JP2005520916A - 発光装置及び燐光体組成物 - Google Patents
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Abstract
一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体組成物と、光のパターンを発光するＬＥＤとを具える発光装置に関する。燐光体組成物は赤色燐光体を含むこともできる。２つの燐光体は、発光ダイオード、特に青色発光ダイオードによって出射された放射エネルギーを吸収することができる。本構成は、ＬＥＤからの吸収されなかった光と２つの燐光体から出された光とからなる３つの光源を混合させる。また、青色ＬＥＤからの放射エネルギーを吸収し、一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である単一の緑色燐光体を含む緑色ＬＥＤにも関連する。この装置は、高い吸収効率と高い光当量値の緑色光をもたらす。
Description
本発明は、３色（tri-color）ランプに関する。このランプは、燐光体組成物とエネルギー源を励起させる発光ダイオードとを含む。特に、このランプは、青色ＬＥＤと、白色光を生成するために赤と緑の燐光物質の混合物と青色のＬＥＤとを使用する。
新たな燐光体組成物を生成し発光装置の色、特に、白色光の生成において、その品質と効率とを改善するといった継続的なニーズがある。燐光物質は、励起エネルギーを吸収し、ある時間間隔の間このエネルギーを保存することができる発光物質である。その後、保存されたエネルギーは、初期の励起エネルギーとは異なるエネルギーを持つ放射エネルギー(radiation)として放射される。例えば、「下方変換(down conversion)」は、出射された放射エネルギーが初期の励起エネルギーよりも低い量子エネルギーを持つような状況をいう。従って、エネルギー波長効率は増大し、この増大はストークスシフトと称する。「上方変換(Up-conversion)」は、出射された放射エネルギーが励起放射エネルギーよりも高い量子エネルギーを持つような状況をいう（アンチストークスシフト）。
燐ベースの装置の色品質や効率の改善は絶え間なく開発がされ続けている。「効率」は、励起エネルギーに応じて初期にもたらされる多数のフォトンに対する、出射されたフォトンの比率に関連するものである。非効率的な変換は、エネルギーの少なくとも一部が非放射過程で消費されるときに起こる。色の「品質」は、多数の異なる評価システムによって測定することができる。「色度(chromaticity)」は、色相(hue)と彩度(saturation)によって色を規定する。ＣＩＥは、国際証明委員会によって開発された色度座標系である。このＣＩＥ色度座標は、「１９３１ ＣＩＥ」色空間で色を規定する座標である。これらの座標は、ｘ，ｙ，ｚで規定され、三刺激値の和に対する、３つの標準原色ｘ，ｙ，ｚ（三刺激値）の比率である。ＣＩＥチャートは、三刺激値の比率ｘ，ｙ，ｚ対これらの合計からなるプロットを含む。ｘ，ｙ，ｚ座標系を減少させたものに１を加え得るような状況では、典型的には二次元ＣＩＥ（ｘ，ｙ）プロットが使われる。
白色状の色は「相関色温度（ＣＣＴ）」によって説明することができる。例えば、金属を熱したとき、生じた光が放射され、これは最初赤色で輝く。金属が次第により高い温度で加熱されるのに従って、放射される光は、より高い量子エネルギーにシフトし、はじめは赤みがかった光であり、白色光にシフトし最終的には青白い光にシフトする。システムは、黒体放射物として知られる標準物体におけるこれらの色の変化を決定するために開発されたものである。温度に依存して、黒体放射体は、白色状の放射エネルギーを出射、即ち放射する。この白色状の放射エネルギーの色は、ＣＩＥ色度チャートで表すことができる。従って、評価すべき光源の相関色温度は、黒体放射体が光源の色度に最も似ている色度を生成する温度である。色温度とＣＣＴは、絶対温度（ケルビン）で表す。
演色指数（ＣＲＩ）は、視覚的な経験によって構築されたものである。評価されるべき光源の相関色温度が決定される。その後、最初に８つの標準色見本を当該光源で照らし、それから同じ色温度を持つ黒体からの光で照らす。標準色見本が色を変えなかった場合、光源は理論的に完璧で特別なＣＲＩ値、１００を持つ。全体的な演色指数はＲａと称するものであり、これは８つの標準色見本サンプル全てのＣＲＩの平均である。
古い白色ランプは、広い波長域にわたる光の放射を伴っていた。その後、各放射光には比較的に狭い波長域が含まれているような、２つまたは３つの異なる光の色の混合でシミュレーションし得ることが判明した。個々の赤、緑、青の光源の放射特性（放射エネルギーと強度）を個別に調整することによって、これらのランプを調整して白色に制御することもできた。従って、この方法は、演色特性の改善を達成する可能性を提供するものであった。
２色ランプのある例は、１つの燐光体と励起エネルギー源とを含むものである。燐光体によって放射された光は、励起エネルギー源から吸収されなかった光と結合し、その結果、白色状の色を生成する。蛍光灯におけるさらなる改善は、３つの異なる光の色（即ち、３色(tri-color)ランプ）が含まれており、これらによって高い効率で白色光を生成する。３色ランプの一例では、青、赤、緑の光を放出する燐光体を含むものであった。前述の３色ランプのその他のものは、２つの燐光体（緑と赤の燐光体）と、水銀プラズマ励起源からの吸収されなかった光との結合に関連するものであった。
しかしながら、水銀プラズマ励起源は、以下のような多くの欠点を被るものである。
(1)励起イオンを伴うガス放電をもたらし得るような高電圧が必要
(2)高エネルギーＵＶ量子の放出
(3)それ相応に短い耐用時間
従って、これらの欠点を克服するような装置のニーズが今なお存在する。
(1)励起イオンを伴うガス放電をもたらし得るような高電圧が必要
(2)高エネルギーＵＶ量子の放出
(3)それ相応に短い耐用時間
従って、これらの欠点を克服するような装置のニーズが今なお存在する。
ＷＯ０１／２４２２９は白色光を生成する３色ランプを開示している。特に、ＷＯ０１／２４２２９は、発光ダイオード、特に青色ＬＥＤによって出射された放射エネルギーを吸収することができるようなホスト硫化物(host sulfide materials)を持つ２つの燐光体を含む燐光体の混合物に関する。この装置は、２つの希土類イオンから放出された３つの光源の光を混合したものを提供し、ＬＥＤ放射エネルギーに対して燐光体をマッチさせることを可能にする。各光源のパワーの比を変更して優れた演色を達成することができる。ＷＯ０１／２４２２９は、青色ＬＥＤからの放射エネルギーを吸収する１つの緑色燐光体を含む緑色ＬＥＤの代替物にも関連する。得られた装置は、高い光当量値(luminous equivalent values)と高い吸収効率の緑色光を出力する。
燐光体組成物とこれらの混合物を見つけ、特に３色、白色ランプにおける、改善された効率、演色（例えば、高い演色指数で測定されるなど）、及び輝度（強度）を含む改善された諸特性を提供するための継続的な挑戦が残っている。
光ルミネセンス化合物は、消光温度の特性範囲を持つことが判明した。即ち、例えば、燐光体に紫外光源からの放射エネルギーを与えることによって、燐光体が励起され発光するとき、発光の強度が、燐光体の温度が指定された温度範囲の間で上昇するのに従い徐々に減少する。例えば、化合物 Zn. 80 CD.20 S：AgClは、温度が９５℃から１０５℃に上昇するのに従い、ブライトグリーンから消光し、ダルグリーン、グリーングレイ、グレイ、ブラックへと消光していく。前述した基本燐光体成分系によって提供される化合物の温度範囲は、これらの陰イオン成分の組成によって決定されることが判明している。従って、燐光体化合物は、異なる色特性と同様に異なる消光温度範囲を持つように作製することができる。高温での熱消光は、ＬＥＤの効率、特に、チップ温度、即ち素子温度が高いときに減少する。従って、硫化物燐光体を、より高い熱消光温度を持つ非硫化物燐光体で置き換えることが好適である。
発明の概要
本発明のある実施態様では、光のパターンを発光、即ち放射する発光ダイオードを含む装置を提供する。この装置は、さらに、一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体を含む燐光体組成物を含むものである。
この燐光体は、支持体成分（ホスト）としてアルカリ土類ケイ酸塩格子と、添加物としての２価のユウロピウムとを含み、この組成物は光のパターンにあわせて置かれる。
このような燐光体の高い消光温度のため、このような装置は、特にチップ温度が１５０℃を超えるよな場合に高効率を呈する。
特に、燐光体が薄膜層に含まれている場合には、燐光体の高い消光温度が利点となる。
本発明のある実施態様では、光のパターンを発光、即ち放射する発光ダイオードを含む装置を提供する。この装置は、さらに、一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体を含む燐光体組成物を含むものである。
この燐光体は、支持体成分（ホスト）としてアルカリ土類ケイ酸塩格子と、添加物としての２価のユウロピウムとを含み、この組成物は光のパターンにあわせて置かれる。
このような燐光体の高い消光温度のため、このような装置は、特にチップ温度が１５０℃を超えるよな場合に高効率を呈する。
特に、燐光体が薄膜層に含まれている場合には、燐光体の高い消光温度が利点となる。
本発明の他の態様では、光のパターンを出射するＬＥＤと、第１の燐光体と第２の燐光体との混合物を含む燐光体とを含む発光装置を提供する。第１の燐光体は、一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）であり、支持体成分のアルカリ土類ケイ酸塩格子と添加物として２価ユウロピウムとを含み、発光ダイオードによって励起される機能を持っている。第２の燐光体は、赤色を発光する燐光体である。
本発明の他の実施態様では、一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である緑色燐光体と、(Sr1-x-yBaxCay)S：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1である。）の赤色燐光体であって、
CaS：Ce, Cl、
Li2SrSiO4：Eu、
(Sr1-xCax)SiO4：Eu（但し、0≦x＜1 である。）、
(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12：Ce（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、及び
(Sr1-x-yBaxCay)2Si5N8：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、
からなる群から選択されるような赤色燐光体とを含む燐光体組成物を具える発光装置を提供する。このような燐光体組成物の放射スペクトルは、必要とされる色温度で優れた演色を持つ高品質の白色光とＬＥＤの青色光とを一緒に得るために適切な波長を持つ。
CaS：Ce, Cl、
Li2SrSiO4：Eu、
(Sr1-xCax)SiO4：Eu（但し、0≦x＜1 である。）、
(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12：Ce（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、及び
(Sr1-x-yBaxCay)2Si5N8：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、
からなる群から選択されるような赤色燐光体とを含む燐光体組成物を具える発光装置を提供する。このような燐光体組成物の放射スペクトルは、必要とされる色温度で優れた演色を持つ高品質の白色光とＬＥＤの青色光とを一緒に得るために適切な波長を持つ。
本発明の他の実施態様では、一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体と、支持体成分としてアルカリ土類ケイ酸塩格子と添加物としてのユウロピウムとを含む燐光体組成物を提供する。一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）の燐光体は、フォトンを効率的に、特に４５０ｎｍで動作している青色ＬＥＤのフォトンを吸収し、このような波長の励起を受けて高い量子効率を示す。このような燐光体は、２３０℃でＴＱ５０％の高い消光温度を示す。
本発明のその他の利点、新規事項、及び目的は、添付の図面と共に考慮したとき、以下に記載する本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、これらの図面は概略を示すものであり、縮尺して記載することを意図したものではない。諸図面においては、様々な図面に記載された同じ或いは似ている要素は１つの符号で記述されている。記載を明瞭にするため、全ての要素に全ての図面でラベルを付けるわけではなく、また、本発明を当業者が理解することを可能にするために必要でない場合は、本発明の各実施例の全ての要素にラベルを付ける必要もない。
本発明は、一部は、共通の発光ダイオード（ＬＥＤ）で励起可能な、特定の緑と赤の燐光体を使用する３色ランプが従来の蛍光灯より高品質な演色、かつ高効率で白色光を達成することに関する知見に関連するものであり、１５０℃から２３０℃までの素子温度で実質的に消光を起こす傾向がないことに関連する。
本発明の有利な特徴に、励起源としてＬＥＤを使用することが含まれる。ＬＥＤは、ドープされた半導体領域の間にp-n接合を持つ。電流の供給を受けると、電子と正孔とがp-n接合を横断することが可能になるために十分なエネルギーが存在することが可能になり、その結果、電子と正孔の再結合が放射エネルギーの放出を引き起こすことになる。他の励起エネルギー源を上回るＬＥＤの利点は、小サイズ、低電力消費、長寿命、及び放出される熱エネルギーが少量であることなどが含まれる。さらに、ＬＥＤは、寸法が小さく装置の小型化が可能になる。
ある実施態様では、共通のＬＥＤは青色ＬＥＤである。励起放射エネルギーとして他の光源でななく青色光源を使用することは、特に、可視光への変換効率が高くなるという利点があることが判明した。ある実施態様では、各燐光体は、約４５０ｎｍから約４８０ｎｍまでの波長で放射エネルギーを放出する共通のＬＥＤによって励起されることができる機能を持つ。燐光体による吸収は４８０ｎｍを超える励起エネルギーでは減少するのに対して、演色は４５０ｎｍより下の励起エネルギーにおいて減少させることができることを見いだした。上述したエネルギー範囲で放射エネルギーを放出する青色ＬＥＤの例としては、(In,Ga)Nダイオードがある。
青色光源は、出力効率が青色光によって励起される赤と緑色の燐光体に対して増大するなどのようにして、ＵＶ励起光源への固有の利点を提供することができる。この燐光体物質は、一般に、従来の装置の燐光体よりも小さいストークスシフトを必要とする。例えば、ある３色の従来技術の蛍光灯は、約４．９ｅＶを中心としたＵＶを放射するような水銀プラズマを組み込んだものである。このＵＶ光は、青、赤、緑色の燐光体を励起し、結果として生じる放射エネルギーのスペクトルは、約２．８ｅＶ（吸収されない光）、２．３ｅＶ（緑）、２．０ｅＶ（赤）のエネルギーで最大強度（輝度）を示す。顕著なストークスシフトが、このような状況に伴って明らかに生ずる。しかしながら、出力効率は、励起された量子エネルギーと放出された量子との差異である量子欠損(quantum deficit)によって限定される。従って、例えば上述したように、緑色光の出力効率は、平均で（４．９ｅＶ−２．３ｅＶ）／４．９ｅＶ＝５３％である。一方、約２．７ｅＶ（〜４６０ｎｍ）の放射エネルギーにおける青色ＬＥＤによって励起された緑色（２．３ｅＶ）と赤色（２．０ｅＶ）の燐光体は、より少ないストークスシフトと量子欠損(quantum deficit)を呈し、これに伴い出力効率は大きくなる。
燐光体は、ホスト格子(host lattice)と添加物（ドーパント）イオンとを含む。典型的には、ホスト即ち支持体成分物質は、添加物イオンが格子イオンを置き換えるような、無機、イオン格子構造（ホスト格子）を持つ。この添加物は、励起放射エネルギーの吸収したときに光を放出する機能を持つ。理想的な添加物は、励起放射エネルギーを強く吸収し、このエネルギーを出射される放射エネルギーに効率的に変換する。添加物が希土類イオンである場合は、これが吸収し、4f-4f遷移を介して、即ち、ｆ軌道エネルギーレベルに関する電子遷移を介して、放射エネルギーを放出する。f-f遷移は量子機構的に禁止され弱い放射強度をもたらすものであるが、２価のユウロピエムなどのある希土類（レアアース）は、許可された4f-5df遷移（d軌道／f軌道混成を介して）をつうじて強く放射エネルギーを吸収し、従って高い放射エネルギー強度を生成することが当該分野では知られている。
２価のユウロピウムなどの希土類添加物の放射エネルギーは、添加物イオンが存在するホスト格子に依存するエネルギーにおいてシフトすることができる。従って、本発明のある程度は、適切な支持体成分物質に組み込まれたときに、ある希土類添加物が青色光を可視光に効率的に変換するという知見に基づくものである。本発明による燐光体は、アルカリ土類ケイ酸塩、即ち、ケイ酸塩とアルカリ土類金属イオンとを含む格子である、ホスト格子を含むものである。
本発明の他の利点となる特徴は、２つの異なるエネルギー範囲で（例えば赤と緑）で比較的狭い線幅の出射光を持つ１つの共通青色エネルギー源によって励起可能な燐光体混合物を提供することである。適切な燐光体を提供するためのやりかたをここで開示する。ある実施態様では、添加物即ちドーパントは、第1と第2の燐光体とでは同一のものである。２つの燐光体による赤色と緑色の発光は、適切なホスト（支持体成分）物質を選択することによって調整することができる。赤色燐光体は、
(Sr1-x-yBaxCay)S：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1である。）、
CaS：Ce, Cl、
Li2SrSiO4：Eu、
(Sr1-xCax)SiO4：Eu（但し、0≦x＜1 である。）、
(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12：Ce（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、及び
(Sr1-x-yBaxCay)2Si5N8：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、
からなる群から選択する。
(Sr1-x-yBaxCay)S：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1である。）、
CaS：Ce, Cl、
Li2SrSiO4：Eu、
(Sr1-xCax)SiO4：Eu（但し、0≦x＜1 である。）、
(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12：Ce（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、及び
(Sr1-x-yBaxCay)2Si5N8：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、
からなる群から選択する。
図２は、２つの異なる燐光体、即ち、４５０ｎｍで１つの共通{In,Ga}NのＬＥＤで励起されている(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSr2Si5N8：Euからの発光スペクトルのオーバーレイである。燐光体は、カプセル材料の混合物として提供される。スペクトルは強度１で正規化してある。
図３は、図２は、２つの異なる燐光体、即ち、４５０ｎｍで１つの共通{In,Ga}NのＬＥＤで励起されている(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSrS：Euからの発光スペクトルのオーバーレイである。スペクトルは強度１で正規化してある。
ホスト格子に存在する添加物の好適な量は、０．０１ｍｏｌ％から８ｍｏｌ％である。
本発明の実施態様の操作においては、ＬＥＤ素子から燐光体層への紫外光線の放射は燐光体を励起し、当該層の表面全体のうえで明るく均一な発光を生成する。
ある実施態様では、本装置はランプである。ある実施態様では、ランプは白色光を出す。この実施態様では、第1の燐光体は一般式(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02である緑色燐光体であり、第2の燐光体は一般式Sr2Si5N8：Euである赤色燐光体であり、ここで白色色はＬＥＤによって提供される吸収されなかった青色光と、赤色と緑色の光とを効率的に混合することによって達成される。
本発明の白色ランプは、演色特性が従来の白色ランプよりも非常に優れているという点で特に有利である。ある実施態様では、ランプは色温度約２７００Ｋから約８０００Ｋで演色指数Ｒａが少なくとも約６０であり、好適には、Ｒａは少なくとも約７０、さらに好適にはＲａが少なくとも約８０であり、さらに好ましくはＲａは少なくとも約９０であるような、放射エネルギーを出す能力を持つ。好適な実施態様では、ランプは６０００Ｋ未満のＣＣＴ値のための７０を超えるＲａ、即ちＣＲＩを生成する。
図２は、４６０ｎｍで青色{In,Ga}NのＬＥＤで励起されている(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSr2Si5N8：Euとの混合物を具える３色ランプの発光スペクトルを示す。発光強度、即ち、放射エネルギーを縦の座標軸に示す。このシステムは、広範囲な色温度に対して優れた演色特性を呈する。本発明の特徴は、燐光体の各量をミックスし、青色ＬＥＤでこれら燐光体を照らし、これらの所望されるシミュレーションされたスペクトルにきっちりと合致させることででる。
装置の各光源の光学特性を変化させることによって、本装置に特定の用途に依存した所望の特性を持たせることができる。例えば、ある装置は、高輝度（強度）の光を生成することを必要とし一方でほどほどの演色性を必要とすることができるが、他の用途では効率を犠牲にして高い演色性を必要とすることもできる。或いは、高い効率のために演色性を犠牲にすることもできる。例えば、効率の５０％の増大は、Ｒａを約６０％に低下させることによって達成できる。このような諸特性は、各光源の相対出力比率を変更することによって変化させることができる。出力比は、例えば、装置内にある燐光物質の相対的な量を変える、或いは、添加物濃度を変化させることによって変化させることができる。
燐光体組成物は、最適な演色特性が達成されるならば２つを超える、即ち３つ以上の燐光体を具えることができる。
ある実体態様では、本装置はさらに燐光体組成物をカプセル化するためのポリマーをも含むことができる。この実施態様では、燐光体混合物は、カプセル化剤のなかで高い安定性を示すこととなる。ポリマーは顕著な光散乱を防止するため光学的に透明なものにすることが好適である。ある実体態様では、ポリマーは、エポキシ、シリコン樹脂からなる群から選択される。５ｎｍのＬＥＤランプを造るための様々なポリマーがＬＥＤ業界では知られている。カプセル化は、燐光体混合物をポリマー前駆体である液体に加えることによって実施することができる。例えば、燐光体混合物は、粉末、即ち粉体にすることができる。燐光体粒子をポリマー前駆体液体に導入するとスラリー（即ち粒子の懸濁）が生成する。重合することによって、燐光体混合物はカプセル化によって所定の場所に堅く固定される。ある実施態様では、この組成物とＬＥＤの両者がポリマー内でカプセル化される。
一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体組成物の使用は、燐光体組成物が薄膜、或いは小さい容積に収められる場合に特に有利であり、その理由は、これらは高い温度に敏感でなく、高い吸収を伴うストークスシフトによって生成される熱による薄い層をもたらし、従って、非常に小さい光浸透深さをもたらすからである。
組成物を含む燐光体は、適正なブレンダーによって最終的に乾式ブレンドすることによって製造することができ、液体懸濁媒体に割り振る、即ち、個々の燐光体或いは複数の燐光体はニトロセルロース／酢酸ブチルのバインダーと市販のラッカーで使用される溶媒溶液などのような、懸濁液に加えることができる。酸化ポリエチレンなどのバインダー、或いは増粘剤と、適正な分散剤が入った水を含む多くのその他の液体を使用することもできる。組成物を含む燐光体を塗布、即ちＬＥＤのうえに付けて、そして乾燥する。
或いは、１つまたは複数の燐光体は、ポリプロピレン、ポリカーボネート、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）など適切なポリマー系を燐光体組成物に組み合わせることができ、これはその後、ＬＥＤに塗布され、そして、乾燥、凝固、固める、或いは、硬化させる。液体ポリマー系は、任意選択としてＵＶ硬化、或いは室温で硬化してＬＥＤに対する熱損傷を最小化することもできる。
或いは、ポリカーボネート、或いは堅い透明プラスチックなどのような適切なプラスチックでできた透明なポリマーレンズをＬＥＤのうえに形作る。レンズにはさらに反射防止層を被覆して装置への光の侵入を防止することもできる。
燐光体の粒子サイズ（燐光体粒子の平均直径）の役目は十分に理解されているわけではないが、重量の割合は個々の粒径に依存して変化し得るものである。好適な粒子サイズは１５μｍであり、より好適には、燐光体を分散する装置の目詰まりを防止すために１２μｍ未満である。ある実施態様では、各燐光体タイプによって粒子サイズは変わる。ある特定の実施態様では、(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）の粒径は、約１０μｍ未満である。しかしながら、他の装置では、より大きな粒径で作製することができる。
ＬＥＤから出た吸収されなかった光は演色に寄与するが、吸収されなかった光は、しばしば、燐光体から放出された光と混合することなく逃げ出すことがあり、その結果、装置の全体的な効率が低下することもある。従って、ある実施態様では、ＬＥＤと組成物は、反射器カップ内に置かれる。反射器カップは、反射性材料で作製された何らかの収納部や凹部とすることができる。ＬＥＤと燐光体粒子とを反射器カップに置くことによって、非吸収／非混合のLED出射光は、反射して燐光体粒子に戻っていき最終的に吸収させるか、或いは、燐光体から放出された光と混合させることができる。
図５は、本発明の装置の概略図である。本装置はＬＥＤ１を具える。ＬＥＤ１は反射器カップ２に置かれる。ＬＥＤ１は、あるパターンで光を出射する。燐光体組成物４、５はそのパターン内に置かれる。この燐光体組成物は、樹脂３内に埋め込まれている。この例では反射器カップ２は、最初の光パターンで前もってカバーされていないスペースに光が反射したときに（例えば、パラボラ反射器の場合）、光のパターンを変化させることができる。当業者は、燐光体組成物４、５への戻り光の反射を最適化する、或いは、ＬＥＤ１の位置決めを最適化し効率的な変換の光パターンを提供するような、何らかの形状の反射器カップを提供することができるものと理解される。例えば、反射器カップ２の壁部は放物線状にすることができる。
本発明のその他の態様では、緑色ＬＥＤに対する代替のデザインを提供する。緑色ＬＥＤはつい最近開発されたものである。しかしながら現在の緑色ＬＥＤは、青色ＬＥＤよりも効率が悪いということで名高い。さらに、緑色ＬＥＤから出された放射エネルギーは、温度上昇に応じて波長シフトを示すが、これは望まれない特性である。
従って、本発明のこの態様では、燐光体への励起放射エネルギーを提供するための青色発光ダイオードと緑の燐光体とを含む装置を提供する。下方変換の利用することによって、緑色燐光体を介して青色光を緑色光に変換することができる。この装置は、青色ＬＥＤに匹敵し得る効率を提供し、温度上昇に伴う放射エネルギーのシフトを最小化するなど緑色ＬＥＤの欠点をさらに除去した緑色ＬＥＤに匹敵するものである。ある実施態様では、緑色燐光体は、(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である。
５７５[ｌｍ／Ｗ]という高い光当量値(luminous equivalents value)は、その他の何らかの緑色ＬＥＤ或いはその代替物よりもはるかに高い、約５３５ｎｍの最大波長でこの燐光体で達成させることができる。励起放射エネルギーの高い吸収は、効率、及び／または、彩度を低減させ得るような青色放射エネルギーのかなりの量を除去することが望ましい。
本発明のこれらの実施態様及びその他の実施態様の機能や利点は、以下の実施例からより十分に理解されることであろう。以下の実施例は本発明の利点を説明することを意図するものであるが、本発明の範囲を完全に例示するものではない。
実施例１
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02の調製
15.009(76.01mmol)BaCO3、11.22(76.01mmol)SrCO3、0.546(1.55mmol)EU203、及び4.809(79090mmol)SiO2をエタノールのなかで懸濁させる。溶媒を攪拌させながら蒸発させ、次にNH4Clを乾燥させた粉末に加える。この物質が完全に瑪瑙乳鉢ですりつぶした後、この物質をアルミナ坩堝に入れ、６００℃で０．５時間加熱する。粉末を再度すりつぶし、得られた粉末をN2/H2存在下で４時間１１００℃から１２００℃までの間で熱処理する。N2/H2存在下で室温まで冷却し、粉末を粉砕し３６μｍの篩でふるいにかける。
このようにして調製された(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02の分光特性は、７０％のQE460nm、８０％のAbs460nm、４８３[lm/W]のLE、色点(colour point)ｘ＝０．２４、ｙ＝０．６５である。
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02の調製
15.009(76.01mmol)BaCO3、11.22(76.01mmol)SrCO3、0.546(1.55mmol)EU203、及び4.809(79090mmol)SiO2をエタノールのなかで懸濁させる。溶媒を攪拌させながら蒸発させ、次にNH4Clを乾燥させた粉末に加える。この物質が完全に瑪瑙乳鉢ですりつぶした後、この物質をアルミナ坩堝に入れ、６００℃で０．５時間加熱する。粉末を再度すりつぶし、得られた粉末をN2/H2存在下で４時間１１００℃から１２００℃までの間で熱処理する。N2/H2存在下で室温まで冷却し、粉末を粉砕し３６μｍの篩でふるいにかける。
このようにして調製された(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02の分光特性は、７０％のQE460nm、８０％のAbs460nm、４８３[lm/W]のLE、色点(colour point)ｘ＝０．２４、ｙ＝０．６５である。
実施例２
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSr2Si5N8：Euとを具える白色LED
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSr2Si5N8：Euとを含む燐光体混合物をシリコンモノマーオイルのなかで懸濁させ、この懸濁液の液滴をInGaNのダイ(die)にうえに置く。触媒をこのシリコンモノマーに加えて重合プロセスを開始させ、その結果シリコンが硬化する。最終的にLEDをプラスチックのキャップで密閉する。
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSr2Si5N8：Euとを具える白色LED
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSr2Si5N8：Euとを含む燐光体混合物をシリコンモノマーオイルのなかで懸濁させ、この懸濁液の液滴をInGaNのダイ(die)にうえに置く。触媒をこのシリコンモノマーに加えて重合プロセスを開始させ、その結果シリコンが硬化する。最終的にLEDをプラスチックのキャップで密閉する。
実施例３
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSrS：Euとを具える白色LED
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSrS：Euとを含む燐光体混合物はをシリコンモノマーオイルのなかで懸濁させ、この懸濁液の液滴をInGaNのダイ(die)にうえに置く。触媒をこのシリコンモノマーに加えて重合プロセスを開始させ、その結果シリコンが硬化する。最終的にLEDをプラスチックのキャップで密閉する。
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSrS：Euとを具える白色LED
(Ba0.49Sr0.49)2SiO4：Eu0.02とSrS：Euとを含む燐光体混合物はをシリコンモノマーオイルのなかで懸濁させ、この懸濁液の液滴をInGaNのダイ(die)にうえに置く。触媒をこのシリコンモノマーに加えて重合プロセスを開始させ、その結果シリコンが硬化する。最終的にLEDをプラスチックのキャップで密閉する。
Claims (9)
- 一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体組成物と、光のパターンを発光するＬＥＤとを具える発光装置。
- 請求項１に記載の発光装置において、
前記発光装置が４５０ｎｍから４８０ｎｍまでの波長で発光する、ことを特徴とする発光装置。 - 請求項１または２に記載の発光装置において、
前記燐光体組成物が薄膜層に含まれている、ことを特徴とする発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置において、
前記ＬＥＤが青色発光ＬＥＤである、ことを特徴とする発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置において、
前記燐光体組成物が、
一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である緑色燐光体と、赤色燐光体とを含む、
ことを特徴とする発光装置。 - 請求項５に記載の発光装置において、
前記赤色燐光体が、
(Sr1-x-yBaxCay)S：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1である。）、
CaS：Ce, Cl、
Li2SrSiO4：Eu、
(Sr1-xCax)SiO4：Eu（但し、0≦x＜1 である。）、
(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12：Ce（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、及び
(Sr1-x-yBaxCay)2Si5N8：Eu（但し、0≦x＜1, 0≦y＜1 である。）、
からなる群から選択されるものである、
ことを特徴とする発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置において、
前記発光装置がランプである、ことを特徴とする発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置において、
前記発光装置が交通標識である、ことを特徴とする発光装置。 - 一般式(Ba1-x-y-zSrxCay)2SiO4：Euz（但し、0≦x≦1, 0≦y≦1, 0＜z＜1 である。）である燐光体を含む燐光体組成物。
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