JP2021536118A - フルスペクトル白色発光デバイス - Google Patents

Abstract

フルスペクトル発光デバイス（３１０ａ）は、４９０ｎｍ〜６８０ｎｍ（緑色〜赤色）の範囲内にピーク発光波長を有する光を生成するフォトルミネセンス材料（例えば、封止材３６６）と、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内に主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、を含み、広帯域青色励起光が、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲に、（それぞれＬＥＤチップ３３０及び３３２からの）少なくとも２つの異なる青色発光を含む。

Description

本発明の実施形態は、フォトルミネセンス波長変換材料を含むフルスペクトル白色発光デバイスを対象とする。より具体的には、排他的ではないが、実施形態は、自然光に酷似した青色光から赤色光までのスペクトルを有するフルスペクトル白色光を発生させるためのフルスペクトル白色発光デバイスに関する。本発明の実施形態は更に、高い演色評価数（ＣＲＩ）及び／又は忠実度指数を有するフルスペクトル白色光を生成するフルスペクトル白色発光デバイスに関する。

白色発光ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は、ＬＥＤによって発せられた青色光の一部分を吸収し、異なる色（波長）の可視光を再び発する１つ以上のフォトルミネセンス材料（典型的には無機蛍光体材料）を含む。ＬＥＤによって発せられた青色光のうち、蛍光体材料に吸収されない部分は、蛍光体から発せられた光と組み合わされて、目には白色であるように見える光を提供する。その長い動作寿命（＞５０，０００時間）と高い発光効率（１ワットあたり１００ルーメン以上）により、白色ＬＥＤは、従来の蛍光灯、コンパクト蛍光灯、白熱灯に急速に取って代わりつつある。

白色光源によって生成される光の特性や品質を定量化するための様々な測定基準が存在する。固体照明産業内で最も一般的に使用される２つの測定基準は、相関色温度（Correlated Color Temperature、ＣＣＴ）及び国際照明委員会（International Commission on Illumination、ＣＩＥ）一般演色評価数（General Color Rendering Index、ＣＲＩ）Ｒａである。

照明源のＣＣＴはケルビン（Ｋ）で測定され、照明源によって生成された光の色に対応する色の光を放射するプランキアン（黒体）放射体の色温度である。

一般的なＣＲＩ Ｒａは、照明源が対象物の真の色をどのように忠実にレンダリングするかを特徴付け、８つの色テストサンプル（Ｒ１〜Ｒ８）の照明源の照明が、参照源によって提供される照明と比較してどれだけ優れているかを示す測定値に基づいている。一般に、数値が高いほど、黒色の放射体及び自然光に近いことを示している。一般的なＣＲＩ Ｒａは負の値を取ることができ、最大値は１００である。色サンプルＲ１〜Ｒ８は全てパステルカラー（飽和度の低い色「淡いグレーがかった赤」〜「赤みがかった紫」）であるため、一般的なＣＲＩ Ｒａは、太陽光に酷似するフルスペクトルを生成する白熱光源の光出力における微妙な違いの有用な測定値を与える。しかしながら、スペクトルがピークで構成されている白色ＬＥＤでは、一般的なＣＲＩ Ｒａは、限定された色範囲にわたる色再現の平均測定値であり、特定の色や飽和度の高い色に対する照明源の性能に関する情報を与えないため、不十分であることが判明している。したがって、フルスペクトル固体白色発光デバイスを特徴付ける場合、ＣＲＩ色サンプルＲ９〜Ｒ１２（飽和色「飽和赤色」、「飽和黄色」、「飽和緑色」、「飽和青色」）及びＲ１３〜Ｒ１５（「薄肌色」、「葉緑色」、「中肌色」）は、フルスペクトル光の意味のある特徴付けを与えるように考慮されるべきである。

一般的なＣＲＩ Ｒａの限界に対処するために、照明光学協会（Illuminating Engineering Society、ＩＥＳ）は最近、照明源の色性能を測定し、特徴付けるためのＴＭ−３０標準を発表した（照明光学協会（２０１５年）「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ」ＴＭ−３０−１５）。ＴＭ−３０−１５標準下で、２つの測的基準を使用して、照明源、忠実度指数（Ｒ_ｆ）、及び全域指数（Ｒ_ｇ）の演色特性を特徴付ける。ＩＥＳ ＴＭ−３０−１５法は、ヒトの色知覚との相関性が高く、したがって、照明源の光特性のより正確な特徴付けを与えると考えられている。忠実度指数Ｒ_ｆは、一般的なＣＲＩ Ｒａに類似しており、照明源が対象物の真の色をどのように忠実にレンダリングするかを特徴付け、９９の色サンプルの照明源の照明が、基準源によって提供される照明と比較してどれだけ優れているかを示す測定値に基づいている。忠実度指数Ｒ_ｆ値は、０〜１００の範囲である。新しい色サンプルは、実生活の用途で遭遇する可能性の高い物体をより表すように選択されており、その結果、忠実度指数Ｒ_ｆは、一般的なＣＲＩ Ｒａよりも正確な演色の測定値になると考えられている。Ｒ_ｆはより多くの色サンプル数で測定されるため、一般的なＣＲＩ Ｒａと比較して高い評価点を達成することは非常に困難になる。更に、テスト手順が異なるため、一般的なＣＲＩ Ｒａと忠実度指数Ｒ_ｆの値は、互いに同等ではない。

全域指数Ｒ_ｇは、色飽和に焦点を当てており、基準源と比較した平均的な飽和度レベルである。全域指数は、着色された物体の外観の鮮やかさと相関する。全域指数Ｒ_ｇ値は、６０〜１４０の範囲であり、１００未満の値は、減少した飽和度を示し、１００超の値は、基準源と比較して、増加した飽和度を示す。

携帯電話のディスプレイバックライトにおいて一般的に使用される既知の白色ＬＥＤの更なる問題は、特に増加し続ける画面を見る時間での使用に関して、潜在的にヒトの目に与える損傷である。米国黄斑変性症財団（American Macular Degeneration Foundation、ＡＭＤＦ）は、スペクトルの青色光線が、スペクトル内のどの他の光線よりも加齢黄斑変性（ＡＭＤ）を加速させると思われることを報告している。４００ｎｍ〜５００ｎｍの領域における高エネルギー可視（ＨＥＶ）青色光は、網膜にとっての最も危険な光として長年にわたって特定されている。ほとんど全ての可視青色光は、角膜及び水晶体を通過し、網膜に到達する。この光は視力に影響を及ぼし、目を早く老化させることができる。初期の研究では、青色光（ＨＥＶ）を浴びすぎるとデジタル眼精疲労や網膜障害を引き起こす可能性があることが分かっている。これは、加齢性黄斑変性症などの視力問題を引き起こす可能性がある。この損傷は、青色光（ＨＥＶ）が目の黄斑色素を透過して網膜が破壊されることで起こり、青色光への曝露や細胞の変性が起こりやすくなる。

本発明は、高ＣＲＩ Ｒａ及び／又は高忠実度指数Ｒ_ｆのような高い演色特性を有する白色光を生成するフォトルミネセンス変換材料を含むフルスペクトル発光デバイスの演色性を改善するための試みから生じたものである。本発明はまた、上で考察されるように、ＨＥＶへの曝露によってヒトの目に損傷を与える白色ＬＥＤに関連する問題も改善する。

本発明は、自然光に限りなく近い青色光から赤色光までのスペクトル含有量を有するフルスペクトル白色光を生成するためのフルスペクトル白色発光デバイスに関するものである。本発明によるフルスペクトル白色発光デバイスは、広帯域青色励起源、例えば青色ＬＥＤを利用し、これは、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内に主波長を有する広帯域青色固体励起光を生成する。本特許明細書において、「広帯域」青色光は、少なくとも２５ｎｍ、好ましくは少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum、半値全幅）を有する青色光を示すために使用されるか、又は４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内の少なくとも２つの異なる波長の青色発光の組み合わせからなる青色光を示すために使用されてもよい。

広帯域青色励起光は、２つ以上の異なる波長の青色発光の組み合わせ、例えば、波長範囲４２０ｎｍ〜４５０ｎｍ内の短波長の青色光と波長範囲４５０ｎｍ〜４８０ｎｍ内の長波長の青色光との組み合わせを使用して生成することができる。異なる波長の青色発光は、２つの方法、すなわち、（ｉ）異なる主波長の複数の個々の青色ＬＥＤ（狭帯域ＬＥＤ）を使用するか、又は（ｉｉ）活性領域内の例えば特別に設計された複数の異なる量子井戸を使用して複数の青色波長発光を発生させる個別ＬＥＤ（広帯域ＬＥＤ）を使用することにより生成することができる。したがって、広帯域青色固体励起源は、１つ以上の狭帯域固体光源は、例えば、ＬＥＤ又はレーザダイオードなどで構成することができ、各々が、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍまでの範囲内の異なる主波長の狭帯域青色光を「直接」生成する。代替的に、広帯域青色固体励起源もまた、広帯域青色固体光源、例えば、複数の量子井戸（multiple-quantum-well、ＭＱＷ）構造内の異なる量子井戸を使用して、複数の異なる波長の青色発光を直接生成する活性領域を有するＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤなどの広帯域青色ＬＥＤを包含する。本発明の広帯域青色固体励起源は、１５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内のＦＷＨＭを有する単一狭帯域波長の青色光を生成する狭帯域青色ＬＥＤを利用する既知の白色ＬＥＤと対比される。典型的には、本発明の広帯域青色励起光のＦＷＨＭは、少なくとも２５ｎｍ、好ましくは少なくとも３０ｎｍであり、ＦＷＨＭは、例えば、２５ｎｍ〜５０ｎｍの波長範囲内にあり得るが、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、３５ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ、又は４５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にあり得る。本発明の広帯域青色固体励起源は、青色発光（４２０ｎｍ〜４８０ｎｍ）フォトルミネセンス材料（蛍光体）を使用して、紫外線のフォトルミネセンス変換プロセスを通して間接的に青色励起光を生成するＵＶ固体光源（ＵＶ ＬＥＤ）を利用する既知の白色ＬＥＤと更に対比される。換言すると、本発明による広帯域青色固体励起源／白色発光デバイスは、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内で励起光を発生させるためにフォトルミネセンス材料を利用しない／含まない。

本発明の一態様によれば、４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を有する光を生成する第１のフォトルミネセンス材料と、６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を有する光を生成する第２のフォトルミネセンス材料と、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内に主波長を有し、かつ３０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、を含む、フルスペクトル白色発光デバイスが提供される。

本発明の別の態様によれば、フルスペクトル発光デバイスは、４９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲（可視スペクトルの緑色〜赤色の領域）内にピーク発光波長を有する光を生成するフォトルミネセンス材料と、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内に主波長を有する広帯域青色励起光を生成するために動作可能な広帯域青色固体励起源と、を含むことができ、広帯域青色励起光は、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内に少なくとも２つの異なる波長の青色発光を含む。本発明により形成され、広帯域青色励起光（すなわち、複数の波長の青色発光からなる）を生成する広帯域青色固体励起源を含むフルスペクトル発光デバイスは、特にＣＲＩ Ｒ１１（飽和緑色）及びＣＲＩ Ｒ１２（飽和青色）において、デバイスによって生成される白色光の演色を増加させることが見出されている。狭帯域（ＦＷＨＭ１５ｎｍ〜２０ｎｍ）青色励起源を利用し、可視スペクトルの緑色、黄色、及び赤色領域における蛍光体変換を利用する既知の白色ＬＥＤは、太陽光のそれを上回る強い狭青色ピーク発光と、３０００Ｋ〜６５００Ｋの範囲の色温度に対して緑色、黄色、及び赤色のスペクトルに広がる広帯域蛍光体発光を呈する。更に、青色ＬＥＤ発光と蛍光体発光の間のスペクトルのシアン領域（４９０ｎｍ〜５２０ｎｍ）に顕著なトラフ（谷）があり、その結果、ＣＲＩ Ｒ１１とＣＲＩ Ｒ１２の値、特に４０００Ｋ〜６５００Ｋの範囲のＣＣＴの値が低くなっている。対照的に、広帯域青色固体励起源を利用する本発明によるフルスペクトル発光デバイスでは、広帯域青色励起光は、部分的にシアンスペクトルトラフを満たし、それによってＣＲＩ Ｒ１１及びＣＲＩ Ｒ１２が著しく改善される。

本発明による発光デバイスは、既知の白色ＬＥＤよりも自然光に酷似した白色光を生成することができる。いくつかの実施形態では、発光デバイスは、９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５（フルカラースペクトル）及び／又は９５以上の一般的なＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することによって特徴付けられ得る。いくつかの実施形態では、発光デバイスは、９５以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５（フルカラースペクトル）及び／又は９９以上の一般的なＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することによって特徴付けることができる。実施形態では、発光デバイスは、９０以上のＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）を有する白色光を生成することによって特徴付けることができる。実施形態では、発光デバイスは、９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することによって特徴付けることができる。

実施形態では、発光デバイスは、約２５００Ｋ〜約６５００Ｋの範囲内の色温度、約２５００Ｋ〜約３０００Ｋの範囲内の色温度、約４０００Ｋ〜約５０００Ｋの範囲内の色温度、又は約５０００Ｋ〜約６５００Ｋの範囲内の色温度を有する白色光を生成するように動作可能であってもよい。

いくつかの実施形態では、少なくとも５ｎｍ又は少なくとも１０ｎｍの少なくとも２つの青色発光の間に波長差がある。広帯域青色固体励起源は、２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にＦＷＨＭを有する広帯域青色励起光を生成することができる。

広帯域青色固体励起源は、異なるそれぞれの主波長を有する狭帯域青色発光を生成する２つ以上の固体光源を含んでもよく、励起光は、固体光源によって生成された複合光を含んでもよい。そのような一実施形態では、固体励起源は、４２０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内に第１の主波長を有する青色発光を生成するように動作可能な第１の固体光源と、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内に第２の主波長を有する青色発光を発生させるように動作可能な第２の固体光源と、を含む。このような構成では、広帯域青色励起光は、第１及び第２の固体光源によって生成された複合光を含む。いくつかの実施形態では、第１の主波長は４２０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内にあり、第２の主波長は４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にある。

他の実施形態では、広帯域青色固体励起源は、少なくとも２つの異なる青色発光のうちのそれぞれ１つを、各々が生成する少なくとも２つの異なる量子井戸を有する活性領域を有するＬＥＤを含んでもよい。

実施形態において、フォトルミネセンス材料は、４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を有する光を生成する緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料と、６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を有する光を生成する赤色フォトルミネセンス材料と、を含むことができる。本発明の実施形態は、６００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を有する光を生成する、橙色〜赤色のフォトルミネセンス材料を更に含むことができる。

実施形態では、発光デバイスは、２２０ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔ以上の発光効率（ＬＥ）、又は２６０Ｉｍ／Ｗ_ｏｐｔ以上の発光効率（ＬＥ）によって特徴付けられる。

本発明の実施形態は、緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料、赤色フォトルミネセンス材料、及び任意の橙色〜赤色のフォトルミネセンス材料が、広帯域青色固体励起源と共にパッケージ化されているパッケージ化デバイスにおいて有用性を見出している。他の実施形態では、フォトルミネセンス材料は、広帯域青色固体励起源に対して遠隔に配置することができる。

本発明は、高演色品質、すなわち９５以上の一般的なＣＲＩ Ｒａを有するフルスペクトル白色光を生成するための白色発光デバイスに関連して生じたが、本発明はまた、８０以上の低いＣＲＩ Ｒａを有する光を生成するための発光デバイスにも有用性を見出している。このような用途では、広帯域青色固体励起源の使用は、狭帯域青色励起源を利用する既知の白色ＬＥＤと比較して、ヒトの網膜への損傷を低減し、及び／又はヒトの黄斑の変性を低減することができる。これは、同じ青色光子エネルギーがより高い波長範囲にわたって分散され、それによって青色ピークの強度が低減するためである。

実施形態では、ヒトの網膜への損傷の低減、又はヒトの黄斑の変性の低減に使用するための、本明細書に記載の発光デバイスが想定される。

実施形態では、ヒトの網膜への損傷の低減、又はヒトの黄斑の変性の低減における、本明細書に記載の発光デバイスの使用が包含される。

本発明のこれら及び他の態様及び特徴は、添付の図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。
いくつかの実施形態による、遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイスを示す。 いくつかの実施形態による、遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイスを示す。 図１ａ及び図１ｂのフルスペクトル白色発光デバイスでの使用のための、本発明の一実施形態による広帯域青色固体励起源の概略図である。 図１ａ及び図１ｂのフルスペクトル白色発光デバイスでの使用のための、本発明の別の実施形態による広帯域青色固体励起源の概略図である。 いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略断面図である。 いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略断面図である。 いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略図である。 いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略図である。 ４５４．４ｎｍ狭帯域ＬＥＤ（先行技術）の波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）である。 主波長λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６２ｎｍのＬＥＤを有する２つのＬＥＤの組み合わせを含む、本発明による広帯域青色固体励起源の波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）である。 （ｉ）２つの異なる主波長λ_ｄ１＝４４６ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍを有するＬＥＤの組み合わせと、（ｉｉ）３つの異なる主波長λ_ｄ１＝４４８ｎｍ、λ_ｄ２＝４５３ｎｍ、及びλ_ｄ３＝４６１ｎｍを有するＬＥＤの組み合わせと、を含む、本発明による広帯域青色固体励起源の波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）である。 広帯域多重量子井戸ＬＥＤを含む広帯域青色固体励起源の波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．１（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．１（破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．１（２７０１Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）、及び（ｉｖ）Ｃｏｍ．１（２７６８Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する、発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．２（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．２（破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．２（３８６７Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）、及び（ｉｖ）Ｃｏｍ．２（３８１０Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する、発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．３（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．３（破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．３（４１７２Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）、及び（ｉｖ）Ｃｏｍ．３（４１７３Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する、発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．４（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．４（４８６４Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．５（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．５（４９７４Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．６（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．６（４０４２Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．７（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．７（５０１０Ｋ）のものと同じＣＣＴの太陽光スペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する、発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。 （ｉ）Ｄｅｖ．８（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．８（３９４９Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する、発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。及び、 （ｉ）Ｄｅｖ．９（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．４（破線）、及び（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．９（６５３５Ｋ）のものと同じＣＣＴの太陽光スペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する、模擬発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。

本発明の実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように、本発明の例示的な実施形態として提供される図面を参照して詳細に説明される。特に、以下の図面及び実施例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定することを意味するものではなく、記載又は例解された要素の一部又は全部を交換することによって他の実施形態が可能である。更に、本発明の特定の要素が既知の構成要素を使用して部分的又は完全に実施され得る場合、本発明の理解に必要なこのような既知の構成要素の部分のみが記載され、このような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、不明瞭にならないように省略する。本明細書において、単数形の構成要素を示す実施形態は、限定的であると見なされるべきではない。むしろ、本発明は、本明細書の他で明示的に述べられていない限り、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含することを意図しており、その逆も同様である。更に、出願人は、そのように明示的に述べられていない限り、明細書又は特許請求の範囲内の用語が一般的でないか又は特別な意味であると見なされることを意図するものではない。更に、本発明は、実例として、本明細書で言及した既知の構成要素の現在及び将来の既知の等価物を包含する。

本明細書全体を通して、同様の特徴を表すために、図面番号の前に同様の参照番号を使用する。

本発明の実施形態は、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内に主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源、例えば１つ以上のＬＥＤを含む白色発光デバイスに関する。本特許明細書において、「広帯域」青色光は、少なくとも２５ｎｍ、好ましくは少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum、半値全幅）を有する青色光を示すために使用されるか、又は４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内の少なくとも２つの異なる波長の青色発光の組み合わせからなる青色光を示すために使用されてもよい。より具体的には、排他的ではないが、本発明の実施形態は、太陽光に酷似しており、高演色性を有するフルスペクトル白色光を生成するための白色発光デバイスに関する。本発明の実施形態はまた、４００〜５００ｎｍの領域内の青色光（ＨＥＶ）に曝露することにより、ヒトの目に損傷を引き起こす狭帯域青色の高強度に関連する問題を改善する、広帯域青色スペクトル成分を有する固体白色発光デバイスにも関する。

遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイス

図１ａ及び図１ｂは、本発明の一実施形態による遠隔蛍光体固体フルスペクトル白色発光デバイスを示し、図１ａが部分断面平面図であり、図１ｂがＡ−Ａを通る断面図である。デバイス１１０は、２５００Ｋ〜５０００ＫのＣＣＴ（相関色温度）、及び９５を越えるＣＲＩ（演色評価数）を有する温白色光を生成するように構成されている。このデバイスは、単独で使用するか、又はダウンライト若しくは他の照明配置の一部を含んでいてもよい。デバイス１１０は、円板形状の基部１１４と、中空円筒形壁部分１１６と、取り外し可能な環状頂部１１８とから構成される中空円筒形本体１１２を含む。熱の散逸を助けるために、基部１１４は、好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金又は高い熱伝導率を有するいずれかの材料から作製される。基部１１４は、ねじ若しくはボルトによって、又は他の締結具によって、又は接着剤によって、壁部分１１６に取り付けることができる。

デバイス１１０は、円形状のＭＣＰＣＢ（metal core printed circuit board、金属コアプリント回路基板）１２２と熱連通して取り付けられた複数（図１ａ及び図１ｂの例では５つ）の広帯域青色固体励起源１２０を更に含む。広帯域青色固体励起源１２０の様々な実施形態を。図２ａ〜図４ｂに示す。発光を最大限にするために、デバイス１０は、ＭＣＰＣＢ １２２の面及び円筒壁１１６の内側曲面をそれぞれ覆う光反射面１２４及び１２６を更に含むことができる。

デバイス１１０は、励起源１２０に遠隔に配置され、励起源１２０によって生成された励起光の一部分を吸収し、それをフォトルミネセンスのプロセスによって異なる波長の光に変換するように動作可能なフォトルミネセンス波長変換構成要素１２８を更に含む。デバイス１１０の発光生成物は、広帯域青色励起源１２０によって生成された複合光と、フォトルミネセンス波長変換構成要素１２８によって生成されたフォトルミネセンス光と、を含む。フォトルミネセンス波長変換構成要素は、黄色、赤色、及び／又は緑色蛍光体の混合物を含む光透過性材料（例えば、ポリカーボネート、アクリル材料、シリコーン材料など）から形成されてもよい。更に、実施形態では、フォトルミネセンス波長変換構成要素は、蛍光体材料（複数可）でコーティングされている光透過性基板から形成されてもよい。波長変換構成要素１２８は、励起源１２０に対して遠隔に位置付けられ、励起源から空間的に分離される。本特許明細書では、「遠隔に」及び「遠隔」とは、離間された又は分離された関係を意味する。典型的には、波長変換構成要素及び励起源は空気によって分離されるが、他の実施形態では、これらは、例えば光透過性シリコーン又はエポキシ材料など、好適な光透過性媒体によって分離することができる。波長変換構成要素１２８は、ランプによって発せられる全ての光が波長構成要素１２８を通過するように、ハウジング開口部を完全に被覆するように構成されている。図示のように、波長変換構成要素１２８は、頂部１１８を使用して壁部分１１６の頂部に取り外し可能に取り付けられ得、ランプの構成要素及び発光色を容易に変更することができる。

図２ａは、本発明の一実施形態による広帯域青色固体励起源２２０の概略図である。広帯域青色固体励起源２２０は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内、すなわち可視スペクトルの青色領域内に主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように構成されている。この実施形態では、２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にＦＷＨＭも有する。本発明の一実施形態によれば、広帯域青色固体励起源２２０は、第１の固体光源２３０及び第２の固体光源２３２を含み、この実施例では、これは狭帯域青色ＬＥＤチップ（例えば、青色発光ＧａＮ系ＬＥＤチップ）である。第１の固体光源２３０は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内に第１の主波長λ_ｄ１を有する青色発光を生成し、第２の固体光源２３２は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内に第２の主波長λ_ｄ２を有する青色発光を生成する。第１及び第２の固体光源は、光源によって生成される光の主波長が異なる（すなわち、λ_ｄ１はλ_ｄ２とは異なる）ように選択される。第１及び第２の固体光源２３０／２３２からの光の組み合わせは、広帯域青色固体励起源２２０の広帯域青色励起光出力２４２を構成し、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内に主波長を有し、２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にＦＷＨＭを有する。他の実施形態では、固体励起源は、単一の固体光源を含み得ることが理解されるであろう。本明細書において、単一の固体光源は、１つ以上の固体光源として定義され、これらの光源の各々は、同じ（すなわち単一／単独）の主波長を有し、かつ少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成する。

図２ａに示すように、広帯域青色固体励起源２２０は、第１及び第２の固体光源が、基板２３４の上面にフリップチップ結合されている、例えばＳＭＤ ２８３５ ＬＥＤパッケージなどの表面実装可能なデバイス（surface mountable device、ＳＭＤ）を含むことができる。電気接点２３６、２３８は、励起源を動作させるために、基板２３４の底面上に提供することができる。第１及び第２の固体光源２３０、２３２は、例えばシリコーン又はエポキシ材料などの光透過型光学封止材２４０で封止することができる。

図２ｂは、本発明の一実施形態による広帯域青色固体励起源２２０の概略図である。固体励起源２２０は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内、すなわち可視スペクトルの青色領域内に主波長を有する励起光を発生させるように構成されている。この実施形態では、２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にＦＷＨＭも有する。本発明の一実施形態によれば、固体励起源２２０は広帯域固体光源２４１を含み、この広帯域固体光源は、この例では、例えば、７５、１４９４（１９９９）、Ｔｒａｎ Ｃ．ｅｔ ａｌ．、「Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＩｎＧａＮ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ」に開示されるように、多量子井戸（ＭＱＷ）を備えた活性領域を有するＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤなどの単一の広帯域ＬＥＤである。広帯域固体光源２４１は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内のピーク波長の複数の重なり合う青色発光を含む広帯域青色光を生成する。したがって、単一の固体光源２４１は、単一／単独の主波長を有し、かつ少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成する。

図２ｂに示すように、固体励起源２２０は、固体光源が、基板２３４の上面にフリップチップ結合されている、例えばＳＭＤ ２８３５ ＬＥＤパッケージなどの表面実装可能なデバイス（ＳＭＤ）を含むことができる。電気接点２３６、２３８は、励起源を動作させるために、基板２３４の底面上に提供することができる。固体光源２４１は、例えばシリコーン又はエポキシ材料などの光透過型光学封止材２４０で封止することができる。

パッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス

図３ａは、本発明の一実施形態によるパッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス３１０ａの概略断面図である。デバイス３１０ａは、２７００Ｋ〜５０００Ｋの範囲内のＣＣＴ（相関色温度）及び９５以上の一般ＣＲＩ（演色評価数）ＣＲＩ（Ｒａ）を有する温白色光を生成するように構成されている。

本発明の実施形態によれば、デバイス３１０ａは、パッケージ３４４内に収容された、例えば、青色発光ＧａＮ（gallium nitride、窒化ガリウム）系ＬＥＤチップなどの第１及び第２の固体光源３３０、３３２から構成される広帯域青色固体励起源を含む。上記と同様／同一に、第１の固体光源３３０は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内に第１の主波長λ_ｄ１を有する青色発光を生成することができ、第２の固体光源３３２は、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内に第２の主波長λ_ｄ２を有する青色発光を生成することができる。第１の固体光源の主波長λ_ｄ１は、第２の固体光源の主波長λ_ｄ２と異なる。パッケージは、例えば、上部３４６及び基部３４８を含む、ＳＭＤ ２８３５ ＬＥＤパッケージなどの表面実装可能なデバイス（ＳＭＤ）を含むことができる。上本体部３４６は、固体光源３３０、３３２を受容するように構成されている凹部３５０を画定する。パッケージ３４４は、パッケージ３４４の基部の外面上に電気コネクタ３５２及び３５４を更に含むことができる。電気コネクタ３５２、３５４は、凹部３５０の床上の電極接触パッド３５６、３５８、及び３６０に電気的に接続することができる。接着剤又ははんだを使用して、固体光源（ＬＥＤチップ）３３０、３３２を、凹部３５０の床に配置された熱伝導パッド３６２に取り付けることができる。ＬＥＤチップの電極パッドは、ボンドワイヤ３６２を使用して、パッケージ３４４の床上の対応する電極接触パッド３５６、３５８、及び３６０に電気的に接続することができる。代替的に、ＬＥＤチップは、パッケージにフリップチップ取り付けされ、電気的に接続され得る。凹部３５０は、ＬＥＤチップ３３０、３３２の露出面がフォトルミネセンス／シリコーン材料の混合物によって被覆されるように、フォトルミネセンス材料の混合物が含まれている光透過型光学封止材３６４、典型的には光学的に透明なシリコーンが充填されている。デバイスの発光輝度を高めるために、凹部３５０の壁を傾斜させ、光反射面を有することができる。当然ながら、他の実施形態では、１つ以上の固体光源（ＬＥＤチップ３３０、３３２）は各々、同じ（すなわち単一／単独）主波長を有し、かつ少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成することが理解されるであろう。

図３ｂは、本発明の別の実施形態である。第１及び第２の狭帯域固体光源が、複数の量子井戸を有する活性領域を有する２つの広帯域青色ＬＥＤ ３４１ａ／３４１ｂに置き換えられていることを除いて、図３ａと同様である。典型的には、第１及び第２の広帯域青色固体光源３４１ａ／３４１ｂは各々、同じ主波長λ_ｄを有する広帯域青色励起光を生成する。

図４ａ及び図４ｂは、本発明の一実施形態による、チップオンボード（Chip On Board、ＣＯＢ）パッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス４１０を示しており、図４ａが平面図であり、図４ｂがＢ−Ｂを通る断面図である。デバイス４１０は、２５００Ｋ〜５０００ＫのＣＣＴ（相関色温度）及び９５を超えるＣＲＩ（演色評価数）を有する温白色光を生成するように構成されている。

デバイス４１０は、正方形のＭＣＰＣＢ ４６８と熱連通するように取り付けられた、複数（図４ａの例では１２個）の広帯域青色固体励起源４２０、例えば広帯域青色発光ＧａＮ（窒化ガリウム）系ＬＥＤフリップチップダイを含む。

図４ａに示すように、励起源４２０は、一般的に円形のアレイとして構成することができる。固体励起源（広帯域ＬＥＤダイ）４２０は各々、４４０ｎｍ〜４５５ｎｍの範囲内に主波長λ_ｄを有する励起光を生成することができる。この実施形態では、２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にＦＷＨＭ（半値全幅）を有する。白色発光デバイス４１０を動作させるために、電気接点４７２、４７４をＭＣＰＣＢ ４６８の上面に提供することができる。図に示すように、広帯域ＬＥＤフリップチップダイ４２０は、ＬＥＤダイ４２０の露出面がフォトルミネセンス／シリコーン材料混合物によって被覆されるように、フォトルミネセンス材料の混合物が含まれている光透過型光学封止材４６６、例えばシリコーン又はエポキシ材料などで封止されている。図示のように、光透過型封止材／光ルミネセンス材料混合物４６６は、環状壁４７０内に収容され得る。当然ながら、他の実施形態では、図４ａ及び図４ｂに示す配置が、複数の量子井戸を有する活性領域を有する単一の広帯域ＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤではなく、２つ以上のＬＥＤによって構成される固体励起源４２０を含み得ることが理解されるであろう。

緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料

本明細書において、緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料とは、約４９０ｎｍ〜約５５０ｎｍの範囲内、すなわち可視スペクトルの緑色〜黄色の領域内にピーク発光波長（λ_ｐｅ）を有する光を生成する材料を指す。好ましくは、緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料は、広い発光特性を有し、好ましくは、−１００ｎｍ以上のＦＷＨＭ（半値全幅）を有する。緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料は、例えば、ガーネット系無機蛍光体材料、ケイ酸塩蛍光体材料、及び酸窒化物蛍光体材料などのいずれかのフォトルミネセンス材料を含むことができる。好適な緑色〜黄色の蛍光体の例を表１に示す。

いくつかの実施形態では、緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料は、一般組成物Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２のセリウム活性イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体：Ｃｅ（ＹＡＧ）を含み、例えば、５２７ｎｍ〜５４３ｎｍの範囲内のピーク発光波長及び１２０ｎｍのＦＷＨＭを有する、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＹＡＧシリーズの蛍光体が挙げられる。本明細書において、表記ＹＡＧ＃は、蛍光体のタイプ−ＹＡＧ系の蛍光体を表し、その後にナノメートル（＃）でのピーク発光波長が続く。例えば、ＹＡＧ５３５は、５３５ｎｍのピーク発光波長を有するＹＡＧ蛍光体を示す。緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料は、一般組成物（Ｙ，Ｂａ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２のセリウム活性イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体：Ｃｅ（ＹＡＧ）を含んでもよく、例えば、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＧＮＹＡＧシリーズの蛍光体が挙げられる。いくつかの実施形態では、緑色のフォトルミネセンス材料は、一般組成物Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２のアルミン酸塩（ＬｕＡＧ）蛍光体：Ｃｅ（ＧＡＬ）を含んでもよい。そのような蛍光体の例としては、例えば、５１６ｎｍ〜５６０ｎｍのピーク発光波長及び１２０ｎｍのＦＷＨＭを有する、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＧＡＬシリーズの蛍光体が挙げられる。本明細書において、表記ＧＡＬ＃は、蛍光体のタイプ（ＧＡＬ）−ＬｕＡｇ系の蛍光体を表し、その後にナノメートル（＃）でのピーク発光波長が続く。例えば、ＧＡＬ５２０は、５２０ｎｍのピーク発光波長を有するＧＡＬ蛍光体を示す。

緑色〜黄色のケイ酸塩蛍光体の例としては、５０７ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内のピーク発光波長と、約７０ｎｍ〜約８０ｎｍのＦＷＨＭとを有する、一般組成物（Ｂａ、Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４のユーロピウム活性化オルソケイ酸塩蛍光体：Ｅｕ、例えば、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＧ、ＥＧ、Ｙ、及びＥＹシリーズの蛍光体が挙げられる。いくつかの実施形態では、緑色〜黄色の蛍光体は、米国特許第８，６７９，３６７号、発明の名称「Ｇｒｅｅｎ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ（Ｏｘｙ）Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｂａｓｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｍｅ」に教示されているように、緑色発光酸窒化物蛍光体を含むことができ、その全体が本明細書に組み込まれる。そのような緑色発光酸窒化物（ＯＮ）蛍光体は、一般組成物Ｅｕ^２＋Ｍ^２＋Ｓｉ_４Ａｌ０_ｘＮ_{（７−２ｘ／３）}を有し得、式中、０．１≦ｘ≦１．０であり、Ｍ^２＋は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎからなる群から選択される１種以上の二価金属である。本明細書において、表記ＯＮ＃は、蛍光体のタイプ（酸窒化物）を表し、その後にナノメートル（＃）でのピーク発光波長（λ_ｐｅ）が続く。例えば、ＯＮ４９５は、４９５ｎｍのピーク発光波長を有する緑色の酸窒化物蛍光体を示す。

橙色〜赤色のフォトルミネセンス材料

橙色〜赤色のフォトルミネセンス材料は、青色光によって励起可能であり、約６００ｎｍ〜約６７０ｎｍの範囲内にピーク発光波長λ_ｐｅを有する光を発するように動作可能な、いずれかの橙色〜赤色のフォトルミネセンス材料、典型的には蛍光体を含むことができ、例えば、ユーロピウム活性化シリコン窒化物系蛍光体、α−ＳｉＡｌＯＮ、グループＩＩＡ／ＩＩＢ硫化セレン化物系蛍光体、又はケイ酸塩系蛍光体を含むことができる。橙色〜赤色の蛍光体の例を表２に示す。

いくつかの実施形態では、ユーロピウム活性化シリコン窒化物系蛍光体は、一般式ＣａＡｌＳｉＮ_３のカルシウムアルミニウム窒化物蛍光体（ＣＡＳＮ）：Ｅｕ^２＋を含む。ＣＡＳＮ蛍光体には、ストロンチウム（Ｓｒ）、一般式（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋などの他の元素をドープすることができる。本明細書において、表記ＣＡＳＮ＃は、蛍光体のタイプ（ＣＡＳＮ）を表し、その後にナノメートル（＃）でのピーク発光波長（λ_ｐｅ）が続く。例えば、ＣＡＳＮ６１５は、６１５ｎｍのピーク発光波長を有する橙色〜赤色のＣＡＳＮ蛍光体を示す。

一実施形態では、橙色〜赤色の蛍光体は、米国特許第８，５９７，５４５号、発明の名称「Ｒｅｄ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｂａｓｅｄ Ｃａｌｃｉｕｍ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」に教示されているように、橙色〜赤色の発光蛍光体を含むことができる。このような赤色発光蛍光体は、化学式Ｍ_ａＳｒ_ｂＳｉ_ｃＡｌ_ｄＮ_ｅＥｕ_ｆで表される窒化物系組成物を含み、式中、ＭはＣａであり、０．１≦ａ≦０．４；１．５＜ｂ＜２．５；４．０≦ｃ≦５．０；０．１≦ｄ≦０．１５；７．５＜ｅ＜８．５；及び０＜ｆ＜０．１；式中、ａ＋ｂ＋ｆ＞２＋ｄ／ｖであり、ｖはＭの価数である。

代替的に、橙色〜赤色の蛍光体は、米国特許第８，６６３，５０２号、発明の名称「Ｒｅｄ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｂａｓｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」に教示されているように、橙色〜赤色の発光窒化物系蛍光体を含むことができ、その全体がここに組み込まれる。化学式Ｍ_{（ｘ／ｖ）}Ｍ^’ _２Ｓｉ_５−ｘＡｌ_ｘＮ_８：ＲＥで表される窒化物系組成物を含む赤色発光蛍光体であって、Ｍは価電子価ｖを有する少なくとも１つの一価金属、二価金属、又は三価金属であり、Ｍ^’は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、ＲＥはＥｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、及びＭｎのうちの少なくとも１つであり、式中、ｘは、０．１≦ｘ＜０．４を満たし、当該赤色発光蛍光体は、Ｍ^’ _２Ｓｉ_５Ｎ_８：ＲＥの一般結晶構造を有し、Ａｌは、当該一般結晶構造内のＳｉの代わりに置換され、Ｍは、実質的に格子間部位にある一般結晶構造内に位置する。１つのそのような蛍光体の例は、６１０ｎｍのピーク発光波長を有するＩｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡからのＸＲ６１０赤色窒化物蛍光体である。

橙色〜赤色の蛍光体はまた、ＩＩＡ／ＩＩＢ群硫化セレン化物系蛍光体を含むことができる。ＩＩＡ／ＩＩＢ硫化セレン化物系蛍光体材料の第１の例は、組成物ＭＳｅ_１−ｘＳ_ｘ：Ｅ_ｕを有し、式中、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、０＜ｘ＜１．０である。この蛍光体材料の具体例は、ＣＳＳ蛍光体（ＣａＳｅ_１−ｘＳ_ｘ：Ｅｕ）である。ＣＳＳ蛍光体の詳細は、２０１６年９月３０日に出願された共同係属中の米国特許出願公開第２０１７／０１４５３０９号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許出願公開第２０１７／０１４５３０９号に記載されているＣＳＳ橙色〜赤色の蛍光体を本発明で使用することができる。ＣＳＳ蛍光体の発光ピーク波長は、組成中のＳ／Ｓｅ比を変更することにより、６００ｎｍから６５０ｎｍに調整することができ、約４８ｎｍ〜約６０ｎｍ（より長いピーク発光波長は、典型的にはより大きなＦＷＨＭ値を有する）の範囲内にＦＷＨＭを有する狭帯域赤色発光スペクトルを示す。本明細書において、ＣＳＳ＃という表記は、蛍光体のタイプ（ＣＳＳ）を表し、その後にナノメートル（＃）でのピーク発光波長が続く。例えば、ＣＳＳ６１５は、６１５ｎｍのピーク発光波長を有するＣＳＳ蛍光体を示す。信頼性を改善するために、ＣＳＳ蛍光体粒子は、１つ又はそれ以上の酸化物、例えば、酸化アルミニウム（ＡＩ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、又は酸化クロム（ＣｒＯ）でコーティングすることができる。代替的に、及び／又は加えて、狭帯域赤色蛍光体粒子は、１つ以上のフッ化物、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡＩＦ_３）、又はフッ化チタン（ＴｉＦ_４）でコーティングされていてもよい。コーティングは、単層であり得るか、又は上述のコーティングを組み合わせた複数の層であってもよい。組み合わせコーティングは、第１の材料と第２の材料との間の急激な遷移を有するコーティングであってもよく、又は第１の材料から第２の材料への漸進的／平滑な遷移が存在するコーティングであってもよく、このため、コーティングの厚さを通して変化する混合組成を有するゾーンを形成する。

いくつかの実施形態では、橙色〜赤色の蛍光体は、米国特許第７，６５５，１５６号、発明の名称「Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｂａｓｅｄ Ｏｒａｎｇｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」に教示されているように、橙色発光ケイ酸塩系蛍光体を含むことができる。このような橙色発光ケイ酸塩系蛍光体は、一般組成物（Ｓｒ_１−ｘＭ_ｘ）_ｙＥｕ_ｚＳｉＯ_５を有することができ、式中、０＜ｘ≦０．５、２．６≦ｙ≦３．３、０．００１≦ｚ≦０．５であり、Ｍは、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＺｎからなる群から選択される１つ以上の二価金属である。本明細書において、表記Ｏ＃は、蛍光体の種類（橙色ケイ酸塩）を表し、その後にナノメートル（＃）でのピーク発光波長（λ_ｐｅ）が続く。例えば、Ｏ６００は、６００ｎｍのピーク発光波長を有する橙色ケイ酸塩蛍光体を示す。

広帯域青色固体励起源

上述のように、また本発明のいくつかの実施形態によれば、広帯域青色固体励起源は、２つ以上の異なる主波長の固体光源（例えばＬＥＤ）を含むことができる。

図５ａは、４５４．４ｎｍ狭帯域ＬＥＤ（先行技術）についての、波長（ｎｍ）に対する測定された発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）であり、図５ｂは、λ_ｄ１＝４５２ｎｍとλ_ｄ２＝４６２ｎｍの主波長を有する２つのＬＥＤの組み合わせを含む本発明による広帯域青色固体励起源についての、波長（ｎｍ）に対する測定された発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）である。両方の発光スペクトル（図５ａ及び５ｂ）が、それぞれ単一の最大ピーク５８０及び５８２を示すことが分かる。図を比較すると、単一の主波長のＬＥＤと比較される、２つの異なる主波長を有するＬＥＤを組み合わせて使用した場合、ＦＷＨＭが増加していることが視覚的に示されている。より具体的には、２つの異なる主波長（λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６２ｎｍ）を有するＬＥＤの組み合わせを含む、本発明による広帯域青色固体励起源の場合、光源によって生成される励起光の主波長は、約２８ｎｍのＦＷＨＭを有する４５４．２ｎｍである。比較のために、実質的に同じ主波長（４５４．４ｎｍ）を有する単独の狭帯域ＬＥＤは、１７ｎｍのみのＦＷＨＭを有する光を生成する。以下に記載されるように、本発明による発光デバイスの光学性能の向上を有利にもたらす励起光（すなわち、１７ｎｍ〜２８ｎｍ）のＦＷＨＭの増加である。

更なる実施形態では、広帯域青色固体励起源は、３つ以上の異なる主波長を有する固体光源（例えばＬＥＤ）を含むことができる。図６は、（ｉ）２つの異なる主波長λ_ｄ１＝４４６ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍを有する青色ＬＥＤの組み合わせ（実線）と、（ｉｉ）３つの異なる主波長λ_ｄ１＝４４８ｎｍ、λ_ｄ２＝４５３ｎｍ、及びλ_ｄ３＝４６１ｎｍを有する青色ＬＥＤの組み合わせ（点線）と、を含む本発明による広帯域青色励起源の、波長（ｎｍ）に対する測定された発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）を示す。図６は、２つの異なる主波長を有するＬＥＤの組み合わせを含む励起源と比較される、３つの異なる主波長を有するＬＥＤの組み合わせを使用する効果を視覚的に示す。２つの異なる主波長（λ_ｄ１＝４４６ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍ）を有するＬＥＤの組み合わせを含む固体励起源の場合、光源によって生成される励起光の主波長は、４５８．７ｎｍであり、３７．４ｎｍのＦＷＨＭを有している。しかしながら、図６に示されるように、２つの異なる主波長を有するＬＥＤを含む励起源は、スペクトルが２つの別個のピーク６８２ａ、６８２ｂを呈する励起光を生成する。励起源のＦＷＨＭは、最大ピークの半分に対応する波長範囲として画定される。比較のために、３つの異なる主波長を有するＬＥＤの組み合わせを含む励起源は、４５５．６ｎｍの主波長を有する励起光を生成し、２９．３ｎｍのＦＷＨＭを有する。しかしながら、図６に示されるように、３つの異なる主波長を有するＬＥＤを含む励起源は、スペクトルが単一のピーク６８２を呈する励起光を生成する。二重ピークと比較して単一のピークを呈することは、ＬＥＤがより小さい波長範囲を有している、すなわち、４４６ｎｍ〜４６３ｎｍと比較して４４８ｎｍ〜４６１ｎｍであることに起因し得る。

上述のように、また本発明のいくつかの実施形態によれば、広帯域青色固体励起源は、１つ以上の広帯域青色固体光源（例えばＭＱＷ ＬＥＤチップ）を含むことができる。図７は、広帯域ＭＱＷ ＬＥＤを含む広帯域青色励起源についての、波長（ｎｍ）に対する測定された発光スペクトル、正規化強度（ａ．ｕ．）を示す。ＭＱＷ ＬＥＤは、９つの量子井戸を含み、ＦＷＨＭ ３４ｎｍを有する光を生成し、したがって、本発明による２５ｎｍ〜５０ｎｍのＦＷＨＭ範囲内に入る。図７に示すように、スペクトルは、３つの異なるピーク波長（青色発光）を生成する複数の異なる量子井戸に起因し得る３つのピーク７８２ａ、７８２ｂ、及び７８２ｃを呈する。

遠隔蛍光体白色発光デバイス試験方法

遠隔蛍光体試験方法は、積分球内の遠隔蛍光体白色発光デバイス（図１ａ及び図１ｂ）の全発光を測定することを含む。

フォトルミネセンス波長変換構成要素（１２８−図１ａ及び図１ｂ）は、φ６１．５ｍｍ直径の円形ホウケイ酸ガラス円板を含む。蛍光体材料をＤｏｗ Ｃｏｍｉｎｇからの光学封止剤ＯＥ６３７０（シリコーン樹脂）と混合し、得られた混合物をガラス円板の一方の面に層として塗布し、硬化させる。

本明細書では、以下の用語体系が、遠隔蛍光体発光デバイスを表すために使用される。Ｃｏｍ．＃は、各励起源が単一の主波長の１つ以上の固体光源を含む比較発光デバイスを表し、Ｄｅｖ．＃は、各励起源が２つの異なる主波長の固体光源を含む本発明の実施形態による発光デバイスを表す。比較発光デバイス（Ｃｏｍ．＃）は、各々が４５４．４ｎｍ、２８３５パッケージ化ＬＥＤチップを含む８つの固体励起源を含む。したがって、Ｃｏｍ．＃は、合計８個のＬＥＤチップを含む。本発明による発光デバイス（Ｄｅｖ．＃）は、６つの固体励起源（２２０−図２ａ）を含みこれらは各々、主波長λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍの２つのＬＥＤチップを包含する２８３５パッケージを含む。したがって、Ｄｅｖ．＃は、合計１２個のＬＥＤチップを含む。

２７００Ｋ〜３０００Ｋのフルスペクトル白色発光デバイス

表４は、Ｃｏｍ．１と示される比較デバイス及びＤｅｖ．１と示される本発明による遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイスの公称２７００Ｋ発光デバイスのための蛍光体組成物を表にしたものである。

表４から分かるように、蛍光体組成物の観点から、Ｃｏｍ．１及びＤｅｖ．１はそれぞれ、１．１重量％のＯＮ４９５（Ｅｕ^２＋：Ｍ^２＋Ｓｉ_４ＡｌＯ_ｘＮ_{（７−２ｘ／３）}−λ_ｐｅ＝４９５ｎｍ）、８８．４重量％のＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３−ｘ（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ−λ_Ｐｅ＝５２０ｎｍ）、５．８重量％のＯ６００（（Ｓｒｉ_ｘＭ_ｘ）_ｙＥｕ_ｚＳｉＯ_５−λ_ｐｅ＝６００ｎｍ）及び４．７重量％のＣＡＳＮ６７０（Ｃａ_１−ｘＳ_ｒｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６７０ｎｍ）を含む。上述のように、Ｃｏｍ．１は、各々が４５４．４ｎｍ、２８３５パッケージ化ＬＥＤチップを含む、８つの固体励起源を含み、一方、Ｄｅｖ．１は、各々が、主波長λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍの２つのＬＥＤチップを含む２８３５パッケージを含む、６つの広帯域青色固体励起源を含む。

表５、表６、及び表７は、発光デバイスＣｏｍ．１及びＤｅｖ．１についての測定された光学試験データを表にしたものであり、異なる主波長（λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍ）の２つ以上の固体ＬＥＤの組み合わせを含む本発明による広帯域青色固体励起源を使用した場合の、単一の主波長（λ_ｄ＝４５４ｎｍ）の固体ＬＥＤを含む固体励起源を使用した場合と比較して、発光デバイスの光学性能に与える影響を説明する。これらの表から、デバイスＤｅｖ．１が、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が９７以上であり、（ｉｉ）ＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）が９７．９に対して９８．９と大幅に増加し、（ｉｉｉ）ＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）が９１．９に対して９７．５と大幅に増加し、（ｉｖ）一般演色評価数ＣＲＩ Ｒａが９８．１に対して９９．０と大幅に増加し、（ｖ）演色評価数ＣＲＩ Ｒａｌｌ（ＲＩ〜Ｒ１５の平均）が９７．５に対して９９．０と大幅に増加し、（ｖｉ）ＩＥＣ ＴＭ−３０の忠実度指数Ｒ_ｆが９６．４に対して９７．６と大幅に増加する白色光を生成することに留意されたい。更に、本発明は、光の品質（演色）の大幅な増加をもたらすが、発光効率ＬＥは１．８％の小さな低減しかなく、Ｄｅｖ．１は２２４．１ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔという高い発光効率ＬＥを有していることに留意されたい。

図８は、（ｉ）Ｄｅｖ．１（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．１（破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．１（２７０１Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）、及び（ｉｖ）Ｃｏｍ．１（２７６８Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。スペクトルの有意な比較を行うために、各スペクトルは、各々がＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００を有するように正規化されている。データは、観測者の明所応答を考慮した標準観測者のＣＩＥ１９３１輝度関数ｙ（λ）を用いて正規化される。図８のプランキアンスペクトル（曲線）又は黒体スペクトルは、所与の色温度（ＣＣＴ）について１００に等しい一般的なＣＲＩ Ｒａのスペクトルを表す。したがって、所与の色温度の白色発光デバイスが可能な限り最高の演色を有するためには、その発光スペクトルは、同じ色温度の黒体スペクトルと可能な限り一致していることが必要である。

図８を参照すると、比較デバイス（すなわち、単一の主波長を有する固体光源を含む励起源）と比較して、本発明によるデバイス（すなわち、異なる主波長を有する２つの固体光源を含む広帯域青色励起源）の発光スペクトルエネルギー含量に対する最も顕著な効果が、（ｉ）青色発光ピーク８８２の強度の低減、及び（ｉｉ）約４８０ｎｍにおけるスペクトルのシアン領域のトラフ（谷）８８４の減少であることに留意されたい。本図から分かるように、（Ｃｏｍ．１のピーク８８０と比較される）Ｄｅｖ．１の青色発光ピーク８８２の低減及びトラフ８８４の減少により、プランキアンスペクトルに酷似、すなわち、より自然光に酷似している発光スペクトルがもたらされる。本実施形態では、異なる主波長（青色発光）を有する２つの固体光源を含む広帯域青色励起源の使用に起因するスペクトルエネルギー含量のこの変化が、スペクトルのシアン領域のトラフを部分的に埋め、本発明のデバイスの優れた演色性、特に、ＣＩＥ ＣＲＩＲ １１及びＣＲＩ Ｒ１２、一般的なＣＲＩ Ｒａ、並びにＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆの増加の説明になると考えられる。

本発明の更なる利点は、本発明による白色発光デバイスが、波長領域４００〜５００ｎｍにおける高エネルギー可視（ＨＥＶ）青色光を低減することにより、ヒトの網膜及び黄斑への損傷を低減するか、場合により防止可能なことである。青色ピーク８８０（Ｃｏｍ．１）及び８８２（Ｄｅｖ．１）の青色光子エネルギー（ピーク下面積）は、実質的に同じである。しかしながら、ピーク８８２の場合、このエネルギーは、より大きい波長範囲にわたって分散され、それによって、ピーク８８２と比較して青色ピークの強度が低減する。本発明の白色発光デバイスは、青色発光ピーク（すなわち、ＨＥＶ）の低減を呈するため、ヒトの網膜に損傷を与える可能性、及びヒトの黄斑の変性の可能性が低減又は防止される。

３５００Ｋ〜４０００Ｋ発光デバイス

表８は、Ｃｏｍ．２と示される比較デバイス及びＤｅｖ．２と示される本発明による遠隔蛍光体発光デバイスの公称３８００Ｋ発光デバイスのための蛍光体組成物を表にしたものである。

表８から分かるように、蛍光体組成物の観点から、Ｃｏｍ．２は、９３．１重量％のＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３−ｘ（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ−λ_ｐｅ＝５２０ｎｍ）、２．４重量％のＣＡＳＮ６２８（Ｃａ_１−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６２８ｎｍ）、及び４．５重量％のＣＡＳＮ６７０（Ｃａ_１−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６７０ｎｍ）の一方で、Ｄｅｖ．２は、９３．５重量％のＧＡＬ５２０、２．３重量％のＣＡＳＮ６２８、及び４．２重量％のＣＡＳＮ６７０を含む。上述のように、Ｃｏｍ．２は、各々が４５４．４ｎｍ、２８３５パッケージ化ＬＥＤチップを含む、８つの固体励起源を含み、一方、Ｄｅｖ．２は、各々が、主波長λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍの２つのＬＥＤチップを含む２８３５パッケージを含む、６つの広帯域青色固体励起源を含む。

表９、表１０、及び表１１は、発光デバイスＣｏｍ．２及びＤｅｖ．２の測定光学試験データを表にしたものであり、単一の主波長（λ_ｄ＝４５４ｎｍ）の固体ＬＥＤを含む励起を使用した場合と比較して、異なる主波長（λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍ）の２つ以上の固体ＬＥＤの組み合わせを含む本発明による広帯域青色励起源を使用した場合の、発光デバイスの光学性能への影響を説明している。これらの表から、デバイスＤｅｖ．２は、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が９０以上であり、（ｉｉ）ＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）が９７．０と比較して９７．２の増加があり、（ｉｉ）ＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）が８５．３と比較して９１．０の大幅な増加があり、（ｉｉ）ＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆが９５．４に比較して９６．９の大幅な増加がある白色光を生成していることに留意されたい。更に、本発明は、光の品質（演色）の大幅な増加をもたらすが、発光効率ＬＥは低減しておらず、むしろ、発光効率ＬＥは０．３％増加しており、Ｄｅｖ．２は２５６．０ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔという高い発光効率（ＬＥ）を有していることに留意されたい。

図９は、（ｉ）Ｄｅｖ．２（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．２（破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．１（３８６７Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）、及び（ｉｖ）Ｃｏｍ．１（３８１０Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。図９を参照すると、比較デバイス（すなわち、単一の主波長を有する固体光源を含む励起源）と比較して、本発明によるデバイス（すなわち、異なる主波長を有する２つの固体光源を含む広帯域青色固体励起源）の発光スペクトル−スペクトルエネルギー含量−に対する最も顕著な効果が、（ｉ）青色発光ピーク９８２の強度の低減、及び（ｉｉ）約４８０ｎｍにおけるスペクトルのシアン領域のトラフ９８４の減少であることに留意されたい。図から分かるように、（Ｃｏｍ．２のピーク９８０と比較される）Ｄｅｖ．２の青色発光ピーク９８２の低減及びトラフ９８４の減少により、プランキアンスペクトルに酷似、すなわちより自然光に酷似している発光スペクトルがもたらされる。本実施形態では、異なる主波長（青色発光）を有する２つの固体光源を含む広帯域青色励起源の使用に起因するスペクトルエネルギー含量のこの変化が、スペクトルのシアン領域のトラフを部分的に埋め、本発明のデバイスの優れた演色性、特に、ＣＲＩ Ｒ１２、一般的なＣＲＩ Ｒａ、及びＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆの増加の説明になると考えられる。

本発明の更なる利点は、本発明による白色発光デバイスが、波長領域４００〜５００ｎｍにおける高エネルギー可視（ＨＥＶ）青色光を低減することにより、ヒトの網膜及び黄斑への損傷を低減するか、場合により防止可能なことである。青色ピーク９８０（Ｃｏｍ．２）及び９８２（Ｄｅｖ．２）の青色光子エネルギー（ピーク下面積）は、実質的に同じである。しかしながら、ピーク９８２の場合、このエネルギーは、より大きい波長範囲にわたって分散され、それによって、ピーク９８２と比較して青色ピークの強度が低減する。本発明の白色発光デバイスは、青色発光ピーク（すなわち、ＨＥＶ）の低減を呈するため、ヒトの網膜に損傷を与える可能性、及びヒトの黄斑の変性の可能性が低減又は防止される。

４２００Ｋ〜４５００Ｋ発光デバイス

表１２は、Ｃｏｍ．３と示される比較デバイス及びＤｅｖ．３と示される本発明による遠隔蛍光体発光デバイスの公称４２００Ｋ発光デバイスのための蛍光体組成物を表にしたものである。

表１２から分かるように、蛍光体組成物に関して、Ｃｏｍ．３は、９３．４重量％のＧＡＬ５２０、２．３重量％のＣＡＳＮ６２８、及び４．３重量％のＣＡＳＮ６７０を含み、一方、Ｄｅｖ．３は、９３．５重量％のＧＡＬ５２０、２．３重量％のＣＡＳＮ６２８、及び４．２重量％のＣＡＳＮ６７０を含む。上述のように、Ｃｏｍ．３は、各々が４５４．４ｎｍの２８３５パッケージ化ＬＥＤチップを含む、８つの固体励起源を含み、一方、Ｄｅｖ．３は、各々が、主波長λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍの２つのＬＥＤチップを含む２８３５パッケージを含む、６つの広帯域青色固体励起源を含む。

表１３、表１４、及び表１５は、発光デバイスＣｏｍ．３及びＤｅｖ．３の測定光学試験データを表にしたものであり、単一の主波長（λ_ｄ＝４５４ｎｍ）の固体ＬＥＤを含む励起を使用した場合と比較して、異なる主波長（λ_ｄ１＝４５２ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６４ｎｍ）の２つ以上の固体ＬＥＤの組み合わせを含む広帯域青色励起源を使用した場合の、発光デバイスの光学性能への影響を説明している。これらの表から、デバイスＤｅｖ．３は、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が９０以上であり、（ｉｉ）ＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）が８２．３と比較して９０．１の大幅な増加があり、（ｉｉｉ）ＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆが９４．７に比較して９６．４の大幅な増加がある白色光を生成していることに留意されたい。更に、本発明は、光の品質（演色）の大幅な増加をもたらすが、発光効率ＬＥは小さな低減（０．９％）しかなく、デバイスは２５４．６ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔという高い発光効率を有していることに留意されたい。

図１０は、（ｉ）Ｄｅｖ．３（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．３（破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．３（４１７２Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）、及び（ｉｖ）Ｃｏｍ．１（４１７３Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（点線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。図１０を参照すると、比較デバイス（すなわち、単一の主波長を有する固体光源を含む励起源）と比較して、本発明によるデバイス（すなわち、異なる主波長を有する２つの固体光源を含む広帯域青色励起源）の発光スペクトル−スペクトルエネルギー含量−に対する最も顕著な効果が、（ｉ）青色発光ピーク１０８２の低減、及び（ｉｉ）約４８０ｎｍにおけるスペクトルのシアン領域のトラフ１０８４の減少であることに留意されたい。図から分かるように、（Ｃｏｍ．３のピーク１０８０と比較される）Ｄｅｖ．３の青色発光ピーク１０８２の低減及びトラフ１０８４の減少により、プランキアンスペクトルに酷似している発光スペクトルがもたらされる。本実施形態では、異なる主波長を有する２つの固体光源を含む広帯域青色励起源の使用に起因するスペクトルエネルギー含量のこの変化が、本発明のデバイスの優れた演色性、特に、ＣＲＩＲ１２及びＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆの増加の説明になると考えられる。

本発明の他の実施形態と同様に、本発明のフルスペクトル白色光の更なる利点は、波長領域４００〜５００ｎｍにおける高エネルギー可視（ＨＥＶ）青色光を低減することにより、ヒトの網膜及び黄斑への損傷の可能性を低減するか、又は場合により防止可能なことである。青色ピーク１０８０（Ｃｏｍ．３）及び１０８２（Ｄｅｖ．３）の青色光子エネルギー（ピーク下面積）は、実質的に同じである。しかしながら、ピーク１０８２の場合、このエネルギーは、より大きい波長範囲にわたって分散され、それによって、ピーク１０８２と比較して青色ピークの強度が低減する。本発明の白色発光デバイスは、青色発光ピーク（すなわち、ＨＥＶ）の低減を呈するため、ヒトの網膜に損傷を与える可能性、及びヒトの黄斑の変性の可能性が低減又は防止される。

パッケージ化白色発光デバイス試験方法

パッケージ化試験方法は、積分球におけるパッケージ化白色発光デバイス（図３ａ）の全発光を測定することを含む。

本発明によってパッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス（Ｄｅｖ．＃）は、各々、２つ又は３つの異なる主波長の固体光源を包含する２８３５（２．８ｍｍ×３．５ｍｍ）ＳＭＤパッケージを含む。本発明による発光デバイスＤｅｖ．４は、主波長λ_ｄ１＝４４６ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍの２つの１１３３（１１ｍｉｌ×３３ｍｍ）ＬＥＤチップを包含する２８３５ＳＭＤパッケージを含み、一方、Ｄｅｖ．５は、主波長λ_ｄ１＝４４８ｎｍ、λ_ｄ２＝４５３ｎｍ、及びλ_ｄ３＝４６１ｎｍの３つの１１３３ ＬＥＤチップを包含する２８３５ ＳＭＤパッケージを含む。

５０００Ｋパッケージ化白色発光デバイス

表１６は、Ｄｅｖ．４及びＤｅｖ．５で示される、本発明によるパッケージ化白色発光デバイスの公称５０００Ｋ発光デバイスのための蛍光体組成物を表にしたものである。

表１６から分かるように、蛍光体組成物の観点から、Ｄｅｖ．４は、７８．１重量％のＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３−ｘ（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ−λ_ｐｅ＝５２０ｎｍ）、１２．９重量％のＧＡＬ４８４（λ_ｐｅ＝４８４ｎｍ）、及び９．０重量％のＣＡＳＮ６５０（Ｃａ_１−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６５０ｎｍ）を含み、Ｄｅｖ．５は、８５．１重量％のＧＡＬ５２０、９．２重量％のＧＡＬ４８４、０．５重量％のＣＡＳＮ６２８（Ｃａ_１−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６２８ｎｍ）、及び５．２重量％のＣＡＳＮ６５０を含む。上記のように、Ｄｅｖ．４は、それぞれの主波長λ_ｄ１＝４４６ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍを有する２つの固体光源（ＬＥＤ）を含み、一方、Ｄｅｖ．５は、それぞれの主波長λ_ｄ１＝４４８ｎｍ、λ_ｄ２＝４５３ｎｍ、及びλ_ｄ３＝４６１ｎｍを有する３つのＬＥＤを含む。

表１７、表１８、及び表１９は、パッケージ化発光デバイスＤｅｖ．４及びＤｅｖ．５の測定光学試験データを表にしたものである。これらのデータは、有用性を提供する本発明によるフルスペクトル白色発光デバイスが、異なる主波長（λ_ｄ１＝４４６ｎｍ、及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍ）の２つの固体光源（ＬＥＤ）の組み合わせ、又は異なる主波長（λ_ｄ１＝４４８ｎｍ、λ_ｄ２＝４５３ｎｍ、及びλ_ｄ３＝４６１ｎｍ）の３つの固体ＬＥＤの組み合わせを含む広帯域青色固体励起源によって構成され得ることを例示している。

これらの表から、デバイスＤｅｖ．４が、２６７．４ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔの高い発光効率ＬＥを有し、（ｉ）ＣＲＩＲ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が約９０以上であり、（ｉｉ）９９．５の高いＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）を有し、（ｉｉｉ）８９．０の高いＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）を有し、（ｉｖ）９８．０の高い一般演色評価数ＣＲＩ Ｒａを有し、（ｖ）９７．１の高い演色評価数ＣＲＩ Ｒａｌｌ（Ｒ１〜Ｒ１５の平均）を有し、（ｖｉ）９５．４の高いＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することに留意されたい。

これらの表から、デバイスＤｅｖ．５が、２６８．５ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔの高い発光効率ＬＥを有し、（ｉ）Ｒ１２を除く、ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が約９０以上であり、（ｉｉ）９７．０の高いＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）を有し、（ｉｉｉ）９７．３の高い一般演色評価数ＣＲＩ Ｒａを有し、（ｉｖ）９５．３の高い演色評価数ＣＲＩ Ｒａｌｌ（ＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１５の平均）を有し、（ｖ）９２．３の高いＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することに留意されたい_。

図１１は、（ｉ）Ｄｅｖ．４（太い実線）及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．４（４８６４Ｋ）と同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）に対する正規化された強度対波長（ｎｍ）を示す。図から分かるように、スペクトル（太い実線）は、プランキアンスペクトルに酷似しており、約４５０ｎｍにおいて深いトラフ１１８６によって分離された２つの顕著なピーク１１８２ａ及び１１８２ｂを呈しており、これらの組み合わせは、スペクトルのシアン領域（４８０ｎｍ）の広帯域青色励起光及びトラフ１１８４に対応する。ＣＲＩ Ｒ１２の値が、ＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１１及びＲ１３〜Ｒ１５の値（表１８及び表１９）に比べて８９．０と低いのは、ＬＥＤの主波長の差が大きすぎるため（λ_ｄｉ＝４４６ｎｍ及びλ_ｄ２＝４６３ｎｍ−Δ λ_ｄ＝１７ｎｍ）、プランキアンスペクトル及びトラフを下回るトラフ１１８６に起因すると考えられる。したがって、ＣＲＩ Ｒ１２の値は、ＬＥＤの主波長の差を低減することによって、９０以上に増加させることができる。図１２は、（ｉ）Ｄｅｖ．５（太い実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．５（４９７４Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い実線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。各スペクトルは、各々がＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００を有するように正規化されている。図から分かるように、スペクトル（太い実線）は、ピーク１２８２及びトラフ１２８４を呈し、プランキアンスペクトルに酷似している。

広帯域青色固体光源を含む固体白色発光デバイス

広帯域ＬＥＤチップを含む本発明によるパッケージ化された白色発光デバイスは、主波長λ_ｄ＝４５５．８ｎｍ及びＦＷＨＭ ３４ｎｍの、単一の２６３０（２６ｍｉｌ×３０ｍｉｌ）２３９ｍＷ広帯域ＬＥＤチップダイ（ＭＱＷ ＬＥＤチップダイ）を含む単一のキャビティ２８３５（２．８ｍｍ×３．５ｍｍ）ＳＭＤパッケージを含む。

表２０は、Ｄｅｖ．６及びＤｅｖ．７で示される、本発明による公称４０００Ｋ及び５０００ＫのＳＭＤパッケージ化白色発光デバイスのための蛍光体組成物を表にしたものである。

表２０から分かるように、蛍光体組成物の観点から、Ｄｅｖ．６は、９１．２重量％のＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３−ｘ（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ−λ_ｐｅ＝５２０ｎｍ）、０．６重量％のＣＡＳＮ６２８（Ｃａｉ_−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６２８ｎｍ）、及び８．２重量％のＣＡＳＮ６５０（Ｃａ_ｉ−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６５０ｎｍ）を含み、Ｄｅｖ．７は、９０．４重量％のＧＡＬ５２０及び８．６重量％のＣＡＳＮ６５０を含む。

表２１、表２２、及び表２３は、パッケージ化発光デバイスＤｅｖ．６及びＤｅｖ．７の測定光学試験データを表にしたものである。これらの表から、デバイスＤｅｖ．６が、２７６．８ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔの高い発光効率ＬＥを有し、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が約９５以上であり、（ｉｉ）９８．９の高いＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）を有し、（ｉｉｉ）９６．６の高いＲ１２（「飽和青色」）を有し、（ｉｖ）９８．６の高い一般演色評価数ＣＲＩ Ｒａを有し、（ｖ）９８．３の高い演色評価数ＣＲＩ Ｒａｌｌ（ＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１５の平均）を有し、（ｖｉ）９５．２の高いＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することに留意されたい。これらの表から、デバイスＤｅｖ．７が、２６８．０ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔの高い発光効率ＬＥを有し、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が約９５以上であり、（ｉｉ）９８．５の高いＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）を有し、（ｉｉｉ）９７．２の高いＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）を有し、（ｉｖ）９８．８の高い一般演色評価数ＣＲＩ Ｒａを有し、（ｖ）９８．４の高い演色評価数ＣＲＩ Ｒａｌｌ（ＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１５の平均）を有し、（ｖｉ）９５．９の高いＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することに留意されたい_。ＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ８及びＲ１０〜Ｒ１５の値（表２２及び２３）と比較して低い９４．７のＲ１２の値は、発光効率を若干低減させ得るが、蛍光体組成物を調整することにより、例えばＣＡＳＮ６５０の重量％を増加させることにより、９５以上に増加させることができる。

図１３は、（ｉ）Ｄｅｖ．６（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．６（４０４２Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。図から分かるように、スペクトル（太い実線）は、プランキアンスペクトルに酷似しており、約４５０ｎｍ及び４６０ｎｍにおいてそれぞれトラフ１３８６ａ及び１３８６ｂによって分離された３つのピーク１３８２ａ、１３８２ｂ、及び１３８２ｃを呈しており、これらの組み合わせは、スペクトルのシアン領域（４８０ｎｍ）の広帯域青色励起光及びトラフ１３８４に対応する。ＣＲＩ Ｒ１２の値がＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１１及びＲ１３〜Ｒ１５の値（表２２及び２３）に比べて９６．６と低いのは、ＭＱＷ ＬＥＤチップの複数の異なる量子井戸によって生成される青色発光の波長に差があるため、プランキアンスペクトル及びトラフを下回るトラフ１３８６ｂに起因すると考えられる。ＣＲＩ Ｒ１２の値は、青色発光の差を低減するように、ＭＱＷ ＬＥＤチップの量子井戸を構成することによって、９８以上に増加させることができる。

図１４は、（ｉ）Ｄｅｖ．７（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．７（５０１０Ｋ）のものと同じＣＣＴの太陽光スペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。太陽光スペクトルは、ＣＩＥ標準光源Ｄ５５に基づいており、４０００Ｋ未満のプランキアン放射から５５００Ｋ超の温度の昼光までの比例混合である。図から分かるように、スペクトル（太い実線）は、太陽光スペクトルに酷似しており、約４５０ｎｍ及び４６０ｎｍにおいてそれぞれトラフ１４８６ａ及び１４８６ｂによって分離された３つのピーク１４８２ａ、１４８２ｂ、及び１４８２ｃを呈しており、これらの組み合わせは、スペクトルのシアン領域（４８０ｎｍ）の広帯域青色励起光及びトラフ１４８４に対応する。Ｄｅｖ．６（図１３）に関連して説明されるように、ＣＲＩ Ｒ１２の値がＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１１及びＲ１３〜Ｒ１５の値（表２２及び表２３）に比べて９７．２と低いのは、ＭＱＷ ＬＥＤチップの複数の異なる量子井戸によって生成される青色発光の波長に差があるため、プランキアンスペクトル及びトラフを下回るトラフ１４８６ｂに起因すると考えられる。ＣＲＩ Ｒ１２の値は、青色発光の差を低減するように、ＭＱＷ ＬＥＤチップの量子井戸を構成することによって、９８以上に増加させることができる。

図１３及び図１４における各スペクトルは、各々がＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００を有するように正規化されている。
広帯域青色ＬＥＤチップを含むＣＯＢパッケージ化白色発光デバイス

広帯域青色ＬＥＤチップからなる本発明によるＣＯＢパッケージ化白色発光デバイスは、主波長λ_ｄ＝４５９．５ｎｍ及びＦＷＨＭ ３４ｎｍの２６３０（２６ｍｉｌ×３０ｍｉｌ）２０４ｍＷ広帯域ＬＥＤチップダイ（ＭＱＷ ＬＥＤチップダイ）を２４個包含するＣＯＢパッケージを含む。

表２４は、Ｄｅｖ．８で示される、本発明による公称４０００Ｋ ＣＯＢパッケージ化白色発光デバイスのための蛍光体組成物を表にしたものである。

表２４から分かるように、蛍光体組成物の観点から、Ｄｅｖ．８は、８８．１重量％のＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３−ｘ（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ−λ_ｐｅ＝５２０ｎｍ）及び１１．９重量％のＣＡＳＮ６５０（Ｃａ_１−ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ−λ_ｐｅ＝６５０ｎｍ）を含む。

表２５、表２６、及び表２７は、ＣＯＢパッケージ化白色発光デバイスＤｅｖ．８の測定光学試験データを表にしたものである。これらの表から、デバイスＤｅｖ．８が、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５の各々が約９０以上であり、（ｉｉ）９６．１の高いＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）を有し、（ｉｉｉ）９２．１の高いＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）を有し、（ｉｖ）９６．５の高い一般演色評価数ＣＲＩ Ｒａを有し、（ｖ）９５．９の高い演色評価数ＣＲＩ Ｒａｌｌ（ＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１５の平均）を有し、（ｖｉ）９３．４の高いＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することに留意されたい。更に、本発明による固体白色発光デバイスは、高品質（演色）白色光を生成する一方で、２６９．７ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔの高い発光効率ＬＥも有することに留意されたい。

図１５は、（ｉ）Ｄｅｖ．８（実線）、及び（ｉｉ）Ｄｅｖ．８（３９４９Ｋ）のものと同じＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する正規化強度を示す。図から分かるように、スペクトル（太い実線）は、プランキアンスペクトルに酷似しており、約４５０ｎｍ及び４６０ｎｍにおいてそれぞれトラフ１５８６ａ及び１５８６ｂによって分離された３つのピーク１５８２ａ、１５８２ｂ、及び１５８２ｃを呈しており、これらの組み合わせは、スペクトルのシアン領域（４８０ｎｍ）の広帯域青色励起光及びトラフ１５８４に対応する。ＣＲＩ Ｒ１２の値がＣＲＩ Ｒ１〜Ｒ１１及びＲ１３〜Ｒ１５の値（表２６及び２７）に比べて９６．２と低いのは、ＭＱＷ ＬＥＤチップの複数の異なる量子井戸によって生成される青色発光の波長に差があるため、プランキアンスペクトル及びトラフを下回るトラフ１５８６ｂに起因すると考えられる。ＣＲＩ Ｒ１２の値は、青色発光の差を低減するように、ＭＱＷ ＬＥＤチップの量子井戸を構成することによって、９８以上に増加させることができる。

図から分かるように、スペクトル（太い実線）は、３つのピーク１５８２ａ、１５８２ｂ、及び１５８２ｃ、並びにトラフ１５８４を呈し、プランキアンスペクトルに酷似している。各スペクトルは、各々がＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００を有するように正規化されている。

本発明は、高演色品質を有するフルスペクトル白色光を生成するためのフルスペクトル白色発光デバイスに関連して生じたが、広帯域青色固体励起源を含む本発明による発光デバイスはまた、例えば、７０又は８０以上の低いＣＲＩ Ｒａを有する光を生成する発光デバイスについても利点をもたらす。このような用途では、広帯域青色固体励起源の使用は、狭帯域青色励起源を利用する既知の白色ＬＥＤと比較して、ヒトの網膜への損傷を低減し、及び／又はヒトの黄斑の変性を低減することができる。これは、同じ青色光子エネルギーがより高い波長範囲にわたって分散され、それによって青色ピークの強度が低減するためであると考えられる。

表２８、表２９、及び表３０は、公称６５００Ｋ、ＣＲＩ Ｒａ ８０の発光デバイスＣｏｍ．４及びＤｅｖ．９の模擬光学試験データを表にしたものであり、単一の主波長（λ_ｄ＝４５５ｎｍ）の狭帯域ＬＥＤを含む励起を使用した場合と比較して、３つの異なる主波長（λ_ｄ１＝４４３ｎｍ、λ_ｄ２＝４５５ｎｍ、及びλ_ｄ３＝４６８ｎｍ）の狭帯域ＬＥＤの組み合わせを含む本発明による広帯域青色励起源を使用した場合の、発光デバイスの光学性能への影響を説明している。これらの表から、デバイスＤｅｖ．９は、（ｉ）ＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）が８２．７と比較して８４．０の増加があり、（ｉｉ）ＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）が５５．２と比較して７０．１の大幅な増加がある白色光を生成していることに留意されたい。更に、本発明は、光の品質（演色）の増加をもたらすが、発光効率ＬＥは２．２％の小さな低減しかなく、Ｄｅｖ．９が３０５．３ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔという高い発光効率ＬＥを有していることに留意されたい。

図１６は、（ｉ）Ｄｅｖ．９（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．４（点線）、及び（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．９（６５３５Ｋ）のものと同じＣＣＴの太陽光スペクトル（破線）についての、波長（ｎｍ）に対する、模擬発光スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）である。

図１６を参照すると、比較デバイス（すなわち、単一の主波長を有する固体光源を含む励起源）と比較して、本発明によるデバイス（すなわち、異なる主波長を有する３つの固体光源を含む広帯域青色固体励起源）の発光スペクトル−スペクトルエネルギー含量−に対する最も顕著な効果が、ｉ）青色発光ピーク１６８２の広がり、（ｉｉ）青色発光ピーク１６８２の強度の低減、及び（ｉｉｉ）約４９０ｎｍにおけるスペクトルのシアン領域のトラフ１６８４の減少であることに留意されたい。図から分かるように、（Ｃｏｍ．４のピーク１６８０と比較される）Ｄｅｖ．９の青色発光ピーク１６８２の低減及びトラフ１６８４の減少により、太陽光スペクトルに酷似している発光スペクトルがもたらされる。本実施形態では、異なる主波長（青色発光）を有する３つの固体光源を含む広帯域青色励起源の使用に起因するスペクトルエネルギー含量のこの変化が、本発明のデバイスの優れた演色性、特に、ＣＲＩ Ｒ１１及びＣＲＩ Ｒ１２の増加を説明する、スペクトルのシアン領域のトラフを部分的に埋めると考えられる。

上述するように、本発明の更なる利点は、本発明による白色発光デバイスが、波長領域４００〜５００ｎｍにおける高エネルギー可視（ＨＥＶ）青色光を低減することにより、ヒトの網膜及び黄斑への損傷を低減するか、場合により防止することができるということである。青色ピーク１６８０（Ｃｏｍ．４）及び１６８２（Ｄｅｖ．９）の青色光子エネルギー（ピーク下面積）は、実質的に同じである。しかしながら、ピーク１６８２の場合、このエネルギーは、より大きい波長範囲にわたって分散され、それによって、ピーク１６８２と比較して青色ピークの強度が低減する。本発明の白色発光デバイスは、青色発光ピーク（すなわち、ＨＥＶ）の低下減を呈するため、ヒトの網膜に損傷を与える可能性、及びヒトの黄斑の変性の可能性が低減又は防止される。

要約すると、少なくとも２つの異なる波長の青色発光の組み合わせからなる広帯域青色励起光を生成する広帯域青色固体励起源を含む、本発明による発光デバイスが、単一の主波長の１つ以上の狭帯域固体光源（複数可）を含む既知のデバイスと比較して、優れた演色を有することが理解されるであろう。例えば、広帯域青色固体励起源は、２つ以上の狭帯域固体光源（例えば、ＬＥＤ）、又は１つ以上の広帯域固体光源（例えば、異なるピーク波長の青色発光を生成するように構成されている複数の異なる量子井戸を有する活性領域を有するＬＥＤ）を含み得る。更に、本発明の実施形態は、（ｉ）９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５、（ｉｉ）９０以上のＣＲＩ Ｒ１１（「飽和緑色」）、（ｉｉｉ）９０以上のＣＲＩ Ｒ１２（「飽和青色」）、（ｉｖ）９５以上のＣＲＩ Ｒａ、（ｖ）９８以上のＣＲＩ Ｒａ、（ｖｉ）９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆ、（ｖｉｉ）２２０ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔ以上の発光効率（ＬＥ）のうちの１つ以上を有する、２５００Ｋ〜６５００Ｋの範囲内の色温度を有する白色光を生成することを特徴とするフルスペクトル白色発光デバイスの実装を可能にする。

本発明は、その特定の実施形態に関して特に説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細の変更及び修正を行うことができることは、当業者であれば容易に理解されたい。

以下の項目は、本明細書で定義される本発明の開示の一部を形成することが理解されるであろう。より具体的には、本明細書の発明は、以下に詳述されるような項目の特徴の組み合わせによって定義されてもよく、当該項目は、本出願の特許請求の範囲内の特徴の組み合わせを補正するための基礎を提供する。
項目
１．フルスペクトル白色発光デバイスであって、
４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第１のフォトルミネセンス材料と、６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第２のフォトルミネセンス材料と、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長及び３０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、を含む、フルスペクトル白色発光デバイス。
２．励起光が、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、３５ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ、及び４５ｎｍ〜５０ｎｍからなる群から選択される範囲内のＦＷＨＭを有する、項目１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
３．９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、項目１又は項目２に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
４．９５以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、項目３に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
５．９５以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、項目１〜４のいずれかに記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
６．９０以上のＣＲＩ Ｒ１２を有する白色光を生成することを特徴とする、項目１〜５のいずれかに記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
７．発光デバイスが、約２５００Ｋ〜約６５００Ｋの範囲内の色温度を有する白色光を生成するように動作可能である、項目１〜６のいずれかに記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
８．９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することを特徴とする、項目１〜７のいずれかに記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
９．励起光が、少なくとも２つの異なる波長の青色発光を含む、項目１〜８のいずれかに記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
１０．固体励起源が、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第１の主波長を有する青色発光を生成するように動作可能な第１のＬＥＤと、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第２の主波長を有する異なる青色発光を生成するように動作可能な第２のＬＥＤと、を含む、項目１〜９のいずれかに記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
１１．青色固体励起源が、少なくとも２つの異なる波長の青色発光のうちのそれぞれ１つを、各々が生成する少なくとも２つの異なる量子井戸を有する活性領域を有するＬＥＤを含む、項目１〜９のいずれかに記載の発光デバイス。
１２．フルスペクトル白色発光デバイスであって、
４９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成するフォトルミネセンス材料と、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように動作可能な広帯域青色固体励起源と、を含み、
広帯域青色励起光が、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の少なくとも２つの異なる波長の青色発光を含む、発光デバイス。
１３．広帯域青色固体励起源が、少なくとも３０ｎｍ、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、３５ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ、及び４５ｎｍ〜５０ｎｍからなる群から選択されるＦＷＨＭを有する広帯域青色励起光を生成する、項目１２に記載の発光デバイス。
１４．広帯域青色固体励起源が、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第１の主波長を有する青色発光を生成するための第１のＬＥＤと、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第２の主波長を有する異なる波長の青色発光を生成するための第２のＬＥＤと、を含む、項目１２又は項目１３に記載の発光デバイス。
１５．第１の主波長が４２０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内にあり、第２の主波長が４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にある、項目１２〜１４のいずれかに記載の発光デバイス。
１６．第１及び第２の主波長とは異なる４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第３の主波長を有する青色発光を生成するための第３のＬＥＤを更に含む、項目１２〜１５のいずれかに記載の発光デバイス。
１７．第１のＬＥＤが、約４４１ｎｍの主波長を有し、第２のＬＥＤが、約４５１ｎｍの主波長を有し、第３のＬＥＤが、約４６８ｎｍの主波長を有する、項目１６に記載の発光デバイス。
１８．９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、項目１２〜１７のいずれかに記載の発光デバイス。
１９．９５以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、項目１２〜１８のいずれかに記載の発光デバイス。
２０．９５以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、項目１８又は項目１９に記載の発光デバイス。
２１．８０以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、項目１２〜２０のいずれかに記載の発光デバイス。
２２．９０以上のＣＲＩ Ｒ１２を有する白色光を生成することを特徴とする、項目１２〜２１のいずれかに記載の発光デバイス。
２３．発光デバイスが、約２５００Ｋ〜約６５００Ｋ、約２５００Ｋ〜約３０００Ｋ、及び約４０００Ｋ〜約６５００Ｋからなる群から選択される範囲内の色温度を有する白色光を生成するように動作可能である、項目１２〜２２のいずれかに記載の発光デバイス。
２４．９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒｆを有する白色光を生成することを特徴とする、項目１２〜２３のいずれかに記載の発光デバイス。
２５．少なくとも５ｎｍの少なくとも２つの青色発光間の波長差、又は少なくとも１０ｎｍの少なくとも２つの青色発光間の波長差がある、項目１２〜２４のいずれかに記載の発光デバイス。
２６．広帯域青色固体励起源が、少なくとも２つの異なる波長の青色発光のうちのそれぞれ１つを、各々が生成する少なくとも２つの異なる量子井戸を有する活性領域を有するＬＥＤを含む、項目１２〜２５のいずれかに記載の発光デバイス。
２７．緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料及び赤色のフォトルミネセンス材料が、広帯域青色固体励起源に対して遠隔に位置する、項目１２〜２６のいずれかに記載の発光デバイス。
２８．白色発光デバイスであって、
４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第１のフォトルミネセンス材料、及び６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第２のフォトルミネセンス材料と、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長及び３０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、含み、８０以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、白色発光デバイス。
２９．白色発光デバイスであって、
４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第１のフォトルミネセンス材料、及び６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第２のフォトルミネセンス材料と、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長及び２５ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、を含み、８０以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、白色発光デバイス。
３０．励起光が、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、３５ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ、及び４５ｎｍ〜５０ｎｍからなる群から選択される範囲内のＦＷＨＭを有する、項目２８又は２９に記載の白色発光デバイス。
３１．９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、項目２８〜３０のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３２．９５以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、項目３１に記載の白色発光デバイス。
３３．９５以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、項目２８〜３０のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３４．９０以上のＣＲＩ Ｒ１２を有する白色光を生成することを特徴とする、項目２８〜３３のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３５．約２５００Ｋ〜約６５００Ｋ、約２５００Ｋ〜約３０００Ｋ、及び約４０００Ｋ〜約６５００Ｋからなる群から選択される範囲内の色温度を有する白色光を生成することを特徴とする、項目２８〜３４のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３６．９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することを特徴とする、項目２８〜３５のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３７．励起光が、少なくとも２つの異なる波長の青色発光を含む、項目２８〜３６のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３８．固体励起源が、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第１の主波長を有する青色発光を生成するように動作可能な第１のＬＥＤと、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第２の主波長を有する異なる青色発光を生成するように動作可能な第２のＬＥＤと、を含む、項目２８〜３７のいずれかに記載の白色発光デバイス。
３９．第１及び第２の主波長とは異なる４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第３の主波長を有する青色発光を生成するための第３のＬＥＤを更に含む、項目３８に記載の発光デバイス。
４０．第１のＬＥＤが、約４４１ｎｍの主波長を有し、第２のＬＥＤが、約４５１ｎｍの主波長を有し、第３のＬＥＤが、約４６８ｎｍの主波長を有する、項目３９に記載の発光デバイス。
４１．青色固体励起源が、少なくとも２つの異なる波長の青色発光のうちのそれぞれ１つを、各々が生成する少なくとも２つの異なる量子井戸を有する活性領域を有するＬＥＤを含む、項目２７〜３６のいずれかに記載の白色発光デバイス。

Claims (28)

1. フルスペクトル白色発光デバイスであって、
   ４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第１のフォトルミネセンス材料と、６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第２のフォトルミネセンス材料と、
   ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長及び３０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、を含む、フルスペクトル白色発光デバイス。
2. 前記励起光が、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、３５ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ、及び４５ｎｍ〜５０ｎｍからなる群から選択される範囲内のＦＷＨＭを有する、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
3. ９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
4. ９５以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、請求項３に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
5. ９５以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
6. ９０以上のＣＲＩ Ｒ１２を有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
7. 前記発光デバイスが、約２５００Ｋ〜約６５００Ｋの範囲内の色温度を有する白色光を生成するように動作可能である、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
8. ９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
9. 前記励起光が、少なくとも２つの異なる波長の青色発光を含む、請求項１に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
10. 前記固体励起源が、
    ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第１の主波長を有する青色発光を生成するように動作可能な第１のＬＥＤと、
    ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第２の主波長を有する異なる青色発光を生成するように動作可能な第２のＬＥＤと、を含む、請求項９に記載のフルスペクトル白色発光デバイス。
11. 前記青色固体励起源が、前記少なくとも２つの異なる波長の青色発光のうちのそれぞれ１つを各々が生成する、少なくとも２つの異なる量子井戸を有する、活性領域を有する、ＬＥＤを含む、請求項９に記載の発光デバイス。
12. フルスペクトル白色発光デバイスであって、
    ４９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成するフォトルミネセンス材料と、
    ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように動作可能な広帯域青色固体励起源と、を含み、
    広帯域青色励起光が、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の少なくとも２つの異なる波長の青色発光を含む、発光デバイス。
13. 前記広帯域青色固体励起源が、少なくとも３０ｎｍ、３０ｎｍ〜５０ｎｍ、３５ｎｍ〜５０ｎｍ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ、及び４５ｎｍ〜５０ｎｍからなる群から選択されるＦＷＨＭを有する広帯域青色励起光を生成する、請求項１２に記載の発光デバイス。
14. 前記広帯域青色固体励起源が、
    ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第１の主波長を有する青色発光を生成するための第１のＬＥＤと、
    ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第２の主波長を有する異なる波長の青色発光を生成するための第２のＬＥＤと、を含む、請求項１２に記載の発光デバイス。
15. 前記第１の主波長が、４２０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内にあり、前記第２の主波長が、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にある、請求項１４に記載の発光デバイス。
16. 前記第１及び第２の主波長とは異なる４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の第３の主波長を有する青色発光を生成するための第３のＬＥＤを更に含む、請求項１４に記載の発光デバイス。
17. 前記第１のＬＥＤが、約４４１ｎｍの主波長を有し、第２のＬＥＤが、約４５１ｎｍの主波長を有し、前記第３のＬＥＤが、約４６８ｎｍの主波長を有する、請求項１６に記載の発光デバイス。
18. ９０以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１２に記載の発光デバイス。
19. ９５以上のＣＲＩ Ｒ１〜ＣＲＩ Ｒ１５を有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１２に記載の発光デバイス。
20. ９５以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１８又は請求項１９に記載の発光デバイス。
21. ８０以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１２に記載の発光デバイス。
22. ９０以上のＣＲＩ Ｒ１２を有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１２に記載の発光デバイス。
23. 前記発光デバイスが、約２５００Ｋ〜約６５００Ｋ、約２５００Ｋ〜約３０００Ｋ、及び約４０００Ｋ〜約６５００Ｋからなる群から選択される範囲内の色温度を有する白色光を生成するように動作可能である、請求項１２に記載の発光デバイス。
24. ９６以上のＩＥＣ ＴＭ−３０忠実度指数Ｒｆを有する白色光を生成することを特徴とする、請求項１２に記載の発光デバイス。
25. 少なくとも５ｎｍの前記少なくとも２つの青色発光間の波長差、又は少なくとも１０ｎｍの前記少なくとも２つの青色発光間の波長差がある、請求項１２に記載の発光デバイス。
26. 前記広帯域青色固体励起源が、前記少なくとも２つの異なる波長の青色発光のうちのそれぞれ１つを各々が生成する、少なくとも２つの異なる量子井戸を有する、活性領域を有する、ＬＥＤを含む、請求項１２に記載の発光デバイス。
27. 緑色〜黄色のフォトルミネセンス材料及び赤色のフォトルミネセンス材料が、前記広帯域青色固体励起源に対して遠隔に位置する、請求項１２に記載の発光デバイス。
28. 白色発光デバイスであって、
    ４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第１のフォトルミネセンス材料、及び６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する第２のフォトルミネセンス材料と、
    ４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の主波長及び３０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源と、含み、８０以上のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成することを特徴とする、白色発光デバイス。

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