセンブリは、携帯用電子機器で使用されるＬＣＤディスプレイ画面などの小型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）表示画面のバックライトとして使用される。また、屋内又は屋外照明などの一般照明に固体照明アセンブリを使用することに対する関心が高まってきている。このような用途では、照明素子により照明される物体がより自然な色に見えるように、照明素子が演色評価指数（color rendering index; ＣＲＩ）の高い白色光を生成することが一般に望ましい。対照的に、ＣＲＩの低い光は、照明される物体が色褪せて又は不自然に見える原因となる場合がある。

米国特許第７，２１３，９４０号明細書

照明用途を拡大するために、照明パネルなどの複数の固体照明アセンブリを、例えば、１次元又は２次元配列でともに接続して照明システムを形成することができる。しかしながら、残念なことに、照明システムにより生成される白色光の色相は、パネルごとに及び／又は照明素子ごとに異なる場合がある。このようなばらつきは、異なるＬＥＤからの発光強度のばらつき、及び／又は照明素子内及び／又はパネル上のＬＥＤの配置のばらつきを含む多くの要因によって生じ得る。従って、パネルごとに一貫した白色光の色相を生み出すマルチパネル照明システムを構築するには、数多くのパネルにより生成される光の色相及び彩度又は色度を測定して、マルチパネル照明システムで使用するための色度に比較的近い色度を有する一部のパネルを選択することが望ましいと考えられる。この結果、製造工程の生産量が減少し、及び／又は在庫コストが増加する恐れがある。

さらに、固体照明アセンブリが、最初の製造時に一貫した所望の光の色相を有しているとしても、アセンブリ内の半導体素子の色相及び／又は輝度は、時間とともに及び／又は温度変化を受けて非均一的に変化することがあり、これによりアセンブリで構成された照明システムの全体的な色点が時間とともに変化し、及び／又は照明パネル全体の色が不均一になることがある。また、ユーザが、所望の色相及び／又は輝度レベルを得るために照明アセンブリの光出力特性を変更したいと望む場合もある。

固体照明源は、一般照明用の従来の光源に勝るいくつかの利点を有することができる。例えば、従来の白熱灯スポットライトは、３０平方インチの開口部から光を投影する１５０ワットのランプを含むことができる。従って、光源は、１平方インチ当たり約５ワットの電力を消費し得る。このような光源の発光効率は、１ワット当たり約１０ルーメンにすぎず、すなわち所与の領域で光を生成する能力の観点から言えば、このような光源は、比較的狭い空間で１平方インチ当たり約５０ルーメンを生成することができる。

従来の白熱灯スポットライトは、比較的明るく指向性の高い光源である。しかしながら、白熱灯スポットライトは、狭い領域しか照明することができない。従って、たとえ白熱灯スポットライトの光出力が相対的に高いとしても、例えば、部屋の照明などの一般照明には適さない場合がある。従って、屋内で使用する場合、通常、スポットライトは、アクセント用又は代用の照明用途に使用される。

一方、蛍光電球は、より一般照明に適した方法で光を生成する。光源からの距離をｒとした場合、蛍光電球は、光源付近では照度が１／ｒに比例して低下する線光源に近似する。さらに、平面光源により生成された光の強度は、点光源又は線光源の強度ほど光源付近で急速に低下しないと考えられるので、通常、蛍光光源は、一般照明及び／又はその他の目的に対してより有用となり得る平面光源に近似するようにパネル内でグループ分けされる。

蛍光灯パネルは、その分散性及び照明への適性により、一般照明用途のために好んで選択されるようになってきた。しかしながら、蛍光灯は、若干青っぽく見える場合及び／又は演色性に乏しい場合がある。さらに、蛍光電球は、成分として水銀を含むことがあるため、環境的な問題を生じる場合がある。

固体照明装置が、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤの各々は、第１の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第２の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含む。ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が第１の色点を有し、ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が、第１の色点を中心とする７ステップ マクアダム楕円（Macadam ellipse）から外れる第２の色点を有する。

第１の色点及び第２の色点の各々は、１９３１ＣＩＥ色度図上の第１、第２、第３、第４、及び第５の線セグメントによって囲まれた確定領域内に収まり、前記第１の線セグメントは第１の点と第２の点を結び、前記第２の線セグメントは前記第２の点と第３の点を結び、前記第３の線セグメントは前記第３の点と第４の点を結び、前記第４の線セグメントは前記第４の点と第５の点を結び、前記第５の線セグメントは前記第５の点と前記第１の点を結び、前記第１の点のｘ、ｙ座標は０．３２，０．４０であり、前記第２の点のｘ、ｙ座標は０．３６，０．４８であり、前記第３の点のｘ、ｙ座標は０．４３，０．４５であり、前記第４の点のｘ、ｙ座標は０．４２，０．４２であり、前記第５の点のｘ、ｙ座標は０．３６，０．３８である。

複数のＬＥＤにより発光される結合光の色度は、２０００ケルビン〜８０００ケルビンの間で黒体軌跡上の任意の点を中心とする１０ステップ マクアダム楕円から外れる色点を有し、具体的には１９３１ＣＩＥ色度図上の確定領域内に収まることができる。

固体照明装置は、定電流源をさらに含むことができる。複数のＬＥＤをこの定電流源に結合して、定電流源により供給される定電流を受け取るようにすることができる。

１９３１ＣＩＥ色度図上の確定領域は複数のビンを含み、この複数のビンの各々は、７ステップ マクアダム楕円に近いサイズを有する。第１の色点は、複数のビンのうちの第１のビンに収まることができ、第２の色点は、複数のビンのうちの第２のビンに収まることができる。

いくつかの実施形態では、第１の主波長を約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍとすることができ、実施形態によっては、約４５０ｎｍ〜約４６０ｎｍとすることができる。他の実施形態では、第１の主波長を約５００ｎｍ〜約５３０ｎｍとすることができる。いくつかの実施形態では、第２の主波長を約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍとすることができ、他のいくつかの実施形態では、第２の主波長を約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍとすることができる。

装置は、第２の複数のＬＥＤをさらに含むことができ、この第２のＬＥＤの各々は、第３の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第４の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含む。いくつかの実施形態では、第４の主波長を、第２の主波長より少なくとも約２５ｎｍ高くすることができる。ＬＥＤ素子と、第２の複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が第３の色点を有し、ＬＥＤ素子と、第２の複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が、第３の色点を中心とする７ステップ マクアダム楕円から外れる第４の色点を有する。

いくつかの実施形態では、第１の主波長を約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、実施形態によっては約４５０ｎｍ〜約４６０ｎｍとすることができ、第２の主波長を約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍとすることができ、第３の主波長を約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、実施形態によっては約４５０ｎｍ〜約４６０ｎｍとすることができ、第４の主波長を約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍとすることができる。いくつかの実施形態では、第３の主波長を約５００ｎｍ〜約５３０ｎｍとすることができる。

固体照明装置は、第１の定電流源をさらに含むことができ、複数のＬＥＤをこの第１の定電流源に結合して、第１の定電流源により供給される定電流を受け取るようにすることができる。装置は、第２の定電流源をさらに含むことができ、複数のＬＥＤをこの第２の定電流源に結合して、第２の定電流源により供給される定電流を受け取るようにすることができる。

１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１の複数のＬＥＤにより発光された結合光の色点と、第２の複数のＬＥＤにより発光された光の色点との間の線セグメントは、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で黒体軌跡と交差することができる。

複数のＬＥＤは、第１の複数のＬＥＤを含むことができ、装置は、第２の複数のＬＥＤをさらに含むことができる。第２のＬＥＤの各々は、約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍである第３の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子を含むことができる。

１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１の複数のＬＥＤにより発光された結合光の色点と、第２の複数のＬＥＤにより発光された光の色点との間の線セグメントは、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で黒体軌跡と交差することができる。

いくつかの実施形態による固体照明装置は、電流源と、この電流源に接続されて、電流源により供給される駆動電流に応答して光を発光するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）の列とを含む。列内のＬＥＤの各々は、第１の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第１の主波長とは異なる主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含む。ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が第１の色点を有し、ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光が、第１の色点を中心とする７ステップ マクアダム楕円から外れる第２の色点を有する。

第１の色点及び第２の色点の各々は、１９３１ＣＩＥ色度図上の第１、第２、第３、第４、及び第５の線セグメントによって囲まれた確定領域内に収まることができ、前記第１の線セグメントは第１の点と第２の点を結び、前記第２の線セグメントは前記第２の点と第３の点を結び、前記第３の線セグメントは前記第３の点と第４の点を結び、前記第４の線セグメントは前記第４の点と第５の点を結び、前記第５の線セグメントは前記第５の点と前記第１の点を結び、前記第１の点のｘ、ｙ座標は０．３２，０．４０であり、前記第２の点のｘ、ｙ座標は０．３６，０．４８であり、前記第３の点のｘ、ｙ座標は０．４３，０．４５であり、前記第４の点のｘ、ｙ座標は０．４２，０．４２であり、前記第５の点のｘ、ｙ座標は０．３６，０．３８である。

複数のＬＥＤにより発光される結合光の色度は、２０００ケルビン〜８０００ケルビンの間で黒体軌跡上の任意の点を中心とする１０ステップ マクアダム楕円から外れる色点を有し、具体的には１９３１ＣＩＥ色度図上の確定領域内に収まることができる。

本発明をさらに理解できるように本出願に含まれ、組み入れられ、その一部を成す添付図面により、本発明のいくつかの実施形態を示す。

黒体軌跡の場所を示す１９３１ＣＩＥ色度図のグラフである。 黒体軌跡の上方の色度領域を示す１９３１ＣＩＥ色度図のグラフである。 固体照明素子のスペクトル分布のグラフである。 いくつかの実施形態による固体照明装置を示す図である。 いくつかの実施形態による固体照明装置を示す図である。 いくつかの実施形態によるパッケージ発光ダイオードの断面図である。 いくつかの実施形態による固体照明装置内のＬＥＤの相互接続を示す回路図である。 いくつかの実施形態による照明装置内のＬＥＤの組み合わせを示す１９３１ＣＩＥ色度図である。 さらなる実施形態による照明装置内のＬＥＤの組み合わせを示す１９３１ＣＩＥ色度図である。 さらなる実施形態による固体照明装置の一部を示す図である。 ビンの場所及び生産軌跡を含む２次元色度空間の一部を示す図である。 いくつかの実施形態による線形照明モジュール上の様々な種類のＬＥＤの配置を示す図である。 黒体輻射曲線と一般に白色と考えられる光との相関色温度（ＣＣＴ）四角形を含む２次元色度空間の一部を示す図である。 ビンに細分された非白色領域を含む１９３１ＣＩＥ色度図の一部を示す図である。 いくつかの実施形態による固体照明装置内のＬＥＤの相互接続を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明の実施形態をより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形で具体化することができ、本明細書に示す実施形態に限定されると解釈すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全なものにするとともに、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように示すものである。全体を通じて同じ数字は同様の要素を示す。

本明細書では、第１の、第２の、などの用語を使用して様々な要素を説明することがあるが、これらの要素をこれらの用語によって限定すべきではないと理解されたい。これらの用語は、要素を互いに区別するために使用するものにすぎない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用する「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連する記載項目の１又はそれ以上のありとあらゆる組み合わせを含む。

層、領域又は基板などの要素が、別の要素「上に（ｏｎ）」存在する、又は別の要素「上に（ｏｎｔｏ）」延びていると言う場合、この要素は他の要素の上に直接存在し、又は他の要素の上に直接延びている場合もあれば、或いは介在要素が存在する場合もあると理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素「の上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」存在する、又は別の要素「の上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎｔｏ）」延びていると言う場合、介在要素は存在しない。ある要素が別の要素に「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」されている又は「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」されていると言う場合、この要素は他の要素に直接接続又は結合している場合もあれば、或いは介在要素が存在する場合もあると理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」されている、又は「直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」されていると言う場合、介在要素は存在しない。

本明細書では、「下方の（ｂｅｌｏｗ）」又は「上方の（ａｂｏｖｅ）」又は「上部の（ｕｐｐｅｒ）」又は「下部の（ｌｏｗｅｒ）」又は「水平の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」又は「垂直の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」又は「前方の（ｆｒｏｎｔ）」又は「後方の（ｂａｃｋ）」などの相対語を使用して、図に示すような１つの要素、層又は領域の別の要素、層又は領域に対する関係を説明することがある。これらの用語は、図に示す方向に加え、異なる素子の方向を含むことを意図されたものであると理解されたい。

本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する単数形の「１つの（英文不定冠詞）」及び「その（英文定冠詞）」は、その文脈で別様に明確に示していない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、上述した特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成部品の存在を示すが、１又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、及び／又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではない。

特に定めがない限り、本明細書で使用する（技術用語及び科学用語を含む）全ての用語は、本発明が属する技術の当業者が一般に理解している意味と同じ意味を有する。本明細書で使用する用語は、本開示及び関連技術との関連におけるこれらの意味に従う意味を有すると解釈すべきであり、本明細書で明確に定義しない限り、理想的な又は過度に形式的な意味で解釈されるものではないと理解されたい。

可視光は、多くの異なる波長の光を含むことができる。可視光の見掛けの色は、図１に示す１９３１ＣＩＥ色度図及び１９７６ＣＩＥ ｕｖ色度図などの２次元色度図を参照して示すことができ、この１９７６ＣＩＥ ｕｖ色度図は１９３１図に類似するが、１９７６ｕｖ ＣＩＥ色度図上の同様の距離が同様の知覚される色差を表すように修正されたものである。これらの図は、色を色の加重和として定義するための有用な基準を提供する。

１９７６ＣＩＥ色度図などのＣＩＥ−ｕ’ｖ’色度図では、人間の視覚認知の差を考慮してスケーリングされたｕパラメータ及びｖパラメータを使用して色度値がプロットされている。すなわち、人間の視覚系は、他の波長よりもいくつかの波長に敏感である。例えば、人間の視覚系は、赤色光よりも緑色光に敏感である。１９７６ＣＩＥ−ｕ’ｖ’色度図は、図におけるある色度点から別の色度点までの数学的距離が、これらの２つの色度点間における人間の観察者が知覚する色差に比例するようにスケーリングされている。ある色度点から別の色度点までの数学的距離が、２つの色度点間における人間の観察者が知覚する色差に比例する色度図のことを、知覚的色度空間と呼ぶことができる。対照的に、１９３１ＣＩＥ色度図などの非知覚的色度図では、顕著に異ならない２つの色の方が、顕著に異なる２つの色よりもグラフ上に遠く離れて位置する場合がある。

図１に示すように、１９３１ＣＩＥ色度図上の色は、概ねＵ字形の領域に含まれるｘ座標及びｙ座標（すなわち、色度座標又は色点）によって定められる。領域の外側又はその近くの色は、単一の波長又は非常に小さな波長分布の光で構成された飽和色である。領域の内部の色は、異なる波長の混合で構成された非飽和色である。一般に、多くの異なる波長の混合とすることができる白色光は、図の中心付近の、図１に１００で示す領域内に存在する。領域１００のサイズから明らかなように、多くの異なる光の色相を「白色」と見なすことができる。例えば、ナトリウム蒸気照明素子によって生成された光などのように、色が黄色っぽく見える「白色」光もあれば、いくつかの蛍光照明素子によって生成された光などのように、色が青っぽく見える「白色」光もある。

白色領域１００よりも上方の領域１０１、１０２及び１０３内には、一般に緑色に見える光がプロットされ、白色領域１００よりも下方の光は、一般にピンク、紫又はマゼンタに見える。例えば、図１の領域１０４及び１０５にプロットされた光は、一般にマゼンタ（すなわち、赤紫又は紫がかった赤）に見える。

２つの異なる光源からの光を２つ組み合わせると、これらの２つの構成色のいずれとも異なる色を有するように見える場合があることがさらに知られている。結合光の色は、２つの光源の相対強度に依存することができる。例えば、青色光源と赤色光源の組み合わせによって発光された光は、観察者には紫又はマゼンタに見えることがある。同様に、青色光源と黄色光源の組み合わせによって発光された光は、観察者には白色に見えることがある。

また、図１には黒体軌跡１０６も示しており、これは、様々な温度に加熱された黒体輻射体によって発光された光の色点の場所に対応する。詳細には、図１は、黒体軌跡に沿った温度の列挙を含む。これらの温度の列挙は、このような温度に加熱された黒体輻射体によって発光された光の色の経路を示すものである。黒体輻射体のピーク輻射に関連する波長は、温度が上がるにつれて次第に短くなるため、被加熱物体は、白熱されるにつれて、最初は赤みを帯び、その後黄色がかり、その後白くなり、最後に青っぽくなる。従って、黒体軌跡上又はその近くにある光を生成する発光体について、相関色温度（ＣＣＴ）の観点から説明することができる。

特定の光源の色度のことを、光源の「色点」と呼ぶことができる。白色光源の場合、この色度を光源の「白色点」と呼ぶことができる。上述したように、白色光源の白色点は、黒体軌跡に沿って存在することができる。従って、光源の相関色温度（ＣＣＴ）によって白色点を識別することができる。通常、白色光のＣＣＴは、約２０００Ｋ〜８０００Ｋの間である。ＣＣＴが４０００Ｋの白色光は、色が黄色っぽく見えることがあり、一方でＣＣＴが８０００Ｋの光は、色がより青っぽく見えることがある。黒体軌跡上又はその近くにある約２５００Ｋ〜６０００Ｋの間の色温度の色座標は、観察者に心地良い白色光をもたらすことができる。

「白色」光は、黒体軌跡の近くに存在するがその真上には存在しない光も含む。１９３１ＣＩＥ色度図上でマクアダム楕円を使用して、人間の観察者には同じに又は実質的に同様に見えるほど密接に関連する色点を識別することができる。マクアダム楕円は、中心点と視覚的に区別できない全ての点を含む、１９３１ＣＩＥ色度図などの２次元色度空間内の中心点を中心とする閉領域である。７ステップ マクアダム楕円は、通常の観察者が区別できない７標準偏差内の点を捕捉し、１０ステップ マクアダム楕円は、通常の観察者が区別できない１０標準偏差内の点を捕捉し、他も同様である。従って、黒体軌跡上の点の１０ステップ マクアダム楕円内にある色点を有する光は、黒体軌跡上の点と同じ色を有していると見なすことができる。

通常、被照明物体の色を正確に再現する光源の能力は、演色評価指数（ＣＲＩ）を使用して特徴付けられる。詳細には、ＣＲＩは、照明システムの演色性が黒体輻射体の演色性にいかに匹敵するかについての比較測定である。照明システムにより照明されている試験色の組の色座標が、黒体輻射体により照射されている同じ試験色の座標と同じである場合、ＣＲＩは１００に等しい。日光のＣＲＩが最も高く（１００）、白熱球はこれに比較的近く（約９５）、蛍光照明は精度が低い（７０〜８５）。

バックライト及び照明用途では、多くの場合、演色評価指数の高い白色光を生成する光源を設けて、光源が照明する物体がより自然に見えるようにすることが望ましい。従って、通常、このような光源は、赤色、緑色及び青色の発光素子を含む固体照明素子のアレイを含むことができる。赤色、緑色及び青色の発光素子を同時に励起すると、結果として得られる結合光は、赤色、緑色、青色の光源の相対強度に応じて白色又はほぼ白色に見える。しかしながら、赤色、緑色、及び青色の発光体を組み合わせた光は、多くの可視波長からの寄与に欠けることがあるので、特に発光体が飽和光を生成する場合にはこのような光でもＣＲＩが低い場合がある。

さらに、所望のＣＣＴを得るために固体照明素子に赤色発光ダイオードを組み込むと、固体照明素子の駆動回路が複雑になる恐れがある。通常、赤色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮベースの青色ＬＥＤなどの、素子内の他のＬＥＤとは異なる熱的特性を有することができるＡｌＩｎＧａＰ活性層を含む。異なる熱形態の比較的一定の色点を維持するには、ＬＥＤへの駆動電流を変化させることによってこれらの光源の熱的特性の違いを考慮することが有益になり得るが、これにより固体照明素子の複雑性が増す。

いくつかの実施形態による固体照明素子は、少なくとも第１のＬＥＤと第２のＬＥＤを含む複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。第１及び第２のＬＥＤの色度は、このＬＥＤの対からの光を混合することにより生成される結合光が、例えば白色とすることができる目標色度を有するように選択される。いくつかの実施形態では、第１のＬＥＤが、可視スペクトルの青色部分の光を発光する第１のＬＥＤ素子と、この青色ＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して赤色光を発光するように構成された赤色蛍光体などの蛍光体とを含む。特定の実施形態では、第１のＬＥＤ素子が、約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍの主波長を有することができ、蛍光体が、第１のＬＥＤ素子により発光された光に応答して約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍの主波長の光を発光することができる。

第２のＬＥＤは、以下でさらに詳細に説明するように、１９３１ＣＩＥ色度図の黒体軌跡よりも上方にある、例えば１９３１ＣＩＥ色度図の緑色、黄色っぽい緑色、又は黄緑色部分にある色点を有する光を発光する。

第２のＬＥＤの色点は、黒体軌跡上の任意の点からの１０ステップ マクアダム楕円の外側に存在することができる。従って、第２のＬＥＤにより発光された光は、一般に白色光と見なすことはできず、より緑色又は緑色っぽい黄色に見える。

いくつかの実施形態では、第２のＬＥＤが、約５００ｎｍ〜５６５ｎｍの間の主波長を有する実質的な飽和光を発光するＬＥＤ素子、すなわち緑色ＬＥＤを含むことができる。他の実施形態では、第２のＬＥＤが、例えば黄緑色に見える不飽和の非白色光を発光するＬＥＤ素子／蛍光体の組み合わせを含むことができる。

第１のＬＥＤ素子、蛍光体、及び第２のＬＥＤは、１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１のＬＥＤと蛍光体によって発光された結合光の第１の色点と、第２のＬＥＤによって発光された光の第２の色点との間の線セグメントが約２５００Ｋ〜４５００Ｋの間の点で黒体軌跡と交差するように選択されたそれぞれの色点を有することができる。第１のＬＥＤと第２のＬＥＤの相対強度を調整することにより、第１のＬＥＤ、蛍光体、及び第２のＬＥＤからの光を組み合わせることによって約２５００Ｋ〜４５００Ｋの間の黒体軌跡付近の色点を望むように出力することができる。

いくつかの実施形態では、第２のＬＥＤが、可視スペクトルの青色部分の実質的な飽和光を発光する第２のＬＥＤ素子と、この第２のＬＥＤ素子により発光された光を受光し、第２のＬＥＤ素子により発光された光に応答して黄色光を発光するように構成された第２の蛍光体とを含むことができる。従って、いくつかの実施形態では、第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤが、いずれも青色発光ＬＥＤを含むことができる。

さらなる実施形態では、第１のＬＥＤが、可視スペクトルの緑色部分（すなわち、約５００ｎｍ〜約５５０ｎｍ）の実質的な飽和光を発光する第１のＬＥＤ素子と、この第１のＬＥＤ素子により発光された光を受光し、第１のＬＥＤ素子により発光された光に応答して赤色光を発光するように構成された第１の蛍光体とを含むことができる。第１のＬＥＤ素子と第１の蛍光体によって発光された結合光は、黒体軌跡よりも下方に存在することができる。いくつかの実施形態では、第１のＬＥＤ素子が、約５００ｎｍ〜約５３０ｎｍの間の主波長を有する実質的な飽和光を発光することができ、第１の蛍光体が、第１のＬＥＤ素子により発光された光に応答して約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍの主波長の光を発光することができる。

第２のＬＥＤは、可視スペクトルの緑色部分の実質的な飽和光を発光する第２のＬＥＤ素子と、この第２のＬＥＤ素子により発光された光を受光し、第２のＬＥＤ素子により発光された緑色光に応答して黄色光を発光するように構成された第２の蛍光体とを含むことができ、これらの第２のＬＥＤ素子と第２の蛍光体によって発光された結合光は、黒体軌跡よりも上方の色点を有する。従って、いくつかの実施形態では、第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤが、いずれも緑色発光ＬＥＤを含むことができる。すなわち、緑色発光ＬＥＤ素子を赤色蛍光体と組み合わせると、使用する赤色蛍光体の量に応じて、黒体軌跡よりも上方又は下方に存在する色点を有する光を得ることができる。緑色ＬＥＤを赤色蛍光体と組み合わせると、緑色から赤色への変換のストークス損失が、青色から黄色への変換に対して波長の百分率として減少することにより、青色ＬＥＤを赤色蛍光体と組み合わせたものよりも発光効率が高くなる。

このような（すなわち、赤色蛍光体と組み合わせた第１の緑色ＬＥＤ及び黄色蛍光体と組み合わせた第２の緑色ＬＥＤを含む）素子は、高い発光効率を有することができるが、ＣＲＩが低くなる場合がある。上述したように、高い発光効率は、ストークス損失の減少によって得ることができる。

他の実施形態では、第２のＬＥＤが、（約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍの主波長などの）可視スペクトルの青色部分の実質的な飽和光を発光する第２のＬＥＤ素子と、この第２のＬＥＤ素子により発光された光を受光し、第２のＬＥＤ素子により発光された青色光に応答して黄色光を発光するように構成された第２の蛍光体とを含むことができる。従って、いくつかの実施形態では、第１のＬＥＤが、赤色蛍光体と組み合わせた緑色発光ＬＥＤ素子を含むことができ、一方で第２のＬＥＤは、黄色蛍光体と組み合わせた青色発光ＬＥＤ素子を含むことができる。このような素子は、優れた演色性と良好な発光効率の両方を有することができる。

さらなる実施形態では、第２のＬＥＤが、（赤色蛍光体と組み合わせた緑色ＬＥＤを含む）第１のＬＥＤからの光と組み合わせると白く見える、実質的に飽和した青色（４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの主波長）及び／又はシアン（４８０ｎｍ〜５００ｎｍの主波長）光を発光することができる。このような組み合わせにより、良好な演色性及び優れた発光効率を有する白色光を生成することができる。

第１のＬＥＤ素子、蛍光体及び第２のＬＥＤは、１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１のＬＥＤ素子と蛍光体によって発光された結合光の第１の色点と、第２のＬＥＤにより発光された光の第２の色点との間の線セグメントが約２５００Ｋ〜４５００Ｋの間の点で黒体軌跡と交差するように選択されたそれぞれの色点を有することができる。第１のＬＥＤと第２のＬＥＤの相対強度を調整することにより、第１のＬＥＤ素子、蛍光体、及び第２のＬＥＤからの光を組み合わせることによって約２５００Ｋ〜４５００Ｋの間の黒体軌跡付近の色点を望むように出力することができる。

いくつかの実施形態では、素子が、２００７年５月８日に特許された「照明素子及び照明方法」という名称の米国特許第７，２１３，９４０号に記載されているようなＬＥＤと蛍光体の組み合わせを含むことができ、該特許の開示は引用により本明細書に組み入れられる。この特許に記載されるように、照明素子は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの主波長の光を発光する固体発光体群（すなわち、ＬＥＤ素子群）と、５５５ｎｍ〜５８５ｎｍの主波長の光を発光する一群の蛍光体とを含むことができる。第１の群の発光体による光と、一群の蛍光体により発光された光を組み合わせると、１９３１ＣＩＥ色度図上の確定領域内にｘ、ｙ色座標を有する光の副混合物が生成され、本明細書ではこれを「青色寄りの黄色」すなわち「ＢＳＹ」と呼び、図２に示す１９３１ＣＩＥ色度図に領域５０として示す。このような非白色光は、６００ｎｍ〜６３０ｎｍの主波長を有する光と組み合わせると、温白色光を生成することができる。

さらに、本明細書で説明するように、ＢＳＹ光は、１９３１ＣＩＥ色度図のマゼンタ〜赤紫色領域内の光と組み合わせると、高い発光効率及び／又は高いＣＲＩを有する温白色光を生成することができる。

従って、いくつかの実施形態では、追加の光が存在しない場合、第２のＬＥＤ素子と第２の蛍光体によって発光された結合光が、１９３１ＣＩＥ色度図上の第１、第２、第３、第４、及び第５の線セグメントによって囲まれた領域内に存在できる点を定めるｘ、ｙ色座標を有する光の副混合物を生成し、前記第１の線セグメントは第１の点と第２の点を結び、前記第２の線セグメントは前記第２の点と第３の点を結び、前記第３の線セグメントは前記第３の点と第４の点を結び、前記第４の線セグメントは前記第４の点と第５の点を結び、前記第５の線セグメントは前記第５の点と前記第１の点を結び、前記第１の点のｘ、ｙ座標は０．３２，０．４０であり、前記第２の点のｘ、ｙ座標は０．３６，０．４８であり、前記第３の点のｘ、ｙ座標は０．４３，０．４５であり、前記第４の点のｘ、ｙ座標は０．４２，０．４２であり、前記第５の点のｘ、ｙ座標は０．３６，０．３８である。

固体照明素子は、可視スペクトルの青色又は緑色部分の光を発光し、第１のＬＥＤ素子の主波長より少なくとも約１０ｎｍ長い主波長の第３のＬＥＤ素子をさらに含むことができる。すなわち、照明素子が発光した光の中に存在し得るスペクトルギャップの一部を「埋める」ことによって素子のＣＲＩを改善できる第３のＬＥＤ素子を提供することができる。この第３のＬＥＤ素子は、第１のＬＥＤ素子の主波長より少なくとも約２０ｎｍ長い、及び実施形態によっては５０ｎｍ又はそれ以上長い主波長を有することができる。

例えば、図３に、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体によって発光された光のスペクトル２００（強度対波長）を示す。スペクトル２００は、青色ＬＥＤにより発光された光を表す４５０ｎｍ付近の狭いピークと、この青色ＬＥＤにより発光された光に応答して黄色蛍光体が発光した、ＹＡＧ：Ｃｅなどの光を表す５５０〜５６０ｎｍ付近を中心とする広いピークとを含む。青色発光ピークと黄色発光ピークの間のギャップに追加のスペクトルエネルギーを与えるために、青色ＬＥＤに加えて、約５００ｎｍの主波長及び発光スペクトル２１０を有する緑色ＬＥＤを設けることができる。

いくつかのさらなる実施形態では、固体照明素子が、可視スペクトルの赤色部分の光を発光するさらに別のＬＥＤ素子をさらに含むことができる。この赤色ＬＥＤ素子は、素子により発光された光のスペクトルのスペクトルギャップをさらに埋めることができ、これによりＣＲＩをさらに向上させることができる。例えば、図３にさらに示すように、約６３０ｎｍの主波長及び発光スペクトル２２０を有する赤色ＬＥＤ素子が、黄色の発光ピークの最後に追加のスペクトルエネルギーを与えることができる。図３に示すスペクトル分布は、図示のみを目的とする典型的なグラフであり、実際の又はシミュレートしたデータを表すものではないと理解されたい。

いくつかの実施形態では、高い色均一性、高い演色（ＣＲＩ）、改善された熱安定性及び／又は高い発光効率を実現できる照明モジュールを提供する。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、いくつかの実施形態による照明装置１１０を示している。図４Ａ及び図４Ｂに示す照明装置１１０は、一般照明用途におけるダウンライト又はスポットライトとしての使用に適することができる「缶」型照明器具である。しかしながら、いくつかの実施形態による照明装置は、異なる形状因子を有することができると理解されたい。例えば、いくつかの実施形態による照明装置は、従来の電球、パン又はトレイ型ライト、自動車のヘッドライト、又はその他のいずれかの適当な形を有することができる。

一般に、照明装置１１０は、内部に照明パネル１２０を配置した缶型の外側ハウジング１１２を含む。図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態では、照明パネル１２０が、円筒形ハウジング１１２の内部に収まるように概ね円形の形状を有する。固体照明素子（ＬＥＤ）２４Ａ、２４Ｂによって光が生成され、これらのＬＥＤ２４Ａ、２４Ｂは、照明パネル１２０上に取り付けられるとともに、ハウジング１１２の端部に取り付けられた拡散レンズ１１４へ向けて光１１５を発光するように構成される。このレンズ１１４を通じて拡散光１１７が発光される。いくつかの実施形態では、レンズ１１４が発光光１１５を拡散することができず、所望の近視野又は遠視野パターンで発光光１１５の向きを変え及び／又は発光光１１５を集光することができる。

図４Ａ及び図４Ｂをさらに参照すると、固体照明装置１１０は、複数の第１のＬＥＤ２４Ａ及び複数の第２のＬＥＤ２４Ｂを含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の第１のＬＥＤ２４Ａが、白色発光素子又は非白色発光素子を含むことができる。複数の第２のＬＥＤ２４Ｂは、第１のＬＥＤ２４Ａとは異なる主波長の光を発光する発光素子を含むことができ、これにより第１のＬＥＤ２４Ａと第２のＬＥＤ２４Ｂによって発光された結合光が、所望の色及び／又はスペクトル成分を有することができるようになる。

例えば、複数の第１のＬＥＤ２４Ａと複数の第２のＬＥＤ２４Ｂによって発光された結合光は、演色評価指数の高い温白色光であることができる。

いくつかの実施形態による照明装置で使用する青色及び／又は緑色ＬＥＤ素子は、本発明の譲受人であるＣｒｅｅ社が販売するＩｎＧａＮベースの青色及び／又は緑色ＬＥＤ素子であってもよい。例えば、これらのＬＥＤ素子は、Ｃｒｅｅ社が製造するＥＺＢＲＩＧＨＴ（登録商標）パワーチップを含むことができる。ＥＺＢＲＩＧＨＴ（登録商標）パワーチップは、外部量子効率（すなわち、内部量子効率と光抽出効率の積）が５０Ａ／ｃｍ２で５０％に及ぶことが実証されており、これは３５０ｍＡの駆動電流で４５０ｍＷを超える光出力に相当する高さである。照明装置で使用する赤色ＬＥＤは、例えば、Ｅｐｉｓｔａｒ社、Ｏｓｒａｍ社などから販売されているＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤ素子とすることができる。

いくつかの実施形態では、ＬＥＤ２４Ａ、２４Ｂ内のＬＥＤ素子が、約９００μｍ又はそれ以上の端部長を有する正方形又は矩形の周辺部を有することができる（すなわち、いわゆる「パワーチップ」）。また一方、他の実施形態では、ＬＥＤ素子２４Ａ、２４Ｂが、５００μｍ又はそれ以下の端部長を有することができる（すなわち、いわゆる（「スモールチップ」）。特に、小型のＬＥＤ素子は、パワーチップよりも良好な電気変換効率で動作することができる。例えば、最大端部寸法が５００ミクロン未満の緑色ＬＥＤ素子、及びわずか２６０ミクロンの緑色ＬＥＤ素子は、一般に９００ミクロンチップよりも高い電気変換効率を有し、通常は放散電気出力のワット当たり５５ルーメンの光束、及び放散電気出力のワット当たり９０ルーメンもの光束を生成することが知られている。

図４Ｃは、いくつかの実施形態によるパッケージ発光ダイオード２４の断面図である。いくつかの実施形態によれば、パッケージＬＥＤ２４は、１又はそれ以上のＬＥＤ素子４３を装着するサブマウント４２を含む。サブマウント４２は、電気トレース、ワイヤボンドパッド、リード、及び／又はＬＥＤ素子４３を装着して電気的に活性化されるようにするその他の特徴部を含むことができる。サブマウント４２は、ヒートシンク（図示せず）を含むこともできる。このサブマウント４２内、サブマウント４２上、又はサブマウント４２によって定められるキャビティ内で、ＬＥＤ素子４３を光学封入材料４４で取り囲んで保護することができる。封入材料４４は、ＬＥＤ素子４３からの発光の結合を高めて、パッケージからより良好に抽出できるようにすることができる。ＬＥＤ素子４３よりも上方のサブマウント４２上に任意のレンズ４５を取り付けて、パッケージからの所望の近視野又は遠視野発光パターンが得られるようにすることができる。

パッケージ内には、ＬＥＤ素子４３の１又はそれ以上により発光された一部又は全部の光を変換するための１又はそれ以上の蛍光体材料を与えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、蛍光体をＬＥＤ素子４３の１又はそれ以上に被覆し又は別様に与え、封入材料４４内に懸濁させ、或いはレンズ４５の材料に被覆し又は混入することができる。いくつかの実施形態では、封入材料４４とレンズ４５の間に蛍光体を含む材料の層を施すことができ、いくつかの実施形態では、ＬＥＤ素子４３により発光された少なくとも一部の光を受光するように構成された単一の結晶蛍光体材料の層として施すことができる。

図５の概略回路図に示すように、照明装置１１０内のＬＥＤ２４Ａ、２４Ｂは、それぞれの列内で電気的に相互接続することができる。図５に示すように、ＬＥＤ２４Ａ、２４Ｂを相互接続することにより、ＬＥＤ２４Ａが直列に接続されて第１の列１３２Ａを形成するようにすることができる。同様に、ＬＥＤ２４Ｂを直列に配置して、第２の列１３２Ｂを形成することができる。各列１３２Ａ、１３２Ｂは、それぞれの陽極端子１２３Ａ、１２５Ａ、及び陰極端子１２３Ｂ、１２５Ｂに接続することができる。

図５には２つの列１３２Ａ、１３２Ｂを示しているが、照明装置１１０は、これよりも多くの又は少ない列を含むことができると理解されたい。さらに、ＬＥＤ２４Ａの複数の列及びその他の着色ＬＥＤ２４Ｂの複数の列が存在してもよい。

温白色発光を実現するために、従来のパッケージＬＥＤは、単一成分の橙色蛍光体を青色ＬＥＤ素子と組み合わせたもの、又は黄色／緑色と橙色／赤色蛍光体の混合物を青色ＬＥＤ素子と組み合わせたものを含む。しかしながら、単一成分の橙色蛍光体を使用すると、緑っぽい色相及び赤っぽい色相が存在しない結果、ＣＲＩが低下する可能性がある。一方で、通常、赤色蛍光体の効率は黄色蛍光体よりもはるかに低く、黄色蛍光体が発光した光を再吸収する恐れがある。従って、黄色蛍光体内に赤色蛍光体を追加すると、パッケージの効率が低くなる可能性があり、この結果、発光効率が悪くなる場合がある。発光効率は、ランプに供給されるエネルギーの光エネルギーに変換される割合の尺度である。この効率は、ルーメン単位で測定したランプの光束を、ワット単位で測定した電力消費量で除算することにより計算される。さらに、赤色蛍光体と黄色蛍光体を混合すると、赤色蛍光体の励起帯が黄色蛍光体の発光スペクトルと重なる場合があるため効率が損なわれる可能性があり、すなわち黄色蛍光体が発光した一部の光が赤色蛍光体によって再吸収される恐れがある。

従って、いくつかの実施形態では、ＰＣＢ１２０上に、マゼンタ又は青色寄りの赤色（ＢＳＲ）発光蛍光体ベースのＬＥＤ２４Ａと、黄緑色のＢＳＹ又は緑色発光体２４Ｂとを物理的に別個の発光体として設けることができる。マゼンタ発光蛍光体で強化したＬＥＤは、例えば、赤色蛍光体で被覆した、又はこれと別様組み合わせた青色ＬＥＤ素子を含むことができる。赤色蛍光体で被覆した、又はこれと別様に組み合わせた青色ＬＥＤ素子が発光するマゼンタ光を、例えば、緑色ＬＥＤ素子により発光された緑色光又は黄緑色光（例えば、青色寄りの黄色、すなわちＢＳＹ）と組み合わせて、発光効率（Ｉｍ／Ｗ）の高い（９５を上回るような）高いＣＲＩを有する温白色光を生成することができる。ＩｎＧａＮベースの緑色ＬＥＤは、比較的高い効率を有することができるので、このような組み合わせは特に有用となり得る。さらに、人間の目は、スペクトルの緑色部分の光に最も敏感である。従って、赤色蛍光体を使用することにより多少の効率は失われる可能性があるが、後述するように緑色ＬＥＤ又はＢＳＹ ＬＥＤの効率が高まることにより、ＬＥＤの対の全体的効率を高めることができる。

（赤色蛍光体と組み合わせた青色ＬＥＤ素子などの）マゼンタ色ＬＥＤを緑色ＬＥＤと組み合わせて使用して白色光を生成することには驚くべき利点がある。例えば、このようなＬＥＤの組み合わせを使用するシステムは、熱的−光学的安定性が向上することができる。対照的に、ＡｌＩｎＧａＰベースのＬＥＤが発光する光の色は、ＩｎＧａＮベースのＬＥＤが発光する光の色よりも温度とともに急激に変化する可能性があるので、ＩｎＧａＮベースの青色ＬＥＤ及びＡｌＩｎＧａＰベースの赤色ＬＥＤを含むシステムは、熱的−光学的安定性に関する問題を抱える恐れがある。従って、温度範囲にわたって安定した色点を実現するために、多くの場合、ＩｎＧａＮベースの青色ＬＥＤ及びＡｌＩｎＧａＰベースの赤色ＬＥＤを含むＬＥＤベースの照明アセンブリには、アセンブリの動作温度が変化したときにアセンブリが発光する赤色光と青色光の比率を変更する能動的補償回路が設けられる。

対照的に、青色ＬＥＤ素子及び緑色ＬＥＤは、いずれも温度変化に対して同様に反応するＩｎＧａＮベースの素子とすることができるため、赤色蛍光体と組み合わせた青色ＬＥＤ素子を緑色又はＢＳＹ ＬＥＤと組み合わせたアセンブリの方が良好な熱安定性を有することができ、恐らくは色−温度補正を必要としない。いくつかの実施形態では、色−温度補正を行うことはできるが、温度により誘発される色の一掃範囲を縮小することができ、これにより補償回路内の必要な制御権限が減少し、及び／又は色公差及びビン分けスキームの潜在的な利点とともにシステムに追加の設計自由度が与えられる。

いくつかの実施形態では、青色ＬＥＤを、赤色及び黄色蛍光体の両方と組み合わせて非白色光を生成することができる（ただし、上述したように、赤色蛍光体による黄色光の自己吸収により、素子の効率が低くなる可能性がある）。このようなＬＥＤ／蛍光体の組み合わせによって生成された非白色光を、ＩｎＧａＮベースの緑色ＬＥＤ素子により発光された緑色光と組み合わせて、演色能力が高く熱安定性が向上した白色光を生成することができる。黄色蛍光体は、広域スペクトルを有する光を生成することができるので、黄色蛍光体を追加すると、素子の演色能力を向上させることができる。広域スペクトル光は、発光ピークが狭い光源により生成された光と比較すると、より良好な演色性を与える傾向にある。

緑色光源が照明の５０％又はそれ以上を提供することができるＬＣＤバックライト照明では、ＬＥＤ素子に５３０ｎｍ付近の効率的な飽和した緑色発光体を与えることが特に重要となり得る。さらに、マゼンタ／緑色ＬＥＤを組み合わせると、蛍光灯（ＣＣＦＬ）又は緑色っぽい白色蛍光ＬＥＤからの不飽和光を使用するシステムよりも全体的な装置効率をより良好にすることができる。緑色っぽい白色ＬＥＤと同じ主波長では、等しい効率の純緑色ＬＥＤの方が、照明がはるかに効率的にフィルタを通過できるので、緑色っぽい白色ＬＥＤよりも実質的に高い画面正面（ＦＯＳ）輝度を実現することができる。

１９３１ＣＩＥ色度図である図６に、照明素子内のマゼンタＬＥＤと緑色ＬＥＤの組み合わせを示す。図６に示すように、約４００ｎｍ〜約４８０ｎｍの、実施形態によっては約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍの、実施形態によっては約４５０ｎｍ〜約４６５ｎｍの、実施形態によっては約４６０ｎｍの主波長を有する色点Ｐ１における光を発光する第１のＬＥＤを設ける。赤色蛍光体を、青色ＬＥＤが発光する少なくとも一部の光を受光し、これに応答して約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍの主波長を有する色点Ｐ２における光を発光するように構成する。この青色ＬＥＤと赤色蛍光体によって発光された結合光は、図６に示すビンＢ１〜Ｂ５の１つに収まる色点Ｐ３を有することができる。ビンＢ１〜Ｂ５は、少なくとも７ステップ マクアダム楕円によって、また場合によっては少なくとも１０ステップ マクアダム楕円によって隣接する点から分離されたそれぞれの色点付近を中心とすることができる。

好適な赤色蛍光体に、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺及びＳｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ²⁺がある。この蛍光体は、１５０℃を超える温度で８０％よりも高い量子効率を維持することができる。使用できる他の赤色蛍光体には、Ｅｕ²⁺−ＳｉＡｌＯＮ族の蛍光体の蛍光体、並びにＣａＳｉＮ₂：Ｃｅ³⁺、ＣａＳｉＮ₂：Ｅｕ²⁺、及び／又は（Ｃａ，Ｓｉ，Ｂａ）ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺（ＢＯＳＥ）族の蛍光体がある。具体的には、三菱化学社から販売されているＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ²⁺蛍光体が、約６２４ｎｍの主波長、約６２８ｎｍのピーク波長、及び約１００ｎｍのＦＷＨＭを有することができる。

窒化物蛍光体は、広い励起帯を特徴とする。システム内の１つの蛍光体の励起帯とシステム内の別の蛍光体の発光スペクトルとが重なると、例えば、赤色蛍光体と黄色蛍光体を混ぜて使用するシステム内で光子が再吸収されることがある。具体的には、大部分の赤色窒化物蛍光体の励起帯は、５００ｎｍをはるかに超えて延びる。黄緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合したときに生じ得る再吸収は、特に蛍光体の変換効率が９０％未満の場合、重大な損失につながる恐れがある。

従って、いくつかの実施形態では、温度が安定した蛍光体を使用する複数の色蛍光体変換ＬＥＤを採用する。温白色光を生成するための典型的な方法は、赤色直接発光ＬＥＤを蛍光体変換黄緑色ＬＥＤと組み合わせることである。この方法の難点は、赤色直接発光（すなわち非蛍光体ベースの）ＬＥＤの温度感受性により、システムが加熱したときに赤色ＬＥＤの出力をモニタしてバランスをとるための複雑な駆動回路が必要となる点である。一般照明に適した放射束を生成するために必要な通常の温度動作レベルは、１２５℃又はそれ以上の接合温度で動作する。これらの温度では、効率が下がること以外の別の難点として、光のＣＣＴ値のドリフトが大きいことが挙げられる。赤色ＬＥＤ又はＹＡＧ蛍光体の不安定性により、室温から動作温度まで４００Ｋに近いＣＣＴの変化が生じる。赤色光の直接（すなわち、非蛍光体ベースの）発光を含まないいくつかの実施形態は、これらの問題の一部又は全部を回避することができる。

ビンＢ１〜Ｂ５は、図１に示す赤紫色又は紫がかった赤色領域１０４、１０５などの領域に収まることができる。本明細書では、青色ＬＥＤと赤色蛍光体の組み合わせによって生成されるこのようなビン内の光を、一般に青色寄りの赤色、すなわちＢＳＲ光と呼ぶ。

青色ＬＥＤ／赤色蛍光体の組み合わせに加え、色点Ｐ４を有する緑色ＬＥＤを設ける。色点Ｐ４は、黒体軌跡よりも上方に存在できるとともに、約５００ｎｍ〜約５５０ｎｍの、特に約５２５ｎｍの波長を有する実質的な飽和光に関連することができる。ビンＢ１〜Ｂ５内のＢＳＲ光を、この緑色光と組み合わせて、約２０００Ｋ〜６０００Ｋの間、特に約４５００Ｋ〜約２５００Ｋの間のＣＣＴにおける色点Ｐ５を有する白色光を生成する。従って、１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１のＬＥＤと蛍光体によって発光された結合光の色点Ｐ３と、第２のＬＥＤにより発光された光の色点Ｐ４との間の線セグメントＬは、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で黒体軌跡と交差することができる。

図７は、照明素子内のマゼンタＬＥＤとＢＳＹ ＬＥＤの組み合わせを示す１９３１ＣＩＥ色度図である。図７に示すように、約４００ｎｍ〜約４８０ｎｍの、実施形態によっては約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍの、実施形態によっては約４５０ｎｍ〜約４６０ｎｍの、実施形態によっては約４５０ｎｍの主波長を有する色点Ｐ１における光を発光する第１のＬＥＤを設ける。赤色蛍光体を、青色ＬＥＤが発光する少なくとも一部の光を受光し、これに応答して約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍの主波長を有する色点Ｐ２における光を発光するように構成する。この青色ＬＥＤと赤色蛍光体によって発光された結合光は、図７に示すビンＢ１〜Ｂ５の１つに収まる色点Ｐ３を有するＢＳＲ光を含むことができる。ビンＢ１〜Ｂ５は、図１に示す赤紫色又は紫がかった赤色領域１０４、１０５などの領域に収まることができる。

青色ＬＥＤ／赤色蛍光体の組み合わせに加え、領域５０内の色点Ｐ６を有するＢＳＹ ＬＥＤを設ける。従って、色点Ｐ６は、黒体軌跡よりも上方に存在することができる。ＢＳＲ光は、約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍの、実施形態によっては約４５０ｎｍ〜約４６５ｎｍの、実施形態によっては約４６０ｎｍの色点Ｐ４における主波長を有する青色ＬＥＤを、色点Ｐ５における光を発光する黄色発光蛍光体と組み合わせてＢＳＹ光を生成することによって生成することができる。好適な黄色蛍光体には、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺（Ｃｅ：ＹＡＧ）、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｃｅ³⁺、及びＥｕ²⁺−ＳｉＡｌＯＮ族及び／又はＢＯＳＥ族の蛍光体がある。この蛍光体をいずれかの適当なレベルでドープ処理して、光出力の所望の波長を得ることもできる。いくつかの実施形態では、Ｃｅ及び／又はＥｕを、約０．１％〜約２０％のドーパント濃度で蛍光体にドープ処理することができる。好適な蛍光体は、日本国東京の三菱化学社、ドイツ国ブライツンゲンのＬｅｕｃｈｔｓｔｏｆｆｗｅｒｋ Ｂｒｅｉｔｕｎｇｅｎ社、及び米国カリフォルニア州フレモントのＩｎｔｅｍａｔｉｘ社を含む数多くの供給元から販売されている。

ビンＢ１〜Ｂ５内のＢＳＲ光をＢＳＹ光と組み合わせて、約２０００Ｋ〜６０００Ｋの間、特に約２５００Ｋ〜約４５００Ｋの間のＣＣＴにおける色点Ｐ７を有する白色光を生成する。従って、１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１のＬＥＤと赤色蛍光体によって発光された結合光の色点Ｐ３と、第２のＬＥＤと黄色蛍光体によって発光された光の色点Ｐ６のと間の線セグメントＬは、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で黒体軌跡と交差することができる。

図７には、色点Ｐ１及びＰ３が異なる場所に存在するように示しているが、色点Ｐ１及びＰ３は同じ場所に存在してもよく、すなわち、ＢＳＲ光を生成するために使用する青色ＬＥＤは、ＢＳＹ光を生成するために使用する青色ＬＥＤと同じ主波長を有することができると理解されたい。

別個の青色ＬＥＤ使用を使用してＢＳＲ光とＢＳＹ光を生成すると、ＢＳＲ光及びＢＳＹ光を生成するために使用する蛍光体を互いに分離できることにより、１つの蛍光体により発光された光がもう１つの蛍光体によって実質的に再吸収されないようにすることができる（すなわち、発生し得る偶発的な吸収をごくわずかにすることができる）という点でいくらかの利点を得ることができる。例えば、ＢＳＹ ＬＥＤ内の黄色蛍光体により生成された光は、ＢＳＲ光を生成するために使用する赤色蛍光体の励起領域に収まることができる。従って、同じ発光体上でこれらの蛍光体を組み合わせた場合、ＢＳＹ光を構成する黄色光の一部が、望ましくないほどに再吸収される場合がある。

複数のＢＳＲビン及び／又は複数のＢＳＹビンで構成されたＬＥＤを単一の照明素子に含めることができる。例えば、図８を参照すると、単一の照明素子が、複数の第１のＢＳＲ ＬＥＤ２４Ａ−１及び第２のＢＳＲ ＬＥＤ２４Ａ−２、及び／又は複数の第１のＢＳＹ ＬＥＤ２４Ｂ−１及び第２のＢＳＹ ＬＥＤ２４Ｂ−２を含むことができる。第１のＢＳＲ ＬＥＤ２４Ａ−１は、ＢＳＲビンＢ１〜Ｂ５のうちの第１のビンに収まることができ、一方で第２のＢＳＲ ＬＥＤ２４Ａ−２は、ＢＳＲビンＢ１〜Ｂ５のうちの第１のビンとは異なる第２のビンに収まることができる。同様に、第１のＢＳＹ ＬＥＤ２４Ｂ−１は、ＢＳＹ領域５０（図７）の第１の部分に収まることができ、一方で第２のＢＳＹ ＬＥＤ２４Ｂ−２は、ＢＳＹ領域５０の第１の部分とは異なる第２の部分に収まることができる。ＢＳＹ領域５０の第１及び第２の部分は、少なくとも７ステップ マクアダム楕円、また場合によっては少なくとも１０ステップ マクアダム楕円により分離された色点付近を中心にできるという点で区別することができる。ビンＢ１〜Ｂ５は、ビンＢ１〜Ｂ５内の任意の点とＢＳＹ領域５０内の任意の点の間の線セグメントが、約２５００Ｋ〜６０００Ｋの間の点で黒体軌跡と交差できるように選択又は定義することができる。

従って、いくつかの実施形態による照明装置は、知覚できるほど異なる色の光を発光する第１及び第２のＢＳＲ ＬＥＤ、及び／又は知覚できるほど異なる色の光を発光する第１及び第２のＢＳＹ ＬＥＤを含むことができる。これらの第１及び第２のＢＳＲ ＬＥＤと、第１及び第２のＢＳＹ ＬＥＤからの光を組み合わせて、約２０００Ｋ〜６０００Ｋ、特に約２５００Ｋ〜約４５００Ｋの間のＣＣＴを有する温白色光を生成することができる。

いくつかの実施形態では、より明るいＬＥＤ２４Ａと、より暗いＬＥＤ２４Ｂを線形配列で交互に配置することができる。いくつかの種類の実施形態では、電流制御又は負荷サイクル制御が独立した２又はそれ以上のグループ内でＬＥＤ２４Ａ、２４Ｂを配線することができる。この結果、一般に均一で高効率な発光ダイオード照明モジュール２０が得られる。

上述したように、複数のＬＥＤ２４を使用する照明アセンブリの大量生産に関する重要課題の１つは、使用するＬＥＤ素子の色度及び強度／光束のばらつき、及び／又はこれらを使用する場合、色変換に使用する蛍光媒体のばらつきに起因する色及び／又は光度の潜在的な不均一性である。

このような不均一性に対処するために、通常は、ＬＥＤ素子を照明器具アセンブリ又はマルチＬＥＤサブアセンブリ内に配置する前に、これらの素子を１００％測定し、仕分けし、物理的にグループ分け（すなわちビン分け）する。しかしながら、よくあることではあるが、素子間の色及び／又は光度のばらつきが大きい場合、この方法では、深刻な物流上の問題が生じることがある。この場合、素子を物理的に仕分けしてアセンブリにグループ分けすると、個々のアセンブリの均一性を良好に管理することはできるが、依然としてアセンブリごとに大きな差異が存在し得るという問題が生じる。設備（事務所の天井の複数の照明器具など）内で複数のアセンブリを使用する場合、このアセンブリごとの差異が、非常に明白かつ不快となり得る。この問題の一般的な解決策は、照明器具を製造するアセンブリ会社が、ビン分け後のＬＥＤ素子集団の一部のみを購入して利用することである。このようにすれば、この会社で製造される全ての照明器具が同様に見えるようになるはずである。しかしながら、これによりさらに別の問題、すなわち仕分けしてグループ分けしたものの照明器具を製造するために購入されない他の全てのＬＥＤ素子をどうすべきかという問題が生じる。このため、いくつかの実施形態はこの問題に対処することができ、これによりアセンブリ内における高い均一性、アセンブリごとの高い類似性、及び／又はＬＥＤ素子の生産分布の利用性の向上が同時に実現される。

一例として、１９３１ＣＩＥ色度図の一部である図９に示す白色ＬＥＤのビン分けシステムについて検討する。図９に示すように、特定の生産システムが、生産軌跡Ｐに収まる色度を有するＬＥＤを生産する。軌跡Ｐは、例えば、生産レシピの分布に関する２次元色度空間内のばらつきの境界を表す。例えば、この２次元色度空間は、１９３１ＣＩＥ色度空間とすることができる。図９に示す番号を付けた多角形１〜１２は色度ビンである。ＬＥＤ生産集団の個々の部材がテストされると、ＬＥＤの色度が判断され、このＬＥＤが適当なビンに入れられる。集団の同じビンつながりの部材を仕分けして一緒のグループにすることができる。一般的には、照明器具メーカーが、これらのビンの１つから得られる部材を使用して、マルチＬＥＤアセンブリ内の均一性及び全てのこのようなアセンブリの類似性を保証する。しかしながら、このような状況では、軌跡Ｐの多くが未使用のまま残る。

いくつかの実施形態では、（反射シート及びその他の光学シート、ディフューザ、ＢＥＦなどにより境界されたリサイクルキャビティ３２、３４を使用することにより）ＬＥＤ２４からの光が入射する光の混合を強化する。いくつかの実施形態では、代替の２成分加法混色を使用してメタマーが同等のアセンブリを実現することもできる。「２成分加法混色」とは、光均質化キャビティ内で既知の異なる色度の（ＬＥＤ素子などの）２つの光源を使用して２つの照明を組み合わせ、所望の第３の知覚色が生み出されるようにすることを意味する。第３の知覚色は、２次元色度空間内で全てが同じものになり得る（すなわちメタマー同等物）様々な代替の２成分の組み合わせによって生じることができる。

図９をさらに参照すると、生産集団色度軌跡Ｐを、５つのビングループ１〜５を少なくとも部分的にカバーする形で示している。

図１０を参照すると、照明アセンブリで使用するための複数のＬＥＤ素子２４を含む線形照明モジュール２０を示している。図１０に示すように、２つの交互するＬＥＤ素子のグループを、グループＡ及びグループＢとして示している。ＬＥＤ素子２４は、本明細書ではメタマーグループ６０Ａ〜６０Ｄと呼ぶグループ６０にグループ分けされている。メタマーグループ６０Ａ〜６０ＤのＬＥＤ２４の色度は、メタマーグループ６０Ａ〜６０ＤのＬＥＤ２４の各々からの光を混合することにより生成される結合光が、目標色度Ｔを有する光を含むことができるように選択される。２次元色度空間内の２つの点は、一方の点が他方の点の７ステップ マクアダム楕円内に存在する場合、同じ色度を有していると見なされ、逆もまた同様である。マクアダム楕円は、視覚的に中心点と区別できない全ての点を含む、１９３１ＣＩＥ色度空間などの２次元色度空間内の中心点を中心とする閉領域である。７ステップ マクアダム楕円は、通常の観察者が区別できない７標準偏差内の点を捕捉する。

２次元色度空間は、１９３１ＣＩＥ色度空間又は１９７６ＣＩＥ色度空間を含むことができる。

いくつかの実施形態では、メタマーグループ６０Ａ〜６０ＤのＬＥＤ２４の各々の色度が、１９３１ＣＩＥ色度空間上の黒体輻射曲線上の４０００Ｋ〜８０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）からの点を中心とする７ステップ マクアダム楕円内に存在することができる。従って、ＬＥＤ２４の各々は、一般的に白色と見なされる領域内に存在する色度を個々に有することができる。例えば、図１１に、黒体輻射曲線７０及び複数のＣＣＴ四角形、すなわちビン７２を含む１９３１ＣＩＥ図の一部を示す。さらに、図１１には、黒体輻射曲線７０上又はその付近の様々な点７６を中心とする複数の７ステップ マクアダム楕円７４も示す。

しかしながら、いくつかの実施形態では、メタマーグループ６０Ａ〜６０ＤのＬＥＤ２４の１又はそれ以上が、１９３１ＣＩＥ色度空間上の黒体輻射曲線上の４０００Ｋ〜８０００Ｋの相関色温度からの点を中心とする７ステップ マクアダム楕円の外側にある色度を有することがあり、従って観察者はこれらを白色と見なすことができない。

従って、目標点Ｔにおいて実質的に等しい見掛け色度を有し、従って各々が色度Ｔのメタマー同等物を提供する所望の一連の発光体アセンブリをこのような線形モジュール２０で実現するために、以下の３つのＡ／Ｂの２成分加法的組み合わせの代替対を使用することができる。
・Ａ及びＢが、ビン３に属する。
・Ａ及びＢが、それぞれビン２及びビン４に属する。
・Ａ及びＢが、それぞれビン１及びビン５に属する。

従って、モジュール２０内の隣接する素子Ａ及びＢの対を、これらの実際の色度点が目標色度点Ｔからほぼ等距離にあるか、或いは目標色度点Ｔが位置するビンからほぼ等距離にあるビン内に存在するかに基づいて選択することができる。

いくつかの実施形態は、加法混色における光度の影響を考慮することにより、メタマーが同等の同じ目標Ｔの色度アセンブリを作成するために有効なさらなる２つの対を提供する。３つの昇順の光度範囲の光度（光強度、光束など）ランク付けシステムを、例えば以下のように定義することができる。
・Ａｆ：８５〜９０ルーメン
・Ｂｆ：９０〜９５ルーメン
・Ｃｆ：９５〜１００ルーメン
次に、上記の例のさらなる許容できる対として、以下を挙げることができる。
・Ａ及びＢが、それぞれビン２、ランクＣｆ、及びビン５、ランクＡｆである。
・Ａ及びＢが、それぞれビン４、ランクＣｆ、及びビン１、ランクＡｆである。
・Ａ及びＢが、それぞれビン３、ランクＡｆ、及びビン３、ランクＣｆである。

従って、各々のメタマーグループ６０Ａ〜６０ＤのＬＥＤ２４の各々は、２次元色度空間内のＬＥＤ２４の色度の目標色度Ｔまでの距離にほぼ反比例する光度を有することができる。

従って、モジュール２０内の隣接する素子Ａ及びＢのグループを、所望の光出力が得られるように選択することができる。２成分系では、例えば、素子の対のうちの第１の素子の方が目標色度点Ｔに近い場合、第１の素子は、素子の対のうちの第２の素子よりも高い輝度を有することができる。同様に、素子の対のうちの第１の素子の方が目標色度点Ｔから遠い場合、第１の素子は、素子の対のうちの第２の素子よりも低い輝度を有することができる。素子が目標色度点からほぼ等距離の色度ビン内に存在する場合、これらの素子は同じ輝度を有することができる。従って、いくつかの実施形態では、メタマーグループ６０Ａ〜６０ＤのＬＥＤ２４の各々がほぼ同じ光度を有することができ、２次元色度空間内の目標色度Ｔからほぼ同じ距離にある色度を有することができる。

効果的な均質化法（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）を使用し、代替の混合を使用して、数多くのビングループ及び／又は線形モジュール２０の交互するＬＥＤ素子のレイアウトから同等のメタマー目標を達成することにより、分布軌跡Ｐの大部分を利用しながら、各照明器具アセンブリ内で良好に均一化した製品分布、及び／又は生産された一連の照明器具アセンブリ間の良好な同様の類似性を実現することができる。リサイクルの均質化効果が高いほど、メタマーグループを構成する素子間のより大きな差異を、均一性に影響を与えずに許容できるようになる。

図９には２重のグループを示しているが、メタマーグループが３又はそれ以上のＬＥＤ素子を含む３重、４重、及びより高次の形態を利用することもできると理解されたい。

さらに、実質的に同じ電流で駆動されたときに、所望の目標色度を得るために利用されるグループ分けを実現することにより、ＬＥＤを単一のＬＥＤの列で駆動することができる。従って、ＬＥＤを駆動するための駆動回路を、電流を使用してＬＥＤの強度を制御するＲＧＢ方法などの複数列による方法よりも単純化することができ、これにより結果としての組み合わせた出力の色度を制御しなくて済むようにすることができる。このような結果としての目標色度は、照明素子全体の全体的な目標色度であってもよく、又は所望のＢＳＹ又はＢＳＲ色点などの、照明素子の成分の目標色度であってもよい。従って、目標色度を実現するＬＥＤの組み合わせを単一の列で実現できる一方で、複数列のこのようなＬＥＤのグループにより、照明素子の全体的な出力を実現することができる。

例えば、図１２を参照すると、ＢＳＹ領域５０を含む１９３１ＣＩＥ色度図の一部を示している。ＢＳＹ領域５０は、複数の小領域すなわちビン２２０Ｋ〜２２０Ａにさらに細分され、これらの各々は、図１２に示すように、ビンの中心付近の点を中心とするほぼ７ステップ マクアダム楕円のサイズであるサイズを有すると定義される。

既知の蛍光体材料を一貫して適用した場合でも、処理条件又は素子特性のわずかなばらつきに起因して蛍光体変換ＬＥＤの色点にある程度のばらつきが存在することはよく知られている。従って、既知の主波長を有する２つのＬＥＤを同じ蛍光体材料とともにパッケージした場合、結果として得られる素子の色点が異なるビンに収まることがある。素子を励起するために使用する駆動電流の量を調整することにより、特定の素子の色点を調整できることもさらに知られている。

従って、固体照明システムのためのいくつかの製造技術では、個々の素子を、これらの色点に基づいて製造し、試験し、ビンに仕分けすることができる。その後、所与のビンの素子を選択し、直列に接続することができる。素子を選択したビンに応じて、列を駆動して所望の色点を有する光を生成できる電流レベルを選択することができる。すなわち、列内の各素子を同じビンから選択し、選択した駆動電流で駆動して、この列が所望の色点を有する光を生成するようにすることができる。

しかしながら、この方法の１つの難点は、所与の一群のパッケージ素子における色点の分布によっては、同じビンから十分な数の素子を選択して数多くの照明素子に実装することが困難な場合があり、従って何らかの消耗が起こり得るようになる点である。

さらに、適当な駆動電流を決定して、電流発生器及び／又はＬＥＤ列を所望の光の色点が生じるように構成又は調整することは、困難であり、コストが掛かり、及び／又は時間が掛かることがある。

従って、図１３を参照して分かるように、いくつかの実施形態は、ＬＥＤ列１３２Ａを形成するように直列に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２４Ａ−１〜２４Ａ−４を含む固体照明装置を提供する。ＬＥＤの各々は、例えば、約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍの主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して、例えば約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍの第２の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含む。列１３２Ａ内のＬＥＤは、異なるビン２２０Ａ〜２２０Ｋに収まる色点を有することができる。すなわち、ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光は、ビン２２０Ａ〜２２０Ｋのうちの第１のビンに収まる第１の色点を有し、ＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光は、ビン２２０Ａ〜２２０Ｋのうちの異なるビンに収まる第２の色点を有する。特に、第２の色点は、第１の色点を中心とする７ステップ マクアダム楕円から外れてもよい。

しかしながら、図１２に示すように、第１の色点及び第２の色点は、各々が１９３１ＣＩＥ色度図上のＢＳＹ領域５０に収まることができる。上述したように、ＢＳＹ領域５０は、ｘ座標、ｙ座標が（０．３２，０．４０）、（０．３６，０．４８）、（０．４３，０．４５）、（０．４２，０．４２）、（０．３６，０．３８）である点によって定められる多角形である。従って、列１３２Ａにより生成された光は、２０００ケルビン〜８０００ケルビンの間で黒体軌跡上の任意の点を中心とする１０ステップ マクアダム楕円から外れる非白色色点を有することができる。

固体照明装置は、定電流源２３０Ａをさらに含むことができる。異なる色点を有する複数のＬＥＤ２４Ａ−１〜２４Ａ−４は、この定電流源２３０Ａに結合されて、定電流源２３０Ａにより供給される定電流を受け取る。これにより、異なる色点を有する複数のＬＥＤ２４Ａ−１〜２４Ａ−４の各々は同じ電流で励起され、列１３２Ａにより出力される結果としての光は所望の色点を有することができる。

従って、いくつかの実施形態によれば、ＬＥＤ列１３２Ａにより発光された結合光の色点を、定電流源２３０Ａにより供給される所与の基準電流における列１３２Ａ内のＬＥＤ２４Ａ−１〜２４Ａ−４の各々の発光に基づいて求めることができる。従って、ＬＥＤ列１３２Ａにより発光される光の色点を調整するために、定電流源２３０Ａにより供給される電流を調整する必要はない。

装置は、列１３２Ｂを形成するように直列に接続された第２の複数のＬＥＤ２４Ｂ−１〜２４Ｂ−４をさらに含むことができる。第２のＬＥＤ２４Ｂ−１〜２４Ｂ−４の各々は、第３の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子により発光された光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第４の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含む。いくつかの実施形態では、第４の主波長を、第２の主波長より少なくとも約２５ｎｍ高くすることができる。すなわち、蛍光体は、実質的に異なる波長の光を発光することができる。ＬＥＤ素子と、第２の複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光は第３の色点を有し、ＬＥＤ素子と、第２の複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの蛍光体とによって発光された結合光は、第３の色点の７ステップ マクアダム楕円から外れる第４の色点を有する。すなわち、第２のＬＥＤ列１３２Ｂは、異なる色点を有するＬＥＤを含む。

いくつかの実施形態では、第２の列１３２Ｂがマゼンタ又はＢＳＲ光を発光するように、第３の主波長を約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍとし、第４の主波長を約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍとすることができる。第１及び第２の列１３２Ａ、１３２Ｂにより発光された結合光は、白色光を含むことができる。特に、１９３１ＣＩＥ色度図上の、第１の列１３２Ａにより発光された結合光の色点と、第２の列１３２Ｂにより発光された光の色点との間の線セグメントは、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で黒体軌跡と交差することができる。

固体照明装置は、第２の列１３２Ｂに結合された第２の定電流源２３０Ｂをさらに含むことができる。第２の定電流源２３０Ｂは、定電流源２３０Ａと同じレベルの電流を供給するように構成することができる。いくつかの実施形態では、２つの列１３２Ａ、３２Ｂを同じ定電流源によって駆動することができる。

図面及び明細書には本発明の代表的な実施形態を開示しており、また特定の用語を使用しているが、これらは限定を目的とするものではなく、一般的な及び説明的な意味で使用するものにすぎず、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲に定められる。

１００ 領域
１０１ 領域
１０２ 領域
１０３ 領域
１０４ 領域
１０５ 領域
１０６ 黒体軌跡

Claims (23)

1. 複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた固体照明装置であって、
   前記ＬＥＤの各々が、第１の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子により発光された前記光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第２の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含み、
   前記ＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの前記蛍光体とによって発光された結合光が第１の色点を有し、前記ＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの前記蛍光体とによって発光された結合光が、前記第１の色点を中心とする７ステップマクアダム楕円から外れる第２の色点を有する、
   ことを特徴とする固体照明装置。
2. 前記第１の色点及び前記第２の色点の各々が、１９３１ＣＩＥ色度図上の第１、第２、第３、第４、及び第５の線セグメントによって囲まれた確定領域内に収まり、前記第１の線セグメントが第１の点と第２の点を結び、前記第２の線セグメントが前記第２の点と第３の点を結び、前記第３の線セグメントが前記第３の点と第４の点を結び、前記第４の線セグメントが前記第４の点と第５の点を結び、前記第５の線セグメントが前記第５の点と前記第１の点を結び、前記第１の点のｘ、ｙ座標が０．３２，０．４０であり、前記第２の点のｘ、ｙ座標が０．３６，０．４８であり、前記第３の点のｘ、ｙ座標が０．４３，０．４５であり、前記第４の点のｘ、ｙ座標が０．４２，０．４２であり、前記第５の点のｘ、ｙ座標が０．３６，０．３８である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体照明装置。
3. 前記複数のＬＥＤにより発光された結合光の色度が、１９３１ＣＩＥ色度図上の前記確定領域に収まる色点を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体照明装置。
4. 前記複数のＬＥＤにより発光された結合光の色度が、２０００ケルビン〜８０００ケルビンの間で前記黒体軌跡上の任意の点を中心とする１０ステップマクアダム楕円から外れる色点を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体照明装置。
5. 定電流源をさらに備え、前記複数のＬＥＤが、前記定電流源に結合されて、前記定電流源により供給される定電流を受け取る、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体照明装置。
6. １９３１ＣＩＥ色度図上の前記確定領域が複数のビンを含み、前記複数のビンの各々が、ほぼ７ステップマクアダム楕円のサイズを有し、前記第１の色点が、前記複数のビンのうちの第１のビンに収まり、前記第２の色点が、前記複数のビンのうちの第２のビンに収まる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体照明装置。
7. 前記第１の主波長が、約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体照明装置。
8. 前記第２の主波長が、約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍである、
   ことを特徴とする請求項７に記載の固体照明装置。
9. 前記第２の主波長が、約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍである、
   ことを特徴とする請求項７に記載の固体照明装置。
10. 前記第１の主波長が、約５００ｎｍ〜約５３０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体照明装置。
11. 前記第２の主波長が、約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の固体照明装置。
12. 前記第２の主波長が、約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の固体照明装置。
13. 前記複数のＬＥＤが第１の複数のＬＥＤを含み、前記装置が第２の複数のＬＥＤをさらに備え、前記第２のＬＥＤの各々が、第３の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子により発光された前記光の少なくとも一部を受光し、これに応答して第４の主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含み、前記第４の主波長が、前記第２の主波長より少なくとも約２５ｎｍ高く、前記ＬＥＤ素子と、前記第２の複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの前記蛍光体とによって発光された結合光が第３の色点を有し、前記ＬＥＤ素子と、前記第２の複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの前記蛍光体とによって発光された結合光が、前記第３の色点を中心とする７ステップマクアダム楕円から外れる第４の色点を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体照明装置。
14. 前記第１の主波長が約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍであり、前記第２の主波長が約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍであり、前記第３の主波長が約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍであり、前記第４の主波長が約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の固体照明装置。
15. 前記第１の主波長が約４３０ｎｍ〜約４８０ｎｍであり、前記第２の主波長が約５５０ｎｍ〜約５８０ｎｍであり、前記第３の主波長が約５００ｎｍ〜約５３０ｎｍであり、前記第４の主波長が約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の固体照明装置。
16. 第１の定電流源と、第２の定電流源とをさらに備え、
    前記複数のＬＥＤが、前記第１の定電流源に結合されて、前記第１の定電流源により供給される定電流を受け取り、
    前記第２の複数のＬＥＤが、前記第２の定電流源に結合されて、前記第２の定電流源により供給される定電流を受け取る、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の固体照明装置。
17. １９３１ＣＩＥ色度図上の、前記第１の複数のＬＥＤにより発光された結合光の色点と、前記第２の複数のＬＥＤにより発光された光の色点との間の線セグメントが、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で前記黒体軌跡と交差する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の固体照明装置。
18. 前記複数のＬＥＤが第１の複数のＬＥＤを含み、前記装置が、直列に接続された第２の複数のＬＥＤをさらに備え、前記第２のＬＥＤの各々が、約６００ｎｍ〜約６３０ｎｍの第３の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体照明装置。
19. １９３１ＣＩＥ色度図上の、前記第１の複数のＬＥＤにより発光された結合光の色点と、前記第２の複数のＬＥＤにより発光された光の色点との間の線セグメントが、約２５００ケルビン〜４５００ケルビンの間で前記黒体軌跡と交差する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の固体照明装置。
20. 電流源と、
    前記電流源に接続されて、前記電流源により供給される駆動電流に応答して光を発光するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）の列と、
    を備え、前記ＬＥＤの各々が、第１の主波長を有する光を発光するように構成されたＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子により発光された前記光の少なくとも一部を受光し、これに応答して前記第１の主波長とは異なる主波長を有する光を発光するように構成された蛍光体とを含み、
    前記ＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤのうちの第１のＬＥＤの前記蛍光体とによって発光された結合光が第１の色点を有し、前記ＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤのうちの第２のＬＥＤの前記蛍光体とによって発光された結合光が、前記第１の色点を中心とする７ステップマクアダム楕円から外れる第２の色点を有する、
    ことを特徴とする固体照明装置。
21. 前記第１の色点及び前記第２の色点の各々が、１９３１ＣＩＥ色度図上の第１、第２、第３、第４、及び第５の線セグメントによって囲まれた確定領域内に収まり、前記第１の線セグメントが第１の点と第２の点を結び、前記第２の線セグメントが前記第２の点と第３の点を結び、前記第３の線セグメントが前記第３の点と第４の点を結び、前記第４の線セグメントが前記第４の点と第５の点を結び、前記第５の線セグメントが前記第５の点と前記第１の点を結び、前記第１の点のｘ、ｙ座標が０．３２，０．４０であり、前記第２の点のｘ、ｙ座標が０．３６，０．４８であり、前記第３の点のｘ、ｙ座標が０．４３，０．４５であり、前記第４の点のｘ、ｙ座標が０．４２，０．４２であり、前記第５の点のｘ、ｙ座標が０．３６，０．３８である、
    ことを特徴とする請求項２０に記載の固体照明装置。
22. 前記複数のＬＥＤにより発光された結合光の色度が、１９３１ＣＩＥ色度図上の前記確定領域に収まる色点を有する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の固体照明装置。
23. 前記複数のＬＥＤにより発光された結合光の色度が、２０００ケルビン〜８０００ケルビンの間で前記黒体軌跡上の任意の点を中心とする１０ステップマクアダム楕円から外れる色点を有する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の固体照明装置。

Images