JP6745265B2 - 温度安定フラックスと飽和赤色ポイントを用いた蛍光変換ｌｅｄ - Google Patents

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Description

本発明は、赤色光を提供するように構成された照明デバイスに関する。本発明は、また、そうした照明デバイスを有する照明ユニットにも関する。さらに、本発明は、そうした照明デバイスにおける使用のための光コンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に関する。
赤色発光材料は、従来技術において知られている。赤色発光ＬＥＤ（発光ダイオード）も、また、従来技術において知られており、例えば、国際公開第２００６／１０６４６７号において説明されている。国際公開第２００６／１０６４６７号は、成長レイヤの上に形成された第１導電タイプの第１の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰエピタキシャルレイヤと、ＧａＡｓより大きい格子定数を有する成長レイヤと、第１の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰエピタキシャルレイヤの上にエピタキシャルに成長された活性レイヤと、活性レイヤ上に成長された第２導電タイプの第２のエピタキシャルレイヤ、を含む。ここでは、活性レイヤが、ＧａＡｓの格子定数よりも大きく、かつ、成長レイヤの格子定数に概ね等しい格子定数を有するように、活性レイヤは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＰのあらゆる組み合せを含む材料の一つまたはそれ以上のレイヤを有する。そして、ここでは、活性レイヤが可視光を発する。可視光は、特には、赤色光である。
上述のように、直接発光ＬＥＤ（ＡｌＩｎＧａＰ）は、赤色光を提供するために使用され得る。しかしながら、そうした直接発光ＬＥＤは、カラーポイント安定性（ｃｏｌｏｒ ｐｏｉｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）と光出力（ｌｕｍｅｎ ｏｕｔｐｕｔ）に関して温度挙動（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ）を有することが分かり、それは所定のアプリケーションにおいて決して望ましいものではない。一方で、青色光は、赤色発光材料と組み合わせて赤色光を生成するように使用され得る。しかしながら、これらの赤色発光材料も、また、温度の関数としての波長シフトを示すことが分かっている。赤色発光材料のそうした波長シフトは、再び、一般的に望ましいものではない。
従って、本発明の一つの態様は、代替的な照明デバイスを提供することである。望ましくは、さらに、上記の欠点のうち一つまたはそれ以上を少なくとも部分的に未然に防ぎ、かつ、実質的に温度に依存しない（つまり、ポンプ光源（以下を参照）の温度及び／又は赤色発光材料の温度から実質的に独立している）赤色の発光を提供し得るものである。代替的な照明ユニット（そうした照明デバイスを含むもの）を提供することも、また、本発明の一つの態様である。望ましくは、さらに、上記の欠点のうち一つまたはそれ以上を少なくとも部分的に未然に防ぐものである。なおも、代替的な光コンバータ（照明デバイスにおける使用のためのもの）を提供することも、また、本発明の一つの態様であり、望ましくは、さらに、上記の欠点のうち一つまたはそれ以上を少なくとも部分的に未然に防ぐものである。
従って、本発明の第１の態様においては、赤色照明デバイス光を提供するように構成された照明デバイスを提供する。本照明デバイスは、（ｉ）ピーク波長（λｌｓ）を有する第１光源光を提供するように構成された第１光源と、（ｉｉ）第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）を有する第１赤色発光材料光へと変換するように構成された第１赤色発光材料（ここにおいては「第１発光材料」または「第１蛍光体」としても示されるもの）であり、最大励起波長（λｘ１）を有する第１赤色発光材料と、（ｉｉｉ）第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）を有する第２赤色発光材料光へと変換するように構成された第２赤色発光材料（ここにおいては「第２発光材料」または「第２蛍光体」としても示されるもの）であり、第２最大励起波長（λｘ２）を有する第２赤色発光材料、を含む。第１赤色発光材料と第２赤色発光材料は、Ｅｕ２＋ベースのものであり、ここで、λｍ１＜λｍ２、λｘ１＜λｌｓ、かつ、λｘ２＞λｌｓである。第１赤色発光材料と第２赤色発光材料の組み合せは、ここにおいて「コンバータ（”ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”）」としても示されている（たとえ、実施例において、これらの発光材料がお互いに離れて構成され得るとしても）。
そうした照明デバイスを用いて、温度範囲２０−１２０℃における同一のカラーポイントに実質的に留まっている赤色光（「赤色照明デバイス光（”ｒｅａｄ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｌｉｇｈｔ”）」）が生成され得る。例えば、重心波長（ｃｅｎｔｒｏｉｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ、ＣＷ）
Figure 0006745265
 、及び/又は、カラーポイントは、２０℃における値の１０％より小さい値を伴って、この範囲にわたりシフトし得る。本発明を用いて、放射波長（特に重心波長として示されるもの）は、示された（２０−１２０℃の）温度範囲にわたり変化し得る。例えば、約２ｎｍを伴うものであり、一方、ＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤについて、これは約５ｎｍの範囲であろう。さらに、相対的な光束（ｌｕｍｉｎｏｕｓ ｆｌｕｘ）（つまり、（ルーメン（Ｌｍ）において、）温度Ｔにおけるフラックスを温度２５℃において放射されるフラックスで割り算したもの）に関する強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は、そうしたＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤについて、示された温度範囲にわたり約５０％の範囲で減少し得る。一方で、本発明を用いると、相対的フラックスは、実質的に同じに留まり得る。
従って、特に本発明は、２つ（またはそれ以上）の赤色光発光材料の組み合せを提供する。一方は、他方より短い最大放射波長を有しており、そして、両方は、光源放射に近い最大励起波長（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を有している。しかし、第１発光材料は、光源の最大放射よりも短い波長において最大励起を有しており、そして、第２発光材料は、光源の最大放射よりも長い波長において最大励起を有している。ここにおいて説明される最大（ｍａｘｉｍａ）は、ピーク波長に関連するものである。
第１光源は、特にはＬＥＤ光源を含んでいる。一般的に、ＬＥＤ光源だけが、単一の放射ピーク、つまりＬＥＤ放射の最大、を有している。さらに、二価のユーロピウム（ｄｉｖａｌｅｎｔ ｅｕｒｏｐｉｕｍ）ベースの発光材料は、実質的に広帯域のエミッタであり、本発明においては、スペクトルの赤色部分において少なくとも強度を有している。対応する励起帯域は、（（赤色における）これらの放射よりも）短い波長におけるものであり、そして、第１光源の最大放射に近い最大励起を有している。二価のユーロピウム材料の励起および放射の帯域は、ストークスシフト（Ｓｔｏｋｅｓ ｓｈｉｆｔ）を示す。これら（励起と放射）の帯域の最大ピークは、ここにおいて示された最大励起と最大放射である。
特に、放射スペクトルは、フォトン計数モード（例えば、光電子倍増管を使用）で測定され、または、フォトン計数モードへ変換される。測定デバイスのレスポンスに係る波長依存性に対する補正の後で、放射ピーク波長が決定され得る。それらの最大値において、発光材料の励起スペクトルが測定され得る。測定デバイスの励起パートに係る波長依存性に対する補正の後で、励起ピーク波長が決定され得る。これは、当業者にとって知られているものである。特徴的なピーク最大値（λｍ１、λｍ２、λｘ１、λｘ２、およびλｌｓ）は、特に、２０℃において決定される。これは、例えば、第１光源としてのＬＥＤ光源が、ピーク最大値の決定について、フルパワーでないことを暗に示しているだろう。
用語「第１赤色発光材料」と「第２赤色発光材料」は、それぞれ独立に、複数の異なる「第１赤色発光材料」及び／又は「第２赤色発光材料」を、それぞれに参照してもよい。違いは、ドーパント濃度、つまり、特にはＥｕ２＋濃度、の差異だけのせいであり得るが、追加的または代替的に、格子組成（ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）の差異のせいであってもよい。異なるＭカチオン（ｃａｔｉｏｎ）（以下も参照のこと）、及び／又は、異なるアニオン（ａｎｉｏｎｎ）といったものである。従来技術で知られるように、材料のクラスの中で、Ｅｕ２＋のようなドーパントの放射及び／又は励起は、カチオンとアニオンのタイプおよび量をコントロールすることによって調整され得る。しかしながら、各第１赤色発光材料および各第２赤色発光材料は、赤色発光材料に対してここにおいて示される条件に適応する必要がある。
二価ユーロピウムのドープ系（つまり、二価ユーロピウム（Ｅｕ２＋）ベースの発光材料）、特には（酸）窒化物（（ｏｘｙ）ｎｉｔｒｉｄｅ）が本発明のために非常に適しているようである。これらの発光材料は、温度の増加に伴い減少するピーク波長を有する傾向があるからである。２つの異なる二価ユーロピウムベースの発光材料を使用するとき、第１光源、特にはＬＥＤ光源の、（より長い波長への）波長シフトが補償され得る。驚くことに、この補償は、２０−１２０℃の温度範囲内の相対フラックスの観点では、ほとんど１００％であり得る。
赤色発光材料は、第１光源（の少なくとも一部）を吸収するように構成されている。従って、この光は、励起光（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ）として使用される。これは、特には、それぞれの励起曲線が第１光源の放射曲線と少なくとも部分的にオーバーラップすることを、暗に示しているだろう。特には、第１光源と赤色発光材料は、放射波長分布を有する光源、および、励起波長分布を有するそれぞれの励起スペクトルを提供するように選択される。ここで、後者２つのそれぞれは、放射波長分布と実質的にオーバーラップしている。第１光源光は、例えば、紫外線、青色、緑色、および黄色光のうち一つまたはそれ以上を含んでよい。特には、第１光源は、青色、緑色、および黄色光のうち一つまたはそれ以上を含んでよい。特定の実施例において、第１光源は、青色光を含んでいる。一つの実施例において、用語「第１光源」は、複数の光源を参照してよい。
そうした照明デバイスは、赤色光を提供するように特に構成されている。任意的に、照明デバイス光は、いくらかの残りの（つまり、変換されていない）光源光を含んでよい。照明デバイス光は、従って、第１赤色放射と第２赤色放射、および任意的に第１光源光から実質的に構成されている。赤色発光材料は、実施例においては、黄色及び／又はオレンジ色も、また、放射し得ることに留意する。赤色照明デバイス光の重心波長、少なくとも４７０−７００ｎｍの範囲内の波長におけるものは、しかしながら、可視スペクトルの赤色部分の中にある。実施例において、赤照明デバイス光に対する光源光の寄与、青色寄与（ｂｌｕｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）といったものは、ピーク高さ（第１及び／又は第２赤色発光材料放射に係るピーク高さの２０％より小さい第１光源放射ピーク高さといったもの）の観点において（実質的に）より小さいものであり得る。
条件λｍ１＜λｍ２は、例えば、λｍ２−λｍ１≧１０ｎｍであることを特に示している。λｍ２−λｍ１≧１５ｎｍといったものであり、λｍ２−λｍ１≧２０ｎｍのようなものである。特には、しかしながら、λｍ２−λｍ１≦６０ｎｍである。
条件λｘ１＞λｌｓは、例えば、特に、５ｎｍ≦λｌｓ−λｘ１≦２５ｎｍを示し得る。同様に、条件λｘ２＞λｌｓは、例えば、特に、５ｎｍ≦λｘ２−λｌｓ≦２５ｎｍを示し得る。そうした条件を用いて、光源の波長シフトは、発光材料の波長シフト、および、カラー変化、及び／又は、フラックス変化を補償する。温度の関数が、低い、または、実質的にゼロでさえあり得るからである。
特定の実施例において、λｌｓは４３０−４７０ｎｍの範囲から選択され、λｍ１は５９０−６３０ｎｍの範囲から選択され、そして、λｍ２は６１５−６６０ｎｍの範囲から選択される。これらの放射範囲がたとえオーバーラップするとしても、発光材料は、λｍ１＜λｍ２の条件に適応しなければならない。例えば、最大ピーク放射は、それぞれに６１０と６４０ｎｍであってよく、しかし、任意的に、それぞれに６２０と６４５ｎｍ、等であってもよい。従って、特定の実施例において、光源は、青色第１光源光を提供するように構成されている。より特別には、λｌｓは４３５−４６５ｎｍの範囲から選択され、λｍ１は５９０−６３０ｎｍの範囲から選択され、そして、λｍ２は、６２５−６６０ｎｍといった、６１５−６６０ｎｍの範囲から選択される。
特定の興味の発光材料は、無機の発光材料であり、硫化物、窒化物、および酸窒化物のクラスから、より特別にさえ（独立して）選択される。
関連の発光材料のクラスは、ＭＤ：Ｅｕクラス（ここにおいては、（Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ）（Ｓｅ、Ｓ）：Ｅｕクラスとしても示されている）を含む、アルカリ土類カルコゲニド（ａｌｋａｌｉｎｅ ｅａｒｔｈ ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）系のクラスである。Ｍは、特に、アルカリ土類エレメント（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）のグループから選択され、そして、Ｄは、特に、ＳとＳｅのグループから選択される。このクラスの中の材料は、立方岩塩（ｃｕｂｉｃ ｒｏｃｋ ｓａｌｔ）結晶構造を有している。このクラスの中のメンバーの例は、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＣａＳｅ：Ｅｕ、等である。
関連の発光材料のさらなるクラスは、Ｍ２Ｚ５Ｎ８：Ｅｕクラス（ここにおいては、ＳｒＳｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスとしても示されている）を含む、ニトリドケイ酸塩（ｎｉｔｒｉｄｏｓｉｌｉｃａｔｅ）系のクラスである。Ｍは、特に、アルカリ土類エレメント（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）のグループから選択され、少なくともＳｒとＺは、特に、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｎのグループ、特には少なくともＳｉ、から特に選択される。このクラスの中の材料は、斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）結晶構造を有している。このクラスの中のメンバーの例は、ＳｒＣａＳｉ５Ｎ８：Ｅｕである。
関連の発光材料の別のクラスは、ＭＧＢ３Ｎ４：Ｅｕクラス（ここにおいては、ＳｒＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスとしても示されている）を含む、ニトリドアルミン酸塩（ｎｉｔｒｉｄｏａｌｕｍｉｎａｔｅ）系のクラスである。Ｂは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃのグループ、特には少なくともＡｌ、から特に選択され、そして、Ｇは、アルカリエレメント（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、等といったもの）のグループ、特には少なくともＬｉ、から特に選択される。このクラスの中の材料は、三斜晶系カリウムリチウム鉛酸塩（ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ ｐａｔａｓｓｉｕｍ ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｌｕｍｂａｔｅ）型結晶構造、または、正方晶系ナトリウムリチウムケイ酸塩（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ ｓｏｄｉｕｍ ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ）型結晶構造を有している。このクラスの中のメンバーの例は、ＳｒＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕである。
さらにより特定的な実施例においては、特に良好な光学的結果を得ることができ、第１発光材料と第２発光材料は、Ｍ２Ｚ５Ｎ８：ＥｕクラスとＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスから構成されるグループから選択される。ここで、Ｍは、独立してＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、およびＢａから構成されるグループから選択される。特には、ＣａおよびＳｒのうち少なくとも一つまたはそれ以上、さらになお、より特別には、少なくともＳｒはそうである。
用語「クラス（”ｃｌａｓｓ”）」は、ここにおいて、特に、同一の結晶構造を有する材料のグループを参照している。例えば、上記のクラスのいくつかにおいて、Ａｌ−Ｏは、Ｓｉ−Ｎによって部分的に置き換えられてよい（もしくは、その反対）。従って、なおもさらなる実施例において、第１発光材料と第２発光材料は、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ５−ｘＡｌｘＯｘＮ８−ｘ：Ｅｕと（Ｃａ、Ｓｒ）ＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕから構成されるグループから選択される。ここで、ｘは、０−４の範囲であり、特には１に等しいか、それより小さい。（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ５−ｘＡｌｘＯｘＮ８−ｘ：Ｅｕおよび同様なシステムは、国際公開第２００６０７２９１８号／米国特許出願公開第２０１３０２４０９４３号においてとりわけ説明されているものであり、ここにおいて参照として包含されている。なおもより特定的な実施例において、第１発光材料は、（Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕを含み、そして、第２発光材料は、ＳｒＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕを含む。温度の関数としての発光挙動（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｓｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ）も、また、添付の図面において示されている（図２ａと２ｂ）。
ユーロピウムのドーパント濃度は、一般的に、（Ｍの）１０％以下である。少なくとも５％といったものであり、一般的に４％以下でさえある。さらに、一般的に、ユーロピウムのドーパント濃度は、０．０１％より大きく、少なくとも０．１５％といったものである。例えば、Ｃａ０．２Ｓｒ１．７８５Ｅｕ０．０１５Ｓｉ５Ｎ８（ここで、Ｅｕのドーパント濃度は０．７５％）を適用し、及び／又は、Ｓｒ０．９９７Ｅｕ０．００３ＬｉＡｌ３Ｎ４（ここで、ドーパント濃度は０．３％）を適用してよい。さらに、上記の発光材料はユーロピウム（Ｅｕ）を用いてドープされるように示されているという事実は、Ｅｕ、Ｃｅといった、共ドーパント（ｃｏ−ｄｏｐａｎｔ）の存在を排除するものではない。ここにおいて、ユーロピウムは、セリウム（ｃｅｒｉｕｍ）等を用いて共にドープされる（ｃｏ−ｄｏｐｅｄ）。共ドーピング（ｃｏｄｏｐｉｎｇ）は、従来技術において知られており、そして、ときどき、量子効率を強化し、及び／又は、放射スペクトルを調整するものとして知られている。また、ここにおいて示されるように、表記「（Ｓｒ、Ｃａ）」、および、他のエレメントを用いた同様な表記は、Ｍ位置（Ｍ−ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）がＳｒ及び／又はＣａカチオンで（または、それぞれに、他のエレメント）占められていることを示している。
発光材料は、紛体レイヤ（ｐｏｗｄｅｒ ｌａｙｅｒ）、フィルム、高分子プレート、セラミック本体を、独立して、または、一緒に含んでよい。発光材料は、一つの実施例において、独立して、または、一緒に、セラミック発光本体／ボディといった、自立したもの（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）であってよい。ここにおいて、用語セラミック本体は、（低い空隙率で）本体に対して圧縮されてきた多結晶材料を、特に参照するものである。
一つの実施例において、発光材料は、独立して、または、一緒に、マトリクス（ｍａｔｒｉｘ）、つまり、マトリクスまたは複数のマトリクスに含まれてよい。ここにおいて、一つまたはそれ以上の第１発光材料と第２発光材料がエンベッドされている。そうしたマトリクスは、無機マトリクス、または、有機マトリクス、もしくは、ハイブリッドマトリクスであってよい。シロキサン（ｓｉｌｏｘａｎｅ）マトリクスといったものである。用語「マトリクス（”ｍａｔｒｉｘ”）」も、また、複数のマトリクスを参照し得る。例えば、第１蛍光体が第１マトリクスの中にエンベッドされ、かつ、第２蛍光体が第２マトリクスの中にエンベッドされてよく、２つのマトリクスがコンバータを形成している。発光材料がマトリクスの中にエンベッドされるとき、発光材料は、特に、均一に分配され得る。このことは、また、デバイス光の最良な配光（ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）をもたらす。別の実施例において、コンバータは、一つまたはそれ以上のコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）を含むサポートを有しており、ここにおいて、一つまたはそれ以上のコーティングは、第１発光材料と第２発光材料のうち一つまたはそれ以上を含んでいる。任意的に、サポートは、上記のマトリクスを含んでよいことに留意する。コンバータの構成は、光源、及び／又は、赤色発光材料の温度効果（ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔ）に最良に対処し、かつ、利用するように選択され得る。
一つの実施例において、一つまたはそれ以上の発光材料は、第１半導体光源から非ゼロ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ）の距離において構成されている。このようにして、例えば、混合チャンバが作成され得る。従って、さらなる実施例において、一つまたはそれ以上の発光材料は、混合チャンバのウィンドウとして構成されており、ここにおいて、第１半導体光源は、混合チャンバの中に半導体光源を備えるように構成されており、かつ、ここにおいて、半導体光源および一つまたはそれ以上の発光材料は、発光材料から下流に照明デバイス光を提供するように構成されている。
発光材料のうち一方がセラミックとして備えられ、かつ、他方がマトリクスの中にエンベッドされているとき、良好な結果が獲得される。Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料が、特にＬＥＤダイの上に配置された、セラミック本体として備えられ、そして、ＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料が、セラミック本体の下流または上流のマトリクスの中にエンベッドされているときに、特に良好な結果が獲得され得る。従って、さらなる実施例において、第１赤色発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料（つまり、セラミック本体）を含み、かつ、第２赤色発光材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含んでいる。一つの実施例において、マトリクスは、セラミック材料の実質的な部分を取り囲んでいる。用語「光透過マトリクス（”ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ”）」は、別の材料についてマトリクスとして使用されるマトリクス材料を参照しており、そして、マトリクス材料（自体）は、少なくとも９０％といった、少なくとも８５％の、可視光について相対的に高い透過性を有している。透過または光透過性（ｌｉｇｈｔ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）は、材料に対する第１強度を伴う特定の波長において光を提供すること、および、材料を通した透過の後で測定された波長における光の強度を、材料に対する特定の波長において提供される光の第１強度に対して関連付けすることによって、決定され得る（ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、６９ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ、１０８８−１９８９のＥ−２０８とＥ−４０６も参照のこと）。マトリクス材料は、透過性有機材料から構成されるグループから選択された一つまたはそれ以上の材料を含んでよい。ＰＥ（ポリエチエン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリアクリル酸メチル（ＰＭＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（プレキシガラスまたはパースペックス）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、シリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、（ＰＥＴＧ）（グリコール修正ポリエチレンテレフタレート）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、およびＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）から構成されるグループから選択される、といったものである。しかしながら、別の実施例において、マトリクス材料は、無機材料を含んでよい。好ましい無機材料は、ガラス、（溶融）水晶、透過性セラミック材料から構成されるグループから選択される。無機および有機部分の両方を含む、ハイブリッド材料も、また、提供され得る。シリコーンといったものである。特に好ましいのは、ＰＭＭＡ、透明ＰＣ、シリコーン、または、マトリクス材料のための材料としてのガラスである。
なおもさらなる実施例において、本発明は、第１光源、特には半導体光源（ダイ）、を伴うサンドイッチ構造、および、発光材料を含んでいるマトリクスレイヤをサンドイッチしているセラミック本体、を提供する（後者は、従って、光源（ダイ）の上に直接的に提供されている）。特には、サンドイッチ構造を提供し、そこでは、エッジにおけるマトリクスレイヤが、反射性リム（ｒｉｍ）といった、エッジエレメントを用いて、さらに包み込まれ得る。反射性リムは、シリコーン、または、エポキシ、もしくは、ガラスコンパウンドにおいてサスペンドされた（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）チタニア（ｔｉｔａｎｉａ）、または、ジルコニア、もしくは、窒化ホウ素（ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）のような光散乱無機フィルタを含んでよい。従って、マトリクスレイヤは、光源（ダイ）、セラミック本体、およびエッジエレメントによって実質的に完全に包み込まれている。さらに特には、セラミック本体はＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含み、そして、マトリクスレイヤはＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含み、マトリクス材料は、例えば、シリコーン（接着剤）である。さらに、第１光源は、特に、半導体光源を含む。特には、（青色光を提供するように構成された）高出力半導体光源である。
なおもさらなる態様において、本発明は、また、照明ユニット光を提供するように構成された照明ユニットも提供する。照明ユニットは、ここにおいて定められた照明デバイスを一つまたはそれ以上含んでいる。照明ユニットは、赤色光を提供するように構成されてよく、または、照明ユニットは、（またも）他のタイプの光を提供するように構成されてもよい。後者の実施例において、照明ユニットは、また、ここにおいて定められるような照明デバイスに加えて、一つまたはそれ以上の他の光源も含み、または、任意的に、また、一つまたはそれ以上の他のコンバータも含む（第１発光材料および第２発光材料以外のもの）。
特定の実施例において、照明ユニットは、さらに、第２光源光を提供するように構成された第２光源、および、任意的に、第３光源光を提供するように構成された第３光源を含んでいる。ここで、第２光源と任意的な第３光源は、青色光、緑色光、黄色光、および紫外線のうち一つまたはそれ以上を提供するように構成されている。青色と緑色が提供されるであろうときは、ＲＧＢベースの照明ユニットが提供され得る。青色と黄色が提供されるであろうときは、ＲＹＢベースの照明ユニットが提供され得る。ＵＶ光源が提供されるであろうとき（もまた、）これは、一般的に、さらなる発光材料との組み合せにおけるものであろう。つまり、ＵＶ光源のＵＶ光によって特に励起され得るものである。代替的または追加的に、第２光源光と任意的な第３光源は、オレンジ色光と深紅色光（＞６６０ｎｍといったものであり、＞６５０ｎｍ）のうち一つまたはそれ以上のを提供するように構成されてよい。
従って、一つの実施例において、光源は、さらに、第１光源光（つまり、特には、第１および第２発光材料によって変換されていない第１光源光の残り）、第２光源光、および、任意的な第３光源光のうち一つまたはそれ以上の少なくとも一部を第３発光材料光へと変換するように構成されている第３発光材料を含む。
一般的には、しかし、特には、第２光源と任意的な第３光源および任意的な第３発光材料に関しても、これらの用語は、また、それぞれ独立して、複数の（異なる）第２光源、複数の（異なる）第３光源、および、複数の（異なる）第３発光材料を、それぞれに参照してもよいことに留意する。
なおもさらなる実施例において、照明ユニットは、さらに、第１光源光、第２光源光、および、任意的な第３光源光を独立してコントロールするように構成されたコントロールユニットを含む。このようにして、赤色光が提供され得るだけでなく、例えば、また、照明ユニットが白色光を提供するように構成されていることを仮定して、白色光といった、他の色もまた、提供され得る。フレーズ「白色光を提供するように構成されている」は、照明ユニットが白色光を提供することが可能であることを示し得るが、しかし、また、照明ユニットが、コントロール可能であり、かつ、他の光の色を提供することが可能な、実施例も含み得るものである。従って、一つの実施例において、照明ユニットは、白色照明ユニット光を提供するように構成されている。
なおもさらなる態様において、本発明は、また、コンバータエレメントも提供する。コンバータエレメントは、（ｉ）第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）を有する第１赤色発光材料光へと変換することができる、第１赤色発光材料、また、（ｉｉ）第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）を有する第２赤色発光材料光へと変換することができる、第２赤色発光材料、を含む。ここで、第１赤色発光材料と第２赤色発光材料は、Ｅｕ２＋ベースのものであり、かつ、ここでは、λｍ１＜λｍ２である。特には、上述のように、第１赤色発光材料光は最大励起波長（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）（λｘ１）を有し、そして、第２赤色発光材料光は第２最大励起波長（λｘ２）を有する。特には、λｘ１＜λｘ２である。さらに、特には、第１赤色発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料またはＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含み、そして、第２赤色発光材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含む。なおもより特には、第１赤色発光材料または第２赤色発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料またはＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料を含み、そして、第２赤色発光材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料またはＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含む。一つの特定の実施例においては、上記にも示されるように、第１赤色発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料（つまり、セラミック本体）を含み、そして、第２赤色発光材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含む。従って、特定の実施例において、光透過マトリクスは、ポリマーを含む。なおもより特には、光透過マトリクスは、シリコーンを含む。上記のＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの材料、及び／又は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの材料の代わりに、または、加えて、ＭＤ：Ｅｕクラス（上記も参照のこと）の材料といった、一つまたはそれ以上の他の赤色発光材料が適用されてよい。なおもより特定的な実施例において、ＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料は、第１光源の下流に構成された光透過マトリクスにおいて分散され、そして、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料の下流に構成されている。これは、第１光源とＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料との間に挟まれているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕレイヤを伴う、サンドイッチ構造を提供し得るものである。そうした構造は、中間レイヤの安定性を追加し得る。例えば、そうしたレイヤが、酸素、及び／又は、水（蒸気）に対して比較的に脆弱なときである。
そうしたコンバータは、例えば、第１赤色発光材料および第２赤色発光材料を含んでいる、マルチレイヤ、または、セラミック本体、または、セラミック本体のラミネート、もしくは、ポリマー（シリコーンといったもの）マトリクス、等を含んでよい。一つの実施例において、そうしたコンバータは、第１光源（ダイ）に対して配置され得る。しかしながら、コンバータは、また、第１光源（ダイ）から遠くに配置されてもよい。従って、発光材料（およびコンバータ）は、照明デバイスまたは照明ユニットの中に構成されるときに、放射的に結合される。用語「放射的に結合される（”ｒａｄｉａｔｉｏｎａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ”）」は、特には、光源と発光材料が、光源から発せられた放射の少なくとも一部が発光材料によって受け取られ（かつ、少なくとも部分的に発光へと変換される）ように、光源と発光材料がお互いに関連していることを意味している。
用語「上流（”ｕｐｓｔｒｅａｍ”）」と「下流（”ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ”）」は、光生成手段（ここでは特に第１光源）からの光の伝播に関するアイテムまたは機能の配置に関する。ここでは、光生成手段から光線の内側（ｗｉｔｈｉｎ ａ ｂｅａｍ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）の第１位置と比較して、光生成手段により近い光線における第２位置が「上流」であり、そして、光生成手段からより遠くの光線の内側の第３位置が「下流」である。
照明デバイスは、以下のシステムの一部であり、または、そこに適用され得るものである。例えば、オフィス照明システム、家庭アプリケーションシステム、ショップ照明システム、ホーム照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、シアター照明システム、光ファイバー照明システム、プロジェクションシステム、セルフリット（ｓｅｌｆ−ｌｉｔ）ディスプレイシステム、ピクセル化（ｐｉｘｅｌａｔｅｄ）ディスプレイシステム、セグメント化（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）ディスプレイシステム、警告サインシステム、医療照明アプリケーションシステム、標示サインシステム、装飾照明システム、ポータブルシステム、自動車アプリケーション、温室照明システム、園芸照明、または、ＬＣＤバックライト、である。
上述のように、照明ユニットは、ＬＣＤディスプレイ装置のバックライトユニットとして使用され得る。従って、本発明は、また、ここにおいて定められるように、バックライトユニットとして構成された、照明ユニットも含んでいる。本発明は、また、さらなる態様において、バックライトユニットを含んでいる液晶ディスプレイ装置も提供する。ここで、バックライトユニットは、ここにおいて定められるような一つまたはそれ以上の照明デバイスを含む。
望ましくは、光源は、オペレーションの最中に、２００−４９０ｎｍの範囲から選択された波長において少なくとも発光（光源光）する光源であり、特には、４００−４９０ｎｍの範囲から選択された波長において少なくとも発光する光源であって、さらにもっと特別には、４４０−４９０ｎｍの範囲におけるものである。この光は、波長コンバータナノ粒子（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）によって部分的に使用され得る（さらに以下も参照のこと）。従って、特定の実施例において、光源は、青色光を生成するように構成されている。
特定の実施例において、光源は、ＬＥＤ光源（ＬＥＤまたはレーザーダイオードといったもの）を含む。
用語「光源（”ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ”）」は、また、２−２０個の（半導体）ＬＥＤ光源といった、複数の光源にも関連し得る。従って、用語ＬＥＤは、また、複数のＬＥＤも参照し得るものである。
ここにおける用語である白色光は、当業者にとって知られたものである。それは、特に、約２０００と２００００Ｋとの間、特には２７００−２００００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）を有する光に関する。一般的な照明のためには、特に、約２７００Ｋと６５００Ｋの範囲におけるものであり、そして、バックライト目的のためには、特に、約７０００Ｋと２００００Ｋの範囲におけるものである。そして、特に、ＢＢＬ（黒体軌跡）から約１５ＳＤＣＭ（カラーマッチング標準偏差）以内であり、特には、ＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ以内であり、さらにもっと特別には、ＢＢＬから約５ＳＤＣＭ以内である。
用語「紫色光（”ｖｉｏｌｅｔ ｌｉｇｈｔ”）」または「紫色放射（”ｖｉｏｌｅｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、特に、約３８０−４４０ｎｍの範囲における波長を有する光に関する。用語「青色光（”ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ”）」または「青色放射（”ｂｌｕｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、特に、約４４０−４９０ｎｍの範囲における波長を有する光（いくらかの紫色とシアン色を含んでいる）に関する。用語「緑色光（”ｇｒｅｅｎ ｌｉｇｈｔ”）」または「緑色放射（”ｇｒｅｅｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、特に、約４９０−５６０ｎｍの範囲における波長を有する光に関する。用語「黄色光（”ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ”）」または「黄色放射（”ｙｅｌｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、特に、約５４０−５７０ｎｍの範囲における波長を有する光に関する。用語「オレンジ色光（”ｏｒａｎｇｅ ｌｉｇｈｔ”）」または「オレンジ色放射（”ｏｒａｎｇｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、特に、約５７０−６００ｎｍの範囲における波長を有する光に関する。用語「赤色光（”ｒｅｄ ｌｉｇｈｔ”）」または「赤色光放射（”ｒｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、特に、約６００−７５０ｎｍの範囲における波長を有する光に関する。用語「ピンク色光（”ｐｉｎｋ ｌｉｇｈｔ”）」または「ピンク色放射（”ｐｉｎｋ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、青色および赤色成分を有する光を参照する。用語「可視（”ｖｉｓｉｂｌｅ”）」、「可視光（”ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ”）」、または「可視放射（”ｖｉｓｉｂｌｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”）」は、約３８０−７５０ｎｍの範囲における波長を有する光を参照する。
ここにおける用語「実質的に（”ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ”）」、「実質的に大丈夫」または「実質的に含む」といったものは、当業者によって理解される。用語「実質的に」は、また、「全く（”ｅｎｔｉｒｅｌｙ”）」、「完全に（”ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ”）」、「全て（”ａｌｌ”）」、等を用いる実施例も含み得る。従って、実施例において、形容詞の実質的は、また、取り除かれてもよい。適用可能なときに、用語「実質的に」は、また、９０％又はそれ以上、に関する。９５％又はそれ以上、といったものであり、特には、９５％又はそれ以上、さらにもっと特別には、９９．５％又はそれ以上、であり、１００％を含んでいる。用語「含む（”ｃｏｍｐｒｉｓｅ”）」は、また、「含む」が「からなる（”ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ”）」を意味する実施例も含む。用語「及び／又は（”ａｎｄ／ｏｒ”）」は、特に、「及び／又は」前と後に言及されている一つまたはそれ以上のアイテムに関する。例えば、フレーズ「アイテム１及び／又はアイテム２」および同様なフレーズは、アイテム１とアイテム２のうち一つまたはそれ以上に関し得るものである。用語「含んでいる（”ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」は、一つの実施例において、「からなる」を参照してよいが、別の実施例においては、また、「少なくとも定められた種（ｓｐｅｃｉｅｓ）、および、任意的に一つまたはそれ以上の他の種を含んでいる」を参照してもよい。
さらに、明細書および請求項における用語 第１、第２、第３、および同様のものは、類似のエレメントを区別するための使用されるものであり、かつ、必ずしも連続的または時系列的な順序を記述するためのものではない。そのように使用される用語は、適切な事情の下で交換可能であり、そして、ここにおいて説明される本発明の実施例は、ここにおいて記述され、または、図示された以外のシーケンスにおいてオペレーション可能であることが理解されるべきである。
ここにおけるデバイスは、数ある中でも、オペレーションの最中が記述されている。当業者にとっては明らかなように、本発明は、オペレーションの方法、または、オペレーション中のデバイスに限定されるものではない。
上述の実施例は、本発明を限定するより、むしろ、説明するものであること、そして、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施例をデザインすることができることが留意されるべきである。請求項において、括弧の間に置かれたあらゆる参照番号も、特許請求の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。動詞「含む（”ｃｏｍｐｒｉｓｅ”）」及びその語形変化の使用は、請求項において挙げられたもの以外のエレメントまたはステップの存在を排除するものではない。エレメントに先立つ冠詞「一つの（”ａ”または”ａｎ”）」は、複数のそうしたエレメントの存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個のエレメントを含むハードウェア手段によって、および、好適にプログラムされたコンピューターによって実行され得る。いくつかの手段を列挙しているあらゆるデバイスの請求項において、これらの手段のいくつかは、一つの、そして同一のハードウェアのアイテムによって実施され得る。相互に異なる従属請求項において、特定の手段が引用されているという事実だけでは、これらの手段の組み合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。
本発明は、さらに、明細書において説明された、及び／又は、添付の図面において示された、一つまたはそれ以上の特徴的な機能を含んでいるデバイスに対して適用される。本発明は、さらに、明細書において説明された、及び／又は、添付の図面において示された、一つまたはそれ以上の特徴的な機能含んでいる方法またはプロセスに関連する。
この特許において説明された様々な態様は、追加的な利点を提供するために組み合わされ得る。さらに、いくつかの機能は、一つまたはそれ以上の分割申請のための基礎を形成し得るものである。
これから、添付の模式的な図面を参照して、単に例示として、本発明の実施例が説明される。そこにおいて、対応する参照記号は、対応するパーツを示している。
図１ａは、本発明のいくつかの態様を模式的に示している。これらの模式的な図面は、必ずしも縮尺どおりのものではない。 図１ｂは、本発明のいくつかの態様を模式的に示している。これらの模式的な図面は、必ずしも縮尺どおりのものではない。 図１ｃは、本発明のいくつかの態様を模式的に示している。これらの模式的な図面は、必ずしも縮尺どおりのものではない。 図２ａは、ここにおいて定められる蛍光体の組み合せの中で温度とのフラックス安定性を示している。ｘ軸は、摂氏（℃）でのソケット温度、ｙ軸は、ルーメン（Ｌｍ）での相対フラックス（Ｆ）である。第１赤色発光材料（ａ）、第２発光材料（ｂ）、２つの発光材料の組み合せ（ａ＋ｂ）、および、赤色ＡｌＩｎＧａＰのＬＥＤ（ｃ）についてのものである。 図２ｂは、温度に伴う重心波長シフトを示している。ｘ軸は、摂氏（℃）でのソケット温度、ｙ軸は、赤色ＬＥＤ（ｃ）および同一の発光材料の組み合せ（ａ＋ｂ）に対する重心波長（ｎｍ）である。 図２ｃは、異なる温度における赤色蛍光体（ａ／ｂ）の吸収（実際に、ここでは、実質的に励起（ｙ軸上の任意の単位）と同一）と青色ＬＥＤの青色発光シフト挙動を、図において示している。発光は、１に対して正規化されている（任意の単位における強度）。ｘ軸は、波長（ｎｍ）を示している。 図２ｄは、ＣＩＥ１９７６色度チャートにおいて、飽和したカラーポイントの温度によるカラーポイントシフトを示している。ダイヤモンド形は第１発光材料（ａ）、三角形は第２発光材料（ｂ）、そして、正方形は発光材料の組み合せ（ａ＋ｂ）を示している。 図２ｅは、赤色発光材料の励起と発光スペクトルを示しており、そのデート（ｄａｔｅ）が、また、図２ａ−２ｄにおいても表示されている。 図２ｆは、３０、６０、８５、および１２０℃における、発光材料の同一の組み合せの発光スペクトルを示している。
図１ａは、本発明に係る照明デバイス１００の限定的でない数多くの実施例を模式的に示している。各照明デバイス１００は、赤色照明デバイス光１０１を提供するように構成されている。照明デバイス１００は、ピーク波長λｌｓを有する第１光源光１１１を提供するように構成されている第１光源１、ここでは例として半導体光源（ＬＥＤ）、を含んでいる。さらに、各照明デバイス１００は、第１光源光１１１の少なくとも一部分を吸収し、かつ、第１赤色放射ピーク波長λｍ１を有する第１赤色発光材料光２２１へと変換するように構成されている第１赤色発光材料２１を含んでいる。第１赤色発光材料２１は、最大励起波長λｘ１を有している。同様に、第１光源光１１１の少なくとも一部分を吸収し、かつ、第２赤色放射ピーク波長λｍ２を有する第２赤色発光材料光２２１へと変換するように構成されている第２赤色発光材料２２を含んでおり、第２赤色発光材料２２は、第２最大励起波長λｘ２を有している。照明デバイス１００から抜け出る光は、参照番号１０１で示されているが、このように、第１赤色発光材料光２２１と第２赤色発光材料光２２１を含んでいる。任意的に、照明デバイス光１０１は、また、光源光１１１も含んでよい。参照番号１１０は、ＬＥＤダイ（ＬＥＤ ｄｉｅ）（つまり、ＬＥＤの光放射面）を示している。
照明デバイスの６つの実施例は示されている。実施例Ｉにおいては、コンバータ、参照番号２０で示されているものが、両方の発光材料２１、２２を含んでいる。コンバータは、例えば、両方の発光材料２１、２２を含んでいる光透過マトリクスを含んでよい。実施例ＩＩにおいては、第１発光材料２１と第２発光材料が、ドームまたはレンズのような透明マトリクス、例えばシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）製、の中にエンベッドされている。実施例ＩとＩＩの両方においては、発光材料と光源１、特にはＬＥＤダイ１１０、との間には実質的に距離が存在しない。参照番号３０は、ＰＣＢ（プリント回路基板）といった、サポートを示している。
実施例ＩＩＩにおいては、２つのレイヤが備えられる。複数のコーティングとセラミック本体、または、複数の高分子マトリクス、もしくは、一つのコーティングとセラミック本体、または、一つの高分子マトリクス、等といったものである。ここでは、例として、第２発光材料２２は、光源１から（より多く）離れており、一方で、第１発光材料２１は、第１光源１の光放射面、ここではＬＥＤダイ１１０、と直接的に接触してよい。実施例ＩＶにおいては、実施例ＩＩＩと実質的に同一なコンフィグレーションが示されている。しかしながら、今や、第２発光材料は、レンズまたはドーム形状において提供され得る、シリコーンといった、高分子マトリクスの中にエンベッドされている。
実施例Ｖにおいては、チャンバ２８を伴うデバイスが示されている。両方の発光材料２１と２２は、ここでは、例として、一つのコンバータレイヤにおいて、離れて（ｒｅｍｏｔｅ）構成されている。参照番号１２は、ウィンドウを示している。さらに、ウィンドウ１２の下流には、さらに、光学エレメントが任意的に利用可能であってよい（図示なし）。ここで、第２赤色発光材料２２は、ウィンドウとして構成されている。しかしながら、ウィンドウ（材料）は、例えば、また、（発光材料２１、２２のうち一つまたはそれ以上の）コーティングのためのサポート、等としても、使用され得ることに留意する。（光源１に対するリモート発光材料の）距離は、参照記号ｄを用いて示されており、例えば、０．５−１００ｍｍの範囲内にあってよい。実施例ＶＩは、実施例ＩＩとＶのハイブリッドシステムを示している。発光材料のうち一つ、ここでは第２発光材料２２、離れた他の発光材料、ここでは第１発光材料２１、が光源１において配置されているチャンバ２８を伴うものである。
しかしながら、上記の実施例のうちいくつかの組み合せを含む、もっと多くの実施例が可能であることに留意する。さらに、第１発光材料２１と第２発光材料２２の配置は、また、逆であってもよい。さらに、任意的に、両方の発光材料２１、２２は、実施例ＩＩＩ−ＶＩに示されている両方のオプションにおいて配置される。
図１ｂは、本発明の照明ユニット１０に係る３つの限定的でない実施例を模式的に示している。各照明ユニット１０は、照明ユニット光１１を提供するように構成されている。各照明ユニット１０は、一つまたはそれ以上の照明デバイス１００を含んでいる（ここでは、例として、１つだけが模式的に示されている）。これらの実施例Ｉ−ＩＩＩにおいて、照明ユニット１０は、さらに、第２光源光３２１を生成するように構成された第２光源２（実施例Ｉ−ＩＩＩ）を含み、そして、任意的に、第３光源光３３１を生成するように構成された第３光源３（実施例Ｉ−ＩＩＩ）を含む。ここで、第２光源２と任意的な第３光源３は、青色光、緑色光、黄色光、オレンジ色光、深紅色光、および紫外線のうち一つまたはそれ以上を提供するように構成されている。参照番号１２は、ウィンドウを示しており、例えば、散乱材料を含んでよい。しかしながら、そうしたウィンドウは、また、光方向（ｌｉｇｈｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）エレメントを含んでもよい。さらに、ウィンドウ１２の下流には、光学エレメントが利用可能であってよい（図示なし）。実施例において、ウィンドウは、コーティングのためのサポートとして構成されてよい。
実施例Ｉにおいて、例えば、照明デバイス１００は、第１光源１を含んでおり、赤色光照明デバイス光１０１を提供する（この照明デバイス１００に対する任意的な実施例について上記も参照のこと）。第２光源２は、例えば、第２光源光３２１（かつ、特には第１光源が青色光源光１１１を提供し得るので、従って、光１１１としても示されている。図１ａを参照）として青色光を提供するように構成されてよい。そして、第３光源３は、第３光源光として緑色光源光３３１を提供するように構成されてよい。従って、第１光源１と第２光源２は、任意的に同一のものであってよい。前者について、しかしながら、第１光源光１１１は、発光材料によって赤色照明デバイス光１０１へと実質的に変換されているものである（これらの実施例には図示されていない。詳細は、図１ａを参照のこと）。
実施例ＩＩにおいては、照明デバイスと、黄色コンバータを伴う青色ＬＥＤ（第２光源）との組み合せが模式的に示されている。第２光源２は、第３コンバータ２３を備えている。第２光源２の（青色）光源光３２１の一部を黄色光へと変換するように構成され得るものである。第３コンバータ３２１の発光は、参照番号２３１を用いて示されており、そして、第３発光材料光を示している。青色光源光３２１と黄色第３発光材料光２３１は、白色照明ユニット光１１を提供するために使用されてよく、赤色照明デバイス光１０１は、例えば、より暖かな白色光を提供するように、照明ユニット光１１を調整するために使用されてよい。従って、照明ユニット光１１は、例えば白色光を仮定して、青色第２光源光３２１と黄色第３発光材料光２３１、任意的に（いくつかの）青色第１光源光も含んでよく、そして、任意的に、例えば所望の色温度に応じて、赤色照明デバイス光１０１も含んでよい。
実施例ＩＩＩにおいては、例えば、実施例ＩＩと実質的に同一の実施例が示されている。しかしながら、今や、第３コンバータ２３は、離れて配置されている。
図１ｃは、ここにおいて定められる照明デバイス１００の実施例をより詳細に模式的に示している。参照番号４０は、レンズ（例えば、シリコーン、ガラス、プラスチック材料、等）を示している。参照番号２１と２２は、赤色蛍光体であり、シリコーン／ガラス／プラスチック材料の粉末として、セラミックとして、マルチレイヤ干渉フィルタを伴うセラミックまたはガラス、等として、提供されてよい。ここでは、例として、２つの発光材料レイヤ、例えばセラミック本体、がコンバータ２０として提供されている。参照番号１１０は、青色ダイを示している。さらに、参照番号３０は、メカニカルなサポート／ソケットを示している。さらに、参照番号５０は、シリコーン、ガラス、プラスチック材料、またはエポキシ樹脂、等といった、サイドコート（ｓｉｄｅ ｃｏａｔ）またはエッジエレメント（ｅｄｇｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を示している。例えば、一つまたはそれ以上のリフレクタ材料（チタニウム、アルミナ、等）、クリストバライト（ｃｒｙｓｔｏｂａｌｉｔｅ）及び/又はアルミナのような熱伝導サポート、任意的に、一つまたはそれ以上の赤色蛍光体、湿度に対する保護レイヤ、等を伴うものである。レンズまたはドーム４０は、コンバータの実質的な部分、ここではセラミック材料、を包み込んでいることに留意する。図１ｃは、特に、一つの実施例を示しており、そこで、本発明は、第１光源１、特には半導体光源（ダイ１１０）、を伴うサンドイッチ構造、および、発光材料を含んでいるマトリクスレイヤをサンドイッチしているセラミック本体、を提供している（後者は、従って、光源（ダイ１１０）の上に直接的に提供されている）。特には、サンドイッチ構造を提供し、そこでは、エッジにおけるマトリクスレイヤが、反射性リム（ｒｉｍ）といった、エッジエレメント５０を用いて、さらに包み込まれ得る。従って、マトリクスレイヤは、光源（ダイ）、セラミック本体、およびエッジエレメントによって実質的に完全に包み込まれている。さらに特には、セラミック本体はＭ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含み、そして、マトリクスレイヤはＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含み、マトリクス材料は、例えば、シリコーン（接着剤）である。さらに、第１光源は、特に、半導体光源を含む。特には、（青色光を提供するように構成された）高出力半導体光源である。従って、一つの実施例において、ＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料は、第１光源の下流に構成された光透過マトリクスにおいて分散され、そして、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの上記の発光材料の下流に構成されている。
図２ａにおいては、ソケット温度の関数として３０℃のソケット温度でのフラックスに対して正規化された放射フラックスが示されている。正規化されたフラックス（Ｆ）は、ｙ軸（ルーメン）において示されている。直接放射しているＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤ（直線ｃ）については、温度によるフラックス損失が明らかである。１２０℃において損失は４０％より大きく（＞４０％）、一方で、２つの専用赤色変換蛍光体（ａ、ｂ）の混合物（破線：ａ＋ｂ）について、放射フラックスは、温度の関数としてほとんど一定である。これらの実施例において、第１蛍光材料は、高密焼結（ｄｅｎｓｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ）セラミック形状における（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ５−ｘＡｌｘＯｘＮ８−ｘ：Ｅｕ（ここにおいては、発光材料ａまたは蛍光体ａとしても示されている）を含み、そして、第２蛍光材料は、シリコーンマトリクスにおいてサスペンドされた粉末形状における（Ｓｒ、Ｂａ）ＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕ（ここにおいては、発光材料ｂまたは蛍光体ｂとしても示されている）を含む。
図２ｂは、直接赤色放射ＬＥＤ（ＡｌＩｎＧａＰ）、および、本発明に従った赤色放射蛍光体の混合物について、重心波長（ｃｅｎｔｒｏｉｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ、ＣＷ）が温度によりどのように変動するかを示している。典型的には、直接赤色放射ＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤについて、ＣＷは、０．０５ｎｍ／℃の温度係数を伴って変動する。蛍光材料混合物（ａ＋ｂ）のＣＷは、典型的には、−０．０２ｎｍ／℃の温度係数を伴い、６３０ｎｍから６４０ｎｍまでの範囲にあり、このことは、より安定したカラーポイントへ、そして、温度に依存しないフラックスへと変換する。図２ｂにおいては、図２Ｆの放射スペクトルについて重心波長の計算がなされており、そして、また、スペクトルにおける残りの青色光も含んでいる。これは例外であるが、２つの赤色放射に係る重心波長が決定されるときに、このことは、赤色放射に関係するだけである。図２ｂでは、しかしながら、赤色ＬＥＤと本発明に従ったデバイスとの間で重心波長が比較されている。比較の目的のために、小さな青色の貢献は問題ではない。本発明のデバイスは、赤色ＬＥＤよりも、温度からの依存が大変少ないことが明らかである。
Ｅｕ２＋活性蛍光体（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒ）は、温度の増加に伴って、より短い波長へシフトする。この効果を補償するために、２つの赤色蛍光体の混合物が青色ＬＥＤについて適用される。混合物は、例として、例えば、４４０ｎｍより小さい（＜４４０ｎｍ）最大吸収を伴い、例えば、６００−６３０ｎｍの範囲における第１ピーク波長λ１において放射する、第１蛍光体、および、例えば、４４０ｎｍより大きい（＞４４０ｎｍ）最大吸収を伴い、例えば、６３０ｎｍより大きい第２波長λ２（λ２＞６３０ｎｍ）において放射する、第２蛍光体で構成される。４３０から４６０ｎｍまでの範囲いおいて放射する青色ＬＥＤについて、放射スペクトルは、ソケット温度の増加に伴って、より長い波長へシフトする（ここにおいては、ベース温度としても示されている）（図２ｃ、表１）
Figure 0006745265
表１における青色ＬＥＤのピーク波長は、従って、図２ｃにおける最大値に対応している。
このように、温度の増加に伴って、第１赤色蛍光体に対する変換は減少し、かつ、（より長い波長を伴う）第２赤色蛍光体に対する変換は増加する（図２ｃ）。そして、図２ｄに示されるように、赤色フラックスにおける変化、および、蛍光体変換ＬＥＤのカラーポイントは減少する。図２ｃは、２つの蛍光材料（（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ５−ｘＡｌｘＯｘＮ８−ｘ：Ｅｕ （ａ）と（Ｓｒ、Ｂａ）ＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕ （ｂ））の混合物を示している。一方は、他方より短い最大波長を有しており、そして、両方は、光源放射に近い最大励起波長（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｍａｘｉｍｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を有している。しかし、第１発光材料は、最大励起波長よりも短い波長において最大励起を有しており、そして、第２発光材料は、最大励起波長よりも長い波長において最大励起を有している。ここにおいて説明される最大は、ピーク波長に関連するものである。飽和カラーポイント（ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃｏｌｏｒ ｐｏｉｎｔ）のシフトは、また、２つの赤色蛍光体を混合することによっても、積極的に影響される。図２ｃを参照すると、赤色発光材料の励起は、第１光源の放射波長分布と実質的にオーバーラップしていることがわかる。
図２ｄにおいては、単一の蛍光体と比較して、混合物は、温度に伴うシフトが小さいことが明らかである。表２においては、３０℃から１２０℃までの最大カラーポイントシフトが一覧にされている。
Figure 0006745265
図２ｅは、一つのグラフにおいて、２つの赤色発光材料に係る励起スペクトルと放射スペクトルを示している。それぞれの励起ピーク波長が、４３５と４８０ｎｍにおいて見い出され、それぞれに、発光材料ａとｂのものである（図２ｃも参照のこと）。それぞれの放射ピーク（中心）波長が、６１６（６３２）と６５０（６６２）ｎｍにおいて見い出され、また、それぞれに、発光材料ａとｂのものである。ｙ軸における任意の単位での強度を用いて、温度の関数としての青色ＬＥＤにおける放射の混合が、図２ｆに示されている。これらの赤色発光材料の混合物の重心波長は、それぞれ、６４０．９ｎｍ、６４０．６ｎｍ、６４０．２ｎｍ、および６３９．６ｎｍにおいて見い出される（温度が増加する順序におけるもの）。このグラフ２ｆから、示される重心波長は、赤色放射だけに基づくものであり、そして、グラフにおける残りの青色放射に基づくものではない。従って、重心波長は、およそ５１０−８００ｎｍの範囲において評価されている。

Claims (13)

  1. 赤色照明デバイス光を提供するように構成された照明デバイスであって、
    ピーク波長（λｌｓ）を有する第１光源光を提供するように構成された第１光源と、
    前記第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）を有する第１赤色発光材料光へと変換する、ように構成された第１赤色発光材料であり、第１最大励起波長（λｘ１）を有する、第１赤色発光材料と、
    前記第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）を有する第２赤色発光材料光へと変換する、ように構成された第２赤色発光材料であり、第２最大励起波長（λｘ２）を有する、第２赤色発光材料、
    を含み、
    前記第１赤色発光材料と前記第２赤色発光材料は、Ｅｕ２＋ベースのものであり、
    前記第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）は、前記第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）より小さく、
    前記第１最大励起波長（λｘ１）は、前記ピーク波長（λｌｓ）より小さく、かつ、
    前記第２最大励起波長（λｘ２）は、前記ピーク波長（λｌｓ）より大きく、
    前記第１赤色発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料を含み、
    前記第２赤色発光材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含み、
    前記第２赤色発光材料は、前記第１光源の下流に構成されており、
    前記第１赤色発光材料は、前記第２赤色発光材料の上流または下流に構成されており、
    Ｍは、独立して、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、およびＢａからなるグループから選択される、
    照明デバイス。
  2. 前記ピーク波長（λｌｓ）は、４３０ｎｍから４７０ｎｍまでの範囲から選択され、
    前記第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）は、５９０ｎｍから６３０ｎｍまでの範囲から選択され、
    前記第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）は、６１５ｎｍから６６０ｎｍまでの範囲から選択される、
    請求項１に記載の照明デバイス。
  3. 前記ピーク波長（λｌｓ）は、４３５ｎｍから４６５ｎｍまでの範囲から選択され、
    前記第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）は、６００ｎｍから６３０ｎｍまでの範囲から選択され、
    前記第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）は、６２５ｎｍから６６０ｎｍまでの範囲から選択される、
    請求項１または２に記載の照明デバイス。
  4. 前記第１赤色発光材料と前記第２赤色発光材料は、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ Ｓｉ ５ Ｎ ８ ：Ｅｕと（Ｂａ、Ｓｒ）ＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕからなるグループから選択される、
    請求項１に記載の照明デバイス。
  5. 前記第１赤色発光材料は、（Ｓｒ、Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕを含み、かつ、
    前記第２赤色発光材料は、ＳｒＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕを含む、
    請求項１に記載の照明デバイス。
  6. 照明ユニット光を提供するように構成された照明ユニットであって、
    請求項１乃至５いずれか一項に記載の照明デバイスを一つまたはそれ以上含む、
    照明ユニット。
  7. 前記照明ユニットは、さらに、
    第２光源光を提供するように構成された第２光源と、
    任意的に、第３光源光を提供するように構成された第３光源、を含み、
    前記第２光源と前記第３光源は、青色光、緑色光、黄色光、および紫外線のうち一つまたはそれ以上を提供するように構成されている、
    請求項６に記載の照明ユニット。
  8. 前記照明ユニットは、さらに、
    前記第１光源光、前記第２光源光、および、任意的な前記第３光源光のうち一つまたはそれ以上の少なくとも一部を第３発光材料光へと変換するように構成されている第３発光材料を含む、
    請求項７に記載の照明ユニット。
  9. 前記照明ユニットは、さらに、
    前記第１光源、前記第２光源、および、任意的な前記第３光源を独立してコントロールするように構成されたコントロールユニット、を含む、
    請求項７または８に記載の照明ユニット。
  10. 白色照明ユニット光を提供するように構成されている、
    請求項７乃至９いずれか一項に記載の照明ユニット。
  11. 第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）を有する第１赤色発光材料光へと変換することができ、第１最大励起波長（λｘ１）を有する、第１赤色発光材料と、
    前記第１光源光の少なくとも一部を吸収し、かつ、第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）を有する第２赤色発光材料光へと変換することができき、第２最大励起波長（λｘ１）を有する、第２赤色発光材料、
    を含み、
    前記第１赤色発光材料と前記第２赤色発光材料は、Ｅｕ２＋ベースのものであり、
    前記第１赤色放射ピーク波長（λｍ１）は、前記第２赤色放射ピーク波長（λｍ２）より小さく、
    前記第１最大励起波長（λｘ１）は、ピーク波長（λｌｓ）より小さく、かつ、
    前記第２最大励起波長（λｘ２）は、ピーク波長（λｌｓ）より大きく、
    前記第１赤色発光材料は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕクラスの発光材料を含むセラミック材料を含み、
    前記第２赤色発光材料は、光透過マトリクスの中に分散されているＭＬｉＡｌ３Ｎ４：Ｅｕクラスの発光材料を含み、
    前記第２赤色発光材料は、第１光源の下流に構成されており、
    前記第１赤色発光材料は、前記第２赤色発光材料の上流または下流に構成されており、
    Ｍは、独立して、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、およびＢａからなるグループから選択される、
    コンバータエレメント。
  12. 前記光透過マトリクスは、ポリマーを含む、
    請求項１１に記載のコンバータエレメント。
  13. 前記光透過マトリクスは、シリコーンを含む、
    請求項１２に記載のコンバータエレメント。
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