JP2003206481A - 光源として少なくとも１つのｌｅｄを備えた照明ユニット - Google Patents

光源として少なくとも１つのｌｅｄを備えた照明ユニット

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転温度が変化する場合でも高い不変性を示
し、白色に発光しかつ特に高い色再現及び高い効率を有
する照明ユニットを提供すること 【解決手段】 変換は少なくとも１種の蛍光体を用いて
行われ、この蛍光体はカチオンＭ及び窒化ケイ素又はニ
トリドの誘導体から誘導され、この蛍光体は４３０〜６
７０ｎｍでのピーク発光の波長で発光し、その際、カチ
オンは部分的にドーパントＤ、つまりＥｕ２＋又はＣｅ
３＋により置き換えられており、この場合にカチオンＭ
として二価の金属Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも１種及
び／又は三価の金属Ｌｕ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの少なくとも
１種が使用され、この蛍光体は次の種類：構造ＭＳｉ３
Ｎ５、Ｍ２Ｓｉ４Ｎ７、Ｍ４Ｓｉ６Ｎ１１及びＭ９Ｓｉ
１１Ｎ２３のニトリド、構造Ｍ１６Ｓｉ１５Ｏ６Ｎ３２
のオキシニトリド、構造ＭＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２、Ｍ１３
Ｓｉ１８Ａｌ１２Ｏ１８Ｎ３６、ＭＳｉ５Ａｌ２ＯＮ ９
及びＭ３Ｓｉ５ＡｌＯＮ１０のサイアロンから由来す
る、光源として少なくとも１つのＬＥＤを備えた照明ユ
ニット。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光源として請求項１
の上位概念に記載された少なくとも１つのＬＥＤを備え
た照明ユニットに関する。特に、ＵＶ又は青色に一次発
光するＬＥＤをベースとする可視光又は白色光を発光す
るＬＥＤである。
【０００２】
【従来の技術】例えば白色光を放射する照明ユニット
は、現在では主に約４６０ｎｍで青色に発光するＧａ
（Ｉｎ）Ｎ−ＬＥＤと、黄色に発光するＹＡＧ：Ｃｅ
３＋蛍光体との組み合わせによって実現されている（Ｕ
Ｓ ５９９８９２５及びＥＰ ８６２７９４）。この場
合、良好な色再現のためにＷＯ-Ａ ０１／０８４５３
に記載されたような２種の異なる黄色−蛍光体が使用さ
れる。この場合、双方の蛍光体は、その構造が類似して
いる場合であっても、しばしば異なる温度特性を示すこ
とが問題である。公知の例は、黄色に発光するＣｅ−ド
ープされたＹ−ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）及びそれと
比べてより長波長で発光する（Ｙ，Ｇｄ）−ガーネット
である。これは、運転温度が異なる場合に色座標の変動
及び色再現の変化を引き起こす。
【０００３】刊行物（"On new rare-earth doped M-Si-
Al-O-N materials" van Krevel著,TU Eindhoven 2000,
ISBN 90-386-2711-4, 第11章）からは、ニトリド又はオ
キシニトリドの構造を有するか、又はその組成の省略形
でサイアロン（α−サイアロン）として表される蛍光体
材料の多数の種類は公知である。Ｅｕ、Ｔｂ又はＣｅを
用いたドーピングにより、３６５ｎｍ又は２５４ｎｍに
よる励起の際に、広い光学的スペクトル領域内での発光
を達成する。
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ ５９９８９２５
【特許文献２】ＥＰ ８６２７９４
【特許文献３】ＷＯ-Ａ０１／０８４５３
【非特許文献１】van Krevel著, "On new rare-earth d
oped M-Si-Al-O-N materials" TU Eindhoven 2000, ISB
N 90-386-2711-4, 第11章
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、運転
温度が変化する場合でも高い不変性を特徴とする、光源
として請求項１の上位概念に記載の照明ユニットを提供
することである。もう一つの課題は、白色に発光しかつ
特に高い色再現及び高い効率を有する照明ユニットを提
供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題は、請求項１の
特徴部により解決される。特に有利な実施態様は、引用
形式請求項に記載されている。
【０００７】本発明の場合に、ＬＥＤ用の蛍光体とし
て、複数のニトリドベースの蛍光体種類からなる蛍光体
が使用される。
【０００８】これらは特定の種類のニトリド及びその誘
導体のオキシニトリド及びサイアロンである。カチオン
Ｍ及び窒化ケイ素又はニトリドの誘導体から誘導される
蛍光体は、４３０〜６７０ｎｍのピーク発光の波長で放
射し、その際、このカチオンはドーパントＤ、つまりＥ
ｕ２＋又はＣｅ３＋により部分的に置き換えられてお
り、カチオンとしてＭは二価の金属Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの
少なくとも１種及び／又は三価の金属Ｌｕ、Ｌａ、Ｇ
ｄ、Ｙの少なくとも１種が使用され、その際、蛍光体は
次の種類から由来する：構造ＭＳｉ３Ｎ５、Ｍ２Ｓｉ４
Ｎ７、Ｍ４Ｓｉ６Ｎ１１及びＭ９Ｓｉ１１Ｎ２ ３のニト
リド、構造Ｍ１６Ｓｉ１５Ｏ６Ｎ３２のオキシニトリ
ド、構造ＭＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２、Ｍ１３Ｓｉ１８Ａｌ
１２Ｏ１８Ｎ３６、ＭＳｉ５Ａｌ２ＯＮ９及びＭ３Ｓｉ
５ＡｌＯＮ１０のサイアロン。
【０００９】次の特別な蛍光体が特に有利である： １． Ｍ′Ｍ″Ｓｉ４Ｎ７：Ｄ その際、Ｍ′はＳｒ又はＢａそれぞれ単独であるか又は
組み合わされており、特にＭ′は部分的に（２０ｍｏｌ
％まで）Ｃａにより置き換えられており；Ｍ′は二価の
イオンである。
【００１０】Ｍ″はＬｕ単独であるか又はＧｄ及び／又
はＬａと組み合わされている；Ｍ″は三価のイオンであ
る。
【００１１】具体的例はＳｒＬｕＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋
である。
【００１２】２． Ｍ′Ｍ″Ｓｉ６Ｎ１１：Ｄ その際、Ｍ′はＢａｘＳｒ３ - ｘであり、有利にｘ＝
１．５；Ｍ′は二価である；その際、Ｍ″はＬｕ単独で
あるか又はＧｄ及び／又はＬａ及び／又はＹと組み合わ
されている；Ｍ″は三価である。
【００１３】特定の部分までＢａ２＋及びＳｒ２＋の量
はなお変えることができ（ｘの値は１．３〜１．７の間
で変動する）、かつ部分的に（全体量Ｍ′の２０ｍｏｌ
％まで）Ｃａ２＋により置き換えられる。
【００１４】具体的例はＢａＬｕＳｉ６Ｎ１１：Ｅｕで
ある。
【００１５】３． Ｍ″３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｄ その際、Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又はＹ
及び／又はＬｕと組み合わされている；Ｍ″は三価のイ
オンである。
【００１６】Ｄは有利にＣｅ３＋である。
【００１７】具体的例はＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅであ
る。
【００１８】４． Ｍ′２Ｍ″７Ｓｉ１１Ｎ２３：Ｄ その際、Ｍ′はＢａ単独であるか又はＳｒと（５０ｍｏ
ｌ％まで）組み合わされている、Ｍ″はＬａ単独である
か又はＧｄ及び／又はＬｕと組み合わされている。
【００１９】具体的例はＢａ２Ｌａ７Ｓｉ１１Ｎ２３：
Ｅｕである。
【００２０】５． Ｍ″Ｓｉ３Ｎ５：Ｄ Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又はＬｕと組み
合わされている。
【００２１】その際、ＤはＣｅである。
【００２２】具体的例はＬａＳｉ３Ｎ５：Ｃｅである。
【００２３】さらに、これは特定の種類のオキシニトリ
ド、つまりタイプＭ″１６Ｓｉ１５Ｏ６Ｎ３２：Ｄの種
類である。これらは、三価のカチオンＭ″として、金属
Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ又はＹの少なくとも１種を使用する。
このカチオンはドーパントＤ、つまりＥｕ２＋又はＣｅ
３＋により部分的に置き換えられている。次の特別な蛍
光体が特に有利である： ６． Ｍ″１６Ｓｉ１５Ｏ６Ｎ３２：Ｃｅ その際、Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又はＬ
ｕと組み合わされている；具体的例はＬａ１６Ｓｉ１５
Ｏ６Ｎ３２：Ｃｅである。
【００２４】さらに、これは特定の種類のサイアロン、
つまりタイプＭＳｉＡｌＯＮ：Ｄの種類である。これら
は、二価又は三価のカチオンＭ″として、金属Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ又はＹの少なくとも１種を
使用する。このカチオンはドーパントＤ、つまりＥｕ
２＋又はＣｅ３＋により部分的に置き換えられている。
次の特別な蛍光体が特に有利である： ７． Ｍ′ＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２：Ｄ その際、Ｍ′はＳｒ単独であるか又はＢａ及び／又はＣ
ａ２＋と組み合わされている；Ｂａの割合はこの場合に
５０ｍｏｌ％までであり、Ｃａの割合は２０ｍｏｌ％ま
でである。
【００２５】具体的例はＳｒＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２：Ｅｕ
である。
【００２６】８． Ｍ′３Ｍ″１０Ｓｉ１８Ａｌ１２Ｏ
１８Ｎ３６：Ｄ その際、Ｍ′はＳｒ単独であるか又はＢａ及び／又はＣ
ａと組み合わされている；Ｂａの割合はこの場合に５０
ｍｏｌ％までであり、Ｃａの割合は２０ｍｏｌ％までで
ある。
【００２７】Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又
はＬｕと組み合わされている；有利に、Ｍ′はＳｒ２＋
であり、もしくはＭ″はＬａ３＋である；具体的例はＳ
ｒ３Ｌａ１０Ｓｉ１８Ａｌ１２Ｏ１８Ｎ３６：Ｅｕであ
る。
【００２８】９． Ｍ″Ｓｉ５Ａｌ２ＯＮ９：Ｃｅ３＋ Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又はＬｕと組み
合わされている；具体的例はＬａＡｌ２Ｓｉ５ＯＮ９：
Ｃｅである。
【００２９】１０． Ｍ″３Ｓｉ５ＡｌＯＮ１０：Ｃｅ
３＋ Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又はＬｕと組み
合わされている；有利にＭ″はＬａ３＋である。
【００３０】具体的例はＬａ３Ｓｉ５ＡｌＯＮ１０：Ｃ
ｅである。
【００３１】カチオンＭの一部を置き換えるドーパント
の割合（つまりＥｕ−割合もしくはＣｅ−割合）は、Ｍ
−カチオンの０．５〜１５％、有利に１〜１０％である
のが好ましく、それにより、発光波長の特に正確な選択
を行うことができ、発光効率を最適化することができ
る。ドーパント含有量が増加すると、一般にピーク発光
がより長波長にシフトすることになる。意外にも、カチ
オンＭの濃度を変化させることでもピーク発光の波長が
シフトすることが明らかになった。Ｍ−カチオンが比較
的低い濃度の場合、Ｍ−カチオンの５〜１０％に前記ド
ーパントの割合を選択することによりドーパントによる
良好な吸光を得ることができる。
【００３２】この新規の光学活性材料は、昼光発光を示
す顔料、特に蛍光体として分類することができる。従っ
て、この材料は、顔料として又は光変換系として、たと
えばディスプレー、ランプ又はＬＥＤの使用のため、又
はその両方の目的のために適していると考えられる。
【００３３】Ｅｕ活性化されたサイアロンの他の有望な
代表物はα−サイアロンであり、これは式Ｍｐ／２Ｓｉ
１２ - ｐ - ｑＡｌｑＮ１６ - ｑ：Ｅｕ２＋に従い、前記式
中、ＭはＣａ単独であるか又は金属Ｓｒ又はＭｇの少な
くとも１種と組み合わされており、ｑは０〜２．５であ
り、ｐは０．５〜３であり、以後これをＧＯ−サイアロ
ンと表す。
【００３４】この新規の光学活性材料は、有利にＭ２＋
＝Ｅｕ２＋又はＭ３＋＝Ｃｅ３＋でドープされている
（か又はそれを含有する）。Ｃｅ−ドーピングの場合に
は、さらに、僅かな補助ドーピング（Ｃｅの３０ｍｏｌ
％まで）をＰｒ３＋又はＴｂ３ ＋で行うことができる。
Ｅｕを用いたドーピングの場合、補助ドーピング（Ｅｕ
の４倍まで）をＭｎ２＋で行うことができる。この組み
合わせの場合には最初のドーパントから補助ドーパント
へのエネルギーの移動が可能である。
【００３５】３００〜５７０ｎｍの間の一次放射を示す
放射源用の変換材として適用する関係で、特にＥｕ−ド
ーパントを有する光学活性材料が有利である。
【００３６】この新規の光学活性材料は全て著しく強靱
であり、熱的及び化学的にも安定である、それというの
もこの基本骨格が正四面体をベースとし、Ｓｉ−（Ｏ，
Ｎ）又はＡｌ−（Ｏ，Ｎ）タイプであるためである。こ
の場合、Ｓｉ−（Ｏ，Ｎ）−又はＡｌ−（Ｏ，Ｎ）−正
四面体の概念は、一方でＳｉＮ４、ＳｉＯＮ３、ＳｉＯ
２Ｎ２又はＳｉＯ３Ｎのグループの一つを意味し、他方
でＡｌＮ４、ＡｌＯＮ ３、ＡｌＯ２Ｎ２又はＡｌＯ３Ｎ
のグループの一つを意味する。基本骨格が少なくとも２
つ又はそれ以上のニトリド（Ｎ３-）リガンドを有する
Ｓｉ−及び／又はＡｌ−正四面体を有する材料が有利で
ある。一般に、光学活性イオンＤ（二価であるか又は三
価であるかとは無関係に）による吸光が、正四面体内で
のＮ−含有量の増加と共に長波長にシフトすることが確
認された。
【００３７】孤立位置（Alleinstellung）での二価のア
クチベーターＤ２＋、有利にＥｕ２ ＋の吸光は、正四面
体内でニトリド割合に依存して、原則としてＵＶからオ
レンジ−赤（約５９０ｎｍまで）へシフトすることがで
きる。孤立位置での三価のアクチベーターＤ３＋、有利
にＣｅ３＋の吸光は、正四面体内でニトリド割合に依存
して、原則としてＵＶから青−緑（約４９５ｎｍまで）
へシフトすることができる。最大吸光値の状態に影響を
及ぼす他のファクターは、配位及びアクチベーターが存
在する特別な格子位置である。
【００３８】Ｄ２＋についての有利な格子位置は、Ｍ′
＝Ｓｒ２＋及びＣａ２＋であるが、Ｂａ２＋も適してい
る。この二価のカチオンに関して６〜９の配位数が有利
である。配位数が減少すればそれだけ、吸光はより長波
長になる。配位数は想定された体積（betrachteten Vol
umen）に依存する、つまり体積をより大きく選択すれば
それだけ配位はより高くなる。たとえばＳｒＳｉＡｌ２
Ｏ３Ｎ２中でイオンＳｒ２＋はアニオンＮ３ -及びＯ２ -
の形態のリガンドにより配位される。詳細には、Ｓｒ
２＋に対して２．０４〜２．９５Åの間隔を有する６個
のリガンド、さらになお３．０４Åの間隔を有する２つ
の付加的リガンド、最後になお３．１８Åの間隔を有す
る１つのリガンドが存在する。従って、想定された体積
に依存して配位数は６か８か又は９になる。
【００３９】次の表１において配位されたイオンの有利
な最大間隔が示されており、その際、それぞれ配位にお
いて考慮される隣り合う全てのイオンの間隔の平均値が
採用されている。これは、もっぱら二価のカチオンＭ′
の場合又は少なくとも大部分（８０％より多い割合）の
二価のカチオンＭ′の場合に通用する。たとえば表１か
ら次のことが読みとれる：Ｅｕ２＋イオンは、たとえば
格子中のＢａ２＋位置で、最大で３．０１５Åの平均間
隔を有する７個のリガンドを有するか、又は最大で３．
０２Åの平均間隔を有する８個のリガンドを有する。こ
の顔料の所望の良好な特性を達成するために、その都
度、この条件の一つが、特に最小の配位数についての条
件が満たされるのが好ましい。イオンＢａ２＋及びＳｒ
２＋は、一般にその周りに常に少なくとも６個のリガン
ドが集まる程度に大きい。より小さなＣａ２＋は部分的
にすでに５個のリガンドである。この３種のカチオン
Ｍ′の混合化合物の場合には優勢に存在するカチオンの
条件が通用する。
【００４０】表１：リガンドの数に依存して二価のイオ
ン及びリガンドの間の平均化された有利な最大間隔
（Å）
【００４１】
【表１】
【００４２】Ｄ２＋＝Ｅｕ２＋であり、この場合に光学
活性材料は３００〜５７０ｎｍの波長を有する光を部分
的に又は完全に可視光に変換するような光学的適用のた
めに、有利なイオンはＳｒ２＋及びＣａ２＋である。配
位領域に関して有利に守られる条件は、Ｓｒ２＋にとっ
て、配位数６又は７についての条件である。Ｃａ２＋に
とって、この配位領域に関して有利に守られる条件は配
位数５又は６の条件である。
【００４３】表１の条件の少なくとも一つに相当する化
合物は、３００〜５７０ｎｍの最大値を有する高い吸収
を示し、変換が有効に行われる。
【００４４】これは特に種類７（Ｍ′ＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ
２：Ｄ）の化合物及びドイツ国特許出願（ＤＥ−Ａｚ）
第１０１３３３５２．８号明細書によるα−サイアロン
である。
【００４５】表２には若干の例が挙げられている。
【００４６】表２：第１〜第７の隣り合うリガンドの間
隔Ａ１〜Ａ７（Å）並びにこの間隔から計算された、異
なる化合物についてのＣａイオンもしくはＳｒイオンに
対する、第１の５〜７のリガンドの間隔の平均値Ｍｗ５
〜Ｍｗ７
【００４７】
【表２】
【００４８】このような化合物は熱的及び化学的に安定
である。この光学活性材料を（たとえばＬＥＤの注入樹
脂中に）分散さなければならないような適用の場合、こ
の材料のもう一つの利点は、この材料が耐衝撃性であ
り、ミル内での粉砕プロセスの際にほとんど又は全く損
傷されないことである。粉砕プロセスによるこの粒子の
この種の損傷は、他の蛍光体の場合でも効率を低減す
る。
【００４９】この材料デサインは、青〜深赤までの広い
範囲内で特別な発光を示すＳｉ／Ａｌ−Ｎ−ベースの特
定の蛍光体を製造することができる。
【００５０】このニトリドベースの系の特別な利点は、
たとえば白色ＬＥＤの実現のために、物理的に似た特性
を有する複数のＳｉ／Ａｌ−Ｎ−ベースの蛍光体を一緒
に使用することも可能となる。同じような考察が、極め
て頻繁に同様にニトリドベースとする一次光源に関して
も通用する、それというのも、この場合一般にＩｎＮ、
ＧａＮ及びＡｌＮをベースとする半導体デバイスである
ためである。本発明によるＳｉ／Ａｌ−Ｎ−ベースの蛍
光体は、この場合、特に良好に直接塗布される。
【００５１】ＬＥＤ−ベースの照明ユニットとの関係に
おいてこの蛍光体の特別な利点は、特に少なくとも１つ
の他の蛍光体と組み合わせた場合に、その高い効率、そ
の優れた温度安定性（運転温度の変化に対する不感受
性）及び発光の意外に高い消去温度並びにそれにより達
成可能な高い色再現である。
【００５２】この種の蛍光体のもう一つの利点は、出発
材料（特にＳｉ３Ｎ４）がすでに微細に分散した形で存
在することである。従って、蛍光体の粉砕は頻繁に必要
ない。それに対して、固体合成法により製造された慣用
の蛍光体、例えばＹＡＧ：Ｃｅは、注型用樹脂中で分散
を維持しかつ底部に沈殿しないようにするために粉砕し
なければならない。この粉砕工程は頻繁に効率を損なっ
てしまう。従って、これらの蛍光体はもはや粉砕する必
要はなく、それにより作業工程を節約しかつ効率を失う
ことはない。蛍光体粉末の一般的な平均粒度は、０．５
〜５μｍである。
【００５３】ＬＥＤのＵＶ線を用いた励起により有色の
光源を発生させる他に、特にこれらの蛍光体を用いて白
色光が生じることは有利である。これは、一次光源とし
てＵＶ発光ＬＥＤの場合に少なくとも３種の蛍光体を使
用して達成され、一次光源として青色発光ＬＥＤの場合
には少なくとも２種の蛍光体を使用して達成される。
【００５４】良好な色再現を示す白色光は、ＵＶ−ＬＥ
Ｄ（たとえば３００〜４７０ｎｍで一次発光）を２種〜
３種の蛍光体と組み合わせることにより達成され、前記
の蛍光体の中で少なくとも１つは本発明によるニトリド
含有蛍光体である。
【００５５】ニトリド含有蛍光体の著しい利点は、熱い
酸、アルカリに対する優れた安定性並びに熱的及び機械
的安定性である。
【００５６】
【実施例】次に、本発明を複数の実施例を用いて詳細に
説明する。
【００５７】ＩｎＧａＮ−チップを一緒に備えた白色Ｌ
ＥＤでの使用のために、例えば米国特許第５９９８９２
５号明細書に記載されたと同様の構造を使用する。この
種の白色光のための光源の構造を図１ａに例示的に示し
た。この光源は、第１及び第２の電気接続部２，３を備
えた、ピーク発光波長４００ｎｍを有するＩｎＧａＮタ
イプの半導体デバイス（チップ１）であり、これは光透
過性基体容器８中で凹設部９の範囲内に埋め込まれてい
る。接続部３の一方は、ボンディングワイヤ１４を介し
てチップ１と接続されている。この凹設部は壁部7を有
し、この壁部７はチップ１の青色一次放射線用のリフレ
クタとして用いられる。この凹設部９は注入材料５で充
填されており、この注入材料５は主成分としてシリコー
ン注入樹脂（又はエポキシ注入樹脂）（８０〜９０質量
％）及び蛍光体顔料６（１５質量％未満）を含有する。
他のわずかな成分は、特にメチルエーテル又はエアロジ
ル（Aerosil）である。この蛍光体顔料は、赤及び緑に
発光する２種（又はそれ以上）のニトリド含有顔料から
なる混合物である。
【００５８】図１ｂにおいて、半導体デバイス１０の一
実施態様が示されており、この場合、白色光への変換は
変換層１６を用いて行われ、この層は米国特許第５８１
３７５２号明細書に記載されたと同様に個々のチップ上
に直接塗布されている。基板１１上に接触層１２、鏡１
３、ＬＥＤ１４、フィルタ１５並びに一次放射により励
起可能で、長波長の可視放射へ変換するための蛍光体層
１６が設けられている。この構造単位はプラスチックレ
ンズ１７によって取り囲まれている。２つのオーム抵抗
の内で上方のコンタクト１８だけが示されている。
【００５９】図２では、照明ユニットとしての平板型照
明２０部分図を示す。この照明ユニットは、長方体の外
部ケーシング２２を接着した共通の支持体２１からな
る。その上側は共通のカバー２３が設けられている。こ
の長方体のケーシングは空所を有し、その空所内に個々
の半導体−構成デバイス２４が取り付けられている。こ
れは３６０ｎｍのピーク発光を示すＵＶ発光ダイオード
である。白色光への変換は変換層２５を用いて行われ、
この変換層は全てのＵＶ放射が当たる面に設けられてい
る。これには、ケーシングの壁部の内部にある表面、カ
バー及び底部が挙げられる。変換層２５は３種の蛍光体
からなり、この蛍光体は、本発明による蛍光体を利用し
て赤色、緑色及び青色のスペクトル領域で発光する。
【００６０】本発明による蛍光体は表３にまとめられて
いる。これは多様な配位数のサイアロン及びニトリドで
ある。
【００６１】図４は、詳細に記載されている多様なニト
リド含有蛍光体の典型的な蛍光領域（ｎｍ）を示す。こ
れらの蛍光体は青から赤までの広いスペクトルをカバー
する。
【００６２】図３及び４は波長の関数として多様なニト
リド含有蛍光体の発光特性及び反射特性を示す。
【００６３】詳細には、図３ａは３９０ｎｍによる励起
の際のサイアロンＳｒＳｉＡｌ２Ｏ ３Ｎ２：Ｃｅ
３＋（４％）（つまりカチオンＳｒに関するＣｅの割合
４ｍｏｌ％）（試験番号ＴＦ２３Ａ／０１）の発光スペ
クトルを示す。この最大値は青色で４６６ｎｍであり、
平均波長は４９３ｎｍである。反射率（図３ｂ）は４０
０ｎｍで約Ｒ４００＝６０％であり、３７０ｎｍで約Ｒ
３７０＝３７％である。
【００６４】サイアロンＴＦ２３Ａ／０１の合成を次に
例示的に詳細に説明する。
【００６５】蛍光体粉末を高温−固体反応により製造す
る。このために、高純度の出発材料ＳｒＣＯ３、ＡｌＮ
及びＳｉ３Ｎ４をモル比１：２：１で混合した。Ｓｉ３
Ｎ４の粒度はｄ５０＝１．６μｍ、ｄ１０＝０．４μｍ
及びｄ９０＝３．９μｍである。少量のＣｅＯ２を、ド
ーピングの目的で添加し、この場合、相応するモル量の
ＳｒＣＯ３を添加した。
【００６６】個々の成分を良好に混合させた後、この粉
末を約１４００℃で約１５ｈ還元性の雰囲気（Ｎ２／Ｈ
２）中で加熱し、かつ反応させて上記の化合物にした。
【００６７】図４は４００ｎｍによる励起の際のサイア
ロンＳｒＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２：Ｅｕ ２＋（４％）（試験
番号ＴＦ３１Ａ／０１）の発光スペクトルを示す。この
最大値は緑色で５３４ｎｍであり、平均波長は５５３ｎ
ｍである。量子効率ＱＥは４３％である。反射率（図４
ｂ）は４００ｎｍで約Ｒ４００＝３１％であり、３７０
ｎｍで約Ｒ３７０＝２２％である。
【００６８】図５は、図３及び４からの青及び緑色に発
光するサイアロン並びに公知の赤色発光α−サイアロン
Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（WO 01/39574参照）を使用し
た、図１ａの実施例による３６０ｎｍのピーク発光を示
すＩｎＧａＮ−チップを用いた一次励起をベースとする
白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す。適当な混合の際に
白色点にすぐ近くのｘ＝０．３３１、ｙ＝０．３３０の
色座標を示す。
【００６９】これは、発光変換ＬＥＤに、この場合、他
の温度安定性蛍光体と一緒の蛍光体−混合物に使用する
ために、ニトリドベースのサイアロンが特に適している
ことを示す。
【００７０】
【表３】
【００７１】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】白色光のための光源（ＬＥＤ）として注入樹脂
あり（図１ａ）及び注入樹脂なし（図１ｂ）で用いられ
る半導体デバイスを示す
【図２】本発明による蛍光体を備えた照明ユニットを示
す
【図３】本発明による多様なニトリド含有蛍光体の発光
スペクトル及び反射スペクトルを示す
【図４】本発明による多様なニトリド含有蛍光体の発光
スペクトル及び反射スペクトルを示す
【図５】本発明によるニトリド含有蛍光体を備えたＬＥ
Ｄの発光スペクトルを示す
【符号の説明】
１ 半導体デバイス、 ２，３ 電気接続部、 ５ 注
入材料、 ６ 蛍光体、 ８ 基体容器、 ９ 凹設
部、 １４ ボンディングワイヤ、 １７ 壁部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 11/64 ＣＱＤ Ｃ０９Ｋ 11/64 ＣＱＤ 11/79 11/79 11/80 11/80 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｃ (72)発明者 トルステン フリース ドイツ連邦共和国 シュタットベルゲン ゲーテシュトラーセ ６ (72)発明者 ティム フィードラー ドイツ連邦共和国 ライネ リストループ ヴェーク 13 (72)発明者 ギュンター フーバー ドイツ連邦共和国 シュローベンハウゼン ライフアイゼンシュトラーセ １ Ｆターム(参考） 4H001 CA07 XA07 XA08 XA13 XA14 XA20 XA38 XA39 XA56 XA57 XA64 XA71 YA25 YA58 YA59 YA63 YA65 4J037 AA17 AA24 CA03 EE02 FF03 5F041 AA11 AA12 AA43 AA44 CA40 DA36 DA43 DA77 EE25

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源として少なくとも１つのＬＥＤを備
    えた照明ユニットであって、このＬＥＤは３００〜５７
    ０ｎｍの範囲内で一次放射を発し、この放射はＬＥＤの
    一次放射にさらされる蛍光体によって部分的に又は完全
    により長波長の放射に変換され、前記の蛍光体の構造は
    ニトリド又はその誘導体に基づく形式のものにおいて、
    前記の変換は少なくとも１種の蛍光体を用いて行われ、
    この蛍光体はカチオンＭ及び窒化ケイ素又はニトリドの
    誘導体から誘導され、この蛍光体は４３０〜６７０ｎｍ
    でのピーク発光の波長で発光し、その際、カチオンは部
    分的にドーパントＤ、つまりＥｕ２＋又はＣｅ３＋によ
    り置き換えられており、この場合にカチオンＭとして二
    価の金属Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも１種及び／又は
    三価の金属Ｌｕ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの少なくとも１種が使
    用され、この蛍光体は次の種類：構造ＭＳｉ３Ｎ５、Ｍ
    ２Ｓｉ４Ｎ７、Ｍ４Ｓｉ６Ｎ１１及びＭ９Ｓｉ１１Ｎ
    ２３のニトリド、構造Ｍ１６Ｓｉ１５Ｏ６Ｎ３２のオキ
    シニトリド、構造ＭＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２、Ｍ１３Ｓｉ
    １８Ａｌ１２Ｏ１８Ｎ３６、ＭＳｉ５Ａｌ２ＯＮ９及び
    Ｍ３Ｓｉ５ＡｌＯＮ１０のサイアロンから由来すること
    を特徴とする、光源として少なくとも１つのＬＥＤを備
    えた照明ユニット。
  2. 【請求項２】 ドーパントの割合がカチオンの０．５〜
    １５ｍｏｌ％である、請求項１記載の照明ユニット。
  3. 【請求項３】 Ｃｅ３＋でドーピングする場合に、付加
    的ドーパント、つまりＰｒ３＋及び／又はＴｂ３＋を使
    用し、この割合はＣｅ３＋の割合の高くても３０ｍｏｌ
    ％である、請求項１記載の照明ユニット。
  4. 【請求項４】 Ｅｕ２＋でドーピングする場合に、付加
    的ドーパント、つまりＭｎ２＋を使用し、この割合はＥ
    ｕ２＋の割合の高くても４倍である、請求項１記載の照
    明ユニット。
  5. 【請求項５】 蛍光体中のそれぞれのＥｕ２＋イオンは
    少なくとも２つ又はそれ以上のニトリド−リガンドによ
    り配位されている、請求項１記載の照明ユニット。
  6. 【請求項６】 特に白色に発光する照明ユニットを実現
    するために、複数のニトリド含有蛍光体を一緒に、特に
    複数のニトリド含有蛍光体だけを使用する、請求項１記
    載の照明ユニット。
  7. 【請求項７】 本発明による蛍光体はシリコーン樹脂内
    に分散されているか又はＬＥＤ上に直接塗布されてい
    る、請求項１記載の照明ユニット。
  8. 【請求項８】 ＬＥＤはニトリドベースの半導体デバイ
    スである、請求項１記載の照明ユニット。
  9. 【請求項９】 白色光を発生させるために一次発光され
    た放射が３６０〜４２０ｎｍの波長領域にあり、この一
    次発光された放射は、変換のために青（４３０〜４７０
    ｎｍ）、緑（４９５〜５４０ｎｍ）及び赤（特に５４０
    〜６２０ｎｍ）に最大発光を示す少なくとも３種の蛍光
    体にさらされる、請求項６記載の照明ユニット。
  10. 【請求項１０】 白色光を発生させるために一次発光さ
    れた放射が４２０〜４８０ｎｍの波長領域にあり、この
    一次発光された放射は、変換のために緑（４９５〜５４
    ０ｎｍ）及び赤（特に５４０〜６２０ｎｍ）に最大発光
    を示す少なくとも２種の蛍光体にさらされる、請求項６
    記載の照明ユニット。
  11. 【請求項１１】 有色光を発生させるために一次発光さ
    れた放射が３００〜５７０ｎｍのＵＶ−波長領域内にあ
    り、この一次発光された放射は請求項１から１０までの
    いずれか１項記載の１種の蛍光体にさらされる、請求項
    １記載の照明ユニット。
  12. 【請求項１２】 ニトリド含有蛍光体がＭ′Ｍ″Ｓｉ４
    Ｎ７：Ｄ（前記式中、Ｍ′はＳｒ又はＢａそれぞれ単独
    であるか又は組み合わされている（特にＭ′は２０ｍｏ
    ｌ％までＣａに置き換えられている）；Ｍ″はＬｕ単独
    であるか又はＧｄ及び／又はＬａと組み合わせされてい
    る）である、請求項１記載の照明ユニット。
  13. 【請求項１３】 ニトリド含有蛍光体がＭ′Ｍ″Ｓｉ６
    Ｎ１１：Ｄ（前記式中、Ｍ′はＢａｘＳｒ３ - ｘであ
    り、その際、１．３≦ｘ≦１．７、特に僅かにＣａが添
    加されている；Ｍ″はＬｕ単独であるか又はＧｄ及び／
    又はＬａ及び／又はＹと組み合わされている）である、
    請求項１記載の照明ユニット。
  14. 【請求項１４】 ニトリド含有蛍光体がＭ′２Ｍ″７Ｓ
    ｉ１１Ｎ２３：Ｄ（前記式中、Ｍ′はＢａ単独であるか
    又はＳｒと（５０ｍｏｌ％まで）組み合わされている；
    Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又はＬｕと組み
    合わされている）である、請求項１記載の照明ユニッ
    ト。
  15. 【請求項１５】 ニトリド含有蛍光体がＭ″Ｓｉ
    ３Ｎ５：Ｄ（前記式中、Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧ
    ｄ及び／又はＬｕと組み合わされている、及びＤはＣｅ
    である）である、請求項１記載の照明ユニット。
  16. 【請求項１６】 ニトリド含有蛍光体がＭ″１６Ｓｉ
    １５Ｏ６Ｎ３２：Ｃｅ（前記式中、Ｍ″はＬａ単独であ
    るか又はＧｄ及び／又はＬｕと組み合わされている）で
    ある、請求項１記載の照明ユニット。
  17. 【請求項１７】 ニトリド含有蛍光体がＭ′ＳｉＡｌ２
    Ｏ３Ｎ２：Ｄ（前記式中、Ｍ′はＳｒ単独であるか又は
    Ｂａ及び／又はＣａと組み合わされている；特にＢａの
    割合はこの場合、５０ｍｏｌ％までであってもよく、Ｃ
    ａの割合は２０ｍｏｌ％までであってもよい）である、
    請求項１記載の照明ユニット。
  18. 【請求項１８】 ニトリド含有蛍光体がＭ′３Ｍ″１０
    Ｓｉ１８Ａｌ１２Ｏ １８Ｎ３６：Ｄ（前記式中、Ｍ′は
    Ｓｒ単独であるか又はＢａ及び／又はＣａと組み合わさ
    れている；特にＢａの割合はこの場合５０ｍｏｌ％まで
    であってもよく、Ｃａの割合は２０ｍｏｌ％までであっ
    てもよく；Ｍ″はＬａ単独であるか又はＧｄ及び／又は
    Ｌｕと組み合わされている）である、請求項１記載の照
    明ユニット。
  19. 【請求項１９】 ニトリド含有蛍光体がＭ″Ｓｉ５Ａｌ
    ２ＯＮ９：Ｃｅ３＋（前記式中、Ｍ″はＬａ単独である
    か又はＧｄ及び／又はＬｕと組み合わされている）であ
    る、請求項１記載の照明ユニット。
  20. 【請求項２０】 ニトリド含有蛍光体がＭ″３Ｓｉ５Ａ
    ｌＯＮ１０：Ｃｅ３ ＋（前記式中、Ｍ″はＬａ単独であ
    るか又はＧｄ及び／又はＬｕと組み合わされている）で
    ある、請求項１記載の照明ユニット。
  21. 【請求項２１】 照明ユニットが発光変換−ＬＥＤであ
    り、この場合、蛍光体はチップと直接又は間接的に接触
    している、請求項１記載の照明ユニット。
  22. 【請求項２２】 ニトリド含有蛍光体はタイプＭ′の二
    価のカチオンを単独で又は大部分で含有し、アクチベー
    ターＤ２＋でドープされており、前記のカチオンと隣接
    するリガンドとの間の間隔は表１からの条件の少なくと
    も１つに従っている、請求項１記載の照明ユニット。
  23. 【請求項２３】 照明ユニットがＬＥＤのフィールド
    （アレイ）である、請求項１記載の照明ユニット。
  24. 【請求項２４】 蛍光体の少なくとも１種がＬＥＤフィ
    ールドの前に取り付けられた光学装置上に設けられてい
    る、請求項１２記載の照明ユニット。
  25. 【請求項２５】 構造がニトリド又はその誘導体に基づ
    く昼光蛍光を示す顔料、特に蛍光体において、この組成
    がカチオンＭ及び窒化ケイ素又はニトリドの誘導体から
    誘導されており、その際、前記のカチオンはドーパント
    Ｄ、つまりＥｕ２＋又はＣｅ３＋により部分的に置き換
    えられており、その際、カチオンＭとしては二価の金属
    Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも１つ及び／又は三価の金
    属Ｌｕ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの少なくとも１つが使用され、
    その際、この蛍光体は次の種類：構造ＭＳｉ３Ｎ５、Ｍ
    ２Ｓｉ４Ｎ７、Ｍ４Ｓｉ６Ｎ１１及びＭ９Ｓｉ１１Ｎ
    ２３のニトリド、構造Ｍ１６Ｓｉ１５Ｏ６Ｎ３２のオキ
    シニトリド、構造ＭＳｉＡｌ２Ｏ３Ｎ２、Ｍ１３Ｓｉ
    １８Ａｌ１２Ｏ１８Ｎ３６、ＭＳｉ５Ａｌ２ＯＮ９及び
    Ｍ３Ｓｉ５ＡｌＯＮ１０のサイアロンの一つに由来する
    昼光蛍光を示す顔料、特に蛍光体。
  26. 【請求項２６】 請求項２から５までのいずれか１項記
    載の特徴を有する、請求項２５記載の顔料。
  27. 【請求項２７】 請求項１２から２０までのいずれか１
    項記載の特徴を有する、請求項２５記載の顔料。
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