JP2018503980A - 蛍光体変換ｌｅｄ - Google Patents

Abstract

本発明は、白色照明デバイス光（１０１）を提供するように構成された照明デバイス（１００）を提供し、当該照明デバイスは、（ｉ）青色光源光（１１）を提供するように構成された光源（１０）と、（ｉｉ）青色光源光（１１）の少なくとも一部を吸収してルミネセント材料光（２１）へと変換するように構成されたルミネセント材料素子（２０）とを有し、ルミネセント材料素子（２０）は、少なくとも８０ｗｔ％をＭ２−２ｘＥｕ２ｘＳｉ５−ｙＡｌｙＯｙＮ８−ｙ蛍光体（１３０）で構成されたルミネセント材料（３０）を有し、Ｍは、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．１のモル比で、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの１つ以上を有し、ｘは、０．００１−０．０２の範囲内であり、ｙは、≦０．２の範囲内であり、白色照明デバイス光（１０１）は、青色光源光（１１）とルミネセント材料光（２１）とを有する。

Description

本発明は、照明デバイス及びそれ用の特有のルミネセント材料に関する。本発明はまた、そのような照明デバイスの特有の用途に関する。

窒化物に基づく赤色蛍光体の使用が技術的に知られている。例えば、特許文献１（ＷＯ０１／４０４０３Ａ１）は、黄色から赤色を放射する蛍光体を使用する光源を記載しており、その蛍光体は、一次光源の放射を少なくとも部分的に変換するものであり、その蛍光体が、ニトリドシリケートタイプＭ_ｘＳｉ_ｙＮ_ｚ：Ｅｕのホスト格子を有し、ただし、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎの群から選択される少なくとも１つのアルカリ土類金属であり、ｚ＝２／３ｘ＋４／３ｙである、ことを特徴としている。数ある中でもとりわけ、この文献は、６５０ｎｍより上に最大ピークを持つバリウム系ルミネセント材料を示している。

国際公開第０１／４０４０３号パンフレット

装飾用途又はシグナリング用途に適用される暖白色の蛍光体変換ＬＥＤ（phosphor-converted LED；ｐｃＬＥＤ）は、典型的に、２８０−３４０ｌｍ／Ｗ_ｏｐｔ範囲内のスペクトルルーメン当量を示す。この比較的低いルーメン当量は、比較的広い発光スペクトル（半値全幅ＦＷＨＭ＞２５００ｃｍ^−１）を有する蛍光体又は蛍光体混合物の適用に起因するとし得る。また、青色ＬＥＤ及びセリウム含有ガーネットのみに基づいて効率的な暖白色蛍光体変換ＬＥＤを作製することは事実上不可能であるようである。これは、常に赤色放射ルミネセント材料が付加されなければならないことを意味する。従って、２つ以上のルミネセント材料が使用されなければならず、そのことが、デバイスの製造及び再現性を複雑にしてしまい得る。

従って、本発明の一観点は、代わりとなる照明デバイスを提供することであり、それは好ましくは更に、上述の欠点のうちの１つ以上を少なくとも部分的に取り除くものである。

驚くべきことに、暖白色スペクトルのルーメン当量を最大にするためには、ＬＥＤスペクトルが、約４４０−４６０ｎｍの青色発光ピークと約５７０−５８０ｎｍ範囲の黄色発光ピークとで構成され、特に、後者の蛍光体が、例えば約２２００ｃｍ^−１よりも狭いなど、相対的に狭い帯域幅を持つ放射を有することが必要とされるようである。

本発明は、約５７０−５８０ｎｍ範囲内のピーク放射と、約２０００−２１００ｃｍ^−１範囲内のスペクトル幅ＦＷＨＭと、を有する狭帯域黄色放射蛍光体材料で構成される暖白色ＬＥＤを提供する。驚くべきことに、この蛍光体材料は、２７００Ｋの相関色温度でおよそ４１０ｌｍ／Ｗのルーメン当量を有する暖白色ＬＥＤの製造を可能にする。従来技術ソリューションと比較して＞２０％の光出力の増加は、システムレベルでの劇的なコスト削減につながる。何故なら、ＬＥＤの数を減らすことができ、それにより、例えば、より小さい光学系の使用が可能になるからである。加えて、この大いに高められた効率は、ＬＥＤの冷却の必要性を最小化するとともに、新しくていっそうコスト効率の良い設計を可能にする。さらに、本発明は、やはり暖色光を提供しながら、白色光のために単一の蛍光体を使用することを可能にする。

驚くべきことに、Ｂａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕは、高い量子効率を高い安定性と兼ね備えるので、単一蛍光体による高効率の暖白色ＬＥＤに最適な材料として特定されている。Ｂａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：ＥｕにおけるＥｕ（ＩＩ）放射は、低いフォノン周波数での振動モードを示すようである。比較的低い活性剤濃度すなわちＥｕ濃度と共に、ＦＷＨＭ＝２０５０ｃｍ^−１の狭帯域放射を得ることができる。特に、Ｅｕ濃度は、＜２％であり、いっそう特には、≦１％である。このバリウム窒化物は深赤色蛍光体として知られており、原理上は、良好な白色光を提供するための（十分な）黄色光を提供することができない。それにもかかわらず、驚くべきことに、比較的低いユウロピウム濃度では、バンドが、そのような短波長にシフトされるとともに、とても狭いので、青色光源と黄色放射バリウム窒化物との単純な組み合わせが、高い効率且つ良好な演色性で白色光を提供する。この挙動は、例えばカルシウムの類似物などの同じタイプのその他のユウロピウム含有窒化物で見出されたものよりも驚くほど強い。また、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９１、０４１９０８に記載されているようなバリウム窒化物と青色ＬＥＤとの組み合わせは、この蛍光体の過度に広いＦＷＨＭ（ＦＷＨＭ＝８７ｎｍ、これは、この波長において約２２８０ｃｍ^−１に等しい）のために、或る色点を持つ真っ白ではないＬＥＤをもたらすことになる（黒体放射軌跡の下のｄｕｖ＝−０．０４３５６、及び非常に低いＬＥＲ＝２８８ｍＷ ／Ｗｏｐｔ）。このプランク未満の色点はまた、〜３０００ＫのＣＣＴを有するスペクトルにおける青色放射の大部分をもたらし、これは所望の用途には高すぎるものであり得る。

従って、第１の態様において、本発明は、白色照明デバイス光を（動作中に）提供するように構成された照明デバイス（“デバイス”）を提供し、当該照明デバイスは、（ｉ）青色光源光を提供するように構成された光源と、（ｉｉ）青色光源光の少なくとも一部を吸収して、ルミネセント材料光へと変換するように構成されたルミネセント材料素子とを有し、ルミネセント材料素子（“素子”）は、少なくとも８０ｗｔ％を、特に少なくとも９０ｗｔ％を、Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ蛍光体（ここでは、“バリウム窒化物蛍光体”若しくは“ＢＳＮＥ”、又は単純に“蛍光体”としても示す）で構成されたルミネセント材料を有し、Ｍは、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．１のモル比で、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの１つ以上を有し、ｘは、０．００１−０．０２の範囲内であり、ｙは、≦０．２の範囲内であり（すなわち、０≦ｙ≦０．２）、そして、白色照明デバイス光は、青色光源光と上記（黄色）ルミネセント材料光とを有する、
用語“蛍光体”は、全てが式：Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙに従う複数の異なる蛍光体の組み合わせに関し得る。蛍光体なる用語は、一実施形態において粒子状の蛍光体に関することがあり、他の一実施形態において（単結晶）蛍光体層に関することがある。特定の一実施形態において、蛍光体なる用語は、例えばセラミック多結晶材料などの自己支持形の層を含み得る。同様に、用語“ルミネセント材料”は、一実施形態において粒子状の“ルミネセント材料”に関することがあり、他の一実施形態において（単結晶）“ルミネセント材料”層に関することがある。特定の一実施形態において、用語“ルミネセント材料”は、例えばセラミック材料などの自己支持形の層を含み得る。蛍光体の式：Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙはまた、（Ｍ_１−ｘ）_２Ｅｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ又は（Ｍ_１−ｘＥｕ_ｘ）_２Ｓｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙとして示されることもある。

特定のより更なる一実施形態において、本発明は、被覆された蛍光体を提供する。特定の更なる他の一実施形態において、本発明は、埋め込まれた蛍光体を提供する。前者の実施形態である被覆実施形態において、特に、蛍光体は粒子状の蛍光体であり、コーティングを有する蛍光体粒子を持つ。例えば、一実施形態において、粒子状の（ＢＳＮＥ）蛍光体は、例えば６−１７μｍなど、５−２０μｍの範囲内の数値平均粒子サイズを有し得る。しかしながら、蛍光体はまた、片面又は両面をコーティングで被覆された層を有していてもよい。後者の実施形態において、蛍光体は、有機又は無機の母材に埋め込まれ得る。例えば、蛍光体は粒子状の蛍光体を有することができ、粒子状蛍光体の粒子が、例えばＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＰＣ、シルセスキオキサン、ガラスなどのような有機又は無機のホストに埋め込まれる。特定の一実施形態において、蛍光体はＡｌＰＯ_４コーティングを有する。このようなコーティングは、例えば、Ｃｈｏ等の“Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＡｌＰＯ_４−ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｎ ＬｉＣｏＯ_２ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｏｒ ｅｔｈａｎｏｌ”（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ５０、２００５年、４１８２−４１８７）に記載されている方法によって提供され得る。１つ以上の代替又は追加のコーティングは、Ａｌ_２Ｏ_３コーティング及びＳｉＯ_２コーティングのうちの１つ以上を含み得る。Ａｌ_２Ｏ_３コーティングは、例えば、原子層成長（例えば、Ａｖｃｉ，Ｎ．、Ｍｕｓｓｃｈｏｏｔ，Ｊ．、Ｓｍｅｔ，Ｐ．Ｆ．、Ｋｏｒｔｈｏｕｔ，Ｋ．、Ａｖｃｉ，Ａ．、Ｄｅｔａｖｅｍｉｅｒ，Ｃ、Ｐｏｅｌｍａｎ，Ｄ．の“Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ＣａＳ：Ｅｕ^２＋ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ”、Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、２００９年，１５６、Ｊ３３３−Ｊ３３７に記載されているものなど）によって用意され得る。シリカコーティングは、例えば、ゾルゲルによって用意されてもよい。そのような方法は、幾らかのテトラメトキシシランを有するエタノールないで蛍光体粉末をかき混ぜることを含み得る。次いで、濃縮されたＮＨ３溶液が付加される。アンモニア付加の後に、エタノール内のテトラメトキシシランが、かき混ぜながら閉じた系の中に追加され得るとともに、オプションでソニケーションが適用され得る。斯くして得られた懸濁液が、ろ過され、洗浄され、そして乾燥され得る。

このようなデバイスは、比較的高い効率で暖白色を提供し得るようである。色温度は、３０００Ｋ未満、又は更には２８００Ｋ未満、例えば２０００−２８００Ｋの範囲内などであり得る。さらに、効率は驚くほど高い。このデバイスは、１つの蛍光体のみを用いながらもこれらの利点を依然として有する蛍光体変換ＬＥＤの使用を可能にするが、これは、最新のセリウムドープされたガーネットに基づくＬＥＤでは可能でないことである。

しかしながら、用語“ルミネセント材料”は、例えば少なくとも９０ｗｔ％など、少なくとも８０ｗｔ％が上述のバリウム窒化物蛍光体を含む限り、その他のルミネセント材料の使用を排除するものではない。例えば、一実施形態において、ルミネセント材料は、２０ｗｔ％未満で、例えば特にセリウム含有ガーネット材料の群から選択されたものなどの、第２の蛍光体を有し得る（以下も参照）。

特に、ルミネセント材料は更に、Ｍ_３Ａ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋ルミネセント材料を（第２の蛍光体として）有することができ、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、及びＬｕからなる群から選択され、Ａは、Ａｌ及びＧａからなる群から選択される。好ましくは、Ｍは少なくとも、Ｙ及びＬｕのうちの１つ以上を有し、Ａは少なくともＡｌを有する。これらのタイプの材料は、非常に高い効率を与え得る。特定の一実施形態において、第２のルミネセント材料は、Ｍ_３Ａ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋のタイプの少なくとも２つのルミネセント材料を有し、Ｍは、Ｙ及びＬｕからなる群から選択され、Ａは、Ａｌからなる群から選択され、これら少なくとも２つのルミネセント材料でＹ：Ｌｕの比が異なる。例えば、それらのうちの１つは、例えばＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋など、純粋にＹに基づくことができ、それらのうちの１つは、例えば（Ｙ_０．５Ｌｕ_０．５）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋など、Ｙ，Ｌｕに基づく系であることができる。ガーネットの実施形態は、特に、Ｍ_３Ａ_５Ｏ_１２ガーネットを含み、Ｍは少なくともイットリウム又はルテチウムを有し、Ａ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）で、プラセオジム（Ｐｒ）で、又はセリウムとプラセオジムとの組み合わせでドープされてもよく、しかし特には、Ｃｅでドープされ得る。特には、Ａはアルミニウム（Ａｌ）を有するが、Ａはまた、部分的に、ガリウム（Ｇａ）及び／又はスカンジウム（Ｓｃ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）を有していてもよく、特に、最大でＡｌの約２０％までこれらを有していてもよく、より特には、最大でＡｌの約１０％までこれらを有していてもよく（すなわち、Ａイオンは基本的に、９０モル％以上のＡｌと、１０モル％未満の、Ｇａ、Ｓｃ及びＩｎのうちの１つ以上とからなる）、Ａは特に、最大で約１０％のガリウムを有し得る。他の一変形において、Ａ及びＯが少なくとも部分的にＳｉ及びＮで置換され得る。元素Ｍは、特に、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びルテニウム（Ｌｕ）からなる群から選択され得る。また、Ｇｄ及び／又はＴｂは、特に、最大でもＭの約２０％の量で存在するのみである。特定の一実施形態において、ガーネットルミネセント材料は、（Ｙ_１−ｘＬｕ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅを有し、ｘは０以上且つ１以下である。用語“：Ｃｅ”又は“：Ｃｅ^３＋”（又は同様の用語）は、ルミネセント材料内の金属イオンの一部（すなわち、ガーネットにおいては、“Ｍ”イオンの一部）が、Ｃｅ（その用語が“：Ｙｂ”のように別のルミネセント種を指し示すときには、その別のルミネセント種）によって置換されることを指し示す。例えば、（Ｙ_１−ｘＬｕ_ｘ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅを仮定すると、Ｙ及び／又はＬｕの一部がＣｅによって置換される。この表記は、当業者に知られたものである。Ｃｅは、一般に１０％以下でＭを置換し、一般に、Ｃｅ濃度は、０．１−４％、特に、０．１−２％（Ｍに対して）の範囲内になる。１％Ｃｅ及び１０％Ｙを仮定すると、全体の正しい化学式は（Ｙ_０．１Ｌｕ_０．８９Ｃｅ_０．０１）_３Ａｌ_５Ｏ_１２となり得る。ガーネット内のＣｅは、当業者に知られるように、実質的に三価の状態にあり、又は三価の状態のみにある。なお、これらのＹＡＧの例において、ｘは、例えば、ＬｕによるＹの置換を指し示すために使用される。

ルミネセント材料素子は、様々な形状や組成などを有し得る。用語“ルミネセント材料素子”はまた、複数のルミネセント材料素子にも関係し得る。特に、各ルミネセント材料素子が光源と放射結合される。用語“放射結合される”は特に、光源によって放たれた放射の少なくとも一部がルミネセント材料によって受けられる（そして、少なくとも部分的にルミネセンスに変換される）ように、光源とルミネセント材料とが互いに結合されることを意味する。ルミネセント材料素子は、光源、特に、その発光面の下流に構成される。オプションで、ルミネセント材料の上流且つ光源の下流に（すなわち、非ゼロの距離が存在する）、及び／又はルミネセント材料素子の下流に、拡散器、集光器（コンセントレータ、コレクタ）、光学フィルタなどのうちの１つ以上のような、１つ以上の更なる光学系が配置されてもよい。従って、特に、ルミネセント材料素子は、光源光の少なくとも一部に対して透過性である。斯くして、ルミネセント材料素子の下流で、光源光及びルミネセント材料光の双方が知覚され得る。

特定の一実施形態において、光源は、発光面を備えたソリッドステート光源を有する。発光ダイオードのそのような発光面は、技術的に、“ダイ”又は“ＬＥＤダイ”としても知られている。また、発光面を持つその他の光源が適用されてもよい。しかしながら、とりわけ、ソリッドステート光源が適用される。とりわけ、光源は、動作中に少なくとも４３５−４７０ｎｍの範囲から選択される波長の光（光源光）を発する光源であり、特には４４０−４７０ｎｍの範囲、更に特には４４０−４６５ｎｍの範囲、よりいっそう特には４４５−４６０ｎｍの範囲から選択される波長の光を発する光源である。従って、特に、光源は青色光を生成するように構成される。いっそう特には、光源は、４３５−４７０ｎｍの範囲内、更に特には４４０−４７０ｎｍの範囲内、よりいっそう特には４４５−４６０ｎｍの範囲内に主波長を持つ光を提供するように構成される。特定の一実施形態において、光源は、ソリッドステートＬＥＤ光源（例えば、ＬＥＤ又はレーザダイオード）を有する。用語“光源”はまた、例えば２−２０個の（ソリッドステート）ＬＥＤ光源など、複数の光源にも関係し得る。従って、用語ＬＥＤも複数のＬＥＤを表し得る。ここに記載される蛍光体は、青色内で十分に吸収する。また、ここに記載されるガーネット蛍光体（オプションの第２の蛍光体）も、青色内で十分に吸収し得る。

ＬＥＤは、近似的にガウシアンスペクトル形状を有する適度に狭帯域のエミッタである。ここでは、ピーク波長λｐは、スペクトル密度曲線のピークの波長である。中心波長λ０．５ｍは、ピークの５０％のスペクトル密度を持つ２つの点の中間の波長である。対称的なスペクトルでは、ピーク波長及び中心波長は同一である。重心波長λｃは、平均波長である。ピーク、中心、及び重心の波長は全て、（Ｓは放射強度を指し示すとして）λに対するＳλ（λ）のプロットから導き出される。主（ドミナント）波長λｄは、色についてのセクションで記載される比色分析量である。これは、知覚されるＬＥＤの色を記述するものであるので、視覚的な照明システムにおける最も重要な記述である。ＣＩＥ色座標空間上で、所与の色に関する点と発光体に関する点との間に引かれた直線が、２つの点の中で空間の周縁と交わるように外挿され得る。問題としている色に近い方の交点が、その交点における純粋なスペクトル色の波長として、その色の主波長を明らかにする。色空間の反対側の交点は、補色波長を与える。

特定の一実施形態において、ルミネセント材料素子は、ソリッドステート光源の発光面と物理的に接触する。しかしながら、更なる他の一実施形態において、ルミネセント材料素子は、光源から、すなわち、その発光面から、非ゼロの距離に構成され得る。例えば、この距離は、例えば１−５０ｍｍなど、０．１−１００ｍｍの範囲内とし得る。前者の実施形態では、ルミネセント材料素子はヒートシンクとしての機能も有することができ、後者の実施形態では、例えばルミネセント材料素子を透過窓として用いて、混合チャンバ内での光混合を含むことができる。

ルミネセント材料素子は、基本的に上述のバリウム窒化物からなる例えばセラミック体といった（実質的に）純粋なルミネセント材料であってもよい。例えば、特定の一実施形態において、ルミネセント材料素子は、例えば少なくとも９０ｗｔ％など、少なくとも８０ｗｔ％をＭ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙで構成される。残りは、例えば、マトリクス材料、バインダ、などであり得る（以下も参照）。

しかしながら、ルミネセント材料素子はまた、ルミネセント材料に加えて、例えばバインダ材料、散乱材料、及びマトリクス材料のうちの１つ以上などのその他の材料をも含むコーティング又はボディであってもよい。特に、ルミネセント材料素子は、上記ルミネセント材料を含んだマトリクスすなわち透光性マトリクスを有し得る。従って、一実施形態において、ルミネセント材料素子は、ルミネセント材料が埋め込まれた透明材料を有する。特に、ルミネセント材料素子は、ルミネセント材料が埋め込まれたシリコーンマトリクスを有する。従って、一実施形態において、ルミネセント材料素子は、光ガイド又は導波路として構成されてもよい。導波路は、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）（プレキシグラス若しくはパースペクス）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、シリコーン、ポリ塩化ビニル（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ー）からなる群から選択されるものなど、透過性の有機材料サポートからなる群から選択される１つ以上の材料を有し得る。しかしながら、他の一実施形態において、導波路は無機材料を有していてもよい。好適な無機材料は、ガラス、（溶融）石英、透過性のセラミック材料、及びシリコーンからなる群から選択される。また、無機部分及び有機部分の双方を有するハイブリッド材料も適用され得る。

スペクトルルーメン当量を最大化するためには、Ｃａ及びＭｇのような小さいサイズのアルカリ土類種の濃度をＢａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ内で低く保つことが必要なことが分かった。これらの元素は、ホスト格子内に容易に組み込まれ、発光スペクトルを有意に広げ、低下された発光効率につながる。好ましくは、Ｃａ濃度は、アルカリ土類元素及びユウロピウムの総量に対して０．５％未満、より好ましくは０．１％未満であるべきである。好ましくは、Ｍｇ濃度は、０．１％未満、より好ましくは０．０２％未満であるべきである。従って、特定の一実施形態において、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．０５である。用語“（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）”は、３つ全てのアルカリ土類イオンが存在しなければならないことを意味するものではない。これらのうちの１つ又は２つのみが存在する場合もあり得る。当然ながら、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≒０の場合には、これらの何れもが存在しなくてもよい。多くの場合、使用される出発化合物（前駆体）の限られた純度に起因して、全ての元素が存在する。例えば、Ｓｒ前駆体は、例えば蒸留工程など不十分な精製に起因して、比較的高いＣａ濃度を含有することがある。従って、式：Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙは、当業者に知られるように、その他の元素の存在を排除しない。上述のように、純粋なＢａ型すなわちＭ＝Ｂａであっても、出発材料の不純物のために、幾らかのＳｒ及び／又はＣａ及び／又はＭを含み得る。同じことがユウロピウムの存在にも当てはまり、例えば５Ｎなどの高純度の形態であっても、例えば、幾らかのその他のランタニド元素を含み得る。このような式の使用法及びこのような式によって記述される化合物中の不純物の存在は、当業者に知られたことである。

用語（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）は、それぞれの元素のモル量の比を表す。例えば、（Ｂａ_０．９５Ｓｒ_０．０５）_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙを仮定すると、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）＝０．０５／０．９５＝０．０５３である。上述のように、高Ｂａ化合物は、例えば色点、ＣＲＩ、及び効率の点などで、最良の光学特性を有するようである。従って、より更なる特定の一実施形態において、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．０１である。特には、Ｍは基本的にＢａからなる（故に、Ｂａの部分がＥｕで置換され、すなわち、Ｂａ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ、又は（Ｂａ_１−ｘＥｕ_ｘ）_２Ｓｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙである）。

また、上述のように、ユウロピウム濃度は過度に高くあるべきでない。というのは、そうであるとすると、蛍光体が赤くなり過ぎ、良好な白色光が得られないからである。従って、より更なる特定の実施形態において、ｘ≦０．０１である。特に、ｘは、例えば少なくとも０．００２など、少なくとも０．００１である。例えば、ｘが０．００５であるとき、０．５％のＭがＥｕで置換される。

また、一般に、低酸素／低アルミニウム型が望ましい。従って、より更なる特定の実施形態において、ｙは、≦０．０２の範囲内である。一実施形態において、ｙは実質的に０であり、すなわち、Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５Ｎ_８である。しかしながら、他の実施形態では、ｙ≧０．００１である。ｙ＞０であるときには、例えば、０．００５≦ｙ≦０．０５のように、０．００１≦ｙ≦０．２などであるときには、僅かに高い光安定性及び／又は熱安定性が存在し得る。実質的にＡｌ−Ｏなしでは、ｙ＞０である同じ蛍光体と比較して、発光帯域幅が狭くなり得るとともに、発光が緑色／黄色側への大きいシフトを有し得る。

さらに、黄色さ及び／又は効率の点で望ましい光学特性を有する（安定な）蛍光体を得るための非常に効率的な方法は、酸化ユウロピウム、窒化ユウロピウム、及びユウロピウムメタルのうちの１つ以上の代わりに、酸窒化ユウロピウム材料から出発することによるもののようである。従って、より更なる特定の一実施形態において、上記蛍光体は、中性雰囲気又は還元雰囲気の下での、１５５０−１８００℃の範囲内の温度での、Ｅｕ_２Ｓｉ_５Ｎ_８、ＢａＨ_２、及びＳｉ_３Ｎ_４の混合物の加熱によって得ることができる。同様に、これは純粋ではないバリウム型にも当てはまる。

ここに記載されるユウロピウム含有窒化物蛍光体は、比較的狭い帯域幅を有する。特に、これらの蛍光体は、２２００ｃｍ^−１以下の半値全幅（ＦＷＨＭ）を持つ（Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ蛍光体の）発光を有し得る。

本蛍光体は、数ある中でもとりわけ、装飾照明用途において又は信号照明用途において使用され得る。従って、本発明はまた、更なる一態様において、ここに記載される照明デバイスの、例えば装飾照明用途又は信号照明用途での使用を提供する。照明デバイスはまた、例えば、オフィス照明システム、家庭応用システム、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、光ファイバ応用システム、投影システム、自発光ディスプレイシステム、ピクセル化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医療照明応用システム、インジケータ標識システム、装飾照明システム、可搬式システム、自動車応用、温室照明システム、園芸照明、又はＬＣＤバックライトの一部であるか、それに適用されるかし得る。上述のように、照明ユニットは、ＬＣＤ表示装置内のバックライトユニットとして使用され得る。従って、本発明はまた、バックライトユニットとして構成されたここに規定の照明ユニットを有するＬＣＤ表示装置を提供する。本発明はまた、更なる一態様において、ここに規定される照明デバイスを１つ以上含んだバックライトユニットを有する液晶ディスプレイ装置を提供する。本発明は、非常に高効率で暖白色光が必要とされ且つ演色要求は低いのみであるような用途に非常に適したものであり得る。そのような用途は、例えば、装飾照明、シグナリング照明、自動車照明、屋外照明を含む。

用語“上流”及び“下流”は、光生成手段（ここでは特には第１の光源）からの光の伝播に対するアイテム又は機構の配置に関係し、光生成手段からの光ビーム内の第１の位置に対して、光生成手段にいっそう近い光ビーム内の第２の位置が“上流”であり、光生成手段から更に離れた光ビーム内の第３の位置が“下流”である。

ここでの白色光なる用語は、当業者に知られたものである。これは、特に、約２０００Ｋと２００００Ｋとの間、特に２７００−２００００Ｋ（一般的な照明では、特に、約２７００Ｋから６５００Ｋの範囲内、背面照明（バックライト）目的では、特に、約７０００Ｋから２００００Ｋの範囲内、そして、特に、ＢＢＬ（黒体軌跡）から約１５ＳＤＣＭ（カラーマッチングの標準偏差）以内、特には、ＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ以内、更に特には、ＢＢＬから約５ＳＤＣＭ以内）の相関色温度（ＣＣＴ）を持つ光に関する。

一実施形態において、光源はまた、例えば直接蛍光体変換型ＬＥＤ（例えば１００００Ｋを得るための薄い蛍光体層を備えた青色発光ダイオード）など、約５０００Ｋと２００００Ｋとの間の相関色温度（ＣＣＴ）を持つ光源光を提供し得る。従って、特定の一実施形態において、光源は、５０００−２００００Ｋの範囲内、更に特には、例えば８０００−２００００Ｋなど６０００−２００００Ｋの範囲内の相関色温度を持つ光源光を提供するように構成される。比較的高い色温度の１つの利点は、比較的多い青色成分が光源光内に存在し得ることとし得る。

用語“紫色光”又は“紫色発光”は、特に、約３８０−４４０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関する。用語“青色光”又は“青色発光”は、特に、約４４０−４９５ｎｍの範囲内（一部の紫色及び青緑色の色相を含む）の波長を持つ光に関する。用語“緑色光”又は“緑色発光”は、特に、約４９５−５７０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関する。用語“黄色光”又は“黄色発光”は、特に、約５７０−５９０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関する。用語“橙色光”又は“橙色発光”は、特に、約５９０−６２０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関する。用語“赤色光”又は“赤色発光”は、特に、約６２０−７８０ｎｍの範囲内の波長を持つ光に関する。用語“桃色光”又は“桃色発光”は、青色成分及び赤色成分を持つ光を表す。用語“可視”、“可視光”又は“可視発光”は、約３８０−７８０ｎｍの範囲内の波長を持つ光を表す。

例えば“実質的に全ての光”又は“実質的に構成する”などにおけるここでの用語“実質的に”は、当業者によって理解されるものである。用語“実質的に”は、“全体的に”、“完全に”、“全て”などである実施形態をも含み得る。従って、実施形態において、実質的という形容詞は除去され得ることもある。当てはまる場合、用語“実質的に”ははまた、１００％を含めて、９０％以上、例えば９５％以上、特には９９％以上、更に特には９９．５％以上に関係し得る。用語“有する”は、用語“有する”が“からなる”を意味する実施形態をも含む。用語“及び／又は”は、特に、“及び／又は”の前後に述べられる品目のうちの１つ以上に関する。例えば、“品目１及び／又は品目２”なる言い回し及び同様の言い回しは、品目１及び品目２のうちの１つ以上に関し得る。用語“有している”は、一実施形態において、“からなる”を表し得るが、他の一実施形態においてはまた、“規定される種を少なくとも含有し、そして場合により１つ以上のその他の種を含有する”を表し得る。

また、本明細書中及び請求項中の、第１の、第２の、第３の、などの用語は、同様の要素間で区別するために使用されており、必ずしも、順次的あるいは経時的な順序を記述するために使用されるものではない。理解されるべきことには、そのように使用される用語は、適切な状況下で入れ換え可能であり、また、ここに記載される実施形態は、ここに記載あるいは図示されるものとは異なる順序でのオペレーションが可能である。

ここでの装置は、とりわけ、オペレーション中で記述されている。当業者に明らかになるように、本発明は、オペレーションの方法又はオペレーション時の装置に限定されない。

なお、上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲を逸脱することなく、数多くの代替実施形態を設計することができるであろう。請求項において、括弧内に置かれた如何なる参照符号も、請求項を限定するものとして解されるべきでない。動詞“有する”及びその活用形の使用は、請求項に記載されるもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の前の冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、そのような要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの異なる要素を有するハードウェアによって実施されてもよく、また、好適にプログラムされたコンピュータによって実施されてもよい。幾つかの手段を列挙する装置クレームにおいて、それらの手段のうちの幾つかが、１つの同一のハードウェア品目によって具現化されてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属クレームに記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないといったことを指し示すものではない。

本発明は更に、本明細書に記載され且つ／或いは添付の図面に示された特徴的特徴のうちの１つ以上を有する装置に適用される。本発明は更に、本明細書に記載され且つ／或いは添付の図面に示された特徴的特徴のうちの１つ以上を有する方法又はプロセスに関する。

本願にて議論される様々な態様は、更なる利点を提供するように組み合わされることができる。また、特徴のうちの一部は、１つ以上の分割出願の基礎を形成することができる。

次いで、以下の図を含む添付の模式的な図面を参照して、単に例として、本発明の実施形態を説明する。図面において、対応し合う参照符号は、対応し合う部分を指し示している。
照明デバイスの一実施形態を模式的に示している。

図１は、参照符号１００で指し示された照明デバイスの一実施形態を模式的に示している。照明デバイス１００は、特に、白色照明デバイス光１０１を提供するように構成される。照明デバイス１００は、青色光源光１１を提供するように構成された光源１０を有する。さらに、照明デバイス１００は、青色光源光１１の少なくとも一部を吸収してルミネセント材料光２１に変換するように構成されたルミネセント材料素子２０、特に蛍光体又はルミネセント材料３０を有する。ルミネセント材料素子２０は、光源１０（特に、その発光面、以下を参照）の下流に構成されている。さらに、ルミネセント材料素子は、この実施形態において、光源光１１の少なくとも一部に対して透過性である。なお、ルミネセント材料素子２０は、（故に）導波特性を有し得る。白色照明デバイス光１０１は、青色光源光１１とルミネセント材料光２１とを有する。特に、光源１０は、ダイとしても知られている発光面１０１２を備えたソリッドステート光源１０１０を有し得る。参照符号３０は、ルミネセント材料素子が有するルミネセント材料を指し示している。このルミネセント材料３０は、特に、ルミネセント材料光２１を提供する。ここでは、例として、ルミネセント材料３０は、粒子又は領域として示されている。しかしながら、しばしば、ルミネセント材料３０は、ルミネセント材料素子にわたって均一に分布される。ルミネセント材料又は蛍光体３０は、少なくとも８０ｗｔ％をＭ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ蛍光体１３０からなり、それが、ここに示される黄色光を作り出す。なお、このような蛍光体は、例えば赤色の中まで延在する発光帯域を有し得る。従って、参照符号１３０は、Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ蛍光体を示しており、参照符号３０は、オプションで２０ｗｔ％以下だけ（１つ以上の）第２の蛍光体を含み得るルミネセント材料を全体的に示している。

ルミネセント材料３０又はここではルミネセント材料素子２０と、光源１０、特にその発光面１０１２との間の距離が、ｄ１で指し示されており、これは、この実施形態において０ｍｍよりも大きいが、実際には０ｍｍであってもよく、すなわち、物理的に接触していてもよい。ルミネセント材料素子２０の厚さが、ここでは参照符号ｄ２で指し示されている。例えば、この厚さは、１０μｍから５ｍｍまでのように、５μｍから１０ｍｍまでの範囲内とし得る。この厚さは、用途の種類に依存し、薄めの層厚さは特に非遠隔又は近傍用途に関連し、厚めの層厚さｄ２は特に遠隔用途に関連する。

例１：蛍光体粉末調製
黄色発光Ｂａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ蛍光体が以下の方法によって作製される場合に非常に好ましいことがわかった。５７．７７２１ｇ（４１４．５９ｍｍｏｌ）のＢａＨ_２と、１．１６５１ｇ（２．０９ｍｍｏｌ）のＥｕ_２Ｓｉ_５Ｎ_８（黒鉛、酸化Ｅｕ（ＩＩＩ）、及び窒化ケイ素の混合物の窒素下１４５０℃での炭素還元により調製）と、４６．９９８５ｇ（３３５．０３ｍｍｏｌ）のＳｉ_３Ｎ_４（アルファ相含量量＞９０％）とを、ボールミリングによって混合し、窒素雰囲気下で、モリブデンるつぼ内で８時間、１６９０℃で焼成する。ミリングと、塩酸（５Ｎ）、水及びエタノールでの洗浄との後に、Ｂａ_１．９８Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ_０．０２蛍光体粉末を得る。ＸＲＤ分析は、この材料が、格子定数ａ_０＝５．７８０３Å、ｂ_０＝６．９５０６Å、ｃ_０＝９．３８５５Åを有する斜方晶系Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８格子型で結晶化することを示している。発光測定は、４４０ｎｍ励起の場合に、５７５ｎｍでのピーク放射及びＦＷＨＭ＝２０５０ｃｍ^−１を示している。

例２：ＬＥＤ製造
例１の蛍光体粉末をシリコーン（６ｗｔ％）と３０００ｒｐｍで３０秒間混合し、３５３５型ミッドパワーＬＥＤパッケージ内にディスペンスする。以下の表は、室温にて６５ｍＡの駆動電流で得られたデータを示している。

これらのデータは、低ＣＣＴ域の青色ポンプＬＥＤと組み合わせた場合に、ＢＳＮＥ蛍光体の非常に狭い発光帯域のみで単一蛍光体白色発光につながり得るという予期せぬ利点を示している。

例３：発光挙動
複数の蛍光体を、異なるＥｕ濃度で作製した。Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＳｒの濃度も変化させた。幾つかの異形について、アルカリ土類カチオンの比を一定に保ち、Ｅｕ濃度のみを変化させた。以下（表２の値（％単位）を用いる）が見出された：
ゼロの層厚さでのピーク放射＝
ａ＋ｂ［Ｅｕ］＋ｃ［Ｅｕ］^２＋ｄ［Ｓｒ］＋ｅ［Ｓｒ］^２＋ｆ［Ｃａ］＋ｇ［Ｃａ］^２

ピーク位置は、様々な光学厚さの蛍光体層のシリーズから計算され、ゼロ層の値は、ＬＥＤで見られたスペクトルとよく一致している。

従って、〜５７２ｎｍがこのように“２５８”又は“ＢＳＮＥ”蛍光体の最短波長である。以下にて、シリコーン層厚さシリーズの２つのサンプルにおける粉末からの外挿によって得られた無限に薄い層についての光学データを、更に詳細に論じる。

この表には、重心波長、ピーク波長、及び主波長と、ナノメートル単位及びセンチメートルの逆数の単位での半値全幅とが示されている。

最良の結果は、０．００５−０．０１５の範囲内、特に０．００８−０．０１２の範囲内のｘの値を持つＢＳＮＥ蛍光体を９５％を上回る重量％で有するルミネセント材料素子を、ＬＥＤダイ上に直接配置し、且つ、６−１７μｍの範囲内、特には１０−１４μｍの範囲内の数値平均粒子サイズを持つルミネセント材料を、特にはシリコーンマトリクスであるマトリクスに埋め込んで、得ることができると思われる。

Claims (13)

1. 白色照明デバイス光を提供するように構成された照明デバイスであって、
   当該照明デバイスは、（ｉ）青色光源光を提供するように構成された光源と、（ｉｉ）前記青色光源光の少なくとも一部を吸収して、５７０−５８０ｎｍの範囲内のピーク放射波長を持つルミネセント材料光へと変換するように構成されたルミネセント材料素子とを有し、
   前記ルミネセント材料素子は、少なくとも８０ｗｔ％をＭ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ蛍光体で構成されたルミネセント材料を有し、Ｍは、（Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．１のモル比で、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの１つ以上を有し、ｘは、０．００１−０．０１の範囲内であり、ｙは、≦０．２の範囲内であり、前記Ｍ_２−２ｘＥｕ_２ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＯ_ｙＮ_８−ｙ蛍光体の放射は、２２００ｃｍ−１の半値全幅（ＦＷＨＭ）を持ち、前記白色照明デバイス光は、前記青色光源光と前記ルミネセント材料光とを有する、
   照明デバイス。
2. （Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．０５である、請求項１に記載の照明デバイス。
3. （Ｍｇ＋Ｃａ＋Ｓｒ）／（Ｂａ）≦０．０１である、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
4. ｙは、≦０．０２の範囲内である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
5. 前記光源は、発光面を備えたソリッドステート光源を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
6. 前記光源は、４３５−４７０ｎｍの範囲内に主波長を持つ光を提供するように構成されている、請求項５に記載の照明デバイス。
7. 前記光源は、４４５−４６０ｎｍの範囲内に主波長を持つ光を提供するように構成されている、請求項５又は６に記載の照明デバイス。
8. 前記ルミネセント材料素子は、前記ソリッドステート光源の前記発光面と物理的に接触している、請求項５乃至７の何れか一項に記載の照明デバイス。
9. 前記ルミネセント材料素子は、前記ルミネセント材料が埋め込まれた透明材料を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
10. 前記ルミネセント材料素子は、前記ルミネセント材料が埋め込まれたシリコーンマトリクスを有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明デバイス。
11. 前記ルミネセント材料は、２０ｗｔ％未満で、セリウム含有ガーネット材料の群から選択された第２の蛍光体を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明デバイス。
12. 前記蛍光体は、中性雰囲気又は還元雰囲気の下での、１５５０−１８００℃の範囲内の温度での、Ｅｕ２Ｓｉ５Ｎ８、ＢａＨ２、及びＳｉ３Ｎ４の混合物の加熱によって得ることができる、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明デバイス。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイスの装飾照明用途又は信号照明用途での使用。

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