JP2013536564A - 任意の光源に対して調色したｌｅｄベース照明モジュール - Google Patents

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Abstract

視覚一致色空間に基づいて、ＬＥＤを用いない光源に対して視覚的に色整合されたＬＥＤベース照明モジュールが実現される。視覚的一致色空間が、ＬＥＤベース光源をＬＥＤに基づかない光源と機器的及び視覚的の両方において一致させるために用いられる。一態様では、ＬＥＤベース照明モジュールは、視覚一致色空間において所定の許容範囲内の目標色点を達成するために実現される。別の態様では、ＬＥＤベース照明モジュールは、ＬＥＤに基づかない光源と視覚的に一致させるために実現される。CIE 1931 XYZ色空間における目標色点は、視覚的に一致したＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルに少なくとも部分的に基づいて生成される。前記生成された色点に基づいて、ＬＥＤに基づかない光源と視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールが実現される。
【選択図】図１９

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年８月２７日に出願された米国特許仮出願第１２／８７０，７３８号の優先権を主張するものであり、この出願はその全体が参照により本明細書に援用されるものとする。
（技術分野）
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明モジュールに関する。
CIE 1931 XYZ色空間は、様々な光源から放射された光を特徴付けるために広く用いられている。光源は、CIE 1931色空間から得られたそれらの色点に基づいて比較することができる。ＬＥＤを用いない光源に対する視感調色（目視調色）を実現するために、光源としてＬＥＤを用いる照明モジュールの改良が望まれている。
ＬＥＤに基づかない光源に対して視覚的に調色したＬＥＤベース照明モジュールを確実に製造するために、視覚的に一致する色空間に基づいたカラーターゲッティングを提示する。ＬＥＤに基づく光源をＬＥＤに基づかない光源に対して機器的及び視覚的の両方で一致させるために、視覚的一致色空間が用いられる。一態様では、ＬＥＤベース照明モジュールは、視覚的一致色空間において所定の許容範囲内に存在する目標色点を実現するように構成される。別の態様では、ＬＥＤベース照明モジュールは、ＬＥＤに基づかない光源と視覚的に一致するように構成され、視覚的に一致させたＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルに基づいてCIE 1931 XYZ色空間における目標色点が生成される。さらなる詳細及び実施形態及び技術は、以下の詳細な説明において説明する。この要約は、本発明を規定するものではない。本発明は、特許請求の範囲により規定されるものとする。
添付図面は本発明の実施形態を図示し、同様の番号は同様の構成要素を示す。
矩形の形状を有するＬＥＤベース照明モジュール１００を含む照明装置を示す図である。 円形の形状を有するＬＥＤベース照明モジュール１００を含む照明装置を示す図である。 図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の構成要素の分解図である。 図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の斜視断面図である。 図２に示した照明装置１５０の破断図である。 CIE 1931 XYZ色空間に基づく（ｘｙ）色度図である。 ＬＥＤモジュールの色点と、黒体曲線上の所定の目標色点を示す図である。 各々３０００Ｋを目標とする、ハロゲン光源及び、６個のＬＥＤベース照明モジュールを含むＬＥＤモジュール群のスペクトルを示す。 ハロゲンランプ及びＬＥＤベース照明モジュールの測定された（ｘｙ）色度座標を示す。 CIE 1931XYZ色空間及びハロゲン一致色空間における各三刺激値に関連する等色関数を示す。 ハロゲン一致色空間における、図７のハロゲン光源及び６個のＬＥＤベース照明モジュールを含むＬＥＤモジュール群の色点を示す。 CIE 1931色空間における、図７のハロゲン光源及び６個のＬＥＤベース照明モジュールを含むＬＥＤモジュール群の色点を示す。 ハロゲン一致色空間にプロットしたプランク軌跡及びプランク軌跡に基づく色目標を示す。 CIE 1931色空間における色目標を示す。 ハロゲン一致色空間にプロットしたＣＩＥイルミナントシリーズＤの軌跡及び色目標を示す。 CIE 1931色空間における色目標３０９を示す。 ＬＥＤベース照明モジュール１００の組み立てプロセスの一部を示すフローチャートである。 視覚的に一致する色空間においてＬＥＤベース照明モジュールを調節する方法６００を示す。 視覚的に一致する色空間においてＬＥＤベース照明モジュールを調節し、調節されたＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルを用いて、視覚的に一致しない第２の色空間で目標色点を決定する方法６１０を示す。 色調節を行うための少なくとも１つの選択可能な構成要素を含むＬＥＤベース照明モジュールを示す。
以下、本発明の背景の例及びいくつかの実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２は、２つの例示的な照明装置を示す。図１に示す照明装置は、矩形形状を有する照明モジュール１００を含む。図２に示す照明装置は、円形形状を有する照明モジュール１００を含む。これらの例は、説明目的のためのものである。一般的な多角形または楕円形の照明モジュールの例も考えられ得る。照明装置１５０は、照明モジュール１００と、リフレクタ１４０と、固定部材（light fixture）１３０とを含む。図示のように、固定部材１３０はヒートシンクである。また、固定部材１３０は、他の構造要素や装飾的要素（図示せず）を含み得る。リフレクタ（光反射器）１４０は、照明モジュール１００から放射された光を平行にしたり偏向させたりするために照明モジュール１００に取り付けられる。リフレクタ１４０は、アルミニウムまたは銅などの伝熱性材料から作製され、照明モジュール１００に熱的に接続される。熱は、照明モジュール１００及び伝熱性リフレクタ１４０を介した熱伝達によって流れる。熱はまた、リフレクタ１４０上での熱対流によって流れる。リフレクタ１４０は、高反射性材料から作製されたかまたは高反射性材料で被覆された複合放物面集光器であり得る。ディフューザやリフレクタ１４０などの光学要素は、例えばねじ、クランプ、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、照明モジュール１００に着脱自在に結合される。照明モジュール１００を含む照明装置１５０は、レトロフィットランプであり得る。
照明モジュール１００は、固定部材１３０に取り付けられる。図１及び図２に示すように、照明モジュール１００は、ヒートシンク１３０に取り付けられる。ヒートシンク１３０は、アルミニウムや銅などの伝熱性材料から作製され、照明モジュール１００に熱的に接続される。熱は、照明モジュール１００及び熱伝導性ヒートシンク１３０を介した熱伝達により流れる。熱はまた、ヒートシンク１３０上での熱対流によって流れる。照明モジュール１００をヒートシンク１３０に固定するために、照明モジュール１００はヒートシンク１３０にねじによって結合される。照明モジュール１００の取り外し及び再取り付けを容易にするために、照明モジュール１００は、例えばクランプ機構、ツイストロック機構または他の適切な手段によって、ヒートシンク１３０に着脱自在に結合される。照明モジュール１００は、例えば直接的にあるいはサーマルグリース、サーマルテープ、サーマルパッドまたはサーマルエポキシを用いてヒートシンク１３０に熱的に接続される少なくとも１つの熱伝達面を有する。ＬＥＤを十分に冷却するためには、実装基板上のＬＥＤに供給される電気エネルギー１ワットあたり、少なくとも５０平方ミリメートル、好ましくは１００平方ミリメートルの面積を有する熱接触領域を用いるべきである。例えば、２０個のＬＥＤを使用する場合、１０００ないし２０００平方ミリメートルの面積を有するヒートシンク接触領域を用いるべきである。より大きいヒートシンク１３０を用いると、ＬＥＤ１０２をより高い出力で駆動させることが可能になり、また、様々なヒートシンク設計が可能になる。例えば、いくつかの設計は、ヒートシンクの配向に対する依存性が低い冷却能力を示し得る。加えて、照明モジュールから熱を除去するために、ファンまたは強制的に冷却するための他の手段が用いられ得る。底部ヒートシンクは、照明モジュール１００への電気的接続を可能にするための開口部を有し得る。
図３Ａは、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の構成要素を示す分解図である。本明細書で定義するように、ＬＥＤベース照明モジュールは、単なるＬＥＤではなく、ＬＥＤを光源として用いる照明装置または照明設備、あるいはそれらの構成部品であることを理解されたい。ＬＥＤベース照明モジュール１００は、１若しくは複数のＬＥＤダイまたはパッケージ化されたＬＥＤと、それらが実装される実装基板とを含む。ＬＥＤベース照明モジュール１００は、実装基板１０４上に実装された１若しくは複数の固体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２を含む。実装基板１０４は、取付台１０１に取り付けられ、実装基板保持リング１０３によって所定の位置に固定される。ＬＥＤ１０２を実装した実装基板１０４と実装基板保持リング１０３とを組み合わせることにより、光源サブアセンブリ１１５が構成される。光源サブアセンブリ１１５は、ＬＥＤ１０２を使用して、電気エネルギーを光に変換することができる。光源サブアセンブリ１１５から放射された光は、色混合または色変換のために光変換サブアセンブリ１１６へ導かれる。光変換サブアセンブリ１１６はキャビティ本体部１０５と出力窓１０８とを含み、任意選択で底部リフレクタ挿入体１０６及び側壁挿入体１０７の一方または両方を含む。出力窓１０８は、キャビティ本体部１０５の頂部に固定される。キャビティ本体部１０５は、該キャビティ本体部を光源サブアセンブリ１１５上に設置したときにＬＥＤ１０２から入射した光を出力窓１０８へ導くことができるような内部側壁を有する。任意選択で、底部リフレクタ挿入体１０６が実装基板１０４上に配置され得る。底部リフレクタ挿入体１０６は、該挿入体によって各ＬＥＤ１０２の光放射部分が遮られないように、複数の孔を有する。キャビティ本体部１０５を光源サブアセンブリ１１５上に設置したときに、ＬＥＤ１０２から入射した光を側壁挿入体１０７の内側面によって出力窓１０８へ導くことができるように、任意選択で、側壁挿入体１０７がキャビティ本体部１０５の内側に配置され得る。図示のように、キャビティ本体部１０５の内部側壁は、照明モジュール１００の上側から見ると矩形形状であるが、他の形状も考えられ得る（例えば、クローバ形状や多角形など）。加えて、キャビティ本体部１０５の内部側壁は、図示のように出力窓１０８に対して垂直に配向させるのではなく、実装基板１０４から出力窓１０８へ外向きにテーパさせてもよい。
図３Ｂは、図１に示したＬＥＤベース照明モジュール１００の断面斜視図である。この実施形態では、側壁挿入体１０７と、出力窓１０８と、実装基板１０４上に配置された底部リフレクタ挿入体１０６とにより、ＬＥＤ１０２から入射した光の一部を反射して出力窓１０８へ導くための光混合キャビティ１０９が、ＬＥＤベース照明モジュール１００内に画定される。出力窓１０８から出る前の光をキャビティ１０９内で反射させることにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光が混合され、光の分布がより均一になるという効果が得られる。キャビティ本体部１０５の内部側壁の一部、または任意選択で側壁挿入体１０７を、波長変換材料で被覆してもよい。さらに、出力窓１０８の一部を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。加えて、底部リフレクタ挿入体１０６の一部を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。これらの波長変換材料の光変換特性は、キャビティ１０９内での光混合と協働して、色変換された光を出力窓１０８から出力することができる。波長変換材料の化学的性質、あるいは、キャビティ１０９の内側面に形成されるコーティングの幾何学的性質（例えば、層の厚さ、蛍光体の粒子サイズ、蛍光体の組み合わせ、粒子密度）を調節することにより、出力窓１０８から出力される光の特定の色特性、例えば色点、色温度及び演色評価指数（ＣＲＩ）を指定することができる。
本明細書では、波長変換材料は、所定の色変換機能（例えば、或るピーク波長を有する光を吸収して他のピーク波長を有する光を放射する）を果たす任意の単一の化学化合物または互いに異なる複数の化学化合物の組み合わせである。
ＬＥＤ１０２から非固体物質中へ光が放射されることになるように、キャビティ１０９に非固体物質、例えば空気や不活性ガスなどが充填される。例えば、キャビティは密閉され、キャビティにアルゴンガスが充填される。アルゴンガスの代わりに窒素を用いてもよい。別の実施形態では、キャビティ１０９に固体封止材料が充填される。例えば、キャビティにシリコーンが充填される。
複数のＬＥＤ１０２は、直接的な放射または蛍光体変換（例えば、ＬＥＤパッケージの一部としてのＬＥＤに蛍光体層が適用された場合）によって、互いに異なる色または同一の色を有する光を放射することができる。したがって、照明モジュール１００は、例えば赤色、緑色、青色、アンバー（琥珀色）、シアン（青緑色）などの有色ＬＥＤ１０２の任意の組み合わせを用いることができる。あるいは、複数のＬＥＤ１０２の全てが、同じ色の光を生成するか、または白色の光を生成するようにしてもよい。例えば、複数のＬＥＤ１０２の全てが、青色光またはＵＶ光を放射するようにしてもよい。出力窓１０８の内側面若しくは外側面、キャビティ本体部１０５の内部側壁、またはキャビティ内に配置される他の構成部品（図示せず）に適用される蛍光体（または他の波長変換手段）と組み合わせて使用すると、照明モジュール１００の出力光が所望の色を有するようにすることができる。
実装基板１０４は、それに実装されたＬＥＤ１０２の電源（図示せず）への電気的接続を提供する。一実施形態では、ＬＥＤ１０２は、フィリップス・ルミレッズ・ライティング社（Philips Lumileds Lighting）製のルクシオン・レベル（Luxeon Rebel）などのパッケージ化されたＬＥＤである。別のタイプのパッケージ化されたＬＥＤ、例えば、ＯＳＲＡＭ社（Ostar package）、ルミナス・デバイセズ社（Luminus Devices；米国）、Cree社（米国）、日亜工業（日本）、またはトリドニック社（Tridonic；オーストリア）により製造されたパッケージ化されたＬＥＤなどを使用してもよい。本明細書で定義するように、パッケージ化されたＬＥＤは、ワイヤボンド接続部やスタッドバンプなどの電気接続部を含み、場合によっては光学素子や熱的、機械的または電気的インターフェースを含み得る、１若しくは複数のＬＥＤダイのアセンブリである。ＬＥＤ１０２は、ＬＥＤチップ上にレンズを含み得る。あるいは、レンズを含まないＬＥＤを使用してもよい。レンズを含まないＬＥＤは保護層を含み得、保護層には蛍光体が含まれ得る。蛍光体は、バインダ中に分散させた状態で適用するか、または別体をなすプレートとして適用することができる。各ＬＥＤ１０２は、サブマウント上に実装され得る少なくとも１つのＬＥＤチップまたはダイを含む。ＬＥＤチップは、一般的に、約１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍのサイズを有するが、この寸法は変更可能である。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ１０２は複数のチップを含み得る。複数のチップは、同系色または互いに異なる色（例えば、赤色、緑色、青色）の光を放射することができる。加えて、同一サブマウント上の互いに異なるＬＥＤチップに、互いに異なる蛍光体層を適用してもよい。サブマウントは、セラミックまたは他の適切な材料から構成され得る。サブマウントは一般的に、その底面に、実装基板１０４に設けられた接続部に接続される電気接触パッドを有する。あるいは、電気接続ワイヤを使用して、ＬＥＤチップを実装基板に電気的に接続してもよい。電気接触パッドに加えて、ＬＥＤ１０２は、サブマウントの底面に、ＬＥＤチップで生成された熱を排出するための熱接触領域を有し得る。ＬＥＤの熱接触領域は、実装基板１０４上に設けられた熱拡散層に結合される。熱拡散層は、実装基板１０４の頂部層、底部層または中間層のいずれかに設けることができる。熱拡散層は、前記頂部層、底部層または中間層のいずれかを接続するビアを介して接続され得る。
いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２で生成された熱を、実装基板１０４の側部及び底部へ伝達する。一例では、実装基板１０４の底部は、取付台１０１を介してヒートシンク１３０（図１及び図２に示す）に熱的に接続される。別の例では、実装基板１０４は、ヒートシンク（固定部材）及び／または他の放熱機構（例えばファンなど）に直接的に接続される。いくつかの実施形態では、実装基板１０４は、熱を、実装基板１０４の上面に熱的に接続されたヒートシンクへ伝達する。例えば、実装基板保持リング１０３及びキャビティ本体部１０５は、実装基板１０４の上面から熱を放出することができる。実装基板１０４は、熱接触領域としての役割を果たす、例えば３０μｍないし１００μｍの比較的厚い銅層が上面及び底面上に形成された厚さ０．５ｍｍのＦＲ４基板であり得る。別の例では、実装基板１０４は、適切な電気接続部を有するメタルコアプリント基板（ＰＣＢ）またはセラミック製サブマウントであり得る。アルミナ（セラミック形態の酸化アルミニウム）製または窒化アルミニウム（同様にセラミック形態）製の他のタイプの基板を使用してもよい。
実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２の電気パッドに接続される電気パッドを有する。実装基板の電気パッドは、ワイヤ、ブリッジまたは他の外部電源が接続される電気接続部に、金属（例えば銅）製の配線によって電気的に接続される。いくつかの実施形態では、実装基板の電気パッドは実装基板１０４を貫通して配置されたビアであり、電気接続部は実装基板の反対側すなわち実装基板の底部に設けられる。実装基板１０４は、図示のように、矩形形状を有する。実装基板１０４に実装されるＬＥＤ１０２は、矩形形状の実装基板１０４上に様々な形態で配置することができる。一例では、ＬＥＤ１０２は、実装基板１０４の長さ方向及び幅方向に行列状に配置される。別の例では、ＬＥＤ１０２は、六角形状の最密充填形態で配置される。この配置形態では、各ＬＥＤは、それに隣接する各ＬＥＤから互いに等距離に位置する。この配置形態は、光源サブアセンブリ１１５から放射される光の均一性及び効率を向上させるのに好適である。
図４は、図２に示した照明装置１５０の破断図である。リフレクタ１４０は、照明モジュール１００に着脱自在に結合される。リフレクタ１４０は、照明モジュール１００にツイストロック機構によって結合される。リフレクタ１４０は、該リフレクタをリフレクタ保持リング１１０に形成された開口部を通じて照明モジュール１００に接触させることによって、照明モジュール１００と整列される。リフレクタ１４０は、該リフレクタを光学軸（ＯＡ）を中心にして係合位置まで回転させることによって、照明モジュール１００に結合される。係合位置では、リフレクタ１４０は、実装基板保持リング１０３とリフレクタ保持リング１１０との間に挟まれ保持される。係合位置では、互いに接合したリフレクタ１４０の熱界面１２３と実装基板保持リング１０３との間に界面圧が生成される。このようにして、ＬＥＤ１０２で生成された熱は、実装基板１０４、実装基板保持リング１０３及び熱界面１２３を介して、リフレクタ１４０へ伝達される。加えて、リフレクタ１４０と保持リング１０３との間に、複数の電気的接続部を形成してもよい。
照明モジュール１００は、電気インターフェースモジュール（ＥＩＭ）１２０を含む。図示のように、ＥＩＭ１２０は、保持クリップ１３７によって、照明モジュール１００に着脱自在に取り付けられる。別の実施形態では、ＥＩＭ１２０は、該ＥＩＭ１２０を実装基板１０４に接続する電気的接続部によって、照明モジュール１００に着脱自在に取り付けられる。ＥＩＭ１２０は、例えばねじ固定具、リベット、スナップ嵌合式コネクタなどの他の固定手段によって、照明モジュール１００に取り付けることもできる。図示のように、ＥＩＭ１２０は、照明モジュール１００のキャビティ内に配置される。このように、ＥＩＭ１２０は照明モジュール１００内に収容され、かつ照明モジュール１００の底部側からアクセス可能である。別の実施形態では、ＥＩＭ１２０は、少なくも部分的に固定部材１３０内に配置され得る。ＥＩＭ１２０は、固定部材１３０から照明モジュール１００へ電気信号を伝達する。電気コネクタ１３３において、導線１３２が固定部材１３０に接続される。例として、電気コネクタ１３３は、ネットワーク通信用途において一般的に使用される絶縁ジャック（ＲＪ）コネクタであり得る。別の例では、導線１３２は、ねじやクランプによって固定部材１３０に結合され得る。別の例では、導線１３２は、着脱自在なスリップ嵌合式電気コネクタによって固定部材１３０に結合され得る。コネクタ１３３は導線１３４に結合される。導線１３４は、ＥＩＭ１２０に設置された電気コネクタ１２１に着脱自在に結合される。同様に、電気コネクタ１２１は、ＲＪコネクタまたは任意の適切な着脱自在な電気コネクタであり得る。コネクタ１２１は、ＥＩＭ１２０に固定的に設置される。電気信号１３５が、導線１３２、電気コネクタ１３３、導線１３４、電気コネクタ１２１を介してＥＩＭ１２０へ伝達される。電気信号１３５には、電力信号及びデータ信号が含まれ得る。ＥＩＭ１２０は、電気信号１３５を、電気コネクタ１２１からＥＩＭ１２０に設けられた適切な電気接触パッドへ伝達する。例えば、ＥＩＭ１２０内の導電体１３９により、コネクタ１２１をＥＩＭ１２０の上面に設けられた接触パッド１３１に接続する。図示のように、ばねピン１２２によって、接触パッド１３１が実装基板１０４に着脱自在に接続される。ばねピン１２２は、ＥＩＭ１２０の上面に設置された接触パッド１３１を、実装基板１０４の接触パッドに接続する。このようにして、電気信号は、ＥＩＭ１２０から実装基板１０４へ伝達される。実装基板１０４は、ＬＥＤ１０２を実装基板１０４の接触パッドに適切に接続するための導電体を含む。このことにより、電気信号は、実装基板１０４から適切なＬＥＤ１０２へ伝達される。ＥＩＭ１２０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、メタルコアＰＣＢ、セラミック基板、または半導体基板から構成することができる。アルミナ（セラミック形態の酸化アルミニウム）または窒化アルミニウム（同様にセラミック形態）から作製された他のタイプの基板を使用してもよい。ＥＩＭ１２０は、インサート成形された複数の金属導電体を含むプラスチック部品として構成することもできる。
取付台１０１は、固定部材１３０に着脱自在に結合される。図示した例では、固定部材１３０は、ヒートシンクとしての役割を果たす。取付台１０１及び固定部材１３０は、熱界面１３６において互いに結合される。照明モジュール１００を固定部材１３０に結合させたとき、取付台１０１の一部と固定部材１３０の一部とが熱界面１３６において互いに接触する。このことにより、ＬＥＤ１０２で生成された熱を、実装基板１０４、取付台１０１及び熱界面１３６を介して、固定部材１３０へ伝達することができる。
照明モジュール１００を取外すまたは再取り付けを行うときは、照明モジュール１００を固定部材１３０から脱離させた後、電気コネクタ１２１と導線１３４との接続を解除する。一例では、コネクタ１２１と導線１３４との接続を解除するために作業者が固定部材１３０と照明モジュール１００との間に手を入れることができるように、導線１３４の長さは、照明モジュール１００と固定部材１３０とを十分に離間させることができる長さにする。別の例では、コネクタ１２１は、照明モジュール１００を固定部材１３０から変位させることによってコネクタ１２１と導線１３４との接続を解除することができるように構成される。別の例では、導線１３４は、ばねで負荷をかけたリールに巻かれる。この場合、前記リールから導線１３４送り出して導線１３４の長さを延ばすことによりコネクタ１２１の接続または接続解除を行うことができ、その後、ばねで負荷をかけたリールを動作させることにより前記リールに導線１３４を巻き取ることができる。
光混合キャビティ１０９の２以上の波長変換要素が互いに異なる波長変換特性を有することにより、本発明のＬＥＤベース照明モジュール１００は、所定のすなわち目標とする色点を高精度で生成することができる。
図５は、CIE 1931 XYZ色空間に基づいた（ｘｙ）色度図を示す。CIE 1931色空間は、３つの等色関数に基づいている。３つの三刺激値により、CIE 1931 XYZ色空間が三次元色空間として表される。各等色関数は、下記の数式（１）に示すように、所定のスペクトルＳ（λ）を前記３つの三刺激値Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれに関連付ける。
Figure 2013536564
図５の（ｘｙ）色度図は、輝度を無視して、三次元CIE 1931 XYZ色空間を２次元空間（ｘｙ）に投影したものである。各色座標（ｘｙ）は、下記の数式（２）に示すように、３つの三刺激値の関数として表すことができる。
Figure 2013536564
CIE 1931 XYZ色空間を単純に投影変換したものである別の色空間も存在する。例えば、CIE 1960均一色スケール（CIE 1960 UCS）及びCIE 1976均一色スケール（CIE 1976 UCS）の両方は、CIE 1931 XYZ色空間を単純に変換したものである。CIE 1960 UCSは、下記の数式（３）に示すように、二次元色度（ｕｖ）を３つの三刺激値の関数として表す。
Figure 2013536564
CIE 1976 UCSは、下記の数式（４）に示すように、二次元色度（ｕ´ｖ´）を３つの三刺激値の関数として表す。
Figure 2013536564
CIE 1960 UCS色空間は、一般的に、均一な色度を表示するCIE 1976 UCS空間に取って代わられた。しかし、CIE 1960 UCS色空間は、相関色温度（ＣＣＴ）の等温線が黒体軌跡に対して垂直に整列されているので、色度の表示には依然として便利である。CIE 1960 UCS色度図では、差異の程度は、或るＣＣＴ線に沿った、光源によって生成された光の色点と黒体軌跡との間の距離である。CIE 1960 UCS色度図では、差異の程度は、Δｕｖの単位で表される。したがって、白色光源の色点は、ＣＣＴ値及びΔｕｖ値（すなわち、CIE 1960色度空間において測定された黒体曲線に対する差異の程度）として表すことができる。したがって、ＬＥＤベース照明モジュール１００から出力された光の色の仕様は、所定の許容範囲内のＣＣＴ値及び所定の許容範囲内のΔｕｖ値として表すことができる。図６は、CIE 1960色度図において、黒体曲線（黒体軌跡ともよばれる）４００を水平軸に対して平行にプロットし、Δｕｖの単位を垂直軸に沿ってプロットしたものである。目標色点２５６〜２５８が例示的な色点として示されている。目標色点に対する差異の程度は、Δｕｖを単位にして表す。光源の色点が所定の目標色点と著しく異なる場合、光の色は所望する色とは違って見える。さらに、例えばアクセント照明やディスプレイなどにおいて複数の光源が互いに近接して配置されている場合は色の差異がわずかであっても目立つため、このような色の差異は望ましくない。
目標色点に近い光を生成する光源を製造することが望ましい。例えば、一般照明の用途に使用する場合、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、特定の相関色温度（ＣＣＴ）を有する白色光を生成することが望ましい。ＣＣＴは、黒体放射体の色温度に関連しており、一般照明の用途では、２７００Ｋないし６０００Ｋの色温度が一般的に有用である。より高い色温度は、青みがかった色をしているので、「冷たい（cool）」と見なされ、より低い色温度は、黄赤色の色をより多く含むので「暖かい（warm）」と見なされる。例えば、多くの場合は、黒体曲線上の２７００Ｋ、３０００Ｋ、３５００Ｋ、４０００Ｋ、４２００Ｋ、５０００Ｋ、６５００ＫのＣＣＴが望ましい。別の例では、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光は、ＣＩＥイルミナントシリーズ（illuminant series）Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦのどれかを目標にすることが望ましい。
図５に示すように、CIE 1931色空間における黒体放物体の色度は、曲線２００で表される。この曲線は、プランク軌跡（黒体曲線）とも呼ばれる。理想的には、光源は、黒体曲線２００上の目標色点を有する光を生成する。しかし実際は、とりわけＬＥＤ光源を用いる場合は、現行の方法を用いて製造されたＬＥＤ光源の光出力は精密に制御することができないため、ＬＥＤ光源によって黒体曲線２００上の目標色点を有する光を生成することは困難である。通常は、光源で生成された光の色点と、黒体曲線２００上の目標色点との間にはいくらかの距離が存在し、この距離は、黒体曲線２００上の目標色点に対する差異の程度として知られている。
ＬＥＤは通常、製造後に、そのスペクトラルパワー分布に由来する様々な特性に基づいてビンコードが付けられる（binned）。ＬＥＤのコストは、ビン（bin）のサイズ（分布）によって決定される。例えば、特定のＬＥＤは、そのピーク波長の値に基づいてビンコードが付けられる。ＬＥＤのピーク波長は、そのスペクトラルパワー分布の大きさが最大となる波長である。ピーク波長は、青色ＬＥＤのスペクトラルパワー分布のカラーアスペクト（color aspect）を特徴付けるための一般的な尺度である。ＬＥＤをそのスペクトラルパワー分布（例えば、主波長、ｘｙ色点、ｕｖ色点など）に基づいてビンコード付けするために、様々な他の尺度も一般的に用いられる。青色ＬＥＤは一般的に、５ナノメートルのピーク波長範囲のビン（bin）で販売するように分類される。
上述したように、ＬＥＤベース照明モジュール１００は、複数のＬＥＤ１０２が有する基板１０４を含む。複数のＬＥＤ１０２を実装した基板１０４は、特定のスペクトラルパワー分布を有する光を生成することができる。このスペクトラルパワー分布のカラーアスペクトは、その重心波長（centroid wavelength）によって特徴付けることができる。重心波長は、スペクトラルパワー分布の半分の領域が重心波長未満の波長からの寄与に基づいており、スペクトラルパワー分布の残りの半分の領域が重心波長よりも大きい波長からの寄与に基づいている波長である。複数の基板を用いる場合は、重心波長の標準偏差を計算する。いくつかの製造例では、スペクトラルパワー分布が互いにほぼ一致するように注意深く選択されたＬＥＤを実装するか、または特定のビン（small bin）からのＬＥＤを使用する場合、複数の基板の重心波長の標準偏差は、０．１ｎｍ未満であり得る。当然ながら、重心波長の標準偏差が約０．１ｎｍ未満の基板を製造する場合は、コストが大幅に増加する。別の例では、複数の基板の重心波長の標準偏差は０．５ｎｍ未満であり得る。さらに別の例では、複数の基板の重心波長の標準偏差は２．０ｎｍ未満であり得る。
本発明のＬＥＤベース照明モジュール１００は、幅広いスペクトラルパワー分布を有するＬＥＤを実装しても、所定の許容範囲内の目標色点を実現することができる。さらに、スペクトラルパワー分布が互いに異なる（例えば、重心波長の標準偏差が大きい）１以上のＬＥＤを各々有する複数のＬＥＤモジュール１００であって、ＬＥＤモジュール同士の色点が互いにほぼ一致し、かつ前記色点の一致が所定の許容範囲内に存在するＬＥＤモジュールを製造することができる。したがって、より安価なＬＥＤを使用することができる。光混合キャビティ１０９の２以上の波長変換要素を用いることにより、ＬＥＤベース照明モジュール１００から放射される光の色点を正確に制御することができる。例えば、ＬＥＤベース照明モジュール１００の組み立て時に、２以上の波長変換要素をその波長変換特性及びＬＥＤ１０２により生成される光のスペクトラルパワー分布に基づいて選択することによって、出力窓１０８から出射される光が、目標色点に対して所定の許容範囲内の色点を有するようにすることができる。ＬＥＤベース照明モジュール１００の波長変換要素は、０．００９ないし０．００３５、または必要に応じてより小さい値（例えば０．００２）の所望する差異の程度Δｕ´ｖ´が得られるように選択することができる。
図１６は、ＬＥＤベース照明モジュール１００の組み立てプロセスの一部を説明するためのフローチャートである。図１６に示すように、波長変換特性が互いに異なる複数の波長変換要素を製造する（５０２及び５０４）。所望であれば、波長変換要素は、ＬＥＤベース照明モジュール１００を構成する構成要素から、または、ＬＥＤベース照明モジュール１００を構成する構成要素に対して波長変換要素を提供する外部構成要素から製造され得る。例えば、波長構成要素に含まれる波長変換材料の濃度及び／または厚さを変更することによって、波長変換特性が互いに異なる複数の波長変換要素を製造することができる。波長変換材料の濃度及び／または厚さを変更することによって、（CIE 1960色度図における）差異の程度Δｕｖが０．００１未満の波長変換特性を有する波長変換要素を製造することができる。例えば、黄色波長変換材料の濃度及び／または厚さが互いに異なる複数の出力窓１０８を製造することができる。同様に、赤色波長変換材料の濃度及び／または厚さが互いに異なる複数の側壁挿入体１０７（または底部リフレクタ挿入体１０６）を製造することができる。所望に応じて、組成は互いに同一だが、濃度及び／または厚さが互いに異なる波長変換材料を、各構成要素（例えば側壁挿入体１０７または出力窓１０８）に使用することもできる。加えて、組成が互いに異なる複数の波長変換材料を使用することもでき、例えば、様々な波長変換材料からなる様々な混合物を使用することもできる。例えば、側壁挿入体１０７は、赤色蛍光体と黄色蛍光体の比率が互いに異なり、かつ、それらの濃度及び／または厚さが互いに同一のまたは互いに異なる波長変換材料で被覆してもよい。同様に、構成要素の別個の領域を、互いに異なる波長変換材料で被覆することもできる。さらに、濃度及び厚さは同じであるが、被覆領域の面積が互いに異なるようにすることもでき、例えば、側壁挿入体の非被覆部分の面積が互いに異なるようにすることもできる。
前記複数の波長変換要素の波長変換特性を測定する（５０６及び５０８）。波長変換要素を、既知のスペクトラルパワー分布及び色点を有する光を生成する光源（例えばＬＥＤ１０２を実装した基板１０４）を含む試験装置上に配置する。試験装置上に複数の波長変換要素を互いに離間させて配置し、例えばスペクトラルメータや積分球を使用して色点シフトを測定する。所望であれば、二色性フィルタを使用して強度測定を行ってもよい。あるいは、積分球測定に加えてまたはその代わりに、色度計（例えば、コニカミノルタ社製のＣＬ−２００色度計）を使用してもよい。各構成要素について測定した波長変換特性を記録する。構成要素の波長変換特性は、自己参照測定法を用いて測定してもよい。例えば、ＬＥＤ１０２及び測定される構成要素の全スペクトラルパワー分布によって生成された色点を、波長変換光を含まないスペクトラルパワー分布によって生成された色点と比較することにより、自己参照Δｕｖ値を得ることができる。
波長変換要素による色点シフトを、図５のCIE 1931色度図に示す。４４５ｎｍの青色光を生成するテスト光源の色点を、図中に点２１０で示す。例えば側壁挿入体１０７に含まれる波長変換材料によって生成された色点を点２２０で示す（６３０ｎｍの主波長に相当する）。側壁挿入体１０７及びテスト光源によって生成された色点シフトは、ドット線２２２に沿ったものであり、シフト量は、光混合キャビティ１０９の形状や、側壁挿入体１０７に含まれる波長変換材料の厚さ及び／または濃度に依存する。一例として、側壁挿入体１０７の１つとテスト光源によって生成した色点を点２２４で示し、側壁挿入体１０７を使用しないでテスト光源だけによって生成した色点（点２１０）からのシフト量Δｘｙを線２２６で示す。
出力窓１０８に含まれる波長変換材料によって生成された色点を点２３０で示す（５７０ｎｍの主波長に相当する）。テスト光源及び出力窓１０８によって生成された色点シフトは、ドット線２３２に沿ったものであり、シフト量は、出力窓１０８に含まれる波長変換材料１３２の厚さ及び／または濃度に依存する。一例として、出力窓１０８の１つとテスト光源によって生成した色点を点２３４で示し、出力窓１０８を使用しないでテスト光源だけによって生成した色点（点２１０）からのシフト量Δｘｙを線２３６で示す。所望であれば、組成が互いに異なる複数の波長変換材料を含む波長変換要素を使用することもでき、このような波長変換要素は、波長変換材料によって生成される色点を変更して、色点シフトに勾配をつけることができる（矢印２４０で示す）。
一般的に、ＬＥＤによって、スペクトラルパワー分布は互いに異なる。例えば、４５２ｎｍの青色光を生成するとされているＬＥＤは、通常は、４５０ｎｍないし４５５ｎｍまたはそれ以上の範囲の光を生成する。別の例では、青色光を生成するとされているＬＥＤは、４４０ｎｍないし４７５ｎｍの範囲の光を生成する。この例では、ＬＥＤ間のスペクトラルパワー分布は、互いに８％程度異なる。そのため、各ＬＥＤベースモジュール１００について、組み立てプロセス時に、ＬＥＤ１０２のスペクトラルパワー分布及び／または色点を測定する（図１６の５１０）。ＬＥＤ間のスペクトラルパワー分布の差異は、互いに一致するかつ正確な色点を有するＬＥＤベース光源の製造が困難である理由の１つである。しかし、本発明のＬＥＤベース照明モジュール１００は、個々に選択可能な波長変換特性を有する２以上の波長変換要素を含んでいるので、ＬＥＤ１０２のスペクトラルパワー分布の差異が大きい場合でも、適切な波長変換特性を有する構成要素を選択することにより、所定の許容範囲内（例えば目標色点からのΔｕ´ｖ´が０．００３５未満）の色点を生成することができる。目標色点は、例えば黒体曲線上の２７００Ｋ、３０００Ｋ、４０００Ｋ、または他の色温度のＣＣＴであり得るか、あるいは目標色点は黒体曲線上に存在しない。
図６は、ＬＥＤモジュールの色点と、CIE 1960色度図における黒体曲線上の所定の目標色点を示す図であり、水平軸はＣＣＴを表し、垂直軸は黒体曲線４００に対する差異の程度（Δｕｖ）を表す。目標色点は、例えば、黒体曲線４００上の４０００Ｋ、３０００Ｋ及び２７００Ｋであり得る。所望であれば、黒体曲線４００上に存在しない他の目標ＣＣＴまたは色点を用いることもできる。図６では、各目標色点に対する所定の許容範囲を四角形で示す。例えば、４０００Ｋの目標色点は±９０Ｋの差異の程度を、３０００Ｋの目標色点は±５５Ｋの差異の程度を、２７００Ｋの目標色点は±５０Ｋの差異の程度を有する。ＣＣＴについてのこのような所定の許容範囲は、黒体曲線上の各目標色点を中心とする２ステップマクアダム楕円（two step MacAdam ellipse）内に存在する。各ＣＣＴの黒体曲線に対する差異の程度Δｕｖの所定の許容範囲は、±０．００１である。この例では、Δｕｖは、黒体曲線４００の上側に０．００１の距離の差異を有し（正の許容範囲値＋０．００１として表される）、黒体曲線４００の下側に０．００１の距離の差異を有する（負の許容範囲値−０．００１として表される）。このΔｕｖの所定の許容範囲は、黒体曲線上の各目標色点を中心とする１ステップマクアダム楕円内にある。図６に示したＣＣＴ及びΔｕｖの所定の許容範囲は、２ステップマクアダム楕円内に含まれ、また、０．００３５のΔｕ´ｖ´の許容範囲内にも含まれる。図示した目標色点に対する許容範囲内に存在する色点は、互いに近接しているので、それらの光源を並べて見た場合でも、ほとんどの人は色差を区別することができない。
この色度図は、参照目的のために、３０００ＫのＣＣＴ上を中心とする２つの色線を示している。一方の線４０２は、第１の波長変換材料によって生成される色点シフトに相当する。この例では、色線４０２は、出力窓１０８上に被覆された黄色蛍光体である。色線４０４は、第２の波長変換材料によって生成される色点シフトに相当する。この例では、色線４０４は、側壁挿入体１０７上に被覆された赤色蛍光体である。色線４０２は、黄色蛍光体によって生成された光の色点シフト方向を示す。色線４０４は、赤色蛍光体によって生成された光の色点シフト方向を示す。第１の波長変換材料及び第２の波長変換材料は、それらの色点シフト方向が互いに平行にならないように選択される。黄色蛍光体のシフト方向と赤色蛍光体のシフト方向とが互いに平行でないので、ＬＥＤモジュール１００から放射された光の色点シフト方向を自由に設定することができる。このことは、前述したように、各蛍光体の厚さ及び／または濃度を適切に選択することによって実現することができる。一例として、小さな点４１２、４１４、４１６及び４１８は、互いに異なる波長変換要素を用いて或るＬＥＤベース照明モジュール１００によって生成した色点を図示する。例えば、点４１２は、或る組み合わせの波長変換要素を有するＬＥＤベース照明モジュール１００によって生成した色点を示す。別の出力窓１０８を選択することにより、ＬＥＤモジュール１００の色点４１２を点４１４へシフトさせることができる。図から分かるように、点４１２から点４１４への色点のシフトは、色線４０２に対して平行である。別の側壁挿入体１０７を選択すると、点４１６によって示される色点を生成することができる。点４１４から点４１６への色点のシフトは、色線４０４に対して平行である。点４１６は３０００Ｋの目標色点の範囲内であるが、出力窓１０８を交換して色点を改善することによって、点４１８で示される色点を生成することができる。点４１６から４１８への色点のシフトは、色線４０２に対して平行である。出力窓１０８を再び交換すると、ＬＥＤベース照明モジュール１００の色点が色線４０２に沿ってシフトされ、黒体曲線上の３０００Ｋの目標色点の所定の許容範囲内に良好に位置する大きな点４２０で示される色点が生成される。
上述したような所与の色空間内での正確なカラーターゲティング（color targeting）に加えて、カラーターゲティングが行われる色空間は、互いに異なる技術の光源間の視覚的に識別可能な色差を最小限に抑えるのに重要な役割を果たす。例えば、図７は、３０００Ｋのハロゲン光源と、各々３０００Ｋの６個のＬＥＤモジュールのセットのスペクトルを示す。両光源は、CIE 1931色空間において、機器的にはほぼ一致するが、視覚的には一致しない。図８は、ハロゲンランプ及びＬＥＤベース照明モジュールの測定された色点を示す。両光源は、３０００Ｋ±５０Ｋの等温線と、０．０１の最大Δｕｖの線とで囲まれた色目標ウィンドウ内に存在する。もし、両光源がＬＥＤベース照明モジュールであれば、これらの２つのモジュールは、視覚的には区別できないであろう。さらに、両光源がハロゲンランプであったとしても、両光源は視覚的に区別できないであろう。しかし、CIE 1931色空間に関連する等色関数は、様々なスペクトルを有する光源の色度を正確に表さない。図７に示すように、ハロゲンランプのスペクトルと、ＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルは互いに非常に異なる。ハロゲンランプは、広帯域のスペクトル応答を示すが、ＬＥＤベース照明モジュールは赤色、黄色、青色の波長範囲において一連のピークを示す。CIE 1931XYZ色空間のこの欠点に起因して、ＬＥＤベースでない光源に機器的に一致するＬＥＤベース光源は、視覚的には一致しない傾向にある。このことは、CIE 1931XYZ色空間は、幅広く異なる発光スペクトルを有する光源から放射された光の知覚色を正確に表すことができないことを示す。さらに、このことにより、ＬＥＤなどの半導体技術に基づかない光源（例えば、ハロゲン、水銀アーク、キセノン、金属ハロゲン化物、高輝度放電、白熱球など）と色が一致すると知覚される光を生成するＬＥＤベース光源の信頼できる製造について問題が生じる。ＬＥＤベース照明モジュールをＬＥＤに基づかない光源に対して機器的及び視覚的の両方で一致させるために、視覚的一致色空間（visually matched color space）が用いられる。視覚的一致色空間では、ＬＥＤベース照明モジュールから放射された目標色点の光は、同じ目標色点を有する半導体技術に基づかない目標光に対して視覚的に一致する。このように、ＬＥＤベース光源と、半導体技術に基づかない目標光は、視覚的にも機器的にも互いに一致し得る。
図９は、CIE 1931XYZ色空間における各三刺激値に関連する等色関数を示す。加えて、例として、ＬＥＤベース光源をハロゲンランプに視覚的及び機器的の両方において一致させるように作られた視覚的一致色空間に関連する等色関数も示されている。一例では、ハロゲン一致色空間（halogen matched color space）に関連する等色関数（ＣＭＦ´Ｘ、ＣＭＦ´Ｙ、ＣＭＦ´Ｚ）は、参照により本明細書に援用されるＣＩＥのブダペスト中間総会で発表されたPeter Csuti及びJanos Schandaによる論文「A Better Description of Metameric Experience of LED Clusters」により完全に説明されている。ハロゲン一致色空間においてＬＥＤベース照明モジュールをハロゲン光源に機器的に一致させることにより、ＬＥＤベース照明モジュールをハロゲン光源と視覚的に一致するように調節することができる。類似した方法では、ＬＥＤベース照明モジュールをハロゲン光源または半導体技術に基づかない任意の別の光源に、視覚的及び機器的の両方で一致させるための等色関数を生成することができる。
ハロゲン一致色空間は、３つの等色関数（ＣＭＦ´Ｘ、ＣＭＦ´Ｙ、ＣＭＦ´Ｚ）に基づいている。この３つの三刺激値（Ｘ´、Ｙ´、Ｚ´）は、ハロゲン一致色空間を３次元色空間として表す。各等色関数は、下記の数式（３）に示すように、所定のスペクトルＳ（λ）を、前記３つの三刺激値（Ｘ´、Ｙ´、Ｚ´）のそれぞれに関連付ける。
Figure 2013536564
ハロゲン一致色空間の色度図は、輝度を無視して、三次元のハロゲン一致色空間を２次元空間（ｘ´ｙ´）に投影したものである。各色座標（ｘ´ｙ´）は、下記の数式（４）に示すように、前記３つの三刺激値の関数として表すことができる。
Figure 2013536564
図１０は、ハロゲン一致色空間において評価した、図７のハロゲン光源３０１及び６個のＬＥＤベース照明モジュールを含むＬＥＤモジュール群３０２の色点を示す。ＬＥＤ群３０２の各ＬＥＤベース光源は、ハロゲン光源３０１と視覚的に一致する。視覚的一致を判断するための様々な実験的な方法が存在する。一例では、正常色覚を有する人のグループにより、ハロゲン光源とＬＥＤベース光源を観察し、両光源間に光色の差異が存在するか否かを判断する。前記ＬＥＤモジュール群の各人の相対的な色の観察結果が互いに一致しないことが始まったとき、前記２つの光源が視覚的に一致すると判断される。個々の観察者の間で前記２つの光源間の相対的な色差に関する全体的な同意が存在しない時点で、視覚的一致が実現される。個人によって色を異なって知覚するため、個人間の全体的な不一致は、２つの光源間の色差が無視できる程度であり、知覚された差異は、比較された２つの光源ではなく、個人間での知覚感度が互いに異なることが主原因であることを示す。別の例では、色の差異が、実験によって設定された色の最小可知差異（just noticeable difference）未満である場合に、両光源が視覚的に一致すると判断される。
図１０はまた、前記視覚一致色空間における色目標３０４を示す。上述したように、前記ＬＥＤモジュール群の各ＬＥＤモジュールは、色目標３０４の範囲内の色点を実現すべく調節することができる。色目標３０４は、様々な方法で設定することができる。例えば、色目標３０４は、ハロゲン一致色空間における、ハロゲン光源３０１の色点を中心にした円であり得る。いくつかの例では、色目標３０４は、０．００１〜０．００４の差異の程度Δｘ´ｙ´によって特徴付けられた直径を有する円であり得る。一例では、前記直径は、０．００２の差異の程度Δｘ´ｙ´である。前述したように、色目標３０４は、所定のＣＣＴを示す線と、プランク軌跡に対する所定の差異の程度を示す線によって囲まれた範囲である。図示した例では、色目標３０４は、第１の側が、ハロゲン光源３０１のＣＣＴよりも５０Ｋ低い線で、第２の側が、ハロゲン光源３０１のＣＣＴよりも５０Ｋ高い線で、第３の側が、ハロゲン光源に対する差異の程度Δｕｖが該光源よりも０．００１高い線で、第４の側が、ハロゲン光源に対する差異の程度Δｕｖが該光源よりも０．００１低い線で囲まれた範囲である。前述したように、色目標３０４は、ハロゲン光源３０１の測定された色点を中心にしている。なお、色目標３０４は、ハロゲン一致色空間内の任意の他の所望する色点を中心にしてもよい。例えば、色目標３０４は、複数のハロゲン光源の色点の平均値に設定してもよい。６個のＬＥＤベース照明モジュールのうちの５個のモジュールは、色目標３０４の範囲内に収まり、かつ、色目標３０４の中心に位置するハロゲン光源に機器的に一致した。
図１１は、CIE 1931色空間で評価した、図７のハロゲン光源３０１及び、６個のＬＥＤベース照明モジュールからなるＬＥＤモジュール群３０２の色点をプロットしたものである。CIE 1931色空間とハロゲン一致色空間とは違うため、ハロゲン光源３０１の色点は、ＬＥＤベース照明モジュール群３０２の色点とは機器的に一致しない。しかし、ＬＥＤモジュール群３０２の各ＬＥＤベース照明モジュールは、ハロゲン光源３０１と視覚的に一致する。したがって、ＬＥＤベース照明モジュールとハロゲン光源とを、機器的及び視覚的の両方で一致させるために、それらの各色点を、CIE 1931色空間とは異なる等色関数から得たハロゲン一致色空間で測定する。
図１１はまた、CIE 1931色空間における、ＬＥＤベース照明モジュール群のうちの１つのＬＥＤモジュールの色点３０３を示す。色点３０３は、CIE 1931等色関数及び、前述した方程式（１）及び（２）に示したようなＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルに基づいて計算することができる。ＬＥＤベース照明モジュールはハロゲン光源と視覚的に一致するため、CIE 1931色空間において示されるこのＬＥＤモジュールの色点は、CIE 1931色空間における色目標３０５を設定するための基礎として用いることができる。色目標３０５は、様々な方法で設定することができる。例えば、色目標３０５は、CIE 1931色空間における、ＬＥＤベース照明モジュールの色点３０３を中心にした円であり得る。別の例では、色目標３０５は、プランク軌跡に対する所定の差異の程度を示す線と、所定のＣＣＴを示す線とで取り囲まれた多角形であり得る。別の例では、色目標３０５は、ハロゲン光源と視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールの色点の平均値を中心にしてもよい。
図１０に関して上述したように、ＬＥＤベース照明モジュールの色目標は、視覚一致色空間内で任意の光源の色点について設定することができる。加えて、図１１に関して上述したように、色目標は、CIE 1931色空間内で、任意の光源に対して視覚的に一致する測定されたＬＥＤベース光源について設定することもできる。加えて、色目標は、視覚一致色空間において、基準光源について設定することができる。また、色目標は、CIE 1931色空間内で、基準光源を模倣した光源と視覚的に一致する測定されたＬＥＤベース光源について設定することもできる。
図１２は、ハロゲン一致色空間にプロットしたプランク軌跡を示す。プランク軌跡上の色目標に基づく色目標３０６を、ハロゲン一致色空間内に設定することができる。一例では、色目標は、プランク軌跡に対する所定の差異の程度を示す線と、所定のＣＣＴを示す線によって取り囲まれた多角形に基づき得る。図示した例では、色目標３０６は、第１の側が、２９５０Ｋの線で、第２の側が、３０５０Ｋの線で、第３の側が、プランク軌跡に対する差異の程度Δｕｖが該軌跡よりも０．００１高い線で、第４の側が、プランク軌跡に対する差異の程度Δｕｖが該軌跡よりも０．００１低い線で取り囲まれている。図１２は、ＬＥＤベース照明モジュールの色点３０３と、ハロゲン光源の色点３０２とが両方とも規定の色目標３０６の範囲内にあることを示す。色点３０２及び３０３は両方ともハロゲン一致色空間において互いに機器的に一致し、かつ前記各光源は視覚的にも互いに一致する。
図１３は、CIE 1931色空間における色目標３０７を示す。色目標３０７内で構成したＬＥＤベース照明モジュールは、約３０００Ｋの黒体放射体を模倣したハロゲン光源と視覚的に一致する。CIE 1931色空間の色点３０３は、前述した方程式（１）及び（２）に従ってＬＥＤベース照明モジュールの既知のスペクトルに基づいて計算することができる。色目標３０７は、様々な方法で設定することができる。一例では、色目標３０７は、色目標３０６と同じ方法で規定することができ、CIE 1931色空間における色点３０３を中心にすることができる。別の例では、色目標３０７は、約３０００Ｋの黒体放射体を模倣したハロゲン光源と視覚的に一致する複数のＬＥＤベース照明モジュールの色点の平均値を中心にすることができる。CIE 1931色空間では、ハロゲン光源とＬＥＤベース光源は視覚的及び機器的の両方で一致しないので、CIE 1931色空間内でプランク軌跡に沿ってＬＥＤモジュールを構成しても、同じ色目標内でハロゲン光源と視覚的に一致する光源とはならない。
図１４は、ハロゲン一致色空間において、ＣＩＥイルミナントシリーズＤの軌跡をプロットしたものである。シリーズＤに基づく色目標３０８を、ハロゲン一致色空間内で設定することができる。一例では、色目標は、プランク軌跡に対する所定の差異の程度を示す線と、所定のＣＣＴを示す線で取り囲まれた多角形に基づき得る。図示した例では、色目標３０８は、第１の側が、４０３０Ｋの線で、第２の側が、４１７０Ｋの線で、第３の側が、シリーズＤの軌跡からの差異の程度が該軌跡よりも０．００１高い線で、第４の側が、シリーズＤの軌跡からの差異の程度が該軌跡よりも０．００１低い線で取り囲まれている。色点３１０は、約４１００ケルビンのシリーズＤイルミナントを模倣して構成したハロゲン光源に一致するＬＥＤベース照明モジュールの測定された色点である。この例では、ハロゲン光源は、エイコー社（EiKO Ltd.）製のものである。別の例では、ＬＥＤベース照明モジュールは、昼光に直接的に視覚的に一致するように構成することができる。
図１５は、CIE 1931色空間における色目標３０９を示す。色目標３０９の範囲内に構成されたＬＥＤベース照明モジュールは、約４１００ＫのシリーズＤイルミナントを模倣した非ＬＥＤベース光源と視覚的に一致する。視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールの色点３１０が、図１４のハロゲン一致色空間及び図１５のCIE 1931色空間において示されている。CIE 1931色空間の色点３１０は、前述した方程式（１）及び（２）に従って、ＬＥＤベース照明モジュールの既知のスペクトルに基づいて計算することができる。色目標３０９は、様々な方法で設定することができる。一例では、色目標３０９は、色目標３０８と同じ方法で規定することができ、CIE 1931色空間において色点３１０を中心にすることができる。別の例では、色目標３０９は、約４１００ＫのシリーズＤイルミナントを模倣した光源と視覚的に一致する複数のＬＥＤベース照明モジュールの色点の平均値を中心にすることができる。CIE 1931色空間では、ハロゲン光源とＬＥＤベース光源とは視覚的及び機器的の両方で一致しないので、CIE 1931色空間内でシリーズＤイルミナントの軌跡に沿ってＬＥＤモジュールを構成しても、同じ色目標内でハロゲン光源と視覚的に一致する光源とはならない。
図１７は、視覚的に一致する色空間においてＬＥＤベース照明モジュールを調節する方法６００を示す。方法６００は、視覚的一致色空間（例えば、ハロゲン一致色空間）においてＬＥＤベース照明モジュールの第１の色点を測定するステップを含む（ステップ６０１）。方法６００はまた、視覚的一致色空間において、測定された色点を目標光の目標色点と比較するステップを含む（ステップ６０２）。例えば、目標光はハロゲン光源であり得、目標色点は視覚的一致色空間におけるハロゲン光源の色点であり得る。目標光は、ＬＥＤを照明光源として含まない任意の光源または照明装置で有り得る。方法６００はまた、ＬＥＤベース照明モジュールの第１の選択可能な部品を選択するステップを含む（ステップ６０３）。この選択は、測定された色点が、目標色点の所定の許容範囲内に存在するように行われる。色点及び目標色点は視覚一致色空間内で表されるので、ＬＥＤベース照明モジュールから放射された目標色点の光は、同じ色点の目標色点と視覚的に一致する。
図１８は、視覚的に一致する色空間においてＬＥＤベース照明モジュールを調節し、調節されたＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルを用いて、視覚的に一致しない第２の色空間において目標色点を決定する方法６１０を示す。方法６１０は、第１の色空間（例えば、視覚的一致色空間）において、ＬＥＤベース照明モジュールの色点を測定するステップを含む（ステップ６１１）。目標光は、ＬＥＤを照明光源として含まない任意の光源または照明装置で有り得る。方法６１０はまた、ＬＥＤベース照明モジュールの第１の選択可能な部品を選択するステップを含む（ステップ６１２）。この選択は、測定された色点が、第１の色空間において目標光（例えば、ハロゲン光源）の目標色点の所定の許容範囲内に存在するように行われる。色点及び目標色点は視覚一致色空間内で表されるので、ＬＥＤベース照明モジュールから目標色点で放射された光は、同じ色点の前記目標色点と視覚的に一致する。次のステップ（ステップ６１３）では、ＬＥＤベース照明モジュールから放射された光のスペクトルに少なくとも部分的に基づいて、第２の色空間において目標色点を決定する。例えば、第２の色空間は、CIE 1931色空間であり得る。目標光と視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールの測定されたスペクトルに基づいて、CIE 1931色空間における前記モジュールの色点を方程式（１）及び（２）を用いて計算する。一例では、計算された色点は、CIE 1931色空間における目標色点として扱われる。例として、CIE 1931色空間はハロゲン光源に視覚的と一致しないので、CIE 1931色空間で表されるハロゲン光源の色点は、視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールの光源と異なる。その結果、CIE 1931色空間において表されるハロゲン光源の色点は、視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールを作製するのに適切な目標色点ではない。次のステップ（ステップ６１４）では、第２の色空間において、第２のＬＥＤベース照明モジュールの色点を測定する。次のステップ（ステップ６１５）では、測定された色点が第２の色空間において目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、第２のＬＥＤベース照明モジュールの第１の選択可能な部品を選択する。このようにして、CIE 1931色空間においてＬＥＤベース照明モジュールを、ＬＥＤに基づかない光と視覚的に一致するように色調節することができる。ＬＥＤベース照明モジュールの作製に有用な様々な色測定機器はCIE 1931色空間の等色関数でプログラムされているので、CIE 1931色空間における調節は望ましいであろう。
説明目的のためにいくつかの特定の実施形態について説明したが、本明細書の教示は一般的な適用可能性を有しており、上述した特定の実施形態に限定されない。一例では、ハロゲン一致色空間を紹介し、ハロゲン光源と視覚的に一致するようにＬＥＤベース照明モジュールを調節することを説明した。しかし、別の実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュールを、ＬＥＤを含まない任意の光源と視覚的に一致させるのに好適な任意の色一致色空間を用いることができる。別の例では、色調節を行うために選択可能な部品を有するＬＥＤベース照明モジュールを説明した。別の実施形態では、図１９は、ＬＥＤ１０２と、第１の選択可能な部品６２０とを含むＬＥＤベース照明モジュール１００を示す。任意選択で、第２の選択可能な部品６２１を含むこともできる。ＬＥＤベース照明モジュール１００は、半導体技術に基づかない光に視覚的及び機器的に一致する合成光６２５を生成する。ＬＥＤ１０２から放射された光の第１の部分６２２は、第１及び第２の選択可能な部品によって変換されることなく合成光６２５の一部となる。ＬＥＤ１０２から放射された光の第２の部分６２３は、第１の選択可能な部品６２０によって色変換され、合成光６２５の一部となる。任意選択で、ＬＥＤ１０２から放射された光の第３の部分６２４は、第２の選択可能な部品６２１によって色変換され、合成光６２５の一部となる。別の実施形態では、ＬＥＤを含まない任意の光源に対する視覚的な色一致を達成するために、最終的な組み立ての前または後に、一般的な色調節機能（例えば、電子的な色調節、機械的な色調節、化学成分及び／または濃度を変更することによる色調節）を有するＬＥＤベース照明モジュール１００が用いられる。別の例では、半導体技術に基づかない光と視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルに少なくとも部分的に基づいた、色目標を目標とした、CIE 1931色空間におけるＬＥＤベース照明モジュール１００の色調節について説明した。一方、他の実施形態では、ＬＥＤベース照明モジュールは、半導体技術に基づかない光と視覚的に一致するＬＥＤベース照明モジュールのスペクトルに少なくとも部分的に基づいて、他の色空間（例えば、CIE 1931測色標準観測者及びCIE 1964測色補助標準観測者のいずれかに基づく色空間）において色調節することができる。
したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更、修正、及び上記の実施形態に記載された様々な要素の組み合わせを実施することができる。

Claims (32)

  1. 照明モジュールであって、
    所定のスペクトラルパワー分布を有する所定の量の光を生成することができる少なくとも１つの発光ダイオードと、
    前記スペクトラルパワー分布を関数とする第１の波長変換特性を有する第１の種類の波長変換材料を含む第１の選択可能な構成要素とを含み、
    前記第１の選択可能な構成要素が、前記少なくとも１つの発光ダイオードにより生成された前記所定の量の光の一部を変換し、当該照明モジュールから放射される光を生成し、
    前記第１の波長変換特性により前記少なくとも１つの発光ダイオードで生成された前記所定の量の光の一部を変換し、発光ダイオードを含まない光源から第２の色点で放射された光との差異が最小可知差異未満である第１の色点で当該照明モジュールから放射される光を生成し、かつ
    前記第２の色点が、第１の色点に対する差異の程度Δｘ´ｙ´０．００２の範囲内となるようにしたことを特徴とする照明モジュール。
  2. 請求項１に記載の照明モジュールであって、
    前記第１の波長変換特性とは互いに異なる第２の波長変換特性を有する第２の種類の波長変換材料を含む第２の選択可能な構成要素をさらに含み、
    前記第１の選択可能な構成要素の前記第１の波長変換特性及び、前記第２の選択可能な構成要素の前記第２の波長変換特性により、前記少なくとも１つの発光ダイオードにより生成された前記所定の量の光の一部を変換し、前記第１の色点を生成するようにしたことを特徴とする照明モジュール。
  3. 請求項１に記載の照明モジュールであって、
    発光ダイオードを含まない前記光源が、イルミナントＡシリーズ、イルミナントＢシリーズ、イルミナントＣシリーズ、イルミナントＤシリーズ、イルミナントＥシリーズ、イルミナントＦシリーズ、及び黒体放射体からなる群より選択された照明を模倣した光源であることを特徴とする照明モジュール。
  4. 請求項１に記載の照明モジュールであって、
    前記光源が、ハロゲンランプ、小型金属ハロゲン化物ランプ、高輝度放電ランプ、及び蛍光灯からなる群より選択されることを特徴とする照明モジュール。
  5. 請求項２に記載の照明モジュールであって、
    前記第１及び第２の選択可能な構成要素が、前記少なくとも１つの発光ダイオードにより生成された前記所定の量の光の一部を、所定の量の変換光に変換するように構成され、かつ
    当該モジュールから放射される光が、前記所定の量の変換光を含むことを特徴とする照明モジュール。
  6. 請求項１に記載の照明モジュールであって、
    当該照明モジュールからCIE 1931色空間における目標色点で放射された光が、発光ダイオードを含まない光源からCIE 1931色空間における同一の前記目標色点で放射された光と視覚的に一致しないことを特徴とする照明モジュール。
  7. 請求項２に記載の照明モジュールであって、
    前記少なくとも１つの発光ダイオードを取り囲む反射性底面と、
    前記反射性底面及び前記少なくとも１つの発光ダイオードを取り囲む少なくとも１つの反射性側壁と、
    前記少なくとも１つの反射性側壁に結合されたウィンドウとをさらに含むことを特徴とする照明モジュール。
  8. 請求項７に記載の照明モジュールであって、
    前記第１及び第２の選択可能な構成要素の各々が、前記反射性底面、前記少なくとも１つの反射性側壁及び前記ウィンドウのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする照明モジュール。
  9. 請求項８に記載の照明モジュールであって、
    前記少なくとも１つの反射性側壁が、該少なくとも１つの反射性側壁を形成すべく配置される側壁挿入体であることを特徴とする照明モジュール。
  10. 請求項７に記載の照明モジュールであって、
    前記第１の選択可能な構成要素が前記ウィンドウであり、
    前記第２の選択可能な構成要素が前記少なくとも１つの反射性側壁であることを特徴とする照明モジュール。
  11. 請求項２に記載の照明モジュールであって、
    前記第１及び第２の選択可能な構成要素の各々が、それらの波長変換特性について選択可能であることを特徴とする照明モジュール。
  12. 発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース照明モジュールにより生成された光の第１の色点を視覚的一致色空間において測定するステップと、
    測定され第１の色点を、ＬＥＤにより生成されたものではない目標光の目標色点と視覚的一致色空間において比較するステップと、
    前記測定された第１の色点が前記目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、前記ＬＥＤベース照明モジュールの第１の選択可能な構成要素を選択するステップとを含み、
    それにより、前記ＬＥＤベース照明モジュールから放射された前記目標色点の光が、前記目標色点の前記目標光と視覚的に一致するようにしたことを特徴とする方法。
  13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記視覚的一致色空間が、CIE 1931色空間の複数の等色関数とは互いに異なる複数の等色関数に基づくものであることを特徴とする方法。
  14. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記第１の選択可能な構成要素が、第１の波長変換特性を有する第１の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする方法。
  15. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記目標光が、イルミナントＡシリーズ、イルミナントＢシリーズ、イルミナントＣシリーズ、イルミナントＤシリーズ、イルミナントＥシリーズ、イルミナントＦシリーズ、及び黒体放射体からなる群より選択された光源であることを特徴とする方法。
  16. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記目標光が、ハロゲンランプ、小型金属ハロゲン化物ランプ、高輝度放電ランプ、及び蛍光灯からなる群より選択されることを特徴とする方法。
  17. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記測定された第１の色点が前記目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、第２の波長変換特性を有する第２の種類の波長変換材料を含む第２の選択可能な構成要素を選択するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  18. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記ＬＥＤベース照明モジュールの少なくとも１つの発光ダイオードにより生成された所定の量の光に応じて、前記第１の選択可能な構成要素の前記第１の種類の波長変換材料によって、視覚的一致色空間において第１の方向に沿った色点シフトを生成し、かつ
    前記ＬＥＤベース照明モジュールの少なくとも１つの発光ダイオードにより生成された所定の量の光に応じて、前記第２の選択可能な構成要素の前記第２の種類の波長変換材料によって、視覚的一致色空間において前記第１の方向とは互いに平行でない第２の方向に沿った色点シフトを生成するようにしたことを特徴とする方法。
  19. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記所定の許容範囲が、視覚的一致色空間における目標色点との差異の程度０．００３５の範囲内であることを特徴とする方法。
  20. 第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース照明モジュールから放射された光の色点を視覚的一致色空間において測定するステップと、
    前記第１のＬＥＤベース照明モジューから放射された光が目標光と視覚的に一致させるべく、前記測定された色点が前記目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、前記第１のＬＥＤベース照明モジュールの第１の選択可能な構成要素を選択するステップと、
    前記ＬＥＤベース照明モジュールから放射された光のスペクトルに少なくとも部分的に基づいて、測定された色点に対応する第２の色空間における目標色点を決定するステップとを含むことを特徴とする方法。
  21. 請求項２０に記載の方法であって、
    第２のＬＥＤベース照明モジュールから放射された光の色点を第２の色空間において測定するステップと、
    前記測定された色点が前記第２の色空間における前記目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、前記第２のＬＥＤベース照明モジュールの第１の選択可能な構成要素を選択するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
  22. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記目標光が、発光ダイオードにより生成されたものではないことを特徴とする方法。
  23. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記第２の色空間が、CIE 1931色空間であることを特徴とする方法。
  24. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記目標光が、イルミナントＡシリーズ、イルミナントＢシリーズ、イルミナントＣシリーズ、イルミナントＤシリーズ、イルミナントＥシリーズ、イルミナントＦシリーズ、及び黒体放射体からなる群より選択されることを特徴とする方法。
  25. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記目標光が、ハロゲンランプ、小型金属ハロゲン化物ランプ、高輝度放電ランプ、及び蛍光灯からなる群より選択されることを特徴とする方法。
  26. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記第１の色空間が、CIE 1931色空間の複数の等色関数とは互いに異なる複数の等色関数に基づくものであることを特徴とする方法。
  27. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記第２の色空間において測定された前記ＬＥＤベース照明モジュールの色点が、前記第２の色空間において前記目標光の目標色点に達しない限り、前記第１のＬＥＤベース照明モジュールから放射された光が前記目標光と視覚的に一致しないことを特徴とする方法。
  28. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記測定された色点が前記第１の色空間において前記目標光の前記目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、前記第１のＬＥＤベース照明モジュールの第２の選択可能な構成要素を選択するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  29. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記測定された色点が前記第２の色空間において前記目標光の前記目標色点の所定の許容範囲内に存在するように、前記第２のＬＥＤベース照明モジュールの第２の選択可能な構成要素を選択するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  30. 所定のスペクトラルパワー分布を有する所定の量の光を生成することができる少なくとも１つの発光ダイオードと、
    当該装置から放射される所定の量の合成光を生成すべく、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放射された前記所定の量の光の一部を変換する変換手段とを含み、
    前記変換手段が、当該装置を最終的に組み立てる前に、前記スペクトラルパワー分布に基づいて選択され、
    当該装置から放射される前記合成光の色点が、目標色点に達し、かつ
    当該装置から前記目標色点で放射された光が、発光ダイオードを含まない光源から同一の前記目標色点で放射された光と視覚的に一致するようにしたことを特徴とする装置。
  31. 請求項３０に記載の装置であって、
    前記変換手段が、第１の波長変換特性を有する第１の種類の波長変換材料を第１の選択可能な構成要素を含み、
    前記第１の選択可能な構成要素が、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放射された前記所定の量の光の一部を変換して、当該装置から放射される光を生成し、
    前記第１の波長変換特性により、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放射された前記所定の量の光の一部を変換するように構成したことを特徴とする装置。
  32. 請求項３１に記載の装置であって、
    前記変換手段が、前記第１の波長変換特性とは互いに異なる第２の波長変換特性を有する第２の種類の波長変換材料を第２の選択可能な構成要素を含み、
    前記第１の選択可能な構成要素の前記第１の波長変換特性及び、前記第２の選択可能な構成要素の前記第２の波長変換特性により、前記少なくとも１つの発光ダイオードから放射された前記所定の量の光の一部を変換するように構成したことを特徴とする装置。
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