JP2013521647A - Radiators with improved color rendering index through phosphor separation - Google Patents

Radiators with improved color rendering index through phosphor separation Download PDF

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レトキン、ロナン
ケラー、ベルント
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Abstract

変換材料発光及び励起スペクトルのオーバーラップの結果生じるCRI及び効率の損失を最小限度に抑えるように配置構成された、LEDパッケージ、並びにLEDランプ340及び電球が開示される。このオーバーラップのある変換材料を有する異なるデバイスにおいて、本発明は、第1の変換材料から再放射された光が第2の変換材料に当たる確率を低減し再吸収の危険性を最小限度に抑えるように変換材料を構成する。いくつかの実施例では、この危険性は、2つのリン光体342、344同士が分離されている異なる配置構成により最小にされる。いくつかの実施例では、この分離の結果、一方のリン光体から再放射される光の50%未満がリン光体内に入るが、そこでは、再吸収の危険性がある。  Disclosed are LED packages, and LED lamps 340 and bulbs, arranged to minimize loss of CRI and efficiency resulting from overlap of conversion material emission and excitation spectra. In different devices with this overlapping conversion material, the present invention reduces the probability that light re-emitted from the first conversion material will hit the second conversion material and minimizes the risk of reabsorption. The conversion material is made into. In some embodiments, this risk is minimized by a different arrangement in which the two phosphors 342, 344 are separated from each other. In some embodiments, this separation results in less than 50% of the light re-emitted from one phosphor entering the phosphor, where there is a risk of re-absorption.

Description

本出願は、2010年3月3日に出願した米国仮特許出願第61/339,516号、2010年3月3日に出願した米国仮特許出願第61/339,515号、2010年9月24日に出願した米国仮特許出願第61/386,437号、2010年12月19日に出願した米国仮出願第61/424,665号、2010年12月19日に出願した米国仮出願第61/424,670号、2011年1月19日に出願した米国仮特許出願第61/434,355号、2011年1月23日に出願した米国仮特許出願第61/435,326号、2011年1月24日に出願した米国仮特許出願第61/435,759号の利益を主張するものである。本出願は、また、2010年8月2日に出願した米国特許出願第12/848,825号、2010年9月24日に出願した米国特許出願第12/889,719号、及び2010年12月22日に出願した米国特許出願第12/975,820号からの一部継続出願であり、それらの利益を主張するものである。   This application is based on US Provisional Patent Application No. 61 / 339,516 filed on March 3, 2010, US Provisional Patent Application No. 61 / 339,515 filed on March 3, 2010, September 2010. US Provisional Patent Application No. 61 / 386,437 filed on the 24th, US Provisional Application No. 61 / 424,665 filed on the 19th December 2010, US Provisional Application No. 61 / 424,665 filed on the 19th December 2010 61 / 424,670, US provisional patent application 61 / 434,355 filed January 19, 2011, US provisional patent application 61 / 435,326 filed January 23, 2011, 2011 Claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 435,759, filed January 24, 2000. This application also includes US patent application Ser. No. 12 / 848,825, filed Aug. 2, 2010, U.S. Patent Application No. 12 / 889,719, filed Sep. 24, 2010, and 2010-12. This is a continuation-in-part application from US patent application Ser. No. 12 / 975,820 filed on Jan. 22, claiming their benefits.

本発明は、固体ランプ(solid state lamps)及び電球に関するものであり、具体的には、異なるリン光体コンポーネントの分離を通じて演色評価数(CRI)を高めた効率的で信頼性の高い発光ダイオード(LED)ベースのランプ及び電球に関するものである。   The present invention relates to solid state lamps and light bulbs, and more particularly, efficient and reliable light emitting diodes (CRI) with improved color rendering index (CRI) through separation of different phosphor components. LED) based lamps and light bulbs.

白熱灯あるいはフィラメント・ベースのランプあるいは電球は、住宅用の光源及び商業施設用の光源として一般に使用されている。しかし、このようなランプは非常に非効率的な光源であり、投入エネルギーの95%程度が、主に熱又は赤外線エネルギーの形で失われる。コンパクトな蛍光ランプは、電力を光に変換するという点で白熱灯よりも効果的であるが、Hgなどの有毒物質を使用する必要があるため、ランプを処分するときに、そのような有毒物質が地下水源を含む環境を汚染するおそれがある。ランプあるいは電球の効率を改善する一解決策は、光を発生するために金属フィラメントではなく発光ダイオード(1つ又は複数のLED)などの固体デバイスを使用することである。   Incandescent or filament-based lamps or bulbs are commonly used as light sources for residential and commercial facilities. However, such a lamp is a very inefficient light source, and about 95% of the input energy is lost mainly in the form of heat or infrared energy. Compact fluorescent lamps are more effective than incandescent lamps in terms of converting electrical power to light, but because toxic substances such as Hg must be used, such toxic substances can be used when disposing of the lamp. May contaminate the environment, including groundwater sources. One solution to improve the efficiency of a lamp or bulb is to use a solid state device such as a light emitting diode (one or more LEDs) rather than a metal filament to generate light.

発光ダイオードは、一般に、反対極性にドープされた層の間に挟装された半導体材料の1つ又は複数の活性層を備える。ドープされた層にバイアスが印加されると、正孔及び電子が活性層内に注入され、そこで再結合して光を発生する。光はLEDの活性層から、またすべての表面から放射される。   Light emitting diodes generally comprise one or more active layers of semiconductor material sandwiched between oppositely doped layers. When a bias is applied to the doped layer, holes and electrons are injected into the active layer where they recombine to generate light. Light is emitted from the active layer of the LED and from all surfaces.

回路又は他の類似の配置でLEDチップを使用するために、環境及び/又は機械的保護、色の選択、集光、及び同様のことを行うためにLEDチップをパッケージに封入することが知られている。LEDパッケージは、LEDパッケージを外部回路に電気的に接続するためのリード線、接点、又は配線も備える。図1に例示されている典型的なLEDパッケージ10では、単一のLED又はLEDチップ12がハンダ付け又は導電性エポキシを使って反射カップ13上に装着される。1つ又は複数のワイヤボンド11は、LEDチップ12のオーミック接点を、反射カップ13に取り付けられるか、又は反射カップ13と一体化されうるリード線15A及び/又は15Bに接続する。反射カップは、リン光体などの波長変換材料を含みうるカプセル材料16を充填されうる。第1の波長のLEDによって放射された光は、それに応答して第2の波長の光を放射することができるリン光体によって吸収されうる。次いで、アセンブリ全体を透明保護樹脂14内にカプセル封入し、これをレンズ形状に成形してLEDチップ12から放射される光が平行になるようにできる。反射カップ13は、光を上向き方向に向き付けることができるが、光が反射されると光学的損失が発生しうる(つまり、実用的な反射体表面の反射率が100%より小さいので光の一部が反射カップに吸収されうる)。それに加えて、図1aに示されているパッケージ10などのパッケージについてはうつ熱が問題になる可能性があるが、それというのも、リード線15A、15Bを通して熱を抽出することが困難な場合があるからである。   In order to use LED chips in circuits or other similar arrangements, it is known to encapsulate LED chips in packages to do environmental and / or mechanical protection, color selection, light collection, and the like. ing. The LED package also includes lead wires, contacts, or wirings for electrically connecting the LED package to an external circuit. In the exemplary LED package 10 illustrated in FIG. 1, a single LED or LED chip 12 is mounted on a reflective cup 13 using soldering or conductive epoxy. One or more wire bonds 11 connect the ohmic contacts of the LED chip 12 to leads 15A and / or 15B that can be attached to or integrated with the reflective cup 13. The reflective cup can be filled with an encapsulant 16 that can include a wavelength converting material such as a phosphor. The light emitted by the first wavelength LED can be absorbed by a phosphor capable of emitting light of the second wavelength in response. Next, the entire assembly can be encapsulated in a transparent protective resin 14, which can be molded into a lens shape so that the light emitted from the LED chip 12 is parallel. The reflection cup 13 can direct the light upward, but optical loss may occur when the light is reflected (that is, the reflectance of the practical reflector surface is less than 100%. Some can be absorbed by the reflective cup). In addition, depressive heat can be a problem for packages such as the package 10 shown in FIG. 1a because it is difficult to extract heat through the leads 15A, 15B. Because there is.

図2に例示されている従来のLEDパッケージ20は、より多くの熱を発生しうる高出力動作により適している場合がある。LEDパッケージ20では、1つ又は複数のLED 22がプリント回路基板(PCB)キャリア、基板、又はサブマウント23などのキャリア上に装着される。サブマウント23上に装着された金属反射体24は、LEDチップ(複数可)22を囲み、パッケージ20からLED 22によって放射された光を反射する。反射体24は、LED22に機械的保護ももたらす。LEDチップ22上のオーミック接点とサブマウント23上の電気的配線25A、25Bとの間に1つ又は複数のワイヤボンド接続27が形成される。次いで、装着されているLED22を封止材26で覆うと、この封止材26はレンズとしても機能しながらチップの環境及び機械的保護をもたらしうる。封止材26は、LEDチップからの光を吸収し、異なる波長の光で再発光する1つ又は複数の変換材料(例えば、リン光体)も備えることができる。パッケージ20からの放射全体は、LED22からの光と変換材料からの再放射される光との組み合わせであってよい。金属反射体24は、典型的には、ハンダ付け又はエポキシボンドを使ってキャリアに取り付けられる。   The conventional LED package 20 illustrated in FIG. 2 may be more suitable for high power operation that may generate more heat. In the LED package 20, one or more LEDs 22 are mounted on a carrier such as a printed circuit board (PCB) carrier, substrate, or submount 23. A metal reflector 24 mounted on the submount 23 surrounds the LED chip (s) 22 and reflects light emitted by the LEDs 22 from the package 20. The reflector 24 also provides mechanical protection for the LED 22. One or more wire bond connections 27 are formed between the ohmic contacts on the LED chip 22 and the electrical wirings 25 </ b> A and 25 </ b> B on the submount 23. Subsequently, when the mounted LED 22 is covered with a sealing material 26, the sealing material 26 can provide a chip environment and mechanical protection while also functioning as a lens. The encapsulant 26 can also include one or more conversion materials (eg, phosphors) that absorb light from the LED chip and re-emit light with different wavelengths of light. The total radiation from the package 20 may be a combination of light from the LED 22 and re-emitted light from the conversion material. Metal reflector 24 is typically attached to the carrier using soldering or epoxy bonding.

図2のLEDパッケージ20に見られるようなLEDは、また、リン光体がLED光の少なくとも一部を吸収する、1つ又は複数のリン光体を含む変換材料によってコーティングされうる。LEDは、LEDとリン光体からの光の組み合わせを放射するように異なる波長の光を放射することができる。LEDは、多くの異なる方法を使用してリン光体でコーティングすることができ、好適な1つの方法はChitnis等の米国特許出願第11/656,759号及び米国特許出願第11/899,790号、(両方とも同じ)名称「Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method」において説明されている。或いは、電気泳動塗装(EPD)などの他の方法を使用してLEDをコーティングすることもでき、この好適なEPD法はTarsaらの米国特許出願第11/473,089号、名称「Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices」において説明されている。   The LED as seen in the LED package 20 of FIG. 2 can also be coated with a conversion material that includes one or more phosphors, where the phosphor absorbs at least a portion of the LED light. The LEDs can emit light of different wavelengths to emit a combination of light from the LED and phosphor. LEDs can be coated with phosphors using a number of different methods, one suitable method being US Patent Application No. 11 / 656,759 to Chitnis et al. And US Patent Application No. 11 / 899,790. No., (both are the same), “Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Method”. Alternatively, other methods such as electrophoretic painting (EPD) can be used to coat the LED, and this preferred EPD method is described in Tarsa et al. US patent application Ser. No. 11 / 473,089, entitled “Close Loop Electrophoretic”. “Deposition of Semiconductor Devices”.

LEDから分離されているか、又はLEDから遠く離れている変換材料とともに、LEDなどの固体光源を利用するランプも開発されている。このような配置は、Tarsa等の米国特許第6,350,041号、名称「High Output Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source」において開示されている。この特許で説明されているランプは、光をセパレータに通してリン光体を有するディフーザに送る固体光源を備えることができる。ディフーザは、光の少なくとも一部をリン光体に通して変換することによって、光を所望のパターンで分散させ、及び/又はその色を変化させることができる。いくつかの実施例では、セパレータは、光源において室内照明に必要な大きな電流が流れているときに光源からの熱がディフーザに伝わらないように光源とディフーザとの間に十分な間隔を設ける。追加の遠隔リン光体技術は、Negleyらの米国特許第7,614,759号、名称「Lighting Device」で説明されている。   Lamps have also been developed that utilize solid state light sources, such as LEDs, with a conversion material that is either separated from the LEDs or remote from the LEDs. Such an arrangement is disclosed in Tarsa et al. US Pat. No. 6,350,041, entitled “High Output Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source”. The lamp described in this patent can include a solid state light source that transmits light through a separator to a diffuser having a phosphor. The diffuser can disperse light in a desired pattern and / or change its color by converting at least a portion of the light through a phosphor. In some embodiments, the separator provides sufficient spacing between the light source and the diffuser so that heat from the light source is not transferred to the diffuser when the light source is receiving a large current required for room illumination. Additional remote phosphor technology is described in Negley et al., US Pat. No. 7,614,759, entitled “Lighting Device”.

上で説明されているコーディングされたLED、LEDパッケージ、及び固体ランプは、リン光体などの複数の種類の変換材料を使用して、所望の全体的な放射温度及びCRIを発生させることができる。リン光体のそれぞれは、LEDからの光を吸収し、異なる波長の光を再放射することができる。これらの従来の配置のいくつかは、緑色/黄色リン光体を、赤色リン光体と組み合わせて使用することができ、これらのリン光体はそれぞれ典型的には青色LED光を吸収し、緑色/黄色及び赤色光を放射する。再放射される光は、青色LED光と組み合わさって、所望の放射特性を生じることができる。   The coded LEDs, LED packages, and solid state lamps described above can use multiple types of conversion materials, such as phosphors, to generate the desired overall radiation temperature and CRI. . Each of the phosphors can absorb light from the LED and re-emit light of a different wavelength. Some of these conventional arrangements can use green / yellow phosphors in combination with red phosphors, each of which typically absorbs blue LED light and is green / Emits yellow and red light. The re-emitted light can be combined with blue LED light to produce the desired emission characteristics.

これらの従来の配置は、典型的には、LEDコーティング、LEDパッケージ封止材、又はランプ遠隔リン光体など、ある場所において異なるリン光体を混合する。リン光体を混合することの欠点の1つは、異なるリン光体に対する放射と励起スペクトルとの間に著しい「クロストーク」又は「オーバーラップ」がありえるという点であり、これは、組み合わされた放射光に対するCRI及び放射効率にマイナスの影響を及ぼしうる。図3は、混合することができる従来のリン光体に対する放射及び励起特性の一例を示すグラフ30を示している。第1のグラフ30は、赤色リン光体励起スペクトル32、緑色リン光体発光スペクトル34、及び赤色発光スペクトル36を示している。第2のグラフ40は、同じ赤色リン光体発光励起スペクトル32、黄色リン光体発光スペクトル42、及び同じ赤色リン光体発光スペクトル36を示している。陰影の付いているオーバーラップ領域38、44は、赤色励起スペクトル32とオーバーラップする緑色及び黄色発光スペクトル34、42の一部分を示している。このオーバーラップの結果、赤色リン光体による変換された黄色/緑色リン光体光の「再吸収」が生じうる。これは、他の方法では全体的放射に関わることになる黄色/緑色の一部を赤色に変換する。これらのリン光体を使用してLED及びリン光体からの光を組み合わせて得られる白色光を発生する照明コンポーネントでは、再吸収により、その結果生じる白色光がCIEグラフの黒体曲線上で歪み、そのため、黄色/緑色ピーク発光は赤色にシフトし、赤色ピークは青色にシフトしうる。この結果、全体的放射においてCRIが低下しうる。リン光体吸収と放射プロセスとに付随するある程度の効率損失もあり、赤色リン光体による黄色/緑色光の再吸収を通じてこのプロセスを繰り返すと、その結果、効率損失が増す。   These conventional arrangements typically mix different phosphors at certain locations, such as LED coatings, LED package encapsulants, or lamp remote phosphors. One of the drawbacks of mixing phosphors is that there can be significant “crosstalk” or “overlap” between the emission and excitation spectra for different phosphors, which is combined Can negatively affect CRI and radiation efficiency for synchrotron radiation. FIG. 3 shows a graph 30 illustrating an example of emission and excitation characteristics for a conventional phosphor that can be mixed. The first graph 30 shows a red phosphor excitation spectrum 32, a green phosphor emission spectrum 34, and a red emission spectrum 36. The second graph 40 shows the same red phosphor emission excitation spectrum 32, yellow phosphor emission spectrum 42, and the same red phosphor emission spectrum 36. The shaded overlap regions 38, 44 show portions of the green and yellow emission spectra 34, 42 that overlap the red excitation spectrum 32. This overlap can result in “re-absorption” of the converted yellow / green phosphor light by the red phosphor. This converts some of the yellow / green color that would otherwise contribute to the overall emission to red. For lighting components that use these phosphors to produce white light obtained by combining light from LEDs and phosphors, re-absorption causes the resulting white light to be distorted on the black body curve of the CIE graph. Thus, the yellow / green peak emission can shift to red and the red peak can shift to blue. As a result, CRI can be reduced in overall radiation. There is also some efficiency loss associated with the phosphor absorption and emission process, and repeating this process through reabsorption of yellow / green light by the red phosphor results in an increase in efficiency loss.

米国特許出願第11/656,759号US patent application Ser. No. 11 / 656,759 米国特許出願第11/899,790号US patent application Ser. No. 11 / 899,790 米国特許出願第11/473,089号US patent application Ser. No. 11 / 473,089 米国特許第6,350,041号US Pat. No. 6,350,041 米国特許第7,614,759号US Patent No. 7,614,759 米国仮特許出願第61/435,759号US Provisional Patent Application No. 61 / 435,759 米国特許出願第2010/0155763号US Patent Application No. 2010/0155763 米国特許出願第12/901,405号U.S. Patent Application No. 12 / 901,405

本発明は、変換材料発光及び励起スペクトルのオーバーラップの結果生じるCRI及び効率の損失を最小限度に抑えるように配置された、LEDパッケージ、並びにLEDランプ及び電球を対象とする。このオーバーラップのある変換材料を有する異なるデバイスにおいて、本発明は、第1の変換材料から再放射された光が第2の変換材料に当たる確率を低減し、再吸収の危険性を最小限度に抑えるように変換材料を構成する。いくつかの実施例では、この危険性は、2つのリン光体同士が分離されている異なる配置により最小にされる。   The present invention is directed to LED packages and LED lamps and bulbs arranged to minimize loss of CRI and efficiency resulting from overlap of conversion material emission and excitation spectra. In different devices with this overlapping conversion material, the present invention reduces the probability that light re-emitted from the first conversion material will hit the second conversion material and minimizes the risk of reabsorption. The conversion material is configured as follows. In some embodiments, this risk is minimized by a different arrangement in which the two phosphors are separated.

本発明による固体ランプの一実施例は、LED及び第1の変換材料を含む。ランプは、第1の変換材料から隔てて配置される第2の変換材料をさらに備え、LEDからの光は第2の変換材料を通過する。第2の変換材料の波長は変換され、LED光の少なくとも一部を再放射し、第2のリン光体からの前記再放射される光の50%未満が前記第1の変換材料内に入る。   One embodiment of a solid state lamp according to the present invention comprises an LED and a first conversion material. The lamp further comprises a second conversion material positioned away from the first conversion material, and light from the LED passes through the second conversion material. The wavelength of the second conversion material is converted to re-emit at least part of the LED light, and less than 50% of the re-emitted light from the second phosphor enters the first conversion material. .

本発明による固体ランプの別の実施例は、複数のLEDを備え、そのLEDのうちの少なくとも1つに赤色リン光体を含む。赤色リン光体は、それのLEDの少なくとも1つからの光が赤色リン光体を通過するように配置される。ランプは、LEDから分離されLEDの上に載る黄色又は緑色リン光体も備え、LEDからの光は黄色あるいは緑色リン光体も通過する。   Another embodiment of a solid state lamp according to the invention comprises a plurality of LEDs, at least one of the LEDs comprising a red phosphor. The red phosphor is arranged such that light from at least one of its LEDs passes through the red phosphor. The lamp also includes a yellow or green phosphor that is separated from the LED and rests on the LED, and the light from the LED also passes through the yellow or green phosphor.

本発明による固体ランプのさらに別の実施例は、第1のリン光体コーティングを有するLEDを備え、第1のリン光体はLEDから放射された光の一部を吸収し、異なる波長の光を再放射する。ランプは、第1のリン光体から隔てて配置された第2のリン光体も備え、LEDからの光は第2のリン光体を通過する。LED光の少なくとも一部は、第2のリン光体によって吸収され、光の各異なる波長で再放射される。第2のリン光体から再放射される光の発光スペクトルは、第1のリン光体の励起スペクトルとオーバーラップし、第2のリン光体からの光の大半は第1のリン光体に当たらない。   Yet another embodiment of a solid state lamp according to the present invention comprises an LED having a first phosphor coating, wherein the first phosphor absorbs part of the light emitted from the LED and has different wavelengths of light. Re-radiate. The lamp also includes a second phosphor disposed at a distance from the first phosphor, and light from the LED passes through the second phosphor. At least a portion of the LED light is absorbed by the second phosphor and re-emitted at each different wavelength of light. The emission spectrum of light re-emitted from the second phosphor overlaps with the excitation spectrum of the first phosphor, and most of the light from the second phosphor is in the first phosphor. I won't win.

本発明のこれら及び他の態様、並びに利点は、以下の詳細な説明と、本発明の特徴を実例を用いて示す添付図面とから明らかになるであろう。   These and other aspects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, which illustrate, by way of example, the features of the invention.

従来技術のLEDランプの一実施例の断面図である。It is sectional drawing of one Example of a prior art LED lamp. 従来技術のLEDランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a prior art LED lamp. 2つのリン光体の励起スペクトルと発光スペクトルとの間のオーバーラップを示すグラフである。Fig. 3 is a graph showing the overlap between the excitation and emission spectra of two phosphors. 本発明によるランプの一実施例の断面図である。1 is a cross-sectional view of an embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明による異なるランプの発光スペクトルを示すグラフである。4 is a graph showing emission spectra of different lamps according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 光キャビティを備える本発明によるランプの一実施例の断面図である。1 is a cross-sectional view of one embodiment of a lamp according to the present invention comprising an optical cavity. 光キャビティも備える本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention that also includes an optical cavity. 異なる照明の組み合わせを示すCIE図である。It is a CIE figure which shows the combination of a different illumination. 光キャビティも備える本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention that also includes an optical cavity. 光キャビティも備える本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention that also includes an optical cavity. 光キャビティも備える本発明によるランプの別の実施例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment of a lamp according to the present invention that also includes an optical cavity. 本発明によるランプの別の実施例の立面図である。FIG. 6 is an elevational view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 図19に示されているランプの分解図である。FIG. 20 is an exploded view of the lamp shown in FIG. 19. 本発明によるランプの別の実施例の分解図である。FIG. 6 is an exploded view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプのさらに別の実施例の立面図である。FIG. 6 is an elevational view of yet another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプの別の実施例の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of a lamp according to the present invention. 本発明によるランプ又はディスプレイの一実施例の断面図である。1 is a cross-sectional view of an embodiment of a lamp or display according to the present invention.

本発明は、複数の変換材料を使用して所望の全体的な放射特性を生じさせる固体ランプ、電球、及びLEDパッケージの異なる実施例を対象とし、変換材料は発光及び励起スペクトルのオーバーラップの影響を小さくするように分離されている。本発明のいくつかの実施例は、2つの個別のリン光体コンポーネント間の再吸収(相互作用)をなくすか低減するように2つの個別のリン光体コンポーネントを利用することによって、暖色温度を持つ白色光を発生するように配置された固体ランプを対象とする。この結果、異なるリン光体が混合されているなど、再吸収が対処されていない配置に比べて著しく高いCRIを持つ暖白色光が放射されうる。   The present invention is directed to different embodiments of solid state lamps, light bulbs, and LED packages that use multiple conversion materials to produce the desired overall emission characteristics, where the conversion materials are subject to overlapping emission and excitation spectra. It is separated to make it smaller. Some embodiments of the present invention reduce the warm color temperature by utilizing two individual phosphor components to eliminate or reduce reabsorption (interaction) between the two individual phosphor components. It is intended for a solid lamp arranged to generate white light having a light. As a result, warm white light with a significantly higher CRI can be emitted compared to arrangements where reabsorption is not addressed, such as mixing different phosphors.

再吸収は、2つのリン光体の間の物理的分離を行うことによって最小にされ、これら2つのリン光体の間の相互作用又はクロストークが最小限に抑えられる。つまり、分離により、第2のリン光体と相互作用する第1のリン光体からの光の量が減少し、第2のリン光体による再吸収が低減されるか、又はなくなる。これが今度はこの再吸収によって生じうるCRIの色ずれを低減する。   Reabsorption is minimized by making physical separation between the two phosphors, and interaction or crosstalk between the two phosphors is minimized. That is, the separation reduces the amount of light from the first phosphor that interacts with the second phosphor and reduces or eliminates reabsorption by the second phosphor. This in turn reduces CRI color misregistration that can be caused by this reabsorption.

いくつかの実施例では、第1のリン光体は、第1のリン光体から再放射された光が第2のリン光体によって吸収される危険なしに第2のリン光体を通過するように、第2のリン光体の励起スペクトルとオーバーラップしない波長の光を再放射することができる。しかし、第2のリン光体の発光スペクトルは、第1のリン光体の励起スペクトルと少なくとも部分的にオーバーラップする光を放射しうる。第2のリン光体からの光が第1のリン光体を通過する配置では、第2のリン光体からの光が第1のリン光体によって再吸収される危険がありうる。リン光体同士を分離することで、第1のリン光体に当たる再放射される光の量を最小とし、それにより第1のリン光体によって再吸収される可能性のある光の量を最小にする。第1のリン光体からの光が第2のリン光体を通過できるように、いくつかの実施例では、第1のリン光体の発光スペクトルが第2のリン光体の励起スペクトルとオーバーラップしないような材料を含みうる。   In some embodiments, the first phosphor passes through the second phosphor without the risk that light re-emitted from the first phosphor will be absorbed by the second phosphor. Thus, light having a wavelength that does not overlap with the excitation spectrum of the second phosphor can be re-emitted. However, the emission spectrum of the second phosphor may emit light that at least partially overlaps the excitation spectrum of the first phosphor. In an arrangement where the light from the second phosphor passes through the first phosphor, there may be a risk that the light from the second phosphor is reabsorbed by the first phosphor. Separating the phosphors minimizes the amount of re-radiated light that strikes the first phosphor, thereby minimizing the amount of light that may be reabsorbed by the first phosphor. To. In some embodiments, the emission spectrum of the first phosphor exceeds the excitation spectrum of the second phosphor so that light from the first phosphor can pass through the second phosphor. Materials that do not wrap may be included.

いくつかの実施例では、第2のリン光体は、青色光を吸収し、黄色/緑色光を再放射する黄色/緑色リン光体を含むことができ、第1のリン光体は、青色光を吸収し、赤色光を放射する赤色リン光体を含むことができ、黄色/緑色リン光体の発光スペクトルは赤色リン光体の励起スペクトルとオーバーラップする。これらの実施例では、黄色/緑色リン光体の発光が赤色リン光体に当たる可能性を最小にするように第1のリン光体と第2のリン光体との間を分離し、その結果、再放射された黄色/緑色光が赤色リン光体によって再吸収される可能性はほとんどない。混合されたリン光体の配置と比較すると、リン光体を分離することで、全体的なランプあるいはパッケージ発光はより高いCRI及びより高いリン光体効率を有する結果となる。   In some embodiments, the second phosphor can include a yellow / green phosphor that absorbs blue light and re-emits yellow / green light, wherein the first phosphor is blue A red phosphor that absorbs light and emits red light can be included, and the emission spectrum of the yellow / green phosphor overlaps with the excitation spectrum of the red phosphor. In these embodiments, the first and second phosphors are separated so as to minimize the possibility that the emission of the yellow / green phosphor hits the red phosphor, and consequently The re-emitted yellow / green light is unlikely to be reabsorbed by the red phosphor. Compared to the mixed phosphor arrangement, separating the phosphor results in an overall lamp or package emission having higher CRI and higher phosphor efficiency.

この分離は、第1のリン光体と第2のリン光体との間のクロストークの異なる低減を行うことができる多くの異なる形態をとりうる。いくつかの実施例では、この分離は、LEDチップ上に分離層を備えることができ、それぞれの層は複数のリン光体のうちの異なる1つのリン光体である。分離層は、互いの上に載る層であるか、又はLED上で並んだ層を含みうる。この配置により、混合された実施例に比べてリン光体の間のクロストークの量が低減されるが、2つのリン光体が近いため一定レベルのクロストークが残る。   This separation can take many different forms that can provide different reductions in crosstalk between the first and second phosphors. In some embodiments, this separation can comprise a separation layer on the LED chip, each layer being a different one of the plurality of phosphors. The isolation layer can be a layer that rests on top of each other or can include layers that are aligned on the LED. This arrangement reduces the amount of crosstalk between the phosphors compared to the mixed embodiments, but a certain level of crosstalk remains because the two phosphors are close together.

他の実施例では、リン光体の1つを他のリン光体から遠く離れた位置に設けることができ、これは多くの異なる形態をとりうる。いくつかの実施例では、リン光体の1つは、1つ又は複数のLEDの上の絶縁保護コートを備えることができ、第2のリン光体は、LEDの上のドーム形のような形状として第1のリン光体から遠く離れた位置にあってもよい。この配置により、第2のリン光体から放射される光が第1のリン光体に当たる可能性をさらに低くすることによって、第1のリン光体と第2のリン光体との間のクロストークの可能性がなおいっそう低くなる。   In other embodiments, one of the phosphors can be located remotely from the other phosphors, which can take many different forms. In some embodiments, one of the phosphors can comprise an insulating protective coat over one or more LEDs, and the second phosphor is like a dome over the LEDs. The shape may be at a position far away from the first phosphor. This arrangement further reduces the possibility that light emitted from the second phosphor will strike the first phosphor, thereby crossing between the first phosphor and the second phosphor. The possibility of talk is even lower.

さらに他の実施例では、クロストークの可能性は、LEDパッケージ内などのLEDの上に第1のリン光体を配置し、それ自体のパッケージ内のLEDの上に第2のリン光体を配置することによってさらに低くすることができる。これらのパッケージは、第1のパッケージ内の第1のリン光体から放射される光が第2のパッケージ上に放射されないように、したがってこれら2つの間にクロストークが生じる機会がないように互いに関連して配置される。いくつかの実施例では、放射体は、それらの発光が全体的なランプ光として組み合わされるように、しかし互いを照らし合わないようにして、互いに隣接する形で配置されうる。リン光体の間にこうした異なるレベルの分離を設けることができる他の配置も多数ある。   In yet another embodiment, the possibility of crosstalk is achieved by placing a first phosphor on the LED, such as in an LED package, and placing a second phosphor on the LED in its own package. It can be further lowered by arranging. These packages are mutually connected so that light emitted from the first phosphor in the first package is not emitted onto the second package and thus there is no opportunity for crosstalk between the two. Arranged in relation. In some embodiments, the emitters can be arranged adjacent to each other such that their emissions are combined as an overall lamp light, but not illuminating each other. There are many other arrangements that can provide such different levels of separation between the phosphors.

コスト削減を含むがそれに限定されない他の利点が本発明によりもたらされうる。リン光体の1つがLED上に絶縁保護コートされる分離については、絶縁保護コートでは典型的にはより少ないリン光体が使用される。その結果、絶縁保護コートに、より高価なリン光体を使用することができる。例えば、YAG:Ce3+のような定評のある黄色リン光体は非常に安価であるが、対照的に、典型的なEuドープ赤色リン光体などの赤色リン光体は、かなり高価なものとなりうる。赤色リン光体を絶縁保護コートとして施すことによって、それぞれのシステムに必要なより高価なリン光体の量を減らし、その結果コストが節減される。 Other advantages may be provided by the present invention, including but not limited to cost savings. For separations where one of the phosphors is insulation protected on the LED, less insulation is typically used in the insulation protection coat. As a result, a more expensive phosphor can be used for the insulating protective coat. For example, a well-established yellow phosphor such as YAG: Ce 3+ is very cheap, but in contrast, a red phosphor such as a typical Eu-doped red phosphor is quite expensive. sell. By applying the red phosphor as an insulating protective coat, the amount of more expensive phosphor required for each system is reduced, resulting in cost savings.

この配置の別の利点は、リン光体の少なくとも1つを離れた位置に置くことで、LEDチップ上にすべてのリン光体を置くランプに比べて高いリン光体効率が得られるという点である。効率を高める一方法は、放射体と遠隔リン光体との間の空間内に引き起こされる光キャビティ効果を用いるものである。遠隔リン光体構成では、チップ上にリン光体コーティングを有する実施例に比べて、高反射キャビティの設計においてより高い柔軟性がもたらされうる。遠隔リン光体を有することには、熱に関する利点もありうる。遠隔リン光体はチップ加熱から断熱することができ、その結果、リン光体材料の熱消光が小さくなる。第3の利点は、リン光体材料の消光が小さくなることである。いくつかのリン光体については、これらの量子効率はリン光体材料を通過する光束密度が高いほど低下する。遠隔リン光体を有することによって、リン光体を通過する光束密度は低くなり、これにより消光を小さくすることができる。熱消光及び消光を小さくすると、動作温度が高くても、時間の経過とともにより安定した光出力を得ることができる。   Another advantage of this arrangement is that placing at least one of the phosphors at a distance provides higher phosphor efficiency compared to a lamp with all phosphors on the LED chip. is there. One way to increase efficiency is to use the optical cavity effect induced in the space between the emitter and the remote phosphor. The remote phosphor configuration can provide greater flexibility in the design of highly reflective cavities compared to embodiments having a phosphor coating on the chip. Having a remote phosphor can also have thermal advantages. The remote phosphor can be insulated from chip heating, resulting in less thermal quenching of the phosphor material. A third advantage is that the quenching of the phosphor material is reduced. For some phosphors, these quantum efficiencies decrease with higher flux density through the phosphor material. By having a remote phosphor, the density of the light flux that passes through the phosphor is reduced, which can reduce quenching. When thermal quenching and quenching are reduced, a more stable light output can be obtained over time even when the operating temperature is high.

本発明は、いくつかの実施例を参照しつつ本明細書において説明されているが、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で述べられている実施例に限定されると解釈すべきではないことが理解される。特に、本発明は、いくつかのLEDパッケージ、又は異なる構成の1つあるいは複数のLED又はLEDチップ又はLEDパッケージを有するいくつかのランプに関して以下で説明されるが、本発明は、多くの異なる構成を有する他の多くのランプに使用されうることは理解される。本発明による異なる形で配置された異なるランプの実例は、以下で説明され、また参照により本明細書に組み込まれている2011年1月24日に出願したLe等の米国仮特許出願第61/435,759号、名称「Solid State Lamp」において説明されている。   Although the present invention has been described herein with reference to several embodiments, the present invention can be embodied in many different forms and can be embodied in the embodiments described herein. It is understood that this should not be construed as limiting. In particular, the present invention will be described below with respect to several LED packages, or several lamps having one or more LEDs or LED chips or LED packages of different configurations, although the present invention is many different configurations. It will be understood that it can be used for many other lamps having Illustrative examples of differently arranged lamps according to the present invention are described below and are incorporated herein by reference, such as Le et al., US provisional patent application 61/61, filed Jan. 24, 2011. No. 435,759, and the name “Solid State Lamp”.

ランプの異なる実施例は、多くの異なる形状及びサイズを有することができ、いくつかの実施例ではA19サイズのエンベロープなどの、標準サイズのエンベロープに適合する寸法を有する。これにより、ランプは従来の白熱及び蛍光ランプあるいは電球の代替として特に有用なものとなり、本発明によるランプは固体光源からもたらされるエネルギー消費量の低減と長寿命化が実現される。本発明によるランプは、限定はしないがA21及びA23を含む他の種類の標準サイズのプロファイルにも適合しうる。   Different embodiments of the lamp can have many different shapes and sizes, and in some embodiments have dimensions that fit a standard size envelope, such as an A19 size envelope. This makes the lamp particularly useful as an alternative to conventional incandescent and fluorescent lamps or bulbs, and the lamp according to the present invention achieves a reduction in energy consumption and a longer life resulting from a solid state light source. The lamp according to the invention can also accommodate other types of standard size profiles including but not limited to A21 and A23.

以下の実施例は、1つ又は複数のLEDを参照しつつ説明されているが、これはLEDチップ及びLEDパッケージを包含することが意図されていることが理解される。これらのコンポーネントは、示されているものと異なる形状及びそれを超えるサイズを有していてもよく、異なる数のLEDを備えることもできる。   The following examples are described with reference to one or more LEDs, but it is understood that this is intended to encompass LED chips and LED packages. These components may have different shapes and larger sizes than those shown, and may include different numbers of LEDs.

本発明は変換材料、リン光体、リン光体層、及び関係する用語を参照しつつ本明細書において説明される。これらの用語の使用は、制限的であるものとして解釈すべきでない。リン光体又はリン光体層という用語の使用は、すべての波長変換材料を包含し、それらに等しく適用可能であることを意味するものと理解される。   The present invention is described herein with reference to conversion materials, phosphors, phosphor layers, and related terms. The use of these terms should not be construed as limiting. The use of the term phosphor or phosphor layer is understood to mean that all wavelength converting materials are encompassed and equally applicable to them.

ランプのLED光源は1つ又は複数のLED、LEDチップ、又はLEDパッケージからなり、複数のLEDを備えるいくつかの実施例では、LED、LEDチップ、又はLEDパッケージは異なる放射波長を有していてもよいことも理解される。本発明は、リン光体変換材料を参照しつつ以下で説明されているけれども、他の多くの変換材料を使用することができることが理解される。本発明は、本明細書では、互いに遠隔にある変換材料、リン光体層を参照しつつ説明される。この文脈における遠隔とは、直接熱接触しないよう隔離されていること、及び/又は表面上であるいは中で直接熱接触していないことを指す。また本発明は、LEDチップを参照しつつ説明されているが、これがLED及びLEDパッケージを包含することができることが理解される。   The LED light source of the lamp consists of one or more LEDs, LED chips, or LED packages, and in some embodiments with multiple LEDs, the LEDs, LED chips, or LED packages have different emission wavelengths. It is also understood that Although the present invention is described below with reference to a phosphor conversion material, it is understood that many other conversion materials can be used. The present invention is described herein with reference to a conversion material, phosphor layer, that is remote from each other. Remote in this context refers to being isolated from direct thermal contact and / or not being in direct thermal contact on or in the surface. Also, although the present invention has been described with reference to LED chips, it is understood that this can include LEDs and LED packages.

層、領域、又は基板などの要素が、別の要素の「上に」あるという場合、要素は、直接他の要素上にありうるか、又は介在要素も存在しうることが理解される。さらに、「内側」、「外側」、「上側」、「より高い」、「下側」、「真下」、及び「より低い」などの相対語並びに類似語は、本明細書では、一方の層又は別の領域の関係を記述するために使用されうる。これらの用語は、図中に示されている方向に加えてデバイスの異なる方向を包含することが意図されていると理解される。   When an element such as a layer, region, or substrate is said to be “on” another element, it is understood that the element may be directly on the other element or there may be intervening elements. Furthermore, relative and similar terms such as “inner”, “outer”, “upper”, “higher”, “lower”, “below”, and “lower” are used herein to refer to one layer. Or it can be used to describe the relationship of another region. It will be understood that these terms are intended to encompass different directions of the device in addition to the directions shown in the figures.

リン光体は、本明細書では赤色発光リン光体を参照しつつ説明されているが、これは、オレンジ色などの、光スペクトルにおいて赤色に近い他の色を含むことができることが理解される。リン光体は、黄色を発光するものとしても説明されているが、これは、緑色を発光するリン光体も含みうる。   Although the phosphor is described herein with reference to a red-emitting phosphor, it is understood that this can include other colors that are close to red in the light spectrum, such as orange. . Phosphors are also described as emitting yellow light, but this may also include phosphors that emit green light.

第1、第2などの語は、本明細書では、さまざまな要素、コンポーネント、領域、層、及び/又はセクションを記述するために使用される場合があるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、及び/又はセクションは、これらの語によって限定されるべきでない。これらの語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、又はセクションを他方の領域、層、又はセクションから区別するためにのみ使用される。そのため、後述の第1の要素、コンポーネント、領域、層、又はセクションは、本発明の教示から逸脱することなく第2の要素、コンポーネント、領域、層、又はセクションと称することが可能である。   The terms first, second, etc. may be used herein to describe various elements, components, regions, layers, and / or sections, but these elements, components, regions, Layers and / or sections should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from the other region, layer or section. As such, a first element, component, region, layer, or section described below can be referred to as a second element, component, region, layer, or section without departing from the teachings of the present invention.

本発明の実施例は、本明細書では、本発明の実施例の概略図である断面図を参照しつつ説明される。そのようなものとして、層の実際の厚さが異なることもあり、例えば、製造技術及び/又は許容誤差があるため図の形状と異なることが予想される。本発明の実施例は、本明細書に例示されている領域の特定の形状に制限されるものとして解釈されるべきでないが、例えば、製造から結果として生じる形状の偏差を含むものとすべきである。正方形あるいは矩形として例示又は説明されている領域は、典型的には、通常の製造公差により丸いあるいは湾曲した特徴体を有する。そのため、図に例示されている領域は、本質的に概略を示すものであり、その形状は、デバイスの領域の正確な形状を示すことを意図されておらず、また本発明の範囲を制限することも意図されていない。   Embodiments of the present invention are described herein with reference to cross-section illustrations that are schematic illustrations of embodiments of the present invention. As such, the actual thickness of the layers may be different, for example, due to manufacturing techniques and / or tolerances, and expected to differ from the shape of the figure. Embodiments of the invention should not be construed as limited to the particular shapes of regions illustrated herein, but are to include deviations in shapes that result, for example, from manufacturing. is there. Regions illustrated or described as squares or rectangles typically have features that are rounded or curved due to normal manufacturing tolerances. As such, the regions illustrated in the figures are schematic in nature and their shapes are not intended to represent the exact shape of the region of the device and limit the scope of the invention It is not intended.

図4は、プリント回路基板(PCB)キャリア、基板、又はサブマウントを備えることができるキャリア44上に装着された複数のLEDチップ42を備える、本発明によるランプ40の一実施例を示している。キャリア44は、電気的信号をLEDチップ42に印加するための相互接続する電気的配線(図示せず)を備えることができる。LEDチップ42のそれぞれはLED46を備えることができ、LED46上に第1のリン光体材料48の絶縁保護コートが施されている。多くの異なる色の光を放射する多くの異なる市販のLEDを利用することができ、多くの異なるリン光体材料、例えば、以下に列挙するもののうちの1つなどを使用することができる。いくつかの実施例では、LEDは、従来の青色発光LEDを備えることができ、変換材料は、LEDからの青色光の少なくとも一部を吸収し、赤色光を再放射する赤色リン光体を含みうる。図示されている実施例では、赤色リン光体は、LEDチップからの青色光の一部のみを変換してLEDチップが青色と赤色の両方の光を放射するように配置される。青色光の一部を赤色リン光体に通過させることによって、LEDチップ42は、赤色リン光体が飽和している状態で動作する必要がなくなる。これにより、LEDチップ42をより高い放射効率で動作させることが可能になる。他の実施例では、赤色リン光体は、青色光の本質的にすべてを赤色に変換することによって飽和して動作するように配置され、したがって、LEDチップは実質的に赤色の光を放射することができる。   FIG. 4 illustrates one embodiment of a lamp 40 according to the present invention comprising a plurality of LED chips 42 mounted on a carrier 44 that may comprise a printed circuit board (PCB) carrier, substrate, or submount. . The carrier 44 may include interconnecting electrical wiring (not shown) for applying electrical signals to the LED chip 42. Each of the LED chips 42 can include an LED 46, and an insulating protective coating of a first phosphor material 48 is applied on the LED 46. Many different commercially available LEDs that emit many different colors of light can be utilized, and many different phosphor materials can be used, such as one of those listed below. In some embodiments, the LED may comprise a conventional blue light emitting LED, and the conversion material includes a red phosphor that absorbs at least a portion of the blue light from the LED and re-emits red light. sell. In the illustrated embodiment, the red phosphor is arranged so that only a portion of the blue light from the LED chip is converted so that the LED chip emits both blue and red light. By passing a portion of the blue light through the red phosphor, the LED chip 42 need not operate in a state where the red phosphor is saturated. Thereby, it becomes possible to operate the LED chip 42 with higher radiation efficiency. In other embodiments, the red phosphor is arranged to operate in saturation by converting essentially all of the blue light to red, thus the LED chip emits substantially red light. be able to.

第2のリン光体50は、LEDチップ42の上に隔離されて並ぶ形で備えられ、したがって、LEDチップ42からの光の少なくとも一部が第2のリン光体50を通過する。第2のリン光体50は、LEDチップ42からの波長の光を吸収し、それと異なる波長の光を再放射するタイプのものであるべきである。図示されている実施例では、第2のリン光体はLEDチップの上でドーム形をしているが、第2のリン光体は、円板あるいは球体などの多くの異なる形状及びサイズをとりうることが理解される。第2のリン光体は、結合剤中に変換材料を含むものとして特徴付けられるリン光体キャリアの形態であってよいが、熱伝導性を有するキャリア及び光透過材料も含みうる。熱伝導性材料を用いて配置されるリン光体は、参照により本明細書に組み込まれている2010年3月3日に出願した米国仮特許出願第61/339,516号、名称「LED Lamp Incorporating Remote Phosphor With Heat Dissipation Features」において説明されている。第2のリン光体がドーム形に形成されている場合、LEDチップ42と第2のリン光体50との間に開放空間が形成される。   The second phosphor 50 is provided in an isolated form on the LED chip 42, so that at least part of the light from the LED chip 42 passes through the second phosphor 50. The second phosphor 50 should be of a type that absorbs light of a wavelength from the LED chip 42 and re-radiates light of a different wavelength. In the illustrated embodiment, the second phosphor is dome-shaped on top of the LED chip, but the second phosphor takes many different shapes and sizes, such as disks or spheres. It is understood that it is possible. The second phosphor may be in the form of a phosphor carrier characterized as including a conversion material in the binder, but may also include a thermally conductive carrier and a light transmissive material. A phosphor disposed using a thermally conductive material is described in US Provisional Patent Application No. 61 / 339,516, filed March 3, 2010, which is incorporated herein by reference, under the name “LED Lamp”. Incorporating Remote Phosphor With Heat Dissipation Features ". When the second phosphor is formed in a dome shape, an open space is formed between the LED chip 42 and the second phosphor 50.

他の実施例では、封止材をLEDチップ42の上に形成又は装着することができ、第2のリン光体50を封止材の頂面上に層として形成又は堆積することができる。封止材は多くの異なる形状をとることができ、図示されている実施例ではドーム形である。封止材を有するさらに他の実施例では、第2のリン光体50を封止材内に層として、又は封止材の領域内に形成することができる。   In other examples, the encapsulant can be formed or mounted on the LED chip 42 and the second phosphor 50 can be formed or deposited as a layer on the top surface of the encapsulant. The encapsulant can take many different shapes, and in the illustrated embodiment is a dome shape. In still other embodiments having a sealant, the second phosphor 50 can be formed as a layer in the sealant or in the region of the sealant.

本発明による異なる実施例では多くの異なるリン光体を使用することができ、図示されている実施例における第2のリン光体はLEDチップからの青色光を吸収し、黄色光を放射するリン光体を含む。市販のYAG:Ceリン光体を含む黄色変換材料に、多くの異なるリン光体を使用することができる。上で説明されているように、LEDチップからの青色光の一部は変換されることなく第1の(赤色)リン光体を通過する。LEDチップ42からの青色及び赤色の光は第2のリン光体を通過し、青色光の一部が黄色に変換される。青色光の一部は、LEDチップ42からの赤色光とともに第2のリン光体を通過する可能性もある。その結果、ランプは、青色、赤色、及び黄色の光を組み合わせて得られる光を放射し、いくつかの実施例では所望の色温度を持つ光の組み合わせである暖白色光を放射する。   Many different phosphors can be used in different embodiments according to the present invention, and the second phosphor in the illustrated embodiment absorbs blue light from the LED chip and emits yellow light. Includes light bodies. Many different phosphors can be used for the yellow conversion material comprising a commercially available YAG: Ce phosphor. As explained above, some of the blue light from the LED chip passes through the first (red) phosphor without being converted. Blue and red light from the LED chip 42 passes through the second phosphor, and part of the blue light is converted to yellow. A part of the blue light may pass through the second phosphor together with the red light from the LED chip 42. As a result, the lamp emits light that is obtained by combining blue, red, and yellow light, and in some embodiments, emits warm white light, which is a combination of light with a desired color temperature.

LEDチップ42からの青色光も、広範な黄色スペクトル放射の全帯域をもたらす他の多くのリン光体によって変換されうる。上述のYAG:Ceを超えて、これらの変換材料は、(Gd,Y)(Al,Ga)12:Ce系をベースとするリン光体で作ることができる。青色発光LEDベースの放射体とともに使用したときに白色光を生成するために使用されうる他の黄色リン光体は、
Tb3−xRE12:Ce(TAG)、
RE=Y,Gd,La,Lu、及び
Sr2−x−yBaCaSiO:Eu
を含むがこれには限定されない。
第2のリン光体50も、混合された複数の黄色あるいは緑色発光リン光体とともに配置されうるが、あるいは第2のリン光体は黄色あるいは緑色発光リン光体の複数の層を備えることができる。
Blue light from the LED chip 42 can also be converted by many other phosphors that provide a full band of broad yellow spectrum radiation. Beyond the YAG: Ce mentioned above, these conversion materials can be made with phosphors based on the (Gd, Y) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce system. Other yellow phosphors that can be used to generate white light when used with blue light emitting LED-based emitters are:
Tb 3-x RE x O 12 : Ce (TAG),
RE = Y, Gd, La, Lu, and Sr 2-xy Ba x Ca y SiO 4 : Eu
Including, but not limited to.
The second phosphor 50 may also be arranged with a plurality of mixed yellow or green light emitting phosphors, or the second phosphor may comprise a plurality of layers of yellow or green light emitting phosphors. it can.

LEDチップ42上の第1のリン光体48は、LEDチップからの青色光、及び赤色光を吸収することができるEuドープ赤色リン光体など、多くの異なる市販のリン光体を含みうる。
SrCa1−xS:Eu,Y、Y=ハロゲン化物、
CaSiAlN:Eu、又は
Sr2−yCaSiO:Eu
を含む他の赤色発光リン光体を使用することができる。
The first phosphor 48 on the LED chip 42 can include many different commercially available phosphors, such as a blue light from the LED chip and an Eu-doped red phosphor that can absorb red light.
Sr x Ca 1-x S: Eu, Y, Y = halide,
CaSiAlN 3 : Eu, or Sr 2-y Ca y SiO 4 : Eu
Other red-emitting phosphors containing can be used.

限定はしないが、10ナノメートル(nm)から30マイクロメートル(μm)までの範囲、又はより大きい粒子を含む、異なるサイズのリン光体粒子を使用することができる。より小さなサイズの粒子は典型的には散乱し、より大きなサイズの粒子に比べて色の混合がよく、より均一な光が発生する。より大きな粒子は、典型的にはより小さな粒子に比べて光の変換効率が高いが、均一な光を放射しにくい。いくつかの実施例では、第1及び/又は第2のリン光体は、結合剤中に供給することができ、リン光体は、結合剤中に異なる濃度又は充填量のリン光体材料を有することもできる。典型的な濃度は、30〜70質量%の範囲内の粒子濃度である。一実施例では、第1及び第2のリン光体に対するリン光体濃度は約65質量%であり、好ましくは均一に分散される。第1及び第2のリン光体は、異なる変換材料及び異なる濃度の変換材料とともに異なる領域を有する層内に形成することもできる。   Different sizes of phosphor particles can be used, including but not limited to particles ranging from 10 nanometers (nm) to 30 micrometers (μm), or larger. Smaller sized particles typically scatter and produce better color mixing and more uniform light generation than larger sized particles. Larger particles typically have a higher light conversion efficiency than smaller particles, but are less likely to emit uniform light. In some embodiments, the first and / or second phosphor can be provided in a binder, wherein the phosphor has different concentrations or loadings of phosphor material in the binder. Can also have. A typical concentration is a particle concentration in the range of 30-70% by weight. In one embodiment, the phosphor concentration for the first and second phosphors is about 65% by weight and is preferably uniformly dispersed. The first and second phosphors can also be formed in layers having different regions with different conversion materials and different concentrations of conversion material.

リン光体が結合剤中に設けられる場合、異なる材料を使用することができ、材料は好ましくは硬化させた後頑丈なものとなり、可視波長スペクトルにおいて実質的に透過性を有する。好適な材料として、シリコーン、エポキシ、ガラス、無機ガラス、誘電体、BCB、ポリイミド、ポリマー、及びこれらの混成物が挙げられ、好ましい材料は高出力LEDにおいて透過性及び信頼性が高いシリコーンである。好適なフェニル及びメチル系のシリコーンが、Dow(登録商標)Chemical社から市販されている。結合剤は、使用される結合剤の種類などの異なる要因に応じて、多くの異なる硬化法を使用して硬化させることができる。異なる硬化法として、限定はされないが、熱、紫外線(UV)、赤外線(IR)、又は空気による硬化が挙げられる。   If a phosphor is provided in the binder, different materials can be used, and the material is preferably robust after being cured and is substantially transparent in the visible wavelength spectrum. Suitable materials include silicones, epoxies, glasses, inorganic glasses, dielectrics, BCB, polyimides, polymers, and hybrids thereof, with the preferred materials being silicones that are highly transmissive and reliable in high power LEDs. Suitable phenyl and methyl-based silicones are commercially available from Dow (R) Chemical. The binder can be cured using many different curing methods depending on different factors such as the type of binder used. Different curing methods include, but are not limited to, curing with heat, ultraviolet (UV), infrared (IR), or air.

第1のリン光体48及び第2のリン光体50は、限定はされないが、スピン・コーティング、スパッタリング、印刷、粉体塗装、電気泳動塗装(EPD)、静電塗装などを含む異なるプロセスを使用して施すことができる。さまざまな塗装方法及びシステムが、Donofrio等の米国特許出願公開第2010/0155763号、名称「Systems and Methods for Application of Optical Materials to Optical Elements」において説明されており、これもまたCree, Inc.社に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれている。上述のように、リン光体層48は、結合剤材料とともに施すことができるが、結合剤は必要ないことは理解される。さらに他の実施例では、第2のリン光体は別途ドーム形に加工され、次いで、キャリア層44とLEDチップ42の上に装着できる。   The first phosphor 48 and the second phosphor 50 may be different processes including but not limited to spin coating, sputtering, printing, powder coating, electrophoretic coating (EPD), electrostatic coating, and the like. Can be applied using. Various painting methods and systems are described in Donofrio et al., US Patent Application Publication No. 2010/0155763, entitled “Systems and Methods for Application of Optical Materials to Optical Elements”, also in C. And is incorporated herein by reference. As mentioned above, the phosphor layer 48 can be applied with a binder material, but it is understood that a binder is not required. In yet another embodiment, the second phosphor can be separately processed into a dome shape and then mounted on the carrier layer 44 and the LED chip 42.

ランプは、参照により本明細書に組み込まれている米国仮特許出願第61/339,515号、名称「LED Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration」において説明されている。この出願では、本明細書で説明されている発明の実施例で使用することもできる第2のリン光体、又はリン光体キャリアの多くの異なる形状及びサイズについても説明している。   The lamp is described in US Provisional Patent Application No. 61 / 339,515, entitled “LED Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration”, which is incorporated herein by reference. This application also describes a number of different shapes and sizes of the second phosphor, or phosphor carrier, that can also be used in the embodiments of the invention described herein.

代わりに散乱材料をリン光体とともに使用することができ、そのような散乱材料の1つは散乱粒子を含む。散乱粒子は、第1及び第2のリン光体とともに使用される結合剤を参照して上で説明されたものと同じものでありうる結合剤材料にも含まれうる。使用される用途及び材料に応じて、異なる濃度の散乱粒子を用意することができる。散乱粒子濃度の好適な範囲は、0.01%から0.2%までであるが、濃度は加減できることは理解される。いくつかの実施例では、濃度は0.001%と低くてもよい。散乱粒子は、異なる領域内では異なる濃度とすることができることも理解される。いくつかの散乱粒子については、より高い濃度で吸収があるため損失が増大しうる。そこで、散乱粒子の濃度は許容損失値を維持するように選択することができ、それと同時に、光を分散させ所望の放射パターンを得ることができる。   Alternatively, scattering materials can be used with the phosphor, and one such scattering material includes scattering particles. Scattering particles can also be included in a binder material that can be the same as described above with reference to the binder used with the first and second phosphors. Depending on the application and material used, different concentrations of scattering particles can be prepared. The preferred range of scattering particle concentration is from 0.01% to 0.2%, but it is understood that the concentration can be adjusted. In some embodiments, the concentration may be as low as 0.001%. It is also understood that the scattering particles can be at different concentrations within different regions. For some scattering particles, loss may increase due to absorption at higher concentrations. Therefore, the concentration of the scattering particles can be selected so as to maintain an allowable loss value, and at the same time, the light can be dispersed to obtain a desired radiation pattern.

散乱粒子は、限定はされないが、以下のものを含む多くの異なる材料で構成することができる。
シリカ、
カオリン、
酸化亜鉛(ZnO)、
酸化イットリウム(Y)、
二酸化チタン(TiO)、
硫酸バリウム(BaSO)、
アルミナ(Al)、
溶融シリカ(SiO)、
フュームド・シリカ(SiO)、
窒化アルミニウム、
ガラス・ビーズ、
二酸化ジルコニウム(ZrO)、
炭化ケイ素(SiC)、
酸化タンタル(TaO)、
窒化ケイ素(Si)、
酸化ニオブ(Nb)、
窒化ホウ素(BN)、又は
リン光体粒子(例えば、YAG:Ce、BOSE)
材料のさまざまな組み合わせ、又は同じ材料の異なる形態の組み合わせの複数の散乱材料を使用して、特定の散乱効果をもたらすことができる。散乱粒子はランプ内で多くの異なる配置をとりうる。
The scattering particles can be composed of many different materials including, but not limited to:
silica,
Kaolin,
Zinc oxide (ZnO),
Yttrium oxide (Y 2 O 3 ),
Titanium dioxide (TiO 2 ),
Barium sulfate (BaSO 4 ),
Alumina (Al 2 O 3 ),
Fused silica (SiO 2 ),
Fumed silica (SiO 2 ),
Aluminum nitride,
Glass beads,
Zirconium dioxide (ZrO 2 ),
Silicon carbide (SiC),
Tantalum oxide (TaO 5 ),
Silicon nitride (Si 3 N 4 ),
Niobium oxide (Nb 2 O 5 ),
Boron nitride (BN) or phosphor particles (eg, YAG: Ce, BOSE)
Various scattering materials of various combinations of materials, or combinations of different forms of the same material can be used to provide a particular scattering effect. The scattering particles can take many different arrangements within the lamp.

ランプ40は、LEDチップ42によって覆われていないキャリア44の表面上に反射材料/層56を備えることもできる。反射層56は、ランプ40が光子を効率よくリサイクルすることを可能にし、ランプの放射効率を高める。キャリアの方へ戻る形で放射される光は、吸収が低減されるように反射材料/層56によって反射され、この光はランプからの有用な放射に寄与しうる。反射層56は、限定はされないが分布ブラッグ反射器などの反射性金属又は多重層反射構造を含む多くの異なる材料及び構造を備えることができることは理解される。LEDの表面、さらには第1及び第2のリン光体は、光抽出を高める形状あるいはテクスチャを有することができることも理解される。   The lamp 40 can also include a reflective material / layer 56 on the surface of the carrier 44 that is not covered by the LED chip 42. The reflective layer 56 allows the lamp 40 to efficiently recycle photons and increases the lamp's radiation efficiency. The light emitted back toward the carrier is reflected by the reflective material / layer 56 so that absorption is reduced, and this light can contribute to useful radiation from the lamp. It is understood that the reflective layer 56 can comprise many different materials and structures, including but not limited to reflective metals such as distributed Bragg reflectors or multilayer reflective structures. It is also understood that the surface of the LED, as well as the first and second phosphors, can have a shape or texture that enhances light extraction.

動作時にランプ40に電気信号が印加されると、LEDチップ42内のLEDは第1のリン光体48を通過する青色光を放射する。青色LED光の一部は、赤色リン光体48によって吸収され、赤色光として再放射される。青色光の一部はまた、変換されることなく赤色の第1のリン光体48を通過し、LEDチップ42は、赤色と青色の両方の光を放射する。LEDチップ42からの光は、第2のリン光体50を通じて放射され、LED光からの青色光の少なくとも一部が黄色光に変換され、いくつかの実施例では、LEDチップ42からの光の一部は、変換されることなく第2のリン光体50を通過する。上述のように、これによりランプは、青色光、赤色光、及び黄色光を組み合わせて得られる白色光を放射することができる。   When an electrical signal is applied to the lamp 40 during operation, the LEDs in the LED chip 42 emit blue light that passes through the first phosphor 48. Part of the blue LED light is absorbed by the red phosphor 48 and re-emitted as red light. Some of the blue light also passes through the red first phosphor 48 without being converted, and the LED chip 42 emits both red and blue light. Light from the LED chip 42 is emitted through the second phosphor 50 and at least a portion of the blue light from the LED light is converted to yellow light, and in some embodiments, the light from the LED chip 42 A portion passes through the second phosphor 50 without being converted. As described above, this allows the lamp to emit white light obtained by combining blue light, red light, and yellow light.

LEDチップからの光の青色成分は、第2のリン光体50によって吸収されると、すべての方向に再放射される。図示されている実施例では、リン光体粒子が青色光を吸収すると、黄色光が前方に再放射されてランプから出て、LEDチップの方へ戻る。LEDチップ42の方へ放射されて戻る光は、LEDチップ42上の第1のリン光体48に当たるものとしてよい。上述のように、多くの赤色リン光体の励起スペクトルは、多くの黄色/緑色リン光体の放射スペクトルとオーバーラップするので、LEDチップ42の方へ放射されて戻る第2のリン光体50からの光は第1のリン光体によって吸収される危険性がある。この吸収された黄色光は赤色光として再放射されうるため、その結果、全体的なランプ発光に色ずれが生じる可能性がある。ランプ40において図示されているように、第2のリン光体50の間隔をあける(リン光体を混合する代わりに)ことによって、第2のリン光体の光が第1のリン光体に当たる可能性が大幅に下げられる。第2のリン光体50からの黄色光の大半の放射経路は、第1のリン光体に当たることはなく、再吸収の危険性はない。LEDチップ42の方へ放射されて戻る光の多くは、ランプからの有用な放射に寄与しうるようにキャリア44上の反射層から反射される。   When the blue component of light from the LED chip is absorbed by the second phosphor 50, it is re-emitted in all directions. In the illustrated embodiment, when the phosphor particles absorb blue light, yellow light is re-emitted forward, exits the lamp, and returns toward the LED chip. The light radiated back toward the LED chip 42 may strike the first phosphor 48 on the LED chip 42. As described above, the excitation spectrum of many red phosphors overlaps with the emission spectrum of many yellow / green phosphors, so that the second phosphor 50 radiated back toward the LED chip 42. There is a risk that the light from will be absorbed by the first phosphor. This absorbed yellow light can be re-emitted as red light, which can result in a color shift in the overall lamp emission. As illustrated in the lamp 40, by spacing the second phosphor 50 (instead of mixing the phosphors), the light from the second phosphor strikes the first phosphor. The possibility is greatly reduced. Most of the emission path of yellow light from the second phosphor 50 does not hit the first phosphor and there is no risk of reabsorption. Much of the light emitted back toward the LED chip 42 is reflected from the reflective layer on the carrier 44 so as to contribute to useful radiation from the lamp.

いくつかの実施例では、第2のリン光体は、第2のリン光体の再放射される光の50%未満が第1のリン光体に当たるかまたは中に入るように第1のリン光体から隔てて配置され、また他の実施例では、40%未満が第1のリン光体に当たるかまたは中に入るように隔てて配置される。さらなる他の実施例では、第2のリン光体の光の25%未満が第1のリン光体に当たり、他の実施例では、10%未満が第1のリン光体に当たる。   In some embodiments, the second phosphor is the first phosphor such that less than 50% of the re-emitted light of the second phosphor strikes or enters the first phosphor. Located away from the light body, and in other embodiments, less than 40% is placed away from or in contact with the first phosphor. In still other embodiments, less than 25% of the light of the second phosphor hits the first phosphor, and in other embodiments, less than 10% hits the first phosphor.

本発明による異なるランプは、多くの異なる特徴的形状及び材料を使い多くの異なる形で配置されうる。図5は、図4に示され上に説明されたランプ40と多くの類似の特徴的形状及びコンポーネントを有し、ほとんど同じように動作する、本発明によるランプ70の別の実施例を示している。ランプ40の説明が同じ参照番号を使用するこの実施例又は以下の他の実施例に等しく当てはまるということを理解したうえで、類似の特徴的形状及びコンポーネントについては同じ参照番号が使用される。   Different lamps according to the present invention can be arranged in many different forms using many different characteristic shapes and materials. FIG. 5 shows another embodiment of a lamp 70 according to the present invention that has many similar features and components as the lamp 40 shown in FIG. 4 and described above, and operates in much the same way. Yes. With the understanding that the description of the lamp 40 applies equally to this embodiment using the same reference numbers, or other embodiments below, the same reference numbers are used for similar features and components.

ランプ70は、キャリア44上にそれぞれが装着されているLEDチップ42を備え、LEDチップ42のそれぞれは、赤色の第1のリン光体48によってコーティングされた青色発光LEDを備える。キャリア44の覆われていない表面も反射層56を備えることができる。ランプ70は、上で説明されている第2のリン光体50とほとんど同じようにして配置されているLEDチップの上に第2のリン光体72を備える。しかし、この実施例では、第2のリン光体50は、青色光を吸収し緑色光を再放射するリン光体材料を含む。例えば、以下のリン光体、
SrGa:Eu、
Sr2−yBaSiO:Eu、
SrSi:Eu
Ce3+をドープしたLuAl12
Eu2+をドープした(Ca,Sr,Ba)Si
CaSc:Ce3、及び
(Sr,Ba)SiO:Eu2+
を使用して緑色光を発生することができる。
The lamp 70 includes LED chips 42 each mounted on a carrier 44, and each LED chip 42 includes a blue light emitting LED coated with a red first phosphor 48. The uncovered surface of the carrier 44 can also be provided with a reflective layer 56. The lamp 70 comprises a second phosphor 72 on top of an LED chip that is arranged in much the same way as the second phosphor 50 described above. However, in this embodiment, the second phosphor 50 includes a phosphor material that absorbs blue light and re-emits green light. For example, the following phosphors:
SrGa 2 S 4 : Eu,
Sr 2-y Ba y SiO 4 : Eu,
SrSi 2 O 2 N 2 : Eu
Lu 3 Al 5 O 12 doped with Ce 3+ ,
(Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2 doped with Eu 2+
CaSc 2 O 4 : Ce 3 + and (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu 2+
Can be used to generate green light.

ランプ70は、ランプ40とほとんど同じようにして動作するが、青色、赤色、及び緑色の光の組み合わせを放射する。いくつかの実施例では、この組み合わせは、所望の温度を有する暖白色光であるランプ発光を行うことができる。   Lamp 70 operates in much the same way as lamp 40, but emits a combination of blue, red, and green light. In some embodiments, this combination can provide lamp emission that is warm white light having a desired temperature.

上に列挙されているものを超えて、以下には、第1又は第2のリン光体として使用されうる追加の好適なリン光体をいくつか示している。それぞれ、青色及び/又はUV発光スペクトルにおける励起を示し、望ましいピーク発光をもたらし、効率的な光変換を有し、許容可能なストークシフトを有する。
(黄色/緑色)
(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga):Eu2+
Ba(Mg,Zn)Si:Eu2+
Gd0.46Sr0.31Al1.231.38:Eu2+ 0.06
(Ba1−x−ySrCa)SiO:Eu
BaSiO:Eu2+
(赤色)
Lu:Eu3+
(Sr2−xLa)(Ce1−xEu)O
SrCe1−xEu
Sr2−xEuCeO
SrTiO:Pr3+,Ga3+
CaAlSiN:Eu2+
SrSi:Eu2+
Beyond what is listed above, the following shows some additional suitable phosphors that may be used as the first or second phosphor. Each exhibits excitation in the blue and / or UV emission spectrum, yields the desired peak emission, has efficient light conversion, and has an acceptable stalk shift.
(Yellow / green)
(Sr, Ca, Ba) (Al, Ga) 2 S 4 : Eu 2+
Ba 2 (Mg, Zn) Si 2 O 7 : Eu 2+
Gd 0.46 Sr 0.31 Al 1.23 O x F 1.38 : Eu 2+ 0.06
(Ba 1-xy Sr x Ca y ) SiO 4 : Eu
Ba 2 SiO 4 : Eu 2+
(red)
Lu 2 O 3 : Eu 3+
(Sr 2-x La x) (Ce 1-x Eu x) O 4
Sr 2 Ce 1-x Eu x O 4
Sr 2-x Eu x CeO 4
SrTiO 3 : Pr 3+ , Ga 3+
CaAlSiN 3 : Eu 2+
Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+

図6は、上で説明されている分離したリン光体を備える類似のランプと比較した、混合されたリン光体を備えるランプの放射特性の比較結果を示すグラフ80である。第1の発光スペクトル82は、分離された赤色リン光体と緑色リン光体を備えるランプに対するものであり、スペクトルは青色、緑色、及び赤色波長スペクトルにおけるピークを示している。第2の発光スペクトル84は、赤色と緑色の混合されたリン光体を備える類似のランプに対するものであり、分離されたスペクトル82と比較された青色ピークの低下及びシフト、さらには赤色ピークのシフトを示す。この両方の総リン光体変換効率はほぼ同じ(分離されたリン光体については42.5%、混合されたリン光体については46.1%)であるが、分離されたリン光体に対するCRIは、混合されたリン光体構成の78.5に対して分離されたリン光体の約88.5である。   FIG. 6 is a graph 80 showing the results of a comparison of the emission characteristics of a lamp with a mixed phosphor compared to a similar lamp with a separate phosphor described above. The first emission spectrum 82 is for a lamp with separated red and green phosphors, and the spectrum shows peaks in the blue, green, and red wavelength spectra. The second emission spectrum 84 is for a similar lamp with a mixed red and green phosphor, the blue peak drop and shift compared to the isolated spectrum 82, and even the red peak shift. Indicates. The total phosphor conversion efficiencies of both are approximately the same (42.5% for the separated phosphors and 46.1% for the mixed phosphors), but for the separated phosphors The CRI is about 88.5 of the separated phosphor relative to 78.5 of the mixed phosphor configuration.

図7は、異なる色の光を放射して所望のランプ発光を行う異なるLEDチップの組み合わせを備えた、本発明によるランプ100のさらに別の実施例を示している。ランプ100は、キャリア104上に装着されたLEDチップ102を備え、キャリアは上で説明されているキャリア44に類似している。キャリアは、LEDチップ102間のその表面を覆う反射層105を有することができる。LEDチップ102は、赤色発光LEDチップ106及び青色発光LEDチップ108を備えることができ、これが合わさって、ランプ発光の所望の赤色光及び青色光の成分を発生することができる。赤色LEDチップ106は、上で説明されているように赤色リン光体112によってコーティングされているLED110を備えることができ、LED110のいくつかの実施例は青色光を放射し、赤色リン光体112は青色光の少なくとも一部を吸収し、赤色光を再放射する。いくつかの実施例では、赤色リン光体112は、青色LED光の実質的にすべてを吸収するように配置されうるが、他の実施例では、赤色リン光体112は、青色LED光の一部のみを吸収するように配置されうる。   FIG. 7 shows yet another embodiment of a lamp 100 according to the present invention comprising a combination of different LED chips that emit different colors of light to produce the desired lamp emission. The lamp 100 comprises an LED chip 102 mounted on a carrier 104, which is similar to the carrier 44 described above. The carrier can have a reflective layer 105 covering its surface between the LED chips 102. The LED chip 102 can comprise a red light emitting LED chip 106 and a blue light emitting LED chip 108, which together can generate the desired red and blue light components of the lamp emission. The red LED chip 106 can comprise an LED 110 that is coated with a red phosphor 112 as described above, with some embodiments of the LED 110 emitting blue light, Absorbs at least part of the blue light and re-emits red light. In some embodiments, the red phosphor 112 can be arranged to absorb substantially all of the blue LED light, while in other embodiments, the red phosphor 112 can be one of the blue LED lights. It can be arranged to absorb only the part.

上記の実施例と同様に、第2のリン光体114は、LEDチップ102の上方に隔離されて備えられ、第2のリン光体は青色光を吸収し、黄色光を再放射するリン光体を含む。動作時に、LEDチップからの赤色及び青色の光は第2のリン光体を通過し、青色光の一部が黄色に変換される。ランプ100は、青色、赤色、及び黄色を組み合わせて得られる白色光を放射する。上で説明されているように、赤色リン光体と黄色リン光体との間を分離することで、赤色リン光体が第2のリン光体からの黄色光を再吸収する危険性を最小にできる。   Similar to the above embodiment, the second phosphor 114 is provided isolated above the LED chip 102, and the second phosphor absorbs blue light and re-emits yellow light. Including the body. In operation, red and blue light from the LED chip passes through the second phosphor and a portion of the blue light is converted to yellow. The lamp 100 emits white light obtained by combining blue, red, and yellow. As explained above, the separation between the red and yellow phosphors minimizes the risk that the red phosphor will re-absorb yellow light from the second phosphor. Can be.

図8は、ランプ100に類似する本発明による別のランプ130を示している。黄色を発光する第2のリン光体を有する代わりに、ランプ130は、ランプが青色、赤色、及び緑色を組み合わせて得られる白色光を放射するように、LEDチップ102からの青色光の一部を吸収する、緑色を発光する第2のリン光体132を有する。   FIG. 8 shows another lamp 130 according to the present invention that is similar to the lamp 100. Instead of having a second phosphor that emits yellow, the lamp 130 is a portion of the blue light from the LED chip 102 such that the lamp emits white light obtained by combining blue, red, and green. And a second phosphor 132 that emits green light.

上述のように、本発明によるランプは、多くの異なるリン光体材料を使い多くの異なる形で配置されうる。図9は、上で説明されているように、キャリア144に装着されたLEDチップ142を備える、本発明によるランプ140の別の実施例を示している。しかしこの実施例では、LEDチップは、黄色の第1のリン光体148の絶縁保護コートを使用する青色発光LED146を備える。第1のリン光体148は、LED146からの光の少なくとも一部を吸収し、黄色光を再放射する。第2のリン光体150は、LEDチップ142の上にドームの形をなし、赤色リン光体を含む。LEDチップ142からの青色(及び黄色)の光は、第2のリン光体150を通過し、青色LED光の少なくとも一部は第2のリン光体によって吸収され、赤色光として再放射される。ランプ140は、青色、黄色、及び赤色を組み合わせて得られる白色光を放射する。   As mentioned above, the lamp according to the invention can be arranged in many different forms using many different phosphor materials. FIG. 9 shows another embodiment of a lamp 140 according to the present invention comprising an LED chip 142 mounted on a carrier 144 as described above. However, in this embodiment, the LED chip comprises a blue light emitting LED 146 that uses an insulating protective coat of yellow first phosphor 148. The first phosphor 148 absorbs at least part of the light from the LED 146 and re-emits yellow light. The second phosphor 150 is in the form of a dome on the LED chip 142 and includes a red phosphor. Blue (and yellow) light from the LED chip 142 passes through the second phosphor 150 and at least a portion of the blue LED light is absorbed by the second phosphor and re-emitted as red light. . The lamp 140 emits white light obtained by combining blue, yellow, and red.

図10は、キャリア164上に装着された、LEDチップ162を有する本発明によるランプ160のさらに別の実施例を示しており、LEDチップ162のそれぞれは、LED166及び緑色の第1のリン光体168の絶縁保護コートを備える。LEDチップ166のそれぞれからの少なくとも一部の青色光が第1のリン光体168を通過し、緑色光に変換され、これにより、LEDチップ162のそれぞれは緑色及び青色の光を放射する。青色(及び緑色)のLED光は、第2のドーム形の第2の赤色リン光体170を通過する。LED光の少なくとも一部は第2のリン光体で赤色に変換され、ランプ160は青色、赤色、及び緑色の光を組み合わせて得られる白色光を放射する。   FIG. 10 shows yet another embodiment of a lamp 160 according to the present invention having an LED chip 162 mounted on a carrier 164, each of the LED chip 162 comprising an LED 166 and a green first phosphor. 168 insulation protective coats are provided. At least a portion of the blue light from each of the LED chips 166 passes through the first phosphor 168 and is converted to green light, whereby each of the LED chips 162 emits green and blue light. The blue (and green) LED light passes through the second dome-shaped second red phosphor 170. At least a portion of the LED light is converted to red by the second phosphor, and the lamp 160 emits white light obtained by combining blue, red, and green light.

図11は、キャリア184に装着された青色発光LEDチップ182を有する、本発明によるランプ180のさらに別の実施例を示している。LEDチップ182上に絶縁保護コートする代わりに、第1の赤色リン光体186はLEDチップ182の上にドーム形に設けられ、LEDチップ182からの光は第1のリン光体186を通過し、そこでその少なくとも一部が赤色光に変換される。第2の緑色リン光体188は、第1のリン光体186の上のドーム内に備えられ、第1のリン光体186からの赤色光及びLEDチップ182からの青色光は第2のリン光体188を通過し、そこでその光の少なくとも一部が緑色光に変換される。ランプは、青色、赤色、及び緑色の光を組み合わせて得られる白色光を放射する。第2のリン光体188は、第1のリン光体186上に示されているが、第1のリン光体186と第2のリン光体188との間に空間がありうること、また内側に緑色リン光体があり外側に赤色リン光体があるなど、リン光体を異なる順序で設けることができることは理解される。   FIG. 11 shows yet another embodiment of a lamp 180 according to the present invention having a blue light emitting LED chip 182 mounted on a carrier 184. Instead of providing an insulating protective coating on the LED chip 182, the first red phosphor 186 is provided in a dome shape on the LED chip 182, and the light from the LED chip 182 passes through the first phosphor 186. So, at least a part of it is converted to red light. A second green phosphor 188 is provided in the dome above the first phosphor 186 and the red light from the first phosphor 186 and the blue light from the LED chip 182 are second phosphor. It passes through the light body 188 where at least a portion of the light is converted to green light. The lamp emits white light obtained by combining blue, red and green light. The second phosphor 188 is shown on the first phosphor 186, but there can be a space between the first phosphor 186 and the second phosphor 188, and It is understood that the phosphors can be provided in a different order, such as a green phosphor on the inside and a red phosphor on the outside.

図12は、キャリア194上に青色発光LEDチップ192を有する、本発明によるランプ190の別の実施例を示している。ランプは赤色及び緑色リン光体を備え、図示されているリン光体はリン光体ドーム196の異なる領域内にある。図示されている実施例では、赤色の第1のリン光体198はドームの頂部にあり、緑色の第2のリン光体200はドーム196の下側部分にある。LEDチップからの青色光は第1のリン光体部分198及び第2のリン光体部分200を通過し、そこで少なくとも一部のLED光がそれぞれ赤色光及び緑色光に変換される。ランプは、青色、赤色、及び緑色の光を組み合わせて得られる白色光を放射する。他の実施例は、異なる形で配置されたリン光体の異なる領域を備えることができることが理解される。図9〜12に示されているランプのそれぞれは、上で説明されているようにキャリア上に反射層を備えることができる。   FIG. 12 shows another embodiment of a lamp 190 according to the present invention having a blue light emitting LED chip 192 on a carrier 194. The lamp comprises red and green phosphors, and the phosphors shown are in different areas of the phosphor dome 196. In the illustrated embodiment, the red first phosphor 198 is at the top of the dome and the green second phosphor 200 is at the lower portion of the dome 196. Blue light from the LED chip passes through the first phosphor portion 198 and the second phosphor portion 200, where at least some of the LED light is converted into red light and green light, respectively. The lamp emits white light obtained by combining blue, red and green light. It will be understood that other embodiments may comprise different regions of the phosphor arranged differently. Each of the lamps shown in FIGS. 9-12 can include a reflective layer on the carrier as described above.

上述のように、ランプ及びそれらのリン光体は、本発明による多くの異なる形で配置されうる。図13は、光キャビティ254内に装着されたLEDチップ252を有する、ランプ250のさらに別の実施例を示している。上記の実施例と同様に、LEDチップ252は、第1のリン光体258によってコーティングされているLED256を備えることができ、LED256のいくつかの実施例では青色光を放射し、第1のリン光体は、青色LED光の少なくとも一部を吸収し赤色光を再放射する赤色リン光体である。この実施例では、赤色リン光体はLEDからの青色光の一部のみを吸収し、それによりLEDチップ252が赤色と青色の光を放射する。   As mentioned above, the lamps and their phosphors can be arranged in many different ways according to the invention. FIG. 13 shows yet another embodiment of a lamp 250 having an LED chip 252 mounted in the light cavity 254. Similar to the above example, the LED chip 252 can include an LED 256 that is coated with a first phosphor 258, and in some embodiments of the LED 256, emits blue light and the first phosphor. The light body is a red phosphor that absorbs at least part of the blue LED light and re-emits red light. In this embodiment, the red phosphor absorbs only a portion of the blue light from the LED, thereby causing the LED chip 252 to emit red and blue light.

LEDチップ252は、上で説明されているキャリアに類似しているキャリア260に装着することができ、図示されている実施例では、LEDチップ252及びキャリア260は光キャビティ254内に装着されうる。他の実施例では、光キャビティをLEDチップの周りのキャリアに装着することができる。キャリア260は、上で説明されているようにLEDチップ252間の露出されている表面上に反射層262を有することができ、光キャビティ254は、光キャビティ254の頂部開口部から外へ光を向け直す反射面264を有することができる。   The LED chip 252 can be mounted on a carrier 260 similar to the carrier described above, and in the illustrated embodiment, the LED chip 252 and the carrier 260 can be mounted in the optical cavity 254. In other embodiments, the optical cavity can be mounted on a carrier around the LED chip. The carrier 260 can have a reflective layer 262 on the exposed surface between the LED chips 252 as described above, and the optical cavity 254 can transmit light out of the top opening of the optical cavity 254. A reflective surface 264 can be redirected.

第2のリン光体266は、光キャビティ254の開口部の上に配置され、図示されている実施例では平面形状をとる。しかし第2のリン光体は、限定はされないが、ドームあるいは球体を含む多くの異なる形状をとりうることは理解される。上記の実施例と同様に、第2のリン光体266は、LEDチップ252からの光を吸収し、それと異なる色の光を放射するリン光体を含むことができる。図示されている実施例では、第2のリン光体266は、青色光を吸収し黄色光を再放射する、上で説明されている黄色リン光体のうちの1つを含む。上記の実施例と同様に、LEDチップ252からの青色及び赤色の光は第2のリン光体266を通過し、この青色光の少なくとも一部は黄色リン光体によって吸収され、黄色光として再放射される。ランプ250は、青色、赤色、及び黄色光を組み合わせて得られる白色光を放射することができる。   The second phosphor 266 is disposed over the opening of the optical cavity 254 and assumes a planar shape in the illustrated embodiment. However, it is understood that the second phosphor can take many different shapes including, but not limited to, a dome or a sphere. Similar to the above embodiment, the second phosphor 266 can include a phosphor that absorbs light from the LED chip 252 and emits light of a different color. In the illustrated embodiment, the second phosphor 266 includes one of the yellow phosphors described above that absorb blue light and re-emit yellow light. Similar to the above example, the blue and red light from the LED chip 252 passes through the second phosphor 266 and at least a portion of this blue light is absorbed by the yellow phosphor and re-generated as yellow light. Radiated. The lamp 250 can emit white light obtained by combining blue, red, and yellow light.

LEDチップ252と第2のリン光体266との間の分離により、第2のリン光体266からの黄色光が赤色の第1のリン光体258内に入る可能性が大幅に小さくなる。上記の実施例のように、これにより黄色光が赤色の第1のリン光体によって吸収され、赤色光として再放射される可能性が小さくなる。   The separation between the LED chip 252 and the second phosphor 266 greatly reduces the likelihood that yellow light from the second phosphor 266 will enter the red first phosphor 258. As in the above embodiment, this reduces the likelihood that yellow light will be absorbed by the red first phosphor and re-emitted as red light.

図14は、ランプ250と同じ特徴の多くを有する、本発明によるランプ280の別の実施例を示している。しかし、この実施例では、第2のリン光体282は、LEDチップからの青色光の一部を吸収し、緑色光を再放射する緑色発光リン光体を含む。動作時に、ランプ280は、LEDチップからの青色と赤色の光と第2のリン光体からの緑色の光を組み合わせて得られる白色光を放射し、第1のリン光体の間の分離の結果、第1のリン光体による緑色光の再吸収が最小限に抑えられる。   FIG. 14 shows another embodiment of a lamp 280 according to the present invention having many of the same features as the lamp 250. However, in this embodiment, the second phosphor 282 includes a green-emitting phosphor that absorbs part of the blue light from the LED chip and re-emits green light. In operation, the lamp 280 emits white light obtained by combining the blue and red light from the LED chip and the green light from the second phosphor, and the separation between the first phosphors. As a result, reabsorption of green light by the first phosphor is minimized.

異なる実施例は、所望の目標色及び温度を達成するために、照明コンポーネントの異なる照明濃度を組み合わせることができる。図15は、約3000Kにおける黒体曲線上で組み合わされた緑色と赤色の照明コンポーネントの異なる組み合わせを示すCIE図290である。組み合わせ1(Comb1)は、その発光スペクトルにおける最低の緑色成分を有し、その結果、所望の色及び温度を達成するためにスペクトルは赤色部分が大きい必要がある。組み合わせ2(Comb2)は、最大の緑色成分を有し、その結果最低の赤色成分を有するが、組み合わせ3(Comb3)は、中点の赤色及び緑色の成分を有する。   Different embodiments can combine different lighting densities of lighting components to achieve a desired target color and temperature. FIG. 15 is a CIE diagram 290 showing different combinations of green and red illumination components combined on a blackbody curve at about 3000K. Combination 1 (Comb1) has the lowest green component in its emission spectrum, so that the spectrum needs to have a large red portion to achieve the desired color and temperature. Combination 2 (Comb2) has the largest green component and consequently has the lowest red component, while Combination 3 (Comb3) has the midpoint red and green components.

図16は、キャリア304に装着された青色LEDチップ302を有する本発明によるランプ300の別の実施例を示しており、LEDチップ302は反射面308を有する光キャビティ306内に配置されている。第1のリン光体310及び第2のリン光体312は、光キャビティ306の開口部の平面形状に構成されるが、互いに隣接する形で配置され、第1の赤色リン光体310は開口部の約半分を覆い、第2の緑色(又は黄色)リン光体312は光キャビティ開口部の残り部分を覆う。LEDチップ302からの青色光はリン光体310及び312を通過し、そこでその一部がそれぞれ赤色光及び緑色光に変換される。ランプ300は、青色、赤色、及び緑色の光を組み合わせて得られる白色光を放射する。リン光体は、多くの異なる配置領域に配置され、互いの上に層状に形成することもできることは理解される。   FIG. 16 shows another embodiment of a lamp 300 according to the present invention having a blue LED chip 302 mounted on a carrier 304, the LED chip 302 being disposed in an optical cavity 306 having a reflective surface 308. The first phosphor 310 and the second phosphor 312 are configured in a planar shape of the opening of the optical cavity 306, but are arranged adjacent to each other, and the first red phosphor 310 is opened. Covering about half of the section, the second green (or yellow) phosphor 312 covers the remainder of the optical cavity opening. Blue light from the LED chip 302 passes through the phosphors 310 and 312 where some of it is converted to red light and green light, respectively. The lamp 300 emits white light obtained by combining blue, red, and green light. It will be appreciated that the phosphors can be arranged in many different arrangement areas and can be layered on top of each other.

図17は、キャリア324に装着された青色LEDチップ322を有する本発明によるランプ320の別の実施例を示しており、LEDチップ322は光キャビティ326内に配置されている。平面上の赤色の第1のリン光体328は、光キャビティ326の開口部の上に配置され、第2の緑色(又は黄色)リン光体330は、第1のリン光体の上のドーム形に配置される。LED光は第1及び第2のリン光体を通過し、少なくとも一部は、ランプ320が青色、赤色、及び緑色の光を組み合わせて得られる白色光を放射するように変換される。   FIG. 17 shows another embodiment of a lamp 320 according to the present invention having a blue LED chip 322 mounted on a carrier 324, the LED chip 322 being disposed in the optical cavity 326. A planar first red phosphor 328 is disposed over the opening of the optical cavity 326 and a second green (or yellow) phosphor 330 is a dome over the first phosphor. Arranged in shape. The LED light passes through the first and second phosphors and is at least partially converted so that the lamp 320 emits white light obtained by combining blue, red, and green light.

図18は、図17に示されているランプ320に類似する形で配置されている本発明によるランプ340の別の実施例を示している。しかしこの実施例では、第2の緑色リン光体342は、第1のリン光体344の上に球体形状に配置され、この球体形状はより全方向性のパターンで第2のリン光体の光を再放射するのを促進する。特に、これは、第2のリン光体342からの下向きの光の放射を促進することができる。   FIG. 18 shows another embodiment of a lamp 340 according to the present invention arranged in a manner similar to the lamp 320 shown in FIG. However, in this embodiment, the second green phosphor 342 is arranged in a spherical shape on the first phosphor 344, which is a more omnidirectional pattern of the second phosphor. Helps re-radiate light. In particular, this can facilitate the emission of downward light from the second phosphor 342.

図19及び20は、2010年3月3日に出願した米国仮特許出願第61/339,515号、名称「Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration」、並びに2010年10月8日に出願した米国特許出願第12/901,405号、名称「Non−uniform Diffuser to Scatter Light Into Uniform Emission Pattern」において図示され、説明されているものと類似している、本発明によるランプ350の別の実施例を示している。ランプはサブマウント又はヒート・シンク352を備え、またドーム形のリン光体キャリア354及びドーム形のディフューザ356を備える。これはまた、この実施例ではヒート・シンク352の平面上に装着されているLED358も備え、リン光体キャリアとディフューザとがLEDチップ358の上にある。LEDチップ358及びリン光体キャリア354は、LEDチップ358上に第1のリン光体を、リン光体キャリア354内に第2のリン光体を有するいくつかの実施例などの、上で説明されている配置及び特性のどれかを備えることができるが、他の実施例は、リン光体キャリア354の一部として第1及び第2のリン光体を有する。ランプ350は、従来の電気のソケットにはめ込むタイプの装着機構を備えることができる。図示されている実施例では、ランプ350は、標準エジソン・ソケットに装着するためのネジ山付き部分360を備える。上記の実施例と同様に、ランプ350は標準プラグを備えることができ、また電気のソケットは標準的なコンセントであるか、あるいはGU24ベースのユニットであることができるが、あるいは、これはクリップであってもよく、電気のソケットは、クリップを受け入れ保持するソケットとすることができる(例えば、多くの蛍光灯で使用されているようなもの)。   19 and 20 are U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 339,515, filed March 3, 2010, the title “Lamp With Remote Phosphor and Diffuser Configuration”, and the U.S. Patent filed on Oct. 8, 2010. Shown is another embodiment of a lamp 350 according to the present invention similar to that illustrated and described in application Ser. No. 12 / 901,405, entitled “Non-Uniform Diffuser to Scatter Light In Uniform Emission Pattern”. ing. The lamp includes a submount or heat sink 352 and includes a dome shaped phosphor carrier 354 and a dome shaped diffuser 356. It also comprises an LED 358 mounted in this embodiment on the plane of the heat sink 352, with the phosphor carrier and diffuser on the LED chip 358. LED chip 358 and phosphor carrier 354 are described above, such as some embodiments having a first phosphor on LED chip 358 and a second phosphor in phosphor carrier 354. Although other arrangements and properties can be provided, other embodiments have first and second phosphors as part of the phosphor carrier 354. The lamp 350 can include a mounting mechanism of the type that fits into a conventional electrical socket. In the illustrated embodiment, the lamp 350 includes a threaded portion 360 for mounting to a standard Edison socket. Similar to the above embodiment, the lamp 350 can be equipped with a standard plug and the electrical socket can be a standard outlet or a GU24 based unit, or it can be a clip. The electrical socket can be a socket that receives and holds the clip (eg, as used in many fluorescent lamps).

本発明によるランプは、AC線間電圧/電流から電球を点灯させ、光源に調光機能を持たせるドライバを備えることができる電源あるいは電力変換ユニットを備えることができる。いくつかの実施例では、電源は、非絶縁型疑似共振フライバック・トポロジーを使用するオフライン定電流LEDドライバを備えることができる。LEDドライバは、本体部362内など、ランプ350内に実装することができ、いくつかの実施例では25立方センチメートル未満の体積を有することができるが、他の実施例では約20立方センチメートルの体積を有することができる。いくつかの実施例では、電源は非調光型であってもよく、低コストである。使用される電源は、異なるトポロジー又は幾何学的形状を有することができ、また調光型であってもよい。   The lamp according to the present invention can include a power source or a power conversion unit that can be provided with a driver that turns on a light bulb from an AC line voltage / current and has a light control function for the light source. In some embodiments, the power supply can comprise an off-line constant current LED driver that uses a non-isolated quasi-resonant flyback topology. The LED driver can be implemented in the lamp 350, such as in the body portion 362, and can have a volume of less than 25 cubic centimeters in some embodiments, but has a volume of about 20 cubic centimeters in other embodiments. be able to. In some embodiments, the power source may be non-dimming and low cost. The power supplies used can have different topologies or geometric shapes and can be dimmable.

本明細書で説明されているランプの実施例は、参照により本明細書に組み込まれている、米国エネルギー省(DOE)のEnergy Starで定められている無指向性分配の基準に適合するように配置されうる。本明細書で説明されているランプが満たすこの標準の必要条件の1つは、放射の均一性が0から135°までの範囲の視野角度の平均値の20%以内でなければならず、ランプからの全光束の5%超が、135〜180°の放射域内で放射されなければならないというものであり、測定は0、45、90°の方位角で行われる。本明細書で説明されている異なるランプの実施例は、DOE Energy Star規格準拠のA型改造LED電球も備えることができる。本発明は、効率的で信頼性が高く、費用効果が高いランプを実現する。いくつかの実施例では、ランプ全体が素早く容易に組み立てられうる5つのコンポーネントから成ることができる。   The lamp embodiments described herein are adapted to meet the omnidirectional distribution standards set forth in the US Department of Energy (DOE) Energy Star, which is incorporated herein by reference. Can be arranged. One of the requirements of this standard that the lamp described herein meets is that the uniformity of radiation must be within 20% of the average viewing angle in the range of 0 to 135 °, and the lamp More than 5% of the total luminous flux from must be radiated in the radiation region of 135-180 °, and the measurements are made at azimuth angles of 0, 45, 90 °. The different lamp embodiments described herein can also include a modified A-type LED bulb that complies with the DOE Energy Star standard. The present invention provides an efficient, reliable and cost effective lamp. In some embodiments, the entire lamp can consist of five components that can be assembled quickly and easily.

上で説明されているように、また図16に示されているように、リン光体キャリアの異なる領域は異なる種類のリン光体を有することができる。いくつかの実施例では、これらの異なる領域は、パターン化されているように見えるリン光体キャリアをもたらすことができる。図21及び22は、図19及び20に示されているランプ350に類似している追加のランプの実施例400、450を示している。ランプは、サブマウント又はヒート・シンク352、ドーム形ディフューザ356、LEDチップ358の上にディフューザ356とともにヒート・シンク352の平面状表面上に装着されうるLED358も備える。図21では、リン光体キャリア402はLED358とディフューザ356との間に備えられ、図22では、リン光体キャリア452はLED358とディフューザ356との間に備えられる。LEDチップ358及びリン光体キャリア402、452は、上で説明されている配置及び特性のどれかを備えることができる。しかし、これらの実施例では、リン光体キャリア402、452はそれぞれ異なる第1及び第2のリン光体404、406を備え、第1及び第2のリン光体は異なる領域内にある。リン光体キャリア402については、第1のリン光体404はリン光体キャリア領域の大半を覆い、第2のリン光体はこれらのリン光体キャリア領域のうちの他の領域上にドットとして配置される。リン光体キャリア404全体がドットでパターン化されているように見える。他の実施例では、第1のリン光体はリン光体キャリアのすべてを覆うことができ、第2のリン光体は第1のリン光体上のドットを含むことができる。   As explained above, and as shown in FIG. 16, different regions of the phosphor carrier can have different types of phosphors. In some embodiments, these different regions can result in phosphor carriers that appear to be patterned. FIGS. 21 and 22 show additional lamp embodiments 400, 450 similar to the lamp 350 shown in FIGS. The lamp also includes a submount or heat sink 352, a dome shaped diffuser 356, and an LED 358 that can be mounted on the planar surface of the heat sink 352 along with the diffuser 356 above the LED chip 358. In FIG. 21, the phosphor carrier 402 is provided between the LED 358 and the diffuser 356, and in FIG. 22, the phosphor carrier 452 is provided between the LED 358 and the diffuser 356. The LED chip 358 and the phosphor carriers 402, 452 can comprise any of the arrangements and characteristics described above. However, in these embodiments, the phosphor carriers 402, 452 comprise different first and second phosphors 404, 406, respectively, and the first and second phosphors are in different regions. For phosphor carrier 402, the first phosphor 404 covers most of the phosphor carrier region, and the second phosphor is a dot on the other regions of these phosphor carrier regions. Be placed. The entire phosphor carrier 404 appears to be patterned with dots. In other embodiments, the first phosphor can cover all of the phosphor carrier and the second phosphor can include dots on the first phosphor.

図22のリン光体キャリア452については、第1のリン光体404はリン光体キャリアの大半を覆うことができ、第2のリン光体406はリン光体キャリアの他の部分を覆うストライプを含みうる。さらに他の実施例では、第1のリン光体404はリン光体キャリアのすべてを覆うことができ、第2のリン光体406はストライプ・パターンで第1のリン光体を覆うことができる。   For the phosphor carrier 452 of FIG. 22, the first phosphor 404 can cover most of the phosphor carrier and the second phosphor 406 is a stripe that covers the rest of the phosphor carrier. Can be included. In yet another embodiment, the first phosphor 404 can cover all of the phosphor carriers and the second phosphor 406 can cover the first phosphor in a stripe pattern. .

これらは、本発明によるリン光体キャリア上に備えることができる多くの異なるパターンのうちのいくつかにすぎない。本発明によるリン光体キャリアは、三次元(例えばドーム形)又は平面形状の透明キャリア材料を含むものとしてよく、上で説明されているリン光体は透明キャリアの外面あるいは内面、又はその両面上にあることも理解される。上で説明されているパターンの一部分は、隔離されて配置された異なるリン光体キャリア上にあるものとしてもよい。例えば、一方のリン光体のドット配置は、他方のリン光体を有する第2のリン光体キャリアから隔離されて配置された第1のリン光体キャリア上にあるものとしてよい。異なるリン光体キャリアは、平面状でも三次元でもありうる。   These are just some of the many different patterns that can be provided on the phosphor carrier according to the invention. The phosphor carrier according to the invention may comprise a three-dimensional (eg dome-shaped) or planar transparent carrier material, the phosphor described above being on the outer or inner surface of the transparent carrier, or on both surfaces thereof. It is also understood that Some of the patterns described above may be on different phosphor carriers arranged in isolation. For example, the dot arrangement of one phosphor may be on a first phosphor carrier that is arranged isolated from a second phosphor carrier having the other phosphor. Different phosphor carriers can be planar or three-dimensional.

図23は、緑色リン光体464を備える第1の放射体パッケージ462、及び赤色リン光体468を備える第2の放射体パッケージ466を備える本発明によるランプ460のさらに別の実施例を示している。パッケージ464、466からの放射は、放射体のそれぞれからの光のほぼすべてが他方に入らないように指向性である。その結果、緑色リン光体414からの光は再吸収される危険性のある赤色リン光体468内に入らない。この種類の横方向分離は、再吸収される可能性のある光の量をなおいっそう減らし、それにより再吸収がランプCRIに対して及ぼしうる負の影響がさらに低減される。   FIG. 23 shows yet another embodiment of a lamp 460 according to the present invention comprising a first radiator package 462 comprising a green phosphor 464 and a second radiator package 466 comprising a red phosphor 468. Yes. The radiation from the packages 464, 466 is directional so that almost all of the light from each of the radiators does not enter the other. As a result, light from the green phosphor 414 does not enter the red phosphor 468, which can be reabsorbed. This type of lateral separation further reduces the amount of light that can be reabsorbed, thereby further reducing the negative impact that reabsorption can have on the lamp CRI.

図24は、複数の透過的ランプ/照明器具ピクセル(transmissive lamp/luminaire pixels)484を備える層から隔てて配置された複数の青色LEDチップ482を有する、本発明によるさらに別のランプ又はディスプレイ480を示している。それぞれのピクセル484はLEDチップ482からの青色光を吸収し、赤色及び緑色の光を放射する赤色又は緑色の量子ドット、あるいはリン光体486、488をそれぞれ含むものとしてよい。拡散あるいは反射材料490は、隣接する変換材料の間の相互作用あるいはクロストークを低減するために、赤色リン光体486と緑色リン光体488との間、あるいは隣接するピクセル484の間に配置されうる。赤色リン光体と緑色リン光体との間を分離し、リン光体の間にディフューザ又は反射材料490を入れることによって効率改善を果たすことができる。ディフューザ又は反射材料は、光学的に不透明あるいは半透明であるものとしてよく、リン光体からの光が別のリン光体によって再吸収されるのを防ぐのに役立つ。   FIG. 24 illustrates yet another lamp or display 480 according to the present invention having a plurality of blue LED chips 482 spaced apart from a layer comprising a plurality of transmissive lamp / luminaire pixels 484. Show. Each pixel 484 may include red or green quantum dots or phosphors 486 and 488 that absorb blue light from LED chip 482 and emit red and green light, respectively. Diffuse or reflective material 490 is disposed between red phosphor 486 and green phosphor 488 or between adjacent pixels 484 to reduce interaction or crosstalk between adjacent conversion materials. sell. An efficiency improvement can be achieved by separating the red and green phosphors and placing a diffuser or reflective material 490 between the phosphors. The diffuser or reflective material may be optically opaque or translucent and serves to prevent light from one phosphor from being reabsorbed by another phosphor.

上記の実施例のいくつかは、ドーム形状のような、第1のリン光体から隔離されて配置された第2のリン光体でコーティングする第1の絶縁保護リン光体を参照しつつ説明されている。第2のリン光体はドーム以外の多くの異なる形状に設けることができ、また複数のリン光体をドーム形に設けることができることは理解される。例えば、第1のリン光体は1つ又は複数のLEDの上にドーム形に設けることができ、第2のリン光体は第1のドームの上のドームとして設けられる。3以上のリン光体は異なる絶縁保護コーティングで使用されるか、又は異なるドーム形配置で分離されうることも理解される。1つ又は複数のリン光体が他のリン光体円板と組み合わせて使用されうるか、又はリン光体の球体あるいはドームと組み合わせて使用されうる円板を備えることができることも理解される。この分離は、黄色及び赤色リン光体などの異なる材料でコーティングされたLEDの平面内分離(in plane separation)などの、平面内ピクシレーション(in plane pixilation)も含みうる。また、上で説明されているような平面内パッケージ分離には多くの変更形態がありうる。   Some of the above embodiments will be described with reference to a first insulating protective phosphor that is coated with a second phosphor disposed in isolation from the first phosphor, such as a dome shape. Has been. It will be appreciated that the second phosphor can be provided in many different shapes other than a dome, and that multiple phosphors can be provided in a dome shape. For example, the first phosphor can be provided in a dome shape over one or more LEDs, and the second phosphor is provided as a dome over the first dome. It is also understood that more than two phosphors can be used in different insulating protective coatings or separated in different dome-shaped arrangements. It is also understood that one or more phosphors can be used in combination with other phosphor disks, or can comprise a disk that can be used in combination with a phosphor sphere or dome. This separation can also include in-plane pixilation, such as in-plane separation of LEDs coated with different materials such as yellow and red phosphors. Also, there can be many variations on in-plane package separation as described above.

本発明は、そのいくつかの好ましい構成を参照しつつ説明されているが、他の変更形態も考えられる。したがって、本発明の精神及び範囲は上述の形態に限定されるべきではない。
Although the present invention has been described with reference to certain preferred configurations thereof, other variations are possible. Accordingly, the spirit and scope of the present invention should not be limited to the forms described above.

Claims (49)

固体ランプであって、
発光ダイオード(LED)と、
第1の変換材料と、
前記第1の変換材料から隔てて配置される第2の変換材料であって、前記LEDからの光は前記第2の変換材料を通過し、前記第2の変換材料は前記LED光の少なくとも一部を波長変換して再放射する、第2の変換材料とを備える固体ランプ。
A solid lamp,
A light emitting diode (LED);
A first conversion material;
A second conversion material disposed away from the first conversion material, wherein light from the LED passes through the second conversion material, and the second conversion material is at least one of the LED lights. A solid-state lamp comprising a second conversion material that converts the wavelength of the light and re-radiates the light.
前記LEDからの光は前記第1の変換材料を通過し、LEDからの前記光の少なくとも一部は、波長変換されて再放射される請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein light from the LED passes through the first conversion material, and at least a portion of the light from the LED is wavelength converted and re-radiated. 前記第1の変換材料は、前記第2の変換材料の再発光スペクトルとオーバーラップする励起スペクトルを有する請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the first conversion material has an excitation spectrum that overlaps a re-emission spectrum of the second conversion material. 前記第1及び第2の変換材料はリン光体を含む、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the first and second conversion materials comprise a phosphor. 前記第2の変換材料は前記第1の変換材料の上にある、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the second conversion material is on the first conversion material. 前記第2の変換材料は前記第1の変換材料の上のドームを含む、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the second conversion material comprises a dome over the first conversion material. 前記第1の変換材料の発光スペクトルは前記第2の変換材料の励起スペクトルとオーバーラップしない、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the emission spectrum of the first conversion material does not overlap with the excitation spectrum of the second conversion material. 前記第1の変換材料は前記LEDからの光を吸収し、赤色光を再放射する、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the first conversion material absorbs light from the LED and re-emits red light. 前記第2の変換材料は前記LEDからの光を吸収し、黄色又は緑色光を再放射する、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the second conversion material absorbs light from the LED and re-emits yellow or green light. 光キャビティをさらに備える請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, further comprising an optical cavity. 前記第2の変換材料から再放射された光の50%未満は前記第1の変換材料内に入る、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein less than 50% of the light re-emitted from the second conversion material falls within the first conversion material. 前記第2の変換材料から再放射された光の25%未満は前記第1の変換材料内に入る、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein less than 25% of the light re-emitted from the second conversion material enters the first conversion material. 前記LED、前記第1の変換材料、及び前記第2の変換材料を備える光源のうちの少なくとも2つからの光を組み合わせて得られる白色光を放射する、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, which emits white light obtained by combining light from at least two of the LEDs, the first conversion material, and the light source comprising the second conversion material. 前記第2のリン光体は、前記発光ダイオードの上にある球体である請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the second phosphor is a sphere above the light emitting diode. 前記球体の上にディフューザをさらに備える請求項14に記載のランプ。   The lamp of claim 14, further comprising a diffuser on the sphere. 前記ランプは、Energy Star規格に準拠している放射パターンを有する光を放射する、請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the lamp emits light having a radiation pattern that conforms to the Energy Star standard. A19サイズ・プロファイルに適合するサイズである請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the lamp is sized to fit an A19 size profile. 前記第2のリン光体は平面状である請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, wherein the second phosphor is planar. 平面状ディフューザをさらに備える請求項1に記載のランプ。   The lamp of claim 1, further comprising a planar diffuser. 固体ランプであって、
複数の発光ダイオード(LED)と、
前記LEDのうちの少なくとも1つに載る赤色リン光体であって、前記LEDのうちの前記少なくとも1つのLEDからの光が前記赤色リン光体を通過する、赤色リン光体と、
前記LEDから分離され、前記LEDの上の黄色若しくは緑色リン光体であって、前記LEDからの光が前記黄色若しくは緑色リン光体を通過する、黄色若しくは緑色リン光体とを備える固体ランプ。
A solid lamp,
A plurality of light emitting diodes (LEDs);
A red phosphor mounted on at least one of the LEDs, wherein the light from the at least one LED of the LEDs passes through the red phosphor; and
A solid lamp comprising a yellow or green phosphor separated from the LED and being yellow or green phosphor on the LED, wherein light from the LED passes through the yellow or green phosphor.
前記複数のLEDのうちの前記少なくとも1つのLEDは、青色光を放射する請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the at least one LED of the plurality of LEDs emits blue light. 前記複数のLEDのうちの前記少なくとも1つのLEDは、前記赤色リン光体によってコーティングされていない請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the at least one LED of the plurality of LEDs is not coated with the red phosphor. 前記少なくとも1つのコーティングされていないLEDは、青色光を放射する請求項22に記載のランプ。   23. The lamp of claim 22, wherein the at least one uncoated LED emits blue light. 前記赤色リン光体は、前記複数のLEDのうちの少なくとも1つのLEDからの光の一部を吸収し、少なくとも一部の赤色光を再放射する請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the red phosphor absorbs a portion of light from at least one of the plurality of LEDs and re-emits at least a portion of red light. 前記黄色若しくは緑色リン光体は、それぞれ、前記LEDからの光を吸収し、黄色若しくは緑色光を再放射する請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the yellow or green phosphor absorbs light from the LED and re-emits yellow or green light, respectively. 前記赤色リン光体は、前記黄色若しくは緑色リン光体の発光スペクトルとオーバーラップする励起スペクトルを有する請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the red phosphor has an excitation spectrum that overlaps with an emission spectrum of the yellow or green phosphor. 前記赤色リン光体は、前記複数のLEDのうちの1つのLEDの上にコンフォーマル・コートを備える請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the red phosphor comprises a conformal coat on one of the plurality of LEDs. 前記黄色若しくは緑色リン光体は、前記赤色リン光体の上にある請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the yellow or green phosphor is on the red phosphor. 前記黄色若しくは緑色リン光体は、前記赤色リン光体の上にドームを備える請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the yellow or green phosphor comprises a dome over the red phosphor. 光キャビティをさらに備える請求項20に記載のランプ。   The lamp of claim 20, further comprising an optical cavity. 前記黄色若しくは緑色リン光体から再放射された光の50%未満は、前記赤色リン光体内に入る請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein less than 50% of the light re-emitted from the yellow or green phosphor enters the red phosphor. 前記黄色若しくは緑色リン光体から再放射された光の10%未満は、前記赤色リン光体内に入る請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein less than 10% of the light re-emitted from the yellow or green phosphor enters the red phosphor. 前記LED、前記赤色リン光体、及び前記黄色若しくは緑色リン光体のうちの少なくとも2つからの光を組み合わせて得られる白色光を放射する請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20 that emits white light obtained by combining light from at least two of the LED, the red phosphor, and the yellow or green phosphor. Energy Star準拠の放射パターンで光を放射する請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the lamp emits light in an energy star compliant radiation pattern. A19サイズ・プロファイルに適合するサイズである請求項20に記載のランプ。   21. The lamp of claim 20, wherein the lamp is sized to fit an A19 size profile. 固体ランプであって、
発光ダイオード(LED)であって、前記LEDから放射された前記光の一部を吸収し、異なる波長の光を再放射する第1のリン光体コーティングを有する発光ダイオード(LED)と、
前記第1のリン光体から隔てて配置される第2のリン光体であって、前記LEDからの光は前記第2のリン光体を通過し、前記第2のリン光体は前記LED光の少なくとも一部を吸収し、各異なる波長の光を再放射し、前記第2のリン光体から再放射される前記光の前記発光スペクトルは、前記第1のリン光体の前記励起スペクトルとオーバーラップし、前記第2のリン光体からの光の大半は、前記第1のリン光体に当たらない、第2のリン光体とを備える固体ランプ。
A solid lamp,
A light emitting diode (LED) having a first phosphor coating that absorbs a portion of the light emitted from the LED and re-radiates light of a different wavelength;
A second phosphor disposed away from the first phosphor, wherein light from the LED passes through the second phosphor, and the second phosphor is the LED The emission spectrum of the light that absorbs at least part of the light, re-radiates light of each different wavelength, and is re-emitted from the second phosphor is the excitation spectrum of the first phosphor A solid-state lamp comprising: a second phosphor that overlaps with the second phosphor so that most of the light from the second phosphor does not strike the first phosphor.
前記第2のリン光体は、前記第1のリン光体の上にある請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein the second phosphor is on the first phosphor. 前記第2のリン光体は、前記第1のリン光体の上にドームを備える請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein the second phosphor comprises a dome over the first phosphor. 前記第1のリン光体の前記発光スペクトルは、前記第2のリン光体の前記励起スペクトルとオーバーラップしない請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein the emission spectrum of the first phosphor does not overlap with the excitation spectrum of the second phosphor. 前記LEDは、青色光を放射する請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein the LED emits blue light. 前記第1のリン光体は、前記LEDからの光を吸収し、赤色光を再放射する請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein the first phosphor absorbs light from the LED and re-emits red light. 前記第2のリン光体は、前記LEDからの光を吸収し、黄色又は緑色光を再放射する請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein the second phosphor absorbs light from the LED and re-emits yellow or green light. 前記第1のリン光体は、赤色リン光体を備え、前記第2のリン光体は、黄色若しくは緑色リン光体を備え、前記赤色リン光体は前記黄色若しくは緑色リン光体の前記発光スペクトルと少なくとも部分的にオーバーラップする励起スペクトルを有する請求項36に記載のランプ。   The first phosphor comprises a red phosphor, the second phosphor comprises a yellow or green phosphor, and the red phosphor emits the light emitted by the yellow or green phosphor. 37. The lamp of claim 36, having an excitation spectrum that at least partially overlaps the spectrum. 光キャビティをさらに備える請求項36に記載のランプ。   The lamp of claim 36, further comprising an optical cavity. 前記第2のリン光体から再放射された光の50%未満は、前記第1のリン光体内に入る請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein less than 50% of the light re-emitted from the second phosphor enters the first phosphor. 前記第2のリン光体から再放射された光の10%未満は、前記第1のリン光体内に入る請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36, wherein less than 10% of the light re-emitted from the second phosphor enters the first phosphor. 前記LED、前記第1のリン光体、及び前記第2のリン光体のうちの少なくとも2つからの光を組み合わせて得られる白色光を放射する請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36 that emits white light obtained by combining light from at least two of the LED, the first phosphor, and the second phosphor. Energy Star準拠の放射パターンで光を放射する請求項36に記載のランプ。   37. The lamp of claim 36 that emits light in an energy star compliant radiation pattern. A19サイズ・プロファイルに適合するサイズである請求項36に記載のランプ。
37. The lamp of claim 36, wherein the lamp is sized to fit an A19 size profile.
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