JP7242894B2 - 光ルミネセンス層状構造体を備えるパッケージ化された白色発光デバイス - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、「ＰＨＯＴＯＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ ＬＡＹＥＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ」と題された２０１９年３月１８日出願の米国仮出願第６２／８２０，２４９号、及び「ＰＡＣＫＡＧＥＤ ＷＨＩＴＥ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ ＰＨＯＴＯＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ ＬＡＹＥＲＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ」と題された２０１９年８月１３日出願の米国仮出願第６２／８８６，３１７号の優先権の利益を主張するものであり、これらの各々は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本発明の実施形態は、光ルミネセンス材料層を含むパッケージ化された白色発光デバイスを対象とする。より具体的には、排他的ではないが、実施形態は、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含むパッケージ化された発光デバイスに関する。
光ルミネセンス波長変換発光ＬＥＤ（「ＬＥＤ」）は、ＬＥＤによって放出された励起光（通常、青色）の一部分を吸収し、異なる色（波長）の光を再放出する、１つ以上の光ルミネセンス材料（通常、無機蛍光体材料）を含む。Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋（ＫＳＦ）、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋（ＫＴＦ）、及びＫ２ＧｅＦ６：Ｍｎ４＋（ＫＧＦ）などのマンガン活性化フッ化物蛍光体は、ディスプレイ用途では高色域（ＮＴＳＣ、ＤＣＩ－Ｐ３、Ｒｅｃ２０２０）を実現するために、及び一般の照明用途では高い一般演色評価指数（ＣＲＩ Ｒａ）を実現するために、それらをかなり望ましくする非常に狭い赤色スペクトル（それらの主な輝線スペクトルについて、１０ｎｍ未満の半値全幅）を有する。
図１は、マンガン活性化フッ化物蛍光体材料を利用する既知のパッケージ化された白色発光デバイスの断面図である。図１を参照すると、パッケージ化された発光デバイス１０は、少なくとも１つのＬＥＤダイ１６を収容する空洞１４を有するパッケージ１２を備える。空洞１４は、マンガン活性化フッ化物蛍光体と、封止材中に組み込まれた（組み込まれた（分散された）ガーネット系蛍光体材料などの黄色～緑色発光蛍光体との混合物を有する透明な光学封止材１８で充填される。
上記の理由で、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は非常に望ましいが、それらの広範な使用を困難にするいくつかの欠点がある。最初に、マンガン活性化フッ化物蛍光体の吸収能力は、光ルミネセンス波長変換ＬＥＤで現在一般的に使用されているユーロピウム活性化赤色窒化物蛍光体材料（ＣＡＳＮなど）の吸収能力よりも実質的に低い（通常、約１０分の１）。したがって、用途に応じて、同じ目標色点を達成するために、マンガン活性化フッ化物蛍光体の使用量は、通常、対応するユーロピウム活性化赤色窒化物蛍光体の使用量よりも５～２０倍多い場合がある。マンガン活性化フッ化物蛍光体がユーロピウム活性化赤色窒化物蛍光体よりも実質的に高価（少なくとも５倍より高価）であるため、蛍光体使用量が増加すると、製造コストが大幅に増加する。より多い使用量及びより高いコストの結果として、マンガン活性化フッ化物赤色蛍光体の使用は、多くの用途にとってひどく高価であり得る。更に、所望の色点を達成するためには、シリコーン中に非常に多くの光ルミネセンス材料を投入する必要があるため、これにより、分配プロセスの安定性が低減し、パッケージ化されたデバイス内に確実に分配することが困難になる場合がある。
フッ化物系蛍光体材料による別の問題は、フッ化物系蛍光体材料が、蛍光体のそれらの光ルミネセンス放出（すなわち、量子効率）の低減又は損失をもたらすドーパントマンガンへの損傷を引き起こす水又は水分と容易に反応することである。その上、フッ化物系化合物と水との反応は、ＬＥＤパッケージング材料と反応し得る非常に腐食性が高いフッ化水素酸を生成し、それにより構成要素の破損をもたらす場合がある。
本発明は、既知の構成物ではこれまで企図されることも可能でもなかった新しい設計及び方法を提示することによって、上述の制限に対処する及び／又は克服することを意図する。より具体的には、より少ないマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を利用し、製造中により安定した分配プロセスを可能にし、フッ化物系光ルミネセンス材料を周囲環境中の任意の水／水分から効果的に隔離することができる最適化されたＬＥＤパッケージング設計を保有する、費用効率の高い発光デバイスが必要とされている。
本発明の実施形態は、光ルミネセンス材料層状構造体を備えるパッケージ化された白色発光デバイスに関する。より具体的には、実施形態は、層内の総光ルミネセンス材料含有量に関して、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料（蛍光体）の大部分の重量％、例えば７５重量％～１００重量％を含有する固体励起源（ＬＥＤ）に隣接して配設された第１の光ルミネセンス層を含む白色発光パッケージに関する。デバイスは、可視スペクトルの緑色～赤色領域（５００ｎｍ～６５０ｎｍ）の一部内に光を生成する光ルミネセンス材料を含有する第１の光ルミネセンス層上に配設された第２の光ルミネセンス層を更に含む。本発明者らは、他の光ルミネセンス材料とは別の「個別層」内にマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を位置することにより、所与の色目標を達成するために必要とされるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の量を、６０％程度まで低減することができることを発見した。この特許明細書では、パッケージ化された発光デバイスは、光ルミネセンス材料層状構造体が発光デバイスパッケージの一部を構成することを指定するために使用される。これは、蛍光体構成要素が励起源に「遠隔に」提供される、すなわち物理的に隔置された関係で提供され、空隙によって分離される、遠隔蛍光体（光ルミネセンス）デバイスと対比されるべきである。
本発明の一態様によれば、白色発光パッケージであって、４４０ｎｍ～４７０ｎｍの範囲のドミナント波長を有する励起光を生成するための固体励起源と、層状光ルミネセンス構造体であって、第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の７５重量％～１００重量％のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む第１の光ルミネセンス層、及び５００ｎｍ～６５０ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する光を生成するための光ルミネセンス材料を含む第２の光ルミネセンス層を含む、層状光ルミネセンス構造体と、を備え、第２の光ルミネセンス層が、第１の光ルミネセンス層上に配設され、第１の光ルミネセンス層が固体励起源に隣接して配設される、白色発光パッケージ、が提供される。第１の光ルミネセンス層は、第２の光ルミネセンス層よりも固体励起源に対して極めて近位にあることが理解され得る。「極めて近位」は、励起源に対する第１及び第２の光ルミネセンス層の空間的関係を画定するために使用され、第１の光ルミネセンス層が励起源に対して近位（すなわち、近位層）であり、一方、第２の光ルミネセンス層が励起源に対して遠位（すなわち、遠位層）であることを指定するために使用されることが理解され得る。その上、「極めて近位」とは、固体励起源と第１の光ルミネセンス層との間の光路内に他の光ルミネセンス材料はないが、光ルミネセンス材料以外の材料、例えば光拡散性／光散乱材料を含有する光透過性層又は光透過性層がある場合があることを意味する。本発明による発光デバイスは、パッケージ化された発光デバイス内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の高使用量に対処するための効果的な解決策を提供する。層の総光ルミネセンス含有量に関して、層が排他的に（１００重量％の）マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料からなるまでの大部分（少なくとも、層の総光ルミネセンス材料含有量の７５重量％）を含有する、それぞれの層としてマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を提供することにより、デバイス内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を大幅に低減する（約２５％～６０％の低減）ことが見出されている。
既知の構成物（図１）と比較すると、従来の白色発光デバイスは、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料と他の（非フッ化物）光ルミネセンス材料（例えば、緑色蛍光体材料、通常ガーネット系蛍光体材料、又はＣＡＳＮなどの赤色窒化物系蛍光体）との混合物を含む単一の光ルミネセンス層を含む。そのような配置では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料及び他の光ルミネセンス材料は、励起光、例えば青色励起光への等しい曝露を有する。マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、他の光ルミネセンス材料（例えば、緑色／黄色ガーネット系蛍光体又は赤色窒化物蛍光体）よりもはるかに低い青色光吸収能力を有するため、必要とされる赤色放出に十分な青色光を変換するためには、より多量のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が必要である。対照的に、本発明による構造体では、その別のそれぞれの層内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、青色励起光に個別に曝露され（つまり、他の光ルミネセンス材料と競合しない）、したがって、より多くの青色励起光が、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料によって吸収され得、未変換の青色励起光は、他の光ルミネセンス材料を含有する第２の光ルミネセンス層を通過することができる。有利には、この構造体／発光デバイスでは、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、例えば緑色／黄色又は橙色～赤色に放出する光ルミネセンス材料など、他の光ルミネセンス材料からの競合なしに、より効果的に青色励起光を赤色放出に変換することができる。したがって、目標色点を達成するために必要とされるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の量（使用量）は、光ルミネセンス材料の混合物を含む単一層の既知の配置と比較して、最大で８０％、大幅に低減することができる。したがって、本発明の白色発光デバイスの主な利点は、生成された光の所望の色点を実現するために必要とされるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が著しく少ないので、デバイス（すなわち、パッケージ）の製造コストの大幅な削減である。
本発明による発光デバイスの更なる利点は、第１の光ルミネセンス層にわたって配設された第２の光ルミネセンス層を設けることにより、第１の層内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が周囲環境内の任意の水／水分と直接接触することから保護する及び隔離することができることである。そのような多層又は２層の光ルミネセンス層状構造体は、上述のように、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の不十分な水分信頼性に対処するための効果的な解決策を提供する。したがって、第２の光ルミネセンス層を含めることにより、改善された水分信頼性の利点が発光デバイス（すなわち、ＬＥＤパッケージ）に提供される。それは、第２の光ルミネセンス材料層が第１の光ルミネセンス層と直接接触していることであり得る。直接接触は、空気界面の排除により、第１の光ルミネセンス層と第２の光ルミネセンス層との間の界面を横断する能力を改善する。
実施形態では、第１の光ルミネセンス層は、第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の９０重量％～１００重量％のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含み得る。他の実施形態では、第１の光ルミネセンス層は、第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の９５重量％～１００重量％のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含み得る。なお更なる実施形態では、第１の光ルミネセンス層は、光ルミネセンス材料に関して、排他的に（１００重量％）のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料からなる。第１の光ルミネセンス層内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の割合を増加させることにより、所与の目標色のためのデバイス内で使用されるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料全体が減少することが見出される。
通常、第１の光ルミネセンス材料層は、固体励起源と直接接触しており、つまり、第１の光ルミネセンス層は、固体光源上に配設又は堆積される。実施形態では、第１の光ルミネセンス層は、ＬＥＤチップ（固体励起源）のうちの少なくとも１つの少なくとも発光面（例えば、原理発光面）上に均一な厚さの層（膜）を含むことができる、つまり、ＬＥＤフィラメントは、狭帯域赤色光ルミネセンス材料を含有するＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを備える。第１の層は、コンフォーマルコーティング層の形態で、ＬＥＤチップの全ての発光面上に均一な厚さの層を含み得る。あるいは、発光デバイスは、固体励起源と第１の光ルミネセンス層との間に配設された光透過性層を含み得る。例えば、光透過性層は励起源上の光上に配設され、第１の光ルミネセンス層は光透過性層上に配設され得る。光透過性層は、例えばジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、エポキシ、及び／又はガラスなどの光透過性無機酸化物材料を含むパッシベーション層を含み得る。
それは、第１の光ルミネセンス層は、実質的にコンフォーマルなコーティング層、略半球状コーティング層、略ドーム形状コーティング層のうちの少なくとも１つを含むことであり得る。このタイプの構成は有利である、つまり、これらの構成がマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の全てを可能な限りＬＥＤチップ（固体励起源）に近くなるように集中させ、層内の物理的位置にかかわらず、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の全てが実質的に同じ励起光光子密度への曝露を受けることを確実にする。初期試験データは、それぞれの層内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が単一の光ルミネセンス層を含む既知の白色発光デバイスと比較して、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を、最大８０重量％まで低減することができる、そのような配置を示す。
実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋を含み得る。マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス層、例えばＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋は、約６３０ｎｍ～約６３２ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する光を生成することができる。
実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋を含み得る。
実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、Ｋ２ＧｅＦ６：Ｍｎ４＋を含み得る。
マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料はまた、Ｋ２ＳｎＦ６：Ｍｎ４＋、Ｎａ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｎａ２ＺｒＦｅ：Ｍｎ４＋、Ｃｓ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｃｓ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｒｂ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｒｂ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｋ３ＺｒＦ７：Ｍｎ４＋、Ｋ３ＮｂＦ７：Ｍｎ４＋、Ｋ３ＴａＦ７：Ｍｎ４＋、Ｋ３ＧｄＦ６：Ｍｎ４＋、Ｋ３ＬａＦｅ：Ｍｎ４＋、及びＫ３ＹＦｅ：Ｍｎ４＋からなる群から選択される一般組成を含み得る。
それは、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料がデバイスの総光ルミネセンス材料含有量の約３０重量％～４５重量％、又はデバイスの総光ルミネセンス材料含有量の４５重量％未満を構成することであり得る。
マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、光透過性媒体中に組み込まれ（組み込まれ（分散され））得る。これにより、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の中に励起光を結合すること、発光効率を改善すること、及びマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を低減することが改善され得る。光透過性媒体は、ジメチルシリコーン又はフェニルシリコーンを含み得る。マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の屈折率をより良好に整合するために、フェニルシリコーン（屈折率－１．５４）又はジメチルシリコーン（屈折率１．４１）は、使用される特定のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料に基づいて、第１の光ルミネセンス層内で選択することができる。例えば、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋（屈折率１．４）は、ジメチルシリコーン中に組み込まれ（分散され）得、一方、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋（屈折率＞１．５）は、フェニルシリコーン中に組み込まれ（分散され）得る。
励起源によって生成された励起光のドミナント波長に応じて、第２の光ルミネセンス層は、４４０ｎｍ～６２５ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する光を生成する光ルミネセンス材料を含むことができる。例えば、励起源が紫光及びＵＶ光を生成するとき、第２の光ルミネセンス層は、４４０ｎｍ～４７０ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する青色光を生成する光ルミネセンス材料を更に含むことができる。
光ルミネセンス材料は、光透過性媒体中に組み込まれ（分散され）得る。これにより、光ルミネセンス材料に励起光を結合すること、発光効率を改善すること、及び光ルミネセンス材料の使用量を低減することを改善することができる。光透過性媒体は、ジメチルシリコーン又はフェニルシリコーンを含み得る。
光ルミネセンス材料は、５００ｎｍ～５６５ｎｍの範囲内、つまり可視スペクトルの緑色領域内にピーク放出波長を有する光を生成する緑色光ルミネセンス材料を含み得る。第２の光ルミネセンス層は、デバイスの総緑色光ルミネセンス材料含有量の６０％～１００％を構成し得る。緑色光ルミネセンス材料は、一般組成Ｙ３－ｘ（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅｘ－ＹＡＧ蛍光体材料を有するセリウム活性化ガーネット蛍光体を含み得る。緑色光ルミネセンス材料は、一般組成（Ｌｕ，Ｙ）３－ｘ（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅｘを有するアルミネート蛍光体を含み得る。緑色光ルミネセンス材料は、一般組成Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋又はＡ３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋のシリケート蛍光体（式中、Ａ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及び／又はＢａ）を含み得る。
デバイスによって生成された光の演色特性を改善するために、光ルミネセンス材料は、１つ以上の橙色～赤色放出蛍光体を含み得る。実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料及び橙色～赤色光ルミネセンス材料の総量に対する橙色～赤色光ルミネセンス材料の含有率は、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、及び少なくとも４０重量％のうちの少なくとも１つである。橙色～赤色光ルミネセンス材料は、例えば、一般組成ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、例えば（Ｃａ１－ｘＳｒｘ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（式中、０．５＜ｘ≦１）のＣＡＳＮ蛍光体、又は組成Ｂａ２－ｘＳｒｘＳｉ５Ｎ８：Ｅｕ（式中、０≦ｘ≦２）の２：５：８窒化物系蛍光体などのユーロピウム活性化窒化物系赤色放出蛍光体を含むことができる。橙色～赤色放出蛍光体は、一般組成ＭＳｅ１－ｘＳｘ：Ｅｕ（式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）又は（Ｂａ，Ｓｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ蛍光体材料のＩＩＡ／ＩＩＢ族のセレン化物硫化物蛍光体を含むことができる。
それは、第１又は第２の光ルミネセンス層が５８０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する光を生成するための橙色～赤色光ルミネセンス材料を含むことであり得る。
バックライト用途については、緑色光ルミネセンス材料は、狭帯域緑色蛍光体β－ＳｉＡｌＯＮ、又は一般組成及び結晶構造（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕのユーロピウム活性化硫化物蛍光体を含むことができる。
それは、第２の光ルミネセンス層が５００ｎｍ～５６５ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する光を生成するための第１の光ルミネセンス材料と、６００ｎｍ～６５０ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する光を生成するための第２の光ルミネセンス材料との混合物を含むことであり得る。
それは、デバイスによって生成された光の相対強度が８５℃の温度及び８５％の相対湿度での湿潤高温動作寿命試験条件下での３００時間の動作後に少なくとも９５％であることであり得る。
別の態様によれば、ディスプレイバックライトパッケージであって、４４５ｎｍ～４６５ｎｍの範囲のドミナント波長を有する励起光を生成するための固体励起源と、層状光ルミネセンス構造体であって、第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の７５重量％～１００重量％のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む第１の光ルミネセンス層、及び５２０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲のピーク放射波長を有する光を生成するための光ルミネセンス材料を含む第２の光ルミネセンス層を含む、層状光ルミネセンス構造体と、を備え、第２の光ルミネセンス層が、第１の光ルミネセンス層上に配設され、第１の光ルミネセンス層が固体励起源に隣接して配設される、ディスプレイバックライトパッケージ、が提供される。
本発明のこれら及び他の態様並びに特徴は、添付の図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。
マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を利用する既知の発光デバイスの断面図である。 本発明の実施形態による、発光デバイスの断面図である。 本発明の実施形態による、発光デバイスの断面図である。 本発明の実施形態による、発光デバイスの断面図である。 ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを利用する本発明の実施形態による、発光デバイスの断面図である。 ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを利用する本発明の実施形態による、発光デバイスの断面図である。 それぞれ、本発明の実施形態による、ＣＯＢ（チップオンボード）白色発光デバイスのＡ－Ａを通る平面図及び断面側面図である。 それぞれ、本発明の実施形態による、ＣＯＢ（チップオンボード）白色発光デバイスのＡ－Ａを通る平面図及び断面側面図である。 本発明の実施形態による、ＣＯＢ白色発光デバイスの断面図である。 ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを利用する本発明の実施形態による、ＣＯＢ（チップオンボード）白色発光デバイスの断面側面図である。 ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを利用する本発明の実施形態による、ＣＯＢ（チップオンボード）白色発光デバイスの断面側面図である。 本発明の実施形態による、チップスケールパッケージ化（ＣＳＰ）白色発光デバイスの断面図である。 いくつかの実施形態による、（ｉ）既知の２７００Ｋ発光デバイス（比較例１）及び（ｉｉ）２７００Ｋ発光デバイス（デバイス１）について加速試験条件８５℃／８５％ＲＨ下で動作されたデバイスについての、信頼性データ、相対強度対時間を示す。
本発明の実施形態は、当業者が本発明を実践することを可能にするように、本発明の例示的な実施例として提供される図面を参照してここで詳細に説明される。特に、下記の図及び実施例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定することを意味するものではなく、説明又は例示されている要素のいくつか又は全てを置き換えることにより他の実施形態も可能である。その上、本発明のある特定の要素は、既知の構成要素を使用して部分的又は完全に実施することができるが、本発明の理解に必要となるそのような既知の構成要素のこれらの部分のみについて説明され、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、本発明を不明瞭にしないように省略される。本明細書では、単数の構成要素を示す実施形態は、限定するものと見なすべきではなく、むしろ、本明細書に別に明示的な記述がない限り、本発明は、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含し、またその逆も同様であることを意図する。その上、出願者らは、そのように明示的に記されていない限り、本明細書又は請求項のいかなる用語も、一般的でない意味又は特殊な意味に帰されることを意図するものではない。更に、本発明は、例示として本明細書で言及した既知の構成要素に、現在及び将来の既知の均等物を包含する。本明細書全体を通して、同様の参照番号を使用して同様の部品を表す。
ここで、本発明の実施形態による、パッケージ化された白色発光デバイス２０について、デバイス２０の断面側面図を示す図２を参照して説明する。
発光デバイス２０は、例えばＳＭＤ ２８３５ ＬＥＤパッケージ（リードフレーム）２２を備えるパッケージ化されたタイプのデバイスである。ＳＭＤパッケージ２２は、矩形基部２４、及び矩形基部２４の対向する縁部から上向きに延在する側壁２６Ａ、２６Ｂを備える。側壁２６Ａ、２６Ｂの内面は、それらの垂直軸線に内向きに傾斜し、中実矩形基部２４の内面と一緒に、逆角錐台形状の空洞２８を画定する。
この実施形態では、空洞２８は、３つのＩｎＧａＮ（インジウムガリウム窒化物）青色（４５５ｎｍ）ＬＥＤダイ（固体励起源）３０と、空洞３８の約７０％を充填するマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む第１の光ルミネセンス層３２と、を含む。ＬＥＤダイ３０は直列に接続され、定格駆動条件は１００ｍＡ、９Ｖである。
第１の光ルミネセンス層３２は、層内にあり得る他の光ルミネセンス材料と比較して、大部分（少なくとも７５重量％）のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含有する。第１の光ルミネセンス層３２は、光散乱粒子又は光拡散材料などの他の材料を含有し得る。より具体的には、この実施形態では、第１の光ルミネセンス層３２は、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋（ＫＳＦ）のみを含有するが、他のタイプの光ルミネセンス材料を含有しない。しかしながら、光拡散性材料などの他の材料は、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料層３２に添加することができるが、他の材料の量は、通常、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料層３２の３０％重量以下であることが理解されよう。更に、この実施形態では、第１の光ルミネセンス層３２は、ジメチルシリコーン中に組み込まれた（分散された）Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋によって構成される。第１の光ルミネセンス層３２は、青色ＬＥＤ３０と直接接触し、それに隣接する。第１の光ルミネセンス層３２と青色ＬＥＤダイ３０との間に層を含有する他の光ルミネセンス材料又は光ルミネセンス材料はない。
例えば図１に示すように、既知の構成物と比較すると、従来の単一層発光デバイスでは、製造中の分配プロセスは、励起光、例えば青色励起光への等しい曝露を有するマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料と、他の光ルミネセンス材料（通常、緑色蛍光体材料）との混合物を分配することを伴う。マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、他のタイプの光ルミネセンス材料（例えば、緑色／黄色ガーネット系蛍光体）よりもはるかに低い青色光吸収能力を有し得るため、必要とされる赤色放出に十分な青色光を変換するためには、より多量のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が必要である。対照的に、本発明による発光デバイス２０では、その別の個別層３２内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料は、青色励起光に個別に曝露され、したがって、より多くの青色ＬＥＤダイ３０からの青色励起光が、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料によって吸収され得、残りの青色励起光は、例えば第２の光ルミネセンス層３４を通過することができる。有利には、この発光デバイス２０では、第１の光ルミネセンス層３２は、例えば、第２の光ルミネセンス層３４内に存在する他のタイプの光ルミネセンス材料からの競合なしに、より効果的に青色励起光を赤色放出に変換することができる。したがって、目標色点を達成するために必要とされるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の量／使用量は、例えば光ルミネセンス材料の混合物を含む単一層の既知の配置と比較して、大幅に低減することができる。したがって、本発明の光ルミネセンス発光デバイス２０の利点は、既知の単一層デバイスと比較して、所望の色点を実現するため必要とされるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料がより少ない（最大で６０％少ない）ため、デバイスの製造コストの削減である。
この実施形態では、空洞２８はまた、空洞２８の残りの３０％を充填する第１の光ルミネセンス層３２の上部に分配された第２の光ルミネセンス層３４を含む。この実施形態では、第２の光ルミネセンス材料層３４は、一般組成Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを有するセリウム活性化黄色ガーネット蛍光体を含む。第２の光ルミネセンス層は、通常、第１の光ルミネセンス層と併せて作動して、所望の白色点を作成する、緑色若しくは黄色蛍光体、又は他の少数の橙色赤色蛍光体を含むことが理解されよう。
このようにして、発光デバイス２０は、第１の光ルミネセンス層３２内に含有された（組み込まれた（分散された）マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を、周囲環境内の任意の水／水分と直接接触することから効果的に隔離することができる。発光デバイス２０のそのような多層又は２層の設計は、既知の構成物におけるマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の不十分な水分信頼性に対処するための効果的な解決策を提供する。したがって、第２の光ルミネセンス材料層３４を含めることにより、改善された水分信頼性の利点が発光デバイス（すなわち、ＬＥＤパッケージ）２０に提供される。
第１の光ルミネセンス層３２は、第２の光ルミネセンス材料層３４を含む任意の他の光ルミネセンス材料層よりも青色ＬＥＤ３０に隣接する（極めて近位にある）、つまり、第１の光ルミネセンス層３２は、青色ＬＥＤ３０に隣接し（近位にある、すなわち近位層）、一方、第２の光ルミネセンス材料層３４は、青色ＬＥＤ３０に対して遠位にある（すなわち、遠位層）。
ここで、図３を参照すると、本発明の別の実施形態に従って形成された、パッケージ化された白色発光デバイス３２０（白色発光デバイスパッケージ）が示されている。この実施形態は、発光デバイス３２０が第１の光ルミネセンス層３３２の前に青色ＬＥＤダイ３３０上に配設された光透過性（透明）パッシベーション層３３６を更に含むという点でのみ、図２とは異なる。第１の光ルミネセンス層３３２を水／水分から完全に保護するために、澄明のパッシベーション層３３６は、図２に示すように、空洞３２８及びＬＥＤダイ３３０の床にわたって塗布される。この実施形態では、パッシベーション層３３６は、ジメチルシリコーンの層である。このパッシベーション層３３６はまた、下部電極（図示せず）及び青色ＬＥＤダイ３３０を第１の光ルミネセンス層３３２から隔離する働きがある。
図４を参照すると、本発明の別の実施形態に従って形成された、パッケージ化された白色発光デバイス４２０（白色発光デバイスパッケージ）が示されている。この実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含有する第１の光ルミネセンス層４３２は、個別のＬＥＤチップ４３０上に配設され、それを被覆するコーティング層を含む。示すように、第１の光ルミネセンス層４３２は、略半球状（ドーム形状）の形態であり得る。図２の発光デバイスの第１の光ルミネセンス層２３２と比較して、第１の光ルミネセンス層４３２は、厚さがより均一であり、これにより、層内の異なる物理的位置内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が受ける励起光光子密度の変動が低減される。初期試験データは、そのような配置が、単一の光ルミネセンス層を含む既知の白色発光デバイス（例えば、図１）と比較して、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を、最大で８０重量％まで低減することができることを示す。
白色発光デバイス４２０は、最初に第１の光ルミネセンス層４３２をＬＥＤチップ４３０上に堆積させ、次いで、他の光ルミネセンス材料で空洞を充填して、第２の光ルミネセンス層４５２を形成することによって製造することができる。
図５Ａ及び図５Ｂは、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを利用する本発明の実施形態による、発光デバイスの断面図である。図５Ａ及び図５Ｂの発光デバイスでは、第１の光ルミネセンス層５３２は、ＬＥＤチップ５３０の少なくとも原理発光面に塗布される均一な厚さのコーティング層を含む。それらの発光面上の蛍光体の均一な厚さの層（膜）を有するＬＥＤチップは、多くの場合、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤと称される。図５Ａに示すように、ＬＥＤチップ５３０は、その上部（原理）発光面のみに塗布された均一な厚さの層を有する。図５Ｂに示すように、ＬＥＤチップ４３０は、上部発光面及び４面発光面に塗布された均一な厚さの層を有し、コンフォーマルコーティングの形態である。図５Ａ及び図５Ｂの発光デバイスは、例えばマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む均一な厚さ（通常、２０μｍ～３００μｍ）の光ルミネセンス膜を使用して、第１の光ルミネセンス層５３２をＬＥＤチップ５３０の少なくとも原理発光面に塗布することによって製造することができる。次いで、ＬＥＤチップ５３０は、パッケージ５２２の基部５２４に実装され、第２の光ルミネセンス層５３２は、空洞５２４を充填し、ＬＥＤチップを被覆するように堆積される。図２の発光デバイスと比較して、均一な厚さのコーティング層は、この層がマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の全てを可能な限りＬＥＤチップに近くなるように集中させ、層内の物理的位置にかかわらず、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の全てが実質的に同じ励起光光子密度への曝露を受けることを確実にするので好ましい。そのような配置は、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量の低減を最大化することができる。初期試験データは、そのような配置が、単一の光ルミネセンス層を含む既知の白色発光デバイス（例えば、図１）と比較して、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を、最大８０重量％まで低減することができることを示す。
それぞれ第１及び第２の光ルミネセンス層を含む、説明した２層発光デバイス構造体は、表面実装パッケージ化デバイスに限定されない。例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）又はチップスケールパッケージ化（ＣＳＰ）用途に適用することもできる。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による、ＣＯＢ発光デバイス６２０の平面図、及び（図６Ａの）Ａ－Ａを通る断面側面図を示している。発光デバイス６２０は円形形状を有し、したがって、平面形状及びディスク形状である円形基板６２４を備える。ＣＯＢ配置を形成することにより、青色ＬＥＤダイ６３０の７つのアレイ（列）が、円形基板６２４上に均等に分布される。円形基板６２４はまた、その外周全体の周りに、青色ＬＥＤダイ６３０の全てのアレイを包囲する壁６２６を備える。
マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む第１の光ルミネセンス層６３２は、円形基板６２４上に堆積され、この実施形態では、青色ＬＥＤ６３０のアレイを完全に被覆する。同様に、一般組成Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを有するセリウム活性化黄色ガーネット蛍光体を含む第２の光ルミネセンス材料層６３４は、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む第１の光ルミネセンス層６３２上に堆積される。このようにして、第１の光ルミネセンス層６３２及び第２の光ルミネセンス層６３４は、互いに隣接して位置し、また壁６２６内に収容される。
発光デバイス６２０は、例えば、図２、図３、図４、図５Ａ、及び図５Ｂの発光デバイスに関係して述べたものと同じ利点で機能し、それを示す。したがって、これらの図に関係してなされた記述は、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態に等しく適用される。
発光デバイスを製造する方法は、例えば、青色ＬＥＤのアレイを提供するステップと、少なくとも上記青色ＬＥＤのアレイにわたってマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料層（第１の光ルミネセンス層）を分配するステップと、上記マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料層にわたって第２の光ルミネセンス材料層を分配するステップと、を含む。
図７は、本発明の実施形態による、ＣＯＢ白色発光デバイスの断面図である。図７を参照すると、本発明の別の実施形態に従って形成された、ＣＯＢパッケージ化白色発光デバイス７２０（白色発光デバイスパッケージ）が示されている。この実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含有する第１の光ルミネセンス層７３２は、各ＬＥＤチップ７３０上に配設され、それらを被覆するそれぞれ個別のコーティング層を含む。示すように、第１の光ルミネセンス層７３２は、略半球状（ドーム形状）の形態であり得る。図６の発光デバイスの第１の光ルミネセンス層６３２と比較して、第１の光ルミネセンス層６３２は、厚さがより均一であり、これにより、層内の異なる物理的位置内のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が受ける励起光光子密度の変動が低減される。初期試験データは、そのような配置が、単一の光ルミネセンス層を含む既知の白色発光デバイス（例えば、図１）と比較して、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を、最大８０重量％まで低減することができることを示す。
図８Ａ及び図８Ｂは、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤを利用する本発明の実施形態による、ＣＯＢ（チップオンボード）白色発光デバイスの断面側面図である。図８Ａ及び図８ＢのＣＯＢ発光デバイスでは、第１の光ルミネセンス層８３２は、各ＬＥＤチップの少なくとも原理発光面に塗布される、それぞれ均一な厚さのコーティング層を含む。上述したように、それらの発光面上の蛍光体の均一な厚さの層（膜）を有するＬＥＤチップは、多くの場合、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ化）ＬＥＤと称される。図８Ａに示すように、各ＬＥＤチップ８３０は、その上部（原理）発光面のみに塗布された均一な厚さの層を有する。図８Ｂに示すように、各ＬＥＤチップ８３０は、上部発光面及び４面発光面に塗布された均一な厚さの層を有し、コンフォーマルコーティングの形態である。図８Ａ及び図８ＢのＣＯＢ発光デバイスは、例えばマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む均一な厚さ（通常、２０μｍ～３００μｍ）の光ルミネセンス膜を使用して、第１の光ルミネセンス層８３２をＬＥＤチップ８３０の各々の少なくとも原理発光面に塗布することによって製造することができる。次いで、ＬＥＤチップ８３０は、基部８２４に実装され、次いで、第２の光ルミネセンス層８３２は、ＬＥＤチップのアレイにわたって堆積される。図６Ａ及び図６Ｂの発光デバイスと比較して、均一な厚さの第１の光ルミネセンス層は、この層がマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の全てを可能な限りＬＥＤチップに近くなるように集中させ、層内の物理的位置にかかわらず、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の全てが実質的に同じ励起光光子密度への曝露を受けることを確実にすることが好ましい。初期試験データは、そのような配置が、単一の光ルミネセンス層を含む既知の白色発光デバイス（例えば、図１）と比較して、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料の使用量を、最大８０重量％まで低減することができることを示す。
図９を参照すると、本発明の別の実施形態による、ＣＳＰ発光デバイス９２０の側面図が示されている。この実施形態では、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む第１の光ルミネセンス層９３２は、青色ＬＥＤダイ９３０の発光面上に直接堆積される。更に、例えば、一般組成Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを有するセリウム活性化黄色ガーネット蛍光体を含む第２の光ルミネセンス材料層９３４は、第２の光ルミネセンス層９３４上に堆積される。発光デバイス９２０は、例えば図２の発光デバイスに関係して述べたものと同じ利点で機能し、それを示す。したがって、図２に関係してなされた記述は、図９の実施形態に等しく適用される。
実験的試験データ
この明細書では、以下の命名法を使用して、白色発光デバイスを表す。比較例＃（番号）は、単一蛍光体層を含む比較（既知の）白色発光デバイスを表し、デバイス＃は、本発明の実施形態による、２蛍光体層白色発光デバイスを表す。
比較白色発光デバイス（比較例＃）及び本発明による白色発光デバイス（デバイス＃）は各々、ドミナント波長λｄ≒４５５ｎｍの３つの直列に接続された１１３３（１１ミル×３３ミル）青色ＬＥＤチップを収容するＳＭＤ２８３５パッケージ化デバイスを含む。各デバイスは、公称０．９Ｗ（駆動定格駆動条件は、１００ｍＡ及び９Ｖの順方向駆動電圧Ｖｆ）デバイスであり、２７００Ｋの目標相関色温度（ＣＣＴ）及び一般演色評価指数ＣＲＩ Ｒａ＞９０を有する白色光を生成することが意図される。
試験デバイスで使用される蛍光体は、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＫＳＦ（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋）、緑色ＹＡＧ蛍光体（Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ ＮＹＡＧ４１５６－（Ｙ，Ｂａ）３－ｘ（Ａｌ１－ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅｘ ピーク放出波長λｐｅ＝５５０ｎｍ）、及びＣＡＳＮ（Ｃａ１－ｘＳｒｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ λｐｅ≒６１５ｎｍ）である。ＣＡＳＮは、２７００Ｋ色目標及び一般ＣＲＩ Ｒａ＞９０を達成するために含まれる。
単一層の比較デバイスについては、比較例＃、３つの蛍光体（ＫＳＦ、ＹＡＧ、及びＣＡＳＮ）をフェニルシリコーン中で混合し、混合物を２８３５パッケージの中に分配して、空洞を充填した。次いで、単一蛍光体層をオーブン内で硬化させる。
２層デバイス（デバイス＃）については、ＫＳＦ蛍光体をフェニルシリコーンの中で混合し、２８３５パッケージの中に分配して、ＬＥＤ空洞を部分的に充填する。ＫＳＦ蛍光体層をオーブン内で硬化させる。ＹＡＧ蛍光体をフェニルシリコーンと混合し、次いでＫＳＦ層の上部に分配して、ＬＥＤ空洞を完全に充填し、オーブン内で硬化させる。ＫＳＦ蛍光体層は、ＣＡＳＮ及び／又はＹＡＧを更に含むことができる。
光学性能
試験方法は、パッケージ化された白色発光デバイスの総発光を積分球内で測定することを伴う。
表１は、比較デバイスの比較例１（単一層デバイス）及び本発明による２層デバイスのデバイス１の蛍光体組成を一覧化している。表２は、単一層デバイス（比較例１）及び２層デバイス（デバイス１）についての総蛍光体使用量を一覧化している。表１及び表２の蛍光体重量値（重量）は、比較デバイスの比較例１の単一蛍光体層内のＫＳＦの重量に対して正規化される。
表１から分かり得るように、蛍光体組成に関して、比較例１は、６９．９重量％（重量＝１．０００）のＫＳＦ、２８．１重量％（重量＝０．４００）のＹＡＧ、及び２．１重量％（重量＝０．０３０）のＣＡＳＮの混合物を含む単一蛍光体層を含む。デバイス１は、９５．２重量％（重量＝０．４５７）のＫＳＦと４．８重量％（重量＝０．０２３）のＣＡＳＮとの混合物を含む第１の蛍光体層、及び１００．０重量％（重量＝０．５６１）のＹＡＧを含む第２の蛍光体層を有する２層蛍光体構造体を含む。
Figure 0007242894000001
Figure 0007242894000002
表３は、発光デバイスの比較例１及びデバイス１の測定された光学性能を一覧化している。表３から分かり得るように、デバイスによって生成された光の色点は、単一層の比較デバイス（比較例１）よりも４．１ｌｍ大きい（３．４％より明るい：輝度－Ｂｒ）である本発明の２層デバイス（デバイス１）によって生成されたフラックスと非常に類似している。しかしながら、表２から分かり得るように、単一層デバイスの比較例１と比較して、本発明による２層デバイスのデバイス１のＫＳＦ使用量は、正規化された重量（重量）１．０００から０．４５７に低減される、つまり、比較例１と比較して、ＫＳＦ使用量における５４％の低減である。その上、２層デバイスのデバイス１のＣＡＳＮ使用量はまた、正規化された重量０．０３０から０．０２３に低減される、つまり、比較例１と比較して、ＣＡＳＮ使用量における２４％の低減である。ＹＡＧ使用量における２９％（０．４００から０．５６１）の増加があるが、総蛍光体使用量は、重量＝１．４３０から１．０４１へと低減される、つまり、２８％の総蛍光体使用量の低減である。上記のように、ＹＡＧは、ＫＳＦ（通常、１／１００～１／１５０のコスト）及びＣＡＳＮ（通常、少なくとも１／２０のコスト）の両方と比較して安価である。結果として、ＹＡＧは、ＫＳＦ又はＣＡＳＮの何分の一かのコストであるため、このようにしてデバイスの全体的なコストが劇的に削減される。ＫＳＦ及びＣＡＳＮ含有量の低減によって得られたコスト節約だけでなく、本発明による２層デバイスは、より少ない総蛍光体材料を使用するので、製造がより容易であり、これは、シリコーン中に投入する蛍光体材料が低減され、この低減により、分配プロセスの信頼性／安定性を高めることができることを意味する。
ＹＡＧ使用量が増加する理由は、第２の蛍光体層に到達する青色励起光が少ないことによって、緑色光を生成して、選択された色目標を実現するために、より多くのＹＡＧ蛍光体が必要とされるためであると考えられる。上述のように、ＫＳＦ層は実質的にＫＳＦ（個別のＫＳＦ層）のみを含有するため、ＫＳＦの使用量が低減され、この理由は、蛍光体の混合物を有する単一層を含む既知の単一層デバイスの場合のように、ＫＳＦがＹＡＧ蛍光体と競合することを有することなく、青色励起光を吸収することができるためであると考えられる。
Figure 0007242894000003
表４は、第１の蛍光体層内のＫＳＦの増加割合（重量％）についての、本発明による比較デバイスの比較例２（単一層デバイス）及び２層デバイスのデバイス２～デバイス５の蛍光体組成を一覧化している。表５は、単一層デバイス（比較例２）及び２層デバイス（デバイス２～デバイス５）についての総蛍光体使用量を一覧化している。表４及び表５の蛍光体重量は、比較デバイスの比較例２内のＫＳＦの重量に対して正規化される。
表４から分かり得るように、蛍光体組成に関して、比較例２は、６８．９重量％（重量＝１．０００）のＫＳＦ、２９．０重量％（重量＝０．４２１）のＹＡＧ、及び２．１重量％（重量＝０．０３１）のＣＡＳＮの混合物を含む単一蛍光体層を含む。デバイスのデバイス２～デバイス５は、第１の蛍光体層内のＫＳＦの増加割合（重量％）（７６．８重量％から１００重量％に）を有する第１の蛍光体層を含む。より具体的には、デバイス２は、７６．８重量％（重量＝０．７７０）のＫＳＦ、３．２重量％（重量＝０．０３２）のＣＡＳＮ、及び２０．０重量％（重量＝０．２００）のＹＡＧの混合物を含む第１の蛍光体層と、１００．０重量％のＹＡＧ（重量＝０．３４５）を含む第２の蛍光体層と、を有する、２層状構造体を含み、デバイス３は、８６．４重量％（重量＝０．６６５）のＫＳＦ、３．６重量％（重量＝０．０２８）のＣＡＳＮ、及び１０．０重量％（重量＝０．０７７）のＹＡＧの混合物を含む第１の蛍光体層と、１００．０重量％のＹＡＧ（重量＝０．５０６）を含む第２の蛍光体層と、を有する、２層状構造体を含み、デバイス４は、９６．０重量％（重量＝０．６３９）のＫＳＦ、４．０重量％（重量＝０．０２７０）のＣＡＳＮの混合物を含む第１の蛍光体層と、１００．０重量％のＹＡＧ（重量＝０．５８０）を含む第２の蛍光体層と、を有する、２層状構造体を含み、デバイス５は、１００．０重量％（重量＝０．５５１）のＫＳＦを含む第１の蛍光体層と、９６．０重量％のＹＡＧ（重量＝０．５９５）と４．０重量％（重量＝０．０２５）のＣＡＳＮとの混合物を含む第２の蛍光体層と、を有する、２層状構造体を含む。
Figure 0007242894000004
Figure 0007242894000005
表６は、発光デバイスの比較例２及びデバイス２～デバイス５の測定された光学性能を一覧化している。表６から分かり得るように、デバイスの光学性能／色点は、単一層の比較デバイス（比較例２）よりも約０．７％～２．０％明るい（輝度－Ｂｒ）本発明の２層デバイス（デバイス２～デバイス５）によって生成されたフラックスと非常に類似している。しかしながら、表５から分かり得るように、単一層デバイスの比較例２と比較して、本発明による２層デバイスのデバイス２～デバイス５のＫＳＦ使用量は、第１の蛍光体層内のＫＳＦの割合（重量％）に応じて、２３％～最大４５％まで低減される。表５から、ＫＳＦ使用量における最大の低減は、層の総蛍光体含有量に関して、第１の蛍光体層がＫＳＦ（すなわち、デバイス５－第１の蛍光体層内に１００重量％のＫＳＦ）を排他的に含むときであることに留意されたい。とは言うものの、第１の蛍光体層（デバイス２）内の総蛍光体含有量の約７５％のＫＳＦの重量％割合を有するデバイスであっても、ＫＳＦ使用量の節約は、ＫＳＦの高コストが考慮されるとき、依然として、実質的に約２５％であり、その結果、デバイスの製造の全体的なコストがほぼ２５％低減されることが理解されよう。
表５に明示されるように、第１の蛍光体層内のＫＳＦの割合（重量％）を増加させることは、（ｉ）ＫＳＦ使用量（２３％～４５％）を低減すること、（ｉｉ）ＣＡＳＮ使用量を低減すること、（ｉｉｉ）ＹＡＧ使用量を増加させること、及び（ｉｖ）総蛍光体使用量を低減することの効果を有する。これらの効果は共に、大幅なコスト削減を提供する。
本発明によるデバイスでは、第２の蛍光体層は、デバイスの総ＹＡＧ含有量の約６０％（デバイス２）～１００％（デバイス４及び５）のＹＡＧ（緑色光ルミネセンス材料）を含むことができることに更に留意されたい。
Figure 0007242894000006
熱性能
表７は、単一層発光デバイスの比較例１及び２層発光デバイスのデバイス１の熱安定性を一覧化している。表７から分かり得るように、単一層デバイスの比較例１と比較して、本発明による２層デバイスのデバイス１は、発光安定性及び発光色安定性に関して、より高い熱安定性を示す。
例えば、デバイス１によって生成された平均フラックスは、２５℃（Ｃ）で操作したときと比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに１２．３％（１１６．５ｌｍから１０２．１ｌｍへ）低下する。比較すると、比較例１によって生成された平均フラックスは、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに１２．７％（１１５．９ｌｍから１０１．２ｌｍへ）低下する。
発光効率（ＬＥ）に関して、デバイス１のＬＥの平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに１０．４％（１２３．１ｌｍ／Ｗから１１０．４ｌｍ／Ｗへ）低下する。比較すると、比較例１のＬＥの平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに１１．６％（１２２．９ｌｍ／Ｗから１０８．６ｌｍ／Ｗへ）低下する。これは、１０．４％（デバイス１）の平均ＬＥにおける低下が１１．６％（比較例１）の低下より小さいため、本発明に従って形成されたデバイスの優れた熱安定性を実証する。
一般演色評価指数ＣＲＩ Ｒａに関して、デバイス１のＣＲＩ Ｒａの平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに１．５の量（９３．２から９５．２へ）だけ増加する。比較して、比較例１のＣＲＩ Ｒａの平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに２．０の量（９１．２から９３．３へ）まで増加する。これは、１．５（デバイス１）の平均ＣＲＩ Ｒａの増加が２．０（比較例１）の増加より小さいため、本発明に従って形成されたデバイスの優れた熱安定性を実証する。
演色評価指数ＣＲＩ Ｒ８に関して、デバイス１のＣＲＩ Ｒ８の平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに０．６の量（９７．１から９７．７へ）だけ増加する。比較すると、比較例１のＣＲＩ Ｒ８の平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに量１．２（８２．６から８３．９へ）まで増加する。これは、０．６（デバイス１）の平均ＣＲＩ Ｒ８の増加が１．２（比較例１）の増加よりも小さいため、本発明に従って形成されたデバイスの優れた熱安定性を実証する。
演色評価指数ＣＲＩ Ｒ９に関して、デバイス１のＣＲＩ Ｒ９の平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに２．３の量（８３．３から８５．５へ）だけ増加する。比較すると、比較例１のＣＲＩ Ｒ９の平均値は、２５℃（Ｃ）で操作した場合と比較して、８５℃（Ｈ）で操作したときに量５．７（５７．４から６３．１へ）まで増加する。これは、２．３（デバイス１）の平均ＣＲＩ Ｒ９の増加が５．７（比較例１）の増加よりも小さいため、本発明に従って形成されたデバイスの優れた熱安定性を実証する。
Figure 0007242894000007
２層を含む本発明による発光デバイス（デバイス１）の信頼性、相対輝度は、湿潤高温動作寿命試験条件（ＷＨＴＯＬ）（温度は８５℃であり、相対湿度は８５％である）下で、混合された光ルミネセンス材料の単一層を含む既知のデバイス（比較例１）の信頼性と比較される。駆動条件は、９Ｖ及び１２０ｍＡである。図１０に示すように、２層ＬＥＤ（デバイス１）の３３６時間での相対強度は９６．４％であり、一方、既知の単一層ＬＥＤ（比較例１）の相対強度は３３６時間で９１．４５％まで低下した。この信頼性の改善は、上述のようなＫＳＦ蛍光体の低減された使用量と、マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス層（第１の層）を被覆する第２の光ルミネセンス層によって提供された保護との組み合わせによるものであると考えられる。
別の加速信頼性は、沸騰水試験である。この試験では、ＬＥＤを８５℃の脱イオン水中に４時間浸漬した。ＬＥＤ輝度を、水中に浸漬する前後に試験する。この試験の結果を表８に一覧化している。これらの条件下では、高温水は、上方の光ルミネセンス層のシリコーン表面に浸透して、フッ化物光ルミネセンス材料と反応することができると考えられる。本発明の２層デバイスは、第１の蛍光体層内の水とＫＳＦ（マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料）との間の隔離を強化し、結果的に単一層デバイスよりも良好なルーメン維持をもたらす。
Figure 0007242894000008

Claims (15)

  1. 発光パッケージであって、
    ４４０ｎｍから４７０ｎｍまでのドミナント波長を有する励起光を生成するための固体励起源と、
    層状光ルミネセンス構造体であって、
    第１の光ルミネセンス層であって、前記第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の７５重量％～１００重量％のマンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料を含む、第１の光ルミネセンス層、及び
    ５００ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲のピーク放出波長を有する光を生成するための光ルミネセンス材料を含む第２の光ルミネセンス層を含む、層状光ルミネセンス構造体と、を備え、
    前記第２の光ルミネセンス層が、前記第１の光ルミネセンス層上に配設され、前記第１の光ルミネセンス層と直接接触し、前記第１の光ルミネセンス層が、前記固体励起源に隣接して配設され、前記固体励起源と直接接触し、
    前記マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料が、前記発光パッケージの総光ルミネセンス材料含有量の約３０重量％～４５重量％を構成する、発光パッケージ。
  2. 前記第１の光ルミネセンス層が、前記第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の９０重量％～１００重量％の前記マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料、及び前記第１の光ルミネセンス層の総光ルミネセンス材料含有量の９５重量％～１００重量％の前記マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の発光パッケージ。
  3. 前記第１の光ルミネセンス層が、前記固体励起源の少なくとも発光面上の均一な厚さの層、実質的にコンフォーマルなコーティング層、略半球状コーティング層、略ドーム形状コーティング層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の発光パッケージ。
  4. 前記マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料層が、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋、及びＫ２ＧｅＦ６：Ｍｎ４＋のうちの少なくとも１つを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の発光パッケージ。
  5. 前記第２の光ルミネセンス層が、５００ｎｍから５６５ｎｍまでのピーク放出波長を有する光を生成する第１の光ルミネセンス材料を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の発光パッケージ。
  6. 前記第２の光ルミネセンス層が、前記発光パッケージの前記第１の光ルミネセンス材料の総含有量の６０％～１００％を構成する、請求項５に記載の発光パッケージ。
  7. 前記第１の光ルミネセンス材料がセリウム活性化ガーネット蛍光体を含む、請求項５または６に記載の発光パッケージ。
  8. 前記セリウム活性化ガーネット蛍光体が、一般組成（Ｌｕ，Ｙ）３－ｘ（ＡｌＧａ）５Ｏ１２：Ｃｅｘ又はＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅを有する、請求項７に記載の発光パッケージ。
  9. 前記第１又は第２の光ルミネセンス層が、５８０ｎｍから６５０ｎｍまでのピーク放出波長を有する光を生成するための第２の光ルミネセンス材料を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の発光パッケージ。
  10. 前記マンガン活性化フッ化物光ルミネセンス材料及び前記第２の光ルミネセンス材料の総量に対する前記第２の光ルミネセンス材料の含有率が、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、及び少なくとも４０重量％のうちの少なくとも１つである、請求項９に記載の発光パッケージ。
  11. 前記第２の光ルミネセンス材料が、一般組成ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ（Ｓｅ，Ｓ）：Ｅｕ２＋、又は（Ｂａ，Ｓｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋を有する窒化物系蛍光体を含む、請求項１０に記載の発光パッケージ。
  12. 前記第２の光ルミネセンス層が、５００ｎｍから５６５ｎｍまでのピーク放出波長を有する光を生成するための第１の光ルミネセンス材料と、６００ｎｍから６５０ｎｍまでのピーク放出波長を有する光を生成するための第２の光ルミネセンス材料との混合物を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の発光パッケージ。
  13. 請求項１～８のいずれか一項に記載の発光パッケージであって、
    ディスプレイバックライトパッケージを備え、
    前記固体励起源が４４５ｎｍから４６５ｎｍまでのドミナント波長を有する励起光を生成し、
    前記第２の光ルミネセンス層が、５２０ｎｍから５５０ｎｍまでのピーク放出波長を有する光を生成する光ルミネセンス材料を含む、
    発光パッケージ。
  14. 前記第２の光ルミネセンス層内の前記光ルミネセンス材料が、β－ＳｉＡｌＯＮ、又は一般組成及び結晶構造（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕのユーロピウム活性化硫化物蛍光体を含む、請求項１３に記載の発光パッケージ。
  15. チップスケールパッケージ化発光デバイスを含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の発光パッケージ。
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