JP5614766B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

関連した出願への相互参照
この出願は、その全体が参照によりここに組み入れられる、2005年12月21日に出願された米国仮特許出願第６０／７５２，７５３号の優先権の利益を主張する。

発明の分野
本発明は、照明装置に関し、特に、１つ、またはそれ以上の固体発光素子を含む装置に関係する。本発明はまた、１つ、またはそれ以上の固体発光素子を含み、かつ、任意に、さらに１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料（たとえば、１つ、またはそれ以上のリン発光体）を含む照明装置に関係する。特定の側面において、本発明は、１つ、またはそれ以上の発光ダイオードを含み、かつ、任意に、さらに１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料を含む照明装置に関係する。

毎年、米国において生成される電気の多くの部分（いくつかの見積りは、２５％と高い）は、照明に行っている。したがって、よりエネルギー効率の高い照明を与える、進行中の必要がある。白熱電球は、エネルギー効率のよくない光源であることはよく知られている − それらが消費する電気の約９０％は、光よりむしろ熱として開放される。蛍光灯バルブは、白熱電球より、（約１０倍だけ）より効率的であるが、しかし、発光ダイオード等の、固体発光素子に比較すると、まだ、きわめて非効率である。

さらに、固体発光素子の通常の寿命に比較すると、白熱電球は、相対的に短い寿命、たとえば、代表的に約７５０−１０００時間を持つ。比較するに、発光ダイオードの寿命は、たとえば、一般に、数十年単位で、測定することができる。蛍光灯は、白熱灯より、より長い寿命（たとえば、１０，０００−２０，０００時間）を持つが、しかし、色再現の好ましさは低い。色再現は、代表的に、特定のランプにより点灯されるときの、対象物の表面カラーのシフトの相対的な示しである演算評価数（ＣＥＩ）を用いて測定される。昼光色は、もっとも高いＣＲＩ（１００ＣＲＩ）を持ち、白熱電球は、比較的近い（約９５）ものであり、蛍光照明は、より正確さが低い（７０−８７）。あるタイプの特定化された照明は、相対的に低いＣＲＩを持つ（たとえば、水銀蒸気またはナトリウムでは、ともに、約４０、あるいは、さらにより低い、のように低い）。

従来の電灯設備 により直面される問題は、照明装置（たとえば、電灯バルブ等）を、周期的に置き換える必要である。このような問題は、特に、アクセスが困難である（たとえば、丸天井、ブリッジ、高いビル、交通トンネル）ところで、および／または、交換コストが極端に高いところで表明されている。従来の電灯設備の代表的な寿命は、少なくとも約４４，０００時間の光発生装置の使用（２０年間にわたる１日６時間の使用に基づく）に対応する、約２０年である。光発生装置の寿命は、代表的にもっと小さく、これにより、周期的な交換の必要を生じる。

したがって、これらの、および他の理由により、努力は、固体発光素子を、白熱電球、蛍光灯、および他の光発生装置の代わりに、広い領域の応用において用いることのできる方法を、開発するために続けられてきた。さらに、発光ダイオード（または、他の固体光発光素子）が、すでに使われ続けているところでは、努力は、たとえば、エネルギー効率、演色評価数（ＣＲＩ）、コントラスト、有効性（ｌｍ／Ｗ）、および／または、サービス期間、に関して、改善された発光ダイオードを与えるよう、行われ続けている。

種々の固体発光素子は、よく知られている。たとえば、１つのタイプの固体発光素子は、発光ダイオードである。発光ダイオードは、電流を光に変換するよく知られた半導体装置である。広い範囲の発光ダイオードが、今も広がる目的の範囲のための、ますます広い分野において使用されている。

より特定的には、発光ダイオードは、電位差がｐｎ接合構造に対して印加されたとき、光（紫外線、可視光、または赤外線）を発する半導体装置である。発光ダイオード、および、多くの関連する構造を作る多くの公知の方法があり、本発明は、任意のこのような装置を用いることができる。たとえば、Ｓｚｅの半導体装置の物理学（１９８１年、第２版）、の第１２−１４章、および、Ｓｚｅの現代半導体装置物理学（１９９８）の第７章は、発光ダイオードを含む、広い範囲の発光装置を記述している。

ここで使用される表現“発光ダイオード”は、基本的な半導体ダイオード構造（すなわち、“チップ”）を意味するものとして用いられる。共通に認識され、商業的に入手可能な“ＬＥＤ”であって、（たとえば、）電子ショップにおいて売られているものは、多くの部品から作られている“パッケージされた”デバイスを表す。これらのパッケージされたデバイスは、代表的に、米国特許第４，９１８，４８７；５，６３１，１９０；および５，９１２，４７７号明細書に記述されたような（しかしそれらに限定されない）半導体ベースの発光ダイオード、種々のワイヤ接続、および、発光ダイオードを収容するパッケージを含む。

よく知られているように、発光ダイオードは、半導体活性（発光）層の導電帯と価電子帯との間のバンドギャップを横切って電子を励起することにより、光を生成する。電子遷移は、エネルギーギャップに依存する波長で、光を発生する。このように、発光ダイオードにより発光された光の色（波長）は、発光ダイオードの活性層の半導体材料に依存する。

発光ダイオードの発展は、多くの態様で、照明産業を改革してきたが、発光ダイオードの特徴のいくつかは、多くの挑戦を提示してきており、そのいくつかはまだ十分に満たされていない。たとえば、任意の特定の発光ダイオードの発光スペクトルは、代表的に（発光ダイオードの組成、および構造により予言されるように）単一波長の周りに集中しており、これは、いくらかの応用には好ましいが、他のもののためには、好ましくないものである（たとえば、照明を与えるためには、このような発光スペクトルは、大変低いＣＲＩを与える）。

白と感じられる光は、必然的に、２つ、またはそれ以上の色の（または、波長の）ブレンドであるので、単一の発光ダイオードは、白色を生ずることはできない。“白色”発光ダイオードは、各赤、緑、および青の発光ダイオードにより形成される発光ダイオードピクセルを持って製造されてきた。他の、“白色”発光ダイオードは、(1) 青色光を発生する発光ダイオード、および、(2) 前記発光ダイオード により発光された光による励起に応答して黄色光を発するルミネッセント材料（たとえば、リン発光体）を含んで生成され、これにより、該青色光、および黄色光は、混合されたとき、白色光と感知される光を生成する。

さらに、非主要色の結合を生成する主要色の混合は、一般に、この、および他の技術において、よく理解されている。一般に、１９３１年のＣＩＥ色度図（１９３１年に設けられた主要色の国際標準）、および１９７６年のＣＩＥ色度図（１９３１の色度図に類似しているが、該図上の同様の距離は、同様の認知される色の差異を表現するよう修整されている）は、色を、主要色の重み付け加算として定義するための有用な参照を与える。

発光ダイオードは、このように、個々に、または、任意の結合において、任意に、１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料（リン発光体、またはシンチレータ）、および／または、フィルターとともに使用されて、任意の所望の感受される色（白を含む）を生成することができる。したがって、現存する光源を、発光ダイオード光源により、たとえば、エネルギー効率、演色評価数（ＣＲＩ）、有効性（ｌｍ／Ｗ）、および／または、サービス期間、に関して改善するために置き換えるよう、努力がなされつづけている領域は、任意の特定の色の光、あるいは色のブレンドの光に、限定されるものではない。

広い多種多様性のルミネッセント材料（たとえば、その全体が参照によりここに組み入れられる、米国特許第６，６００，１７５号明細書に開示されているように、ルミファー、あるいはルミノフォリック材料としても知られている）は、公知であり、当業者にとって入手可能である。例えば、リン発光体は、たとえば、励起放射源により励起されたとき、反応性の放射（例えば、可視光線）を発するルミネッセント材料である。多くの場合、応答する放射は、励起する放射の波長と異なる波長を持つ。ルミネッセント材料の他の例は、紫外線を照射されると、可視スペクトル内において輝くシンチレーター、昼日グローテープ、およびインクを含む。

ルミネッセント材料は、ダウンコンバートするもの、すなわち、フォトンをより低いエネルギーレベル（より長い波長）に変換する材料である、あるいは、アップコンバートするもの、すなわち、フォトンをより高いエネルギーレベル（より短い波長）に変換する材料である、ものとして分類されることができる。

ルミネッセント材料を、ＬＥＤ装置内に含むことは、上記したように、ルミネッセント材料を、清浄な収容材料（たとえば、エポキシ系、またはシリコーン系材料）に、たとえば、ブレンディングまたはコーティングプロセスにより、付加することにより遂行されてきた。

たとえば、米国特許第６，９６３，１６６号明細書（Ｙａｎｏ‘１６６）は、従来の発光ダイオードランプが、発光ダイオードチップ、発光ダイオードチップを覆うための弾丸形状透明ハウジング、電流を発光ダイオードチップに供給する導線、および、発光ダイオードチップの放射を一定の方向に反射するためのチップ反射器、そこにおいては、発光ダイオードチップは、第１の樹脂部分により収容されており、これは、さらに第２の樹脂部分により収容されている、を含むことを開示している。Ｙａｎｏ‘１６６ によれば、第１の樹脂部分は、カップリフレクタを樹脂材料で満たし、それを、発光ダイオードチップが、カップリフレクタの底上にマウントされ、そののち、そのカソード、およびアノード電極が、ワイヤによりリードに電気的に接続された後に、キュアーすることにより得られる。Ｙａｎｏ‘１６６によれば、リン発光体は、発光ダイオードチップから出射された光Ａにより励起されるよう、第１の樹脂部分において分散され、該励起されたリン発光体は、光Ａより長い波長を持つ蛍光発光（“光Ｂ”）を生成し、該光Ａの一部は、リン発光体を含む第１の樹脂部分を通って送信され、結果として、光Ａと光Ｂの混合物である光Ｃが、照明として用いられる。

上記したように、“白ＬＥＤ光”（すなわち、白、または、白に近いと感受される光）は、白い白熱電球に対する可能な置き替えとして研究されて来た。白色ＬＥＤランプの代表的な例は、ガリウム窒化物から作られる青色発光ダイオードチップのパッケージ、これは、ＹＡＧ等のリン発光体によりコートされる、を含む。このようなＬＥＤランプにおいて、青色発光ダイオードチップは、約４５０ｎｍの波長を持つ放射を生成し、リン発光体は、その放射を受信したとき、約５５０ｎｍのピーク波長を持つ黄色の蛍光を生成する。たとえば、ある設計においては、白色発光ダイオードは、青色発光半導体発光ダイオードの外部表面上に、セラミックリン発光体層を形成することにより、製造される。発光ダイオードチップより出射される青色光の一部は、リン発光体を通過し、一方、該発光ダイオードチップより出射される青色光の一部は、リン発光体により吸収され、これは、励起され、黄色光を発する。発光ダイオードチップより出射され、リン発光体を通過した青色光の一部は、リン発光体により発射された黄色光と混合される。観察者は、青、および黄色の光の混合物を、白色光として感受する。

また上記したように、もう１つのタイプのＬＥＤランプにおいては、紫外光を発射する発光ダイオードチップは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）光光線を生成するリン発光体材料と結合される。このようなＬＥＤランプにおいては、発光ダイオードチップから放射された紫外線は、リン発光体を励起し、該リン発光体をして、赤、緑、青の光線を発射せしめ、これらは混合されて、人の目により白色光として感受される。その結果、白色光はまた、これらの光線の混合物としても、得られる。

既存のＬＥＤ構成要素パッケージ、および他の電子回路が、１つの電気設備内にアセンブルされる設計が与えられてきた。このような設計において、パッケージ化されたＬＥＤは回路基板にマウントされ、該回路基板はヒートシンクにマウントされ、かつ、該ヒートシンクは、所望の駆動電子回路とともに、固定ハウジングにマウントされる。多くの場合において、追加的な光学部品（パッケージ部品に対して２次的な）が、また必要である。

発光ダイオードを、他の光源、例えば、白熱電球、に置き換えて用いるにおいては、パッケージされたＬＥＤは、従来の電灯設備、たとえば、中空レンズ、および該レンズに取り付けられたベースプレートを含む、電灯設備とともに使用されてきており、該ベースプレートは、電気的に電源に結合された１つ、またはそれ以上のコンタクトを持つ従来のソケットハウジングを持っている。例えば、ＬＥＤ光バルブは、電気回路基板、該回路基板上にマウントされた複数のパッケージ化されたＬＥＤ、および、該回路基板に取り付けられ、かつ、電灯設備のソケットハウジングに接続されるよう適合された接続ポストよりなって、構成されており、これにより、該複数のＬＥＤは、電源により、照明されることができる。
米国特許第４，９１８，４８７号明細書 米国特許第５，６３１，１９０号明細書 米国特許第５，９１２，４７７号明細書 米国特許第６，６００，１７５号明細書 米国特許第６，９６３，１６６号明細書

固体発光素子、たとえば、発光ダイオードを、より広い多様性のある応用において、白色光を含む、すべての可能な光の色について、改善されたエネルギー効率をもって、改善されたＣＲＩを持って、改善された有効性（ｌｍ／Ｗ）を持って、および／または、より長いサービス期間をもって、与える方法についての、継続的な要求がある。

発明の簡単なサマリー
１つの側面において、本発明は、装置のハウジングに取り付けられたチップ／デバイスレベルで（発光ダイオード、レーザダイオード、薄膜エレクトロルミネッセンスデバイス等の）固体発光素子を用いる照明装置に向けられており、該デバイスのハウジングは、好ましくは、該装置のための、熱的な、および、光学的な、両方の解決を与える。このような設計は、（光源（たとえば、発光ダイオード）の温度を低減させるために）熱的インタフェースを削減し、かつ、発光ダイオード、または光源が、コストを最小化し、かつ性能を最大化するために、システム内で“ボトムアップ”で作られていると、コストを低減する。

好ましい側面において、全体の集積化は、以下のものを含む：a）電気設備に必要な光学部品が該電気設備内に集積されて、直接マウントされた発光ダイオードチップであって、これにおいて、該電気設備は、熱的、および光学的解決の機能を与え、これにより、従来の設計において使用されている多くのサブアセンブリーの複雑さを低減させる。

特定の側面において、該発光素子は、“白”と感受される光を生成することのできるものである。
第１の実施形態によれば、照明装置は、ハウジング、少なくとも１つの固体発光素子、および、導電性トラックよりなり、あるいは、本質的にこれらのみよりなって、設けられている。導電性トラックは、少なくとも１つの電源と結合可能である。導電性トラックは、ハウジングの少なくとも第１の部分上に位置しており、該導電性トラックは、少なくとも第１の正の導電性トラック、および少なくとも第１の負の導電性トラックよりなる。該固体発光素子のおのおのは、少なくとも１つの正の導電性トラック、および少なくとも１つの負の導電性トラックと電気的に接触している。

たとえば、前のパラグラフで、表現“positioned on”で、あるいは、“formed on”、“painted on”、“printed on”、または“trace on a circuit board”で用いられている表現“on”は、第２の構造“上”にある第１の構造が、第２の構造と接触できることを意味し、あるいは、１つ、またはそれ以上の中間的な構造により、第２の構造から分離されることができることを意味する。

ここで使われているもののような、表現“導電性トラック”は、導電性部分よりなる構造を言及し、かつ、さらに、任意の他の構造を、たとえば、１つ、またはそれ以上の絶縁層を、含み得る。たとえば、ハウジングの上にマウントされた導電性トラックは、特に、該ハウジングが電気を導電させることができるところ（その場合には、導電性トラックは、導電性トラックの絶縁層が、ハウジングとコンタクトしており、かつ、導電性トラックの導電層が、ハウジングとコンタクトしておらずにハウジング上にマウントされており、かつ、１つ、またはそれ以上の発光ダイオードチップは、該発光ダイオードチップが、電気によりパワーを与えられて照明を行うように、導電性トラックの導電層に電気的に接続されている。）では、１つの絶縁層と、１つの導電層とのみよりなることができる。

発明の特定の側面において、該発光素子は、複数の固体発光素子よりなる。さらなる特定の側面において、１つ、またはそれ以上の固体発光素子は、発光ダイオードである。
発明のさらなる側面において、該発光素子は、さらに、少なくとも１つの第１のルミネッセント材料、たとえば、第１のリン発光体よりなる。

第２の側面において、本発明は、少なくとも１つの電源、および少なくとも１つの固体発光素子に結合可能な導電性要素よりなる電気設備よりなる照明装置を与える。固体発光素子は、該電気設備上にマウントされている。該照明装置は、５０，０００時間の照明の後に、その初期強度の少なくとも５０％である強度の光を与える。

本発明は、添付図面、および以下の発明の詳細な説明を参照して、より詳細に理解されるであろう。

発明の詳細な説明
上記したように、１つの側面において、本発明は、ハウジング、少なくとも１つの固体発光素子、および上記固体発光素子に電気を供給する導電性トラックよりなる照明装置に向けられている。本発明はまた、ハウジング、少なくとも１つの固体発光素子、少なくとも１つのルミネッセント材料、および上記固体発光素子に電気を供給する導電性トラック、よりなる照明装置に向けられている。

上記導電性トラックは、任意の適切な方法で位置されることができる。たとえば、導電性トラックは、もし望まれれば、ハウジングの第１の部分上に配置されることができ、かつ、少なくとも１つの正の導電性トラック、および少なくとも１つの負の導電性トラックよりなることができる。

各個体発光素子は、任意の適切な態様で位置されることができる。たとえば、固体発光素子は、もし望まれれば、ハウジング上に、少なくとも１つの負の導電性トラック、および、少なくとも１つの正の導電性トラックと電気的に接触してマウントされることができる。

好ましくは、ハウジングの１つ、またはそれ以上の表面は、反射性であり、このため、発光ダイオードのいくつか、またはすべてからの光は、このような反射性の表面により反射される。

該ハウジングは、樹脂モールドされ得る、および／あるいは、整形され得る任意の材料より形成されることができる。好ましくは、該ハウジングは、有効なヒートシンクである（すなわち、高い熱伝導性、および／または高い熱容量を持つ）、および／または、反射性である（または、反射性材料によりコートされた）材料により、形成される。

該ハウジングは、任意の所望の形状であることができる。ハウジングのための形状の代表的な例は、中空円錐形（または、実質的に円錐形）、中空のフラストコニカル（または、実質的にフラストコニカル）、中空円筒形状（または、実質的に円筒形状）、および中空半楕円（または、実質的に半楕円）；あるいは、中空円錐形（または、実質的に円錐形）、中空のフラストコニカル（または、実質的にフラストコニカル）、中空円筒形状（または、実質的に円筒形状）、および中空半楕円（または、実質的に半楕円）の中から個々に選択された、１つ、またはそれ以上の部分を含む任意の形状、であることができる。発明の１つの側面において、該ハウジングは、少なくとも１つの凹面よりなり、固体発光素子の少なくとも１つは、該第１の凹面上にマウントされている。任意に、該ハウジングは、数多くの凹表面よりなることができ、１つ、またはより多くの発光ダイオードは、このような凹表面の任意のもの、またはすべて上に、マウントされることができる。

ここで用いられているように、たとえば、用語 "substantially”、たとえば、"substantially conical", "substantially frustoconical", "substantially cylindrical"、および、"substantially semi- elliptical" におけるものは、記載された特徴と少なくとも約９５％一致するものを意味し、たとえば、"substantially semi-elliptical" は、半楕円が、式x²/a² + y²/b² = 1、ここで、

を持って描かれることができることを意味し、かつ、虚数軸は、該構造上の各点のy座標が、このような点のx 座標をこの式に挿入することにより得られる値の０．９５から１．０５倍内にある位置にて、描くことができる。

任意の、所望の固体発光素子は、本発明にしたがって用いることができる。当業者は、広い範囲のこのような発光素子を知っており、それを入手することができる。このような発光素子は、無機の、または有機の発光素子を含む。このような発光素子のタイプの例は、発光素子（無機の、または有機の）、レーザダイオード、および薄膜エレクトロルミネッセントデバイスを含み、そのおのおのの範囲の広さは、技術において知られている。

本発明の１つの側面において、少なくとも第１、および第２の固体発光素子であって、その中において、第１の固体発光素子は、第１の波長の光を発光し、第２の固体発光素子は、第２の波長の光を発光し、第２の波長は第１の波長とは異なる、ものよりなるデバイスが与えられる。このようなデバイスにおいて、該固体発光素子は、紫外線、可視光、および赤外線の範囲内で、任意の所望の波長（または、波長範囲）の光を発光することができ、たとえば、(1) 可視スペクトル内の異なる波長範囲内で光を発光する２つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(2) 赤外スペクトル内の異なる波長範囲内で光を発光する２つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(3) 紫外線スペクトル内の異なる波長範囲内で光を発光する２つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(4) 可視スペクトル内で光を発光する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、および、赤外スペクトル内で光を発光する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、(5) 可視スペクトル内で光を発光する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、および、紫外スペクトル内で光を発光する１つ、またはそれ以上の発光ダイオード、を含む。

上記したとおり、当業者は、広い範囲の発光ダイオード、広い範囲のレーダイオード、および、広い範囲の薄膜エレクトロルミネッセントデバイスを含む、広い範囲の固体発光素子をよく知っており、それゆえ、このようなデバイス、および／または、このようなデバイスがそれから作られる材料を、詳細に記述する必要はない。

上記したように、本発明による照明装置は、任意の所望の数の固体発光素子よりなることができる。たとえば、本発明による照明装置は、５０個またはより多くの発光ダイオード、あるいは１００個またはより多くの発光ダイオード、等を、含むことができる。一般に、現在の発光ダイオードでは、優秀な効率は、多くの数の比較的小さい発光ダイオードを用いて達成することができる（たとえば、１００個の発光ダイオードのおのおのは、０．１mm² の表面領域を持ち、これに対し、２５個の発光ダイオードのおのおのは、０．４mm² の表面領域を持つが、他は、同一である）。

同様に、より低い電流密度で動作する発光ダイオードは、優秀な効率を与える。任意の特定の電流を引き出す発光ダイオードは、本発明にしたがって使用することができる。本発明のいくつかの実施形態においては、５０ｍＡより大きくない電流を引き出す発光ダイオードが、使用される。

他方、電流“源チップ”は、優秀な性能をも与えることができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、３０個、またはより少ない発光ダイオード（および、いくらかの場合には、２０個、またはより少ない発光ダイオード）を含み、発光ダイオードは、おのおの、３００ｍＡまたは、より以上で、動作する。

当業者は、固体発光体を、ハウジングに取り付ける種々の方法をよく知っており、かつ、任意のこのような方法は、本発明にしたがって用いることができる。

導電性トラックは、電気を導通させる任意の構造であることができる。当業者は、広い範囲の形態の広い範囲の導電性トラックを、よく知って折り、かつ、容易に与えることができる。たとえば、導電性トラックは、ハウジング上に形成され、ペイントされ、または印刷された、金属化されたトレースであることができ、あるいは、ハウジングの表面、または表面に沿って置かれたワイヤ、またはリードフレームであることができる。

該固体発光素子は、任意の適切なパターンで配線されることができる。好ましくは、該複数の固体発光体は、メッシュパターンに配線されることができる（図１３（参考例）を、見てください。これは、固体発光素子として、特定のストリングに接続する導電性要素７２、およびストリング間に伸びる１つ、またはそれ以上の導電性要素７３を持って、ストリングに配置されてなる複数の個体発光素子７１を示す模式図である）。使用することのできる配線パターンのもう１つの例は、固体発光素子の１つの欠損が、欠損した固体発光素子と直列の固体発光素子のみに影響を与えるような、直列並列である。ここで用いられる表現“並列直列”は、電気的なパスが、並列に配置されていることを意味し、各電気的なパスは、１つ、またはそれ以上の固体発光素子を含む。

本発明の１つの側面において、導電性トラック（および、それゆえ、固体発光素子も）は、結合可能である、すなわち、１つ、またはそれ以上の電源、たとえば、１つ、またはそれ以上のバッテリーに、及び／または電気的なサービスに（永遠に、または選択的に）電気的に接続されることができる。たとえば、回路網は、(1) 電気が、通常の条件のもとで、電気的サービスを通して（たとえば、グリッドに接続されて）照明装置に通常に供給される形で、および、(2)もし、電気的サービスが（たとえば、電源停止により）中断されたときは、１つ、またはそれ以上のスイッチが、閉じられることができ、これにより、電源が、固体発光素子のいくつか（たとえば、少なくとも約５％、または、少なくとも約２０％）、または、すべてに供給されることができる。必要なところでは、好ましくは、さらに、電気的サービスが妨害されたときを検出し、自動的に、バッテリーパワーを少なくとも前記固体発光素子のいくつかにスイッチするデバイスが与えられる。

ここで、デバイス内の２つの要素が“電気的に接続されている”というのは、該要素間に、その挿入が該デバイスにより与えられる機能に実体的に影響するような構成要素が、何も電気的に与えられていない、ことを意味する。たとえば、２つの要素は、それらが、それらの間に、該デバイスにより与えられる機能に実体的に影響を及ぼさないような小さい抵抗（実際、２つの要素を接続するワイヤは、小さい抵抗と考えることができる）を持っていたとしても、電気的に接続されているということができる；同様に、２つの要素は、たとえ、それらが、それらの間に該デバイスをして付加的な機能を遂行することを許すような付加的な電気的要素を持っており、一方、該付加的な要素を含むことを除いて、同一である該デバイスにより与えられた機能に実体的に影響を与えるものではない、としても、電気的に接続されていると、言うことができる；同様に、相互に直接接続された２つの要素、あるいは、回路基板、または他の媒体上のワイヤまたはトレースの対向する端に直接接続された２つの要素は、電気的に接続されている。

本発明のもう１つの側面において、固体発光素子は、１つ、またはそれ以上の光電エネルギー収集デバイス（すなわち、太陽からのエネルギーを電気エネルギーに変換する１つ、またはそれ以上の光電セルを含むデバイス）に、エネルギーが光電エネルギー収集デバイスから固体発光素子に供給されるよう、（永久に、または選択的に）任意に接続されることができる。

当業者は、電気的に接続する（永久に、あるいは選択的に）導電性トラックを電源に接続する種々の方法を、よく知っており、任意のこのような方法は、本発明に従って用いることができる。

１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、もし存在すれば、任意の所望のルミネッセント材料であることができる。上記したように、当業者は、広い範囲の種々のルミネッセント材料をよく知っており、これらに容易にアクセスする。１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、ダウン変換するもの、あるいは、アップ変換するものであってよく、あるいは、両タイプの結合を含み得る。

たとえば、１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、紫外光の照明を受けて可視スペクトルで輝く、リン発光体、シンチレーター、昼日グローテープ、インクの中から選択することができる。

１つ、またはそれ以上のルミネッセント材料は、設けられるとき、任意の所望の形態で与えられることができる。たとえば、１つの側面において、本発明による照明装置は、第１のルミネッセント材料よりなる少なくとも１つルミネッセント要素よりなることができ、該ルミネッセント要素は、ハウジングに取り付けられ、該ルミネッセント要素およびハウジングは、内部空間を定義し、前記固体発光体のうちの少なくとも１つは、前記内部空間内に配置されている。

前記ルミネッセント要素は、もし望まれれば、第１のルミネッセント要素がその中に埋め込まれた材料よりなることができる。たとえば、当業者は、ルミネッセント材料、たとえば、シリコーン材料、エポキシ材料等の樹脂（たとえば、ポリマーマトリックス）内に埋め込まれたリン発光体よりなるルミネッセント要素を、たいへんよく知っている。

本発明の好ましい側面において、照明装置は、少なくとも第１のルミネッセント要素領域、および第２ルミネッセント要素領域を有する少なくとも１つのルミネッセント要素からなり、該第１のルミネッセント要素領域は、第１のルミネッセント材料よりなり、該第２のルミネッセント要素領域は、第２のルミネッセント材料よりなり、該第１のルミネッセント材料は、励起されたとき、第１の波長（または、波長範囲）の光を発し、該第２のルミネッセント材料は、励起されたとき、第２の波長（または、波長範囲）の光を発し、該第２の波長（または、波長範囲）は、前記第１の波長（または、波長範囲）と異なるものである。

本発明のもう１つの望ましい側面によれば、照明装置は、複数のルミネッセント要素よりなることができ、各ルミネッセント要素は、少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、各ルミネッセント要素は、内部空間を形成するようハウジングに固定されており、少なくとも１つの固体発光素子は、各内部空間内に配置されている。

複数の固体発光素子がハウジング上にマウントされた本発明の実施形態においては、固体発光素子により生成された熱の負荷は、ハウジングの表面上に分布される。該固体発光素子が、ハウジング表面領域上により均一に分布されるほど、熱負何は、より均一に分布される。結果として、該ハウジングは、より効率的な熱放散を与えることができ、その結果、該ハウジングは、もし望まれれば、そうでなければそのようであったであろうより、より小さい大きさとされることができる。さらに、（単一点の光源に対して）多数の固体発光素子を持つことにより、該光源は、陰ができることにより影響を受ける量は少ない、−すなわち、もし、発光領域より小さい対象が、発光領域の前に置かれれば、該光線の一部のみが、ブロックされるであろう。該光源は、ホイヘンスの原理に従うので（各ソースは、球面ウェーブフロントとして動作する）、陰の観察は見られず、照明された光源のわずかな調光のみが、見られる（単一フィラメントが用いられているところ、光が、実質的に調光され、陰が観察されるであろうところ、と比較して）。

当業者は、ルミネッセント要素をハウジングに取り付ける種々の方法についてよく知っており、かつ、任意のこのような方法は、本発明にしたがって用いることができる。

本発明による装置は、さらに、１つ、またはそれ以上の長寿命冷却装置（たとえば、ごく高い寿命を持つ）よりなる。このような長寿命冷却装置は、“中国ファン”として空気を移動させる、ピエゾ電気、または磁気抵抗材料（たとえば、ＭＲ，ＧＭＲ，および／または、ＨＭＲ材料）よりなることができる。本発明による装置を冷却するにおいて、代表的に境界層を破壊するのみに十分な空気が、１０から１５℃の温度低下を引き起こすのに必要とされる。したがって、このような場合、強い“そよ風”、または、大きな流体フローレート（大きいＣＦＭ）は、代表的に必要とされない（これにより、従来のファンの必要を避ける）。

本発明による装置は、発光された光の投射された性質をさらに変化させる２次的な光学素子よりなることができる。このような２次的な光学素子は、当業者によく知られており、したがって、それらはここで詳細に記述される必要はなく、−任意のこのような２次的な光学素子が、もし望まれれば使用することができる。

本発明による装置は、さらに、センサー、または、充電装置、または、カメラ等よりなることができる。たとえば、当業者は、１つ、またはそれ以上の生起を検出する装置（たとえば、対象物、または人の動きを検出する動き検出器）であって、かつ、このような検出に応答して、光の照明、安全カメラの活性化、等を起こすものを、よく知っており、かつ、容易にアクセスする。代表的な例としては、本発明による装置は、本発明による照明装置、および動きセンサーを、含むことができ、かつ、(1) 光が照明される間、もし動きセンサーが動きを検出すれば、安全カメラが、活性化されて、ビジュアルデータを、検出された動きの位置で、またはその周りで、記録する、あるいは、(2) もし動きセンサーが、動きを検出すれば、光が、該検出された動きの位置の近くの領域を照らすよう照明され、安全カメラが、活性化されて、ビジュアルデータを検出された動きの位置に、あるいはその周りに記録する、等のように、構成されることができる。

図１は、本発明による照明装置１０の第１の実施形態の断面図である。図１を参照して、該第１の実施形態は、ハウジング１１、該ハウジング１１上にマウントされた複数の発光ダイオード１２、および、該ハウジング１１に取り付けられた実質的に円形のルミネッセント要素１３よりなる。該ハウジング１１、および、ルミネッセント要素１３は、一緒に、その中に、発光ダイオード１２のおのおのが位置される内部空間を定義する。該ハウジング１１は、中空の実質的に半楕円形の形状を有する。該ハウジング１１の、前記内部空間に面する表面は、その上にコートされた反射性の表面、ばかりでなく、その上に印刷された導電性トラック１４を持つ。

ルミネッセント材料１３は、リン発光体パウダーがその中に充填されたキュアーされたポリマー樹脂よりなる。照明装置１０はさらに、負の電源トラックに電気的に接続された負の電源ライン１５、および、正の電源トラックに電気的に接続された正の電源ライン１６を含む電源コードよりなり、該電力コードは、導電性トラックが、電源と結合可能なように、電源に接続可能となっている。発光ダイオード１２のおのおのは、少なくとも１つの正の導電性トラック、および少なくとも１つの負の導電性トラックと、電気的に接触しており、これにより、電力は、発光ダイオード１２に、それらを照明するために与えられる。図１は、負の、及び正の電源線１５、及び１６に取り付けられた電源１７を模式的に図示する。

図２は、図１の線２−２に沿って取られた図１に示される実施形態の断面図である。

図３は、図１の線２−２に沿って取られた、図１に示される実施形態の断面図である。図３は、この場合、単一のルミネッセント材料を含む、ルミネッセント要素１３を示す。

図４は、図３に示される外観に対応する断面図であり、照明要素１３が、単一の照明材料を含む代わりに、照明要素１３は、複数の領域を持ち、該領域のおのおのは、発光ダイオード１２により照明されたとき、青色光、緑色光、または黄色光を発するルミネッセント材料の中から選択されたルミネッセント材料を持つよう、修整されている。図４に描かれた領域は、各領域におけるルミネッセント材料のタイプを示すようマークされており、ここで、該領域において“Ｂ”とマークされたものは、該領域が発光ダイオード１２により照明されたとき、青色光を発するルミネッセント材料を含み、該領域において“Ｇ”とマークされたものは、該領域が発光ダイオード１２により照明されたとき、緑色光を発するルミネッセント材料を含み、該領域において“Ｙ”とマークされたものは、該領域が発光ダイオード１２により照明されたとき、黄色光を発するルミネッセント材料を含む。

図５は、本発明による第２の実施形態の照明装置５０の断面図である。図５を参照して、第２の実施形態は、ハウジング５１の中心軸５８に向かって半径方向内側に伸びる第１の環状フランジ部５７、およびハウジング５１の中心軸５８に向かって半径方向外側に伸びる第２の環状フランジ部５９を持つハウジング５１よりなる。複数の発光ダイオード５２は、第１の環状フランジ部５７上にマウントされている。ルミネッセント要素５３は、ハウジング５１に、かつ、第１の環状フランジ部５７の内側エッジ６０に、取り付けられている。該ハウジング５１、第１の環状フランジ部５７、およびルミネッセント要素５３は、一緒になって、その中に発光ダイオード５２のおのおのが配置されるトロイダル内部空間を定義する。該ハウジング５１は、中空の実質的に半楕円形形状を有する。該内部空間に面するハウジング５１の表面は、その上にコートされた反射性の表面、ばかりでなく、印刷された導電性トラック５４を有する。もし、望まれれば、任意の適切なカバーは、それの広い範囲にわたる種々のものは当業者によく知られているが、第１の環状フランジ部５７の内側エッジ６０により定義される開口上に位置されることができる。

図６は、図５の線６−６に沿って取られた、図５に示される実施形態の断面図である。図６は、発光ダイオード５２がその上にマウントされた第１の環状フランジ部５７を示す。図６はまた、発光ダイオード５２に対する電源を与える、第１の環状フランジ部５７上に印刷された導電性トラック５４を示す。

再び、図５を参照して、照明装置５０は、天井６１（たとえば、壁ボード、または任意の他の適切な建築材料により形成されている）内に形成された環状穴内にマウントされており、すなわち、該第２の環状フランジ部５９は、天井６１と接触している。該ルミネッセント材料５３は、リン発光体パウダーがその中に詰め込まれた、キュアーされたポリマー樹脂よりなる。図６を参照して、発光素子５０はさらに、負の電源トラックに電気的に接続された負の電源線５５、および正の電源トラックに接続された正の電源線５６を含み、該電源コードは、導電性トラックが電源と結合可能であるよう電源に接続されている。発光ダイオード５２のおのおのは、正の導電性トラック、および、負の導電性トラックと電気的に接続しており、これにより、電力が、それらを照明するように発光ダイオード５２に与えられる。

上記したように、前記ハウジングは、一般に、任意の所望の大きさ、および形状のものであることができる。図７ないし図１２は、種々の異なる形状のハウジングの断面図を描く。図７は、第１の中空の半楕円形形状のハウジングの断面図である。図８は、第２の中空の半楕円形形状のハウジングの断面図である。図９は、中空の円錐形状のハウジングの断面図である。図１０は、第１の中空の円筒形状のハウジングの断面図である。図１１は、第２の中空の円筒形状のハウジングの断面図である。図１２は、複数の中空円錐形状部分を持つハウジングの断面図である。

ここまで記述されてきた、照明装置の任意の２つ、またはそれ以上の構造的部分は、集積されることができる。ここまで記述されてきた、照明装置の任意の構造的部分は、（もし必要であれば、同時に保持することのできる）２つ、またはそれ以上の部分にて設けられることができる。

図１は、本発明による照明装置の第１の実施形態の断面図である。 図２は、図１の線２−２に沿ってとられた、図１に示される実施形態の部分模式断面図である。 図３は、図１の線２−２に沿って取られた、図１に示される実施形態の断面図である。 図４は、修整を持つ、図３に示される外観に対応する断面図である。 図５は、本発明による照明装置の第２の実施形態の断面図である。 図６は、図５内の線６−６に沿って取られた、図５に示される実施形態の断面図である。 図７−１２は、異なる形状の種々のハウジングの断面図を描く。 図７−１２は、異なる形状の種々のハウジングの断面図を描く。 図７−１２は、異なる形状の種々のハウジングの断面図を描く。 図７−１２は、異なる形状の種々のハウジングの断面図を描く。 図７−１２は、異なる形状の種々のハウジングの断面図を描く。 図７−１２は、異なる形状の種々のハウジングの断面図を描く。 図１３（参考例）は、メッシュパターンに配線された複数の固体発光素子を示す模式的な電気図である。

Claims (44)

1. 照明装置であって、
   少なくとも第１の凹部分よりなり、該第１の凹部分の少なくとも一部は反射性であるハウジングと、
   それぞれが少なくとも第１の表面及び第２の表面よりなる少なくとも２つの第１の固体発光素子と、
   ハウジングの少なくとも前記第１の凹部分の上に位置し、少なくとも１つの電源と接続可能な導電性トラックであって、少なくとも１つの正の導電性トラックと、少なくとも１つの負の導電性トラックとよりなる導電性トラックと、
   を備え、
   前記少なくとも２つの第１の固体発光素子の前記第１の表面は、それぞれが前記少なくとも１つの正の導電性トラックのうち第１の正の導電性トラックと電気的に直接接触しており、
   前記少なくとも２つの第１の固体発光素子の前記第１の表面は、それぞれが前記少なくとも１つの負の導電性トラックのうち第１の負の導電性トラックと電気的に直接接触しており、
   前記少なくとも２つの第１の固体発光素子は互いに電気的に並列接続されており、
   前記第２の表面は光の放射領域を備え、
   前記第２の表面と前記第１の表面は前記第１の固体発光素子に対して反対側にあり、
   前記第２の表面は前記第１の表面に実質的に平行である
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、第１の固体発光素子は発光ダイオードであることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置において、該装置はさらに、少なくとも１つのバッテリー、及び、該バッテリーを固体発光素子の少なくともいくつかに電気的に選択的に接続させる回路網を備えていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項３に記載の照明装置において、回路網は、バッテリーを固体発光素子の少なくとも約５％に電気的に選択的に接続させることを特徴とする照明装置。
5. 請求項３に記載の照明装置において、回路網は、バッテリーを固体発光素子の少なくとも約２０％に電気的に選択的に接続させることを特徴とする照明装置。
6. 請求項３に記載の照明装置において、回路網は、バッテリーを固体発光素子のすべてに電気的に選択的に接続させることを特徴とする照明装置。
7. 請求項３に記載の照明装置において、回路網は、電源停止の間に、バッテリーを固体発光素子のすくなくともいくつかに自動的に電気的に接続させることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１に記載の照明装置において、ハウジングは複数の凹表面よりなり、各凹表面はその一部が反射性であり、各凹表面は、その上に第１の固体発光素子の少なくとも１つをマウントしていることを特徴とする照明装置。
9. 請求項１に記載の照明装置において、該装置は、第１の波長範囲内の光を発する少なくとも１つの第１の発光ダイオード、及び、第２の波長範囲内の光を発する少なくとも１つの第２の発光ダイオードよりなり、第２の波長範囲は第１の波長範囲と全く重なっていないことを特徴とする照明装置。
10. 請求項９に記載の照明装置において、第１の波長範囲は可視光波長の範囲内にあり、第２の波長範囲は紫外光波長の範囲内にあることを特徴とする照明装置。
11. 請求項２に記載の照明装置において、該装置は、少なくとも５０個の発光ダイオードよりなることを特徴とする照明装置。
12. 請求項１１に記載の照明装置において、発光ダイオードの各々は、５０ｍＡ以下の電流を流すことを特徴とする照明装置。
13. 請求項２に記載の照明装置において、該装置は、３０個以下の発光ダイオードよりなることを特徴とする照明装置。
14. 請求項１３に記載の照明装置において、発光ダイオードの各々は、少なくとも３００ｍＡの電流を流すことを特徴とする照明装置。
15. 請求項２に記載の照明装置において、該装置は、２０個以下の発光ダイオードよりなることを特徴とする照明装置。
16. 請求項１５に記載の照明装置において、発光ダイオードの各々は、少なくとも３００ｍＡの電流を流すことを特徴とする照明装置。
17. 請求項２に記載の照明装置において、該装置は、すくなくとも１００個の発光ダイオードよりなることを特徴とする照明装置。
18. 請求項１３に記載の照明装置において、発光ダイオードの各々は、５０ｍＡ以下の電流を流すことを特徴とする照明装置。
19. 請求項１に記載の照明装置において、該装置はさらに、少なくとも１つのバッテリー、及び、バッテリーを導電性トラックに接続させる回路網を備えていることを特徴とする照明装置。
20. 請求項１９に記載の照明装置において、バッテリーを導電性トラックに接続する回路網は、バッテリーを導電性トラックに選択的に電気的に接続することを特徴とする照明装置。
21. 請求項１９に記載の照明装置において、バッテリーを導電性トラックに接続する回路網は、バッテリーを導電性トラックに電気的に接続することを特徴とする照明装置。
22. 請求項１９に記載の照明装置において、バッテリーは、少なくとも１つの光電エネルギー収集装置に電気的に接続されていることを特徴とする照明装置。
23. 請求項１に記載の照明装置において、該装置はさらに、少なくとも１つの光電エネルギー収集装置、及び該光電エネルギー収集装置を導電性トラックに接続する回路網を備えていることを特徴とする照明装置。
24. 請求項２３に記載の照明装置において、光電エネルギー収集装置を導電性トラックに接続させる回路網は、光電エネルギー収集装置を導電性トラックに選択的に電気的に接続することを特徴とする照明装置。
25. 請求項２３に記載の照明装置において、光電エネルギー収集装置を導電性トラックに接続させる回路網は、光電エネルギー収集装置を導電性トラックに電気的に接続することを特徴とする照明装置。
26. 請求項１に記載の照明装置において、該装置はさらに、少なくとも１つの第１のルミネッセント材料を有していることを特徴とする照明装置。
27. 請求項２６に記載の照明装置において、第１のルミネッセント材料は、少なくとも１つの第１のリン発光体よりなることを特徴とする照明装置。
28. 請求項２６に記載の照明装置において、該装置は、第１のルミネッセント材料よりなる少なくとも１つのルミネッセント要素よりなり、該ルミネッセント要素はハウジングに取り付けられ、ルミネッセント要素及びハウジングは内部空間を画定し、固体発光素子は、内部空間内に配置されていることを特徴とする照明装置。
29. 請求項２８に記載の照明装置において、ルミネッセント要素は、第１のルミネッセント材料を、その中に埋め込んでいることを特徴とする照明装置。
30. 請求項２６に記載の照明装置において、該装置は、少なくとも１つの第１のルミネッセント要素領域及び１つの第２のルミネッセント要素領域よりなる少なくとも１つのルミネッセント要素を備え、第１のルミネッセント要素領域は第１のルミネッセント材料よりなり、前記第２のルミネッセント要素領域は第２のルミネッセント材料よりなり、第１のルミネッセント材料は、励起されたときに第１の波長範囲内の光を発し、第２のルミネッセント材料は、励起されたときに第２の波長範囲内の光を発し、第２の波長範囲は第１の波長範囲と重なる部分がなく異なっていることを特徴とする照明装置。
31. 請求項２６に記載の照明装置において、該装置は複数のルミネッセント要素を備え、各ルミネッセント要素は少なくとも１つのルミネッセント材料よりなり、各ルミネッセント要素はハウジングに内部空間を画定するよう取り付けられ、少なくとも１つの固体発光素子は、各内部空間内に位置していることを特徴とする照明装置。
32. 請求項１に記載の照明装置において、導電性トラックはハウジングの金属化された部分であることを特徴とする照明装置。
33. 請求項３２に記載の照明装置において、導電性トラックはハウジング上にペイントされていることを特徴とする照明装置。
34. 請求項３２に記載の照明装置において、導電性トラックは、ハウジング上に印刷されていることを特徴とする照明装置。
35. 請求項１に記載の照明装置において、該装置は、最初に照明されるとき、最初の強度の光を提供し、かつ、５０，０００時間の照明の後に、最初の強度の少なくとも５０％の強度の光を提供することを特徴とする照明装置。
36. 請求項１に記載の照明装置において、該装置は、ハウジングの環状フランジ部分上にマウントされた複数の固体発光素子を備えていることを特徴とする照明装置。
37. 請求項３６に記載の照明装置において、該装置はさらに、ハウジング及び環状フランジ部の内部エッジに取り付けられたルミネッセント要素を備え、該ルミネッセント要素、ハウジング、及び環状フランジ部は、固体発光素子がその中に位置される内部空間を画定することを特徴とする照明装置。
38. 請求項１に記載の照明装置において、導電性トラックは各々、導電性部分及び絶縁層よりなることを特徴とする照明装置。
39. 請求項１に記載の照明装置において、前記照明装置は少なくとも５０の固体発光素子よりなり、該固体発光素子のおのおのは正の導電性トラック及び負の導電性トラックと電気的に直接接触している少なくとも第１の表面よりなる、照明装置。
40. 請求項１に記載の照明装置において、前記照明装置は少なくとも５０の固体発光素子よりなり、該固体発光素子のおのおのは正の導電性トラック及び負の導電性トラックと電気的に直接接触している少なくとも第１の実質的に平らな表面よりなる、照明装置。
41. 請求項１に記載の照明装置において、前記第１の固体発光素子の前記第１の表面は実質的に平らであることを特徴とする照明装置。
42. 請求項１に記載の照明装置において、前記第１の凹部分の全体が反射性であることを特徴とする照明装置。
43. 請求項１に記載の照明装置において、前記ハウジングは本質的に前記第１の凹部分よりなることを特徴とする照明装置。
44. 請求項１に記載の照明装置において、前記第１の凹部分は実質的に円錐形、実質的にフラストコニカル、実質的に円筒形状、又は実質的に半楕円であることを特徴とする照明装置。

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