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JP6306264B2 - 向上された演白性及び変換効率を備えるｐｃ−ｌｅｄモジュール - Google Patents
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JP6306264B2 - 向上された演白性及び変換効率を備えるｐｃ−ｌｅｄモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置及び斯様な照明装置に使用される波長変換器エレメントに関する。
複数の蛍光体を備えた照明システムは従来技術において知られている。例えば、米国特許出願公開第2012043552号は、複数の蛍光体を備えた選択された波長のポンプ型ＬＥＤ（発光ダイオード）電灯を記載している。この従来技術の種々の実施態様においては、紫色及び／又は紫外波長において放射を放出するＬＥＤが、異なる周波数の光を放出する蛍光体材料をポンピングするために使用されている。当該ポンプＬＥＤは、通常の動作において約４０５〜４３０ｎｍのピーク放出波長を有することを特徴としている。これらポンプＬＥＤは、少なくとも約４０５ｎｍを超える波長に強い吸収度を持つ青色蛍光体と一緒に使用される。特定の実施態様においては、放射の再吸収を低減すると共に光出力効率を改善するために、異なる波長範囲において動作するＬＥＤが組み合わせで配置される。米国特許出願公開第2012043552号は、取付部材と、該取付部材の一部上に位置する少なくとも１つの発光ダイオードとを含む光学装置を提案している。当該ＬＥＤは、表面領域を有するガリウム及び窒素含有基板、並びに該表面領域上に位置するガリウム及び窒素含有バッファ層を含む。活性領域は、約４０５ｎｍ〜約４３０ｎｍの範囲内にピーク波長を持つ電磁放射を放出する。該ＬＥＤは、接合領域電流を供給するための電気接触子を含む。当該装置は、更に、バインダ材料内に３つの蛍光体材料の混合物を含む。当該ＬＥＤの近傍内に配置された該蛍光体の混合物は、該ＬＥＤからの電磁放射と作用し合って、該電磁放射を約４４０〜６５０ｎｍの間の波長範囲に変換する。他の実施態様において、当該装置はＬＥＤデバイスの近傍内に約４０５ｎｍよりも長い波長に強い吸収度を持つ青色蛍光体材料を含む。
国際特許出願公開第WO2014/068440号は、青色光の光源と、緑色光の光源と、広帯域スペクトル光分布を持つ赤色光を供給するように構成された第１赤色発光材料を有する赤色光の第１光源と、１以上の赤色輝線を含んだスペクトル光分布を持つ赤色光を供給するように構成された第２赤色発光材料を有する赤色光の第２光源と、を有する照明ユニットを記載している。特に、第１赤色発光材料は(Mg,Ca,Sr)AlSiN3:Eu及び／又は(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxOxN8-x:Euを有し、第２赤色発光材料はK2SiF6:Mnを有する。
米国特許出願公開第2004217364号は、ＵＶ波長スペクトル内の光を放出する固体紫外（ＵＶ）発光体を有して構成された白色発光ランプを記載している。ＵＶ発光体から放出される光の少なくとも幾らかを吸収すると共に１以上の異なる波長の光を再放出するために、変換材料が配置される。上記ＵＶ発光体及び変換材料とは異なる光の波長で発光する１以上の相補的固体発光体が含まれている。当該ランプは上記相補的発光体から及び上記変換材料から放出される光の白色光合成を放出し、該白色光は高発光効率及び良好な演色性を有する。この発明による白色発光ランプの他の実施態様は、ＵＶ発光体の代わりに固体レーザを有する。
紫色スペクトル範囲内の放射により向上された演白性（whiteness rendering）を示すチップオンボード（ＣｏＢ）型ＬＥＤモジュールを含むＬＥＤランプは市販されている。これらのＬＥＤモジュールは、例えば、ＬＥＤポンプ光が蛍光体層を介して漏れることによる紫色スペクトル範囲内での付加的放射により高ＣＲＩ（演色評価数）白色スペクトルを発生するために、紫色光を放出するＬＥＤ並びに青色、緑色及び赤色蛍光体の混合物に基づいている。
これらの紫色ポンプ型ＬＥＤランプは、４１０ｎｍ周辺の発光ピークにより向上された演白性（white rendering）及び優れた演色性を示すが、ＲＧＢ蛍光体混合物による高エネルギ紫色光子の可視光子への変換は、大きなストークス損失により相当に低いエネルギ効率となる。加えて、一層強い発光ダウン変換に導く蛍光体層の増加された光学的厚さは散乱損失により変換効率を劇的に減少させるので、変換されない紫色光の割合は相当に高くされねばならない。紫色ポンプ＋ＲＧＢ蛍光体構成における蛍光体層内での散乱損失は、青色Eu(II)蛍光体（典型的に、M3MgSi2O8:Eu又はM5(PO4)3Cl:Euが使用され、ここでM = Ca,Sr,Ba）により放出される青色光の大きな割合が、使用される緑色〜黄色及び赤色発光蛍光体により吸収されるので、高くなる。
しかしながら、白色スペクトル内の高い紫色放射含有量は、青色光と比較して強い紫色光の光反応性により有害であると考えられる。スペクトル内の低減された紫色光含有量及び発光効率に関して改善された構想は、紫色ＬＥＤを青色ＬＥＤと組み合わせるＬＥＤモジュール、及び高演色性を高い演白性と組み合わせる系を提供するための緑色〜赤色光への変換を示す蛍光体混合物であり得る。紫色ＬＥＤは青色ＬＥＤと混合されるのでストークス損失は一層小さくなり、従って、該ＬＥＤモジュールは一層エネルギ効率的となる。光反応性の紫色光のスペクトル含有量は、紫色ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体混合物方法によるよりも蛍光体ダウン変換効率の不利益無しで、この構想に対して一層容易に調整することができる。しかしながら、この構想の残る欠点は、(Ca,Sr)SiAlN3:Eu又は(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxN8-xOx:Eu等の前述した赤色発光蛍光体が、青色スペクトル範囲におけるよりも紫色において一層強い吸収度を示し、従って相当量の紫色光子が赤色光子に変換されることである。
従って、本発明の１つの目的は、向上された演白性及び向上された変換効率を備えた代替装置であって、好ましくは（このようにして）上述した欠点の１以上を更に部分的に除去する代替装置を提供することである。
従って、一態様において、本発明は照明装置（“ＰＣ-ＬＥＤモジュール”（蛍光体変換器ＬＥＤモジュール））を提供し、該照明装置は、
− ３８０〜４２０ｎｍの範囲から選択された波長を持つＵＶ放射（“第１光源放射”又は“ＵＶ光”）を供給するように構成された第１固体光源（ここでは、“第１光源”としても示される）と、
− ４４０〜４７０ｎｍの範囲から選択された波長を持つ青色光（ここでは、“第２光源光”としても示される）を供給するように構成された第２固体光源（ここでは、“第２光源”としても示される）と、
− 波長変換器エレメントと、
を有する照明装置であって、前記波長変換器エレメントは、添付請求項において更に規定されるように、
− 前記第２固体光源の前記青色光により励起されると緑色及び黄色波長範囲から選択された波長を持つ第１発光材料光を供給するように構成され、ＵＶ放射に対する可励起性が青色光に対するものよりも低い第１発光材料と、
− 前記第２固体光源の前記青色光により励起されると橙色及び赤色波長範囲から選択された波長を持つ第２発光材料光を供給するように構成され、ＵＶ放射に対する可励起性が（この場合も）青色光に対するものよりも低い第２発光材料と、
を有する。
このような装置は、驚くべきことに、例えば大きなストークスシフトが高い損失につながる現状技術の装置とは異なり、高効率、高演色性及び高演白性（high white rendering）で白色光を供給することができる。本発明によれば、前記２つの発光材料は、前記第２固体光源の青色光と一緒になって、白色光を供給することができる。前記ＵＶ放射は、特定の実施態様では（少なくとも一時的に）第１光源放射（即ち、第１光源のＵＶ光）、第２光源光又は青色光及び当該２つの発光材料の発光材料光を有する当該照明装置の光の演白性を更に増加させる。従って、上記光源及び発光材料は、第１光源のＵＶ放射を全く又は一部しか波長変換しないように構成されると共に、第２光源の青色光の一部を当該スペクトルの緑色、黄色、橙色及び赤色部分のうちの少なくとも１以上において発光する可視放射に変換するよう構成される。従って、本発明は特にはＵＶＲＹＢ（ＵＶ、赤色、黄色及び青色）又はＵＶＲＧＢ（ＵＶ、赤色、緑色及び青色）原理に基づくものであるが、組み合わせ（即ち、ＵＶＲＹＧＢ）も可能である。例えば、幾つかのセリウムでドーピングされたガーネット発光材料は緑色及び黄色の両方で発光する。“３８０〜４２０ｎｍの範囲から選択された波長を持つ”なる語句及び同様の語句は、この波長範囲内に主たる波長が見られることを特に示す。従って、特に第１光源及び第２光源の主要波長は（勿論）等しくない。同様に、特に第１発光材料及び第２発光材料の主要波長も（勿論）等しくない（そして、両者は第１光源及び第２光源の各主要波長に対しても独立して等しくない）。従って、ＵＶから赤色までの当該照明装置の光スペクトルは特に少なくとも４つの極大を含むことができる。
“発光材料”なる用語は、複数の異なる発光材料にも関するものであり得る。従って、当該照明装置は３以上の異なる発光材料を有することもできるが、第１発光材料となる少なくとも１つ及び第２発光材料となる少なくとも１つを有するものである。第１及び第２発光材料は（このように）異なる発光材料である。
“光源”なる用語は、２〜２０個の（固体）ＬＥＤ光源等の複数の光源に関するものとすることもできる。従って、ＬＥＤなる用語は複数のＬＥＤを指すこともできる。このように、当該照明装置は３以上の異なる光源を有することもできるが、第１光源としての少なくとも１つ及び第２光源としての少なくとも１つを有することができる。第１及び第２光源は（このように）異なる光源である。特に、これら光源は固体ＬＥＤ光源（ＬＥＤ又はレーザダイオード等の）を有する。
当該発光材料の特有のフィーチャは、第１発光材料の可励起性が青色光に対するよりもＵＶ放射に対して低く、第２発光材料の可励起性が青色光に対するよりもＵＶ放射に対して低いということである。言い換えると、これら発光材料の励起スペクトルを記録すると、ＵＶ波長範囲におけるよりも青色波長範囲に一層高い励起極大が存在する。このことは、吸収スペクトル又は反射スペクトルに関して再定義することもできる。即ち、青色波長範囲においては、ＵＶ波長範囲における吸収極大及び反射極小よりも、各々、吸収極大は高く、反射極小は低い。このようにして、ＵＶ吸収度は相対的に低くなり得て、一層高い効率及び一層高い演色性が得られる一方、青色吸収度は相対的に高く、これも一層高い効率（一層少ないストークス損失）につながる。
多数の発光材料が本発明にとり適し得る。ここでは、以下に幾つかの発光材料が一般的に説明され、その後、幾つかの特定の類が一層詳細に説明される。
［好適な発光材料についての一般的説明］
該一般的説明において、特定の元素の表示は実質的に統一されている。
特定の実施態様において、前記第１発光材料はA3B5O12:Ce3+ 類、MA2O4:Ce3+類、MS:Ce3+類及び A3Z6N11:Ce3+類からなる群から選択され、ここで、Ａはランタニド（Gd、Tb、Lu等）、スカンジウム、イットリウム及びランタンの群から選択され、Ｂはアルミニウム及びガリウムの群から選択され、Ｍは土類アルカリ元素（Mg、Ca、Sr、Ba等）の群から選択され、Ｚはシリコン及びゲルマニウムの群から選択される。
第１類（A3B5O12:Ce3+類；ここでは(Y,Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+類としても示される）は、ガーネット系（後に、好適な発光材料についての一層詳細な説明で更に説明される）の類である。この類内の材料は、立方体のIa-3d結晶構造を有する。この類内の材料の例は、Y3Al5O12:Ce3+及びLu3Al5O12:Ce3+等である。
第２類（MA2O4:Ce3+類；ここではCaSc2O4:Ce3+類としても示される）は、アルカリ土類スカンデート系の類である。この類内の材料は斜方晶系のCaFe2O4型結晶構造を有している。この類内の材料の一例は、CaSc2O4:Ce3+である。
第３類（MS:Ce3+類；ここでは(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Ce3+類としても示される）は、立方体岩塩構造型で結晶化するアルカリ土類硫化物系の類である。この類内の材料の一例は、CaS:Ce3+である。
第4類（A3Z6N11:Ce3+類；ここではLa3Si6N11:Ce3+類としても示される）は、希土類窒化ケイ酸塩（nitridosilicate）系の類である。この類内の材料は、正方Sm3Si6N11型の結晶構造を有している。この類内の材料の一例は、La3Si6N11:Ce3+である。
これらの系の各々は、共ドーパント（プラセオジム等）が除外されるものではないが、セリウムをドーパントとして有することに注意されたい。
上記類の他の材料は、青色光により励起されると緑色及び／又は黄色光を供給することができ、ＵＶにおけるよりも青色において一層良好に励起可能であり得る。
他の特定の実施態様において、前記第２発光材料はMD:Eu類；MGB3N4:Eu類、MM”3ZN4:Eu類及び／又はM'B2M”2N4:Eu類（オプションとして、これらは単一の類に属すると考えることができる（後述参照））；並びにG2ZF6:Mn類の群から選択され、ここで、Ｍは土類アルカリ元素の群から選択され、Ｍ’はSr、Ba及びCaの群から選択され、Ｍ”はMg、Mn、Zn及びCdの群から選択され、ＤはS及びSeの群から選択され、ＺはSi、Ge、Ti、Hf、Zr及びSnの群から選択され、ＢはB、Al、Ga及びScの群から選択され、Ｇはアルカリ元素（Li、Na、K等）の群から選択される。
第１類（MD:Eu類；ここでは(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu類としても示される）は、アルカリ土類カルコゲニド系の類である。この類内の材料は、立方体岩塩結晶構造を有する。この類内の材料の例は、SrS:Eu、CaS:Eu、CaSe:Eu等である。
第２類（MGB3N4:Eu類；ここではSrLiAl3N4:Eu類としても示される）は、窒化アルミン酸塩系の類である。この類内の材料は正方のカリウム・リチウム鉛酸塩型の結晶構造を有している。この類内の材料の一例は、SrLiAl3N4:Euである。
第３類（MM”3ZN4:Eu類；ここではCaBe3SiN4:Eu類としても示される）は、オルト窒化ケイ酸塩系の類である。この類内の材料は、正方のナトリウム・リチウム・ケイ酸塩型の結晶構造を有する。この類内の材料の一例は、CaBe3SiN4:Euである。
第4類（M'B2M”2N4:Eu類；ここではSrAl2Mg2N4:Eu類としても示される）は、マグネシウム・窒化アルミン酸塩系の類である。この類内の材料は、正方のウラニウム・クロム炭化物型の結晶構造を有している。この類内の材料の一例は、SrAl2Mg2N4:Euである。
第５類（G2ZF6:Mn類；ここでは、K2SiF6:Mn類としても示される）は、複合フッ化物系の類である。この類内の材料は、立方ヒーラタイト又は六方デマルチナイト（Demartinite）型の結晶構造を有している。この類内の材料の一例は、K2SiF6:Mn（IV；即ち、４価マンガン）である。
更に、この類の材料の例は後に示される。これら系の殆どは、共ドーパント（セリウム及び／又は２価マンガン等の）が除外されるものではないが、ドーパントとして２価ユーロピウムを有することに注意されたい。当該群における該最後の類は４価のマンガンを有する。
従って、特定の実施態様において、前記第１発光材料は(Y,Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、CaSc2O4:Ce3+、CaS:Ce3+及びLa3Si6N11:Ce3+からなる群から選択され、前記第２発光材料は(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu、SrLiAl3N4:Eu、CaBe3SiN4:Eu、SrAl2Mg2N4:Eu及びK2SiF6:Mnの群から選択される。
従って、他の態様において本発明は、光変換器自体、即ち(Y,Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+類、CaSc2O4:Ce3+類、(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Ce3+類及びLa3Si6N11:Ce3+類からなる群から選択された第１発光材料と、(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu類、SrLiAl3N4:Eu類、CaBe3SiN4:Eu類、SrAl2Mg2N4:Eu類及びK2SiF6:Mn類の群から選択された第２発光材料とを有する光変換器、更に一層特別には、(Y,Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、CaSc2O4:Ce3+及びLa3Si6N11:Ce3+からなる群から選択された第１発光材料、並びに(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu、SrLiAl3N4:Eu、CaBe3SiN4:Eu、SrAl2Mg2N4:Eu及びK2SiF6:Mnの群から選択された第２発光材料を有する光変換器も提供する。
本明細書において“類（class）”なる用語は、特に何らかの結晶構造を有する一群の材料を指す。更に、“類”なる用語は、陽イオン及び／又は陰イオンの部分的置換も含むことができる。例えば、上述した類Al-Oの幾つかはSi-Nにより部分的に置換する（又は、その逆）こともできる。
更に、上述した発光材料がユーロピウム（Eu）、セリウム（Ce）又はマンガン（Mn）によりドーピングされるものと示された事実は、ユーロピウムがセリウムと共ドーピングされるEu,Ce；セリウムがプラセオジムと共ドーピングされるCe,Pr；セリウムがナトリウムと共ドーピングされるCe,Na；セリウムがマグネシウムと共ドーピングされるCe,Mg；セリウムがカルシウムと共ドーピングされるCe,Ca等の共ドーパントの存在を除外するものではない。共ドーピングは、従来技術において知られており、時には量子効率を向上させ及び／又は発光スペクトルを整合させることが知られている。
一実施態様において、緑色〜黄色で発光する第１発光材料に関して、ＵＶ極大に対する青色極大の吸収度比（又は励起比）は少なくとも１.５（例えば、少なくとも１.６等）である一方、赤色で発光する第２発光材料に関して、ＵＶ極大に対する青色極大の吸収度比（又は励起比）は少なくとも１.１（例えば、少なくとも１.１５等）である。より特定の実施態様において、緑色〜黄色で発光する第１発光材料に関して吸収度比（又は励起比）ＡＢＳ460／ＡＢＳ410は少なくとも１.５であり、赤色で発光する第２発光材料に関して吸収度比（又は励起比）ＡＢＳ460／ＡＢＳ410は少なくとも１.１である。上述した励起比とは、指示された発光（即ち、例えば、各々、緑色又は黄色、及び赤色）における発光を観察する場合の励起比を指す。励起スペクトルを測定する場合、一般的に、発光は最大発光強度で測定される。
特に、前記光源は３８０〜４３０ｎｍの波長範囲において、更に特別には４００〜４３０ｎｍの波長範囲において自身の全光パワーの１０％未満、特には５％未満しか供給しないように構成される。
［特定の発光材料についての詳細な説明］
特定の発光材料の一層詳細な説明において、当該化学式の定式化は上記定式化とは相違し得る。これは、これら特定の発光材料を一層詳細に定義するために実施された。
特定の実施態様において、前記第１発光材料はA3B5O12:Ce3+を有し、ここで、ＡはSc、Y、Tb、Gd及びLuからなる群から選択され、ＢはAl及びGaからなる群から選択される。好ましくは、ＭはY及びLuのうちの１以上を少なくとも有し、ＢはAlを少なくとも有する。これらのタイプの材料は、最も高い効率を提供し得る。特定の実施態様において、第１発光材料はA3B5O12:Ce3+のタイプの少なくとも２つの発光材料を有し、ここで、ＡはY及びLuからなる群から選択され、ＢはAlからなる群から選択され、比Y:Luは当該少なくとも２つの発光材料に関して相違する。例えば、これらのうちの１つは、Y3Al5O12:Ce3+のように、純粋にYに基づくものであり得る一方、これらのうちの１つは、(Y0.5Lu0.5)3Al5O12:Ce3+のように、Y,Luに基づく系であり得る。ガーネットの実施態様は、特に、A3B5O12ガーネットを含み、ここで、Ａは少なくともイットリウム又はルテチウムを有し、Ｂは少なくともアルミニウムを有する。このようなガーネットは、セリウム（Ce）により、プラセオジム（Pr）又はセリウム及びプラセオジムの組み合わせにより、しかしながら特にはCeによりドーピングすることができる。特に、Ｂはアルミニウム（Al）を有する。しかしながら、Ｂはガリウム（Ga）、スカンジウム（Sc）及び／又はインジウム（In）を部分的に、特にはAlの約２０％まで、より特別にはAlの約１０％まで有することができる（即ち、Ｂイオンは本質的に９０以上のモル％のAl並びに１０以下のモル％のGa、Sc及びInのうちの１以上からなる）。Ｂは、特には、約１０％までのガリウムを有することができる。他の変形例において、Ｂ及びOは、少なくとも部分的に、Si及びNにより置換することができる。元素Ａは、特には、イットリウム（Y）、ガドリニウム（Gd）、テルビウム（Tb）及びルテチウム（Lu）からなる群から選択することができる。更に、Gd及び／又はTbは特にはＡの約２０％の量までのみ存在する。特定の実施態様において、前記ガーネット発光材料は(Y1-xLux)3Al5O12:Ceを有し、ここで、ｘは０以上で、１以下である。“:Ce”又は“:Ce3+”なる項（又は同様の項）は、当該発光材料における金属イオンの一部（即ち、ガーネットにおいて、“Ｍ”イオンの一部）がCe（又は他の発光種、但し、当該項（又は複数の項）が“:Yb”のように該種を示す場合）により置換されることを示す。例えば、(Y1-xLux)3Al5O12:Ceを仮定すると、Y及び／又はLuの一部がCeにより置換される。この表記は、当業者により知られている。Ceは、通常、Ｍを１０％以下で置換する。即ち、一般的に、Ceの濃度は０.１〜４％、特には０.１〜２％（Ｍに対して）の範囲内である。１％のCe及び１０％のYを仮定すると、完全な正しい式は、(Y0.1Lu0.89Ce0.01)3Al5O12となり得る。ガーネットにおけるCeは、当業者により知られているように、実質的に又は唯一３価状態である。
特に前記実施態様と組み合わせることができる更に他の実施態様において、前記第２発光材料はM1-x-y-zZzAaBbCcDdEeN4-nOn:ESx,REyを有し、ここで、ＭはCa（カルシウム）、Sr（ストロンチウム）及びBa（バリウム）からなる群から選択され；Ｚは１価のNa（ナトリウム）、K（カリウム）及びRb（ルビジウム）からなる群から選択され；Ａは２価のMg（マグネシウム）、Mn（マンガン）、Zn（亜鉛）及びCd（カドミウム）からなる群から選択され（Ａは、特には２価のMg（マグネシウム）、Mn（マンガン）及びZn（亜鉛）からなる群から選択され、更に一層特別には２価のMg（マグネシウム）及びMn（マンガン）からなる群から選択され）；Ｂは３価のB（ホウ素）、Al（アルミニウム）及びGa（ガリウム）からなる群から選択され；Ｃは４価のSi（シリコン）、Ge（ゲルマニウム）、Ti（チタン）及びHf（ハフニウム）からなる群から選択され；Ｄは１価のLi（リチウム）及びCu（銅）からなる群から選択され；ＥはP（燐）、V（バナジウム）、Nb（ニオブ）及びTa（タンタル）からなる群から選択され；ESは２価のEu（ユーロピウム）、Sm（サマリウム）及びイッテルビウムからなる群から選択され、特には２価のEu及びSmからなる群から選択され；REは３価のCe（セリウム）、Pr（プラセオジム）、Nd（ネオジム）、Sm（サマリウム）、Eu（ユーロピウム）、Gd（ガドリニウム）、Tb（テルビウム）、Dy（ジスプロシウム）、Ho（ホルミウム）、Er（エルビウム）及びTm（ツリウム）からなる群から選択され；ここで；0=<x=<0.2; 0=<y＝<0.2; 0<x+y=<0.4; 0=<z<1; 0=<n=<0.5; 0=<a=<4（2=<a=<3等）; 0=<b=<4; 0=<c=<4; 0=<d=<4; 0=<e=<4; a + b + c + d + e = 4;及び2a + 3b + 4c + d + 5e = 10 - y - n + zである。特に、z=<0.5のように、z=<0.9である。更に、特にはx + y + z =< 0.2である。
式a + b + c + d + e = 4及び2a + 3b + 4c + d + 5e = 10 - y - n + zは、各々、当該格子におけるZ,A,B,C,D及びE陽イオン並びにO及びN陰イオンを特に決定し、これにより、当該系の電荷的中性を（も）定める。例えば、電荷補償は式2a + 3b + 4c +d + 5e = 10 - y - n + zにより保証される。該式は、例えばO含有量を減少させることにより電荷補償を保証し、又はC陽イオンをB陽イオンにより若しくはB陽イオンをA陽イオンにより置換することにより電荷補償を保証する等々である。例えば、x = 0.01, y = 0.02, n = 0, a = 3の場合、6 + 3b + 4c = 10 - 0.02となり、ここでa + b + c = 4: b = 0.02, c = 0.98である。
当業者にとり明らかなように、a, b, c, d, e, n, x, y, zは常にゼロ以上である。ａが式a + b + c + d + e = 4; 及び2a + 3b + 4c +d + 5e = 10 - y - n + zとの組み合わせで定義された場合、原理的に、b, c, d及びeは、最早、定義される必要はない。しかしながら、完全さのために、ここでは0 =< b =< 4; 0 =< c =< 4; 0 =< d =< 4; 0 =< e =< 4も定義される。
SrMg2Ga2N4:Euのような系を仮定しよう。ここで、a=2, b=2, c=d=e=y=z=n=0である。このような系においては、2 + 2 + 0 + 0 + 0 = 4及び2*2+3*2+0+0+0=10-0-0+0=10である。従って、両式は満たされる。0.5のＯが導入されると仮定しよう。0.5Ｏの系は、例えば、0.5のGa-Nが0.5のMg-Oにより置換された場合（これは、電荷的中性置換である）に得ることができる。この結果、SrMg2.5Ga1.5N3.5O0.5:Euが得られる。ここで、このような系では、2.5 + 1.5 + 0 + 0 + 0 = 4及び2*2.5 + 3*1.5 + 0 + 0 + 0 = 10 - 0 - 0.5 + 0 = 9.5である。従って、ここでも両式は満たされる。
前述したように、有利な実施態様では、d>0及び／又はz>0、特には、少なくともd>0とする。特に、当該蛍光体は少なくともリチウムを有する。
更に他の実施態様では、2 =< a =< 3であり、特にはd=0、e=0及びz=0でもある。このような事例において、当該蛍光体は、とりわけ、a + b + c = 4及び2a + 3b + 4c = 10 - y - nであることを特徴とする。
前記実施態様と組み合わせることができる他の固有の実施態様においては、e=0である。前記実施態様と組み合わせることができる更に他の固有の実施態様においては、ＭがCa及び／又はSrである。
従って、特定の実施態様において、当該蛍光体はM(Ca及び／又はSr)1-x-yMgaAlbSicN4-n0n:ESx,REy(I) なる式を有し、ここで、ESは２価のEu（ユーロピウム）、Sm（サマリウム）及びYb（イッテルビウム）からなる群から選択され；REは３価のCe（セリウム）、Pr（プラセオジム）、Nd（ネオジム）、Sm（サマリウム）、Eu（ユーロピウム）、Gd（ガドリニウム）、Tb（テルビウム）、Dy（ジスプロシウム）、Ho（ホルミウム）、Er（エルビウム）及びTm（ツリウム）からなる群から選択され；ここで、y/x < 0.1、特には < 0.01であり、n =< 0.1、特には < 0.01、更に特別には < 0.001、更に一層特別には < 0.0001である。従って、この実施態様では、実質的にサマリウム及び／又はユーロピウムを含有する蛍光体が記載されるものである。例えば、２価のEuがx=0.05で存在し、例えばPrに対するy1が0.001であり得、Tbに対するy2が0.001であり得る場合、y=y1+y2=0.002となる。このような事例においては、y/x = 0.04である。更に一層特別には、y=0である。しかしながら、何処かで示したように、Eu及びCeが適用された場合、比y/xは0.1より大きいものとすることができる。
0 < x+y =< 0.4なる条件は、Mを合計で40%までのES及び／又はREにより置換することができることを示す。ｘ及びｙが0と0.2との間であることと組み合わせた“0 < x+y =< 0.4”なる条件は、ES及びREのうちの少なくとも一方が存在することを示す。必ずしも両タイプが存在する必要はない。前述したように、ES及びREの両者は、各々、１以上の下位材料を個別に示すことができ、例えば、ESはSm及びEuの1以上を示し、REはCe、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er及びTmの1以上を示すことができる。
特に、ユーロピウムが２価の発光材料又はドーパントとして適用される場合、サマリウムとユーロピウムとの間のモル比（Sm/Eu）は<0.1、特には<0.01、特別には<0.001である。
同様のことが、ユーロピウムがイッテルビウムとの組み合わせで適用された場合にも当てはまる。ユーロピウムが２価発光材料又はドーパントとして適用された場合、イッテルビウムとユーロピウムとの間のモル比（Yb/Eu）は<0.1、特には<0.01、特別には<0.001である。３つ全てが一緒に適用される場合、同様のモル比が当てはまり得る。即ち、（(Sm+Yb)/Eu）は<0.1、特には<0.01、特別には<0.001である。
特に、ｘは、0.005〜0.1、特には0.005〜0.08のような、0.002〜0.2等の0.001〜0.2（即ち、0.001 =< x =< 0.2）の範囲内である。特に、ここで説明した系における２価のユーロピウムの場合、モル％は、0.5〜2%のような0.2〜5%等の、0.1〜5%（0.001 =< x < 0.05）の範囲内であり得る。他の発光イオンの場合、ｘは実施態様では１％以上（ｘは0.01以上）とすることができる（必ずしもそうである必要はない）。
特定の実施態様において、当該蛍光体は、(Sr,Ca)Mg3SiN4:Eu、(Sr,Ca)Mg2Al2N4:Eu、(Sr,Ca)LiAl3N4:Eu及び(Sr,Ca)LidMgaAlbN4:Euからなる群から選択され、ここで、a、b、dは先に定義した通りである。
本明細書でも示したように、“(Sr,Ca)”なる表記及び他の元素による同様の表記は、Ｍ位置がSr及び／又はCa陽イオン（又は、各々、他の元素）により占有されることを示す。
更なる特定の実施態様において、当該蛍光体は、Ba.95Sr.05Mg2Ga2N4:Eu、BaMg2Ga2N4:Eu、SrMg3SiN4:Eu、SrMg2Al2N4:Eu、SrMg2Ga2N4:Eu、BaMg3SiN4:Eu、CaLiA13N4:Eu、SrLiAl3N4:Eu、CaLi0.5MgAl2.5N4:Eu及びSrLi0.5MgAl2.5N4:Euからなる群から選択される。
このような蛍光体の更なる（限定するものでない）例は、例えば、(Sr0.8Ca0.2)0.995LiAl2.91Mg0.09N3.91O0.09:Eu0.005；(Sr0.9Ca0.1)0.905Na0.09LiAl3N3.91O0.09:Eu0.005；(Sr0.8Ca0.03Ba0.17)0.989LiAl2.99Mg0.01N4:Ce0.0l,Eu0.001； Ca0.995LiAl2.995Mg0.005N3.99500.005:Yb0.005(YB(II))；Na0.995MgAl3N4:Eu0.005;Na0.895Ca0.1Mg0.9Li0.1Al3N4:Eu0.005；Sr0.99LiMgAlSiN4:Eu0.01；Ca0.995LiAl2.955Mg0.045N3.96O0.04:Ce0.005；(Sr0.9Ca0.1)0.998Al1.99Mg2.01N3.99O0.01:Eu0.002；(Sr0.9Ba0.1)0.998Al1.99Mg2.01N3.99O0.01:Eu0.002である。
更なる特定の実施態様において、当該蛍光体は、(Sr,Ca)Mg3SiN4:Eu及び(Sr,Ca)Mg2Al2N4:Euからなる群から選択される。更に他の特定の実施態様において、当該蛍光体は、Ba0.95Sr0.05Mg2Ga2N4:Eu、BaMg2Ga2N4:Eu、SrMg3SiN4:Eu、SrMg2Al2N4:Eu、SrMg2Ga2N4:Eu及びBaMg3SiN4:Euからなる群から選択される。特に、これらの蛍光体、更に一層特別には(Sr,Ca)Mg3SiN4:Eu及び(Sr,Ca)Mg2Al2N4:Euは、とりわけ発光のスペクトル位置及び分布に関して、良好な発光特性を有する蛍光体であり得る。
特に関心のあるものは、0 =< x =< 0.2、y/x < 0.1、Ｍが少なくともSrを有する、z =< 0.1、a =< 0.4、2.5 =< b =< 3.5、Ｂが少なくともAlを有する、c =< 0.4、0.5 =< d =< 1.5、Ｄが少なくともLiを有する、e =< 0.4、n =< 0.1及びESが少なくともEuを有するなる条件を満たす蛍光体である。
特に、y+z =< 0.1とする。更に、特にx+y+z =< 0.2とする。更に、特にａは０に近い又はゼロとする。更に、特にｂは約３とする。更に、特にｃは０に近い又はゼロとする。更に、特にｄは約１とする。更に、特にｅは０に近いか又はゼロとする。更に、特にｎは０に近いか又はゼロとする。更に、特にｙは０に近いか又はゼロとする。
量子効率及び加水分解安定性の点で特に優れた系は、z + d > 0のもの、即ち、例えばａ、ｂ、ｄが先に定義した通りの(Sr,Ca)LiAl3N4:Eu及び(Sr,Ca)LidMgaAlbN4:Eu等の、Na、K、Rb、Li及びCu(I)の１以上、特には少なくともLiが利用可能なものである。更に特定の実施態様において、当該蛍光体は、CaLiAl3N4:Eu、SrLiA13N4:Eu、CaLi0.5MgAl2.5N4:Eu及びSrLi0.5MgAl2.5N4:Euからなる群から選択される。
特に関心のある他の蛍光体は、Ｍイオンとして少なくともSrを有し、Ｂイオンとして少なくともAlを有し、且つ、Ｄイオンとして少なくともLiを有する(Sr,Ca,Ba)(Li,Cu)(Al,B,Ga)3N4:Euである。
［他の実施態様］
前記波長変換器エレメントは、粉体層、吸収性母材中／上に施された粉体、膜体、高分子プレート、セラミックプレート等とすることができる。該波長変換器エレメントは、一実施態様では、自己支持型とすることができる。
該波長変換器エレメントは、特に、前記青色光に対して少なくとも部分的に透過性であると共に前記ＵＶ放射に対しても少なくとも部分的に透過性である。このことは、材料、厚さ及び発光材料含有量が、前記青色及びＵＶ放射の一部が当該波長変換器エレメントを通過すると共に、該波長変換器エレメントの下流で見られるように特別に選択されることを意味する。このように、該波長変換器エレメントは特別に透過モードに構成される。
一実施態様において、該波長変換器エレメントは前記第１発光材料及び前記第２発光材料が埋め込まれた母材を有する。この母材は、無機母材、有機母材、又はシロキサン母材等の複合母材とすることができる。また、“母材”なる用語は複数の母材を指すこともできる。例えば、前記第１発光材料は第１母材に埋め込むことができ、第２蛍光体は第２母材に埋め込むことができ、これら２つの母材が当該波長変換器エレメントを形成する。
オプションとして、発光材料が他の発光材料に対する母材とすることもできる。
当該発光材料が母材中に埋め込まれる場合、該発光材料は特に均一に分布させることができる。このことは、当該装置光の最良の光分布にもつながる。
他の実施態様において、該波長変換器エレメントは１以上のコーティングを有する支持体を有し、これらコーティングの１以上は前記第１発光材料及び前記第２発光材料のうちの１以上を有する。オプションとして、支持体が前記母材を有することもできることに注意されたい。
特に、該波長変換器エレメントは、前記第１固体光源及び前記第２固体光源からゼロでない距離に配設される。このようにして、例えば混合室（混合チェンバ）を形成することができる。従って、更なる実施態様において、当該波長変換器エレメントは混合室のウインドウとして構成され、前記第１固体光源及び前記第２固体光源は自身の固体光源光を該混合室に供給するように構成され、これら固体光源及び該波長変換器エレメントは照明装置光を該波長変換器エレメントの下流に供給するように構成され、該照明装置光は白色光を有するか又は当該照明装置が白色光である照明装置光を供給するように制御可能である。２以上の第１固体光源及び２以上の第２固体光源が適用される場合、これら光源は特に均一に分散される（例えば、チェンバ内に）。
“照明装置光は白色光を有するか又は当該照明装置が白色光である照明装置光を供給するように制御可能である”なる語句は、当該照明装置が、一実施態様において、装置光の実質的に一定のスペクトル分布を有し得ることを示す。しかしながら、当該照明装置は前記固体光源の１以上を制御するように構成されたコントローラを含むこともできる。このようにして、装置光のスペクトル分布（及び輝度）も制御することができる。後者の実施態様において、当該照明装置は白色光である照明装置光を供給するように制御することが可能である。
本発明の主たる利点は、高い効率及び演色性は別として、当該光を変換する２つの発光材料を有することにより、波長変換器エレメントの下流に該光の実質的に均一な分布を形成することができることである。従って、下流の光学系は必要とされず、更なる拡散器も特に必要とされないが、現状技術における解決策においては斯様な拡散器が必要とされ得る。従って、他の実施態様において、当該照明装置は波長変換器エレメントの下流に配置される拡散器エレメントは有さない。
更に、本解決策によれば、当該ＬＥＤ光源の全放射に対する相対ＵＶ含有量は、現状技術による解決策よりも少なくすることができるように思われる。幾つかの実施態様において、第２固体光源（青色）のパワーは（ＵＶ及び青色）固体光源の全パワーの８０％よりも大きくすることができる。従って、一実施態様において、第２固体光源のパワー（ワットでの）は、第１固体光源及び第２固体光源の全パワー（ワットでの）の８０％以上である。ここで、“パワー”なる用語は、当該固体光源が最大出力にある場合に、指示されたスペクトルドメインにおいて供給されるワットでのパワーを指す。
“上流”及び“下流”なる用語は、光発生手段（ここでは、特に第１光源）からの光の伝搬に対する物品又はフィーチャの配置に関するものであり、光発生手段からの光のビーム内の第１位置に対して該光のビームにおける当該光発生手段に一層近い第２位置は“上流”であり、該光のビームにおける当該光発生手段から一層遠い第３位置は“下流”である。
当該照明装置は、例えば、オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、家庭照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明表示システム、ピクセル化表示システム、セグメント化表示システム、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、指示サインシステム、装飾性照明システム、携帯システム、自動車アプリケーション、温室照明システム、園芸照明又はＬＣＤバックライト等の一部とすることができ、又は斯かるシステムに適用することができる。
上述したように、当該照明ユニットはＬＣＤ表示装置におけるバックライトユニットとして使用することができる。従って、本発明はバックライトユニットとして構成される本明細書で定義された照明ユニットを有するＬＣＤ表示装置も提供する。また、本発明は他の態様においてバックライトユニットを有する液晶表示装置も提供し、該バックライトユニットは本明細書で定義される１以上の照明装置を有する。
本明細書における白色光なる用語は、当業者により既知のものである。該光は、約２０００〜２００００Ｋ、特には２７００〜２００００Ｋの間、一般照明のためには特に約２７００Ｋ〜６５００Ｋの範囲内、背面照明（バックライティング）のためには約７０００Ｋ〜２００００Ｋの範囲内であって、ＢＢＬ（黒体軌跡）から約１５ＳＤＣＭ（等色標準偏差：standard deviation of color matching）内、特にはＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ内、更に特別にはＢＢＬから約５ＳＤＣＭ内の相関色温度（ＣＣＴ）を持つ光に関するものである。
“紫色光”又は“紫色放射”なる用語は、特に、約３８０ｎｍ〜４４０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関するものである。“青色光”又は“青色放射”なる用語は、特に、約４４０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の波長を持つ光（幾らかの紫色及びシアン色相を含む）に関するものである。“緑色光”又は“緑色放射”なる用語は、特に、約４９０ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関するものである。“黄色光”又は“黄色放射”なる用語は、特に、約５４０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関するものである。“橙色光”又は“橙色放射”なる用語は、特に、約５７０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関するものである。“赤色光”又は“赤色放射”なる用語は、特に、約６００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関するものである。“桃色光”又は“桃色放射”なる用語は、青色及び赤色成分を持つ光に関するものである。“可視”、“可視光”又は“可視放射”なる用語は、約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内の波長を持つ光を示す。
“実質的に全ての光”における、又は“実質的になる”における等の、本明細書における“実質的に”なる用語は、当業者により理解されるであろう。また、“実質的に”なる用語は、“全体的に”、“完全に”、“全て”等による実施態様も含むことができる。従って、実施態様においては、実質的になる形容詞句を除去することもできる。当てはまる場合、“実質的に”なる用語は、１００％を含み、９５％又はそれ以上、特には９９％又はそれ以上、更に特別には９９.５％又はそれ以上等の、９０％又はそれ以上にも関係し得る。“有する”なる用語は、“有する”なる用語が“からなる”を意味するような実施態様も含む。“及び／又は”なる用語は、“及び／又は”の前後に言及される項目の１以上に特に関係する。例えば、“項目１及び／又は項目２”なる語句及び同様の語句は、項目１及び項目２の１以上に関係し得る。“有する”なる用語は、一実施態様では“からなる”を示すことができるが、他の実施態様では、“少なくとも指定されたものを含むと共に、オプションとして１以上の他のものを含む”を示すこともできる。
更に、詳細な説明及び請求項における第１、第２及び第３等の用語は同様の要素の間を区別するために使用されるものであり、必ずしも連続した又は時間的順序を説明するためのものではない。斯様に使用された用語は適切な状況下では入れ替え可能であり、ここに説明される本発明の実施態様は、ここに記載又は図示されたもの以外の順序で動作することができると理解されるべきである。
本明細書における装置は、とりわけ、動作中で説明されている。当業者にとり明らかなように、本発明は動作中の装置又は動作方法に限定されるものではない。
上述した実施態様は本発明を限定するというよりは解説するものであり、当業者であれば添付請求項の範囲から逸脱することなしに多数の代替実施態様を設計することができることに注意すべきである。尚、請求項において、括弧内の如何なる符号も当該請求項を限定するものと見なしてはならない。また、“有する”なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。また、単数形の構成要素は複数の斯様な構成要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別のエレメントを有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータにより実施化することができる。また、幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これら手段の幾つかは１つの同一のハードウェアにより具現化することができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。
本発明は、更に、詳細な説明に記載され、及び／又は添付図面に示される特徴的フィーチャの１以上を有する装置に当てはまるものである。本発明は、更に、詳細な説明に記載され、及び／又は添付図面に示された特徴的フィーチャの１以上を有する方法又は製造方法に関するものである。
本特許出願において説明される種々の態様は、更なる利点を提供するために組み合わせることができる。更に、フィーチャの幾つかは、１以上の分割出願のための基礎を形成することができるものである。
図１ａは、本明細書で説明される照明装置の一実施態様を概略的に示す。 図１ｂは、本明細書で説明される照明装置の他の実施態様を概略的に示す。 図２ａは、可能性のある発光材料の幾つかの反射を示す。 図２ｂは、可能性のある発光材料の幾つかの発光を他の解決策との関係で示す。 図２ｃは、可能性のある発光材料の幾つかの発光を示す。
以下、本発明の実施態様を、添付概略図面を参照して例示のみとして説明するが、これら図面において対応する符号は対応する部分を示している。尚、これら概略図面は必ずしも実寸通りではない。
図１ａ及び図１ｂは、３８０〜４２０ｎｍの範囲から選択された波長を持つＵＶ放射１１を供給するように構成された第１固体光源１０と、４４０〜４７０ｎｍの範囲から選択された波長を持つ青色光２１を供給するように構成された第２固体光源２０とを有する照明装置１００を概略的に示している。更に、該照明装置１００は波長変換器エレメント２００を有している。波長変換器エレメント２００は、第２固体光源２０の青色光２１により励起されると緑色及び黄色波長範囲から選択された波長を持つ第１発光材料光２１１を供給するように構成された第１発光材料２１０と、第２固体光源２０の青色光２１により励起されると橙色及び赤色波長範囲から選択された波長を持つ第２発光材料光２２１を供給するように構成された第２発光材料２２０とを有している。
先に示したように、第１発光材料のＵＶ放射１１に対する可励起性は青色光２１に対するよりも低く、第２発光材料のＵＶ放射１１に対する可励起性は青色光２１に対するよりも低い（後述の例も参照）。
概略的に図示された両実施態様において、波長変換器エレメント２００は第１固体光源１０及び第２固体光源２０からゼロでない距離（ｄ）に配置される。距離ｄは、例えば、特には５〜５０ｍｍのような１〜５０ｍｍ等の、０.１〜１００ｍｍの範囲内であり得る。
例示として、両実施態様において波長変換器エレメント２００は混合室１２０のウインドウとして構成されている。
他の実施態様（図示略）において、前記固体光源は波長変換器材料を含む母材内に完全に埋め込まれる。該波長変換器材料は、該母材内に均一に分布させることができるか、又は、該母材内での粉体の沈殿により発生され得るように、均一な層を形成することができる。
当該照明装置は、波長変換器エレメント２００から下流に光２０１を供給する。実施態様において、該照明装置光２０１は白色光である。オプションとして、該照明装置光を制御するためにコントローラ５０を構成することができる。従って、照明装置１００は、白色光又は有色光である照明装置光２０１を供給するように制御可能とすることができる。このようにして、色温度も制御することができる。特に、装置光２０１の可制御性は、特には第１固体光源１０及び第２固体光源２０とは異なる波長範囲で発光するように構成された１以上の他の光源を追加することにより改善することができる。特に、このような他の光源（特には、他の固体光源）は、前記発光材料２１０，２２０の少なくとも一方が（実質的に）吸収しない波長で（固体）光源光を供給するように構成される。従って、このような他の光源の光源光の主要な波長は、第１光源及び第２光源の各主要な波長とは特に相違すると共に、前記第１発光材料の放射及び前記第２発光材料の放射から各々特別に相違することさえもできる。
図１ａにおいて、波長変換器エレメント２００は第１発光材料２１０及び第２発光材料２２０が埋め込まれた母材２３０を有している。この構成は、例えばＰＥ（ポリエチレン）、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）、ポリメチル・アクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）（プレキシガラス又はパースペックス）、セルロース・アセテート・ブチレート（ＣＡＢ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ＰＥＴＧ（グリコール修飾ポリエチレン・テレフタレート）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）及びＣＯＣ（シクロ・オレフィン・コポリマ）の群から選択されたポリマ等のポリマに埋め込まれた微粒子発光材料であり得る。しかしながら、該母材は無機材料を有することもできる。好ましい無機材料は、ガラス、（溶融）石英、透過性セラミック材料及びシリコン樹脂からなる群から選択される。また、無機部及び有機部の両方を有する複合材料も適用することができる。特に好ましいものは、母材用の材料としてのＰＭＭＡ、透明ＰＣ、シリコン樹脂又はガラスである。特に、シリコン樹脂は重要であり得るが、ＰＤＭＳ及びポリシルセスキオキサンも興味あるものであり得る。このようにして、当該変換器エレメントは導波器として使用することもできる。
図１ｂにおいて、波長変換器エレメント２００は１以上のコーティング２４１を有する支持体２４０を有し、これらコーティングのうちの１以上は第１発光材料２１０及び第２発光材料２２０の１以上を有する。支持体２４０はオプションとして上述した実施態様の母材とすることができることに注意されたい。ここで、コーティング２４１は、例示として、支持体２４０の下流側に設けられる。しかしながら、代わりに又は加えて、支持体２４０の上流側に１以上のコーティングを設けることもできる。更に、例示として、第１コーティング２４１ａは第１発光材料２１０を有し、第２コーティング２４１ｂは第２発光材料２２０を有する。
請求項に記載されるＬＥＤシステムを実現するために、青色スペクトル範囲において最強の光吸収度を示す一方、紫色スペクトル範囲においては低吸収度しか示さない蛍光体システムが選択されねばならない。良く知られており且つ広く適用されている緑色〜黄色発光蛍光体は、Lu3Al5O12:Ce(LuAg)又はY3Al5O12:Ce(YAG)等のCe(III)ドープガーネット材料である。三菱ケミカル社から市販されている代替材料系は、例えばCaSc2O4:Ce（緑色）等のCe(III)ドープ酸化スカンジウム又はLa3Si6N11:Ce（黄色）等のCe(III)ドープ窒化物である。赤色スペクトル範囲に対しては、高対称性ドーパント位置（八面体又は立方体座標）を強い配位子場と結合するEu(II)ドープ蛍光体である。その例は、SrS:Eu若しくはCa(Se,S):Eu等のアルカリ土類硫化物又は組成SrLiAl3N4:Eu若しくはSrAl2Mg2N4:Euの窒化物である。赤色蛍光体のための他のオプションは、３ｄ電子の八面体４Ａ２状態から４Ｔ２状態への昇位により青色スペクトル範囲において狭い吸収帯域を示すK2SiF6:Mn等のMn(IV)ドープフッ化物材料である。
特に、当該ＬＥＤシステムは緑色及び黄色発光蛍光体のためのLu3A15O12:Ce(LuAg)又はY3A15O12:Ce(YAG)及び赤色蛍光体としてのSrLiA13N4:Euの組み合わせを有する。これら蛍光体の該組み合わせは、必要とされる高光束密度により例えばスポット照明のために使用されるＬＥＤモジュールにおいて典型的に到達される高動作温度の下で特に効率的である。図２ａは、本発明の好ましい材料の厚い粉体層の反射スペクトルを示す。該材料は紫色スペクトル範囲におけるよりも青色スペクトル範囲において一層大幅に強い吸収度を示す一方、CaSiAlN3:Eu等の赤色蛍光体材料は紫色スペクトル範囲において強い吸収度を示す（図示略）。所望の変換効率利得に到達するために、本発明に適した蛍光体システムは、大気中において室温で測定される光学的に無限に厚い粉体サンプルの反射スペクトルに関して、緑色〜黄色発光蛍光体に対しては４６０ｎｍ及び４１０ｎｍの励起に対し少なくともＡＢＳ460／ＡＢＳ410＞１.６の、赤色発光蛍光体に対してはＡＢＳ460／ＡＢＳ410＞１.１７の吸収度（ＡＢＳ＝１−ＲＥＦ）比を有さねばならない。
図２ａは、Ca(0.7Se,0.3S):Eu (1); (0.25Ca,0.75Sr)S:Eu (2); CaS:Eu (3); K2SiF6:Mn (4); SrLiAl3N4:Eu (5); Lu3A15O12:Ce (6);及びY3A15O12:Ce (7)の厚い粉体層反射スペクトルを示す（ｘ軸上の波長（ｎｍ）の関数としてのｙ軸上の反射度）。
４５５ｎｍで発光する３０個の青色ＬＥＤチップ、４１５ｎｍで発光する６個の紫色ＬＥＤチップ並びにLuAG(GAL515)、YAG(NYAG4653)及びSrLiAl3N4:Eu(0.3%)を有するシリコン樹脂層内の蛍光体を有する光源が作製された。当該ＬＥＤモジュールの蛍光体混合は、赤色スペクトル範囲内の演色性を最大化する（Ｒ９＝９７，ＣＲＩ(８)＝９０）と共に従来技術の解決策と同様に飽和色の演色を改善するために黄色及び赤色部分の発光色分解を向上させる（〜６００ｎｍにおける発光低下）ように調整された。例えばLuAG及びYAG蛍光体の比を変更することにより、当該スペクトルは例えば最大発光効率又は全体の演色性に関して最適化するように調整することができる。表1は、請求項に記載される照明システムの一例の性能データを要約している。紫色スペクトル範囲において弱い吸収度しか示さない蛍光体の選択により、紫色ＬＥＤチップの数を減少させることができると共に、演白性が強化された従来技術の照明システムと比較して発光効率が更に向上された。
図２ｂは、本発明のＬＥＤシステムの発光スペクトル（曲線Ｂ）を、２つの他の利用可能な代替解決策（Ａ及びＣ）と比較して示す（ｘ軸上の波長（ｎｍ）の関数としてのｙ軸上の任意の単位での輝度）。全てが、３０００Ｋの相関色温度である。本発明のＬＥＤシステムは少なくとも４つの極大を示す。
該表から結論することができるように、効率が非常に高いと同時に、良好な演色評価数ＣＲＩ及び良好なＲ９演色性を有する。
図２ｃは、好適な材料の実施例：CaS:Eu (1); Ca0.75Sr0.25:Eu (2); Ca0.5Sr0.5:Eu (3); Ca0.25Sr0.75S:Eu (4); SrS:Eu (5); Ca(S,Se):Eu (6); CaS:Ce (7); K2SiF6:Mn (8); SrLiAl3N4:Eu (9); YAG:Ce (10); Lu3Al5O12:Ce (LuAG) (11); Y3(A1,Ga)5O12:Ce (12); Lu3(A1,Ga)5O12:Ce (13); (Lu,Y)3Al5O12:Ce (14)の発光スペクトル（ｘ軸上の波長（ｎｍ）の関数としてのｙ軸上の任意の単位での輝度）を示す。

Claims (13)

  1. ３８０〜４２０ｎｍの範囲から選択された波長を持つＵＶ放射を供給する第１固体光源と、
    ４４０〜４７０ｎｍの範囲から選択された波長を持つ青色光を供給する第２固体光源と、
    波長変換器エレメントと、
    を有する照明装置であって、前記波長変換器エレメントは、
    前記第２固体光源の青色光により励起されると緑色及び黄色波長範囲から選択された波長を持つ第１発光材料光を供給し、ＵＶ放射に対する可励起性が青色光に対するものよりも低い第１発光材料と、
    前記第２固体光源の青色光により励起されると橙色及び赤色波長範囲から選択された波長を持つ第２発光材料光を供給し、ＵＶ放射に対する可励起性が青色光に対するものよりも低い第２発光材料と、
    を有し、
    前記ＵＶ放射、前記青色光、前記第１発光材料光及び前記第２発光材料光を有する照明装置光を供給する、照明装置。
  2. 前記第１発光材料はA3B5O12:Ce3+ 類、MA2O4:Ce3+類、MS:Ce3+類及び A3Z6N11:Ce3+類からなる群から選択され、ここで、Ａはランタニド、スカンジウム、イットリウム及びランタンの群から選択され、Ｂはアルミニウム及びガリウムの群から選択され、Ｍは土類アルカリ元素の群から選択され、Ｚはシリコン及びゲルマニウムの群から選択される、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記第２発光材料はMD:Eu類、MGB3N4:Eu類、M'B2M”2N4:Eu類、MM”3ZN4:Eu類及びG2ZF6:Mn類の群から選択され、ここで、Ｍは土類アルカリ元素の群から選択され、Ｍ’はSr、Ba及びCaの群から選択され、Ｍ”はBe、Mg、Mn、Zn及びCdの群から選択され、ＤはS及びSeの群から選択され、ＢはB、Al、Ga及びScの群から選択され、ＺはSi、Ge、Ti、Zr、Hf及びSnの群から選択され、Ｇはアルカリ元素の群から選択される、請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記第１発光材料はA3B5O12:Ce3+を有し、ここで、ＡはSc、Y、Tb、Gd及びLuからなる群から選択され、ＢはAl及びGaからなる群から選択される、請求項１ないし３の何れか一項に記載の照明装置。
  5. 前記第２発光材料は、
    M1-x-y-zZzAaBbCcDdEeN4-nOn:ESx,REy (I)
    を有し、ここで、
    ＭはCa、Sr及びBaからなる群から選択され、
    Ｚは１価のNa、K及びRbからなる群から選択され、
    Ａは２価のMg、Mn、Zn及びCdからなる群から選択され、
    Ｂは３価のB、Al及びGaからなる群から選択され、
    Ｃは４価のSi、Ge、Ti及びHfからなる群から選択され、
    Ｄは１価のLi及びCuからなる群から選択され、
    ＥはP、V、Nb及びTaからなる群から選択され、
    ESは２価のEu、Sm及びYbからなる群から選択され、
    REは３価のCe、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er及びTmからなる群から選択され、
    0=<x=<0.2; 0=<y＝<0.2; 0<x+y=<0.4;
    0=<z<1;
    0=<n=<0.5;
    0=<a=<4; 0=<b=<4; 0=<c=<4; 0=<d=<4; 0=<e=<4;
    a+b+c+d+e=4;及び
    2a+3b+4c+d+5e=10-y-n+z
    である、請求項１ないし４の何れか一項に記載の照明装置。
  6. 前記第１発光材料は(Y,Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、CaSc2O4:Ce3+、CaS:Ce3+及びLa3Si6N11:Ce3+からなる群から選択され、前記第２発光材料は(Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu、SrLiAl3N4:Eu、CaBe3SiN4:Eu、SrAl2Mg2N4:Eu及びK2SiF6:Mnの群から選択される、請求項１ないし５の何れか一項に記載の照明装置。
  7. 前記波長変換器エレメントが前記第１固体光源及び前記第２固体光源からゼロでない距離に配設される、請求項１ないし６の何れか一項に記載の照明装置。
  8. 前記波長変換器エレメントは混合室のウインドウとして構成され、前記第１固体光源及び前記第２固体光源は自身の固体光源光を前記混合室に供給し、前記固体光源及び前記波長変換器エレメントは照明装置光を前記波長変換器エレメントの下流に供給し、前記照明装置光が白色光を有するか又は当該照明装置が白色光である照明装置光を供給するように制御可能である、請求項１ないし７の何れか一項に記載の照明装置。
  9. 前記波長変換器エレメントは前記第１発光材料及び前記第２発光材料が埋め込まれた母材を有する、請求項１ないし８の何れか一項に記載の照明装置。
  10. 前記波長変換器エレメントは１以上のコーティングを有する支持体を有し、これらコーティングの１以上が前記第１発光材料及び前記第２発光材料のうちの１以上を有する、請求項１ないし９の何れか一項に記載の照明装置。
  11. 当該照明装置が前記波長変換器エレメントの下流に配置される拡散器エレメントを有さない、請求項１ないし１０の何れか一項に記載の照明装置。
  12. 前記第２固体光源のパワー（ワットでの）は前記第１固体光源及び前記第２固体光源の全パワー（ワットでの）の８０％以上であり、
    前記第２固体光源の数が前記第１固体光源の数の４倍より大きい、
    請求項１ないし１１の何れか一項に記載の照明装置。
  13. 前記第１発光材料に関して吸収度比ＡＢＳ460／ＡＢＳ410は少なくとも１.５であり、前記第２発光材料に関して吸収度比ＡＢＳ460／ＡＢＳ410は少なくとも１.１である、請求項１ないし１２の何れか一項に記載の照明装置。
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