JP6649956B2 - 半導体照明デバイス - Google Patents

Description

本発明は、照明光を放出するための半導体照明デバイスに関する。

ＬＥＤ系光源は、例えば、従来型の電球と比較してエネルギー効率の点で優位性を与えることができる。しかしながら、このような半導体照明デバイスでは、１つの課題は、例えば、優れた演色評価数を実現することにある。可能な限り、到達すべき基準は、いかなる場合にも５０００Ｋの色温度までの黒体としてのハロゲン光源である。したがって、例えば、９０以上の演色評価数（演色評価数≧９０）により表されるハロゲン光源に可能な限り近づくと考えられる高い「光質」を有する様々なテスト色について、ＬＥＤ系光源のスペクトルをハロゲン光源のスペクトルと比較する。

Hashimoto et al.、「A new method for specifying color-rendering properties of light sources based on feeling of contrast」、Color Research and Application, Issue no. 5, 2007

本発明の基礎となる技術的な課題は、特に優位性のある半導体照明デバイスを提供することである。

本発明によれば、この課題は、照明光を放出するための半導体照明デバイスであって、青色一次放射を放出するために構成されるＬＥＤと、動作中に一次放射により励起され、その結果照明光の少なくとも１つの成分を形成する二次光を放出するように配置され構成されるＬＥＤ蛍光体とを備え、ＬＥＤ蛍光体が、二次光の成分としての赤色光を放出するための赤色蛍光体および二次光の成分としての緑色光を放出するための緑色蛍光体を含み、この緑色光が、ＣＩＥ標準色度図において勾配ｍ_１とｙ切片ｎ_１とを有する第１の直線の上方に位置するカラー・ポイントを有し、勾配がｍ_１＝１．１８９でありｙ切片がｎ_１＝０．２２６であり、照明光の成分は、照明光が５５００Ｋ以下の色温度を有するような相互の比率である、半導体照明デバイスにより解決される。

好ましい実施形態を、デバイスの態様と使用または方法の態様との間を詳細には常に区別しない発明の説明とともに、従属請求項および開示全体に示しており、いずれにせよ、非明示的に、本開示を、すべてのクレーム・カテゴリに関すると理解されたい。

照明光としての白色光は、したがって、赤色光、緑色光および青色光の対応する混合からもたらされ、青色光は通常、青色蛍光体によりやはり放出することができるが、好ましくはＬＥＤにより放出される一次放射の青色光と同じである。ここで、本発明によれば、緑色蛍光体は、ＣＩＥ標準色度図（全体の開示において、ＣＩＥ標準色度図１９３１）における緑色光のカラー・ポイントが、直線ｙ＝１．１８９・ｘ＋０．２２６の上方に位置するように選ばれ、例示のため図３を参照されたい。簡単に言えば、緑色光のカラー・ポイントは、赤色までかなりの距離を有するはずであり、これが緑色成分と赤色成分との間の比較的はっきりとした最小値をもたらし、例示のため図１を参照されたい。

発明者らは、対応する照明光を用いる照明では、赤色および緑色の色合いが、より飽和し、これが多くの場合に快適であるように理解されることを見出した。幾分か比喩的であり単純化した説明的手法は、（問題とする照明光で照明される）多くの色素剤が「それ自体の」色の光の反射において比較的広帯域であり、これが結局は、実際の色のわずかに色あせた印象という結果をもたらすことがあることであり、照明光の赤色成分と緑色成分との間にある程度のギャップを作ることにより、広帯域反射の一部分が遮断され、対応する照明された（赤色または緑色の）色素剤が、より飽和しているように見える。しかし、この場合も、これは、必ずしも、黄色の色合いの悪い演色をもたらす必要がなく、その理由は、色刺激「黄色」を、赤色および緑色の追加の色混合物により人間の目に対して十分に良く設定できるためである。

照明デバイスにより放出される光全体のスペクトルにおいて、したがって、黄色、すなわち、例えば、５５０ｎｍと６００ｎｍとの間、好ましくは５６０ｎｍと５９０ｎｍとの間に最小値（一般に極小値）がある。ここで、「最小値」は、２つの最も近くに隣接する最大値（例えば、測定ノイズを考慮すべきではない）の各々よりも、少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％だけ小さい値を指す。

本概念、すなわち、既にもともと間隔を空けているカラー・ポイントを有する緑色蛍光体の選択に代わる発明者らの手法は、フィルタ処理することにより照明光スペクトルに対応するギャップを生成させてきているはずである。しかしながら、これは、発生する光の一部が使用されないままであるという理由で、効率の損失を意味するはずである。もともと適切なカラー・ポイントを有する現在好ましい緑色蛍光体（詳細には下記を参照のこと）の効率は、ガーネットなどの一般的な緑色蛍光体と比較して低いこともあり、これが直接比較で、一般的な緑色蛍光体の使用がより有利に見えるという理由である。しかし、フィルタ処理による「スペクトル仕上げ」は、効率におけるこの初期の優位性を使い尽くすはずである。これゆえ、本発明によれば、もともと適切なカラー・ポイントを有する緑色蛍光体を選択している。

「光」に対する言及は、可視スペクトル領域（３８０ｎｍから７８０ｎｍ）内に少なくとも１つの成分を有する放射に関し、「放射」は、電磁放射を指す。一般に、ＬＥＤにより放出される一次放射は、紫外に位置することもでき、青色蛍光体を励起することができる、しかしながら好ましくは、一次放射は、青色光である。言い換えると、一次放射に基づく照明光の（さらなる）成分としての青色光は、好ましくはこの放射に等しく、赤色光および緑色光に混合される。

二次光のまたは照明光の「成分」に言及する限り、これは、それぞれの光（二次光または照明光）のスペクトル部分領域内に強度を有し、したがってそれぞれの部分領域における（二次光または照明光の）スペクトル特性を少なくとも共に決定する光を意味する。成分は、通常重なるが、好ましくは、各成分についてこの成分だけが強度を有する領域がある。

照明光の色温度は、５５００Ｋ以下であり、特定された順番で５０００Ｋ、４５００Ｋまたは４０００Ｋ以下がさらに好ましい上限であることを含む。好ましい下限は、例えば、少なくとも２５００Ｋ、２６００Ｋまたは２７００Ｋであり、特定された順番でさらに好ましい。「白色」照明光のカラー・ポイントは、プランキアン曲線上に正確に位置することが必ずしも必要ではなく、ある程度のオフセットが好ましいことさえある（詳細には下記を参照のこと）。同じ色温度のカラー・ポイントは、そのときには、各ケースにおいて（色温度毎に）プランキアン曲線に対して斜めに延びるいわゆるジャッド直線上に位置する。

一般に、「ＬＥＤ」（発光ダイオード）は、収納したＬＥＤまたはＬＥＤチップのいずれであってもよい。赤色蛍光体および緑色蛍光体を、好ましくは混合して設け、特に好ましくはフィラー材中に一緒に両者を埋め込む、特に好ましくはＬＥＤチップを覆っているフィラー材中に一緒に両者を埋め込む。フィラー材を、例えば、シリコーン流し込み成形物として、例えば、流し込み成形により加えることができる。

好ましい実施形態では、ＣＩＥ標準色度図における照明光のカラー・ポイントは、上に向かってプランキアン曲線を制限する領域内にあり、プランキアン曲線から１５しきい値単位の距離まで下に向かって広がり、特定された順番で領域のさらに好ましい限度である１４、１３、１２、１１または１０しきい値単位を含む。しきい値単位（ＳＷＥ）を、ＳＷＥ＝（（ｕ’_２−ｕ’_１）^２・（ｖ’_２−ｖ’_１）^２）^１／２として、すなわち、ｃ_ｘ／ｃ_ｙ空間（ＣＩＥ標準色度系）からの変換から得られる規格化したｕ’（ｖ’）空間において定義する。領域の横方向の範囲に関して、上述の好ましい色温度を参照する。

好ましい構成では、ＣＩＥ標準色度図における緑色光のカラー・ポイントは、加えて、式ｙ＝−０．８３３・ｘ＋０．６９２の第２の直線の上方にある。例示のために、図３を再び参照する。一般に、「直線の上方に位置する」は、対応するカラー・ポイントのｙ値が対応する直線の方程式を使用してカラー・ポイントのｘ値から得られるｙ値以上であり、好ましくは大きいことを意味する。

好ましい実施形態では、ＣＩＥ標準色度図における緑色光のカラー・ポイントは、４つの（ｘ／ｙ）値対まで広がる四角形内にある、ここでは、（ｘ／ｙ）値対は、（０．３５２／０．６４５）、（０．２５／０．７３）、（０．１７／０．５５）および（０．２３／０．５）である。各ケースにおいて、最初にｘ値を次いでｙ値を値対毎に、すなわち括弧毎に示している。四角形の辺は、直線であり、値対は、角を規定する。値対の特定した順番は、角の反時計回りの順番に対応する。緑色光のカラー・ポイントは、この四角形内に位置するはずであり、これは一般に、測辺上であることをも意味するが、好ましくは測辺まである距離のところにある。

好ましい構成では、緑色光の主波長λ_Ｄｏｍは、少なくとも５１５ｎｍ、この順番で好ましさが大きくなる少なくとも５２０ｎｍ、５２５ｎｍ、５３０ｎｍまたは５３５ｎｍである。緑色光の主波長λ_Ｄｏｍは、好ましくは５５５ｎｍ以下に位置するはずである、ここでは、５５２．５ｎｍ以下がさらに好まれ、５５０ｎｍ以下が特に好ましい。緑色光の半値全幅は、好ましくは８５ｎｍ以下のところに位置するはずであり、８２．５ｎｍ以下がさらに好ましく、８０ｎｍ以下が特に好まれる。半値全幅の可能な下限は、例えば、少なくとも３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍまたは６０ｎｍのところに位置することがある。

一般に、「主波長λ_Ｄｏｍ」および「半値全幅」の仕様は、互いに独立して関心のあるものとすることもでき、この文書でやはり開示されるはずであり、同様に、上限および下限は、各ケースにおいて互いに独立して関心のあるものであり、この文書でやはり開示されるはずである。ＣＩＥ標準色度系における主波長λ_Ｄｏｍは、ホワイト・ポイントおよびそれぞれ検査した光のカラー・ポイントを通って延びる直線（カラー・ポイントおよびホワイト・ポイントは直線上に位置する）とのスペクトル・カラー線の交点である。

この開示の文脈では光の「カラー・ポイント」に言及する限り、これは、ＬＥＤ蛍光体中に存在する濃度で下にある蛍光体のカラー・ポイントを指す。示したカラー・ポイントは、好ましくは粉末上での測定に関係し、単一粒子を用いる測定には関係せず、図３および可能性のある相違に関する関係する説明を参照する。

好ましい構成では、ＣＩＥ標準色度系における赤色光のカラー・ポイントは、４つの（ｘ／ｙ）値対まで広がる四角形（真っすぐな端部を有する、やはり、緑色光に関する他の上述の情報を参照）内に位置する、ここでは、（ｘ／ｙ）値対は、（０．６８／０．３２５）、（０．６１／０．３９）、（０．６／０．３８）および（０．６７／０．３１５）である。類似的に当てはまる、緑色光のカラー・ポイントについての上述の情報を明確に参照する。

好ましい実施形態では、赤色光のピーク波長λ_ｐｅａｋは、少なくとも６３０ｎｍである、ここでは、少なくとも６３５ｎｍがさらに好ましく、６３８ｎｍが特に好ましい。赤色光のピーク波長λ_ｐｅａｋは、好ましくは６４５ｎｍ以下のところに位置するはずである、ここでは、６４３ｎｍ以下がさらに好ましく、６４１ｎｍ以下が特に好まれる。赤色光の半値全幅は、好ましくは１００ｎｍ以下に位置するはずであり、９５ｎｍ、９０ｎｍまたは８５ｎｍ以下が特定した順番でさらに好ましい上限であることを含む。可能な下限を、例えば、少なくとも３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍまたは７０ｎｍとすることができる。ここで、ピーク波長λ_ｐｅａｋおよび半値全幅は、一般に互いに独立してやはり関心のあるものであってもよく、これは、上限および下限についても当てはまる。

発明者らは、緑色と赤色との間の最小値をピーク波長の対応する制限により実現することができること、およびギャップが他方では大き過ぎるようにならないことを見出している。発明者は、（ギャップに起因する）この領域内で優れた彩度を見つけており、同時にギャップが単純に大き過ぎないという理由で演色は依然として優れている。

好ましい構成では、ＣＩＥ１３．２にしたがって計算した、照明光の演色評価数Ｒ_ａ（ＣＲＩ）は、少なくとも８０、８１、８２、８３ ８４または８５であり、この特定した順番で好ましさが大きくなり、可能な上限を、例えば、９５または９０以下とすることができる。

好ましい実施形態では、赤色光の主波長λ_Ｄｏｍは、少なくとも５９５ｎｍである、ここでは、少なくとも５９７．５ｎｍの主波長λ_Ｄｏｍがさらに好ましく、少なくとも６００ｎｍが特に好ましい。赤色光の主波長λ_Ｄｏｍは、好ましくは６２０ｎｍ以下のところに位置するはずである、ここでは６１９ｎｍ以下がさらに好ましく、６１８ｎｍ以下が特に好ましい。

好ましい構成では、緑色蛍光体は、オルトシリケート蛍光体、窒化物−オルトシリケート蛍光体、および／またはβ−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体のうちの少なくとも１つを含む（一般に、例えば、有機蛍光体、また量子ドットを緑色蛍光体として設けることができる）。好ましくは、緑色蛍光体は、上記のうちの１つだけを含み、特に好ましくは、もっぱら上記のうちの１つから構成される、すなわち、緑色蛍光体は、単一の蛍光体である（これが一般に好まれている）。一般に、緑色蛍光体は、また多数の単一蛍光体の混合物であってもよい。

緑色蛍光体（オルトシリケート蛍光体、窒化物−オルトシリケート蛍光体）を、例えば、ＡＥ_{２−ｘ−ａ}ＲＥ_ｘＥｕ _ａＳｉ_１−ｙＯ_４−ｘＮ_ｘ（ＡＥ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ；ＲＥ＝希土類元素）および／またはＡＥ_{２−ｘ−ａ}ＲＥ_ｘＥｕ _ａＳｉ_１−ｙＯ_{４−ｘ−２ｙ}Ｎ_ｘ（ＡＥ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ；ＲＥ＝希土類元素）の形のものとすることができる。

言い換えると、緑色蛍光体についての好ましい分子式を、ＡＥ_２−ｘＬ_ｘＳｉＯ_４−ｘＮ_ｘ：ＲＥおよび／またはＡＥ_２−ｘＬ_ｘＳｉ_１−ｙＯ_{４−ｘ−２ｙ}Ｎ_ｘ：ＲＥおよび／またはＡＥ_２ＳｉＯ_４：ＲＥとすることができる、ここでは、ＡＥがＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選択される１つまたは複数の元素を含有し、ＲＥが希土類金属から選択される１つまたは複数の元素、好ましくは少なくともＥｕを含有し、ＬがＲＥとは異なる希土類金属から選択される１つまたは複数の元素を含有し、０＜ｘ≦０．１、好ましくは０．００３≦ｘ≦０．０２、および０＜ｙ≦０．１、好ましくは０．００２≦ｙ≦０．０２である。特に好ましくは、蛍光体は、ＡＥとして少なくともＳｒおよびＢａを含有し、ＳｒとＢａの比率は：０．５＜Ｂａ：Ｓｒ≦２、さらに好ましくは０．７５≦Ｂａ：Ｓｒ≦１．２５である。

好ましい構成では、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３蛍光体および／またはいわゆる２２６−蛍光体を赤色蛍光体として設け、好ましいものは単一蛍光体として上記２つのうちの１つである。２２６−蛍光体は、ここではＳｒ（Ｓｒ_ａＣａ_１−ａ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６と同じ結晶構造を備える。２２６−蛍光体の空間群は、好ましくは単斜晶Ｐ２_１である。特に好ましくは、２２６−蛍光体の結晶構造は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３蛍光体の結晶構造の２倍の大きさの単位セルを含む。

赤色蛍光体としての２２６−蛍光体は、例えば、一般分子式Ｓｒ_ｘＣａ_１−ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕにより表される、ここでは０．８＜ｘ≦１であり、０．１％と５％との間の（両端を含む）割合で、Ｓｒ、Ｃａおよび／またはＳｒ／Ｃａ格子位置が、Ｅｕにより置き換えられ、ｘ線構造解析では、蛍光体は、斜方晶表記でミラー指数

で反射を示す。

始めのところで既に述べたように、好ましい構成においてＬＥＤにより放出される一次放射は、照明光の成分を形成する青色光である。青色光の一部は、照明光の成分であるが、ＬＥＤ蛍光体を励起するために別の部分を使用する。この動作モードを、部分変換とも呼び、ＬＥＤ蛍光体が、例えば、青色光で照射される、ここでは、実際には青色光の全体が変換されるのではない。一般に、「変換」は、この開示の文脈ではダウンコンバージョンを指し、したがって二次光の波は、一次放射と比較してより長い。

青色光の主波長λ_Ｄｏｍは、特定された順番で好ましさが大きくなり、例えば、少なくとも４３４ｎｍ、４３６ｎｍ、４３８ｎｍ、４４０ｎｍ、４４２ｎｍまたは４４４ｎｍのところに位置することができ；可能な上限は、（特定された順番で好ましさが大きくなり）例えば、４６６ｎｍ、４６４ｎｍ、４６２ｎｍ、４６０ｎｍ、４５８ｎｍまたは４５６ｎｍ以下のところにある。上限および下限は、再び、互いに独立して関心のあるものであり、この文書でやはり開示されるはずである。有利なことに、さらなるギャップを、照明光スペクトル内に、すなわち青色部分と緑色部分との間に実現することができる。その結果、彩度を、青色スペクトル領域においても大きくすることができ、緑色スペクトル領域における彩度を、さらに向上させることができる。

好ましくは、ＬＥＤは、ＩＩＩ−Ｖ半導体化合物材料に基づくＬＥＤである、ここでは窒化物半導体化合物材料が特に好ましく、例えば、Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＮであり、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１である。ここで、半導体積層体は、ドーパントおよび一般に、追加の構成要素を含むことができ、簡潔さのために、必須の構成要素だけを特定している。したがって、ＩｎＧａＮ−ＬＥＤが好ましい。

好ましい実施形態では、照明デバイスは、多数のＬＥＤ、例えば、少なくとも２個、５個、１０個、１５個または２０個のＬＥＤを含み、特定された順番で好ましさが大きくなり；可能な上限を、３００個、２００個または１００個以下のＬＥＤとすることができる。この多数のＬＥＤを一緒に収納する、したがって、（それ自体、それぞれ収納されていない）対応する多数のＬＥＤを、フィラー材を用いて一緒に収納する、好ましくは、一緒に流し込み成形する；シリコーンがフィラーまたは流し込み材として好ましい。好ましくは、フィラー材で作られた連続体は、ＬＥＤチップを覆うためのものである。ＬＥＤチップを、好ましくは、共通基板上に配置し、配線し；基板およびフィラー材は、そのときにはＬＥＤチップを一緒に封止する。

照明デバイスの好ましい構成は、照明光のＦＣＩ値に関係し、いわゆる目立ち指数（ＦＣＩ）は、一方では現在特に扱う彩度についての尺度であるが、他方では演色を考慮する、ここでは、ＦＣＩは、観察者の感覚を考慮している。さらなる詳細について、非特許文献１を参照する。

照明光の色温度が３０００Ｋ未満である場合には、ＦＣＩ値は、少なくとも１３０になるべきである。基本的に、ＦＣＩ値は、同じ蛍光体混合物のケースでもある程度の変動を受けることがあり、例えば、動作温度に依存することがあり（温度の上昇とともに低下する）、例示のために図４をも参照されたい。この図は、同じ色温度で（すなわち、共通ジャッド直線上に位置するカラー・ポイントに対して）さえも、わずかに異なるＦＣＩ値が結果として生じることがあることをさらに例示している。３０００Ｋ未満の色温度では、ＦＣＩは、好ましくは少なくとも１３０のところに位置すべきである。

色温度が上昇するにつれてＦＣＩ値が低下するので、少なくとも３０００Ｋの色温度では、ＦＣＩ値が直線ＦＣＩ＝ｍ_ＦＣＩ・Ｔ（ケルビンで）＋ｎ_ＦＣＩの上方に位置することが好ましい、ここでは、ｍ_ＦＣＩ＝−０．００６およびｎ_ＦＣＩ＝１４８である。３０００Ｋ未満の色温度では、ＦＣＩの可能な上限は、１５０以下のＦＣＩ値のところに位置することがある。少なくとも３０００Ｋの色温度では、ＦＣＩ値は、ｍ_ＦＣＩ＝−０．００６およびｎ_ＦＣＩ＝１６８である直線ＦＣＩ＝ｍ_ＦＣＩ・Ｔ＋ｎ_ＦＣＩの下方に位置することがある。

疑義のある場合には、現在のＦＣＩ仕様書は、１２０℃の蛍光体の動作温度で照明デバイスにおいて決定した値を参照するが、好ましくはこの値は、１６０℃以下の動作温度まで当てはまる。

本発明は、ここに開示した照明デバイスと、半導体照明デバイスが、例えば、間接的に間に挟まれた制御電子機器および／またはドライバ電子機器を介して電気的機能的に接続される口金とを備える照明装置にも関する。口金は、例えば、ピン口金、差し込み口金、チューブ口金、シェル口金、プラグ口金またはエジソンねじ口金（ねじ込み口金）であってもよく、好ましくは従来型の電灯ソケットと互換性があってもよい。

さらに、本発明は、ここに開示した照明デバイスまたはその照明装置、すなわち、汎用照明目的用、特にビルディングの照明用、特に室内照明用、特に売り場用、特に、例えば全小売店などの立ち寄り売り場の照明用などの照明装置の使用にも関係する（ここで、彩度の増加は、格別の利益をもたらすとともに、より高い関心を引くことができる）。好ましくは、商品のある売り場および商品の周りの立ち寄り売り場を、同時に同じ光源で照明する、ここでは、例えば、照明デバイスにより出力される光の少なくとも３０％、好ましくは少なくとも４０％の部分を、立ち寄り売り場の照明用に使用する。

本発明は、ここに開示した照明デバイスまたはその照明装置の使用にも関係する、ここでは、赤色光および緑色光から構成される二次光を、照明用にフィルタ処理せずに使用する。好ましくは、全体の照明光を、フィルタ処理せずに使用する。「フィルタ処理しない」使用は、恒久動作に関係し、したがって、例えば、少なくとも１０秒（ｓ）、３０秒（ｓ）、６０秒（ｓ）または著しく長い、例えば、少なくとも３０分（ｍｉｎ）または６０分（ｍｉｎ）にわたり行われる。その限りにおいて、「フィルタ処理しない」は、対応する時間にわたり発生する全二次光／照明光を、（不可避な散乱損失を除いて）照明用に使用することを意味する。

照明デバイスにより出力される光束を、例えば、少なくとも５００ｌｍ、１０００ｌｍ、１５００ｌｍ、２０００ｌｍまたは２５００ｌｍとすることができ（特定した順番で好ましさが大きくなる）、可能な上限を、例えば、１００００ｌｍ以下または５０００ｌｍ以下とすることができる。例えば、少なくとも５０Ｗ／ｌｍ、好ましくは少なくとも８０Ｗ／ｌｍ、特に好ましくは少なくとも１００Ｗ／ｌｍの効率を実現することができ、可能な上限を、例えば、２００Ｗ／ｌｍ以下または１５０Ｗ／ｌｍ以下とすることができる。これは、デバイス・カテゴリに関しても明示的に開示されている。

以降に、例示的な実施形態を使用して、発明を詳細に説明する、ここでは、個々の特徴は、従属請求項の範囲内の他の組み合わせで発明に関係するものあり、この文書において開示されるはずである。

本発明による照明デバイスの照明光のスペクトル特性の図である。 基準としてのハロゲン・ランプの光と比較して、図１による照明光の彩度を例示するための図である。 照明光の一部としての赤色光および緑色光のカラー・ポイントについての好ましい領域を有するＣＩＥ標準化色度系の図である。 異なる色温度の発明による照明デバイスのＦＣＩ値を例示するための図である。 プランキアン曲線に対する好ましいカラー・ポイントの位置の図である。 本発明による照明デバイスの模式断面図である。

図１は、本発明による照明デバイスの照明光のスペクトルを示している。ＩｎＧａＮ−ＬＥＤにより放出される青色光は、照明光の青色成分１を形成する。青色光の主波長λ_Ｄｏｍは、約４５０ｎｍのところに位置する。青色ＬＥＤ光の一部を、照明光の一部として照明のためにこのように直接使用し、他方で、青色光の別の部分を、ＬＥＤ蛍光体（詳細な構造に関して図５参照）を励起するために使用し、このＬＥＤ蛍光体は、この励起でより長い波の二次光を放出する。

青色光で励起されるＬＥＤ蛍光体は、赤色蛍光体および緑色蛍光体から構成され、蛍光体は、混合物で与えられる（詳細には図５参照）。（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３を、赤色蛍光体として設け、緑色蛍光体は、窒化物−オルトシリケートである。

緑色蛍光体により放出される緑色光は、青色ＬＥＤ光での励起で照明光の緑色成分２を形成し、赤色蛍光体により放出される赤色光は、青色ＬＥＤ光での励起で照明光の赤色成分３を形成する。図１によるスペクトル特性では、緑色成分２と赤色成分３との間の最小値は、可視、すなわち黄色である。同様に、青色成分１と緑色成分２との間に最小値がある。

図２に図示したように、ある意味で帯域へと分割された図１のこのスペクトル特性は、赤色および緑色のいずれの場合でも、部分的に青色の彩度を高めることもできる。この場合も、黄色の彩度は、実際に影響されず、おそらくある程度の赤色シフトが生じることがある。基準としてのハロゲン・ランプで実現することができる彩度と比較して、彩度を図２に示している。

図２は、軸ａ^＊およびｂ^＊を有するＣＩＥＬＡＢ図を示している。あるテスト色について原点までの距離が大きいほど、彩度が大きくなる。

大きい彩度を、図１のスペクトル特性を用いて実現することができる。したがって、例えば、緑色成分２と赤色成分３との間の最小値は、一般に比較的広帯域化されたものを反射する（テスト色の）色素剤が、簡単に言うと全幅まで照明されず、したがって全幅まで反射させないという結果をもたらし、これがテスト色の色あせを少なくさせる。

図３は、ＣＩＥ標準色度図（１９３１）を示し、図１のスペクトル特性の実現のために適した様々な赤色蛍光体および緑色蛍光体のカラー・ポイントの位置を図示している。緑色蛍光体として、オルトシリケート蛍光体、窒化物−オルトシリケート蛍光体、およびβ−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体を試験した、ここでは、各ケースにおいて蛍光体毎に、技術的に可能性のある変動を検討するために、相互にある程度のスペクトル・シフトを有する多数の点をシミュレーションした。すべてのカラー・ポイントは、図３に示されている矩形内にある。

さらに、２つのカラー・ポイントは、正確に同じ組成の蛍光体毎の結果である、すなわち測定法、すなわちカラー・ポイントが単一粒子上でまたは粉末上で測定されるかどうかに依存する。単一粒子上ではまたは著しく希薄な状態では、短い波形形状のスペクトル拡張が、粉末上で測定するときよりもさらに強烈であり、しかし、この測定は、ＬＥＤ内で（すなわち、ＬＥＤ蛍光体内で）そのときには関係するスペクトル特性をも表している。言い換えると、ＬＥＤ蛍光体中での振る舞いは、粉末中での振る舞いにほぼ対応する。

図３では、単一粒子測定のデータを、黒いドットにより特定する、これに対して、ＬＥＤ蛍光体についての妥当な濃度について決定したデータを、黒い境界のある白いドットで表している。

詳細には測定法とは無関係であってさえも、図３において緑色蛍光体についてプロットしたすべてのカラー・ポイントは、４つの（ｘ／ｙ）値対まで広がる四角形内に位置し、この（ｘ／ｙ）値対は、（０．３５２／０．６４５）、（０．２５／０．７３）、（０．１７／０．５５）および（０．２３／０．５）である。カラー・ポイントは、また、式ｙ＝１．１８９・ｘ＋０．２２６の第１の直線３１の上方であり、かつ同時に式ｙ＝−０．８３３・ｘ＋０．６９２の第２の直線３２の上方である。緑色蛍光体の主波長λ_Ｄｏｍは、５３５ｎｍと５５０ｎｍとの間にある、ここでは半値全幅はそれぞれ＜８０ｎｍである。

さらにまた、赤色蛍光体について、すなわち（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３蛍光体および２２６蛍光体についてのカラー・ポイントを、ＣＩＥ標準図に示している。粉末で測定することと単一粒子上で測定することとの間の相違は、ここではあまり明確ではない。適切な赤色カラー・ポイントは、すべて４つの（ｘ／ｙ）値対まで広がる四角形内にあり、この（ｘ／ｙ）値対は、（０．６８／０．３２５）、（０．６１／０．３９）、（０．６／０．３８）および（０．６７／０．３１５）である。適切な赤色蛍光体の主波長は、６００ｎｍと６１８ｎｍとの間である、ここでは半値全幅は８５ｎｍ未満である。

図４は、本発明による様々な照明デバイスに関する図においてそれぞれ決定したＦＣＩ値を示しており、この値は、彩度に関する尺度、また演色に関する尺度である（目立ち指数、ＦＣＩ、基準に関する概説参照）。２つのＦＣＩ値を、所定のＬＥＤ蛍光体、すなわち、ＬＥＤにより与えられる青色成分に対する赤色蛍光体および緑色蛍光体のある種の混合物を有する照明デバイス毎にプロットした。ここで、各々のケースで、１つの値は、２５°の（照明デバイスの）動作温度に対応し、他の値は、９０°の動作温度に対応する。結果を、シミュレーションにより決定した。

ここで、発明者らは、プランキアン曲線からそれぞれのカラー・ポイントまでの距離が異なる色温度毎に複数の照明デバイスをも試験した。色温度毎に、カラー・ポイントは、ジャッド直線上に位置する。それ自体のカラー・ポイント４１が異なる４つの照明デバイスを、そのような直線毎に、したがって色温度毎に試験した、ここでは、第１のカラー・ポイントが、（色温度毎の）各ケースにおいてプランキアン曲線の上方の３個のマックアダムス・ステップに位置し、第２のカラー・ポイント４２が、プランキアン曲線の下方の３個のマックアダムス・ステップに位置し、第３のカラー・ポイント４３が、６個のマックアダムス・ステップに位置し、第４のカラー・ポイント４４が、プランキアン曲線の下方の１０個のマックアダムス・ステップに位置する。したがって、ＦＣＩ値は、（同じ色温度では）プランキアン曲線の上方よりもこの曲線の下方で値が大きい。

参照符号ａ、ｂは、そのうえ、動作条件としての室温（２５℃）（ＲＴ）と恒久動作において生じる９０℃の高温（Ｄ）との間を区別する。例えば、４４ａと４４ｂとの比較は、したがって異なる温度での同じ照明デバイスに関し、ＦＣＩ値は、温度が上昇するにつれて減少する（これは、通常、発光波長が温度によりわずかに変化することがあり得る蛍光体の特性のためである）。

色温度が、３０００Ｋ未満（色温度＜３０００Ｋ）では、ＦＣＩ値は、すべて１３０より大きい（ＦＣＩ値＞１３０）。（少なくとも３０００Ｋ）より高い色温度では、ＦＣＩ値は、式ＦＣＩ＝−０．００６・Ｔ（Ｋ）＋１４８の直線４５の上方である。

図４によれば、ＦＣＩ値をこのような方法で大きくできるという理由で、所望の色温度を有するプランキアン曲線まである程度の距離のところに位置するカラー・ポイントが、プランキアン曲線上に位置するよりも好ましいことさえあることが明らかになる。

図５は、色空間を明確化のために示していないが、ＣＩＥ標準色度図に適している座標系におけるプランキアン曲線５１を示している。

第１の大きな領域５２をプランキアン曲線５１の下方に示し、この領域には、本発明による照明デバイスの照明光のカラー・ポイントが、好ましくは位置するはずである。特に好ましくは、カラー・ポイントは、第１の領域５２によって含まれるより狭い第２の領域５３内にあるはずである。

図６は、多数のＬＥＤ６２、すなわち、それ自体は収納されていないＬＥＤチップを備える本発明による照明デバイス６１を通る模式断面図を示している。多数のＬＥＤは、基板６３上に配置され、相互に接続され、ボンディングワイア６４を介して基板６３のリードフレーム・コネクタ（図示せず）に接続されている。

ＬＥＤチップを、照明デバイス６１内に一緒に収納する、すなわち、流し込み材６５、すなわちシリコーンで覆う。赤色蛍光体および緑色蛍光体の混合物を、シリコーン中に埋め込む。複数の蛍光体粒子を、流し込み材６５中に埋め込み、その中でランダムに分散させる。

光放射表面６６のところで各ケースにおいてＬＥＤ６２により放出される（一次放射としての）青色光は、蛍光体混合物を有する流し込み材６５に侵入し、このプロセス中に一部が変換される。照明デバイス６１の光放射表面６７のところでは、この励起でＬＥＤ蛍光体（混合物）により出力された変換光および青色ＬＥＤ光の変換されなかった部分の混合物を、照明光として出力する。

Claims (16)

1. 照明光（１、２、３）を放出するための半導体照明デバイス（６１）であって、
   青色の一次放射を放出するために構成される、ＬＥＤ（６２）と、
   動作中に前記一次放射により励起され、その結果照明光の少なくとも１つの成分を形成する二次光（２、３）を放出するように配置され構成される、ＬＥＤ蛍光体と
   を備え、
   前記ＬＥＤ蛍光体が、前記二次光の成分としての赤色光（３）を放出するための赤色蛍光体および前記二次光の成分としての緑色光（２）を放出するための緑色蛍光体を含み、前記緑色光（２）が、ＣＩＥ標準色度図において勾配ｍ_１とｙ切片ｎ_１とを有する第１の直線（３１）の上方に位置するカラー・ポイントを有し、前記勾配がｍ_１＝１．１８９であり前記ｙ切片がｎ_１＝０．２２６であり、
   前記ＬＥＤ（６２）により放出される前記一次放射は、前記照明光の成分を形成する青色光（１）であり、
   前記照明光（１、２、３）の前記成分は、前記照明光（１、２、３）が５５００Ｋ以下の色温度を有するような相互の比率であり、
   前記照明光（１、２、３）は、前記ＣＩＥ標準色度図において、プランキアン曲線を上に向かって制限する範囲内にあるカラー・ポイントを有し、かつ、少なくとも８０の演色評価数を有する、
   半導体照明デバイス（６１）。
2. 前記緑色光（２）が、前記ＣＩＥ標準色度図において、勾配ｍ_２とｙ切片ｎ_２とを有する第２の直線（３２）の上方に位置するカラー・ポイントを有し、前記勾配がｍ_２＝−０．８３３であり、前記ｙ切片がｎ_２＝０．６９２である、請求項１に記載の半導体照明デバイス（６１）。
3. 前記ＣＩＥ標準色度図における前記緑色光（２）の前記カラー・ポイントが、４つの（ｘ／ｙ）値対まで広がる四角形内に位置し、前記（ｘ／ｙ）値対が、（０．３５２／０．６４５）、（０．２５／０．７３）、（０．１７／０．５５）および（０．２３／０．５）である、請求項２に記載の半導体照明デバイス（６１）。
4. 前記緑色光（２）が、８５ｎｍ以下の半値全幅を有し、５１５ｎｍ以上５５５ｎｍ以下の主波長Λ_Ｄｏｍを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
5. 前記ＣＩＥ標準色度図における前記赤色光（３）の前記カラー・ポイントが、４つの（ｘ／ｙ）値対まで広がる四角形内に位置し、前記（ｘ／ｙ）値対が、（０．６８／０．３２５）、（０．６１／０．３９）、（０．６／０．３８）および（０．６７／０．３１５）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
6. 前記赤色光（３）が、１００ｎｍ以下の半値全幅を有し、６３０ｎｍ以上６４５ｎｍ以下のピーク波長Λ_ｐｅａｋを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
7. 前記緑色蛍光体が、オルトシリケート蛍光体、窒化物−オルトシリケート蛍光体、および／またはβ−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体を含み、好ましくは上記のうちの１つから構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
8. 青色の一次放射を放出するために構成された多数のＬＥＤ（６２）を備え、前記多数のＬＥＤ（６２）が、ＬＥＤチップとして前記半導体照明デバイス（６１）に各々取り付けられ、フィラー材（６５）とともに収納される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
9. 前記照明光は、前記色温度が３０００Ｋ未満である限り少なくとも１３０のＦＣＩ値を有し、少なくとも３０００Ｋの色温度では、色温度をｘ軸上にプロットする状態で、ｍ_ＦＣＩ＝−０．００６およびｎ_ＦＣＩ＝１４８であり、勾配ｍ_ＦＣＩとｙ切片ｎ_ＦＣＩとを有する直線ＦＣＩ＝ｍ_ＦＣＩ・Ｔ＋ｎ_ＦＣＩの上方に位置するＦＣＩ値を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
10. 前記赤色蛍光体および前記緑色蛍光体は、一緒にフィラー材中に埋め込まれている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
11. 前記緑色蛍光体は、下記一般式（Ａ）で表される組成を有する、および／または、下記一般式（Ｂ）で表される組成を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
    ＡＥ_{２−ｘ−ａ}ＲＥ_ｘＥｕ _ａＳｉ_１−ｙＯ_４−ｘＮ_ｘ （Ａ）
    ＡＥ_{２−ｘ−ａ}ＲＥ_ｘＥｕ _ａＳｉ_１−ｙＯ_{４−ｘ−２ｙ}Ｎ_ｘ （Ｂ）
    ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、および、Ｍｇから選択される少なくとも一種を含み、ＲＥは、希土類元素から選択される少なくとも一種を含む。
12. 前記赤色蛍光体は、下記一般式（Ｃ）で表される組成を有する、および／または、下記一般式（Ｄ）で表される組成を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
    （Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３ （Ｃ）
    Ｓｒ（Ｓｒ_ａＣａ_１−ａ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６ （Ｄ）
13. 前記一次放射である青色光（１）の一部は、前記赤色蛍光体および前記緑色蛍光体により、赤色光（３）および緑色光（２）に変換される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）と、前記半導体照明デバイス（６１）が電気的機能的に接続される口金とを備え、前記口金が、エジソンねじ口金、プラグ口金、シェル口金、チューブ口金、差し込み口金またはピン口金である、
    照明装置。
15. 汎用照明目的用の、特にビルディングの照明用の、特に室内照明用の、特に売り場の照明用の、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）または請求項１４に記載の照明装置の使用。
16. 前記二次光が、照明用にフィルタ処理しないで使用される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体照明デバイス（６１）または請求項１４に記載の照明装置の使用。

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