JP7108793B2 - シアン蛍光体変換されたｌｅｄモジュール - Google Patents

シアン蛍光体変換されたｌｅｄモジュール Download PDF

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Description

本発明は、発光素子及び自動車の自律走行状態への信号方法に関する。
ルミネッセンス材料に基づく発光ダイオードは、当技術分野において知られている。US2006/091778は、半導体発光体と、ルミネッセンス材料とを含む青緑色照明システムを記述している。そのシステムでは、CIE色度図（color coordinates）上の五角形のaの領域内に位置する発光を有する。その五角形のコーナーは、以下のCIE色座標を有する。すなわち、i） x=0.0137及びy=0.4831； ii） x=0.2240及びy=0.3890； iii） x=0.2800及びy=0.4500； iv） x=0.2879及びy=0.5196；並びにv） x=0.0108及びy=0.7220である。ルミネッセンス材料は、２つ以上の蛍光体を含む。照明システムは、交通信号灯又は自動車ディスプレイの緑色光として使用することができる。
Hee Chang Yoonらによる、ACS Applied Materials & Interfaces, vol.7, No. 13, 2（2015-05-24）、7342-7350頁は、下方に変換された白色LEDの超高色品質のための、緑色Zn-Ag-In-S及び赤色Zn-Cu-In-S量子ドットの合成及び特徴付けについて記載している。
Philipp Strobelらによる、Chemistry of Materials、vol.30, No. 9、（2018-04-18）、3122-3130頁は、EU2+によるドーピング時に狭帯域発光を有する照明グレード蛍光体変換（pc）LEDにおける適用のためのホスト格子としての、オキソ-及び（オキソ）ニトリドベリラートを記載している。
半導体発光ダイオード及びレーザダイオード（本明細書では「LED」と総称する）は、現在利用可能な最も効率的な光源の一つである。LEDの発光スペクトルは、典型的には、デバイスの構造及びLEDを構成する半導体材料の組成によって決定される波長において、単一の狭いピークを示す。デバイス構造及び材料系の適切な選択により、LEDは、紫外線、可視光線、又は赤外線波長で動作するように設計することができる。
LEDは、LEDにより発光される光を吸収し、それに応答してより長波長の光を発光する１つ以上の波長変換材料（一般に、本明細書では「蛍光体」と称する）と組み合わせることができる。このような蛍光体変換（phosphor-converted）LED（「pcLED」）では、LEDにより発光される光のうち蛍光体によって吸収される光の割合は、LEDによって発光される光の光路中の蛍光体材料の量に依存し、例えば、LED上に又は周囲に配置される蛍光体層中の蛍光体材料の濃度及び層の厚さに依存する。
蛍光体変換されたLED（pcLED）は、LEDによって放射された光の全てが１つ以上の蛍光体によって吸収されるように設計することができ、この場合、pcLEDからの発光は、完全に蛍光体からである。そのような場合、蛍光体は、例えば、一個のLEDによって直接的に効率的には生成されないような、狭いスペクトル領域の光を放射するように選択することができる。
変形的には、pcLEDは、LEDによって発光された光の一部のみが蛍光体によって吸収されるように設計されてもよく、この場合、pcLEDからの発光は、LEDによって発光された光と蛍光体によって発光された光との混合光である。LED、蛍光体、及び蛍光体組成物の適切な選択により、そのようなpcLEDは、例えば、所望の色温度（color temperature）及び所望の演色特性（color-rendering properties）を有する白色光を放射するように設計することができる。
一態様では、本発明は、発光デバイスを提供し、該発光デバイスは、
紫外線又は青色光を発光するLEDと、
紫外線又は青色光により励起され、応答して、より長い波長の光を放射し、FWHMの半値全幅を有し波長λpkで発光ピークを有する結合蛍光体発光スペクトルを提供する１つ以上の蛍光体と、を含む。
ここで、
525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7 nm
であり、λpk 及びFWHMはnmで表される。
発光デバイスの実施形態において、前記１つ以上の蛍光体により放射された前記光から形成され、前記LEDからの青色光を選択的に含む当該発光デバイスからの光学出力が、1931 CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有する。
発光デバイスの実施形態において、前記結合蛍光体発光スペクトルは、1931 CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4を満たさないx, y色点を有し、当該発光デバイスからの前記光学出力は、前記LEDからの青色光を含み、この青色光は、当該発光デバイスの前記光学出力のx, y色点を、前記結合蛍光体発光スペクトルの色点から、x＜0.2及び0.32＜y＜0.4の色点へとシフトさせる。
発光デバイスの実施形態では、当該発光デバイスからの前記光学出力のx, y色点は、前記LEDにより放射される青色光を含まない。発光デバイスの実施形態では、前記１つ以上の蛍光体が、Sr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体を含む。、発光デバイスの実施形態では、前記１つ以上の蛍光体が、Sr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体のみを含み、他の蛍光体は含まない。
発光デバイスの実施形態では、前記LEDは、AlInGaN発光ダイオードであるか、或いはAlInGaN発光ダイオードを含む。発光デバイスの実施形態において、１つ以上の蛍光体により発光された光から形成され、LEDからの青色光を選択的に含む発光デバイスからの光学出力は、1931年のCIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有し、LEDは、AlInGaN発光ダイオードであるか、又はAlInGaN発光ダイオードを含み、１つ以上の蛍光体は、Sr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体を含む。発光デバイスの実施形態では、1つ以上の蛍光体は、Sr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体のみを含み、他の蛍光体は含まない。
発光デバイスの実施形態において、LEDは、AlInGaN発光ダイオードであるか、或いはAlInGaN発光ダイオードを含む。発光デバイスからの光学出力は、1つ以上の蛍光体によって発光される光と、LEDによって発光される青色光成分とから形成される。結合蛍光体発光スペクトルは、x＜0.2及び0.32＜y＜0.4を満たさない1931 CIE色空間におけるx, y色点を有する。発光デバイスからの光学出力の青色光成分は、結合蛍光体発光スペクトルの光学出力のx, y色点を、前記結合蛍光体発光スペクトルの色点から、x＜0.2及び0.32＜y＜0.4の色点へシフトさせる。
さらに別の態様では、本発明は、自動車の自律走行状態に信号を出す方法を提供し、この方法は、以下のステップを含む。
1931 CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有する光学出力を形成するよう発光デバイスを動作させるステップ；及び
前記光学出力を用いて前記自律走行状態に信号を出すステップ。
前記発光素子は、以下のものを含む：
紫外線又は青色光を放射するLED；及び
前記紫外線又は青色光により励起され、応答して、より長い波長の光を放射し、FWHMの半値全幅を有し波長λpkで発光ピークを有する結合蛍光体発光スペクトルを提供する１つ以上の蛍光体。
ここで、
525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7 nm
であり、λpk 及びFWHMはnmで表される。
本方法の実施形態では、LEDは、AlInGaN発光ダイオードであるか、或いはAlInGaN発光ダイオードを含む。本方法の実施形態では、1つ以上の蛍光体は、Sr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体を含む。本方法の実施形態において、1つ以上の蛍光体は、Sr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体のみを含み、他の蛍光体は含まない。
本方法の実施形態では、前記結合蛍光体発光スペクトルは、1931 CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4を満たさないx, y色点を有し、当該発光デバイスからの前記光学出力は、前記LEDからの青色光を含み、この青色光は、当該発光デバイスの前記光学出力のx, y色点を、前記結合蛍光体発光スペクトルの色点から、x＜0.2及び0.32＜y＜0.4の色点へとシフトさせる。
本方法の実施形態では、発光デバイスは、本明細書にさらに定義される（例えば、請求項1に定義される）発光デバイスを含む。
特定の実施形態では、1つ又は複数の蛍光体は、（a）M4 B14 025:EU2+ 及び（b）A3 B5 O12:Ce3+ から成る群から選択され、Mは1以上のSr及びCaを含み、Aは1以上のY、Gd及びLuを含み、Bは1以上のAl、Ga、In及びScを含む。実施例では、1つ以上の蛍光体は、単に以下を含む。M4 B14 025:EU2+ 及び（b）A3 B5 O12:Ce3+。
実施形態において、1つ以上の蛍光体は、M4 B14 025:EU2+ を含み、MはSr及び選択的にCaを含み、BはAl及び選択的にScを含む。実施形態において、Mは、10%以下のCa、特に最大5%、例えば最大１%を含むことができる。実施形態において、Mは、特に4～12% Euのように、1～15%、例えば2～12%を含み得る。従って、実施形態において、Mは、本質的に、Sr （及びいくつかのEu）を含み得る。Euは特にドーパントである。実施形態において、Bは、最大１%Scと同様に、特に最大２%のように、５% Scと等しいか又は5% Sc未満を含むことができる。実施形態において、Bは、少なくとも0.5%Scなど、少なくとも0.2%を含むことができる。Scandiumは発光の有益な青方シフトを提供する。従って、実施形態では、Bは、Alを本質的に含むことができる。ここでパーセンテージは、原子パーセンテージを表す。
実施形態において、１つ以上の蛍光体は、A3 B5 O12:Ce3+ を含み、ここで、Aは、Y及びLuの１つ以上を含み、Bは、Al及びGaの1つ以上を含む。実施形態において、Aは、0.5～5% Ce、例えば1～3% Ceを含んでもよい。実施形態において、Aは、本質的に、Y及びLu （及びいくつかのCe）の1つ以上からなり得る。実施形態において、Aは、本質的にY及びCe （例えば、0.5～5% Ce）からなり得る。変形的には、実施形態において、Aは本質的に、Lu及びCe （例えば、0.5～5% Ceを含む）からなり得る。或いは、実施形態において、Aは、本質的にLu及びY及びCe （例えば、0.5～5% Ce）からなり得る。実施形態において、Bは、Al及び選択的にGaを含んでもよい。Bは、少なくとも50%、例えば、少なくとも55% Alを含むことができる。実施形態において、Bは、最大で50% Ga、例えば最大で33%を含むことができる。例えば、A3 B5 O12:Ce3+は、Lu3(Al3.5,Ga1.5)O12:Ce、(Lu,Y)3Al5O12:Ce、及びY3Al5O12:Ceの1つ以上を含み得る。ここでパーセンテージは、原子パーセンテージを表す。
特定の実施例では、１つ以上の蛍光体はA3 B5 O12:Ce3+ 蛍光体を含む。他の特定の実施例では、1つ以上の蛍光体はA3 B5 O12:Ce3+ のみを含み、他の蛍光体を含まない。
さらに他の特定の実施例では、1つ以上の蛍光体は、M4 B14 025:EU2+及びA3 B5 O12:Ce3+ を含み、２つの（タイプの）蛍光体の総重量に対して、1～30重量%の量、例えば1～20重量%のA3 B5 O12:Ce3+が得られる。したがって、特定の実施例では、１つ以上の蛍光体は、M4 B14 025:EU2+ 及びA3 B5 O12:Ce3+ を含み、蛍光体の総重量に対して、A3 B5 O12:Ce3+ は0.50～30重量%の重量パーセントで得られる。M4 B14 025:EU2+ 蛍光体へのガーネット添加は、光束を増加させるように見えるが、驚くべきことに、シリコーン樹脂のような樹脂中の負荷を低下させることも可能である。実施形態において、樹脂中の１つ以上の蛍光体の重量百分率は、（蛍光体を含む樹脂の総重量に対する）50重量%未満である。従って、実施形態では、１つ以上の蛍光体は樹脂で構成され、樹脂及び蛍光体の総重量に対して、１つ以上の蛍光体は50重量%未満の重量パーセントで得られる。樹脂は、蛍光体のホストであってもよい。ここで、パーセンテージは重量パーセンテージを指す。
M4 B14 025:EU2+の使用は、驚くべきことに、動作温度においても、また長い動作時間にわたっても、所望の（狭い）シアン色ボックス内に留まる色点を有するLEDを提供することを表した。
実施形態において、LEDは、440～460nmの範囲から選択されるピーク波長を有する。
自動車の自律走行状態に信号を出すのに使用するための、関心対象の色空間のシアン領域の境界を示す1931 CIE x, y色度図（choromaticity diagram）である。 図１におけるような1931 CIE x, y色度図であり、さらに、いくつかの蛍光体発光色点の位置を示す。 図２の色点に対応する２つの蛍光体の発光スペクトルのプロットである。 青色LED及びSAE蛍光体から構成された蛍光体変換LEDからの青色発光LED及びシアン発光スペクトルのプロットである。 自動車の自律走行状態を信号送信するために使用するための関心対象の色空間のシアン領域の境界を示す1931 CIE x, y色度図と、駆動電流及び動作温度の関数として図４の蛍光体変換されたLEDの色点とを示す。 青色LEDからの発光スペクトラムと、青色LED、SAE蛍光体及びGaLuAG蛍光体から構成された蛍光体変換LEDからのシアン発光スペクトルとのプロットである。青色LEDからの及び各蛍光体からのシアン発光スペクトルへの寄与もまた、別々に示されている。 青色発光LEDからの発光スペクトルと、青色LED、SAE蛍光体及びYAG蛍光体から構成される蛍光体変換LEDからのシアン発光スペクトルとのプロットである。青色LEDからの及び各蛍光体からのシアン発光スペクトルへの寄与もまた、別々に示されている。 蛍光体変換されたLEDの例示的実施形態の概略断面図であり、LEDは反射カップ内に配置されている。透明材料中に分散された蛍光体粒子の混合物が、反射カップ内及びLEDの周囲に配置されている。 蛍光体変換されたLEDの別の実施形態の概略断面図であり、蛍光体層が堆積されたLEDが反射カップ内に配置されている。 波長変換構造体がLEDと直接接触している、別の例の蛍光体変換LEDの断面図である。 波長変換構造体がLEDに非常に近接している、別の例の蛍光体変換LEDの断面図である。 波長変換構造体がLEDから離間されている、別の例の蛍光体変換LEDの断面図である。概略図は、必ずしも縮尺通りではない。
以下の詳細な説明は、図面を参照して読むべきである。図面では、同一の参照番号が、異なる図面全体にわたって、同様の要素を指す。必ずしも縮尺通りではない図面は、選択された実施形態を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。詳細な説明は、例示として、本発明の原理を限定するものではなく、説明している。
本明細書は、CIE 1931色空間のシアン範囲の定義された部分内で色安定発光を有するpcLEDを開示している。これらのpcLEDは、他の用途と同様に、自動車産業における信号灯としての用途を有することができる。
自動車産業における信号及び照明のための色は、CIE色空間、例えば、CIE 1931色空間において定義される。自動車産業における青信号と緑信号のための色空間定義の間で、ある小さな領域が自由であり、現在、自動車の自律運転状態に信号を出すために使用するために提案されている。CIE 1931色空間座標では、このシアン範囲は0.32≦y ≦0.4及びx≦0.2である。図1は、単色位置（monochromatic locus）15の一部及びその単色位置に沿った光の選択された波長に沿って、CIE 1931 x, y色度図にプロットされたこのシアン領域10を示す。
シアン領域10内部に直接発光を有するLEDを製造し、操作することは困難である。図１に示されているように、シアン領域10の主な波長（単色位置15に沿って延在する）は、約491ナノメートル（nm）から約494.5nmの範囲のみである。例えば、シアン発光AlInGaN LEDの製造においては、典型的には、単一ウエハ上で製造された個々のデバイスによって発光される主波長の範囲は、この範囲の倍数である。さらに、駆動電流に伴うAlInGaN LEDの主な波長シフトは、アンペアあたり約-2.5nmであり、温度変化は10Kあたり約0.7nmである。従って、直接シアン発光LEDの動作中に、動作温度及び駆動電流条件の想定される範囲にわたって、シアン領域10内に留まる十分な色安定性を達成することは困難である。
本発明者らは、ある発光ダイオード又はレーザダイオードと、１つ以上の蛍光体材料とを含むあるpcLEDが、シアン領域10において安定な発光を提供し得ることを見出した。そのLEDのピーク発光波長は、深紫外線から波長約450nmまでの範囲であり得る。その１つ以上の蛍光体材料は、LEDによって放射された光の一部のみをより長い波長の光に変換するか、或いはLEDによって放射された光の実質的に全てをより長い波長の光に変換することができる。すなわち、pcLEDによって発光される光は、LEDによって発光される光と、１つ以上の蛍光体材料によって発光される光との混合物を含んでもよく、その結果、pcLEDからの発光スペクトルが、上記で定義されたシアン領域10の内側の色点を有するようになる。変形的には、pcLEDによって放射される光は、１つ以上の蛍光体によって放射される光のみを含み得、結果として、pcLEDからの発光スペクトルはシアン領域10内の色点を有する。
１つ以上の蛍光体材料からの発光スペクトルは、典型的には、ある半値全幅（full width at half maximum, FWHM）を伴う規定されたピーク波長を有する。図２は、図１におけるような1931 CIE x, y色度図を示し、ピーク波長及びFWHMの異なる位置に対する蛍光体発光スペクトルの色点（color points）をプロットしている。「x」記号で示される色点は、標識された波長でピークに達し、FWHMが32nmである蛍光体発光スペクトルについてのものである。中実四角形で示される色点は、標識された波長でピークに達し、FWHMが95nmである蛍光体発光スペクトルについてのものである。蛍光体材料の発光は、１つの材料、又は異なる蛍光体材料の混合物から生じてもよく、全体として図２に示されるような、FWHM及びピーク位置を生じる。
図2によって示されるように、蛍光体発光スペクトルのピーク波長及びFWHMのいくつかの組み合わせのみが、シアン領域10内に入る色点をもたらす。蛍光体発光スペクトルの色点がシアン領域10内に入る場合、LEDによって発光される光のほとんど又は全てがpcLEDからの発光中に存在しないように、pcLEDを構成することができる。変形的には、蛍光体発光スペクトルのピーク波長が長いために、蛍光体発光スペクトルの色点が領域10の外側にある場合には、LEDによって発光された吸収されていない青色光が蛍光体発光と混合されて、pcLED発光スペクトルの色点を領域10内へとシフトするように、pcLEDを構成することができる。
図３は、図２に示す色点からの蛍光体発光スペクトルの２つの例を示している。蛍光体発光スペクトル20（実線）は、493nmのピーク波長と32nmのFWHMを有する。蛍光体発光スペクトル25（破線）は、497nmのピーク波長及び95nmのFWHMを有する。
図２に示されたものと同様のデータから、本発明者らは、シアン領域10内に入る色点を有する発光スペクトルを有するpcLEDが、以下の不等式を満足する、ピーク波長λpk及びFWHMを有する全蛍光体発光スペクトルを提供する１つ以上の蛍光体を使用して構築され得ることを見出した。ここで、λpk及びFWHMは、nmで表される。
525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7 nm
より長いλpkについては、シアン色領域10は、LEDからの青色光を加えて実現することができる。しかしながら、λpkが約525nm以上の場合、蛍光体発光のy座標は急速に減少する。pcLED出力に混合されたLEDからの青色光の量は、出力における青色LED発光のパワーの、出力における蛍光体発光のパワーに対する比PRによって特徴付けることができる。ここで、PR =（青色パワー）／（蛍光体パワー）である。典型的には、0 ≦ PR ≦ 0.6、又は0 ≦ PR ≦ 0.25である。 好ましくは、0.05 ≦ PR ≦ 0.4。 より好ましくは、0.1 ≦ PR ≦ 0.25である。λpk = 525nm及びFWHM = 68nmについては、PR = 0.45である。λpk = 496nm及びFWHM = 68nmについては、PR = 0.45である。λpk = 525nm及びFWHM = 68nmについては、PR = 0.63である。
シアン領域10内の色点を有する発光スペクトルを提供する蛍光体変換LEDにおいて、発光ダイオード又はレーザダイオードは、例えば、従来のAlInGaN発光ダイオード又はレーザダイオードであってもよい。代わりに、任意の他の適切な発光ダイオード又はレーザダイオードを使用することができる。蛍光体は、Sr4 Al14 025 : Eu2+ （SAE）蛍光体であってもよく、又はSr4 Al14 025 : Eu2+ （SAE）蛍光体を含んでもよい。例えば、これは、蛍光灯用途で使用される既知の材料である。一般に、SAEに対して、一般式(Y,Lu)3 (Al,Ga)5 O12 : Ceのガーネット蛍光体を加えることにより、光束（flux）を増大させることができる。(Y,Lu)3 (Al,Ga)5 O12 : Ceは、標準YAG材料よりも、好ましくよりグリーンな発光を有するガーネット材料である。そのようなガーネット蛍光体の例は、セリウムで活性化されたGaLuAGである。SAEと組み合わせることができる他の適切な蛍光体としては、β-SiSl0N:Eu2+ 、BOSE （EuドープSr、Baオルトケイ酸塩）、及びBa3,Si6,O12:Euのような又は類似の窒化グリーン蛍光体が挙げられる。任意の他の適切な蛍光体が、追加的に、又は代わりに使用され得る。
所望のシアン出力を提供するpcLEDの一例が、シリコーン中に分散されたSr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体を有する従来の中間出力AlInGaN LEDパッケージを用いて構築された。蛍光体シリコーン混合物をシリコーンの146質量％で作製した。すなわち、蛍光体の質量はシリコーンの質量の1.46倍であった。
AlInGaN LED発光スペクトルは、FWHMが12nmで、448nmのピークに達した。これは、SAEの吸収バンドとほとんど重ならない、非常に長い青色波長である。室温では、蛍光体発光スペクトルは、491.3nmのピーク波長を有し、FWHMは68nmであった。図４は、AlInGaN LED発光スペクトル30と、パッケージ内のSAE蛍光体及びシリコーン混合物を有する結果としてのpcLEDシアン発光スペクトル35を示す。LEDによって発光される若干の青色光が、pcLED出力中に存在する。この例における電力比PRは約0.17である。
図５は、図１の色度図と同様な1931 CIE x, y色度図を示し、その上に、動作温度及び駆動電流の関数として、図４の例示的なシアンpcLEDの色点をプロットしている。25℃、55℃及び85℃のソケット温度、及び5mA、10mA、50mA、100mA、150mA、200mA及び350mAの駆動電流について測定したpcLED発光スペクトルから色点を決定した。このデータは、温度及び駆動条件のこの範囲にわたって、例示的なpcLEDのシアン発光が、定義されたシアン色領域10に常に適合していることを実証している。
所望のシアン出力を提供する別の例のpcLEDが、シリコーン中に分散された、Sr4 Al14 O25 : Eu2+蛍光体及び緑色発光セリウム活性化GaLuAG蛍光体の混合物を有する従来の中間出力AlInGaN LEDパッケージを用いて構築された。シリコーン混合物のSAE蛍光体成分はシリコーンの18.5重量％、GaLuAG蛍光体成分はシリコーンの2.1重量％であった。AlInGaN LED発光スペクトルは、FWHMが15nmで445.1nmでピークを示した。
図６Ａは、AlInGaN LED発光スペクトル40及び得られたpcLEDシアン発光スペクトル45を示す。また、シアン発光に対するSAE蛍光体発光の寄与50、シアン発光に対するLED青色光の寄与55、及びシアン発光に対するGaLuAG蛍光体発光の寄与60を示す。pcLED出力に対する光学的パワー分率の異なる寄与は、SAE = 60.2％、GaLuAG = 23.8％、及びLED =16％である。電力比は、PR = 0.191である。このpcLEDは、282.3lm/Wの発光当量（luminous equivalent, LE）を有し、CIE 1931色空間座標 x = 0.172及び y = 0.351を有し、かつ350mAの駆動電流で106ルーメンの蛍光光束を有する。対照的に、同一のピーク発光波長及びFWHMを有するがSAE蛍光体のみを使用する青色LEDで構築された同様なpcLEDは、LEが261.3 lm/Wであり、CIE 1931色空間座標 x = 0.136及び y = 0.351であり、350mAの駆動電流において93.8ルーメンの光束であり、PRが125である。これらの例は、GaLuAG蛍光体の添加が、pcLED出力のx座標を有利に増加させ、約13%の光束利得を提供することを示している。ここで、λpk = 498.3nmであり、FWHMは89.6nmである。
所望のシアン出力を提供する別の例のpcLEDが、シリコーン中に分散された、Sr4 Al14 025 : Eu2+ 蛍光体と黄緑色発光セリウム活性化YAG蛍光体との混合物を有する従来の中間出力AlInGaN LEDパッケージを用いて構築された。シリコーン混合物のSAE蛍光体成分はシリコーンの19.2重量％であり、YAG蛍光体成分はシリコーンの0.6重量％であった。AlInGaN LED発光スペクトルは、447.4nmでピークを示した。
図６Ｂは、AlInGaN LED発光スペクトル40及び得られたpcLEDシアン発光スペクトル45を示している。また、シアン発光に対するSAE蛍光体発光の寄与50、シアン発光に対するLED青色光の寄与55、及びシアン発光に対するYAG蛍光体発光の寄与60を示す。pcLED出力に対する光学的パワー分率の異なる寄与は、SAE = 62.7％、YAG = 18.2％、及びLED = 19.1％である。電力比は、PR = 0.191である。このpcLEDは、280.6lm/Wの発光当量（LE）を有し、CIE 1931色空間座標x = 0.191及びy = 0.336を有し、かつ350mAの駆動電流における101ルーメンの発光光束を有する。この実施例は、YAG蛍光体を加えることも、pcLED出力のx座標を有利に増加させ、約13%の光束利得を提供することを示す。ここで、λpk = 498.0nmで、FWHMは91.2nmである。
pcLEDでは、１つ以上の蛍光体材料は、任意の適切な方法でLEDに対して配置することができる。図７を参照すると、例えば、pcLED 65は、反射構造体（例えば、反射カップ）75内に配置されたLED 70を含むことができ、これもまた、蛍光体粒子85を分散させた実質的に透明な材料80を含む。材料80及び蛍光体粒子85がLED 70の周囲に配置される。pcLED 65の動作中、LED 70によって放射された青色又は紫外線光の少なくとも一部が、蛍光体粒子85を励起し、これに応答してより長い波長の光を放射する。反射カップ75は、LEDから吸収されていない光を反射して蛍光体粒子85に戻し、LEDの光から蛍光体発光への変換を高める。反射カップ75はまた、蛍光体粒子によって放射された光、及び選択的にLED 70によって放射された吸収されていない光を、LED 70から離れるよう方向付けて、pcLED 65の光学出力を形成する。選択的に、複数のLED 70を反射構造体75内に配置してもよい。透明材料80は、例えば、シリコーンであってもよいし、シリコーンを含むこともできる。他の任意の適切な透明材料を代わりに使用することができる。
図８の例において、pcLED 65は、実質的に透明な材料80中に分散された蛍光体粒子85を含む蛍光体層を上に堆積させたLED 70を含む。蛍光体層は、例えば、スクリーン印刷又はステンシル処理によって堆積されてもよい。LED 70は、図７の例と同様に、反射構造体75内に配置されており、複数のLED 70が反射構造体75内に配置されていてもよい。
１つ以上の蛍光体材料は、LEDとは別個に形成され、次いで、LEDに対して配置される、別個の波長変換構造体内に任意に配置されてもよい。このような波長変換構造体は、例えば、ルミネッセンスセラミックスラブとして、又は蛍光体粒子を分散させた透明材料のシートとして、形成し得る。波長変換構造体は、例えば、LEDに直接接着されても、接着層によってLEDに接着されても、LEDから離間されてもよい。
図９の例では、波長変換構造体90が、LED 70上に直接配置され、LED 70に接合される。図１０の例では、波長変換構造体90が、LED 70に近接して配置されるが、LED 70に直接には接続されていない。例えば、波長変換構造体90は、接着層95、小さな空隙、又は任意の他の適切な構造体によって、LEDから分離されてもよい。LEDと波長変換構造体との間の間隔は、例えば、500μm未満であってもよい。図１１の例では、波長変換構造体90が、LED 70から離間している。LEDと波長変換構造体との間の間隔は、例えば、ミリメートルのオーダーであってもよい。このようなデバイスは、「遠隔蛍光体（remote phosphor）」デバイスと呼ばれる。遠隔蛍光体配列は、例えば、ディスプレイ用のバックライトに使用することができる。
本開示は例示的なものであり、限定的なものではない。さらなる修正が、本開示に照らして当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (14)

  1. 発光デバイスであって：
    紫外線又は青色光を放射するLED；
    前記紫外線又は前記青色光により励起され、応答して、より長い波長の光を放射し、FWHMの半値全幅を有し、525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7nm（λpk 及びFWHMはnmで表される）を満たす波長λpkで発光ピークを有する結合蛍光体発光スペクトルを提供する１つ以上の蛍光体；及び
    少なくとも前記１つ以上の蛍光体により放射された前記光から形成され、1931CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有する、当該発光デバイスからの光学出力；
    を含む発光デバイスであり、
    前記１つ以上の蛍光体は、（a）M4 B14 025:EU2+ 及び（b）A3 B5 O12:Ce3+ から成る群から選択され、MはSr及びCaのうち１つ以上を含み、AはY、Gd及びLuのうち１つ以上を含み、BはAl、Ga、In及びScのうち１つ以上を含み、
    当該発光デバイスからの光学出力が、前記LEDにより放射された前記青色光を含み、
    前記結合蛍光体発光スペクトルは、1931CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4を満たさないx, y色点を有し、
    前記LEDからの前記青色光は、当該発光デバイスの前記光学出力のx, y色点を、前記結合蛍光体発光スペクトルの色点から、x＜0.2及び0.32＜y＜0.4の色点へとシフトさせる、
    発光デバイス。
  2. 請求項１に記載の発光デバイスであって、前記1つ以上の蛍光体がM4 B14 025:EU2+ を含み、MはSrを含み、BはAlを含む、発光デバイス。
  3. 請求項２に記載の発光デバイスであって、MはSr及びCaを含み、BはAl及びScを含む、発光デバイス。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光デバイスであって、前記1つ以上の蛍光体がA3 B5 O12:Ce3+ を含み、AはY及びLuのうち１つ以上を含み、BはAl及びGaのうち１つ以上を含む、
    発光デバイス。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光デバイスであって、前記１つ以上の蛍光体が、Sr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体を含む、発光デバイス。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光デバイスであって、前記１つ以上の蛍光体が、A3 B5 O12:Ce3+ 蛍光体を含む、発光デバイス。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光デバイスであって、前記１つ以上の蛍光体が、M4 B14 025:EU2+ 及びA3 B5 O12:Ce3+ を含み、前記蛍光体の全重量に対して、A3 B5 O12:Ce3+ は、0.50～30重量％の重量百分率で存在する、発光デバイス。
  8. 請求項７に記載の発光デバイスであって、前記１つ以上の蛍光体が樹脂を含み、前記樹脂及び蛍光体の総重量に対して、前記１つ以上の蛍光体は、50重量％未満の重量百分率で存在する、発光デバイス。
  9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光デバイスであって、前記LEDは、AlInGaN 発光ダイオードであるか、或いはAlInGaN 発光ダイオードを含む、発光デバイス。
  10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光デバイスであって、
    前記LEDは、AlInGaN 発光ダイオードであるか、或いはAlInGaN 発光ダイオードを含み；かつ
    前記１つ以上の蛍光体が、Sr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体を含む；
    発光デバイス。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光デバイスを利用して、自動車の自律走行状態に信号を出す方法であって：
    1931 CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有する前記光学出力を生産するよう前記発光デバイスを動作させるステップ；及び
    前記光学出力を用いて前記自律走行状態に信号を出すステップ；
    を含む方法。
  12. 発光デバイスであって：
    448nmをピークとし、12nmの半値全幅を有する青色光を放射するAlInGaN LED；
    前記青色光により励起され、応答して、491.3nmのピーク波長及び68nmの半値全幅の光を放射して、525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7nm（λpk 及びFWHMはnmで表される）を満たす波長λpk、FWHMの半値全幅で発光ピークを有する蛍光体発光スペクトルを提供するSr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体；及び
    前記Sr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体により放射された前記光及び前記LEDから放射された青色光の一部から形成され、1931CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有する、当該発光デバイスからの光学出力；
    を含む発光デバイス。
  13. 発光デバイスであって：
    445.1nmをピークとし、15nmの半値全幅を有する青色光を放射するAlInGaN LED；
    前記青色光により励起され、応答して、より長い波長の光を放射して、525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7nm（λpk 及びFWHMはnmで表される）を満たす波長λpk、FWHMの半値全幅で発光ピークを有する結合蛍光体発光スペクトルを提供するSr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体及び緑色発光セリウム活性化GaLuAG 蛍光体；及び
    前記２つの蛍光体により放射された前記光及び前記LEDから放射された青色光の一部から形成され、1931 CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4のx, y色点を有する、当該発光デバイスからの光学出力；
    を含む発光デバイス。
  14. 発光デバイスであって：
    447.4nmをピークとする青色光を放射するAlInGaN LED；
    前記青色光により励起され、応答して、より長い波長の光を放射して、525 ≧ λpk ≧ 0.039 * FWHM + 492.7nm（λpk 及びFWHMはnmで表される）を満たす波長λpk、FWHMの半値全幅で発光ピークを有する結合蛍光体発光スペクトルを提供するSr4 Al14 025 :Eu2+ 蛍光体及び黄緑色発光セリウム活性化YAG蛍光体；及び
    前記２つの蛍光体により放射された前記光及び前記LEDから放射された青色光の一部から形成され、1931 CIE色空間においてx=0.191及びy=0.336のx, y色点を有する、当該発光デバイスからの光学出力；
    を含む発光デバイスであり、
    前記結合蛍光体発光スペクトルは、1931CIE色空間においてx＜0.2及び0.32＜y＜0.4を満たさないx, y色点を有し、
    前記LEDからの前記青色光は、当該発光デバイスの前記光学出力のx, y色点を、前記結合蛍光体発光スペクトルの色点から、x=0.191及びy=0.336の色点へとシフトさせる、
    発光デバイス。
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