▶ フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2024-06-11
(45)【発行日】2024-06-19
(54)【発明の名称】白色発光デバイス
(51)【国際特許分類】
H01L 33/50 20100101AFI20240612BHJP
F21K 9/232 20160101ALI20240612BHJP
F21V 9/38 20180101ALI20240612BHJP
F21V 3/12 20180101ALI20240612BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20240612BHJP
【ＦＩ】
H01L33/50
F21K9/232 100
F21V9/38
F21V3/12
F21Y115:10 300
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2023172525
(22)【出願日】2023-10-04
(62)【分割の表示】P 2023512274の分割
【原出願日】2022-07-20
(65)【公開番号】P2023175911
(43)【公開日】2023-12-12
【審査請求日】2023-10-12
(31)【優先権主張番号】PCT/CN2021/108760
(32)【優先日】2021-07-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】21195650.3
(32)【優先日】2021-09-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】516043960
【氏名又は名称】シグニファイ ホールディング ビー ヴィ
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＧＮＩＦＹ ＨＯＬＤＩＮＧ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ４８，５６５６ ＡＥ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100163821
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 沙希子
(72)【発明者】
【氏名】ウー ツング チン
(72)【発明者】
【氏名】フー シャオ イエ
(72)【発明者】
【氏名】ワン シュー ルー
(72)【発明者】
【氏名】チェン ソンフイ
(72)【発明者】
【氏名】シェン モー
【審査官】山崎 晶
(56)【参考文献】
【文献】特許第６３７６２２５（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特表２０２２－５２７０５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／５０
Ｆ２１Ｋ ９／２３２
Ｆ２１Ｖ ９／３８
Ｆ２１Ｖ ３／１２
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
白色発光デバイスであって、基材と、
前記基材上に実装され、４４５ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内のドミナント波長を有する少なくとも１列の青色ＬＥＤチップと、
蛍光体材料組成物であって、
５２０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する黄緑色蛍光体材料と、
６２５ｎｍ～６３５ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する狭帯域赤色蛍光体材料と、を含む蛍光体材料組成物と、を備え、
前記蛍光体材料組成物が、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合に３３～４９重量％の量の、又は２７００～３５００Ｋ ＣＣＴの場合に６０～７０重量％の量の前記狭帯域赤色蛍光体材料を含み、
前記白色発光デバイスが、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において白色光出力を生成するように適合されている、
基材及び１列の青色ＬＥＤチップはＬＥＤフィラメントとして構成され、青色ＬＥＤチップサイズは０．１８ｍｍ２～０．３０ｍｍ２の範囲内であり、２つ又は３つの電極が前記白色発光デバイスの基材上に入り組んだ電極トラックとして配置されている、
白色発光デバイス。
【請求項2】
前記青色ＬＥＤチップ入力電流密度が、２０～３０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記蛍光体材料組成物が、５０００Ｋ～６５００ＫのＣＣＴの場合に３３～４３重量％の量の前記狭帯域赤色蛍光体材料を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項4】
前記蛍光体材料組成物が、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合に４４～７４重量％の、又は２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合に２２～４５重量％の量の前記黄緑色蛍光体材料を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項5】
前記蛍光体材料組成物が、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合、５１～６７重量％の量の前記黄緑色蛍光体材料、及び３３～４９重量％の量の前記狭帯域赤色蛍光体材料を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項6】
２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合、前記蛍光体材料組成物が、広域スペクトル赤色蛍光体材料を更に含み、２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合、前記蛍光体材料組成物が、
１～４重量％の量の前記広域スペクトル赤色蛍光体材料、
３０～３５重量％の量の前記黄緑色蛍光体材料、及び
６４～６７重量％の量の前記狭帯域赤色蛍光体材料を含む、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項7】
白色発光デバイスであって、基材と、
前記基材上に実装され、４４５ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内のドミナント波長を有する少なくとも１列の青色ＬＥＤチップと、
蛍光体材料組成物であって、
５２０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する黄緑色蛍光体材料と、
６２５ｎｍ～６３５ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する狭帯域赤色蛍光体材料と、を含む蛍光体材料組成物と、を備え、
前記デバイスが、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において白色光出力を生成するように適合されており、ＡＮＳＩ規格Ｃ７８．３７７の付属書類Ａの７－Ｓｔｅｐ Ｑｕａｄｒａｎｇｌｅｓに定義されるＳＳＬ製品の色度仕様に関する前記白色光出力のカラーポイント（ｘ，ｙ）が、
０．３００＜ｘ＜０．５００、かつ
－２．３１７２ｘ２＋２．３６５３ｘ－０．１７０＜ｙ＜－２．３１７２ｘ２＋２．３６５３ｘ－０．１４６の範囲内であり、
ここで、ｘ及びｙが、ＣＩＥ１９３１の色図による色度座標であり、
前記白色発光デバイスが、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度で白色光出力を生成するように適合されている、
基材及び１列の青色ＬＥＤチップはＬＥＤフィラメントとして構成され、青色ＬＥＤチップサイズは０．１８ｍｍ２～０．３０ｍｍ２の範囲内であり、２つ又は３つの電極が前記白色発光デバイスの基材上に入り組んだ電極トラックとして配置されている、
白色発光デバイス。
【請求項8】
前記白色光出力の前記カラーポイント範囲が、黒体軌跡の上方で、前記黒体軌跡に対して少なくとも５ＳＤＣＭ、好ましくは少なくとも７ＳＤＣＭ、より好ましくは少なくとも９ＳＤＣＭ、最も好ましくは少なくとも１０ＳＤＣＭの距離にある、請求項７に記載のデバイス。
【請求項9】
前記デバイスが、１５～４０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内、好ましくは２０～３０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において少なくとも２３０ｌｍ／Ｗの効率で白色光出力を生成するように適合されている、請求項７又は８に記載のデバイス。
【請求項10】
前記白色光出力のｃｃｙ位置が、黒体曲線よりも０．０２～０．０３高い範囲内にある、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項11】
前記黄緑色蛍光体材料が、ＹＡＧ、ＧａＹＡＧ又はＬｕＹＡＧを含み、前記狭帯域赤色蛍光体材料が、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項12】
４０００Ｋ～６５００ＫのＣＣＴの場合、４８０ｎｍ～６００ｎｍの累積スペクトル強度比が、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの全白色スペクトルの５０％よりも高く、２７００Ｋ～３５００ＫのＣＣＴの場合、４８０ｎｍ～６００ｎｍの累積スペクトル強度比が、前記全白色スペクトルの４５％よりも高い、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項13】
前記青色ＬＥＤチップ同士の距離が、０．４ｍｍ以上である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明及び表示デバイスの分野に関する。より詳細に、本発明は、白色発光デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来の白熱電球及び／又は蛍光灯の代替品として、照明及び表示デバイスにおいて広く知られている。高い色純度の白色光を高効率で生成することが望ましい。
【0003】
ＬＥＤから白色光を生成するための２つの主要な手法がある。第１は、異なる強度で異なる発光色を有する複数のＬＥＤの組み合わせを使用することである。例えば、青色、赤色及び緑色発光ＬＥＤは、白色光を生成するために組み合わせることができる。しかし、この手法に伴う問題は、コンポーネントＬＥＤのスペクトルパワー分布が比較的狭い場合があること、すなわち、約１０～３０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する場合があることである。したがって、高い効率を得ることが困難となり得る波長範囲、例えば５８０ｎｍが存在する。
【0004】
他の主要な手法は、蛍光体などの波長変換材料と組み合わせて（特定の波長で発光する）単色ＬＥＤを使用することである。このようにして、波長変換材料は、ＬＥＤからの特定の波長の光を吸収し、異なる波長、通常はより長い波長（すなわち、より低いエネルギー）の光を放出する。例えば、青色ＬＥＤが黄緑色蛍光体と共に使用され得る。しかし、現在、この方法を使用して達成される効率には限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
典型的な白色発光デバイスは、１５０～２００ｌｍ／Ｗの範囲内の効率を有し、これらの効率を達成するために必要とされるＬＥＤチップの電流密度は、比較的高い（典型的に、０．２～０．５Ａ／ｍｍ２）。したがって、上述の問題に悩まされない、ＬＥＤを使用する高効率の白色発光デバイスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
このことに照らして、特許請求の範囲による効率的な白色発光デバイスが提供される。本発明の第１の態様において、白色発光デバイスであって、基材と、基材上に実装され、４４５ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内のドミナント波長を有する少なくとも１列の青色ＬＥＤチップと、蛍光体材料組成物であって、５２０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する黄緑色蛍光体材料と、６２５ｎｍ～６３５ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する狭帯域赤色蛍光体材料と、を含む蛍光体材料組成物と、を備え、蛍光体材料組成物が、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合に３３～４９重量％の量の、又は２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合に６０～７０重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含み、デバイスが、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内、好ましくは１５～４０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内、より好ましくは２０～３０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において少なくとも２３０ｌｍ／Ｗの効率で白色光出力を生成するように適合されている、白色発光デバイスが提供される。
【0007】
デバイスの実施形態は、低いＬＥＤ入力電流密度における高い効率を有する。したがって、これは、一般的な照明用途に必要とされる光色を提供するとともに、既存のＬＥＤ（１５０～２００ｌｍ／Ｗ）よりも著しく効率的である白色ＬＥＤを提供する。例えば、効率は、２３０ｌｍ／Ｗ～２３５ｌｍ／Ｗ、例えば、２３０、２３１、２３２、２３３、２３４又は２３５ｌｍ／Ｗであることができる。以下に記載されるように、実施形態は、特定の電流密度の適用によってより効率的である青色ＬＥＤチップの使用による、この改善をもたらし、（例えば、光の波長を修正するように青色ＬＥＤチップを覆う）波長変換蛍光体材料中の列挙された狭帯域赤色蛍光体量の使用による、白色スペクトル効率の改善をもたらす。
【0008】
白色ＬＥＤデバイスの効率（Ｌｍ／Ｗ白色）に関連する主要な成分は、以下の式に示される。
Ｌｍ／Ｗ白色＝ＷＰＥ青色チップ×ＣＥ蛍光体×ＰＥ白色（１）
ＷＰＥ青色チップは、壁プラグ効率であり、
ＣＥ蛍光体は、蛍光体変換効率であり、
ＰＥ白色はパッケージ効率である。
Ｌｍ／Ｗ白色＝ＷＰＥ青色チップ×ＣＥ蛍光体×ＰＥ白色（１）
ＷＰＥ青色チップは、壁プラグ効率であり、
ＣＥ蛍光体は、蛍光体変換効率であり、
ＰＥ白色はパッケージ効率である。
【0009】
デバイスの効率は、ルーメン／ワットで測定され、標準的なＬＥＤ測光技術によって計算することができる。
【0010】
式（１）において上述された白色ＬＥＤデバイスの効率の第１及び第２の成分を参照すると、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の低電流密度における青色ＬＥＤチップと、異なるＣＣＴ範囲の場合に特定の重量百分率の狭帯域赤色蛍光体を含む蛍光体材料組成物との組み合わせは、このデバイスにおける少なくとも２３０ｌｍ／Ｗの高効率に寄与する。狭帯域赤色蛍光体材料の特定の重量百分率は、黄緑色蛍光体材料に対する狭帯域赤色蛍光体材料の比を決定するので重要である。デバイスから放出される白色光は、青色ＬＥＤチップと蛍光体材料との相互作用による異なる着色成分で構成される。狭帯域赤色蛍光体材料を特定の重量百分率で採用することにより、蛍光体材料組成物は、白色発光の改善されたデバイス効率をもたらすことが見出されている。
【0011】
狭帯域赤色蛍光体材料は、６２５ｎｍ～６３５ｎｍのピーク発光波長範囲内で１０ｎｍ以下のＦＷＨＭを有することができる。蛍光体変換効率は、典型的に、緑色／黄緑色蛍光体と比較して、広域赤色エミッタ蛍光体（すなわち、狭帯域赤色蛍光体よりも広いスペクトル発光プロファイルを有する蛍光体）の場合により低い。狭帯域赤色帯域蛍光体の狭いスペクトルプロファイルは、高い演色評価数（ＣＲＩ）を維持すると同時に、赤色スペクトルの効率損失を低減するのに役立つ。ＣＲＩは、色純度の尺度であり、物体があたかも白熱電球又は自然光源によって照明されているかのように物体の色を正確に照明する光源の能力として定義される。したがって、デバイスにおける材料の特定の組み合わせが、高い演色評価数を有する白色発光デバイスの高い効率をもたらすことが見出されている。
【0012】
蛍光体材料組成物中に存在する狭帯域赤色蛍光体材料の重量百分率は、所望の相関色温度「ＣＣＴ」に応じた特有のものである。ＣＣＴは、白色光源の色に一致する発光を有する加熱された黒体放射体の温度である。２７００～３５００Ｋの範囲内のＣＣＴは、黄色っぽい色相を有する暖白色として説明される。４０００～６５００ＫのＣＣＴは、昼白色から冷白色として説明される。したがって、第１の態様において、デバイスは、（ｉ）４０００～６５００ＫのＣＣＴを有する（例えば、４０００Ｋ～６５００ＫのＣＣＴを有する光を放出する）デバイスであり、狭帯域赤色蛍光体材料が、組成物中に３３～４９重量％の量で存在するか、又は（ｉｉ）２７００～３５００Ｋ ＣＣＴのＣＣＴを有する（例えば、２７００Ｋ～３５００ＫのＣＣＴを有する光を放出する）デバイスであり、狭帯域赤色蛍光体材料が、組成物中に６０～７０重量％の量で存在するかのいずれかである。このより狭い範囲の狭帯域赤色蛍光体材料が特に有効であることが見出されている。
【0013】
いくつかの実施形態において、蛍光体材料組成物は、５０００Ｋ～６５００ＫのＣＣＴの場合に３３～４３重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含む。
【0014】
いくつかの実施形態において、蛍光体材料組成物は、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合に４４～７４重量％の、又は２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合に２２～４５重量％の量の黄緑色蛍光体材料を含む。狭帯域赤色蛍光体材料に対する黄緑色蛍光体材料の比は、白色光色出力に寄与し、したがって、実施形態におけるデバイスの効率に寄与する。
【0015】
いくつかの実施形態において、蛍光体材料組成物は、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合、５１～６７重量％の量の黄緑色蛍光体材料及び３３～４９重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含む。
【0016】
いくつかの実施形態において、２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合、蛍光体材料組成物は、広域スペクトル赤色蛍光体材料を更に含み、２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合、蛍光体材料組成物は、１～４重量％の量の広域スペクトル赤色蛍光体材料、３０～３５重量％の量の黄緑色蛍光体材料、及び６４～６６重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含む。
【0017】
実施形態において、広域スペクトル赤色蛍光体材料は、（５９０～７００ｎｍの発光範囲で）３０ｎｍ以上のＦＷＨＭ値（例えば、これは７０～９０ｎｍであり得る）を有する蛍光体を指す。この広域スペクトル赤色蛍光体材料（例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋又はＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋などの窒化物蛍光体）を蛍光体組成物において採用することは、２７００～３５００Ｋの特定のＣＣＴ範囲で、デバイスからのより暖かい白色発光の提供に寄与するために有利である。
【0018】
いくつかの実施形態において、蛍光体材料組成物は、２７００ＫのＣＣＴの場合に６０～７４重量％の、３０００ＫのＣＣＴの場合に５５～６９重量％の、４０００ＫのＣＣＴの場合に４２～５６重量％の、又は６５００ＫのＣＣＴの場合に２６～４０重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含む。これらの実施形態は、それぞれのＣＣＴの場合に特に効率的であることが見出されている。
【0019】
いくつかの実施形態では、白色光出力のｃｃｙ位置は、黒体曲線よりも０．０２～０．０３高い範囲内にある。特定の光源の色度は、ＣＩＥ（フランス語ではＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ'ｅｃｌａｉｒａｇｅ、又は英語ではＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）色空間図中の座標（ｃｃｘ，ｃｃｙ）を有する「カラーポイント」と呼ばれることがある。白色光に関して、「白色点」は、所与の温度に加熱された黒体放射体によって放出される光の色に対応する色度点の軌跡に沿って位置し得る。この軌跡は、黒体軌跡又はＢＢＬと呼ばれる。このデバイスにおけるＢＢＬの上方０．０２～０．０３のｃｃｙ座標の特定の増加が、改善された効率に寄与し得ることが見出されている。デバイスのこの効率は、特定のｃｃｙ座標の増加において、黄緑色蛍光体発光による寄与が黒体曲線の寄与よりも高いので、改善される。黄緑色発光は、高い蛍光体変換効率を有し、したがって、この寄与が増大するにつれて、デバイスの全体効率が増大する。
【0020】
実施形態において、白色光（出力）は、ＢＢＬの上方で、ＢＢＬに対して少なくとも５ＳＤＣＭ、好ましくは少なくとも７ＳＤＣＭ、より好ましくは少なくとも９ＳＤＣＭ、更により好ましくは少なくとも１０ＳＤＣＭ、最も好ましくは少なくとも１５ＳＤＣＭの距離にあってもよい。得られた効果は、本発明による白色発光デバイスの改善された性能である。その理由は、白色光中の赤色光の（比較的）少ない量によって高品質の白色光（出力）が得られるためである。このようにして、（赤色蛍光体の）消光に関する問題が（更に）低減される。
【0021】
実施形態において、白色光（出力）は、少なくとも８０、好ましくは少なくとも８５、より好ましくは少なくとも８８、最も好ましくは少なくとも９０の演色評価数を有してもよい。本発明による白色発光デバイスは、この高品質の光を達成するのに特に適している。
【0022】
いくつかの実施形態において、基材及び１列の青色ＬＥＤチップは、ＬＥＤフィラメントとして構成される。十分なルーメン出力を生成するために、基材上の複数の青色ＬＥＤチップが必要とされ、ＬＥＤフィラメントは、チップサイズと基材材料の組み合わせについて高い設計柔軟性を有する。デバイスにおいてＬＥＤフィラメントを採用することは、はるかに改善された効率を伴って、白熱電球の従来の構成を模倣することができる。実施形態におけるＬＥＤフィラメントの使用は、例えば大型のヒートシンクを必要とせずに、効率が著しく改善されるので、特に有益である。これらのＬＥＤフィラメントに関連する効率は、部分的に、従来のＬＥＤフィラメントよりも小型かつ低電力の複数のＬＥＤチップの存在によるものである。したがって、１つ以上のＬＥＤフィラメントが、より低い駆動電流によってデバイスのより高い効率に寄与し得ることが見出されている。
【0023】
ＬＥＤフィラメントは、ＬＥＤフィラメント光を供給するものであり、線形アレイで配置されている複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。好ましくは、ＬＥＤフィラメントは、長さＬ及び幅Ｗを有し、Ｌ＞５Ｗである。ＬＥＤフィラメントは、直線構成で、又は、例えば湾曲構成、２Ｄ／３Ｄ渦巻若しくは螺旋などの非直線構成で配置されてもよい。好ましくは、ＬＥＤは、剛性（例えば、ポリマー、ガラス、石英、金属、若しくはサファイアから作製されているもの）、又は可撓性（例えば、ポリマー、若しくは金属、例えばフィルム若しくは箔で作製されているもの）であってもよい、例えば基板のような、細長形の支持体上に配置される。
【0024】
支持体が、第１の主表面及び反対側の第２の主表面を含む場合、ＬＥＤは、これらの表面のうちの少なくとも一方の上に配置される。支持体は、反射性であってもよく、あるいは、半透明及び好ましくは透明などの光透過性であってもよい。
【0025】
ＬＥＤフィラメントは、複数のＬＥＤの少なくとも一部を少なくとも部分的に覆う、封入材を備えてもよい。封入材はまた、第１の主表面又は第２の主表面のうちの少なくとも一方を、少なくとも部分的に覆ってもよい。封入材は、例えばシリコーンなどの、可撓性であり得るポリマー材料であってもよい。更には、ＬＥＤは、例えば種々の色又はスペクトルの、ＬＥＤ光を放出するように構成されてもよい。封入材は、ＬＥＤ光を少なくとも部分的に変換光に変換するように構成されている、ルミネッセント材料を含んでもよい。ルミネッセント材料は、無機蛍光体及び／又は量子ドット若しくは量子ロッドなどの蛍光体であってもよい。
【0026】
ＬＥＤフィラメントは、複数のサブフィラメントを含んでもよい。
【0027】
いくつかの実施形態において、ＬＥＤフィラメントはサファイア基材を備える。サファイア基材が特に有効であり、デバイスに更なる効率をもたらすのに役立ち得ることが見出されている。
【0028】
デバイス内の青色ＬＥＤチップはそれぞれ、２ｌｍ～４ｌｍの範囲内の出力光束を生成することができる。例えば、１つの青色ＬＥＤチップが、デバイスに対して約３ｌｍの光束出力に寄与することができる。
【0029】
いくつかの実施形態において、デバイスは、蛍光体材料組成物を含む、青色ＬＥＤチップを覆う封入材を更に備える。封止材は、青色ＬＥＤチップに近接して蛍光体材料組成物を封止するのに役立つことができる。
【0030】
いくつかの実施形態において、黄緑色蛍光体材料は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、ガリウム改質イットリウムアルミニウムガーネットＧａＹＡＧ、又はルテチウム改質イットリウムアルミニウムガーネットＬｕＹＡＧを含む。いくつかの実施形態において、狭帯域赤色蛍光体材料は、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋（ＫＳＦ）を含む。ＫＳＦ蛍光体は、蛍光体が昇温で劣化しやすいので、高温に対して比較的敏感である。本発明の利点は、比較的低いＬＥＤチップ入力電流密度の結果として、ＬＥＤチップが、白色発光デバイスの動作中に比較的低い温度を有することである。
【0031】
いくつかの実施形態において、４０００Ｋ～６５００ＫのＣＣＴの場合、４８０ｎｍ～６００ｎｍの累積スペクトル強度比が、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの全白色スペクトルの５０％よりも高く、又は２７００Ｋ～３５００ＫのＣＣＴの場合、４８０ｎｍ～６００ｎｍの累積スペクトル強度比が、全白色スペクトルの４５％よりも高い。
【0032】
いくつかの実施形態において、青色ＬＥＤチップサイズは、０．１８ｍｍ２～０．３０ｍｍ２の範囲内である。これは、デバイス内の青色ＬＥＤチップが高効率に寄与するのに最適なサイズ範囲であることが見出されている。
【0033】
いくつかの実施形態において、デバイスは、基材上に設けられた２つの電極又は３つの電極のいずれかを備える。このタイプの配置は、２フィンガレイアウト又は３フィンガレイアウトと呼ぶことができる。このように基材上に電極を配置することにより、順方向電圧Ｖｆが低減され得ることが見出されている。典型的に、電極トラック／フィンガの数が多いほど、Ｖｆは低くなる。しかし、順方向電圧の低減と無用の光励起の増加との間には微妙なバランスがある。２つのトラックを設ける実施形態は、特に効率的であることが見出されている。
【0034】
いくつかの実施形態において、青色ＬＥＤチップ同士の距離は、０．４ｍｍ以上である。青色チップの発光パターンは全方向性であり、したがって、０．４ｍｍ以上のチップ間距離を有することにより、効率は、大幅に改善され得る。この距離では、隣のチップによる側面発光青色光の吸収が低減されることが見出されている。結果として、ＰＥ白色は、増加し、式（１）を参照して説明されたデバイスの全体効率に寄与する。これは、例えば、０．４ｍｍ以上２ｍｍ未満であってもよい。例えば、距離は、０．４～１．０ｍｍ、１．０～１．５ｍｍ、又は１．５～２ｍｍ未満の範囲内であることができる。距離は、これらの範囲内の任意の値、例えば、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９又は１ｍｍであることができる。ある実施形態において、青色ＬＥＤチップ同士の距離は０．５ｍｍ以上である。
【0035】
第２の態様において、白色発光デバイスであって、基材と、基材上に実装され、４４５ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内のドミナント波長を有する少なくとも１列の青色ＬＥＤチップであって、各青色ＬＥＤチップが、隣の青色ＬＥＤチップから青色ＬＥＤチップ間距離だけ離れている、少なくとも１列の青色ＬＥＤチップと、蛍光体材料組成物であって、５２０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する黄緑色蛍光体材料と、６２５ｎｍ～６３５ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する狭帯域赤色蛍光体材料と、を含む蛍光体材料組成物と、を備え、青色ＬＥＤチップ間距離が０．４ｍｍ以上である、白色発光デバイスが提供される。これは、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内、好ましくは１５～４０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内、より好ましくは２０～３０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において少なくとも２３０ｌｍ／Ｗの効率で白色光出力を生成することができる。
【0036】
いくつかの実施形態において、蛍光体材料組成物は、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合に２６～５６重量％の量の、又は２７００～３５００Ｋ ＣＣＴのＣＣＴの場合に５５～７４重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含む。
【0037】
青色ＬＥＤチップ間隔と狭帯域赤色蛍光体材料の重量百分率との組み合わせは、この態様におけるデバイスの高効率に寄与することが見出されている。上述されたように、特定の狭帯域赤色蛍光体材料の重量百分率は、蛍光体材料組成物中の狭帯域赤色蛍光体に対する黄緑色蛍光体の比を決定する。その上、青色ＬＥＤチップ間隔の距離が０．４ｍｍ以上であるときに、別のチップによる側面発光青色光の吸収が低減され、式（１）に従って、デバイスのパッケージング効率が増加する。したがって、得られた黄緑色：狭帯域赤色の比において、青色ＬＥＤチップ間隔が０．４ｍｍ以上であるときに、デバイスの全体効率は極めて高いことが見出されている。
【0038】
いくつかの実施形態において、蛍光体変換効率（ＣＥ蛍光体）は、緑色相対スペクトル比を増加させるように蛍光体レシピを最適化することによって向上され得る。緑色スペクトルは、目の視覚関数のより高い重量百分率を有するため、計算されたルーメン出力及び効率は、通常の白色スペクトルよりも高い。白色スペクトル色座標は、赤色／緑色／青色スペクトルのスペクトル比によって計算される。より高い緑色スペクトル成分が、通常の白色スペクトルよりも比較的高いｙ座標を有するＬＥＤをもたらす。発明者らの研究において、白色ＬＥＤ効率は、ＡＮＳＩ規格Ｃ７８．３７７において定義される４０００Ｋでのｙ座標の中心よりも０．０１１～０．０３０高くｙ座標をシフトさせながら、２～５パーセンテージの改善を有することができる。
【0039】
ＡＮＳＩ規格Ｃ７８．３７７は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｍｐｓ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｓである。第４章色度を参照すると、使用される色度座標及び相関色温度（ＣＣＴ）値は、ＣＩＥ表色系に基づく。一方、光の色度は、（ｘ，ｙ）などの色度座標で表される。公称白色光の色度は、ＣＣＴ及びプランク軌跡からの距離によっても表すことができる。本開示では、ＣＩＥ１９６１（ｘ－ｙ）図が使用される。
【0040】
より高いｙ座標のカラーポイントのカバレッジは、以下のように記述することができる。
０．３００＜ｘ＜０．５００、かつ
－２．３１７２ｘ２＋２．３６５３ｘ－０．１７０＜ｙ＜－２．３１７２ｘ２＋２．３６５３ｘ－０．１４６。
０．３００＜ｘ＜０．５００、かつ
－２．３１７２ｘ２＋２．３６５３ｘ－０．１７０＜ｙ＜－２．３１７２ｘ２＋２．３６５３ｘ－０．１４６。
【0041】
これは、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２、好ましくは２０～３０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において少なくとも２３０ｌｍ／Ｗの効率で白色光出力を生成することができる。
【0042】
いくつかの実施形態において、定義されたより高いｙ座標カラーポイントカバレッジは、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７６によるマクアダム楕円によって記述することができる。マクアダム楕円は、白色カラーポイントカバレッジを定義するための共通語である。マカダム楕円カバレッジは、基準点色座標（基準ｘ、基準ｙ）、楕円パラメータ（Ｇ１１／Ｇ１２／Ｇ２２）、ＳＤＣＭサイズ（Ｋ）を含む、以下のパラメータによって定義することができる。異なるＣＣＴが異なる基準点を有するため、マクアダム楕円カバレッジの式は、以下のとおりである。
Ｇ１１＊Δｘ＾２＋２Ｇ１２＊Δｘ＊Δｙ＋Ｇ２２＊Δｙ＾２＝１＊Ｋ
Ｇ１１＊Δｘ＾２＋２Ｇ１２＊Δｘ＊Δｙ＋Ｇ２２＊Δｙ＾２＝１＊Ｋ
【0043】
【数1】
Δｙは、楕円境界点と基準点（基準ｙ）の間のｙ方向距離を意味する。
【0044】
また更に、実施形態において、相関色温度（ＣＣＴ）は、特にＢＢＬ（黒体軌跡）から約１５ＳＤＣＭ（等色の標準偏差）以内、特にＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ以内、更に特にＢＢＬ（黒体軌跡）又は黒体曲線から約５ＳＤＣＭ以内である。
【0045】
マクアダム楕円カバレッジを記述する別の方法は、ＳＤＣＭサイズ（Ｋ）、楕円長軸（ａ）、楕円短軸（ｂ）、楕円回転角（θ）を使用することである。Ｇ１１／Ｇ１２／Ｇ２２とａ／ｂ／θの間の変換式を以下に示す。
【0046】
マクアダム楕円カバレッジは、ＣＣＴとともに変化し、以下は、様々なＣＣＴ範囲についてのより高いｙ座標カラーポイントの例示的なカバレッジである。
【0047】
【表1】
【0048】
用語「ルミネッセント材料」は、本明細書では特に、無機ルミネッセント材料に関し、これはまた、蛍光体として示される場合もある。これらの用語は、当業者には既知である。
【0049】
実施形態では、量子ドットが適用されてもよく、オプションとして、例えばＰＭＭＡ又はポリシロキサンなどのようなポリマーのような、透過性マトリックス内に埋め込まれてもよい。量子ドットは、一般に数ナノメートルのみの幅又は直径を有する、半導体材料の小さい結晶である。入射光によって励起されると、量子ドットは、結晶のサイズ及び材料によって決定されている色の光を放出する。それゆえ、ドットのサイズを適合させることによって、特定の色の光が作り出されることができる。可視域で発光する既知の量子ドットの殆どは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）などのシェルを有する、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づく。リン化インジウム（ＩｎＰ）並びに硫化インジウム銅（ＣｕＩｎＳ２）及び／又は硫化インジウム銀（ＡｇＩｎＳ２）などの、カドミウムを含まない量子ドットもまた、使用されることができる。量子ドットは、極めて狭い発光帯域を示し、それゆえ、量子ドットは飽和色を示す。更には、発光色は、量子ドットのサイズを適合させることによって、容易に調整されることができる。本発明では、当該技術分野において既知の、任意のタイプの量子ドットが使用されてもよい。しかしながら、環境に関する安全性及び懸念の理由から、カドミウムを含まない量子ドット、又は、少なくともカドミウム含有量が極めて低い量子ドットを使用することが好ましい場合がある。量子ドットの代わりに、又は量子ドットに加えて、他の量子閉じ込め構造体もまた使用されてもよい。用語「量子閉じ込め構造体」は、本出願の文脈では、例えば、量子井戸、量子ドット、量子ロッド、トライポッド、テトラポッド、又はナノワイヤなどとして理解されるべきである。
【0050】
特に、ルミネッセント材料は、光源光の少なくとも一部を、（ａ）緑色スペクトル波長範囲及び（ｂ）黄色スペクトル波長範囲のうちの１つ以上の波長を有する発光帯域を有する、ルミネッセント材料光に変換するように構成されており、ルミネッセント材料は、Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅ型の（ガーネット）ルミネッセント材料を含み、Ａは、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＬｕのうちの１つ以上を含み、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｃのうちの１つ以上を含む。それゆえ、ルミネッセント材料光は、例えば、緑色光又は黄色光（又は、特定の実施形態では、（ガーネットの組成、及びセリウムの濃度に応じて）更に橙色）であってもよい。しかしながら、他の実施形態もまた可能であり、以下を参照されたい。実施形態では、Ａ元素の０．０５～１０％、更により特定的には０．０５～５％、例えば０．１～５％は、Ｃｅを含む。特に、実施形態では、Ａ元素の０．１～３％、例えば最大で２％、０．１～１．５％の範囲から選択されるような、例えば少なくとも０．５％超が、Ｃｅを含む。
【0051】
代替的又は追加的に、ルミネッセント材料は、例えば、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋及び／又はＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋及び／又はＣａ２ＡｌＳｉ３Ｏ２Ｎ５：Ｅｕ２＋等であってもよく、ここで、Ｍは、Ｂａ、Ｓｒ及びＣａのうちの１つ以上、特に実施形態では少なくともＳｒを含む。具体的な実施形態では、第１のルミネッセントは、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ及び（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕからなる群から選ばれた１以上の材料を含むことがある。これらの化合物中、ユーロピウム（Ｅｕ）は、実質的に二価である、又は二価のみであり、示されている二価カチオンのうちの１つ以上を置換する。一般に、Ｅｕは、カチオンの１０％よりも多い量では存在することがなく、その存在は、特に、置換するカチオンに対して、約０．５～１０％の範囲、より特定的には、約０．５～５％の範囲となる。用語「：Ｅｕ」は、金属イオンの一部が、Ｅｕによって（これらの例では、Ｅｕ２＋によって）置換されていることを示す。例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ中の２％のＥｕを想定すると、正しい式は、（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２）ＡｌＳｉＮ３とすることができる。
【0052】
上述の態様のいずれも、単独で、又は上述の実施形態のいずれかとの組み合わせで提供されてもよい。
【0053】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以降で説明される実施形態から明らかとなり、当該の実施形態を参照して解明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0054】
次に、本発明の実施形態が、添付図面を参照して説明される。
【図1】本発明のある実施形態による白色発光デバイスの概略図である。
【図2】本発明のある実施形態による白色発光デバイスの概略図である。
【図3A】デバイス内のＬＥＤフィラメントとしての、基材及び１列の青色ＬＥＤを示す。
【図3B】本発明のある実施形態による、ＬＥＤフィラメント電球として構成されたデバイスを示す。
【図4A】白色発光デバイスの基材上の入り組んだ２つ及び３つの電極トラックをそれぞれ示す。
【図4B】白色発光デバイスの基材上の入り組んだ２つ及び３つの電極トラックをそれぞれ示す。
【図5A】一連の青色ＬＥＤチップを備える白色発光デバイスの効率対電流密度のグラフを示す。
【図5B】（ＬＥＤチップを覆う蛍光体がない）一連の青色ＬＥＤチップの壁プラグ効率（ＷＰＥ）対これらのチップを流れる電流の電流密度のグラフを示す。
【図6A】図６Ａでは、緑色蛍光体のみ、図６Ｂでは、緑色蛍光体及び広域スペクトル赤色蛍光体、図６Ｃでは、緑色蛍光体及び狭帯域赤色蛍光体を含む、蛍光体材料組成物を備えるデバイスについての相対放射パワー対波長のグラフを示す。
【図6B】図６Ａでは、緑色蛍光体のみ、図６Ｂでは、緑色蛍光体及び広域スペクトル赤色蛍光体、図６Ｃでは、緑色蛍光体及び狭帯域赤色蛍光体を含む、蛍光体材料組成物を備えるデバイスについての相対放射パワー対波長のグラフを示す。
【図6C】図６Ａでは、緑色蛍光体のみ、図６Ｂでは、緑色蛍光体及び広域スペクトル赤色蛍光体、図６Ｃでは、緑色蛍光体及び狭帯域赤色蛍光体を含む、蛍光体材料組成物を備えるデバイスについての相対放射パワー対波長のグラフを示す。
【図8】異なる色に対するヒトの目の感度関数を示す。
【図9】ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７のビン範囲の上方の定義されたより高いｙ色座標カバレッジを示す。
【図10】ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７のビン範囲の上方の定義されたより高いｙ色座標カバレッジを示す。
【図11】マクアダム楕円のパラメータを示す。
【発明を実施するための形態】
【0055】
一態様において、白色発光デバイスであって、基材と、基材上に実装され、４４５ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内のドミナント波長を有する少なくとも１列の青色ＬＥＤチップと、蛍光体材料組成物であって、５２０ｎｍ～５８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する黄緑色蛍光体材料と、６２５ｎｍ～６３５ｎｍの範囲内のピーク発光波長を有する光を生成する狭帯域赤色蛍光体材料と、を含む蛍光体材料組成物と、を備え、蛍光体材料組成物が、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合に３３～４９重量％の量の、又は２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合に６０～７０重量％の量の狭帯域赤色蛍光体材料を含み、デバイスが、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２の範囲内の青色ＬＥＤチップ入力電流密度において少なくとも２３０ｌｍ／Ｗの効率で白色光出力を生成するように適合されている、白色発光デバイスが提供される。
【0056】
実施形態において、デバイスの蛍光体材料組成物中の蛍光体材料の重量百分率は、変更することができ、所望のＣＣＴに依存することができる。
【0057】
狭帯域赤色蛍光体について、４０００～６５００ＫのＣＣＴの場合、重量百分率は２６～５６重量％である。例えば、重量百分率は、３３～４９重量％であることができる。重量百分率は、いくつかの実施形態では、４４～５４重量％であることもできる。更なる実施形態において、これは、４０００ＫのＣＣＴの場合に４９％であることができる。重量百分率は、５０００～６０００ＫのＣＣＴの場合、３３～４３重量％、更なる実施形態では３８重量％であることもできる。２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合、狭帯域赤色蛍光体の重量百分率は、５５～７４重量％である。例えば、重量百分率は、６４～６６重量％であることができる。より具体的に、対応するＣＣＴの場合の狭帯域赤色蛍光体材料の重量百分率は、２７００Ｋの場合に６０～７４重量％、更なる実施形態では６７重量％、３０００Ｋの場合に５５～６９重量％、更なる実施形態では６２重量％、４０００Ｋの場合に４２～５６重量％、更なる実施形態では４９重量％、６５００Ｋの場合に２６～４０重量％、更なる実施形態では３３重量％であることができる。
【0058】
黄緑色蛍光体材料について、４０００Ｋ～６５００ＫのＣＣＴの場合、黄緑色蛍光体材料の重量百分率は、４４～７４重量％であることができる。２７００～３５００ＫのＣＣＴの場合、黄緑色蛍光体材料の重量百分率は、２２～４５重量％であることができる。
【0059】
したがって、本発明の実施形態における重量百分率の例は、４０００ＫのＣＣＴの場合、４９重量％の狭帯域赤色蛍光体及び５１重量％の黄緑色蛍光体であることができ、６５００ＫのＣＣＴの場合、３３重量％の狭帯域赤色蛍光体及び６７重量％の黄緑色蛍光体であることができる。
【0060】
広域スペクトル赤色蛍光体材料の重量百分率は、１～４重量％であってもよい。例えば、重量百分率は３重量％であってもよい。したがって、２７００ＫのＣＣＴの場合に広帯域赤色蛍光体を備える本発明のある実施形態によるデバイスの例は、６７重量％の狭帯域赤色蛍光体、３０重量％の黄緑色蛍光体、及び３重量％の広域赤色蛍光体を備えることができる。３０００ＫのＣＣＴの場合に広域赤色蛍光体を備える本発明のある実施形態による別のデバイスの例は、６２重量％の狭帯域赤色蛍光体、３５重量％の黄緑色蛍光体、及び３重量％の広域スペクトル赤色蛍光体を備えることができる。
【0061】
デバイスがＬＥＤフィラメントを備える実施形態は、複数の方法で構成された単一又は複数のＬＥＤフィラメントを備えることができる。例えば、単一又は複数のＬＥＤフィラメントが、電球内に螺旋、コイル、リング若しくはロッドなどの様々な形状で、又は立方体、円筒体若しくは楕円体などの任意の代替的なハウジング形状で構成され得る。ＬＥＤフィラメントは、ガラス、セラミック又はサファイアなどの複数のタイプの基材を備えることができる。特に、ＬＥＤフィラメントにおけるサファイア基材は、より多くの背面白色光出力に寄与する（ガラス又はセラミック基材と比較して）それらの増加された透明度のために、更なる１～２％の効率利得をもたらすことができる。
【0062】
２フィンガ又は３フィンガレイアウトのいずれかを備える実施形態は、様々な方法で構成されることができ、デバイスは、単一の２フィンガ若しくは３フィンガレイアウト、又は複数の２フィンガ若しくは３フィンガレイアウトを備えることができる。
【0063】
本発明の実施形態における青色ＬＥＤチップのサイズも変更することができる。場合によっては、サイズは０．１８～０．３０ｍｍ２である。いくつかの実施形態において、チップのサイズは０．２ｍｍ２である。
【0064】
本発明が、図を参照して説明される。本発明の第１の実施形態が、図１に示される。白色発光デバイス１が、基材３上に実装された青色ＬＥＤチップ２を備える。黄緑色蛍光体材料４及び狭帯域赤色蛍光体材料５を含む蛍光体材料組成物が、青色ＬＥＤチップ２上に堆積される。このデバイスの青色ＬＥＤチップ２及び蛍光体材料組成物は、封止材７によってデバイス内部に封止される。配線６が、青色ＬＥＤ２同士を接続するために設けられる。
【0065】
図１の実施形態の特定の一実装において、デバイスは、４０００ＫのＣＣＴを有し、蛍光体材料組成物は、４９重量％の狭帯域赤色蛍光体５及び５１重量％の黄緑色蛍光体４を含む。
【0066】
本発明の更なる実施形態が、図２に示される。白色発光デバイス１０１が、基材１０３上に実装された青色ＬＥＤチップ１０２を備える。黄緑色蛍光体材料１０４、狭帯域赤色蛍光体材料１０５、及び広域スペクトル赤色蛍光体材料１０８を含む蛍光体材料組成物が、青色ＬＥＤチップ１０２上に堆積される。このデバイスの青色ＬＥＤチップ１０２及び蛍光体材料組成物は、封止材１０７によってデバイス内部に封止される。配線１０６が、青色ＬＥＤ１０２同士を接続するために設けられる。
【0067】
図２の実施形態の特定の一実装において、デバイスは、２７００ＫのＣＣＴを有し、この実施形態の蛍光体材料組成物は、６７重量％の狭帯域赤色蛍光体、３０重量％の黄緑色蛍光体、及び３重量％の広域スペクトル赤色蛍光体を含む。
【0068】
図３Ａは、白色発光デバイスのＬＥＤフィラメント２００を示す。ＬＥＤフィラメント２００は、基材２０３及び１列の青色ＬＥＤチップ２０２を備える。１列の青色ＬＥＤチップ２０２は、基材２０３上に実装される。各青色ＬＥＤチップ２０２は、０．１８ｍｍ２～０．３０ｍｍ２のサイズを有し、隣の青色ＬＥＤチップ２０２から少なくとも０．４ｍｍの距離ｄで離される。
【0069】
図３Ｂは、白色発光デバイス２０４が図３ＡのＬＥＤフィラメント２００を４つ備える、本発明の更なる実施形態を示す。代替的な実施形態では、異なる数のＬＥＤフィラメントが使用されてもよい。図示されていないが、デバイス２０４は、黄緑色蛍光体材料を含む蛍光体材料組成物を更に含み、狭帯域赤色蛍光体材料が、青色ＬＥＤチップ０１６上に堆積される。図３ｂに示されるように、複数のＬＥＤフィラメント２００は、従来の白熱電球の外観を模倣する電球形状のハウジング内に配置されている。基材２０３が、サファイア基材である。
【0070】
代替的に、異なる実施形態において、図３Ａ及び図３Ｂのデバイス３は、青色ＬＥＤチップ上に堆積される、黄緑色蛍光体材料、狭帯域赤色蛍光体材料、及び広域スペクトル赤色蛍光体材料を含む、代替的な蛍光体材料組成物を含む。デバイスは、２７００ＫのＣＣＴを有し、この実施形態の蛍光体材料組成物は、６７重量％の狭帯域赤色蛍光体、３０重量％の黄緑色蛍光体、及び３重量％の広域スペクトル赤色蛍光体を含む。
【0071】
図４Ａは、白色発光デバイス３００の基材３０２上に入り組んだ２つの細長いトラック３１０として配置された２つの電極を示す。電極トラックのこの配置は、２フィンガレイアウトと呼ばれる。２つのはんだ付けパッド３１１が、基材３０２上に配置され、入り組んだ電極トラック３１０に接続される。代替的に、図４Ｂは、白色発光デバイス４００の基材４０２上に入り組んだ３つの細長いトラック４１０として配置された３つの電極を示す。この配置は、３フィンガレイアウトと呼ばれる。２つのはんだ付けパッド４１１が、基材４０２上に配置され、入り組んだ電極トラック４１０に接続される。実施形態において、白色発光デバイスは、図４Ａの２フィンガレイアウト３００及び図４Ｂの３フィンガレイアウト４００を備えることができる。そのようなデバイス３００及び４００は、基材上に実装された青色ＬＥＤチップを更に備えることができる。黄緑色蛍光体材料及び狭帯域赤色蛍光体材料を含む蛍光体材料組成物が、青色ＬＥＤチップ上に堆積される。デバイスは、４０００ＫのＣＣＴを有し、これらの実施形態の蛍光体材料組成物は、４９重量％の狭帯域赤色蛍光体及び５１重量％の黄緑色蛍光体を含む。
【0072】
図５Ａは、一連の青色ＬＥＤチップを備える白色発光デバイスの印加電流密度における効率曲線を示す。実験を通して、本発明の実施形態によるデバイスの最適効率を与える印加電流密度の範囲が、１０～６０ｍＡ／ｍｍ２であり、好ましくは２０～３０ｍＡ／ｍｍ２であり、いくつかの実施形態では２５ｍＡ／ｍｍ２であることが見出されている。この範囲を過ぎると、デバイスの効率は低下する。特定の蛍光体材料組成物及び／又は本明細書に開示される他の効率改善とともに使用される場合、これは、この電流密度において予想外に更に改善されて、増加されたｌｍ／Ｗ出力を提供し得ることが見出されている。図５Ｂは、ＬＥＤチップを覆う蛍光体がない一連の青色ＬＥＤチップの印加電流密度における壁プラグ効率（ＷＰＥ）曲線を示す。図５Ａの曲線と比較すると、電流密度がピークを超えて増加するときに、（青色ＬＥＤチップの）ＷＰＥが、（白色発光デバイスの）効率よりもはるかに緩やかに減少し、例えば、図５Ａでは、約１０及び６０ｍＡ／ｍｍ２の両方が２３０ｌｍ／Ｗに達するが、図５Ｂでは、ギャップＧにおいて、６０ｍＡ／ｍｍ２のＷＰＥが、１０ｍＡ／ｍｍ２のＷＰＥよりも高いことが分かる。電流密度に対する白色発光デバイスの効率のそのような急激な低下の理由は、狭帯域赤色蛍光体材料、例えば、ＫＳＦ蛍光体の熱感度にある。本開示による蛍光体組成物と特定の電流密度の設定との組み合わせは、２３０ｌｍ／Ｗもの高さの増加されたｌｍ／Ｗ出力への貢献を集める。
【0073】
図６Ａは、蛍光体材料組成物中に黄緑色蛍光体材料のみを備える、本発明によらないデバイスのスペクトルパワー分布を示す。黄緑色蛍光体材料のみの使用は、比較的高い効率を達成することができるが、これは演色評価数の損失につながる。図６Ｂは、緑色蛍光体材料と広域赤色蛍光体材料の両方を含む蛍光体材料組成物を備える、本発明によらないデバイスのスペクトルパワー分布を示す。演色評価数特性は、図６Ａに示されるデバイスの分布と比較して改善される。図６Ｃは、蛍光体材料組成物中に緑色蛍光体及び狭帯域赤色蛍光体を有する、本発明によるデバイスのスペクトルパワー分布を示す。この実施形態において、デバイスの演色評価数特性は、はるかに改善され、赤色の放射粉末が、他の２つのデバイスよりもはるかに高いことが分かる。
【0074】
放射パワーは、ワット単位で測定され、各波長で光が放出される方向に関係なく、光源から放出される光の量として定義される。実施形態では、放射パワー測定が、積分球に接続された分光光度計又は分光放射計を使用して行われる。
【0075】
図７Ａは、本発明のある実施形態によらないデバイスの、４０００ＫのＣＣＴの場合のスペクトルパワー分布を示す。図７Ｂは、本発明のある実施形態によるデバイスのスペクトルパワー分布を示す。このデバイスは、４０００ＫのＣＣＴで特定の蛍光体重量百分率範囲内の狭帯域赤色蛍光体を採用することにより、はるかに高い効率を有することが分かる。
【0076】
デバイス内の蛍光体材料組成物の例
以下は、図５Ａに示されたような電流密度及び得られた効率を有する、本発明の実施形態によるデバイスの例である。
以下は、図５Ａに示されたような電流密度及び得られた効率を有する、本発明の実施形態によるデバイスの例である。
【0077】
【表2】
【0078】
これらの例は、所与のＣＣＴの場合に好適な量の狭帯域赤色蛍光体材料をデバイス内に備える。蛍光体材料組成物中の黄緑色蛍光体に対する狭帯域赤色蛍光体の得られた比は、特定の範囲内の低い青色ＬＥＤチップ入力電流密度において最も高いデバイス効率を示すことが見出されている。これは、式（１）を参照して説明されたような蛍光体変換効率の増加により、デバイスの全体効率に寄与する。
【0079】
（表１における狭帯域赤色蛍光体材料の好適な重量百分率に加えて）ＬＥＤフィラメント、０．４ｍｍを超える青色ＬＥＤチップ間隔、及び２フィンガレイアウトなど、上述の他の特徴をデバイスにおいて採用することにより、デバイスの効率は、２３０ｌｍ／Ｗを超えて更に改善され得る。これは、式（１）を参照して説明されたように、壁プラグ効率及びパッケージ効率の対応する増加による。
【0080】
したがって、０．２ｍｍ２のチップサイズと、２フィンガレイアウトと、０．５ｍｍを超えるチップ間隔と、０．０２５Ａ／ｍｍ２の青色ＬＥＤチップ入力電流密度とを備えるデバイスが、表１に与えられた特定の重量百分率で最も高い最大白色ＬＥＤ効率点を有することができることが見出されている。
【0081】
これらの例は、所与のＣＣＴの場合に好適な量の狭帯域赤色蛍光体材料をデバイス内に備える。蛍光体材料組成物中の黄緑色蛍光体に対する狭帯域赤色蛍光体の得られた比が、特定の範囲内の低い青色ＬＥＤチップ入力電流密度において最も高いデバイス効率を示すことが見出されている。これは、式（１）を参照して説明されたような蛍光体変換効率の増加により、デバイスの全体効率に寄与する。
【0082】
（表１における狭帯域赤色蛍光体材料の好適な重量百分率に加えて）ＬＥＤフィラメント、０．４ｍｍを超える青色ＬＥＤチップ間隔、及び２フィンガレイアウトなど、上述の他の特徴をデバイスにおいて採用することにより、デバイスの効率は、２３０ｌｍ／Ｗを超えて更に改善され得る。これは、式（１）を参照して説明されたように、壁プラグ効率及びパッケージ効率の対応する増加による。
【0083】
図８は、異なる色に対するヒトの目の感度関数を示す。緑色スペクトルは、赤色又は青色よりも最も高い重量百分率を有する。
【0084】
図９及び図１０は、白色におけるより高い効率を得るための、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７のビン範囲の上方の定義されたより高いｙ色座標カバレッジを示す。「ビン範囲」は、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７の付属文書Ａ「７－Ｓｔｅｐ Ｑｕａｄｒａｎｇｌｅｓ」に定義されたＳＳＬ製品の色度仕様を指す。図９において、ＣＩＥ１９３１の図は、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７のビン範囲よりも高いｃｃｙ座標を有する、上限及び下限の色範囲を示す。図１０において、ＣＩＥ１９３１の図は、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７のビン範囲よりも高いｃｃｙ座標を有する、ＡＮＳＩ規格Ｃ７８．３７６によるマクアダム楕円範囲の例を示す。
【0085】
図１１は、マクアダム楕円のパラメータａ／ｂ／θを示す。
【0086】
図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。
【0087】
特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。
【0088】
用語「ように適合される」が特許請求の範囲または詳細な説明で使用される場合、用語「ように適合される」は、用語「ように構成される」と同等であることを意味する。
【0089】
請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】