発光素子を備えた光源
【課題】高い効率および高い演色を同時に得ると共に高温の色温度を持つ白光色、特に国際照明委員会（ＣＩＥ）から全般照明用に決定された公差楕円内に位置する色位置を発生する。
【解決手段】発光素子と、蛍光体とを備え、発光素子が第１のスペクトル範囲で発光し、蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩の群に由来し、発光素子の発光の一部を吸収し、別のスペクトル範囲で発光する光源において、蛍光体が、組成：（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋で示される２価のユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩および／または組成：（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋で示されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩である。
【解決手段】発光素子と、蛍光体とを備え、発光素子が第１のスペクトル範囲で発光し、蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩の群に由来し、発光素子の発光の一部を吸収し、別のスペクトル範囲で発光する光源において、蛍光体が、組成：（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋で示される２価のユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩および／または組成：（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋で示されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と、蛍光体とを備え、発光素子が第１のスペクトル範囲、特に光スペクトルの青色および／または紫外線範囲で発光し、蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩（Ｅｒｄａｌｋａｌｉｏｒｔｈｏｓｉｌｉｋａｔｅ）の群に由来するか又はこの発光物質群の少なくとも１つの成分を含み、発光素子の発光の一部を吸収し、別のスペクトル範囲、特に黄緑色、黄色又はオレンジ色の範囲で発光する光源に関する。選択された蛍光体はこの群の他の蛍光体および／またはこの群に属していない別の発光物質と混合されて使用される。
【０００２】
発光素子は特に無機ＬＥＤであるが、有機ＬＥＤ、レーザーダイオード、無機厚膜エレクトロルミネセンスシートまたは無機薄膜エレクトロルミネセンス部品であってもよい。
【背景技術】
【０００３】
無機ＬＥＤはとりわけ、長寿命、省スペース、耐震性、さらにスペクトル狭帯域での発光という点で優れている。
【０００４】
多数の発光色、特にスペクトル広帯域の多数の発光色は、ＬＥＤ内の活性半導体材料の内部発光によって実現できないか又は非効率にしか実現することができない。とりわけこのことは白色光を得る場合にあてはまる。
【０００５】
従来の技術によれば、半導体を用いて内部で実現することができない発光色は色変換によって得られる。
【０００６】
この色変換の技術は主として、少なくとも１つの蛍光体をＬＥＤダイ上に配置する原理に基づいている。その蛍光体は、このダイから発光された放射の一部を吸収し、ホトルミネセンスへ励起される。光源の発光色すなわち光色はダイの伝送された放射と発光物質の発光された放射との混合によって生じる。
【０００７】
蛍光体としては基本的に有機系ならびに無機系を使用することもできる。無機顔料の主要な利点は有機系に比べて高い化学的な温度および放射安定性にある。無機ＬＥＤの長寿命に関連して、長寿命の無機蛍光体は２つの構成要素から構成される光源の高い色位置安定性を保証する。
【０００８】
青色発光ＬＥＤから放出された放射が白色光に変換されるべき場合、青色光（４５０〜４９０ｎｍ）を有効に吸収し高効率で大部分黄色のルミネセンス放射に変換する発光物質が必要とされる。当然、少数の無機蛍光体しかこの要求を満たすことができない。現時点では多くの場合、ＹＡＧ発光物質クラスの材料が青色ＬＥＤに対する色変換顔料として使用されている（国際公開第９８／０５０７８号、第９８／１２７５７号パンフレット参照）。しかしながら、この材料には、該材料が５６０ｎｍ以下の発光最大値の場合にしか充分に高い効率を示さないという欠点がある。このような理由から青色ダイオード（４５０〜４９０ｎｍ）と組み合わされたＹＡＧ顔料を用いて、６０００〜８０００Ｋの色温度および比較的低い演色（演色評価数Ｒａの標準的な値は７０〜７５である）を有する冷たい感じの白色の光色のみを実現することができる。これにより用途範囲が非常に強く制限される。一方では、全般照明に白色光源を適用すると通常は照明手段の演色に高い要求が出され、他方では、とりわけ欧州および北米における顧客からは２７００〜５０００Ｋの色温度を持つ温かい光色が好まれている。
【０００９】
さらに国際公開第００／３３３８９号パンフレットから、青色ＬＥＤの光を変換するための蛍光体としてとりわけＢａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を使用することが公知である。発光物質Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋の発光最大値は５０５ｎｍにあり、それゆえこのような組合わせを用いると確実に白色光を発生することができない。
【００１０】
Ｓ．Ｈ．Ｍ． Ｐｏｏｒｔ等による論文、“Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｅｕ２＋−ａｋｔｉｖａｔｅｄ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｓ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｐｈｏｓｐａｔｅｓ”（刊行物「Ｊｏｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ 」２６０巻、１９９７年発行、第９３〜９７頁）では、Ｅｕで活性化されたＢａ２ＳｉＯ４ならびにリン酸塩（例えばＫＢａＰＯ４、ＫＳｒＰＯ４）の性質が研究されている。また同文献では、Ｂａ２ＳｉＯ４の発光が５０５ｎｍにあることが確認されている。
【特許文献１】国際公開第００／３３３８９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、冒頭に記載した種類の光源を、高い効率および高い演色を同時に得ると共に高温の色温度を持つ白光色、特に国際照明委員会（ＣＩＥ）から全般照明用に決定された公差楕円内に位置する色位置を発生できるように変更することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、本発明によれば、冒頭に記載した種類の光源において、蛍光体が、組成：
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
ｘ＋ｙ≦１．６
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１である）
で示される２価のユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩
および／または組成：
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０．０１＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１
ｘ×ｕ≧０．４である）
で示されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄの値のうちの少なくとも１つが０．０１より大きいことによって解決される。
【００１３】
良好な演色および高い光効率を有する白色光は、青色ＬＥＤと上述の組成を有しユウロピウムで活性化された本発明によるアルカリ土類金属オルト珪酸塩の群から選択された蛍光体との組合わせによって実現できることが見出された。純粋なバリウムオルト珪酸塩をベースにし青緑色光を放射する蛍光体に対して、バリウム−ストロンチウムオルト珪酸塩混合結晶によって黄緑色、黄色から黄オレンジ色までのルミネセンス光が発生され、カルシウムをオルト珪酸塩格子内へ組み込むことによって完全にオレンジ色のルミネセンス光が発生され、それゆえ青色ＬＥＤの伝送された光と選択された蛍光体の発光されたルミネセンス光との混合によって、高い演色および高い効率を有する白色光が発生される。オルト珪酸塩においてＢａをＳｒによって置換することによる発光色のシフトは、上述したＰｏｏｒｔ等の論文によって従来では硬いＵＶ放射（２５４ｎｍの励起）を用いた励起に対してのみ知られていた。それに対して、この作用が４４０〜４７５ｎｍの範囲の青色光を照射すると増強されて発生することは、その論文には記載されていない。Ｂａ−Ｓｒ−Ｃａオルト珪酸塩混合結晶および長波長のＵＶ放射または青色光で励起された際のその強い発光能力は従来では全く知られていなかった。
【００１４】
選択された蛍光体はこの群の他の蛍光体および／またはこの群に属していない付加的な発光物質と混合して使用することもできる。後者の発光物質には、２価のユウロピウムおよび／またはマンガンで活性化された例えば青色光を発するアルカリ土類金属アルミン酸塩、ならびにＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉまたは式Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ８：ｘＥｕ，ｙＭｎ（但し、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、ＭｅはＢａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つから成る）で示されるユウロピウムおよびマンガンで活性化されたアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋の群から成る赤色光を発する蛍光体が属する。
【００１５】
以下において詳細に説明される実施例に示されているように、本発明による混合結晶性蛍光体のＳｒ成分は、白色光を発生し得るために、少なすぎてはならない。
【００１６】
Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３および／またはＢ２Ｏ３をオルト珪酸塩格子内に付加的に組み込むこと、および珪素の一部をゲルマニウムによって置換することはそれぞれの蛍光体の発光スペクトルへの相当の影響を有し、それゆえこれはそれぞれの用途例のために有利にさらに変えることができることが見出された。Ｓｉ（ＩＶ）としての小さなイオンは一般的に長波長範囲側への発光最大値のシフトを惹き起し、一方大きなイオンは発光重心点を短波長側へシフトさせる。さらに、例えばハロゲン化物および／またはアルカリ金属イオンのような１価のイオンの少量が蛍光体格子内へ追加的に組み込まれることは、結晶化度、発光能力にとって、特に本発明による蛍光体の安定性にとって有利であることが判明している。
【００１７】
本発明の他の実施態様によれば、光源が少なくとも２つの異なる蛍光体を有し、少なくとも１つの蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩発光物質である。このようにしてそれぞれの用途に要求された白の色調が特に正確に生じ、特に８０以上のＲａ値を達成できる。本発明の他の有利な実施態様は、スペクトルの紫外線範囲、例えば３７０ｎｍ〜３９０の範囲で発光するＬＥＤと、少なくとも１つの発光物質が本発明によるアルカリ土類金属オルト珪酸塩発光物質である少なくとも３つの発光物質との組合わせである。相応の発光物質混合物において、付加的な発光物質として、ユウロピウムおよび／またはマンガンで活性化され青色光を発するアルカリ土類金属アルミン酸塩、および／またはＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉの群またはユウロピウムおよびマンガンで活性化されたアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩の群から成り赤色光を発する蛍光体を使用できる。
【００１８】
本発明による光源の機械的構成に対しては多数の可能性が存在する。１つの実施態様によれば、１つまたは複数のＬＥＤチップが反射鏡内のプリント板上に配置され、蛍光体が、反射鏡上に配置されている透光板内に分散されている。
【００１９】
しかし、１つまたは複数のＬＥＤチップが反射鏡内のプリント板上に配置され、蛍光体が反射鏡に被着されていることも可能である。
【００２０】
ＬＥＤチップがドーム状の形状を有する透明な注型材料で注型されていると有利である。一方ではこの注型材料は機械的な保護を形成し、他方では注型材料は光学的特性を改善する（ＬＥＤダイからの光出射の改善）。
【００２１】
蛍光体は注型材料中に分散されていてもよく、この注型材料によって、できるだけガスが閉込められることなしに、プリント板上に配置されたＬＥＤチップとポリマーレンズとが結合され、ポリマーレンズと注型材料とは最大で０．１だけ異なる屈折率を有する。この注型材料によってＬＥＤダイが直接閉じ込められていてもよいし、しかしながらＬＥＤダイが透明な注型材料で注型されている（すなわちその場合には透明な注型材料と蛍光体を含有する注型材料とが存在している）ことも可能である。屈折率が近似していることによって、境界面での反射による損失がほとんどない。
【００２２】
ポリマーレンズが球形もしくは楕円形の窪みを有し、この窪みが注型材料を充填され、ＬＥＤアレイがポリマーレンズから僅かな距離で固定されていると有利である。このようにして、機械的な構造の高さを減少させることができる。
【００２３】
蛍光体の均一な分布を達成するために、蛍光体が特に無機のマトリックス中に懸濁されていると有利である。
【００２４】
少なくとも２つの蛍光体を使用する場合、少なくとも２つの蛍光体が個々にマトリックス中に分散され、これらのマトリックスが光の伝搬方向に相前後して配置されていると有利である。これによって蛍光体の濃度は、異なる蛍光体を一様に分散させた場合に比べて減少させることができる。
【００２５】
次に、本発明の優れた実施態様における蛍光体を製造するための重要な工程を説明する。
【００２６】
アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体の製造のために、選択した組成に応じて、化学量論的な量の出発物質のアルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムを完全に混合し、発光物質の製造にとって通常に行われている固体反応において還元性雰囲気下でかつ１１００℃〜１４００℃の温度で所望の蛍光体に変換する。この場合、結晶化度にとっては、反応混合物に少ない割合で、特に０．２モル未満の割合で塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加すると有利である。本発明においては、珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもでき、このことは熱により酸化物に分解する上記元素の化合物の相応量の添加によって行なわれる。同様に、少量のアルカリ金属イオンをそれぞれの格子内へ組み込むことが達成される。
【００２７】
得られた本発明によるオルト珪酸塩蛍光体は、約５１０ｎｍ〜６００ｎｍの波長で発光し、１１０ｎｍまでの半値幅を有する。
【００２８】
反応パラメータの相応の形成および例えば１価のハロゲン化物および／またはアルカリ金属イオンの特定の添加によって、蛍光体を傷付けやすい機械的な粉砕プロセスを実施することなく、本発明による蛍光体の粒度分布がそれぞれの用途の要求に最適に整合する。このようにして、約２μｍ〜２０μｍの平均粒度を有する狭帯域および広帯域の粒度分布が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［図面の簡単な説明］
本発明の他の利点を以下において実施例および図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１〜６は本発明による種々のＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示し、図７〜１０は本発明によるＬＥＤ光源の種々の実施例を示す。
【００３１】
［発明の最良の実施例］
図１は、４６４ｎｍの重心波長を有する第１のスペクトル範囲において発光する青色ＬＥＤと、５９６ｎｍの最大値を有する第２のスペクトル範囲において発光する組成（Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）の本発明による蛍光体との組合わせによって形成されている２７００Ｋの色温度を有する白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す。
【００３２】
４６４ｎｍで発光するＬＥＤと、本発明によるオルト珪酸塩蛍光体のそれぞれ１つとの組合わせの他の例が図２および図３に示されている。組成Ｓｒ１．９０Ｂａ０．０８Ｃａ０．０２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を持ち黄色光を発する蛍光体が色変換のために使用されると、４１００Ｋの色温度を有する白光色が生じ、一方蛍光体Ｓｒ１．８４Ｂａ０．１６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を使用すると例えば６５００Ｋの色温度を有する白色光源が製造される。
【００３３】
４６４ｎｍＬＥＤと、本発明による２つのオルト珪酸塩蛍光体との組合わせの標準的なスペクトルが図４に示されている。使用された発光物質は組成Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋およびＳｒ１．００Ｂａ１．００ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を有している。図４に示された具体的なスペクトルのために５０８８Ｋの色温度と８２の演色評価数Ｒａとが保たれている。当然、全ての色温度は蛍光体の選定された量比率に応じて約３５００Ｋ〜７５００Ｋの範囲で実現されており、本発明による２つのアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体から成るこの種の混合物の大きな利点はとりわけ８０以上のＲａ値が同時に得られることにある。
【００３４】
この一例が図５に示されている。図示されているスペクトルは、４６４ｎｍＬＥＤと、２つの蛍光体Ｓｒ１．６Ｃａ０．４Ｓｉ０．９８Ｇａ０．０２Ｏ４：Ｅｕ２＋およびＳｒ１．１０Ｂａ０．９０ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋から成る混合物との組合わせを示し、５０００Ｋの色温度で８２のＲａ値を提供する。
【００３５】
発光素子として、３７０〜３９０ｎｍの最大値を有する第１のスペクトル範囲において発光するＵＶ−ＬＥＤが使用される場合、そのＬＥＤと、図４に示された本発明による蛍光体および同時に青緑色光を発するバリウム−マグネシウムアルミン酸塩発光物質：Ｅｕ，Ｍｎの特定の成分を含んでいる発光物質混合物との組合わせによって、９０以上のＲａ値が実現される。図６は６５００Ｋの色温度で９１のＲａを有する白色光源の発光スペクトルを示す。
【００３６】
他の例は次の一覧表に記載されている。使用された無機ＬＥＤの発光波長および本発明による蛍光体のそれぞれの組成のほかに、生じた色温度およびＲａ値ならびに光源の色位置が示されている。
Ｔ＝２７７８Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４６１９、ｙ＝０．４２４７、Ｒａ＝７２、
Ｔ＝２９５０Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４３８０、ｙ＝０．４００４、Ｒａ＝７３、
Ｔ＝３４９７Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｂａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４０８６、ｙ＝０．３９９６、Ｒａ＝７４、
Ｔ＝４１８３Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．９Ｂａ０．０８Ｃａ０．０２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３７６２、ｙ＝０．３８７３、Ｒａ＝７５、
Ｔ＝６６２４Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．９Ｂａ０．０２Ｃａ０．０８ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３１０１、ｙ＝０．３３０６、Ｒａ＝７６、
Ｔ＝６３８５Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｃａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．４Ｂａ１．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３１３５、ｙ＝０．３３９７、Ｒａ＝８２、
Ｔ＝４２１６Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．９Ｂａ０．０８Ｃａ０．０２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋））；
ｘ＝０．３７１０、ｙ＝０．３６９６、Ｒａ＝８２、
Ｔ＝３９５４Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｂａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．４Ｂａ１．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋）；
ｘ＝０．３７５６、ｙ＝０．３８１６、Ｒａ＝８４、
Ｔ＝６４８９Ｋ（ＵＶ−ＬＥＤ＋Ｓｒ１．６Ｃａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．４Ｂａ１．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋バリウム−マグネシウムアルミン酸塩：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３１１５、ｙ＝０．３３９０、Ｒａ＝８６、
Ｔ＝５０９７Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｂａ０．４（Ｓｉ０．９８Ｂ０．０２）Ｏ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．６Ｂａ１．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３４２３、ｙ＝０．３４８５、Ｒａ＝８２、
Ｔ＝５０８４Ｋ（ＵＶ−ＬＥＤ＋Ｓｒ１．６Ｃａ０．４（Ｓｉ０．９９Ｂ０．０１）Ｏ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．６Ｂａ１．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋ストロンチウム−マグネシウムアルミン酸塩：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３４３０、ｙ＝０．３５３１、Ｒａ＝８３、
Ｔ＝３３６９Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６Ｓｉ０．９５Ｇｅ０．０５Ｏ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４１３４、ｙ＝０．３９５９、Ｒａ＝７４、
Ｔ＝２７８７Ｋ（４６６ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６Ｓｉ０．９８Ｐ０．０２Ｏ４．０１：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４６３０、ｙ＝０．４２８０、Ｒａ＝７２、
Ｔ＝２９１３Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６Ｓｉ０．９８Ａｌ０．０２Ｏ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４４２５、ｙ＝０．４０５０、Ｒａ＝７３
Ｔ＝４２０１Ｋ。
【００３７】
本発明の有利な実施例において、色変換は次のとおり実施される。
【００３８】
１つ又は複数のＬＥＤチップ１（図７参照）をプリント板２上で組み立てる。ＬＥＤ上に直接、（一方ではＬＥＤチップの保護のために、他方ではＬＥＤチップ内で発生した光をより良好に出射させることができるようにするために）封止材料（カプセル化材料）３を半球もしくは半楕円の形で配置する。この封止材料３は、各ダイを個々に包含することもできるし、封止材料が全てのＬＥＤのための共通の１個の形であってもよい。このようにして実装したプリント板２を反射鏡４内に設置するか、またはこの反射鏡４をＬＥＤチップ１の上にかぶせる。
【００３９】
反射鏡４に透光板５を設置する。一方ではこの透光板５は装置の保護のために使用され、他方ではこの透光板５中に蛍光体６が混入されている。透光板５を透過する青色光（もしくは紫外放射）は、その透過の際に部分的に蛍光体６によって第２のスペクトル範囲へ変換され、その結果全体的に白色の色印象が得られる。平面平行な板の間で生じるような導波作用による損失は、該透光板の不透明性および散乱特性によって減少される。さらに反射鏡４によって、すでに調整された光のみが透光板５に入射するようにされ、その結果全反射作用が始めから減少される。
【００４０】
図８に示されているように、蛍光体６を反射鏡４に被着することも可能である。この場合には透光板は必要とされない。
【００４１】
これとは別に、各ＬＥＤチップ１上に反射鏡４´がかぶせられていてもよく、この反射鏡４´は封止材料（カプセル化材料）３´をドーム形に注型され、透光板５が各反射鏡４´上につまりこの装置全体の上に配置されている（図９参照）。
【００４２】
照明光源を製造するために、個別ＬＥＤの代りにＬＥＤアレイを使用すると有利である。本発明の優れた変形例において、色変換は、ＬＥＤチップ１が直接プリント板２上に組み立てられているＬＥＤアレイ１´（図１０参照）で次のように実施される。
【００４３】
ＬＥＤアレイ１´を注型材料（例えばエポキシ樹脂）３を用いて、別の材料（例えばＰＭＭＡ）からなる透明なポリマーレンズ７に接着する。ポリマーレンズ７および注型材料３の材料は、できるだけ近似する屈折率を有するように、すなわち位相整合されているように選択される。注型材料３は、ポリマーレンズ７の最大で球形または楕円形の窪みの中に存在する。この窪みの形状は、注型材料３中に色変換物質が分散されているという点で重要であり、従ってこの形状付与によって、角度に関係しない発光色が得られることが保証される。これとは別に前記アレイは、最初に透明な注型材料で注型され、引き続いて色変換物質を含有している注型材料を用いてポリマーレンズに接着されていてもよい。
【００４４】
少なくとも２つの異なる蛍光体が使用されている特に良好な演色を有する白色ＬＥＤを製造するために、これらの蛍光体を一緒に１つのマトリックス中に分散させるのではなく、これら蛍光体を別々に分散させて設けると有利である。これは、最終的な光色が複数段の色変換プロセスによって得られる組合せに特に該当する。すなわち、最長波の発光色が１つの発光プロセスによって生成されることであり、この発光プロセスは次のとおり、すなわち、ＬＥＤの発光を第１の蛍光体が吸収する―第１の蛍光体が発光する―第１の蛍光体の発光を第２の蛍光体が吸収する―第２の蛍光体が発光する、というように進行する。特に、この種のプロセスにとって、個々の蛍光体を光の伝搬方向に相前後して配置すると有利である。というのは、それによって、種々の材料を一様に分散させた場合よりも材料の濃度を減少させることができるからである。
【００４５】
本発明は上述の実施例に限定されない。蛍光体はポリマーレンズ（または別の光学部品）中に組み込まれていてもよい。蛍光体をＬＥＤダイ上に直接配置することもできるし、透明な注型材料の表面上に配置することもできる。また蛍光体を散乱粒子と共に１つのマトリックス中に組み込むこともできる。このことによって、マトリックス中での沈降が防止され、均一な光出射が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図２】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図３】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図４】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図５】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図６】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図７】本発明によるＬＥＤ光源の第１実施例の概略断面図
【図８】本発明によるＬＥＤ光源の第２実施例の概略断面図
【図９】本発明によるＬＥＤ光源の第３実施例の概略断面図
【図１０】本発明によるＬＥＤ光源の第４実施例の概略断面図
【符号の説明】
【００４７】
１ ＬＥＤチップ
１´ ＬＥＤアレイ
２ プリント板
３、３´ 封止材料
４、４´ 反射鏡
５ 透光板
６ 蛍光体
７ ポリマーレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と、蛍光体とを備え、発光素子が第１のスペクトル範囲、特に光スペクトルの青色および／または紫外線範囲で発光し、蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩（Ｅｒｄａｌｋａｌｉｏｒｔｈｏｓｉｌｉｋａｔｅ）の群に由来するか又はこの発光物質群の少なくとも１つの成分を含み、発光素子の発光の一部を吸収し、別のスペクトル範囲、特に黄緑色、黄色又はオレンジ色の範囲で発光する光源に関する。選択された蛍光体はこの群の他の蛍光体および／またはこの群に属していない別の発光物質と混合されて使用される。
【０００２】
発光素子は特に無機ＬＥＤであるが、有機ＬＥＤ、レーザーダイオード、無機厚膜エレクトロルミネセンスシートまたは無機薄膜エレクトロルミネセンス部品であってもよい。
【背景技術】
【０００３】
無機ＬＥＤはとりわけ、長寿命、省スペース、耐震性、さらにスペクトル狭帯域での発光という点で優れている。
【０００４】
多数の発光色、特にスペクトル広帯域の多数の発光色は、ＬＥＤ内の活性半導体材料の内部発光によって実現できないか又は非効率にしか実現することができない。とりわけこのことは白色光を得る場合にあてはまる。
【０００５】
従来の技術によれば、半導体を用いて内部で実現することができない発光色は色変換によって得られる。
【０００６】
この色変換の技術は主として、少なくとも１つの蛍光体をＬＥＤダイ上に配置する原理に基づいている。その蛍光体は、このダイから発光された放射の一部を吸収し、ホトルミネセンスへ励起される。光源の発光色すなわち光色はダイの伝送された放射と発光物質の発光された放射との混合によって生じる。
【０００７】
蛍光体としては基本的に有機系ならびに無機系を使用することもできる。無機顔料の主要な利点は有機系に比べて高い化学的な温度および放射安定性にある。無機ＬＥＤの長寿命に関連して、長寿命の無機蛍光体は２つの構成要素から構成される光源の高い色位置安定性を保証する。
【０００８】
青色発光ＬＥＤから放出された放射が白色光に変換されるべき場合、青色光（４５０〜４９０ｎｍ）を有効に吸収し高効率で大部分黄色のルミネセンス放射に変換する発光物質が必要とされる。当然、少数の無機蛍光体しかこの要求を満たすことができない。現時点では多くの場合、ＹＡＧ発光物質クラスの材料が青色ＬＥＤに対する色変換顔料として使用されている（国際公開第９８／０５０７８号、第９８／１２７５７号パンフレット参照）。しかしながら、この材料には、該材料が５６０ｎｍ以下の発光最大値の場合にしか充分に高い効率を示さないという欠点がある。このような理由から青色ダイオード（４５０〜４９０ｎｍ）と組み合わされたＹＡＧ顔料を用いて、６０００〜８０００Ｋの色温度および比較的低い演色（演色評価数Ｒａの標準的な値は７０〜７５である）を有する冷たい感じの白色の光色のみを実現することができる。これにより用途範囲が非常に強く制限される。一方では、全般照明に白色光源を適用すると通常は照明手段の演色に高い要求が出され、他方では、とりわけ欧州および北米における顧客からは２７００〜５０００Ｋの色温度を持つ温かい光色が好まれている。
【０００９】
さらに国際公開第００／３３３８９号パンフレットから、青色ＬＥＤの光を変換するための蛍光体としてとりわけＢａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を使用することが公知である。発光物質Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋の発光最大値は５０５ｎｍにあり、それゆえこのような組合わせを用いると確実に白色光を発生することができない。
【００１０】
Ｓ．Ｈ．Ｍ． Ｐｏｏｒｔ等による論文、“Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｅｕ２＋−ａｋｔｉｖａｔｅｄ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｓ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｐｈｏｓｐａｔｅｓ”（刊行物「Ｊｏｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ 」２６０巻、１９９７年発行、第９３〜９７頁）では、Ｅｕで活性化されたＢａ２ＳｉＯ４ならびにリン酸塩（例えばＫＢａＰＯ４、ＫＳｒＰＯ４）の性質が研究されている。また同文献では、Ｂａ２ＳｉＯ４の発光が５０５ｎｍにあることが確認されている。
【特許文献１】国際公開第００／３３３８９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、冒頭に記載した種類の光源を、高い効率および高い演色を同時に得ると共に高温の色温度を持つ白光色、特に国際照明委員会（ＣＩＥ）から全般照明用に決定された公差楕円内に位置する色位置を発生できるように変更することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、本発明によれば、冒頭に記載した種類の光源において、蛍光体が、組成：
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
ｘ＋ｙ≦１．６
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１である）
で示される２価のユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩
および／または組成：
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０．０１＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１
ｘ×ｕ≧０．４である）
で示されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄの値のうちの少なくとも１つが０．０１より大きいことによって解決される。
【００１３】
良好な演色および高い光効率を有する白色光は、青色ＬＥＤと上述の組成を有しユウロピウムで活性化された本発明によるアルカリ土類金属オルト珪酸塩の群から選択された蛍光体との組合わせによって実現できることが見出された。純粋なバリウムオルト珪酸塩をベースにし青緑色光を放射する蛍光体に対して、バリウム−ストロンチウムオルト珪酸塩混合結晶によって黄緑色、黄色から黄オレンジ色までのルミネセンス光が発生され、カルシウムをオルト珪酸塩格子内へ組み込むことによって完全にオレンジ色のルミネセンス光が発生され、それゆえ青色ＬＥＤの伝送された光と選択された蛍光体の発光されたルミネセンス光との混合によって、高い演色および高い効率を有する白色光が発生される。オルト珪酸塩においてＢａをＳｒによって置換することによる発光色のシフトは、上述したＰｏｏｒｔ等の論文によって従来では硬いＵＶ放射（２５４ｎｍの励起）を用いた励起に対してのみ知られていた。それに対して、この作用が４４０〜４７５ｎｍの範囲の青色光を照射すると増強されて発生することは、その論文には記載されていない。Ｂａ−Ｓｒ−Ｃａオルト珪酸塩混合結晶および長波長のＵＶ放射または青色光で励起された際のその強い発光能力は従来では全く知られていなかった。
【００１４】
選択された蛍光体はこの群の他の蛍光体および／またはこの群に属していない付加的な発光物質と混合して使用することもできる。後者の発光物質には、２価のユウロピウムおよび／またはマンガンで活性化された例えば青色光を発するアルカリ土類金属アルミン酸塩、ならびにＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉまたは式Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ８：ｘＥｕ，ｙＭｎ（但し、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、ＭｅはＢａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つから成る）で示されるユウロピウムおよびマンガンで活性化されたアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋の群から成る赤色光を発する蛍光体が属する。
【００１５】
以下において詳細に説明される実施例に示されているように、本発明による混合結晶性蛍光体のＳｒ成分は、白色光を発生し得るために、少なすぎてはならない。
【００１６】
Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３および／またはＢ２Ｏ３をオルト珪酸塩格子内に付加的に組み込むこと、および珪素の一部をゲルマニウムによって置換することはそれぞれの蛍光体の発光スペクトルへの相当の影響を有し、それゆえこれはそれぞれの用途例のために有利にさらに変えることができることが見出された。Ｓｉ（ＩＶ）としての小さなイオンは一般的に長波長範囲側への発光最大値のシフトを惹き起し、一方大きなイオンは発光重心点を短波長側へシフトさせる。さらに、例えばハロゲン化物および／またはアルカリ金属イオンのような１価のイオンの少量が蛍光体格子内へ追加的に組み込まれることは、結晶化度、発光能力にとって、特に本発明による蛍光体の安定性にとって有利であることが判明している。
【００１７】
本発明の他の実施態様によれば、光源が少なくとも２つの異なる蛍光体を有し、少なくとも１つの蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩発光物質である。このようにしてそれぞれの用途に要求された白の色調が特に正確に生じ、特に８０以上のＲａ値を達成できる。本発明の他の有利な実施態様は、スペクトルの紫外線範囲、例えば３７０ｎｍ〜３９０の範囲で発光するＬＥＤと、少なくとも１つの発光物質が本発明によるアルカリ土類金属オルト珪酸塩発光物質である少なくとも３つの発光物質との組合わせである。相応の発光物質混合物において、付加的な発光物質として、ユウロピウムおよび／またはマンガンで活性化され青色光を発するアルカリ土類金属アルミン酸塩、および／またはＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉの群またはユウロピウムおよびマンガンで活性化されたアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩の群から成り赤色光を発する蛍光体を使用できる。
【００１８】
本発明による光源の機械的構成に対しては多数の可能性が存在する。１つの実施態様によれば、１つまたは複数のＬＥＤチップが反射鏡内のプリント板上に配置され、蛍光体が、反射鏡上に配置されている透光板内に分散されている。
【００１９】
しかし、１つまたは複数のＬＥＤチップが反射鏡内のプリント板上に配置され、蛍光体が反射鏡に被着されていることも可能である。
【００２０】
ＬＥＤチップがドーム状の形状を有する透明な注型材料で注型されていると有利である。一方ではこの注型材料は機械的な保護を形成し、他方では注型材料は光学的特性を改善する（ＬＥＤダイからの光出射の改善）。
【００２１】
蛍光体は注型材料中に分散されていてもよく、この注型材料によって、できるだけガスが閉込められることなしに、プリント板上に配置されたＬＥＤチップとポリマーレンズとが結合され、ポリマーレンズと注型材料とは最大で０．１だけ異なる屈折率を有する。この注型材料によってＬＥＤダイが直接閉じ込められていてもよいし、しかしながらＬＥＤダイが透明な注型材料で注型されている（すなわちその場合には透明な注型材料と蛍光体を含有する注型材料とが存在している）ことも可能である。屈折率が近似していることによって、境界面での反射による損失がほとんどない。
【００２２】
ポリマーレンズが球形もしくは楕円形の窪みを有し、この窪みが注型材料を充填され、ＬＥＤアレイがポリマーレンズから僅かな距離で固定されていると有利である。このようにして、機械的な構造の高さを減少させることができる。
【００２３】
蛍光体の均一な分布を達成するために、蛍光体が特に無機のマトリックス中に懸濁されていると有利である。
【００２４】
少なくとも２つの蛍光体を使用する場合、少なくとも２つの蛍光体が個々にマトリックス中に分散され、これらのマトリックスが光の伝搬方向に相前後して配置されていると有利である。これによって蛍光体の濃度は、異なる蛍光体を一様に分散させた場合に比べて減少させることができる。
【００２５】
次に、本発明の優れた実施態様における蛍光体を製造するための重要な工程を説明する。
【００２６】
アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体の製造のために、選択した組成に応じて、化学量論的な量の出発物質のアルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムを完全に混合し、発光物質の製造にとって通常に行われている固体反応において還元性雰囲気下でかつ１１００℃〜１４００℃の温度で所望の蛍光体に変換する。この場合、結晶化度にとっては、反応混合物に少ない割合で、特に０．２モル未満の割合で塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加すると有利である。本発明においては、珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもでき、このことは熱により酸化物に分解する上記元素の化合物の相応量の添加によって行なわれる。同様に、少量のアルカリ金属イオンをそれぞれの格子内へ組み込むことが達成される。
【００２７】
得られた本発明によるオルト珪酸塩蛍光体は、約５１０ｎｍ〜６００ｎｍの波長で発光し、１１０ｎｍまでの半値幅を有する。
【００２８】
反応パラメータの相応の形成および例えば１価のハロゲン化物および／またはアルカリ金属イオンの特定の添加によって、蛍光体を傷付けやすい機械的な粉砕プロセスを実施することなく、本発明による蛍光体の粒度分布がそれぞれの用途の要求に最適に整合する。このようにして、約２μｍ〜２０μｍの平均粒度を有する狭帯域および広帯域の粒度分布が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［図面の簡単な説明］
本発明の他の利点を以下において実施例および図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１〜６は本発明による種々のＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示し、図７〜１０は本発明によるＬＥＤ光源の種々の実施例を示す。
【００３１】
［発明の最良の実施例］
図１は、４６４ｎｍの重心波長を有する第１のスペクトル範囲において発光する青色ＬＥＤと、５９６ｎｍの最大値を有する第２のスペクトル範囲において発光する組成（Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）の本発明による蛍光体との組合わせによって形成されている２７００Ｋの色温度を有する白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す。
【００３２】
４６４ｎｍで発光するＬＥＤと、本発明によるオルト珪酸塩蛍光体のそれぞれ１つとの組合わせの他の例が図２および図３に示されている。組成Ｓｒ１．９０Ｂａ０．０８Ｃａ０．０２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を持ち黄色光を発する蛍光体が色変換のために使用されると、４１００Ｋの色温度を有する白光色が生じ、一方蛍光体Ｓｒ１．８４Ｂａ０．１６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を使用すると例えば６５００Ｋの色温度を有する白色光源が製造される。
【００３３】
４６４ｎｍＬＥＤと、本発明による２つのオルト珪酸塩蛍光体との組合わせの標準的なスペクトルが図４に示されている。使用された発光物質は組成Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋およびＳｒ１．００Ｂａ１．００ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋を有している。図４に示された具体的なスペクトルのために５０８８Ｋの色温度と８２の演色評価数Ｒａとが保たれている。当然、全ての色温度は蛍光体の選定された量比率に応じて約３５００Ｋ〜７５００Ｋの範囲で実現されており、本発明による２つのアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体から成るこの種の混合物の大きな利点はとりわけ８０以上のＲａ値が同時に得られることにある。
【００３４】
この一例が図５に示されている。図示されているスペクトルは、４６４ｎｍＬＥＤと、２つの蛍光体Ｓｒ１．６Ｃａ０．４Ｓｉ０．９８Ｇａ０．０２Ｏ４：Ｅｕ２＋およびＳｒ１．１０Ｂａ０．９０ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋から成る混合物との組合わせを示し、５０００Ｋの色温度で８２のＲａ値を提供する。
【００３５】
発光素子として、３７０〜３９０ｎｍの最大値を有する第１のスペクトル範囲において発光するＵＶ−ＬＥＤが使用される場合、そのＬＥＤと、図４に示された本発明による蛍光体および同時に青緑色光を発するバリウム−マグネシウムアルミン酸塩発光物質：Ｅｕ，Ｍｎの特定の成分を含んでいる発光物質混合物との組合わせによって、９０以上のＲａ値が実現される。図６は６５００Ｋの色温度で９１のＲａを有する白色光源の発光スペクトルを示す。
【００３６】
他の例は次の一覧表に記載されている。使用された無機ＬＥＤの発光波長および本発明による蛍光体のそれぞれの組成のほかに、生じた色温度およびＲａ値ならびに光源の色位置が示されている。
Ｔ＝２７７８Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４６１９、ｙ＝０．４２４７、Ｒａ＝７２、
Ｔ＝２９５０Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４３８０、ｙ＝０．４００４、Ｒａ＝７３、
Ｔ＝３４９７Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｂａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４０８６、ｙ＝０．３９９６、Ｒａ＝７４、
Ｔ＝４１８３Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．９Ｂａ０．０８Ｃａ０．０２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３７６２、ｙ＝０．３８７３、Ｒａ＝７５、
Ｔ＝６６２４Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．９Ｂａ０．０２Ｃａ０．０８ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３１０１、ｙ＝０．３３０６、Ｒａ＝７６、
Ｔ＝６３８５Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｃａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．４Ｂａ１．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３１３５、ｙ＝０．３３９７、Ｒａ＝８２、
Ｔ＝４２１６Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．９Ｂａ０．０８Ｃａ０．０２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋））；
ｘ＝０．３７１０、ｙ＝０．３６９６、Ｒａ＝８２、
Ｔ＝３９５４Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｂａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．４Ｂａ１．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋）；
ｘ＝０．３７５６、ｙ＝０．３８１６、Ｒａ＝８４、
Ｔ＝６４８９Ｋ（ＵＶ−ＬＥＤ＋Ｓｒ１．６Ｃａ０．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．４Ｂａ１．６ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋バリウム−マグネシウムアルミン酸塩：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３１１５、ｙ＝０．３３９０、Ｒａ＝８６、
Ｔ＝５０９７Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．６Ｂａ０．４（Ｓｉ０．９８Ｂ０．０２）Ｏ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．６Ｂａ１．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３４２３、ｙ＝０．３４８５、Ｒａ＝８２、
Ｔ＝５０８４Ｋ（ＵＶ−ＬＥＤ＋Ｓｒ１．６Ｃａ０．４（Ｓｉ０．９９Ｂ０．０１）Ｏ４：Ｅｕ２＋＋Ｓｒ０．６Ｂａ１．４ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋＋ストロンチウム−マグネシウムアルミン酸塩：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．３４３０、ｙ＝０．３５３１、Ｒａ＝８３、
Ｔ＝３３６９Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６Ｓｉ０．９５Ｇｅ０．０５Ｏ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４１３４、ｙ＝０．３９５９、Ｒａ＝７４、
Ｔ＝２７８７Ｋ（４６６ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６Ｓｉ０．９８Ｐ０．０２Ｏ４．０１：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４６３０、ｙ＝０．４２８０、Ｒａ＝７２、
Ｔ＝２９１３Ｋ（４６４ｎｍ＋Ｓｒ１．４Ｃａ０．６Ｓｉ０．９８Ａｌ０．０２Ｏ４：Ｅｕ２＋）；
ｘ＝０．４４２５、ｙ＝０．４０５０、Ｒａ＝７３
Ｔ＝４２０１Ｋ。
【００３７】
本発明の有利な実施例において、色変換は次のとおり実施される。
【００３８】
１つ又は複数のＬＥＤチップ１（図７参照）をプリント板２上で組み立てる。ＬＥＤ上に直接、（一方ではＬＥＤチップの保護のために、他方ではＬＥＤチップ内で発生した光をより良好に出射させることができるようにするために）封止材料（カプセル化材料）３を半球もしくは半楕円の形で配置する。この封止材料３は、各ダイを個々に包含することもできるし、封止材料が全てのＬＥＤのための共通の１個の形であってもよい。このようにして実装したプリント板２を反射鏡４内に設置するか、またはこの反射鏡４をＬＥＤチップ１の上にかぶせる。
【００３９】
反射鏡４に透光板５を設置する。一方ではこの透光板５は装置の保護のために使用され、他方ではこの透光板５中に蛍光体６が混入されている。透光板５を透過する青色光（もしくは紫外放射）は、その透過の際に部分的に蛍光体６によって第２のスペクトル範囲へ変換され、その結果全体的に白色の色印象が得られる。平面平行な板の間で生じるような導波作用による損失は、該透光板の不透明性および散乱特性によって減少される。さらに反射鏡４によって、すでに調整された光のみが透光板５に入射するようにされ、その結果全反射作用が始めから減少される。
【００４０】
図８に示されているように、蛍光体６を反射鏡４に被着することも可能である。この場合には透光板は必要とされない。
【００４１】
これとは別に、各ＬＥＤチップ１上に反射鏡４´がかぶせられていてもよく、この反射鏡４´は封止材料（カプセル化材料）３´をドーム形に注型され、透光板５が各反射鏡４´上につまりこの装置全体の上に配置されている（図９参照）。
【００４２】
照明光源を製造するために、個別ＬＥＤの代りにＬＥＤアレイを使用すると有利である。本発明の優れた変形例において、色変換は、ＬＥＤチップ１が直接プリント板２上に組み立てられているＬＥＤアレイ１´（図１０参照）で次のように実施される。
【００４３】
ＬＥＤアレイ１´を注型材料（例えばエポキシ樹脂）３を用いて、別の材料（例えばＰＭＭＡ）からなる透明なポリマーレンズ７に接着する。ポリマーレンズ７および注型材料３の材料は、できるだけ近似する屈折率を有するように、すなわち位相整合されているように選択される。注型材料３は、ポリマーレンズ７の最大で球形または楕円形の窪みの中に存在する。この窪みの形状は、注型材料３中に色変換物質が分散されているという点で重要であり、従ってこの形状付与によって、角度に関係しない発光色が得られることが保証される。これとは別に前記アレイは、最初に透明な注型材料で注型され、引き続いて色変換物質を含有している注型材料を用いてポリマーレンズに接着されていてもよい。
【００４４】
少なくとも２つの異なる蛍光体が使用されている特に良好な演色を有する白色ＬＥＤを製造するために、これらの蛍光体を一緒に１つのマトリックス中に分散させるのではなく、これら蛍光体を別々に分散させて設けると有利である。これは、最終的な光色が複数段の色変換プロセスによって得られる組合せに特に該当する。すなわち、最長波の発光色が１つの発光プロセスによって生成されることであり、この発光プロセスは次のとおり、すなわち、ＬＥＤの発光を第１の蛍光体が吸収する―第１の蛍光体が発光する―第１の蛍光体の発光を第２の蛍光体が吸収する―第２の蛍光体が発光する、というように進行する。特に、この種のプロセスにとって、個々の蛍光体を光の伝搬方向に相前後して配置すると有利である。というのは、それによって、種々の材料を一様に分散させた場合よりも材料の濃度を減少させることができるからである。
【００４５】
本発明は上述の実施例に限定されない。蛍光体はポリマーレンズ（または別の光学部品）中に組み込まれていてもよい。蛍光体をＬＥＤダイ上に直接配置することもできるし、透明な注型材料の表面上に配置することもできる。また蛍光体を散乱粒子と共に１つのマトリックス中に組み込むこともできる。このことによって、マトリックス中での沈降が防止され、均一な光出射が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図２】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図３】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図４】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図５】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図６】本発明によるＬＥＤ光源のスペクトル（波長に依存する相対強度）を示す図
【図７】本発明によるＬＥＤ光源の第１実施例の概略断面図
【図８】本発明によるＬＥＤ光源の第２実施例の概略断面図
【図９】本発明によるＬＥＤ光源の第３実施例の概略断面図
【図１０】本発明によるＬＥＤ光源の第４実施例の概略断面図
【符号の説明】
【００４７】
１ ＬＥＤチップ
１´ ＬＥＤアレイ
２ プリント板
３、３´ 封止材料
４、４´ 反射鏡
５ 透光板
６ 蛍光体
７ ポリマーレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子と、蛍光体とを備え、ＬＥＤ素子が第１のスペクトル範囲、特に光スペクトルの青色および／または紫外線範囲で発光し、蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩の群に由来するか又はこの発光物質群の少なくとも１つの成分を含み、発光素子の発光の一部を吸収し、別のスペクトル範囲、特に黄緑色、黄色又はオレンジ色の範囲で発光する光源において、
蛍光体が、組成：
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
ｘ＋ｙ≦１．６
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１である）
で示される２価のユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩
および／または組成：
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０．０１＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１
ｘ×ｕ≧０．４である）
で示されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄの値のうちの少なくとも１つが０．０１より大きいことを特徴とする光源。
【請求項２】
蛍光体において珪素の一部がガリウムによって置換されていることを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
光源が、２価のユウロピウムおよび／またはマンガンで活性化されたアルカリ土類金属アルミン酸塩の群から成る付加的な蛍光体、および／または、Ｙ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉまたは式Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ８：ｘＥｕ，ｙＭｎ（但し、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、ＭｅはＢａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つから成る）で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋の群から成り赤色光を発する付加的な他の蛍光体を含んでいることを特徴とする請求項１又は２記載の光源。
【請求項４】
１価のイオン、特にハロゲン化物および／またはアルカリ金属が蛍光体格子の中に組み込まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源。
【請求項５】
光源の第１のスペクトル範囲が３００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源。
【請求項６】
光源の第２のスペクトル範囲が４３０ｎｍ〜６５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源。
【請求項７】
光源がＲａ値＞７０、特にＲａ値＞７２を有する白色光を放射することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源。
【請求項８】
光源が少なくとも２つの異なる蛍光体を有し、少なくとも１つの蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩発光物質であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光源。
【請求項９】
１つまたは複数のＬＥＤチップ（１）が反射鏡（４）内のプリント板（２）上に配置され、蛍光体（６）が、反射鏡（４）上に配置されている透光板（５）内に分散されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１０】
１つまたは複数のＬＥＤチップ（１）が反射鏡（４）内のプリント板（２）上に配置され、蛍光体（６）が反射鏡（４）に被着されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１１】
ＬＥＤチップ（１）がドーム状の形状を有する透明な注型材料（３，３´）で注型されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１２】
蛍光体が注型材料（３）中に分散され、この注型材料（３）によって、ガスが閉込められることなしに、プリント板（２）上に配置されたＬＥＤチップ（１）とポリマーレンズ（７）とが結合され、ポリマーレンズ（７）と注型材料（３）とが最大で０．１だけ異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１３】
ポリマーレンズ（７）が球形もしくは楕円形の窪みを有し、この窪みが注型材料（３）を充填されて、ＬＥＤアレイ（１´）がポリマーレンズ（７）から僅かな距離で固定されていることを特徴とする請求項１２記載の光源。
【請求項１４】
蛍光体が特に無機のマトリックス中に懸濁されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１５】
少なくとも２つの蛍光体が個々にマトリックス中に分散され、これらのマトリックスが光の伝搬方向に相前後して配置されていることを特徴とする請求項８又は１４に記載の光源。
【請求項１６】
体積分布の平均粒度ｄ５０が２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１】
ＬＥＤ素子と、蛍光体とを備え、ＬＥＤ素子が第１のスペクトル範囲、特に光スペクトルの青色および／または紫外線範囲で発光し、蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩の群に由来するか又はこの発光物質群の少なくとも１つの成分を含み、発光素子の発光の一部を吸収し、別のスペクトル範囲、特に黄緑色、黄色又はオレンジ色の範囲で発光する光源において、
蛍光体が、組成：
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
ｘ＋ｙ≦１．６
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１である）
で示される２価のユウロピウムで活性化されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩
および／または組成：
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒｕ，Ｃａｖ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ ｂＡｌ２Ｏ３ ｃＢ２Ｏ３ ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋
（但し、０．０１＜ｘ＜１．６
０．００５＜ｙ＜０．５
０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５
ｕ＋ｖ＝１
ｘ×ｕ≧０．４である）
で示されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄの値のうちの少なくとも１つが０．０１より大きいことを特徴とする光源。
【請求項２】
蛍光体において珪素の一部がガリウムによって置換されていることを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
光源が、２価のユウロピウムおよび／またはマンガンで活性化されたアルカリ土類金属アルミン酸塩の群から成る付加的な蛍光体、および／または、Ｙ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉまたは式Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ８：ｘＥｕ，ｙＭｎ（但し、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、ＭｅはＢａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つから成る）で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋の群から成り赤色光を発する付加的な他の蛍光体を含んでいることを特徴とする請求項１又は２記載の光源。
【請求項４】
１価のイオン、特にハロゲン化物および／またはアルカリ金属が蛍光体格子の中に組み込まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源。
【請求項５】
光源の第１のスペクトル範囲が３００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源。
【請求項６】
光源の第２のスペクトル範囲が４３０ｎｍ〜６５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源。
【請求項７】
光源がＲａ値＞７０、特にＲａ値＞７２を有する白色光を放射することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源。
【請求項８】
光源が少なくとも２つの異なる蛍光体を有し、少なくとも１つの蛍光体がアルカリ土類金属オルト珪酸塩発光物質であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光源。
【請求項９】
１つまたは複数のＬＥＤチップ（１）が反射鏡（４）内のプリント板（２）上に配置され、蛍光体（６）が、反射鏡（４）上に配置されている透光板（５）内に分散されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１０】
１つまたは複数のＬＥＤチップ（１）が反射鏡（４）内のプリント板（２）上に配置され、蛍光体（６）が反射鏡（４）に被着されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１１】
ＬＥＤチップ（１）がドーム状の形状を有する透明な注型材料（３，３´）で注型されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１２】
蛍光体が注型材料（３）中に分散され、この注型材料（３）によって、ガスが閉込められることなしに、プリント板（２）上に配置されたＬＥＤチップ（１）とポリマーレンズ（７）とが結合され、ポリマーレンズ（７）と注型材料（３）とが最大で０．１だけ異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１３】
ポリマーレンズ（７）が球形もしくは楕円形の窪みを有し、この窪みが注型材料（３）を充填されて、ＬＥＤアレイ（１´）がポリマーレンズ（７）から僅かな距離で固定されていることを特徴とする請求項１２記載の光源。
【請求項１４】
蛍光体が特に無機のマトリックス中に懸濁されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の光源。
【請求項１５】
少なくとも２つの蛍光体が個々にマトリックス中に分散され、これらのマトリックスが光の伝搬方向に相前後して配置されていることを特徴とする請求項８又は１４に記載の光源。
【請求項１６】
体積分布の平均粒度ｄ５０が２μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１８９２３９（Ｐ２００７−１８９２３９Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３５９８（Ｐ２００７−２３５９８）
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【分割の表示】特願２００２−５５４８９０（Ｐ２００２−５５４８９０）の分割
【原出願日】平成１３年１１月１９日（２００１．１１．１９）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【出願人】（５０３２３３２９９）トリドニック オプトエレクトロニクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (7)
【出願人】（５０３２３３３２５）
【出願人】（５０３２３３３３６）ロイヒトシュトッフヴェルク ブライトゥンゲン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【分割の表示】特願２００２−５５４８９０（Ｐ２００２−５５４８９０）の分割
【原出願日】平成１３年１１月１９日（２００１．１１．１９）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【出願人】（５０３２３３２９９）トリドニック オプトエレクトロニクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (7)
【出願人】（５０３２３３３２５）
【出願人】（５０３２３３３３６）ロイヒトシュトッフヴェルク ブライトゥンゲン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (4)
【Ｆターム（参考）】
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