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(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】2024-06-14
(45)【発行日】2024-06-24
(54)【発明の名称】フルスペクトル白色発光デバイス
(51)【国際特許分類】
H01L 33/50 20100101AFI20240617BHJP
F21V 19/00 20060101ALI20240617BHJP
F21V 3/00 20150101ALI20240617BHJP
F21V 3/08 20180101ALI20240617BHJP
F21V 9/32 20180101ALI20240617BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20240617BHJP
F21Y 113/17 20160101ALN20240617BHJP
【ＦＩ】
H01L33/50
F21V19/00 150
F21V19/00 170
F21V3/00 510
F21V3/08
F21V9/32
F21Y115:10 500
F21Y113:17
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2022501061
(86)(22)【出願日】2020-07-03
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-14
(86)【国際出願番号】 US2020040801
(87)【国際公開番号】W WO2021007121
(87)【国際公開日】2021-01-14
【審査請求日】2022-02-16
(31)【優先権主張番号】16/517,524
(32)【優先日】2019-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/872,227
(32)【優先日】2019-07-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】510077369
【氏名又は名称】ブリッジラックス インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100195534
【弁理士】
【氏名又は名称】内海 一成
(72)【発明者】
【氏名】リ イ－チュン
(72)【発明者】
【氏名】ユエン シャンロン
(72)【発明者】
【氏名】ジュン－ガン ツァオ
【審査官】佐藤 美紗子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－００９１２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２４７２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２１７３８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０４４３８０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／２０８６８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－２１９５１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０５６６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１３９９４３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
Ｆ２１Ｖ ３／０８
Ｆ２１Ｖ ９／３０
Ｆ２１Ｙ １０９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
白色発光デバイスであって、４９０ｎｍ～５７０ｎｍ及び６２０ｎｍ～６５０ｎｍのピーク発光波長を有する光を生成するためのフォトルミネセンス材料と、
少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ及び４２０ｎｍ～４８０ｎｍの主波長を有する広帯域励起光を生成するための広帯域固体励起源と、を含み、
前記デバイスは、１８００Ｋ～６８００Ｋの相関色温度、少なくとも９０のＣＲＩ Ｒａ、及び１０より大きく９０より小さいＣＲＩ Ｒ９を有する白色光であって、６４５ｎｍ～６９５ｎｍの波長で、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から前記最大値の５０％に強度が低下するスペクトルを有する白色光を生成し、
４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲にわたって、前記相関色温度と同じ色温度の黒体曲線又は前記相関色温度と同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光強度からの前記白色光の最大強度偏差率は６０％未満であり、
前記デバイスは、少なくとも１０２ｌｍ／Ｗの効率を有する、発光デバイス。
【請求項2】
前記デバイスは、６４５ｎｍ～６６５ｎｍの波長で、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から前記最大値の５０％に強度が低下するスペクトルを有する白色光を生成する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項3】
前記白色光は、少なくとも９５のＣＲＩ Ｒａを有する、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項4】
前記白色光の概日作用因子は、前記黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子の５％以内である偏差を有する、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項5】
前記広帯域励起光は、３０ｎｍ～７０ｎｍ又は少なくとも５０ｎｍのＦＷＨＭを有する、請求項１～４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項6】
前記白色光は２７００Ｋ～３０００Ｋの相関色温度を有する、請求項１～５のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項7】
前記白色光は４０００Ｋ～６８００Ｋの相関色温度を有し、前記デバイスは少なくとも１１０ｌｍ／Ｗの効率を有する、請求項１～５のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項8】
前記広帯域固体励起源は、複数の狭帯域固体光源を含む、請求項１～７のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項9】
前記広帯域固体励起源は、複数の異なる量子井戸を有する固体光源を含む、請求項１～８のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項10】
前記デバイスは、表面実装型デバイス、チップオンボード、及びフィラメントのうちの１つである、請求項１～９のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項11】
前記デバイスは、５０より大きく９０より小さいＣＲＩ Ｒ９を有する白色光を生成する、請求項１～１０のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項12】
前記デバイスは、９０より小さい又は７２より小さいＣＲＩ Ｒ８を有する白色光を生成する、請求項１～１１のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項13】
ＬＥＤフィラメントであって、光透過性基板と、
前記光透過性基板の面に取り付けられる広帯域固体励起源のアレイと、
４９０ｎｍ～５７０ｎｍ及び６２０ｎｍ～６５０ｎｍのピーク発光波長を有する光を生成するためのフォトルミネッセンス材料と、を備え、
前記広帯域固体励起源が、少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ及び４２０ｎｍ～４８０ｎｍの主波長を有する広帯域励起光を生成し、
前記ＬＥＤフィラメントが、１８００Ｋ～６８００Ｋの相関色温度、少なくとも９０のＣＲＩ Ｒａ、及び１０より大きく９０より小さいＣＲＩ Ｒ９を有する白色光であって、６４５ｎｍ～６９５ｎｍの波長で、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から前記最大値の５０％に強度が低下するスペクトルを有する白色光を生成し、
４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲にわたって、前記相関色温度と同じ色温度の黒体曲線又は前記相関色温度と同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光強度からの前記白色光の最大強度偏差率は６０％未満であり、
前記ＬＥＤフィラメントは、少なくとも１０２ｌｍ／Ｗの効率を有する、ＬＥＤフィラメント。
【請求項14】
前記ＬＥＤフィラメントは、６４５ｎｍ～６６５ｎｍの波長で、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から前記最大値の５０％に強度が低下するスペクトルを有する白色光を生成する、請求項１３に記載のＬＥＤフィラメント。
【請求項15】
前記白色光の概日作用因子は、前記黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子の５％以内である偏差を有する、請求項１３又は１４に記載のＬＥＤフィラメント。
【請求項16】
前記白色光は、少なくとも９５のＣＲＩ Ｒａを有する、請求項１３～１５のいずれかに記載のＬＥＤフィラメント。
【請求項17】
前記広帯域固体励起源は、複数の狭帯域固体光源を含む、請求項１３～１６のいずれかに記載のＬＥＤフィラメント。
【請求項18】
前記広帯域固体励起源は、複数の異なる量子井戸を有する固体光源を含む、請求項１３～１６のいずれかに記載のＬＥＤフィラメント。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、２０１９年７月９日に出願された米国特許仮出願第６２／８７２，２７７号、及び２０１９年７月１９日に出願された米国実用特許出願第１６／５１７，５２４号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本発明のいくつかの実施形態は、フォトルミネセンス波長変換材料を含むフルスペクトル固体白色発光デバイスを対象とする。より具体的には、ただし非限定的に、いくつかの実施形態は、自然の太陽光に酷似した青色光から赤色光までのスペクトルを有するフルスペクトル白色光を生成するためのフルスペクトル白色発光デバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
白色発光ＬＥＤ（「白色ＬＥＤ」）は、ＬＥＤ（固体励起源）によって放出された青色光の一部を吸収し、異なる色（波長）の可視光を再放出する１つ以上のフォトルミネセンス材料（典型的には無機蛍光体材料）を含む。蛍光体物質によって吸収されないＬＥＤによって生成された青色光の部分は、蛍光体によって放出された光と組み合わされることにより、色が白であるように目に見える光がもたらされる。それらの長い動作寿命（＞５０，０００時間）及び高い効率（１００ルーメン／Ｗ以上）により、白色ＬＥＤは、急速に従来の蛍光灯、コンパクト蛍光灯、及び白熱灯に取って代わっている。
【0004】
白色光源で生成される光の特性及び品質を定量化するために様々な測定基準が存在する。固体照明産業内で最も一般的に使用される２つの測定基準は、相関色温度（Correlated Color Temperature、ＣＣＴ）及び国際照明委員会（International Commission on Illumination、ＣＩＥ）一般演色評価数（General Color Rendering Index、ＣＲＩ）Ｒａである。
【0005】
照明源のＣＣＴはケルビン（Ｋ）単位で測定され、照明源によって生成された光の色に対応する色の光を放射するプランキアン（黒体）放射体の色温度である。
【0006】
一般ＣＲＩ Ｒａは、照明源が物体の真の色をどの程度忠実にレンダリングするかを特徴付けるものであり、８つの色テストサンプル（Ｒ１～Ｒ８）の光源の照明が、基準光源による照明と比較してどの程度優れているかを示す測定値に基づいている。一般に、この値が高いほど、黒体放射体及び自然光に近いことを示す。一般ＣＲＩ Ｒａは負の値を取り得、最大値は１００である。色サンプルＲ１～Ｒ８は全てパステルカラー（飽和度の低い色である「淡いグレーがかった赤色」～「赤みがかった紫色」）であるため、一般ＣＲＩ Ｒａは、太陽光に酷似するフルスペクトルを生成する白熱光源の光出力における微妙な違いを有益に測定した。しかしながら、スペクトルがピークで構成されている白色ＬＥＤの場合、一般ＣＲＩ Ｒａは、限定的な色範囲での演色の平均測定値であり、特定の色又は飽和度の高い色に対する照明源の性能に関する情報を与えないため、不十分であることが判明し得る。したがって、フルスペクトル固体白色発光デバイスを特徴付ける場合、フルスペクトル光の有意な特徴付けを行うために、ＣＲＩ色サンプルＲ９～Ｒ１２（飽和色である「飽和赤色」、「飽和黄色」、「飽和緑色」、「飽和青色」）及びＲ１３～Ｒ１５（「薄肌色」、「葉緑色」、「中肌色」）を考慮するべきである。
【0007】
照明がヒトの睡眠サイクル、概日リズム、覚醒、及び他の非視覚的反応に影響を及ぼし得るため、良好な照明設計は、本質的にヒト中心である。ヒトの健康に関するＬＥＤ（固体）照明の安全性は、最近の精査対象となっている。人工光が、ホルモン合成、睡眠－覚醒サイクル、及び覚醒レベルなどヒトの生理及び心理の正常な調節を妨害するという懸念が高まりつつある。具体的には、最近の証拠は、例えば、ＬＥＤで生成された光など高色温度（５０００Ｋ）かつ高照度の光が、入眠前のメラトニン分泌を抑制し、また主観的覚醒を低減することを示している。青色光は、昼夜の自然サイクル（概日）に依存する生物学的プロセスの乱れを通じて生体に影響を与える傾向が他の色よりも強いことも報告されている。夕方及び夜間の青色光への曝露は、健康に有害であり得ると考えられている。
【0008】
メラトニン抑制効果を予測するために、様々な測定基準が提案されている。概日刺激を測定するためのより一般的な測定基準のうちの２つは、（ｉ）概日作用因子（Carcadian Action Factor、ＣＡＦ）及び（ｉｉ）メラノピック反応（Melanopic Response、ＭＲ）である。ＣＡＦ及びＭＲは、放射線の概日発光効率（ＣＥＲ）対放射線の発光効率（ＬＥＲ）の比率であり、それぞれが、光に対する脳の感度の尺度、すなわち、光に対するヒトの非視覚的感度の尺度を提供する。ＣＡＦは、特定波長の光への曝露前後のヒトのメラトニン濃度を測定して、概日作用スペクトル（Circadian Action Spectrum、ＣＡＳ）、すなわち概日感度スペクトルｃ（λ）を確立する研究に基づいている。ＣＡＦは、ａｃｖで示され、放射線の概日効率対発光効率の比率である。ＭＲは、哺乳類のｉｐＲＧＣ（内因性光感受性網膜神経節細胞）に見られるメラノプシン光色素の吸収スペクトルに基づいており、メラノピック反応（感度）スペクトルｍ（λ）を確立する。ＭＲは、放射線の概日効率対発光効率の比率である。最近では、ｉｐＲＧＣのスペクトル反応に重み付けされた、新測定基準の等価メラノピックルクス（Melanopic Lux、ＥＭＬ）が提案されている。
【0009】
ＬＥＤ照明に対する更なる潜在的な懸念は、紫色～青色光への過剰な曝露から生じ得る光網膜炎（網膜に対する光化学的損傷）の可能性である。これは、ブルーライトハザード（BlueLightHazard、ＢＬＨ）として知られており、ＣＡＦ及びＭＲと同様に、対応する青色感度スペクトルｂ（λ）を有する。ＢＬＨのリスクは、白色光を放出するＬＥＤが同一色温度で他のタイプの照明源よりも著しく多くの青色を含むわけではないにもかかわらず、ＬＥＤと関連付けられることがある。すなわち、ＬＥＤで生成された青色ピークはスペクトルのＣＡＦ及びＭＲ波長領域内で非常に高いため、ＢＬＨは、高ＣＣＴ（≧５０００Ｋ）白色ＬＥＤに対する潜在的な眼の健康上の懸念事項である。現在の国際標準によると、白色光を放出し、一般的な照明用途で使用される光源は、健康な成人の網膜に対して有害であると見なされていない。つまり、特殊なランプ又は有色光源の光学的安全性は個別的に考慮されなければならず、乳児又は特定タイプの眼疾患を患う成人など影響を受けやすい集団の周囲で使用される光源は、更なる評価を必要とする。
【0010】
現在、ＬＥＤ照明産業では、フルスペクトルＬＥＤデバイスが、白熱灯及び黒体放射で示されるように、１００に等しい一般ＣＲＩ Ｒａを有する白色光の生成を目指している。しかしながら、そのようなＬＥＤは、約８０のＣＲＩ Ｒａを有する光を生成する白色ＬＥＤ（ＣＲＩ８０）と比較して、１５～３０％の効率を犠牲にすることが見出されている。
【0011】
本発明は、既知の固体白色発光デバイスの欠点を少なくとも部分的に克服し、現在のＣＲＩ８０デバイスの効率に少なくとも近づく、又はそれを超える効率を有する、ヒト中心のフルスペクトル白色発光デバイスを提供しようとして生まれた。
【発明の概要】
【0012】
本発明は、自然光に限りなく近い、青色波長から赤色波長までのスペクトル成分を有するフルスペクトル白色光を生成するためのフルスペクトル白色発光デバイスに関する。
【0013】
具体的には、ただし非限定的に、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、スペクトルの青色～シアン波長領域において自然光に酷似する白色光を生成するための白色発光デバイスを対象とする。本発明のいくつかの実施形態によると、そのような白色発光デバイスは、概日作用因子（ＣＡＦ）及びメラノピック反応（ＭＲ）によって測定されるヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける青色～シアン波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）において自然光に酷似するフルスペクトル白色光を生成する。そのようなスペクトル特性を有する白色光は、波長スペクトルのこの部分が、概日サイクルに影響を及ぼし得るメラトニン分泌に影響を与えるため、ヒトの健康に対して有益であると考えられている。本発明によるフルスペクトル白色発光デバイスは、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの主波長を有する（すなわち、可視スペクトルの青色波長範囲内である）広帯域励起光を生成する広帯域青色励起源、例えば青色ＬＥＤを用いる。本特許明細書において、「広帯域」は、少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、半値全幅）を有する光を示す。例えば、ＦＷＨＭは、少なくとも３０ｎｍ又は少なくとも５０ｎｍであり得、約２５ｎｍ～約７０ｎｍのＦＷＨＭを有し得、任意選択的に、約３０ｎｍ～約７０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有し得る。広帯域はまた、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの波長範囲での、少なくとも２つの異なる波長の青色発光の組み合わせからなる青色光を示すために使用され得る。広帯域青色励起光を使用することにより、発光デバイスは、スペクトルの青色～シアン波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）内の自然光に酷似するフルスペクトル光を生成することができる。
【0014】
本発明のいくつかの実施形態は、効率を改善するように最適化（縮小）されている、スペクトルの赤色波長領域に対応する波長における光強度を有する白色光を生成するフルスペクトル白色発光デバイスに更に関する。いくつかの実施形態では、デバイスは、ピーク発光波長／ＦＷＨＭが、眼の明所視反応（すなわち明所視感度関数）が概して低い（約０．１）、スペクトルの赤色波長領域（範囲）に対応する波長において光強度（光子カウント）を低減するように、具体的には、ＣＲＩ Ｒ９（「飽和赤色」）及びＣＲＩＲ８（「赤みがかった紫色」）の値に影響を及ぼし得る、約６５０ｎｍよりも長い波長の光強度を低減するように選択される。
【0015】
本発明の一態様によると、約４９０ｎｍ～約６８０ｎｍのピーク発光波長を有する光を生成するためのフォトルミネセンス材料と、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの主波長を有する広帯域励起光を生成するための広帯域固体励起源と、を含むフルスペクトル白色発光デバイスであって、当該デバイスは、約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において、スペクトルの橙色～赤色波長領域でのその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下するスペクトルを有する白色光を生成し、約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、黒体曲線又は同一相関色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光強度からの当該白色光の最大強度偏差率が６０％未満である、フルスペクトル白色発光デバイスが想定される。より具体的には、スペクトルの橙色～赤色領域での最大強度は、フォトルミネセンス変換（生成）光に対応し、最大強度は、約５７０ｎｍよりも長い波長で生じる。例えば、最大強度は、約５９０ｎｍ～約６２０ｎｍの範囲の波長で生じ得る。
【0016】
デバイスによって放出される光の最大強度偏差率は、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満、及び１０％未満のうちの少なくとも１つであり得る。
【0017】
白色光は、黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子（ＣＡＦ）の５％以内であるＣＡＦを有し得る。
【0018】
いくつかの実施形態では、デバイスによって生成された白色光は、９０未満のＣＲＩ Ｒ９及び／又はＣＲＩ Ｒ８を有する。
【0019】
白色光は、約６４５ｎｍ～約６６５ｎｍの波長において、橙色～赤色波長領域でのその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下するスペクトルを有し得、少なくとも８０のＣＲＩ Ｒａを有し得る。
【0020】
白色光は、約６６５ｎｍ～約６９０ｎｍの波長でデバイスによって放出される光のその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下するスペクトルを有し得、少なくとも９０のＣＲＩ Ｒａ及び５０超のＣＲＩ Ｒ９を有し得る。
【0021】
いくつかの実施形態では、白色光は、約６８０ｎｍ～約６９５ｎｍの波長でデバイスによって放出される光のその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下するスペクトルを有し、少なくとも９５のＣＲＩ Ｒａ及び６０超のＣＲＩ Ｒ９を有し得る。
【0022】
フォトルミネセンス材料は、約６２０ｎｍ～約６５５ｎｍのピーク発光波長を有する光を生成する、少なくとも１種のフォトルミネセンス材料又はフォトルミネセンス材料の組み合わせを含み得る。
【0023】
白色光は、約２７００Ｋ～約３０００Ｋの相関色温度を有し得、デバイスは、少なくとも１０２ｌｍ／Ｗの効率を有し得る。
【0024】
いくつかの実施形態では、白色光は、約４０００Ｋ～約６８００Ｋの相関色温度を有し得、デバイスは、少なくとも１１０ｌｍ／Ｗの効率を有し得る。
【0025】
広帯域固体励起源は、少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する広帯域励起光を生成し得る。
【0026】
広帯域励起光は、２つ以上の異なる波長の青色発光の組み合わせを含み得る。異なる波長の青色発光は、２つの方法、すなわち、（ｉ）異なる主波長の複数の個別の青色ＬＥＤ（狭帯域ＬＥＤ）を使用するか、又は（ｉｉ）活性領域内で、例えば特別に設計された、複数の異なる量子井戸を使用して、複数の青色波長発光を発生させる個別のＬＥＤ（広帯域ＬＥＤ）を使用することにより生成することができる。したがって、広帯域青色固体励起源は、１個以上の狭帯域固体光源、例えば、ＬＥＤ又はレーザダイオードなどで構成することができ、１個以上の狭帯域固体光源のそれぞれが、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの異なる主波長の狭帯域青色光を「直接」生成する。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの青色発光の間に少なくとも５ｎｍの波長差、又は少なくとも２つの青色発光の間に少なくとも１０ｎｍの波長差が存在する。
【0027】
いくつかの実施形態では、広帯域固体励起源は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの第１の主波長を有する青色発光を生成するための第１の固体光源と、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの第２の主波長を有する、異なる青色発光を生成するための第２の固体光源と、を含み得る。第１の主波長は、４２０ｎｍ～４５０ｎｍであり得、第２の主波長は、４５０ｎｍ～４８０ｎｍであり得る。広帯域青色励起源は、第１の主波長及び第２の主波長とは異なる、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの第３の主波長を有する青色発光を生成するための第３の固体光源を更に含み得る。
【0028】
あるいは、広帯域青色固体励起源はまた、広帯域固体光源、例えば、多重量子井戸（multiple-quantum-well、ＭＱＷ）構造の異なる量子井戸を使用して、複数の異なる波長の青色発光を直接生成する活性領域を有するＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤなど広帯域青色ＬＥＤを包含する。いくつかの実施形態では、広帯域固体励起源は、それぞれ異なる主波長を有する青色発光をそれぞれ生成する、少なくとも２つの異なる量子井戸を有するＬＥＤを含む。
【0029】
本発明の広帯域固体励起源は、１５ｎｍ～２０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する単一狭帯域波長の青色光を生成する狭帯域青色ＬＥＤを用いる既知の白色ＬＥＤと対比される。本発明の広帯域青色固体励起源は、青色発光（４２０ｎｍ～４８０ｎｍ）フォトルミネセンス材料（蛍光体）を使用して、紫外線のフォトルミネセンス変換プロセスを通して間接的に青色励起光を生成するＵＶ固体光源（ＵＶ ＬＥＤ）を用いる既知の白色ＬＥＤと更に対比される。換言すると、本発明による広帯域固体励起源／白色発光デバイスは、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲の励起光を発生させるためにフォトルミネセンス材料を用いない／含まない。
【0030】
いくつかの実施形態では、フォトルミネセンス材料は、４９０ｎｍ～５５０ｎｍのピーク発光波長を有する第１のフォトルミネセンス材料と、６００ｎｍ～６８０ｎｍのピーク発光波長を有する第２のフォトルミネセンス材料と、を含み得る。
【0031】
一態様によると、本発明は、約４９０ｎｍ～約６８０ｎｍのピーク発光波長を有する光を生成するためのフォトルミネセンス材料と、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの主波長を有する広帯域励起光を生成するための広帯域固体励起源と、を含むフルスペクトル白色発光デバイスを包含し、このデバイスは、約１８００Ｋ～約６８００Ｋの相関色温度を有する白色光を生成し、当該白色光は、黒体曲線又は同一相関色温度のＣＩＥ標準光源ＤのＣＡＦの５％以内であるＣＡＦを有するスペクトルを有する。
【0032】
いくつかの実施形態では、約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、黒体曲線又は同一相関色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光強度からの当該白色光の最大強度偏差率が存在し得る。
【0033】
当該光の当該最大強度偏差率は、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満、及び１０％未満のうちの少なくとも１つであり得る。
【0034】
白色光は、強度が、約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長においてその最大強度の半分に低下するスペクトルを有し得る。
【0035】
いくつかの実施形態では、白色光は、９０未満のＣＲＩ Ｒ９を有し得る。
【0036】
白色光は、約２７００Ｋ～約３０００Ｋの相関色温度を有し得、デバイスは、少なくとも１０２ｌｍ／Ｗの効率を有し得る、又は白色光は、約４０００Ｋ～約６８００Ｋの相関色温度を有し得、デバイスは、少なくとも１１０ｌｍ／Ｗの効率を有し得る。
【0037】
本発明のいくつかの実施形態は、フォトルミネセンス材料（例えば、黄色～緑色フォトルミネセンス材料及び橙色～赤色フォトルミネセンス材料）が、表面実装型デバイス、チップオンボード、及びフィラメントなど広帯域固体励起源と共にパッケージ化される、パッケージ化白色発光デバイスにおいて有用性を見出す。他の実施形態では、フォトルミネセンス材料は、広帯域固体励起源に遠隔に配置され得る。
【0038】
本発明のこれらの態様及び特徴、並びに他の態様及び特徴は、添付の図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の説明を考察することで、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1a】いくつかの実施形態による、遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイスを示す。
【図1b】いくつかの実施形態による、遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイスを示す。
【図3a】いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略断面図である。
【図3b】いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略断面図である。
【図4a】いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略図である。
【図4b】いくつかの実施形態による、フルスペクトル白色発光デバイスの概略図である。
【図5】（Ａ）（ｉ）狭帯域励起源を用いる、既知のフルスペクトル発光デバイス、Ａと示されるスペクトル（点線）、（ｉｉ）広帯域励起源を用いる、本発明によるフルスペクトル発光デバイス、Ｂと示されるスペクトル（細い実線）、（ｉｉｉ）スペクトルＡ及びＢのＣＣＴと名目上同一であるＣＣＴの黒体曲線（ｂｂｃ）（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）概日作用スペクトル（ＣＡＳ）（太い実線）、相対量子感度対波長（ｎｍ）を示す。
【図6】（ｉ）Ｄｅｖ．１（実線）、（ｉｉ）Ｄｅｖ．２（太い破線）、（ｉｉｉ）Ｃｏｍ．１（点線）、並びに（ｉｖ）Ｄｅｖ．１、Ｄｅｖ．２、及びＣｏｍ．１と名目上同一である２７００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図7a】（ｉ）Ｄｅｖ．３（実線）、（ｉｉ）Ｄｅｖ．４（太い破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．５（鎖線）、（ｉｖ）Ｃｏｍ．２（点線）、並びに（ｖ）Ｄｅｖ．３、Ｄｅｖ．４、Ｄｅｖ．５、及びＣｏｍ．２と名目上同一である３０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図7b】（ｉ）Ｄｅｖ．４（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．２（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．４及びＣｏｍ．２と名目上同一である３０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図7c】（ｉ）Ｄｅｖ．５（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．３（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．５及びＣｏｍ．３と名目上同一である３０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図8】（ｉ）Ｄｅｖ．６（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．４（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．６及びＣｏｍ．４と名目上同一である４０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図9a】（ｉ）Ｄｅｖ．７（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．５（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．７及びＣｏｍ．５と名目上同一である５０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図9b】（ｉ）Ｄｅｖ．８（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．６（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．８及びＣｏｍ．６と名目上同一である５０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。
【図10】いくつかの実施形態による、ＬＥＤフィラメントランプの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0040】
当業者が本発明を実施することを可能にするように、本発明の実施形態が、本発明の例解的な実施例として提供される図面を参照して、ここで詳細に説明される。特に、以下の図面及び実施例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定することを意図するものではなく、説明又は例解される要素の一部又は全ての交換によって他の実施形態が可能である。更に、本発明のある要素が、既知の構成要素を使用して部分的に又は完全に実装され得る場合、本発明の理解に必要であるこのような既知の構成要素のそれらの部分のみが説明され、このような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、本発明を曖昧にしないように省略される。本明細書において、単数形の構成要素を示す実施形態は限定的であると見なされるべきではなく、むしろ、本発明は、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含することを意図しており、その逆もまた同様である。更に、出願人は、そのように明示的に記載されていない限り、本明細書又は特許請求の範囲のいずれの用語についても意図しない。更に、本発明は、例解によって本明細書において言及される既知の構成要素に対する、現在及び将来の既知の等価物を包含する。
【0041】
本明細書全体を通して、図面番号が前に付く同様の参照番号は、同様の特徴を示すために使用されている。
【0042】
本発明の実施形態は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように動作可能な広帯域固体励起源、例えば１個以上のＬＥＤを含む白色発光デバイスに関する。本特許明細書において、「広帯域」は、少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭ（半値全幅）を有する光を示す。例えば、ＦＷＨＭは、少なくとも３０ｎｍ又は少なくとも５０ｎｍであり得、約２５ｎｍ～約７０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有し得、任意選択的に、３０ｎｍ～７０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有し得る。広帯域はまた、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの波長範囲の、少なくとも２つの異なる波長の青色発光の組み合わせからなる青色光を示すために使用され得る。より具体的には、ただし非限定的に、本発明のいくつかの実施形態は、可視スペクトルの青色～シアン波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）において自然光に酷似するフルスペクトル白色光を生成ための白色発光デバイスに関する。
【0043】
遠隔蛍光体フルスペクトル白色発光デバイス
【0044】
図１ａ及び図１ｂは、本発明の一実施形態による遠隔蛍光体固体フルスペクトル白色発光デバイスを示し、図１ａは部分断面平面図であり、図１ｂはＡ－Ａを通る断面図である。デバイス１１０は、１８００Ｋ～６８００ＫのＣＣＴ（相関色温度）を有するフルスペクトル白色光を生成するように構成されている。このデバイスは、単独で使用され得る、又はダウンライト若しくは他の照明装置の一部を含み得る。デバイス１１０は、円板形状の基部１１４、中空円筒形壁部分１１６、及び取り外し可能な環状頂部１１８からなる中空円筒形本体１１２を含む。熱の散逸を助けるために、基部１１４は、好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金又は高い熱伝導率を有する任意の材料から作製される。基部１１４は、ねじ若しくはボルトによって、又は他の締結具によって、又は接着剤によって、壁部分１１６に取り付けられ得る。
【0045】
デバイス１１０は、円形状のＭＣＰＣＢ（ｍｅｔａｌ ｃｏｒｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ、金属コアプリント回路基板）１２２と熱連通して取り付けられている複数（図１ａ及び図１ｂの例では５個）の広帯域青色固体励起源１２０を更に含む。広帯域青色固体励起源１２０の様々な実施形態を、図２ａ～図４ｂに示す。発光を最大限にするために、デバイス１０は、ＭＣＰＣＢ１２２の表面及び円筒壁１１６の内側曲面をそれぞれ覆う光反射面１２４及び１２６を更に含み得る。
【0046】
デバイス１１０は、励起源１２０に対して遠隔に配置され、励起源１２０によって生成された励起光の一部を吸収し、フォトルミネセンスのプロセスによって異なる波長の光に変換するように動作可能なフォトルミネセンス波長変換構成要素１２８を更に含む。デバイス１１０の発光生成物は、広帯域青色励起源１２０によって生成された複合光と、フォトルミネセンス波長変換構成要素１２８によって生成されたフォトルミネセンス光と、を含む。フォトルミネセンス波長変換構成要素は、黄色蛍光体、赤色蛍光体、及び／又は緑色蛍光体の混合物を含む光透過性材料（例えば、ポリカーボネート、アクリル材料、シリコーン材料など）から形成され得る。更に、いくつかの実施形態では、フォトルミネセンス波長変換構成要素は、蛍光体材料でコーティングされている光透過性基板から形成され得る。波長変換構成要素１２８は、励起源１２０に対して遠隔に位置付けられ、励起源から空間的に分離される。本特許明細書では、「遠隔に」及び「遠隔」とは、離間された、すなわち分離された関係を意味する。典型的には、波長変換構成要素及び励起源は空気によって分離されるが、他の実施形態では、これらは、例えば光透過性シリコーン又はエポキシ材料など好適な光透過性媒体によって分離され得る。波長変換構成要素１２８は、ランプによって放出される全ての光が波長構成要素１２８を通過するように、ハウジング開口部を完全に覆うように構成されている。図示するように、波長変換構成要素１２８は、頂部１１８を使用して壁部分１１６の頂部に取り外し可能に取り付けられ得、ランプの構成要素及び発光色を容易に変更することができる。
【0047】
図２ａは、本発明の一実施形態による広帯域青色固体励起源２２０の概略図である。広帯域青色固体励起源２２０は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍ、すなわち可視スペクトルの青色領域内の主波長を有する広帯域青色励起光を生成するように構成されている。この実施形態では、広帯域青色励起光はまた、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭを有する。本発明の一実施形態によると、広帯域青色固体励起源２２０は、第１の固体光源２３０及び第２の固体光源２３２を含み得、この実施例では、これらは狭帯域青色ＬＥＤチップ（例えば、青色発光ＧａＮ系ＬＥＤチップ）である。第１の固体光源２３０は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍの第１の主波長λｄ１を有する青色発光を生成し、第２の固体光源２３２は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍの第２の主波長λｄ２を有する青色発光を生成する。第１及び第２の固体光源は、光源で生成される光の主波長が異なる（すなわち、λｄ１はλｄ２とは異なる）ように選択される。第１及び第２の固体光源２３０／２３２からの光の組み合わせは、広帯域青色固体励起源２２０の広帯域青色励起光出力２４２を構成し、４２０ｎｍ～４７０ｎｍの主波長を有し、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭを有する。他の実施形態では、固体励起源は、単一の固体光源を含み得ることが理解されるであろう。本明細書において、単一の固体光源は、１個以上の固体光源として定義され、これらの光源のそれぞれは、同一（すなわち単一／単独）の主波長及び少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成する。
【0048】
図２ａに示すように、広帯域青色固体励起源２２０は、第１及び第２の固体光源が、基板２３４の上面にフリップチップ結合されている表面実装型デバイス（surface mountable device、ＳＭＤ）、例えばＳＭＤ ２８３５ ＬＥＤパッケージなどを含み得る。電気接点２３６、２３８は、励起源を動作させるために、基板２３４の底面に設けられ得る。第１及び第２の固体光源２３０、２３２は、例えばシリコーン又はエポキシ材料など光透過型光学封止材２４０で封止され得る。
【0049】
図２ｂは、本発明の一実施形態による広帯域青色固体励起源２２０の概略図である。固体励起源２２０は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍ、すなわち可視スペクトルの青色領域内の主波長を有する励起光を生成するように構成されている。この実施形態では、励起光はまた、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭを有する。本発明の一実施形態によると、固体励起源２２０は広帯域固体光源２４１を含み、この広帯域固体光源は、この例では、例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｌｅｔｔ．７５，１４９４（１９９９）Ｔｒａｎ Ｃ Ａ ｅｔ ａｌ．「Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＩｎＧａＮ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｑｕａｎｔｕｍ－ｗｅｌｌ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｂｙ ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ」に開示されるように、多量子井戸（ＭＱＷ）を備えた活性領域を有するＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤなど単一の広帯域ＬＥＤである。広帯域固体光源２４１は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍのピーク波長の複数の重複青色発光を含む広帯域青色光を生成する。したがって、単一の固体光源２４１は、単一／単独の主波長を有し、かつ少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成する。
【0050】
図２ｂに示すように、固体励起源２２０は、固体光源が、基板２３４の上面にフリップチップ結合されている表面実装型デバイス（ＳＭＤ）、例えばＳＭＤ ２８３５ ＬＥＤパッケージなどを含み得る。電気接点２３６、２３８は、励起源を動作させるために、基板２３４の底面に設けられ得る。固体光源２４１は、例えばシリコーン又はエポキシ材料など光透過型光学封止材２４０で封止され得る。
【0051】
パッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス
【0052】
図３ａは、本発明の一実施形態によるパッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス３１０ａの概略断面図である。デバイス３１０ａは、１８００Ｋ～６８００ＫのＣＣＴ（相関色温度）を有するフルスペクトル白色光を生成するように構成されている。
【0053】
本発明のいくつかの実施形態によると、デバイス３１０ａは、パッケージ３４４内に収容された、例えば、青色発光ＧａＮ（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ、窒化ガリウム）系ＬＥＤチップなど第１及び第２の固体光源３３０、３３２で構成される広帯域青色固体励起源を含む。上記と同様／同一に、第１の固体光源３３０は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍの第１の主波長λｄ１を有する青色発光を生成し得、第２の固体光源３３２は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍの範囲内に第２の主波長λｄ２を有する青色発光を生成し得る。第１の固体光源の主波長λｄ１は、第２の固体光源の主波長λｄ２とは異なる。パッケージは、例えば、上部３４６及び基部３４８を含む、表面実装型デバイス（ＳＭＤ）２８３５ ＬＥＤパッケージなどＳＭＤを含み得る。上本体部３４６は、固体光源３３０、３３２を受容するように構成されている凹部３５０を画定する。パッケージ３４４は、パッケージ３４４の基部の外面に電気コネクタ３５２及び３５４を更に含み得る。電気コネクタ３５２、３５４は、凹部３５０の床上の電極接触パッド３５６、３５８、及び３６０に電気的に接続することができる。接着剤又ははんだを使用して、固体光源（ＬＥＤチップ）３３０、３３２を、凹部３５０の床に配置された熱伝導パッド３６２に取り付けることができる。ＬＥＤチップの電極パッドは、ボンドワイヤ３６２を使用して、パッケージ３４４の床上の対応する電極接触パッド３５６、３５８、及び３６０に電気的に接続することができる。あるいは、ＬＥＤチップは、パッケージにフリップチップ取り付けされ、電気的に接続され得る。凹部３５０には、ＬＥＤチップ３３０、３３２の露出面がフォトルミネセンス／シリコーン材料の混合物によって覆われるように、フォトルミネセンス材料の混合物が含まれている光透過型光学封止材３６４、典型的には光学的に透明なシリコーンが充填されている。デバイスの発光輝度を高めるために、凹部３５０の壁を傾斜させ、光反射面を有することができる。当然ながら、他の実施形態では、１個以上の固体光源（ＬＥＤチップ３３０、３３２）は、同一の（すなわち単一／単独の）主波長を有し、かつ少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光をそれぞれ生成することが理解されるであろう。
【0054】
図３ｂは、本発明の別の実施形態である。これは、第１及び第２の狭帯域固体光源が、多重量子井戸を備えた活性領域を有する、２個の広帯域青色ＬＥＤ３４１ａ／３４１ｂに置き換えられていることを除いて、図３ａと同様である。典型的には、第１及び第２の広帯域青色固体光源３４１ａ／３４１ｂは、同一主波長λｄを有する広帯域青色励起光をそれぞれ生成する。
【0055】
図４ａ及び図４ｂは、本発明の一実施形態による、チップオンボード（Chip On Board、ＣＯＢ）パッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス４１０を示しており、図４ａは平面図であり、図４ｂはＢ－Ｂを通る断面図である。デバイス４１０は、２５００Ｋ～５０００ＫのＣＣＴ（相関色温度）及び９５超のＣＲＩ（演色評価数）を有する暖色系白色光を生成するように構成され得る。
【0056】
デバイス４１０は、正方形のＭＣＰＣＢ ４６８と熱連通するように取り付けられた、複数（図４ａの例では１２個）の広帯域青色固体励起源４２０、例えば広帯域青色発光ＧａＮ（窒化ガリウム）系ＬＥＤフリップチップダイを含む。
【0057】
図４ａに示すように、励起源４２０は、一般に円形のアレイとして構成され得る。固体励起源（広帯域ＬＥＤダイ）４２０は、４４０ｎｍ～４５５ｎｍの主波長λｄを有する励起光をそれぞれ生成し得る。この実施形態では、励起光は、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭ（完全幅半値）を有する。電気接点４７２、４７４は、白色発光デバイス４１０を動作させるためにＭＣＰＣＢ４６８の上面に設けられ得る。示すように、広帯域ＬＥＤフリップチップダイ４２０は、ＬＥＤダイ４２０の露出面がフォトルミネセンス／シリコーン材料混合物によって覆われるように、フォトルミネセンス材料の混合物が含まれている光透過型光学封止材４６６、例えばシリコーン又はエポキシ材料などで封止されている。示すように、光透過型封止材／光ルミネセンス材料混合物４６６は、環状壁４７０内に収容され得る。当然のことながら、他の実施形態では、図４ａ及び図４ｂに示す装置が、多重量子井戸を備えた活性領域を有する単一の広帯域ＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤではなく、２つ以上のＬＥＤで構成される固体励起源４２０を含み得ることが理解されるであろう。
【0058】
緑色～黄色フォトルミネセンス材料
【0059】
本明細書では、広帯域緑色～黄色フォトルミネセンス材料とは、約４９０ｎｍ～約５７０ｎｍ、すなわち、可視スペクトルの黄色～緑色波長領域内のピーク発光波長（λｐｅ）を有する光を生成する材料を指す。好ましくは、緑色～黄色フォトルミネセンス材料は、広い発光特性を有し、好ましくは、約１００ｎｍ以上のＦＷＨＭ（半値全幅）を有する。緑色～黄色フォトルミネセンス材料は、任意のフォトルミネセンス材料、例えば、ガーネット系無機蛍光体材料、ケイ酸塩蛍光体材料、及び酸窒化物蛍光体材料などを含み得る。好適な緑色～黄色蛍光体の例を、表１に示す。
【0060】
いくつかの実施形態では、緑色～黄色フォトルミネセンス材料は、一般組成Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）のセリウム活性イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体を含み、例えば、５２７ｎｍ～５４３ｎｍのピーク発光波長及び約１２０ｎｍのＦＷＨＭを有する、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＹＡＧシリーズ蛍光体が挙げられる。本明細書において、ＹＡＧ＃の表記は、蛍光体タイプ「ＹＡＧ」系蛍光体に、ナノメートル（＃）でのピーク発光波長がその後に続くものを表している。例えば、ＹＡＧ５３５は、５３５ｎｍのピーク発光波長を有するＹＡＧ蛍光体を示す。緑色～黄色フォトルミネセンス材料は、一般組成（Ｙ，Ｂａ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）のセリウム活性イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体を含み得、例えば、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＧＮＹＡＧシリーズ蛍光体が挙げられる。いくつかの実施形態では、緑色フォトルミネセンス材料は、一般組成Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＧＡＬ）のアルミン酸塩（ＬｕＡＧ）蛍光体を含み得る。そのような蛍光体の例としては、例えば、ピーク発光波長が５１６ｎｍ～５６０ｎｍ、かつＦＷＨＭが約１２０ｎｍのＩｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）から入手可能なＧａｌシリーズ蛍光体が挙げられる。本明細書において、表記ＧＡＬ＃は、蛍光体のタイプ（ＧＡＬ）「ＬｕＡＧ」系蛍光体及びその後に続くナノメートル（＃）でのピーク発光波長を表す。例えば、ＧＡＬ５２０は、５２０ｎｍのピーク発光波長を有するＧＡＬ蛍光体を示す。
【0061】
緑色～黄色ケイ酸塩蛍光体の例としては、５０７ｎｍ～５７０ｎｍのピーク発光波長と、約７０ｎｍ～約８０ｎｍのＦＷＨＭとを有する、一般組成（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕのユーロピウム活性化オルソケイ酸塩蛍光体、例えば、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）製のＧ、ＥＧ、Ｙ、及びＥＹシリーズ蛍光体が挙げられる。
【0062】
いくつかの実施形態では、緑色～黄色蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれている「Ｇｒｅｅｎ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ（Ｏｘｙ）Ｎｉｔｒｉｄｅ－Ｂａｓｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ Ａｎｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」と題する米国特許第８，６７９，３６７号に教示されている緑色発光窒化物蛍光体を含み得る。そのような緑色発光酸窒化物（ＯＮ）蛍光体は、一般組成Ｅｕ２＋：Ｍ２＋Ｓｉ４ＡｌＯｘＮ（７－２ｘ／３）（式中、０．１≦×≦１．０であり、Ｍ２＋は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎからなる群から選択される１つ以上の二価金属である）を有し得る。本明細書において、ＯＮ＃の表記は、蛍光体タイプ「酸窒化物」に、ナノメートル（＃）でのピーク発光波長（λｐｅ）がその後に続くものを表している。例えば、ＯＮ４９５は、４９５ｎｍのピーク発光波長を有する緑色酸窒化物蛍光体を示す。
【表1】
【0063】
橙色～赤色フォトルミネセンス材料
【0064】
橙色～赤色フォトルミネセンス材料は、青色光によって励起可能であり、約６００ｎｍ～約６７０ｎｍのピーク発光波長λｐｅを有する光を放出するように動作可能である、任意の橙色～赤色フォトルミネセンス材料、典型的には蛍光体を含み得、例えば、ユーロピウム活性化シリコン窒化物系蛍光体、α－ＳｉＡｌＯＮ、ＩＩＡ／ＩＩＢ族硫セレン化物系蛍光体、又はケイ酸塩系蛍光体を含み得る。橙色～赤色蛍光体の例を表２に示す。
【0065】
いくつかの実施形態では、ユーロピウム活性化シリコン窒化物系蛍光体は、一般式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋などの他の元素でドープすることができる。ＣＡＳＮ蛍光体は、ストロンチウム（Ｓｒ）、一般式（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋などの他の元素でドープすることができる。本明細書において、ＣＡＳＮ＃の表記は、蛍光体タイプ「ＣＡＳＮ」に、ナノメートル（＃）でのピーク発光波長（λｐｅ）がその後に続くものを表している。例えば、ＣＡＳＮ６１５は、６１５ｎｍのピーク発光波長を有する橙色～赤色ＣＡＳＮ蛍光体を示す。
【0066】
一実施形態では、橙色～赤色蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれる「Ｒｅｄ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｎｉｔｒｉｄｅ－Ｂａｓｅｄ Ｃａｌｃｉｕｍ－Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」と題する米国特許第８，５９７，５４５号に教示されているように、橙色～赤色発光蛍光体を含み得る。このような赤色発光蛍光体は、化学式ＭａＳｒｂＳｉｃＡｌｄＮｅＥｕｆ（式中、ＭはＣａであり、０．１≦ａ≦０．４であり、１．５≦ｂ≦２．５であり、４．０≦ｃ≦５．０であり、０．１≦ｄ≦０．１５であり、７．５＜ｅ＜８．５及び０＜ｆ＜０．１であり、ａ＋ｂ＋ｆ＞２＋ｄ／ｖであり、ｖは、Ｍの価数である）で表される窒化物系組成物を含む。
【0067】
あるいは、橙色～赤色蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれる「Ｒｅｄ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｎｉｔｒｉｄｅ－Ｂａｓｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」と題する米国特許第８，６６３，５０２号に教示されているように、橙色～赤色発光窒化物系蛍光体を含むことができる。そのような赤色発光蛍光体は、化学式Ｍ（ｘ／ｖ）Ｍ’２Ｓｉ５－ｘＡｌｘＮ８：ＲＥ（式中、Ｍは、原子価ｖを有する少なくとも１つの一価、二価又は三価の金属であり、Ｍ’は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、ＲＥは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、及びＭｎのうちの少なくとも１つであり、ｘは０．１≦×≦０．４を満たし、当該赤色発光蛍光体は、Ｍ’２Ｓｉ５Ｎ８：ＲＥの一般結晶構造を有し、Ａｌは、当該一般結晶構造内のＳｉの代わりとなり、Ｍは、実質的に格子間部位にある当該一般結晶構造内に位置する）で表される窒化物系組成物を含む。そのような蛍光体の一例は、約６１０ｎｍのピーク発光波長を有するＩｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆｒｅｍｏｎｔ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＸＲ６１０赤色窒化物蛍光体である。
【0068】
橙色～赤色蛍光体はまた、ＩＩＡ／ＩＩＢ族硫セレン化物系蛍光体も含み得る。グループＩＩＡ／ＩＩＢのセレン化物硫化物系蛍光体材料の第１の例は、組成式ＭＳｅ１－ｘＳｘ：Ｅｕ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎのうちの少なくとも１つであり、０＜×＜１．０である）を有する。この蛍光体材料の具体例は、ＣＳＳ蛍光体（ＣａＳｅ１－ｘＳｘ：Ｅｕ）である。ＣＳＳ蛍光体の詳細は、２０１６年９月３０日に出願された同時係属中の米国特許出願公開第２０１７／０１４５３０９号に提供されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。米国特許出願公開第２０１７／０１４５３０９号に記載されているＣＳＳ橙色～赤色蛍光体を、本発明で使用することができる。ＣＳＳ蛍光体の発光ピーク波長は、組成中のＳ／Ｓｅ比を変更することにより、６００ｎｍ～６５０ｎｍに調整することができ、約４８ｎｍ～約６０ｎｍ（より長いピーク発光波長は、典型的により大きいＦＷＨＭ値を有する）のＦＷＨＭを有する狭帯域赤色発光スペクトルを示す。本明細書において、ＣＳＳ＃の表記は、蛍光体タイプ「ＣＳＳ」に、ナノメートルでのピーク発光波長（＃）がその後に続くものを表している。例えば、ＣＳＳ６１５は、６１５ｎｍのピーク発光波長を有するＣＳＳ蛍光体を示す。信頼性を改善するために、ＣＳＳ蛍光体粒子は、１つ以上の酸化物、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、又は酸化クロム（ＣｒＯ）でコーティングされ得る。あるいは、及び／又は加えて、狭帯域赤色蛍光体粒子は、１つ以上のフッ化物、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、又はフッ化チタン（ＴｉＦ４）でコーティングされ得る。コーティングは、単層、又は前述のコーティングの組み合わせを有する多層であり得る。組み合わせコーティングは、第１の材料と第２の材料との間の急激な遷移を有するコーティングであり得る、又は第１の材料から第２の材料への漸進的／平滑な遷移が存在するコーティングであリ得、このため、コーティングの厚さを通して変化する混合組成を有するゾーンを形成する。
【0069】
いつかの実施形態では、橙色～赤色蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれる「Ｓｉｌｉｃａｔｅ－Ｂａｓｅｄ Ｏｒａｎｇｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」と題する米国特許第７，６５５，１５６号に教示されているような橙色発光ケイ酸塩系蛍光体を含むことができる。このような橙色発光ケイ酸塩系蛍光体は、一般組成式（Ｓｒ１－ｘＭｘ）ｙＥｕｚＳｉＯ５（式中、０＜ｘ≦０．５、２．６≦ｙ≦３．３、０．００１≦ｚ≦０．５であり、Ｍは、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＺｎからなる群から選択される１つ以上の二価金属である）を有することができる。本明細書において、Ｏ＃の表記は、蛍光体タイプ「橙色ケイ酸塩」に、ナノメートル（＃）でのピーク発光波長（λｐｅ）がその後に続くものを表している。例えば、Ｏ６００は、６００ｎｍのピーク発光波長を有する橙色ケイ酸塩系蛍光体を示す。
【表2】
【0070】
１８００Ｋ～６８００Ｋフルスペクトル白色発光デバイス
【0071】
上記のように、本発明のいくつかの実施形態は、具体的には、ただし非限定的に、例えばＣＡＦ（概日作用因子）によって測定されるように、ヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける、可視スペクトルの青色～シアン波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）において自然光に酷似するフルスペクトル白色光を生成するフルスペクトル白色発光デバイスに関する。他の態様によると、本発明は、約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの範囲の波長の自然光に近いスペクトルを維持しつつ、フルスペクトル白色発光デバイスの効率を改善することに関する。本発明者らは、スペクトルの赤色領域に対応する波長で光強度（光子カウント）を最適化（低減）することによって、具体的には、ＣＲＩ Ｒ９（「飽和赤色」）及びＣＲＩＲ８（「赤みがかった紫色」）の値に影響を与える波長で光強度を低減することによってフルスペクトル白色発光デバイスの効率を改善することができることを発見した。そのような効率の改善は、約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において最大強度の半分に減少する（低下する）強度ロールオフ（テール）を、可視スペクトルの橙色～赤色波長領域において有するフルスペクトル白色光をデバイスが生成するように、ピーク発光波長／ＦＷＨＭが選択された、橙色～赤色フォトルミネセンス材料を含めることによって達成され得る。
【0072】
図５は、（Ａ）（ｉ）狭帯域励起源を用いる、既知のフルスペクトル発光デバイス、Ａと示されるスペクトル（点線）、（ｉｉ）広帯域励起源を用いる、本発明によるフルスペクトル発光デバイス、Ｂと示されるスペクトル（細い実線）、（ｉｉｉ）スペクトルＡ及びＢのＣＣＴと名目上同一であるＣＣＴについての黒体曲線（ｂｂｃ）（破線）、に対する強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）概日作用スペクトル（ＣＡＳ）（太い実線）、相対量子感度対波長（ｎｍ）を示す。この図は、本特許明細書で使用される様々なパラメータを定義し、本発明の原理を示す。
【0073】
図５を参照すると、スペクトル概日効率関数ｃ（λ）とも呼ばれる概日作用スペクトル（ＣＡＳ）は、光に対するヒトの非視覚的相対感度を表す。ｃ（λ）の最大感度は、４６０ｎｍの波長で生じる。ＣＡＳは、メラトニン分泌を調節する概日入力を提供するためには、スペクトルの４３０ｎｍ～５２０ｎｍの部分が最も重要な波長であることを示唆している。
【0074】
スペクトルＡを黒体曲線（ｂｂｃ）と比較すると、スペクトルＡはピーク５８０を示し、このピークは、ｂｂｃの強度から大きく逸脱する（すなわち、ピーク強度は、同一波長のｂｂｃの強度よりも著しく高い）強度を有する、狭帯域励起源によって生成された励起光に対応することに気付くであろう。比較すると、スペクトルＢは２つのピーク５８２、５８４を示し、これらのピークは、スペクトルＡと比較して、ｂｂｃの強度からごくわずかに逸脱する（すなわち、ピーク強度は、同一波長のｂｂｃよりもわずかに高い）強度を有する、広帯域励起源によって生成された励起光に対応する。ピーク５８０は、４６０ｎｍの波長でのＣＡＳの最大感度に近い４５５ｎｍの波長で生じることに更に気付くであろう。更に、スペクトルＡは、最小強度がｂｂｃの最小強度から著しく逸脱する（すなわち、トラフ強度はｂｂｃよりも著しく低い）トラフ（谷）５８６を示すことに気付くであろう。比較すると、スペクトルＢは、最小強度が、スペクトルＡと比較して、ｂｂｃの最小強度からごくわずかに逸脱する（すなわち、トラフ強度はｂｂｃよりもわずかに低い）、トラフ（谷）５８８を示す。図から分かるように、（スペクトルＡのピーク５８４と比較して）スペクトルＢの発光ピーク５８２及び５８４の逸脱は小さく、（スペクトルＡのトラフ５８６と比較して）ｂｂｃからのスペクトルＢのトラフ５８８の逸脱が小さいほど、スペクトルＢは、４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲（青色～シアン）にわたってｂｂｃ（プランキアンスペクトル）に酷似することを示す。スペクトルＢは、ＣＡＦ（概日作用因子）によって測定されるヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける、この波長領域にわたって自然光に酷似し、このことは、ヒトの健康に有益であることが更に理解されるであろう。
【0075】
スペクトルがｂｂｃに酷似する程度を定量化するための測定基準は、同一相関色温度のｂｂｃの色強度からの最大（最高）強度偏差率（Ｉｍａｘｄｅｖ）である。すなわち、約４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲にわたって、Ｉｍａｘｄｅｖは、スペクトルの強度とｂｂｃの強度との間の最大（最高）強度差率である。最大偏差は、正（スペクトル強度がｂｂｃよりも大きいピークなど）又は負（スペクトル強度がｂｂｃ未満であるトラフなど）であり得る。スペクトルの有意な比較を行うために、各スペクトルは、同一のＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙを有するように正規化される。スペクトルは、観察者の明所視（視覚）反応を考慮し、同一相関色温度のための標準的な観察者の明所視感度関数ｙ（λ）（明所視又は視覚発光効率関数ν（λ）と呼ばれることもある）を使用して正規化される。したがって、Ｉｍａｘｄｅｖは、約４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲にわたる、スペクトルの正規化強度と、ｂｂｃの正規化強度との間の最大（最高）強度差率である。Ｉｍａｘｄｅｖ は、以下のように定義される。
【数1】
【0076】
例えば、図５を参照すると、スペクトルＡの場合、ｂｂｃからのスペクトルの最大偏差は、波長λｍａｘｄｅｖ＝４５５ｎｍのピーク５８０に対応する。λｍａｘｄｅｖでのスペクトル強度は５９０と示され、λｍａｘｄｅｖでのｂｂｃの強度は５９２と示される。したがって、上記の計算を使用すると、約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、スペクトルＡは、９５％の最大強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖを有する。すなわち、最大強度偏差率において、波長λｍａｘｄｅｖでのスペクトルＡの正規化強度は、同一波長でのｂｂｃの正規か強度の１９５％である。対照的に、スペクトルＢは、わずか３０％の（ピーク５８２に対応する）最大強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖを有する。すなわち、波長λｍａｘｄｅｖでのスペクトルＡ の正規化強度は、この波長でのｂｂｃの正規化強度の１３０％である。
【0077】
ロールオフ波長（λＲＯ）は、正規化強度（Ｉ）が、スペクトルの橙色～領域の最大強度（ＩｍａｘＩｍａｘと示す）からその最大強度の半分（１／２Ｉｍａｘと示す）に低下する波長として定義される。上記のように、スペクトルのこの波長領域内の最大強度Ｉｍａｘは、フォトルミネセンス変換光に対応し、最大強度は、約５７０ｎｍよりも長い波長で生じる。例えば、最大強度は、約５９０ｎｍ～約６２０ｎｍの範囲の波長で生じ得る。
【0078】
パッケージ化白色発光デバイスの試験方法
【0079】
パッケージ化試験方法は、積分球におけるパッケージ化白色発光デバイス（図３ａ）の全発光を測定することを含む。
【0080】
本発明によるパッケージ化フルスペクトル白色発光デバイス（Ｄｅｖ．＃）は、主波長λｄ１＝４４３ｎｍ、λｄ２＝４５１ｎｍ、及びλｄ３＝４５７ｎｍの３個の１１３３（１１ｍｉｌ×３３ｍｉｌ）ＬＥＤチップを含む、２８３５（２．８ｍｍ×３．５ｍｍ）ＳＭＤパッケージをそれぞれ含む。
【0081】
本明細書では、白色発光デバイスを示すために以下の命名法が使用される。すなわち、Ｃｏｍ．＃は、各励起源が単一主波長の１つ以上の固体光源を含む比較発光デバイスを示し、Ｄｅｖ．＃は、各励起源が２つの異なる主波長の固体光源を含む、本発明の実施形態による発光デバイスを示す。
【0082】
２７００Ｋフルスペクトル白色発光デバイスの試験データ
【0083】
表３、表４、及び表５は、２７００Ｋ白色発光デバイスＤｅｖ．１、Ｄｅｖ．２及び既知のＣＲＩ９０比較デバイスＣｏｍ．１について測定された光学試験データを表にしたものであり、青色及びシアンスペクトル成分を維持しつつ、赤色スペクトル成分を低減させる効率に対する影響を示す。
【0084】
発光デバイスＤｅｖ．１及びＤｅｖ．２は、主波長がλｄ１＝４４３ｎｍ、λｄ２＝４５１ｎｍ、及びλｄ３＝４５７ｎｍである３個のＬＥＤチップを含む２８３５パッケージをそれぞれ含む。Ｄｅｖ．１は、ＧＡＬ５２０蛍光体とＣＡＳＮ６５０蛍光体との組み合わせを含み、Ｄｅｖ．２は、ＧＡＬ５２０蛍光体、ＧＡＬ５３０蛍光体、ＣＡＳＮ６２５蛍光体、及びＣＡＳＮ６５０蛍光体の組み合わせを含む。ＣＡＳＮ６２５とＣＡＳＮ６５０との組み合わせは約６２８ｎｍのピーク発光を生成し、波長は、ＣＡＳＮ６２５対ＣＡＳＮ６５０の相対的比率に応じて異なる。比較デバイスＣｏｍ．１は、狭帯域励起源を用い、９０の公称ＣＲＩ Ｒａを有する、既知の２８３５パッケージ化白色発光デバイスを含む。
【0085】
図６は、（ｉ）Ｄｅｖ．１（実線）、（ｉｉ）Ｄｅｖ．２（太い破線）、（ｉｉｉ）Ｃｏｍ．１（点線）、並びに（ｉｖ）Ｄｅｖ．１、Ｄｅｖ．２、及びＣｏｍ．１と名目上同一である２７００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（細い破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。スペクトルの意味の有意な比較を行うために、各スペクトルは、それぞれがＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００を有するように正規化されている。データは、観察者の明所視反応を考慮する、標準的な観察者のＣＩＥ １９３１明所視感度関数ｙ（λ）を使用して正規化される。図６のプランキアンスペクトル（曲線）、つまり黒体曲線は、所与の色温度（ＣＣＴ）について１００に等しい一般ＣＲＩ Ｒａのスペクトルを表す。したがって、所与の色温度の白色発光デバイスが、可能な限り高い演色を有するためには、その発光スペクトルが、同一色温度の黒体スペクトルに可能な限り厳密に一致するべきである。
【0086】
図６を参照すると、本発明によるデバイスＤｅｖ．１及びＤｅｖ．２（広帯域幅励起源を含む）の発光スペクトルエネルギー含有量に対する効果は、比較デバイスＣｏｍ．１（狭帯域励起源を含む）と比較して、それぞれ約４３０ｎｍ及び４４０ｎｍでの青色発光ピーク６８２の強度で著しく低下することに気付くであろう。図から分かるように、デバイスＤｅｖ．１及びＤｅｖ．２の青色発光ピーク６８２の低下（Ｃｏｍ．１のピーク６８０と比較して）は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって、プランキアンスペクトルにより酷似する（つまり、太陽光により酷似する）発光スペクトルをもたらす。より具体的には、スペクトルの分析は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって、デバイスＤｅｖ．１及びＤｅｖ．２により放出された正規化光強度と同一相対色温度（２７００Ｋ）の黒体曲線（ｂｂｃ）の正規化光強度との間には、約６０％の最大正規化強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖが存在することを示す。すなわち、Ｄｅｖ．１及びＤｅｖ．２は、同一波長においてｂｂｃの光強度の１６０％である強度を有する光をそれぞれ生成する。正規化強度の最大偏差は、それぞれ約４３０ｎｍ及び約４４０ｎｍの波長λｍａｘｄｅｖで生じる。これは、約４５０ｎｍの波長λｍａｘｄｅｖで、約８０％の正規化強度における最大偏差率Ｉｍａｘｄｅｖを示す白色光を生成する、既知の比較デバイスＣｏｍ．１（狭帯域励起光源を用いる）と比較されるべきである。
【0087】
したがって、当然のことながら、デバイスＤｅｖ．１及びＤｅｖ．２は、ＣＡＦ（概日作用因子）によって測定されるヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける、この波長領域にわたって自然光により酷似する白色光を生成し、このことは、ヒトの健康に有益であり得る。スペクトルのシアン領域内のトラフを少なくとも部分的に充填し、青色領域内のピークオーバーシュートを低減する広帯域青色励起源を用いることにより生じる、スペクトルエネルギー含有量のこの変化は、本発明のデバイスの優れた演色特性の主な原因であると考えられる。表３から分かるように、デバイスＤｅｖ．１及びＤｅｖ．２は、自然光のＣＡＦのそれぞれ１．９％及び０．８％以内のＣＡＦを有する白色光を生成する（ＣＣＴ２７００Ｋのｂｂｃ）。比較すると、比較デバイスＣｏｍ．１は、自然光のＣＡＦの３．８％以内のＣＡＦを有する。
【0088】
ここで、スペクトルの橙色～赤色波長領域（すなわち、約５７０ｎｍよりも長い波長）におけるスペクトルの強度ロールオフ（テール）について検討する。Ｄｅｖ．１では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．１）は約８．２であり、これは約６４０ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６９０ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．１）で、この値の半分（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．１）に低下する。
【0089】
Ｄｅｖ．２では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．２）は約７．６であり、これは約６２０ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６７５ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．２）で、この値の半分（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．２）に低下する。
【表3】
【表4】
【表5】
【0090】
表３、表４、及び表５を参照すると、デバイスＤｅｖ．１は、１０４ｌｍ／Ｗの効率を有すること、また、９５以上（９６．９）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ１５のそれぞれは９０以上（９１．２～９９．０）であることに気付くであろう。比較すると、デバイスＤｅｖ．２は、１１９ｌｍ／Ｗの効率を有し、９５以上（９５．８）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ７及びＣＲＩ Ｒ１０～ＣＲＩ Ｒ１５は約９０以上（８９．５～９９．３）であるが、ＣＲＩ Ｒ ８（「赤みがかった紫色」に対応する）は７２超かつ９０未満（８６．６）未満であり、また、ＣＲＩ Ｒ ９（「飽和赤色」に対応する）は、５０超かつ９０未満（６９．６）である。更に、Ｄｅｖ．２で生成される光の質は、Ｄｅｖ．１の光の質と概ね同一であるが、効率が大幅に（約１５％、１０４ｌｍ／Ｗから１１９ｌｍ／Ｗへ）増加することに気付くであろう。
【0091】
図６及び表３から当然分かるように、Ｄｅｖ．１と比較してＤｅｖ．２の効率が増加することは、スペクトルの赤色波長領域における光強度を低減する、Ｄｅｖ．１の波長（６９０ｎｍ）よりも短い波長（６７５ｎｍ）で生じるＤｅｖ．２のスペクトルロールオフの直接的な結果である。
【0092】
３０００Ｋフルスペクトル白色発光デバイスの試験データ
【0093】
表６、表７、及び表８は、３０００Ｋ白色発光デバイスＤｅｖ．３～Ｄｅｖ．５、並びに既知の３０００Ｋ ＣＲＩ９０及びＣＲＩ８０比較デバイスＣｏｍ．２及びＣｏｍ．３について測定された光学試験データを表にしたものであり、青色及びシアンスペクトル成分を維持しつつ、赤色スペクトル成分を低減させる効率に対する影響を示す。
【0094】
発光デバイスＤｅｖ．３～Ｄｅｖ．５は、主波長がλｄ１＝４４３ｎｍ、λ２＝４５１ｎｍ、及びλｄ１＝４５７ｎｍである３個のＬＥＤチップを含む２８３５パッケージをそれぞれ含む。Ｄｅｖ．３は、ＧＡＬ５２０蛍光体とＣＡＳＮ６５０蛍光体との組み合わせを含み、デバイスＤｅｖ．４及びＤｅｖ．５は、ＧＡＬ５２０蛍光体、ＧＡＬ５３０蛍光体、ＣＡＳＮ６２５蛍光体、及びＣＡＳＮ６５０蛍光体の組み合わせを含み、Ｄｅｖ．５は、Ｄｅｖ．４よりも大きいＣＡＳＮ６２５対ＣＡＳＮ６５０の相対部分を含む（Ｄｅｖ．４におけるＣＡＳＮ６２５とＣＡＳＮ６５０との組み合わせは約６２５ｎｍのピーク発光を生成し、Ｄｅｖ．５における組み合わせは、約６２８ｎｍのピーク発光を生成する）。比較デバイスＣｏｍ．２は、狭帯域励起源を用い、９０の公称ＣＲＩ Ｒａを有する、既知の２８３５パッケージ化白色発光デバイスを含む。Ｃｏｍ．３は、狭帯域励起源を用い、８０の公称ＣＲＩ Ｒａを有する、既知の２８３５パッケージ化白色発光デバイスを含む。
【0095】
図７ａは、（ｉ）Ｄｅｖ．３（実線）、（ｉｉ）Ｄｅｖ．４（太い破線）、（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．５（鎖線）、（ｉｖ）Ｃｏｍ．２（点線）、並びに（ｖ）Ｄｅｖ．３、Ｄｅｖ．４、Ｄｅｖ．５、及びＣｏｍ．２と名目上同一である３０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル、つまり黒体曲線（細い破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。図７ｂは、（ｉ）Ｄｅｖ．４（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．２（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．４及びＣｏｍ．２と名目上同一である３０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。図７ｃは、（ｉ）Ｄｅｖ．５（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．３（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．５及びＣｏｍ．３と名目上同一である３０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）である。スペクトルの分析は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって、デバイスＤｅｖ．３、Ｄｅｖ．４、及びＤｅｖ．５により放出された光の正規化強度と同一相対色温度（３０００Ｋ）の黒体曲線の光の正規化強度との間には、約４０％、約５０％、及び約６０％の最大正規化強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖが存在することを示す。これは、（約４５０ｎｍの波長で）正規化強度の約７０％及び１００％の最大偏差率Ｉｍａｘｄｅｖをそれぞれ示す白色光を生成する、既知の比較デバイスＣｏｍ．２及びＣｏｍ．３（狭帯域励起光源を用いる）と比較されるべきである。更に、表６から分かるように、デバイスＤｅｖ．３、Ｄｅｖ．４及びＤｅｖ．５は、自然光のＣＡＦのそれぞれ３．４％、４．１％、及び３．４％以内のＣＡＦを有する白色光を生成する（ＣＣＴ３０００Ｋのｂｂｃ）。比較すると、比較デバイスＣｏｍ．２及びＣｏｍ．３は、自然光のＣＡＦのそれぞれわずか１１．５％及び９．５％以内のＣＡＦを有する。
【0096】
したがって、当然のことながら、デバイスＤｅｖ．３、Ｄｅｖ．４、及びＤｅｖ．５は、ＣＡＦ（概日作用因子）又はメラノピック比率（Melanopic Ratio、ＭＲ）によって測定されるヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける、この波長領域にわたって自然光により酷似する白色光を生成し、このことは、ヒトの健康に有益であり得る。
【0097】
ここで、スペクトルの橙色～赤色波長領域（すなわち、約５７０ｎｍよりも長い波長）におけるスペクトルの強度ロールオフ（テール）について検討する。Ｄｅｖ．３では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．３）は約７．３であり、これは約６３０ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６９０ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．３）で、この値の半分（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．３）に低下する。
【0098】
Ｄｅｖ．４では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．４）は約６．８であり、これは約６２５ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６８０ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．４）で、この値の半分（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．４）に低下する。
【0099】
Ｄｅｖ．５では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．５）は約７．０であり、これは約６０５ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６５０ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．５）で、この値の半分（（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．５）に低下する。
【表6】
【表7】
【表8】
【0100】
表６、表７、及び表８を参照すると、デバイスＤｅｖ．３は、１０９ｌｍ／Ｗの効率を有すること、及び９５超（９５．９）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ１５のそれぞれは９０以上（９１．８～９９．３）であることに気付くであろう。比較すると、デバイスＤｅｖ．４は、１４９ｌｍ／Ｗの効率を有し、９５以上（９５．６）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ８及びＣＲＩ Ｒ１０～ＣＲＩ Ｒ１５は９０以上であるが、ＣＲＩ Ｒ ９（「飽和赤色」に対応する）は、５０超かつ９０未満（７７．８）である。比較すると、デバイスＤｅｖ．５は、１２０ｌｍ／Ｗの効率を有し、８５以上（８５．０）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ７及びＣＲＩ Ｒ１０～ＣＲＩ Ｒ１５は９０以上であるが、ＣＲＩ Ｒ ８（「赤みがかった紫色」に対応する）は、７２未満（６０．０）未満であり、また、ＣＲＩ Ｒ９（「飽和赤色」に対応する）は、１０超かつ９０未満（１１．９）である。更に、Ｄｅｖ．４及びＤｅｖ．５で生成される光の質は、Ｄｅｖ．３で生成される光の質と概ね同一であるが、効率は大幅に（それぞれ約２０％及び約５０％）増加することに気付くであろう。
【0101】
４０００Ｋフルスペクトル白色発光デバイスの試験データ
【0102】
表９、表１０、及び表１１は、４０００Ｋ白色発光デバイスＤｅｖ．６及び既知の４０００Ｋ ＣＲＩ９０比較デバイスＣｏｍ．４について測定された光学試験データを表にしたものである。発光デバイスＤｅｖ．６は、主波長がλｄ１＝４４３ｎｍ、λ２＝４５１ｎｍ、及びλｄ１＝４５７ｎｍである３個のＬＥＤチップを含む２８３５パッケージを含み、ＧＡＬ５２０蛍光体とＣＡＳＮ６５０蛍光体との組み合わせを含む。比較デバイスＣｏｍ．４は、狭帯域励起源を用い、９０の公称ＣＲＩ Ｒａを有する、既知の２８３５パッケージ化白色発光デバイスを含む。
【0103】
図８は、（ｉ）Ｄｅｖ．６（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．４（点線）、並びに（ｖ）Ｄｅｖ．６及びＣｏｍ．３と名目上同一である４０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。スペクトルの分析は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって、デバイス、及びＤｅｖ．６により放出された光の正規化強度と同一相対色温度（４０００Ｋ）の黒体曲線の光の正規化強度との間の最大差である、約３０％の最大正規化強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖが存在することを示す。これは、（約４５０ｎｍの波長で）正規化強度の約９０％の最大偏差率Ｉｍａｘｄｅｖを示す白色光を生成する、既知の比較デバイスＣｏｍ．２（狭帯域励起光源を用いる）と比較されるべきである。更に、表６から分かるように、デバイスＤｅｖ．６は、自然光のＣＡＦの０．４％であるＣＡＦを有する白色光を生成する（ＣＣＴ４０００Ｋのｂｂｃ）。比較すると、比較デバイスＣｏｍ．３は、自然光のＣＡＦのわずか７．０％以内のＣＡＦを有する。
【0104】
当然のことながら、デバイスＤｅｖ．６は、ＣＡＦ（概日作用因子）又はメラノピック比率（ＭＲ）によって測定されるヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける、この波長領域にわたって自然光により酷似する白色光を生成し、このことは、ヒトの健康に有益であり得る。
【0105】
ここで、スペクトルの橙色～赤色波長領域（すなわち、約５７０ｎｍよりも長い波長）におけるスペクトルの強度ロールオフ（テール）について検討する。Ｄｅｖ．６では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．６）は約５．９であり、これは約６３０ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６８５ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．６）で、この値の半分（（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．６）に低下する。
【表9】
【表10】
【表11】
【0106】
表９、表１０、及び表１１を参照すると、デバイスＤｅｖ．６は、１１７ｌｍ／Ｗの効率を有すること、及び９５超（９５．９）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ１５のそれぞれは９０以上（９１．８～９９．３）であることに気付くであろう。
【0107】
５０００Ｋフルスペクトル白色発光デバイスの試験データ
【0108】
表１２、表１３、及び表１４は、５０００Ｋ白色発光デバイスＤｅｖ．７及びＤｅｖ．８、並びに既知の５０００Ｋ ＣＲＩ９０及びＣＲＩ８０比較デバイスＣｏｍ．５及びＣｏｍ．６について測定された光学試験データを表にしたものであり、青色及びシアンスペクトル成分を維持しつつ、赤色スペクトル成分を低減させる効率に対する影響を示す。
【0109】
発光デバイスＤｅｖ．７及びＤｅｖ．８は、主波長がλｄ１＝４４３ｎｍ、λ２＝４５１ｎｍ、及びλｄ１＝４５７ｎｍである３個のＬＥＤチップを含む２８３５パッケージをそれぞれ含む。Ｄｅｖ．７は、ＧＡＬ５２０蛍光体とＣＡＳＮ６５０蛍光体との組み合わせを含み、Ｄｅｖ．８は、ＧＡＬ５２０蛍光体、ＧＡＬ５３０蛍光体、ＣＡＳＮ６２５蛍光体、及びＣＡＳＮ６５０蛍光体の組み合わせを含む。比較デバイスＣｏｍ．５は、狭帯域励起源を用い、９０の公称ＣＲＩ Ｒａを有する、既知の２８３５パッケージ化白色発光デバイスを含む。Ｃｏｍ．６は、狭帯域励起源を用い、８０の公称ＣＲＩ Ｒａを有する、既知の２８３５パッケージ化白色発光デバイスを含む。
【0110】
図９ａは、（ｉ）Ｄｅｖ．７（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．５（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．７及びＣｏｍ．５と名目上同一である５０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。スペクトルの分析は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって、デバイスＤｅｖ．７により放出された光の正規化強度と同一相対色温度（５０００Ｋ）のＣＩＥ標準光源Ｄの正規化強度との間には、約５０％の最大正規化強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖが存在することを示す。これは、（約４５０ｎｍの波長λｍａｘｄｅｖで）正規化強度の約１１５％の最大偏差率Ｉｍａｘｄｅｖを示す白色光を生成する、既知の比較デバイスＣｏｍ．５（狭帯域励起光源を用いる）と比較されるべきである。更に、表１２から分かるように、デバイスＤｅｖ．７は、自然光のＣＡＦの２．１％以内であるＣＡＦを有する白色光を生成する（ＣＣＴ５０００ＫのＣＩＥＤ）。比較すると、比較デバイスＣｏｍ．５は、自然光のＣＡＦのわずか１２．６％以内のＣＡＦを有する。
【0111】
図９ｂは、（ｉ）Ｄｅｖ．８（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．６（点線）、並びに（ｉｉｉ）Ｄｅｖ．８及びＣｏｍ．６と名目上同一である５０００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）に対する、強度スペクトル、正規化強度（ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００に正規化）対波長（ｎｍ）を示す。スペクトルの分析は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって、デバイスＤｅｖ．８により放出された光の正規化強度と同一相対色温度（５０００Ｋ）のＣＩＥ標準光源Ｄの正規化強度との間には、約２０％の最大正規化強度偏差率Ｉｍａｘｄｅｖが存在することを示す。これは、（約４５０ｎｍの波長λｍａｘｄｅｖで）正規化強度の約１４０％の最大正規化強度偏差率を示す白色光を生成する、既知の比較デバイスＣｏｍ．６（狭帯域励起光源を用いる）と比較されるべきである。更に、表１２から分かるように、デバイスＤｅｖ．８は、自然光のＣＡＦの２．０％以内であるＣＡＦを有する白色光を生成する（ＣＣＴ５０００ＫのＣＩＥＤ）。比較すると、比較デバイスＣｏｍ．６は、自然光のＣＡＦのわずか１３．１％以内のＣＡＦを有する。
【0112】
当然のことながら、デバイスＤｅｖ．７及びＤｅｖ．８のそれぞれは、ＣＡＦ（概日作用因子）又はメラノピック比率（ＭＲ）によって測定されるヒトの非視覚的認知が最大の影響を受ける、この波長領域にわたって自然光により酷似する白色光を生成し、このことは、ヒトの健康に有益であり得る。
【0113】
ここで、スペクトルの橙色～赤色波長領域（すなわち、約５７０ｎｍよりも長い波長）におけるスペクトルの強度ロールオフ（テール）について検討する。Ｄｅｖ．７では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．７）は約４．９であり、これは約６２５ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６８５ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．７）で、この値の半分（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．７）に低下する。
【0114】
Ｄｅｖ．８では、最大ピーク強度（ＩｍａｘＤｅｖ．８）は約５．６であり、これは約５９０ｎｍの波長で生じる。強度（Ｉ）は、約６５０ｎｍの波長（λＲＯＤｅｖ．８）で、この値の半分（１／２ＩｍａｘＤｅｖ．８）に低下する。
【表12】
【表13】
【表14】
【0115】
表１２、表１３、及び表１４を参照すると、デバイスＤｅｖ．７は、１１７ｌｍ／Ｗの効率を有すること、及び９５超（９８．５）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ１５のそれぞれは９０以上（９３．５～９９．０）であることに気付くであろう。比較すると、デバイスＤｅｖ．８は、１５２ｌｍ／Ｗの効率を有し、８０超（８３．９）のＣＲＩ Ｒａを有する白色光を生成し、ＣＲＩ Ｒ ８（「赤みがかった紫色」に対応する）は７２未満（６２．６）未満であり、また、ＣＲＩ Ｒ９（「飽和赤色」に対応する）は０超かつ９０未満（１．３）である。更に、Ｄｅｖ．８で生成される光の質は、Ｄｅｖ．７で生成される光の質と概ね同一であり、効率は大幅に（約３０％）増加し、Ｃｏｍ．６と同程度であることに気付くであろう。
【0116】
ＬＥＤフィラメント白色発光デバイス
【0117】
本発明のいくつかの実施形態による白色発光デバイスについては、遠隔蛍光体及びパッケージ化白色発光デバイスを参照して説明してきたが、白色発光デバイスのカテゴリは、ＬＥＤフィラメント白色発光デバイスを包含することが理解されよう。試験により、本発明のいくつかの実施形態によるＬＥＤフィラメントの形態の白色発光デバイスが、同様のスペクトル特性を有し、上記の白色発光デバイスの同じ利点及び利点を提供することを確認した。
【0118】
図１０は、１８００Ｋ～６８００Ｋの範囲のＣＣＴ（相関色温度）を有するフルスペクトル白色光を生成するためのＬＥＤフィラメントＡシリーズランプ（電球）１０１００の側面図を示す。ＬＥＤフィラメントランプ１０１００は、コネクタベース１０１０２と、光透過性ガラスエンベロープ１０１０４と、ガラスＬＥＤフィラメント支持体（ステム）１０１０６と、本発明による４個のＬＥＤフィラメント（白色発光デバイス）１０１０と、を含む。
【0119】
ここで、本発明の一実施形態によるＬＥＤフィラメント１１１０を、Ｃ－Ｃの断面側面図及びＬＥＤフィラメントの部分切欠き平面図を示す図１１ａ及び図１１ｂを参照して説明する。ＬＥＤフィラメント１１１０は、前面１１１１０に取り付けられた固体広帯域励起源１１２０のアレイを有する光透過性回路基板（board）（基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ））１１１０８を含み得る。広帯域励起源は、４２０ｎｍ～４７０ｎｍ、すなわち可視スペクトルの青色領域内の主波長λｄを有し、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭを有する広帯域青色励起光を生成するように構成されている。図示の実施形態では、広帯域励起源１１２０は、非パッケージ化広帯域青色ＬＥＤダイ（例えば、本明細書に記載のＭＱＷ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＬＥＤダイ）で構成され、これらのダイは基板に直接取り付けられている。他の実施形態では、広帯域励起源１１２０のそれぞれは、それぞれの異なる主波長Ｘｄｉ Ｘｄ２を有する、少なくとも２個の狭帯域青色ＬＥＤダイの組み合わせによって構成され得、これらのダイは、基板に直接取り付けられている。
【0120】
この実施形態では、図示される基板１１１０８は平面状であり、広帯域励起源１１２０は、基板の前面１１１１０の長さに沿って直線状アレイとして構成されている。
【0121】
典型的には、各ＬＥＤフィラメントは、２５個の励起源（ＬＥＤダイ）を含み、約２Ｗの総公称電力を有し得る。
【0122】
好ましくは、少なくとも半透明である基板１１１０８は、例えば、ガラス、又はポリプロピレン、シリコーン、若しくはアクリルなどプラスチック材料など可視光に対して１０％以上の透過率を有する、任意の光透過性材料を含み得る。基板１１１０８は、励起源１１２０を電気的に接続するための所望の回路構成で構成された導電性トラック１１１１２を前面１１１１０に更に備え得る。図示のように、励起源１１２０は、ストリングとして直列に電気的に接続することができる。示すように、励起源１１２０は、ボンドワイヤ１１１１４を使用して導電性トラック１１１１２に電気的に接続することができる。他の実施形態では、励起源１１２０は、ボンドワイヤによって互いに直接接続することができ、それによって導電性トラックの必要性を排除することができる。更に他の実施形態では、励起源１１２０は、導電性トラックに取り付けられた表面実装型ＬＥＤ又はフリップチップＬＥＤを含むことができる。基板１１１０８は、ＬＥＤフィラメント１１１０に電力を印加するための電極１１１１６をそれぞれの端部に含むことができる。
【0123】
本発明のいくつかの実施形態によると、ＬＥＤフィラメント１１１０は、少なくとも基板の前面１１１１０及び励起源１１２０を覆うフォトルミネセンス波長変換材料１１６６を更に含む。本発明のいくつかの実施形態によると、フォトルミネセンス波長変換材料１１６６は、緑色～黄色フォトルミネセンス材料、任意選択的に橙色～赤色フォトルミネセンス材料を含む。ＬＥＤフィラメントの前面及び背面から放出された光が概して同一の色であるようにするために、ＬＥＤフィラメント１１１０は、図示するように、基板の背面１１１２０を覆うフォトルミネセンス波長変換材料１１１１８を更に含み得る。フォトルミネセンス波長変換材料１１１１８は、フォトルミネセンス波長変換材料１１６６と同じフォトルミネセンス材料を含み得る。
【0124】
上記のように、本発明の特定の利点は、本発明のいくつかの実施形態によるフルスペクトル白色発光デバイスが、ＣＡＦ（概日作用因子）又はメラノピック比率（ＭＲ）によって測定されたヒト非視覚的知覚が最も影響を受ける、スペクトルの青色～シアン波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）において自然光に酷似するフルスペクトル白色光を生成することができることである。照明産業では、青色光の刺激及びその概日リズムに対する影響に関して多大な議論がなされている。光源の青色～シアンの光量は、概日サイクルに影響し得るメラトニン分泌に影響を与える。高レベルの青色～シアン光は、メラトニン分泌を抑制し、人体を活性化させる。低レベルの青色光は、メラトニン分泌を抑制せず、人体をリラックスさせる。この非視覚的効果を評価するために使用される１つの測定基準は、ＣＡＦ概日作用因子であり、典型的には、１日を通した青色成分によって調節される。日中の太陽は、高いＣＣＴ、及びより高い青色～シアン成分を有する。日の出及び日の入りは、より低いＣＣＴ、及びより低い青色～シアン成分を有する。異なるＣＣＴにおける自然光のＣＡＦ値は、ヒトの感情、健康、又は健康な生活が影響を受ける、青色～シアン領域における自然光からの照明偏差の良好な尺度である。
【0125】
更に、本発明のフルスペクトル白色発光デバイスの更なる利点は、ピーク発光波長／橙色～赤色フォトルミネセンス材料のＦＷＨＭを適切に選択することにより、当該デバイスが、橙色～赤色領域においてロールオフ（テール）を有するスペクトルを有し、強度が、約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において、スペクトルの橙色～赤色領域でのその最大値から当該最大値の約５０％に低下する白色光を生成することである。そのようなスペクトル特性（テール）は、眼の明所視反応が低い、スペクトルの赤色波長領域において光強度（光子カウント）を低減させ、それによってデバイス効率を増加させる。試験データは、本発明によるフルスペクトル白色発光デバイスが、少なくとも９０のＣＲＩ Ｒａと、ＣＲＩ Ｒ９及びＣＲＩ Ｒ８のみを低減しつつ、既知のＣＲＩ８０デバイスに等しいか、又はそれを超える効率と、を備える白色光を生成することができることを確認した。ＣＲＩ Ｒ９及びＣＲＩ Ｒ８の値のこの低減にもかかわらず、当該デバイスによって生成される光の知覚品質は、スペクトルの赤色波長領域における眼の感度に起因する悪影響を受けない。
【0126】
要約すると、当然のことながら、広帯域固体励起源を含む本発明による発光デバイスは、１８００Ｋ～６８００Ｋの範囲の色温度を有し、（ｉ）約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、同一相関色温度の黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの光強度からの当該白色光の最大強度偏差率が、６０％未満、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満、及び１０％未満のうちの少なくとも１つであるスペクトル、（ｉｉ）黒体曲線／ＣＩＥ標準光源Ｄの５％、４％、２％、又は１％以内のＣＡＦを有するスペクトル、（ｉｉｉ）９０未満であるＣＲＩＲ９及び／又はＣＲＩＲ８、（ｉｖ）約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下するスペクトル、（ｖ）約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下し、８５以上のＣＲＩ Ｒａ、９０以上のＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ７及びＣＲＩ Ｒ１０～ＣＲＩ Ｒ１５、７２未満のＣＲＩ Ｒ８、並びに１０超かつ９０未満のＣＲＩ Ｒ９を有するスペクトル、（ｖｉ）約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下し、９５以上のＣＲＩ Ｒａ、９０以上のＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ８及びＣＲＩ Ｒ１０～ＣＲＩ Ｒ１５、並びに５０超かつ９０未満のＣＲＩ Ｒ９を有するスペクトル、並びに（ｖｉｉ）約６４５ｎｍ～約６９５ｎｍの波長において、スペクトルの橙色～赤色波長領域におけるその最大値から当該最大値の約５０％に強度が低下し、９５以上のＣＲＩ Ｒａ、及び９０以上のＣＲＩ Ｒ１～ＣＲＩ Ｒ１５を有するスペクトル、のうちのいずれか１つを有する白色光を生成することを特徴とするフルスペクトル白色発光デバイスの実現を可能にする。
【0127】
本発明を詳細に説明してきたが、本発明から逸脱することなく、様々な変更及び修正を行うことができ、同等物を使用することができることは、当業者には明らかであろう。本発明は、上記の説明に記載した、又は図面に示した構造の詳細、構成要素の配置、及び／又は方法に限定されないことを理解されたい。更に、図面は単なる例示であり、限定するものではない。項目見出し及び小見出しは、読者の便宜を測ったものに過ぎない。これらは、何らかの実質的な重要性、意味、又は解説を有すると解釈すべきではなく、またそうすることはできず、何らかの特定の主題に関する情報の全てが、いずれかの特定の見出し又は小見出しの下で見出されるか又はこれに限定されることを示すと見なすべきではなく、またそうすることはできない。したがって、本発明は、以下の「特許請求の範囲」及びそれらの法的等価物に従うことを除いて限定されるべきではない。本発明は、その特定の実施形態を参照して具体的に説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における変更及び修正を行うことができることは、当業者には容易に明らかであろう。
【0128】
本発明は、その特定の実施形態を参照して具体的に説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における変更及び修正を行うことができることは、当業者には容易に明らかであろう。
【図1a】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図10】
【図11a】
【図11b】