JP2007504644A - 色混合照明システム - Google Patents

Abstract

色混合照明システムは、第１のスペクトル範囲において第１のピーク波長を有する第１の可視光を発する発光ダイオード６，７と、第１の可視光の一部を第２のスペクトル範囲において第２のピーク波長を有する第２の可視光に変換する蛍光材料８とを有している。第２の可視光は少なくとも５０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する。第２の可視光は赤色光であり、第２のピーク波長は５９０から６３０ｎｍまでの範囲内、好ましくは６００から６１５ｎｍまでの範囲内にあることが好ましい。この照明システムは、第３のスペクトル範囲において第３のピーク波長を有する第３の可視光を発する他の発光ダイオード７を有することが好ましい。本発明による色混合照明システムは、高い演色評価数を伴って白色光を生成し、原色の波長のある程度のばらつきを許容する。

Description

本発明は、少なくとも１つの発光ダイオードと少なくとも１つの蛍光材料とを有する色混合照明システムに関する。

蛍光材料と組み合わせた発光ダイオード（ＬＥＤ）をベースとする照明システムは、一般の照明アプリケーション用の白色光源として用いられている。また、そのような照明システムは、表示装置、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置又はライトタイルを点灯させるために使用されている。

冒頭の段落において述べられたタイプの色混合照明システムは、ＵＳ−Ｂ６２３４６４８号（本願出願人整理番号ＰＨＮ１７１００）公報から知られている。この既知の色混合照明システムは、それぞれが動作中に予め選択された波長範囲の可視光を発する少なくとも２つの発光ダイオードを有している。コンバータは、照明システムの演色を最適化するように、上記ＬＥＤの一方により発せられる可視光の一部を他の波長範囲の可視光に変換する。上記ダイオードは青色発光ダイオード及び赤色発光ダイオードを含み、上記コンバータは青色発光ダイオードにより発せられる光の一部を緑色光に変換する蛍光材料を含んでいることが好ましい。

ＬＥＤと蛍光材料との組み合わせが常に所望の演色評価数（ＣＲＩ）をもたらすわけではないことが、上記既知の色混合照明システムの欠点である。

本発明は、上記不都合を完全に又は部分的に取り除く目的を有している。特に、本発明の目的は、かなり高い演色評価数を有する白色光を生成する色混合照明システムを提供することにある。

本発明によれば、この目的のために、冒頭の段落において述べられた種類の色混合照明システムが、第１のスペクトル範囲において第１のピーク波長を有する第１の可視光を発する発光ダイオードと、上記第１の可視光の一部を第２のスペクトル範囲において第２のピーク波長を有する第２の可視光に変換する蛍光材料とを有し、上記第２の可視光は少なくとも５０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、光源の発光スペクトルの幅を表すために「半値全幅」という用語が用いられている。波長の関数としての光源の発光プロファイルは、ガウス曲線のプロファイルと類似している。異なるプロファイルを比較するために、通常、ピーク値又は最大値の半分に低下した時のプロファイルの両端の幅が用いられる。この「幅」が所謂ＦＷＨＭとして扱われている。

一般の照明アプリケーション用の白色光を作るために色混合システムにおいて青色、緑色及び赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）を組み合わせることが知られている。相関色温度（ＣＣＴ）は、個々のＬＥＤの出力比を適切に調整することにより設定され得る。３つのＬＥＤのスペクトル発光帯波長が４３０〜４７０ｎｍ、５２０〜５６０ｎｍ及び５９０〜６３０ｎｍの範囲内にある場合、約８０〜８５の演色評価数（ＣＲＩ）が可能である。また、ＬＥＤの発光スペクトルは発光ダイオードの構造及びＬＥＤが構成される材料の組成により決定される波長（「ピーク波長」）において単一のかなり狭いピークを一般的に示すことが知られている。これは、白色光の光源を形成するために青色、緑色及び赤色ＬＥＤを組み合わせることは達成可能なＣＲＩに制限を与えることを意味する。また、得られる演色評価数は、ＬＥＤの小さな波長のばらつきに非常に敏感である。

本発明によれば、第１のスペクトル範囲において第１のピーク波長を有する第１の可視光を発するＬＥＤ（例えば青色光を発するＬＥＤ）が、上記第１の可視光又は他の適切な励起波長の一部を第２のスペクトル範囲において第２のピーク波長を有する第２の可視光に変換する蛍光材料（例えば、青色光の一部が赤色光に変換される。）と組み合わせられる。上記第２の可視光は少なくとも５０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有し、これは対応する光を発する対応するＬＥＤの半値全幅よりもかなり大きい（赤色ＬＥＤの典型的なＦＷＨＭは約２０ｎｍである。）ので、個々のＬＥＤの大きな波長のばらつき（例えば、典型的なＦＷＨＭの５０％以上まで）に比較的影響を受けない高い演色評価数を伴って光源が設計及び製造され得る。

特に、赤色ＬＥＤは温度の変動により引き起こされるピーク波長及びフラックスのばらつきに敏感であり、青色ないし緑色のＩｎＧａＮＬＥＤよりも少なく安定である。また、ＣＲＩは狭い帯域の赤色ＬＥＤのピーク波長の小さなばらつきに特に敏感である。この目的のために、本発明による色混合照明システムの好ましい形態は、上記第２の可視光が赤色光であり、上記第２のピーク波長が５９０から６３０ｎｍまでの範囲内にあることを特徴としている。上記第２のピーク波長は６００から６１５ｎｍまでの範囲内にあることが好ましい。赤色光は、少なくとも５０ｎｍのＦＷＨＭを有する蛍光材料により生成される。

本発明による色混合照明システムにおいて赤色ＬＥＤの使用を回避することは、幾つかの利点を有する。通常、青色及び緑色ＬＥＤ（例えばＩｎＧａＮフリップチップ）はサブマウント上に個々に実装される。電気的な接続のためのこのサブマウントのワイヤボンディングが必要である。上記ワイヤボンディングは、脆弱であり、ＬＥＤチップの封入に関する選択の自由を制限する。しかしながら、複数のチップ用の単一のサブマウントの場合、適切な導通構造でありながら、実際にはこれらの青色及び緑色ＬＥＤの接続に関して全てのボンドワイヤが省略され得る。しかしながら、赤色発光ＬＥＤ（例えばＡｌＩｎＧａＰチップ）は、通常、フリップチップのタイプにおいて利用可能ではなく、これは上記赤色ＬＥＤへのボンドワイヤが依然として必要であることを意味する。

また、既知の赤色ＬＥＤは、室温において良好な発光効率を示す。しかしながら、この効率は、約１００℃の通常の（接合の）作業温度においてその値の実際に半分まで低下する。この温度まで、青色及び緑色ＬＥＤはかなり小さい効率の低下を示すだけである。非常に高い接合温度が望ましい場合、これは赤色ＬＥＤの上記効率をかなり低いレベルに相当低下させる。

赤色ＬＥＤを使用することの他の欠点は、フルパワーにおける動作により引き起こされる予想される温度上昇で赤色ＬＥＤ（例えばＡｌＩｎＧａＰチップ）のピーク波長がかなり大きいシフトを示すことである。これは、光源を暗くすることにより赤色ＬＥＤの色特性がかなり変化することを意味する。暗くすると、カラーポイントを積極的に観測し、駆動電流を調節することにより任意の色変化を補償することによって、カラーポイントはかなり一定に維持され得るが、演色評価数の変化を補償することは可能ではない。

赤色ＬＥＤの使用を回避することにより、上述した問題が完全に又は部分的に回避され得る。また、少なくとも５０ｎｍのＦＷＨＭを有するルミネセンス材料により生成される赤色光を適用することにより、個々のＬＥＤの波長のばらつきにかなり影響を受けない高い演色評価数を伴って光源が設計及び製造され得る。

５９０から６３０ｎｍまでの範囲内、又は好ましくは６００から６１５ｎｍまでの範囲内の赤色光のピーク波長に関する波長範囲は、赤色発光ルミネセンス材料の範囲からの目的にかなった選択である。発明者等は、青色及び緑色ＬＥＤ（例えばＩｎＧａＮフリップチップ）と組み合わせられた赤色のピーク波長の選択範囲を狭くすることにより、９０よりも高いＣＲＩを伴って（２７００Ｋから５０００Ｋまでの範囲内における）白色光が生成される一方で、青色及び緑色ＬＥＤの発光波長のある程度のばらつきが許容されることを見出した。

青色及び緑色ＬＥＤを赤色ルミネセンス材料と組み合わせて使用する実験及び計算から、以下のことが結論づけられ得る（詳しくは、本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明を参照されたい。）。本発明による色混合照明システムにおける赤色ルミネセンス材料と青色及び緑色ＬＥＤとの組み合わせは、青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長のばらつきに対して非常に強く、非常に高いＣＲＩ値をもたらす。特に、２７００〜５０００ＫのＴ_ｃの範囲全体においてＣＲＩ≧８０を実現するために、約１５ｎｍの青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長のばらつきが許容される。また、２７００〜５０００ＫのＴ_ｃの範囲全体においてＣＲＩ≧９０を実現するために、約７ｎｍの青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長のばらつきが許容される。青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長が独立して変動しない場合、又は同じ波長のインターバルで変動しない（例えば、小さい波長範囲において緑色を選択し、青色が（非常に）大きい波長範囲において変動することを許容する）場合、青色及び緑色ＬＥＤについての該当する波長範囲は示された範囲よりも非常に大きい。システムが特定の色温度又はより小さい色温度の範囲に照準をあてている場合にも同じことが当てはまる。

本発明による色混合照明システムの好ましい形態は、第１の可視の上記発光ダイオードが青色光を発し、上記第１のピーク波長が４５０から４７０ｎｍまでの範囲内にあり、上記半値全幅（ＦＷＨＭ）は２０から２５ｎｍまでの範囲内にあることを特徴としている。好適な青色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮフリップチップである。

３つのスペクトル帯域に基づく照明用の白色光を作るために、通常３色の色混合照明システムが用いられる。そのような色混合照明システムは、青色、緑色及び赤色の光源を有する。第３の光源は、他のＬＥＤ又は他の蛍光材料のいずれか一方であり得る。勿論、ブルー／シアン、緑、イエロー／アンバー及び赤色の光源の適切な混合物を使用することにより４色の色混合照明システムも製造され得る。そのような色は、ＬＥＤをルミネセンス材料と適切に組み合わせることにより達成され得る。

この目的のために、本発明による色混合照明システムの好ましい形態は、第３のスペクトル範囲において第３のピーク波長を有する第３の可視光を発する他の発光ダイオードを有することを特徴としている。上記他の発光ダイオードは緑色光を発し、上記第３のピーク波長は５１０から５５０ｎｍまでの範囲内にあり、上記半値全幅（ＦＷＨＭ）は２５から４５ｎｍまでの範囲内にあることが好ましい。

代替として、本発明による色混合照明システムの好ましい形態は、上記第１の可視光の一部を、少なくとも４０ｎｍのＦＷＨＭを有すると共に第３のスペクトル範囲において５１０から５５０ｎｍまでの範囲の第３のピーク波長を有する第３の可視光に変換する他の蛍光材料を有することを特徴とする。

本発明のこれらの観点及び他の観点は、以下に説明される実施の形態から明らかであり、以下に説明される実施の形態を参照して理解されるであろう。

各図面は単に模式的なものであり、その縮尺は正確には描かれていない。特に、幾つかの寸法は、理解し易いように非常に誇張されて図示されている。各図における同様の構成要素はできる限り同一の参照符号により示されている。

図１Ａは、本発明による色混合照明システムを有する照明器具の断面図を模式的に示している。図示されているように、この照明器具は、色混合照明システム１と反射器１０とを有している。色混合照明システム１は、複数の青色及び緑色ＬＥＤチップ６，７と、青色ＬＥＤチップ６の上に部分的に与えられるか又は適切な（例えば、近紫外線、青、シアン又はシアングリーン色を発する）ポンプＬＥＤの上に完全に与えられた赤色発光ルミネセンス材料８とを有している。ルミネセンス材料８は、青色ＬＥＤチップ６上にドットとして塗布されている。他の実施の形態では、上記ルミネセンス材料は、上記ＬＥＤチップ上又はＬＥＤチップの一部の上に所定の厚さを有する層として塗布される。本発明によれば、赤色発光ルミネセンス材料８は、少なくとも５０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有している。上記赤色発光ルミネセンス材料のピーク波長は、６００から６１５ｎｍまでの範囲内にあることが好ましい。

青色光を赤色光に変換するルミネセンス材料８は、ＳｒＳ：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓ：Ｅｕ及び（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ（但しｘ＝０〜１）により形成される群から選択されることが好ましい。非常に好適なルミネセンス材料は、かなり高い安定性を示すＳｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕである。また、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕは硫化物の使用を回避するルミネセンス材料である。ＳｒＳ：Ｅｕは約６１０ｎｍのピーク波長を有し、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕは約６２０ｎｍのピーク波長を有し、ＣａＳ：Ｅｕは約６５５ｎｍのピーク波長を有するのに対して、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕは約６１０ｎｍのピーク波長を有する。

赤色ＬＥＤよりも非常に広い赤色ルミネセンス材料８のスペクトル範囲（それぞれ約２０ｎｍ及び７０ｎｍのＦＷＨＭ）のために、色混合照明システムは、３色のみにより９０よりも良好なＣＲＩを伴って実現され得る（図３も参照されたい。）。

上記色混合照明システムの標準的な作業温度において、上述した蛍光体の著しいルミネセンス消光は認められない。また、ルミネセンス材料８のピーク波長は、（赤色ＡｌＩｎＧａＰＬＥＤの発光とは大きく異なり）２００℃までの温度に関して安定である。ルミネセンス材料８の赤色のフラックスの温度依存性は、ＩｎＧａＮの色（青色ないし緑色）に関しても同様である。また、赤色ルミネセンス材料８の安定した発光のために赤色ＬＥＤのビニングはもはや必要ない。

反射器１０は、少なくとも多角形の断面を有する周壁の部分と、少なくとも面（facet）５０を有する周囲本体の部分とを備えている。この反射器１０は、光を所望の角度分布に視準し、色混合照明システム１からの光を混合する。上記反射器の第１の部分２は、青色及び緑色ＬＥＤチップ６，７並びに赤色発光ルミネセンス材料８のために充填剤又は封入された材料を有し得る。代替の実施の形態では、この部分２は色混合照明システムを形成する。反射器１０の上部４は、必要に応じて空中に存在していてもよく、実際には好ましいコスト及び重量を考慮して空中に存在することが好ましい。反射器１０は、光軸２１に関してｎ（典型的ｎ＝６又は８であるが、任意の整数であり得る。）個の部分から成る対称性を有する中空管のような構造であることが好ましい。光軸２１に対して垂直な任意の面における上部４の断面は、光軸２１を中心とする正多角形、例えば六角形又は八角形である。反射器１０は、主要な反射器を機械的に保護するために（透明の）カバー板１６を含み得る。このカバー板１６は、例えばプラスチック及びガラスのような材料により形成され、全く（clear）透明の平らで滑らかな板であり得る、任意の所望の拡散量を有し、すりガラス、プリズムガラス、波形ガラス等であり得る及び／又はステアリング若しくは屈折性又はこれらの特性を併せ持ち得る。カバー板１６の上記固有の特性は、色混合照明システム１の様相に影響を及ぼし、ある程度全体的な光の出力分布に影響を及ぼす。しかしながら、カバー板１６は、動作原理に必須ではなく、反射器１０の設計の自由度とバリエーションを与える。

図１に示されているような照明器具は、ＬＥＤチップ６，７及びルミネセンス材料８の近くに「主要な光学系」を全く設けることなくＬＥＤチップ６，７及び赤色発光ルミネセンス材料８のアレイの完全な２×９０°の発光を受け入れる。

図１Ｂは、本発明による色混合照明システムの他の実施の形態の断面図を模式的に示している。図示されているように、色混合照明システム１は、複数の青色ＬＥＤチップ６と、赤色発光ルミネセンス材料８及び緑色発光ルミネセンス材料９とを有しており、上記両方のルミネセンス材料８，９は青色ＬＥＤチップ６の上に部分的に与えられている。

青色光を緑色光に変換する蛍光材料９は、（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ（ｘ＝０〜１、好ましくはｘ＝０．５）、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ及びＳｒＳｉ_２Ｎ_２Ｏ_２：Ｅｕにより形成される群から選択されることが好ましい。安定性の面において、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ及びＳｒＳｉ_２Ｎ_２Ｏ_２：Ｅｕが特に好適なルミネセンス材料である。また、これら後者のルミネセンス材料は硫化物の使用を回避する。（Ｂａ_０．５Ｓｒ_０．５）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕは約５２３ｎｍのピーク波長を有し、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕは約５３５ｎｍのピーク波長を有し、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅは約５１５ｎｍ及び５４５ｎｍのピーク波長を有するのに対して、ＳｒＳｉ_２Ｎ_２Ｏ_２：Ｅｕは約５４１ｎｍのピーク波長を有する。

本発明による色混合照明システムにイエロー／アンバー色発光ルミネセンス材料が使用される場合、非常に好適なルミネセンス材料は、化学式のｘ及びｙの値に依存して５６０〜５９０ｎｍの範囲のピーク波長を有する（Ｙ_１−ｘＧｄ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅである。ｘ及びｙは、０．０ないし０．５の範囲内にあることが好ましい。

緑色ＬＥＤよりも非常に広い緑色ルミネセンス材料のスペクトル範囲のために（約４０ｎｍに対して７０ｎｍのＦＷＨＭ）、色混合照明システムはかなり高いＣＲＩを伴って実現され得る。

好ましいＬＥＤをベースとする光源は以下のものを有する。
１）青色発光ＩｎＧａＮＬＥＤチップと、緑色発光ＩｎＧａＮＬＥＤチップ（又は、好ましくは緑色発光ルミネセンス材料（蛍光体）を励起する青色発光チップ）と、赤色発光蛍光体を励起するＩｎＧａＮチップとの構成物よりなる３色のシステム。上記ルミネセンス材料は、変換過程により生じるストークスシフトエネルギー損失をできる限りなくすためにシアングリーン色発光ＬＥＤチップにより励起されることが好ましい。
２）青色発光ＬＥＤチップと、効率が最適化される（ストークスシフトが最小化される）ように青色又はより長い波長において発光するＬＥＤチップにより励起される色に変換される３つの異なるルミネセンス材料との構成物よりなる４色のシステム。
３）青又はシアン色発光ＬＥＤチップと、著しい青色のリークを伴ってシアン色発光ルミネセンス材料を励起する青色チップと、ルミネセンス材料、好ましくは緑，イエロー／アンバー及び赤色発光蛍光体の混合物を励起するＬＥＤチップとの構成物よりなる単色パラメータシステム。

好ましいルミネセンス材料（蛍光体）は、アルカリ土類酸化物，硫化物，窒化物，ＳｉＯＮ又はＳｉＡｌＯＮのタイプの母体格子から作られたＥｕ^２＋及びＣｅ^３＋ドープ材料であり、これらは多くの市販の蛍光体に対して大きな利点、例えば青色光の強い吸収を示す。

赤色ルミネセンス材料の波長範囲の選択に関して、以下の考察が与えられ得る。Ｔ_ｃ＝２７００Ｋの色温度に関して、赤色ルミネセンス材料の最適な（ＣＲＩ≧９２）ピーク波長λ_{p,red phosphor}は、λ_{p,red phosphor}＝６１０〜６１５ｎｍの範囲内であることが好ましい。同様に、Ｔ_ｃ＝５０００Ｋに関しては、λ_{p,red phosphor}＝６００〜６０５ｎｍの範囲内であることが好ましい。ＣＲＩ≧９０の場合、赤色ルミネセンス材料のピーク波長に関する下限は５９０ｎｍ（Ｔ_ｃ＝５０００Ｋ）であることが好ましく、上限は６３０ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）であることが好ましい。

また、ＣＲＩ≧９０であり、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤの両方において少なくとも５ｎｍの波長のばらつきを認める場合には、上記下限（Ｔ_ｃ＝５０００Ｋ）はλ_{p,red phosphor}＝５９５ｎｍであり、上記上限（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）はλ_{p,red phosphor}＝６２０ｎｍである。

２７００Ｋから５０００ＫまでのＴ_ｃの範囲全体に関してＣＲＩ≧９０に達することができるように、λ_{p,red phosphor}＝６０５〜６１５ｎｍであることが好ましい。

ＣＲＩ≧８０であり、青色及び緑色ＬＥＤの両方のピーク波長の少なくとも１５ｎｍの波長のばらつきを認める場合には、上記下限（Ｔ_ｃ＝５０００Ｋ）はλ_{p,red phosphor}＝５９０ｎｍであり、上記上限（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）はλ_{p,red phosphor}＝６２０ｎｍである。２７００Ｋから５０００ＫまでのＴ_ｃの範囲全体に関してＣＲＩ≧８０に達することができるようにするため、赤色ルミネセンス材料のピーク波長はλ_{p,red phosphor}＝５９０〜６３０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

上述の考察から以下の結論が得られる。
１）ＣＲＩ≧８０を条件とし、青色及び緑色ＬＥＤの両方のピーク波長の１５ｎｍというかなり大きいばらつきを認める場合、赤色ルミネセンス材料のピーク波長はλ_{p,red phosphor}＝５９０〜６２０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
２）ＣＲＩ≧９０を条件とし、青色及び緑色ＬＥＤの両方のピーク波長の約７ｎｍという妥当なばらつきを認める場合（このケースにおいて青色及び緑色の両方に関して１５ｎｍというかなり大きいばらつきは可能ではない。）、赤色ルミネセンス材料のピーク波長はλ_{p,red phosphor}＝６００〜６１５ｎｍの範囲内であることが好ましい。（２７００Ｋから５０００Ｋまでの色温度の範囲に関する）赤色ルミネセンス材料の非常に好適なピーク波長はλ_{p,red phosphor}＝６１０ｎｍである。

赤色ルミネセンス材料に関する上述の考察を鑑みて青色ＬＥＤの波長範囲を選択する場合、赤色ルミネセンス材料に関するピーク波長がλ_{p,red phosphor}＝６１０ｎｍであると仮定して以下の考察が与えられ得る。ＣＲＩ≧９０であり、少なくとも５ｎｍの緑色のピーク波長のばらつきの場合、青色のピーク波長は、下限がλ_ｐ，Ｂ＝４４８ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）であり、上限がλ_ｐ，Ｂ＝４７３ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）の範囲内であることが好ましい。Ｔ_ｃが高くなるほど、波長範囲は小さくなる。

少なくとも５ｎｍの緑色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧９０を得るためには、青色のピーク波長がλ_ｐ，Ｂ＝４５６〜４６５ｎｍの範囲内であることが好ましい。このケースにおいてＧとＢとは独立ではないことを述べておく。

少なくとも５ｎｍの独立した緑色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧９０を得るためには、青色のピーク波長がλ_ｐ，Ｂ＝４５８〜４６３ｎｍの範囲内であることが好ましい。ＣＲＩ≧８０であり、少なくとも１５ｎｍの緑色のピーク波長のばらつきの場合、青色のピーク波長は、下限がλ_ｐ，Ｂ＝４３５ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）であり、上限がλ_ｐ，Ｂ＝４８０ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）の範囲内であることが好ましい。Ｔ_ｃが高くなるほど、波長範囲は小さくなる。

少なくとも５ｎｍの緑色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得るためには、青色のピーク波長がλ_ｐ，Ｂ＝４４０〜４７４ｎｍの範囲内であることが好ましい。少なくとも１５ｎｍの緑色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得るためには、青色のピーク波長がλ_ｐ，Ｂ＝４４５〜４７１ｎｍの範囲内であることが好ましい。これらのケースにおいてＧとＢとは独立ではないことを述べておく。

少なくとも５ｎｍの独立した緑色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得るためには、青色のピーク波長がλ_ｐ，Ｂ＝４４５〜４７０ｎｍの範囲内であることが好ましい。少なくとも１５ｎｍの独立した緑色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得るためには、青色のピーク波長がλ_ｐ，Ｂ＝４５２〜４６７ｎｍの範囲内であることが好ましい。

赤色ルミネセンス材料及び青色ＬＥＤに関する上述の考察を鑑みて緑色ＬＥＤの波長範囲を選択する場合、赤色ルミネセンス材料に関するピーク波長がλ_{p,red phosphor}＝６１０ｎｍであると仮定して以下の考察が与えられ得る。ＣＲＩ≧９０であり、少なくとも５ｎｍの青色のピーク波長のばらつきの場合、緑色のピーク波長は、下限がλ_ｐ，Ｇ＝５２５ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）であり、上限がλ_ｐ，Ｇ＝５３７ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）の範囲内であることが好ましい。Ｔ_ｃが高くなるほど、波長範囲は小さくなる。

少なくとも５ｎｍの青色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧９０を得ることができるように、緑色のピーク波長はλ_ｐ，Ｇ＝５２８〜５３６ｎｍの範囲内であることが好ましい。このケースにおいてＧとＢとは独立ではないことを述べておく。

少なくとも５ｎｍの独立した青色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧９０を得ることができるように、緑色のピーク波長はλ_ｐ，Ｇ＝５２９〜５３４ｎｍの範囲内であることが好ましい。

ＣＲＩ≧８０であり、少なくとも１５ｎｍの青色のピーク波長のばらつきの場合、緑色のピーク波長は、下限がλ_ｐ，Ｇ＝５１６ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）であり、上限がλ_ｐ，Ｇ＝５４５ｎｍ（Ｔ_ｃ＝２７００Ｋ）の範囲内であることが好ましい。Ｔ_ｃが高くなるほど、波長範囲は小さくなる。少なくとも５ｎｍの青色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得ることができるように、緑色のピーク波長はλ_ｐ，Ｇ＝５１６〜５４６ｎｍの範囲内であることが好ましい。少なくとも１５ｎｍの青色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得ることができるように、緑色のピーク波長はλ_ｐ，Ｇ＝５１８〜５４３ｎｍの範囲内であることが好ましい。これらのケースにおいてＧとＢとは独立ではないことを述べておく。

少なくとも５ｎｍの独立した青色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得ることができるように、緑色のピーク波長はλ_ｐ，Ｇ＝５２０〜５４２ｎｍの範囲内であることが好ましい。少なくとも１５ｎｍの独立した青色のピーク波長のばらつきを伴ってＴ_ｃの範囲全体にわたってＣＲＩ≧８０を得ることができるように、緑色のピーク波長はλ_ｐ，Ｇ＝５２４〜５３９ｎｍの範囲内であることが好ましい。色の混合についての上述の考察から、赤、緑及び青色の混合に関して、固有の緑色及び青色ＬＥＤの発光と組み合わせて赤色蛍光体を使用することが有利であることが結論づけられ得る。λ_{p,red phosphor}＝６１０ｎｍの赤色ルミネセンス材料のピーク波長であれば、Ｔ_ｃの範囲全体（２７００〜５０００Ｋ）に関する最高のＣＲＩ値は、λ_ｐ，Ｇ＝５３１ｎｍの緑色ＬＥＤのピーク波長と組み合わせられたλ_ｐ，Ｂ＝４６０ｎｍの青色ＬＥＤのピーク波長で得られる。２７００Ｋから５０００ＫまでのＴ_ｃの範囲を対象範囲に含めるために、最適なピーク波長又はピーク波長の範囲（全ての波長の組み合わせが表示されているＣＲＩを得るためにやはり有効である。）が表１にまとめられている。

この結果は（例えばＡｌＩｎＧａＰＬＥＤチップを使用した）赤色、緑色及び青色ＬＥＤの既知の組み合わせと比較され得る。最良のＣＲＩの結果は、約λ_ｐ，Ｒ＝６１５ｎｍ、λ_ｐ，Ｇ＝５４０ｎｍ、λ_ｐ，Ｂ＝４６２ｎｍのピーク波長において得られる。理想的な波長を有するこれらのＬＥＤの上記組み合わせでは、ＣＲＩ≧９０を得ることは可能ではないことに注意されたい。波長のばらつきを考慮に入れて、ＣＲＩ≧８０に関して、表２に与えられているような結果が得られる。ピーク波長のかなり小さい許容されたばらつき（約６ｎｍ）に注意されたい。

図２は、赤色発光ルミネセンス材料８と組み合わせられた青色及び緑色ＬＥＤ６，７を有する本発明の一実施の形態による色混合照明システムのスペクトル組成を示している。上記色混合照明システムの構成要素の（ワット／ｍｍで表された）出力パワーＰが（ｎｍで表された）波長λの関数として示されている。「Ｂ」が付されている曲線は青色ＬＥＤ６の発光スペクトルを示しており、「Ｇ」が付されている曲線は緑色ＬＥＤ７の発光スペクトルを示しており、「Ｒ」が付されている曲線は赤色ルミネセンス材料８の発光スペクトルを示している。全体のスペクトルは、「Ｔ」が付されている曲線により示されている。図２に示されているような色混合照明システムは、９４の演色評価数（ＣＲＩ）で４０００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）において１００ｌｍを発光することが可能である。２５℃と１２０℃との接合温度において赤色発光ルミネセンス材料８のスペクトルは同じであるので、ＣＲＩは９４のかなり高いレベルのままである。

図３Ａは、２７００Ｋの色温度に関して、赤色発光ルミネセンス材料８と組み合わせられた青色及び緑色ＬＥＤ６，７を有する本発明の一実施の形態による色混合照明システムに関する演色評価数を青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長の関数として示している。

図３Ａの例では、６１０ｎｍの波長ピーク及び８３ｎｍのＦＷＨＭを有する赤色発光ルミネセンス材料８が使用されている。図３Ａのｙ軸に沿って、ピーク波長が４４７ｎｍと４８２ｎｍとの間で変動する状態で、２３ｎｍの典型的なＦＷＨＭを有する青色ＬＥＤ６の（ｎｍで表された）ピーク波長λ_ｐ、Ｂが示されている。図３Ａのｘ軸に沿って、ピーク波長が５１２ｎｍと５５７ｎｍとの間で変動する状態で、３５ｎｍの典型的なＦＷＨＭを有する緑色ＬＥＤ７の（ｎｍで表された）ピーク波長λ_ｐ、Ｇが示されている。図３Ａに示されている種々の領域は、演色評価数（ＣＲＩ）のある値を有する各領域を示している。特に、図３Ａの中央の領域は、ＣＲＩが９０と９５との間の範囲にある領域を表している。図３Ａの上記中央の領域の周りの第１の領域は、ＣＲＩが８５と９０との間の範囲にある領域を表している。図３Ａの上記中央の領域の周りの第２の領域は、ＣＲＩが８０と８５との間の範囲等にある領域を表している。（６００から６１５ｎｍまでの好ましい範囲内において）６１０ｎｍのピーク波長と組み合わせられた赤色発光ルミネセンス材料８の（５０ｎｍを上回る）かなり広いＦＷＨＭが与えられると、ＣＲＩ≧９０の演色評価数の値がかなり大きい波長範囲において３色のみの組み合わせにより実現され得ることが分かる。

図３Ｂは、５０００Ｋの色温度に関して、赤色発光ルミネセンス材料８と組み合わせられた青色及び緑色ＬＥＤ６，７を有する本発明の一実施の形態による色混合照明システムに関する演色評価数を青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長の関数として示している。

図３Ｂの例では、６１０ｎｍの波長ピーク及び８３ｎｍのＦＷＨＭを有する赤色発光ルミネセンス材料８が使用されている。図３Ｂのｙ軸に沿って、ピーク波長が４４７ｎｍと４８２ｎｍとの間で変動する状態で、２３ｎｍの典型的なＦＷＨＭを有する青色ＬＥＤ６の（ｎｍで表された）ピーク波長λ_ｐ、Ｂが示されている。図３Ｂのｘ軸に沿って、ピーク波長が５１２ｎｍと５５７ｎｍとの間で変動する状態で、３５ｎｍの典型的なＦＷＨＭを有する緑色ＬＥＤ７の（ｎｍで表された）ピーク波長λ_ｐ、Ｇが示されている。図３Ｂに示されている種々の領域は、演色評価数（ＣＲＩ）のある値を有する各領域を示している。特に、図３Ｂの中央の領域は、ＣＲＩが９０と９５との間の範囲にある領域を表している。図３Ｂの上記中央の領域の周りの第１の領域は、ＣＲＩが８５と９０との間の範囲にある領域を表している。図３Ｂの上記中央の領域の周りの第２の領域は、ＣＲＩが８０と８５との間の範囲等にある領域を表している。（６００から６１５ｎｍまでの好ましい範囲内において）６１０ｎｍのピーク波長と組み合わせられた赤色発光ルミネセンス材料８の（５０ｎｍを上回る）かなり広いＦＷＨＭが与えられると、ＣＲＩ≧９０の演色評価数の値がかなり大きい波長範囲において３色のみの組み合わせにより実現され得ることが分かる。

上述した実施の形態は本発明を限定するものではなく本発明を説明するものであり、当業者であれば後に付されている特許請求の範囲から逸脱することなく多数の他の実施の形態を設計することができることに注意されたい。特許請求の範囲において、括弧内の任意の参照符号は特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。動詞「有する」及びその活用の使用は、特許請求の範囲において明記されている構成要素又はステップ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。構成要素の前に付されている冠詞「a」又は「an」は、複数のそのような構成要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別の構成要素を有するハードウェア及び適切にプログラムされたコンピュータにより実現され得る。幾つかの手段を列挙した装置の特許請求の範囲において、これらの手段の幾つかはハードウェアの１つの同じアイテムにより具現化され得る。互いに異なる従属請求項において何らかの策（measures）が列挙されているという単なる事実は、これらの策の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。

本発明による色混合照明システムを有する照明器具の断面図である。 本発明による色混合照明システムの他の実施の形態の断面図である。 赤色発光ルミネセンス材料と組み合わせられた青色及び緑色ＬＥＤを有する本発明の一実施の形態による色混合照明システムのスペクトル組成を示している。 ２７００Ｋの色温度に関して、赤色発光ルミネセンス材料と組み合わせられた青色及び緑色ＬＥＤを有する本発明の一実施の形態による色混合照明システムに関する演色評価数を青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長の関数として示している。 ５０００Ｋの色温度に関して、赤色発光ルミネセンス材料と組み合わせられた青色及び緑色ＬＥＤを有する本発明の一実施の形態による色混合照明システムに関する演色評価数を青色及び緑色ＬＥＤのピーク波長の関数として示している。

Claims (9)

1. 第１のスペクトル範囲において第１のピーク波長を有する第１の可視光を発する発光ダイオードと、
   前記第１の可視光の一部を第２のスペクトル範囲において第２のピーク波長を有する第２の可視光に変換する蛍光材料と
   を有し、前記第２の可視光は少なくとも５０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する色混合照明システム。
2. 前記第２の可視光は赤色光であり、前記第２のピーク波長は５９０から６３０ｎｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の色混合照明システム。
3. 前記第２のピーク波長は６００から６１５ｎｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の色混合照明システム。
4. 第１の可視光を発する前記発光ダイオードは青色光を発し、前記第１のピーク波長は４４５から４７０ｎｍまでの範囲内にあり、前記半値全幅（ＦＷＨＭ）は１５から３０ｎｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２記載の色混合照明システム。
5. 第３のスペクトル範囲において第３のピーク波長を有する第３の可視光を発する他の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１又は２記載の色混合照明システム。
6. 前記他の発光ダイオードは緑色光を発し、前記第３のピーク波長は５１０から５５０ｎｍまでの範囲内にあり、前記半値全幅（ＦＷＨＭ）は２５から４５ｎｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項５記載の色混合照明システム。
7. 前記蛍光材料は、青色光を赤色光に変換し、ＳｒＳ：Ｅｕ，Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ，ＣａＳ：Ｅｕ，Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ，（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓ：Ｅｕ及び（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ（但し、ｘ＝０．０〜１．０）により形成される群から選択されたことを特徴とする請求項１又は２記載の色混合照明システム。
8. 前記第１の可視光の一部を、少なくとも４０ｎｍのＦＷＨＭを有すると共に第３のスペクトル範囲において５１０から５５０ｎｍまでの範囲の第３のピーク波長を有する第３の可視光に変換する他の蛍光材料を有することを特徴とする請求項１又は２記載の色混合照明システム。
9. 前記他の蛍光材料は青色光を緑色光に変換し、（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ（但し、ｘ＝０〜１、好ましくはｘ＝０．５），ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ，Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ及びＳｒＳｉ_２Ｎ_２Ｏ_２：Ｅｕにより形成される群から選択されたことを特徴とする請求項８記載の色混合照明システム。

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