JP2003206482A - 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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Guenther Dipl Ing Huber
フーバー ギュンター
Sweeney Robert Mc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い安定性を有し、白色に発光しかつ特に高
い色再現を示す照明ユニットを提供すること、並びに３
８０〜４２０ｎｍの範囲内で良好に吸光しかつ簡単に製
造できる高い効率を有するＬＥＤを提供すること 【解決手段】 光源として少なくとも１つのＬＥＤを備
え、このＬＥＤは３８０〜４２０ｎｍの範囲内の一次放
射を発し、ＬＥＤの一次放射にさらされる蛍光体によっ
て前記の放射は部分的に又は完全により長波長の放射に
変換される照明ユニットにおいて、少なくとも、広帯域
で発光しかつ（Ｅｕ，Ｍｎ）−共活性化されたハロホス
フェートの種類から由来する蛍光体を用いて前記の変換
が達成され、その際、前記のハロホスフェートは式Ｍ５
（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ）：（Ｅｕ ２＋，Ｍｎ２＋）に
従い、前記式中、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ単独であるか又
はその組み合わせであることを特徴とする照明ユニッ
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／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光源として少な
くとも１つのＬＥＤを備えた照明ユニットは、現在では
主に約４６０ｎｍで青色に発光するＧａ（Ｉｎ）Ｎ−Ｌ
ＥＤと、黄色に発光するＹＡＧ：Ｃｅ３＋蛍光体との組
み合わせによって実現されている（ＵＳ ５９９８９２
５及びＥＰ ８６２７９４）。
【０００３】より良好な色再現を有する比較的費用のか
かる計画は三色混合である。この場合に混合による白色
の発生のために基本色の赤−緑−青（ＲＧＢ）が用いら
れる。この場合、青色ＬＥＤが赤及び緑に発光する２種
の蛍光体の部分的変換のために用いられる（ＷＯ ００
／３３３９０）か又はＵＶ発光ＬＥＤが使用され、この
ＬＥＤは赤、緑及び青にそれぞれ発光を示す３種の蛍光
体を励起させる（ＷＯ９７／４８１２８参照）。たとえ
ばラインエミッタ（Linienemitter）、たとえばＹＯ
Ｂ：Ｃｅ，Ｔｂ（緑）及びＹＯＳ：Ｅｕ（赤）である。
しかしながら、この場合には、高い量子収率を達成する
ために、比較的短波長の発光（ＵＶ−領域＜３７０ｎ
ｍ）が必要である。このことは、極めて高価なＵＶ−Ｌ
ＥＤ用のサファイア−基板の使用が原因である。他方で
より安価なＳｉＣ−基板をベースとするＵＶ−ＬＥＤを
使用する場合、３８０〜４２０ｎｍの範囲内での発光で
満足しなければならず、緑色及び赤色でのラインエミッ
タの使用は困難であるか不可能となる。青色蛍光体の場
合、これは吸光の問題を引き起こす。
【０００４】この場合の特別な問題は、さらに、赤及び
緑に発光する蛍光体の吸光の広帯域による青色放射の付
加的な吸光損失である。これら全てが光の色もしくは光
の収率の調整の際に明らかな制限となる。
【０００５】ＵＳ−Ａ ５５３５２３０からは、半導体
デバイス又は蛍光灯用の通常の「カルシウム−ハロホス
フェート」の使用が公知である。市販されているＣａ５
（ＰＯ４）３Ｃｌ：（Ｓｂ，Ｍｎ）はその部類であると
解釈されており、たとえばＵＳ−Ａ ５８３８１０１で
詳細に議論されている。さらにこの明細書で議論された
ハロホスフェートは（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）
３Ｃｌ：Ｅｕである。これらの蛍光体はこの関連で遠Ｕ
Ｖ（２５４ｎｍ）により励起するために用いられる。
【０００６】最後に、ＵＳ−Ａ ３５１３１０３からの
蛍光灯中でＵＶ放射の変換のために（Ｓｒ，Ｃａ）
９（ＰＯ４）６：（Ｅｕ，Ｍｎ）の使用が提案されてい
る。
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ ５９９８９２５
【特許文献２】ＥＰ ８６２７９４
【特許文献３】ＷＯ ００／３３３９０
【特許文献４】ＷＯ ９７／４８１２８
【特許文献５】ＵＳ−Ａ ５５３５２３０
【特許文献６】ＵＳ−Ａ ５８３８１０１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
安定性を特徴とする、光源として請求項１の上位概念に
記載の少なくとも１つのＬＥＤを備えた照明ユニットを
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を示す照明ユニットを提供すること
である。もう一つの課題は、３８０〜４２０ｎｍの範囲
内で良好に吸光しかつ簡単に製造できる高い効率を有す
るＬＥＤを提供することである。
【０００９】
【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。
【００１０】赤色に発光しかつ近ＵＶで一次発光するＬ
ＥＤ用に適した高効率の蛍光体は希である。近ＵＶの概
念は、ここでは約３８０〜４２０ｎｍの間の波長である
と解釈される。３８０ｎｍを下回る一次発光を示すＵＶ
−ＬＥＤに適用するために、たとえばラインエミッタＬ
ｎ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋（Ｌｎ＝Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ）
が適している。３８０ｎｍより高い波長のために、今ま
ではＥｕドープしたニトリド又はスルフィドだけが重要
な候補に挙がっている。空気に敏感であるニトリドは一
般に製造するのが困難である。スルフィドは２つの欠点
を有している：このスルフィドは３８０〜４１０ｎｍの
間の吸光間隙を有し、かつこれは特に安定であるわけで
はない、つまり温度に敏感である。有機蛍光体はＬＥＤ
に適用するためには敏感でありすぎる。ほとんど全ての
酸化物は３８０ｎｍより高い波長で低い吸光を示す。
【００１１】本発明の場合には、ＬＥＤ−ベースの照明
ユニットのための蛍光体として、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）
５（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ）：（Ｅｕ，Ｍｎ）タイプの
ハロホスフェートが使用される。同じハロホスフェート
であるがＥｕで活性化されているものは、蛍光灯用の青
色発光蛍光体として特に公知であり、市販されている。
２５４と３６５ｎｍでは著しく良好に吸光する。しかし
ながらこの吸光は近ＵＶ（３８０〜４２０ｎｍ）では不
十分である。共活性化剤（Ｍｎ）の添加が、効率を目立
って低下させることなく所望の領域内での吸光を著しく
高めることは全く予期されなかった。
【００１２】特に、高い濃度での融剤添加（ＳｒＣ
ｌ２）及び比較的高いＥｕ割合が有利であることが示さ
れた。さらに、原料の高純度及び小さな粒度を考慮する
ことも好ましい。活性剤Ｅｕ及びＭｎの濃度に応じて、
黄色〜赤色の発光が生じる。二価のカチオンに対してＥ
ｕ割合は０．５〜２ｍｏｌ％であり、二価のカチオンに
対してＭｎ割合は３〜８ｍｏｌ％であるのが有利であ
る。カチオンとして特にＳｒが用いられ、場合により、
Ｂａ及び／又はＣａが少量混合される。Ｍｎ：Ｅｕの割
合は約４〜８であるのが好ましい。
【００１３】従って、全体として３８０〜４２０ｎｍの
領域内での一次放射の高効率の変換が達成される、それ
というのもこの励起領域は蛍光体の発光の付近にあるた
めである。
【００１４】ＬＥＤ（３８０〜４２０ｎｍ）のＵＶ線又
は青色の一次放射での励起により有色の光源を発生させ
る他に、特にこの蛍光体を用いて白色光が生じることは
有利である。このことは、少なくとも２種の蛍光体を使
用して、一次光源としてＵＶ放射するＬＥＤの場合に生
じる。従って、Ｒａ＝７５を上回る良好な色再現が達成
される。この場合、本発明による蛍光体自体が青色及び
黄−赤色のスペクトル領域において同時に２つの発光ピ
ークを示し、かつ通常は２つの異なる蛍光体を必要とさ
れていたことが達成されたことが重要な点である。
【００１５】この蛍光体は、白色発光ＬＥＤの製造のた
めに他の蛍光体と一緒に使用することができる。すでに
公知であるクロロシリケート蛍光体と一緒に使用するの
が特に有利である。これについては、たとえばドイツ国
特許出願第１００２６４３５．２号明細書及びＤＥ−Ｇ
Ｍ ２０１０８０１３．３が参照され、これらに関して
は明確に引用される。従って、適当な混合の際に、ほぼ
正確な白色点に当てることができる。
【００１６】白色混合は、ＵＶ発光ＬＥＤをベースと
し、（Ｅｕ，Ｍｎ）−ドープしたハロホスフェートを、
青緑色蛍光体、たとえばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ
２＋（ＢＡＭ）と一緒に使用して製造することができ
る。この色再現は必要に応じて緑色蛍光体（たとえばＥ
ｕ−ドープされたチオガレート又はクロロシリケート又
はＳｒ−アルミネート）を添加することによりなお改善
することができる。
【００１７】
【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。
【００１８】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4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、青及び黄色
に発光する２種（又はそれ以上の）顔料からなる混合物
である。
【００１９】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。この構造ユニットはプラスチッ
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。
【００２０】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−構成素子２４が取り付けられている。この構
成素子は３８０ｎｍのピーク発光を有するＵＶ−放射す
る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２
５は蛍光体からなり、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。
【００２１】有利な実施例は、主にＳｒ−ハロホスフェ
ートであり、その際、１〜４０ｍｏｌ％までの二価のカ
チオンＳｒの割合はＣａ又はＢａに置き換えられてい
る。この蛍光体の一般的な量子効率は、５０〜８０％で
ある。
【００２２】図３は波長の関数としての有利なハロホス
フェートの発光及び反射特性を表す。
【００２３】詳細には、図３ａは、試験番号ＫＦ７２５
の正確な組成Ｓｒ４．６５Ｅｕ０． ０５Ｍｎ０．３（Ｐ
Ｏ４）３Ｃｌで示されるハロホスフェートＳｒ５（ＰＯ
４） ３Ｃｌ：（Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋）の発光スペクトル
を示す。この最大値は４４８ｎｍであり、平均波長は５
４５ｎｍである。量子効率ＱＥは５４％である。反射率
（図３ｂ）は４００ｎｍで約Ｒ４００＝５４％であり、
４３０ｎｍで約Ｒ４３０＝７７％である。この場合、Ｅ
ｕの割合はカチオンＳｒの約１ｍｏｌ％であり、Ｍｎの
割合はこのカチオンの約６ｍｏｌ％である。比率Ｍｎ／
Ｅｕは６：１である。この色座標はｘ＝０．３５２；ｙ
＝０．３００である。
【００２４】ハロホスフェートＫＦ７２５の合成を次に
例示的に詳細に説明する。この合成の範囲内で、この蛍
光体のバッチ−秤量のために正確な化学量論から３％ま
で外れることがある。
【００２５】蛍光体粉末を高温−固体反応により製造す
る。このために、たとえば高純度の出発材料ＳｒＨＰＯ
４、ＳｒＣＯ３、ＭｎＣＯ３、Ｅｕ２Ｏ３及びＮＨ４Ｃ
ｌを、１５０：８０：１５：１．２５：６０のモル比で
乾式で一緒に混合した。
【００２６】個々の成分を良好に混合させた後、この粉
末を約１１００℃で１〜２ｈ形成ガス（Ｈ２ ５％）中
で加熱し、かつ反応させて上記の化合物にした。さらに
ＮＨ ４Ｃｌを添加しながら粉砕した。第２の熱処理を第
１の熱処理と同様の条件下で行った。粉末化（１ｈ）の
後に、この蛍光体を洗浄しかつ乾燥させた。黄色の粉末
が生じた。この蛍光体は４４５ｎｍで狭いＥｕ２＋帯域
を示し、５７５ｎｍで広いＭｎ帯域を示した。強度特性
はＭｎ割合によって調整した。この色座標はｘ＝０．３
４０；ｙ＝０．２８０であった。
【００２７】図４は、３８０ｎｍでの一次発光を示す青
色ＩｎＧａＮ−ＬＥＤをベースとし、ハロホスフェー
ト：Ｅｕ，Ｍｎ及びクロロシリケートの混合物を使用す
る発光変換ＬＥＤ（Lukoled）の発光スペクトルを表
す。ＫＦ７２５をＣａ７．６Ｅｕ ０．４Ｍｇ（Ｓｉ
Ｏ４）４Ｃｌ２と一緒に使用した。この場合では色再現
はＲａ＝７８である。量子効率ＱＥは７６％である。Ｓ
ｒ−ハロホスフェートとＥｕドープしたクロロシリケー
トとのこの混合はほとんど正確に白色点に当たる。この
色座標は、適当な混合比の選択の際に、ｘ＝０．３３
２；ｙ＝０．３３２である。
【００２８】図５は図４からの個々の成分を示す。この
場合、ハロホスフェートを曲線１として表し、クロロシ
リケートを曲線２として表す。
【００２９】正確に選択された化学量論に基づき、ＳＣ
ＡＰ：（Ｅｕ，Ｍｎ）は、特に緑（たとえばクロロシリ
ケート）又は黄（たとえばＹＡＧ：Ｃｅ）に発光する多
様な蛍光体と組み合わせることができる。
【００３０】本発明による蛍光体の特別な利点は、その
広帯域の発光であり、つまり１種の蛍光体を用いて２つ
の発光ピークを実現できることである。Ｅｕ／Ｍｎ−割
合のバリエーションによって、望み通りの発光を調節で
き、所望な色座標が達成できる。この割合Ｍｎ：Ｅｕは
特に４〜８の間に選択するのが好ましい。
【００３１】本発明による蛍光体は極めて安定であり、
蛍光−消光の温度は高く、さらに容易に製造可能であ
る。
【００３２】長波長の一次放射（特に４１０〜４２０ｎ
ｍ）を使用する場合には、一次発光自体が全体の発光の
ためになお僅かな青色成分に寄与する。
【００３３】図６〜９において、本発明による蛍光体の
他の実施例が示されている。この蛍光体のバッチ−秤量
の場合に、主に正確な化学量論が使用されるが、しかし
ながら塩素又はフッ素が過剰量で使用され、蒸発するク
ロリドもしくはフルオリドの補償に使用される。
【００３４】この場合、図６ａ及び６ｂは、４５０及び
５７４ｎｍで最大発光を示し、色座標ｘ＝０．４５９及
びｙ＝０．４５５を示す（Ｅｕ，Ｍｎ）共ドープした蛍
光体のＳｒ３．９３Ｅｕ０．４８Ｍｎ０．５９（Ｐ
Ｏ４）３Ｃｌの発光スペクトル及び反射スペクトルを表
す。この場合、ピーク比は、長波長ピークが優勢で約
５：１である。
【００３５】図７ａ及び７ｂは、４５２及び５７４ｎｍ
で最大発光を示し、色座標ｘ＝０．４６０及びｙ＝０．
４５９を示すＥｕ，Ｍｎ−共ドープした蛍光体のＳｒ
３．９ ３Ｅｕ０．４８Ｍｎ０．５９（ＰＯ４）３（Ｃｌ
０．８４，Ｆ０．１６）の発光スペクトル及び反射スペ
クトルを表す。この場合、ピーク比は、長波長ピークが
優勢で約８：１である。
【００３６】図８ａ及び８ｂはＥｕ，Ｍｎ−共ドープし
た蛍光体の発光スペクトル及び反射スペクトルを表し、
その際、ＭはＳｒ及びＢａからなる混合物を形成する。
この式はＳｒ３Ｂａ１．５Ｅｕ０．２０Ｍｎ
０．３０（ＰＯ４）３Ｃｌであり、４７０及び５８０ｎ
ｍで最大発光を示し、色座標ｘ＝０．３２０及びｙ＝
０．３３６を示す。この場合、ピーク比は、短波長ピー
クが優勢で約１０：９である。
【００３７】図９ａ及び９ｂはＥｕ，Ｍｎ−共ドープし
た蛍光体の発光スペクトル及び反射スペクトルを表し、
その際、ＭはＳｒ及びＢａからなる混合物を形成する。
この式はＳｒ３．５Ｂａ１Ｅｕ０．２０Ｍｎ
０．３０（ＰＯ４）３Ｃｌであり、４５１及び５８０ｎ
ｍで最大発光を示し、色座標ｘ＝０．３４８及びｙ＝
０．３３４を示す。この場合、両方の最大発光のピーク
比は約１：１である。
【００３８】これらの実施例は色座標の広いバリエーシ
ョンが成分の選択及びその相対割合の選択によって可能
であることを示す。
【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表
す
【図３】本発明による蛍光体の発光スペクトル及び反射
スペクトルを表す
【図４】本発明による蛍光体のハロホスフェート及びク
ロロシリケートを有するＬＥＤの発光スペクトルを表す
【図５】本発明による蛍光体のハロホスフェート及びク
ロロシリケートを有するＬＥＤの発光スペクトルを表す
【図６】本発明による他の蛍光体の発光スペクトル及び
反射スペクトルを表す
【図７】本発明による他の蛍光体の発光スペクトル及び
反射スペクトルを表す
【図８】本発明による他の蛍光体の発光スペクトル及び
反射スペクトルを表す
【図９】本発明による他の蛍光体の発光スペクトル及び
反射スペクトルを表す
【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 (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 (72)発明者 ロバート マクスウィーニー アメリカ合衆国 ペンシルヴァニア セイ アー クィーン エスター ドライヴ 110 Ｆターム(参考） 4H001 CA07 XA07 XA08 XA09 XA12 XA13 XA14 XA15 XA17 XA20 XA31 XA38 XA39 XA49 XA56 XA65 YA25 YA58 YA63 5F041 AA11 AA12 AA43 AA44 CA40 DA07 DA36 DA43 DA77 DB01 EE25 FF11

Claims (9)

    【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３８０〜４２
    ０ｎｍの範囲内の一次放射を発し、ＬＥＤの一次放射に
    さらされる蛍光体によって前記の放射は部分的に又は完
    全により長波長の放射に変換される形式のものにおい
    て、少なくとも、広帯域で発光しかつ（Ｅｕ，Ｍｎ）−
    共活性化されたハロホスフェートの種類から由来する蛍
    光体を用いて前記の変換が達成され、その際、前記のハ
    ロホスフェートは式Ｍ５（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ）：
    （Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋）に従い、前記式中、ＭはＳｒ、
    Ｃａ、Ｂａ単独であるか又はその組み合わせであること
    を特徴とする照明ユニット。
  2. 【請求項２】 カチオンはＳｒであり、前記のカチオン
    は部分的に（４０ｍｏｌ％まで）Ｂａ及び／又はＣａに
    より置き換えられていてもよい、請求項１記載の照明ユ
    ニット。
  3. 【請求項３】 アニオンは単独でＣｌであり、前記のア
    ニオンは部分的に（２０ｍｏｌ％まで）Ｆにより置き換
    えられていてもよい、請求項１記載の照明ユニット。
  4. 【請求項４】 Ｅｕの割合はカチオンＭの０．５〜１０
    ｍｏｌ％であり、Ｍｎの割合はカチオンＭの３〜１２ｍ
    ｏｌ％である、請求項１記載の照明ユニット。
  5. 【請求項５】 Ｍｎ：Ｅｕの割合は８〜１であり、有利
    に１．２〜６．５である、請求項１記載の照明ユニッ
    ト。
  6. 【請求項６】 白色光を発生させるために、一次発光さ
    れた放射は３８０〜４２０ｎｍの波長領域にあり、その
    際、一次発光された放射は請求項１から５までのいずれ
    か１項記載の少なくとも１つの蛍光体にさらされる、請
    求項１記載の照明ユニット。
  7. 【請求項７】 一次放射は、変換のために緑（４９０〜
    ５２５ｎｍ）又は黄−オレンジ（５４５〜５９０ｎｍ）
    に発光する少なくとももう１種の別の蛍光体にさらされ
    る、請求項５記載の照明ユニット。
  8. 【請求項８】 前記の別の蛍光体が、クロロシリケート
    又はＹベースの又はＴｂベースのガーネットである、請
    求項６記載の照明ユニット。
  9. 【請求項９】 有色光を発生させるために一次発光され
    た放射が３８０〜４２０ｎｍの波長領域内にあり、この
    一次発光された青色の放射は請求項１から５までのいず
    れか１項記載の少なくとも１つの蛍光体にさらされる、
    請求項１記載の照明ユニット。
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