高ＣＲＩ白色発光デバイス及び駆動回路
高ＣＲＩ白色発光デバイスは、青色光を生成するように動作可能な青色半導体発光体（ＬＥＤ）、青色光の一部分を吸収し、緑／黄色光を発光するように動作可能な蛍光体材料、及び、赤色光を生成するように動作可能な赤色半導体発光体（ＬＥＤ）を含む。デバイスの発光結果光は、青色及び赤色ＬＥＤによって生成された光と、蛍光体材料によって生成された緑／黄色光と、の組み合わせを含み、白色に見える。デバイスはさらに、発光結果光における赤色光対青色光の比（相対的寄与）の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって前記変動が２０％未満になることが確実になることを、補償するように動作可能な駆動回路を含む。駆動回路は、動作温度範囲にわたってデバイスの発光結果光のＣＲＩ及びＣＣＴの変動を減らすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、２０１０年１１月１２日にWangらによって出願された「High CRI White Light Emitting Devices and Drive Circuitry」と題する米国特許出願第１２／９４５，６４１号及び２００９年１１月１９日にWangらによって出願された「High CRI White Light Emitting Devices and Drive Circuitry」と題する米国特許仮出願第６１／２６２，８５５号の優先権を主張する。これらの明細書及び図面が参照によって本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、高い（ｔｙｐｉｃａｌｌｙ（一般的に）≧８０の）ＣＲＩ（（光源の）演色評価指数：Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ Ｉｎｄｅｘ）を有する白色発光デバイスに関する。より具体的には、本発明は、半導体発光デバイス、一般的にはＬＥＤ（発光ダイオード：（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ））に基づく白色発光デバイス及びそのようなデバイスを作動させるための駆動回路に関する。
【０００３】
２．関連技術の説明
白色発光ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は当技術分野において公知であり、比較的最近の技術革新である。電磁スペクトルの青／紫外線（ＵＶ）部分で発光する高輝度ＬＥＤが開発されてはじめて、ＬＥＤに基づく白色光源を開発することが現実的になった。たとえばＵＳ５，９９８，９２５に教示されているように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって発光された放射線の一部分を吸収し、異なる色（より長い波長）の放射光を再発光する一つ以上の下方変換性（すなわち、光子をより低いエネルギーの光子に変換する）蛍光体材料、すなわちフォトルミネッセンス材料を含む。一般的に、ＬＥＤチップが青色光を生成し、蛍光体材料がその青色光の一定割合を吸収し、異なる色の光、一般的には黄色光又は緑色と黄色の組み合わせを再発光する。ＬＥＤによって生成される青色光のうち、蛍光体材料によって吸収されない部分が、蛍光体材料によって発光される光と組み合わさって、人の眼にほぼ白色に見える光を提供する。
【０００４】
高輝度白色ＬＥＤは、その長い作動寿命（３０〜５０，０００時間程度）及び高い光源効率（１ワットあたり７０ルーメン以上）のおかげで、従来の蛍光光源、コンパクト蛍光光源及び白熱光源に代わるものとしてますます使用されている。今日、白色ＬＥＤを利用する大部分の照明器具設計は、白色ＬＥＤ（より一般的的には、複数の白色ＬＥＤ）が従来の光源構成部品に取って代わるシステムを含む。そのうえ、白色ＬＥＤは、従来の光源と比べてコンパクトなそのサイズのおかげで、新規でコンパクトな照明器具を構築する潜在能力を提供する。
【０００５】
物体の色を演出する光源の能力は、光源が物体の色を人の眼にどのように映らせるか、及び色合いの微妙な変化がどれほどうまく表現されるかの尺度を与える演色評価指数（ＣＲＩ）を使用して計測される。ＣＲＩは、黒体放射体と比較した場合の、色を演出する光源の能力の相対的計測値である。正確な演色が求められる用途、たとえば小売り用照明、美術館照明及び芸術作品の照明においては、高いＣＲＩ（一般的には少なくとも８０）が非常に望ましい。
【０００６】
白色ＬＥＤの欠点は、ＣＲＩ＞９５である白熱光源と比べて相対的に低い、一般的に＜７５のＣＲＩであるといえる。この低いＣＲＩは、スペクトルの赤（＞６００nm）部分における光の不在による。白色ＬＥＤのＣＲＩを改善するために、赤色発光蛍光体材料を配合することが公知である。しかし、黄色及び緑色の下方変換性蛍光体材料と比べて、赤色発光蛍光体材料には欠点がある。第一に、青色光（４５０nm、エネルギー２．７６eV）を赤色光（６３０nm、エネルギー１．９７eV）に下方変換する蛍光体材料に関連するエネルギー損失が、青色光を黄色光（５５０nm、エネルギー２．２５eV）に変換することに伴うエネルギー損失よりも大きい。これは一般的にストークス損失と呼ばれ、赤色発光蛍光体材料に伴う、より高いストークス損失が光源効率（lm／ワット）を低下させることができる。第二に、人の眼は、緑色又は黄色光と比べ、赤色光に対して敏感でないため、眼に対して同等な効果を与えるためには、より多量の赤色蛍光体材料を必要とする。
【０００７】
ＵＳ６，５１３，９４９及びＵＳ６，６９２，１３６は、一つ以上のＬＥＤ（赤又は緑）と青色ＬＥＤ及び少なくとも一つの蛍光体（緑又は琥珀）からなる蛍光体ＬＥＤとの組み合わせを含むハイブリッド白色ＬＥＤ照明システムを教示している。
【０００８】
ＵＳ６，５７７，０７３は、青色及び赤色ＬＥＤならびに蛍光体を含むＬＥＤ灯を開示している。青色ＬＥＤは、青色波長範囲内に入る発光を生成する。赤色ＬＥＤは、赤色波長範囲内に入る発光を生成する。蛍光体は、青色ＬＥＤの発光によって光励起されて、青色及び赤色波長範囲の間の中間波長範囲の発光スペクトルを有するフォトルミネッセンスを示す。
【０００９】
ＵＳ７，２１３，９４０は、４３０〜４８０nm（青色）及び６００〜６３０nm（赤色）の範囲に主波長を有する光を発光する第一及び第二の群の半導体発光体（ＬＥＤ）ならびに５５５〜５８５nm（黄色）の範囲に主波長を有する光を発光する蛍光体材料を含む発光デバイスを開示している。
【００１０】
赤色発光ＬＥＤの使用は光源効率及びＣＲＩの両方を改善することができるが、本発明者らは、そのようなデバイスにも限界があることを認識した。特に、そのようなデバイスによって生成される光の相関色温度（ＣＣＴ）及びＣＲＩは動作温度とともに有意に変動することができる。図１ａに示すように、動作温度に伴い、青色及び赤色発光ＬＥＤの発光強度の変化は異なる。一般的に、動作温度の上昇とともに赤色ＬＥＤの発光強度は青色ＬＥＤよりもずっと速く低下する。たとえば２５℃〜７５℃の動作温度範囲にわたって、ＧａＮ系青色ＬＥＤの発光強度は約５％低下することができるが、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光強度は約４０％低下することができる。青色及び赤色ＬＥＤに基づく白色光デバイスにおいて、これらの異なる発光／温度特性は、図１ｂに示すように、動作温度の上昇とともに発光結果光のスペクトル組成の変化、ひいてはＣＣＴの上昇を生じさせる。周知のように、白色光源のＣＣＴは、その色相を理論的な加熱された黒体放射体と比較することによって測定される。ＣＣＴはケルビン（K）で指定され、光源と同じ色相の白色光を放射する黒体放射体の温度に対応する。そのうえ、図１ｂに示すように、温度上昇とともに起こる発光結果光における赤色光の相対的割合の低下がＣＲＩの低下を生じさせる。
【００１１】
したがって、既存のデバイスの限界を少なくとも部分的に超える半導体発光体に基づく高ＣＲＩ白色発光デバイスの必要性が存在する。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、公知のデバイスの限界を少なくとも部分的に超える、高いＣＲＩ、一般的に８０以上のＣＲＩを有する白色発光デバイスを提供しようとする努力において生まれた。
【００１３】
本発明にしたがって、白色発光デバイスは、４００〜４８０nmの範囲に主波長を有する青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色半導体発光体、青色光の一部分を吸収し、４９０〜５９０nmの範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び６００〜７００nmの範囲に主波長を有する赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色半導体発光体を含み、デバイスの発光結果光が、青色及び赤色発光体によって生成された光と少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、白色に見え、発光結果光における赤色対青色光の比の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって前記変動が２０％未満になるように補償するように動作可能な駆動回路を含む。理想的には、駆動回路は、発光結果光における赤色及び青色光の比（相対的寄与）を動作温度範囲にわたって一定に維持するように構成されている。実際には、発光結果光における赤色対青色光の比は動作温度範囲にわたって変動し、駆動回路は、そのような変動をできるだけ小さく、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、有利には１％未満にするように構成されている。理想的には、動作温度範囲はできる限り大きく、少なくとも２０℃である動作温度範囲、好ましくは少なくとも２５℃である動作温度範囲、より好ましくは少なくとも５０℃である動作温度範囲、さらに好ましくは少なくとも１００℃である動作温度範囲である。有利には、デバイスは、発光結果光が少なくとも８０、好ましくは少なくとも８５、より好ましくは少なくとも９０、理想的には９５以上の最小演色評価指数を有するように構成されている。
【００１４】
駆動回路は、青色及び赤色発光体の少なくとも一つの動作温度に関連するパラメータに対応して赤色及び青色発光体の少なくとも一つのパワーを制御するように動作可能である。駆動構成に依存して、駆動回路は、発光体の駆動電流、駆動電圧又は両方の組み合わせを制御するように動作可能であることができる。
【００１５】
一つの駆動回路において、パラメータは、青色又は赤色発光体の少なくとも一つの温度を含む。そのような回路構成において、デバイスはさらに、少なくとも赤色及び／又は青色発光体の温度を感知するためのセンサを含む。一つのデバイスにおいて、青色及び赤色発光体は、熱伝導性基板と熱的に連絡した状態でマウントされ、センサは、基板の温度を感知するように構成されている。代替デバイスにおいて、青色及び赤色発光体それぞれの温度を感知するためにそれぞれのセンサが提供されることもできる。
【００１６】
温度センサは、温度依存性抵抗器（サーミスタ）、サーモカップル又は温度依存性である電気的特性を有する他のデバイスを含むことができる。センサが温度依存性抵抗器を含む駆動回路構成においては、青色及び赤色発光体の少なくとも一つが温度依存性抵抗器と直列に接続されることができ、前記発光体が定電圧源から動かされることができる。半導体発光体の電気抵抗値は温度上昇とともに減少するため、そのような回路構成は、動作温度の上昇に対応して一方又は両方の発光体の順方向駆動電流を増大させる。一つの態様において、温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続される。あるいはまた、温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、少なくとも一つの青色発光体と直列に接続される。さらなる態様において、青色及び赤色発光体はそれぞれの温度依存性抵抗器と直列に接続される。そのような態様において、赤色発光体に接続された温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、青色発光体に接続された温度依存性抵抗器は正の温度係数を有する。あるいはまた、各温度依存性抵抗器が負の温度係数を有することもできる。
【００１７】
センサが温度依存性抵抗器を含む代替駆動回路構成においては、青色及び赤色発光体の少なくとも一つが温度依存性抵抗器と並列に接続されることができ、前記発光体が定電流源から動かされることができる。このような回路構成は電流分割器として作動し、動作温度の変化に対応して一方又は両方の発光体の順方向駆動電流を変化させる。一つの態様において、温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、少なくとも一つの赤色発光体と並列に接続される。あるいはまた、温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、少なくとも一つの青色発光体と並列に接続される。さらなる態様において、青色及び赤色発光体はそれぞれの温度依存性抵抗器と並列に接続される。一つのそのような態様において、赤色発光体と並列に接続された温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、青色発光体と並列に接続された温度依存性抵抗器は負の温度係数を有する。あるいはまた、各温度依存性抵抗器が正の温度係数を有することもできる。
【００１８】
なおさらなる回路構成においては、青色及び赤色発光体が並列に接続され、定電流源により駆動され、温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続され、動作中、温度の上昇とともに少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流が少なくとも一つの青色発光体の駆動電流に対して増大するように構成されている。あるいはまた、青色及び赤色発光体が並列に接続され、定電流源により駆動され、温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、少なくとも一つの青色発光体と直列に接続され、動作中、温度の上昇とともに少なくとも一つの青色発光体の駆動電流が少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流に対して減少するように構成されている。なおさらなる構成においては、青色及び赤色発光体が並列に接続され、定電流源により駆動され、それぞれの温度依存性抵抗器が青色及び赤色発光体と直列に接続されている。
【００１９】
温度依存性抵抗器を使用して赤色及び／又は青色発光体の駆動パワーを制御する回路構成において、抵抗値及び温度係数は、温度依存性抵抗器が、青色及び赤色発光体の少なくとも一つの発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。一つの発光体だけのパワーが制御可能である構成において、抵抗値及び温度係数は、好ましくは、温度依存性抵抗器が、青色及び赤色発光体の発光強度／温度特性の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。両方の発光体のパワーが制御可能である構成において、抵抗値及び温度係数は、温度依存性抵抗器が、それぞれの発光体の発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。
【００２０】
さらなるデバイスにおいて、駆動回路は、計測温度を基準温度と比較し、温度差に依存して一方又は両方の発光体の駆動電流又は駆動電圧を制御して、発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与を実質的に一定に維持するように動作可能である。好ましくは、駆動回路は、赤色発光体の駆動電流を制御するように動作可能である。あるいはまた、駆動回路は、青色発光体の駆動電流を制御するように動作可能である。好都合には、駆動回路は、計測温度及び基準温度に対応する電圧を比較するように動作可能な電圧比較器を含む。
【００２１】
周知のように、ＬＥＤは、多くの場合、定電流源を使用して動かされ、本発明者らは、発光体の動作温度に関連するパラメータがＬＥＤの順方向駆動電圧であることを認識した。したがって、一つの態様において、駆動回路は、青色及び赤色発光体の少なくとも一つの順方向駆動電圧に依存して駆動電流を制御するように動作可能である。順方向駆動電圧を使用して駆動電流を制御する利点は、それが温度センサの必要性を除き、駆動回路をデバイスに対して遠くに配置することを可能にすることである。好ましい構成において、駆動回路は、青色及び赤色発光体の順方向駆動電圧の間の差に依存して駆動電流を制御するように動作可能である。そのような構成は、電圧比較器を使用して青色及び赤色発光体の順方向駆動電圧を比較し、青色及び／又は赤色発光体を駆動する制御可能電流源の電流を制御することによって具現化されることができる。
【００２２】
本発明がより良く理解されるよう、以下、添付図面を参照しながら本発明の高ＣＲＩ白色発光デバイス及び駆動回路を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】前記のような青色及び赤色発光ＬＥＤの発光光強度対動作温度のプロットである。
【図１ｂ】前記のような青色及び赤色ＬＥＤを含む公知の白色発光デバイスの発光光のＣＣＴ及びＣＲＩ対動作温度のプロットである。
【図２ａ】本発明の一実施形態の白色発光デバイスの平面図である。
【図２ｂ】図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図２ｃ】代替蛍光体構成を示す、図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図２ｄ】もう一つの代替蛍光体構成を示す、図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図２ｅ】離れた蛍光体構成を有する、図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図３ａ】本発明のもう一つの実施形態の白色発光デバイスの平面図である。
【図３ｂ】図３ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図４ａ】本発明のさらなる実施形態の白色発光デバイスの平面図である。
【図４ｂ】図４ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図５ａ】温度依存性抵抗器と直列に接続されたＬＥＤの回路図である。
【図５ｂ】図５ａの回路に関して４０mA、１６０mA、３５０mA、４００mAの駆動電流の場合の順方向駆動電流の変化率（ΔｉF／ｉF）対温度依存性抵抗器抵抗値（ＲT）のプロットである。
【図５ｃ】図５ａの回路に関して４０mA、１６０mA、３５０mA、４００mAの駆動電流の場合の順方向駆動電流の変化率ΔｉF／ｉF対温度依存性抵抗器の抵抗値によって散逸されるパワーのプロットである。
【図５ｄ】図５ａの回路に関して４０mA、１６０mA、３５０mA、４００mAの駆動電流の場合の温度依存性抵抗器によって散逸されるパワーの割合対温度依存性抵抗器の抵抗値ＲTのプロットである。
【図５ｅ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｆ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｇ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｈ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｉ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｊ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｋ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｌ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｍ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｎ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｏ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｐ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｑ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｒ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｓ】青色及び赤色発光ＬＥＤの正規化ＬＥＤ順方向駆動電圧ＶF対動作温度のプロットである。
【図５ｔ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｕ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｖ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｗ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｘ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｙ】青色及び赤色発光ＬＥＤのＬＥＤ順方向駆動電圧の差ＶFB−ＶFR対動作温度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明の一実施形態では、４００nm〜４８０nm（青）の範囲に主波長を有する青色光を生成するように動作可能である少なくとも一つの青色半導体発光デバイス、青色発光体によって発光された青色光の一部分を吸収し、４９０nm〜５９０nm（青色がかった緑色〜オ色がかった黄色）の範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び６００nm〜７００nm（赤）の範囲に主波長を有する赤色光を生成するように動作可能である少なくとも一つの赤色半導体発光体を含む。白色に見えるデバイスの発光結果光は、青色及び赤色発光体によって生成された光と蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含む。一般的に、デバイスは、少なくとも８０のＣＲＩを有するように構成されている。デバイスはさらに、発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与（比）を実質的に一定に維持するために、青色及び／又は赤色発光体の動作温度に関連するパラメータに対応して赤色及び／又は青色発光体のパワー（順方向駆動電流、順方向駆動電圧又は両方の組み合わせ）を制御するように動作可能である駆動回路を含む。そのようなデバイスは、ＣＲＩ及びＣＣＴが実質的に一定である発光結果光を生成することができる。一般的に、ＣＲＩ及び／又はＣＣＴの変動は１０％未満である。発光体の駆動パワーを制御するために使用されるパラメータは発光体の動作温度を含むことができる。発光体が定電流構成において駆動される他の態様において、パラメータは、発光体の動作温度に関連する順方向駆動電圧を含むことができる。一般的に、駆動回路は、デバイスパッケージングに組み込まれることもできるし、デバイスとは別個に、たとえばデバイスを作動させるために使用される電源の一部として提供されることもできる。
【００２５】
発光デバイス
以下、添付図面の図２ａ〜２ｅ、３ａ、３ｂ、４ａ及び４ｂを参照しながら本発明の発光デバイスの例を説明する。本明細書を通じて、類似パーツを指すために、図の番号に起因する類似した参照番号が使用される。
【００２６】
以下、デバイスの平面図及びＡ−Ａから見た断面図をそれぞれ示す図２ａ及び２ｂを参照しながら本発明の一実施形態の白色発光デバイス２００を説明する。デバイス２００は、≒２７００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、≒７５０ルーメン（lm）の最小放射光束、１００lm／Wの最小光源効率及び８０の最小ＣＲＩを有する白色光を生成するように構成されている。
【００２７】
デバイス２００は、たとえば、内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる、２０１０年５月１６日出願の「Light Emitting Device」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／７８１，１９４号（Hwa SUら）に記載されているようなパッケージ２０２（図２ｂ）を含む。パッケージ２０２は、１cm四方の銅（Ｃｕ）基板２０４、回路層２０６及び正方形のセラミック（Ａｌ2Ｏ3）トップ２０８を順に含む層状構造を含む。セラミックトップ２０８は、トップ２０８が銅基板２０４にマウントされたとき浅い円形の凹み２１０を画定するような円形のスルーホールを含む。青色（４５０nm〜４８０nmの範囲、一般的には約４６５nmの主波長）発光ＬＥＤチップ２１２が、凹み２１０のフロアの中央に、銅基板２０４と直接熱的に連絡した状態でマウントされている。青色ＬＥＤチップ２１２は、たとえば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系モノリシックＬＥＤチップアレイ、たとえば台湾のEpistar Corporation（登録商標）製のＭＣ（マルチチップ）チップを含むことができる。そのようなＬＥＤマルチチップは一般的に、４５０nm、４６０nm又は４７０nmの主発光波長及び１５００W〜２０００mWの放射光束を有する。
【００２８】
デバイスはさらに、凹み２１０のフロア上、銅基板２０４と直接熱的に連絡した状態で青色ＬＥＤチップ２１２に隣接してマウントされた二つの赤色（６００nm〜７００nm）発光ＬＥＤチップ２１４を含む。赤色ＬＥＤチップ２１４は、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）系ＬＥＤチップ、たとえばEpistar Corporation（登録商標）のES-LASOPH42チップを含むことができる。そのようなＬＥＤチップは一般的に、６１５nmの主発光波長及び３５lm〜４５lmの放射光束を有する。
【００２９】
ＬＥＤチップ２１２、２１４はボンディングワイヤ２１６によって回路層２０６に電気的に接続されている。回路層２０６は、一つ以上の薄い電気絶縁層２０７上に細い銅トラックの配設を含むことができ、所望の回路構成においてＬＥＤを相互接続するように構成されている。
【００３０】
デバイス２００はさらに、その平坦なベース上に均一な厚さの蛍光体材料２２０の層を有するドーム形（ほぼ半球形）のレンズ２１８を含む。蛍光体又はフォトルミネッセンス材料２２０は、ＬＥＤチップ２１２によって発光される青色光の少なくとも一部分を吸収し、４９０nm〜５９０nm（青色がかった緑色〜オ色がかった黄色）の範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能である。
【００３１】
本発明のデバイスは、無機蛍光体材料、たとえば一般組成Ａ3Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）5又はＡ2Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）4のシリケート系蛍光体との使用に特に適している（式中、Ｓｉはケイ素であり、Ｏは酸素であり、Ａは、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）又は硫黄（Ｓ）を含む）。シリケート系蛍光体の例は、それぞれの明細書及び図面が参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許ＵＳ７，５７５，６９７「Europium activated silicate-based green phosphor」（Intematix社に譲渡）、ＵＳ７，６０１，２７６「Two phase silicate-based yellow phosphor」（Intematix社に譲渡）、ＵＳ７，６５５，１５６「Silicate-based orange phosphor」（Intematix社に譲渡）及びＵＳ７，３１１，８５８「Silicate-based yellow-green phosphor」（Intematix社に譲渡）に開示されている。蛍光体はまた、本発明者らの同時係属特許出願ＵＳ２００６／０１５８０９０「Aluminate-based green phosphor」において教示されているようなアルミネート系材料、同時係属出願ＵＳ２００８／０１１１４７２「Aluminum-silicate orange-red phosphor」において教示されているようなケイ酸アルミニウム蛍光体又は２００９年１２月７日出願の本発明者らの同時係属中の米国特許出願１２／６３２，５５０において教示されているような窒化物系赤色蛍光体材料を含むこともできる。蛍光体材料は、本明細書に記載される例に限定されず、窒化物及び／又はスルフェート蛍光体材料、オキシ窒化物及びオキシスルフェート蛍光体又はガーネット材料（ＹＡＧ）をはじめとする任意の蛍光体材料を含むことができることが理解されよう。
【００３２】
粉末形態にある蛍光体材料２２０は、液体バインダ材料と既知の割合で徹底的に混合されて懸濁液を形成し、得られた蛍光体組成物が、たとえばスピンコーティング、スクリーン印刷、インクジェット、レタープレス、グラビア又はフレキソ印刷を使用してレンズ２１８の表面に被着される。液体バインダ材料は、ＵＶ又は熱硬化性液体ポリマー、たとえばＵＶ硬化性アクリル接着剤又はシリコーンを含むことができる。
【００３３】
動作中、白色に見える、デバイス２００によって発光された光は、青色ＬＥＤチップ２１２、赤色ＬＥＤチップ２１４によって発光された光と、蛍光体材料２２０によって生成された緑色／黄色光との組み合わせを含む。
【００３４】
あるいはまた、図２ｃに示すように、蛍光体材料２２０は、光透過性ポリマー材料、たとえば光学等級シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）から作製されるレンズ２１８に組み込まれることもできる。完成品レンズ２１８において、蛍光体材料はレンズの体積全体に均一に分散している。
【００３５】
もう一つの態様において、レンズ２１８は、ドーム形（ほぼ半球形）のシェルを含むことができ、蛍光体材料２２０は、一つ以上の均一な厚さの層としてレンズの内側曲面に被着することができる（図２ｄ）。
【００３６】
さらに、図２ｅに示すように、ＬＥＤによって生成された熱の蛍光体材料への伝達を減らすために、蛍光体材料を、デバイス２００に対して遠くに、光学部品、たとえば蛍光体材料２２０の一つ以上の層を含む光透過性窓２２１の形態で提供することが考えられる。あるいはまた、蛍光体材料は光透過性窓２２１に配合されることもできる。蛍光体材料２２０を含む窓２２１は、一般的には少なくとも５mmである長さＬのエアギャップによってデバイス２００から物理的に切り離されて、蛍光体材料の十分な熱分離を提供する。窓をデバイスに対して遠くに配置することは、多数の利点、すなわち蛍光体材料の熱劣化の減少を提供する。さらに、蛍光体材料がＬＥＤの発光面の近くに、又はそれと直に接触する状態で提供されているデバイスと比べて、蛍光体材料をデバイスに対して遠くに提供することは、デバイスによる後方散乱光の吸収を減らす。さらに、蛍光体材料を遠くに配置することは、蛍光体をＬＥＤチップの発光面に直に提供する場合に比べ、蛍光体材料がずっと大きな面積上に提供されるため、より一貫した色及び／又はＣＣＴの光の生成を可能にする。窓２２１は、光透過性ポリマー材料、たとえば光学等級シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）又はガラス、たとえば溶融石英もしくはホウケイ酸塩ガラス、たとえばPyrex（登録商標）（Pyrex（登録商標）はCorning社のブランド名である）から作製される。一般的に、窓２２１及びデバイス２００は照明器具又は照明モジュールに組み込まれることができる。
【００３７】
以下、デバイスの平面図及びＡ−Ａ線から見た断面図をそれぞれ示す図３ａ及び３ｂを参照しながら本発明のもう一つの実施形態の白色発光デバイス３００を説明する。デバイス３００は、≒２７００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、≒７５０lmの最小放射光束、１００lm／Wの最小光源効率及び８０の最小ＣＲＩを有する白色光を生成するように構成されている。
【００３８】
デバイス３００は、四つの低めのパワーの赤色（６００nm〜７００nm）発光ＬＥＤチップ３１４を含むことを除き、図２ａ及び２ｂの態様と実質的に同一である。ＬＥＤチップ３１４は、凹み３１０のフロア上、銅基板３０４と直接熱的に連絡した状態で青色ＬＥＤチップアレイ３１２の周囲にマウントされている。この実施形態において、赤色ＬＥＤチップ３１４は、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）系ＬＥＤチップ、たとえばEpstar Corporation（登録商標）のES-LASOPH28チップを含むことができる。そのようなＬＥＤチップは一般的に、６１５nmの主発光波長及び２５lm〜３０lmの放射光束を有する。図示する実施形態において、レンズ３１８は、凹み３１０を蛍光体／ポリマー混合物で埋めることにより、その場でパッケージ３０２上に形成（成形）される。
【００３９】
以下、デバイスの平面図及びＡ−Ａ線から見た断面図をそれぞれ示す図４ａ及び４ｂを参照しながら本発明の第三の実施形態の白色発光デバイス４００を説明する。デバイス４００は、≒２７００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、≒７５０lmの最小放射光束、１００lm／Wの最小光源効率及び８０の最小ＣＲＩを有する白色光を生成するように構成されている。
【００４０】
デバイス４００は、たとえば、内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる同時係属中の米国特許出願公開公報第２００９／０２９４７８０号（２００８年５月２７日出願）に記載されているようなＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）パッケージ４０２を含む。図示する実施形態において、パッケージ４０２は、２５（５行×５列）の円形凹み４１０の正方形アレイを有する正方形の多層セラミックパッケージである。各凹み４１０がそれぞれのＬＥＤチップを収容するように構成されている。
【００４１】
パッケージ４０２は、銀（Ａｇ）で構成された一つ以上の回路層４０６を含む１４mm四方のセラミックボディ４０８を含む。各凹み４１０のフロアには銀製マウンティングパッド４２２が設けられている。図示するように、パッケージの下面は熱伝導性ベース４２４を含むことができる。一般的に、マウンティングパッド４２２は、熱伝導性バイア４２６によってベースと熱的に連絡した状態で接続される。２０の青色（４５０nm〜４８０nm）発光ＬＥＤチップ４１２が、それぞれの凹み４１０のフロア上、銀製マウンティングパッド４２２と直接熱的に連絡した状態でマウントされている。青色ＬＥＤ４１２は、たとえば、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）系チップ、たとえばEpstar Corporation（登録商標）のES-CABLV24B H9チップを含むことができる。そのようなＬＥＤマルチチップは一般的に、４５０nm、４６０nm又は４７０nmの主発光波長及び９５mW〜１１０mWの放射光束を有する。
【００４２】
デバイスはさらに、それぞれの凹み４１０内に銀製マウンティングパッド４２２と直接熱的に連絡した状態でマウントされた五つの赤色（６００nm〜７００nm）発光ＬＥＤチップ４１４を含む。赤色ＬＥＤ４１４は、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）系ＬＥＤチップ、たとえばEpstar Corporation（登録商標）のES-LASOPH24を含むことができる。そのようなＬＥＤチップは一般的に、６１５nmの主発光波長及び１０lm〜１７lmの放射光束を有する。図示するように、五つの赤色ＬＥＤチップ４１４は、アレイの中心位置及び中心の凹みを包囲する正方形（３行×３列）の四角それぞれに位置した凹み４１０の中に位置している。
【００４３】
ＬＥＤチップ４１２、４１４は回路層４０６によって電気的に接続されている。
【００４４】
駆動回路
以下、図５ａ〜５ｙを参照しながら本発明のデバイスを作動させるための例示的駆動回路を説明する。各駆動回路は、デバイスの動作温度範囲にわたってデバイスの発光結果光における赤色対青色光の比の変動を最小化するために、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの少なくとも一つ動作温度Ｔに関連するパラメータに対応して、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの少なくとも一つの駆動パワーを制御するように動作可能である。駆動回路は、その複雑さに依存して、デバイスパッケージ内に収容されることもできるし、デバイスを作動させるために使用される電源の一部として組み込まれることもできる。
【００４５】
記載されるように、ＬＥＤチップの駆動構成に依存して、駆動パワーは、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉF、順方向駆動電圧ＶF、又は、両方の組み合わせを制御することによって制御することができる。初期試験は、適切な回路構成を用いると、本発明の発光デバイスが、５０℃の動作温度の変化（ΔＴ＝５０℃）の場合でＣＲＩ及びＣＣＴが１０％未満又は５％未満の変動しか有しない発光結果光を生成することができることを示す。記載される実施形態において、ＬＥＤチップ駆動電流を制御するために使用されるパラメータは、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度又はＬＥＤチップ動作温度に関連するＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFを含むことができる。
【００４６】
周知のように、ＬＥＤは、定電圧又は定電流構成において駆動されることができる。まず、本質的に定電圧構成である駆動回路を説明する。
【００４７】
定電圧駆動回路
ＬＥＤチップが定駆動電圧Ｖによって駆動される駆動回路においては、ＬＥＤの順方向駆動電流ｉF及び／又は駆動電圧ＶFを制御して、デバイスの動作温度範囲にわたってデバイスの発光結果光における赤色対青色光の比の変動を最小化することができる。そのような回路構成においては、一方又は両方のＬＥＤチップの温度を使用してＬＥＤチップの順方向駆動電流及び／又は電圧を制御することができ、温度は、温度依存性抵抗器（サーミスタ）を使用して好都合に感知される。図５ａは、定電圧源Ｖにより駆動される温度依存性抵抗器ＲTと直列に接続されたＬＥＤを示す。そのような回路の場合、ＬＥＤの順方向駆動電圧ＶFは以下の関係式：
ＶF＝Ｖ−ＶRT＝Ｖ−ｉFＲT
によって求められる。
【００４８】
式中、Ｖは定駆動電圧であり、ＶRTは温度依存性抵抗器をはさんでの電圧降下であり、ＲTは温度依存性抵抗器の抵抗値である。周知のように、温度依存性抵抗器の抵抗値は以下：
ＲT＝Ｒ0（１＋Ｋ（Ｔ−Ｔ0））
によって求められる。
【００４９】
式中、Ｔは温度であり、Ｋは温度依存性抵抗器の温度係数である。ＬＥＤの実効抵抗値（ＶF／ｉF）は温度の非線形関数であり、温度の上昇とともに減少する。その結果、負の温度係数（ＮＴＣ、すなわち、温度上昇とともに電気抵抗値が減少する）を有する温度依存性抵抗器と直列に接続されたＬＥＤの場合、温度上昇とともに全抵抗値（ＲT＋ＶF／ｉF）が減少する。ＬＥＤは定電圧源Ｖにより駆動されるため、温度上昇とともに順方向駆動電流ｉFは増大する。そのような回路構成の場合、ＬＥＤの順方向駆動電流ｉF及び順方向駆動電圧ＶFは、温度とともに以下の関係式：
【数１】
にしたがって変化する。
【００５０】
式中、
【数２】
は、温度とともに起こる順方向駆動電圧の変化であり、
【数３】
は、順方向駆動電流とともに起こるＬＥＤ順方向駆動電圧の変化である。
【数４】
及び
【数５】
の値は、定電圧源（すなわち、サーミスタなしの）により駆動されるＬＥＤの、計測された、順方向駆動電圧ＶF対温度Ｔ、及び、順方向駆動電圧ＶF対順方向駆動電流ｉFの特性から経験的に決定することができる。その結果、異なる温度における順方向駆動電流ｉFの変化を計算することができる。図５ｂは、４０mA、１６０mA、３５０mA及び４００mAの駆動電流ｉFの場合の動作温度範囲２５℃〜７５℃（ΔＴ＝５０℃）にわたっての順方向駆動電流の変化率（ΔｉF／ｉF）対サーミスタ抵抗値ＲTのプロットである。図５ｂにおいて、ＬＥＤは、３５０mAの標準電流定格を有するEpstar Corporation（登録商標）ES-LASOPH42赤色ＬＥＤチップであり、サーミスタは２５℃で１０Ωの抵抗値及びＮＴＣ（負の温度係数）Ｋ＝−０．００３８／℃を有する。図５ｂから見てとれるように、５０℃の温度変動（ΔＴ＝５０℃）にわたっての順方向駆動電流の変化率ΔｉF／ｉFはサーミスタ抵抗値ＲT及びＬＥＤの順方向電流の関数である。抵抗値ＲT≧１０Ωのサーミスタの場合、温度変動ΔＴ＝５０℃にわたって≒１６％の電流変化（調節）を達成することができる。
【００５１】
図５ｃ及び５ｄに示すように、より高い抵抗値のサーミスタは、順方向電流をより多くの量だけ調節する能力を有するが、全パワーのより多くの割合を散逸（消費）する。たとえば、２５℃では、３５０mA又は４００mAの順方向駆動電流で駆動されるＬＥＤの場合、全パワーの約６５％がサーミスタによって散逸される。その結果、これら二つの効果（電流調節の量対サーミスタパワー消費）の間でバランスをとらなければならない。たとえば、ＬＥＤチップが、５Ω（２５℃で）サーミスタを使用して４０mAの駆動電流で駆動されるならば、全パワーの最大１０％がサーミスタによって散逸され、電流ｉFは１５％まで調節することができる。１６０mAの駆動電流で駆動され、２．２Ωサーミスタによって駆動されるＬＥＤの場合、全パワーの最大１５％がサーミスタによって消費され、電流ｉFは１３％まで調節することができる。１．１Ωサーミスタを使用して３５０mAの駆動電流の場合、サーミスタは全パワーの１５％までを散逸し、電流ｉFは１１％まで調節することができる。サーミスタの抵抗値及びその温度係数は、ＬＥＤチップのタイプ、ＬＥＤチップの温度特性及びＬＥＤチップの相互接続（直列、並列又はそれらの組み合わせ）にしたがって選択されるということが理解されよう。好ましい解決手段において、ＲTの値は、サーミスタが全パワーの１５％未満しか散逸せず、それでもなお、＞１０％の電流調節（補償）が提供されるように選択される。
【００５２】
図５ｅは、デバイス５００の赤色ＬＥＤチップ５１４がＮＴＣサーミスタ５３２と直列に接続され、定電圧源ＶRから動かされるが、青色ＬＥＤチップ５１２は定電圧源ＶBから直接駆動される第一の駆動回路５３０である。上記のように、サーミスタ５３２の抵抗値は温度に依存し、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度に依存して赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRを制御するように動作可能である。たとえば、発光デバイス２００、３００（図２及び３）において、サーミスタ５３２は、パッケージの凹み２１０、３１０の中に、銅基板２０４、３０４と熱的に連絡した状態でマウントされることができる。そのような態様において、サーミスタ５３２は、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度に関連する基板の温度Ｔを感知する。発光デバイス４００（図４）において、サーミスタ５３２は、青色又は赤色ＬＥＤチップに対応する銀製マウンティングパッド４２２と熱的に連絡した状態でマウントされることもできるし、熱伝導性ベース４２４と熱的に連絡した状態でマウントされることもできる。
【００５３】
上記のように、動作温度の上昇とともに、赤色発光ＬＥＤによって発光される光の強度は一般的に、青色発光ＬＥＤによって発光される光の強度よりもずっと速く低下する（図１ａ）。図５ｅの回路構成において、サーミスタ５３２は負の温度係数を有し、サーミスタの抵抗値及び温度係数は、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３２の抵抗値は減少して、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの増大を生じさせる。順方向駆動電流ｉFRの変化は赤色ＬＥＤチップの発光強度の増大を生じさせる。回路５３０は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色対青色の寄与の比の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。理想的には、回路は、発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与を動作温度範囲にわたって一定に維持するように構成されるであろう。デバイスの動作温度範囲にわたって、発光結果光における赤色及び青色光寄与の比を一定に維持するのに十分なほどＬＥＤの電流を制御することは現実的とはいえないため、実際には、回路は、動作温度範囲の相対的寄与の変動が選択値未満、２０％以下、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、理想的には１％以下であることを保証するように構成される。回路は、温度上昇に伴う青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を補償しないため、より高い動作温度においてはデバイスの全発光強度はより低くなる。
【００５４】
図５ｆに示す代替駆動回路５３４において、サーミスタ５３６は、青色ＬＥＤチップ５１２と直列に接続され、定電圧源ＶBから動かされることができるが、赤色ＬＥＤチップは定電圧源ＶRにより駆動されることができる。サーミスタ５３６は、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能である。回路構成５３４において、サーミスタ５３６は、好ましくは、正の温度係数を有し（すなわち、温度上昇とともに電気抵抗値が増大する）、サーミスタは、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３６の抵抗値ＲTが増大して、全抵抗値（ＲT＋ＶF／ｉF）の増大及び青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの減少が生じる。順方向駆動電流の減少は青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。回路５３４は、デバイスの動作温度範囲にわたって赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比（相対的寄与）の変動が選択値未満になり、それによってデバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。しかし、ＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動は最小化されるが、回路は赤色ＬＥＤチップの発光強度の低下を補償しないため、動作温度の上昇とともにデバイスの全発光強度が低下するということが理解されよう。
【００５５】
図５ｇは、それぞれのサーミスタ５３２、５３６が赤色及び青色ＬＥＤチップと直列に接続され、赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流を独立して制御するために使用される駆動回路５３８を示す。駆動回路５３８は、回路５３０（図５ｅ）及び５３４（図５ｆ）の組み合わせである。各サーミスタ５３２、５３６は、それぞれのＬＥＤチップ群の動作温度を感知するように動作可能であることもできるし、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能であることもできる。
【００５６】
駆動回路５３８の一つの態様において、サーミスタ５３２はＮＴＣデバイスであり、サーミスタ５３６はＰＴＣデバイスである。このような構成を用いると、動作温度の上昇は赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRの増大及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流の変化の正味の効果は、赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比の変化を減らし、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らす。ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定のままであるが、青色ＬＥＤチップから発光の減少のせいで全発光強度は低下する。上記（図５ａ）のように、初期の結果は、直列に接続されたサーミスタが、温度範囲２５℃〜７５℃（ΔＴ＝５０℃）で約１５％〜２０％の順方向駆動電流の最大変化を可能にすることを示す。この温度範囲にわたり、赤色ＬＥＤの発光強度は４０％低下するが、青色ＬＥＤチップの発光強度は約５％しか低下せず（図１ａ）、これは、約４７％の赤色対青色光の比の変動に等しい。温度上昇とともに青色ＬＥＤチップの発光強度を低下させ、赤色ＬＥＤチップの発光強度を増大させるように回路を構成することにより、所与の動作温度範囲にわたって駆動電流の全最大変化を増大させることができる。たとえば、そのような構成は、２５℃〜７５℃の動作温度範囲にわたって約３０％〜４０％の全最大駆動変化が可能であり、それにより、赤色対青色光の比の変動を約７％の変動にまで最小化することを可能にすると考えられる。
【００５７】
駆動回路５３８の代替態様においては、両方のサーミスタ５３２、５３６がＮＴＣデバイスであることができ、それぞれのＬＥＤ発光／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。そのような構成を用いると、動作温度の上昇は、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤチップ両方の順方向駆動電流の増大を生じさせる。そのような回路構成は発光強度の変化をさらに減らすことができるが、同じ動作温度範囲にわたってＣＲＩ及びＣＣＴの変動はより大きくなることがある。
【００５８】
図５ｈは、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRがＬＥＤチップ温度に依存して制御され、青色ＬＥＤチップ５１２が定電圧源により駆動されるさらなる駆動回路５４０を示す。この構成５４０において、赤色ＬＥＤチップ５１４は抵抗値ＲTPのＰＴＣサーミスタ５４２と並列に接続され、その並列の組み合わせが抵抗値ＲTSのＮＴＣサーミスタ５３２と直列に接続され、定電圧源ＶRから動かされる。青色ＬＥＤチップ５１２は定電圧源ＶBから直接駆動される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３２の抵抗値が減少し、サーミスタ５４２の抵抗値が増大して、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの増大を生じさせる。順方向駆動電流は以下の関係式：
【数６】
によって求められる。
【００５９】
式中、ＶFRは赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧であり、ＲTSはサーミスタ５３２の抵抗値であり、関係式ＲTS＝Ｒ0S（１＋Ｋs（Ｔ−Ｔ0））によって求められ、ＲTPはサーミスタ５４２の抵抗値であり、関係式ＲTP＝Ｒ0P（１＋ＫP（Ｔ−Ｔ0））によって求められる。温度に伴う順方向駆動電流ｉFRの変化は以下の関係式：
【数７】
によって求められる。
【００６０】
サーミスタ５３２、５４２が全パワーのあまりに多くを消費しない（好ましくは≦１５％）ことを保証するため、
ＲTS＜＜ＶFR／ｉFR＜＜ＲTPであり、
Ｒ0S／ＲTS≒Ｒ0P／ＲTPであり、
【数８】
であり、この式は以下：
【数９】
のように簡約することができる。
【００６１】
順方向駆動電流ｉFRの変化（増大）は赤色ＬＥＤチップ５１４の発光強度の増大を生じさせる。回路５４０は、動作温度範囲にわたって赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比（相対的寄与）の変動が選択範囲内であることを保証して、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。二つのサーミスタ５３２、５４２の使用は、所与の温度変化の場合に順方向駆動電流のより大きな変化を可能にする。
【００６２】
図５ｉに示す代替駆動回路５４４において、青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBはＬＥＤチップ温度に依存して制御され、赤色ＬＥＤチップ５１４は定電圧源により駆動される。この回路構成５４４において、青色ＬＥＤチップ５１２はＮＴＣサーミスタ５４６（抵抗値ＲTP）と並列に接続され、その並列の組み合わせがＰＴＣサーミスタ５３６（抵抗値ＲTS）と直列に接続され、定電圧源ＶBから動かされる。赤色ＬＥＤチップ５１４は定電圧源ＶRから直接駆動される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３６の抵抗値が増大し、サーミスタ５４６の抵抗値が減少して、青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流ｉFBの減少は青色ＬＥＤチップ５１２の発光強度の低下を生じさせる。回路５４４は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与を実質的に一定に維持し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。回路構成５３４（図５ｆ）と同様に、ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定のままであるが、全発光強度は温度上昇とともに低下する。
【００６３】
図５ｊは、赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFR、ｉFBがＬＥＤチップ温度に依存して独立して制御される駆動回路５４８を示す。回路５４８は、赤色及び青色ＬＥＤチップそれぞれがそれぞれのサーミスタ５４２、５４６と並列に接続され、その並列の組み合わせがそれぞれのサーミスタ５３２、５３６と直列に接続されている駆動回路５４０（図５ｈ）及び５４４（図５ｉ）の組み合わせである。サーミスタ５３２、５４２及び５３６、５４６の各対は、それぞれのＬＥＤチップ群の動作温度を感知するように動作可能であることもできるし、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能であることもできる。
【００６４】
一つの駆動回路５４８構成において、サーミスタ５３２、５４６はＮＴＣデバイスであることができ、サーミスタ５３６、５４２はＰＴＣデバイスであることができる。そのような構成を用いると、動作温度の上昇は、赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRの増大及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流ｉFR、ｉFBの変化の正味の効果は、赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比の変動を減らし、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らす。ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定にとどまることができるが、青色ＬＥＤチップからの発光の減少のせいで全発光強度は低下する。サーミスタは、赤色及び青色ＬＥＤチップの発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択されることができる。
【００６５】
さらなる駆動回路５４８構成において、サーミスタ５３２、５３６はＮＴＣデバイスであることができ、サーミスタ５４２、５４６はＰＴＣデバイスであることができる。そのような構成を用いると、動作温度の上昇は、赤色及び青色ＬＥＤチップ５１４、５１２両方の順方向駆動電流ｉFR、ｉFBの増大を生じさせる。サーミスタは、それぞれのＬＥＤの発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択されることができる。
【００６６】
定電流駆動回路
多くの場合、一定の発光強度を維持するためには、定電流構成においてＬＥＤを駆動することが好ましい。図５ｋ〜５ｐは、定電流源により駆動される様々な駆動回路構成を示す。
【００６７】
図５ｋに示すような第一のそのような駆動回路５５０において、赤色ＬＥＤチップ５１４はＰＴＣ（正の温度係数）サーミスタ５３２と並列に接続され、定電流源５５２の電流ＩRから動かされるが、青色ＬＥＤチップ５１２は定電流源５５４の電流ＩBから直接駆動される。並列のサーミスタ／ＬＥＤ５３２／５１４構成は、動作中、温度の上昇がサーミスタの抵抗値を増大させ、それが、赤色ＬＥＤチップを含むアームを通過して流れる電流ＩRのより高い割合及び赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRの増大を生じさせるような電流分割器として働く。赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFRが一定であると仮定すると、順方向駆動電流は以下の関係式：
【数１０】
によって求められる。
【００６８】
式中、ＲTはサーミスタ５３２の抵抗値であり、関係式ＲT＝Ｒ0（１＋Ｋ（Ｔ−Ｔ0））によって求められる。温度とともに起こる順方向駆動電流ｉFRの変化は以下の関係式：
【数１１】
によって求められる。
【００６９】
図５ｋの駆動回路構成５５０において、サーミスタ５３２は、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される抵抗値及び温度係数を有する。回路５５０は、動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光の比（相対的寄与）の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。
【００７０】
図５ｌに示すように、代替駆動回路５５６において、青色ＬＥＤチップ５１２はＮＴＣサーミスタ５３６と並列に接続され、定電流源５５４ ＩBから動かされるが、赤色ＬＥＤチップ５１４は定電流源５５２ IRから直接駆動される。動作中、温度の上昇がサーミスタ５３６の抵抗値を減少させ、それが、青色ＬＥＤチップを含むアームを通過して流れる電流ＩBのより低い割合及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流の減少は青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。サーミスタ５３２は、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択された抵抗値及び温度係数を有する。回路５５６は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光の比の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定のままであるが、青色ＬＥＤチップの発光強度の低下のせいでデバイスの全発光強度は低下するということが理解されよう。
【００７１】
図５ｍは、それぞれのサーミスタ５３２、５３６が赤色及び青色ＬＥＤチップと並列に接続され、赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFR、ｉFBを独立して制御するために使用される駆動回路５５８を示す。駆動回路５５８は、回路５５０（図５ｋ）及び５５６（図５ｌ）の組み合わせである。一つのそのような回路構成において、サーミスタ５３２はＰＴＣデバイスであり、サーミスタ５３６はＮＴＣデバイスである。代替構成において、両方のサーミスタ５３２、５３６はＰＴＣデバイスであり、それぞれのＬＥＤ発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。
【００７２】
図５ｎは、青色ＬＥＤチップ５１２及び赤色ＬＥＤチップが並列に接続され、一つの定電流源５６２から動かされる駆動回路５６０である。サーミスタ５３２が、赤色ＬＥＤチップ５１４を含む回路のアームに直列に接続され、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度に依存して赤色及び青色ＬＥＤチップの相対的駆動電流を制御するように動作可能である。図５ｎの回路構成において、サーミスタ５３２は負の温度係数を有し、赤色及び青色ＬＥＤチップ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３２の抵抗値が減少して、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの増大及び青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの対応する減少を生じさせる。順方向駆動電流の相対的変化は、赤色ＬＥＤチップの発光強度の増大及び青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。回路５６０は、赤色及び青色チップからの発光の相対的寄与（比）の変動を最小化し、それにより、デバイス５００によって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。
【００７３】
図５ｏに示すように、代替駆動回路５６４において、サーミスタ５３６は、青色ＬＥＤチップ５１２を含む回路のアームに接続することができる。サーミスタ５３６は、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能である。回路構成５６４において、サーミスタ５３６は正の温度係数を有し、赤色及び青色ＬＥＤ発光／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３６の抵抗値が増大して、青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの減少及び赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの対応する増大を生じさせる。順方向駆動電流の変化は、赤色ＬＥＤチップの発光強度の増大及び青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。回路５６４は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光寄与の相対的寄与の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。
【００７４】
図５ｐは、それぞれのサーミスタ５３２、５３６が、赤色及び青色ＬＥＤチップ５１４、５１２の順方向電流ｉFR、ｉFBを制御するために使用される駆動回路５６６を示す。各サーミスタ５３２、５３６は、それぞれＬＥＤチップ群の動作温度を感知するように動作可能であることもできるし、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能であることもできる。そのような回路構成５６６において、サーミスタ５３２はＮＴＣデバイスであり、サーミスタ５３６はＰＴＣデバイスである。もう一つの回路構成５６６においては、両方のサーミスタ５３２、５３６がＮＴＣデバイスであり、それぞれのＬＥＤ発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。
【００７５】
制御可能電流駆動回路
図５ｑ、５ｒ及び５ｔ〜５ｘは、制御可能電流源に基づく様々な駆動回路を示す。図５ｑは、青色ＬＥＤチップ５１２が定電流源５５４から直接駆動され、赤色ＬＥＤチップ５１４が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が制御可能である制御可能電流源５７０により駆動される駆動回路５６８を示す。サーミスタ５３６が一つ以上の抵抗器５７２と直列に接続されて、サーミスタ５３６の温度Ｔに関連する電圧ＶTを発生させるために分圧構造を形成している。図５ｑに示すように、サーミスタ５３６は接地され、温度上昇とともに電圧ＶTが上昇するようなＰＴＣデバイスである。電圧ＶTは、電圧比較器５７４又は同様なデバイスを使用して基準電圧ＶTREFと比較される。一般的に、基準電圧ＶTREFは、ＬＥＤチップの正常な動作温度を表すように選択される。比較器５７４は、電圧ＶT及びＶTREFの間の差に関連し、ひいては実際の動作温度と正常な動作温度との差に関連する出力電圧ＶCTRLを生成する。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５７０及び赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRを制御するために使用される。温度とともに起こる赤色ＬＥＤチップ５１４の発光強度の変動は青色ＬＥＤチップ５１２のそれよりも大きいため、デバイスのＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を最小化するためには赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流を制御するだけでよい。しかし、他の回路構成においては、代わりに青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBを制御すること、又は赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流を独立して制御することが考えられる。後者の場合、サーミスタ５３２、５３６は、ＬＥＤチップのそれぞれの色の温度を計測する、又は赤色及び青色ＬＥＤチップの温度を計測するように構成されることができる。
【００７６】
図５ｒに示すさらなる駆動回路５７６においては、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器５７８を使用して、ＬＥＤチップの動作温度に対応する電圧ＶTをデジタル値に変換することができ、そのデジタル値を制御装置５８０が使用して制御可能電流源５７０を制御することができる。回路５７６はさらに、デバイス５００によって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を最小化するのに適切な順方向駆動電流を決定するために制御装置５８０がアクセスすることができるルックアップ表５８２を含むことができる。この構成は、ＬＥＤ発光強度／温度特性の非線形性を考慮することができる値を含むルックアップ表を使用するため、駆動回路５７６は、デバイスの発光結果光の潜在的に非常に正確な制御を提供する。
【００７７】
これまで説明した駆動回路５３０、５３４、５３８、５４０、５４４、５４８、５５０、５５６、５５８、５６０、５６４、５６６、５６８及び５７６のそれぞれにおいて、ＬＥＤチップの動作温度Ｔは、感温抵抗性デバイス（サーミスタ）を使用して計測されてきた。ＬＥＤが定電流構成において動かされるとき、順方向駆動電圧ＶFはＬＥＤの動作温度に関連し（図５ｓ）、本発明者らは、ＬＥＤ順方向駆動電圧ＶFをＬＥＤ動作温度の指標として使用してＬＥＤの動作を制御することができることを認識した。図５ｔ〜５ｘの回路構成５８４、５８６、５９２、５９４及び５９８は、そのようなやり方で作動し、ＬＥＤチップ温度を計測する必要を除く。順方向駆動電圧をＬＥＤ温度の指標として使用するさらなる利点は、制御回路のすべてを発光デバイスから離して配置することができることである。
【００７８】
図５ｔの駆動回路５８４において、青色ＬＥＤチップ５１２は定電流源５５４により駆動され、赤色ＬＥＤチップ５１４は、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFRに依存して制御可能である制御可能電流源５７０により駆動される。順方向駆動電圧ＶFRは、電圧比較器５７４又は同様なデバイスを使用して基準電圧ＶVREFRと比較される。一般的に、基準電圧ＶVREFRは、ＬＥＤチップの正常な動作温度における順方向駆動電圧を表すように選択される。比較器５７４は、電圧ＶFR及びＶVREFRの間の差に関連し、ひいては実際の動作温度と正常な動作温度との差に関連する出力電圧ＶCTRLを生成する。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５７０及び赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRを制御するために使用される。
【００７９】
図５ｕは、赤色ＬＥＤチップ５１４が定電流源５５２により駆動され、青色ＬＥＤチップ５１２が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が青色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFBに依存して制御可能である制御可能電流源５８８により駆動される駆動回路５８６を示す。順方向駆動電圧ＶFBは、電圧比較器５９０又は同様なデバイスを使用して基準電圧ＶVREFBと比較される。一般的に、基準電圧ＶVREFBは、ＬＥＤチップの正常な動作温度における順方向駆動電圧を表すように選択される。比較器５９０は、電圧ＶFB及びＶVREFBの間の差に関連し、ひいては実際の動作温度と正常な動作温度との差に関連する出力電圧ＶCTRLを生成する。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５８８及び青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBを制御するために使用される。
【００８０】
図５ｖは、赤色及び青色ＬＥＤチップ５１２、５１４が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFR、ＶFBに依存して制御可能であるそれぞれの制御可能電流源５７０、５８８により駆動される駆動回路５９２を示す。駆動回路５９２は駆動回路５８４（図５ｔ）及び５８６（図５ｕ）の組み合わせであり、同様なやり方で作動する。
【００８１】
図５ｗは、青色ＬＥＤチップ５１２が定電流源５５４により駆動され、赤色ＬＥＤチップ５１４が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流がＬＥＤチップ５１２、５１４の順方向駆動電圧の差ＶFB−ＶFRに依存して制御可能である制御可能電流源５７０により駆動される駆動回路５９４を示す。赤色及び青色チップの順方向駆動電圧ＶFR、ＶFBは、順方向駆動電圧の間の差ＶCTRL＝ＶFB−ＶFRに関連し、ひいては青色ＬＥＤチップの発光強度と比較された赤色ＬＥＤチップの発光強度の相対的低下（すなわち発光強度の比の変化）に関連する出力電圧を生成する電圧比較器５９６又は同様なデバイスによって比較される。
【００８２】
図５ｘは、電流源を制御するために使用される順方向駆動電圧ＶFB及びＶFRがデバイスの正常な動作温度Ｔnにおいて等しくなるように正規化されるように構成されていることを除き、駆動回路５９４に類似している駆動回路５９８である。抵抗器Ｒ１ ６００及びＲ２ ６０２を含む分圧器構成は、通常の動作温度Ｔnにおいて、青色ＬＥＤチップの正規化順方向駆動電圧ＶFBNが赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFRに等しくなり、以下の関係式：
【数１２】
によって求められるように構成されている。
【００８３】
このような回路構成は、制御電圧ＶCTRL＝ＶFBN−ＶFRが正常な動作温度Ｔnにおいてゼロであることを保証する。図５ｙは、制御電圧ＶFBN−ＶFR対ＬＥＤ動作温度のプロットである。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５７０及び赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRを制御して、それにより、赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の相対的寄与を実質的に一定に維持して、それにより、デバイス５００によって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすために使用される。
【００８４】
図５ｅ〜５ｇ、５ｋ〜５ｒ及び５ｔ〜５ｘの駆動回路それぞれにおいて、発光デバイス５００は破線の囲みによって示され、少なくとも一つの青色ＬＥＤチップ５１２及び少なくとも一つの赤色ＬＥＤチップ５１４を含む。本発明の発光デバイスは、前記駆動回路の一部又は全部を含むということが考えられる。そのうえ、前記駆動回路は単に例示的であり、本発明を具現化する他の回路構成が当業者には明らかになるということが理解されよう。
【００８５】
本発明の発光デバイス及び駆動回路は単に例示的であり、前記特定の実施形態には限定されず、本発明の範囲内である変更を加えることができる。たとえば、本発明のデバイスは、青色又はＵＶ光を発光する他のＬＥＤ、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のＬＥＤチップを含むことができる。
【００８６】
また、蛍光体材料をレンズに配合する代わりとして、蛍光体材料を一つ以上の層の形態でレンズの面、一般的には平面に提供することが考えられる。そのような態様においては、一般的には粉末形態にある蛍光体材料が、バインダ材料、たとえばNAZDARのクリアスクリーンインク９７００と混合され、その混合物がレンズの表面にスクリーン印刷されて均一な厚さの層を形成する。蛍光体は、他の被着方法、たとえば吹き付け、インクジェット印刷によって、又は粉末状の蛍光体を光透過性バインダ材料、たとえばエポキシ又はシリコーンと混合し、その蛍光体／ポリマー混合物をドクターブレーディング、スピンコーティングなどによって塗布することによって適用することもできるということが理解されよう。蛍光体材料を保護するために、レンズは、好ましくは、蛍光体層が凹みに対面する状態でマウントされる。一般的に、被着材料中の光透過性バインダに対する蛍光体材料の配合量は１０％〜３０％であるが、所望の発光結果光及びパッケージ設計に依存して１％〜９９％の範囲であることができる。単位面積あたり十分な密度、たとえば０．０２〜０．０４g/cm2の蛍光体材料を被着させるためには、印刷スクリーンのメッシュサイズに依存する回数で多数回の印刷パスを実施する必要があるかもしれない。
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、２０１０年１１月１２日にWangらによって出願された「High CRI White Light Emitting Devices and Drive Circuitry」と題する米国特許出願第１２／９４５，６４１号及び２００９年１１月１９日にWangらによって出願された「High CRI White Light Emitting Devices and Drive Circuitry」と題する米国特許仮出願第６１／２６２，８５５号の優先権を主張する。これらの明細書及び図面が参照によって本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、高い（ｔｙｐｉｃａｌｌｙ（一般的に）≧８０の）ＣＲＩ（（光源の）演色評価指数：Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ Ｉｎｄｅｘ）を有する白色発光デバイスに関する。より具体的には、本発明は、半導体発光デバイス、一般的にはＬＥＤ（発光ダイオード：（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ））に基づく白色発光デバイス及びそのようなデバイスを作動させるための駆動回路に関する。
【０００３】
２．関連技術の説明
白色発光ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は当技術分野において公知であり、比較的最近の技術革新である。電磁スペクトルの青／紫外線（ＵＶ）部分で発光する高輝度ＬＥＤが開発されてはじめて、ＬＥＤに基づく白色光源を開発することが現実的になった。たとえばＵＳ５，９９８，９２５に教示されているように、白色ＬＥＤは、ＬＥＤによって発光された放射線の一部分を吸収し、異なる色（より長い波長）の放射光を再発光する一つ以上の下方変換性（すなわち、光子をより低いエネルギーの光子に変換する）蛍光体材料、すなわちフォトルミネッセンス材料を含む。一般的に、ＬＥＤチップが青色光を生成し、蛍光体材料がその青色光の一定割合を吸収し、異なる色の光、一般的には黄色光又は緑色と黄色の組み合わせを再発光する。ＬＥＤによって生成される青色光のうち、蛍光体材料によって吸収されない部分が、蛍光体材料によって発光される光と組み合わさって、人の眼にほぼ白色に見える光を提供する。
【０００４】
高輝度白色ＬＥＤは、その長い作動寿命（３０〜５０，０００時間程度）及び高い光源効率（１ワットあたり７０ルーメン以上）のおかげで、従来の蛍光光源、コンパクト蛍光光源及び白熱光源に代わるものとしてますます使用されている。今日、白色ＬＥＤを利用する大部分の照明器具設計は、白色ＬＥＤ（より一般的的には、複数の白色ＬＥＤ）が従来の光源構成部品に取って代わるシステムを含む。そのうえ、白色ＬＥＤは、従来の光源と比べてコンパクトなそのサイズのおかげで、新規でコンパクトな照明器具を構築する潜在能力を提供する。
【０００５】
物体の色を演出する光源の能力は、光源が物体の色を人の眼にどのように映らせるか、及び色合いの微妙な変化がどれほどうまく表現されるかの尺度を与える演色評価指数（ＣＲＩ）を使用して計測される。ＣＲＩは、黒体放射体と比較した場合の、色を演出する光源の能力の相対的計測値である。正確な演色が求められる用途、たとえば小売り用照明、美術館照明及び芸術作品の照明においては、高いＣＲＩ（一般的には少なくとも８０）が非常に望ましい。
【０００６】
白色ＬＥＤの欠点は、ＣＲＩ＞９５である白熱光源と比べて相対的に低い、一般的に＜７５のＣＲＩであるといえる。この低いＣＲＩは、スペクトルの赤（＞６００nm）部分における光の不在による。白色ＬＥＤのＣＲＩを改善するために、赤色発光蛍光体材料を配合することが公知である。しかし、黄色及び緑色の下方変換性蛍光体材料と比べて、赤色発光蛍光体材料には欠点がある。第一に、青色光（４５０nm、エネルギー２．７６eV）を赤色光（６３０nm、エネルギー１．９７eV）に下方変換する蛍光体材料に関連するエネルギー損失が、青色光を黄色光（５５０nm、エネルギー２．２５eV）に変換することに伴うエネルギー損失よりも大きい。これは一般的にストークス損失と呼ばれ、赤色発光蛍光体材料に伴う、より高いストークス損失が光源効率（lm／ワット）を低下させることができる。第二に、人の眼は、緑色又は黄色光と比べ、赤色光に対して敏感でないため、眼に対して同等な効果を与えるためには、より多量の赤色蛍光体材料を必要とする。
【０００７】
ＵＳ６，５１３，９４９及びＵＳ６，６９２，１３６は、一つ以上のＬＥＤ（赤又は緑）と青色ＬＥＤ及び少なくとも一つの蛍光体（緑又は琥珀）からなる蛍光体ＬＥＤとの組み合わせを含むハイブリッド白色ＬＥＤ照明システムを教示している。
【０００８】
ＵＳ６，５７７，０７３は、青色及び赤色ＬＥＤならびに蛍光体を含むＬＥＤ灯を開示している。青色ＬＥＤは、青色波長範囲内に入る発光を生成する。赤色ＬＥＤは、赤色波長範囲内に入る発光を生成する。蛍光体は、青色ＬＥＤの発光によって光励起されて、青色及び赤色波長範囲の間の中間波長範囲の発光スペクトルを有するフォトルミネッセンスを示す。
【０００９】
ＵＳ７，２１３，９４０は、４３０〜４８０nm（青色）及び６００〜６３０nm（赤色）の範囲に主波長を有する光を発光する第一及び第二の群の半導体発光体（ＬＥＤ）ならびに５５５〜５８５nm（黄色）の範囲に主波長を有する光を発光する蛍光体材料を含む発光デバイスを開示している。
【００１０】
赤色発光ＬＥＤの使用は光源効率及びＣＲＩの両方を改善することができるが、本発明者らは、そのようなデバイスにも限界があることを認識した。特に、そのようなデバイスによって生成される光の相関色温度（ＣＣＴ）及びＣＲＩは動作温度とともに有意に変動することができる。図１ａに示すように、動作温度に伴い、青色及び赤色発光ＬＥＤの発光強度の変化は異なる。一般的に、動作温度の上昇とともに赤色ＬＥＤの発光強度は青色ＬＥＤよりもずっと速く低下する。たとえば２５℃〜７５℃の動作温度範囲にわたって、ＧａＮ系青色ＬＥＤの発光強度は約５％低下することができるが、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色ＬＥＤの発光強度は約４０％低下することができる。青色及び赤色ＬＥＤに基づく白色光デバイスにおいて、これらの異なる発光／温度特性は、図１ｂに示すように、動作温度の上昇とともに発光結果光のスペクトル組成の変化、ひいてはＣＣＴの上昇を生じさせる。周知のように、白色光源のＣＣＴは、その色相を理論的な加熱された黒体放射体と比較することによって測定される。ＣＣＴはケルビン（K）で指定され、光源と同じ色相の白色光を放射する黒体放射体の温度に対応する。そのうえ、図１ｂに示すように、温度上昇とともに起こる発光結果光における赤色光の相対的割合の低下がＣＲＩの低下を生じさせる。
【００１１】
したがって、既存のデバイスの限界を少なくとも部分的に超える半導体発光体に基づく高ＣＲＩ白色発光デバイスの必要性が存在する。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、公知のデバイスの限界を少なくとも部分的に超える、高いＣＲＩ、一般的に８０以上のＣＲＩを有する白色発光デバイスを提供しようとする努力において生まれた。
【００１３】
本発明にしたがって、白色発光デバイスは、４００〜４８０nmの範囲に主波長を有する青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色半導体発光体、青色光の一部分を吸収し、４９０〜５９０nmの範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び６００〜７００nmの範囲に主波長を有する赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色半導体発光体を含み、デバイスの発光結果光が、青色及び赤色発光体によって生成された光と少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含み、白色に見え、発光結果光における赤色対青色光の比の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって前記変動が２０％未満になるように補償するように動作可能な駆動回路を含む。理想的には、駆動回路は、発光結果光における赤色及び青色光の比（相対的寄与）を動作温度範囲にわたって一定に維持するように構成されている。実際には、発光結果光における赤色対青色光の比は動作温度範囲にわたって変動し、駆動回路は、そのような変動をできるだけ小さく、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、有利には１％未満にするように構成されている。理想的には、動作温度範囲はできる限り大きく、少なくとも２０℃である動作温度範囲、好ましくは少なくとも２５℃である動作温度範囲、より好ましくは少なくとも５０℃である動作温度範囲、さらに好ましくは少なくとも１００℃である動作温度範囲である。有利には、デバイスは、発光結果光が少なくとも８０、好ましくは少なくとも８５、より好ましくは少なくとも９０、理想的には９５以上の最小演色評価指数を有するように構成されている。
【００１４】
駆動回路は、青色及び赤色発光体の少なくとも一つの動作温度に関連するパラメータに対応して赤色及び青色発光体の少なくとも一つのパワーを制御するように動作可能である。駆動構成に依存して、駆動回路は、発光体の駆動電流、駆動電圧又は両方の組み合わせを制御するように動作可能であることができる。
【００１５】
一つの駆動回路において、パラメータは、青色又は赤色発光体の少なくとも一つの温度を含む。そのような回路構成において、デバイスはさらに、少なくとも赤色及び／又は青色発光体の温度を感知するためのセンサを含む。一つのデバイスにおいて、青色及び赤色発光体は、熱伝導性基板と熱的に連絡した状態でマウントされ、センサは、基板の温度を感知するように構成されている。代替デバイスにおいて、青色及び赤色発光体それぞれの温度を感知するためにそれぞれのセンサが提供されることもできる。
【００１６】
温度センサは、温度依存性抵抗器（サーミスタ）、サーモカップル又は温度依存性である電気的特性を有する他のデバイスを含むことができる。センサが温度依存性抵抗器を含む駆動回路構成においては、青色及び赤色発光体の少なくとも一つが温度依存性抵抗器と直列に接続されることができ、前記発光体が定電圧源から動かされることができる。半導体発光体の電気抵抗値は温度上昇とともに減少するため、そのような回路構成は、動作温度の上昇に対応して一方又は両方の発光体の順方向駆動電流を増大させる。一つの態様において、温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続される。あるいはまた、温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、少なくとも一つの青色発光体と直列に接続される。さらなる態様において、青色及び赤色発光体はそれぞれの温度依存性抵抗器と直列に接続される。そのような態様において、赤色発光体に接続された温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、青色発光体に接続された温度依存性抵抗器は正の温度係数を有する。あるいはまた、各温度依存性抵抗器が負の温度係数を有することもできる。
【００１７】
センサが温度依存性抵抗器を含む代替駆動回路構成においては、青色及び赤色発光体の少なくとも一つが温度依存性抵抗器と並列に接続されることができ、前記発光体が定電流源から動かされることができる。このような回路構成は電流分割器として作動し、動作温度の変化に対応して一方又は両方の発光体の順方向駆動電流を変化させる。一つの態様において、温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、少なくとも一つの赤色発光体と並列に接続される。あるいはまた、温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、少なくとも一つの青色発光体と並列に接続される。さらなる態様において、青色及び赤色発光体はそれぞれの温度依存性抵抗器と並列に接続される。一つのそのような態様において、赤色発光体と並列に接続された温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、青色発光体と並列に接続された温度依存性抵抗器は負の温度係数を有する。あるいはまた、各温度依存性抵抗器が正の温度係数を有することもできる。
【００１８】
なおさらなる回路構成においては、青色及び赤色発光体が並列に接続され、定電流源により駆動され、温度依存性抵抗器は負の温度係数を有し、少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続され、動作中、温度の上昇とともに少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流が少なくとも一つの青色発光体の駆動電流に対して増大するように構成されている。あるいはまた、青色及び赤色発光体が並列に接続され、定電流源により駆動され、温度依存性抵抗器は正の温度係数を有し、少なくとも一つの青色発光体と直列に接続され、動作中、温度の上昇とともに少なくとも一つの青色発光体の駆動電流が少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流に対して減少するように構成されている。なおさらなる構成においては、青色及び赤色発光体が並列に接続され、定電流源により駆動され、それぞれの温度依存性抵抗器が青色及び赤色発光体と直列に接続されている。
【００１９】
温度依存性抵抗器を使用して赤色及び／又は青色発光体の駆動パワーを制御する回路構成において、抵抗値及び温度係数は、温度依存性抵抗器が、青色及び赤色発光体の少なくとも一つの発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。一つの発光体だけのパワーが制御可能である構成において、抵抗値及び温度係数は、好ましくは、温度依存性抵抗器が、青色及び赤色発光体の発光強度／温度特性の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。両方の発光体のパワーが制御可能である構成において、抵抗値及び温度係数は、温度依存性抵抗器が、それぞれの発光体の発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。
【００２０】
さらなるデバイスにおいて、駆動回路は、計測温度を基準温度と比較し、温度差に依存して一方又は両方の発光体の駆動電流又は駆動電圧を制御して、発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与を実質的に一定に維持するように動作可能である。好ましくは、駆動回路は、赤色発光体の駆動電流を制御するように動作可能である。あるいはまた、駆動回路は、青色発光体の駆動電流を制御するように動作可能である。好都合には、駆動回路は、計測温度及び基準温度に対応する電圧を比較するように動作可能な電圧比較器を含む。
【００２１】
周知のように、ＬＥＤは、多くの場合、定電流源を使用して動かされ、本発明者らは、発光体の動作温度に関連するパラメータがＬＥＤの順方向駆動電圧であることを認識した。したがって、一つの態様において、駆動回路は、青色及び赤色発光体の少なくとも一つの順方向駆動電圧に依存して駆動電流を制御するように動作可能である。順方向駆動電圧を使用して駆動電流を制御する利点は、それが温度センサの必要性を除き、駆動回路をデバイスに対して遠くに配置することを可能にすることである。好ましい構成において、駆動回路は、青色及び赤色発光体の順方向駆動電圧の間の差に依存して駆動電流を制御するように動作可能である。そのような構成は、電圧比較器を使用して青色及び赤色発光体の順方向駆動電圧を比較し、青色及び／又は赤色発光体を駆動する制御可能電流源の電流を制御することによって具現化されることができる。
【００２２】
本発明がより良く理解されるよう、以下、添付図面を参照しながら本発明の高ＣＲＩ白色発光デバイス及び駆動回路を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】前記のような青色及び赤色発光ＬＥＤの発光光強度対動作温度のプロットである。
【図１ｂ】前記のような青色及び赤色ＬＥＤを含む公知の白色発光デバイスの発光光のＣＣＴ及びＣＲＩ対動作温度のプロットである。
【図２ａ】本発明の一実施形態の白色発光デバイスの平面図である。
【図２ｂ】図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図２ｃ】代替蛍光体構成を示す、図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図２ｄ】もう一つの代替蛍光体構成を示す、図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図２ｅ】離れた蛍光体構成を有する、図２ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図３ａ】本発明のもう一つの実施形態の白色発光デバイスの平面図である。
【図３ｂ】図３ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図４ａ】本発明のさらなる実施形態の白色発光デバイスの平面図である。
【図４ｂ】図４ａのデバイスをＡ−Ａから見た断面図である。
【図５ａ】温度依存性抵抗器と直列に接続されたＬＥＤの回路図である。
【図５ｂ】図５ａの回路に関して４０mA、１６０mA、３５０mA、４００mAの駆動電流の場合の順方向駆動電流の変化率（ΔｉF／ｉF）対温度依存性抵抗器抵抗値（ＲT）のプロットである。
【図５ｃ】図５ａの回路に関して４０mA、１６０mA、３５０mA、４００mAの駆動電流の場合の順方向駆動電流の変化率ΔｉF／ｉF対温度依存性抵抗器の抵抗値によって散逸されるパワーのプロットである。
【図５ｄ】図５ａの回路に関して４０mA、１６０mA、３５０mA、４００mAの駆動電流の場合の温度依存性抵抗器によって散逸されるパワーの割合対温度依存性抵抗器の抵抗値ＲTのプロットである。
【図５ｅ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｆ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｇ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｈ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｉ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｊ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電圧駆動回路である。
【図５ｋ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｌ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｍ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｎ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｏ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｐ】図２〜４のデバイスを作動させるための定電流駆動回路である。
【図５ｑ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｒ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｓ】青色及び赤色発光ＬＥＤの正規化ＬＥＤ順方向駆動電圧ＶF対動作温度のプロットである。
【図５ｔ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｕ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｖ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｗ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｘ】図２〜４のデバイスを作動させるための制御可能電流駆動回路である。
【図５ｙ】青色及び赤色発光ＬＥＤのＬＥＤ順方向駆動電圧の差ＶFB−ＶFR対動作温度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明の一実施形態では、４００nm〜４８０nm（青）の範囲に主波長を有する青色光を生成するように動作可能である少なくとも一つの青色半導体発光デバイス、青色発光体によって発光された青色光の一部分を吸収し、４９０nm〜５９０nm（青色がかった緑色〜オ色がかった黄色）の範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び６００nm〜７００nm（赤）の範囲に主波長を有する赤色光を生成するように動作可能である少なくとも一つの赤色半導体発光体を含む。白色に見えるデバイスの発光結果光は、青色及び赤色発光体によって生成された光と蛍光体材料によって生成された光との組み合わせを含む。一般的に、デバイスは、少なくとも８０のＣＲＩを有するように構成されている。デバイスはさらに、発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与（比）を実質的に一定に維持するために、青色及び／又は赤色発光体の動作温度に関連するパラメータに対応して赤色及び／又は青色発光体のパワー（順方向駆動電流、順方向駆動電圧又は両方の組み合わせ）を制御するように動作可能である駆動回路を含む。そのようなデバイスは、ＣＲＩ及びＣＣＴが実質的に一定である発光結果光を生成することができる。一般的に、ＣＲＩ及び／又はＣＣＴの変動は１０％未満である。発光体の駆動パワーを制御するために使用されるパラメータは発光体の動作温度を含むことができる。発光体が定電流構成において駆動される他の態様において、パラメータは、発光体の動作温度に関連する順方向駆動電圧を含むことができる。一般的に、駆動回路は、デバイスパッケージングに組み込まれることもできるし、デバイスとは別個に、たとえばデバイスを作動させるために使用される電源の一部として提供されることもできる。
【００２５】
発光デバイス
以下、添付図面の図２ａ〜２ｅ、３ａ、３ｂ、４ａ及び４ｂを参照しながら本発明の発光デバイスの例を説明する。本明細書を通じて、類似パーツを指すために、図の番号に起因する類似した参照番号が使用される。
【００２６】
以下、デバイスの平面図及びＡ−Ａから見た断面図をそれぞれ示す図２ａ及び２ｂを参照しながら本発明の一実施形態の白色発光デバイス２００を説明する。デバイス２００は、≒２７００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、≒７５０ルーメン（lm）の最小放射光束、１００lm／Wの最小光源効率及び８０の最小ＣＲＩを有する白色光を生成するように構成されている。
【００２７】
デバイス２００は、たとえば、内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる、２０１０年５月１６日出願の「Light Emitting Device」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／７８１，１９４号（Hwa SUら）に記載されているようなパッケージ２０２（図２ｂ）を含む。パッケージ２０２は、１cm四方の銅（Ｃｕ）基板２０４、回路層２０６及び正方形のセラミック（Ａｌ2Ｏ3）トップ２０８を順に含む層状構造を含む。セラミックトップ２０８は、トップ２０８が銅基板２０４にマウントされたとき浅い円形の凹み２１０を画定するような円形のスルーホールを含む。青色（４５０nm〜４８０nmの範囲、一般的には約４６５nmの主波長）発光ＬＥＤチップ２１２が、凹み２１０のフロアの中央に、銅基板２０４と直接熱的に連絡した状態でマウントされている。青色ＬＥＤチップ２１２は、たとえば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系モノリシックＬＥＤチップアレイ、たとえば台湾のEpistar Corporation（登録商標）製のＭＣ（マルチチップ）チップを含むことができる。そのようなＬＥＤマルチチップは一般的に、４５０nm、４６０nm又は４７０nmの主発光波長及び１５００W〜２０００mWの放射光束を有する。
【００２８】
デバイスはさらに、凹み２１０のフロア上、銅基板２０４と直接熱的に連絡した状態で青色ＬＥＤチップ２１２に隣接してマウントされた二つの赤色（６００nm〜７００nm）発光ＬＥＤチップ２１４を含む。赤色ＬＥＤチップ２１４は、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）系ＬＥＤチップ、たとえばEpistar Corporation（登録商標）のES-LASOPH42チップを含むことができる。そのようなＬＥＤチップは一般的に、６１５nmの主発光波長及び３５lm〜４５lmの放射光束を有する。
【００２９】
ＬＥＤチップ２１２、２１４はボンディングワイヤ２１６によって回路層２０６に電気的に接続されている。回路層２０６は、一つ以上の薄い電気絶縁層２０７上に細い銅トラックの配設を含むことができ、所望の回路構成においてＬＥＤを相互接続するように構成されている。
【００３０】
デバイス２００はさらに、その平坦なベース上に均一な厚さの蛍光体材料２２０の層を有するドーム形（ほぼ半球形）のレンズ２１８を含む。蛍光体又はフォトルミネッセンス材料２２０は、ＬＥＤチップ２１２によって発光される青色光の少なくとも一部分を吸収し、４９０nm〜５９０nm（青色がかった緑色〜オ色がかった黄色）の範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能である。
【００３１】
本発明のデバイスは、無機蛍光体材料、たとえば一般組成Ａ3Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）5又はＡ2Ｓｉ（Ｏ，Ｄ）4のシリケート系蛍光体との使用に特に適している（式中、Ｓｉはケイ素であり、Ｏは酸素であり、Ａは、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）又は硫黄（Ｓ）を含む）。シリケート系蛍光体の例は、それぞれの明細書及び図面が参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許ＵＳ７，５７５，６９７「Europium activated silicate-based green phosphor」（Intematix社に譲渡）、ＵＳ７，６０１，２７６「Two phase silicate-based yellow phosphor」（Intematix社に譲渡）、ＵＳ７，６５５，１５６「Silicate-based orange phosphor」（Intematix社に譲渡）及びＵＳ７，３１１，８５８「Silicate-based yellow-green phosphor」（Intematix社に譲渡）に開示されている。蛍光体はまた、本発明者らの同時係属特許出願ＵＳ２００６／０１５８０９０「Aluminate-based green phosphor」において教示されているようなアルミネート系材料、同時係属出願ＵＳ２００８／０１１１４７２「Aluminum-silicate orange-red phosphor」において教示されているようなケイ酸アルミニウム蛍光体又は２００９年１２月７日出願の本発明者らの同時係属中の米国特許出願１２／６３２，５５０において教示されているような窒化物系赤色蛍光体材料を含むこともできる。蛍光体材料は、本明細書に記載される例に限定されず、窒化物及び／又はスルフェート蛍光体材料、オキシ窒化物及びオキシスルフェート蛍光体又はガーネット材料（ＹＡＧ）をはじめとする任意の蛍光体材料を含むことができることが理解されよう。
【００３２】
粉末形態にある蛍光体材料２２０は、液体バインダ材料と既知の割合で徹底的に混合されて懸濁液を形成し、得られた蛍光体組成物が、たとえばスピンコーティング、スクリーン印刷、インクジェット、レタープレス、グラビア又はフレキソ印刷を使用してレンズ２１８の表面に被着される。液体バインダ材料は、ＵＶ又は熱硬化性液体ポリマー、たとえばＵＶ硬化性アクリル接着剤又はシリコーンを含むことができる。
【００３３】
動作中、白色に見える、デバイス２００によって発光された光は、青色ＬＥＤチップ２１２、赤色ＬＥＤチップ２１４によって発光された光と、蛍光体材料２２０によって生成された緑色／黄色光との組み合わせを含む。
【００３４】
あるいはまた、図２ｃに示すように、蛍光体材料２２０は、光透過性ポリマー材料、たとえば光学等級シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）から作製されるレンズ２１８に組み込まれることもできる。完成品レンズ２１８において、蛍光体材料はレンズの体積全体に均一に分散している。
【００３５】
もう一つの態様において、レンズ２１８は、ドーム形（ほぼ半球形）のシェルを含むことができ、蛍光体材料２２０は、一つ以上の均一な厚さの層としてレンズの内側曲面に被着することができる（図２ｄ）。
【００３６】
さらに、図２ｅに示すように、ＬＥＤによって生成された熱の蛍光体材料への伝達を減らすために、蛍光体材料を、デバイス２００に対して遠くに、光学部品、たとえば蛍光体材料２２０の一つ以上の層を含む光透過性窓２２１の形態で提供することが考えられる。あるいはまた、蛍光体材料は光透過性窓２２１に配合されることもできる。蛍光体材料２２０を含む窓２２１は、一般的には少なくとも５mmである長さＬのエアギャップによってデバイス２００から物理的に切り離されて、蛍光体材料の十分な熱分離を提供する。窓をデバイスに対して遠くに配置することは、多数の利点、すなわち蛍光体材料の熱劣化の減少を提供する。さらに、蛍光体材料がＬＥＤの発光面の近くに、又はそれと直に接触する状態で提供されているデバイスと比べて、蛍光体材料をデバイスに対して遠くに提供することは、デバイスによる後方散乱光の吸収を減らす。さらに、蛍光体材料を遠くに配置することは、蛍光体をＬＥＤチップの発光面に直に提供する場合に比べ、蛍光体材料がずっと大きな面積上に提供されるため、より一貫した色及び／又はＣＣＴの光の生成を可能にする。窓２２１は、光透過性ポリマー材料、たとえば光学等級シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）又はガラス、たとえば溶融石英もしくはホウケイ酸塩ガラス、たとえばPyrex（登録商標）（Pyrex（登録商標）はCorning社のブランド名である）から作製される。一般的に、窓２２１及びデバイス２００は照明器具又は照明モジュールに組み込まれることができる。
【００３７】
以下、デバイスの平面図及びＡ−Ａ線から見た断面図をそれぞれ示す図３ａ及び３ｂを参照しながら本発明のもう一つの実施形態の白色発光デバイス３００を説明する。デバイス３００は、≒２７００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、≒７５０lmの最小放射光束、１００lm／Wの最小光源効率及び８０の最小ＣＲＩを有する白色光を生成するように構成されている。
【００３８】
デバイス３００は、四つの低めのパワーの赤色（６００nm〜７００nm）発光ＬＥＤチップ３１４を含むことを除き、図２ａ及び２ｂの態様と実質的に同一である。ＬＥＤチップ３１４は、凹み３１０のフロア上、銅基板３０４と直接熱的に連絡した状態で青色ＬＥＤチップアレイ３１２の周囲にマウントされている。この実施形態において、赤色ＬＥＤチップ３１４は、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）系ＬＥＤチップ、たとえばEpstar Corporation（登録商標）のES-LASOPH28チップを含むことができる。そのようなＬＥＤチップは一般的に、６１５nmの主発光波長及び２５lm〜３０lmの放射光束を有する。図示する実施形態において、レンズ３１８は、凹み３１０を蛍光体／ポリマー混合物で埋めることにより、その場でパッケージ３０２上に形成（成形）される。
【００３９】
以下、デバイスの平面図及びＡ−Ａ線から見た断面図をそれぞれ示す図４ａ及び４ｂを参照しながら本発明の第三の実施形態の白色発光デバイス４００を説明する。デバイス４００は、≒２７００Kの相関色温度（ＣＣＴ）、≒７５０lmの最小放射光束、１００lm／Wの最小光源効率及び８０の最小ＣＲＩを有する白色光を生成するように構成されている。
【００４０】
デバイス４００は、たとえば、内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる同時係属中の米国特許出願公開公報第２００９／０２９４７８０号（２００８年５月２７日出願）に記載されているようなＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）パッケージ４０２を含む。図示する実施形態において、パッケージ４０２は、２５（５行×５列）の円形凹み４１０の正方形アレイを有する正方形の多層セラミックパッケージである。各凹み４１０がそれぞれのＬＥＤチップを収容するように構成されている。
【００４１】
パッケージ４０２は、銀（Ａｇ）で構成された一つ以上の回路層４０６を含む１４mm四方のセラミックボディ４０８を含む。各凹み４１０のフロアには銀製マウンティングパッド４２２が設けられている。図示するように、パッケージの下面は熱伝導性ベース４２４を含むことができる。一般的に、マウンティングパッド４２２は、熱伝導性バイア４２６によってベースと熱的に連絡した状態で接続される。２０の青色（４５０nm〜４８０nm）発光ＬＥＤチップ４１２が、それぞれの凹み４１０のフロア上、銀製マウンティングパッド４２２と直接熱的に連絡した状態でマウントされている。青色ＬＥＤ４１２は、たとえば、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）系チップ、たとえばEpstar Corporation（登録商標）のES-CABLV24B H9チップを含むことができる。そのようなＬＥＤマルチチップは一般的に、４５０nm、４６０nm又は４７０nmの主発光波長及び９５mW〜１１０mWの放射光束を有する。
【００４２】
デバイスはさらに、それぞれの凹み４１０内に銀製マウンティングパッド４２２と直接熱的に連絡した状態でマウントされた五つの赤色（６００nm〜７００nm）発光ＬＥＤチップ４１４を含む。赤色ＬＥＤ４１４は、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ（リン化アルミニウムガリウムインジウム）系ＬＥＤチップ、たとえばEpstar Corporation（登録商標）のES-LASOPH24を含むことができる。そのようなＬＥＤチップは一般的に、６１５nmの主発光波長及び１０lm〜１７lmの放射光束を有する。図示するように、五つの赤色ＬＥＤチップ４１４は、アレイの中心位置及び中心の凹みを包囲する正方形（３行×３列）の四角それぞれに位置した凹み４１０の中に位置している。
【００４３】
ＬＥＤチップ４１２、４１４は回路層４０６によって電気的に接続されている。
【００４４】
駆動回路
以下、図５ａ〜５ｙを参照しながら本発明のデバイスを作動させるための例示的駆動回路を説明する。各駆動回路は、デバイスの動作温度範囲にわたってデバイスの発光結果光における赤色対青色光の比の変動を最小化するために、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの少なくとも一つ動作温度Ｔに関連するパラメータに対応して、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの少なくとも一つの駆動パワーを制御するように動作可能である。駆動回路は、その複雑さに依存して、デバイスパッケージ内に収容されることもできるし、デバイスを作動させるために使用される電源の一部として組み込まれることもできる。
【００４５】
記載されるように、ＬＥＤチップの駆動構成に依存して、駆動パワーは、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉF、順方向駆動電圧ＶF、又は、両方の組み合わせを制御することによって制御することができる。初期試験は、適切な回路構成を用いると、本発明の発光デバイスが、５０℃の動作温度の変化（ΔＴ＝５０℃）の場合でＣＲＩ及びＣＣＴが１０％未満又は５％未満の変動しか有しない発光結果光を生成することができることを示す。記載される実施形態において、ＬＥＤチップ駆動電流を制御するために使用されるパラメータは、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度又はＬＥＤチップ動作温度に関連するＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFを含むことができる。
【００４６】
周知のように、ＬＥＤは、定電圧又は定電流構成において駆動されることができる。まず、本質的に定電圧構成である駆動回路を説明する。
【００４７】
定電圧駆動回路
ＬＥＤチップが定駆動電圧Ｖによって駆動される駆動回路においては、ＬＥＤの順方向駆動電流ｉF及び／又は駆動電圧ＶFを制御して、デバイスの動作温度範囲にわたってデバイスの発光結果光における赤色対青色光の比の変動を最小化することができる。そのような回路構成においては、一方又は両方のＬＥＤチップの温度を使用してＬＥＤチップの順方向駆動電流及び／又は電圧を制御することができ、温度は、温度依存性抵抗器（サーミスタ）を使用して好都合に感知される。図５ａは、定電圧源Ｖにより駆動される温度依存性抵抗器ＲTと直列に接続されたＬＥＤを示す。そのような回路の場合、ＬＥＤの順方向駆動電圧ＶFは以下の関係式：
ＶF＝Ｖ−ＶRT＝Ｖ−ｉFＲT
によって求められる。
【００４８】
式中、Ｖは定駆動電圧であり、ＶRTは温度依存性抵抗器をはさんでの電圧降下であり、ＲTは温度依存性抵抗器の抵抗値である。周知のように、温度依存性抵抗器の抵抗値は以下：
ＲT＝Ｒ0（１＋Ｋ（Ｔ−Ｔ0））
によって求められる。
【００４９】
式中、Ｔは温度であり、Ｋは温度依存性抵抗器の温度係数である。ＬＥＤの実効抵抗値（ＶF／ｉF）は温度の非線形関数であり、温度の上昇とともに減少する。その結果、負の温度係数（ＮＴＣ、すなわち、温度上昇とともに電気抵抗値が減少する）を有する温度依存性抵抗器と直列に接続されたＬＥＤの場合、温度上昇とともに全抵抗値（ＲT＋ＶF／ｉF）が減少する。ＬＥＤは定電圧源Ｖにより駆動されるため、温度上昇とともに順方向駆動電流ｉFは増大する。そのような回路構成の場合、ＬＥＤの順方向駆動電流ｉF及び順方向駆動電圧ＶFは、温度とともに以下の関係式：
【数１】
にしたがって変化する。
【００５０】
式中、
【数２】
は、温度とともに起こる順方向駆動電圧の変化であり、
【数３】
は、順方向駆動電流とともに起こるＬＥＤ順方向駆動電圧の変化である。
【数４】
及び
【数５】
の値は、定電圧源（すなわち、サーミスタなしの）により駆動されるＬＥＤの、計測された、順方向駆動電圧ＶF対温度Ｔ、及び、順方向駆動電圧ＶF対順方向駆動電流ｉFの特性から経験的に決定することができる。その結果、異なる温度における順方向駆動電流ｉFの変化を計算することができる。図５ｂは、４０mA、１６０mA、３５０mA及び４００mAの駆動電流ｉFの場合の動作温度範囲２５℃〜７５℃（ΔＴ＝５０℃）にわたっての順方向駆動電流の変化率（ΔｉF／ｉF）対サーミスタ抵抗値ＲTのプロットである。図５ｂにおいて、ＬＥＤは、３５０mAの標準電流定格を有するEpstar Corporation（登録商標）ES-LASOPH42赤色ＬＥＤチップであり、サーミスタは２５℃で１０Ωの抵抗値及びＮＴＣ（負の温度係数）Ｋ＝−０．００３８／℃を有する。図５ｂから見てとれるように、５０℃の温度変動（ΔＴ＝５０℃）にわたっての順方向駆動電流の変化率ΔｉF／ｉFはサーミスタ抵抗値ＲT及びＬＥＤの順方向電流の関数である。抵抗値ＲT≧１０Ωのサーミスタの場合、温度変動ΔＴ＝５０℃にわたって≒１６％の電流変化（調節）を達成することができる。
【００５１】
図５ｃ及び５ｄに示すように、より高い抵抗値のサーミスタは、順方向電流をより多くの量だけ調節する能力を有するが、全パワーのより多くの割合を散逸（消費）する。たとえば、２５℃では、３５０mA又は４００mAの順方向駆動電流で駆動されるＬＥＤの場合、全パワーの約６５％がサーミスタによって散逸される。その結果、これら二つの効果（電流調節の量対サーミスタパワー消費）の間でバランスをとらなければならない。たとえば、ＬＥＤチップが、５Ω（２５℃で）サーミスタを使用して４０mAの駆動電流で駆動されるならば、全パワーの最大１０％がサーミスタによって散逸され、電流ｉFは１５％まで調節することができる。１６０mAの駆動電流で駆動され、２．２Ωサーミスタによって駆動されるＬＥＤの場合、全パワーの最大１５％がサーミスタによって消費され、電流ｉFは１３％まで調節することができる。１．１Ωサーミスタを使用して３５０mAの駆動電流の場合、サーミスタは全パワーの１５％までを散逸し、電流ｉFは１１％まで調節することができる。サーミスタの抵抗値及びその温度係数は、ＬＥＤチップのタイプ、ＬＥＤチップの温度特性及びＬＥＤチップの相互接続（直列、並列又はそれらの組み合わせ）にしたがって選択されるということが理解されよう。好ましい解決手段において、ＲTの値は、サーミスタが全パワーの１５％未満しか散逸せず、それでもなお、＞１０％の電流調節（補償）が提供されるように選択される。
【００５２】
図５ｅは、デバイス５００の赤色ＬＥＤチップ５１４がＮＴＣサーミスタ５３２と直列に接続され、定電圧源ＶRから動かされるが、青色ＬＥＤチップ５１２は定電圧源ＶBから直接駆動される第一の駆動回路５３０である。上記のように、サーミスタ５３２の抵抗値は温度に依存し、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度に依存して赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRを制御するように動作可能である。たとえば、発光デバイス２００、３００（図２及び３）において、サーミスタ５３２は、パッケージの凹み２１０、３１０の中に、銅基板２０４、３０４と熱的に連絡した状態でマウントされることができる。そのような態様において、サーミスタ５３２は、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度に関連する基板の温度Ｔを感知する。発光デバイス４００（図４）において、サーミスタ５３２は、青色又は赤色ＬＥＤチップに対応する銀製マウンティングパッド４２２と熱的に連絡した状態でマウントされることもできるし、熱伝導性ベース４２４と熱的に連絡した状態でマウントされることもできる。
【００５３】
上記のように、動作温度の上昇とともに、赤色発光ＬＥＤによって発光される光の強度は一般的に、青色発光ＬＥＤによって発光される光の強度よりもずっと速く低下する（図１ａ）。図５ｅの回路構成において、サーミスタ５３２は負の温度係数を有し、サーミスタの抵抗値及び温度係数は、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３２の抵抗値は減少して、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの増大を生じさせる。順方向駆動電流ｉFRの変化は赤色ＬＥＤチップの発光強度の増大を生じさせる。回路５３０は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色対青色の寄与の比の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。理想的には、回路は、発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与を動作温度範囲にわたって一定に維持するように構成されるであろう。デバイスの動作温度範囲にわたって、発光結果光における赤色及び青色光寄与の比を一定に維持するのに十分なほどＬＥＤの電流を制御することは現実的とはいえないため、実際には、回路は、動作温度範囲の相対的寄与の変動が選択値未満、２０％以下、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、理想的には１％以下であることを保証するように構成される。回路は、温度上昇に伴う青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を補償しないため、より高い動作温度においてはデバイスの全発光強度はより低くなる。
【００５４】
図５ｆに示す代替駆動回路５３４において、サーミスタ５３６は、青色ＬＥＤチップ５１２と直列に接続され、定電圧源ＶBから動かされることができるが、赤色ＬＥＤチップは定電圧源ＶRにより駆動されることができる。サーミスタ５３６は、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能である。回路構成５３４において、サーミスタ５３６は、好ましくは、正の温度係数を有し（すなわち、温度上昇とともに電気抵抗値が増大する）、サーミスタは、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３６の抵抗値ＲTが増大して、全抵抗値（ＲT＋ＶF／ｉF）の増大及び青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの減少が生じる。順方向駆動電流の減少は青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。回路５３４は、デバイスの動作温度範囲にわたって赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比（相対的寄与）の変動が選択値未満になり、それによってデバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。しかし、ＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動は最小化されるが、回路は赤色ＬＥＤチップの発光強度の低下を補償しないため、動作温度の上昇とともにデバイスの全発光強度が低下するということが理解されよう。
【００５５】
図５ｇは、それぞれのサーミスタ５３２、５３６が赤色及び青色ＬＥＤチップと直列に接続され、赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流を独立して制御するために使用される駆動回路５３８を示す。駆動回路５３８は、回路５３０（図５ｅ）及び５３４（図５ｆ）の組み合わせである。各サーミスタ５３２、５３６は、それぞれのＬＥＤチップ群の動作温度を感知するように動作可能であることもできるし、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能であることもできる。
【００５６】
駆動回路５３８の一つの態様において、サーミスタ５３２はＮＴＣデバイスであり、サーミスタ５３６はＰＴＣデバイスである。このような構成を用いると、動作温度の上昇は赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRの増大及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流の変化の正味の効果は、赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比の変化を減らし、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らす。ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定のままであるが、青色ＬＥＤチップから発光の減少のせいで全発光強度は低下する。上記（図５ａ）のように、初期の結果は、直列に接続されたサーミスタが、温度範囲２５℃〜７５℃（ΔＴ＝５０℃）で約１５％〜２０％の順方向駆動電流の最大変化を可能にすることを示す。この温度範囲にわたり、赤色ＬＥＤの発光強度は４０％低下するが、青色ＬＥＤチップの発光強度は約５％しか低下せず（図１ａ）、これは、約４７％の赤色対青色光の比の変動に等しい。温度上昇とともに青色ＬＥＤチップの発光強度を低下させ、赤色ＬＥＤチップの発光強度を増大させるように回路を構成することにより、所与の動作温度範囲にわたって駆動電流の全最大変化を増大させることができる。たとえば、そのような構成は、２５℃〜７５℃の動作温度範囲にわたって約３０％〜４０％の全最大駆動変化が可能であり、それにより、赤色対青色光の比の変動を約７％の変動にまで最小化することを可能にすると考えられる。
【００５７】
駆動回路５３８の代替態様においては、両方のサーミスタ５３２、５３６がＮＴＣデバイスであることができ、それぞれのＬＥＤ発光／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。そのような構成を用いると、動作温度の上昇は、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤチップ両方の順方向駆動電流の増大を生じさせる。そのような回路構成は発光強度の変化をさらに減らすことができるが、同じ動作温度範囲にわたってＣＲＩ及びＣＣＴの変動はより大きくなることがある。
【００５８】
図５ｈは、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRがＬＥＤチップ温度に依存して制御され、青色ＬＥＤチップ５１２が定電圧源により駆動されるさらなる駆動回路５４０を示す。この構成５４０において、赤色ＬＥＤチップ５１４は抵抗値ＲTPのＰＴＣサーミスタ５４２と並列に接続され、その並列の組み合わせが抵抗値ＲTSのＮＴＣサーミスタ５３２と直列に接続され、定電圧源ＶRから動かされる。青色ＬＥＤチップ５１２は定電圧源ＶBから直接駆動される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３２の抵抗値が減少し、サーミスタ５４２の抵抗値が増大して、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの増大を生じさせる。順方向駆動電流は以下の関係式：
【数６】
によって求められる。
【００５９】
式中、ＶFRは赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧であり、ＲTSはサーミスタ５３２の抵抗値であり、関係式ＲTS＝Ｒ0S（１＋Ｋs（Ｔ−Ｔ0））によって求められ、ＲTPはサーミスタ５４２の抵抗値であり、関係式ＲTP＝Ｒ0P（１＋ＫP（Ｔ−Ｔ0））によって求められる。温度に伴う順方向駆動電流ｉFRの変化は以下の関係式：
【数７】
によって求められる。
【００６０】
サーミスタ５３２、５４２が全パワーのあまりに多くを消費しない（好ましくは≦１５％）ことを保証するため、
ＲTS＜＜ＶFR／ｉFR＜＜ＲTPであり、
Ｒ0S／ＲTS≒Ｒ0P／ＲTPであり、
【数８】
であり、この式は以下：
【数９】
のように簡約することができる。
【００６１】
順方向駆動電流ｉFRの変化（増大）は赤色ＬＥＤチップ５１４の発光強度の増大を生じさせる。回路５４０は、動作温度範囲にわたって赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比（相対的寄与）の変動が選択範囲内であることを保証して、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。二つのサーミスタ５３２、５４２の使用は、所与の温度変化の場合に順方向駆動電流のより大きな変化を可能にする。
【００６２】
図５ｉに示す代替駆動回路５４４において、青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBはＬＥＤチップ温度に依存して制御され、赤色ＬＥＤチップ５１４は定電圧源により駆動される。この回路構成５４４において、青色ＬＥＤチップ５１２はＮＴＣサーミスタ５４６（抵抗値ＲTP）と並列に接続され、その並列の組み合わせがＰＴＣサーミスタ５３６（抵抗値ＲTS）と直列に接続され、定電圧源ＶBから動かされる。赤色ＬＥＤチップ５１４は定電圧源ＶRから直接駆動される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３６の抵抗値が増大し、サーミスタ５４６の抵抗値が減少して、青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流ｉFBの減少は青色ＬＥＤチップ５１２の発光強度の低下を生じさせる。回路５４４は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光の相対的寄与を実質的に一定に維持し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。回路構成５３４（図５ｆ）と同様に、ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定のままであるが、全発光強度は温度上昇とともに低下する。
【００６３】
図５ｊは、赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFR、ｉFBがＬＥＤチップ温度に依存して独立して制御される駆動回路５４８を示す。回路５４８は、赤色及び青色ＬＥＤチップそれぞれがそれぞれのサーミスタ５４２、５４６と並列に接続され、その並列の組み合わせがそれぞれのサーミスタ５３２、５３６と直列に接続されている駆動回路５４０（図５ｈ）及び５４４（図５ｉ）の組み合わせである。サーミスタ５３２、５４２及び５３６、５４６の各対は、それぞれのＬＥＤチップ群の動作温度を感知するように動作可能であることもできるし、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能であることもできる。
【００６４】
一つの駆動回路５４８構成において、サーミスタ５３２、５４６はＮＴＣデバイスであることができ、サーミスタ５３６、５４２はＰＴＣデバイスであることができる。そのような構成を用いると、動作温度の上昇は、赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRの増大及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流ｉFR、ｉFBの変化の正味の効果は、赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の比の変動を減らし、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らす。ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定にとどまることができるが、青色ＬＥＤチップからの発光の減少のせいで全発光強度は低下する。サーミスタは、赤色及び青色ＬＥＤチップの発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択されることができる。
【００６５】
さらなる駆動回路５４８構成において、サーミスタ５３２、５３６はＮＴＣデバイスであることができ、サーミスタ５４２、５４６はＰＴＣデバイスであることができる。そのような構成を用いると、動作温度の上昇は、赤色及び青色ＬＥＤチップ５１４、５１２両方の順方向駆動電流ｉFR、ｉFBの増大を生じさせる。サーミスタは、それぞれのＬＥＤの発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択されることができる。
【００６６】
定電流駆動回路
多くの場合、一定の発光強度を維持するためには、定電流構成においてＬＥＤを駆動することが好ましい。図５ｋ〜５ｐは、定電流源により駆動される様々な駆動回路構成を示す。
【００６７】
図５ｋに示すような第一のそのような駆動回路５５０において、赤色ＬＥＤチップ５１４はＰＴＣ（正の温度係数）サーミスタ５３２と並列に接続され、定電流源５５２の電流ＩRから動かされるが、青色ＬＥＤチップ５１２は定電流源５５４の電流ＩBから直接駆動される。並列のサーミスタ／ＬＥＤ５３２／５１４構成は、動作中、温度の上昇がサーミスタの抵抗値を増大させ、それが、赤色ＬＥＤチップを含むアームを通過して流れる電流ＩRのより高い割合及び赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRの増大を生じさせるような電流分割器として働く。赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFRが一定であると仮定すると、順方向駆動電流は以下の関係式：
【数１０】
によって求められる。
【００６８】
式中、ＲTはサーミスタ５３２の抵抗値であり、関係式ＲT＝Ｒ0（１＋Ｋ（Ｔ−Ｔ0））によって求められる。温度とともに起こる順方向駆動電流ｉFRの変化は以下の関係式：
【数１１】
によって求められる。
【００６９】
図５ｋの駆動回路構成５５０において、サーミスタ５３２は、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される抵抗値及び温度係数を有する。回路５５０は、動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光の比（相対的寄与）の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。
【００７０】
図５ｌに示すように、代替駆動回路５５６において、青色ＬＥＤチップ５１２はＮＴＣサーミスタ５３６と並列に接続され、定電流源５５４ ＩBから動かされるが、赤色ＬＥＤチップ５１４は定電流源５５２ IRから直接駆動される。動作中、温度の上昇がサーミスタ５３６の抵抗値を減少させ、それが、青色ＬＥＤチップを含むアームを通過して流れる電流ＩBのより低い割合及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBの減少を生じさせる。順方向駆動電流の減少は青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。サーミスタ５３２は、赤色及び青色ＬＥＤ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択された抵抗値及び温度係数を有する。回路５５６は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光の比の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。ＣＣＴ及び／又はＣＲＩは実質的に一定のままであるが、青色ＬＥＤチップの発光強度の低下のせいでデバイスの全発光強度は低下するということが理解されよう。
【００７１】
図５ｍは、それぞれのサーミスタ５３２、５３６が赤色及び青色ＬＥＤチップと並列に接続され、赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFR、ｉFBを独立して制御するために使用される駆動回路５５８を示す。駆動回路５５８は、回路５５０（図５ｋ）及び５５６（図５ｌ）の組み合わせである。一つのそのような回路構成において、サーミスタ５３２はＰＴＣデバイスであり、サーミスタ５３６はＮＴＣデバイスである。代替構成において、両方のサーミスタ５３２、５３６はＰＴＣデバイスであり、それぞれのＬＥＤ発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。
【００７２】
図５ｎは、青色ＬＥＤチップ５１２及び赤色ＬＥＤチップが並列に接続され、一つの定電流源５６２から動かされる駆動回路５６０である。サーミスタ５３２が、赤色ＬＥＤチップ５１４を含む回路のアームに直列に接続され、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度に依存して赤色及び青色ＬＥＤチップの相対的駆動電流を制御するように動作可能である。図５ｎの回路構成において、サーミスタ５３２は負の温度係数を有し、赤色及び青色ＬＥＤチップ発光強度／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３２の抵抗値が減少して、赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの増大及び青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの対応する減少を生じさせる。順方向駆動電流の相対的変化は、赤色ＬＥＤチップの発光強度の増大及び青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。回路５６０は、赤色及び青色チップからの発光の相対的寄与（比）の変動を最小化し、それにより、デバイス５００によって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。
【００７３】
図５ｏに示すように、代替駆動回路５６４において、サーミスタ５３６は、青色ＬＥＤチップ５１２を含む回路のアームに接続することができる。サーミスタ５３６は、赤色及び／又は青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能である。回路構成５６４において、サーミスタ５３６は正の温度係数を有し、赤色及び青色ＬＥＤ発光／温度特性の間の差に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。動作中、ＬＥＤチップ５１２、５１４の温度が上昇すると、サーミスタ５３６の抵抗値が増大して、青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBの減少及び赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRの対応する増大を生じさせる。順方向駆動電流の変化は、赤色ＬＥＤチップの発光強度の増大及び青色ＬＥＤチップの発光強度の低下を生じさせる。回路５６４は、デバイスの動作温度範囲にわたって発光結果光における赤色及び青色光寄与の相対的寄与の変動を最小化し、それにより、デバイスによって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすように構成されている。
【００７４】
図５ｐは、それぞれのサーミスタ５３２、５３６が、赤色及び青色ＬＥＤチップ５１４、５１２の順方向電流ｉFR、ｉFBを制御するために使用される駆動回路５６６を示す。各サーミスタ５３２、５３６は、それぞれＬＥＤチップ群の動作温度を感知するように動作可能であることもできるし、赤色及び青色ＬＥＤチップの動作温度を計測するように動作可能であることもできる。そのような回路構成５６６において、サーミスタ５３２はＮＴＣデバイスであり、サーミスタ５３６はＰＴＣデバイスである。もう一つの回路構成５６６においては、両方のサーミスタ５３２、５３６がＮＴＣデバイスであり、それぞれのＬＥＤ発光強度／温度特性に関連する抵抗値／温度特性を有するように選択される。
【００７５】
制御可能電流駆動回路
図５ｑ、５ｒ及び５ｔ〜５ｘは、制御可能電流源に基づく様々な駆動回路を示す。図５ｑは、青色ＬＥＤチップ５１２が定電流源５５４から直接駆動され、赤色ＬＥＤチップ５１４が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が制御可能である制御可能電流源５７０により駆動される駆動回路５６８を示す。サーミスタ５３６が一つ以上の抵抗器５７２と直列に接続されて、サーミスタ５３６の温度Ｔに関連する電圧ＶTを発生させるために分圧構造を形成している。図５ｑに示すように、サーミスタ５３６は接地され、温度上昇とともに電圧ＶTが上昇するようなＰＴＣデバイスである。電圧ＶTは、電圧比較器５７４又は同様なデバイスを使用して基準電圧ＶTREFと比較される。一般的に、基準電圧ＶTREFは、ＬＥＤチップの正常な動作温度を表すように選択される。比較器５７４は、電圧ＶT及びＶTREFの間の差に関連し、ひいては実際の動作温度と正常な動作温度との差に関連する出力電圧ＶCTRLを生成する。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５７０及び赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRを制御するために使用される。温度とともに起こる赤色ＬＥＤチップ５１４の発光強度の変動は青色ＬＥＤチップ５１２のそれよりも大きいため、デバイスのＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を最小化するためには赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流を制御するだけでよい。しかし、他の回路構成においては、代わりに青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFBを制御すること、又は赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電流を独立して制御することが考えられる。後者の場合、サーミスタ５３２、５３６は、ＬＥＤチップのそれぞれの色の温度を計測する、又は赤色及び青色ＬＥＤチップの温度を計測するように構成されることができる。
【００７６】
図５ｒに示すさらなる駆動回路５７６においては、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器５７８を使用して、ＬＥＤチップの動作温度に対応する電圧ＶTをデジタル値に変換することができ、そのデジタル値を制御装置５８０が使用して制御可能電流源５７０を制御することができる。回路５７６はさらに、デバイス５００によって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を最小化するのに適切な順方向駆動電流を決定するために制御装置５８０がアクセスすることができるルックアップ表５８２を含むことができる。この構成は、ＬＥＤ発光強度／温度特性の非線形性を考慮することができる値を含むルックアップ表を使用するため、駆動回路５７６は、デバイスの発光結果光の潜在的に非常に正確な制御を提供する。
【００７７】
これまで説明した駆動回路５３０、５３４、５３８、５４０、５４４、５４８、５５０、５５６、５５８、５６０、５６４、５６６、５６８及び５７６のそれぞれにおいて、ＬＥＤチップの動作温度Ｔは、感温抵抗性デバイス（サーミスタ）を使用して計測されてきた。ＬＥＤが定電流構成において動かされるとき、順方向駆動電圧ＶFはＬＥＤの動作温度に関連し（図５ｓ）、本発明者らは、ＬＥＤ順方向駆動電圧ＶFをＬＥＤ動作温度の指標として使用してＬＥＤの動作を制御することができることを認識した。図５ｔ〜５ｘの回路構成５８４、５８６、５９２、５９４及び５９８は、そのようなやり方で作動し、ＬＥＤチップ温度を計測する必要を除く。順方向駆動電圧をＬＥＤ温度の指標として使用するさらなる利点は、制御回路のすべてを発光デバイスから離して配置することができることである。
【００７８】
図５ｔの駆動回路５８４において、青色ＬＥＤチップ５１２は定電流源５５４により駆動され、赤色ＬＥＤチップ５１４は、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFRに依存して制御可能である制御可能電流源５７０により駆動される。順方向駆動電圧ＶFRは、電圧比較器５７４又は同様なデバイスを使用して基準電圧ＶVREFRと比較される。一般的に、基準電圧ＶVREFRは、ＬＥＤチップの正常な動作温度における順方向駆動電圧を表すように選択される。比較器５７４は、電圧ＶFR及びＶVREFRの間の差に関連し、ひいては実際の動作温度と正常な動作温度との差に関連する出力電圧ＶCTRLを生成する。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５７０及び赤色ＬＥＤチップ５１４の順方向駆動電流ｉFRを制御するために使用される。
【００７９】
図５ｕは、赤色ＬＥＤチップ５１４が定電流源５５２により駆動され、青色ＬＥＤチップ５１２が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が青色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFBに依存して制御可能である制御可能電流源５８８により駆動される駆動回路５８６を示す。順方向駆動電圧ＶFBは、電圧比較器５９０又は同様なデバイスを使用して基準電圧ＶVREFBと比較される。一般的に、基準電圧ＶVREFBは、ＬＥＤチップの正常な動作温度における順方向駆動電圧を表すように選択される。比較器５９０は、電圧ＶFB及びＶVREFBの間の差に関連し、ひいては実際の動作温度と正常な動作温度との差に関連する出力電圧ＶCTRLを生成する。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５８８及び青色ＬＥＤチップ５１２の順方向駆動電流ｉFBを制御するために使用される。
【００８０】
図５ｖは、赤色及び青色ＬＥＤチップ５１２、５１４が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流が赤色及び青色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFR、ＶFBに依存して制御可能であるそれぞれの制御可能電流源５７０、５８８により駆動される駆動回路５９２を示す。駆動回路５９２は駆動回路５８４（図５ｔ）及び５８６（図５ｕ）の組み合わせであり、同様なやり方で作動する。
【００８１】
図５ｗは、青色ＬＥＤチップ５１２が定電流源５５４により駆動され、赤色ＬＥＤチップ５１４が、ＬＥＤチップ動作温度の変化を補償するために電流がＬＥＤチップ５１２、５１４の順方向駆動電圧の差ＶFB−ＶFRに依存して制御可能である制御可能電流源５７０により駆動される駆動回路５９４を示す。赤色及び青色チップの順方向駆動電圧ＶFR、ＶFBは、順方向駆動電圧の間の差ＶCTRL＝ＶFB−ＶFRに関連し、ひいては青色ＬＥＤチップの発光強度と比較された赤色ＬＥＤチップの発光強度の相対的低下（すなわち発光強度の比の変化）に関連する出力電圧を生成する電圧比較器５９６又は同様なデバイスによって比較される。
【００８２】
図５ｘは、電流源を制御するために使用される順方向駆動電圧ＶFB及びＶFRがデバイスの正常な動作温度Ｔnにおいて等しくなるように正規化されるように構成されていることを除き、駆動回路５９４に類似している駆動回路５９８である。抵抗器Ｒ１ ６００及びＲ２ ６０２を含む分圧器構成は、通常の動作温度Ｔnにおいて、青色ＬＥＤチップの正規化順方向駆動電圧ＶFBNが赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電圧ＶFRに等しくなり、以下の関係式：
【数１２】
によって求められるように構成されている。
【００８３】
このような回路構成は、制御電圧ＶCTRL＝ＶFBN−ＶFRが正常な動作温度Ｔnにおいてゼロであることを保証する。図５ｙは、制御電圧ＶFBN−ＶFR対ＬＥＤ動作温度のプロットである。制御電圧ＶCTRLは、制御可能電流源５７０及び赤色ＬＥＤチップの順方向駆動電流ｉFRを制御して、それにより、赤色及び青色ＬＥＤチップからの発光の相対的寄与を実質的に一定に維持して、それにより、デバイス５００によって発光される光のＣＣＴ及び／又はＣＲＩの変動を減らすために使用される。
【００８４】
図５ｅ〜５ｇ、５ｋ〜５ｒ及び５ｔ〜５ｘの駆動回路それぞれにおいて、発光デバイス５００は破線の囲みによって示され、少なくとも一つの青色ＬＥＤチップ５１２及び少なくとも一つの赤色ＬＥＤチップ５１４を含む。本発明の発光デバイスは、前記駆動回路の一部又は全部を含むということが考えられる。そのうえ、前記駆動回路は単に例示的であり、本発明を具現化する他の回路構成が当業者には明らかになるということが理解されよう。
【００８５】
本発明の発光デバイス及び駆動回路は単に例示的であり、前記特定の実施形態には限定されず、本発明の範囲内である変更を加えることができる。たとえば、本発明のデバイスは、青色又はＵＶ光を発光する他のＬＥＤ、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のＬＥＤチップを含むことができる。
【００８６】
また、蛍光体材料をレンズに配合する代わりとして、蛍光体材料を一つ以上の層の形態でレンズの面、一般的には平面に提供することが考えられる。そのような態様においては、一般的には粉末形態にある蛍光体材料が、バインダ材料、たとえばNAZDARのクリアスクリーンインク９７００と混合され、その混合物がレンズの表面にスクリーン印刷されて均一な厚さの層を形成する。蛍光体は、他の被着方法、たとえば吹き付け、インクジェット印刷によって、又は粉末状の蛍光体を光透過性バインダ材料、たとえばエポキシ又はシリコーンと混合し、その蛍光体／ポリマー混合物をドクターブレーディング、スピンコーティングなどによって塗布することによって適用することもできるということが理解されよう。蛍光体材料を保護するために、レンズは、好ましくは、蛍光体層が凹みに対面する状態でマウントされる。一般的に、被着材料中の光透過性バインダに対する蛍光体材料の配合量は１０％〜３０％であるが、所望の発光結果光及びパッケージ設計に依存して１％〜９９％の範囲であることができる。単位面積あたり十分な密度、たとえば０．０２〜０．０４g/cm2の蛍光体材料を被着させるためには、印刷スクリーンのメッシュサイズに依存する回数で多数回の印刷パスを実施する必要があるかもしれない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００nm〜４８０nmの範囲に主波長を有する青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色半導体発光体、
前記青色光の一部分を吸収し、４９０nm〜５９０nmの範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び
６００nm〜７００nmの範囲に主波長を有する赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色半導体発光体、
を含み、デバイスの発光結果光が、前記青色及び赤色発光体によって生成された光と、前記少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光と、の組み合わせを含んで、白色に見え、
前記発光結果光における赤色光対青色光の比の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって、前記変動が、２０％未満になるように補償する、ように動作可能な駆動回路
を含む白色発光デバイス。
【請求項２】
前記駆動回路が、動作中、前記動作温度範囲にわたって、前記変動が、１０％未満、５％未満及び１％未満からなる群より選択される、ように構成されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記駆動回路が、少なくとも２５℃である動作温度範囲、少なくとも５０℃である動作温度範囲及び少なくとも１００℃である動作温度範囲、からなる群より選択される動作温度範囲にわたっての動作用に構成されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記発光結果光が、少なくとも８０、少なくとも８５、少なくとも９０及び少なくとも９５からなる群より選択される演色評価指数を有する、ように構成されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記駆動回路が、前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つの動作温度に関連するパラメータに対応して、前記赤色及び青色発光体の少なくとも一つのパワーを制御するように動作可能である、請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
前記パラメータが、前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つの温度を含む、請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記赤色、及び／又は、青色発光体の温度を感知するためのセンサをさらに含む、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
前記青色及び赤色発光体が、熱伝導性基板と熱的に連絡した状態でマウントされ、前記センサが前記基板の温度を感知する、ように構成されている、請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
前記青色及び赤色発光体の温度を感知するためのそれぞれのセンサを含む、請求項６記載のデバイス。
【請求項１０】
前記センサが、温度依存性抵抗器を含む、請求項７記載のデバイス。
【請求項１１】
前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つが、前記温度依存性抵抗器と直列に接続され、前記発光体が定電圧源から動作可能である、請求項７記載のデバイス。
【請求項１２】
前記温度依存性抵抗器が、負の温度係数を有し、前記少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
前記温度依存性抵抗器が、正の温度係数を有し、前記少なくとも一つの青色発光体と直列に接続されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１４】
前記青色及び赤色発光体が、それぞれの温度依存性抵抗器と直列に接続されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１５】
前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つが、前記温度依存性抵抗器と並列に接続され、前記発光体が定電流源から動作可能である、請求項７記載のデバイス。
【請求項１６】
前記温度依存性抵抗器が、正の温度係数を有し、前記少なくとも一つの赤色発光体と並列に接続されている、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１７】
前記温度依存性抵抗器が、負の温度係数を有し、前記少なくとも一つの青色発光体と並列に接続されている、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１８】
前記青色及び赤色発光体が、それぞれの温度依存性抵抗器と並列に接続されている、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１９】
前記青色及び赤色発光体が、並列に接続され、定電流源により駆動され、前記温度依存性抵抗器が負の温度係数を有し、前記少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続され、動作中、温度上昇とともに前記少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流が、前記少なくとも一つの青色発光体の駆動電流に対して増大する、ように構成されている、請求項１０記載のデバイス。
【請求項２０】
前記青色及び赤色発光体が、並列に接続され、定電流源により駆動され、前記温度依存性抵抗器が正の温度係数を有し、前記少なくとも一つの青色発光体と直列に接続され、動作中、温度上昇とともに前記少なくとも一つの青色発光体の駆動電流が、前記少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流に対して増大する、ように構成されている、請求項１０記載のデバイス。
【請求項２１】
前記青色及び赤色発光体が、並列に接続され、定電流源により駆動され、前記青色及び赤色発光体と直列に接続されたそれぞれの温度依存性抵抗器を含む、請求項１０記載のデバイス。
【請求項２２】
前記駆動回路が、計測温度と基準温度との差に依存して、一方又は両方の発光体の駆動電流を制御する、ように動作可能である、請求項６記載のデバイス。
【請求項２３】
前記駆動回路が、前記計測温度と前記基準温度とを比較するように動作可能な比較器を含む、請求項２２記載のデバイス。
【請求項２４】
前記パラメータが、前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つの順方向駆動電圧を含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項２５】
前記駆動回路が、駆動電圧と基準電圧との差に依存して、一方又は両方の発光体の駆動電流を制御する、ように動作可能である、請求項２４記載のデバイス。
【請求項２６】
前記駆動回路が、前記計測電圧と前記基準温度とを比較するように動作可能な比較器を含む、請求項２５記載のデバイス。
【請求項２７】
前記駆動回路が、前記青色及び赤色発光体の順方向駆動電圧の差に依存して、前記駆動電流を制御する、ように動作可能である、請求項２４記載のデバイス。
【請求項２８】
前記少なくとも一つの蛍光体材料が、前記少なくとも一つの青色ＬＥＤから少なくとも５mmの距離だけ物理的に離間している、請求項１記載のデバイス。
【請求項２９】
青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤ、
前記青色光の一部分を吸収し、緑／黄色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び
赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤ
を含み、デバイスの発光結果光が、前記青色及び赤色光ＬＥＤによって生成された光と、前記少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された緑／黄色光と、の組み合わせを含んで、白色に見え、
前記発光結果光における赤色対青色光の比の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって、前記変動が、２０％未満になるように補償する、ように動作可能な駆動回路
を含む白色発光デバイス。
【請求項１】
４００nm〜４８０nmの範囲に主波長を有する青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色半導体発光体、
前記青色光の一部分を吸収し、４９０nm〜５９０nmの範囲に主波長を有する光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び
６００nm〜７００nmの範囲に主波長を有する赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色半導体発光体、
を含み、デバイスの発光結果光が、前記青色及び赤色発光体によって生成された光と、前記少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された光と、の組み合わせを含んで、白色に見え、
前記発光結果光における赤色光対青色光の比の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって、前記変動が、２０％未満になるように補償する、ように動作可能な駆動回路
を含む白色発光デバイス。
【請求項２】
前記駆動回路が、動作中、前記動作温度範囲にわたって、前記変動が、１０％未満、５％未満及び１％未満からなる群より選択される、ように構成されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記駆動回路が、少なくとも２５℃である動作温度範囲、少なくとも５０℃である動作温度範囲及び少なくとも１００℃である動作温度範囲、からなる群より選択される動作温度範囲にわたっての動作用に構成されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記発光結果光が、少なくとも８０、少なくとも８５、少なくとも９０及び少なくとも９５からなる群より選択される演色評価指数を有する、ように構成されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記駆動回路が、前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つの動作温度に関連するパラメータに対応して、前記赤色及び青色発光体の少なくとも一つのパワーを制御するように動作可能である、請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
前記パラメータが、前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つの温度を含む、請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記赤色、及び／又は、青色発光体の温度を感知するためのセンサをさらに含む、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
前記青色及び赤色発光体が、熱伝導性基板と熱的に連絡した状態でマウントされ、前記センサが前記基板の温度を感知する、ように構成されている、請求項７記載のデバイス。
【請求項９】
前記青色及び赤色発光体の温度を感知するためのそれぞれのセンサを含む、請求項６記載のデバイス。
【請求項１０】
前記センサが、温度依存性抵抗器を含む、請求項７記載のデバイス。
【請求項１１】
前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つが、前記温度依存性抵抗器と直列に接続され、前記発光体が定電圧源から動作可能である、請求項７記載のデバイス。
【請求項１２】
前記温度依存性抵抗器が、負の温度係数を有し、前記少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
前記温度依存性抵抗器が、正の温度係数を有し、前記少なくとも一つの青色発光体と直列に接続されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１４】
前記青色及び赤色発光体が、それぞれの温度依存性抵抗器と直列に接続されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１５】
前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つが、前記温度依存性抵抗器と並列に接続され、前記発光体が定電流源から動作可能である、請求項７記載のデバイス。
【請求項１６】
前記温度依存性抵抗器が、正の温度係数を有し、前記少なくとも一つの赤色発光体と並列に接続されている、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１７】
前記温度依存性抵抗器が、負の温度係数を有し、前記少なくとも一つの青色発光体と並列に接続されている、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１８】
前記青色及び赤色発光体が、それぞれの温度依存性抵抗器と並列に接続されている、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１９】
前記青色及び赤色発光体が、並列に接続され、定電流源により駆動され、前記温度依存性抵抗器が負の温度係数を有し、前記少なくとも一つの赤色発光体と直列に接続され、動作中、温度上昇とともに前記少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流が、前記少なくとも一つの青色発光体の駆動電流に対して増大する、ように構成されている、請求項１０記載のデバイス。
【請求項２０】
前記青色及び赤色発光体が、並列に接続され、定電流源により駆動され、前記温度依存性抵抗器が正の温度係数を有し、前記少なくとも一つの青色発光体と直列に接続され、動作中、温度上昇とともに前記少なくとも一つの青色発光体の駆動電流が、前記少なくとも一つの赤色発光体の駆動電流に対して増大する、ように構成されている、請求項１０記載のデバイス。
【請求項２１】
前記青色及び赤色発光体が、並列に接続され、定電流源により駆動され、前記青色及び赤色発光体と直列に接続されたそれぞれの温度依存性抵抗器を含む、請求項１０記載のデバイス。
【請求項２２】
前記駆動回路が、計測温度と基準温度との差に依存して、一方又は両方の発光体の駆動電流を制御する、ように動作可能である、請求項６記載のデバイス。
【請求項２３】
前記駆動回路が、前記計測温度と前記基準温度とを比較するように動作可能な比較器を含む、請求項２２記載のデバイス。
【請求項２４】
前記パラメータが、前記青色及び赤色発光体の少なくとも一つの順方向駆動電圧を含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項２５】
前記駆動回路が、駆動電圧と基準電圧との差に依存して、一方又は両方の発光体の駆動電流を制御する、ように動作可能である、請求項２４記載のデバイス。
【請求項２６】
前記駆動回路が、前記計測電圧と前記基準温度とを比較するように動作可能な比較器を含む、請求項２５記載のデバイス。
【請求項２７】
前記駆動回路が、前記青色及び赤色発光体の順方向駆動電圧の差に依存して、前記駆動電流を制御する、ように動作可能である、請求項２４記載のデバイス。
【請求項２８】
前記少なくとも一つの蛍光体材料が、前記少なくとも一つの青色ＬＥＤから少なくとも５mmの距離だけ物理的に離間している、請求項１記載のデバイス。
【請求項２９】
青色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの青色ＬＥＤ、
前記青色光の一部分を吸収し、緑／黄色光を発光するように動作可能な少なくとも一つの蛍光体材料、及び
赤色光を生成するように動作可能な少なくとも一つの赤色ＬＥＤ
を含み、デバイスの発光結果光が、前記青色及び赤色光ＬＥＤによって生成された光と、前記少なくとも一つの蛍光体材料によって生成された緑／黄色光と、の組み合わせを含んで、白色に見え、
前記発光結果光における赤色対青色光の比の変動を、少なくとも２５℃である動作温度範囲にわたって、前記変動が、２０％未満になるように補償する、ように動作可能な駆動回路
を含む白色発光デバイス。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図５ｅ】
【図５ｆ】
【図５ｇ】
【図５ｈ】
【図５ｉ】
【図５ｊ】
【図５ｋ】
【図５ｌ】
【図５ｍ】
【図５ｎ】
【図５ｏ】
【図５ｐ】
【図５ｑ】
【図５ｒ】
【図５ｓ】
【図５ｔ】
【図５ｕ】
【図５ｖ】
【図５ｗ】
【図５ｘ】
【図５ｙ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図５ｅ】
【図５ｆ】
【図５ｇ】
【図５ｈ】
【図５ｉ】
【図５ｊ】
【図５ｋ】
【図５ｌ】
【図５ｍ】
【図５ｎ】
【図５ｏ】
【図５ｐ】
【図５ｑ】
【図５ｒ】
【図５ｓ】
【図５ｔ】
【図５ｕ】
【図５ｖ】
【図５ｗ】
【図５ｘ】
【図５ｙ】
【公表番号】特表２０１３−５１１８４６（Ｐ２０１３−５１１８４６Ａ）
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３９９７６（Ｐ２０１２−５３９９７６）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６８９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２９１５
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５０６３５８７６４）インテマティックス・コーポレーション (40)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６８９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２９１５
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５０６３５８７６４）インテマティックス・コーポレーション (40)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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