JP2006525684A - Ｌｅｄパネルランプシステム用の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

照明装置（１０）が、紫外線を発生させる光エンジン（１２）を有する。エンクロージャ（１４）が、光エンジン（１２）の放射線発生領域を包囲してその放射線を取り囲む。エンクロージャ（１４）の少なくとも１つの壁（２８）が、紫外線を実質的に反射する。エンクロージャ（１４）は、蛍光体部分（３２）を含む交換可能な頂部（３０）を有する。蛍光体部分（３２）は、エンクロージャ（１４）の高さだけ光エンジン（１２）の放射線発生領域から離隔している。

Description

発明の詳細な説明

背 景
本発明は、可視光を生じさせるＬＥＤ照明システムの技術分野に関する。本発明は、一般に照明で利用され、特にこれに関して本発明を説明する。当業者であれば、本発明が種々の用途、例えば装飾や特殊効果照明等に利用可能であることを理解されよう。

典型的には、白色又は可視光を生じさせるＬＥＤ照明システムは、青色ＬＥＤを有し、かかる青色ＬＥＤは、青色光放射線のうちの何割かを補色、例えば黄色−緑色の放出光に変換する蛍光体で被覆されている。青色、黄色及び緑色の放出光の組合せにより、白色光が生じ、この白色光は典型的には、約５０００Ｋの相関色温度及び約７０〜７５の演色評価数（Ｒａ）を有している。

近年、新たに開発された白色ＬＥＤ照明システムは、ＵＶ放射線を可視光に変換するよう設計された蛍光体で被覆されているＵＶ放出チップを利用している。多くの場合、２つ以上の蛍光体発光バンドが、白色光に近似するよう用いられている。

白色蛍光体被覆ＬＥＤと関連して幾つかの問題がある。歴史的に、蛍光体被覆ＬＥＤは、パッケージ効率がかなり低い。パッケージ効率は、ＬＥＤの実際の光出力と、もし発生した放射線の全てが吸収されることなくパッケージから逃げ出たと仮定して得られる光の比として定義される。蛍光体粒子は、あらゆる方向に等しく放射される光を発生するので、光のうち何割かは、後方へ、例えば、ＬＥＤチップ、基板、サブマウント及びリード線構造に差し向けられ、これらは、相当多くの量の光を吸収する。加うるに、蛍光体は典型的にはＵＶ又は青色放射線の完全な吸収体ではないので、ＬＥＤチップそれ自体により放出される放射線のうち何割かも又、反射されて上述の構造要素に戻る。

加うるに、ＵＶブリードスルーを回避するために、蛍光体被膜は代表的には、比較的厚いものでなければならず、例えば、厚さが少なくとも粒子５〜７個分でなければならず、これにより被膜の可視反射率が増大する。

ＬＥＤチップ、サブマウント、レフレクタ及びリード線構造による放射線（初期放射線と変換放射線の両方）の吸収に起因する光の損失により、蛍光体被覆ＬＥＤのパッケージ効率は典型的には５０〜７０％に制限される。

さらに、或る特定の蛍光体、例えばマンガン系から得られる蛍光体の中には、崩壊時間が過度に長いものがある。崩壊時間の過度に長い蛍光体が高線束放射光（high flux emissions ）に当てられ、即ち、ＬＥＤに密接して位置していると、有効効率が減少する。

本発明は、上述の問題及び他の問題を解決する新規且つ改良型の装置を提供することを目的としている。

概要説明
本発明の一特徴によれば、照明装置が開示される。照明装置は、紫外線を発生させる光エンジンと、光エンジンの放射線発生領域を包囲して放射線を少なくとも実質的に取り囲むエンクロージャとを有する。エンクロージャは、紫外線を実質的に反射する第１の部分と、蛍光体部分を含む少なくとも１つの第２の部分とを有し、第２の部分は、光エンジンの放射線発生領域から離隔しており、第２の部分は、放射線受入れ面及び可視光をもたらす発光面を有する。

本発明の別の特徴によれば、照明システムが開示される。照明システムは、主要な放射線放出方向を有する光エンジンを有する。光エンジンは、ＰＣ基板、ＰＣ基板上に設けられた複数個のＵＶ ＬＥＤ、及びＬＥＤと反対側のＰＣ基板の側部上に設けられたヒートシンクを有する。照明システムは、放射線放出方向を包囲するエンクロージャを更に有する。エンクロージャは、ＵＶ放射線を実質的に反射する少なくとも１つの部分及び光エンジンと全体として反対側に位置していて光エンジンから離隔した蛍光体含有部分を有する。蛍光体含有部分は、光エンジンに向いた蛍光体の第１の側部に被着された可視光反射層及び光エンジンから見て遠くの蛍光体の第２の側部に被着されたＵＶ光反射層を含む。

本発明の一利点は、蛍光体をＬＥＤ源から離れて遠隔的に配置することにある。
別の利点は、蛍光体の配合具合及び密度を遠隔的に調節する構造を提供することにある。
別の利点は、蛍光体の互換性にある。

本発明は、種々のコンポーネント及びコンポーネントの配列、並びに種々の工程及び工程の配列の形態を取ることができる。図面は、好ましい実施形態を説明する目的にのみ作成されており、本発明を限定するものと解釈されてはならない。

詳細な説明
図１、図３及び図４を参照すると、ＬＥＤパネル光又は照明組立体又はシステム１０が主要構成要素として、光又は照明エンジン１２及びエンクロージャ１４を有し、このエンクロージャは、光エンジン１２により放出された放射線を包囲する。光エンジン１２は、発光素子又はＬＥＤ１８、例えばチップ又はパッケージ型ＵＶ ＬＥＤを取り付けて互いに接続するためのインターコネクトシステム１６を有している。好ましくは、ＬＥＤ１８は、５１０ｎｍ未満の波長を有する。複数の熱消散要素、例えばウイング２２を有するヒートシンク２０が、ＬＥＤ１８により生じた熱を消散させるようＬＥＤ１８及びインターコネクトシステム１６と熱的連結関係をなして設けられている。好ましくは、インターコネクトシステム１６は、ＬＥＤ１８に給電する回路及び電源と電気的連絡可能なリード線を含むプリント回路基板又は１若しくは複数個のインターコネクト基板２４を有している。インターコネクト基板２４は、ＬＥＤ１８により生じた熱を奪ってこれをヒートシンク２０内に消散させる適当な手段となるよう市販の回路基板、例えば、バーグクイスト（BERGQUIST）から入手できる回路基板から選択される。好ましくは、インターコネクト基板２４は、熱伝導型のもの、サーマルバイア（thermal vias）付きのエポキシガラス樹脂基板等である。インターコネクトシステム１６の取付け面２６は好ましくは、反射率の高い物質から製造される。一実施形態では、表面２６は、エミッタのための開口部を残して反射性物質で被覆される。好ましくは、光組立体１０は、所望の電圧及び電流駆動レベルを達成する内部又は外部エレクトロニクスを利用する。一実施形態では、所望の動作電圧をもたらし、システム全体の信頼性を向上させるために直列及び（又は）並列回路が作られる。

ＬＥＤ１８は、照明システムの要件に応じてアレイ又はストリップの状態でインターコネクト基板２４に取り付けられる。パッケージ型ＬＥＤが用いられる一実施形態では、ＬＥＤ１８は、インターコネクト基板２４にはんだ付けされ、導電性接着剤を用いて接着され又は別のやり方で導通可能に締結される。チップＬＥＤ又はサブマウント上に取り付けられたＬＥＤが用いられる別の実施形態では、ＬＥＤ１８は、導電性接着剤を用いることによりインターコネクト基板２４に直接取り付けられると共に回路に電気的にワイヤボンディングされる。変形例として、チップＬＥＤは、導電性接着剤、はんだ、サーモソニック法又は熱圧着法を用いて基板２４にフリップ取り付けされると共に直接取り付けられる。屈折率整合ゲルが好ましくは、チップＬＥＤのチップ表面に塗布される。インターコネクトシステム１６は、導電性配合物を用いてヒートシンク２０に取り付けられる。

引き続き図１を参照すると、エンクロージャ１４は、４つの壁又は側部２８及び頂部パネル３０を有している。エンクロージャ１４の少なくとも一部は、ＬＥＤ１８により放出されたＵＶ放射線を可視光に変換する蛍光体層３２を有している。一実施形態では、蛍光体層３２は、パネル３０の一様な内部層内に分散され又はこの中に存在する３色（赤−緑−青）蛍光体である。好ましくは、制御光学素子が、パネル構造体中に組み込まれる。頂部パネル３０とＬＥＤ１８との間の空隙が、エンクロージャ１４の高さ、例えば、壁２８の高さにより調節される。エンクロージャの高さは、光システム１０が一様な放出光パターンをもたらすように定められる。代表的には、エンクロージャの高さは、ＬＥＤ１８の間隔及び角度的放出パターンに応じて選択される。

好ましくは、エンクロージャ壁２８の少なくとも一部は、壁２８に当たるＵＶ放射線の相当な量が反射されてエンクロージャ１４内へ戻されるようＵＶ反射膜を有する。壁２８は、ＵＶ反射性物質から構成されるが、このようにするかどうかは任意である。一実施形態では、壁２８の内部は、光システム内に存在する蛍光体により生じる光の波長に対して高い反射性を示す物質で被覆されている。

代表的には、照明システム１０のための蛍光体は、光システム１０の動作中、高い効率及び適正な色が得られると共に飽和効果の強度を最小限にするよう選択される。好ましくは、蛍光体は、色温度（ＣＣＴ）が２５００〜１００００Ｋであり、演色評価数（ＣＲＩ）が５０〜９９の蛍光体から選択される。蛍光体の配合具合又は密度は、光エンジン１２に対する変更を行なわないで個々のユーザにとって種々の色温度、色点又はＣＲＩを生じさせるよう変更が容易である。本発明に用いられる無機蛍光体の例が、表１に記載されている。一実施形態では、有機蛍光体又は無機及び有機蛍光体の組合せが用いられる。本発明に使用される有機蛍光体の例は、ＢＡＳＦルモゲン（Lumogen）Ｆ色素、例えばLumogen F Yellow 083、Lumogen F Orange 240、Lumogen F Red 300及びLumogen F Violet 570である。当然のことながら、他の蛍光体、例えば、米国特許第６，３６６，０３３号明細書に記載されている有機成分を含む希土類混合物、米国特許第６，２０７，２２９号明細書に記載されている量子ドット蛍光体、米国特許第６，０４８，６１６号明細書に記載されたナノ蛍光体又は他の適当な蛍光体が用いられることも又想定されている。

好ましくは、飽和効果は、崩壊時間の短い（τ＜１ｍｓ）蛍光体を選択することにより最小限に抑えられる。飽和効果は、崩壊時間の遅い蛍光体への入射ＵＶ線束を拡散することにより最小限に抑えられるが、このようにするかどうかは任意である。一実施形態では、蛍光体への入射ＵＶ線束を拡散することは、蛍光体層をＵＶ放出ＬＥＤから一段と遠ざけることにより達成される。

図２を参照すると、被膜４０が、蛍光体層３２の放射線受入れ面又は内面４２に被着されている。被膜４０は、ＬＥＤ１８の波長に対して透過性であるが、蛍光体層３２の蛍光体により生じる波長に対して反射性である。変換されなかったＬＥＤブリードスルーを蛍光体層３２中へ反射して戻すために別の被膜４４が蛍光体層３２の光放出面又は外面４６に被着されているが、このようにするかどうかは任意である。

再び図３を参照すると、一実施形態では、エンクロージャ１４は、エンクロージャ１４の頂部に設けられた開口部５０に嵌まり込む交換可能又は取外し可能なパネルである頂部パネル３０を有している。例えば取外し可能な燐光頂部パネルを含むエンクロージャ１４のかかる構造により、同一の光エンジン１２及びエンクロージャ壁２８を用いた状態で、個々のユーザに合わせて使用変更された色温度及び演色評価数に適合させるためのパネル３０の互換性が得られる。

再び図４を参照すると、一実施形態では、照明システム１０は、標準型の白熱電球にそっくりであるよう構成されている。当然のことながら、照明システム１０を他の幾何学的形状、例えば球形、楕円形にそっくりであるよう構成でき又は個々のユーザの要望に合うよう特注されることも又想定されている。エンクロージャ１４は、インターコネクト基板１６上に設けられ、ヒートシンク２０と逆の方向に長手方向に延びる第１の部分５２を有している。エンクロージャ１４の第２の部分５４が、照明エンジン１２により放出された放射線を包囲するよう第１の部分５２の頂部に設けられた開口部５０（図示せず）に嵌まり込んでいる。好ましくは、エンクロージャ１４の第１の部分５２は、固有の材料特性のＵＶ反射膜を有し、第２の部分５４は、放射線変換蛍光体３２を有する。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明した。当業者であれば、上述の詳細な説明を読んで理解すると、改造例及び変形例を想到できよう。本発明は、かかる改造例及び変形例が全て特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に又はその均等範囲に含まれる限り、かかる改造例及び変形例を全て含むものと解される。

本発明のＬＥＤ照明組立体の略図である。 蛍光体の入った要素の断面図である。 取外し可能な頂部パネルを備えたＬＥＤ照明組立体の略図である。 電球の形をしたエンクロージャを有するＬＥＤ照明組立体の断面図である。

Claims (16)

1. 照明装置であって、
   紫外線を発生させる光エンジンと、
   前記光エンジンの放射線発生領域を包囲して前記放射線を少なくとも実質的に取り囲むエンクロージャとを有し、
   前記エンクロージャは、紫外線を実質的に反射する第１の部分と、蛍光体部分を含む少なくとも１つの第２の部分とを有し、前記第２の部分は、前記光エンジンの前記放射線発生領域から離隔しており、
   前記蛍光体部分は、放射線受入れ面及び可視光をもたらす発光面を有する、装置。
2. 前記光エンジンは、
   前記紫外線を発生させるよう回路基板上に設けられたＬＥＤと、
   ＬＥＤにより発生した熱を消散させるようＬＥＤと反対側の回路基板の側部上に設けられたヒートシンクとを有する、請求項１記載の装置。
3. ＬＥＤの波長は、５１０ｎｍ以下である、請求項２記載の装置。
4. プリント回路基板の取付け面は、紫外線を反射する、請求項２記載の装置。
5. 前記ヒートシンクは、複数のウイングを有する、請求項２記載の装置。
6. 前記エンクロージャは、白熱電球の形状をしている、請求項１記載の装置。
7. 前記蛍光体部分は、蛍光体粉末を前記エンクロージャの前記少なくとも１つの第２の部分内に分散させることにより形成される、請求項１記載の装置。
8. 前記蛍光体部分は、実質的に一様な内側蛍光物質層を含む全体として平らな本体である、請求項１記載の装置。
9. 前記蛍光体部分は、放射線受入れ面の周りに設けられていて、紫外線の波長に対して透過性であり、前記蛍光体部分中に存在する蛍光体により放出される光の波長に対して反射性である第１の反射膜を有する、請求項１記載の装置。
10. 前記蛍光体部分は、発光面の周りに設けられていて、紫外線に対して反射性であり、前記蛍光体部分中に存在する蛍光体により放出された光の波長に対して透過性である第２の反射膜を有する、請求項１記載の装置。
11. 前記エンクロージャは、
    側部と、
    取外し可能な頂部パネルとを有し、前記頂部パネルは、前記蛍光体部分を含む、請求項１記載の装置。
12. 前記蛍光体部分は、一様な可視光を発生させるために色温度が２５００Ｋ〜１００００Ｋであって演色評価数が５０〜９９の赤−緑−青の３色蛍光体を含む、請求項１１記載の装置。
13. 前記側部の内面は、紫外線及び蛍光体により放出された光の波長に対して実質的に反射性の反射性物質から成る、請求項１１記載の装置。
14. 前記側部の内面は、紫外線及び前記蛍光体により放出された光の波長に対して実質的に反射性の反射性物質で被覆されている、請求項１３記載の装置。
15. 複数枚の交換可能且つ取外し可能な頂部パネルを更に有し、蛍光体の配合具合及び密度は、前記照明システムが前記頂部パネルを交換することにより多数のあらかじめ選択された可視光の色を生じさせるよう各頂部パネルの各蛍光体部分についてあらかじめ定められている、請求項１１記載の装置。
16. 照明システムであって、
    主要な放射線放出方向を有する光エンジンを有し、前記光エンジンは、ＰＣ基板、前記ＰＣ基板上に設けられた複数個のＵＶ ＬＥＤ、及び前記ＬＥＤと反対側の前記ＰＣ基板の側部上に設けられたヒートシンクを有し、
    前記放射線放出方向を包囲するエンクロージャを有し、
    前記エンクロージャは、ＵＶ放射線を実質的に反射する少なくとも１つの部分及び前記光エンジンと全体として反対側に位置していて前記光エンジンから離隔した蛍光体含有部分を有し、
    前記蛍光体含有部分は、前記光エンジンに向いた前記蛍光体の第１の側部に被着された可視光反射層及び前記光エンジンから見て遠くの前記蛍光体の第２の側部に被着されたＵＶ光反射層を含む、照明システム。

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