JP2016523443A - 固体発光体パッケージ、発光デバイス、可撓性ledストリップ及び照明器具 - Google Patents

固体発光体パッケージ、発光デバイス、可撓性ledストリップ及び照明器具 Download PDF

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Abstract

固体発光体パッケージ200、発光デバイス、可撓性LEDストリップ及び照明器具が提供される。上記固体発光体パッケージは、i)紫色/青色光、赤色光及び他の光を各々放出する少なくとも3つの固体発光体ダイ132,142,152、ii)ルミネッセント材料を備えるルミネッセント変換器120、iii)異なるカラーの光の少なくとも一部を混合する光学エレメント102,105、及びiv)光出射窓114を有する。上記ルミネッセント材料は、上記他の光を緑色又はシアンスペクトル範囲内にピーク波長を持つ緑がかった光に向かって少なくとも部分的に変換すると共に、当該固体発光体パッケージが十分に高い演色評価数を持つ光を放出することができるほど十分に広い放射カラー分布を有する。上記演色評価数は黒体軌跡に近いカラー点を持つ光に関係するものである。

Description

本発明は、異なるカラーで光を放出する幾つかの固体発光体を有する固体発光体パッケージに関する。
照明アプリケーションにおける発光ダイオード(LED)ダイの集積化に関しては、幾つかのレベルのパッケージ化/集積化を区別することができる。レベル0はLEDダイそのものである。例えば、LEDダイは印刷回路基板に直接半田付けするには適しておらず、パッケージに組み込まねばならないと共に、例えば、ワイヤボンドを備えなければならない。レベル1集積化は、当該ダイが最早人により接触され得ないと共に該ダイを他の回路に接続することができるようにする該LEDダイの第1レベルの集積化である。第1レベルのパッケージにおいて、LEDダイは、しばしば、ワイヤボンドにより該第1レベルパッケージの外部接点に接続される。続くレベルの集積化レベルは、レベル1LEDパッケージを例えば印刷回路基板に供給するものである。
今日、幾つかの照明アプリケーションは幾つかのLEDダイが単一のパケット内に集積されたレベル1LEDパッケージを有している。これらのLEDパッケージは、例えば、青色発光LEDダイ、緑色発光LEDダイ及び赤色発光LEDダイを有することができ、これらLEDダイの各々に固有の駆動信号を供給することにより、該レベル1LEDパッケージにより複数の放出カラーの光を放出することができるようにしている。このようなLEDパッケージの色域(ガマット)は相対的に大きい。各々が別のカラーを放出する幾つかのLEDダイを備えたLEDパッケージは、例えば、制御可能なカラーの光を放出することができる装飾照明のために使用される可撓性LEDストリップ(該ストリップにおいては可撓性ストリップが印刷回路基板として機能する)上で使用することができる。
青色発光LEDダイ、緑色発光LEDダイ及び赤色発光LEDダイを使用することにより、例えばCIE XYZカラー空間の相対的に大きな部分内の光の色を発生することができる。しかしながら、青色発光、緑色発光及び赤色発光ダイの発光を組み合わせることにより略全てのカラーの光を発生することができるという事実は、放出される光の演色性が良いということを保証するものではない。青色発光LEDダイ、緑色発光LEDダイ及び赤色発光LEDダイは、例えば30ナノメートルの半値全幅値を持つ相対的に狭い発光スペクトル内で光を放出する。このような狭い発光が組み合わされた場合、当該発光はCIE XYZカラー空間内で黒体軌跡(black body line)に近いカラー点を有し得る(従って、人の裸眼には白に見える)が、該放出光の演色評価数(CRI)は相対的に低い。従って、青色発光、緑色発光及び赤色発光ダイを有するレベル1LEDパッケージは、基本機能的照明として使用するには適さず、装飾照明目的にのみ適するものである。
米国特許出願公開第2009/0114932号公報は、当該LED照明エンジンを支持するための基板を含む発光ダイオード照明エンジンを開示している。該発光ダイオード照明エンジンは、赤色LED、緑色LED及び青色LEDを含むLEDを有している。上記青色LEDの各々は黄色蛍光体コーティング化合物により少なくとも部分的に被覆されている。該黄色蛍光体コーティング化合物の濃度は、各青色LEDから青色及び黄色スペクトル光エネルギの放出を可能にするように制御される。赤色LED、緑色LED及び青色LEDからの光エネルギの放出は合成されて、当該LED照明エネルギのための目標相関色温度及び目標演色評価数を達成する。
上に引用した特許出願による発光ダイオード照明エンジンは、黒体軌跡に近いカラーの光を放出するように設計されている。このことは、相対的に白色の光が発生されるように黄色蛍光体により被覆された青色LEDを用いることにより実施されている。緑色LED及び赤色LEDは、放出される光のカラーを一層良好に制御するために、特には、相対的に高い演色評価数を有する光放射を得るために用いられている。該引用された特許出願の発光ダイオード照明エンジンは、白色光を放出する目的を有するが、制御可能なカラーの光を放出する目的は有していない。少なくとも、該引用特許出願の発光ダイオード照明エンジンの色域は相対的に小さい。
国際特許出願公開第WO2008/026851号公報は、紫外波長領域で光を放出する第1発光ダイオードを有する発光デバイスを開示している。少なくとも1つの蛍光体が、上記第1発光ダイオードの周囲に配置されると共に該第1発光ダイオードから放出される光により励起され、該第1発光ダイオードから放出される光の波長よりも長いピーク波長を持つ光を放出する。少なくとも1つの第2発光ダイオードが、上記蛍光体から放出される光のピーク波長とは異なる波長を持つ光を放出する。この文献によれば白色発光ダイオードが提供され、蛍光体から励起的に放出される光とは波長が異なる光を放出する発光ダイオードを用いて、励起光源、即ち該蛍光体を励起するための紫外領域の光が効果的に使用され、これによりエネルギ変換効率を改善すると共に信頼性を改善する。
文献DE202011000007U1は、白色光を発生する装置が開示され、該装置は支持エレメントと、該支持エレメント上に配置された赤色光を生成する第1LEDと、上記支持エレメント上に配置された青色及び/又は紫外光を生成する第2LEDと、該第2LEDの光の少なくとも一部が緑色光、特にはミントグリーン及び/又は緑がかった白色光に変換されるように構成及び配置された光影響エレメントとを有する。
米国特許出願公開第2004/0217364号公報は、紫外(UV)波長スペクトル内の光を放出する固体UV発光体を有する白色発光ランプを開示している。上記UV発光体から放出される光の少なくとも幾らかを吸収すると共に1以上の異なる波長の光で光を再放出する変換材料が配置されている。上記UV発光体及び変換材料とは異なる波長の光を放出する1以上の補足的固体発光体が含まれる。当該ランプは、上記補足的発光体及び変換材料からの光の白色光合成を放出する。該開示によれば、白色光は高いは効率及び良好な演色性を有する。本発明による白色発光ランプの他の実施態様は、UV発光体の代わりに固体レーザを有している。高光束白色発光ランプの実施態様は、第1波長スペクトルで光を放出する大面積発光ダイオードを有すると共に、変換材料を含む。上記大面積LEDを複数の補足的固体発光体が囲み、各発光体は当該ランプが平衡のとれた白色光を放出するように上記大面積LED及び変換材料とは異なるスペクトルで光を放出する。より均一な発光を提供すべく上記発光体、変換材料及び補足的発光体からの光を散乱させるために、これら実施態様の各々には散乱粒子を含めることができる。
米国特許出願公開第2011/0291114号公報は、基板、第1LED、第2LED及び樹脂材料を含む発光ダイオード(LED)パッケージ構造体を開示している。透明材料からなる少なくとも1つの包囲体が、上記基板の表面上に形成されて、該基板上の少なくとも1つの領域を包囲及び形成している。上記第1LED及び第2LEDは該領域内に互いに隣接して配置される一方、上記樹脂材料が該領域内に配置されて該第1LED及び第2LEDを覆っている。該LEDパッケージ構造体は、第1LED及び第2LEDによって各々放出される光を混合することにより所望の照明光を得ている。
本発明の目的は、複数のカラーの光を放出することができると共に、黒体軌跡の近傍にカラー点を有し、且つ、高品質な光を放出することができる固体発光体パッケージを提供することである。
請求項に記載されるように、本発明の一態様は固体発光体パッケージを提供し、他の態様は発光デバイスを提供し、更なる態様は可撓性LEDストリップを提供し、最後の態様は照明器具を提供する。有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。
本発明の第1態様による固体発光体パッケージは、青色発光固体発光体ダイ、赤色発光固体発光体ダイ、他の固体発光体ダイ、ルミネッセント変換器、光出射窓及び光学エレメントを有する。上記青色発光固体発光体ダイは、電力を入力した場合に紫色/青色光を放出するように構成される。上記赤色発光固体発光体ダイは、電力を入力した場合に赤色光を放出するように構成される。上記他の固体発光体ダイは、電力を入力した場合に他の光を放出するように構成される。該他の光は、紫外、紫色又は青色スペクトル範囲のうちの少なくとも1つにおける波長の光を有する。上記ルミネッセント変換器はルミネッセント材料を有する。該ルミネッセント変換器は、当該固体発光体パッケージにおける該変換器が上記他の光を受ける位置に配置される。上記ルミネッセント材料は、吸収カラー分布内の光を吸収し、該吸収された光の一部を放射カラー分布に従って緑がかった(greenish)光へと変換するように構成される。上記吸収カラー分布は上記他の光の波長と少なくとも部分的に重なる一方、上記放射カラー分布は緑色スペクトル範囲内にピーク波長を有すると共に所定の最小値より高い演色評価数を得るために固有の幅を有する。該演色評価数は、当該固体発光体が黒体軌跡に近いカラー点の光を放出する場合に該固体発光体により放出される光に関係するものである。上記光出射窓は、当該固体発光体パッケージの周囲に光を伝達させるためのものである。上記光学エレメントは、当該光が上記光出射窓を介して放出される前に、上記緑がかった光の一部を上記紫色/青色光の一部及び上記赤色光の一部の少なくとも一方と混合するように構成される。
当該固体発光体パッケージは、CIEカラー空間の相対的に大きな部分におけるカラーの光を放出することができる。何故なら、前記青色発光固体発光体、赤色発光固体発光体及び他の固体発光体の駆動を制御することにより、固有のカラーの光を得るために紫色/青色光、赤色光及び緑がかった光がどの様に混合されるかを制御することができるからである。前記ルミネッセント材料は前記他の光を、人の裸眼にとり緑に又は緑がかって見える光へと変換するので、当該固体発光体パッケージの色域は依然として相対的に大きくなり、純緑色光のカラー点の光を発生することしか困難になり得ない。更に、上記放射カラー分布は十分に広いので(例えば、半値全幅(FWHM)幅値で表された場合)、3つの全ての固体発光体が黒体軌跡に近いカラー点が得られるように光を放出するよう制御される場合、この放出光の演色評価数(CRI)は相対的に高くなる。該相対的に広い放射カラー分布は、全光放射スペクトル(3つの全ての固体発光体が光を放出する場合の)が、光の放出量が低い相対的に小さな波長範囲を僅かしか有さず、従ってCRIが相対的に高くなるという事実に寄与する。前記所定の最小CRIは、一実施態様では70であり、他の実施態様では75であり、又は更なる実施態様では80であることに注意されたい。一実施態様において、カラー点は、該カラー点が黒体軌跡に対して7 SDCM内である場合に、黒体軌跡に近いことになる。他の実施態様では、カラー点は、該カラー点が黒体軌跡に対して5 SDCM内である場合に、黒体軌跡に近いことになる。更なる実施態様において、カラー点は、該カラー点が黒体軌跡に対して3 SDCM内である場合に、黒体軌跡に近いことになる。
別々の固体発光体が人の裸眼にとり個別に見えることを防止するために、当該固体発光体パッケージは光学手段を有し、該光学手段は、少なくとも異なるカラーの光が混合され、従って人の裸眼が、ある程度、前記光出射窓に沿って均一なカラー分布を知覚する点で貢献する。光出射窓に沿う斯様な相対的に均一なカラー分布は、高品質の光の放出ともなる。
緑がかったとは、光が人の目にとり青と黄との色の間にある光として見えると共に、少なくとも緑色スペクトル範囲内の波長を持つと結論することを意味する。このことは、人の裸眼にとり完全な緑として見えるが、シアン、ライム、オリーブ、青緑(トルコ石)、ミントも含み得る光を含む。
前記他の固体発光体は、紫外及び/又は青色スペクトル範囲の光を放出する。この結果、前記ルミネッセント材料は前記他の光のスペクトルと重なる(少なくとも部分的に)吸収カラー分布を有するよう構成されねばならないことになる。一実施態様において、該吸収カラー分布は当該他の光のスペクトルと重なり合う(完全に)。
前記ルミネッセント変換器は、2以上のルミネッセント材料を有することができることに注意すべきである。例えば、吸収カラー分布が当該他の光のスペクトルと少なくとも部分的に重なると共に、緑がかった光を放出する2つ、3つ又はそれ以上のルミネッセント材料を使用することができる。
前記他の光は、青色、紫色又は紫外スペクトル範囲内のものである。上記青色スペクトル範囲は約450〜495ナノメートルである。上記紫色スペクトル範囲は約380〜450ナノメートルである。紫外光は380ナノメートル未満の(一般的に、10ナノメートルより長い)波長を有する。前記青色発光固体発光体ダイは紫色/青色光を放出し、このことは、放出光分布が380〜495ナノメートルの範囲内であることを意味する。
前記赤色発光固体発光体ダイは、前記青色発光固体発光体ダイと前記他の固体発光体ダイとの間に配置される。上記青色発光固体発光体ダイ及び他の固体発光体ダイが両方とも上記赤色発光固体発光体ダイの他の一方の側に配置されたなら、上記紫色/青色光は、特定の実施態様において、大部分ルミネッセント変換器のルミネッセント材料に入射せず、かくして、該紫色/青色光の殆どは緑がかった光に変換されることがない。このように、言い換えると、上記青色発光固体発光体ダイは上記ルミネッセント材料により囲まれず、かくして、上記紫色/青色光の殆どは緑がかった光に変換されることなく周囲へと放出される。紫色/青色光の緑がかった光への斯様な変換は、当該固体発光体の色域を制限することになるので常に望ましいとは限らない。しかしながら、実際的な実施態様においては、紫色/青色光の相対的に小さな部分(10%未満)を緑がかった光に変換することができ、これにより、変換された光を伴う上記紫色/青色光のカラー点は、純粋な青色から純粋な緑色のカラー点に向かい僅かな距離に沿ってしかずれない。上記“間に”なる用語は、上記青色発光固体発光体ダイから上記他の固体発光体ダイへと直線が描かれた場合、上記赤色発光固体発光体ダイが正確に該線上にあることのみを意味するのではない。該赤色発光固体発光体ダイは、この線の近傍にあることもできる。一実施態様において、上記“間に”なる用語は、第1仮想線が上記赤色発光固体発光体ダイの中心から上記青色発光固体発光体ダイの中心に向かって描かれると共に、第2仮想線が上記赤色発光固体発光体ダイの中心から上記他の固体発光体ダイの中心に向かって描かれる場合、第1仮想線と第2仮想線との間の最小角度が120度から180度までの範囲内であることにより定義される。
一実施態様では、略全ての他の光がルミネッセント材料により吸収され、緑がかった光に変換される。このように、ルミネッセント材料の量は、上記他の固体発光体ダイが光を発生する場合に当該固体発光体パッケージにより上記他の光が略放出されることがないように、該他の光の略全ての光子を吸収するほど十分に大きくなければならない。
オプションとして、前記放射カラー分布のピーク波長は、490ナノメートルから570ナノメートルまでの範囲内にある。一実施態様において、該放射カラー分布のピーク波長は、500ナノメートルから560ナノメートルまでの範囲であり、他の実施態様では、505ナノメートルから550ナノメートルまでの範囲内である。
オプションとして、前記放射カラー分布の半値全幅(FWHM)のスペクトル幅は、当該固体発光体が黒体軌跡(black body line)に近いカラー点の光を放出する場合に該固体発光体により放出される光の演色評価数を増加させるために少なくとも40ナノメートルである。他の実施態様において、上記FWHMのスペクトル幅は少なくとも55である。更なる実施態様において、上記FWHMスペクトル幅は少なくとも70である。
オプションとして、前記他の固体発光体ダイが他の光を放出し、且つ、該他の光が青色スペクトル範囲内の光である場合に、該他の光の少なくとも30%の部分が前記ルミネッセント材料により吸収され、前記緑がかった光と前記他の光の残りの部分との組み合わせが前記光出射窓を介して放出される。このように、前記緑がかった光と前記残りの他の光との組み合わせである発光は、青色と緑色との間のカラー点を有する。従って、当該固体発光体パッケージの色域は減少するが、依然として多数の異なるカラーの光を発生することが可能であり、当該固体発光体パッケージにより異なる色温度の白色光を発生することができるように、上記黒体軌跡の大部分は該色域内に入り得る。後述するように、当該固体発光体パッケージの色域をCIEXYXカラー空間の緑色領域に向かって拡大するために緑色発光固体発光体ダイを追加することができる。このオプション的実施態様に関して、前記光学エレメントは、前記他の光及び緑がかった光を、前記赤色光及び前記紫色/青色光のうちの少なくとも一方と少なくとも部分的に混合するように構成することができる。更に、前記ルミネッセント材料のために無機蛍光体が使用される場合、前記ルミネッセント変換器は光学エレメントの一部となる。何故なら、該無機蛍光体の粒子は受光された光を散乱させ、これにより、異なるカラーの光の混合を助けるからである。他の実施態様においては、前記他の光の少なくとも40%が変換される。更なる実施態様では、該他の光の少なくとも50%が、緑がかった光に変換される。
オプションとして、前記ルミネッセント変換器は、前記他の固体発光体ダイの発光面上に設けられる前記ルミネッセント材料の層である。上記他の固体発光体ダイが2以上の発光面を有する場合、全ての発光面を該ルミネッセント材料の層により覆うことができる。このオプション的実施態様において、上記ルミネッセント材料は熱に対して実質的に耐性のものである。上記他の固体発光体ダイは相対的に暖かくなるので、このオプション的実施態様では、該ルミネッセント材料は無機蛍光体とすることができる。
オプションとして、前記ルミネッセント変換器は前記ルミネッセント材料が分散された第1透光性材料を有し、前記他の固体発光体ダイの発光面は該第1透光性材料により覆われる。上記ルミネッセント材料を第1透光性材料内(例えば、シリコーン内若しくは他の樹脂内、ガラス内、又は透明合成材料内等)に設けることは、i)前記緑がかった光がルミネッセント変換器内で散乱され、かくして、一層大きな発光面に沿って放出される;ii)例えば、当該ルミネッセント材料内で発生される熱を上記第1透光性材料により伝導除去することができる、iii)当該ルミネッセント材料が第2青色発光固体発光体ダイに直接接触することがなく、かくして、該他の固体発光体ダイの熱を直接受けることがない(このことは、該ルミネッセント材料の変換効率が過度に低下することを防止する)等の幾つかの利点を有する。
オプションとして、前記赤色発光固体発光体の発光面もルミネッセント変換器の上記第1透光性材料により覆われ、これにより、前記緑色光を前記赤色光と少なくとも部分的に混合する光学エレメントを得る。このオプション的実施態様において、上記ルミネッセント材料は赤色光を吸収しないと仮定される。このように、上記第1透光性材料内のルミネッセント材料は赤色光を散乱させ(緑がかった光に対しても行うように)、これにより、該第1透光性材料内で自動的な光の混合が得られる。このように、相対的に効率的且つ効果的な方法で、赤色光及び緑がかった光が混合される。他の実施態様では、前記吸収カラー分布は紫色/青色光のカラー分布と大幅には重なり合わず、このことは、紫色/青色発光固体発光体ダイにより放出される多くの光が、緑がかった光に変換されることを防止することに注意すべきである。
オプションとして、前記ルミネッセント材料の吸収カラー分布は前記紫色/青色光のスペクトルと、該紫色/青色光の30%以下が該ルミネッセント材料により吸収される程度に重なり合うことができ、前記青色発光固体発光体ダイの発光面も前記第1透光性材料により覆われ、これにより、前記緑がかった光を前記紫色/青色光と少なくとも部分的に混合する光学エレメントが得られるようにする。上記ルミネッセント材料が青色発光固体発光体ダイにより放出される光の相対的に小さな部分しか吸収しない場合、該ルミネッセント材料は紫色/青色光を緑がかった光に変換せず、かくして、当該固体発光体パッケージの色域は相対的に大きく保たれる。該ルミネッセント材料を伴う第1透光性材料を青色発光固体発光体ダイの前部でも使用することが有利であり得る。何故なら、該ルミネッセント材料は紫色/青色光を散乱させ、これにより、紫色/青色光及び緑がかった光のカラー混合を改善し、前記赤色発光固体発光体ダイも該ルミネッセント材料を有する第1透光性材料により覆われる場合には赤色光のカラー混合も改善するからである。他の実施態様においては、上記紫色/青色光の20%以下が上記ルミネッセント材料により吸収される。更なる実施態様では、上記紫色/青色光の10%以下が上記ルミネッセント材料により吸収される。
オプションとして、前記光学エレメントは、前記ルミネッセント変換器、並びに前記青色発光固体発光体ダイの発光面及び前記赤色発光固体発光体ダイの発光面のうちの少なくとも一方と光学的に結合された第2透光性材料を有する。該第2透光性材料は、光学的結合の結果として、前記緑がかった光の少なくとも一部、並びに前記紫色/青色光及び赤色光の少なくとも一方を受光する。かくして、当該光学手段(光学エレメント)は受光された異なるカラーの光を混合することができる。上記第2透光性材料の光学手段は、当該光を前記光出射窓に案内して、該光を当該固体発光体パッケージの周囲へと透過させるようにも構成される。光学的に結合されるとは、上記第2透光性材料が上記発光面及びルミネッセント変換器と直接接触することができることを意味するのみならず、他の光学エレメントを該第2透光性材料と前記他のエレメントとの間に設けることができることも意味する。該第2透光性材料は、例えば、シリコーン、PMMA又は他の透光性樹脂又は合成材料とすることができる。該第2透光性材料は、ガラスから形成することもできる。
オプションとして、前記光学手段(光学エレメント)は、前記第2透光性材料と前記ルミネッセント変換器との間に配置された透光壁を更に有する。前記ルミネッセント変換器を第2透光性材料から物理的に分離することが(更に詳細には、ルミネッセント変換器と透光性材料との間の正確な遷移を定めることが必要とされる場合に)有利であり得る。例えば、前記光学エレメントが前記青色発光固体発光体ダイの近傍の特定の位置にシリコーンを供給することにより製造される一方、前記ルミネッセント変換器が前記他の固体発光体ダイの近傍の特定の位置にルミネッセント材料を含むシリコーンを供給することにより製造される場合、上記のような分離を、第2透光性材料からルミネッセント変換器への遷移の位置を正確に定めるために用いることができる。
オプションとして、固体発光体パッケージを製造する方法が提供される。該方法は、i)基板又は印刷回路基板であり得る基体上に青色発光固体発光体ダイを設けるステップであって、該青色発光固体発光体ダイが紫色/青色光を放出するように構成されるステップと、ii)前記基体上に他の固体発光体ダイを設けるステップであって、該他の固体発光体ダイが紫外、紫色及び赤色スペクトル範囲のうちの少なくとも1つのスペクトル範囲内の波長の光を有する他の光を放出するように構成されたステップと、iii)前記基体上の前記青色発光固体発光体ダイと前記他の固体発光体ダイとの間の位置に赤色発光固体発光体ダイを設けるステップであって、該赤色発光固体発光体ダイは赤色光を放出するように構成され、上記“間の”は第1直線と第2直線との間の角度が120度から180度までの範囲内であることを意味し、ここで、第1直線は前記赤色発光固体発光体ダイから前記青色発光固体発光体ダイまでのものであり、第2直線は前記赤色発光固体発光体ダイから前記他の固体発光体ダイまでのものであるステップと、iv)前記基体上に透光壁を設けるステップであって、前記他の固体発光体ダイは該透光壁の第1の側に配置される一方、前記青色発光固体発光体ダイは該透光壁の第2の側に配置され、該第2の側は前記第1の側の反対側であるステップと、v)第1量の透光性樹脂を前記透光壁の第2の側における特定の位置に供給するステップと、vi)ルミネッセント材料を含む第2量の透光性材料を前記透光壁の第1の側における特定の位置に供給して、ルミネッセント変換器を形成するステップと、を有し、前記ルミネッセント変換器は前記他の光を受光するように配置され、前記ルミネッセント材料は吸収カラー分布内の光を吸収すると共に該吸収された光の一部を放射カラー分布に従って緑がかった光に変換するよう構成され、前記吸収カラー分布は前記他の光の波長と少なくとも部分的に重なり、前記放射カラー分布はシアン及び緑色スペクトル範囲のうちの少なくとも一方のスペクトル範囲内にピーク波長を有すると共に所定の最小値より大きい演色評価数を得るために固有の幅を有し、前記演色評価数は前記固体発光体パッケージが黒体軌跡に近いカラー点の光を放出する場合に該固体発光体パッケージにより放出される光に関係するものである。オプションとして、前記透光性樹脂はシリコーンである。オプションとして、当該方法は該透光性樹脂を硬化させるステップを有する。オプションとして、前記第1量の透光性樹脂は前記青色発光固体発光体ダイの近傍に供給される。オプションとして、前記ルミネッセント材料を含む第2量の透光性材料は前記他の固体発光体ダイの近傍に供給される。斯様な材料を斯様な位置に供給するステップは、透光壁なしで実行することもでき、当該量(及び/又は供給の時期)が所定のスケジュールに従って良好に制御される場合、第1量の透光性樹脂及び第2量の透光性材料は良好に定まる位置で互いに接触することができる。オプションとして、前記ルミネッセント材料は、有機蛍光体、無機蛍光体、及び量子閉じ込めを示すと共に少なくとも1つの次元においてナノメートル範囲内の寸法を有する粒子のうちの1つであり、前記粒子の例は量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドである。勿論、該ルミネッセント材料は前記固体発光体パッケージに使用するのに適したものでなければならず、従って、吸収カラー分布は前記他の光の波長と少なくとも部分的に重ならなければならない一方、放射カラー分布はシアン又は緑色スペクトル範囲内に少なくともピーク波長を有し、該放射カラー分布の幅は十分に高い演色評価数を得るために十分に大きいものとする。
オプションとして、当該固体発光体パッケージは、追加の紫色/青色光を放出する追加の青色発光固体発光体ダイを更に有することができる。該追加の青色発光固体発光体ダイには他のルミネッセント材料が設けられ、該他のルミネッセント材料は前記追加の紫色/青色光の一部を少なくとも吸収すると共に該吸収された光を黄色又は橙色スペクトル範囲内にピーク波長を持つ放射カラー分布の光に変換する。該ルミネッセント材料を伴う上記追加の青色発光固体発光体ダイは前記黒体軌跡に近いカラー点を持つ光を放出するように構成される。このように、人の裸眼により白色光として認識される光を本質的に放出する追加の発光体が設けられる。該追加の発光体は、当該固体発光体が黒体軌跡に近いカラー点で光を放出しなければならない場合に可能な光出力を増加させる。更に、該追加の発光体は黒体軌跡に近いカラー点を持つ光のCRIを増加させる。また、このような追加の発光体の使用は、当該固体発光体パッケージの色域を増加させる。上記黄色スペクトル範囲は570〜590ナノメートルであり、橙色スペクトル範囲は590〜620ナノメートルである。
オプションとして、当該固体発光体パッケージは緑色光を放出する緑色発光固体発光体ダイを更に有することができる。該緑色発光固体発光体ダイは当該固体発光体パッケージの色域を増加させる。該緑色光は、495〜570ナノメートルのスペクトル範囲内にピーク波長を有する。
オプションとして、前記固体発光体ダイは発光ダイオードダイである。
本発明の他の態様によれば、本発明の前述した態様による少なくとも1つの固体発光体パッケージを有する発光デバイスが提供される。該発光デバイスは、上記少なくとも1つの固体発光体パッケージが電気的に結合される導電トラックが設けられた基板も有する。該発光デバイスは、固体発光体のレベル2の集積化である。上記基板は剛性構造体(例えば、印刷回路基板)とすることができ、又は可撓性基板とすることができる。
本発明の他の実施態様によれば、可撓性LEDストリップが提供される。該可撓性LEDストリップは、上述した本発明の他の態様による発光デバイスを有する。該可撓性LEDストリップにおいて、上記基板は可撓性であり、長尺の形状を有する。該基板上には複数の固体発光体パッケージが設けられ、前記固体発光体ダイは発光ダイオードダイである。
本発明の最後の態様によれば、前記固体発光体パッケージを有するか、前記発光デバイスを有するか、又は前記可撓性LEDストリップを有する照明器具が提供される。
上記発光デバイス、可撓性LEDストリップ及び/又は照明器具は、本発明の最初に説明した態様による固体発光体パッケージと同様の利点を提供し、該固体発光体パッケージの対応する実施態様と同様の効果を備えた同様の実施態様を有する。
本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して解説されるであろう。
当業者によれば、本発明の上述したオプション、構成例及び/又は態様は、有用と思われる如何なる方法でも組み合わせることができることが理解されるであろう。
前記固体発光体パッケージの説明された修正例及び変形例に対応する発光デバイス及び/又は可撓性LEDストリップの修正例及び変形例は、当業者によれば、本説明に基づいて実施することができるものである。
図1aは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図1bは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図1cは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図2aは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図2bは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図2cは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図3aは、固体発光体パッケージの一実施態様を概略的に示す。 図3bは、幾つかの発光スペクトル及び吸収カラー分布を概略的に示す。 図4aは、発光デバイスの一実施態様を概略的に示す。 図4bは、可撓性LEDストリップの一実施態様を概略的に示す。 図4cは、照明器具の一実施態様を概略的に示す。 図5aは、第1特定例の発光及び吸収スペクトルを示す。 図5bは、第1特定例の実施態様により発生される約6500Kの色温度の光の発光スペクトルを示す。 図6aは、第1特定例の実施態様により発生される約2725Kの色温度の光の発光スペクトルを示す。 図6bは、第1特定例の実施態様の色域を示す。 図7aは、第2特定例の発光及び吸収スペクトルを示す。 図7bは、第2特定例の実施態様により発生される約6500Kの色温度の光の発光スペクトルを示す。 図8aは、第2特定例の実施態様により発生される約2725Kの色温度の光の発光スペクトルを示す。 図8bは、第2特定例の実施態様の色域を示す。 図9は、3つの固体発光体ダイの配置を上面図で示す。
異なる図において同一の符号により示される要素は、同一の構造的特徴及び同一の機能を有するか、又は同一の信号であることに注意されたい。このような要素の機能及び/又は構造が説明された場合、詳細な説明において斯かる要素を繰り返し説明する必要性はないであろう。
各図は純粋に概略的なもので、実寸通りには描かれていない。特に、明瞭化のために幾つかの寸法は強く誇張されている。
以下の説明においては、特定の実施態様が特定の要素を用いて説明される。青色発光又は(第1又は第2)青色光なる用語が使用される場合、紫色発光又は紫色光も意味することに注意されたい。第2青色光及び第2青色発光固体発光体ダイの実施態様は、請求項に規定された他の光及び他の固体発光体の用語の範囲内に入る実施態様である。従って、第2青色光の代わりに、紫色光又は紫外光と読むこともでき、第2青色発光固体発光体ダイの代わりに、紫外発光固体発光体ダイ又は紫色発光固体発光体ダイと読むこともできる。
図1a〜図1cは、固体発光体パッケージの実施態様100,180,190を概略的に図示している。第1実施態様は図1aに示されている。図1aは、固体発光体ダイ130,140,150を有するレベル1の固体発光体パッケージ100の断面図を概略的に示している。固体発光体パッケージ100は、一種のハウジングであり得る外側表面104を有しているが、該外側表面104は例えば特定の形状の壁が設けられる基板からなることもできることが後に分かるであろう。固体発光体パッケージ100は光出射窓114を有し、当該固体発光体パッケージ100により発生される光は該出射窓を介して該固体発光体パッケージ100の周囲に放出される。固体発光体パッケージ100の底部には電気接点106,108,110,112が描かれており、これら電気接点は当該固体発光体パッケージ100を例えば印刷回路基板に半田付けするために使用することができる。後続の図には電気接点106,108,110,112は描かれていないが、当該固体発光体パッケージの全ての後の実施態様も上記電気接点106,108,110,112のような電気接点を有することができる(該固体発光体パッケージの他の位置に電気接点を有することもできる)。固体発光体パッケージ100内には、例えば発光ダイオードの3つの固体発光体ダイ130,140,150が描かれている。図示された固体発光体ダイ130,140,150は底面に1つの電極及び上面に1つの電極を有している。図1aに示されるように、固体発光体ダイ130,140,150は、底面を当該固体発光体パッケージ100の底板上にして配置される一方、上面はワイヤボンド132に接続されて、前記電気接点106,108,110,112を介して電気エネルギが供給された場合に該固体発光体ダイ130,140,150に該電気エネルギが供給されるようにしている。第1固体発光体ダイ130は、第1の青色発光固体発光体ダイ130である。固体発光体ダイが青色発光固体発光体ダイ130である場合、該ダイ自身が第1発光分布に従って第1青色光を放出し、この特性は当該第1青色発光固体発光体ダイ130において固有に使用される材料(例えば、使用される半導体材料及び使用されるドーパント)により決定される。固体発光体ダイ140は、赤色光を第2発光分布に従って放出する赤色発光固体発光体ダイ140である。固体発光体ダイ150は、第2の青色光を第3発光分布に従って放出する第2青色発光固体発光体ダイ150である。一実施態様において、第1青色発光固体発光体130及び第2青色発光固体発光体150は互いに等しく、従って第1発光分布は第3発光分布に等しい。他の実施態様において、第1青色発光固体発光体130及び第2青色発光固体発光体150は互いに等しくなく、従って第1発光分布は第3発光分布と重なり合わないか又は部分的にしか重なり合わない。第1青色発光固体発光体130及び第2青色発光固体発光体150が互いに等しくない場合、第1発光分布と第3発光分布との間の重なりは30%以下である。当該固体発光体パッケージ100はルミネッセント変換器120を更に有し、該ルミネッセント変換器は第2青色発光固体発光体ダイ150上に設けられる。該ルミネッセント変換器は、吸収カラー分布内の光を吸収すると共に、吸収された光エネルギの一部を放射カラー分布に従って緑がかった光へと変換するように構成されたルミネッセント材料を有する。上記吸収カラー分布は上記第2青色光の波長と少なくとも部分的に重なり合い、従って上記第3発光分布と少なくとも部分的に重なり合う。一実施態様において、第3発光分布は上記吸収カラー分布と完全に重なり合わされる。上記ルミネッセント材料の放射カラー分布は、シアン又は緑色スペクトル範囲内にピーク波長を有すると共に、少なくとも40ナノメートルの、他の実施態様では少なくとも50ナノメートルの、更に他の実施態様では少なくとも60ナノメートルの半値全幅のスペクトル幅を有する。ルミネッセント変換器120は、上記ルミネッセント材料が分散されるシリコーン又は他の特定の母材ポリマ(例えば、PMMA等の)を更に有することができる。第2青色発光固体発光体ダイ150により放出される光は該ルミネッセント変換器内に放出され、第2青色光は吸収されて緑がかった光へと変換される。該緑がかった光は、少なくとも部分的に光出射窓114から放出されると共に、側方へも放出され得る。当該固体発光体100は、更に、光学エレメント102を有している。該光学エレメント102は、例えば図1aの実施態様ではシリコーン等の透光性材料を有し、該透光性材料は第1青色発光固体発光体ダイ130と直に接触すると共に赤色発光固体発光体ダイ140と直に接触し、且つ、ルミネッセント変換器120と光学的に結合される。該光学エレメント102は、少なくとも、上記緑がかった光の一部を前記第1青色光の一部及び前記赤色光の一部の少なくとも一方と部分的に混合するよう構成される。該混合は、当該光が上記光出射窓を介して放出される前に実行される。光学エレメント102とルミネッセント変換器120との間の光学的結合の結果として、図1aの位置199に示されるように、光学エレメント102内に捕捉された光はルミネッセント変換器内へと透過され得る一方、側方に放出される上記緑がかった光は該光学エレメント102内へと透過される。この結果、上記緑がかった光の少なくとも一部は、幾らかの赤色光と、及び/又は第1青色光の幾らかと混ざり合う。
上記実施態様において、ワイヤボンドに電気的に接続された固体発光体ダイ130,140,150は、後の実施態様で説明するように所謂フリップチップ固体発光体ダイと置換することもできる。
この場合、上記実施態様及び後述する実施態様において、緑がかった光(帯緑色光)なる用語が使用されている。緑がかった光とは、人の裸眼が当該光の色を緑色族に属すると認識することを意味する。緑がかった光は、緑色光のみならず、例えばシアン、ミント、オリーブ、トルコ石、ライム色光も含む。波長目盛上で見た場合、緑がかった光は、通常、黄色光と青色光との間にある。前記ルミネッセント材料は或る放射カラー分布に従って光を放出し、この放射カラー分布のピーク波長はシアンスペクトル範囲又は緑色スペクトル範囲内にあり、これら範囲は、各々、約490〜約520ナノメートル及び約520〜約570ナノメートルにまたがる。該放射カラー分布は相対的に広い分布であり、このことは、該放射カラー分布の半値全幅(FWHM)値が少なくとも40ナノメートルであることを意味する。該放射カラー分布の尾部は黄色又は青色スペクトル範囲に更に延長することができる。
他の実施態様において、上記放射カラー分布のピーク波長は約500ナノメートルから約560ナノメートルまでの範囲である。更なる実施態様において、該放射カラー分布のピーク波長は約505ナノメートルから約550ナノメートルまでの範囲である。更なる実施態様において、該放射カラー分布のFWHM値は少なくとも50ナノメートルである。更なる実施態様において、該放射カラー分布のFWHM値は少なくとも60ナノメートルである。
前記ルミネッセント材料は有機蛍光体、無機蛍光体、及び量子閉じ込めを示すと共に少なくとも1つの次元においてナノメートル範囲内の寸法を有する粒子のうちの1つとすることができ、上記粒子の例は、量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドである。
更に詳細には、好適な無機蛍光体の例は:
- (Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-z-uGazSiu)5O12-uNu:CeaPrb、但し、Lu3Al5O12:Ce3+及びY3Al5O12:Ce3+等のように、0<=X<=1, 0<=y<=1, 0<z<=0.1, 0<=u<=0.2, 0<a<=0.2及び0<b<=0.1;
- (Sr1-a-b-cCabBac)SixNyOz:Eua 2+、但し、例えばSrSi2N2O2:Eu2+及びBaSi2N0.67O4:Eu2+を含み、a=0.002〜0.2, b=0.0〜0.25, c=0.0〜1.0, x=1.5〜2.5, y=0.67〜2.5, z=1.5〜4;
- 例えばSrGa2S4:Eu2+を含む、(Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+
- 例えばBaSrSiO4:Eu2+,(Ca1-x-y-a-bYxLuy)3(Sc1-zAlz)2(Si1-x-yAlx+y)3O12:CeaPrbを含む、(Sr1-xBax)2SiO4:Eu、但しCa3Sc2Si3O12:Ce3+等のように0<=x<=1, 0<=y<=1, 0<z<=1, 0<=u<=0.2, 0<a<=0.2及び0<b<=0.1、
であり、他の好適な無機ルミネッセント材料は図2cの前後関係で説明する。
更に詳細には、有機蛍光体の例は、ルモゲン(Lumogen)F材料083(黄)、170(黄)、850(緑)のようなペリレン誘導体等の緑色発光有機染料である。
好適な量子ドットは、硫化カドミウム(CdS)及び硫化亜鉛(ZnS)等のシェルを備えるセレン化カドミウム(CdSe)、又は隣化インジウム(InP)並びに硫化銅インジウム(CuInS2)及び/又は硫化銀インジウム(AgInS2)等のカドミウムを含まない量子ドットである。
図1bは、固体発光体パッケージの次の実施態様180の断面図を示す。該固体発光体パッケージ180は図1aの固体発光体パッケージ100と類似しているが、以下に説明する点で相違している。固体発光体ダイ132,142,152は、所謂フリップチップ固体発光体ダイ132,142,152であり、このことは、これら固体発光体ダイ132,142,152の両電極は一方の側に位置し、かくして、これらダイに電気エネルギを供給するためにワイヤボンドは必要とされないことを意味する。完全を期すために、以下の固体発光体が設けられる。即ち、第1青色発光固体発光体ダイ132、赤色発光固体発光体ダイ142及び第2青色発光固体発光体ダイ152である。更に、光学ルミネッセント変換器122は前記ルミネッセント変換器120とは相違する。図1bの実施態様において、ルミネッセント変換器122はシリコーン又は他の母材ポリマは有さず、ルミネッセント材料が上記第2青色発光固体発光体ダイ152上に直接設けられている。該ルミネッセント材料は例えば無機蛍光体であり、該無機蛍光体は第2青色発光固体発光体ダイ152において発生される熱に対して耐性的である。また、光学エレメント103は、図1aの光学エレメント102よりも大きい。該光学エレメント103は、例えばシリコーンであり、当該固体発光体パッケージの外側表面104、固体発光体132,142、ルミネッセント変換器122及び光出射窓の間の空間を完全に充填している。このように、第1青色発光固体発光体ダイ132、赤色発光固体発光体ダイ142及びルミネッセント変換器122において発生される全ての光は、該光学エレメントにより受光され、当該光学エレメントにおける幾らかの内部反射により、緑がかった光の少なくとも幾らかは、光出射窓を介して放出される前に第1青色光及び/又は赤色光と混合される。該光学エレメント103はガラスから形成することもでき、固体発光体ダイ132、142,152を収容するための幾つかの凹部を設けることができることに注意されたい。斯様なガラス製の光学エレメント103と固体発光体ダイ132,142,152との間の良好な光学的接触を得るために、固体発光体ダイ132,142,152は該ガラス製の光学エレメントに接着することができる。
図1cは、固体発光体パッケージの他の実施態様190を概略的に示す。固体発光体パッケージ190は図1bの固体発光体パッケージ180に類似している。相違点は、固体発光体パッケージ190の外側表面に関するものである。固体発光体パッケージ190は底板/基板192上に作製され、該基板192上には断面が三角形の縁部116が設けられている。縁部116における固体発光体ダイ132,142,152に面する表面118の少なくとも1つは、光反射性(鏡面性、又は散乱的に反射性)であり、かくして、シリコーン103内に捕捉された第1青色、赤色及び緑がかった光、又は側方に放出される光が光出射窓114に向かって反射されるようにする。図1cの例において、シリコーン103(前記光学エレメントである)は湾曲面を備えて描かれている。このような湾曲した表面は、シリコーンの滴を、底板/基板192、縁部116並びに第1青色発光固体発光体ダイ132、赤色発光固体発光体ダイ142及びルミネッセント材料122を備える第2青色発光固体発光体ダイ152を有する半仕上げの固体発光体パッケージ上に供給した結果であり得る。上記シリコーンの滴は図示された形状を自然に獲得することができ、硬化後に、これが当該光学エレメント/シリコーンエレメント103の最終形状となる。
図9は、例えば図1b及び/又は図1cの実施態様を上面図で見た場合に、赤色発光固体発光体第142、青色発光固体発光体ダイ132及び他の固体発光体ダイ152(ルミネッセント変換器122により包囲された)が互いに対してどの様に配置されるかの一例を示している。赤色発光固体発光体ダイ142は、青色発光固体発光体ダイ132と他の固体発光体ダイ152との間に配置される。この前後関係において、“間に”とは、第1仮想線901が赤色発光固体発光体ダイ142の中心904及び青色発光固体発光体ダイ132の中心903を介して描かれると共に、第2仮想線902が赤色発光固体発光体ダイ142の中心904及び他の固体発光体ダイ152の中心905を介して描かれる場合、第1仮想線901と第2仮想線902との間の最小角度αが120度から180度までの範囲内であることにより定義される。
図2a〜図2cは、固体発光体パッケージの他の実施態様200,280,290を概略的に示す。
図2aは、図1aの固体発光体パッケージ100及び図1bの固体発光体パッケージ180の一変形例である固体発光体パッケージ200を示す。図1bの固体発光体パッケージ180と同様に、固体発光体ダイ132,142,152は、電極を当該固体発光体ダイ132,142,152の一方に有する所謂フリップチップ型である。しかしながら、この及び他の実施態様はフリップチップ型固体発光体ダイ132,142,152の使用に限定されるものではない。フリップチップ型固体発光体ダイ132,142,152の代わりに、この実施態様は、図1aに関連して説明したようにワイヤボンドにより電気的に接続されねばならない固体発光体ダイを有することもできる。固体発光体パッケージ200は、更に、ルミネッセント変換器120のタイプに関しては図1aの固体発光体パッケージ100に類似している。該固体発光体パッケージ200は、ルミネッセント粒子が分散されるか又は分子が溶解された、例えば、シリコーン等の透光性母材ポリマから形成されたルミネッセント変換器120を有している。図2aの実施態様において、光学エレメントは、例えばシリコーン102等の透光性材料により充填された空間を少なくとも有すると共に、透光性の又は透明な壁105を有している。このような壁を使用することは、当該固体発光体パッケージ200の製造工程において有利であり得る。例えば、ルミネッセント変換器120及びシリコーン102が当該固体発光体パッケージ200に設けられる前に、ルミネッセント変換器120とシリコーン102との間の将来の界面の位置を定めるために、該透光性の壁105を赤色発光固体発光体ダイ142と第2青色発光固体発光体ダイ152との間に配置することができる。このような位置を定めることは、ルミネッセント変換器120のルミネッセント材料が、該ルミネッセント材料に第1青色光が入射した場合に該第1青色光のかなりの部分が吸収されるような吸収カラー分布を有する場合、従って、該ルミネッセント変換器が第1青色発光固体発光体ダイ132に過度に近くなることが防止されねばならない場合に望ましいものであり得る。このように、第1青色発光固体発光体ダイ132とルミネッセント変換器120との間に十分に長い空間的隔たりを形成することにより、第1青色発光固体発光体ダイ132が第1青色光を放出する(該第1青色光が光出射窓114を介して透過されるように)場合に、ルミネッセント材料により緑がかった光も発生されてしまうことが防止される。上記シリコーン102及びルミネッセント変換器120は透光性の壁105に光学的に良好に結合されて、(矢印199により示されるように)緑がかった光の少なくとも幾らかが該透光壁105を介してシリコーン102へと透過され得ると共に幾らかの赤色光が該透光壁105を介してルミネッセント変換器120内へと透過され得るようにする。
図2bは、上述した固体発光体パッケージと類似しているが、ルミネッセント変換器124が大幅に大きく、第2青色発光固体発光体ダイ152及び赤色発光固体発光体ダイ142を覆うという重要な差異を有する固体発光体パッケージ280を示す。結果的に、ルミネッセント変換器124は赤色光及び第2青色光(当該ルミネッセント材料により緑がかった光に変換される)を受光する。更に、結果として、シリコーン102は第1青色発光固体発光体132上にのみ設けられる。図2bに示されるように、ルミネッセント変換器124及びシリコーン102は互いに接触し、第1青色光が当該ルミネッセント変換器124内へと透過され得ると共に、緑がかった光及び赤色光がシリコーン102内へと透過され得るように光学的に互いに結合される。更に、ルミネッセント変換器124は無機蛍光体を有することができ、該無機蛍光体の粒子が当該ルミネッセント変換器124の母材ポリマ内に分散される。該無機蛍光体の粒子は、吸収カラー分布に従って吸収されない光に対し、散乱粒子として作用する。このように、緑がかった光及び赤色光(及びシリコーン102から受ける第1青色光)は、該無機蛍光体の粒子により散乱され、かくして、これらの異なるカラーの光は、光出射窓を介して透過される前に良好に混合される。図1aの固体発光体パッケージ100において、このことはルミネッセント変換器120も或る程度行うが、図2bの固体発光体パッケージ280において、ルミネッセント変換器124は斯かる光の混合に大きく寄与し、かくして、該ルミネッセント変換器124はシリコーン102と一緒になって当該固体発光体パッケージ280の光学エレメントを形成する。この実施態様は、ルミネッセント材料の吸収カラー分布が第1青色光の波長と重なり合わないか又は最小限にしか重なり合わない場合に良好に動作することに注意されたい。他の例では、ルミネッセント変換器124のみが異なるカラーの光を混合する光学エレメントであり、第1青色光がルミネッセント変換器124に進入しないようにシリコーン102とルミネッセント変換器124との間に不透明な壁(反射性とすることもできる)が設けられる。
図2cは、図2bの固体発光体パッケージ280と類似した固体発光体パッケージ290を示す。相違点は、ルミネッセント変換器126が当該固体発光体パッケージ290の外壁104の間の空間を完全に満たすと共に、シリコーンの領域が存在しないことである。該ルミネッセント変換器126は、第1青色発光固体発光体ダイ132、赤色発光固体発光体ダイ142及び第2青色発光固体発光体ダイ152から第1青色光、赤色光及び第2青色光を直接受光するので、第1青色光、赤色光及び緑がかった光を混合する光学エレメントとなる。図2cの実施態様は、ルミネッセント変換器126におけるルミネッセント材料の吸収カラー分布が第1青色発光固体発光体ダイ132の光放射分布と殆ど重ならない場合に良好に動作する。このように、第1青色光の波長は上記吸収カラー分布内に殆ど入らない。言い換えると、第1青色光の波長は、上記吸収カラー分布の半値全幅範囲の波長の少なくとも外側に位置する。一実施態様においては、全ての第2青色光が、緑がかった光に変換されるというのではなく、第2青色発光固体発光体ダイ152が電気エネルギを受けた場合に、結果としての発光が第2青色光及び緑がかった光の組み合わせとなることに注意すべきである。この組み合わせは、純粋な青色光のカラー点と上記緑がかった光のカラー点との間の何処かにカラー点を有する。この結果、当該固体発光体パッケージ290の発光に関して依然として相対的に大きな色域が得られると共に、黒体軌跡に近いカラー点を持つ光のCRIは相対的に大きなままとなる。例えば第1青色光の20%未満等の該第1青色光の相対的に小さな部分が当該ルミネッセント材料により依然として吸収され、緑がかった光に変換されることもあり得る。この場合、第1青色発光固体発光体ダイ132が電力を受けた場合に放出される光のカラー点は、僅かに緑色に向かってずれるが、該固体発光体の全体の色域は相対的に大きなままであり、依然として相対的に大きなCRIを得ることができる。
図2cの実施態様において、上記ルミネッセント変換器のルミネッセント材料は、該ルミネッセント材料の吸収カラー分布の外側の波長に対して散乱粒子として働き得る。この結果、異なるカラーの光の良好な混合が得られる。特に、無機蛍光体が、該吸収カラー分布の外側の波長にとり有利な散乱粒子となる。一実施態様において、上記ルミネッセント変換器は、該ルミネッセント変換器を介して透過される光を散乱させる手段も有することができる。材料中に屈折率の遷移を導入することにより、光の体積散乱を実現することができる。このことは、母材物質内に異なる屈折率の粒子を添加することにより実現することができる。効率上の理由により、斯かる粒子による光の吸収は低くしなければならない。散乱粒子のために使用される典型的な材料は、TiO2、SiO2、ZnO、Al2O3、BaSO4である。固体散乱粒子の代替例として、気体又は液体の泡を導入することもできる。図1a〜図1c、図2a〜図2bの実施態様において、シリコーン102,103(光学エレメント)も、異なるカラーの光を一層良好に混合するために斯様な散乱手段を有することができる。代わりに、表面散乱も用いることができ、その場合、上述した粒子は母材(シリコーン又は他の透明な材料)に混合されるのではなく、当該材料の上又は上部に塗布される。他の例として、当該母材物質自体の表面の粗面化も、光の散乱を助ける。
図2cに実施態様は、他の実施態様を説明するためにも使用することができる。この他の実施態様において、固体発光体パッケージ291は第1青色発光固体発光体ダイ132、赤色発光固体発光体ダイ142及び他の固体発光体ダイ253を有する。この他の固体発光体ダイ253は、例えば、紫色光又は紫外光を放出する。該他の固体発光体ダイ253が紫外光を放出する場合、透光性材料102内のルミネッセント材料は、紫外光を吸収すると共に、この吸収された紫外光を先に説明したような緑がかった光に変換するように構成される。上記他の固体発光体ダイ253が紫色光を放出する場合、透光性材料102内のルミネッセント材料は、該紫色光の少なくとも一部を吸収すると共に、該吸収された紫色光を先に説明したような緑がかった光に変換するように構成される。上記ルミネッセント材料の量は、上記紫色光の一部が吸収されて緑がかった光に変換され、かくして、残りの紫色光と上記緑がかった光との組み合わせである光のカラー点が青色カラー点と緑色カラー点との間の何処かに位置するようなものとなるものであり得る。また、該ルミネッセント材料の量は、上記紫色光の概ね全てが吸収されて緑がかった光に変換され、かくして、前記他の固体発光体ダイ253(のみ)が電気エネルギを受ける場合に当該固体発光体パッケージ291により、緑がかった光が放出されるようになるものであり得る。
図2cの固体発光体パッケージ290,291の両実施態様において、純粋な緑色光のカラー点を持つ緑色光を放出するオプションとしての緑色発光固体発光体を設けることができる。この構成は、固体発光体パッケージ290,291の色域を向上させる。通常、固体発光体パッケージ290,291の実施態様は、該固体発光体パッケージ290,291に他のカラーの光を放出する追加の手段を設けるために、より大きな光強度を放出するために、当該色域を拡大するために、又は黒体軌跡に近いカラー点を持つ放出光のCRIを増加させるために追加の固体発光体ダイ(追加の固有のルミネッセント材料を伴う又は伴わない)を有することができる。
一般的に、図2cの固体発光体パッケージ290,291の実施態様の前後関係において、第1青色光、第2青色光及びルミネッセント材料に対する要件は、i)好適なルミネッセント材料が長い波長の青色(“第1青色光”)におけるよりも短い波長の青色(“第2青色光”)において大幅に高い吸収度を有する緑色発光ルミネッセント材料であること、ii)該ルミネッセント材料が480〜600ナノメートル、他の実施態様では520〜570ナノメートルの発光極大及び最小限30nm、他の実施態様では最小限50nmの半値全幅を有すること、iii)第2青色光の40〜100%、可能性として70〜100%の吸収度及び第1青色光の0〜40%、可能性として0〜20%の吸収度を備えること、iv)第2青色光のスペクトル域が380〜460nmに、好ましくは400〜440nmに発光極大を有すると共に、第1青色光のスペクトル域が440〜500nmに、好ましくは460〜480nmに発光極大を有することである。好適なルミネッセント材料は、SSONE (SrSi(2)N(2)O(2):Eu), SIA1ON (SrSi(2)N(2)O(2):Eu), SAE(Sr4Al14O25:Eu), GaYAG ((YxGa(1-x))3Al5O12:Eu), 光沢性緑色(lucid green)量子ドット, BAM:Mn (BaMgAl10O17:Mn), BBG (BaMgAl10O17:Eu,Mn), BSONE (BaSi(2)N(2)O(2):Eu),及び別のケイ酸塩 (A2Si(OD)4:Eu但しA=Sr, Ba, Ca, Mg, Zn及びD = F, Cl, S, N, Br; BOSE = (SrBaCa)2SiO4:Eu; (Ba2MgSi2O7:Eu2+; Ba2SiO4:Eu2+); (Ca,Ce)3(Sc,Mg)2Si3O12である。
図3aは、図2aの固体発光体パッケージ200と類似した固体発光体パッケージの一実施態様300を概略的に示す。相違点は、追加の固体発光体ダイ302が設けられていることである。該追加の固体発光体ダイ302は第3青色光を放出することができる。該追加の固体発光体ダイ302上には第2のルミネッセント変換器304が設けられ、該ルミネッセント変換器は上記第3青色光の一部を黄色光に変換するルミネッセント材料を有している。上記追加の固体発光体ダイ302と第2ルミネッセント変換器との組み合わせは、CIEXYZカラー空間において黒体軌跡に近いカラー点を持つ白色光を放出するように構成することができる。該白色光は、上記第3青色光と黄色光との組み合わせである。追加の固体発光体ダイ302は、当該固体発光体パッケージ300が黒体軌跡に近い又は近接したカラーの光を放出しなければならない場合、及び/又は相対的に大きな光出力の白色光が発生されねばならない場合に光を放出するよう制御され得る。更に、該追加の固体発光体ダイ302により光を放出することは、光が黒体軌跡に近いカラー点で放出される場合に該放出される光の演色評価数も増加させる。追加の固体発光体ダイ302の位置は、赤色発光固体発光体ダイ142と第1青色発光固体発光体ダイ132との間であることに注意されたい。他の実施態様において、該追加の固体発光体ダイ302は、外壁104と第1青色発光固体発光体ダイ132との間、又は赤色発光固体発光体ダイ142と透光壁105との間に配置することもできる。
図3bは、幾つかの発光スペクトル352、356、放射カラー分布354及び吸収カラー分布358をグラフ350で概略的に示している。グラフ350のx軸は光の波長λを示す。y軸は、光パワーPを示す。先の実施態様の第2青色発光固体発光体ダイ及びオプションとしての第1青色発光固体発光体ダイも、例えば、発光スペクトル352に従って青色光を放出する。赤色発光固体発光体ダイは、例えば、発光スペクトル356に従って赤色光を放出する。先の実施態様のルミネッセント材料は、例えば、点線358に従った吸収カラー分布を有する。図3bの例において、上記吸収カラー分布は発光スペクトル352と重なり合い、かくして、該ルミネッセント材料が第2青色発光固体発光体ダイにより放出される光を受光すると、この光は吸収されて、他の色の光に変換される。当該ルミネッセント材料により放出される該光は、放射カラー分布354に従って放出される。該放射カラー分布354のピーク波長λpeakは、シアン及び/又は緑色スペクトル範囲内、例えば490ナノメートルと570ナノメートルとの間、他の例では500ナノメートルと560ナノメートルとの間、又は更に他の実施態様では505ナノメートルと550ナノメートルとの間にある。更に、放射カラー分布354は相対的に広く、このことは、半値全幅FWHM値が40ナノメートルよりも大きいことを意味する。一実施態様において、該FWHM値は50ナノメートルよりも大きく、他の実施態様において、該FWHMは60ナノメートルよりも大きい。上記放射カラー分布に従う光は、人の裸眼にとっては少なくとも緑がかった光として見え、一実施態様において、この光は緑色光として認識される。他の実施態様において、第2(青色発光)固体発光体ダイの発光スペクトル352は少なくとも部分的に紫外スペクトル域内にある一方、吸収スペクトル358も一層紫外スペクトル域内に位置され、かくして、斯かる紫外光は当該ルミネッセント材料により吸収されて、緑がかった光に変換されるようになる。
図5aは、放出光のスペクトル範囲、特定のルミネッセント材料の吸収カラー分布及び放射カラー分布の第1特定例をグラフ550で示す。該例は、図2cに示した固体発光体パッケージ290,291に関するものである。該例において、1つの固体発光体ダイは465ナノメートルにピーク波長を持つ発光スペクトル506に従って青色光を放出する。赤色発光固体発光体ダイは620ナノメートルのピーク波長を持つ発光スペクトル508に従って赤色光を放出する。他の固体発光体ダイは約405ナノメートルにピーク波長を持つ発光スペクトル504に従って紫色/青色光を放出する。該例においては、SSONE (SrSi(2)N(2)O(2):Eu)と称するルミネッセント材料が設けられ、該ルミネッセント材料は吸収カラー分布502を有し、放射カラー分布510に従って光を放出する。上記吸収カラー分布502は逆転態様で示されていることに注意すべきであり、このことは、該線が当該グラフの上側の線(正規化された強度0.06)を辿る場合、該ルミネッセント材料SSONEは光を吸収せず、この上側の線と該吸収カラー分布の線502との間の距離が当該固有の波長の光の吸収の量を、従って当該固有の波長の光による該ルミネッセント材料の励起の量を表すことを意味する。このように、380nmの波長の光の吸収度は高いが、約500ナノメートルの光の吸収度は相対的に低い。上記放射カラー分布のピーク波長は約535ナノメートルであり、該放射カラー分布の半値全幅は約75ナノメートルである。放出される第1青色光(スペクトル506の)の量及び放出される他の光(スペクトル504の)の量が50%:50%の比を有する場合、6500ケルビンの色温度の黒体軌跡に近いカラー点を持つ光を生成するために特定の量の赤色光が放出されると共に特定の量のルミネッセント材料が使用され、当該固体発光体パッケージの全発光は図5bのカラー分布550に一致する。この光は83のCRI及び85のR9値を有する。209Lumen/Woptの変換効率が得られる。次いで、上記他の光と青色光との間の比が96%:4%へと変化され、放出される赤色光の量が調整される場合、約2725ケルビンのカラー点を持つ発光を得ることができ、該発光は88のCRI及び30のR9値を有する。この発光のカラー分布600が図6aに示されている。この例においては、上記他の光の64%しか緑色光に変換されない。この固体発光体パッケージの実施態様の色域652は、図6bのCIEXYZカラー空間650に示されている。
図2cの実施態様の一方(緑色発光固体発光体ダイも存在する)による固体発光体パッケージの第2の固有のものの発光結果が、図7a、図7b、図8a及び図8bに示されている。
図7aは、放出光のスペクトル範囲、特定のルミネッセント材料の吸収及び放射カラー分布の第2特定例をグラフ700で示す。該例は、図2cに示した固体発光体パッケージ290,291に関するもので、該固体発光体パッケージは追加の緑色発光固体発光体ダイを有している。該例において、1つの固体発光体ダイは465ナノメートルにピーク波長を持つ発光スペクトル706に従って青色光を放出する。赤色発光固体発光体ダイは620ナノメートルのピーク波長を持つ発光スペクトル708に従って赤色光を放出する。他の固体発光体ダイは約405ナノメートルにピーク波長を持つ発光スペクトル704に従って紫色/青色光を放出する。上記緑色発光固体発光体ダイは523ナノメートルのピーク波長を持つ発光スペクトル712を有している。該第2特定例においては、SSONE (SrSi(2)N(2)O(2):Eu)と称するルミネッセント材料が設けられ、該ルミネッセント材料は吸収カラー分布702を有し、放射カラー分布710に従って光を放出する。上記吸収カラー分布702は、図5aの前後関係で前述したように、逆転態様で示されていることに注意すべきである。上記放射カラー分布710のピーク波長は約535ナノメートルであり、該放射カラー分布710の半値全幅は約75ナノメートルである。放出される第1青色光(スペクトル706の)の量、放出される他の光(スペクトル704の)の量及び緑色光(スペクトル712の)の量が、46%:45%:9%の比に従って発生される場合、6500ケルビンの色温度の黒体軌跡に近いカラー点を持つ光を生成するために特定の量の赤色光が放出されると共に特定の量のルミネッセント材料が使用され、当該固体発光体パッケージの全発光は図7bのカラー分布750に一致する。この光は86のCRI及び81のR9値を有する。242Lumen/Woptの変換効率が得られる。次いで、上記他の光、青色光及び緑色光の間の比が85%:4%:11%へと変化され、放出される赤色光の量が調整される場合、約2725ケルビンの色温度を持つ黒体軌跡に近いカラー点を有する発光を得ることができ、該発光は81.5のCRIを有する。2725ケルビンの色温度を持つ該白色光の発光のカラー分布800が図8aに示されている。この例においては、上記他の光の32%しか緑色光に変換されない。この固体発光体パッケージの実施態様の色域852は、図8bのCIEXYZカラー空間850に示されている。
図4aは、発光デバイスの一実施態様400を概略的に示している。該発光デバイス400は、固体発光体ダイを有するレベル2の集積デバイスである。該発光デバイス400は、導電トラック406が設けられた基板404又は箔を有すると共に、先に説明した発光体パッケージの実施態様の1つに従う固体発光体パッケージ402を有している。該固体発光体パッケージ402は、例えば半田付けにより、上記導電トラック406に電気的に接続される。先の実施態様では固体発光体パッケージの断面図が示されたが、図4aでは立体図が示されていることに注意されたい。その断面図は、斯様な箱形の固体発光体パッケージ402の断面図であり得るが、円柱状固体発光体パッケージ等の異なる形状の固体発光体パッケージの断面図でもあり得る。
図4bは、可撓性LEDストリップの一実施態様430を概略的に示す。該可撓性LEDストリップは、導電トラックを備えた可撓性箔体434を有すると共に、固体発光体パッケージ432を有している。上記導電トラックは電力を固体発光体パッケージ432に供給するために配設される。該可撓性LEDストリップ430は駆動回路に接続することができ、該駆動回路は上記固体発光体パッケージ432の異なる固体発光体ダイに供給される電気エネルギの量を制御し、かくして、該可撓性LEDストリップ400により異なるカラーの光を発生することができるようにする。可撓性LEDストリップなる用語は、固体発光体パッケージ432の固体発光体ダイが発光ダイオードであることを意味していることに注意されたい。
図4cは、照明器具の一実施態様460を概略的に示す。該照明器具460は、上述した固体発光体パッケージの実施態様の1つを有するか、図4aの発光デバイスを有するか、又は図4bの可撓性LEDストリップを有する。
要約すると、固体発光体パッケージ、発光デバイス、可撓性LEDストリップ及び照明器具が提供される。上記固体発光体パッケージは、i)紫色/青色光、赤色光及び他の光を各々放出する少なくとも3つの固体発光体ダイ、ii)ルミネッセント材料を有するルミネッセント変換器、iii)上記異なるカラーの光のうちの光の少なくとも一部を混合する光学エレメント、並びにiv)光出射窓を有する。上記ルミネッセント材料は、上記他の光を緑色又はシアンスペクトル範囲内にピーク波長を持つ緑がかった光に少なくとも部分的に変換すると共に、当該固体発光体パッケージが十分に高い演色評価数を持つ光を放出することができるほど十分に広い放射カラー分布を有する。上記演色評価数は黒体軌跡に近いカラー点を持つ光に関係するものである。
尚、上述した実施態様は、本発明を限定するというよりは解説するものであり、当業者であれば、添付請求項の範囲から逸脱することなく多数の代替実施態様を設計することができることに注意すべきである。
また、請求項において、括弧内の符号は当該請求項を限定するものと見なしてはならない。“有する”なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数の斯様な構成要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別の要素を有するハードウェアにより実施化することができる。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これら手段の幾つかは1つの同一品目のハードウェアにより具現化することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。

Claims (15)

  1. 固体発光体パッケージであって、
    − 紫色/青色光を放出する青色発光固体発光体ダイと、
    − 赤色光を放出する赤色発光固体発光体ダイと、
    − 紫外、紫色及び青色スペクトル範囲のうちの少なくとも1つのスペクトル範囲内の波長の光を持つ他の光を放出する他の固体発光体ダイと、
    − ルミネッセント材料を有し、前記他の光を受光するルミネッセント変換器であって、前記ルミネッセント材料は吸収カラー分布内の光を吸収すると共に該吸収された光の一部を放射カラー分布に従って緑がかった光に変換し、前記吸収カラー分布は前記他の光の波長と少なくとも部分的に重なり、前記放射カラー分布はシアン及び緑色スペクトル範囲のうちの少なくとも一方のスペクトル範囲内にピーク波長を有すると共に所定の最小値より高い演色評価数を得るために固有の幅を有し、前記演色評価数は当該固体発光体パッケージが黒体軌跡に近いカラー点の光を放出する場合に該固体発光体パッケージにより放出される光に関係するものであるルミネッセント変換器と、
    − 光を当該固体発光体パッケージの周囲へと透過させる光出射窓と、
    − 前記緑がかった光の一部を前記紫色/青色光の一部及び前記赤色光の一部の少なくとも一方と前記光出射窓を介して放出される前に混合する光学エレメントと、
    を有し、前記赤色発光固体発光体ダイが前記青色発光固体発光体ダイと前記他の固体発光体ダイとの間に配置される、固体発光体パッケージ。
  2. 前記放射カラー分布の前記ピーク波長が490ナノメートルから570ナノメートルの範囲内にある、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  3. 前記放射カラー分布のスペクトル的半値全幅が、当該固体発光体パッケージが黒体軌跡に近いカラー点の光を放出する場合に該固体発光体パッケージにより放出される光の演色評価数を増加させるために少なくとも40ナノメートルである、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  4. 前記他の固体発光体ダイが他の光を放出し、且つ、該他の光が青色スペクトル範囲内の光である場合に、該他の光の少なくとも30%の部分が前記ルミネッセント材料により吸収され、放出される前記緑がかった光と前記他の光の残りの部分との組み合わせが前記光出射窓を介して放出される、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  5. 前記ルミネッセント変換器が、前記他の固体発光体ダイの表面上に設けられる前記ルミネッセント材料の層である、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  6. 前記ルミネッセント変換器は前記ルミネッセント材料が分散された第1透光性材料を有し、前記他の固体発光体ダイの1以上の発光面が該第1透光性材料により覆われる、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  7. 前記赤色発光固体発光体ダイの1以上の発光面も前記第1透光性材料により覆われ、これにより、前記光学エレメントが前記緑色光を前記赤色光と少なくとも部分的に混合するようにする、請求項6に記載の固体発光体パッケージ。
  8. 前記ルミネッセント材料の前記吸収カラー分布は前記紫色/青色光のスペクトルと、該紫色/青色光の30%以下が該ルミネッセント材料により吸収される程度に重なり合い、前記青色発光固体発光体ダイの1以上の発光面も前記第1透光性材料により覆われ、これにより、前記光学エレメントが、前記緑がかった光を前記紫色/青色光と少なくとも部分的に混合するようにする、請求項6又は請求項7に記載の固体発光体パッケージ。
  9. 前記光学エレメントが、前記青色発光固体発光体ダイ、前記赤色発光固体発光体ダイ及び前記ルミネッセント変換器の1以上の発光面と光学的に結合された第2透光性材料を有する、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  10. 前記光学エレメントが前記第2透光性材料と前記ルミネッセント変換器との間に配置された透光壁を更に有する、請求項9に記載の固体発光体パッケージ。
  11. 前記ルミネッセント材料は、有機蛍光体、無機蛍光体及び量子閉じ込めを示すと共に少なくとも1つの次元においてナノメートル範囲内の寸法を有する粒子のうちの1つであり、前記粒子の例が量子ドット、量子ロッド及び量子テトラポッドである、請求項1に記載の固体発光体パッケージ。
  12. 請求項1に記載の固体発光体パッケージであって、
    i)追加の紫色/青色光を放出すると共に他のルミネッセント材料が設けられた追加の青色発光固体発光体ダイであって、前記他のルミネッセント材料は前記追加の紫色/青色光の一部を少なくとも吸収すると共に該吸収された光を黄色スペクトル範囲内又は橙色スペクトル範囲内にピーク波長を持つ放射カラー分布の光に変換し、当該追加の青色発光固体発光体ダイ及び前記ルミネッセント材料が前記黒体軌跡に近いカラー点を持つ光を放出する追加の青色発光固体発光体ダイ、及び
    ii)緑色光を放出する緑色発光固体発光体ダイ、
    のうちの少なくとも一方を更に有する、固体発光体パッケージ。
  13. 少なくとも1つの請求項1に記載の固体発光体パッケージを有する発光デバイスであって、該少なくとも1つの固体発光体パッケージが電気的に結合される導電トラックが設けられた基板を少なくとも有する、発光デバイス。
  14. 請求項13に記載の発光デバイスを有し、前記基板が可撓性であると共に長尺形状を有し、該基板上に複数の固体発光体パッケージが設けられ、該固体発光体パッケージの固体発光体ダイが発光ダイオードダイである、可撓性LEDストリップ。
  15. 請求項1に記載の固体発光体パッケージを有するか、請求項13に記載の発光デバイスを有するか、又は請求項14に記載の可撓性LEDストリップを有する、照明器具。
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