JP2015530740A - 燐光体変換発光ダイオード、ランプ、及び照明体 - Google Patents

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Abstract

燐光体変換発光ダイオード(LED)、ランプ、及び照明体が供される。当該燐光体変換LED106は、LED102、第1発光材料166、第2発光材料164、及び第3発光材料162を有する。前記LED102は、青色スペクトル範囲内に第1ピーク波長を有する第1スペクトル分布を発光する。前記第1発光材料166は、前記第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、前記の吸収した光を第2スペクトル分布の光へ変換する。前記第2スペクトル分布は、緑色スペクトル範囲内に第2ピーク波長を有する。前記第2発光材料164は、前記第1スペクトル分布の光の一部及び/又は前記第2スペクトル分布の光の一部を吸収する。前記第2発光材料164は、前記の吸収した光の少なくとも一部を第3スペクトル分布の光へ変換する。前記第3スペクトル分布は、第3スペクトル幅を有し、かつ、第3ピーク波長を有する。前記第3発光材料162は、前記第1スペクトル分布、前記第2スペクトル分布、及び前記第3スペクトル分布のうちの少なくとも一の光の一部を吸収する。前記第3発光材料162は、前記の吸収した光の少なくとも一部を第4スペクトル分布の光へ変換する。前記第4スペクトル分布は、第4スペクトル幅を有し、かつ、第4ピーク波長を有する。前記第3ピーク波長と前記第4ピーク波長はオレンジ/赤色スペクトル範囲内である。前記第3ピーク波長は前記第4ピーク波長よりも短い。前記第3スペクトル幅は前記第4スペクトル幅よりも広い。

Description

本発明は、相対的に高い演色評価数を有する燐光体変換発光ダイオードに関する。本発明はさらに、ランプ及び照明体での当該燐光体変換発光ダイオードの使用に関する。
燐光体変換発光ダイオード(LED)は、発光材料−たとえば特定の発光を得るためにLEDによって放出された光の一部を他の色の光へ変換する無機燐光体−を含む。多くの燐光体変換LEDは、色空間において黒体線に近い色点を有する発光−従ってヒトの裸眼に対して白く見える光−を得るのに用いられる。通常は燐光材料が発光ダイオード上に直接付与される。しかし本願で開示される発明はそのような実施形態に直接限定されない。
現在、上述の燐光体変換LEDは青色LEDに基づく。前記青色LEDは、青色光の一部を緑色光及び赤色光へ変換することで、相対的に高い演色評価数−たとえば80−を有する白色光を生成する発光材料と結合される。係る燐光体変換LEDの一例は、緑色発光燐光体Y3Al5O12:Ce3+と赤色燐光発光体Y3Al5O12:Ce3+を有する、449nmのピーク波長を有する青色光を放出するLEDである。赤色発光燐光体は、620nmのピーク波長と93nmの幅（反値全幅(FWHM)値として表される）を有するスペクトル分布に従って赤色光を放出する。特定の量の燐光体を加えることによって、相関色温度CCT=3000ケルビンで発光する燐光体変換LEDが製造されて良い。この特定の燐光体変換LEDの合計発光出力は、青色発光LEDからの約11%の光、赤色発光燐光体からの43%の光、及び、緑色発光燐光体からの約46%の光を含む。合計ルーメン当量は322.2ルーメン/ワットである。演色評価数（RA値として表される）は82.1である。
ルーメン当量は、赤色発光燐光体が紅色領域で放出する光の量に強く依存する。紅色スペクトル範囲は、約650nmで始まる。このとき目の感度は最大値の10%未満にまで落ち込む。紅色領域において放出される光の量が制限され得る場合、ルーメン当量は大きくなる可能性がある。
量子ドット(QD)が相対的に狭い発光スペクトルを有するため、ルーメン当量を改善するため、量子ドットが用いられて得ることが知られている。たとえば、610〜620nmの範囲内にピーク波長を有する光を放出し、かつ、30nmのFWHM幅を有する発光スペクトルを有するQDが存在する。たとえば、449nmのピーク波長を放出する青色発光LED、緑色燐光体、及び、612nmのピーク発光と30nmのFWHMを有する発光スペクトルを有する赤色発光量子ドットを有し、かつ、3000KのCCTで光を放出するように構成される燐光体変換LEDが製造されるとき、放出された光は、前段落の燐光体変換LEDと同一の演色評価数(CRIRA=82.1)を有し、かつ、ルーメン当量は364.9ルーメン/ワットにまで増大する。よって前述の2つの実施形態による2つの燐光体変換LEDに同じ大きさの電気エネルギーが与えられる場合、ヒトの裸眼は、最後に述べた燐光体変換LEDによる放出光をより明るい光として受ける。
しかし量子ドット材料は、燐光体変換LEDの長寿命を得るのに十分な信頼性がない。さらに現在入手可能な最も効率の良い量子ドット材料は、既知の環境との親和性の問題を有するカドミウム及び/又はセレン化合物を含む。さらに相対的に高い波長で赤色光を放出し、かつ、狭い帯域で光を放出する既知の代替発光材料もまた安定性に関する問題を有している。
米国特許出願公開第2006/0169998号明細書
本発明の目的は、相対的に高いルーメン当量と相対的に高い演色評価数を維持しながら、既知の燐光体変換LEDよりも安定な燐光体変換発光ダイオード(LED)を供することである。
本発明の第1態様は燐光体変換発光ダイオードを供する。本発明の第2態様はランプを供する。本発明の第3態様は照明体を供する。有利な実施例は従属請求項に規定される。
本発明の第1態様による燐光体変換発光ダイオード(LED)は、LED、第1発光材料、第2発光材料、及び第3発光材料を有する。前記LEDは、青色スペクトル範囲内に第1ピーク波長を有する第1スペクトル分布を発光する。前記第1発光材料は、前記第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、前記の吸収した光を第2スペクトル分布の光へ変換する。前記第2スペクトル分布は、緑色スペクトル範囲内に第2ピーク波長を有する。前記第2発光材料は、前記第1スペクトル分布の光の一部及び/又は前記第2スペクトル分布の光の一部を吸収する。前記第2発光材料は、前記の吸収した光の少なくとも一部を第3スペクトル分布の光へ変換する。前記第3スペクトル分布は、第3スペクトル幅を有し、かつ、第3ピーク波長を有する。前記第3発光材料は、前記第1スペクトル分布、前記第2スペクトル分布、及び前記第3スペクトル分布のうちの少なくとも一の光の一部を吸収する。前記第3発光材料は、前記の吸収した光の少なくとも一部を第4スペクトル分布の光へ変換する。前記第4スペクトル分布は、第4スペクトル幅を有し、かつ、第4ピーク波長を有する。前記第3ピーク波長と前記第4ピーク波長はオレンジ/赤色スペクトル範囲内である。前記第3ピーク波長は前記第4ピーク波長よりも短い。前記第3スペクトル幅は前記第4スペクトル幅よりも広い。
第1態様による燐光体変換LEDは、青色光をオレンジ/赤色光及び赤色光へ変換する2つの異なる発光材料を有する。たとえば量子ドットを含む前記第3発光材料は、最高ピーク波長を有するので、紅色スペクトル範囲に近い光を放出する。前記第3発光材料のスペクトル分布は、特に前記第2発光材料と比較して相対的に狭い発光分布を有する。よって前記第3発光材料は、前記紅色スペクトル範囲において多くの光を放出しない。そのため前記ルーメン当量は減少しない。なぜなら前記紅色スペクトル範囲内においてあまりに多くの発光が起こるからである。前記第2発光材料は、（前記第3発光材料と比較して）前記オレンジ/赤色又は赤色スペクトル範囲内において低いピーク波長を有し、かつ、広い発光分布を有する。そのため前記第2発光材料は、低い赤色スペクトル範囲及び部分的には前記第3発光材料も発光するスペクトル範囲内において光を放出する。よって前記第2発光材料は、全赤色スペクトル範囲にわたり、かつ場合によってはオレンジ色スペクトル範囲内での十分高い発光に寄与する。それにより当該燐光体変換LEDによって放出される光の演色評価数は相対的に高いままである。さらに前記第3発光材料のスペクトル分布内の光をも放出する第2発光材料を用いることによって、必要とされる前記第3発光材料の量を減少させることができる。このことは、前記第3発光材料が高価であるか、又は、特定の欠点を有する場合には特に有利となる。前記第3発光材料の量が相対的に少ない場合、この材料に関する考えられ得る安定性の問題は、当該燐光体変換LED全体としての寿命には影響を及ぼしにくい。当該燐光体変換LEDは全体として、前記オレンジ/赤色スペクトル範囲内において相対的に狭いスペクトル内の光を放出する燐光体変換LEDと比較してより安定する。
換言すると、単一の赤色発光燐光体を用いるのではなく、ハイブリッドな解決法が、本発明の第1態様の燐光体変換LEDにおいては適用される。前記2つの発光材料のうちの一の材料は、相対的に高い波長で十分な光を放出するが、前記紅色スペクトル範囲でのより多くの発光を防止する。前記2つの発光材料のうちの他の材料は、前記演色評価数が減少せず、かつ、必要とされる量子ドットの量が減少するように、前記全赤色スペクトル範囲（及び場合によっては前記オレンジ色スペクトル範囲）内において十分な光を放出するのに用いられる。前記第2発光材料と前記第3発光材料は、開示されているような具体的な組み合わせにおいて用いられなければならないことに留意して欲しい。前記発光材料のうちの一の材料が用いられず、かつ、前記発光材料のうちの他の材料を増やさなければならない場合、結果として演色評価数の減少、ルーメン当量の減少、又は、前記第3発光材料の過剰な使用を引き起こすことになる。
スペクトル分布という用語は、特定の光の波長での光の量の分布を表すことに留意して欲しい。光の量は、前記特定の波長で放出されたエネルギーの量として表されて良い。係るスペクトル分布は規格化された分布であっても良い。可視光スペクトルは、前記ヒトの裸眼によって見える色に関してさらに複数のスペクトル範囲に再分割されて良い。前記青色スペクトルは400nm〜500nm範囲内の波長を有する光を含む。前記緑色スペクトルは500nm〜570nm範囲内の波長を有する光を含む。前記青色スペクトルは570nm〜620nm範囲内の波長を有する光を含む。前記赤色スペクトルは620nm〜750nm範囲内の波長を有する光を含む。前記オレンジ/赤色スペクトル範囲は570nm〜750nm範囲内の波長を有する光を含む。
任意で前記第2発光材料及び/又は前記第3発光材料は赤色発光Eu2+燐光体を有する。
任意で前記第2発光材料は材料M2Si5N8:Eu2+（M=アルカリ土類金属）を有する。この任意の実施例の材料の燐光体が特許請求項に記載の発明において特に有用であることを、本願発明者等は発見した。前記材料の特定の発光特性は、アルカリ土類金属の組み合わせと前記Eu活性剤の濃度によって設定される。前記材料は、青色光を吸収するように構成され、安定で、かつ、前記オレンジ及び赤色スペクトル範囲内での有利となる広い発光分布を供する。その結果、狭い赤色発光材料と緑色発光材料が組み合わせられるときには、相対的に高い演色評価数と相対的に高いルーメン当量を有する燐光体変換LEDが製造され得る。
任意で前記第2発光材料は材料(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+を有する。
任意で前記第3発光材料は、量子閉じ込めを示し、かつ、少なくとも1次元においてナノメートル範囲のサイズを有する粒子を含む。
量子閉じ込めとは、前記粒子が該粒子のサイズに依存する光学特性を有することを意味する。係る材料の例は、量子ドット、量子ロッド、及び量子テトラポッドである。前記第3発光材料は、少なくとも1次元において前記ナノメートル範囲内のサイズを有する粒子を少なくとも含む。このことは、たとえば前記粒子が実質的に球形状である場合には、前記粒子の直径が前記ナノメートル範囲内であることを意味する。あるいはこのことは、たとえば前記粒子がワイヤ形状である場合には、前記ワイヤの断面のサイズが一方向において前記ナノメートル範囲内であることを意味する。前記ナノメートル範囲内でのサイズとは、少なくとも1μm未満であり、つまりは500nm未満であって0.5nm以上のサイズを意味する。よってある実施例では、1次元におけるサイズは50nm未満である。他の実施例では、1次元におけるサイズは2〜30nmの範囲内である。
本発明の実施例では、前記第3発光材料は量子ドットを含んで良い。量子ドットは、一般的にわずか数nmの幅すなわち直径を有する半導体材料の小さな結晶である。入射光によって励起されるとき、量子ドットは、前記結晶のサイズと材料によって決定される色の光を放出する。従って特定の色の光が、前記ドットのサイズを適応させることによって生成され得る。可視範囲で発光する最も知られた量子ドットは、たとえば硫化カドミウム(CdS)や硫化亜鉛(ZnS)の殻を有するセレン化カドミウム(CdSe)に基づく。カドミウムの存在しない量子ドット−たとえば燐化インジウム(InP)及び二硫化インジウム銅(CuInS2)及び/又は二硫化インジウム銀(AgInS2)−が用いられても良い。量子ドットは狭い発光帯域を有するので、飽和色を発光する。さらに発光した色は、前記量子ドットのサイズを適応させることによって容易に調節することができる。適切な波長変換特性を有していれば、当技術分野において知られている任意の種類の量子ドットが本発明において用いられて良い。
任意の代替実施例では、前記第3発光材料は、Mn4+イオンによって活性化されるヘキサフルオロシリケートである狭帯域赤色発光燐光体又は赤色発光燐光体CaS:Euのうちの少なくとも一を含む。
任意で前記第3ピーク波長は575nm〜615nmの範囲内である。他の任意の実施例では、前記第3ピーク波長は590nm〜610nmの範囲内である。前記第3スペクトル分布のピーク波長がこれらの任意の範囲のうちの一の範囲内である場合、前記第3発光材料が、前記赤色スペクトル範囲内の様々な波長で十分な光を放出するように発光するように利用可能な波長が依然として十分存在する。その結果、相対的に高い演色評価数が得られ、かつ、前記第2発光材料と前記第3発光材料を含む燐光体変換LEDが十分高くなる。
任意で前記第3スペクトル幅は、FWHM値として表される80nmよりも広い。前記第3スペクトル幅が十分広い場合、前記第2発光材料は、前記オレンジ色及び赤色スペクトル範囲内において十分な光を放出する。その結果高い演色評価数が得られ、かつ、前記第3発光材料の量が相対的に少ないまま維持され得る。前述したように、前記第3発光材料の量が相対的に少ない結果、燐光体変換LEDは、より安定し、かつ、長寿命となる。
任意で前記第3ピーク波長と前記第4ピーク波長との間での波長の差異は少なくとも10nmよりも大きい。前記ピーク波長の差異が十分大きい場合には、前記第2発光材料と前記第3発光材料によって放出される光は、高い演色評価するを得るため、十分広いスペクトル範囲にわたって広がる。経験的には、前記第4ピーク波長が長くなれば、前記波長の差異は大きくしなければならない。
任意で前記第4ピーク波長は610nmよりも長い。前記第4ピーク波長が十分長い場合、十分な光が前記赤色スペクトル範囲内で放出される。その結果、演色評価数は十分高いままとなる。前記第4ピーク波長が十分大きな値を有する場合、前記オレンジ/赤色スペクトル範囲の相対的に大部分が、前記第2発光材料が該第2発光材料の第3ピーク波長を有し得るように利用可能である。
任意で前記第4スペクトル幅は、FWHM値として表される60nmよりも狭い。前記第4スペクトル幅が60nmよりも狭い場合、当該燐光体変換LEDのルーメン当量の減少を防止するために前記紅色スペクトル範囲内であまりに多くの光が放出されることが防止される。
任意で第4発光材料によって放出される光の出力は、当該燐光体変換LEDによって放出されるすべての光の出力の20%未満である。当該燐光体変換LEDによって放出される合計出力の一部として表される前記第4発光材料によって放出される光の出力が十分に低い場合、使用されるべき前記第4発光材料の量は相対的に少なく、かつ、前記紅色スペクトル範囲内で放出される光の量は相対的に少ない。よって当該燐光体変換LEDは、より安定で、かつ、相対的に高いルーメン当量を有する。
任意で前記第1発光材料は、ガーネットY3Al5O12:Ce3+、又はYがGd若しくはAlで置換されたもの、又はAlがGaで置換されたもの、又はSiAlON燐光体のうちの一である緑色燐光体を含む。これらの材料は、相対的に高い演色評価数、相対的に高いルーメン当量、及び相対的に安定な燐光体変換LEDを得るために本発明で使用されるのに適していることが証明された。
任意で前記第1ピーク波長は440〜460nmの範囲内である。特定の波長で発光する青色発光ダイオードは相対的に安価で、かつ、相対的に効率的である。それに加えてこの光は、本発明の各発光材料によって十分に吸収される。
本発明の第2態様によると、本発明の第1態様による燐光体変換LEDを有するランプが供される。本発明の第2態様によるランプはレトロフィット光バルブ又はレトロフィットライトチューブであって良い。他の実施例では、当該ランプは他の形状−たとえば箱型又はトロッフィー形状−を有する。
本発明の第3態様によると、本発明の第1態様による燐光体変換LED又は本発明の第2態様によるランプを有する照明体が供される。
本発明の第2態様によるランプと本発明の第3態様による照明体は、本発明の第1態様による燐光体変換LEDと同一の利点を供し、かつ、当該燐光体変換LEDの対応する実施例と同様の効果を有する同様の実施例を有する。
本発明の上記及び他の態様は、本願に記載された実施例を参照することで明らかとなる。
本発明の上述した選択肢、実施形態、及び/又は態様の2つ以上は、任意の有用と考えられる方法で組み合わせられて良いことを当業者は理解する。
当該燐光体変換発光ダイオード、当該ランプ、及び/又は当該照明体の修正型並びに変化型−当該燐光体変換発光ダイオードの記載された修正型及び変化型に対応する−は、当業者が本開示に基づくことで実行され得る。
1a-1cは、本発明の第1態様による燐光体変換発光ダイオードの様々な構造の概略的断面図を示している。 燐光体変換LEDの第1実施例の第1発光スペクトルを概略的に示している。 燐光体変換LEDの第2実施例の第2発光スペクトルを概略的に示している。 燐光体変換LEDの第3実施例の第3発光スペクトルを概略的に示している。 燐光体変換LEDの第4実施例の第5発光スペクトルを概略的に示している。 燐光体変換LEDの第5実施例の第6発光スペクトルを概略的に示している。 燐光体変換LEDの第6実施例の第7発光スペクトルを概略的に示している。 燐光体変換LEDの第7実施例の第7発光スペクトルを概略的に示している。 6a-6cは、ランプの様々な実施例を概略的に示している。 照明体の実施例を概略的に示している。
各異なる図中で同一の参照番号によって表される事項は、同一の構造上の特性と機能を有するか、あるいは、同一の信号であることに留意して欲しい。かかる事項の機能及び/又は構造が説明された場合、詳細な説明での繰り返しの説明は不要である。
図は概略的であって縮尺通りではない。特に簡明を期すため、一部の寸法は強調されている。
第1実施例が図1aに示されている。図1aは燐光体変更発光ダイオード(LED)100を表している。燐光体変換発光ダイオード100は、発光ダイオード(LED)102及び発光素子104を有する。発光素子104が、LEDの上部−より具体的には光を放出するLEDの表面上部−に直接供される。
LED102は、青色スペクトル範囲内に第1ピーク波長を有する第1スペクトル分布内の光を放出する。青色スペクトル範囲は、445nm〜495nmの範囲内の波長を有する光を含む。発光素子104は、第1発光材料、第2発光材料、及び第3発光材料を有する。各異なる発光材料は、発光素子104中での混合体として供される。発光素子104は、LEDによって放出される光を受光する。第1発光材料は、第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、吸収した光の一部を、緑色スペクトル範囲内に第2ピーク波長を有する第2スペクトル分布の光へ変換するように構成される。緑色スペクトル範囲は、495nm〜570nm範囲内の波長を有する光を含む。第2発光材料は、第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、吸収した光の一部を、第3ピーク幅と第3ピーク波長を有する第3スペクトル分布の光へ変換するように構成される。第3発光材料は、第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、吸収した光の一部を、第4ピーク幅と第4ピーク波長を有する第4スペクトル分布の光へ変換するように構成される。第3ピーク波長と第4ピーク波長はオレンジ/赤色スペクトル範囲内に存在する。このことは、第3ピーク波長と第4ピーク波長の各々がオレンジ色スペクトル範囲内又は赤色スペクトル範囲内に存在することを意味する。オレンジ色スペクトル範囲は、590nm〜620nm範囲内の波長を有する光を含む。赤色スペクトル範囲は、620nm〜750nm範囲内の波長を有する光を含む。よってオレンジ/赤色スペクトル範囲は、590nm〜750nm範囲内の波長を有する光を含む。さらに第3ピーク波長は第4ピーク波長よりも短い。それに加えて第3スペクトル幅は第4スペクトル幅よりも広い。発光素子104は、マトリックスポリマー−たとえばポリメチルメタクリラート(PMMA)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、又はポリカーボネート(PC)−に基づいて良いことに留意して欲しい。第1発光材料、第2発光材料、及び第3発光材料の粒子並びに/又は分子は、マトリックスポリマー内で分散及び/又は溶解されて良い。他の実施例では、発光素子104は、無機発光材料が用いられるときにはセラミック素子104であって良い。
図1bは、燐光体変換LED130の代替構造を概略的に示している。燐光体変換LED130は図1aの燐光体変換LED100と似ている。しかし、発光素子104がLED102上に直接配置されておらず、ギャップ102がLED102と発光素子104との間に存在することである。ギャップは、たとえば500μmの深さを有して良いが、数mmの深さを有しても良い点で異なる。
図1cは、燐光体変換LED160の別な代替構造を概略的に示している。燐光体変換LED160は図1aの燐光体変換LED100と似ている。しかし、燐光体変換LED160は、図1aの発光素子104を有していないが、LED102の発光面上部に配置される複数の発光層からなる積層体を有する点で異なる。複数の発光層からなる積層体は、第1発光材料、第2発光材料、又は第3発光材料のうちの一の材料を有する第1層166を含む。第1層166は、LED102の発光面上に直接供される。積層体はさらに、第1層166と第3層162との間に存在する第2層164を含む。第2層164は、第1発光材料、第2発光材料、又は第3発光材料のうちの他の材料を含む。第3層162は、第1発光材料、第2発光材料、及び第3発光材料からなる群のうちのさらに他の材料を含む。換言すると、第1層、第2層、及び第3層の各々では、第1発光材料、第2発光材料、及び第3発光材料からなる群のうちの一の発光材料が配置される。複数の層のうちの各層は、各発光材料が分散又は溶解されているマトリックスポリマー上に基づいて良い。複数のうちの各層は、各発光材料が無機化合物である場合にはセラミック層であっても良い。図1cでは、複数の発光層からなる積層体がLED102上部に供されるが、代替実施例では、LED102と複数の発光層からなる積層体との間にギャップが存在することにさらに留意して欲しい。
以降では、燐光体変換LEDの様々な実施例が論じられる。以降では、実施例は主として、燐光体変換LED内で用いられる具体的発光材料に関することに留意して欲しい。以降の実施例の燐光体変換LEDは、その燐光体変換LEDの構造についての上述した実施例のうちの一の構造を有して良い。
実施例1の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。Y3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、BSSNE2-5-8系からなる赤色発光燐光体である。第2発光材料は、597nmのピーク波長及び半値全幅(FWHM)値として表される91nmのスペクトル幅を有する発光分布内の光を放出する。BSSNE2-5-8系からなる燐光体は、1%のEuが添加されたM2Si5N8:Eu2+（M=60%Ba、36%Sr、3%Ca）の一般式を有する。第3発光材料は、612nmのピーク波長と30nmのスペクトル幅(FWHM)を有するスペクトル分布に従って発光する量子ドットを含む。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が3000Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図2aに示された発光分布を有する。図のX軸は光の波長を表す。Y軸はそれぞれの波長の（規格化された）強度を表す。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）82.2の演色評価数（CRI）を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は355.3lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、12.9%が直接LEDからで、61.0%が第1発光材料（緑）からで、8.6%が第2発光材料（オレンジ/赤色発光BSSNE燐光体）からで、かつ、17.5%が量子ドットからである。
この実施例が、「背景技術」で述べた第2実施例（量子ドットを有する燐光体変換LED）と比較されるとき、特に量子ドットの量が顕著に減少する。赤色発光量子ドットは十分に安定していない。要求される量子ドットの量が減少することで、燐光体変換LEDの全体的な安定性が増大する。また（量子ドットがたとえばカドミウム又はセレンを含むときの）量子ドットの考えられ得る環境問題は緩和される。
実施例2の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。Y3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、BSSNE2-5-8系からなる赤色発光燐光体である。第2発光材料は、605nmのピーク波長及び96nmのFWHM値を有する発光分布内の光を放出する。第3発光材料は、612nmのピーク波長と30nmのスペクトル幅(FWHM)を有するスペクトル分布に従って発光する量子ドットを含む。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が3000Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図2bに示された発光分布を有する。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）81.8の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は340lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、11.9%が直接LEDからで、46.7%が第1発光材料（緑）からで、33.3%が第2発光材料（オレンジ/赤色発光BSSNE燐光体）からで、かつ、8.2%が量子ドットからである。
実施例3の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。Y3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、BSSNE2-5-8系からなる赤色発光燐光体である。第2発光材料は、580nmのピーク波長及び90.3nmのFWHM値を有する発光分布内の光を放出する。第3発光材料は、630nmのピーク波長と25nmのスペクトル幅(FWHM)を有するスペクトル分布に従って発光する量子ドットを含む。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が3000Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図3aに示された発光分布を有する。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）81.6の演色評価数(CRI)を有することが知られている。
本発明の実施例4の文脈における第1比較例では、第3発光材料を有していない第1比較用燐光体変換LEDが論じられる。第1比較用燐光体変換LEDは449nmのピーク波長を有するスペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は発光材料として用いられる。635nmでのピーク発光及び101nmのスペクトル幅FWHMを有する赤色発光(Sr,Ca)AlSiN3Eu2+活性化燐光体が、第1比較用燐光体変換LED内において用いられる。発光材料の混合体は、第1比較用燐光体変換LEDによって放出される光が2700Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。さらにこの実施例による第1比較用燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）90.2の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は278lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、7.8%が直接LEDからで、40.0%が緑色発光燐光体からで、かつ、52.3%が赤色発光燐光体からである。
本発明の実施例4の文脈における第2比較例では、第2発光材料を有していない第2比較用燐光体変換LEDが論じられる。第2比較用燐光体変換LEDは449nmのピーク波長を有するスペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は発光材料として用いられる。620nmでのピーク発光及び25nmのスペクトル幅FWHMを有する赤色発光量子ドットが、第2比較用燐光体変換LED内において用いられる。発光材料の混合体は、第2比較用燐光体変換LEDによって放出される光が2700Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。さらにこの実施例による第2比較用燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）90.2の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は350lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、9.4%が直接LEDからで、56.1%が緑色発光燐光体からで、かつ、34.4%が赤色発光燐光体からである。
本発明の第1態様の実施例4の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、580nmのピーク波長及び90.3nmのFWHM値を有する発光分布を有する赤色発光燐光体である。第2発光材料は、0.4%のEuが添加されたM2Si5N8:Eu2+（M=90%Ba、10%Sr）を含む。第3発光材料は、630nmのピーク波長と25nmのスペクトル幅(FWHM)を有するスペクトル分布に従って発光する量子ドットを含む。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が2700Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図3bに示された発光分布を有する。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）90.5の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は336lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、9.3%が直接LEDからで、41.1%が第1発光材料（緑）からで、23.4%が第2発光材料（オレンジ/赤色発光燐光体）からで、かつ、26.2%が量子ドットからである。
燐光体変換LEDが第1比較用燐光体変換LEDと比較されるとき、ルーメン当量が実質的に高くなっていることがわかる。燐光体変換LEDが第2比較用燐光体変換LEDと比較されるとき、演色評価数は略同一値を有し、ルーメン当量は略同一の大きさで、量子ドットの発光への寄与は相対的に小さく、そのため、実施例4の燐光体変換LED内での量子ドットの量は、第2比較例での量子ドットの量よりもはるかに少ないことがわかった。
燐光体変換LEDの第5実施例は、特許文献1に開示されている特定の狭帯域発光赤色燐光体の使用に関する知見を得るため、ソフトウエアプログラム内においてシミュレートされている。特許文献1では、Mn4+イオンによって活性化されたヘキサフルオロシリケートが、約630nmのピークで発光することを示すことが開示されている。
実施例5の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。Y3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、590nmのピーク波長及び87nmのFWHM値を有する発光分布内の光を放出する。第2発光材料は、0.4%のEuが添加されたM2Si5N8:Eu2+（M=60%Ba、40%Sr）を含む。第3発光材料は、特許文献1に記載されているようにK2SiF6:Mn（赤色スペクトル範囲内において狭帯域発光を有する）を含む。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が2700Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図4aに示された発光分布を有する。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）90.7の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は344lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、9.5%が直接LEDからで、45.5%が第1発光材料（緑）からで、19.9%が第2の赤色発光材料からで、かつ、25.1%がK2SiF6:Mn燐光体からである。
燐光体変換LEDの第6実施例は、特許文献1に開示されている特定の狭帯域発光赤色燐光体の使用に関する知見を得るため、ソフトウエアプログラム内においてシミュレートされている。特許文献1では、Mn4+イオンによって活性化されたヘキサフルオロシリケートが、約630nmのピークで発光することを示すことが開示されている。
実施例6の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。Y3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、600nmのピーク波長及び87nmのFWHM値を有する発光分布内の光を放出する。第2発光材料は、1%のEuが添加されたM2Si5N8:Eu2+（M=50%Ba、50%Sr）を含む。第3発光材料は、特許文献1に記載されているようにK2SiF6:Mn（赤色スペクトル範囲内において狭帯域発光を有する）を含む。実施例6と比較すると、第3発光材料の量は顕著に減少する。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が2700Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図4bに示された発光分布を有する。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）81.5の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は346lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、9.6%が直接LEDからで、41.6%が第1発光材料（緑）からで、36.3%が第2の赤色発光材料からで、かつ、12.6%がK2SiF6:Mn燐光体からである。
実施例7の燐光体変換LEDは、449nmのピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する青色発光LEDを有する。(Lu0.5,Y0.5)3Al5O12:Ce3+の化学式で表される緑色発光燐光体は第1発光材料として用いられる。第2発光材料は、612nmのピーク波長及び87nmのFWHM値を有する発光分布を有する赤色発光燐光体である。第2発光材料は、3%のEuが添加されたM2Si5N8:Eu2+（M=50%Ba、50%Sr）を含む。第3発光材料は、650nmのピーク波長と25nmのスペクトル幅(FWHM)を有する発光分布を有するCaS:Euを含む。
発光材料の混合体は、燐光体変換LEDによって放出される光が2700Kの相関色温度(CCT)を有するように選ばれる。係る燐光体変換LEDは、図3bに示された発光分布を有する。さらにこの実施例による燐光体変換LEDは、（Ra値として表される）84.6の演色評価数(CRI)を有することが知られている。この燐光体変換LEDのルーメン当量は313lm/Wである。燐光体変換LEDによって放出される光出力は、10.7%が直接LEDからで、45.8%が第1発光材料（緑）からで、30.0%が第2の赤色発光材料からで、かつ、13.5%がK2SiF6:Mn燐光体からである。
これまで論じてきた燐光体変換LEDの実施例に基づいて、青色LEDと緑色燐光体を有する燐光体変換LED中で広帯域赤色発光燐光体と狭帯域赤色発光材料とを組み合わせることによって、狭帯域赤色発光材料の使用量が相対的に少なくなるため、相対的に高い演色評価数、相対的に高いルーメン当量、及び相対的に長い寿命を有する燐光体変換LEDを得ることができると結論づけることができる。
図6aは、本発明の第2態様によるランプの第1実施例を概略的に示している。ランプはレトロフィットライトチューブ600である。ライトチューブ600は、横方向において、複数の燐光体変換LED602を有する。ライトチューブ600のガラスは光射出窓である。燐光体変換LED602は、光射出窓へ向けて光を放出する。
図6bは、レトロフィット光バルブ630であるランプの第2実施例を概略的に示している。レトロフィット光バルブ630は、本発明の第1態様による燐光体変換LED632が少なくとも1つ供される底部を有する。
図6cは、LEDユニット660であるランプの第3実施例を概略的に示している。LEDユニット660は、円筒形状の筐体664を有する。筐体664は、内部に本発明の第1態様による複数の燐光体変換LED666が供される空洞を取り囲む。光射出窓は、空洞を閉じる層662によって形成される。層662は拡散層であって良い。あるいはその代わりに層662は半透明層であって良い。
図7は、本発明の第3態様による照明体700を概略的に示している。当該照明体は、本発明の第1態様による発光組立体又は本発明の第2態様によるランプを有する。
上述の実施例は、本発明を限定するのではなく例示していること、及び、当業者は、添付された特許請求の範囲の技術的範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計し得ることに留意して欲しい。
本発明は、複数の別個の構成要素を有するハードウエア手段によって実施されて良い。複数の手段を列挙する装置クレームでは、これらの手段の複数がハードウエアの一の同一の事項によって実施されて良い。ある手段が互いに異なる複数の従属請求項中に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが利点となるように利用できないことを意味するものではない。
本発明の第1態様による燐光体変換発光ダイオード(LED)は、LED、第1発光材料、第2発光材料、及び第3発光材料を有する。前記LEDは、445nm〜495nmの範囲内である青色スペクトル範囲内に第1ピーク波長を有する第1スペクトル分布を発光する。前記第1発光材料は、前記第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、前記の吸収した光を第2スペクトル分布の光へ変換する。前記第2スペクトル分布は、緑色スペクトル範囲内に第2ピーク波長を有する。前記第2発光材料は、前記第1スペクトル分布の光の一部及び/又は前記第2スペクトル分布の光の一部を吸収する。前記第2発光材料は、前記の吸収した光の少なくとも一部を第3スペクトル分布の光へ変換する。前記第3スペクトル分布は、第3スペクトル幅を有し、かつ、第3ピーク波長を有する。前記第3発光材料は、前記第1スペクトル分布、前記第2スペクトル分布、及び前記第3スペクトル分布のうちの少なくとも一の光の一部を吸収する。前記第3発光材料は、前記の吸収した光の少なくとも一部を第4スペクトル分布の光へ変換する。前記第4スペクトル分布は、第4スペクトル幅を有し、かつ、第4ピーク波長を有する。前記第3ピーク波長と前記第4ピーク波長はオレンジ/赤色スペクトル範囲内である。前記第3ピーク波長は前記第4ピーク波長よりも短い。前記第3スペクトル幅は前記第4スペクトル幅よりも広い。

Claims (15)

  1. 燐光体変換発光ダイオードであって：
    青色スペクトル範囲内に第1ピーク波長を有する第1スペクトル分布を放出する発光ダイオード；
    前記第1スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、前記の吸収した光を、緑色スペクトル範囲内に第2ピーク波長を有する第2スペクトル分布の光へ変換するように構成される第1発光材料；
    前記第1スペクトル分布の光の一部及び/又は前記第2スペクトル分布の光の一部を吸収し、かつ、前記の吸収した光の少なくとも一部を、第3スペクトル幅を有し、かつ、第3ピーク波長を有する第3スペクトル分布の光へ変換するように構成される第2発光材料；及び
    前記第1スペクトル分布、前記第2スペクトル分布、及び前記第3スペクトル分布のうちの少なくとも一の光の一部を吸収し、かつ、前記の吸収した光の少なくとも一部を、第4スペクトル幅を有し、かつ、第4ピーク波長を有する第4スペクトル分布の光へ変換するように構成される第3発光材料；
    を有し、
    前記第3ピーク波長と前記第4ピーク波長はオレンジ/赤色スペクトル範囲内で、
    前記第3ピーク波長は前記第4ピーク波長よりも短く、かつ、
    前記第3スペクトル幅は前記第4スペクトル幅よりも広い、
    燐光体変換発光ダイオード。
  2. 前記第2発光材料及び/又は前記第3発光材料が赤色発光Eu2+燐光体を有する、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  3. 前記第2発光材料が材料M2Si5N8:Eu2+を有し、かつ、
    Mはアルカリ土類金属である、
    請求項2に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  4. 前記第2発光材料が材料(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+を有する、請求項2に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  5. 前記第3発光材料が：
    量子閉じ込めを示し、かつ、少なくとも1次元においてナノメートル範囲のサイズを有する粒子；
    Mn4+イオンによって活性化されるヘキサフルオロシリケートである狭帯域赤色発光燐光体；及び
    赤色発光燐光体CaS:Eu；
    のうちの少なくとも一を有する、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  6. 前記第3ピーク波長が575nm乃至615nmの範囲内である、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  7. 前記第3スペクトル幅が半値全幅値として表される80nmよりも広い、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  8. 前記第3ピーク波長と前記第4ピーク波長との間での波長の差異が少なくとも10nmよりも大きい、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  9. 前記第4ピーク波長が610nmよりも長い、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  10. 前記第4スペクトル幅が半値全幅値として表される60nmよりも狭い、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  11. 請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオードであって、
    第4発光材料によって放出される光の出力が、当該燐光体変換LEDによって放出されるすべての光の出力の20%未満である、
    燐光体変換発光ダイオード。
  12. 前記第1発光材料が、ガーネットY3Al5O12:Ce3+、SiAlON燐光体、又は、YがGdで置換されたもの、又は、AlがGaで置換されたもの、又は、ガーネットの混合物のうちの一である緑色燐光体を有する、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  13. 前記第1ピーク波長が440以上で、かつ、460nm以下である、請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード。
  14. 請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオードを有するランプ。
  15. 請求項1に記載の燐光体変換発光ダイオード又は請求項14に記載のランプを有する照明体。
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