JP7005494B2 - 複数のネオジムおよびフッ素化合物を使用した可変カラーフィルタリングを用いるｌｅｄ装置 - Google Patents

複数のネオジムおよびフッ素化合物を使用した可変カラーフィルタリングを用いるｌｅｄ装置 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、照明用途および関連技術に関し、より具体的には、本発明は、これには限定されないが、所望のカラーフィルタリング効果をＬＥＤ光装置に付与するためにネオジム（Ｎｄ）およびフッ素（Ｆ）を含む複数の化合物を使用することに関する。
本明細書で使用する場合、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）も包含する発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギを可視光（約４００～７５０ｎｍの波長）を含む電磁放射に変換する固体半導体デバイスである。ＬＥＤは、一般に、ｐ－ｎ接合を形成するために不純物でドープされた半導体材料のチップ（ダイ）を含む。ＬＥＤチップは、アノードおよびカソードに電気的に接続され、多くの場合、それらはすべてＬＥＤパッケージ内に実装される。白熱電球または蛍光灯などの他のランプと比較して、ＬＥＤが放出する可視光は、指向性が高く、ビーム幅が狭い。
ＯＬＥＤは、一般に、電極（少なくとも１つの電極は透明である）の間に位置する少なくとも１つの電界発光層（有機半導体の膜）を含む。電界発光層は、電極の間を流れる電流に応答して光を放出する。
ＬＥＤ／ＯＬＥＤ光源（ランプ）は、従来の白熱電球および蛍光灯よりも多様な利点をもたらし、この利点としては、これには限定されないが、期待寿命がより長い、エネルギ効率がより高い、最終輝度に達するのに安定化時間を必要としない、などが挙げられる。
ＬＥＤ／ＯＬＥＤ照明は効率、長寿命、柔軟性、および他の好ましい側面に関して魅力的であるが、一般照明およびディスプレイ用途の両方での利用に関して、ＬＥＤ照明、特に白色ＬＥＤ／ＯＬＥＤデバイスの色特性を絶えず改善することが依然として必要とされている。
図１は、エリア照明用途に適切な従来のＬＥＤ系照明装置１０の斜視図である。照明装置（「照明ユニット」または「ランプ」とも呼ばれ得る）１０は、透明または半透明のカバーまたは外囲器１２と、ねじ込み式コネクタ１４と、外囲器１２とコネクタ１４との間のハウジングまたは基部１６とを含む。
複数のＬＥＤデバイスを含むＬＥＤアレイとすることができるＬＥＤ系光源（図示せず）は、外囲器１２の下端に基部１６に隣接して位置する。ＬＥＤデバイスは、狭い帯域の波長、たとえば、緑、青、赤などで可視光を放出することから、白色光を含む様々な光色を発生させるために、異なるＬＥＤデバイスの組合せをＬＥＤランプに用いることが多い。あるいは、実質的に白色に見える光は、青色ＬＥＤからの光と、青色ＬＥＤの青色光の少なくとも一部を異なる色に変換する蛍光体（たとえば、イットリウムアルミニウムガーネット：セリウム、ＹＡＧ：Ｃｅと略す）からの光の組合せによって生成することができ、変換された光と青色光の組合せは、白色または実質的に白色に見える光を生成することができる。ＬＥＤデバイスは、基部１６内のキャリアに実装することができ、ＬＥＤデバイスからの可視光抽出効率を高めるために屈折率整合材料を含む保護カバーによってキャリアに封入することができる。
照明装置１０が可視光をほぼ全方向に放出する能力を高めるため、図１に示す外囲器１２は、実質的に回転楕円形または楕円形であってもよい。ほぼ全方向に向けて照射する能力をさらに高めるため、外囲器１２は、外囲器１２を光学ディフューザとして機能させる材料を含んでもよい。ディフューザとするために用いられる材料は、ポリアミド（たとえば、ナイロン）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などを含んでもよい。これらのポリマー材料はまた、光の屈折を強め、それによって反射性の白色外観を得るためにＳｉＯ２を含むことができる。外囲器１２の内側表面に、蛍光体組成物を含む皮膜（図示せず）を設けてもよい。
異なるＬＥＤデバイスおよび／または蛍光体の組合せを使用することにより、白色光効果を発生するＬＥＤランプの能力を高めることができるが、その代替方法として、または追加的方法として、ＬＥＤデバイスによって生成される白色光の色特性を向上させる他のアプローチが望ましい。
国際公開第２０１６／１９５９３８号
本発明の一態様によれば、装置は、可視光を生成するように構成された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールと、各々がネオジム（Ｎｄ）を含む２つ以上の化合物、およびフッ素（Ｆ）をさらに含む前記２つ以上の化合物の少なくとも１つの化合物を含む少なくとも１つの構成要素であって、前記２つ以上の化合物を使用して前記生成した可視光をフィルタリングすることによって所望の光スペクトルを与えるように構成された少なくとも１つの構成要素とを備え、色空間における前記所望の光スペクトルの色は、前記少なくとも１つの構成要素の前記２つ以上の化合物の相対量によって決定される。
さらに本発明の態様によれば、前記２つ以上の化合物の前記少なくとも１つの化合物は、フッ化ネオジム（ＮｄＦ３）であってもよい。さらに、前記２つ以上の化合物の少なくとも１つのさらなる化合物は、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）を含んでもよい。さらに、前記２つ以上の化合物は、Ｎｄ３＋イオンおよびＦ－イオンを含んでもよい。
さらに本発明の態様によれば、前記色空間における前記所望の光スペクトルの前記色は、前記２つ以上の化合物の吸収ベクトルによって少なくとも定義される前記色空間の所定のエリア内で変化させてもよい。さらに、前記色空間の前記所定のエリアは、約１２個のＭａｃＡｄａｍ楕円（または同様のもの）に限定されてもよい。
またさらに本発明の態様によれば、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールは、有機ＬＥＤを備えてもよい。さらに、前記装置は、対応する複数の構成要素を有する複数のＬＥＤモジュールを含む集積回路を備えてもよい。
またさらに本発明の態様によれば、前記少なくとも１つの構成要素は、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールの上部に堆積された封止層であってもよい。さらに、前記少なくとも１つの構成要素は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３からなる群から選択される添加剤を含み、前記少なくとも１つの構成要素の前記２つ以上の化合物の拡散性を高めてもよい。さらに、前記封止層は、低温ガラス、ポリマー、ポリマー前駆体、ポリカーボネート、熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーもしくは樹脂、シリコーン、またはシリコーンエポキシ樹脂であってもよい。さらにまた、前記少なくとも１つの構成要素は、蛍光体をさらに含んでもよい。
またさらに本発明の態様によれば、前記少なくとも１つの構成要素は、蛍光体を含むさらなる封止層に堆積された封止層であってもよく、前記さらなる封止層は、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールの上部に堆積される。
さらに本発明の態様によれば、前記２つ以上の化合物の前記少なくとも１つの化合物は、Ｎｄ－ＦおよびＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物の１つまたは複数を含んでもよく、Ｘは、元素Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｃｌ、ＯＨ、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＹの１つまたは複数である。
さらに本発明の態様によれば、前記少なくとも１つの構成要素は、表面に皮膜を有する透明、半透明または反射性基材を備える光学構成要素であってもよく、前記皮膜は、前記２つ以上の化合物を含み、前記生成した可視光をフィルタリングすることによって前記所望の光スペクトルを与える。さらに、前記皮膜の厚さは、約５０ｎｍ～約１０００ミクロンの範囲であってもよい。さらに、前記皮膜は、前記２つ以上の化合物より高い屈折率を有する添加剤をさらに含んでもよく、前記添加剤は、少なくともＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含む金属酸化物および非金属酸化物から選択される。さらにまた、前記皮膜は、前記基材の内側表面に配置されてもよい。さらに、前記基材は、電球、レンズ、および前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールを囲むドームからなる群から選択されるディフューザであってもよい。
さらに本発明の態様によれば、前記少なくとも１つの構成要素は、射出成形または同様の技術を使用して堆積されてもよい。
本開示のこれらの、ならびに他の特徴および態様は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
従来のＬＥＤ系照明装置の斜視図である。 Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３の可視スペクトルにおける透過率のグラフである。 光学構成要素（シリコーンまたはポリカーボネートなど）にブレンドされ、標準的なＬＥＤパッケージ（ＣＣＴが３０００Ｋの８０ＣＲＩなど）に堆積されたＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物が、どのようにＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物のスペクトル吸収によって定義されるベクトルに沿って光源の色点をシフトさせることができるのかを示す色空間図である。 本発明の一実施形態による、異なる量のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３を含むＮｄ化合物混合物の可視スペクトルにおける透過率のグラフである。 本発明の一実施形態による、図４ａに示す様々なＮｄ化合物混合物を有するフィルタを利用する可視スペクトルにおけるランプ（ＬＥＤランプなど）の模擬発光のグラフである。 本発明の一実施形態による、図４ａおよび図４ｂにそれぞれ示す様々なＮｄ化合物混合物を有するフィルタを備えるＬＥＤランプの色点を模擬した、標準的な３０００ＫのＬＥＤランプの色点を比較する色空間図である。 本発明の様々な実施形態による、好ましい可視光吸収／生成特性を付与するために蛍光体と共にＮｄ－Ｆ化合物（またはより一般的には本明細書に記載のようなＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物）を組み込んだ、ＬＥＤ系照明装置の非限定的な例を示す図である。 本発明の様々な実施形態による、好ましい可視光吸収／生成特性を付与するために蛍光体と共にＮｄ－Ｆ化合物（またはより一般的には本明細書に記載のようなＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物）を組み込んだ、ＬＥＤ系照明装置の非限定的な例を示す図である。 本発明の様々な実施形態による、好ましい可視光吸収／生成特性を付与するために蛍光体と共にＮｄ－Ｆ化合物（またはより一般的には本明細書に記載のようなＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物）を組み込んだ、ＬＥＤ系照明装置の非限定的な例を示す図である。 本発明の様々な実施形態による、好ましい可視光吸収／生成特性を付与するために蛍光体と共にＮｄ－Ｆ化合物（またはより一般的には本明細書に記載のようなＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物）を組み込んだ、ＬＥＤ系照明装置の非限定的な例を示す図である。 本発明の一実施形態による、ＬＥＤ系照明装置の断面図である。 本発明の別の実施形態による、ＬＥＤ系照明装置の断面図である。 本発明のさらなる実施形態による、ＬＥＤ系照明装置の斜視図である。 本発明のさらなる一実施形態による、ＬＥＤ系照明装置の斜視図である。
照明装置などの新規の装置が本明細書において示され、装置は、白色光などの可視光を生成するように構成された少なくとも１つのＬＥＤ（またはＯＬＥＤ）モジュールと、所望のカラーフィルタリング効果を付与して所望の光スペクトルを与えるために各々がネオジム（Ｎｄ）を含む複数の（２つ以上の）化合物、およびフッ素（Ｆ）を含む少なくとも１つの化合物を含む光学構成要素などの少なくとも１つの構成要素とを備え、色空間における所望の光スペクトルの色は、少なくとも１つの構成要素の２つ以上の化合物の相対量によって決定される。
たとえば、本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの構成要素（光学構成要素）は、２つの化合物を含むポリマー基材料（たとえば、シリコーン、ポリカーボネートなど）であってもよく、第１の化合物は、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）であってもよく、第２の化合物は、フッ化ネオジム（ＮｄＦ３）であってもよく、この場合については、本明細書で詳細に説明するとおりである。ネオジム化合物は、５６０～６００ｎｍの範囲の黄色光を吸収し、ＬＥＤシステムの色点を変更する。単一の化合物の添加は、ＣＩＥ１９３１色空間（色度座標ＣＣＸおよびＣＣＹを有する）の線に沿って色点を移動させることができる。２つ以上の化合物を使用することによって、ＣＩＥ色空間（以下、「色空間」）のエリア内のどこにでも色点を移動させることができる。これは、本明細書の図３に示すように、特定の用途のためのＬＥＤシステムの色のより大きなカスタマイズを可能にする。
換言すれば、ネオジム化合物（上記の例ではＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３など）を様々な量で添加して、得られる光の色点を制御するための光学構成要素の組成を変えることができる。２つ（またはそれ以上）の構成要素の異なる吸収スペクトルは、各構成要素が添加されるとき、異なる方向（すなわち、ＣＣＸ方向とＣＣＹ方向の両方）におけるＬＥＤシステムの色点の移動をもたらす。次に、本明細書に記載のＮｄおよびＦを含む複数の化合物の色点移動ベクトルは、ＣＩＥ色空間内のエリアの境界を定めることができ、その内部では、本明細書に記載のように、２つ以上の化合物の相対量を変化させることによって、同じＬＥＤで任意の色点を達成することができる。
別の実施形態によれば、チタニア（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）などのような散乱元素をポリマー基に添加して、光学構成要素の複数のＮｄおよびＦ化合物の拡散性を高めてもよい。３つの変数（たとえば、上記の例ではＴｉＯ２、ＮｄＦ３、およびＮｄ２Ｏ３の重量負荷）の変化は、所望の光スペクトルおよび分布を達成するための多種多様な特殊な光学構成要素の形成を可能にすることができる。
さらに、本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの化合物（または２つ以上）は、ネオジム（Ｎｄ）およびフッ素（Ｆ）の元素を含み、場合により１つまたは複数の他の元素を含んでもよい。一般に、このような化合物は、Ｎｄ３＋イオンおよびＦ－イオンを含む。本発明の目的のために、「Ｎｄ－Ｆ化合物」は、ネオジムおよびフッ化物、ならびに場合により他の元素を含む化合物を含むと広義に解釈されるべきである。
さらなる実施形態によれば、構成要素は、ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）チップの表面に複合材／封止層を含んでもよく、本明細書に開示されるＮｄおよびＦを含む複数の化合物を、たとえば、蛍光体と共に封止層にブレンド（拡散）することができ、それによって好ましい可視光吸収プロファイルを達成するようにする。複合材／封止層は、低温ガラス、ポリマー（ポリカーボネートなど）、ポリマー前駆体、シリコーン（ポリマー）もしくはシリコーンエポキシ樹脂または前駆体などを使用して形成され得る。
別の実施形態によれば、光学構成要素は、透明、半透明、反射性または半透過性（部分的に反射性かつ透過性）基材であってもよく、ＬＥＤモジュールによって生成される可視光がこの光学構成要素を通過する間、本明細書に記載の複数のＮｄおよびＦ構成要素を含む基材の表面の皮膜はカラーフィルタリング効果を可視光に適用し、それにより、たとえば、黄色光の波長範囲にある可視光をたとえば約５６０ｎｍ～約６００ｎｍの波長に対してフィルタリングして所望の光スペクトルを与えることができる。
さらに、光学構成要素の透明または半透明基材は、電球、レンズおよび少なくとも１つのＬＥＤチップを囲む外囲容器などのディフューザであってもよい。また、基材は、反射性基材であってもよく、ＬＥＤチップは、基材の外側に配置することができる。多種化合物皮膜（本明細書に記載のＮｄおよびＦの複数の化合物を含む）は、基材の表面に配置することができ、皮膜の厚さは、カラーフィルタリング効果を達成するのに十分でなければならない。厚さは、一般に、５０ｎｍ～１０００ミクロンの範囲内とすることができ、好ましい厚さは、１００ｎｍ～５００ミクロンである。
得られるデバイスは、ＮｄおよびＮｄ－Ｆ化合物／材料によるフィルタリングを使用して光パラメータの改善を示すことができ、化合物／材料は、約５３０ｎｍ～６００ｎｍの可視領域に固有吸収を有し、それによって、ＣＳＩ（彩度指数）、ＣＲＩ（演色評価数）、Ｒ９（演色値）、顕現度（照明選好指数、ＬＰＩ）などを向上させる。Ｒ９は、ＣＲＩの計算に使用されない６つの飽和試験色の１つと定義される。「顕現度」は、ＬＰＩの一形態に基づく放出光のパラメータであり、これについては、２０１４年９月９日に出願された、同時係属、共同所有の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５４８６８号明細書（２０１５年３月１２日に国際公開第２０１５／０３５４２５号として公開された）に記載されており、同特許出願は関連部分において本明細書に援用される。
一実施形態では、本明細書に記載の複数の化合物の少なくとも１つは、Ｎｄ３＋イオンおよびＦ－イオンを含んでもよく、Ｎｄ－Ｆ化合物またはＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物であってもよい。本明細書で使用する場合、「Ｎｄ－Ｆ化合物」は、ネオジムおよびフッ化物、ならびに場合により他の元素を含む化合物を含むと広義に解釈されるべきである。ネオジムおよびフッ化物を含むこのような化合物は、フッ化ネオジム、またはオキシフッ化ネオジム（たとえば、ＮｄＯｘＦｙ、式中、２ｘ＋ｙ＝３、Ｎｄ４Ｏ３Ｆ６など）もしくは外来的な水および／または酸素を含むフッ化ネオジム、または水酸化フッ化ネオジム（たとえば、Ｎｄ（ＯＨ）ａＦｂ、式中、ａ＋ｂ＝３）、またはネオジムおよびフッ化物を含む多くの他の化合物であって、以下の説明から容易に明らかになるものを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、複数の化合物の１つは、ＮｄＦ３またはＮｄＦＯであってもよい。Ｎｄ－Ｘ－Ｆ化合物の場合、Ｘは、酸素、窒素、硫黄、および塩素などのネオジムと化合物を形成する元素、またはＮａ、Ｋ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＹなどのフッ素と化合物を形成する少なくとも１つの金属元素、またはこのような元素の組合せからなる群から選択される少なくとも１つ元素であり、前記金属元素は、ネオジムとは異なる。Ｎｄ－Ｘ－Ｆ化合物の特定の例は、オキシフッ化ネオジム（Ｎｄ－Ｏ－Ｆ）化合物、ＸがＭｇおよびＣａであってもよく、またはＭｇ、ＣａおよびＯであってもよいＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物、ならびにネオジムでドープされたペロブスカイト構造を含むＮｄ－Ｆを含む他の化合物を含んでもよい。特定のＮｄ－Ｘ－Ｆ化合物は、有利には、約５８０ｎｍの波長でより広い吸収を可能にすることができる。
上記のように、１つの構成要素／光学構成要素は、たとえば、２つの化合物Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３を含むポリマー基材料（たとえば、シリコーン、ポリカーボネートなど）であってもよい。図２は、曲線２２で表されるＮｄ２Ｏ３（１．５４の屈折率を有する厚さ１．３ｍｍのシリコーン中の１．０％）と、曲線２０によって表されるＮｄＦ３（１．５４の屈折率を有する厚さ１．３ｍｍのシリコーン中の２．９％）の可視スペクトルにおける透過率のグラフである。それぞれの材料は、特に黄色（たとえば、約５７０ｎｍ～約６００ｎｍ）領域において、多くの同様の吸収特性を共有していることが分かる。図２に示す異なる吸収ピークは、図３にさらに示すように、色空間における各構成要素（Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３）の異なる色シフトベクトルを駆動する。２つの化合物を組み合わせることによって、単一のＮｄ化合物またはＮｄ：ガラス（ＳｉＯ２中のＮｄ２Ｏ３）で達成することができない色点を達成することができる。
使用に際しては、ＬＥＤチップ／ダイを封止材（たとえば、シリコーン、エポキシ、アクリル樹脂など）で封止することができ、封止材は、本明細書に記載のように、Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３材料、または一般にＮｄおよびＦ系化合物を含んでもよく、これにより、たとえばシリコーン中のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３は、本明細書でさらに記載のように、ＬＥＤチップに、またはＬＥＤチップのアレイ（たとえば、チップオンボードアレイ、ＣＯＢアレイ）に直接堆積させることができる。
図３は、光学構成要素（シリコーンまたはポリカーボネートなど）にブレンドされ、標準的なＬＥＤパッケージ（ＣＣＴが３０００Ｋの８０ＣＲＩなど）に堆積されたＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物が、どのようにＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物のスペクトル吸収によってそれぞれ定義されるベクトル３０および３２に沿って光源の色点をシフトさせることができるのかを示す色空間図である。
図３の図から明らかなように、このシステムは、理論的には、Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物の相対量を変化させることによって、すなわち、Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物のスペクトル吸収によってそれぞれ定義されるベクトル３０および３２に沿って放出源の色点をシフトさせることによって、三角形ＡＢＣの任意の色点を標準的な３０００Ｋ ＬＥＤから形成させることを可能にすることができる。しかし、高フィルタリングによる大きなエネルギ損失は望ましくないので、このシステムは、開始色から非常に遠い色点を達成するために、ＬＰＷ（ルーメン／ワット）を犠牲にするというエンドユーザの意思および用途に基づいて、より小さいエリア３４、たとえば１２個のＭａｃＡｄａｍ楕円、または任意に選択されたいくつかの他のエリアサイズに実際に限定されてもよい。エリア３４は、線ＢＤ、ＢＥおよび曲線３６によって制限される。エリア３４の実用的な色点のいずれかは、Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物の広範囲の相対量および拡散レベルにわたって達成することができ、光学系の異なるビーム成形特性を必要とする異なるＬＥＤシステムにおいて所与の色点を適用することを可能にする。これと比較して、Ｎｄガラス（従来の方法）の添加は、単一の点３８（またはガラスの厚さが変化する場合、ベクトルに沿って）にのみ色点を移動させることができる。図４ａ、図４ｂおよび図５は、本明細書に開示される実施形態を実施するためのさらなる例を示す。
図４ａは、本発明の一実施形態による、シリコーンテープ中の異なる量のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３を含むＮｄ化合物混合物の可視スペクトルにおける透過率の例示的なグラフである。曲線４２ａは、４％のＮｄＦ３および１％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープに対応し、曲線４４ａは、５％のＮｄＦ３および０．５％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープに対応し、曲線４６ａは、３％のＮｄＦ３および０．５％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープに対応し、曲線４８ａは、３．５％のＮｄＦ３および１．８％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープに対応する。
図４ｂは、本発明の一実施形態による、図４ａに示す様々なＮｄ化合物混合物を有するフィルタを利用する可視スペクトルにおけるランプ（ＬＥＤランプなど）の模擬発光のグラフである。図４ｂにおいて、曲線４２ｂは、４％のＮｄＦ３および１％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプであり、曲線４４ｂは、５％のＮｄＦ３および０．５％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプであり、曲線４６ｂは、３％のＮｄＦ３および０．５％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプであり、曲線４８ｂは、３．５％のＮｄＦ３および１．８％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプである。
図５は、本発明の一実施形態による、図４ａおよび図４ｂにそれぞれ示す様々なＮｄ化合物混合物を有するフィルタを備えるＬＥＤランプの色点を示した、標準的な３０００ＫのＬＥＤランプの色点を比較する色空間図である。図５において、色点５２は、４％のＮｄＦ３および１％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプであり、色点５４は、５％のＮｄＦ３および０．５％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプであり、色点５６は、３％のＮｄＦ３および０．５％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプであり、色点５８は、３．５％のＮｄＦ３および１．８％のＮｄ２Ｏ３を含む厚さ１．３ｍｍのシリコーンテープを有する模擬ＬＥＤランプである。
図４ａ、図４ｂおよび図５は、（ＬＥＤ）ランプのフィルタリング構成要素におけるＮｄＦ３およびＮｄ２Ｏ３の相対量を変化させることが、ＣＳＩ、ＣＲＩ、Ｒ９などの他の光パラメータおよび顕現度をさらに改善することができるように、所望の色温度、および透過ルーメンパワーの適切なレベルで所望のランプスペクトル（たとえば、光源の「白色化」）を提供するために、どのようにランプの色温度を変更し、その発光スペクトル（たとえば、約５７０～６００ｎｍの波長範囲の吸収ピーク）を変更することができるのかを示す。「顕現度」は、ＬＰＩの一形態に基づく放出光のパラメータであり、これについては、２０１４年９月９日に出願された、同時係属、共同所有の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５４８６８号明細書（２０１５年３月１２日に国際公開第２０１５／０３５４２５号として公開された）に記載されており、同特許出願は関連部分において本明細書に援用される。
さらなる実施形態では、対応する相対量の複数のＮｄおよびＦ化合物を、蛍光体などの１つまたは複数の発光材料と共に封止材料にブレンドすることができる。たとえば、対応する相対量のＮｄおよびＦの複数の化合物は、黄緑色蛍光体および／または赤色蛍光体とブレンドされてもよい。たとえば、複数のＮｄおよびＦ化合物は、ＣｅドープＹＡＧ蛍光体および／またはＥｕ２＋ドープＣａＡｌＳｉＮ赤色蛍光体などの従来の赤色窒化物蛍光体とブレンドされてもよい。別の例では、ＮｄおよびＦの複数の化合物は、青色／紫外発光ＬＥＤを封止するシリコーン中のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体および赤色窒化物蛍光体とブレンドすることができる。
図６ａ～図６ｄは、本発明の様々な実施形態による、好ましい可視光吸収／生成特性を達成するために蛍光体と共に、本明細書に記載のようなＮｄおよびＦの複数の化合物を組み込んだ、ＬＥＤ系照明装置６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄそれぞれの異なる非限定的な例を示す。図６ａ～図６ｄにおいて、ＬＥＤ系照明装置６０ａ、６０ｂ、６０ｃまたは６０ｄは、プリント回路基板（ＰＣＢ）６６に実装されたＬＥＤチップ６５を囲む光学的に透明または半透明の基材とすることができるドーム６２を含む。リードは、電流をＬＥＤチップ６５に供給し、それにより発光を行わせる。ＬＥＤチップは、任意の半導体光源であってもよく、特に、放出された放射線が蛍光体に当たると白色光を発生することができる青色または紫外光源であってもよい。特に、半導体光源は、ＩｎｉＧａｊＡｌｋＮとして一般化される窒化物化合物半導体に基づく青色／紫外（ＵＶ）発光ＬＥＤであってもよく、ｉ、ｊおよびｋは、約２００ｎｍより大きく約５５０ｎｍ未満の発光波長を有する値１または０（たとえば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮデバイス構造を含む）を各々有する整数である。より具体的には、チップは、約４００～約５００ｎｍのピーク発光波長を有する近ＵＶまたは青色発光ＬＥＤであってもよい。さらにより具体的には、チップは、約４４０～４６０ｎｍの範囲のピーク発光波長を有する青色発光ＬＥＤであってもよい。このようなＬＥＤ半導体は、当技術分野で公知である。
図６ａに示す一実施形態によれば、ポリマー複合材層（封止材化合物）６４ａは、本明細書に記載の様々な実施形態による、好ましい可視光吸収／生成特性を付与するために蛍光体と共にブレンドされる、本明細書に記載のようなＮｄおよびＦの複数の化合物を含むことができる。この化合物層６４ａは、ＬＥＤチップ６５の表面に直接配置し、かつチップに放射的に結合することができる。「放射的に結合する」とは、ＬＥＤチップからの放射が蛍光体まで透過し、かつ蛍光体が異なる波長の放射を放出することを意味する。特定の実施形態では、ＬＥＤチップ６５は、青色ＬＥＤであってもよく、ポリマー複合材層は、対応する相対量の複数のＮｄおよびＦ化合物とセリウムドープイットリウムアルミニウムガーネット、Ｃｅ：ＹＡＧなどの黄緑色蛍光体のブレンドを含むことができる。ＬＥＤチップによって放出された青色光は、ポリマー複合材層の蛍光体によって放出された黄緑色光と混合し、さらにＮｄおよびＦの複数の化合物によってフィルタリングされ、正味の発光は白色光に見える。したがって、ＬＥＤチップ６５は、封止材材料層６４ａによって囲まれてもよい。封止材材料は、低温ガラス、熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーもしくは樹脂、またはシリコーンもしくはエポキシ樹脂であってもよい。ＬＥＤチップ６５および封止材材料層６４ａは、シェル（ドーム６２によって限定される）内に封止され得る。あるいは、ＬＥＤ装置６０ａは、封止材層６４ａのみを含み、外側シェル／ドーム６２を含まなくてもよい。さらに、本明細書に記載のように、ＮｄおよびＦの複数の化合物の拡散性を高めるために、散乱粒子を封止材材料に埋め込むことができる。散乱粒子は、たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）またはチタニア（ＴｉＯ２）であってもよい。また、散乱粒子は、ＬＥＤチップから放出された指向性の光を、好ましくは無視できる吸収量で効果的に散乱させることができる。
本明細書に記載の対応する相対量の複数のＮｄおよびＦ化合物を含むポリマー複合材層をＬＥＤチップの表面に形成するために、粒子をポリマーまたはポリマー前駆体、特にシリコーン、ポリカーボネート、シリコーンエポキシ樹脂、またはそれらの前駆体に分散させることができる。このような材料は、ＬＥＤパッケージングの分野で周知である。分散混合物は、任意の適切なプロセス、たとえば射出成形（または光学構成要素の鋳造および押出、もしくは同様の技術）を使用することによってチップに被覆することができ、密度または粒径が大きい、または密度および粒径が共に大きい粒子ほどＬＥＤチップに近い領域に優先的に定着し、組成が段階的に変化する層が形成される。定着は、ポリマーまたは前駆体の被覆中または硬化中に起こり得、また当技術分野で知られるように、遠心プロセスによって促進され得る。蛍光体構成要素によって生成される光がＮｄおよびＦの複数の化合物によって適切にフィルタリングされるように、たとえば、粒子の密度や粒径およびプロセスパラメータを含む蛍光体ならびにＮｄおよびＦの複数の化合物の分散のパラメータは、ＮｄおよびＦの複数の化合物より蛍光体材料がＬＥＤチップ６５に近い位置に来るように選択すればよいことにさらに留意されたい。
図６ｂに示す代替の例示的実施形態では、蛍光体層６４ｂは、従来のやり方で製造される封止材層であってもよく、ＮｄおよびＦの複数の化合物を有する別個の封止材層６８ｂが、たとえば、適切な従来の堆積／粒子分散技術を使用してポリマーまたはポリマー前駆体で、蛍光体層６４ｂの上部に堆積され得る。
図６ｃに示すさらなる例示的な実施形態では、ＮｄおよびＦの複数の化合物を含む複合材層６８ｃを、ドーム（シェル）６２の外側表面に被覆することができる。被覆した層６８ｂの性能は、図６ｂにおけるＮｄおよびＦの複数の化合物を有する封止材層６８ｂの性能と同様である。あるいは、図６ｃにおける皮膜６８ｃは、ドーム６２の内側表面に堆積させることができる。ドーム／基材の皮膜に関する実装のさらなる詳細については、図７～図１０を参照して説明する。ドーム６２自体は、透明または半透明にできることに留意されたい。
さらに別の例示的な実施形態では、図６ｄに示すように、ドーム（シェル）６２を使用して、複数のＮｄおよびＦ化合物複合材層／皮膜６８ｄをドーム６２の外側表面に、蛍光体皮膜層６４ｄをドーム６２の内側表面に堆積させることができる。このアプローチには異なる変形があり得ることにさらに留意されたい。たとえば、皮膜６４ｄと６８ｄの両方は、蛍光体皮膜６４ｄが皮膜６８ｄよりＬＥＤチップ６５に近くなるようにしてドーム６２の一方の表面（外側または内側表面）に堆積させてもよい。また、皮膜６４ｄおよび６８ｄは（ドーム６２の一方の表面に堆積させる場合）、図６ａの封止材化合物層６４ａと同様のある層と組み合わせることもできる。図６ｄに示す例に対して様々な変形を実現するため、ドーム６２自体は透明、半透明、または半透過性にすることができることに留意されたい。
本明細書に記載のＮｄおよびＦの複数の化合物を含む皮膜を使用して所望のカラーフィルタリング効果を生み出すＬＥＤ系照明装置のいくつかの非限定的な例を、以下に提示する。
図７は、本発明の一実施形態による、エリア照明用途に適切なＬＥＤ系照明装置である。ＬＥＤ系照明装置（「照明ユニット」または「ランプ」とも呼ばれ得る）は、ほぼ全方向性の照明能力を与えるように構成されたＬＥＤランプ７０である。図７に示すように、ＬＥＤランプ７０は、電球７２と、コネクタ７４と、電球７２とコネクタ７４との間の基部７６と、電球７２の外側表面の皮膜７８とを含む。皮膜７８は、本明細書に記載のＮｄおよびＦの複数の化合物を含む。他の実施形態では、電球７２は、他の透明または半透明基材と置き換えることができる。あるいは、皮膜７８は、透明または半透明とすることができる電球７２の内側表面に被覆されてもよい。
図８は、本発明のさらなる実施形態による、ＬＥＤ系照明装置８０である。図８に示すように、ＬＥＤ系照明装置は、天井ランプ８０である（ＬＥＤチップは図示せず）。天井ランプ８０は、半球型の基材８２と、本明細書に記載のＮｄおよびＦの複数の化合物を含む皮膜８８とを含み、皮膜８８は、半球型の基材８２の内側表面にある。あるいは、皮膜８８は、透明または半透明とすることができる半球型の基材８２の外側表面に被覆されてもよい。
図９は、本発明のさらなる実施形態による、ＬＥＤ系照明装置である。図９に示すように、ＬＥＤ系照明装置は、レンズ９０であり、レンズ９０は、平らな基材９２を含む。この実施形態では、平らな基材９２は、その外側表面にＮｄおよびＦの複数の化合物皮膜（図示せず）を含む。
図１０は、本発明のさらなる一実施形態による、ＬＥＤ系照明装置１００である。ＬＥＤ系照明装置１００は、電球１０２と、少なくとも１つのＬＥＤチップ１０５と、反射性基材１０６とを含む。反射性基材１０６は、ＬＥＤチップ１０５によって生成された可視光を反射するように構成される。ある特定の実施形態では、反射性基材１０６は、所望のフィルタリングを行うためにその外側表面にＮｄおよびＦの複数の化合物皮膜（図示せず）を含む。図１０において、ドーム（１０２）は、拡散材料で構成することができ、その場合、ＬＥＤからある特定の量の光が透過し、ある特定の量が反射して空洞に戻される（これらの量は、ドーム材料の拡散性に依存する）。反射光は、ドーム１０２の拡散性に応じて、鏡面反射または拡散反射される。ドーム１０２からのこれらの拡散および／または鏡面反射は、本明細書に記載の実施形態の１つに従って被覆した反射性基材１０６に入射する。あるいは、ドーム１０２は、同じ機能を提供するために広帯域の半反射性材料から構成することができる。
Ｎｄ３＋イオンおよびＦ－イオンを含む化合物を含む、本明細書に記載の皮膜材料は、光学的散乱（拡散）効果をほとんど有さなくてもいいし、あるいは皮膜材料を通過する光に大きな光学的散乱をもたらしてもよい。散乱角を増やすために、皮膜は、有機または無機材料の離散粒子を含んでもよい。あるいは、有機または無機材料は、本明細書に記載のＮｄおよびＦの複数の化合物の離散粒子でのみ構成することができ、および／またはＮｄおよびＦの複数の化合物の離散粒子と少なくとも１つの他の異なる材料で形成される粒子の混合物で構成することができる。
一実施形態では、有機または無機材料の適切な粒径は、約１ｎｍ～約１０ミクロンとすることができる。図７に示すＬＥＤランプ７０の場合、ＬＥＤランプ７０が全方向照明を行えるように散乱角を最大化するために、粒径が３００ｎｍよりかなり小さくなるように選択し、レイリー散乱の効率を最大化してもよい。
限定の意図はないが、ＮｄおよびＦの複数の化合物皮膜は、たとえば、スプレー塗装、ローラ塗装、メニスカスもしくは浸漬塗装、スタンピング、スクリーン印刷、ディスペンシング、ローリング、はけ塗り、接着、静電塗装、または均一な厚さの皮膜を実現できる任意の他の方法によって施工され得る。以下に、ＮｄおよびＦの複数の化合物皮膜を基材に形成する方法について３つの非限定的な例を説明する。
一実施形態では、図７に示すように、皮膜７８は、接着法によって電球７２に被覆され得る。ＬＥＤランプ７０は、電球７２と皮膜７８との間に接着層（図示せず）を含むことができ、接着層は、有機接着剤または無機接着剤を含んでもよい。有機接着剤は、エポキシ樹脂、有機シリコーン接着剤、アクリル樹脂などを含むことができる。無機接着剤は、ケイ酸塩無機接着剤、硫酸塩接着剤、リン酸塩接着剤、酸化物接着剤、ホウ酸塩接着剤などを含むことができる。
別の実施形態では、図７に示すように、皮膜７８は、スプレー塗装法によって電球７２の外側表面に被覆され得る。まず、たとえば、対応する相対量のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物、二酸化ケイ素、ＤＩＳＰＥＸ Ａ４０などの分散剤、水および場合によりＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３を含む液体混合物を形成する。続いて、形成した液体混合物を電球７２に噴霧する。最後に、電球７２を硬化させて被覆されたＬＥＤランプ７０を得る。
一実施形態では、図７に示すように、皮膜７８は、静電塗装法によって電球７２の外側表面に被覆され得る。まず、たとえば、対応する相対量のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３化合物、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３で構成される帯電粉末を製造する。続いて、粉末を逆電荷に帯電させた電球７２に被覆させる。
本発明の別の実施形態では、スプレー塗装法と静電塗装法の両方は、有機溶媒または有機化合物を含まない材料を使用し得、それにより、ＬＥＤ光装置の耐用年数を延ばし、スルホン化によって一般に生じる変退色を回避することができる。
さらなる実施形態では、光の屈折を促進して反射性の白色外観を得るために、皮膜は、複数のＮｄおよびＦ化合物より屈折率の大きい添加剤をさらに含んでもよい。添加剤は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３などの金属酸化物または非金属酸化物の少なくとも１つから選択することができる。
特に明記しない限り、本明細書で使用される技術用語および科学用語は、本開示が属する当業者により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される「第１の」、「第２の」等の用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味するものではなく、むしろ１つの要素と別の要素とを区別するために使用される。また、単数形での記述（「１つの（ａ、ａｎ）」）は、量の限定を意味するものではなく、むしろ参照される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を包含することを意味する。「接続される」および「結合される」という用語は、物理的もしくは機械的な接続または結合に限定されず、直接的であるか間接的であるかを問わず、電気的および光学的な接続または結合を含むことができる。
さらに、当業者には、異なる実施形態の様々な特徴を相互に交換できることは明らかであろう。記載した様々な特徴、ならびに各特徴に対応する他の公知の均等物は、当業者によって混合および整合されて、本開示の原理に従う追加的なシステムおよび技術を構築することが可能である。
特許請求される装置の代替の実施形態を記載するにあたっては、明確化のために具体的な文言を用いている。しかし、本発明は、そのように選択された具体的な文言に限定されない。したがって、各具体的な要素は、同様に動作することによって同様の機能を実現する、すべての技術的等価物を含むことが理解されるべきである。
前述の説明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。
本明細書に記載され特許請求される様々な非限定的な実施形態は、具体的な用途のために別個に、組み合わせて、または選択的に組み合わせて使用され得ることに留意されたい。
さらに、上記の非限定的な実施形態の様々な特徴のいくつかを使用すれば、他の記載される特徴を対応して使用しなくても、本発明の利点を得ることができる。したがって、前述の説明は、本発明の原理、教示および例示的な実施形態を単に例示するものであり、本発明を限定するものではないと考えられるべきである。
１０ 従来のＬＥＤ系照明装置
１２ 外囲器
１４ ねじ込み式コネクタ
１６ 基部
２０ 曲線
２２ 曲線
３０ ベクトル
３２ ベクトル
３４ エリア
３６ 曲線
３８ 点
４２ａ 曲線
４２ｂ 曲線
４４ａ 曲線
４４ｂ 曲線
４６ａ 曲線
４６ｂ 曲線
４８ａ 曲線
４８ｂ 曲線
５２ 色点
５４ 色点
５６ 色点
５８ 色点
６０ａ ＬＥＤ系照明装置
６０ｂ ＬＥＤ系照明装置
６０ｃ ＬＥＤ系照明装置
６０ｄ ＬＥＤ系照明装置
６２ ドーム（シェル）
６４ａ 封止材材料層、封止材化合物層
６４ｂ 蛍光体層
６４ｄ 蛍光体皮膜層
６５ ＬＥＤチップ
６６ プリント回路基板
６８ｂ 封止材層
６８ｃ 皮膜
６８ｄ 皮膜
７０ ＬＥＤランプ
７２ 電球
７４ コネクタ
７６ 基部
７８ 皮膜
８０ 天井ランプ、ＬＥＤ系照明装置
８２ 半球型の基材
８８ 皮膜
９０ レンズ
９２ 平らな基材
１００ ＬＥＤ系照明装置
１０２ ドーム、電球
１０５ ＬＥＤチップ
１０６ 反射性基材

Claims (13)

  1. 可視光を生成するように構成された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールと、
    蛍光体と、
    ２つ以上の化合物を含む少なくとも１つの構成要素であって、前記２つ以上の化合物の少なくとも１つがＮｄ２Ｏ３であり、前記２つ以上の化合物の少なくとも他の１つが、ＮｄＯｘＦｙ（式中、２ｘ＋ｙ＝３）で表されるオキシフッ化ネオジムまたはＮｄ（ＯＨ）ａＦｂ、（式中、ａ＋ｂ＝３）で表される水酸化フッ化ネオジムである、構成要素とを備え、
    前記少なくとも１つの構成要素が前記２つ以上の化合物を用いて可視光をフィルタリングし、
    前記少なくとも１つの構成要素におけるＮｄＯｘＦｙ（式中、２ｘ＋ｙ＝３）で表されるオキシフッ化ネオジムまたはＮｄ（ＯＨ）ａＦｂ、（式中、ａ＋ｂ＝３）で表される水酸化フッ化ネオジムの量が、Ｎｄ２Ｏ３よりも多い、
    装置（１００）。
  2. 前記２つ以上の化合物の前記少なくとも１つの化合物が、フッ化ネオジム（ＮｄＦ３）である、請求項１に記載の装置（１００）。
  3. 前記少なくとも１つの構成要素が、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールの上部に堆積された封止層である、請求項１に記載の装置（１００）。
  4. 前記封止層が、低温ガラス、ポリマー、ポリマー前駆体、ポリカーボネート、熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーもしくは樹脂、シリコーン、またはシリコーンエポキシ樹脂である、請求項３に記載の装置（１００）。
  5. 前記少なくとも１つの構成要素が、蛍光体を含むさらなる封止層に堆積された封止層であってもよく、前記さらなる封止層が、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールの上部に堆積される、請求項１に記載の装置（１００）。
  6. 前記少なくとも１つの構成要素が、表面に皮膜を有する透明、半透明または反射性基材（１０６）を備える光学構成要素であり、前記皮膜が、前記２つ以上の化合物を含み、可視光をフィルタリングする、請求項１に記載の装置（１００）。
  7. 前記皮膜の厚さが、約５０ｎｍ～約１０００ミクロンの範囲である、請求項６に記載の装置（１００）。
  8. 前記皮膜が、前記２つ以上の化合物より高い屈折率を有する添加剤をさらに含み、前記添加剤が、少なくともＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含む金属酸化物および非金属酸化物から選択される、請求項７に記載の装置（１００）。
  9. 前記皮膜が、前記基材（１０６）の内側表面に配置される、請求項７に記載の装置（１００）。
  10. 前記基材（１０６）が、電球、レンズ、および前記少なくとも１つのＬＥＤモジュールを囲むドーム（１０２）からなる群から選択されるディフューザである、請求項７に記載の装置（１００）。
  11. 前記装置（１００）が、対応する複数の構成要素を有する複数のＬＥＤモジュールを含む集積回路を備える、請求項１に記載の装置（１００）。
  12. 前記少なくとも１つの構成要素が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３からなる群から選択される添加剤を含み、前記少なくとも１つの構成要素の前記２つ以上の化合物の拡散性を高める、請求項１に記載の装置（１００）。
  13. 前記少なくとも１つの構成要素が、射出成形を使用して堆積される、請求項１に記載の装置（１００）。

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