JP5491867B2 - 照明デバイス、とりわけ発光セラミックを有する照明デバイス - Google Patents
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Description
− 一次光子からなる光を発するための能動層。この能動層は、通常、第1の種類のエネルギー、たとえば電流または電圧により供給されるエネルギーを、光エネルギーに変換する。この能動層の発光は、典型的には、対応の波長(たとえばそのスペクトルがピークを有する波長)によって特徴付けられることの多い、特徴スペクトルを有している。
− 能動層により発せられた一次光子を異なる波長に変換するための、第1および第2の変換層。これは、第1の変換層が、一次光子を、より長い第1の波長の光子に変換することを意味する。同様に、第2の変換層は、一次光子および/または上記の第1の波長の光子を、上記の変換後の波長よりも長い波長であって上記の第1の波長とは異なる、第2の波長の光子に変換する。ここで、これらの変換は、典型的には多くの波長を包含するスペクトルを生成するが、その場合、「第1の」および「第2の」波長とは、それらのスペクトルの特徴値(たとえばそれらのスペクトルのピークまたは重心)を指す点に留意されたい。さらに、当該照明デバイスは、かかる第1および第2の変換層を少なくとも1つ含むべきものであり、したがってオプションとして2つより多くの変換層を有していてもよい。
− CaS:Eu
− Ca-SiAlON:Eu = (Ca1-x-y-zSrxBayMgz)1-nAl1-a-c+bBaGacSi1-bN3-bOb:Eun、ただし 0 ≦ x, y, z ≦ 1 、x+y+z < 1、0 ≦ a ≦ 1、0 < b ≦1、0 ≦ c ≦ 1、a+c-b < 1、0 < n ≦ 1
− Ca-SiAlON:Ce = (Ca1-x-y-zSrxBayMgz)1-n Al1-a-c+b+nBaGacSi1-b-nN3-bOb:Cen、ただし 0 ≦ x, y, z ≦1、x+y+z < 1、0 ≦ a ≦ 1、0 < b ≦ 1、0 ≦ c ≦ 1、0 < n ≦ 1、a+c-b-n < 1
− BSSNE = EA2-zSi5-aAlaN8-bOb:Euz 、ただし 0 < a ≦ 4、0 < b ≦ 4、0 < z ≦ 0.2、かつEAはアルカリ土類金属群Ca、Sr、Baのうちの少なくとも1つ
− 波長λpの一次光子を発する能動層11。波長λpは、典型的には≦480nmである。この能動層11は1つの固有のブロックとして描かれているが、専用のサブ構造を含んでいてもよい。とりわけ、この能動層11は、隣接する(n,p)導体領域(図示せず)を伴って2つの電極間に挟まれた発光する半導体層を含む、青色発光LEDにより実現されてもよい。かかる青色LEDに使用可能な典型的な材料としては、たとえば、p−n接合を形成するためMOVPE処理により処理された、窒化インジウムガリウムアルミニウム層が挙げられる。所望の一次発光波長を生成するため、かかる材料系内におけるバンドギャップエネルギーが、組成により調整される(O.B. Shchekinほか、Appl. Phys. Lett. 89、071109(2006年)、「High performance thin-film flip-chip InGaN-GaN light emitting diodes(高性能薄膜フリップチップ型InGaN-GaN発光ダイオード)」)。
能動層11は、何らかのキャリア材料すなわち基板14(たとえば薄いシリコンウェハまたは熱伝導性セラミック)上に、積層されてもよい。上面の「発光表面」を除く能動層11のすべての表面は、一次光の損失を最低限に抑えるため、反射性コーティングを有していてもよい。
− 能動層11の発光表面を完全に覆い、能動層により発せられた波長λpの一次光子を、より長い波長λ1の光子に変換することのできる、第1の発光セラミック変換層12。しかしながら、一次光子λpの一部は、影響を受けずに第1の変換層12を通過することができる。図示の例における第1の変換層12は、幅Bが約1mmであるような正方形状をしている。この層12の材料例としては、YAG:Ceが挙げられる。
− 第1の変換層12の上面に積層されているが、第1の変換層12の表面の一部のみを覆う、第2の発光セラミック変換層13。第2の変換層13は、能動層11により発せられた波長λpの一次光子を、より長い波長λ2(典型的には赤色スペクトル範囲内の波長)の光子に変換する。λ2は通常λ1よりも長いので、第2の変換層13は、オプションとして、第1の変換層12により発せられた光子λ1をも、より長い波長λ2に変換することも可能である。
この第2の発光セラミック変換層13に適した1つの材料は、Ca-SiAlON:Euであり、これは入射光をほぼ完全に赤色光に変換する。第2の変換層13は、典型的には、第1の変換層12の表面積の約25%を覆い、第1および第2の変換層12および13の典型的な厚さは、約100μmである。
接触するすべての表面は、好ましくは、典型的な厚さが約5μmであり屈折率が1.3よりも大きい、シリコンのような透明な光学カップリング層を用いて貼り合わされる。
− 能動層:青色LED
− 第1の発光セラミック変換層:YAG:Ce
− 第2の発光セラミック変換層:表面の25%を覆うCa-SiAlON:Eu
− 動作電流:350mA
− 発光光束:39.2ルーメン
− CCT:3618K
− 演色評価数:Ra=84
− 黒体ラインからの距離[CIE1960色座標系]:Duv=0.009
− 色点[CIE1931]:x=0.4081、y=0.414
− ルーメン等価数:LE=306ルーメン/W
− YAG:Ce発光セラミックのみによって覆われた青色LEDを有するデバイス(2列目)
− YAG:Ce発光セラミックによって覆われた青色LEDを有し、さらにその面積の25%がCa-SiAlON:Eu発光セラミックを伴うデバイス(3列目)
− YAG:Ce発光セラミックによって覆われた青色LEDを有し、さらにその面積の50%がCa-SiAlON:Eu発光セラミックを伴うデバイス(最後の列)
Claims (10)
- 一次光子を発するための放射表面を有する能動層と、
前記能動層の前記放射表面に直接形成され、前記一次光子を、より長い第1の波長の光子に変換する第1の変換層と、
前記第1の変換層の出射表面に直接形成され、前記一次光子および/または前記第1の波長の光子を、前記第1の波長とは異なる第2の波長の光子に変換する第2の変換層と、
を備えた照明デバイスであって、
前記第2の変換層は、前記出射表面の外縁部を覆うことなく前記第1の変換層の前記出射表面を部分的に覆い、前記第1の変換層の前記出射表面の全外縁部は露出されており、
前記一次光子の一部が、前記第2の変換層を通過することなく当該照明デバイスから出射することが可能とされ、
前記第1の変換層が、発光セラミックを含んでいることを特徴とする照明デバイス。 - 前記第2の変換層が、発光セラミックを含んでいることを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- 前記第1の変換層および/または前記第2の変換層が、Y3Al5O12:Ce (YAG:Ce)、Ca-SiAlON:Eu、Ca-SiAlON:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、BaS:Eu、Ca2SiO4:Eu、Ba2SiO4:Eu、Sr2SiO4:Eu、Ca2Si5N8:Eu、Ba2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Eu、SrSi2O2N2:Euの物質からなる群であって、1つまたは複数の適切な置換因子との前記物質の固溶体、とりわけ(Y,Gd)3Al5O12:Ceまたは (Ca,Mg,Sr)(Al,B,Ga)SiN3:Euを含み、アイソステリックなサブユニットの置換(とりわけSiN+に対してAlO+)を含む群から、選択された材料を含んでいることを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- Euの含有率nが、0<n<0.002の範囲内にあることを特徴とする請求項3記載の照明デバイス。
- 前記能動層が、発光ダイオードを含んでいることを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- 実質的にすべての一次光子が、500nmよりも短い波長を有していることを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- 5000Kよりも低い相関色温度を持つ白色光の発光スペクトルを有することを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- 前記第1の変換層が、前記能動層の発光表面を完全に覆っていることを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- 前記第2の変換層が、前記第1の変換層および/または前記能動層の発光表面の一部であって、好ましくは10%から90%、最も好ましくは20%から30%である一部を覆っていることを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
- 前記第2の変換層の発光波長が、前記第1の変換層の発光波長よりも長いことを特徴とする請求項1記載の照明デバイス。
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