ＩＩＡ／ＩＩＢ族のセレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して出力光を放射するデバイスおよび方法
【課題】高い輝度効率と良好な光出力安定性を伴う蛍光体を使用して、白色出力光を放射するＬＥＤを提供する。
【解決手段】出力光を放射するためのデバイスおよび方法は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族群元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）を使用し、デバイスの光源から放射されたオリジナル光の少なくとも一部を、より長い波長の光に変換し、出力光の光スペクトルを変更する。こうして、本デバイスと方法を使用して、白色光を出力することができる。また、本デバイスと方法では、チオガレートベース(Thiogallate-based)の蛍光体材料（１１９）を使用することもできる。
【解決手段】出力光を放射するためのデバイスおよび方法は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族群元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）を使用し、デバイスの光源から放射されたオリジナル光の少なくとも一部を、より長い波長の光に変換し、出力光の光スペクトルを変更する。こうして、本デバイスと方法を使用して、白色光を出力することができる。また、本デバイスと方法では、チオガレートベース(Thiogallate-based)の蛍光体材料（１１９）を使用することもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族のセレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して出力光を放射するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯などの従来の光源は、過去２０年の間にあまり改善されていない。しかし、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、動作効率の点で改善され、現在では交通信号および自動車のテールライトなど、従来の単色照明の用途において従来の光源と置き換わるようになった。これは一部には、ＬＥＤが、従来の光源に比べて多くの長所を有する事実による。これらの利点には、動作寿命が長いこと、消費電力が小さいこと、サイズが小さいこと、が含まれる。
【０００３】
ＬＥＤは、典型的には単色の半導体光源で、現在は、ＵＶ、青、緑、黄色、赤まで種々の色が使用可能である。単色ＬＥＤは、狭帯域の放射特性により、直接「白色」光用途に使用することができない。白色光を生成するためには、単色ＬＥＤの出力光を、１つまたは複数の異なる波長の他の光と混合しなければならない。単色ＬＥＤを使用して白色光を生成する一般的な方法としては、（１）個別の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを一緒にパッケージングし、これらのＬＥＤから放射される光を組み合わせて白色光を生成する方法、および、（２）ＵＶ、青、または緑のＬＥＤに蛍光剤を導入し、ＬＥＤの半導体ダイから放射されるオリジナルの（元の）光の一部を、より長い波長の光に変換し、オリジナルのＵＶ、青、または緑の光と組み合わせて白色光を生成する方法、という２種類の方法がある。
【０００４】
単色ＬＥＤを使用して白色光を生成するこれらの２つの方法の間では、一般に、第１の方法より第２の方法が好まれる。第１の方法は、第２の方法とは対照的に、赤、緑、および青のＬＥＤが、異なる動作電圧を要件とする半導体ダイを含むので、より複雑な駆動回路を必要とするためである。異なる動作電圧を要件とすることに加えて、赤、緑、および青のＬＥＤは、動作寿命にわたって異なるように劣化するので、第１の方法を使用して長期間にわたって色を制御することが困難である。さらに、第２の方法で必要なのは単一のタイプの単色ＬＥＤだけであるので、構成が簡単で製造コストが安い第２の方法を使用して、よりコンパクトなデバイスを作成することができる。さらに、第２の方法はより広い光放射を生み、より高いカラーレンダリング特性を有する白色出力光に変換することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
白色光を生成する第２の方法に関する問題は、オリジナルのＵＶ、青、または緑の光を変換するために現在使用される蛍光剤では、作成されたＬＥＤが、時間の経過に従って、望ましい輝度効率および／または光出力安定性を達成することができないことである。
【０００６】
この問題を鑑みて、高い輝度効率と良好な光出力安定性を伴う、１つまたは複数の蛍光体を使用して白色出力光を放射するＬＥＤおよびその方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
出力光を放射するためのデバイスおよび方法は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用し、デバイスの光源から放射されたオリジナルの光の少なくとも一部を、より長い波長の光に変換し、出力光の光スペクトルを変更する。こうして、本デバイスと方法を使用して、白色光を出力することができる。また、本デバイスと方法では、チオガレートベース(Thiogallate-based)の蛍光体材料を使用することもできる。
【０００８】
本発明の一実施形態に従う出力光を放射するデバイスは、第１のピーク波長の第１の光を放射する光源と、該光源に光学的に結合され、該第１の光を受光する波長シフト領域と、を含む。波長シフト領域は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を含む。この蛍光体材料は、該第１の光の少なくとも一部を、第２のピーク波長の第２の光に変換する性質を有する。第２の光は、出力光の成分となる。
【０００９】
本発明の一実施形態に従う、出力光を放射する方法は、第１のピーク波長の第１の光を生成するステップと、該第１の光を受光するステップであって、該第１の光の少なくとも一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して、第２のピークの波長の第２の光に変換することを含む、ステップと、該第２の光を出力光の成分として放射するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理の例として図示された図面と共に次の詳細な説明を読むと明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に従う、蛍光体変換白色発光ダイオード（(white phosphor-converted light emitting diode(ＬＥＤ)）１００が示されている。ＬＥＤ１００は、高い輝度効率と良好な光出力安定性を備えた「白色」出力光を生成するように設計される。ＬＥＤ１００が生成したオリジナルの光の一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して、より長い波長の光に変換することによって、白色出力光が生成される。さらに、ＬＥＤ１００は、チオガレートベースの蛍光体材料などの１つまたは複数の追加の蛍光体材料を使用することができる。
【００１２】
図１に示すように、蛍光体変換白色ＬＥＤ１００は、リードフレームが装着されたＬＥＤである。ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２、リードフレーム１０４と１０６、ワイヤ１０８、およびランプ１１０を含む。ＬＥＤダイ１０２は、特定のピーク波長の光を生成する半導体チップである。一実施形態では、ＬＥＤダイ１０２は、可視スペクトルの青色波長範囲中にピーク波長を有する光を生成するように設計される。該波長は、約４２０ｎｍから４９０ｎｍである。ＬＥＤダイ１０２は、リードフレーム１０４上に配置され、ワイヤ１０８を介して他のリードフレーム１０６に電気接続される。リードフレーム１０４と１０６は、ＬＥＤダイ１０２を駆動するのに必要な電力を提供する。ＬＥＤダイ１０２は、ランプ１１０内に収められており、該ランプ１１０は、ＬＥＤダイ１０２から放射される光を伝播するための媒体となる。ランプ１１０は、メインセクション１１２と出力セクション１１４を含む。この実施形態では、ランプ１１０の出力セクション１１４は、ドーム型で、レンズとして機能する。こうして、出力光としてＬＥＤ１００から放射された光は、ランプ１１０のドーム型の出力セクション１１４によって集光される。しかし、他の実施形態では、ランプ１００の出力セクション１１４は、水平方向に平面であってもよい。
【００１３】
蛍光体変換白色ＬＥＤ１００のランプ１１０は、透明な物質で作成される。これは透明エポキシ(clear epoxy)などの任意の透明な材料であってよく、ＬＥＤダイ１０２からの光がランプを介して伝達し、ランプの出力セクション１１４から放射することができるようにする。この実施形態では、ランプ１１０は、やはり光伝播の媒体である波長シフト領域１１６を含む。該波長シフト領域は、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料(fluorescent phosphor materials based on Group IIA/IIB element Selenide Sulfur based phosphor material)１１８およびチオガレートベースの蛍光体材(Thiogallate-based phosphor mateｒｉａｌ)１１９という２種類の蛍光体材料と、の混合で作成される。ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８およびチオガレートベース蛍光体材料１１９を使用し、ＬＥＤダイ１０２が放射したオリジナルの光の一部を、よりエネルギーの低い（より波長の長い）光に変換する。ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８は、ＬＥＤダイ１０２からの第１のピーク波長のオリジナル光の一部を吸収する。これによって、ＩＩＡ／ＩＩＢ元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料の原子が励起され、第２のピーク波長の、より長い波長の光が放射される。一実施形態では、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物ベースの蛍光体材料１１８は、ＬＥＤダイ１０２からのオリジナル光の一部を、可視スペクトルのオレンジ／赤波長範囲内の、より長いピーク波長の光に変換する性質を有する。該波長は、約５８５ｎｍから８００ｎｍである。同様に、チオガレートベースの蛍光体材料１１９も、ＬＥＤダイ１０２からのオリジナル光の一部を吸収する。これによって、チオガレートベースの蛍光体材料の原子が励起され、第３のピーク波長の、より長い波長の光が放射される。一実施形態では、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、ＬＥＤダイ１０２からのオリジナル光の一部を、可視スペクトルの緑の波長範囲内の、より長いピーク波長の光に変換する性質を有する。該波長は、約４９０ｎｍ〜５７５ｎｍである。変換された光の第２のピーク波長と第３のピーク波長は、オリジナルの光のピーク波長と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８およびチオガレートベースの蛍光体材料１１９とによって、部分的に定義される。ＬＥＤダイ１０２からの吸収されないオリジナル光と、該変換された光とが組み合わされ、「白色」光が生成される。白色光は、ＬＥＤ１００の出力光として、ランプ１１０の光出力セクション１１４から放射される。
【００１４】
一実施形態では、ランプ１１０の波長シフト領域１１６内に含まれるＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８は、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、および／または、バリウム（Ｂａ）を含む。ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８は、銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、希土類元素(rare earth element)などの、１つまたは複数の適切なドーパントによって活性化される。一実施形態では、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８は、Ｚｎ、セレン化物、および硫黄で作成された蛍光体であり、好ましくは、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体である。
【００１５】
ランプ１１０の波長シフト領域１１６に含まれる、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、希土類元素などの１つまたは複数の適切なドーパントによって活性化される金属チオガレートベース(metal-Thiogallate-based)の蛍光体材料であることができる。金属チオガレートベースの蛍光体材料は、ＭＮｘＳｙで定義される構造を有することができる。ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）などのＩＩＡ族の元素であり、Ｎは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩＡ族の元素である。ｘとｙは、数字であり、例えば、ｘは２に等しくｙは４に等しい、または、ｘは４に等しくｙは７に等しい。代替としては、金属チオガレートベースの蛍光体材料は、ＭＭＮｘＳｙによって定義される構造を有していてもよい。一実施形態では、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、希土類元素などの１つまたは複数の適切なドーパントによって活性化されるバリウムストロンチウムガリウム硫化物(Barium Strontium Gallium Sulfide)である。好ましくは、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、ＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕで作成される蛍光体である。
【００１６】
好ましいＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体を、種々の技術で合成することができる。１つの技術は、ドープされていないＺｎＳｅとＺｎＳを、１：１のモル比で、乾式に粉砕（dry-milling、ドライミル）し、５μｍ未満ほどの微細な粉末または結晶にすることを含む。ついで、少量のＣｕＣｌ２ドーパントを、脱イオン水またはメタノールなどのアルコール類からの溶液に加え、ドープされていないＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５粉末と共にボールミル(ball-mill)する。溶液に加えるＣｕＣｌ２ドーパントの量は、数ｐｐｍ(parts per million)の最少量から、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５材とＣｕＣｌ２ドーパントの合計重量の約４パーセントまでの任意の量であってよい。次に、ドープさた材料は、摂氏約１００度（１００℃）でオーブン乾燥(oven-dry)し、この結果得られたケーク(cake)を再びドライミルして、微粒子を生成する。ミルされた材料を、石英るつぼなどのるつぼに入れ、１〜２時間に渡って摂氏約１０００度（１０００℃）の不活性雰囲気下で焼結する。次に、必要に応じて、焼結された材料をふるいにかけ、所望の粒度分布(particle size distribution)を有するＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ蛍光体粉末を生成する。所望の粒度分布は、ミクロン範囲であってよい。
【００１７】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粉末をさらに加工し、シリカコーティング(silica coating)を伴う蛍光体粒子を生成することができる。蛍光体粒子を透明な物質と混合して、ランプ１１０の波長シフト領域１１６などのＬＥＤ内の波長シフト領域を形成するときに、蛍光体粒子上のシリカコーティングは、蛍光体粒子のクラスタ形成または集塊(agglomeration)を低減させることができる。蛍光体粒子のクラスタ化または集塊が起きると、作成されたＬＥＤにより生成される出力光が、不均一な色分布を有することがある。
【００１８】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粒子にシリカコーティングを適用するために、ふるいにかけられた該材料をアニール処理にかけて、該蛍光体粒子をアニール(anneal)して汚染物質を除去する。次に、蛍光体粒子とシリカ粉末を混合し、該混合物を、摂氏約２００度の炉の中で加熱する。熱が加えられると、蛍光体粒子上に薄いシリカコーティングが形成される。蛍光体粒子上のシリカの量は、蛍光体粒子に対して約１％である。この結果得られる、シリカコーティングを伴うＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粒子は、３０ミクロンに等しいかまたは３０ミクロン未満の粒径を有することができる。
【００１９】
好ましいＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体を、種々の技術で合成することができる。１つの技術は、前駆体(precursor)として、ＢａＳ、ＳｒＳ、Ｇａ２Ｓ３を使用することを含む。前駆体は、脱イオン水またはメタノールなどのアルコール類からの溶液内で、少量のＥｕドーパント、フラックス(flux)（Ｃ１とＦ）、および過剰な硫黄と共に、ボールミルされる。溶液に加えるＥｕドーパントの量は、最少量から、全成分の合計重量の約１０パーセントまでの間の任意の値であってよい。ついで、ドープされた材料を乾燥してミルし、微粒子を生成する。ついで、ミルされた粒子を、石英るつぼなどのるつぼに入れ、１〜２時間に渡って摂氏約８００度（８００℃）の不活性雰囲気下で焼結する。ついで、必要に応じて、焼結された材料をふるいにかけ、所望の粒度分布を有するＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粉末を生成する。粒度分布は、ミクロン範囲であってよい。
【００２０】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粉末と同様に、ＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粉末についてもさらに処理して、シリカコーティングを伴う蛍光体粒子を生成することができる。この結果得られる、シリカコーティングを伴うＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粒子は、４０ミクロンに等しいかまたは４０ミクロン未満の粒径を有することができる。
【００２１】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、ＣｌとＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕの合成プロセスが終了すると、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、ＣｌとＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕの蛍光体粉末を、たとえばエポキシなどのランプ１１０と同じ透明物質と混合して、ＬＥＤダイ１０２の周囲に堆積させ、ランプの波長シフト領域１１６を形成する。２つの異なるタイプの蛍光体粉末間の比率を調節して、蛍光体変換白色ＬＥＤ１００について異なる色特性を生成することができる。たとえば、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粉末とＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粉末の間の比率は、［１：７］であることができる。ランプ１１０の残りの部分に、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、ＣｌとＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕの蛍光体粉末を含まない透明な物質を堆積させることにより、ＬＥＤ１００を製作することができる。図１では、ランプ１１０の波長シフト領域１１６は四角形として示されているが、波長シフト領域を、図３Ａに示すように半球形などの別の形状に構成することもできる。さらに他の実施形態では、波長シフト領域１１６は、ＬＥＤダイ１０２に物理的に結合しなくてもよい。このような実施形態では、波長シフト領域１１６は、ランプ１１０内の任意の他の位置に設けることができる。
【００２２】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃでは、本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備える蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃを示す。図２Ａの蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ａは、ランプ全体が波長シフト領域であるランプ２１０Ａを含む。したがってこの構成では、ランプ２１０Ａ全体が、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８およびチオガレートベースの蛍光体材料１１９との混合物で作成される。図２Ｂの蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ｂは、波長シフト領域２１６Ｂがランプの外側表面に位置するランプ２１０Ｂを含む。したがってこの構成では、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８およびチオガレートベースの蛍光体材料１１９を含まないランプ２１０Ｂの領域を、最初にＬＥＤダイ１０２上にわたって形成し、ついで、透明な物質と蛍光体材料の混合物を、この領域上に堆積させて、ランプの波長シフト領域２１６Ｂを形成する。図２Ｃの蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ｃは、波長シフト領域２１６Ｃが、ＬＥＤダイ１０２上にコーティングされた、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８およびチオガレートベース蛍光体材料１１９との混合物の薄層であるランプ２１０Ｃを含む。したがってこの構成では、まずＬＥＤダイ１０２を、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８チオガレートベースの蛍光体材料１１９との混合物でコーティングまたはカバーして波長シフト領域２１６Ｃを形成し、次に、波長シフト領域の上に、蛍光体材料を含まない透明な物質を堆積させることによって、ランプ２１０Ｃの残りの部分を形成することができる。たとえば、ＬＥＤ２００Ｃの波長シフト領域２１６Ｃの厚さは、ＬＥＤダイ１０２が生成する光の色に依存して、１０ミクロンと６０ミクロンの間であることができる。
【００２３】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄに示すように、代替の実施形態では、ＬＥＤダイを載せる蛍光体変換白色ＬＥＤのリードフレームは、リフレクタカップ(reflector cup)を含むことができる。図３Ａから図３Ｄは、リフレクタカップ３２２を有するリードフレーム３２０を含む異なるランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄを示す。ＬＥＤダイにより生成された光の一部が、リードフレーム３２０で反射されて、有用な出力光として各ＬＥＤから放射されるように、リフレクタカップ３２２は、ＬＥＤダイ１０２が位置づけられるくぼんだ領域を提供する。
【００２４】
上述の異なるランプ構成は、表面実装型(surface-mounted)ＬＥＤなどの他のタイプのＬＥＤに適用して、本発明に従う、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料およびチオガレートベース蛍光体材料を備える、他のタイプの蛍光体変換白色ＬＥＤを生成することができる。さらに、これらの異なるランプ構成を、半導体レーザデバイスなどの他のタイプの発光デバイスに適用し、本発明に従う他のタイプの発光デバイスを生成することもできる。これらの発光デバイスにおいて、光源は、レーザダイオードなど、ＬＥＤダイ以外の任意の光源であってもよい。
【００２５】
次に図４を参照すると、本発明の一実施形態に従う、青色（４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ）ＬＥＤダイを備えた蛍光体変換ＬＥＤの光スペクトル４２４が示されている。このＬＥＤの波長シフト領域は、エポキシ(epoxy)に対して、６５％のＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体およびＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体材料で形成される。ＬＥＤの波長シフト領域に含まれるＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体材料およびＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体材料のパーセンテージ量すなわち負荷率(loading content)を、蛍光体の効率に従って変えることができる。たとえば、ドーパント（複数可）の量を変えることによって蛍光体材料効率を上昇させるにつれ、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体およびＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体の負荷率を減少させることができる。光スペクトル４２４は、約４６０ｎｍの第１のピーク波長４２６を含み、これは、青色ＬＥＤダイから放射される光のピーク波長に対応する。光スペクトル４２４はまた、ＬＥＤ波長シフト領域のＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体によって変換された光のピーク波長である約５４０ｎｍの第２のピーク波長４２８と、ＬＥＤ波長シフト領域のＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体によって変換された光のピーク波長である約６２５ｎｍの第３のピーク波長４３０と、を含む。
【００２６】
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態に従う、出力光を生成する方法を説明する。ブロック５０２では、第１のピーク波長の第１の光を生成する。第１の光は、ＬＥＤダイによって生成されることができる。次にブロック５０４では、第１の光を受光し、該第１の光の一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して、第２のピーク波長の第２の光に変換する。ブロック５０４では、該第１の光の一部を、チオガレートベースの蛍光体材料などの１つまたは複数の蛍光体材料を使用して、別の光に変換することができる。次にブロック５０６では、第１の光と第２の光を、出力光の成分として放射する。
【００２７】
本発明の特定の実施形態を記述および図示したが、本発明は説明および図示した特定の形態または構成部品の配置に限定されるものではない。さらに、本発明は白色出力光を生成するデバイスと方法に限定されるものではない。また本発明は、他のタイプの出力光を生成するデバイスおよび方法を含む。たとえば、本発明に従う、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料および／またはチオガレートベース蛍光体材料を使用して、発光デバイスにおいて、光源が生成するオリジナルの光のうちの実質的に全部を、異なる波長の光に変換することができ、この場合、出力光の色が白色でなくなることもありうる。本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項および請求項の等価物によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に従う、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ａ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ｂ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ｃ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ｄ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図４】本発明の一実施形態に従う、蛍光体変換白色ＬＥＤの光スペクトルを示す図。
【図５】本発明の一実施形態に従う、出力光を放射する方法のフロー図。
【符号の説明】
【００２９】
１００ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０２ ＬＥＤダイ
１０４ リードフレーム
１０６ リードフレーム
１０８ ワイヤ
１１０ ランプ
１１２ メインセクション
１１４ 出力セクション
１１６ 波長シフト領域
１１８ ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料
１１９ チオガレートベースの蛍光体材料
３２２ リフレクタカップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族のセレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して出力光を放射するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱灯、ハロゲン灯、蛍光灯などの従来の光源は、過去２０年の間にあまり改善されていない。しかし、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、動作効率の点で改善され、現在では交通信号および自動車のテールライトなど、従来の単色照明の用途において従来の光源と置き換わるようになった。これは一部には、ＬＥＤが、従来の光源に比べて多くの長所を有する事実による。これらの利点には、動作寿命が長いこと、消費電力が小さいこと、サイズが小さいこと、が含まれる。
【０００３】
ＬＥＤは、典型的には単色の半導体光源で、現在は、ＵＶ、青、緑、黄色、赤まで種々の色が使用可能である。単色ＬＥＤは、狭帯域の放射特性により、直接「白色」光用途に使用することができない。白色光を生成するためには、単色ＬＥＤの出力光を、１つまたは複数の異なる波長の他の光と混合しなければならない。単色ＬＥＤを使用して白色光を生成する一般的な方法としては、（１）個別の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを一緒にパッケージングし、これらのＬＥＤから放射される光を組み合わせて白色光を生成する方法、および、（２）ＵＶ、青、または緑のＬＥＤに蛍光剤を導入し、ＬＥＤの半導体ダイから放射されるオリジナルの（元の）光の一部を、より長い波長の光に変換し、オリジナルのＵＶ、青、または緑の光と組み合わせて白色光を生成する方法、という２種類の方法がある。
【０００４】
単色ＬＥＤを使用して白色光を生成するこれらの２つの方法の間では、一般に、第１の方法より第２の方法が好まれる。第１の方法は、第２の方法とは対照的に、赤、緑、および青のＬＥＤが、異なる動作電圧を要件とする半導体ダイを含むので、より複雑な駆動回路を必要とするためである。異なる動作電圧を要件とすることに加えて、赤、緑、および青のＬＥＤは、動作寿命にわたって異なるように劣化するので、第１の方法を使用して長期間にわたって色を制御することが困難である。さらに、第２の方法で必要なのは単一のタイプの単色ＬＥＤだけであるので、構成が簡単で製造コストが安い第２の方法を使用して、よりコンパクトなデバイスを作成することができる。さらに、第２の方法はより広い光放射を生み、より高いカラーレンダリング特性を有する白色出力光に変換することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
白色光を生成する第２の方法に関する問題は、オリジナルのＵＶ、青、または緑の光を変換するために現在使用される蛍光剤では、作成されたＬＥＤが、時間の経過に従って、望ましい輝度効率および／または光出力安定性を達成することができないことである。
【０００６】
この問題を鑑みて、高い輝度効率と良好な光出力安定性を伴う、１つまたは複数の蛍光体を使用して白色出力光を放射するＬＥＤおよびその方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
出力光を放射するためのデバイスおよび方法は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用し、デバイスの光源から放射されたオリジナルの光の少なくとも一部を、より長い波長の光に変換し、出力光の光スペクトルを変更する。こうして、本デバイスと方法を使用して、白色光を出力することができる。また、本デバイスと方法では、チオガレートベース(Thiogallate-based)の蛍光体材料を使用することもできる。
【０００８】
本発明の一実施形態に従う出力光を放射するデバイスは、第１のピーク波長の第１の光を放射する光源と、該光源に光学的に結合され、該第１の光を受光する波長シフト領域と、を含む。波長シフト領域は、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を含む。この蛍光体材料は、該第１の光の少なくとも一部を、第２のピーク波長の第２の光に変換する性質を有する。第２の光は、出力光の成分となる。
【０００９】
本発明の一実施形態に従う、出力光を放射する方法は、第１のピーク波長の第１の光を生成するステップと、該第１の光を受光するステップであって、該第１の光の少なくとも一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して、第２のピークの波長の第２の光に変換することを含む、ステップと、該第２の光を出力光の成分として放射するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理の例として図示された図面と共に次の詳細な説明を読むと明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に従う、蛍光体変換白色発光ダイオード（(white phosphor-converted light emitting diode(ＬＥＤ)）１００が示されている。ＬＥＤ１００は、高い輝度効率と良好な光出力安定性を備えた「白色」出力光を生成するように設計される。ＬＥＤ１００が生成したオリジナルの光の一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して、より長い波長の光に変換することによって、白色出力光が生成される。さらに、ＬＥＤ１００は、チオガレートベースの蛍光体材料などの１つまたは複数の追加の蛍光体材料を使用することができる。
【００１２】
図１に示すように、蛍光体変換白色ＬＥＤ１００は、リードフレームが装着されたＬＥＤである。ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２、リードフレーム１０４と１０６、ワイヤ１０８、およびランプ１１０を含む。ＬＥＤダイ１０２は、特定のピーク波長の光を生成する半導体チップである。一実施形態では、ＬＥＤダイ１０２は、可視スペクトルの青色波長範囲中にピーク波長を有する光を生成するように設計される。該波長は、約４２０ｎｍから４９０ｎｍである。ＬＥＤダイ１０２は、リードフレーム１０４上に配置され、ワイヤ１０８を介して他のリードフレーム１０６に電気接続される。リードフレーム１０４と１０６は、ＬＥＤダイ１０２を駆動するのに必要な電力を提供する。ＬＥＤダイ１０２は、ランプ１１０内に収められており、該ランプ１１０は、ＬＥＤダイ１０２から放射される光を伝播するための媒体となる。ランプ１１０は、メインセクション１１２と出力セクション１１４を含む。この実施形態では、ランプ１１０の出力セクション１１４は、ドーム型で、レンズとして機能する。こうして、出力光としてＬＥＤ１００から放射された光は、ランプ１１０のドーム型の出力セクション１１４によって集光される。しかし、他の実施形態では、ランプ１００の出力セクション１１４は、水平方向に平面であってもよい。
【００１３】
蛍光体変換白色ＬＥＤ１００のランプ１１０は、透明な物質で作成される。これは透明エポキシ(clear epoxy)などの任意の透明な材料であってよく、ＬＥＤダイ１０２からの光がランプを介して伝達し、ランプの出力セクション１１４から放射することができるようにする。この実施形態では、ランプ１１０は、やはり光伝播の媒体である波長シフト領域１１６を含む。該波長シフト領域は、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料(fluorescent phosphor materials based on Group IIA/IIB element Selenide Sulfur based phosphor material)１１８およびチオガレートベースの蛍光体材(Thiogallate-based phosphor mateｒｉａｌ)１１９という２種類の蛍光体材料と、の混合で作成される。ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８およびチオガレートベース蛍光体材料１１９を使用し、ＬＥＤダイ１０２が放射したオリジナルの光の一部を、よりエネルギーの低い（より波長の長い）光に変換する。ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８は、ＬＥＤダイ１０２からの第１のピーク波長のオリジナル光の一部を吸収する。これによって、ＩＩＡ／ＩＩＢ元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料の原子が励起され、第２のピーク波長の、より長い波長の光が放射される。一実施形態では、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物ベースの蛍光体材料１１８は、ＬＥＤダイ１０２からのオリジナル光の一部を、可視スペクトルのオレンジ／赤波長範囲内の、より長いピーク波長の光に変換する性質を有する。該波長は、約５８５ｎｍから８００ｎｍである。同様に、チオガレートベースの蛍光体材料１１９も、ＬＥＤダイ１０２からのオリジナル光の一部を吸収する。これによって、チオガレートベースの蛍光体材料の原子が励起され、第３のピーク波長の、より長い波長の光が放射される。一実施形態では、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、ＬＥＤダイ１０２からのオリジナル光の一部を、可視スペクトルの緑の波長範囲内の、より長いピーク波長の光に変換する性質を有する。該波長は、約４９０ｎｍ〜５７５ｎｍである。変換された光の第２のピーク波長と第３のピーク波長は、オリジナルの光のピーク波長と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８およびチオガレートベースの蛍光体材料１１９とによって、部分的に定義される。ＬＥＤダイ１０２からの吸収されないオリジナル光と、該変換された光とが組み合わされ、「白色」光が生成される。白色光は、ＬＥＤ１００の出力光として、ランプ１１０の光出力セクション１１４から放射される。
【００１４】
一実施形態では、ランプ１１０の波長シフト領域１１６内に含まれるＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８は、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、および／または、バリウム（Ｂａ）を含む。ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８は、銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、希土類元素(rare earth element)などの、１つまたは複数の適切なドーパントによって活性化される。一実施形態では、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８は、Ｚｎ、セレン化物、および硫黄で作成された蛍光体であり、好ましくは、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体である。
【００１５】
ランプ１１０の波長シフト領域１１６に含まれる、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、希土類元素などの１つまたは複数の適切なドーパントによって活性化される金属チオガレートベース(metal-Thiogallate-based)の蛍光体材料であることができる。金属チオガレートベースの蛍光体材料は、ＭＮｘＳｙで定義される構造を有することができる。ここで、Ｍは、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）などのＩＩＡ族の元素であり、Ｎは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩＡ族の元素である。ｘとｙは、数字であり、例えば、ｘは２に等しくｙは４に等しい、または、ｘは４に等しくｙは７に等しい。代替としては、金属チオガレートベースの蛍光体材料は、ＭＭＮｘＳｙによって定義される構造を有していてもよい。一実施形態では、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、希土類元素などの１つまたは複数の適切なドーパントによって活性化されるバリウムストロンチウムガリウム硫化物(Barium Strontium Gallium Sulfide)である。好ましくは、チオガレートベースの蛍光体材料１１９は、ＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕで作成される蛍光体である。
【００１６】
好ましいＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体を、種々の技術で合成することができる。１つの技術は、ドープされていないＺｎＳｅとＺｎＳを、１：１のモル比で、乾式に粉砕（dry-milling、ドライミル）し、５μｍ未満ほどの微細な粉末または結晶にすることを含む。ついで、少量のＣｕＣｌ２ドーパントを、脱イオン水またはメタノールなどのアルコール類からの溶液に加え、ドープされていないＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５粉末と共にボールミル(ball-mill)する。溶液に加えるＣｕＣｌ２ドーパントの量は、数ｐｐｍ(parts per million)の最少量から、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５材とＣｕＣｌ２ドーパントの合計重量の約４パーセントまでの任意の量であってよい。次に、ドープさた材料は、摂氏約１００度（１００℃）でオーブン乾燥(oven-dry)し、この結果得られたケーク(cake)を再びドライミルして、微粒子を生成する。ミルされた材料を、石英るつぼなどのるつぼに入れ、１〜２時間に渡って摂氏約１０００度（１０００℃）の不活性雰囲気下で焼結する。次に、必要に応じて、焼結された材料をふるいにかけ、所望の粒度分布(particle size distribution)を有するＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ蛍光体粉末を生成する。所望の粒度分布は、ミクロン範囲であってよい。
【００１７】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粉末をさらに加工し、シリカコーティング(silica coating)を伴う蛍光体粒子を生成することができる。蛍光体粒子を透明な物質と混合して、ランプ１１０の波長シフト領域１１６などのＬＥＤ内の波長シフト領域を形成するときに、蛍光体粒子上のシリカコーティングは、蛍光体粒子のクラスタ形成または集塊(agglomeration)を低減させることができる。蛍光体粒子のクラスタ化または集塊が起きると、作成されたＬＥＤにより生成される出力光が、不均一な色分布を有することがある。
【００１８】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粒子にシリカコーティングを適用するために、ふるいにかけられた該材料をアニール処理にかけて、該蛍光体粒子をアニール(anneal)して汚染物質を除去する。次に、蛍光体粒子とシリカ粉末を混合し、該混合物を、摂氏約２００度の炉の中で加熱する。熱が加えられると、蛍光体粒子上に薄いシリカコーティングが形成される。蛍光体粒子上のシリカの量は、蛍光体粒子に対して約１％である。この結果得られる、シリカコーティングを伴うＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粒子は、３０ミクロンに等しいかまたは３０ミクロン未満の粒径を有することができる。
【００１９】
好ましいＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体を、種々の技術で合成することができる。１つの技術は、前駆体(precursor)として、ＢａＳ、ＳｒＳ、Ｇａ２Ｓ３を使用することを含む。前駆体は、脱イオン水またはメタノールなどのアルコール類からの溶液内で、少量のＥｕドーパント、フラックス(flux)（Ｃ１とＦ）、および過剰な硫黄と共に、ボールミルされる。溶液に加えるＥｕドーパントの量は、最少量から、全成分の合計重量の約１０パーセントまでの間の任意の値であってよい。ついで、ドープされた材料を乾燥してミルし、微粒子を生成する。ついで、ミルされた粒子を、石英るつぼなどのるつぼに入れ、１〜２時間に渡って摂氏約８００度（８００℃）の不活性雰囲気下で焼結する。ついで、必要に応じて、焼結された材料をふるいにかけ、所望の粒度分布を有するＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粉末を生成する。粒度分布は、ミクロン範囲であってよい。
【００２０】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粉末と同様に、ＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粉末についてもさらに処理して、シリカコーティングを伴う蛍光体粒子を生成することができる。この結果得られる、シリカコーティングを伴うＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粒子は、４０ミクロンに等しいかまたは４０ミクロン未満の粒径を有することができる。
【００２１】
ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、ＣｌとＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕの合成プロセスが終了すると、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、ＣｌとＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕの蛍光体粉末を、たとえばエポキシなどのランプ１１０と同じ透明物質と混合して、ＬＥＤダイ１０２の周囲に堆積させ、ランプの波長シフト領域１１６を形成する。２つの異なるタイプの蛍光体粉末間の比率を調節して、蛍光体変換白色ＬＥＤ１００について異なる色特性を生成することができる。たとえば、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体粉末とＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体粉末の間の比率は、［１：７］であることができる。ランプ１１０の残りの部分に、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、ＣｌとＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕの蛍光体粉末を含まない透明な物質を堆積させることにより、ＬＥＤ１００を製作することができる。図１では、ランプ１１０の波長シフト領域１１６は四角形として示されているが、波長シフト領域を、図３Ａに示すように半球形などの別の形状に構成することもできる。さらに他の実施形態では、波長シフト領域１１６は、ＬＥＤダイ１０２に物理的に結合しなくてもよい。このような実施形態では、波長シフト領域１１６は、ランプ１１０内の任意の他の位置に設けることができる。
【００２２】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃでは、本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備える蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃを示す。図２Ａの蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ａは、ランプ全体が波長シフト領域であるランプ２１０Ａを含む。したがってこの構成では、ランプ２１０Ａ全体が、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８およびチオガレートベースの蛍光体材料１１９との混合物で作成される。図２Ｂの蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ｂは、波長シフト領域２１６Ｂがランプの外側表面に位置するランプ２１０Ｂを含む。したがってこの構成では、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８およびチオガレートベースの蛍光体材料１１９を含まないランプ２１０Ｂの領域を、最初にＬＥＤダイ１０２上にわたって形成し、ついで、透明な物質と蛍光体材料の混合物を、この領域上に堆積させて、ランプの波長シフト領域２１６Ｂを形成する。図２Ｃの蛍光体変換白色ＬＥＤ２００Ｃは、波長シフト領域２１６Ｃが、ＬＥＤダイ１０２上にコーティングされた、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料１１８およびチオガレートベース蛍光体材料１１９との混合物の薄層であるランプ２１０Ｃを含む。したがってこの構成では、まずＬＥＤダイ１０２を、透明な物質と、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料１１８チオガレートベースの蛍光体材料１１９との混合物でコーティングまたはカバーして波長シフト領域２１６Ｃを形成し、次に、波長シフト領域の上に、蛍光体材料を含まない透明な物質を堆積させることによって、ランプ２１０Ｃの残りの部分を形成することができる。たとえば、ＬＥＤ２００Ｃの波長シフト領域２１６Ｃの厚さは、ＬＥＤダイ１０２が生成する光の色に依存して、１０ミクロンと６０ミクロンの間であることができる。
【００２３】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄに示すように、代替の実施形態では、ＬＥＤダイを載せる蛍光体変換白色ＬＥＤのリードフレームは、リフレクタカップ(reflector cup)を含むことができる。図３Ａから図３Ｄは、リフレクタカップ３２２を有するリードフレーム３２０を含む異なるランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄを示す。ＬＥＤダイにより生成された光の一部が、リードフレーム３２０で反射されて、有用な出力光として各ＬＥＤから放射されるように、リフレクタカップ３２２は、ＬＥＤダイ１０２が位置づけられるくぼんだ領域を提供する。
【００２４】
上述の異なるランプ構成は、表面実装型(surface-mounted)ＬＥＤなどの他のタイプのＬＥＤに適用して、本発明に従う、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料およびチオガレートベース蛍光体材料を備える、他のタイプの蛍光体変換白色ＬＥＤを生成することができる。さらに、これらの異なるランプ構成を、半導体レーザデバイスなどの他のタイプの発光デバイスに適用し、本発明に従う他のタイプの発光デバイスを生成することもできる。これらの発光デバイスにおいて、光源は、レーザダイオードなど、ＬＥＤダイ以外の任意の光源であってもよい。
【００２５】
次に図４を参照すると、本発明の一実施形態に従う、青色（４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ）ＬＥＤダイを備えた蛍光体変換ＬＥＤの光スペクトル４２４が示されている。このＬＥＤの波長シフト領域は、エポキシ(epoxy)に対して、６５％のＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体およびＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体材料で形成される。ＬＥＤの波長シフト領域に含まれるＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体材料およびＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体材料のパーセンテージ量すなわち負荷率(loading content)を、蛍光体の効率に従って変えることができる。たとえば、ドーパント（複数可）の量を変えることによって蛍光体材料効率を上昇させるにつれ、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体およびＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体の負荷率を減少させることができる。光スペクトル４２４は、約４６０ｎｍの第１のピーク波長４２６を含み、これは、青色ＬＥＤダイから放射される光のピーク波長に対応する。光スペクトル４２４はまた、ＬＥＤ波長シフト領域のＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ蛍光体によって変換された光のピーク波長である約５４０ｎｍの第２のピーク波長４２８と、ＬＥＤ波長シフト領域のＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌ蛍光体によって変換された光のピーク波長である約６２５ｎｍの第３のピーク波長４３０と、を含む。
【００２６】
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態に従う、出力光を生成する方法を説明する。ブロック５０２では、第１のピーク波長の第１の光を生成する。第１の光は、ＬＥＤダイによって生成されることができる。次にブロック５０４では、第１の光を受光し、該第１の光の一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料を使用して、第２のピーク波長の第２の光に変換する。ブロック５０４では、該第１の光の一部を、チオガレートベースの蛍光体材料などの１つまたは複数の蛍光体材料を使用して、別の光に変換することができる。次にブロック５０６では、第１の光と第２の光を、出力光の成分として放射する。
【００２７】
本発明の特定の実施形態を記述および図示したが、本発明は説明および図示した特定の形態または構成部品の配置に限定されるものではない。さらに、本発明は白色出力光を生成するデバイスと方法に限定されるものではない。また本発明は、他のタイプの出力光を生成するデバイスおよび方法を含む。たとえば、本発明に従う、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベース蛍光体材料および／またはチオガレートベース蛍光体材料を使用して、発光デバイスにおいて、光源が生成するオリジナルの光のうちの実質的に全部を、異なる波長の光に変換することができ、この場合、出力光の色が白色でなくなることもありうる。本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項および請求項の等価物によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に従う、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従う、代替のランプ構成を備えた、蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ａ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ｂ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ｃ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図３Ｄ】本発明の代替の実施形態に従う、リフレクタカップを有するリードフレームを備えた蛍光体変換白色ＬＥＤを示す図。
【図４】本発明の一実施形態に従う、蛍光体変換白色ＬＥＤの光スペクトルを示す図。
【図５】本発明の一実施形態に従う、出力光を放射する方法のフロー図。
【符号の説明】
【００２９】
１００ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０２ ＬＥＤダイ
１０４ リードフレーム
１０６ リードフレーム
１０８ ワイヤ
１１０ ランプ
１１２ メインセクション
１１４ 出力セクション
１１６ 波長シフト領域
１１８ ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料
１１９ チオガレートベースの蛍光体材料
３２２ リフレクタカップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力光を放出するデバイスであって、
第１のピーク波長の第１の光を放射する光源（１０２）と、
前記第１の光源に光学的に結合され、該第１の光を受光する波長シフト領域（１１６、２１０Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ）と、を備え、
前記波長シフト領域は、前記第１の光の少なくとも一部を、第２のピーク波長の第２の光に変換する性質を有するＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）を含んでおり、該第２の光が、前記出力光の成分となる、
デバイス。
【請求項２】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料は、少なくとも１つの希土類元素でドープされる、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料は、亜鉛、カドミウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムからなるグループから選択される元素を含む、
請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料は、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌの化学式で定義される、銅と塩素で活性化された亜鉛セレン化物硫黄を含む、
請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記波長シフト領域（１１６、２１０Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ）は、前記第１の光の一部を、前記出力光の成分である第３のピーク波長の第３の光に変換する性質を有するチオガレートベースの蛍光体材料（１１９）を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
出力光を放出させるための方法であって、
第１のピーク波長の第１の光を生成するステップ（５０２）と、
前記第１の光を受光するステップ（５０４）であって、該第１の光の少なくとも一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）を使用して、第２のピーク波長の第２の光に変換することを含む、ステップと、
前記第２の光を、前記出力光の成分として放射するステップ（５０６）と、
を含む、方法。
【請求項７】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）は、少なくとも１つの希土類元素でドープされる
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）は、亜鉛、カドミウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムからなるグループから選択される元素を含む、
請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記受光するステップは、前記第１の光の一部を、チオガレートベースの蛍光体材料（１１９）を使用して、前記出力光の成分である第３のピーク波長の第３の光に変換することを含む、
請求項６から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）および前記チオガレートベースの蛍光体材料（１１９）のうちの少なくとも一方は、シリカコーティングを有する蛍光体粒子を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１】
出力光を放出するデバイスであって、
第１のピーク波長の第１の光を放射する光源（１０２）と、
前記第１の光源に光学的に結合され、該第１の光を受光する波長シフト領域（１１６、２１０Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ）と、を備え、
前記波長シフト領域は、前記第１の光の少なくとも一部を、第２のピーク波長の第２の光に変換する性質を有するＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）を含んでおり、該第２の光が、前記出力光の成分となる、
デバイス。
【請求項２】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料は、少なくとも１つの希土類元素でドープされる、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料は、亜鉛、カドミウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムからなるグループから選択される元素を含む、
請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料は、ＺｎＳｅ０．５Ｓ０．５：Ｃｕ、Ｃｌの化学式で定義される、銅と塩素で活性化された亜鉛セレン化物硫黄を含む、
請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記波長シフト領域（１１６、２１０Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ）は、前記第１の光の一部を、前記出力光の成分である第３のピーク波長の第３の光に変換する性質を有するチオガレートベースの蛍光体材料（１１９）を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
出力光を放出させるための方法であって、
第１のピーク波長の第１の光を生成するステップ（５０２）と、
前記第１の光を受光するステップ（５０４）であって、該第１の光の少なくとも一部を、ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）を使用して、第２のピーク波長の第２の光に変換することを含む、ステップと、
前記第２の光を、前記出力光の成分として放射するステップ（５０６）と、
を含む、方法。
【請求項７】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）は、少なくとも１つの希土類元素でドープされる
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）は、亜鉛、カドミウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムからなるグループから選択される元素を含む、
請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記受光するステップは、前記第１の光の一部を、チオガレートベースの蛍光体材料（１１９）を使用して、前記出力光の成分である第３のピーク波長の第３の光に変換することを含む、
請求項６から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ＩＩＡ／ＩＩＢ族元素セレン化物硫黄ベースの蛍光体材料（１１８）および前記チオガレートベースの蛍光体材料（１１９）のうちの少なくとも一方は、シリカコーティングを有する蛍光体粒子を含む、
請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２４９３５（Ｐ２００６−２４９３５Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９６２００（Ｐ２００５−１９６２００）
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３９５ Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３９５ Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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