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特許6981990フッ素および酸素をさまざまな含有量にて有するネオジム系材料を使用するＬＥＤ装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6981990
(24)【登録日】2021年11月22日
(45)【発行日】2021年12月17日
(54)【発明の名称】フッ素および酸素をさまざまな含有量にて有するネオジム系材料を使用するＬＥＤ装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/58 20100101AFI20211206BHJP
H01L 33/50 20100101ALI20211206BHJP
F21K 9/233 20160101ALI20211206BHJP
H01L 51/50 20060101ALI20211206BHJP
H05B 33/12 20060101ALI20211206BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20211206BHJP
【ＦＩ】
H01L33/58
H01L33/50
F21K9/233 100
H05B33/14 A
H05B33/12 E
F21Y115:10
【請求項の数】14
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2018-548065(P2018-548065)
(86)(22)【出願日】2016年3月16日
(65)【公表番号】特表2019-511117(P2019-511117A)
(43)【公表日】2019年4月18日
(86)【国際出願番号】CN2016076459
(87)【国際公開番号】WO2017156725
(87)【国際公開日】20170921
【審査請求日】2019年2月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】520127421
【氏名又は名称】コンシューマー ライティング （ユー．エス．），エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100133503
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 一哉
(72)【発明者】
【氏名】カイ，デンケ
(72)【発明者】
【氏名】ベンナー，ケビン・ジェフリー
(72)【発明者】
【氏名】ボイル，トーマス・ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】クライン，トーマス
(72)【発明者】
【氏名】コーヘン，ウィリアム・アーウィン
(72)【発明者】
【氏名】デュクリュー，ジャン−パトリック
(72)【発明者】
【氏名】ヘ，ジャンミン
(72)【発明者】
【氏名】ジャンスマ，ジョン・ベネット
(72)【発明者】
【氏名】リン，チュアン
(72)【発明者】
【氏名】レイスマン，ジュリアナ・ピー
(72)【発明者】
【氏名】スリヴァスターヴァ，アロク・マニ
(72)【発明者】
【氏名】ワード，ベンジャミン・ジェームス
(72)【発明者】
【氏名】ワン，ジヨン
(72)【発明者】
【氏名】ライト，ウィリアム・ロバート
(72)【発明者】
【氏名】イ，キン
【審査官】
本田 博幸
(56)【参考文献】
【文献】
中国特許出願公開第１０４６５０５６８（ＣＮ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００４／０１９６５３８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視光を生成するように構成された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール（１１５）と、
ネオジム（Ｎｄ）、フッ素（Ｆ）、および酸素（Ｏ）をそれぞれの濃度で有しているＮｄＦｘＯｙの化合物を含む少なくとも１つのコンポーネントと
を備える装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）であって、
ｘおよびｙの値は、ＦおよびＯの比を決定し、前記生成される可視光を前記ＮｄＦｘＯｙ化合物を用いてフィルタリングすることによって実現される少なくとも所望の出力光スペクトルを含む当該装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）の所望の出力光パラメータを提供するように、前記ＮｄＦｘＯｙ化合物の製造の際に調整され、
前記ｘの値は、０．３〜０．５の間であり、前記ｙの値は、１．２５〜１．３３の間である、
装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
ネオジム（Ｎｄ）、フッ素（Ｆ）、および酸素（Ｏ）をそれぞれの濃度で有しているＮｄＦｘＯｙの化合物を含む少なくとも１つのコンポーネントと
を備える装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）であって、
ｘおよびｙの値は、ＦおよびＯの比を決定し、前記生成される可視光を前記ＮｄＦｘＯｙ化合物を用いてフィルタリングすることによって実現される少なくとも所望の出力光スペクトルを含む当該装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）の所望の出力光パラメータを提供するように、前記ＮｄＦｘＯｙ化合物の製造の際に調整され、
前記ｘの値は、０．３〜０．５の間であり、前記ｙの値は、１．２５〜１．３３の間である、
装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項2】
前記所望の出力光パラメータの提供は、前記生成される可視光の色相関温度（ＣＣＴ）、彩度指数（ＣＳＩ）、演色評価指数（ＣＲＩ）、演色値Ｒ９、および顕現度のうちの１つ以上を向上させることをさらに含む、請求項１に記載の装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項3】
前記ＮｄＦｘＯｙ化合物は、前記所望の出力光スペクトルをもたらすために５６０ｎｍ〜６００ｎｍの間の波長範囲内の所望の吸収ピークを有する、請求項１に記載の装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項4】
前記所望の吸収ピークにおける所望の屈折率が、１．６〜１．８である、請求項３に記載の装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項5】
前記ＮｄＦｘＯｙ化合物は、単結晶相化合物である、請求項１に記載の装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項6】
前記少なくとも１つのＬＥＤモジュール（１１５）は、有機ＬＥＤを備える、請求項１に記載の装置（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項7】
前記少なくとも１つのコンポーネントは、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュール（１１５）の上に堆積させられたカプセル層（１１４Ａ）である、請求項１に記載の装置（１１０Ａ）。
【請求項8】
前記カプセル層（１１４Ａ）は、ガラス、ポリマー、ポリマー前駆体、ポリカーボネート、プラスチック材料、熱可塑性または熱硬化性ポリマーまたは樹脂、シリコーン、あるいはシリコーンエポキシ樹脂である、請求項７に記載の装置（１１０Ａ）。
【請求項9】
前記少なくとも１つのコンポーネントは、蛍光体をさらに含む、請求項７に記載の装置（１１０Ａ）。
【請求項10】
前記少なくとも１つのコンポーネントは、蛍光体を含むさらなるカプセル層（１１４Ｂ）上に堆積させられたカプセル層（１１８Ｂ）であり、前記さらなるカプセル層（１１４Ｂ）は、前記少なくとも１つのＬＥＤモジュール（１１５）の上に堆積させられている、請求項１に記載の装置（１１０Ｂ）。
【請求項11】
前記少なくとも１つのコンポーネントは、表面にコーティングを有する透明、半透明、または反射性基材（１５６）を備える光学コンポーネントであり、前記コーティングは前記ＮｄＦｘＯｙ化合物を含んでいる、請求項１に記載の装置（１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項12】
前記コーティングにおける前記化合物の重量パーセントは、１％〜２０％である、請求項１１に記載の装置（１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項13】
前記コーティングの厚さは、５０ｎｍ〜１０００ミクロンの範囲にある、請求項１１に記載の装置（１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【請求項14】
前記基材（１５６）は、電球、レンズ、および前記少なくとも１つのＬＥＤモジュール（１１５）を囲むドーム（１１２）で構成されるグループから選択される拡散体である、請求項１１に記載の装置（１１０Ｃ、１１０Ｄ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広くには、照明の用途および関連技術に関し、より詳細には、これに限られるわけではないが、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置において所望の色フィルタリング効果および他のパラメータをもたらすためのＮｄＦｘＯｙ（ｘおよびｙはさまざまであってよい）などのネオジムおよびフッ素を含む化合物の使用に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード（ＬＥＤ）（本明細書において使用されるとき、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）も包含する）は、電気エネルギを可視光（約４００〜７５０ｎｍの波長）を含む電磁放射線に変換する固体半導体デバイスである。ＬＥＤは、典型的には、ｐ−ｎ接合を形成するために不純物でドープされた半導体材料のチップ（ダイ）を含む。ＬＥＤチップは、アノードおよびカソードに電気的に接続され、それらがすべてＬＥＤパッケージ内に実装されることが多い。白熱電球または蛍光灯などの他のランプと比較して、ＬＥＤが放出する可視光は、指向性が強く、ビーム幅が狭い。
【0003】
ＯＬＥＤは、典型的には、少なくとも１つの発光エレクトロルミネセント層（有機半導体の膜）を電極（少なくとも１つの電極は透明である）の間に位置させて備えている。エレクトロルミネセント層は、電極間を流れる電流に応答して光を発する。
【0004】
ＬＥＤ／ＯＬＥＤ光源（ランプ）は、従来からの白熱電球および蛍光灯と比べ、これらに限られるわけではないが、より長い寿命が期待でき、エネルギ効率が高く、暖機時間を必要とせずに最高の明るさに達するなど、さまざまな利点を提供する。
【0005】
ＬＥＤ／ＯＬＥＤ照明は、効率、寿命、柔軟性、および他の好ましい態様に関して魅力的であるが、一般照明およびディスプレイ用途の両方における使用に関して、ＬＥＤ照明、とりわけ白色ＬＥＤ／ＯＬＥＤデバイスの色特性を絶えず改善することが、依然として必要とされている。
【0006】
図１は、エリア照明用途に適した従来からのＬＥＤ系照明装置１０の斜視図である。照明装置（「照明ユニット」または「ランプ」とも呼ばれることもある）１０は、透明または半透明のカバーまたは外囲器１２と、ねじ込み式基部コネクタ１４と、外囲器１２とコネクタ１４との間のハウジングまたは基部１６とを含む。
【0007】
複数のＬＥＤデバイスを含むＬＥＤアレイであってよいＬＥＤ系光源（図示せず）が、外囲器１２の下端に基部１６に隣接して位置する。ＬＥＤデバイスは、例えば緑色、青色、赤色など、狭い波長帯域の可視光を発するがゆえ、ＬＥＤランプにおいては、白色光を含むさまざまな光色を発生させるために、異なるＬＥＤデバイスの組み合わせが使用されることが多い。あるいは、実質的に白色に見える光を、青色ＬＥＤからの光と、青色ＬＥＤの青色光の少なくとも一部を異なる色に変換する蛍光体（例えば、イットリウムアルミニウムガーネット：セリウム（ＹＡＧ：Ｃｅと略される））からの光との組み合わせによって生成することができ、変換された光と青色光との組み合わせが、白色または実質的に白色に見える光を生成することができる。ＬＥＤデバイスを、基部１６内のキャリアに実装することができ、ＬＥＤデバイスからの可視光抽出効率を高めるために屈折率整合材料を含む保護カバーによってキャリア上で包むことができる。
【0008】
可視光をほぼ全方向の様相で放出する照明装置１０の能力を高めるため、図１に示される外囲器１２は、実質的に回転楕円体または楕円体の形状であってよい。ほぼ全方向の照明能力をさらに高めるために、外囲器１２は、外囲器１２を光拡散体として機能させることを可能にする材料を含むことができる。拡散体を生み出すために使用される材料として、ポリアミド（例えば、ナイロン）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、などを挙げることができる。さらに、これらのポリマー材料は、光の屈折を強めることによって白色の反射性の外観を得るために、ＳｉＯ２を含むこともできる。外囲器１２の内面に、蛍光体組成物を含むコーティング（図示せず）を設けてもよい。
【0009】
異なるＬＥＤデバイスおよび／または蛍光体の組み合わせを使用することにより、白色光効果を発生させるＬＥＤランプの能力を高めることができるが、これに代え、あるいはこれに加えて、ＬＥＤデバイスが発生させる白色光の色特性を改善するための他の手法が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】中国公開特許第１０５７２０１６３号明細書
【発明の概要】
【0011】
本発明のいくつかの実施形態によれば、可視光を生成するように構成された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールと、ネオジム（Ｎｄ）、フッ素（Ｆ）、および酸素（Ｏ）をそれぞれの濃度で有しているＮｄＦｘＯｙの化合物を含む少なくとも１つのコンポーネントとを備える装置であって、ｘおよびｙの値は、ＦおよびＯの比を決定し、前記生成される可視光を前記ＮｄＦｘＯｙ化合物を用いてフィルタリングすることによって実現される少なくとも所望の出力光スペクトルを含む当該装置の所望の出力光パラメータを提供するように、前記ＮｄＦｘＯｙ化合物の製造の際に調整される、装置が提供される。さらに、ＮｄＦｘＯｙ化合物は、単結晶相化合物であってよい。
【0012】
本発明のいくつかの実施形態によれば、前記ＮｄＦｘＯｙ化合物を、フッ素（Ｆ２）の流動ガスまたはフッ化水素酸（ＨＦ）によるフッ素化処理を使用して酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）から湿式化学処理によって製造することができる。さらに、前記ＮｄＦｘＯｙにおけるパラメータｘおよびｙを、前記フッ素化処理の際に、フッ化水素酸（ＨＦ）の濃度、処理時間、反応時間、およびフッ素ガス（Ｆ２）の濃度を含む１つ以上のパラメータの変化を使用して制御することができる。
【0013】
本発明のいくつかの実施形態によれば、前記ＮｄＦｘＯｙ化合物を、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）をフッ化ネオジム（ＮｄＦ３）と所定のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３の重量比で混合することによって混合化合物を形成した後に、不活性ガスの保護雰囲気下で前記混合化合物からの前記ＮｄＦｘＯｙ化合物の高温合成を行うことを含む固体反応法を使用して乾式処理によって製造することができ、前記所定のＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３の重量比は、前記製造されるＮｄＦｘＯｙ化合物におけるＦおよびＯの比に対応する。さらに、前記不活性ガスは、窒素（Ｎ２）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガスを含むことができる。またさらに、前記高温合成の温度は、８００℃よりも高くてよい。
【0014】
またさらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、前記所望の出力光パラメータの提供は、前記生成される可視光の色相関温度（ＣＣＴ）、彩度指数（ＣＳＩ）、演色評価指数（ＣＲＩ）、演色値Ｒ９、および顕現度のうちの１つ以上を向上させることをさらに含むことができる。
【0015】
本開示のこれらの特徴および態様ならびに他の特徴および態様は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ検討することで、よりよく理解されるであろう。添付の図面において、類似する符号は、図面の全体を通して、類似する部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】従来からのＬＥＤ系照明装置の斜視図である。
【図2】シリコーンに分散させたフッ化ネオジムの可視スペクトルにおける吸収（反射技術によって測定）を、標準的なネオジムガラスと比較するグラフである。
【図3】シリコーンへと混合され、市販のＬＥＤパッケージ（ＮＩＣＨＩＡ ７５７）上に直接堆積させられたＮｄＦ３の発光スペクトルと、基本のＮＩＴＣＨＩＡ ７５７ ＬＥＤの発光スペクトルとを比較するグラフである。
【図4】シリコーンへと混合され、ＣＯＢアレイ（ＴＧ６６）上に直接堆積させられたＮｄＦ３の発光スペクトルと、基本のＴＧ６６ ＣＯＢアレイの発光スペクトルとを比較するグラフである。
【図5】シリコーンへと混合され、市販のＬＥＤパッケージ（ＣＣＴが４０００ＫのＮＩＣＨＩＡ ７５７）上に直接堆積させられたＮｄ−Ｆ−Ｏの発光スペクトルと、基本のＮＩＴＣＨＩＡ ７５７ ＬＥＤの発光スペクトルとを比較するグラフである。
【図6】固体反応プロセス／方法（乾式プロセス）によって所望の比Ｆ／Ｏを有するＮｄＦｘＯｙ化合物を調製するための典型的なフローチャートである。
【図7】Ｎｄ２Ｏ３から固体湿式化学プロセス／方法によって所望の比Ｆ／Ｏを有するＮｄＦｘＯｙ化合物を調製するための典型的なフローチャートである。
【図8】種々の単結晶相構造を有する種々のＦ／Ｏ比のＮｄＦｘＯｙ化合物およびＮｄＦ３化合物について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）結果を示すグラフである。
【図9】８０％のＮｄ２Ｏ３および２０％のＮｄＦ３から製造されたＮｄＦ０．３３Ｏ１．３３の可視スペクトルにおける吸収（反射技術によって測定）を比較するグラフである。
【図10A】ＦとＯとの比がさまざまであるＮｄＦｘＯｙおよびＮｄＦ３の可視スペクトルにおける吸収（反射技術によって測定）を比較する典型的なグラフである。
【図10B】ＦとＯとの比がさまざまであるＮｄＦｘＯｙおよびＮｄＦ３の可視スペクトルにおける吸収（反射技術によって測定）を比較する典型的なグラフである。
【図11A】好ましい可視光吸収／生成特性を付与するためにＮｄ−Ｆ化合物（または、より一般的には、本明細書に記載のとおりのＮｄＦｘＯｙ化合物などのＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物）を蛍光体とともに取り入れている本発明の種々の実施形態によるＬＥＤ系照明装置の例（ただし、これに限られるわけではない）である。
【図11B】好ましい可視光吸収／生成特性を付与するためにＮｄ−Ｆ化合物（または、より一般的には、本明細書に記載のとおりのＮｄＦｘＯｙ化合物などのＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物）を蛍光体とともに取り入れている本発明の種々の実施形態によるＬＥＤ系照明装置の例（ただし、これに限られるわけではない）である。
【図11C】好ましい可視光吸収／生成特性を付与するためにＮｄ−Ｆ化合物（または、より一般的には、本明細書に記載のとおりのＮｄＦｘＯｙ化合物などのＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物）を蛍光体とともに取り入れている本発明の種々の実施形態によるＬＥＤ系照明装置の例（ただし、これに限られるわけではない）である。
【図11D】好ましい可視光吸収／生成特性を付与するためにＮｄ−Ｆ化合物（または、より一般的には、本明細書に記載のとおりのＮｄＦｘＯｙ化合物などのＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物）を蛍光体とともに取り入れている本発明の種々の実施形態によるＬＥＤ系照明装置の例（ただし、これに限られるわけではない）である。
【図12】本発明の一実施形態によるＬＥＤ系照明装置の断面図である。
【図13】本発明の別の実施形態によるＬＥＤ系照明装置の断面図である。
【図14】本発明のさらなる実施形態によるＬＥＤ系照明装置の斜視図である。
【図15】本発明のさらなる一実施形態によるＬＥＤ系照明装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
照明装置などの新規な装置が、本明細書において提示され、この装置は、白色光などの可視光を生成するように構成された少なくとも１つのＬＥＤ（または、ＯＬＥＤ）モジュールと、ネオジム（Ｎｄ）およびフッ素（Ｆ）の元素を含み、さらに随意により１つ以上の他の元素を含む化合物を含んでいる光学コンポーネントなどの少なくとも１つのコンポーネントとを備える。照明装置を、本明細書で説明されるように、生成された可視光を化合物を用いてフィルタリングすることによって所望の光スペクトルをもたらすように構成することができる。典型的には、化合物は、Ｎｄ３＋イオンおよびＦ−イオンを含む。本発明の目的において、「Ｎｄ−Ｆ化合物」は、ネオジムおよびフッ化物ならびに随意による他の元素を含む化合物を含むように、広義に解釈されるべきである。
【0018】
一実施形態によれば、少なくとも１つのコンポーネントは、ネオジム（Ｎｄ）、フッ素（Ｆ）、および酸素（Ｏ）をそれぞれの濃度で有しているＮｄＦｘＯｙの化合物を含むことができ、ここで、ｘおよびｙの値は、含有比Ｆ／Ｏを決定し、ＮｄＦｘＯｙ化合物の製造（図６および図７を参照）の際に、生成された可視光をＮｄＦｘＯｙ化合物を用いてフィルタリングすることによって実現される少なくとも所望の出力光スペクトルを含む照明装置の所望の出力光パラメータをもたらすように調整可能である。
【0019】
さらに、ＮｄＦｘＯｙ化合物は、（図９、図１０Ａ、および図１０Ｂに示されるように）所望の出力光スペクトルをもたらすために約５６０ｎｍ〜６００ｎｍの間の波長範囲に所望の吸収ピークを含むことができ、約１．６〜約１．８の所望の吸収ピークにおける所望の屈折率（ＲＩ）を有することができる。さらに、種々の照明用途における所望の吸収スペクトルおよびＲＩに基づいて、ｘの最適値は、０．３〜０．５の間であってよく、ｙの最適値は、１．２５〜１．３３の間であってよい。
【0020】
さらなる実施形態によれば、コンポーネントは、ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）チップの表面上に複合／カプセル層を含むことができ、ＮｄＦ３および／または本明細書に開示の他の化合物などのＮｄ−Ｆ化合物を、例えば蛍光体とともにこのカプセル層に混合（分散）させ、好ましい可視光吸収プロファイルを達成することができる。複合／カプセル層は、低温ガラス、ポリマー、ポリマー前駆体、シリコーンまたはシリコーンエポキシ樹脂あるいは前駆体、などを使用して形成することが可能である。
【0021】
別の実施形態によれば、光学コンポーネントは、透明、半透明、反射性、または半透過性（部分的に反射性かつ透過性）基材であってよく、基材の表面のコーティングが、ＬＥＤモジュールによって生成された可視光に対し、光学コンポーネントを通過するときに色フィルタリング効果を適用して、例えば約５６０ｎｍ〜約６００ｎｍの波長における黄色光の波長範囲の可視光をフィルタリングすることができる。
【0022】
さらに、光学コンポーネントの透明または半透明基材は、電球、レンズ、および少なくとも１つのＬＥＤチップを囲む外囲器など、拡散体であってよい。また、基材は、反射性基材であってよく、ＬＥＤチップを、基材の外側に配置することができる。Ｎｄ−Ｆおよび／またはＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物のコーティングを、基材の表面に配置することができ、コーティングの厚さは、色フィルタリング効果の達成に充分でなければならない。厚さは、典型的には、５０ｎｍ〜１０００ミクロンの範囲内であってよく、好ましい厚さは、１００ｎｍ〜５００ミクロンの間である。
【0023】
得られるデバイスは、約５３０ｎｍ〜６００ｎｍの間の可視領域に固有吸収を有するＮｄ−Ｆ化合物／材料によるフィルタリングを使用する光パラメータの改善を呈し、ＣＳＩ（彩度指数）、ＣＲＩ（演色評価指数）、Ｒ９（演色値）、顕現度（照明選好指数、ＬＰＩ）、などを向上させることができる。Ｒ９は、ＣＲＩの計算に使用されない６つの飽和試験色のうちの１つとして定義される。「顕現度」は、本出願と同時に係属中であり、本出願と所有者が共通であり、ここでの言及によって関連部分が本明細書に援用される２０１４年９月９日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５４８６８号（２０１５年３月１２日に国際公開第２０１５／０３５４２５号として公開）に記載されたＬＰＩの一変種に基づく放射光のパラメータである。
【0024】
一実施形態においては、ＬＥＤパッケージおよびチップオンボード（ＣＯＢ）アレイにおいてより少ない散乱損失を達成すべくカプセル材料のＲＩを一致させるために、比較的低い屈折率（ＲＩ）のＮｄ−Ｆ材料（１．６程度のＲＩを有するＮｄＦ３など）を利用することが好都合である。さらに、約５８０ｎｍにおける吸収を広げ、したがっておそらくはＲ９カラーチップの演色性を高めるために、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ材料に電気陰性「Ｘ」原子（ここで、Ｘは、例えば、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｃｌ、などであってよい）を取り入れることによって吸収スペクトルを調整できることが、さらに好都合である。上記のいずれも、色調整の目的でカプセル材料に配合することができる。適切なＮｄ−ＦまたはＮｄ−Ｘ−Ｆ材料（以下でさらに完全に定義される）を選択することで、ＲＩの不一致に起因する散乱損失を最小限に抑えることができる。Ｎｄ−Ｆ化合物は、一般に、約３８０〜４５０ｎｍの波長範囲では活性化されることがないため、Ｎｄ−Ｆ化合物の使用は、短いＵＶ波長を含むＬＥＤ照明用途における使用においても好都合であり得る。
【0025】
別の実施形態によれば、Ｎｄ−Ｆ化合物は、フッ化ネオジム（ＮｄＦ３）、またはオキシフッ化ネオジム（例えば、ＮｄＯｘＦｙ（ここで、Ｎｄ４Ｏ３Ｆ６など、２ｘ＋ｙ＝３））、または外来の水および／または酸素を含むフッ化ネオジム、または水酸化フッ化ネオジム（例えば、Ｎｄ（ＯＨ）ａＦｂ（ここで、ａ＋ｂ＝３））、または以下の説明から容易に明らかになると考えられるネオジムおよびフッ化物を含む多数の他の化合物を含むことができる。いくつかの用途において、Ｎｄ−Ｆ化合物は、低損失の混合物をもたらすべく選択されたポリマー材料に一致する屈折率など、比較的低い屈折率を有することができる。そのようなＮｄ−Ｆ材料の１つは、約１．６の屈折率を有するフッ化ネオジム（ＮｄＦ３）であると考えられ、散乱損失を最小にすべく特定のポリマーマトリクス材料との屈折率の整合のための適切に低い屈折率をもたらす。
【0026】
さらなる実施形態によれば、他のＮｄ−Ｆ化合物／材料を、本明細書に記載のように好都合に使用することができる。例えば、Ｎｄ−Ｆを含有する他の化合物の例として、これに限られるわけではないが、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ化合物を挙げることができる。Ｘは、上述のようにＯ、Ｎ、Ｓ、Ｃｌ、などであってよいが、Ｘは、フッ素と化合物を形成することができる少なくとも１つの金属元素（Ｎｄ以外）であってもよい。例は、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、またはＹなどの金属元素、あるいはこのような元素の組み合わせである。例えば、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ化合物は、ＮａＮｄＦ４を含むことができる。Ｎｄ−Ｘ−Ｆ化合物のさらなる例として、ＸがＭｇおよびＣａであってよく、あるいはＭｇ、Ｃａ、およびＯであってよい化合物、ならびにネオジムでドープされたペロブスカイト構造を含むＮｄ−Ｆを含む他の化合物を挙げることができる。特定のＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物は、好都合には、約５８０ｎｍの波長においてより広い吸収を可能にすることができる。オキシフッ化ネオジム化合物は、さまざまな量のＯおよびＦを含むことができる（オキシフッ化ネオジム化合物は、典型的には、さまざまな量の酸化ネオジム（ネオジミア）Ｎｄ２Ｏ３およびフッ化ネオジムＮｄＦ３から誘導される）がゆえに、オキシフッ化ネオジム化合物は、Ｎｄ−Ｏ化合物の屈折率（例えば、ネオジミアにおける１．８）とＮｄ−Ｆ化合物の屈折率（例えば、ＮｄＦ３における１．６０）との間の選択された屈折率を有することができる。ネオジムでドープされたペブロスカイト構造材料の例として、これらに限られるわけではないが、例えばＮａ、Ｋ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＹの金属フッ化物などのネオジム化合物（例えば、ＮｄＦ３）よりも低い屈折率を有する少なくとも１つの成分を含む材料を挙げることができる。このような「ホスト」化合物は、可視光スペクトルにおいてＮｄＦ３よりも低い屈折率を有することができ、その例として、５８９ｎｍの波長において、ＮａＦ（ｎ＝１．３２）、ＫＦ（ｎ＝１．３６）、ＡｌＦ３（ｎ＝１．３６）、ＭｇＦ２（ｎ＝１．３８）、ＬｉＦ（ｎ＝１．３９）、ＣａＦ２（ｎ＝１．４４）、ＳｒＦ２（ｎ＝１．４４）、ＢａＦ２（ｎ＝１．４８）、およびＹＦ３（ｎ＝１．５０）を挙げることができるが、これらに限られるわけではない。例えばＮｄＦ３などの高屈折率のＮｄ−Ｆ化合物でのドープの結果として、得られるドープされたペロブスカイト構造化合物は、ホストの屈折率（例えば、ＭｇＦ２における１．３８）とＮｄＦ３の屈折率（１．６０）との間の屈折率を有することができる。ＮｄＦ３でドープされた金属フッ化物化合物の屈折率は、Ｎｄと金属イオンとの比に依存する。
【0027】
ＮｄＦ３の屈折率は約１．６０である。したがって、場合により、シリコーン（約１．５１の屈折率を有することができる）との比較的良好なＲＩ一致の混合物をもたらすと考えることができる。ＮｄＦ３をＮｄを含んでいても、含んでいなくてもよい別の材料と混合することにより、さらに良好な一致を得ることができる。例えば、ＮａＮｄＦ４は約１．４６のＲＩを有する。したがって、ＮｄＦ３をＮａＦまたはＮａＮｄＦ４などの別の材料と適切に混合することによって、混合物の屈折率をシリコーンの屈折率にさらに良好に一致させることができる。
【0028】
図２は、波長の関数として、曲線２２によって表されるシリコーンに分散させたフッ化ネオジムの可視スペクトルにおける吸収（反射技術によって測定）を、曲線２０によって表される標準的なネオジムガラス（例えば、Ｎｄガラスのための組成物としてＮａ２Ｏ−Ｎｄ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２を使用）と比較するグラフである。それぞれの材料が、とりわけ黄色（例えば、約５７０ｎｍ〜約５９０ｎｍ）領域において、多数の同じ吸収の特徴を共有していることが明らかである。使用に際して、ＬＥＤチップ／ダイをカプセル材料（例えば、シリコーン、エポキシ、アクリル、など）で包むことができ、カプセル材料は、本明細書においてさらに詳述されるように、ＬＥＤチップ上またはＬＥＤチップのアレイ（例えば、チップオンボードアレイ、すなわちＣＯＢアレイ）上に直接堆積させたシリコーン中のＮｄＦ３などのＮｄ−ＦまたはＮｄ−Ｆ−Ｏ系材料を含むことができる。
【0029】
図３は、曲線３２によって表されるとおり、シリコーンへと混合され、市販のＬＥＤパッケージ（ＮＩＣＨＩＡ ７５７）上に直接堆積させられ、すなわちこのＬＥＤパッケージを包むＮｄＦ３の発光スペクトルを比較するグラフである。図３から分かるように、スペクトルは、曲線３０によって表される基本のＮＩＴＣＨＩＡ ７５７ ＬＥＤの発光スペクトルと比較して、約５７０ｎｍ〜約５９０ｎｍの領域内の１つまたは複数の領域において顕著な落ち込みが見られる点で、きわめて異なっている。
【0030】
図４は、波長の関数として、曲線４２によって表されるシリコーンへと混合され、ＣＯＢアレイ（ＴＧ６６）上に直接堆積させられたＮｄＦ３の発光スペクトルを、曲線４０によって表される基本のＴＧ６６ ＣＯＢアレイの発光スペクトルと比較するグラフである。曲線４２によって表されるスペクトルは、図３の曲線３２と同様である。
【0031】
上記の例は、以下の照明指標、すなわちＣＳＩ、ＣＲＩ、Ｒ９、白色度（すなわち、白色体の軌跡への近さ）、などのうちの少なくとも１つを向上させるために、ＬＥＤパッケージまたはアレイのカプセル材料の一部として適用される色フィルタリング吸収材料としてのＮｄ−Ｆ材料（例えば、ＮｄＦ３）の有用性を証明している。下記の表１が、図３および図４に示した例における結果としての性能を、Ｎｄガラスを含む従来からのＬＥＤと比較して示している。
【0032】
【表1】
【0033】
Ｎｄ−Ｆ材料は、単に図３および図４の例のようにフッ化ネオジム（ＮｄＦ３）である必要はない。Ｎｄ−Ｆ材料は、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ化合物（Ｘは、上述したとおりの他の元素または元素の組み合わせを表し、Ｆに化学的に結合している）のうちの任意の１つであってもよい。このようにして、そのようなＮｄ−Ｘ−Ｆ材料は、以下の照明指標、すなわちＣＳＩ、ＣＲＩ、Ｒ９、白色度（すなわち、白色体の軌跡への近さ）、などのうちの少なくとも１つを向上させることができる。
【0034】
例えば、図５は、シリコーンへと混合され、市販のＬＥＤパッケージ（ＣＣＴが４０００ＫのＮＩＣＨＩＡ ７５７）上に直接堆積させられ、したがってこのＬＥＤパッケージを包むＮｄ−Ｆ−Ｏについて、波長の関数として曲線５２によって表される発光スペクトルを比較するグラフである。図３および図４の例と同様に、スペクトル５２は、曲線５０によって表される基本のＮＩＴＣＨＩＡ ７５７ ＬＥＤの発光スペクトルと比較して、約５７０ｎｍ〜約５９０ｎｍの領域内の１つまたは複数の領域において顕著な落ち込みを有している。
【0035】
下記の表２は、市販のＬＥＤパッケージ（ＣＣＴが４０００ＫのＮＩＣＨＩＡ ７５７）上に直接堆積させられたシリコーン中のＮｄ−Ｆ−Ｏについての図５に示した例の結果として得られた性能を、シリコーンカプセル材料を有する従来からのＬＥＤ（ＣＣＴが４０００ＫのＮＩＣＨＩＡ ７５７）ならびにネオジミア（Ｎｄ２Ｏ３）およびフッ化ネオジム（ＮｄＦ３）でドープされた他の種類のシリコーンカプセル材料と比較して示している。表２は、表１と同様のパラメータを、上記材料のＣＳＩ（彩度指数）パラメータを加えて列挙している。
【0036】
【表2】
【0037】
特定の実施形態においては、散乱損失を最小にすべく屈折率をカプセル材料に一致させるように、Ｎｄ−Ｆ材料またはＮｄ−Ｆ−Ｏ材料あるいはＮｄ−Ｘ−Ｆ材料を選択することができる。或るＮｄ−Ｆ材料（例えば、フッ化ネオジム）を他のＮｄ−Ｘ−Ｆ材料（例えば、オキシフッ化ネオジム）と混合することも可能である。Ｎｄ−Ｘ−Ｆ化合物における元素「Ｘ」を、スペクトルを「Ｒ９曲線」により良好に一致させるために、５８０ｎｍ付近の領域における吸収を調整するように選択することができる。
【0038】
いくつかの実施形態においては、Ｎｄ−Ｆ材料（本明細書に記載されるすべてのＮｄ−Ｘ−Ｆ材料を広く包含する）を、蛍光体などの１つ以上の発光材料と一緒にカプセル材料へと配合することができる。例えば、Ｎｄ−Ｆ色フィルタリング材料を、黄緑色の蛍光体および／または赤色の蛍光体と混合することができる。例えば、Ｎｄ−Ｆ材料を、ＣｅドープＹＡＧ蛍光体および／またはＥｕ２＋ドープＣａＡｌＳｉＮ赤色蛍光体などの従来からの赤色チッ化物蛍光体と混合することができる。別の例では、Ｎｄ−Ｆ−Ｏ材料を、青色に発光するＮＩＣＨＩＡ ７５７ ＬＥＤを包むシリコーンにおいてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体および赤色チッ化物蛍光体と混合することができる。ミー散乱理論ゆえに、Ｎｄ−Ｆ−Ｏを加えることによって、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体および赤色チッ化物蛍光体からの発光を強めることができる。
【0039】
さらなる実施形態によれば、Ｎｄ−Ｆ−Ｏ化合物は、所望の色フィルタリング効果をもたらし、ＬＥＤ光装置の他の出力光パラメータを改善するために、フッ素および酸素をさまざまな含有量／組成にて含むことができ、したがって比Ｆ／Ｏの変更に相当するさまざまなｘおよびｙを有するＮｄＦｘＯｙ化合物と一般的に表すことが可能である。さまざまなｘおよびｙならびにそれらの比ｘ／ｙを有するＮｄＦｘＯｙ化合物のいくつかの典型的な製造方法が、以下に記載される。
【0040】
例えば、ＮｄＦｘＯｙ化合物を、図６に示される典型的な固体反応プロセス／方法６０（乾式プロセス）によって調製することができる。この方法によれば、ＮｄＦｘＯｙを、ステップ６２においてＮｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３粉末材料を所定の重量比で混合し、次いでステップ６４において、混合した材料の焼成／焼結を窒素（Ｎ２）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスの保護雰囲気下で高温（８００℃よりも高い）にて行うことで、所望の固体ＮｄＦｘＯｙ材料を形成することによって調製することができる。この方法によれば、Ｎｄ２Ｏ３およびＮｄＦ３粉末材料の所定の重量比が、形成されるＮｄＦｘＯｙ材料における比Ｆ／Ｏ（または、ｘ／ｙ）を決定することができる。例えば、Ｎｄ２Ｏ３とＮｄＦ３との重量比が８０％対２０％である場合、得られるＮｄ−Ｆ−Ｏ材料は、ＮｄＦ０．３３Ｏ１．３３という組成を有することができる。さらなるステップ６６，６８を使用して、さまざまな粒子サイズの提供／調整のための粉砕（ステップ６６）、および例えば振動式篩を用いて所定の粒子サイズを有する粒子を選択するメッシュスクリーンによる篩い分け（ステップ６８）を含むさらなる処理が可能である。
【0041】
あるいは、ＦおよびＯ（あるいは、ｘおよびｙでも同じ）を所望の濃度／比にて有するＮｄＦｘＯｙ材料を、図７に示されるように、Ｎｄ２Ｏ３出発材料から典型的な湿式化学プロセス／方法７０を使用して調製することができる。ステップ７２において、（例えば、粉末の形態の）Ｎｄ２Ｏ３材料を、塩酸（ＨＣｌ）などのハロゲン化水素酸に溶解させることができる。次いで、ステップ７４において、溶解したＮｄ２Ｏ３をＮＨ４ＨＣＯ３などの塩でさらに沈殿させて、沈殿した（固体の）塩を形成することができる。所望のＮｄＦｘＯｙ材料の形成を、ステップ７６において、沈殿した塩を流動するフッ素ガス（Ｆ２）またはフッ化水素酸（ＨＦ）と反応させることによるフッ素化プロセスを用いて、実行することができる。形成されるＮｄＦｘＯｙ材料における所望のＦおよびＯの含有量ならびに／あるいはＦ／Ｏ比（ｘ、ｙ、およびｘ／ｙ比に相当）を、Ｆ２の流量の調整またはＨＦ酸の濃度の変更によってもたらすことができ、さらには温度、反応時間、などを調整することによってもたらすことができる。プロセス７０は、通常は、形成されたＮｄＦｘＯｙ材料の洗浄および乾燥（ステップ７８）によって終了する。
【0042】
図７のプロセス７０が、改変可能であり、ステップ７４を省略でき、ステップ７６を、ハロゲン化水素酸に溶解したＮｄ２Ｏ３をＨＦ酸で沈殿させることによって実行できることに、留意されたい。図６または図７に示したステップの正確な順序または順番は、必須ではなく、原則として、種々のステップを、例示した順序以外の順序で実行してもよいことに、留意されたい。また、特定のステップを省略してもよく、別のステップの追加または別のステップによる置き換えが可能であり、あるいは選択されたステップまたはステップのグループを、本明細書に記載の実施形態に従って別の用途において実行することが可能である。
【0043】
図６および図７に示した方法を用いて製造されたＮｄＦｘＯｙ化合物は、単結晶相を有することができるが、結晶構造／結晶系は、種々のＦ／Ｏ比を有するＮｄＦｘＯｙ材料についてＸ線回折（ＸＲＤ）結果を示している図８に示されるように、異なるＦ／Ｏ比を有するＮｄＦｘＯｙ化合物について異なってもよい。曲線８０は、六方晶の結晶相構造を有するＮｄＦ３（酸素を有していない）に対応する。曲線８２は、正方晶の結晶相構造を有する８５／１５のＦ／Ｏ比を有するＮｄＦｘＯｙに対応する。曲線８４は、六方晶の結晶相構造を有する５５／４５のＦ／Ｏ比を有するＮｄＦｘＯｙに対応する。曲線８６は、菱面体晶の結晶相構造を有する６５／３５のＦ／Ｏ比を有するＮｄＦｘＯｙに対応する。
【0044】
図９は、波長の関数として、曲線９０によって表されるオキシフッ化ネオジムＮｄＦ０．３３Ｏ１．３３（８０％の酸化ネオジムＮｄ２Ｏ３および２０％のフッ化ネオジムＮｄＦ３で構成）の可視スペクトルにおける吸収（反射法により測定）を、曲線９４によって表される酸化ネオジムＮｄ２Ｏ３および曲線９２によって表されるフッ化ネオジムＮｄＦ３の吸収と比較するグラフである（すべての試料は、粉末試料である）。それぞれの材料が、とりわけ黄色領域の周囲（例えば、約５６０ｎｍ〜約６１０ｎｍ）において、多数の同じ吸収の特徴を共有していることが明らかである。（ＮｄＦ０．３３Ｏ１．３３についての）曲線９０が、５８９ｎｍ付近に吸収ピークを有する一方で、（ＮｄＦ３についての）曲線９２の吸収ピークは、青緑色領域に向かって赤方移動しており、ＬＥＤにて生成されてＮｄＦ３化合物を含むフィルタによってフィルタリングされた光について、ＣＣＴの低下およびより白い外観を生じさせる可能性がある。さらに、（Ｎｄ２Ｏ３についての）曲線９４の吸収ピークは、約６１０ｎｍに向かって移動し、ＬＥＤにて生成されてＮｄ２Ｏ３化合物を含むフィルタによってフィルタリングされた光について、より白い外観およびＲ９の向上を生じさせる可能性がある。
【0045】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、ＦとＯとの比がさまざまであるＮｄＦｘＯｙおよびフッ化ネオジムＮｄＦ３について、可視スペクトルにおける吸収（反射技術によって測定）を比較する典型的なグラフである。
【0046】
図１０Ａは、種々のＦ／Ｏ比のＮｄＦｘＯｙおよびＮｄＦ３の粉末材料について、吸収スペクトル測定（反射技術を使用）の結果を示している。曲線１００は、５７９ｎｍに吸収ピークを有するＮｄＦ３についての曲線である。曲線１０２は、Ｆ／Ｏ比が８５／１５であり、５８３ｎｍに吸収ピークを有しているＮｄＦｘＯｙについての曲線である。曲線１０４は、Ｆ／Ｏ比が６５／３５であり、５８７ｎｍに吸収ピークを有しているＮｄＦｘＯｙについての曲線である。曲線１０６は、Ｆ／Ｏ比が５５／４５であり、６０１ｎｍに吸収ピークを有しているＮｄＦｘＯｙについての曲線である。これらの結果は、ＮｄＦ３の吸収ピークからの酸素含有量の増加につれてのＮｄＦｘＯｙの吸収ピークの緩やかな赤方移動１０６を示している。
【0047】
図１０Ｂは、種々のＦ／Ｏ比のＮｄＦｘＯｙおよびＮｄＦ３でドープされたプラスチック材料について、吸収スペクトル測定（反射技術を使用）の結果を示している。曲線１０１は、５７９ｎｍに吸収ピークを有するＮｄＦ３についての曲線である。曲線１０３は、Ｆ／Ｏ比が６５／３５であり、５８９ｎｍに吸収ピークを有しているＮｄＦｘＯｙについての曲線である。曲線１０５は、Ｆ／Ｏ比が５５／４５であり、６００ｎｍに吸収ピークを有しているＮｄＦｘＯｙについての曲線である。これらの結果は、ＮｄＦ３の吸収ピークからの酸素含有量の増加につれてのＮｄＦｘＯｙの吸収ピークの（図１０Ａと）同様の緩やかな赤方移動１０７を示している。
【0048】
下記の表３が、基本のＬＥＤ（ＮＩＣＨＩＡ ＮＦ２Ｌ７５７Ｄｖ１中出力ＬＥＤ）を使用し、ＮｄＦｘＯｙ（Ｆ／Ｏ比は６５／３５）によるドープあり、ＮｄＦ３によるドープあり、およびドープなしのプラスチック材料（ＴＥＩＪＩＮ ２２５０ポリカーボネートプラスチック材料）を用いたフィルタリング出力光を有するＬＥＤの性能の概要を示している。結果は、出力光がＮｄＦｘＯｙでドープされたプラスチック材料によってフィルタリングされるＬＥＤについて、ＣＣＴが３０１８℃（基本のＬＥＤ）から３０７９℃へと向上し、ＣＲＩが８２（基本のＬＥＤ）から９４へと向上し、Ｒ９（赤色チップの演色評価値）が１６から８９へと向上するなど、性能の顕著な向上／改善を示している。出力光がＮｄＦ３でドープされたプラスチック材料によってフィルタリングされるＬＥＤの性能も、或る程度の小さな改善（例えば、ＣＲＩが８９．８に向上し、Ｒ９が３４に向上している）を示しているが、ＮｄＦｘＯｙでドープされたプラスチック材料と比べて顕著でない。また、ＮｄＦ３でドープされたプラスチック材料においては、ＣＣＴが基本のＬＥＤの３０１８℃から２８４５℃に低下している。
【0049】
【表3】
【0050】
図１１Ａに示される一実施形態によれば、ポリマー複合層（カプセル化合物）１１４Ａは、本明細書に記載の種々の実施形態に従い、好ましい可視光吸収／生成特性を付与するために、蛍光体と混合されたＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物を含むことができる。この化合物層１１４Ａを、ＬＥＤチップ１１５の表面に直接配置し、放射に関してチップに結合させることができる。「放射に関して結合」は、ＬＥＤチップからの放射線が蛍光体へと伝わり、蛍光体が異なる波長の放射線を放出することを意味する。特定の実施形態において、ＬＥＤチップ１１５は青色ＬＥＤであってよく、ポリマー複合層は、Ｎｄ−Ｆとセリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（すなわち、Ｃｅ：ＹＡＧ）などの黄緑色蛍光体との混合物を含むことができる。ＬＥＤチップによって発せられた青色光は、ポリマー複合層の蛍光体によって発せられる黄緑色光と混ざり合い、正味の発光は、Ｎｄ−Ｆによってフィルタリングされた白色光として現れる。したがって、ＬＥＤチップ１１５は、カプセル材料層１１４Ａによって囲まれてよい。カプセル材料は、低温ガラス、熱可塑性または熱硬化性ポリマーまたは樹脂、あるいはシリコーンまたはエポキシ樹脂であってよい。ＬＥＤチップ１１５およびカプセル材料層１１４Ａは、シェル（ドーム１１２によって制限される）内に包まれてもよい。あるいは、ＬＥＤ装置１１０Ａは、カプセル材料層１１４Ａのみを含み、外側のシェル／ドーム１１２を含まなくてもよい。さらに、散乱粒子をカプセル材料に埋め込んでもよい。散乱粒子は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、またはチタニア（ＴｉＯ２）であってよい。散乱粒子は、ＬＥＤチップから発せられる指向性の光を、好ましくは無視できる程度の吸収量にて、効果的に散乱させることができる。
【0051】
ＬＥＤチップの表面上にＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙを含むポリマー複合層を形成するために、粒子を、ポリマーまたはポリマー前駆体、とくにはシリコーンまたはシリコーンエポキシ樹脂あるいはその前駆体に、分散させることができる。このような材料は、ＬＥＤのパッケージングにおいて周知である。分散混合物は、任意の適切なプロセスによってチップ上に塗布され、より大きい密度または粒子サイズ、あるいはより大きい密度およびより大きい粒子サイズを有する粒子が、ＬＥＤチップに近接する領域に優先的に沈降し、傾斜組成を有する層を形成する。沈降は、ポリマーまたは前駆体の塗布または硬化の最中に生じることができ、技術的に公知のとおり、遠心プロセスによって促進することができる。例えば粒子の密度およびサイズならびにプロセスパラメータなど、蛍光体およびＮｄ−Ｆ（例えば、Ｎｄ−Ｘ−Ｆおよび／またはＮｄＦｘＯｙ）の分散のパラメータを、蛍光体成分によって生成される光についてＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物による適切なフィルタリングをもたらすために、Ｎｄ−Ｆ（例えば、Ｎｄ−Ｘ−Ｆおよび／またはＮｄＦｘＯｙ）化合物よりも蛍光体材料の方がＬＥＤチップ１１５の近くに位置するように選択できることに、さらに留意されたい。
【0052】
図１１Ｂに示される別の典型的な実施形態においては、蛍光体層１１４Ｂが、従来からのやり方で製造されるカプセル材料層であってよく、Ｎｄ−Ｆ（例えば、Ｎｄ−Ｘ−Ｆおよび／またはＮｄＦｘＯｙ）化合物を有する別のカプセル材料層１１８Ｂを、例えばポリマーまたはポリマー前駆体における適切な従来からの堆積／粒子分散技術を使用して、蛍光体層１１４Ｂの上に堆積させることができる。
【0053】
図１１Ｃに示されるさらなる典型的な実施形態においては、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ複合層１１８Ｃでドーム（シェル）１１２の外面をコーティングすることができる。コーティング層１１８Ｃの働きは、図１１ＢのＮｄ−Ｆ（例えば、Ｎｄ−Ｘ−Ｆおよび／またはＮｄＦｘＯｙ）化合物を有するカプセル材料層１１８Ｂの働きと同様である。あるいは、図１１Ｃにおけるコーティング１１８Ｃを、ドーム１１２の内面に堆積させることができる。ドーム／基材のコーティングに関するさらなる実施の詳細は、図１２〜図１５を参照して論じられる。ドーム１１２自体は、透明または半透明であってよいことに、留意されたい。
【0054】
またさらなる典型的な実施形態においては、図１１Ｄに示されるように、ドーム（シェル）１１２を、ドーム１１２の外面のＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ複合層／コーティング１１８Ｄ、ならびにドーム１１２の内面の蛍光体コーティング層１１４Ｄの両方を堆積させるために使用することができる。この手法について、さまざまな変種が存在し得ることに、さらに留意されたい。例えば、コーティング１１４Ｄおよび１１８Ｄの両方を、ドーム１１２の一方の表面（外面または内面）に、コーティング１１８Ｄよりも蛍光体コーティング１１４Ｄの方がＬＥＤチップ１１５の近くに位置するように堆積させることができる。また、コーティング１１４Ｄおよび１１８Ｄ（ドーム１１２の一方の表面に堆積させられる場合）を、図１１Ａのカプセル化合物層１１４Ａと同様の１つの層に組み合わせることができる。図１１Ｄに示した例の種々の変種を実現するために、ドーム１１２自体を透明、半透明、または半透過性にできることに、留意されたい。
【0055】
所望の色フィルタ効果を生じさせるＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物を含むコーティングを使用するＬＥＤ系照明装置のいくつかの例（ただし、これらに限られるわけではない）を、以下に示す。
【0056】
図１２が、本発明の一実施形態によるエリア照明用途に適したＬＥＤ系照明装置である。ＬＥＤ系照明装置（「照明ユニット」または「ランプ」とも呼ばれることもある）は、ほぼ全方向の照明能力をもたらすように構成されたＬＥＤランプ１２０である。図１２に示されるように、ＬＥＤランプ１２０は、電球１２２と、コネクタ１２４と、電球１２２とコネクタ１２４との間の基部１２６と、電球１２２の外面上のコーティング１２８とを含む。コーティング１２８は、本明細書に記載のＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物を含む。他の実施形態においては、電球１２２を、他の透明または半透明基材によって置き換えることができる。あるいは、コーティング１２８で、透明または半透明であってよい電球１２２の内面を覆うことができる。
【0057】
図１３が、本発明のさらなる実施形態によるＬＥＤ系照明装置１３０である。図１３に示されるように、ＬＥＤ系照明装置は、天井ランプ１３０（ＬＥＤチップは図示されていない）である。天井ランプ１３０は、半球形の基材１３２と、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物を含むコーティング１３８とを含み、コーティング１３８は、半球形の基材１３２の内面に位置する。あるいは、コーティング１３８で、透明または半透明であってよい半球形の基材１３２の外面を覆うことができる。
【0058】
図１４が、本発明のさらなる実施形態によるＬＥＤ系照明装置である。図１４に示されるように、ＬＥＤ系照明装置は、レンズ１４０であり、レンズ１４０は、平坦な基材１４２を含む。この実施形態において、平坦な基材１４２は、その外面にＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物のコーティング（図示せず）を含む。
【0059】
図１５が、本発明のさらなる一実施形態によるＬＥＤ系照明装置１５０である。ＬＥＤ系照明装置１５０は、電球（ドーム）１５２と、少なくとも１つのＬＥＤチップ１５５と、反射性基材１５６とを含む。反射性基材１５６は、ＬＥＤチップ１５５によって生成された可視光を反射させるように構成される。本明細書に記載の実施形態において、反射性基材１５６は、その外面に、所望のフィルタリングを提供するために、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物のコーティング（図示せず）を含む。図１５においては、ドーム（１５２）を拡散材料で構成することで、ＬＥＤからの光のうちの特定の量を通過させ、特定の量を再び空洞へと反射させることができる（これらの量は、ドーム材料の拡散性の程度に依存する）。反射光は、ドーム１５２の拡散性に応じて、鏡面反射または拡散反射させられる。ドーム１５２からのこれらの拡散および／または鏡面反射は、本明細書に記載の実施形態のうちの１つに従ってコーティングされた反射性基材１５６に入射する。あるいは、ドーム１５２を半反射性の広帯域材料で構成して、同じ機能をもたらすことができる。
【0060】
Ｎｄ３＋イオンおよびＦ−イオンを含む化合物を含む本明細書に記載のコーティング材料は、光学散乱（拡散）効果をほとんど有さなくてもよく、あるいはコーティング材料を通過する光に大きな光学散乱を引き起こしてもよい。散乱角度を大きくするために、コーティングは、有機または無機材料の個別の粒子を含むことができる。あるいは、有機または無機材料は、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物の個別の粒子（例えば、一部または全体がＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物で形成される）だけで構成されてよく、さらには／あるいはＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物の個別の粒子（例えば、一部または全体がＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物で形成される）と少なくとも１つの他の異なる材料で形成された粒子との混合物で構成されてよい。
【0061】
一実施形態において、有機または無機材料の適切な粒子サイズは、約１ｎｍ〜約１０ミクロンであってよい。図１２に示したＬＥＤランプ１２０において、ＬＥＤランプ１２０が全方向の照明を達成できるように散乱角度を最大化するために、粒子サイズを、レイリー散乱の効率を最大化すべく３００ｎｍよりもはるかに小さくなるように選択することができる。
【0062】
限定を意図するものではないが、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物のコーティングは、例えば、スプレーコーティング、ローラコーティング、メニスカスもしくは浸漬コーティング、スタンピング、スクリーン印刷、ディスペンシング、ローリング、はけ塗り、接着、静電塗装、または均一な厚さのコーティングをもたらすことができる任意の他の方法によって適用することができる。以下で、基材上にＮｄ−Ｆおよび／またはＮｄ−Ｘ−Ｆ化合物のコーティングをもたらす方法の３つの例（ただし、これらに限られるわけではない）を説明する。
【0063】
一実施形態においては、図１２に示されるように、接着法によって電球１２２をコーティング１２８で覆うことができる。ＬＥＤランプ１２０は、電球１２２とコーティング１２８との間に接着層（図示せず）を含むことができ、接着層は、有機接着剤または無機接着剤を含むことができる。有機接着剤は、エポキシ樹脂、有機シリコーン接着剤、アクリル樹脂、などを含むことができる。無機接着剤は、ケイ酸塩無機接着剤、硫酸塩接着剤、リン酸塩接着剤、酸化物接着剤、ホウ酸塩接着剤、などを含むことができる。
【0064】
別の実施形態においては、図１２に示されるように、スプレーコーティング法によって電球１２２の外面をコーティング１２８で覆うことができる。まず、例えばＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物と、二酸化シリコーンと、ＤＩＳＰＥＸ Ａ４０などの分散剤と、水と、随意によるＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３とを含む液体混合物が形成される。続いて、形成された液体混合物が、電球１２２へと噴霧される。最後に、電球１２２が養生され、コーティングされたＬＥＤランプ１２０が得られる。
【0065】
一実施形態においては、図１２に示されるように、静電塗装法によって電球１２２の外面をコーティング１２８で覆うことができる。まず、例えばＮｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物と、ＳｉＯ２と、Ａｌ２Ｏ３とからなる帯電粉末が製造される。続いて、粉末が、逆極性に帯電させた電球１２２へとコーティングされる。
【0066】
本発明の別の実施形態において、スプレーコーティング法および静電塗装法の両方は、有機溶媒または有機化合物を含まない材料を使用することができ、これにより、ＬＥＤ光装置の耐用年数を延ばし、スルホン化によって典型的に引き起こされる変退色を回避することができる。
【0067】
さらなる実施形態において、コーティングにおけるＮｄＦ３または別のＮｄ３＋イオン源（例えば、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物を使用する）の重量パーセントは、１％〜約２０％の間であってよい。１つの特定の実施形態において、コーティングにおけるＮｄＦ３または別のＮｄ３＋イオン源の重量パーセントは、約１％〜約１０％の範囲にあってよい。他の実施形態において、コーティングは、光の屈折を促進して白色の反射性の外観を得るために、Ｎｄ−Ｆ、Ｎｄ−Ｘ−Ｆ、および／またはＮｄＦｘＯｙ化合物よりも屈折率の大きい添加剤をさらに含んでもよい。添加剤は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの金属酸化物または非金属酸化物から選択することができる。
【0068】
とくに明記しない限り、本明細書で使用される技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。本明細書において使用されるとき、「第１の」、「第２の」、などの用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味するものではなく、むしろ或る要素と別の要素とを区別するために使用される。また、単数形での記述（「１つの（ａ、ａｎ）」）は、量の限定を意味するものではなく、むしろそこで言及される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。本明細書における「・・・を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「・・・を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「・・・を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、ならびにこれらの変種の使用は、そこに列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を包含することを意味する。用語「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」および「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、直接的であるか間接的であるかを問わず、電気的および光学的な接続または結合を含むことができる。
【0069】
さらに、当業者であれば、異なる実施形態からのさまざまな特徴を相互に交換できることを、理解できるであろう。当業者であれば、上述した種々の特徴ならびに各特徴の他の公知の均等物を混ぜ合わせて組み合わせ、本開示の原理に従うさらなるシステムおよび技術を構築することが可能である。
【0070】
特許請求される装置の選択肢としての実施形態の説明において、分かり易くするために、具体的な専門用語を使用した。しかしながら、本発明は、そのように選択された具体的な専門用語に限定されない。したがって、各々の具体的な要素が、同様のやり方で動作して同様の機能を実現するすべての技術的等価物を含むことを、理解すべきである。
【0071】
以上の説明が、例示を意図しており、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の技術的範囲を限定しようとするものではないことを、理解すべきである。他の実施形態が、以下の特許請求の範囲の技術的範囲に含まれる。
【0072】
本明細書に記載されて特許請求される種々の実施形態（ただし、これらに限られるわけではない）を、具体的な用途に合わせ、個別に使用しても、組み合わせても、あるいは選択的に組み合わせてもよいことに、注意すべきである。
【0073】
さらに、上記の実施形態（ただし、これらに限られるわけではない）の種々の特徴のいくつかを、他の記載される特徴を対応して使用しなくても、好都合に使用することが可能である。したがって、前述の説明は、本発明の原理、教示、および典型的な実施形態の単なる例示と考えられるべきであり、本発明を限定するものではないと考えられるべきである。
【符号の説明】
【0074】
１０ ＬＥＤ系照明装置１２ 外囲器
１４ ねじ込み式基部コネクタ
１６ 基部
２０ 曲線
２２ 曲線
３０ 曲線
３２ 曲線
４０ 曲線
４２ 曲線
５０ 曲線
５２ 曲線、スペクトル
７０ プロセス
８０ 曲線
８２ 曲線
８４ 曲線
８６ 曲線
９０ 曲線
９２ 曲線
９４ 曲線
１００ 曲線
１０１ 曲線
１０２ 曲線
１０３ 曲線
１０４ 曲線
１０５ 曲線
１０６ 曲線、赤方移動
１０７ 赤方移動
１１０Ａ ＬＥＤ系照明装置、ＬＥＤ装置
１１０Ｂ ＬＥＤ系照明装置
１１０Ｃ ＬＥＤ系照明装置
１１０Ｄ ＬＥＤ系照明装置
１１２ ドーム
１１４Ａ カプセル材料層、カプセル化合物層
１１４Ｂ 蛍光体層
１１４Ｄ 蛍光体層、蛍光体コーティング、蛍光体コーティング層
１１５ ＬＥＤチップ
１１６ プリント回路基板
１１８Ｂ カプセル材料層
１１８Ｃ ＮｄＦｘＯｙ複合層、コーティング、コーティング層
１１８Ｄ ＮｄＦｘＯｙ複合層、コーティング
１２０ ＬＥＤランプ
１２２ 電球
１２４ コネクタ
１２６ 基部
１２８ コーティング
１３０ 天井ランプ、ＬＥＤ系照明装置
１３２ 基材
１３８ コーティング
１４０ レンズ
１４２ 平坦な基材
１５０ ＬＥＤ系照明装置
１５２ 電球、ドーム
１５４ コネクタ
１５５ ＬＥＤチップ
１５６ 反射性基材