JP2013521647A

JP2013521647A - リン光体分離を通じて演色評価数を高めた放射体

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Publication number: JP2013521647A
Application number: JP2012556065A
Authority: JP
Inventors: トン、タオ; レトキン、ロナン; ケラー、ベルント; イベットソン、ジェイムズ; ネグリー、ジェラルド
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2013-06-10

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＬＥＤ２２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ＬＥＤ２２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。

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「ＷａｆｅｒＬｅｖｅｌＰｈｏｓｐｈｏｒＣｏａｔｉｎｇＭｅｔｈｏｄａｎｄＤｅｖｉｃｅｓＦａｂｒｉｃａｔｅｄＵｔｉｌｉｚｉｎｇＭｅｔｈｏｄ」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「ＣｌｏｓｅＬｏｏｐＥｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓ」において説明されている。

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「ＨｉｇｈＯｕｔｐｕｔＲａｄｉａｌＤｉｓｐｅｒｓｉｎｇＬａｍｐＵｓｉｎｇａＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＬｉｇｈｔＳｏｕｒｃｅ」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「ＬｉｇｈｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ」で説明されている。

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。

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。

米国特許出願第１１／６５６，７５９号米国特許出願第１１／８９９，７９０号米国特許出願第１１／４７３，０８９号米国特許第６，３５０，０４１号米国特許第７，６１４，７５９号米国仮特許出願第６１／４３５，７５９号米国特許出願第２０１０／０１５５７６３号米国特許出願第１２／９０１，４０５号

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。

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。

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。

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。

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。

従来技術のＬＥＤランプの一実施例の断面図である。従来技術のＬＥＤランプの別の実施例の断面図である。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。本発明によるランプの一実施例の断面図である。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。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。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。本発明によるランプの別の実施例の断面図である。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。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。異なる照明の組み合わせを示すＣＩＥ図である。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。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。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。本発明によるランプの別の実施例の立面図である。図１９に示されているランプの分解図である。本発明によるランプの別の実施例の分解図である。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。本発明によるランプの別の実施例の斜視図である。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：Ｃｅ^３＋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。

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。

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「ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＬａｍｐ」において説明されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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「ＬＥＤＬａｍｐＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＲｅｍｏｔｅＰｈｏｓｐｈｏｒＷｉｔｈＨｅａｔＤｉｓｓｉｐａｔｉｏｎＦｅａｔｕｒｅｓ」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。

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。

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。

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）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_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、
Ｔｂ_３−ｘＲＥ_ｘＯ_１２：Ｃｅ（ＴＡＧ）、
ＲＥ＝Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ、及び
Ｓｒ_{２−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｉＯ_４：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。

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。
Ｓｒ_ｘＣａ_１−ｘＳ：Ｅｕ，Ｙ、Ｙ＝ハロゲン化物、
ＣａＳｉＡｌＮ_３：Ｅｕ、又は
Ｓｒ_２−ｙＣａ_ｙＳｉＯ_４：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。

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。

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。

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「ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＯｐｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓｔｏＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓ」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。

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「ＬＥＤＬａｍｐＷｉｔｈＲｅｍｏｔｅＰｈｏｓｐｈｏｒａｎｄＤｉｆｆｕｓｅｒＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」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。

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。

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_２Ｏ_３）、
二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、
硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、
アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、
溶融シリカ（ＳｉＯ_２）、
フュームド・シリカ（ＳｉＯ_２）、
窒化アルミニウム、
ガラス・ビーズ、
二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）、
酸化タンタル（ＴａＯ_５）、
窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、
酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_２Ｓ_４：Ｅｕ、
Ｓｒ_２−ｙＢａ_ｙＳｉＯ_４：Ｅｕ、
ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ
Ｃｅ^３＋をドープしたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、
Ｅｕ^２＋をドープした（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２、
ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ３^＋、及び
（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋
を使用して緑色光を発生することができる。

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。

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）_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋
Ｂａ_２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋
Ｇｄ_０．４６Ｓｒ_０．３１Ａｌ_１．２３Ｏ_ｘＦ_１．３８：Ｅｕ^２＋ _０．０６
（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＣａ_ｙ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ
Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋
（赤色）
Ｌｕ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋
（Ｓｒ_２−ｘＬａ_ｘ）（Ｃｅ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｏ_４
Ｓｒ_２Ｃｅ_１−ｘＥｕ_ｘＯ_４
Ｓｒ_２−ｘＥｕ_ｘＣｅＯ_４
ＳｒＴｉＯ_３：Ｐｒ^３＋，Ｇａ^３＋
ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋
Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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「ＬａｍｐＷｉｔｈＲｅｍｏｔｅＰｈｏｓｐｈｏｒａｎｄＤｉｆｆｕｓｅｒＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」、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−ｕｎｉｆｏｒｍＤｉｆｆｕｓｅｒｔｏＳｃａｔｔｅｒＬｉｇｈｔＩｎｔｏＵｎｉｆｏｒｍＥｍｉｓｓｉｏｎＰａｔｔｅｒｎ」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）。

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。

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ＥｎｅｒｇｙＳｔａｒ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、ＤＯＥＥｎｅｒｇｙＳｔａｒ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
光キャビティをさらに備える請求項１に記載のランプ。
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。
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。
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。
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。
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。
前記ランプは、ＥｎｅｒｇｙＳｔａｒ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
光キャビティをさらに備える請求項２０に記載のランプ。
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。
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。
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。
ＥｎｅｒｇｙＳｔａｒ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。
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。
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。
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。
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。
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。
前記ＬＥＤは、青色光を放射する請求項３６に記載のランプ。
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。
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。
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。
光キャビティをさらに備える請求項３６に記載のランプ。
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。
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。
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。
ＥｎｅｒｇｙＳｔａｒ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。
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。