JP2013519226A - 蛍光体変換ｌｅｄ - Google Patents

Abstract

本発明は、青色放射ＬＥＤと、前記ＬＥＤの放射波長で励起される第１の蛍光体層であって、蛍光体が500nm乃至560nmの範囲内の放射波長を有する第１の蛍光体層と、0.24乃至0.35の間の範囲での色点u'及び放射スペクトルのうちのλp＞600nmの蛍光体層のピーク放射を有する第２の蛍光体層と、を含む発光装置に関し、特に、緑色放射ルミネッセンスセラミック材料及び広い放射スペクトルを有する第２の蛍光体材料の組合わせを含む蛍光体変換ＬＥＤに関する。第２の蛍光体材料は、一般式M_1-x-y-zSi_1+zAl_1-zN_3-zO_z :Eu²⁺ _xCe²⁺ _yの複合物を含み得、MはCa、Sr、及びこれらの混合物からなる群から選択されており、0.0001≦x≦0.005、0.001≦y≦0.05、及び0≦z≦0.25
である。

Description

本発明は、ルミネッセンス層のスタックを含む新規の発光装置に関し、特に、緑色放射ルミネッセンスセラミック材料及びオレンジ色放射ルミネッセンス層の組合わせを含む蛍光体変換ＬＥＤに関する。

ホスト材料としてケイ酸塩、リン酸塩（例えば、リン灰石）及びアルミン酸塩を含み、このホスト材料への活性化材料として遷移金属又は希土類金属が加えられている蛍光体は、広く知られている。特に、青色ＬＥＤは、近年実用的になってきたので、このような青色ＬＥＤをこのような蛍光体材料を用いて活用する白色光源の開発は、精力的に追求されている。

現在の暖色系白色蛍光体変換ＬＥＤ（ｐｃＬＥＤ）は、ＹＡＧ蛍光体を赤色蛍光体粉末層と組み合わせることなどにより、製造される。蛍光体層厚さの変化は、一般的に１つの照準である黒体軌跡（Planckian locus）から遠ざかる白色ＬＥＤ色点の変化を生じさせる。２つの蛍光体層の粉末混合と比較した場合の、層状にされた蛍光体組合わせの有利な点は、蛍光体の相互作用の低減、すなわち、赤色放射蛍光体による緑色蛍光体の発光の吸収の低減、である。赤色蛍光体層厚さの変化が原因により、生じる色の変化は、黒体軌跡から遠ざかるように移動し、生じる放射色は、もはや白色ではない。

異なる様々な色放射ルミネッセンス材料は、興味を集めており、いくつかの材料が、例えば、「Journal of Materials Science, 2009, V 44, p 4763 - 4775」などにおいて、提案されている。

しかし、広範囲の応用例内で使用可能である最適化された輝度効率及び演色性を有する暖色系白色蛍光体変換ＬＥＤに関するニーズはそれでもなお引き続き存在する。

本発明の目的の一つは、最適化された輝度効率及び演色性を有する暖色系白色蛍光体変換ＬＥＤを提供することである。

この目的は、本発明の請求項１に従う発光装置により解決される。それに従うと、青色放射ＬＥＤと、前記ＬＥＤの放射波長で励起される第１の蛍光体層であって、蛍光体が500nm乃至560nmの範囲内の放射波長を有する第１の蛍光体層と、0.24乃至0.35の間の範囲での色点u'及び放射スペクトルのうちのλp＞600nmの蛍光体層のピーク放射を有する第２の蛍光体層と、を含む発光装置が提供される。

u'は、均一色空間CIE1976の定義により規定されることを理解されるべきである。CIE1976及びCIE規格S 014-5/E:2009に従うと、u´は、

として規定される。

本発明に従う実施例において、0.24乃至0.35の間の範囲での色点u'及びλp＞600nmの蛍光体層のピーク放射を有する蛍光体は、一般式

M_1-x-y-zSi_1+zAl_1-zN_3-zO_z :Eu²⁺ _xCe²⁺ _y
に従う材料を含み、MはCa、Sr、及びこれらの混合物からなる群から選択されており、

0.0001≦x≦0.005、0.001≦y≦0.05、及び0≦z≦0.25
である。

「M_1-x-y-zSi_1+zAl_1-zN_3-zO_z :Eu²⁺ _xCe²⁺ _y」という用語により、特に及び／又は追加的に、本質的にこの組成を有するいかなる材料も意味される及び／又は含まれることを特記されるべきである。

「本質的に」という用語は、特に95％以上、好ましくは97％以上、及び最も好ましくは99％wt-%を意味する。

このような材料は、本発明の範囲における広範囲の応用例に関して以下の有利な点のうちの少なくとも一つを有することを示している。

このような材料を、ルミネッセンス層として使用する場合、改善された発光特性、特に暖色系白色蛍光体変換ＬＥＤにおける演色性の改善、を示すＬＥＤが組み立てられ得る。

このような材料は、特に白色蛍光体変換ＬＥＤに適される広帯域放射及び適切な赤色放射を有することが分かった。

このような材料は、蛍光体変換ＬＥＤにおける赤色蛍光体層の変化する層厚さにより引き起こされる色変化を補償することが可能であることが分かった。

本発明の好ましい実施例に従うと、0.0001≦x≦0.005であり、好ましくは、0.0002≦x≦0.005である。このことは、xが高すぎる場合、材料の色点は蛍光体変換ＬＥＤにおける赤色蛍光体層の変化する層厚さにより引き起こされる色変化を補償する範囲にないので、多くの応用例に関して有利であることが分かった。xが低すぎる場合、演色性特性は低下する。

本発明の好ましい実施例に従うと、ルミネッセンス材料は、セラミック体である。本発明の意味における「セラミック」という用語は、空孔の数が制御されている又は空孔の無い複合材料又は結晶性若しくは多結晶性コンパクト材料を特に意味する及び／又は含む。

本発明の好ましい実施例に従うと、0.001≦y≦0.04であり、好ましくは、0.002≦y≦0.005であり、より好ましくは0.02≦y≦0.03である。前記で規定される材料において、Ceは、第2の放射材料として作用するように判断される。Ceドーピングは、当該材料を、緑色からオレンジ色の範囲において放射するようにさせる一方で、Euドーピングは、当該材料を、深い赤色範囲で放射するようにさせる。驚くべきことに、両方の希土類要素を有する材料のドーピングは、当該材料を、発明性のある方法で放射するようにさせる。

本発明の好ましい実施例に従うと、0.05≦z≦0.25であり、好ましくは、0.1≦z≦0.15である。概して、材料における酸素含有は、基礎材料の不純物の結果として判断される。しかし、材料における酸素の含有量が高すぎる場合、放射の赤色放射は、低すぎるようになる。このことは、当該材料に、意図される色範囲において放射させるのではなく、黄色の範囲において放射をさせるようにする。

好ましい実施例に従うと、MにおけるCaの含有量が80%(mol/mol)以上、より好ましくは90%(mol/mol)以上である。

別の好ましい実施例に従うと、MにおけるSrの含有量が80%(mol/mol)以上、より好ましくは90%(mol/mol)以上である。

当該材料は、0.24乃至0.35の間の範囲で、CIE色度図における色点u'を有する。このことは、この色点が蛍光体変換ＬＥＤにおける赤色蛍光体層の色変化を補償するのに適切であるので、多くの応用例に関して有利であることが分かった。

第２の蛍光体材料のピーク放射λpは、600nmより大きく、好ましくはλp＞610nmである。このことは、十分な演色性＞75を可能にするので、多くの応用例に関して有利であることが分かった。

本発明の好ましい実施例に従うと、青色放射ＬＥＤは、400nm乃至480nmの間の範囲におけるピーク放射波長を有し得る。このことは、このような放射波長が、セラミック緑色放射蛍光体だけでなく、0.24乃至0.35の間の範囲での色点u'及びλp＞600nmの蛍光体層のピーク放射を有する蛍光体層をも、最適化された輝度効率及び演色性が得られるように、励起されるので、多くの応用例に関して有利であることが分かった。

本発明の好ましい実施例に従うと、第1の蛍光体層は、焼結された多結晶性セラミック体である。セラミック体は、80μm乃至300μmの間の範囲における層厚さを有し得る。好ましい実施例において、第1の蛍光体層は、例えば、Lumiramic（登録商標）などの、セラミック体である。

本発明に従う更なる実施例において、0.24乃至0.35の間の範囲における色点u'及びλp＞600nmの蛍光体層のピーク放射を有する蛍光体層は、様々な異なる蛍光体材料の混合物であって、放射スペクトルの色点及びピーク放射波長に関して上述の特性を有する蛍光体層を生じさせる混合物である。ある実施例において、当該混合物は、一般式Lu₃Al₅O₁₂:Ce or SrSi₂O₂N₂:Euの第１のルミネッセンス材料、及びCaAlSi(N,O)₃:Eu, CaSiN₂:Eu, CaSi₅N₈:Eu、又はSr₂SiN₂:Euなどの従来の赤色蛍光体材料であり得る第２の蛍光体材料、を含む。

本発明は、更に、上述の少なくとも一つ材料を含む、発光材料、特にＬＥＤに関する。

本発明に従う発光装置は、広範囲なシステム及び応用例、とりわけ以下の応用例：
−オフィス照明システム、
−家庭応用例システム、
−店舗照明システム、
−住宅照明システム、
−アクセント照明システム、
−スポット照明システム、
−劇場照明システム、
−光ファイバー応用例システム、
−投影システム、
−自己点灯表示システム、
−画素型表示システム、
−セグメント型表示システム、
−警告標識システム、
−医療照明応用例システム、
−指示標識システム、
−装飾照明システム、
−携帯型システム、
−自動車応用例、
−温室照明システム、及び
−センサにおける応用例、
のうちの１つ又は複数のもの、において使用され得る。

上述のコンポーネント、並びに請求項に記載のコンポーネント及び上述の実施例における本発明に従い使用されるべきコンポーネントは、関連する分野において知られる選択の規準が制限無く適用され得るように、サイズ、形状、材料の選択及び技術的着想に関して、いかなる特別な例外にも制限されない。

本発明の目的の追加的な、詳細、特徴、特性及び有利な点は、本発明に従う材料のいくつかの実施例及び例証を例示的に示す、従属項、図面、及び対応する図面及び例の以下の説明に開示される。

図１は、赤色蛍光体を含む従来技術の蛍光体変換ＬＥＤ及び本発明の実施例に従うルミネッセンス材料を含む蛍光体変換ＬＥＤのCIE1976色座標を示す。 図２は、本発明の実施例に従う青色ＬＥＤ、緑色ルミネッセンスセラミック（Lumiramic）及びオレンジ色ルミネッセンス材料に関する色点を含むCIE1976色座標を示す。 図３は、本発明の実施例に従うルミネッセンス材料の放射スペクトルと従来技術に従う赤色蛍光体の放射スペクトルとの比較を示す。 図４は、本発明に従う別の実施例の放射スペクトルを示す。

本発明は、図面及び以下の説明により更に理解され得る。

図１は、赤色蛍光体を含む従来技術の蛍光体変換ＬＥＤ、及び一般式CaSiAlN_3-zO_z:Eu²⁺ _xCe²⁺ _yを有する本発明の実施例に従うルミネッセンス材料を含む蛍光体変換ＬＥＤのCIE1976色座標を示し、ここで、xは0.004、yは0.01及びzは0.06である。図1は、赤色蛍光体層の厚さの増加により（厚さは左から右へ増加する）、赤色蛍光体を有するLumiramicの従来技術の組合わせの色点の変化を示す。確認され得るように、色点は、赤色蛍光体層の層厚さに強く依存する。他方で、本発明に従うルミネッセンス材料の色点は、赤色／オレンジ色蛍光体層の厚さの変化に伴い黒体軌跡のみにほとんど沿って変化している。このことは、白色ＬＥＤに関して良好な演色性ＣＲＩ＞75を可能にする本発明のルミネッセンス材料の広い帯域放射が理由である。

図２は、本発明の実施例に従う青色ＬＥＤ、緑色ルミネッセンスセラミック（Lumiramic）及びオレンジ色ルミネッセンス材料に関する色点を含むCIE1976色座標を示す。ＬＥＤの実現可能な製造に関する優れた層厚さ許容性を有する赤色及び緑色蛍光体の組合わせを実現し、良好な演色性に保つために、本発明に従うルミネッセンス材料（オレンジ色蛍光体）は選択され、蛍光体変換ＬＥＤにおいて緑色ルミネッセンスセラミック（Lumiramic）と組合わせられる。図２に示されるように、白色色点は、赤色／オレンジ色蛍光体層の厚さの変化に伴い黒体軌跡に沿って変化する。したがって、本発明のルミネッセンス材料の使用は、青色放射ＬＥＤに基づく白色蛍光体変換ＬＥＤの製造を、より信頼性の高いものにするが、その理由は、色点における蛍光体層の厚さの効果が大きく低減されるからである。

図３は、本発明の実施例に従うルミネッセンス材料の放射スペクトルと従来技術に従う赤色蛍光体の放射スペクトルとの比較を示す。

図３は、一般式CaSiAlN_3-zO_z:Eu²⁺ _xCe²⁺ _yに従うルミネッセンス材料（ＣＥＣＡＳ）の放射スペクトルを示し、ここで、xは0.004であり、yは0.01であり、zは0.06であり、450nmの励起に関して、約625nmでの最大放射及び120nmより大きい半値全幅（FWHM）を有する。このような広い放射は、広い範囲にわたり蛍光体層の層厚さ変化を補償することが可能である。比較として、従来の赤色蛍光体の放射スペクトルが示される。

図４は、本発明に従う別の実施例の放射スペクトルを示す。ここで、２つの異なる緑色蛍光体は、望ましい色点を達成するために従来の赤色蛍光体と混合される。第1の緑色蛍光体は、一般式Lu₃Al₅O₁₂:Ceに従うルミネッセンス材料である一方で、第２の緑色蛍光体は、一般式SrSi₂O₂N₂:Euに従うルミネッセンス材料である。緑色蛍光体は、粉末として、個別に、重量比1:2で赤色蛍光体粉末と混合される。16.2 %vol.-%の混合された蛍光体粉末が、シリコーンへ加えられた。約25μmのシリコーン−蛍光体混合物の厚さを有する層を用いてスペクトルが測定された。スペクトルにおいて確認され得るように、生じる蛍光体混合物は、λp＞600nmを有する。

上記の詳述された実施例における要素及び構成の特定の組合わせは、例としてのみであり、これらの教示を本文書及び参照として組み込まれる特許／特許出願における他の教示と交換及び置換することも、明示的に熟慮される。当業者は、上述の実施例の変更態様、修正態様、及び他の態様が、添付の請求の範囲から逸脱することなく、当業者にとってなされ得ることを理解し得る。したがって、上述の記載は、例示のみであって、本発明を制限するものとして意図とされない。請求項において、「有する」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の異なる他の要素又はステップの存在を排除せず、単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されていることができないと示すものではない。本発明の範囲は、以下の請求項及びその同等なものにおいて規定される。更に、発明の詳細な説明及び請求項において使用される参照符号は、請求される本発明の範囲を制限しない。

Claims (11)

1. 青色放射ＬＥＤと、前記ＬＥＤの放射波長で励起される第１の蛍光体層であって、蛍光体が500nm乃至560nmの範囲内の放射波長を有する第１の蛍光体層と、0.24乃至0.35の間の範囲での色点u'及び放射スペクトルのうちのλp＞600nmの蛍光体層のピーク放射を有する第２の蛍光体層と、を含む発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、少なくとも１つの蛍光体層が、80μm＜D＜300μmの厚さDを有するセラミック体である、発光装置。
3. 請求項１に記載の発光装置であって、前記第２の蛍光体層は、一般式
   M_1-x-y-zSi_1+zAl_1-zN_3-zO_z :Eu²⁺ _xCe²⁺ _y
   に従う材料を含み、MはCa、Sr、及びこれらの混合物からなる群から選択されており、
   0.0001≦x≦0.005、0.001≦y≦0.05、及び0≦z≦0.25
   である、発光装置。
4. 請求項３に記載の発光装置であって、0.0001≦x≦0.005である、発光装置。
5. 請求項３又は４に記載の発光装置であって、0.005≦y≦0.04である、発光装置。
6. 請求項３又は５に記載の発光装置であって、0.05≦z≦0.25である、発光装置。
7. 請求項３乃至６のいずれか一項に記載の発光装置であって、MにおけるCaの含有量が80%(mol/mol)以上である、発光装置。
8. 請求項３乃至６のいずれか一項に記載の発光装置であって、MにおけるSrの含有量が80%(mol/mol)以上である、発光装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記蛍光体層は、少なくとも２つのルミネッセンス材料を含み、第１の前記ルミネッセンス材料は、赤色放射材料であり、第２の前記ルミネッセンス材料は、緑色／黄色放射材料である、発光装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記青色放射ＬＥＤは、400nm乃至480nmの範囲内のピーク放射波長を有する、発光装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光装置を含むシステムであって、以下の応用例：
    −オフィス照明システム、
    −家庭応用例システム、
    −店舗照明システム、
    −住宅照明システム、
    −アクセント照明システム、
    −スポット照明システム、
    −劇場照明システム、
    −光ファイバー応用例システム、
    −投影システム、
    −自己点灯表示システム、
    −画素型表示システム、
    −セグメント型表示システム、
    −警告標識システム、
    −医療照明応用例システム、
    −指示標識システム、
    −装飾照明システム、
    −携帯型システム、
    −自動車応用例、
    −温室照明システム、及び
    −センサにおける応用例、
    のうちの１つ又は複数において使用される、システム。

Images