JP5662625B1 - リモート蛍光体及びピンクｌｅｄを用いた光源 - Google Patents
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Abstract
本発明は、光源１０と光変換層２０とを有する照明ユニットを提供する。光源１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１１０と、ＬＥＤ１１０の発光表面１１５と物理的に接触している第１の発光材料層１２０とを有する。第１の発光材料層１２０は、ＬＥＤ光１１１の少なくとも一部を、赤色成分をもつ光１３１に変換するように構成された第１の発光材料１３０を有する。光源１０は、青色成分と光１３１の赤色成分とを持つ光を生成するように構成される。光変換層２０は、光源１０から非ゼロの距離ｄにあり、光１１の少なくとも一部を光３１に変換するように構成された第２の発光材料３０を有する。照明ユニット１００は、白色の照明ユニット光１１１を供給するように構成される。
Description
本発明は、光源と光源から離れた光変換層とを有する照明ユニットに関する。
光源から離れた光変換層を具備する照明ユニットは、当該技術分野において既知である。国際公開第２０１０／１０６５０４号は、例えば、光源及び光透過性構造を有する照明デバイスについて述べている。光源は、光源光を生成するように構成され、ＬＥＤ光を生成するように構成された発光デバイス（ＬＥＤ）と第１の発光材料を有するキャリアとを有する。キャリアは、ＬＥＤと接触しており、第１の発光材料は、ＬＥＤ光の少なくとも一部を第１の発光材料光に変換するように構成されている。第２の発光材料の光透過性構造は、光源から離れて構成され、ＬＥＤ光の少なくとも一部、又は、第１の発光材料光の少なくとも一部及び／又はＬＥＤ光の少なくとも一部を変換するように構成されている。国際公開第２０１０／１０６５０４号は、スポット照明において、リモート発光材料系の制限を克服することを示している。さらに、国際公開第２０１０／１０６５０４号は、様々な（赤色−オレンジ色の）リモート発光材料と組み合わせたたった１つのタイプの白色（白っぽい色）の光源に基づいて、様々な相関色温度を可能とした光源を実現する方法について述べている。
ＬＥＤ光の少なくとも一部を変換する発光材料を具備するＬＥＤベースの照明ユニットの効率を増加させることが望まれている。従来技術のシステムは、準最適な効率を持ち、及び／又は、準最適な態様の発光材料を使用しているようである。従って、好ましくは、上記欠点の１又は複数を少なくとも部分的に取り除き、改善された効率を持つ代替的な照明ユニットを供給することが本発明の一態様である。
本発明は、第１の態様において、光源と光変換層とを有する照明ユニットであって、前記光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記発光ダイオードの発光表面と物理的に接触している第１の発光材料層とを有し、前記発光ダイオードは、ＬＥＤ光を生成し、前記第１の発光材料層は、前記ＬＥＤ光の少なくとも一部を、赤色成分を持つ発光材料光に変換する第１の発光材料を有し、前記光源は、青色成分と前記発光材料光の前記赤色成分（即ち、ピンク色光）とを持つ光源光を生成し、前記光変換層は、前記光源光の少なくとも一部を第２の発光材料光に変換する第２の発光材料を有し、前記光変換層は、前記光源から非ゼロの（幾何学的な）距離にあり、前記照明ユニットは、前記光源光の青色成分及び赤色成分と前記第２の発光材料光の補色成分とを持つ白色の照明ユニット光を供給する、照明ユニットを供給する。
驚くべきことに、上記照明ユニットは、他の発光材料の１又は複数が光源の出口表面上にある、又は、全ての発光材料が光源上にあるような他の構造よりも良好な変換効率を有するようである。また、発光材料は、他の構成よりも、光源光をより効率的な態様で変換するように付与され得る。
光源なる用語は、原則として、当該技術分野において既知の任意の光源に関するが、特に、ここでは、ＬＥＤとして示される、ＬＥＤベースの光源に関する。以下の説明は、理解のため、ＬＥＤベースの光源のみについて、述べている。光源は、ピンク色光、即ち、青色光（青色成分）と赤色光（赤色成分）との組み合わせを供給するように構成されている。このことは、幾つかの態様において、得られることが可能である。
好ましい実施形態では、発光ダイオードは、青色成分を具備するＬＥＤ光を生成するように構成されている。換言すれば、光源は、青色ＬＥＤを有する。この実施形態では、青色成分の少なくとも一部（又は、ある実施形態では、全ての青色成分）は、ＬＥＤによって供給される。
一般的に、この実施形態では、第１の発光材料層及び光変換層における発光材料は、青色光（の一部）を吸収し、その少なくとも一部を、少なくとも一部が青色の補色成分として用いられる他の色を持つ光に変換する。例えば、ＬＥＤは、青色光を供給する。その一部は、第１の発光材料によって吸収され、赤色光へ変換される。このようにして、光源は、ピンク色光を供給する。光変換層は、青色光の一部を、青色及び赤色の補色、例えば、例えば、緑色光及び／又は黄色光を持つ光へ変換することもできる。さらに、光変換層は、特に、光源光の一部、即ち、少なくとも青色光の一部及び赤色光の一部を透過するように構成される。このようにして、白色照明ユニットが得られる。
他の実施形態では、発光ダイオードは、ＵＶ成分を具備するＬＥＤ光を生成するように構成される。第１の発光材料は、ＬＥＤ光の少なくとも一部を、（赤色成分に加えて）青色成分（の少なくとも一部）を追加的に持つ発光材料光へ変換するように構成され得る。
一般的に、この実施形態では、第１の発光材料層における発光材料が、ＵＶ光を吸収し、その少なくとも一部を青色光へ変換する。また、第１の発光材料層は、赤色光を供給するように構成される発光材料を有する。当該赤色光は、ＬＥＤのＵＶ光による励起及び／又は青色光による励起によって、生成され得る。このようにして、光源は、ピンク色光を供給する。光変換層は、（もしあれば）残存しているＵＶ、及び／又は、青色光の一部を、青色及び赤色の補色を持つ光、例えば、緑色光及び／又は黄色光に変換することができる。さらに、光変換層は、光源光の一部、即ち、少なくとも青色光の一部及び赤色光の一部を透過するように構成される。このようにして、白色照明ユニットが、得られる。この実施形態では、第１の発光材料が、光源光を赤色光及び青色光に変換可能な１又は複数の材料を有し、これにより、ピンク色の光源光を供給する光源がもたらされる。青色成分として、例えば、よく知られている材料ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋が適用され、赤色成分として、ここで示される赤色発光材料が適用され得る。原則として、ある単一の発光材料（例えば、Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋共添加系）は、ＵＶ光を青色光及び赤色光に変換可能であるが、一般的に、２又はそれ以上の異なる発光材料も適用され得る。
好ましくは、光源は、動作中、２００ｎｍ乃至４９０ｎｍの範囲から選択される波長の光を少なくとも発する光源であり、特に、動作中、４００ｎｍ乃至４９０ｎｍの範囲から選択される波長の光を少なくとも発する光源であり、特に、４４０ｎｍ乃至４９０ｎｍの範囲、より好ましくは、４７０ｎｍ乃至４８５ｎｍの範囲から選択される。当該光は、発光材料によって部分的に使用され得る（以下参照）。特定の実施形態では、光源は、（ＬＥＤ又はレーザダイオードなどの）ソリッドステートＬＥＤ光源を有する。「光源」なる用語は、２〜２０の（ソリッドステート）ＬＥＤ光源などの複数の光源を示していてもよい。従って、ＬＥＤなる用語も、複数のＬＥＤを示していてもよい。
白色光なる用語は、ここでは、当該技術分野における当業者に既知である。白色光とは、特に、約２０００Ｋ〜約２００００Ｋ、とりわけ２７００Ｋ〜２００００Ｋの間の相関色温度（ＣＣＴ）を持つ光に関し、一般照明では、特に、約２７００Ｋ〜約６５００Ｋの範囲の光であり、バックライト目的では、特に、約７０００Ｋ〜約２００００Ｋの範囲の光であり、特に、ＢＢＬ（black body locus）から約１５ＳＤＣＭ（standard deviation of color matching）以内の光であり、特に、ＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ以内の光であり、さらには、ＢＢＬから約５ＳＤＣＭ以内の光である。
「紫色光」又は「紫色放射」なる用語は、特に、約３８０ｎｍ乃至約４４０ｎｍの範囲にある波長を持つ光に関する。「青色光」又は「青色放射」なる用語は、特に、約４４０ｎｍ乃至約４９０ｎｍの範囲にある波長（幾らか紫色及びシアン色の色相を含んでいる）を持つ光に関する。「緑色光」又は「緑色放射」なる用語は、特に、約４９０ｎｍ乃至約５３０ｎｍの範囲にある波長を持つ光に関する。「黄色光」又は「黄色放射」なる用語は、特に、約５３０ｎｍ乃至約５７０ｎｍの範囲にある波長を持つ光に関する。「オレンジ色光」又は「オレンジ色放射」なる用語は、特に、約５７０ｎｍ乃至約６００ｎｍの範囲にある波長を持つ光に関する。「赤色光」又は「赤色放射」なる用語は、特に、約６００ｎｍ乃至約７５０ｎｍの範囲にある波長を持つ光に関する。「ピンク色光」又は「ピンク色放射」なる用語は、青色成分及び赤色成分を持つ光に関する。「可視」、「可視光」、又は、「可視放射」なる用語は、約３８０ｎｍ乃至約７５０ｎｍの範囲にある波長を持つ光に関する。
特定の実施形態では、第２の発光材料光の補色成分は、黄色成分及び緑色成分からなるグループから選択される。従って、第２の発光材料は、青色（又はＵＶ）光の励起による黄色光を生成するように構成される材料であってもよいし、及び／又は、第２の発光材料は、青色（又はＵＶ）光の励起による緑色光を生成するように構成される材料であってもよい。緑色及び／又は黄色のための選択は、所望の色レンダリング（ＣＲＩ又はＲ８又はＲａ）に依存してもよい。
「発光材料」なる用語は、複数の異なる発光材料に関していてもよい。発光材料なる用語は、ここでは、特に、発光材料としてしばしば示される無機発光材料に関する。これらの用語は、当該技術分野における当業者に既知である。
更に他の実施形態では、第１の発光材料は、窒化発光材料を含む二価ユーロピウム、又は、窒酸化発光材料を含む二価ユーロピウムからなるグループから選択される１又は複数の発光材料を有する。
赤色発光材料は、ある実施形態において、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、及び、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕからなるグループから選択される１又は複数の材料を有していてもよい。これらの化合物では、ユーロピウム（Ｅｕ）は、実質的に二価、又は、二価のみであり、示される二価陽イオンの１又は複数と置き換わる。一般的に、Ｅｕは、陽イオンの１０％よりも大きい量では存在せず、置き換わる陽イオンに対して、特に、約０．５〜約１０％の範囲、特に、約０．５〜約５％の範囲にある。「：Ｅｕ」又は「：Ｅｕ２＋」なる用語は、金属イオンの一部が、Ｅｕ（これらの例では、Ｅｕ２＋）によって置き換わることを示す。例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕにおいて、２％のＥｕを想定した場合、正確な式は、（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２）ＡｌＳｉＮ３となる。二価ユーロピウムは、一般的に、上記二価アルカリ土類陽イオンなどの二価陽イオン、とりわけ、Ｃａ，Ｓｒ又はＢａと置き換わる。材料（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕは、ＭＳ：Ｅｕとしても示されることができ、ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及び、カルシウム（Ｃａ）からなるグループから選択される１又は複数の要素であり、Ｍは、この化合物において、カルシウム又はストロンチウム、あるいは、カルシウム及びストロンチウム、より具体的にはカルシウムを有する。ここで、Ｅｕは、導入されて、Ｍの少なくとも一部（即ち、Ｂａ，Ｓｒ及びＣａの１又は複数）と置き換わる。さらに、材料（Ｂａ５，Ｓｒ５，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕは、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕとしても示されることができ、ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及び、カルシウム（Ｃａ）からなるグループから選択される１又は複数の要素であり、Ｍは、この化合物において、Ｓｒ及び／又はＢａを有する。更に他の実施形態では、Ｍは、Ｓｒ及び／又はＢａを含み（Ｅｕの存在を考慮せず）、Ｂａ１．５Ｓｒ０．５Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなど（即ち、７５％のＢａ、２５％のＳｒ）、特に５０％〜１００％のＢａ、特に５０％〜９０％のＢａ、特に５０％〜０％のＳｒ、特に５０％〜１０％のＳｒである。ここで、Ｅｕは、導入されて、Ｍの少なくとも一部（即ち、Ｂａ，Ｓｒ及びＣａの１又は複数）と置き換わる。同様に、材料（Ｂａ５，Ｓｒ５，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕは、ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ５としても示されることができ、ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及び、カルシウム（Ｃａ）からなるグループから選択される１又は複数の要素であり、特に、Ｍは、この化合物において、カルシウム又はストロンチウム、あるいは、カルシウム及びストロンチウム、より具体的にはカルシウムを有する。ここで、Ｅｕは、導入されて、Ｍの少なくとも一部（即ち、Ｂａ，Ｓｒ及びＣａの１又は複数）と置き換わる。好ましくは、ある実施形態では、第１の発光材料は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、特にＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを有する。さらに、前の実施形態と組み合わされ得る他の実施形態では、第１の発光材料は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、特に（Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕを有する。「（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）」なる用語は、対応している陽イオンが、カルシウム、ストロンチウム、又は、バリウムによって占有され得ることを示す。また、かかる用語は、上記材料において、陽イオンの位置が、カルシウム、ストロンチウム、バリウムからなるグループから選択される陽イオンで占有され得ることを示す。このように、上記材料は、例えば、カルシウム及びストロンチウム、あるいは、ストロンチウムのみ、などを有していてもよい。
従って、ある実施形態では、第１の発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋を有し、ここで、Ｍは、Ｃａ，Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択され、より具体的には、Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択される。前の実施形態と組み合わせられ得る更に他の実施形態では、第１の発光材料は、ＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋を有し、ここで、Ｍは、Ｃａ，Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択され、より具体的には、Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択される。
光変換層に含まれる光源から離れている第２の発光材料に関し、第２の発光材料は、ガーネットを含む三価セリウム、及び、窒素酸化物（及び、オプションで、（酸）窒化物を含む二価ユーロピウム）を含む三価セリウムからなるグループから選択される１又は複数の発光材料を有する。
特に、第２の発光材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｓｃ，Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌ及びＧａからなるグループから選択される。好ましくは、Ｍは、Ｙ及びＬｕのうち１又は複数を少なくとも有し、Ａは、Ａｌを少なくとも有する。これらのタイプの材料は、所望の色レンダリングインデックス値において、最も高い効率を与え得る。特定の実施形態では、第２の発光材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋のタイプの少なくとも２つの発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｙ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌからなるグループから選択され、ＹとＬｕとの比（Ｙ：Ｌｕ）は、少なくとも２つの発光材料に対して異なる。例えば、それらの１つは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋などのように、純粋にＹに基づいていてもよく、（Ｙ０．５Ｌｕ０．５）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋などのように、Ｙ，Ｌｕベースの系であってもよい。
特に、Ｍ３Ａ５Ｏ１２を含むガーネットの実施形態では、Ｍは、イットリウム又はルテニウムを少なくとも有し、Ａは、アルミニウムを少なくとも有する。かかるガーネットは、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジミウム（Ｐｒ）、又は、セリウム及びプラセオジミウムの組み合わせでドープされてもよいが、とりわけ、Ｃｅでドープされる。特に、Ａは、アルミニウム（Ａｌ）を有するが、Ａは、ガリウム（Ｇａ）及び／又はスカンジウム（Ｓｃ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）を部分的に有していてもよく、特に、最大約２０％のＡｌ、より具体的には、最大約１０％のＡｌを有していてもよく（即ち、Ａイオンは、９０％以上のＡｌと１０％以下のＧａ，Ｓｃ及びＩｎのうちの１又は複数からなる）、Ａは、特に、最大約１０％のガリウムを有していてもよい。他の変形例では、Ａ及びＯは、Ｓｉ及びＮにより少なくとも部分的に置き換えられる。要素Ｍは、特に、イットリウム（Ｙ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ）及びルテニウム（Ｌｕ）からなるグループから選択されてもよい。さらに、Ｇｄ及び／又はＴｂは、特に、最大で約２０％の量のＭとして存在する。特定の実施形態では、ガーネット発光材料は、（Ｙ１−ｘＬｕｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅを有し、ｘは、０以上且つ１以下である。「：Ｃｅ」又は「：Ｃｅ３＋」なる用語は、発光材料中の金属イオンの一部（即ち、ガーネット中の「Ｍ」イオンの一部）が、Ｃｅによって置き換えられることを示す。例えば、（Ｙ１−ｘＬｕｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅを想定すると、Ｙ及び／又はＬｕの一部がＣｅによって置き換えられる。この表記法は、当該技術分野における当業者に既知である。Ｃｅは、一般的に、多くて１０％のＭと置き換わり、一般的に、Ｃｅ濃度は、（Ｍに対して）０．１％乃至４％の範囲にあり、特に、０．１％乃至２％の範囲にある。１％のＣｅ及び１０％のＹを想定すると、完全に正確な式は、（Ｙ０．１Ｌｕ０．８９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２となろう。ガーネット中のＣｅは、当該技術分野における当業者に既知であるように、実質的に三価、又は、三価のみである。
当該技術分野における当業者には明らかであるように、第１の発光材料の組み合わせも付与されてもよい。同様に、第２の発光材料の組み合わせも付与されてもよい。さらに、当該技術分野における当業者には明らかであるように、構成要素、活性剤濃度、粒子サイズなどのうち１又は複数に関する発光材料の最適化、又は、発光材料の組み合わせに関する最適化が、照明ユニットを最適化するために適用され得る。
特定の実施形態では、特に、高い効率及び良好な色レンダリングのため、
発光ダイオードは、青色成分を具備するＬＥＤ光を生成するように構成され、第１の発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋及びＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋の１又は複数を有し、ここで、Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択され、第２の発光材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋のタイプの少なくとも２つの発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｙ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌからなるグループから選択され（即ち、Ａｌである）、ＹとＬｕとの比（Ｙ：Ｌｕ）は、上記少なくとも２つの発光材料で異なる。
発光ダイオードは、青色成分を具備するＬＥＤ光を生成するように構成され、第１の発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋及びＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋の１又は複数を有し、ここで、Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択され、第２の発光材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋のタイプの少なくとも２つの発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｙ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌからなるグループから選択され（即ち、Ａｌである）、ＹとＬｕとの比（Ｙ：Ｌｕ）は、上記少なくとも２つの発光材料で異なる。
上述したように、光源（即ち、第１の発光材料層を含む）と光変換層との間には、非ゼロの距離がある。光源と光変換層との間の空間は、光源及び変換層からの光を実質的に吸収しない任意の材料で満たされることができる。充填材料の例としては、空気、真空、Ｎ２，Ｏ２及びアルゴンなどの気体、シリコーン、水、又は、他の液体がある。ある実施形態では、光源と光変換層との間の距離ｄは、５０μｍから２０ｍｍまでの範囲にある。特に、光源と光変換層との間の距離ｄは、発光表面の幅の少なくとも０．５倍である。一般的に、発光表面の具体例としてのＬＥＤダイは正方形である。正方形でない発光表面が付与される場合、有効幅が用いられてもよい。有効幅は、発光表面の面積の平方根として定義されることができる。上記距離が少なくとも２００μｍ、より好ましくは、少なくとも６００μｍなどのように、少なくとも５００μｍの場合に、特に良好な結果が得られた。
特に、光変換層は、光源光に対して、少なくとも部分的に光透過性を有する。これは、光透過層の透過率が、斯様であり、青色成分及び赤色成分の両方が少なくとも部分的に透過されることを示している。従って、光変換層の下流では、青色光が、光源から直接的に生じたように観察され、同様に、赤色光が、光源から直接的に生じたように観察され得る。照明ユニット光には、青色成分及び赤色成分がある。特に、赤色成分の光は、光変換層において、第２の放射を励起しない。ある実施形態では、変換層光は、照明ユニット光の青色成分の吸収からのみ生成される。
ある実施形態では、照明ユニットは、各々が、青色成分と発光材料光の赤色成分とを持つ光源光を生成するように構成された複数の光源を有する。従って、この実施形態では、全ての光源が、ピンク色光を生成する。
光源は、（ＴｉＯ２で被覆などされた）反射壁及び透過窓を具備するチャンバ内に構成されてもよい。ある実施形態では、上記窓は、光変換層である。更なる他の実施形態では、上記窓は、光変換層を有する。この層は、上記窓の上流又は上記窓の下流に配置されてもよい。更なる他の実施形態では、光変換層は、上記窓の両側に付与される。
「上流」及び「下流」なる用語は、光生成手段（ここでは、特に、第１の光源）からの光の伝搬に対する部品又は特徴の配置に関し、光生成手段からの光のビームの範囲内にある第１の位置に対して、光のビーム内にある光生成手段により近い第２の位置が「上流」であり、光のビーム内にある光生成手段から離れる方にある第３の位置が「下流」である。
ここで、「実質的に全ての放射」又は「実質的に構成する」などにおける「実質的に」なる用語は、当該技術分野における当業者によって理解されるであろう。「実質的に」なる用語は、「全体的に」、「完全に」、「全て」などの実施形態を含んでいてもよい。従って、実施形態において、「実質的に」の形容詞が除去され得る。適用可能な場合、「実質的に」なる用語は、９０％以上であり、９５％以上であり、特に９９％以上であり、より具体的には９９．５％以上であり、１００％を含むことを意味する。「有する」なる用語は、「有する」なる用語が「からなる」を意味する実施形態も含む。
さらに、本願明細書及び特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために用いられるのであって、順番又は時間順のために必要なものではない。用いられる用語は、適切な状況下で交換可能であり、ここで説明される本発明の実施形態は、説明又は図示された順序以外の他の順序で動作することができるであることが理解されるべきである。
ここでのデバイス又は装置は、とりわけ動作中である。当該技術分野における当業者に明らかであるように、本発明は、動作方法又は動作中のデバイスに限定されない。
上述の実施形態は、本発明を限定するというものでなく、当該技術分野における当業者は、添付の請求項の範囲を逸脱しない範囲で、多くの代替的な実施形態を設計することができるであろうことに留意すべきである。請求項において、括弧中の任意の参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載のもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の前にある不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、かかる要素が複数あることを除外しない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアにより、及び、適切にプログラムされたコンピュータにより実装されてもよい。幾つかの手段を列挙しているデバイスクレームにおいて、これらの手段の幾つかは、同一のハードウェア手段によって実現されてもよい。特定の特徴が相互に異なる従属項において言及されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものではない。
また、本発明は、本願明細書において説明される、及び／又は、添付の図面において示される特徴の１又は複数を有する装置又はデバイスに適用される。さらに、本発明は、本願明細書において説明される、及び／又は、添付の図面において示される特徴の１又は複数を有する方法又はプロセスに関する。
更なる利点を供給するために、本願において議論される様々な態様が組み合わせられ得る。さらに、特徴の幾つかは、１又は複数の分割出願の基礎を形成し得る。
本発明の実施形態が、対応している参照婦号が対応している部分を示す添付の概略図を参照して、単なる一例として、説明される。
図１ａ及び図１ｂは、照明ユニットの幾つかの実施形態を概略的に示している。
図２ａ〜図２ｄは、照明ユニットの幾つかの態様を概略的に示している。
図３ａ及び図３ｂは、照明ユニットの幾つかの例の放射スペクトルを示している。 図面は、縮尺通りである必要はない。
図１ａ及び図１ｂは、ここで説明される照明ユニット１００の実施形態を概略的に示している。照明ユニット１００は、光源１０と、光源１０から非ゼロの距離ｄに配置された光変換層２０とを有する。光源１０は、（この概略的に図示された実施形態では）発光ダイオード（ＬＥＤ）１１０と、発光ダイオード１１０（のＬＥＤダイ）の発光表面１１５と物理的に接触している、（第１の発光材料１３０を有する）第１の発光材料層１２０とを有する。
光源１０は、青色成分と赤色成分とを持つ光源光１１を生成するように構成される（図２ａ〜図２ｃについてのコメント参照）。
（リモート）光変換層２０は、光源光１１の少なくとも一部を第２の発光材料光３１に変換するように構成された第２の発光材料３０を有する。
特定の実施形態では、発光材料層と離れた、照明ユニットにおける全ての表面は、ＴｉＯ２粒子などの反射性被覆で被覆されている。
光源光１１及び第２の発光材料光３１は、協働して、特に白色である光変換層２０の下流に、照明ユニット光１１１を形成する。従って、照明ユニット１００は、ある実施形態では、青色成分と光源光１１の赤色成分とを持つとともに、第２の発光材料光３１の補色成分を持つ白色照明ユニット光１１１（以下参照）を供給するように構成されてもよい。第２の発光材料３０は、特に、光源光１１による励起に基づく緑色光及び／又は黄色光を生成するように構成された発光材料を有していてもよい。
図１ｂは、複数の光源１０が付与された実施形態を概略的に示しており、特に、各光源１０が、ピンク色の光源光１１を生成するように構成されている。
図１ａ及び図１ｂは、実施形態を概略的に示している。
照明ユニットが、光源１０を囲む、又は、（それらの）発光表面１１５を少なくとも囲むキャビティ５を有する。さらに、光変換層は、出口窓の一部であってもよく、又は、出口窓自体であってもよい。ここで、出口窓は、光変換層を有する。ある実施形態では、これは、光透過性のセラミック材料であってもよい。更なる他の実施形態では、発光材料は、例えば、出口窓の下流又は上流に配置され得るフォイルに囲まれる。上述したように、ある実施形態では、発光材料層と離れた、キャビティ５内の全ての表面は、ＴｉＯ２粒子などの反射性被覆で被覆されている。例えば、出口窓を除いて、キャビティの全ての表面は、反射性材料で被覆されていてもよい。図１ａ及び図１ｂにおいて、第１の発光材料層１２０は、光源の下流に構成されているが、光変換層２０の上流に構成され、光変換層２０は、第１の発光材料層の下流に構成されることに留意すべきである。
照明ユニットが、光源１０を囲む、又は、（それらの）発光表面１１５を少なくとも囲むキャビティ５を有する。さらに、光変換層は、出口窓の一部であってもよく、又は、出口窓自体であってもよい。ここで、出口窓は、光変換層を有する。ある実施形態では、これは、光透過性のセラミック材料であってもよい。更なる他の実施形態では、発光材料は、例えば、出口窓の下流又は上流に配置され得るフォイルに囲まれる。上述したように、ある実施形態では、発光材料層と離れた、キャビティ５内の全ての表面は、ＴｉＯ２粒子などの反射性被覆で被覆されている。例えば、出口窓を除いて、キャビティの全ての表面は、反射性材料で被覆されていてもよい。図１ａ及び図１ｂにおいて、第１の発光材料層１２０は、光源の下流に構成されているが、光変換層２０の上流に構成され、光変換層２０は、第１の発光材料層の下流に構成されることに留意すべきである。
図２ａ〜図２ｃは、光源１０をより詳細に概略的に示している。光源１０は、一般的に、発光表面又はダイ１１５（図２ａ）を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。発光表面１１５の上部には、第１の発光材料層１２０が配置されている。理解のために、図２ｂにおいて、この第１の発光材料層１２０は、離れて図示されている。このようにして、光線は、より良く見られることができる。発光ダイオード１１０は、ＬＥＤ光１１１を生成するように構成される。ＬＥＤ光１１１は、青色光及び／又はＵＶ光であってもよいが、特に、少なくとも青色光を有する。第１の発光材料層１２０は、ＬＥＤ光１１１の少なくとも一部を、赤色成分を持つ発光材料光１３１に変換するように構成された第１の発光材料１３０を有する。このようして、光源１０は、青色成分（一般的には、青色ＬＥＤ光）と発光材料光１１１の赤色成分とを持つ光源光１１を生成するように構成される。しかしながら、原則として、ＬＥＤ光は、ＵＶ光であってもよく、第１の発光材料層は、その少なくとも一部を青色光（青色成分）及び赤色光（赤色成分）に変換してもよい。図２ｃは、図１ａ及び図１ｂに概略的に示されるように（即ち、光出口表面１１５と第１の発光材料層１２０との間に物理的な接触を有して）、一体的な光源１０を概略的に示している。図２ｄは、幅（及び長さ）ｗを持つ発光表面１１５を具備する発光ダイオード１１０の上面図を概略的に示している。
特定の実施形態では、発光ダイオード１１０は、青色成分を具備するＬＥＤ光１１１を生成するように構成され、第１の発光材料１３０は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋及びＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋のうち１又は複数を有し、ここで、Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択され、第２の発光材料３０は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋のタイプの少なくとも２つの発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｙ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌからなるグループから選択され、ＹとＬｕとの比（Ｙ：Ｌｕ）は、当該少なくとも２つの発光材料で異なる。
例
多くの構成が調査された。以下の表では、色温度（ＣＣＴ）、変換効率（ＣＥ）、ルーメン相当（ＬＥ）、及び、色レンダリングインデックス（ＣＲＩ／Ｒａ）が、発光材料の異なる構成に対して示されている。これらのデータは、照明ユニット光１０１に関する。発光材料の相対量を変化させることにより、及び／又は、層の厚さを変化させることにより、異なる色温度が得られた。（最後の表を除いて（下記コメント参照））赤色蛍光体（発光材料）が、第１の発光材料層において常に含まれ、緑色蛍光体が、リモート光変換層において常に含まれている。光源１０に対するリモート光変換層の距離が、各表において示されている。
ピンク色ＬＥＤに対する距離 ６００μｍ
赤色蛍光体 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＮ３：Ｅｕ
緑色蛍光体 Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
多くの構成が調査された。以下の表では、色温度（ＣＣＴ）、変換効率（ＣＥ）、ルーメン相当（ＬＥ）、及び、色レンダリングインデックス（ＣＲＩ／Ｒａ）が、発光材料の異なる構成に対して示されている。これらのデータは、照明ユニット光１０１に関する。発光材料の相対量を変化させることにより、及び／又は、層の厚さを変化させることにより、異なる色温度が得られた。（最後の表を除いて（下記コメント参照））赤色蛍光体（発光材料）が、第１の発光材料層において常に含まれ、緑色蛍光体が、リモート光変換層において常に含まれている。光源１０に対するリモート光変換層の距離が、各表において示されている。
赤色蛍光体 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＮ３：Ｅｕ
緑色蛍光体 Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
上記４つの異なる色温度を具備するデバイスの放射スペクトル（即ち、照明ユニット光１０１の放射スペクトル）は、図３ａに示されている。
ピンク色ＬＥＤに対する距離 ６００μｍ
赤色蛍光体 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＮ３：Ｅｕ
緑色蛍光体Ｉ（７０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（３０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
ピンク色ＬＥＤに対する距離 ２００μｍ
赤色蛍光体 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＮ３：Ｅｕ
緑色蛍光体Ｉ（７０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（３０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
ピンク色ＬＥＤに対する距離 ６００μｍ
赤色蛍光体 ＢａＳｒＳｉ５Ｎ８：Ｅｕ（２％）
緑色蛍光体Ｉ（７０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（３０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
赤色蛍光体 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＮ３：Ｅｕ
緑色蛍光体Ｉ（７０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（３０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
赤色蛍光体 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＮ３：Ｅｕ
緑色蛍光体Ｉ（７０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（３０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
赤色蛍光体 ＢａＳｒＳｉ５Ｎ８：Ｅｕ（２％）
緑色蛍光体Ｉ（７０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（３０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
上記４つの異なる色温度を具備するデバイスの放射スペクトル（即ち、照明ユニット光１０１の放射スペクトル）は、図３ｂに示されている。
ピンク色ＬＥＤに対する距離 ６００μｍ
赤色蛍光体 Ｂａ０．８Ｓｒ１．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（４％）
緑色蛍光体Ｉ（５０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（５０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
ピンク色ＬＥＤに対する距離 ０μｍ
赤色蛍光体 Ｂａ０．８Ｓｒ１．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（４％）
緑色蛍光体Ｉ（５０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（５０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
赤色蛍光体 Ｂａ０．８Ｓｒ１．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（４％）
緑色蛍光体Ｉ（５０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（５０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
赤色蛍光体 Ｂａ０．８Ｓｒ１．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（４％）
緑色蛍光体Ｉ（５０体積％） Ｙ（２．９４）Ｃｅ０．００６Ａｌ５Ｏ１２
緑色蛍光体ＩＩ（５０体積％） Ｙ（２．９７）Ｃｅ０．００３Ａｌ５Ｏ１２
この最後の表では、光変換層は、第１の発光材料層と物理的に接触している。これから分かるように、効率は、上記の例よりも大幅に低い。
さらに、第１の発光材料と第２の発光材料との混合についても評価された。この場合、色レンダリングインデックスは、ゼロ距離の非混合の系よりも低く、非ゼロ距離の非混合の系よりも大幅に低い。特定の発光材料の組み合わせの選択では、色レンダリングインデックス値は、９０．７（５１０μｍ距離）、８８．４（０μｍ距離）、及び、８５．９（混合系）であった。
上記データから分かるように、緑色（又は緑色／黄色）発光材料のために非ゼロ距離を選択することは、発光材料が全てダイ上にある場合（最後の表の場合）、より良好な効率を与える。しかしながら、驚くべきことに、緑色発光材料がダイ上に配置されるとともに、赤色発光材料がリモートに配置された場合、以下の表（この表では、ＬＥＤ上のＹＡＧ：Ｃｅに基づいており、ＣａＡｌＮ３：Ｅｕがリモート配置されている。この例は、第１の表における例との比較であるが、発光材料の他の構成を具備している）のように、効率はより低く、及び／又は、色レンダリングはより低くなるようである。
これから分かるように、効率はより低く、色レンダリングインデックスは大幅に低い。さらに、かかる構成において用いられた発光材料は、効率に乏しいようである。
Claims (15)
- 光源と光変換層とを有する照明ユニットであって、
前記光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記発光ダイオードの発光表面と物理的に接触している第１の発光材料層とを有し、前記発光ダイオードは、ＬＥＤ光を生成し、前記第１の発光材料層は、前記ＬＥＤ光の少なくとも一部を、赤色成分を持つ発光材料光に変換する第１の発光材料を有し、前記光源は、青色成分と前記発光材料光の前記赤色成分とを持つ光源光を生成し、
前記光変換層は、前記光源光の少なくとも一部を第２の発光材料光に変換する第２の発光材料を有し、前記光変換層は、前記光源から非ゼロ距離にあり、前記第２の発光材料は、Ｍ ３ Ａ ５ Ｏ １２ ：Ｃｅ ３＋ のタイプの少なくとも２つの発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｙ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌからなるグループから選択され、ＹとＬｕとの比（Ｙ：Ｌｕ）は、前記少なくとも２つの発光材料で異なり、
前記照明ユニットは、前記光源光の青色成分及び赤色成分と前記第２の発光材料光の補色成分とを持つ白色の照明ユニット光を供給する、照明ユニット。 - 前記発光ダイオードは、青色成分を具備するＬＥＤ光を生成する、請求項１記載の照明ユニット。
- 前記発光ダイオードは、ＵＶ成分を具備するＬＥＤ光を生成し、前記第１の発光材料は、前記ＬＥＤ光の少なくとも一部を、青色成分を更に持つ発光材料光に変換する、請求項１又は２に記載の照明ユニット。
- 前記第２の発光材料光の前記補色成分は、黄色成分及び緑色成分からなるグループから選択される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 前記第１の発光材料は、窒化発光材料を含む二価ユーロピウム及び窒酸化発光材料を含む二価ユーロピウムからなるグループから選択される１又は複数の発光材料を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 前記第１の発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋を有し、ここで、Ｍは、Ｃａ，Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択される、請求項６記載の照明ユニット。
- 前記第１の発光材料は、ＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋を有し、ここで、Ｍは、Ｃａ，Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 前記第２の発光材料は、ガーネットを含む三価セリウム、窒素酸化物を含む三価セリウム、及び、二価ユーロピウム窒素酸化物からなるグループから選択される１又は複数の発光材料を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 前記第２の発光材料は、Ｍ３Ａ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋発光材料を有し、ここで、Ｍは、Ｓｃ，Ｙ，Ｔｂ，Ｇｄ及びＬｕからなるグループから選択され、Ａは、Ａｌ及びＧａからなるグループから選択される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- Ｍは、Ｙ及びＬｕのうち１又は複数を少なくとも有し、Ａは、Ａｌを少なくとも有する、請求項１０記載の照明ユニット。
- 前記発光ダイオードは、青色成分を具備するＬＥＤ光を生成し、前記第１の発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋及びＭＡｌＮ３：Ｅｕ２＋のうち１又は複数を有し、ここで、Ｍは、Ｓｒ及びＢａからなるグループから選択される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 前記光源と前記光変換層との間の距離は、５０μｍ乃至２０ｍｍの範囲にある、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 前記光源と前記光変換層との間の距離は、前記発光表面の幅の少なくとも０．５倍である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明ユニット。
- 各々が、青色成分と前記発光材料光の前記赤色成分とを持つ光源光を生成する複数の光源を有する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明ユニット。
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