JP2014520384A - 反射マスクを有するledベース照明モジュール - Google Patents
反射マスクを有するledベース照明モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014520384A JP2014520384A JP2014517120A JP2014517120A JP2014520384A JP 2014520384 A JP2014520384 A JP 2014520384A JP 2014517120 A JP2014517120 A JP 2014517120A JP 2014517120 A JP2014517120 A JP 2014517120A JP 2014520384 A JP2014520384 A JP 2014520384A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- led
- based lighting
- light
- lighting device
- leds
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005286 illumination Methods 0.000 title abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 210
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 208
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 38
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 41
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 29
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 26
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 16
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 16
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 10
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 7
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 5
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 5
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 3
- 102100032047 Alsin Human genes 0.000 description 2
- 101710187109 Alsin Proteins 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910016066 BaSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004706 CaSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004122 SrSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000219793 Trifolium Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000007620 mathematical function Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
- F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
- F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/50—Cooling arrangements
- F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
- F21V29/505—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of reflectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2105/00—Planar light sources
- F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
- H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/52—Encapsulations
- H01L33/54—Encapsulations having a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/58—Optical field-shaping elements
- H01L33/60—Reflective elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
本発明の照明モジュールは、複数の発光ダイオード(LED)を含む。本発明の照明モジュールは、前記LEDの上側に配置された反射マスクカバープレートを含む。前記反射マスクは、前記LEDのアクティブダイ領域に整合された開口を有し、所定のパターンをなして形成された反射層を含む。前記反射マスクは、前記複数のLEDと前記レンズ要素との間に配置された前記反射層であり得、前記反射層に形成された開口に、前記複数のLED及び前記レンズ要素を物理的及び光学的に互いに結合させる材料が充填されている。前記照明モジュールは、前記レンズ要素を取り囲む色変換キャビティを含み得、前記レンズ要素は二色性フィルタを有し得る。前記レンズ要素は、前記複数のLEDのうちの互いに異なる群の上側に位置する、互いに異なる表面プロファイルを有し得る。
【選択図】図6
【選択図】図6
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、35 USC 119の下で米国仮特許出願第61/500,924号(2011年6月24日出願)及び米国仮特許出願第61/566,993号(2011年12月5日出願)に基づく優先権を主張する米国特許出願第13/527,443号(2012年6月19日出願)及び米国特許出願第13/527,446号(2012年6月19日出願)に基づく優先権を主張するものであり、前記両出願はその開示内容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、35 USC 119の下で米国仮特許出願第61/500,924号(2011年6月24日出願)及び米国仮特許出願第61/566,993号(2011年12月5日出願)に基づく優先権を主張する米国特許出願第13/527,443号(2012年6月19日出願)及び米国特許出願第13/527,446号(2012年6月19日出願)に基づく優先権を主張するものであり、前記両出願はその開示内容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。
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。
照明装置により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には一般的に、色点の不安定さを特徴とする色品質の悪さという問題がある。色点の不安定さは、部品間でばらつきがあるだけでなく、経時的に変化する。色品質の悪さはまた、出力がほとんどないバンドを有するLED光源により生成されたスペクトルに起因する演色性の悪さを特徴とする。さらに、LEDを使用する照明装置は一般的に、空間的及び/または角度的な色むらを有している。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色制御電子装置及び/またはセンサが必要であるためや、製造済みの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小規模に選び出して使用しているためである。
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)を含む。本発明の照明モジュールは、前記LEDの上側に配置された反射マスクカバープレートを含む。前記反射マスクは、前記LEDのアクティブダイ領域に整合された開口を有し、所定のパターンをなして形成された反射層を含む。前記反射マスクは、前記複数のLEDと前記レンズ要素との間に配置された前記反射層であり得、前記反射層に形成された開口に、前記複数のLED及び前記レンズ要素を物理的及び光学的に互いに結合させる材料が充填されている。前記照明モジュールは、前記レンズ要素を取り囲む色変換キャビティを含み得、前記レンズ要素は二色性フィルタを有し得る。前記レンズ要素は、前記複数のLEDのうちの互いに異なる群の上側に位置する、互いに異なる表面プロファイルを有し得る。
さらなる詳細及び実施形態及び技術が、以下の詳細な説明で説明される。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。
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、図2及び図3は、3つの例示的な照明装置150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。図3に示す照明装置は、レトロフィットランプに組み込まれた照明モジュール100を含む。これらの例は、説明目的のためのものである。略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125と、固定部材(light fixture)120とを含む。図示のように、固定部材120は、ヒートシンク機能を有する。そのため、固定部材120は、ヒートシンク120と呼ばれることもある。また、固定部材120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125は、照明モジュール100から放射された光を平行化または偏向させ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125は、伝熱性材料、例えばアルミニウムや銅などの材料から製作することができ、照明モジュール100に熱的に接続され得る。熱は、照明モジュール100及び伝熱性リフレクタ125を介した熱伝導によって流れる。熱はまた、リフレクタ125上での熱対流によって流れる。リフレクタ125は、高反射性材料から製作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125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得る。図3に示すように、リフレクタ125は、任意選択で波長変換材料、拡散材料または他の任意の材料で被覆される側壁126及びウィンドウ127を含み得る。
図1、図2及び図3に示すように、照明モジュール100は、ヒートシンク120に取り付けられる。ヒートシンク120は、伝熱性材料、例えばアルミニウムや銅などの材料から製作することができ、照明モジュール100に熱的に接続され得る。熱は、照明モジュール100及び伝熱性ヒートシンク120を介した熱伝導によって流れる。熱はまた、ヒートシンク120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120に固定するために、照明モジュール100はヒートシンク120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120に着脱自在に結合され得る。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120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、1000〜2000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120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を用いることができる。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4は、例として図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、1つのLEDではなく、LED光源またはLED照明器具、あるいはそれらの構成部品であることを理解されたい。例えば、LEDベース照明モジュールは、図3に示すようなLEDベースの交換用ランプであり得る。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。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)、クリー社(Cree;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)の製品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並びに熱的、機械的及び電気的インターフェースも含む、1若しくは複数のLEDダイのアセンブリである。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。実装基板104が取付台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とを互いに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の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、これに限定しないが、出力ウィンドウ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。出力ウィンドウ108は、出力ポートとして用いる場合は、キャビティ本体部105の頂部に結合される。いくつかの実施形態では、出力ウィンドウ108は、接着剤によってキャビティ本体部105に結合され得る。出力ウィンドウ108からキャビティ本体部105への熱放散を促進するために、伝熱性接着剤を用いることが望ましい。前記接着剤は、出力ウィンドウ108とキャビティ本体部105との界面に存在する温度に確実に耐えることができるものを用いるべきである。さらに、前記接着剤は、出力ウィンドウ108から放射される光を吸収するのではなく、入射光を可能な限り反射または透過することが好ましい。一例では、ダウ・コーニング社(Dow Corning;米国)製のいくつかの接着剤(例えば、ダウ・コーニング型番SE4420、SE4422、SE4486、1−4173、またはSE9210)のうちの1つの熱耐性、伝熱性及び光学特性が、好適な性能を提供するであろう。なお、他の伝熱性接着剤も考えられ得る。
LED102から入射した光及び任意の波長変換光を、該光が出力ポート、例えば出力ウィンドウ108(光源サブアセンブリ115の上側に設置された場合)から出射されるまでキャビティ160内で反射するように、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)は反射性を有する。底部リフレクタ挿入体106は、任意選択で、実装基板104の上側に配置され得る。底部リフレクタ挿入体106は、各LED102の光放射部分を遮らないように、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の上側に設置したときに、LED102から入射した光を側壁挿入体107の内面によって出力ウィンドウ108へ導くように、側壁挿入体107が任意選択でキャビティ本体部105の内部に配置され得る。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であるが、他の形状も考えられる(例えば、クローバ状や多角形など)。加えて、キャビティ本体部105の内部側壁は、図示のように出力ウィンドウ108に対して垂直に配向させるのではなく、実装基板104から出力ウィンドウ108へ外向きにテーパまたは湾曲させてもよい。
底部リフレクタ挿入体106及び側壁挿入体107は、キャビティ160内で下向きに反射された光を出力ポート(例えば、出力ウィンドウ108)の方向に概ね反射して戻すように、高反射性であり得る。加えて、挿入体106及び107は、追加的なヒートスプレッダとしての機能を果たすように、高い伝熱性を有し得る。例えば、挿入体106及び107は、高い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伝熱性材料から製造され得る。例えば、ドイツのアラノッド社(Alanod)製のMiro(登録商標)と呼ばれる材料を使用することができる。高反射性は、アルミニウムを研磨するか、または挿入体106及び107の内面を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することができる。あるいは、挿入体106及び107は、3M社(米国)製のVikuiti(登録商標)ESR、東レ(日本)製のLumirror(商標)E60L、または古河電気工業(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)などの高反射性の薄い材料から製作してもよい。別の例では、挿入体106及び107は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)材料から製作され得る。いくつかの実施形態では、挿入体106及び107は、W.L.ゴレ社(W.L. Gore;米国)またはベルクホフ社(Berghof;ドイツ)から販売されている厚さ1〜2mmのPTFE材料から製作され得る。さらに別の実施形態では、挿入体106及び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当て(裏側に配置)されたPTFE材料から製作され得る。側壁挿入体107、底部リフレクタ挿入体106、出力ウィンドウ108、キャビティ本体部105、及び実装基板104に、高拡散反射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。
図5A及び図5Bは、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。この実施形態では、側壁挿入体107と、出力ウィンドウ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、LEDベース照明モジュール100内に光混合キャビティ160(図5Aに示す)が画定される。LED102から入射した光の一部は、出力ウィンドウ108から出射されるまで、光混合キャビティ160で反射される。出力ウィンドウ108から出る前の光をキャビティ160内で反射することにより、LEDベース照明モジュール100から放射された光が混合され、光の分布がより均一になるという効果が得られる。加えて、出力ウィンドウ108から出る前の光が光混合キャビティ160内で反射されることにより、所定量の光が、キャビティ160内に含まれる光変換材料との相互作用によって色変換される。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ160は、光変換材料を含まない。これらの実施形態では、色変換キャビティ160は、該キャビティを通過する光を、色変換することなく、混合する働きをする。
図1〜図5Bに示すように、LED102で生成された光は、一般的に、色変換キャビティ160内に放射される。本明細書では、LEDベース照明モジュール100からの光抽出を向上させるための様々な実施形態を紹介する。LED102の上側に配置された反射マスクカバープレート173の一態様は、LED102から放射された光が反射マスクカバープレート173を通過することを許可するが、光変換キャビティ160内で反射されてLED102の方向へ戻る後方反射光は反射して色変換キャビティ160へ戻すように構成された、所定のパターンをなして形成された反射層175を含む。これにより、反射層175が存在しない場合はLED102間あるいはLED102の周囲に吸収されることになる後方反射光の進行方向をLEDベース照明モジュール100の前記出力部(すなわち色変換キャビティ)に向けて変更することができる。別の態様では、隙間リフレクタ195により、後方反射光を反射して、色変換キャビティ160へ戻す。隙間リフレクタ195は、オーバーモールドレンズ184により、LEDに対して位置固定される。オーバーモールドレンズ184は、隙間リフレクタ195を拘束する。また、オーバーモールドレンズ184は、方向変換されてLEDベース照明モジュール100の前記出力部に向かう光を平行化する。したがって、色変換キャビティ160の光抽出効率を高めることができる。
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、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系色の光を放射することができる。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ようにしてもよい。また、LED102のいくつかまたは全てが白色の光を生成するようにしてもよい。加えて、LED102が偏光または非偏光を放射するようにしてもよく、LEDベース照明モジュール100は、偏光LEDまたは非偏光LEDの任意の組み合わせを用いることができる。いくつかの実施形態では、LED102は、青色光またはUV光を放射する。青色光またはUV光の波長範囲は、発光効率が高いためである。光混合キャビティ160内に配置された波長変換材料と組み合わせて使用することにより、照明装置100から放射される光が所望の色を有するようにすることができる。これらの波長変換材料の光変換特性は、キャビティ160内での光混合と協働して、色変換された光の出力をもたらす。また、波長変換材料の化学的性質及び/または物理的性質(例えば、厚さや濃度)、あるいはキャビティ160の内面に形成されるコーティングの幾何学的性質を調節(変更)することにより、出力ウィンドウ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)を設定することができる。
本明細書の目的のために、波長変換材料は、色変換機能(例えば、或るピーク波長を有する光を所定量吸収し、それに応じて、別のピーク波長を有する光を所定量放射する機能)を果たす任意の単一の化合物または互いに異なる複数の化合物の混合物である。
キャビティ160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、出力ウィンドウ108、及びキャビティ内に配置される他の構成要素(図示せず)は、波長変換材料で被覆されるか、または波長変換材料を含んでなる。図5Bは、波長変換材料で被覆された側壁挿入体107の一部を示す。さらに、キャビティ160の別の構成要素を、同一のまたは別の波長変換材料で被覆してもよい。
例として、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、CaAlSi(ON)3:Eu、Ba2SiO4:Eu、Sr2SiO4:Eu、Ca2SiO4:Eu、CaSc2O4:Ce、CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu、Ca5(PO4)3Cl:Eu、Ba5(PO4)3Cl:Eu、Cs2CaP2O7、Cs2SrP2O7、Lu3Al5O12:Ce、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Sr8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、La3Si6N11:Ce、Y3Ga5O12:Ce、Gd3Ga5O12:Ce、Tb3Ga5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、及びLu3Ga5O12:Ce。
一例では、照明デバイスの色点の調節は、同様に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材料を含浸させた側壁挿入体107及び/または出力ウィンドウ108を交換することにより実現することができる。一実施形態では、ユウロピウム活性化アルカリ土類窒化ケイ素(例えば、(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160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ウィンドウ108の一部を被覆する。別の実施形態では、アルカリ土類オキシ窒化ケイ素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160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、赤色発光アルカリ土類オキシ窒化ケイ素と黄色発光YAG蛍光体との混合物によって出力ウィンドウ108の一部を被覆する。
いくつかの実施形態では、前記蛍光体は、適切な溶媒媒体中で、結合剤、並びに任意選択で界面活性剤及び可塑剤と混合される。その結果得られた混合物は、スプレー塗布、スクリーン印刷、ブレードコーティング、または他の任意の手段のいずれかによって堆積させられる。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、または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、または光混合キャビティ160の表面に形成する蛍光体層の厚さ及び濃度を最適化することにより、照明モジュール100から放射される光の色点を要望通りに調節することができる。
一例では、1種類の波長変換材料が、図5B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、赤色蛍光体を側壁挿入体107における互いに異なる領域に所定のパターンで適用し、黄色蛍光体で出力ウィンドウ108を被覆してもよい。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により生成された光が異なる場合に、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。LED102、側壁挿入体107に適用される赤色蛍光体、及び出力ウィンドウ108に適用される黄色蛍光体の各部品の色性能をそれらの組み合わせ前に測定しておき、前記各部品を互いに組み合わせたときに所望の色温度が得られるように、測定された性能に基づいて各部品を選択するとよい。
図6は、LEDベース照明モジュール100の一実施形態を示す側断面図であり、図7をA−A線で破断したものである。図示した実施形態では、LEDベース照明モジュール100は、LED実装基板104に実装された複数のLED102A〜102Cと、側壁107と、出力ウィンドウ108と、反射マスクカバープレート173とを含む。図示した実施形態では、側壁107は、反射層171と色変換層172とを含む。色変換層172は、波長変換材料(例えば、赤色蛍光体材料)を含む。いくつかの実施形態では、側壁107は、色変換層172を含まない。いくつかの実施形態では、側壁107は、高反射性を有する材料から製作される。図示した実施形態では、出力ウィンドウ108は、透光層134と色変換層135とを含む。色変換層135は、側壁107に配置された波長変換材料とは色変換特性が異なる波長変換材料(例えば、黄色蛍光体材料)を含む。いくつかの実施形態では、出力ウィンドウ108は、色変換層を含まない。いくつかの実施形態では、出力ウィンドウ108は、透光性材料から製作された拡散層または透光層を含む。
色変換キャビティ160は、LEDベース照明モジュール100の側壁107と、出力ウィンドウ108と、反射マスクカバープレート173とにより画定される。反射マスクカバープレート173は、透光層174と、所定のパターンをなして形成された反射層175とを含む。図示した実施形態では、パターン形成反射層175は、透光層174に結合される。一例では、反射層175は、透光層174上に堆積される(例えば、金属層堆積)。別の例では、反射層175は、透光層174に接着剤によって結合される。さらなる別の例では、反射層175は、透光層174とLED実装基板104との間に機械的に保持される。図6に示すように、反射層175は、LED102と透光層174との間に配置される。一方、いくつかの実施形態では、反射層175は、透光層174の、LED102の反対側の面に配置される。このような実施形態では、透光層174は、反射層175とLED102との間に配置されることになる。いくつかの実施形態では、反射層175は、2つの透光層174間に保持される。いくつかの実施形態では、反射層175は、透光層174上にめっきされた適切な反射性材料または複数の反射性材料の組み合わせ(例えば、銀、アルミニウム)を含む。いくつかの実施形態では、反射層175は、透光層174に結合された高反射性材料、例えば、焼結PTFE、3M社(米国)製のVikuiti(商標)ESR、東レ(日本)製のLumirror(商標)E60L、または微結晶性ポリエチレンテレフタレート(MCPET)などを含む。いくつかの実施形態では、反射層175は、透光層174に塗布された反射コーティングを含む。このような反射コーティングは、透光層174上にパターン形成された、二酸化チタン(TiO2)粒子、酸化亜鉛(ZnO)粒子、及び硫酸バリウム(BaSO4)粒子を含み得る。また、このような反射コーティングは、反射性粒子を含有するポリマー材料(例えば、シリコーン)を含み得る。反射層175のパターンは、LED102から放射された光を、最小限の光遮断で反射マスクカバープレート173を通過させるように構成される。反射層175は、後方反射光(色変換キャビティ160内で反射されて、実装基板104及びLED102に向かう光)の進行方向を変換キャビティ160に向けて変更し、前記後方反射光を変換キャビティ160内に戻すように構成される。実装基板104の上側に反射層175を設けることにより、反射層175が存在しない場合は実装基板104に吸収されることになる光を再利用することができる。したがって、色変換キャビティ160の光抽出効率を高めることができる。
透光層134及び174は、適切な透光性材料(例えば、サファイア、アルミナ、クラウンガラス、ポリカーボネート、及び他のプラスチック)から製作することができる。
図6に示すように、反射マスクカバープレート173は、LED102の光放射面の上側に、スタンドオフ176によって設けられたクリアランス距離を隔てて配置される。いくつかの実施形態では、このことは、LEDパッケージサブマウントからLEDの動作領域へのワイヤーボンディング接続のためのクリアランスを設けるために望ましい。いくつかの実施形態では、ワイヤーボンディング接続のためのクリアランスを設けることを可能にするが、LED102から放射された過量の光を遮断することを避けるために、クリアランスは、1ミリメートル以下であることが望ましい。いくつかの実施形態では、LED102から放射された過量の光を遮断することを避けるために、クリアランスは、200マイクロメートル以下であることが望ましい。
いくつかの実施形態では、クリアランス距離は、LED102のサイズによって決定される。例えば、LED102のサイズは、1つの正方形状アクティブダイ領域の任意の面の長さ寸法によって特徴付けることができる。いくつかの他の例では、LED102のサイズは、1つの長方形状アクティブダイ領域の任意の面の長さ寸法によって特徴付けることができる。いくつかのLED102は、多数のアクティブダイ領域を含む(例えば、LEDアレイ)。これらの例では、LED102のサイズは、任意の個々のダイのサイズまたはアレイ全体のサイズによって特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、LED102から放射された過量の光を遮断することを避けるために、クリアランスは、LED102のサイズよりも小さくするべきである。いくつかの実施形態では、クリアランスは、LED102のサイズの20パーセント未満にするべきである。いくつかの実施形態では、クリアランスは、LED102のサイズの5パーセント未満にするべきである。クリアランスを小さくすると、光の遮断量が少なくなる。
いくつかの実施形態では、反射マスクカバープレート173をLED102の表面に直接的に結合させることが望ましい。このようにすると、反射マスクカバープレート173とLED102との間の直接的な熱接触によって、反射マスクカバープレート173が熱放散機構の機能を果たすことが可能となり、それにより、LED102から熱を除去することができる。いくつかの実施形態では、実装基板104と反射マスクカバープレート173との間の空間が、固体封止材料によって塞がれる。例えば、前記空間を塞ぐのにシリコーンが用いられる。いくつかの実施形態では、LED102からの熱抽出を促進するために、前記空間に流体が充填される。
LED102A〜102Cから放射され、反射マスクカバープレート173を通過した光は、色変換キャビティ160へ入射する。そして、前記光は、色変換キャビティ160内で混合される。色変換キャビティ160の任意の内面に色変換層を含む実施形態では、前記光は、図4及び図5A〜5Bを参照して説明したようにして変換される。その結果生じた混合光141が、LEDベース照明モジュール100から放射される。
図6に示すように、反射マスクカバープレート173は、LED102の光放射面によって画定される平面Cの上側に配置される。反射層175は、LED102の光放射面の任意の部分から、平面Cに対して垂直方向に放射された光を遮断しないように構成される。加えて、反射マスクカバープレート173は、LED102の傷付きやすいダイ領域を、汚れや機械的な負荷から保護する。
図7は、LEDベース照明モジュール100を図6に示したC部分で切断した上面図である。図示のように、この実施形態では、LEDベース照明モジュール100は、図2に示した例示的な構造のような円形形状である。この実施形態では、LEDベース照明モジュール100は、円形開口179を有する。図6及び7に示したLEDベース照明モジュール100の開口は円形形状を有するが、他の形状も想定され得る。例えば、LEDベース照明モジュール100は、多角形形状の開口を有し得る。別の実施形態では、LEDベース照明モジュール100は、任意の他の閉鎖形状(例えば、惰円形、星型など)の開口を有するように構成され得る。図7に示すように、反射マスクカバープレート173には、LED102から放射された光を通過させて色変換キャビティ160へ入射させるための複数の透光性ウィンドウ(開口)が形成されている。上から見たとき、反射層175には、開口179の全領域にわたって、光を通過させるためのウィンドウが形成されていない反射面が存在している。したがって、上から見たとき、各LED102のアクティブダイ領域または高反射性面の両方が見えることになる。
LEDダイは、多くの場合、正方形または長方形の形状を有する。しかしながら、多くのLEDベース照明モジュールは、所望の照明効果を得るために円形開口を有するように構成される。前記開口領域、すなわち出力ウィンドウ108の領域は、LED102のアクティブダイ領域の面積と反射マスクカバープレート173の反射領域の面積(すなわち、反射層175の面積)との合計面積と少なくとも同じ大きさの面積を有する。正方形または長方形のLEDダイ上に円形開口を配することにより生じる形状的不一致によって、開口領域の大部分がアクティブ光放射領域から外れることになる。アクティブ光放射領域から外れた領域を反射層175で可能な限り覆うことによって、吸収損失を最小限に抑えることができる。さらに、いくつかの実施形態では、アクティブ光放射領域に開口領域を疎に配することが望ましい。繰り返すが、アクティブ光放射領域から外れることになる開口領域の大部分は、吸収損失を最小限に抑えるために、反射層175で覆われる。
図8は、LEDベース照明モジュール100の一実施形態の断面図である。各LED102のアクティブ光放射領域から光が放射される。図8に示すように、LED102Aのアクティブダイ領域の1つの寸法が、長さLによって特徴付けられる。反射層175のLED102Aに最も近い縁部は、LED102Aの最も近い縁部から、xy座標系のx方向に距離Bを隔てて配置されている。また、反射層175は、LED102Aの光放射領域の上側に、(xy座標系のy方向に)距離Hを隔てて配置されている。反射層175の位置及び寸法は、LED102の全アクティブ領域から放射される光の遮断、及び色変換キャビティ160内での光の再利用に使用可能な反射面積の大きさに影響を及ぼす。
寸法Hを小さくすると光遮断量を減少させることができ、かつ光の再利用に使用可能な反射面積を増加させることができる。一方、寸法Bの選択は、LED102の全アクティブ面積にわたっての光遮断量の最小化と、色変換キャビティ160内での光の再利用に使用可能な反射面積の最大化とのバランスを取ることを含む。
光は、LED102のアクティブ表面に対して斜角をなして放射される。放射される光の遮断量をLED102Aの全アクティブ領域にわたって最小限に抑えるために、LED102Aの、反射層に最も近い部分及び反射層に最も遠い部分から放射される光の遮断について考える。一例では、LED102Aの最も近い縁部から、法線(y方向)から60°未満の任意の角度で放射される光を遮断するべきでないと我々は判断した。これは、拘束方程式(1)で表すことができる。
加えて、LED102Aの最も遠い縁部から、法線(y方向)から85°未満の任意の角度で放射された光を遮断するべきでないと我々は判断した。これは、拘束方程式(2)で表すことができる。
長さLにより特徴付けられるLED102Aのアクティブダイ領域、及び寸法Hの選択を所与として、反射層175の位置及びサイズは、拘束方程式(1)及び(2)のうちの限定的な方に基づいて求められる。方程式(1)及び(2)に示された角度拘束値は、一例として与えられている。特定のLED102から放射される光の角度分布に基づいて、他の角度値も考えられ得る。一般に、前記角度値が大きい場合は、光再利用を増加させるよりも、光遮断を減少させるようにすることが望ましい。反対に、前記角度値が小さい場合は、光遮断を減少させるよりも、光再利用を増加させるようにすることが望ましい。前記角度値は、任意の特定のLED102から放射される光の角度分布に基づいて、選択され得る。例えば、特定のLED102から放射される光の大部分が45°の円錐角で放射される場合、拘束方程式(1)及び(2)では少なくとも45°の角度値を用いることが望ましい。一方、特定のLED102から放射される光の大部分が60°の円錐角で放射される場合、少なくとも60°の角度値を用いることが望ましい。
拘束方程式(1)及び(2)は、一例として与えられている。LED102の位置に基づいて反射層175の位置及びサイズを決定するのに、他の設計手法を用いることもできる。例えば、反射層175の位置及びサイズは、互いに隣接するLED102間の隙間に基づいて決定することができる。いくつかの他の例では、反射層175の位置及びサイズは、LED102から放射される光のうちの、反射層174を通って色変換キャビティ160に入射する光の割合に基づいて決定することができる。
図9A〜9Bに示す実施形態では、反射層175は、LED102に対向配置された透光層174の底面に設けられている。図9Aに示すように、或る量のフレキシブルな透光性材料161が、透光層174の底面に、かつ反射層175に形成された開口に配置されている。前記開口は、LED102と位置が整合している。非限定的な例として、フレキシブルな透光性材料161には、粘着剤、透光性シリコーン、反射性粒子(例えば、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、またはそれらの組み合わせ)を含有するシリコーン、波長変換材料(蛍光体粒子)を含有するシリコーン、焼結PTFE材料などが含まれる。
図9Bに示すように、反射マスクカバープレート173は、スタンドオフ176を介してLED102が実装されたLED実装基板104に隣接配置され、かつLED102に接触させられる。フレキシブルな透光性材料161は、反射マスクカバープレート173をLED102に対して効率的に結合させる。いくつかの実施形態では、フレキシブルな透光性材料161は、LED102と反射マスクカバープレート173との間の結合を維持するために硬化させられる。このようにして、透光層174はLED102の上面に結合させられ、それにより、反射層175でLED102間の隙間を製造公差内で完全に閉鎖することができる。
図10A〜10Bに示す別の実施形態では、反射層175は、LED102に対向配置された透光層174の底面に設けられている。或る量のフレキシブルな透光性材料161が、透光層174の底面に、かつ反射層175間に形成された開口に配置されている。前記開口は、LED102と位置が整合している。そして、図10Aに示すように、或る量の透光性材料162が、反射層175を透光層174から隔てている。非限定的な例として、透光性材料162は、シリコーン、ガラス、ポリカーボネート材料、サファイア、アルミナ、プラスチック、または他の適切な材料から構成され得る。いくつかの実施形態では、透光性材料162は、フレキシブルな透光性材料161と同じ材料である。光抽出を高めるために、透光性材料162は、その屈折率が、透光層174の屈折率と一致するように選択することが望ましい。透光性材料162によって反射層175を透光層174から隔てることにより、透光層174をLED102に対して直接的に結合させたときに、反射層175をLED102の上面よりも下側に位置させることができる。このことにより、LED102から広角で放射された光が、反射層175によって遮断されることなく、透光性材料162を通過することが可能になる。
いくつかの実施形態では、反射層175は、硬化時に膨張するポリマー系材料から構成される。図10Aに示すように、反射層175は、未硬化または部分的に硬化させた状態で適用される。LED実装基板104上に反射マスクカバープレート173を配置した後、反射層175を完全に硬化させ、LED102間に広がるように膨張させる。これにより、反射層175とLED102との間の空間が、組み立て中に、製造公差に適合することが可能になる。そして、前記空間は、組み立て後は、ポリマー系材料の膨張によって塞がれる。このことにより、組み立て後にLED102と反射層175と間の空間によって生じ得る光トラップを効果的に排除することができる。
図11は、図6及び7に示したモジュールと同様のLEDベース照明モジュール100の断面図である。いくつかの実施形態では、反射マスクカバープレート173の一部が、1以上の波長変換材料を含む。図示した実施形態では、反射マスクカバープレート173は、透光層174の、LED102に最も近い面に配置された反射層175を含む。波長変換材料180〜182が、透光層174の、LED102から最も遠い面に配置されている。一例として、波長変換材料180は、反射層175に形成された、LED102Aから放射された光が色変換キャビティ160に入射することを可能にするためのウィンドウの上側に位置する透光層174の部分の上側に配置される。これにより、LED102Aから放射された光は、反射層175に形成されたウィンドウ及び透光層174をその順に通過した後、波長変換材料180と相互作用する。いくつかの実施形態では、或る量の光が、色変換されることなく波長変換材料180を通過し、かつ或る量の光が波長変換材料180に吸収される。この相互作用の結果、図12に示すように、未色変換光及び色変換光の両方が色変換キャビティ160内へ入射する。同様に、波長変換材料181及び182は、反射層175に形成された、LED102B及び102Cから放射された光が色変換キャビティ160にそれぞれ入射することを可能にするためのウィンドウの上側に位置する透光層174の部分の上側に配置される。波長変換材料180〜182は、互いに同一または異なる材料であり得る。互いに異なる材料を用いることによって、互いに異なる色を有する色変換光を色変換キャビティ160内へ導入することができ、それにより、モジュール100から出力される混合光141の演色評価数(CRI)を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、透光層174の厚さTは、ダイの長さLDIEの少なくとも半分である。透光層174の厚さを、ダイの長さの少なくとも半分まで増加させることにより、波長変換材料180〜182から放射された後方散乱光がLEDダイではなく反射層175へ入射する可能性を増加させることができる。反射層175の反射率はLEDダイの表面の反射率よりも高いので、抽出効率が向上し得る。
いくつかの実施形態では、図13に示すように、後方反射光の色変換を高めるため及び製造を簡略化するために、単一の波長変換材料が透光層174の表面全体の上側に適用され得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、波長変換材料180〜182のいずれかが、透光層174の一部の上側に或るパターンで適用され得る。図14に示した実施形態では、波長変換材料180がLED102の上側に配置され、波長変換材料181が、波長変換材料180が配置された領域の間の領域に配置される。
いくつかの実施形態では、複数の互いに積層された透光層が用いられる。各透光層は、互いに異なる波長変換材料を含む。例えば、図15に示すように、透光層174の表面の上側に波長変換材料180が配置される。そして、第2の透光層163が、透光層174の上側に隣接配置される。透光層174は、波長変換材料181を含む。これにより、透光層174及び163を独立的に交換することによって、LEDベース照明モジュール100から放射される光の色点を調節することが可能となり、それにより、所望の色点を実現することができる。図15に示す実施形態では、透光層163は透光層174の上側に隣接配置されているが、前記両透光層間に空間を設けてもよい。このことは、前記両透光層の冷却を促進するのに望ましい。例えば、前記空間に空気流を流すことにより、前記両透光層を冷却することができる。
いくつかの実施形態では、波長変換材料が、或るパターン(例えば、ストライプ、ドット、ブロック、液滴など)で適用される。例えば、図16に示すように、波長変換材料180の液滴が、透光層174の表面に一様に適用される。波長変換材料を液滴形状にすると、前記液滴と色変換キャビティ160内の物質(例えば、空気、窒素、シリコーンなど)との間の界面の表面積が増大し、それにより、抽出効率を高めることができる。
図17に示すように、いくつかの実施形態では、波長変換材料180の液滴は、透光層174の表面に不均一なパターンで配置される。例えば、LED102Cの上側に配置された液滴群165は高密度で配置されているが、LED102A及び102B間の空間の上側に配置された液滴群164は低密度で配置されている(例えば、互いに隣接する液滴が間隙を介して配置されている)。このように、透光層174の表面での液滴の配置密度を変更することによって、LEDベース照明モジュール100から放射される光の色点を調節することができる。
図18に示すように、いくつかの実施形態では、互いに異なる波長変換材料の液滴が、透光層174上の互いに異なる位置に配置され、また或るパターンで配置され得る。例えば、液滴群164は波長変換材料180を含み、液滴群165は波長変換材料181を含む液滴と波長変換材料182を含む液滴との組み合わせを含む。このように、互いに異なる波長変換材料の組み合わせを、LED102に対して(LEDの上側に)様々な密度で配置することにより、LEDベース照明モジュール100から放射される光が所望の色点を有するようにすることができる。
図11〜18に示すように、波長変換材料は、透光層174の表面に配置される。しかしながら、他のいくつかの実施形態では、波長変換材料は、透光層174内に埋め込んでもよい。
一態様では、反射マスクカバープレート173は、少なくとも1つの波長変換材料を含んでなる反射構造体190を含む。図19は、反射構造体190の一部190A〜190Dの断面図である。図19に示すように、反射構造体190は、透光層174上に配置されており、透光層174の表面から出力ウィンドウ108に向かって延出している。反射構造体190の一部は、少なくとも1つの波長変換材料を含む。図19に示した実施形態では、LED102Aから放射された光は、反射層175に形成されたウィンドウ及び透光層174をその順に通過した後、色変換キャビティ160内に入射する。或る量の放射光が、反射構造体190の一部190A及び190Bの表面に配置された波長変換材料180と相互作用する。この相互作用の結果、LED102Aから放射された光の一部が、色変換キャビティ160に入射したときに色変換される。同様に、LED102B及び102Cから放射された光の一部が、波長変換材料181及び182とそれぞれ相互作用する。このように、LED102から放射された光が反射構造体190と相互作用することにより、互いに異なる色を有する光が色変換キャビティ160内に導入される。いくつかの実施形態では、LED102A〜102Cはそれぞれ、波長変換材料180〜182と効果的に相互作用する発光特性によって選択され得る。例えば、LED102Aの発光スペクトル及び波長変換材料180は、LED102Aの発光スペクトル及び波長変換材料180の吸収スペクトルが互いに厳密に一致するように選択され得る。いくつかの実施形態では、波長変換材料180〜182は、互いに同一の材料であり得る。いくつかの実施形態では、任意の波長変換材料180〜182が、反射構造体190の一部の上側に連続層として適用され得る。いくつかの実施形態では、任意の波長変換材料180〜182が、或るパターン(例えば、ストライプ、ドット、ブロック、液滴など)で適用され得る。いくつかの別の実施形態では、任意の波長変換材料180〜182が、反射構造体190内に埋め込まれ得る。
図20は、図19に示したものと同様のLEDベース照明モジュール100の断面図である。図示のように、LEDベース照明モジュール100は、反射構造体190上に配置された透光層191を含む。これにより、LEDベース照明モジュール100内に複数の色変換キャビティが形成される。各色変換キャビティ(例えば、160A、160B及び160C)は、各LED(例えば、102A、102B、102C)から放射された光を、該光が各色変換キャビティ(CCC)から出射され互いに混合される前にそれぞれ色変換するように構成される。各CCCに配置された波長変換材料、各CCCへ光を放射する任意のLEDに供給される電流、あるいは各CCCの形状を変更することにより、LEDベース照明モジュール100から放射される光の色を調節することができ、それにより、均一性が向上した光線を出力することができる。
図20に示すように、LED102Aは、色変換キャビティ160A内にのみ光を放射する。同様に、LED102Bは、色変換キャビティ160B内にのみ光を放射し、LED102Cは、色変換キャビティ160C内にのみ光を放射する。各LEDは、反射構造体190によって、他のLEDから隔てられている。
反射構造体190は、例えば、LED102Bから放射された光を、色変換キャビティ160B内で概ね照明モジュール100の出力ウィンドウ108に向けて上側方向に導くように高反射性を有する。加えて、反射構造体190は、追加的な熱拡散器の機能を果たすように、高熱伝導性を有し得る。一例として、反射構造体190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作され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro(登録商標)と呼ばれる材料を使用することができる。反射構造体の高反射性は、反射構造体を構成するアルミニウムを研磨するか、または反射構造体190の内面を1以上の反射コーティングで被覆することによって実現することができる。あるいは、反射構造体190は、高反射性を有する薄い材料、例えば3M社(米国)製のVikuiti(登録商標)ESR、東レ(日本)製のルミラー(登録商標)E60L、または古河電気工業(日本)製の微結晶性ポリエチレンテレフタレート(MCPET)から製作され得る。別の例では、反射構造体190は、PTFE材料から製作され得る。いくつかの例では、反射構造体190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材料から製作され得る。さらに別の実施形態では、反射構造体は、例えば金属層または非金属層(例えば、ESR、E60L、またはMCPET)などの薄い反射層が裏当て(裏側に配置)されたPTFE材料から製作され得る。また、高拡散反射コーティングを反射構造体190に適用してもよい。こ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。
一態様では、LEDベース照明モジュール100は、反射構造体190及び透光層191から形成された第1の色変換キャビティ(例えば、160A)を含む。いくつかの実施形態では、反射構造体190の、色変換キャビティ160Aを構成する部分が第1の波長変換材料180を含み、透光層191が第2の波長変換材料192で被覆されている。このように、各色変換キャビティに配置される波長変換材料の量及び種類を選択することによって、各色変換キャビティから放射される光の色を調節することができる。一例では、波長変換材料180は赤色蛍光体材料を含み、波長変換材料192は黄色蛍光体材料を含む。いくつかの例では、色変換キャビティ160及び色変換層192に含まれる各波長変換材料は、LEDベース照明モジュール100から放射される混合光141の色点が目標色点に一致するように選択される。いくつかの別の実施形態では、各色変換キャビティ(例えば、160A〜160C)に、固形封入材料が充填され得る。一例では、前記空間にシリコーンが充填される。いくつかの別の実施形態では、LED102からの熱除去を促進するために、前記空間に流体が充填される。
図21は、別の実施形態のLEDベース照明モジュール100を示すものである。一態様では、隙間反射要素(interspatial reflective element)195は、実装基板104上に実装された複数のLED102間の隙間に配置された別体をなす部品である。隙間反射要素195は、オーバーモールドレンズ構造体184によって、LED102に対して位置固定されている。図21に示した実施形態では、底上パッド183によって、各LED102が実装基板104の上側に持ち上げられている。これにより、比較的厚い隙間反射要素195を使用した場合でも、該要素195が各LED102の光放射面の上側に突出しない。いくつかの別の実施形態では、底上パッド183は用いず、各LED102は実装基板104上に直接的に載置される。このような実施形態では、各LED102の光放射面の上側に突出して各LED102から放射される光を遮断しないように、比較的薄い隙間反射要素(例えば、厚さ100マイクロメートル未満のもの)を使用する必要がある。
図6及び7に関して上述したように、LEDダイは多くの場合は正方形または長方形の形状を有する。しかしながら、多くのLEDベース照明モジュールには、所望の照明効果を得るために、円形開口を有するように構成される。正方形または長方形のLEDダイ上に円形開口を配することにより生じる形状的不一致によって、開口領域の大部分がアクティブ光放射領域から外れることになる。アクティブ光放射領域から外れた領域を隙間反射要素195で可能な限り覆うことによって、吸収損失を最小限に抑えることができる。さらに、いくつかの実施形態では、アクティブ光放射領域に開口領域を疎に配することが望ましい。繰り返すが、アクティブ光放射領域から外れることになる開口領域の大部分は、吸収損失を最小限に抑えるために、隙間反射要素195で覆われる。
図21及び22に示すように、隙間反射要素195のLED102に対する位置を固定するために、LED102及び隙間反射要素195の上側にオーバーモールドレンズ構造体184が配置されている。オーバーモールドレンズ構造体184は、傷付きやすいLED102のダイ領域を保護する。加えて、オーバーモールドレンズ構造体184の形状は、LED102からの光抽出を高めるように選択され得る。例えば、オーバーモールドレンズ構造体184は、各LED102から放射される光の逃げ角を最小限に抑えるために、球状に形成され得る。オーバーモールドレンズ構造体184は、光抽出を最大化するために、各LED102のダイ材料と屈折率が一致する材料から構成され得る。いくつかの実施形態では、オーバーモールドレンズ構造体184は、レンズ構造体を既に含むパッケージ化されたLED102の上側に適用される。このような実施形態では、オーバーモールドレンズの材料は、界面での損失を最小限に抑えるために、パッケージ化されたLED102のレンズ構造体と屈折率が一致するように選択され得る。いくつかの実施形態(例えば、図21に示す実施形態)では、オーバーモールドレンズ184は、各LED102の上側に個々に配置される。いくつかの別の実施形態(例えば、図22に示す実施形態)では、オーバーモールドレンズ184はLED102群の上側に配置される。
図23は、一実施形態によるLEDベース照明モジュール100の側断面図である。図示のように、LEDベース照明モジュール100は、複数のLED102A〜102C、側壁107、出力ウィンドウ108、隙間反射要素195、及びオーバーモールドレンズ184を含む。図6に関して説明したように、側壁107は波長変換材料(例えば、赤色蛍光体材料)を含み、出力ウィンドウ108は、側壁107に配置された波長変換材料とは色変換特性が異なる波長変換材料(例えば、黄色蛍光体材料)を含む。色変換キャビティ160は、LEDベース照明モジュール100の側壁107と、出力ウィンドウ108と、隙間反射要素195とによって画定される。いくつかの実施形態では、隙間反射要素195は、波長変換材料180を含む。このような実施形態では、例えば、隙間反射要素195の表面へ入射した後方反射光子177は、色変換された後、光子178として出力ウィンドウ108へ向けて導かれる。
隙間反射要素195は、後方反射光(色変換キャビティ160内で反射されて、実装基板104及びLED102に向かう光)の進行方向を変換キャビティ160に向けて変更し、前記後方反射光を色変換キャビティ160内に戻すように構成される。LED102間に隙間反射要素195を設けることにより、隙間反射要素195が存在しない場合は実装基板104に吸収されることになる光を再利用することができる。したがって、色変換キャビティ160の光抽出効率を向上させることができる。
図24は、LEDベース照明モジュール100の別の実施形態を示す。図24に示す実施形態は、図23に示した実施形態と類似しているが、隙間反射要素195が、LED102の光抽出を高めることができる形状に形成された表面を有している点が異なる。いくつかの実施形態では、隙間反射要素195は、LED102から放射された光を平行化するために、放物形状の面を含む。いくつかの別の実施形態では、隙間反射要素195は、LED102から放射された光を集光するために、楕円形状の面を含む。他の形状も考えられ得る(例えば、球形状、非球形状など)。
図25は、LEDベース照明モジュール100の別の実施形態を示す。図25に示す実施形態は、図23及び図24に示した実施形態と類似しているが、各LED102の上側にそれぞれ配置されるオーバーモールドレンズ184の形状が互いに異なる点が異なる。例えば、図25に示すように、色変換キャビティ160の中央に位置するLED102B上の上側に配置されたオーバーモールドレンズ184Aは、出力ウィンドウ108へ向かう光の抽出効率を高めることができる形状に形成されている。一方、色変換キャビティ160の周辺部に位置するLED102Cの上側に配置されたオーバーモールドレンズ184Bは、側壁108へ向かう光の抽出効率を高めることができる形状に形成されている。このように、互いに異なる形状を有するオーバーモールドレンズを使用することにより、光を互いに異なる面へ導くことができ、それにより、色変換効果を高めることができる。
図26は、LEDベース照明モジュール100の別の例示的な実施形態を示す。一態様では、反射層201が、レンズ要素200に結合され、かつレンズ要素200及びLED102間に配置されている。レンズ要素200は、透光性結合材料によって、複数のLED(例えば、LED102A〜102D)に物理的及び光学的に結合される。いくつかの実施形態では、レンズ要素200をLED102の上側に配置するために取付要素203が設置される。例えば、取付要素203は、LED要素200とLED102の上面との間に距離を形成するために、物理的基準面を含む。
別の態様では、反射マスクカバープレート173が、レンズ要素200に結合され、かつレンズ要素200及びLED102間に配置されている。いくつかの実施形態では、反射マスクカバープレート173は、透光層174の表面に結合されたか、または透光層174の表面に成形されたレンズ要素200を含む。前記レンズ要素は、LED102から放射された光を出力ウィンドウへ導くことにより、光抽出を向上させる。例えば、反射マスクカバープレート173は、円錐状、ピラミッド形状、またはレンズ形状のアレイ構造体を含み得る。
いくつかの実施形態では、レンズ要素200は、低コスト・大量生産の利点を提供するために、射出成形プロセスによって、プラスチック材料から製作することができる。なお、他の材料(例えば、ガラス、アルミナ、セラミックなど)及び他の製造プロセス(例えば、機械加工、研磨、鋳造など)を用いてもよい。いくつかの実施形態では、混合材料中に少なくとも1つの波長変換材料を含めて、レンズ要素200に成形してもよい。
結合材料202は、レンズ要素200への効率的な光伝達を提供するように選択される。いくつかの実施形態では、結合材料202とレンズ要素200との間の界面でのフレネル損失を最小限に抑えるために、結合材料202の屈折率が、レンズ要素200の屈折率と厳密に一致するようにするべきである。結合材料202は、LEDベース照明モジュール100の形状変化に適合することができる応従性材料であるべきである。例えば、LEDベース照明モジュール100は、動作中、幅広い範囲の環境温度及び動作サイクルにさらされる。LEDベース照明モジュール100の様々な構成素の形状及び熱膨張率の差に起因して、結合材料202とLED102との間の物理的界面、及び結合材料202とレンズ要素200との間の物理的界面は相対運動にさらされる。結合材料202は、機能しなくなったり、LED102またはレンズ要素200に対して過度の応力を生成したりすることなく、これらの運動に応従しなければならない。一実施形態では、結合材料202は、レンズ要素200の構成材料と屈折率が一致するシリコーン系材料である。いくつかの別の実施形態では、結合材料202は、光学接着剤の薄層によってLEDに結合される応従性材料を含む。いくつかの別の実施形態では、LED光源からの光線拡散を最小限に抑えるために、光学接着剤の層は薄く形成される。
いくつかの実施形態では、反射層201が、レンズ要素200に結合されている。いくつかの実施形態では、反射層201は、高い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伝熱性材料から製作され得る。例えば、ドイツのアラノッド社製のMiro(登録商標)と呼ばれる材料を使用することができる。前記材料は、反射層201に光を通過させるための開口を形成するために、穿孔され得る。いくつかの別の実施形態では、反射層201は、レンズ要素200上にめっきされた適切な反射性材料または材料の組み合わせ(例えば、銀、アルミニウム)を含む。いくつかの実施形態では、反射層201は、レンズ要素200に結合された高反射性薄膜材料、例えば、3M社(米国)製のVikuiti(商標)ESR、東レ(日本)製のLumirror(商標)E60L、または微結晶性ポリエチレンテレフタレート(MCPET)などを含む。いくつかの別の実施形態では、反射層201は、レンズ要素200に適合された反射コーティングを含む。このようなコーティングは、レンズ要素200上にパターン形成された、二酸化チタン(TiO2)粒子、酸化亜鉛(ZnO)粒子、及び硫酸バリウム(BaSO4)粒子を含み得る。反射層201のパターンは、LED102から放射された光を、最小限の光遮断でレンズ要素200を通過させるように構成される。一方、反射層201は、後方反射光(色変換キャビティ160で反射されて、実装基板104及びLED102へ向かう光)の進行方向を変換キャビティ160に向けて変更し、前記後方反射光を色変換キャビティ160内に戻すように構成される。実装基板104の上側に反射層201を設けることにより、反射層201が存在しない場合は実装基板104に吸収されることになる光を再利用することができる。したがって、色変換キャビティ160の光変換効率を高めることができる。
図27は、LEDベース照明モジュール100の別の例示的な実施形態を示す。図27の実施形態は、図26に関して説明したものと同様の要素を含む。図示した実施形態の一態様では、レンズ要素200の外面は、LED102から放射された光は通過させるが、色変換キャビティ160内に配置された波長変換材料から放射された光は反射する二色性コーティングを含む。図示した実施形態では、出力ウィンドウ108は、波長変換材料135(例えば、黄色蛍光体材料のコーティング)を含む。図示した実施形態では、青色光子205が、LED102から放射される。青色光子205は、二色性コーティング204を通過した後、波長変換材料135の蛍光体粒子に吸収される。前記蛍光体粒子は、青色光子205を吸収し、黄色光を概ねランバート放射パターンで放射する。前記蛍光体粒子から放射された黄色光の一部は、出力ウィンドウ108を通過して前方へ伝達され、混合光141の一部となる。また、前記蛍光体粒子から放射された黄色光の一部は、レンズ要素200に向けて放射される。例えば、黄色光子206が波長変換材料135の前記蛍光体粒子から放射され、二色性コーティング204によってレンズ要素200の表面で反射される。これにより、後方反射光(例えば、黄色光子206)の進行方向が出力ウィンドウ108の方向に変えられ、モジュール100の構成要素(例えば、LED102)によって再吸収されることなく、LEDベース照明モジュール100から出力される。したがって、LEDベース照明モジュール100の光抽出効率を高めることができる。
図27には、レンズ要素200の外面に配置された単一の二色性コーティング204が示されているが、他の構造も考えられ得る。例えば、二色性コーティング204をレンズ要素200の一部だけに配置し、他の部分には配置しないようにしてもよい。別の例では、レンズ要素200の互いに異なる部分を、互いに異なる二色性コーティングで被覆してもよい。例えば、レンズ要素200の、黄色蛍光体を含む色変換層135に近い部分を、黄色光を反射する二色性コーティングで被覆し、レンズ要素200の、赤色蛍光体を含む色変換層172に近い部分を、赤色光を反射する二色性コーティングで被覆してもよい。別の例では、レンズ要素200は複数の面を有する。前記複数の面は、互いに異なる二色性コーティングでそれぞれ被覆され得る。
図28は、LEDベース照明モジュール100の別の例示的な実施形態を示す。例示的な実施形態の一態様では、レンズ要素200は、レンズ要素200の外面で互いに結合された、互いに異なる2つの表面プロファイルを含む。図示のように、レンズ要素200の或る部分は、表面プロファイル207を含む。レンズ要素200の別の部分は、表面プロファイル207とは異なる形状の表面プロファイル208を含む。言い換えれば、表面プロファイル207及び208を表す数学的関数は連続的であるが(例えば、表面プロファイル207及び208は互いに連続しているが)、滑らかではない(例えば、前記2つの形状の交点で評価した、前記関数の空間導関数は不連続である)。表面プロファイル207及び208についての別の形状も考えられ得る(例えば、球形状、非球形状、楕円形、放物面状、ベジエなど)。
一実施形態では、表面プロファイル207は、放物面状を有し得る。この形状は、一般的に、或る領域(ZONE1)に配置されたLED102からの光抽出を高め、ZONE1に配置されたLED102から放射された光を概ね出力ウィンドウ108へ導く。表面プロファイル208は、別の領域(ZONE2)に配置されたLED102からの光抽出を高め、ZONE2に配置されたLED102から放射された光を概ね出力ウィンドウ108へ導くように、放物面状を有する。このように、光を互いに異なる色変換面(例えば、色変換層172及び173)へ導くために、レンズ要素200の互いに異なる複数の表面プロファイルが、互いに異なるLED群の上側に配置される。さらに、互いに異なる領域に配置されたLEDは、互いに異なる位置に配置された互いに異なる波長変換材料の吸収スペクトルと厳密に一致する互いに異なる光を放射し得る。
図29は、LEDベース照明モジュール100の別の例示的な実施形態を示す。図示した実施形態の態様では、側壁107の一部が、実装基板104に対して斜角をなして配向されている。より具体的には、側壁107の、実装基板104に最も近い部分が、実装基板104から外側に向かってテーパーしている。このようにすると、レンズ要素200から広角で放射された光を、側壁107によって、出力ウィンドウ108に向けて上側に反射することができる。これにより、LEDベース照明モジュール100からの光抽出効率を高めることができる。図示した実施形態では、側壁107の、LED102に最も近い部分は、波長変換材料で被覆されておらず、例えば、鏡面反射性を有している。一方、側壁107の、LED102から離れた部分は、波長変換材料172で被覆されている。このようにすると、レンズ要素200から広角で伝達された光を、色変換することなく外部に向けて反射することができる。また、色変換層172をLED102から離れた位置に配置することにより、色変換層172から放射された色変換光が任意のLED102に再吸収される可能性を低減させることができる。したがって、色変換キャビティ160の効率を高めることができる。
図30は、LEDベース照明モジュール100の別の例示的な実施形態を示す。図示した実施形態の一態様では、レンズ要素200は、LED102に対して物理的及び光学的に結合され、かつ色変換キャビティ160の側壁107に対して光学的に結合されている。図示した実施形態では、レンズ要素200は、本明細書で説明したような結合材料202によって、LED102及び側壁107に対して結合される。図示した実施形態では、色変換層172がレンズ要素200に結合されており、色変換層172を有するレンズ要素200が、色変換キャビティ160内に挿入され、結合材料202によって色変換キャビティ160に結合されている。いくつかの別の実施形態では、色変換層172が側壁107に結合されており、レンズ要素200が色変換キャビティ160内に挿入され、結合材料202によって結合されている。いくつかの別の実施形態では、レンズ要素200が、色変換キャビティ160内に挿入されており、結合材料202によってLED102に結合されているが、側壁107に対しては結合材料202によって物理的に結合されていない。これらの実施形態のいくつかでは、レンズ要素200は、側壁107に密接に嵌合されている。これらの実施形態のいくつかでは、レンズ要素200と側壁107との間に、隙間が存在している。
図示した実施形態では、レンズ要素200は、互いに異なる表面プロファイルによって特徴付けられる2つの面を有する。前記2つの面は、レンズ要素200の外面で互いに結合されている。図示のように、レンズ要素200の或る部分は、表面プロファイル210を有する。レンズ要素200の別の部分は、表面プロファイル210とは互いに異なる表面プロファイル211を有する。
図30に示すように、表面プロファイル210は、LEDベース照明モジュール100の所定の配置位置(例えば、ZONE1内)に配置されたLED群(例えば、LED102B〜102C)の上側に配置されている。表面プロファイル210は、LED102、具体的にはLED102B及び102Cから放射された光の抽出効率を高めることができる形状に形成されている。例えば、LED102Bから放射された光子213は、ウィンドウ108に向けて導かれる。
いくつかの実施形態では、表面プロファイル210は、LED102から放射された光は通過させるが、色変換キャビティ160内に配置された波長変換材料から放射された光は反射する二色性コーティングを含む。図示した実施形態では、出力ウィンドウ108は、波長変換材料135(例えば、黄色発光体のコーティング)を含む。図示した実施形態では、青色光子212が、LED102Aから放射される。青色光子は、表面210に適用された二色性コーティングを通過した後、波長変換材料135の蛍光体粒子に吸収される。前記蛍光体粒子は、青色光子212を吸収し、黄色光を概ねランバート放射パターンで放射する。前記蛍光体粒子から放射された黄色光の一部は、出力ウィンドウ108を通過して前方へ伝達され、混合光141の一部となる。一方、前記蛍光体粒子から放射された黄色光の一部は、レンズ要素200に向けて放射される。そして、蛍光体粒子から放射された黄色光子は、二色性コーティング204によってレンズ要素200の表面で反射される。これにより、後方反射光の進行方向が出力ウィンドウ108の方向に変えられ、モジュール100の構成要素(例えば、LED102)によって再吸収されることなく、LEDベース照明モジュール100から出力される。
図30に示すように、表面プロファイル211は、LEDベース照明モジュール100の所定の配置位置(例えば、ZONE2内)に配置されたLED群(例えば、LED102A及び102D)の上側に配置されている。表面プロファイル211は、LED102、具体的にはLED102A及び102Dから放射された光を、色変換層172を有する側壁107へ導くことができる形状に形成されている。色変換層172は、LED102A及び102Dから放射された光を色変換する波長変換材料を含む。例えば、LED102Aから放射された光子214は、色変換層172へ直接的に入射する。表面210がLED102Aの上側に延在する場合、光子214を、色変換層172と相互作用させるのではなく屈折によって出力ウィンドウ108へ導くこともできる。
いくつかの実施形態では、表面プロファイル211は、色変換層172から放射された光(例えば、赤色光)は通過させるが、色変換層135から放射された光(例えば、黄色光)は反射する二色性コーティングを含む。このことにより、LED102から放射された光の一部、具体的にはLED102A及び102Dから放射された光を色変換層172へ導くことができ、これにより、色変換を向上させることができる。例えば、図30に示すように、LED102Aから放射された光子215はレンズ要素200を通って表面211へ至った後、二色性コーティングの作用により表面211で反射される。表面211で反射された光子は、その後、色変換層172と相互作用する。色変換層172から放射された光は、表面211を通過する。したがって、光混合及びLEDベース照明モジュール100からの光抽出を高めることができる。さらに、色変換層135から放射された光は、表面211で反射される。このことにより、色変換層135から放射された色変換光が、LEDベース照明モジュール100から抽出される前に、LEDベース照明モジュール100の構成要素によって再吸収される可能性を低減させることができる。
いくつかの実施形態では、表面プロファイル211は、反射コーティングを含む。このことにより、LED102から放射された光の一部、具体的にはLED102A及び102Dから放射された光は色変換層172に向けて導かれ、これにより、色変換が向上する。さらに、色変換層135から放射された光は、レンズ要素200内に入射するのではなく、表面211で反射される。
いくつかの実施形態では、レンズ要素200の表面は、反射防止(AR)コーティングを有している。ARコーティングを有することにより、反射損失を減少させることができる。例えば、ARコーティングを追加することにより、未処理光学面の反射損失(例えば、4%損失)を減少させることができる(例えば、0.5%損失)。
図31は、LEDベース照明モジュール100の別の例示的な実施形態を示す。図示した実施形態の一態様では、レンズ要素200は、LED102に対して物理的及び光学的に結合されており、レンズ要素220は側壁107に対して物理的及び光学的に結合されており、レンズ要素230は色変換キャビティ160の出力ウィンドウ108に対して物理的及び光学的に結合される。図示した実施形態では、任意の結合材料及び物理的結合(例えば、界面結合、溶接、取付要素など)によって、レンズ要素200はLED102に結合されており、レンズ要素220は側壁107に結合されており、レンズ要素230は出力ウィンドウ108に結合されている。
図示した実施形態では、色変換層172が、側壁107に設けられている。また、いくつかの別の実施形態では、色変換層172が、レンズ要素220に設けられ、色変換キャビティ160内に適合されている。これにより、LEDベース照明モジュール100の最終組み立ての前に、色変換層172を改変することによって(例えば、切断、レーザー切断などによって)、色変換層172の色変換特性を調節することができる。図示のように、色変換層172と側壁107との間に隙間が存在しない。なお、いくつかの実施形態では、色変換層172と側壁107との間に隙間が存在し得る。
図示した実施形態では、隙間221によって、レンズ要素200とレンズ要素220とが互いに隔てられている。いくつかの別の実施形態では、隙間221に、固形材料が充填され得る。いくつかの別の実施形態では、レンズ要素200及び220は、隙間221によって隔てられていない。
図示した実施形態では、レンズ要素200は表面プロファイル210を有し、レンズ要素220は表面プロファイル211及び222を有する。図31に示すように、表面プロファイル210は、LED102の上側に配置されている。
表面プロファイル210は、LED102からの光抽出を向上させることができる形状に形成されている。例えば、LED102Bから放射された光子213は、出力ウィンドウ108に向けて導かれる。いくつかの実施形態では、LED102からの光抽出を向上させるために、レンズ要素200の表面は粗面化される。いくつかの実施形態では、図30に関して説明したように、表面プロファイル210は、LED102から放射された光は通過させるが、色変換キャビティ160内に配置された波長変換材料から放射された光は反射する二色性コーティングを含む。
図31に示すように、表面プロファイル211は、LEDベース照明モジュール100の所定の配置位置(例えば、ZONE2内)に設けられたLED群(例えば、LED102A及び102D)の上側に配置されている。表面プロファイル211は、LED102、具体的にはLED102A及び102Dから放射された光を、色変換層172を有する側壁107へ導くことができる形状に形成されている。色変換層172は、LED102A及び102Dから放射された光を色変換する波長変換材料を含む。いくつかの実施形態では、表面プロファイル211は、色変換層172から放射された光(例えば、赤色光)は通過させるが、色変換層135から放射された光(例えば、黄色光)及びLED102から放射された光は反射する二色性コーティングを含む。このことにより、LED102から放射された光の一部、具体的にはLED102A及び102Dから放射された光を色変換層172へ導くことができ、これにより、色変換を向上させることができる。
色変換層172から放射された光は、概ねランバートパターンで放射される。隙間221によってレンズ要素220をレンズ要素210から隔てることにより、色変換層172からLED102に向けて放射された或る量の光が、LED102へ伝達されるのではなく、表面222で反射されるようにすることができる。この反射された光は、その後、LED102に再吸収されることなく、表面211を通ってレンズ要素220から出射する。したがって、光抽出効率が向上する。
レンズ要素230は、表面プロファイル231を有する。色変換層135から放射された光は、概ねランバートパターンで放射される。色変換層135からLED102に向けて放射された光の一部は、表面231を通過してLEDへ向かうのではなく、表面231で反射される。表面231で反射された光はその後、LED102に再吸収されるのではなく、出力ウィンドウ108から出射される。したがって、光抽出効率が向上する。図示した実施形態では、レンズ230は、凸形状を有している。表面プロファイル231の形状は、光を出力ウィンドウ108へ導くことができるような形状に選択される。
いくつかの実施形態では、レンズ要素200、220及び230のいずれかの表面は、反射防止(AR)コーティングを有している。ARコーティングを有することにより、反射損失を減少させることができる。例えば、ARコーティングを追加することにより、未処理光学面の反射損失(例えば、4%損失)を減少させることができる(例えば、0.5%損失)。
いくつかの実施形態では、反射マスクカバープレート173(または反射構造体190)あるいは隙間反射要素195は、PTFE材料から製作されるか、またはPTFE材料を含み得る。いくつかの例では、前記構成要素は、研磨された金属層などの反射層によって裏当て(裏側に配置)されたPTFE層を含み得る。PTFE材料は、焼結されたPTFE粒子から製作され得る。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ160の内面の一部をPTFE材料から製作してもよい。いくつかの実施形態では、PTFE材料を波長変換材料で被覆してもよい。別の実施形態では、波長変換材料をPTFE材料と混合させてもよい。
別の実施形態では、反射マスクカバープレート173あるいは隙間反射要素195は、反射性セラミック材料(例えば、セラフレックス・インターナショナル社(CerFlex International;オランダ)製のセラミック材料)から製作されるか、または前記反射性セラミック材料を含み得る。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ160の内面の一部をセラミック材料から製作してもよい。いくつかの実施形態では、前記セラミック材料を波長変換材料で被覆してもよい。
別の実施形態では、反射マスクカバープレート173(または反射構造体190)あるいは隙間反射要素195は、反射性金属材料(例えば、アルミニウムまたはアラノッド社(ドイツ)製のMiro(登録商標))から製作されるか、または前記反射性金属材料を含み得る。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ160の内面の一部を反射性金属材料から製作してもよい。いくつかの実施形態では、前記反射性金属材料を波長変換材料で被覆してもよい。
別の実施形態では、反射マスクカバープレート173(または反射構造体190)あるいは隙間反射要素195は、反射性プラスチック材料(例えば、3M社(米国)製のビキュイティ(Vikuiti(登録商標))ESR、東レ(日本)製のルミラー(登録商標)E60L、または古河電気工業株式会社(日本)製などの微結晶ポリエチレンテレフタラート(MCPET))から製作されるか、または前記反射性プラスチック材料を含み得る。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ160の内面の一部を反射性プラスチック材料から製作してもよい。いくつかの実施形態では、前記反射性プラスチック材料を波長変換材料で被覆してもよい。
LED102から非固形物質中へ光が放射されるように、キャビティ160に非固形物質、例えば空気や不活性ガスなどが充填され得る。一例として、キャビティを密閉し、キャビティにアルゴンガスを充填してもよい。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160に固形封入材料が充填され得る。一例として、キャビティにシリコーンを充填してもよい。いくつかの実施形態では、LED102からの熱抽出(熱除去)を向上させるために、色変換キャビティ160に流体が充填され得る。いくつかの実施形態では、色変換キャビティ160全体を通じての色変換を実現するために、前記流体内に波長変換材料が含まれ得る。
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な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、LEDベース照明モジュール100は該モジュールの頂部(すなわち、LED実装基板104の反対側)から光を放射すると説明されているが、いくつかの実施形態では、LEDベース照明モジュール100は該モジュールの側部(すなわち、LED実装基板104に隣接する側部)から光を放射するようにしてもよい。別の例では、色変換キャビティ160の任意の構成要素に、蛍光体をパターン形成してもよい。パターン及び蛍光体組成は、両方とも様々であり得る。一実施形態では、本発明の照明デバイスは、光混合キャビティ160の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み得る。例えば、赤色蛍光体を側壁挿入体107及び底部リフレクタ挿入体106の一方または両方に配し、黄色蛍光体及び緑色蛍光体を出力ウィンドウ108の上面または下面に配するかまたは出力ウィンドウ108内に埋め込んでもよい。一実施形態では、側壁挿入体107の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、或る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、別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。所望であれば、追加の蛍光体を用い、それをキャビティ160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160(例えば、側壁)にパターン形成してもよい。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に対して直接的に固定するようにしてもよい。他の例では、取付台101及び及びヒートシンク120は、1つの部品であってもよい。別の例では、LEDベース照明モジュール100は、図1〜図3に、照明装置150の一部として示されている。図3に示すように、LEDベース照明モジュール100は、交換用ランプまたはレトロフィットランプの一部であり得る。しかし、別の実施形態では、LEDベース照明モジュール100を交換用ランプまたはレトロフィットランプとして形成し、交換用ランプまたはレトロフィットランプと見なすこともできる。別の例では、LEDの位置及びレンズ要素184、200、220、230は、対称形状で図示されている。しかし、別の実施形態では、LED位置あるいはレンズ要素184、200、220、230は、非対称形状であってもよい。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 (42)
- LEDベース照明デバイスであって、
当該デバイスの開口領域よりも面積が小さいアクティブダイ領域を有する少なくとも1つのLEDと、
前記少なくとも1つのLEDの上側に配置され、所定のパターンをなして形成された反射層を備えた反射マスクカバープレートとを含み、
前記反射層が、前記アクティブダイ領域に整合された開口及び、前記開口領域よりも面積が小さい反射領域を有し、
前記開口領域が、前記アクティブダイ領域及び前記反射領域の合計面積と少なくとも同じ大きさを有するように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射マスクカバープレートの、前記少なくとも1つのLEDの前記アクティブダイ領域の上側に位置する部分に配置された波長変換材料をさらに含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項2に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射マスクカバープレートの、別のLEDの前記アクティブダイ領域の上側に位置する部分に配置された別の波長変換材料をさらに含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のLEDベース照明デバイスであって、
出力ウィンドウを有し、前記反射マスクカバープレートの上側に配置された色変換キャビティ(CCC)をさらに含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項4に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記色変換キャビティ(CCC)が、第1の波長変換材料で被覆された第1の表面領域を有し、
前記出力ウィンドウが、第2の波長変換材料で被覆された第2の表面領域を有することを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のLEDベース照明デバイスであって、
第1の波長変換材料で被覆された第1の表面領域を有する第1の色変換キャビティ(CCC)と、
第2の波長変換材料で被覆された第2の表面領域を有する第2の色変換キャビティ(CCC)と、
第2のLEDとを含み、
前記少なくとも1つのLEDから放射された光が前記第1の色変換キャビティへ直接的に入射するが、前記第2の色変換キャビティへは直接的に入射せず、かつ前記第2のLEDから放射された光が前記第2の色変換キャビティへ直接的に入射するが前記第1の色変換キャビティへは直接的に入射しないように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項6に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記第1及び第2の色変換キャビティの上側に配置された透光層をさらに含み、
前記透光層の第1の部分で前記第1の色変換キャビティを覆い、前記透光層の第2の部分で前記第2の色変換キャビティを覆うように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項7に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記透光層が第3の波長変換材料で被覆されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射マスクカバープレートが、前記少なくとも1つのLEDの上側に、前記少なくとも1つのLEDと接触して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射マスクカバープレートが、前記少なくとも1つのLEDの上側に、1ミリメートル未満の距離で離間して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射マスクカバープレートが、前記少なくとも1つのLEDの上側に、前記第1及び第2のLED間の距離未満の距離で離間して配置されていることを特徴とするデバイス。 - LEDベース照明デバイスであって、
当該デバイスの開口領域よりも面積が小さい光放射表面領域を有する第1のLEDと、
反射領域を有し、前記第1のLEDに隣接して配置された隙間反射要素と、
前記第1のLED及び前記隙間反射要素の上側に配置され、前記隙間反射要素を前記第1のLEDに対して位置固定するオーバーモールドレンズとを含み、
前記開口領域が、前記光放射表面領域及び前記反射領域の合計面積と少なくとも同じ大きさを有するように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
第1の壁部及び第2の壁部を有する色変換キャビティ(CCC)をさらに含み、
前記第1のLEDから放射された光が前記色変換キャビティ(CCC)へ直接的に入射するように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項13に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記第1の壁部が側壁であり、
前記第2の壁部が出力ウィンドウであり、
前記出力ウィンドウが透光性を有し、
当該LEDベース照明デバイスの出力光が前記出力ウィンドウから出力されるように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項13に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記第1の壁部が側壁であり、
前記第2の壁部が出力ウィンドウであり、
前記側壁が透光性を有し、
当該LEDベース照明デバイスの出力光が前記側壁から出力されるように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記隙間反射要素が、前記第1のLEDから放射された光を当該LEDベース照明デバイスの出力ウィンドウへ導くことができるような放物面状のプロファイルを有することを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記隙間反射要素が、前記第1のLEDから放射された光を当該LEDベース照明デバイスの出力ウィンドウへ導くことができるような惰円状のプロファイルを有することを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記オーバーモールドレンズが、球状の形状を有することを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
第2のLEDをさらに含み、
前記オーバーモールドレンズが、前記第1のLED、前記第2のLED及び前記隙間反射性要素の上側に配置され、かつ
前記オーバーモールドレンズにより、前記隙間反射要素を前記第1及び第2のLEDに対して位置固定するように構成したことを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記第1のLEDを載置する底上パッドをさらに含み、
前記底上パッドによって、前記第1のLEDの載置面を前記実装基板の上面から底上げしたことを特徴とするデバイス。 - 請求項12に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記第1のLEDに隣接して配置された前記隙間反射要素が、前記第1のLEDの上側に1ミリメートル未満の距離で離間して配置されていることを特徴とするデバイス。 - LEDベース照明デバイスであって、
複数の発光ダイオード(LED)と、
前記複数のLEDの上側に配置されたレンズ要素と、
前記複数のLED及び前記レンズ要素間に配置され、所定のパターンをなして形成された反射層とを含み、
前記反射層に形成された開口に、前記複数のLED及び前記レンズ要素を物理的及び光学的に互いに結合させる材料が充填されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項22に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記レンズ要素が、第1及び第2の表面プロファイルを有することを特徴とするデバイス。 - 請求項22に記載のLEDベース照明デバイスであって、
色変換キャビティをさらに含み、
前記レンズ要素が、前記色変換キャビティ内に配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項24に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記色変換キャビティが、出力ウィンドウ及び少なくとも1つの側壁を有することを特徴とするデバイス。 - 請求項25に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記少なくとも1つの側壁が、第1の波長変換材料を含み、
前記出力ウィンドウが、第2の波長変換材料を含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項22に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記レンズ要素を前記複数のLEDに対して位置合わせさせるための取付要素をさらに含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項22に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射層が、前記複数のLEDの上側に1ミリメートル未満で離間して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項22に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射層が、前記複数のLEDの上側に、前記複数のLEDの前記第1及び第2のLED間の距離未満の距離で離間して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項22に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記反射層が、前記レンズ要素に結合されていることを特徴とするデバイス。 - LEDベース照明デバイスであって、
第1の色を有する光を放射することができる複数のLEDと、
前記複数のLEDの上側に配置され、前記複数のLEDに対して物理的に結合され、かつ二色性フィルタを有するレンズ要素と、
前記レンズ要素を取り囲むように配置され、前記第1の色を有する光を吸収して第2の色を有する光を放射することができる第1の波長変換材料を有する色変換キャビティとを含み、
前記二色性フィルタが、前記第1の色を有する光は透過させるが、前記第2の色を有する光は反射するように構成されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項31に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記色変換キャビティが、出力ウィンドウ及び少なくとも1つの側壁を含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項32に記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記出力ウィンドウが、第1の波長変換材料を含み、
前記少なくとも1つの側壁が、第2の波長変換材料を含むことを特徴とするデバイス。 - LEDベース照明デバイスであって、
複数のLEDと、
前記複数のLEDの上側に配置され、前記複数のLEDに対して物理的に結合され、かつ前記複数のLEDのうちの第1のLED群の上側に位置する第1の表面プロファイル及び前記複数のLEDのうちの第2のLED群の上側に位置する第2の表面プロファイルを有するレンズ要素とを含み、
前記第1及び第2の表面プロファイルが、前記レンズ要素の出力面において互いに結合されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項34記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記レンズ要素を取り囲むように配置され、出力ウィンドウ及び少なくとも1つの側壁を有する色変換キャビティをさらに含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項35記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記複数のLEDのうちの第1のLED群が、前記複数のLEDのうちの第2のLED群よりも前記少なくとも1つの側壁に近い位置に配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項36記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記第1の表面プロファイルの形状及び前記第2の表面プロファイルの形状が、惰円形状、放物面状及び球形状のうちのいずれかであることを特徴とするデバイス。 - LEDベース照明デバイスであって、
或る平面に載置された複数のLEDと、
前記複数のLEDの上側に配置され、前記複数のLEDに対して物理的に結合されたレンズ要素と、
前記レンズ要素を取り囲むように配置され、かつ前記レンズ要素が物理的に結合される側壁を有する色変換キャビティとを含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項38記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記色変換キャビティが、前記複数のLEDから放射された光を吸収して前記吸収した光の色とは異なる色を放射することができる第1の波長変換材料を含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項39記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記レンズ要素が、第1の表面プロファイル及び第2の表面プロファイルを有することを特徴とするデバイス。 - 請求項38記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記色変換キャビティが、前記複数のLEDから放射された光を吸収して第1の色変換光を放射することができる第1の波長変換材料を含み、
前記レンズ要素が、第1の表面プロファイルを有する第1の表面を含み、
前記第1の表面の少なくとも一部が、前記複数のLEDから放射された光は通過させるが前記第1の色変換光は反射する第1の二色性フィルタを含むことを特徴とするデバイス。 - 請求項41記載のLEDベース照明デバイスであって、
前記色変換キャビティが、前記複数のLEDから放射された光を吸収して第2の色変換光を放射することができる第2の波長変換材料を含み、
前記レンズ要素が、第2の表面プロファイルを有する第2の表面を含み、
前記第2の表面の少なくとも一部が、前記第2の色変換光は通過させるが前記第1の色変換光は反射する第2の二色性フィルタを含むことを特徴とするデバイス。
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201161500924P | 2011-06-24 | 2011-06-24 | |
US61/500,924 | 2011-06-24 | ||
US201161566993P | 2011-12-05 | 2011-12-05 | |
US61/566,993 | 2011-12-05 | ||
US13/527,446 US20120327649A1 (en) | 2011-06-24 | 2012-06-19 | Led based illumination module with a lens element |
US13/527,446 | 2012-06-19 | ||
US13/527,443 | 2012-06-19 | ||
US13/527,443 US20120257386A1 (en) | 2011-06-24 | 2012-06-19 | Led based illumination module with a reflective mask |
PCT/US2012/043339 WO2012177753A2 (en) | 2011-06-24 | 2012-06-20 | Led based illumination module with a reflective mask |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014520384A true JP2014520384A (ja) | 2014-08-21 |
Family
ID=46965995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014517120A Pending JP2014520384A (ja) | 2011-06-24 | 2012-06-20 | 反射マスクを有するledベース照明モジュール |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20120327649A1 (ja) |
EP (1) | EP2724076A2 (ja) |
JP (1) | JP2014520384A (ja) |
KR (1) | KR20140082631A (ja) |
CN (1) | CN103765090A (ja) |
BR (1) | BR112013033271A2 (ja) |
CA (1) | CA2839991A1 (ja) |
MX (1) | MX2014000094A (ja) |
TW (1) | TW201307745A (ja) |
WO (1) | WO2012177753A2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022045017A1 (ja) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | デンカ株式会社 | 蛍光体基板の製造方法及び発光基板の製造方法 |
JP2023048518A (ja) * | 2021-09-28 | 2023-04-07 | 日亜化学工業株式会社 | 光源及び発光モジュール |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9070850B2 (en) | 2007-10-31 | 2015-06-30 | Cree, Inc. | Light emitting diode package and method for fabricating same |
US7675145B2 (en) | 2006-03-28 | 2010-03-09 | Cree Hong Kong Limited | Apparatus, system and method for use in mounting electronic elements |
US8748915B2 (en) * | 2006-04-24 | 2014-06-10 | Cree Hong Kong Limited | Emitter package with angled or vertical LED |
US8735920B2 (en) * | 2006-07-31 | 2014-05-27 | Cree, Inc. | Light emitting diode package with optical element |
US9711703B2 (en) | 2007-02-12 | 2017-07-18 | Cree Huizhou Opto Limited | Apparatus, system and method for use in mounting electronic elements |
US8866169B2 (en) * | 2007-10-31 | 2014-10-21 | Cree, Inc. | LED package with increased feature sizes |
US10256385B2 (en) | 2007-10-31 | 2019-04-09 | Cree, Inc. | Light emitting die (LED) packages and related methods |
US8791471B2 (en) * | 2008-11-07 | 2014-07-29 | Cree Hong Kong Limited | Multi-chip light emitting diode modules |
US20110037083A1 (en) * | 2009-01-14 | 2011-02-17 | Alex Chi Keung Chan | Led package with contrasting face |
US8368112B2 (en) | 2009-01-14 | 2013-02-05 | Cree Huizhou Opto Limited | Aligned multiple emitter package |
IN2014CN03099A (ja) * | 2011-10-26 | 2015-07-03 | Koninkl Philips Nv | |
DE102012105677B4 (de) * | 2012-06-28 | 2016-06-09 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Leuchtdiodenmodul und Kfz-Scheinwerfer |
US9147816B2 (en) | 2012-08-24 | 2015-09-29 | Luminus Devices, Inc. | Wavelength converting material deposition methods and associated articles |
US9016899B2 (en) * | 2012-10-17 | 2015-04-28 | Lighting Science Group Corporation | Luminaire with modular cooling system and associated methods |
US20140159084A1 (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-12 | Cree, Inc. | Led dome with improved color spatial uniformity |
JP2015035532A (ja) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | シチズン電子株式会社 | Led集合プレート及びこれを用いた発光装置 |
JP2015185760A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 東芝ライテック株式会社 | 発光モジュール |
WO2015197269A1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-12-30 | Koninklijke Philips N.V. | Compact led lighting unit |
US9601670B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-03-21 | Cree, Inc. | Method to form primary optic with variable shapes and/or geometries without a substrate |
DE102014214600A1 (de) | 2014-07-24 | 2016-01-28 | Osram Gmbh | Bestrahlungsvorrichtung mit einer Pumpstrahlungsquelle |
US10622522B2 (en) | 2014-09-05 | 2020-04-14 | Theodore Lowes | LED packages with chips having insulated surfaces |
JP6092446B1 (ja) | 2015-10-23 | 2017-03-08 | デクセリアルズ株式会社 | 部分駆動型光源装置及びそれを用いた画像表示装置 |
KR102527387B1 (ko) * | 2016-02-24 | 2023-04-28 | 삼성전자주식회사 | 발광 소자 패키지 및 그 제조 방법 |
US10422501B2 (en) * | 2016-12-14 | 2019-09-24 | Ford Global Technologies, Llc | Vehicle lighting assembly |
US10903194B2 (en) * | 2017-04-24 | 2021-01-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Micro light-emitting diode display with 3D orifice plating and light filtering |
JP6879325B2 (ja) * | 2018-03-26 | 2021-06-02 | 日亜化学工業株式会社 | 発光モジュールの製造方法及び発光モジュール |
US11073725B2 (en) | 2018-03-26 | 2021-07-27 | Nichia Corporation | Method of manufacturing light emitting module, and light emitting module |
CN112635511A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-09 | 群创光电股份有限公司 | 电子装置及电子装置的制造方法 |
WO2021143998A1 (en) * | 2020-01-13 | 2021-07-22 | Harman Professional Denmark Aps | Illumination device light collector and converging optical system |
WO2022082755A1 (zh) * | 2020-10-23 | 2022-04-28 | 瑞仪(广州)光电子器件有限公司 | 光源结构、背光模组及显示装置 |
US12013099B2 (en) | 2021-12-02 | 2024-06-18 | Lumileds Llc | Projecting a static light pattern or symbol |
Family Cites Families (47)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5353983U (ja) * | 1976-10-12 | 1978-05-09 | ||
US6106137A (en) * | 1998-02-20 | 2000-08-22 | Lorin Industries, Inc. | Reflector for automotive exterior lighting |
US6513949B1 (en) * | 1999-12-02 | 2003-02-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | LED/phosphor-LED hybrid lighting systems |
US7597459B2 (en) * | 2005-03-07 | 2009-10-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Converging element and illuminating device |
JP2001287395A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-10-16 | Fuji Photo Optical Co Ltd | カラープリンタ用発光アレイユニット |
US6555904B1 (en) * | 2001-03-05 | 2003-04-29 | Analog Devices, Inc. | Electrically shielded glass lid for a packaged device |
JP3905343B2 (ja) * | 2001-10-09 | 2007-04-18 | シチズン電子株式会社 | 発光ダイオード |
JP4182783B2 (ja) * | 2003-03-14 | 2008-11-19 | 豊田合成株式会社 | Ledパッケージ |
US20050276042A1 (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-15 | Ko-Liang Ho | Lighting device |
US7144131B2 (en) * | 2004-09-29 | 2006-12-05 | Advanced Optical Technologies, Llc | Optical system using LED coupled with phosphor-doped reflective materials |
US7821023B2 (en) * | 2005-01-10 | 2010-10-26 | Cree, Inc. | Solid state lighting component |
US20060171152A1 (en) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light emitting device and method of making the same |
US20060187653A1 (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Olsson Mark S | LED illumination devices |
DE602005009187D1 (de) * | 2005-09-14 | 2008-10-02 | Fiat Ricerche | Modul für die Projektion eines Lichtstrahls |
JP2007081234A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Toyoda Gosei Co Ltd | 照明装置 |
US7261454B2 (en) * | 2005-09-23 | 2007-08-28 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | System and method for forming a back-lighted array using an omni-directional light source |
JP2007200730A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Casio Comput Co Ltd | 光源ユニット、光源装置及びプロジェクタ |
WO2007146295A2 (en) * | 2006-06-13 | 2007-12-21 | Powerweb Technologies, Inc. | Led light pod with modular optics and heat dissipation structure |
US7663152B2 (en) * | 2006-08-09 | 2010-02-16 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Illumination device including wavelength converting element side holding heat sink |
US7842960B2 (en) * | 2006-09-06 | 2010-11-30 | Lumination Llc | Light emitting packages and methods of making same |
US7736019B2 (en) * | 2006-10-10 | 2010-06-15 | Yanchers Corporation | Lighting system |
KR20080040878A (ko) * | 2006-11-06 | 2008-05-09 | 삼성전자주식회사 | 광학렌즈 플레이트, 백라이트 유닛 및 이를 구비하는표시장치 |
KR100770424B1 (ko) * | 2006-12-13 | 2007-10-26 | 삼성전기주식회사 | 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법 |
US8172434B1 (en) * | 2007-02-23 | 2012-05-08 | DeepSea Power and Light, Inc. | Submersible multi-color LED illumination system |
US7566147B2 (en) * | 2007-05-04 | 2009-07-28 | Ruud Lighting, Inc. | Multi-LED light fixture with secure arrangement for LED-array wiring |
WO2008142638A1 (en) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Color-tunable illumination system |
JP4533405B2 (ja) * | 2007-05-31 | 2010-09-01 | 株式会社 日立ディスプレイズ | 照明装置およびこの照明装置を用いた液晶表示装置 |
WO2008149250A1 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Color-tunable illumination system, lamp and luminaire |
US7942556B2 (en) * | 2007-06-18 | 2011-05-17 | Xicato, Inc. | Solid state illumination device |
US9086213B2 (en) * | 2007-10-17 | 2015-07-21 | Xicato, Inc. | Illumination device with light emitting diodes |
CN101960918B (zh) * | 2008-02-27 | 2014-08-27 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有led以及一个或多个透射窗的照明设备 |
KR100924912B1 (ko) * | 2008-07-29 | 2009-11-03 | 서울반도체 주식회사 | 웜화이트 발광장치 및 그것을 포함하는 백라이트 모듈 |
GB0815860D0 (en) * | 2008-09-01 | 2008-10-08 | Oxley Dev Co Ltd | Light emitting device |
US8791471B2 (en) * | 2008-11-07 | 2014-07-29 | Cree Hong Kong Limited | Multi-chip light emitting diode modules |
KR101039957B1 (ko) * | 2008-11-18 | 2011-06-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 장치 및 이를 구비한 디스플레이 장치 |
US8169135B2 (en) * | 2008-12-17 | 2012-05-01 | Lednovation, Inc. | Semiconductor lighting device with wavelength conversion on back-transferred light path |
US8408724B2 (en) * | 2008-12-26 | 2013-04-02 | Toshiba Lighting & Technology Corporation | Light source module and lighting apparatus |
US7923741B1 (en) * | 2009-01-05 | 2011-04-12 | Lednovation, Inc. | Semiconductor lighting device with reflective remote wavelength conversion |
CA2755838C (en) * | 2009-03-19 | 2018-01-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Illumination device with remote luminescent material |
US8724054B2 (en) * | 2009-05-27 | 2014-05-13 | Gary Wayne Jones | High efficiency and long life optical spectrum conversion device and process |
TWI354365B (en) * | 2009-08-26 | 2011-12-11 | Quasioptical led package structure for increasing | |
WO2011074777A2 (ko) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | 한국기계연구원 | 회로기판 일체형 led 패키지를 갖는 led 조명 장치 및 그 제조 방법 |
JP5010010B2 (ja) * | 2010-04-16 | 2012-08-29 | フェニックス電機株式会社 | 発光装置 |
US8558161B2 (en) * | 2010-08-10 | 2013-10-15 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Lens having multiple conic sections for LEDs and proximity sensors |
US20110006331A1 (en) * | 2010-09-20 | 2011-01-13 | Alexander Shaikevitch | Light-emitting device with a semi-remote phosphor coating |
DE202010008705U1 (de) * | 2010-10-04 | 2010-12-30 | Harvatek Corp. | Arrayartiges Multi-Chip-Gehäuse für LEDs |
JP2014503117A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-02-06 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 広帯域出力及び制御可能な色を有する遠隔蛍光体ledデバイス |
-
2012
- 2012-06-19 US US13/527,446 patent/US20120327649A1/en not_active Abandoned
- 2012-06-19 US US13/527,443 patent/US20120257386A1/en not_active Abandoned
- 2012-06-20 CA CA2839991A patent/CA2839991A1/en not_active Abandoned
- 2012-06-20 WO PCT/US2012/043339 patent/WO2012177753A2/en active Application Filing
- 2012-06-20 MX MX2014000094A patent/MX2014000094A/es not_active Application Discontinuation
- 2012-06-20 KR KR1020147001355A patent/KR20140082631A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-06-20 BR BR112013033271A patent/BR112013033271A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2012-06-20 CN CN201280041128.1A patent/CN103765090A/zh active Pending
- 2012-06-20 JP JP2014517120A patent/JP2014520384A/ja active Pending
- 2012-06-20 EP EP12732920.9A patent/EP2724076A2/en not_active Withdrawn
- 2012-06-22 TW TW101122530A patent/TW201307745A/zh unknown
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022045017A1 (ja) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | デンカ株式会社 | 蛍光体基板の製造方法及び発光基板の製造方法 |
JP2023048518A (ja) * | 2021-09-28 | 2023-04-07 | 日亜化学工業株式会社 | 光源及び発光モジュール |
JP7381911B2 (ja) | 2021-09-28 | 2023-11-16 | 日亜化学工業株式会社 | 光源及び発光モジュール |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012177753A2 (en) | 2012-12-27 |
TW201307745A (zh) | 2013-02-16 |
WO2012177753A3 (en) | 2013-05-02 |
KR20140082631A (ko) | 2014-07-02 |
WO2012177753A4 (en) | 2013-07-18 |
US20120257386A1 (en) | 2012-10-11 |
US20120327649A1 (en) | 2012-12-27 |
BR112013033271A2 (pt) | 2017-03-01 |
EP2724076A2 (en) | 2014-04-30 |
CA2839991A1 (en) | 2012-12-27 |
MX2014000094A (es) | 2014-07-09 |
CN103765090A (zh) | 2014-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014520384A (ja) | 反射マスクを有するledベース照明モジュール | |
US8899767B2 (en) | Grid structure on a transmissive layer of an LED-based illumination module | |
US8820951B2 (en) | LED-based light source with hybrid spot and general lighting characteristics | |
US9528663B2 (en) | LED-based light source reflector with shell elements | |
US8485692B2 (en) | LED-based light source with sharply defined field angle | |
US20140003044A1 (en) | Integrated led based illumination device | |
KR20140057290A (ko) | 색 변환 표면을 우선 조명하는 led 기반 조명모듈 | |
JP2013519208A (ja) | Ledベース矩形照明装置 |