JP2013538431A - Ptfe色変換面を有するledベース照明モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード(LED)と、前記LEDに隣接して、かつ前記LEDから物理的に離間して設置される光変換サブアセンブリとを含む。光変換サブアセンブリは、少なくとも、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなりかつ波長変換材料を含む部分を有する。前記PTFE材料は光変換サブアセンブリに用いることができる他の材料よりも反射率が低いにも関わらず、前記PTFE材料が波長変換材料を含む場合、予期せぬことに、他の反射率がより高い材料と比較して発光出力が増加する。
【選択図】図4A
【選択図】図4A
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2010年9月7日に出願された米国特許仮出願第61/380,672号及び2011年8月31日に出願された米国特許出願第13/223,223号の優先権を主張するものであり、両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。
本出願は、2010年9月7日に出願された米国特許仮出願第61/380,672号及び2011年8月31日に出願された米国特許出願第13/223,223号の優先権を主張するものであり、両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)を含む照明装置に関する。
本発明は、発光ダイオード(LED)を含む照明装置に関する。
照明装置によって生成される光の出力レベルまたは光束の限界に起因して、一般照明における発光ダイオードの使用は依然として制約がある。また、LEDを使用する照明装置は一般的に、色点の不安定さによって特徴付けられる色品質の悪さに悩まされている。色点の不安定さは、部品によってばらつきがあるだけでなく、経時的に変化する。色品質の悪さは、出力がほとんどないバンドを有するLED光源によって生成されたスペクトルに起因する演色性の悪さによっても特徴付けられる。さらに、LEDを使用する照明装置は、一般的に、空間的及び/または角度的な色ムラを有する。加えて、LEDを使用する照明装置は高価である。その理由は、とりわけ、光源の色点を維持するために必要とされる色制御電子装置及び/またはセンサが必要であることや、製造されたLEDから用途のための色及び/または光束の要件を満たすものだけを選んで使用するためである。
したがって、発光ダイオードを光源として使用する照明装置の改良が望まれている。
本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード(LED)と、前記LEDに隣接して、かつ前記LEDから物理的に離間して設置される光変換サブアセンブリとを含む。光変換サブアセンブリは、少なくとも、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなりかつ波長変換材料を含む部分を有する。前記PTFE材料は光変換サブアセンブリに用いることができる他の材料よりも反射率が低いにも関わらず、前記PTFE材料が波長変換材料を含む場合、予期せぬことに、他の反射率がより高い材料と比較して発光出力が増加する。
一実施形態では、LEDベース照明モジュールであって、複数の発光ダイオード(LED)が取り付けられる第1の面を有する光源サブアセンブリと、前記第1の面に隣接して設置され、かつ前記光源サブアセンブリから放射された光を混合して色変換するように構成された光変換サブアセンブリとを含んでおり、前記光変換サブアセンブリが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなる第1の部分を有し、前記第1の部分の内側面が、前記複数のLEDから物理的に離間して配された第1の種類の波長変換材料を含む照明モジュールを提供する。
別の実施形態では、照明装置であって、実装基板に実装された複数の発光ダイオード(LED)と、前記複数のLEDから放射された光を出力ポートへ導くように構成された主要光混合キャビティとを含んでおり、前記主要光混合キャビティが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなる第1の部分を有し、前記第1の部分の内側面が、第1の種類の波長変換材料を含む照明装置を提供する。
さらなる詳細及び実施形態及び技術は、以下の詳細な説明で説明する。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。
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、矩形の構成要素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、円形の構成要素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ため、ヒートシンク130と呼ばれることもある。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。
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3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と出力ポートとを含む。出力ポートは、これに限定するものではないが、出力窓108として図示されている。光変換サブアセンブリ116は、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の内部側壁または側壁挿入体107(任意選択でキャビティ本体部105内に配置された場合)は、光源サブアセンブリ115上に設置されたときに、LED102から入射した光並びに任意の波長変換光を前記出力ポート(例えば出力窓108)から出るまでキャビティ109内で反射する。底部リフレクタ挿入体106は、任意選択で、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、側壁挿入体107は、任意選択で、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4A及び4B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(図4Aに示す)が、LEDベース照明モジュール100内に画定される。出力窓108から出る前に光をキャビティ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。
いくつかの例では、底部リフレクタ挿入体106、側壁挿入体107、及びキャビティ本体部105はどれも、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料を含み得る。一例では、底部リフレクタ挿入体106、側壁挿入体107、及びキャビティ本体部105はどれも、PTFE材料から作製され得る。別の例では、底部リフレクタ挿入体106、側壁挿入体107、及びキャビティ本体部105はどれも、研磨された金属層などの反射層によって裏当て(裏側から支持)されたPTFE層を含み得る。PTFE材料は、焼結されたPTFE粒子から作製され得る。PTFE材料は、底部リフレクタ挿入体106、側壁挿入体107またはキャビティ本体部105に用いられる他の材料、例えばアラノッド社(Alanod)製のMiro(登録商標)よりも反射率が低い。一例として、Miro(登録商標)から作製され、かつ被覆されていないすなわち蛍光体コーティングを有していない側壁挿入体107を備えて構成された照明モジュール100の青色光出力を、ベルクホフ社(Berghof;ドイツ)製の焼結PTFE粒子から作製され、かつ被覆されていないPTFE側壁挿入体107を備えて構成された同じ照明モジュールと比較した。PTFE側壁挿入体を使用することにより、照明モジュール100からの青色光出力は7%減少した。同様に、W.L.ゴレ社(W.L.Gore;米国)製の焼結PTFE粒子から作製されたPTFE側壁挿入体107を使用することにより、被覆されていないMiro(登録商標)製の側壁挿入体107と比較すると、照明モジュール100からの青色光出力は5%減少した。照明モジュール100からの光抽出はキャビティ109の内部の反射率に直接関係する。そのため、他の利用可能な材料と比べて反射率が低いPTFE材料は、キャビティ109内での使用には敬遠されるはずである。それにも関わらず、本願発明者は、PTFE材料に蛍光体を被覆した場合、予期せぬことに、同様の蛍光体コーティングを有する他の反射率がより高い材料(例えばMiro(登録商標))と比較して、発光出力を増加させることを見出した。別の例として、Miro(登録商標)から作製され、かつ蛍光体で被覆された側壁挿入体107を備えて構成された、4000ケルビンの相関色温度(CCT)を目標とする照明モジュール100の白色光出力を、ベルクホフ社(ドイツ)製の焼結PTFE粒子から作製され、かつ蛍光体で被覆されたPTFE側壁挿入体107を備えて構成された同様の照明モジュールと比較した。PTFE側壁挿入体107を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro(登録商標)製の側壁挿入体107と比較すると、照明モジュール100からの白色光出力は7%増加した。同様に、W.L.ゴレ社(米国)製の焼結PTFE粒子から作製されたPTFE側壁挿入体107を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro(登録商標)製の側壁挿入体107と比較すると、照明モジュール100からの白色光出力は14%増加した。別の例として、Miro(登録商標)から作製され、かつ蛍光体で被覆された側壁挿入体107を備えて構成された、3000ケルビンの相関色温度(CCT)を目標とする照明モジュール100の白色光出力を、ベルクホフ社(ドイツ)製の焼結PTFE粒子から作製され、かつ蛍光体で被覆されたPTFE側壁挿入体107を備えて構成された同様の照明モジュールと比較した。蛍光体で被覆されたPTFE側壁挿入体107を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro(登録商標)製の側壁挿入体107と比較すると、照明モジュール100からの白色光出力は10%増加した。同様に、W.L.ゴレ社(米国)製の焼結PTFE粒子から作製されたPTFE側壁挿入体107を使用することにより、蛍光体で被覆されたMiro(登録商標)製の側壁挿入体107と比較すると、照明モジュール100からの白色光出力は12%増加した。このように、反射率が低いにもかかわらず、光混合キャビティ109の蛍光体被覆部分をPTFE材料から構成することが望ましいことが見出された。さらに、本願発明者は、蛍光体で被覆されたPTFE材料が、例えば光混合キャビティ109内でLEDからの熱に曝された場合、同様の蛍光体コーティングを有する他の反射率がより高い材料(例えばMiro(登録商標))よりも耐久性が高いことを見出した。
一実施形態では、側壁挿入体107は蛍光体材料で被覆される。この例では、アラノッド社(ドイツ)製のMiro(登録商標)から作製され、かつ蛍光体で被覆された反射性側壁挿入体107を、ベルクホフ社(ドイツ)製の焼結PTFE粒子から作製され、かつ蛍光体で被覆されたPTFE製の側壁挿入体107に置き換えることにより、照明モジュール100からの光出力の7〜15%の増加を得ることができる。このことは直感に反したものである。焼結PTFE材料は、アラノッド社の材料(Miro)よりも反射率が低いからである。この場合、鏡面反射性(Miro)側壁挿入体107の反射率は約98%であるが、厚さ1ミリメートルの焼結PTFE側壁挿入体107の反射率は約80%である。PTFE材料はより低い反射率を示すが、本願発明者は、光混合キャビティ内を蛍光体材料で被覆した場合に、光混合キャビティの色変換効率及び光出力が予期せぬことに増加することを見出した。
キャビティ109の一部、例えば、底部リフレクタ挿入体106、側壁挿入体107、キャビティ本体部105などを波長変換材料で被覆してもよい。図4Bは、側壁挿入体107の一部を、波長変換材料で被覆した様子を示す。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。底部リフレクタ挿入体106、キャビティ本体部105及び/または側壁挿入体107は、PTFE材料から作製するか、またはそれらの光混合キャビティ109に向いた内側面がPTFE材料を含むようにすることができる。一例では、PTFE材料から作製した底部リフレクタ挿入体106、キャビティ本体部105及び/または側壁挿入体107の内側面を、波長変換材料で被覆してもよい。別の例では、波長変換材料を、PTFE材料に混合させてもよい。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出する)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の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、同一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。蛍光体は、下記の化学式で表される物質群から選択され得る。Y3Al5O12:Ce(YAG:Ceまたは単にYAGとも呼ばれる)、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu。照明装置の色点の調節は、1若しくは複数の波長変換材料で被覆されたかまたは該波長変換材料を含浸させた側壁挿入体107及び/または出力窓108を交換することによって実現することができる。波長変換材料は、その性能、例えば色変換特性に基づいて選択される。
一実施形態では、CaAlSiN3:Euまたは(Sr,Ca)AlSiN3:Euなどの赤色蛍光体によって、側壁挿入体107及び、キャビティ109の底部に配置された底部リフレクタ挿入体106の一部を被覆し、YAG蛍光体によって出力窓108の一部を被覆する。前記キャビティを画定する側壁の形状及び高さを選択するか、前記キャビティ内における前記蛍光体で被覆される部分を選択するか、あるいは、出力窓に形成する蛍光体層の厚さを最適化することによって、本モジュールから放射される光の色点を所望通りに調節することができる。
一例では、単一種類の波長変換材料が、図4Bに示す側壁挿入体107などの側壁にパターン形成され得る。例えば、赤色蛍光体が側壁挿入体107における互いに異なる領域に或るパターンで適用され、黄色蛍光体が出力窓108(図7A)を被覆し得る。前記蛍光体の被覆領域及び/または濃度を変更することにより、様々な色温度を生成することができる。LED102により生成された青色光を変更する場合、所望の色温度を生成するためには、赤色蛍光体の被覆領域及び/または赤色蛍光体及び黄色蛍光体の濃度を変更する必要があることを理解されたい。部品を組み立てる前にLED102、側壁挿入体107に適用される赤色蛍光体、及び出力窓108に適用される黄色蛍光体の色性能を測定しておき、組み立てられた部品が所望の色温度を生成するように、それらの性能に基づいて選択する。一例では、赤色蛍光体の厚さは、例えば60μmないし100μm、より具体的には80μmないし90μmであり得、黄色蛍光体の厚さは、例えば100μmないし140μm、より具体的には110μmないし120μmであり得る。赤色蛍光体は、1〜3体積%の濃度でバインダと混合され得る。黄色蛍光体は、12〜17体積%の濃度でバインダと混合され得る。
図5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を取り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。
図6は、実装基板104をより詳細に示す図である。実装基板104は、それに実装されたLED102を電源(図示せず)に電気的に接続する。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。別の種類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などを用いることもできる。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並びに熱的、機械的及び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、厚さ約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LEDチップを含み得る。複数のLED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。LED102の熱接触領域は、実装基板104上に設けられた熱拡散層131に接続される。熱拡散層131は、実装基板104の頂部層、底層または中間層のいずれかに形成することができる。熱拡散層131は、その頂部層、底層及び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、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5)に熱的に接続される。別の例では、実装基板104は、ヒートシンクや照明器具及び/または他の放熱機構(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、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、基板104は、適切な電気接続部を備えた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)製のタイプの基板を使用してもよい。
実装基板104は、LED102に設けられた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ている。いくつかの実施形態では、実装基板の電気パッドは基板104を貫通して配置されたビアであり得、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、長方形の形状を有する。実装基板104に実装されるLED102は、長方形の実装基板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得る。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。このような構造は、光源サブアセンブリ115から放射された光の均一性を向上させるのに好適である。
図7Aは、実装基板104の上面に取り付けられた底部リフレクタ挿入体106を示す。底部リフレクタ挿入体106は、熱伝導性が高い材料から作製され、基板104に熱的に接続して配置される。図示したように、底部リフレクタ挿入体106は、各LED102を取り囲むようにして、基板104の上面に配置され得る。底部リフレクタ挿入体106は、キャビティ109内で下向きに反射された光を、概ね出力窓108の方向に反射して戻すことができるように高反射性であり得る。加えて、底部リフレクタ挿入体106は、追加的なヒートスプレッダとしての機能を果たすことができるように高い熱伝導性を有し得る。
図7Bに示すように、底部リフレクタ挿入体106の厚さは、LED102のサブマウント102submountの厚さとほぼ同じか、あるいはサブマウント102submountの厚さよりも若干大きい厚さであり得る。底部リフレクタ挿入体106には、LED102のための複数の孔が穿孔されており、底部リフレクタ挿入体106は、LEDパッケージサブマウント102submount及び基板102の残りの部分の上側に設置される。このようにして、高反射性面は、LED102から光が放射される部分を除いて、キャビティ本体部105の底部を被覆する。例えば、底部リフレクタ挿入体106は、高反射性及び耐久性を有するように加工されたアルミニウムベース材料などの高熱伝導性材料から製造され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro(登録商標)と呼ばれる材料が、底部リフレクタ挿入体106として使用することができる。底部リフレクタ挿入体106の高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または底部リフレクタ挿入体106の内側面を1若しくは複数の反射コーティングで被覆することによって実現され得る。あるいは、底部リフレクタ挿入体106は、65μmの厚さを有する3M社(米国)製のVikuiti(登録商標)ESRなどの高反射性の薄い材料から作製することができる。別の例では、底部リフレクタ挿入体106は、東レ(日本)製のルミラー(登録商標)E60Lなどの高反射性の非金属材料や、古河電気工業(日本)製のものなどの微結晶性ポリエチレンテレフタレート(MCPET)から作製することができる。別の例では、底部リフレクタ挿入体106は、W.L.ゴレ社(米国)製のPTFE材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、底部リフレクタ挿入体106は、W.L.ゴレ社(米国)またはベルクホフ社(ドイツ)から販売されている厚さ1〜2mmのPTFE材料から作製され得る。さらに別の実施形態では、底部リフレクタ挿入体106は、例えば金属層または非金属層(ESR、E60L、またはMCPET)などの薄い反射層が裏張り(裏側に被覆)されたPTFE材料から作製され得る。底部リフレクタ挿入体106の厚さは、とりわけ非金属反射性フィルムから作製する場合は、図7Cに示すように、LED102のサブマウント102submountの厚さよりも大幅に大きくなり得る。LED102から放射された光に影響を与えることなく、増加した厚さに対応するために、LEDパッケージのサブマウント102submountを露出させるための孔が底部リフレクタ挿入体106に形成され、底部リフレクタ挿入体106は実装基板104の上面に直接的に設置される。このように、LED102から放射される光に大きな影響を与えることなく、底部リフレクタ挿入体106の厚さをサブマウント102submountの厚さよりも大きくすることができる。この解決策は、LEDの光放射部分よりもわずかにだけ大きいサブマウントを有するLEDパッケージを用いる場合は、特に魅力的である。別の例では、実装基板104は、LEDサブマウント102submountの設置面積にほぼ一致する面積を有し、LED102の光放射部分を底部リフレクタ挿入体106よりも高い位置に位置させるための底上げパッド104padを有し得る。いくつかの例では、図7Dに示すように、非金属層106aは、総反射率を高めるために、薄い金属の反射性裏側層106bによって裏当て(裏側から支持)される。例えば、非金属反射層106aは拡散反射性を示し、反射性裏側層106bは鏡面反射性を示す。このような構成は、鏡面反射層内への導波の可能性を低減させるのに効果的である。導波はキャビティの全体効率を低減させるので、反射層内の導波は最小限に抑えることが望ましい。
キャビティ本体部105及び底部リフレクタ挿入体106は互いに熱的に接続され得、所望に応じて一体部品として作製され得る。底部リフレクタ挿入体106は、熱伝導性のペーストまたはテープなどを使用して、基板104に設置され得る。一例では、キャビティ本体部105及び底部リフレクタ挿入体106は、1つの部品としてPTFE材料から一体成形される。別の実施形態では、基板104自体の上面は、底部リフレクタ挿入体106が不要となるように、高反射性を有するように構成される。あるいは、エポキシ、シリコーン、アクリルまたはN−メチルピロリドン(NMP)材料などの透明なバインダにTiO2、ZnOまたはBaSO4を含浸させて作製した白色粒子から成る反射性コーティングを基板104に塗布してもよい。別の実施形態では、PTFE粒子は、バインダを使用せずに焼結される。あるいは、前記コーティングは、YAG:Ceなどの蛍光体材料から作製され得る。蛍光体材料及び/またはTiO2、ZnOまたはBaSO4材料のコーティングは、基板104または例えば底部リフレクタ挿入体106に、例えばスクリーン印刷によって直接的に塗布され得る。
図7Eは、照明モジュール100の別の実施形態を示す斜視図である。所望に応じて、例えば多数のLED102を使用する場合、底部リフレクタ挿入体106はLED102同士の間に、図7Dに示したような隆起部分を含み得る。LED間にダイバータ(diverter)117を有する照明モジュール100が図7Eに示されており、LED102から広角で放射された光を、実装基板104の上面の法線に対して狭角をなす向きに変更するように構成されている。このようにして、LED102から放射された実装基板104の上面に対して平行に近い向きの光を、出力窓108に向かう上向きに変え、それにより、照明モジュールから放射された光が、LEDから直接的に放射された光の円錐角よりも小さい円錐角度を有するようにすることができる。例えばランバート(Lambertian)光源などの大きな出力角度で光を放射するLED102が選択された場合は、ダイバータ117を備えた底部リフレクタ挿入体106は有用である。本発明の照明モジュール100は、光を反射して狭い角度の光にすることにより、例えばグレアの問題のために(オフィス照明、一般照明)、あるいは必要とされる場所または最も効果的な場所にのみ光を送達することが望ましいという効率上の理由で(作業照明、キャビネット下の照明)、広角の光が敬遠される用途に使用することができる。さらに、底部リフレクタ挿入体106を有していない装置と比べると、広角で放射された光が出力窓108に到達するまでに光混合キャビティ109内でなされる反射の回数は少ないので、照明モジュール100の光抽出効率が向上する。このことは、ライトトンネル(light tunnel)またはライトインテグレータ(light integrator)と組み合わせて使用する場合に特に好適である。光が混合キャビティ内で繰り返し反射すると効率損失が生じるので、広角フラックスを制限することは有益だからである。ダイバータ117はテーパ形状を有するものとして図示されているが、所望に応じて、例えば、半ドーム形状、球状キャップ形状または非球面リフレクタ形状などの別の形状を用いることもできる。ダイバータ117は、鏡面反射コーティング、拡散コーティングを有するか、または、1若しくは複数の蛍光体で被覆することもできる。別の例では、ダイバータ117は、PTFE材料から構成することができる。PTFE材料から構成したダイバータ117は、1若しくは複数の蛍光体で被覆するか、または1若しくは複数の蛍光体を含浸させることができる。ダイバータ117の頂部と出力窓108との間に小さな空間が存在するように、ダイバータ117の高さはキャビティ109の高さよりも低くされ得る(例えば、キャビティ109の高さの約半分の高さであり得る)。キャビティ109内に複数のダイバータを設けてもよい。
図7Fは、底部リフレクタ挿入体106の別の実施形態を示し、照明モジュール100の各LED102は、別体をなす各光学ウエル(optical well)118により取り囲まれている。光学ウエル118は、放物面形状、複合放物面形状、楕円形状、または他の適切な形状を有し得る。照明モジュール100からの光は、大きな角度から小さい角度へ、例えば2×90°から2×60°または2×45°の光線へコリメートされる。照明モジュール100は、直接光源として使用することができ、例えばダウンライトまたはキャビネット光として、またはキャビティ109内へ光を注入するのに使用することができる。光学ウエル118は、鏡面反射性コーティングや拡散コーティングを有するか、または、1若しくは複数の蛍光体で被覆され得る。光学ウエル118は底部リフレクタ挿入体106の一部として底部リフレクタ挿入体106と一体的に構成してもよいし、あるいは、別体として構成した光学ウエル118を底部リフレクタ挿入体106と組み合わせることによって光学ウエルを有する底部リフレクタ挿入体106を形成してもよい。別の例では、光学ウエル118は、PTFE材料から構成することができる。PTFE材料から構成した光学ウエル118は、1若しくは複数の蛍光体で被覆するか、または1若しくは複数の蛍光体を含浸させることができる。
図8Aは、側壁挿入体107を示す。例えば、側壁挿入体107は、高反射性及び耐久性を有するように加工されたアルミニウムベース材料などの高熱伝導性材料から作製され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro(登録商標)と呼ばれる材料が使用され得る。側壁挿入体107の高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または側壁挿入体107の内側面を1若しくは複数の反射コーティングで被覆することによって実現され得る。あるいは、側壁挿入体107は、65μmの厚さを有する3M社(米国)製のVikuiti(登録商標)ESRなどの高反射性の薄い材料から作製することができる。別の例では、側壁挿入体107は、東レ(日本)製のルミラー(登録商標)E60Lなどの高反射性の非金属材料や、古河電気工業(日本)製のものなどの微結晶性ポリエチレンテレフタレート(MCPET)から作製することができる。側壁挿入体107の内側面は、鏡面反射性または拡散反射性を有し得る。高鏡面反射性コーティングの一例は、銀の層と、該銀の層の酸化を防止するための透明層とからなる銀鏡である。高拡散反射性材料の例には、MCPET、及び東レ製のE60L材料が含まれる。また、高拡散反射性コーティングを適用することもできる。そのようなコーティングには、二酸化チタン(TiO2)粒子、酸化亜鉛(ZnO)粒子、硫酸バリウム(BaSO4)粒子、またはこれらの材料の組み合わせが含まれ得る。別の例では、側壁挿入体107は、PTFE材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、側壁挿入体107は、W.L.ゴレ社(米国)またはベルクホフ社(ドイツ)から販売されている厚さ1〜2mmのPTFE材料からから作製され得る。さらに別の実施形態では、側壁挿入体107は、例えば金属層または非金属層(ESR、E60L、またはMCPET)などの薄い反射層が裏張り(裏側に被覆)されたPTFE材料から作製され得る。総反射率を高めるために、非金属反射層の裏側に反射性裏側層が設けられる。例えば、非金属反射層は拡散反射性を示し、反射性裏側層は鏡面反射性を示す。このような構成は、鏡面反射層内への導波の可能性を低減させるのに効果的であり、その結果、キャビティ効率を高めることができる。
一実施形態では、側壁挿入体107は、高拡散性の反射性PTFE材料から作製され得る。側壁挿入体107の内側面の一部は、上塗り層で被覆されるか、または、蛍光体や発光染料などの波長変換材料が含浸させられる。便宜上、このような波長変換材料を本明細書では蛍光体と総称するが、任意の発光材料または発光材料の組み合わせを本発明のための波長変換材料として用いることができる。例えば、使用することができる蛍光体には次のものが含まれ得る。Y3Al5O12:Ce、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu。前記コーティングは、光散乱粒子及び波長変換特性を有する粒子(例えば蛍光体)の一方または両方を含み得る。前記コーティングは、スクリーン印刷、ブレードコーティング、スプレー印刷または粉体塗装によって適用することができる。スクリーン印刷、ブレードコーティング、またはスプレー印刷の場合、一般的に、前記粒子は、ポリウレタンベースのラッカーまたはシリコーン材料などのバインダに含浸させられる。所望する色及び/または光学特性を得るために、被覆プロセス中に、例えばレーザ及び分光計、及び/または検出器、及び/またはカメラを用いて前方散乱モード及び後方散乱モードの両方で、側壁挿入体107及びキャビティ本体部105等に適用されるコーティングの厚さ及び光学特性をモニタしてもよい。
上述したように、キャビティ109の内部側壁面は、キャビティ本体部105の内側に配置される別体をなす側壁挿入体を使用するか、または、キャビティ本体部105の内側面に処理を施すことにより実現することができる。側壁挿入体107はキャビティ本体105内に配置され、キャビティ109の側壁を画定するのに使用される。例えば、側壁挿入体107は、キャビティ本体部105の頂部及び底部のうちのより大きい開口部を有する方から、キャビティ本体部105内に挿入することができる。
図8B〜8Cは、キャビティ109の選択された側壁内側面を処理した状態を示す。図8B及び8Cに示すように、上述した処理が側壁挿入体107に適用されるが、上述したように、側壁挿入体107を使用しない場合は、キャビティ本体部105の内側面を直接的に処理してもよい。図8B及び8Cは、鋸歯状にパターン形成されたコーティング111を示し、図8Cに示すように、各鋸歯の先端は、各LED102の位置と整列している。蛍光体パターンを、該蛍光体パターンがLEDの周囲に集中する長さ寸法に対応する側壁面上に実施することにより、色の均一性を向上させることができ、かつ、蛍光体のより効率的な使用が可能となる。鋸歯状のパターンが図示されているが、半円状、放物面状、平坦な鋸歯状などの他の形状のパターンを用いても同様の効果を得ることが可能である。
図9A、9B及び9Cは、様々な構造の出力窓108を示す断面図である。図4A及び4Bでは、キャビティ本体部105の頂部に配置された出力窓108が示されている。キャビティ109にダストや湿気が侵入することができないように出力窓108とキャビティ本体部105との間の隙間をシールして、密封されたキャビティ109を画定することは有益である。例えばエポキシまたはシリコーン材料などのシーリング材料を使用して、出力窓108とキャビティ本体部105との間の隙間を埋めることができる。出力窓108の材料とキャビティ本体部105の材料との熱膨張係数は互いに異なるため、時間が経っても柔軟性を保持する材料を使用することは有益であろう。あるいは、出力窓108をガラスまたは透明なセラミック材料から作製し、キャビティ本体部105にはんだ付けしてもよい。この場合、出力窓108の周縁部をアルミニウム、銀、銅または金などの金属材料でめっきし、キャビティ本体部105と出力窓108との間にはんだペーストを適用する。そして、出力窓108及びキャビティ本体部105を加熱してはんだを融解させ、キャビティ本体部105と出力窓108との間を良好に接続する。
図9Aでは、出力窓108は、その内側面、すなわちキャビティ109に向いた面に追加的な層124を有する。この追加的な層124は、光散乱粒子及び波長変換特性を有する粒子(例えば蛍光体)の一方または両方を含み得る。追加的な層124は、スクリーン印刷、スプレー印刷または粉体塗装によって出力窓108に適用することができる。スクリーン印刷またはスプレー印刷の場合、一般的に、前記粒子は、ポリウレタンベースのラッカーまたはシリコーン材料などのバインダに含浸させられる。粉体塗装の場合、バインダ材料は、低い融点を有し出力窓108を加熱したときに均一な層を形成する小型ペレット形態の粉末混合体に混合されるか、または、粉体塗装プロセス中に前記粒子を粘着させるための下地塗りが出力窓108に適用される。あるいは、電界を用いて粉末塗装を適用したり、出力窓及び蛍光体粒子をオーブン内で焼いて蛍光体を出力窓に恒久的に固着させたりしてもよい。所望する色及び/または光学特性を得るために、粉末被覆プロセス中に、例えばレーザ及び分光計、及び/または検出器、及び/またはカメラを用いて前方散乱モード及び後方散乱モードの両方で、出力窓108に適用される層124の厚さ及び光学特性をモニタしてもよい。
図9Bでは、出力窓108は、2つの追加的な層124及び126を有し、一方の層は出力窓108の内側に設けられ、他方の層は外側に設けられる。外側層126は、TiO2、ZnO及び/またはBaSO4粒子などの白色散乱粒子であり得る。照明モジュール100から出力される光の色を最終的に調整するために、蛍光体粒子が外側層126に加えられ得る。内側層124は、蛍光体などの波長変換粒子を含み得る。
図9Cでは、出力窓108は同様に2つの追加的な層124及び128を有するが、両層とも出力窓108の内側面に設けられている。なお、2つの層が図示されているが、さらなる追加的な層を用いてもよいことを理解されたい。ある構造では、出力窓108に最も近い層124は、外側から見たときに出力窓108が白く見えかつ所定角度の均一な光出力を有するように白色の光散乱粒子を含み、他方の層128は黄色発光蛍光体を含む。
蛍光体による色変換プロセスは熱を生成するため、出力窓108及び蛍光体(例えば出力窓108に設けられた層124に含まれる蛍光体)は、温度が上がり過ぎないように構成されるべきである。この目的のために、出力窓108は、1W/(m・K)以上の高熱伝導率を有し得る。また、出力窓108は、はんだ、サーマルペーストまたはサーマルテープなどの熱抵抗性の低い材料を使用して、ヒートシンクとしての機能を果たすキャビティ本体部105に熱的に接続され得る。出力窓に好適な材料は酸化アルミニウムであり、酸化アルミニウムは結晶形態(サファイアと呼ばれる)または多結晶形態若しくはセラミック形態(アルミナと呼ばれる)で用いることができる。所望に応じて他のパターンを用いることができ、例えば、様々な大きさ、厚さ及び密度の小型ドットを用いることができる。別の実施形態では、出力窓は、PTFE材料から作製することができる。蛍光体が、出力窓の材料に被覆されるか、または含浸させられる。出力窓は、十分な光透過を可能にするために十分に薄くするべきである。例えば、PTFE製の出力窓の厚さは、1ミリメートル未満であり得る。PTFE製の出力窓は、該窓の剛性を高めるために、補強リブを含み得る。一例では、出力窓の縁部にリブが設けられる。別の例では、出力窓は、カップ状に形成される。別の実施形態では、ガラス製またはセラミック製の出力窓上に、PTFE層がオーバーモールド成形される。
図1及び図2に示すように、本発明の照明モジュール100に複数のLED102を使用してもよい。図1の照明モジュール100は、より多い数またはより少ない数のLEDを使用することができるが、20個のLED102が実用的な個数であることが分かっている。図2の照明モジュール100は、より多い数またはより少ない数のLED102を使用することができるが、10個のLED102が実用的な個数であることが分かっている。多数のLEDを使用する場合、比較的低い順電圧及び順電流(例えば24V及び700mA以下)を維持するために、複数個のLEDを互いに結合させて複数本のストリングにすることが望ましい(例えば、10個のLEDを2本のストリングにする)。所望に応じて、より多い数のLEDを直列に配置することもできるが、そのような構成には電気的な安全性の問題が生じ得る。
側壁挿入体107、底部反射挿入体106及び/または出力窓108は、蛍光体でパターン形成することができる。パターン自体及び蛍光体組成の組み合わせは、両方とも変更可能である。一実施形態では、本発明の照明モジュールは、光混合キャビティ109における互いに異なる領域に配置された互いに異なる種類の蛍光体を含むことができる。例えば、赤色蛍光体を側壁挿入体107及び底部リフレクタ反射体106の一方または両方に配し、黄色及び緑色蛍光体を出力窓108の上面または下面に配するかまたは出力窓108に埋め込むことができる。一実施形態では、図7Eに示したダイバータ117などの中央リフレクタは、互いに異なる種類の蛍光体により形成される複数のパターンを有し得る(例えば、第1の領域に赤色蛍光体を配し、第2の領域に緑色蛍光体を配する)。別の実施形態では、側壁挿入体107またはキャビティ本体部105の側壁における互いに異なる領域に、互いに異なる種類の蛍光体(例えば赤色蛍光体及び緑色蛍光体)を配してもよい。例えば、第1の種類の蛍光体を側壁挿入体107の第1の領域に縞、スポットまたは他の模様でパターン形成し、第2の種類の蛍光体を側壁挿入体107の第2の領域に配してもよい。所望に応じて、さらなる蛍光体を用い、それをキャビティ109の別の領域に配してもよい。加えて、所望であれば、1種類の波長変換材料だけを用い、それをキャビティ109(例えば側壁)にパターン形成してもよい。
図10は、照明モジュールにおいて、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料を波長変換材料と共に用いるプロセスを説明するためのフローチャートである。フローチャートに示すように、第1の波長を有する光を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料及び第1の種類の波長変換材料を含む領域を有する光変換キャビティ内に放射する(202)。第1の波長を有する光の一部が、第1の種類の波長変換材料によって、第2の波長を有する光に変換する(204)。第1の波長を有する光の残りの部分を、PTFE材料によって反射する(206)。第1の波長を有する光及び第2の波長を有する光が、光変換キャビティから放射する(208)。所望であれば、このプロセスは、第1の波長を有する光の第2の部分を、第2の種類の波長変換材料によって、第3の波長を有する光に変換するステップをさらに含むことができる。第3の波長を有する光は、光混合キャビティから、第1の波長を有する光及び第2の波長を有する光と共に放射される。
以上、説明目的のためにいくつかの特定の実施形態を説明したが、本明細書の教示内容は一般的適用性を有しており、上述した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、図4A及び4Bでは直線的な形状を有する側壁を示しているが、側壁は、曲線形状、非垂直形状、傾斜形状などの任意の所望の形状を有し得ることを理解されたい。例えば、テーパ形状を有する側壁を用いて光を予め平行化することにより、光混合キャビティ109を通じたより高い伝達効率を実現することができる。別の例では、実装基板保持リング103を使用せずに、キャビティ本体部105を使用して、実装基板104を取付台101に直接的に固定してもよい。別の例では、取付台101及びヒートシンク130は、1つの部品であり得る。別の例では、LEDベース照明モジュール100は、図1及び図2に、照明装置150の一部として示されている。したがって、LEDベース照明モジュール100は、LEDベースの交換用ランプ(replacement lamp)またはレトロフィットランプあるいはそれらの一部であり得る。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 (20)
- LEDベース照明モジュールであって、
複数の発光ダイオード(LED)が取り付けられる第1の面を有する光源サブアセンブリと、
前記第1の面に隣接して設置され、かつ前記光源サブアセンブリから放射された光を混合して色変換するように構成された光変換サブアセンブリとを含んでおり、
前記光変換サブアセンブリが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなる第1の部分を有し、
前記第1の部分の内側面が、前記複数のLEDから物理的に離間して配された第1の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明モジュール。 - 請求項1に記載のLEDベース照明モジュールであって、
前記光変換サブアセンブリが出力窓を有し、
前記出力窓の一部が、第2の種類の波長変換材料で被覆されたことを特徴とする照明モジュール。 - 請求項1に記載のLEDベース照明モジュールであって、
前記光変換サブアセンブリが、前記第1の面上に配置され、かつPTFE材料を含む底部リフレクタ挿入体をさらに有することを特徴とする照明モジュール。 - 請求項1に記載のLEDベース照明モジュールであって、
前記光変換サブアセンブリが、PTFE材料を含む側壁挿入体をさらに有することを特徴とする照明モジュール。 - 請求項1に記載のLEDベース照明モジュールであって、
前記第1の部分に隣接して配置された反射性裏側層をさらに有することを特徴とする照明モジュール。 - 請求項2に記載のLEDベース照明モジュールであって、
前記第1の部分及び前記出力窓が、それらの色変換特性に応じて選択される交換可能な挿入体であることを特徴とする照明モジュール。 - 請求項1に記載のLEDベース照明モジュールであって、
光源サブアセンブリに結合されるヒートシンク及び、光変換サブアセンブリに結合されるリフレクタをさらに有することを特徴とする照明モジュール。 - 請求項1に記載のLEDベース照明モジュールであって、
前記複数のLEDが前記第1の面に六角形配列で設置されており、或るLEDを取り囲む各LEDは前記或るLEDから互いに等距離に配置されていることを特徴とする照明モジュール。 - 照明装置であって、
実装基板に実装された複数の発光ダイオード(LED)と、
前記複数のLEDから放射された光を出力ポートへ導くように構成された主要光混合キャビティとを含んでおり、
前記主要光混合キャビティが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなる第1の部分を有し、
前記第1の部分の内側面が、第1の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明装置。 - 請求項9に記載の照明装置であって、
前記出力ポートが出力窓であり、
前記出力窓の一部が、第2の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明装置。 - 請求項9に記載の照明装置であって、
前記主要光混合キャビティが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料からなる第2の部分を有し、
前記第2の部分の内側面が、第2の種類の波長変換材料を含むことを特徴とする照明装置。 - 請求項9に記載の照明装置であって、
前記第1の部分に隣接して配置された非金属反射層をさらに有することを特徴とする照明装置。 - 請求項9に記載の照明装置であって、
前記主要光混合キャビティが、PTFE材料を含む側壁挿入体及び、PTFE材料を含む底壁リフレクタとを有することを特徴とする照明装置。 - 請求項9に記載の照明装置であって、
前記複数のLEDが前記第1の面に六角形配列で設置されており、或るLEDを取り囲む各LEDは前記或るLEDから互いに等距離に配置されていることを特徴とする照明装置。 - 請求項10に記載の照明装置であって、
前記出力窓が、第3の種類の波長変換材料で被覆された第2の部分をさらに有することを特徴とする照明装置。 - 請求項10に記載の照明装置であって、
前記第2の種類の波長変換材料に光散乱粒子を混合したことを特徴とする照明装置。 - 請求項10に記載の照明装置であって、
前記第2の種類の波長変換材料により前記出力窓の第1の層を構成し、かつ
前記出力窓が、第3の種類の波長変換材料からなる第2の層をさらに有することを特徴とする照明装置。 - 請求項10に記載の照明装置であって、
前記第2の種類の波長変換材料により前記出力窓の第1の層を構成し、かつ
前記出力窓が、光散乱粒子からなる第2の層をさらに有することを特徴とする照明装置。 - 第1の波長を有する光を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料及び第1の種類の波長変換材料を含む領域を有する光変換キャビティ内に放射するステップと、
前記第1の波長を有する光の一部を、前記第1の種類の波長変換材料によって、第2の波長を有する光に変換するステップと、
前記第1の波長を有する光の残りの部分を、前記PTFE材料によって反射するステップと、
前記第1の波長を有する光及び前記第2の波長を有する光を、前記光変換キャビティから放射するステップとを含む方法。 - 請求項19に記載の方法であって、
前記第1の波長を有する光の第2の部分を、第2の種類の波長変換材料によって、第3の波長を有する光に変換するステップをさらに含み、
前記第3の波長を有する光を、前記第1の波長を有する光及び前記第2の波長を有する光と共に、光混合キャビティから放射するようにしたことを特徴とする方法。
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