JP5372155B2 - 色調節可能な光源 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２００８年８月８日に出願された米国特許仮出願第６１／０８７、５７０号の利益を主張する。

（発明の技術分野）
本発明は光源に関し、特に、色調節可能な光源に関する。

太陽から直接的または間接的に提供される自然照明のスペクトル組成は、観察者から見た太陽の緯度及び経度の経時的変化に起因する地球の大気中における光の伝達経路及び拡散経路の変化に伴って観察者の近傍の物体の反射率及び拡散率が変化するため、日中は変化する。人工光源においても、光源のスペクトル組成及び発光色、より具体的には光出力の相関色温度を変更することによって、自然照明を（少なくともある程度は）再現できるようにすることが望ましい。潜在的な用途は小売業環境または住居環境であり得、照明雰囲気を変化させることにより、人々の気分や幸福感を変化させるのに用いられる。そのような機能は、供給電力に対する光束出力効率を高く維持しつつ（かつ良好なＣＲＩ（演色指数）を維持しつつ）、限られた追加コスト及び最小数の追加部品で実施されることが望ましい。

また、固体光源の色点が目標色点の規格を満たしていない場合、固体光源の色点を変更できることが望ましい。そのような差異は、例えば、波長または前記光束出力効率の差異に起因するか、または、光出力の様々なスペクトル組成を作り出すために蛍光体が使用されている場合は蛍光体変換効率の差異に起因する。このような変換効率は、層の厚さの差異、蛍光体層中の蛍光体粒子濃度の差異、または蛍光体の化学組成の差異に起因して異なり得る。この場合、固体照明モジュールの取り付け後に、モジュールの色点を調整して目標色点にする機能を備えることが望ましい。

照明モジュールは、赤色、緑色及び青色の各発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリングから作製できることが知られている。各ストリングには調節可能な電源がそれぞれ接続されており、各電源を調節して赤色、緑色及び青色の相対的光出力を変更することにより、白色または他の色の様々な色調を生成することができる。この手法の問題点は、複数のドライバが必要となるため必要とされる部品の数が増加してコストが増加すること、及び、全ＬＥＤのうちの一部だけが所定の時間全力で駆動されることである。例えば、相関色温度の高い光（青色成分が比較的多い光）を所望する場合、青色ＬＥＤが最大駆動状態で駆動されるが、緑色ＬＥＤ及び特に赤色ＬＥＤは通常駆動電流よりも大幅に低い電流で駆動される。一方、相関色温度の低い光出力が必要とされる場合は、赤色ＬＥＤが最大駆動状態で駆動されるが、青色ＬＥＤは通常電流よりも大幅に低い電流で駆動される。平均すると、必要とされるＬＥＤの数は、システムを１つの色点だけについて最適化した場合よりも多くなる。

さらに、駆動状態の変化に起因してＬＥＤ効率が変化するため（いわゆる電流及び温度降下に起因して）、駆動電流に関連する光出力の実際の色を予測するために、より多くの電子機器が必要とされる。通常は、このことは、マイクロ・コントローラーにより行われ、マイクロ・コントローラーにプログラムされているアルゴリズムへの入力としての、例えばボード温度の追加的な測定を頻繁に行う必要がある。この手法は、デバイスにおいて、示差的な色の経年劣化が生じるという問題点をさらに有する。例えば、赤色ＬＥＤを酷使した場合は赤色ＬＥＤが青色ＬＥＤよりも早く劣化し、デバイスを比較的高い色温度で作動させた場合は青色ＬＥＤの方が早く劣化する。示差的な色の経年劣化に関しては、状況はさらに悪化し、ＬＥＤの劣化（所定の入力電力に対する光出力の経時的な低下）は、各デバイスで異なり得る。

これについての解決策は、スペクトル応答性が互いに異なる少なくとも３つのセンサを使用し、前記３つのセンサーの信号を測定してモジュールの出力の実際の色点を推定する技術を用いることである。前記信号測定値はその後、電気的なフィードバック制御を用いて、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤストリングに供給する電流を制御するのに使用される。そのような技術は一般に、光学的フィードバック技術と呼ばれている。この手法の問題点は、部品数が増加することと、マイクロコントローラを設置する必要があることであり、当然ながら、コスト増加と、電気的故障が発生する可能性の増加がもたらされる。

前記システムでは、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤストリングの代わりに、白色ＬＥＤを含む他の色の組み合わせや、相関色温度が互いに異なる複数の白色ＬＥＤの組み合わせを使用することもできる。

白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを使用するシステムの例としては、ＬＥＤライティング・フィクスチャーズ社（LED Lighting Fixtures, NC, USA）により製造され、最近はクリー社（CREE, NC, USA）から入手可能なシステムがある。このシステムは、暖かい白色を生成するために赤色ＬＥＤ及び黄色ＬＥＤを収容した混合キャビティと、ダウンラウトの光出力の色を一定に維持するために黄色ＬＥＤ対赤色ＬＥＤの相対光出力を測定するのに使用されるセンサとを含むダウンライトモジュールである。このシステムは、システムのユーザの要求に応じて光出力を変化させるようには設計されていないが、工場で制御条件を調節することにより色を設定することができる。

本発明の照明モジュールは、光出力窓と、キャビティを画定する少なくとも１つの側壁部と、取付板と、少なくとも１つの光源と、前記キャビティ内に配置される少なくとも１つの反射体とを含む。側方放射構造の場合は、光出力窓は側壁部の１つであり得る。キャビティ内に配置された少なくとも１つに反射体に対する側壁部の相対位置を操作することにより、光出力窓から出射される光の光スペクトル分布を変更することができる。

円筒形上方発光モジュールの斜視図である。 発光モジュールの駆動を説明するための概略図である。 円筒形側方発光モジュールの斜視図である。 線形上方発光モジュールの斜視図である。 線形側方発光モジュールの斜視図である。 頂部窓を取り外した状態の図１の円筒形上方発光モジュールにおける、中間部と底部との様々な相対的配置を示す斜視図である。 頂部窓を取り外した状態の図１の円筒形上方発光モジュールにおける、中間部と底部との様々な相対的配置を示す斜視図である。 頂部窓を取り外した状態の図１の円筒形上方発光モジュールにおける、中間部と底部との様々な相対的配置を示す斜視図である。 図１の円筒形上方発光モジュールの分解斜視図である。 図２の円筒形側方発光モジュールの分解斜視図である。 図３Ａの線形上方発光モジュールの分解斜視図である。 図３Ｂの線形側方発光モジュールの分解斜視図である。 棚照明器具として使用される線形側方発光モジュールの例を示す図である。 円筒形モジュールの側壁を回転させるのにモータが用いられる実施形態を示す図である。

図１Ａは、円筒形モジュール１００の一実施形態を示す。このモジュールは、光出力窓１０２を有する頂部１０４と、側壁１０７を有する中間部１０６と、取付板及び熱拡散器１０９を含み得る底部１０８と、モジュール内のキャビティ１１０（図４Ａ参照）とを含む。

この実施形態では、矢印１０１で示すように、中間部１０６を底部１０８に対して回転させることができる。この回転によって、頂部１０４、中間部１０６及び底部１０８により画定されるキャビティ１１０の光学特性を変更させることにより、光出力窓１０２から出射される光のスペクトル出力を変更することができる。このことの詳細は以下に後述する。

中間部１０６及び底部１０８は、中間部の頂部に対する相対配向に相関する光出力を光モジュールの設置者またはユーザに対して表示するための、刻印された線、文字または他の目印１１２を有し得る。図１Ａに示すように、底部１０８には３つの線が表示されており、中間部１０６には１つの線が表示されている。中間部１０６の線が、底部１０８の右側の線と整列した場合、モジュール１００は相関色温度（ＣＣＴ）が約２７００Ｋの白色光を窓１０２から放射する。中間部１０６を左に回転させて、中間部１０６の線を底部の中央の線または左側の線と整列させると、ＣＣＴが３０００Ｋまたは４０００Ｋの白色光が生成される。

図１Ｂは、電気入力１２０を受けて、様々なスペクトルの光出力１３０を生成する色調節可能モジュール１００を概略的に示す図である。

図２は、図１に示したモジュールと同様に目印線１１２を有するが、頂部２０４が反射材から作製され、側壁２０２から光を放射するように構成された円筒形モジュール２００の一実施形態を示す。この形態では、頂部２０４及び／または中間部２０６（すなわち、光出力窓を有する側壁２０２）を底部２０８に対して回転させて、頂部反射体と、中間部２０６の半透明側壁部２０２と、取付板及び熱拡散器を含み得る底部２０８とにより画定された内部キャビティの光学特性を変更させることにより、光出力の色を変更することができる。

図３Ａは、線形モジュール３００の一実施形態を示す。このモジュールは、長方形の光出力窓３０２を有する頂部３０４と、側壁３０７を有する中間部３０６と、取付板及び熱拡散器３０９を有し得る底部３０８とを含む。この実施形態では、モジュール３００は、回転させることにより、光出力窓３０２から放射される光のスペクトル特性を変更させることできる調節つまみ３１２を有する。この実施形態では、調節つまみ３１２及び中間部３０６は、中間部３０６により画定されるハウジングに対する調節つまみ３１２の相対配向と相関する光出力を光モジュール３００の設置者またはユーザに対して表示するための、刻印された線、文字または他の目印３１４を有することができる。

図３Ｂは、光出力窓３５２がモジュール３５０の側部３５６に配置された側方放射構造を有する線形モジュール３５０の一実施形態を示す。モジュール３５０は、側部３５６の一側面に長方形の光出力窓３５２を有し、側部３５６における窓３５２とは反対側の側面３６０に反射壁を有する。また、モジュール３５０は、光出力窓３５２と隣接する頂部３５４及び底部３５８（取付板及び熱拡散器を含み得る）にも反射壁を有する。この実施形態では、モジュール３５０は、回転させることにより、光出力窓３５２から放射される光のスペクトル特性を変更させることできる調節つまみ３１２を有する。繰り返すが、調節つまみ３１２及び中間部３５６は、中間部３０６により画定されるハウジングに対する調節つまみ３１２の相対配向と相関する光出力を光モジュール３００の設置者またはユーザに対して表示するための、刻印された線、文字または他の目印３１４を有することができる。

図４Ａは、図１の円筒形モジュール１００の斜視図であり、モジュールの内部キャビティ１１０を表示するために光出力窓１０２を取り外した状態を示している。光出力窓１０２は半透明板から構成されており、波長変換要素（例えば蛍光体）を含み得る。波長変換要素（例えば蛍光体）は、出力窓１０２の構成材料中に分散され得るか、あるいは出力窓１０２の内部キャビティ側の面、外側の面またはその両方の面にコーティングとして塗布され得る。蛍光体を用いる場合は、単結晶形態がサファイアと呼ばれ多結晶形態がアルミナと呼ばれる酸化アルミニウムを含有するかまたは該酸化アルミニウムからなる板などの高熱伝導性板を使用することが有益である。光出力窓１０２は、放射波長に対して低吸収性である。

図４Ａに図示するように、円筒形モジュール１００は、複数の発光体１５２と、底部反射体１５４と、複数の側部反射体１５６と、中間部１０６の内壁１５８とを含む。

発光体１５２は、例えば発光ダイオードであり、例えば、フイリップス・ルミレッズ・ライティング社（Philips Lumileds Lighting, CA, USA）、日亜社（Nichia Corporation、日本）、クリー社（Cree, NC, USA）製のものであり得る。特に、フイリップス・ルミレッズ・ライティング社製のルクシオン・レベル（Luxeon Rebel）が、モジュール１００に使用することができる発光ダイオードパッケージである。なお、他の発光半導体や他の光源（レーザーや小型放電ランプなど）を用いることもできる。所要の電気入力及び／または放射出力に応じて、通常は４〜１２個の発光体１５２が使用される。

発光体１５２は、回路基板及びヒートシンク（これらの図では見えない）に取り付けられる。取付板は、発光体１５２用の電気接続部を含むと共に、発光体１５２からヒートシンクへの熱抵抗を低減させるための熱接触領域（好ましくは取付板の両面に設けられる）及びバイアスを有する。青色またはＵＶ放射発光体１５２が用いられるが、青色、ＵＶ、緑色、琥珀色または赤色の発光体１５２の組み合わせを用いることもできる。

良好な発光効率（入力電力に対する光出力の比が高いこと）を実現するために、光出力窓１０２、側部反射体１５６、内壁１５８及び底部１０８により画定されるキャビティ１１０の全内面は低光吸収率であり得る。この目的のために、底部反射体１５４を、高反射性材料で被覆した回路基板から作製するか、または回路基板上に高反射性板を載置する。例えば、図４Ａでは、高反射性板は、発光体１５２のレンズへの光学的アクセスを提供するための型抜きされた円形領域を有する底部反射体１５４として示されている。このような反射板の例は、ドイツ国のアラノッド社（Alanod）製のミロ（Miro）と呼ばれる材料から作製された板である。前記反射板は薄くあり得、好ましくは０．５ｍｍ未満、より好ましくは０．２５ｍｍ未満であり得る。

図４Ａに示すように、側部反射体１５６は、底部反射体１５４に取り付けられている。底部反射体１５４及び側部反射体１５６は、例えば、１つのプレートから型抜いた後に各側部反射体を上向きに曲げ、発光体１５２の上側に載置することによりキャビティ１１０を画定する。底部反射体１５４及び側部反射体１５６は、底部１０８に直接的または間接的に取り付けられ（例えば接着またはねじ止めによって）、側壁１０７を有する中間部１０６と共に回転しないようにする。底部反射体１５４及び／または側部反射体１５６は、二酸化チタン粒子、二酸化マグネシウム粒子または二酸化アルミニウム粒子を含有する高反射性拡散コーティングで覆われるか、あるいは、反射体構成材料中に蛍光体などの波長変換材料を含有する。

この実施形態の中間部１０６は、（例えばアルミニウムコーティングまたは銀コーティングで覆われた）低吸収性の内部側壁１５８を有する。内部側壁１５８は、蛍光体層などのスペクトル変換層によって少なくとも部分的に覆われている。

ある実施形態では、キャビティ１１０の内部側壁は１６の領域に分割されており、それに伴い、８個の発光体１５２及び８個の側部反射体１５６が使用されている。１６の側壁領域のうちの８つの領域は、第１の反射性（例えば、スペクトル反射性）を有する層で被覆され（側壁領域Ａ）、他の８つの領域は第２の反射性（例えば、スペクトル反射性）を有する（側壁領域Ｂ）。反射性が互いに異なるこの２つの領域群は、交互に配置されている。

側部反射体１５６及び内部側壁１５８が図４Ｂに示すような相対位置関係にある場合、側壁領域Ａは発光体１５２に対してはほぼ完全に露出しているが、側壁領域Ｂは側部反射体１５６の後側に位置するので発光体に対しては露出していない。側部反射体１５６及び内部側壁１５８が図４Ｃに示すような位置関係（図４Ｂの場合とは対照的な位置関係）にある場合、側壁部分Ｂは発光体１５２に対してほぼ完全に露出しているが、側壁領域Ａは側部反射体１５６によって覆われている。

ある実施形態では、底部反射体１５４及び／または側部反射体１５６のコーティング、内部側壁１５８のコーティング及び光出力窓１０２のコーティングは、側壁領域Ａが完全に露出した場合は相関色温度が約４０００Ｋの白色光が生成され、側壁部分Ｂが完全に露出した場合は相関色温度が約２７００Ｋの白色光が生成されるように選択される。側壁領域Ａ及び側壁部領域Ｂを部分的に露出させることにより、相関色温度が約２７００Ｋと４０００Ｋとの間の白色光を得ることができる。

この実施形態では、８個の発光体１５４は使用したが、それ以外の数の発光体１５４及び側部反射体１５６を使用することもできる。また、互いに異なる反射性を有する側壁部領域の種類は、２種類（すなわち、Ａ領域及びＢ領域）よりも多い種類であってもよい。さらに、側壁部領域及び側壁部反射体は、縦縞状（縦長の長方形）のものを図示したが、他の形状のものであってもよい。

図５は、図１の円筒形モジュール１００の一実施形態の分解図であり、各部品を個々に示している。図５の一番上側の要素は、半透明の光学特性を有する光出力窓１０２である。光出力窓１０２は、発光体１５２で生成された光で直接的に、または、窓１０２に当たる前にキャビティ内の他の部品から反射された光で間接的に照らされる。この光の一部が、窓を通過し、モジュールの頂部から放射される。窓の構成材料に含有させたかまたは窓の表面に付着させた粒子で光を散乱させることによって、あるいは、窓の内側面または外側面のうちの少なくとも一方の面を粗く形成して（例えばサンドブラスト法によって）光を散乱させることによって、窓１０２を通過する際に、光を少なくとも部分的に再分配する。

図５に見ることができる第２の要素は、複数の領域に分割された円筒形リング１６０である。円筒形リング１６０は、内壁１５８及び外壁１６２を有し、内壁１５８の表面は、光を反射すると共に反射された光のスペクトラル特性を変化させる光学的コーティング１５９で少なくとも部分的に覆われている。光学コーティング１５９は、染料または蛍光体材料を含み得る。蛍光体材料としては、黄色蛍光体材料ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、緑色蛍光体材料Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、別の緑色蛍光体材料Ｃａ_３（Ｓｃ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、別の緑色蛍光体材料ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ、赤色蛍光体材料ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、別の赤色蛍光体材料（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕなどがある。また、光学コーティング１５９は、様々な材料の薄層の薄膜コーティングであり得、前記材料の厚さや種類によってスペクトル反射特性が決定される。一実施形態では、内面１５８は、合計で１６の領域に細分化され、前記コーティングを有する領域と前記コーティングを有さない領域とが交互に配されるか、あるいは、組成が互いに異なる光学コーティングを有する互いに異なる領域が交互に配される。リング１６０は、高反射性材料から作製することが好ましく、アルミニウムベースの反射性材料などの高熱伝導性材料から作製されることが好ましい。そのような種類の反射性材料としてはは、例えば、ドイツ国のアラノッド社（Alanod）製のミロ（Miro）という商標名で販売されているものがある。なお、他社製の同様の材料も使用することができる。リング１６０は、例えば、上記のような反射材料の平坦ストリップ上に反射コーティング１５９を塗布し、反射コーティングを硬化させた後に前記ストリップを曲げることにより作製することができる。

図５に示された第３の要素は、調節用部品として使用される側壁１０７である。側壁１０７はモジュール１００のハウジングの一部を構成し、その内部には、コーティングされた円筒形リング１６０が収容され、固定される。側壁１０７の頂部には、出力窓１０２が取り付けられる。側壁１０７は、銅やアルミニウムなどの良好な熱伝導性を有する材料から作製される。側壁１０７は、（コーティングされたリング１６０が取り付けられた）調節用部品の底部１０８（取付板または底部ヒートシンクを含む）に対する相対配向を指し示すためのマーカー１１２または目印を有することができる。また、側壁１０７すなわち調節用部品は、調節用部品の手動での回転を容易にする表面構造を有するか、または、調節用部品を遠隔操作で回転させるモータを取り付けるための取付機能を備えることができる。

図示した第４の要素は、発光体１５２の光出力開口の周囲にフイットさせるための穴が型抜きされた円板状の底部反射体１５４と、底部反射体に垂直に取り付けられた側部反射体１５６とを含む反射性構造体１６６である。側部反射体１５６は、長方形の反射要素として形成されており、リング１６０とほぼ同じ高さを有する。この反射性構造体は、高反射性材料から作製することが好ましく、例えば、射出成形から作製するか、または、型抜き及び曲げにより高反射性金属板から作製することができる。金属板材料の一例は、ドイツ国のアラノッド社（Alanod）製のミロ（Miro）材料である。

最後の要素は、発光体１５２及び反射構造体１６６が取り付けられる取付板１６８を含む底部構造体１０８である。取付板１６８は、例えば、アルミニウムまたは銅の円板から構成され、その上面には印刷回路基板が取り付けられる。印刷回路基板は、公知のリフローはんだ付け技術によって基板にはんだ付けされた発光体１５２に対する電気的接続を提供する。発光体を駆動するための電気的ドライバを発光体に接続する電線が基板にはんだ付けされる。個別の回路基板及び金属板（円板）を用いる代わりに、例えば、シエラ・プロト・エクスプレス社（Sierra Proto Express, Sunnyvale CA, USA）製の金属（またはアルミニウム）コア印刷回路基板を用いることもできる。また、回路基板は、取付板の代わりに、ヒートシンクまたはファンまたは他の冷却デバイスに対して直接的に取り付けることもできる。また、底部構造体１０８は、調節用部品（側壁）の取付板に対する相対回転角を表示するための、または、前記相対回転角に相関する光出力の色または色温度を表示するためのマーカー１７０、目印または刻印を有することができる。

図６は、図２の円筒形側方発光モジュール２００の分解図である。このモジュール２００は、頂部反射体２０４を含む。頂部反射体２０４はプラスチック部材であり得、光源側の面が高拡散性またはスペクトル反射性であるか、あるいは、アラノッド社（Alanod）製のミロ（Miro）材料などの熱伝導性及び光反射性が高い材料から作製される。あるいは、頂部反射体２０４は、金属片を、下記の化学式で表される１以上の材料を含む高反射性材料で被覆することにより作製することができる。ＴｉＯ_２、ＭｇＯ_２、ＺｎＯ、ＡｌＯ_２、ＢａＳＯ_４、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_３＋、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｃａ_３（Ｓｃ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ。化学元素ＣｅもしくはＥｕを含んでいる上記に列記した材料、または、蛍光体と呼ばれる発光体材料の例は、青色またはＵＶ光を、より長い波長成分を有するシアン色、緑色、黄色、琥珀色または赤色の光に変換する。一般的に、これらの材料は、エポキシやシリコンなどの透明バインダー材料に加えられ、スクリーン印刷、ドクターブレーディング（doctor blading）、テープキャスティング（tape casting）、スプレー印刷、または他の適切なコーティング技術によって、コーティングとして表面に適用される。層の厚さは様々であり得るが、一般的に、３０〜１００マイクロメーターの範囲内であり得る。

上部反射体２０４には、側壁２０６が取り付けられる。側壁２０６は、この実施形態では、低吸収性の材料から作製され、散乱特性を有し得る。側壁２０６は、円筒形または多角形の断面を有する。一実施形態では、側壁２０６は、ＡｌＯ_２と蛍光体（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_３＋）との組み合わせなどの互いに異なる粉末を含む材料を金型に入れて円筒形に押し固めた後、オーブンで焼結することにより作製される。別の実施形態では、側壁２０６は、ガラスまたはサファイアのチューブから作製され、チューブの内側及び外側を粉末により被覆する。チューブを粉末で被覆することは、蛍光チューブなどの光源を作製する際に非常によく用いられる技術であり、その技術を本発明に用いることができる。

本形態のモジュールの出力光のスペクトル成分を変化させるために、側壁２０６は、Ａ及びＢと特定される少なくとも２つのグループの縞状領域を有する。各グループは少なくとも１つの縞状領域を有する。この２つのグループは、スペクトル伝達特性（または「色」）が互いに異なる。側壁２０６の縞状領域Ａ及びＢは、スペクトル伝達特性が互いに異なる２つの材料の共押し出しにより形成される。前記材料の一方は、約４０００Ｋの相関色温度を有する光出力を生成する蛍光体混合物を含み得、他方は、約２７００Ｋの相関色温度を有する光出力を生成する蛍光体混合物を含み得る。蛍光体混合物に加えて、前記材料はバインダー材料（酸化アルミニウム粉末）や、共押し出し法を容易にする他の材料を含み得る。共押し出し法は公知の方法である。単純な例は、赤色のプラスチック材料を白色のプラスチック材料と共に押し出して縞模様の飲み物ストローの製造である。粉末を使用する場合は成形技術を用いることができ、前記粉末を高圧下で圧縮した後、加熱して互いに融解させる。あるいは、側壁２０６は、互いに異なる長方形の材料を多角形の断面形状となるように互いに接着させるかまたは物理的に結合させることにより作製することができる。

モジュール１００は、発光体２５２と側壁２０６の縞状領域Ａ、Ｂとの間に、一連の反射体２２０を含む。一実施形態では、この一連の反射体２２０は、モジュール２００の底部２０８の取付板２０９に取り付けられる。頂部反射体２０４と側壁２０６とが互いに回転可能に結合されている場合、反射体２２０は頂部反射体２０４に設置することもできる。図６に示した実施形態では、頂部反射体２０４は、側壁２０６の底部に配置された随意的なリング２０７の助けを借りて、底部２０８に対して回転することができる。リング２０７は、リング２０７と連結された側壁２０６及び頂部反射体２０４を手動でまたは器具もしくはモータを使用して回転させることができるように十分な遊びを残して、取付板２０９にスナップ嵌合される。リング２０７は、底部２０８上のマーカー１７０に対するリング２０７の相対配向を表示するためのマーカー１１２または目印を有し得る。一操作態様では、反射体２２０に対する側壁２０６の配向は、主にストライプ領域Ａが発光体２５２によって照射されるような配向であり、モジュールは比較的低い相関色温度（例えば２７００Ｋまたは３０００Ｋ）を生成する。別の操作態様では、反射体２２０に対する側壁２０６の配向は、ストライプ領域Ｂが発光体２５２によって照射されるような方向であり、比較的高い相関色温度（例えば３５００Ｋまたは４０００Ｋ）がモジュールから得られる。反射体２２０は、高反射性材料（可視光吸収率の低い材料）から作製されることが好ましく、蛍光体粒子または光を散乱させる他の粒子を含み得る。これらの粒子は、（反射体をプラスチック材料から射出成形する場合は）ポリマー材料などの反射体２２０を作製する材料に組み込まれるか、または、（高反射性を付与するために）反射体２２０を被覆する材料に組み込まれる。蛍光体が使用される場合、例えばアルミニウムや銅などの高熱伝導率の材料を選択することが好ましい。また、金属の代わりに、例えば、米国ロードアイランド州ウォリック所在のクール・ポリマーズ社（Cool Polymers, Inc.）製の熱伝導性ポリマーを基材として使用することもできる。

この実施形態のモジュール２００の底部２０８は、取付板２０９に取り付けられた発光体２５２を含む。取付板２０９は、発光体２５２に電流を供給するための導電路を有している。取付板２０９は、高熱伝導性の材料から作製されるか、または、ＦＲ４印刷基板回路における銅バイアスのような高熱伝導性の熱経路を含む。取付板２０９は、アルミニウムや銅などの高熱伝導性材料から作製された熱拡散器に取り付けることが好ましい。熱拡散器は、例えば、米国ロードアイランド州ウォリック所在のクール・ポリマーズ社（Cool Polymers, Inc.）製の熱伝導性ポリマーから作製することができる。これらの材料の例は、熱伝導性の液晶性ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及び熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）である。

図７は、図３Ａに示した線形モジュールの分解図である。線形モジュール３００は、図１及び図４に示した円筒形モジュール１００と同様であるが、いくつかの点において異なる。線形モジュール３００は、長方形の光出力窓３０２を有する。光出力窓３０２は、５ｍｍ〜１５ｍｍの幅及び２５ｍｍ〜７５ｍｍの長さであり得るが、他の幅及び長さであってもよい。さらに、円筒形モジュール１００とは異なり、線形モジュール３００は、側壁が移動したり回転したりはしない。線形モジュール３００は、頂部３０４、側部３０６及び底部３０８により画定されるキャビティ３１０内で直線的に移動する一連の反射体３２０を含む。反射体３２０は、調節ねじ３１２によって直線的に移動させられる。調節ねじ３１２を、側壁３０７に形成したねじ穴を用いて回転させることによって、反射構造体を直線的に移動させることができる。側壁３０７は、取付板３０９に取り付けられる。側壁３０７は、反射時に光を変色させることができる少なくとも１つの光学コーティングによって被覆された、複数の領域を有する。被覆された領域は、Ａ領域とＢ領域の２つの領域がそれぞれ複数存在することが好ましく、各領域は、反射構造体３２０における複数の反射体としての役割を果たす。被覆領域Ａが発光体１５２からの光に曝された場合は、モジュール３００は約２７００Ｋの相関色温度を有する光を出力し、被覆領域Ｂが発光体１５２からの光に曝された場合は、モジュール３００は約４０００Ｋの相関色温度を有する光を出力する。上記の範囲以外にも、モジュールがより小さいまたはより大きい範囲の相関色温度の光を放射するように調節することも可能である。

図８は、図３Ｂの線形側方発光モジュール３５０の拡大図である。この線形モジュール３５０では、光出力窓３５２が底部３５８の取付板３５９に対して垂直に配置されている。図８の線形側方発光モジュール３５０は、図７に示した線形モジュール３５０と類似しており、同様に設計された要素は同一である。しかし、線形側方発光モジュール３５０では、光出力窓３５２が取付板３５９に対して垂直に配置されている。この構造は、図９に示すような、棚の照明などのモジュール３５０の高さを小さくする必要がある用途において有益である。線形側方発光モジュール３５０では、反射体３７０は、光出力窓３５２に対向配置された側壁３６０と、発光体１５２に対して対向配置された頂壁３５４とを覆う複数のＬ字状の鏡から構成される。被覆領域Ａ及びＢは、側壁３６０及び頂壁３５４の表面に配される。この構造の他の部分は、図７に示した実施形態と同様である。

図９は、棚の照明として使用される線形側方発光モジュール３５０の一例である。所望であれば、図３Ａ及び図７に示した線形モジュール３００を使用してもよい。図９では、モジュール３５０は、反射体３９４の後に隠れているので見ることはできないが、下側棚３９２を照射するために上側棚３９０に取り付けられている。上側棚３９０は、熱拡散器及びヒートシンクとしての役割を果たす。図示のように、下側棚３９２を均等に照らすために、３つのモジュール３５０が使用され得る。あるいは、モジュール３５０は、外灯として壁を照明するための、または、他の建築的効果を生成するための、「壁面照明（wall washer）」器具として使用することができる。

図１０は、図１の円筒形モジュールの側壁ウィンドウ１０７を回転させるのにモータ４００を使用する実施形態を示す。なお、モータ４００は、本明細書中で説明した全ての実施形態に使用可能であることを理解されたい。この実施形態では、円筒形の照明モジュール１００は取付板４０２上に載置されており、照明モジュール１００に隣接して電気モータ４００が配置されている。制御ボックス４１０は、モジュールの発光体アレイ用のドライバ４１２と、モータ４００用のドライバ４１４とを含む。制御ボックス４１０は、電力ライン４１６で示される電源（または直接的に主電源）、及び、制御ライン４１８で示される制御インターフェースと接続される。制御インターフェースは、標準的「E1.11, USITT DMX512-A（略してDMX512-A）」によって定義される照明制御インターフェースであるＤＭＸ５１２インターフェースであり得、ＥＳＴＡ（Entertainment Services and Technology Association）によって維持される。モータ４００にはギア４２０が取り付けられており、側壁１０７にはギア４２２が取り付けられている。モータ４００を駆動すると側壁１０７が回転し、それにより、上述したようにモジュール１００のスペクトル出力が変化する。この構造は、モジュール１００を保持する固定具に近づき難い場合や前記固定具が熱い場合に有益であり、このような構造にすることより色の変化を容易に操作することができる。

以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示的なものであり、本発明を限定するものではない。本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、様々な変更及び修正をすることができる。従って、添付された特許請求の範囲の精神及び範囲は、上述した説明に限定すべきではない。

Claims (20)

1. 照明モジュールであって、
   少なくとも１つの半導体発光素子が設置された取付板と、
   前記少なくとも１つの半導体発光素子を取り囲むようにして前記取付板に結合された、波長変換材料領域を有する少なくとも１つの側壁部と、
   前記少なくとも１つの側壁部に結合された反射性頂壁部と、
   前記取付板、前記少なくとも１つの側壁部及び前記反射性頂壁部により画定され、その内部に前記少なくとも１つの半導体発光素子を収容し、かつ前記少なくとも１つの側壁部を介して光を放射するように構成されたキャビティと、
   前記キャビティ内に配置された反射性要素とを含み、
   前記反射性要素及び前記少なくとも１つの側壁部の少なくとも一方を他方に対して移動させ、前記反射性要素を、前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記波長変換材料領域に入射するのを妨げる位置に移動させるか、または前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記波長変換材料領域に入射するのを妨げない位置に移動させることができるように構成した照明モジュール。
2. 請求項１に記載の照明モジュールであって、
   前記少なくとも１つの側壁部が長方形断面を有する複数の側壁を含み、前記複数の側壁のうちの窓をなす側壁を介して前記キャビティ内から光が放射されるように構成したことを特徴とする照明モジュール。
3. 請求項２に記載の照明モジュールであって、
   前記複数の側壁のうちの反射体をなす側壁の表面に各々配された複数の波長変換材料領域と、
   前記複数の波長変換材料領域に対応する複数の反射性要素とをさらに含み、
   前記複数の反射性要素を前記複数の波長変換材料領域に対して移動させ、前記複数の反射性要素を、前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記複数の波長変換材料領域に入射するのを妨げる位置に移動させるか、または前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記複数の波長変換材料領域に入射するのを妨げない位置に移動させることができるように構成したことを特徴とする照明モジュール。
4. 請求項３に記載の照明モジュールであって、
   反射性頂壁部の表面に配された第２の複数の波長変換材料領域と、前記第２の複数の波長変換材料領域に対応する第２の複数の反射性要素とをさらに含み、
   前記第２の複数の反射性要素を前記第２の複数の波長変換材料領域に対して移動させ、前記第２の複数の反射性要素を、前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記第２の複数の波長変換材料領域に入射するのを妨げる位置に移動させるか、または前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記第２の波長変換材料領域に入射するのを妨げない位置に移動させることができるように構成したことを特徴とする照明モジュール。
5. 請求項３に記載の照明モジュールであって、
   前記複数の反射性要素が、前記複数の波長変換材料領域に対して直線的に移動するように構成したことを特徴とする照明モジュール。
6. 請求項３に記載の照明モジュールであって、
   前記複数の波長変換材料領域の少なくとも１つが蛍光体材料を含むことを特徴とする照明モジュール。
7. 請求項３に記載の照明モジュールであって、
   前記窓が少なくとも１つの波長変換材料を含むことを特徴とする照明モジュール。
8. 照明モジュールであって、
   少なくとも１つの半導体発光素子が設置された取付板と、
   前記少なくとも１つの半導体発光素子を取り囲むようにして前記取付板に結合された、半透明窓の側壁を含む複数の側壁と、
   前記複数の側壁に結合された反射性頂壁部と、
   前記取付板、前記複数の側壁及び前記反射性頂壁部により画定され、その内部に前記少なくとも１つの半導体発光素子を収容し、かつ前記半透明窓を介して光を放射するように構成されたキャビティと、
   前記キャビティ内に配された複数の波長変換材料領域と、
   前記キャビティ内に配置された複数の移動可能な反射性要素とを含み、
   前記複数の移動可能な反射性要素を、前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記複数の波長変換材料領域に入射するのを妨げる位置に移動させるか、または前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記複数の波長変換材料領域に入射するのを妨げない位置に移動させることができるように構成したことを特徴とする照明モジュール。
9. 請求項８に記載の照明モジュールであって、
   前記キャビティ内に配された前記複数の波長変換材料領域の一部を前記反射性頂壁部の表面に配し、前記複数の波長変換材料領域の他の部分を前記複数の側壁のうちの１つの側壁の表面に配したことを特徴とする照明モジュール。
10. 請求項８に記載の照明モジュールであって、
    前記複数の反射性要素が、前記複数の波長変換材料領域に対して直線的に移動するように構成したことを特徴とする照明モジュール。
11. 請求項８に記載の照明モジュールであって、
    前記複数の波長変換材料領域の少なくとも１つが蛍光体材料を含むことを特徴とする照明モジュール。
12. 請求項８に記載の照明モジュールであって、
    前記複数の波長変換材料領域が、黄色蛍光体材料、緑色蛍光体材料及び赤色蛍光体材料のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする照明モジュール。
13. 請求項８に記載の照明モジュールであって、
    前記半透明窓が少なくとも１つの波長変換材料を含むことを特徴とする照明モジュール。
14. 照明モジュールであって、
    少なくとも１つの半導体発光素子が設置された取付板と、
    前記少なくとも１つの半導体発光素子を取り囲むようにして前記取付板に結合された、第１の波長変換材料からなる第１の領域群及び第２の波長変換材料からなる第２の領域群を含む少なくとも２つの領域群を有する少なくとも１つの側壁部と、
    前記少なくとも１つの側壁部に取り付けられた半透明頂壁部と、
    前記取付板、前記少なくとも１つの側壁部及び前記半透明頂壁部により画定され、その内部に前記少なくとも１つの半導体発光素子を収容し、かつ前記半透明頂壁部を介して光を放射するように構成された空洞部と、
    前記空洞部内に配置された反射性要素とを含み、
    前記反射性要素及び前記少なくとも１つの側壁の少なくとも一方を他方に対して移動させ、前記反射性要素を、前記少なくとも１つの半導体発光素子からの実質的に全ての光が前記第１の波長変換材料からなる前記第１の領域群に入射するのを妨げる第１の位置に移動させるか、または、前記少なくとも１つの半導体発光素子から放射された実質的に全ての光が前記第２の波長変換材料からなる前記第２の領域群に入射するのを妨げる第２の位置に位置させることができるように構成し、
    前記反射性要素を前記第１の位置に位置させた場合は、相関色温度が約４０００ケルビンの光が放射され、
    前記反射性要素を前記第２の位置に位置させた場合は、相関色温度が約２７００ケルビンの光が放射されるようにした照明モジュール。
15. 請求項１４に記載の照明モジュールであって、
    当該照明モジュールから放射される光の色を、前記反射性要素と前記少なくとも１つの側壁との相対位置に基づいて表示する目印を含むことを特徴とする照明モジュール。
16. 請求項１４に記載の照明モジュールであって、
    前記反射性要素が、底部反射体と複数の側部反射体とを含み、
    前記複数の側部反射体が、前記少なくとも１つの半導体発光素子からの光が前記少なくとも１つの側壁に入射するのを妨げることを特徴とする照明モジュール。
17. 請求項１６に記載の照明モジュールであって、
    前記反射性要素を拡散反射性コーティングで被覆したことを特徴とする照明モジュール。
18. 請求項１６に記載の照明モジュールであって、
    前記反射性要素を波長変換材料で被覆したことを特徴とする照明モジュール。
19. 請求項１４に記載の照明モジュールであって、
    前記２つの領域群の前記第１の領域群及び前記第２の領域群を交互に配したことを特徴とする照明モジュール。
20. 請求項１４に記載の照明モジュールであって、
    前記半透明頂壁部が少なくとも１つの半透明材料を含むことを特徴とする照明モジュール。

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