JP7504981B2

JP7504981B2 - フルスペクトル固体白色発光デバイス

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Publication number: JP7504981B2
Application number: JP2022501063A
Authority: JP
Inventors: イ－チュンリ; シャンロンユエン; ツァオジュン－ガン
Original assignee: ブリッジラックスインコーポレイテッド
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2024-06-24
Anticipated expiration: 2040-07-03
Also published as: CN121038479A; US11574896B2; US11127721B2; US20210013185A1; EP3997733A1; WO2021007121A1; US10685941B1; CN114270511A; JP2022540191A; CN114270547A; JP7504980B2; JP2022539889A; US20220020732A1; CN114270547B; CN121038480A; EP3997732A1

Description

関連出願の相互参照

本出願は、（１）２０１９年７月９日に出願された米国特許仮出願第６２／８７２，２７７号、（２）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（現在発行されている米国特許第１０，６８５，９４１（Ｂ１）号）、（３）２０１９年１１月５日に出願された米国特許仮出願第６２／９３１，１８０号、及び（４）２０２０年６月２３日に出願された米国実用特許出願第１６／９０９，９２１号の優先権を主張し、これらは全て、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明の実施形態は、フォトルミネッ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、排他的ではないが、実施形態は、自然太陽光に密接に相似する青色光～赤色光までの波長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白色発光デバイスに関する。

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分を吸収し、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ッセンス材料（典型的には無機蛍光体物質）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）及び高い発光効率（１００ルーメン／ワット以上）により、白色ＬＥＤは、従来の蛍光灯、コンパクト蛍光灯、及び白熱電球に急速に置き換わってきている。

白色光源によって生成される光の特性及び品質を定量化するための様々なメトリクスが存在する。固体照明業界内で最も一般的に使用される２つのメトリクスは、相関色温度（Correlated Color Temperature、ＣＣＴ）及び国際照明委員会（International Commission on Illumination、ＣＩＥ）の平均演色評価数（Color Rendering Index、ＣＲＩ）のＲａである。

光源のＣＣＴは、ケルビン（Ｋ）で測定され、光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。

平均ＣＲＩＲａは、どれだけ忠実に光源が物体の真の色を演色するかを特徴づけ、８つの色試験サンプル（Ｒ１～Ｒ８）の光源の照明が、基準源によって提供される照明と比較してどれだけ優れているかの尺度に基づいている。一般に、値が高いほど、黒色放射体及び自然太陽光へのその近接性を示す。平均ＣＲＩＲａは、負の値をとることができ、１００の最大値を有する。色サンプルＲ１～Ｒ８は全てパステル色（低彩度の灰色がかった赤色～赤みがかった紫色）であるため、平均ＣＲＩＲａは、太陽光に密接に相似するフルスペクトルを生成する白熱源の光出力の微妙な差の有用な尺度を与えた。しかしながら、そのスペクトルがピークで構成されている白色ＬＥＤについては、平均ＣＲＩＲａは、限られた色の範囲にわたる色再現の平均尺度であるので、不十分であることが証明されており、特定の色又は高い彩度の色に対する光源の性能の情報を与えない。したがって、フルスペクトルの固体白色発光デバイスを特性評価するとき、ＣＲＩ色サンプルＲ９～Ｒ１２（飽和した赤色～飽和した青色）及びＲ１３～Ｒ１５（明るい肌の色調、葉の緑、中程度の肌の色調）を考慮に入れて、自然太陽光と比較してスペクトルの意味のある特性評価をする必要がある。

平均ＣＲＩＲａの制限に対処するために、照明学会（Illuminating Engineering Society、ＩＥＳ）は最近、光源の色性能を測定及び特性評価するためのＴＭ－３０標準を公開し（照明学会（２０１５）「ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＥｖａｌｕａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＳｏｕｒｃｅＣｏｌｏｒＲｅｎｄｉｔｉｏｎ」ＴＭ－３０－１５）、これは、参照により本明細書に組み込まれる。ＴＭ－３０－１５標準では、光源の演色特性を特徴づけるために、忠実度指数（Ｒ_ｆ）、色域指数（Ｒ_ｇ）、及び色ベクトルグラフィックの３つのメトリクスが使用される。ＩＥＳＴＭ－３０－１５の方法は、人々の色の知覚とより良好な相関性を有し、したがって、光源の光特性のより正確な特性評価を与えると考えられている。忠実度指数Ｒ_ｆは、平均ＣＲＩＲａと同様であり、どれだけ忠実に光源が物体の真の色をレンダリングするかを特徴づけ、９９色のサンプルの光源の照明が、基準源によって提供される照明と比較してどれだけ優れているかの尺度に基づいている。忠実度指数Ｒ_ｆ値は、０～１００の範囲である。新しい色サンプルは、リアルライフ用途で遭遇する可能性が高い物体をより代表するように選択され、結果として、忠実度指数Ｒｆは、平均ＣＲＩＲａよりも演色のより正確な尺度であると考えられている。Ｒ_ｆは、より多数の色サンプルにわたって測定されるため、平均ＣＲＩＲａと比較して高いスコアを達成することはより困難になる。更に、試験手順が異なるため、平均ＣＲＩＲａと忠実度指数Ｒ_ｆ値とは互いに比較することはできない。

色域指数Ｒ_ｇは、彩度に焦点を当てており、基準源と比較した彩度の平均レベルである。色域指数は、色付き物体の外観の鮮やかさに相関する。色域指数Ｒ_ｇ値は、６０～１４０の範囲であり、１００未満の値は、彩度の低下を示し、１００を超える値は、基準源と比較して彩度の上昇を示す。

色ベクトルグラフィックは、色がくすんでいるか、より鮮やかに表示されているかどうかに関係なく、観察された光で特定の色がどのように現れるかの視覚的表現を与える極座標チャートである。色ベクトルグラフィックは、どの色がより飽和又はより少ないかの指標を与える。忠実度指数及び色域指数は平均に基づいているため、どの色が飽和しているか、又はくすんでいるかを告げることはできない。ベクトルグラフィックの円は、基準光の１６の色相角ビンｈｊ（ｈは、色相を表し、ｊは、色相角ビンの番号である）に分割される。プランキアン（黒体）放射体は、色ベクトルグラフィック上の円として現れる。局所忠実度指数Ｒ_ｆ、ｈｊが円の内側にある任意の点は、これらの色相が基準源（黒体）と比較して光源によって脱飽和していることを示す。Ｒ_ｆ、ｈｊが円の外側にある点は、光源によって過飽和になっている色相を示す。完全な重複は、ソース間で演色に差がないことを示す。

良好な照明設計は、照明が人間の睡眠サイクル、概日リズム、覚醒、及び他の非視覚的応答に影響を及ぼし得るため、本質的に人間中心である。人間の健康に関するＬＥＤ（固体）照明の安全性は、最近の精査の対象となっている。人工光が、ホルモン合成、睡眠－目覚めサイクル、及び覚醒レベルなど、人間の生理学及び心理学の正常な調節を妨害するという懸念が高まっている。特に、最近の証拠は、例えば、ＬＥＤによって生成された光など、高色温度（５０００Ｋ）及び高照度の光が、睡眠前のメラトニン分泌を抑制し、並びに主観的な覚醒を低減させることを示している。青色光は他の色よりも、日昼光及び暗闇の自然サイクル（概日）に依存する生物学的プロセスの破壊を通じて生存生物に影響を与える傾向が強いことも報告されている。夕方遅く及び夜に青色光へ曝されると、健康に有害であり得ると考えられている。

メラトニン抑制効果を予測するために、様々なメトリクスが提案されている。概日刺激を測定するためのより一般的なメトリクスのうちの２つは、（ｉ）概日作用因子（Circadian Action Factor、ＣＡＦ）及び（ｉｉ）メラノピック応答（Melanopic Response、ＭＲ）である。ＣＡＦ及びＭＲは、放射の概日発光効率（circadian luminous efficacy of radiation、ＣＥＲ）の放射の発光効率（luminous efficacy of radiation、ＬＥＲ）に対する比であり、各々が、光に対する脳の感受性の尺度を提供し、すなわち、光に対する人間の非視覚的感度の尺度である。ＣＡＦは、特定の波長の光に曝される前後の人間のメラトニンレベルを測定して、概日作用スペクトル（Circadian Action Spectrum、ＣＡＳ）又は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。ａ_ｃｖで示されるＣＡＦは、概日発光効率の放射の発光効率に対する比率である。ＭＲは、哺乳動物ｉｐＲＧＣ（本質的に感光性の網膜神経節細胞）に見られるメラノプシン感光色素の吸収スペクトルに基づいており、メラノピック応答（感度）スペクトルｍ（λ）を確立する。ＭＲは、概日発光効率の放射の発光効率に対する比率である。最近、ｉｐＲＧＣのスペクトル応答に重み付けされた新しいメトリック等価メラノピックルクス（Equivalent Melanopic Lux、ＥＭＬ）が提案されている。

ＬＥＤ照明による更なる潜在的な懸念は、網膜に対する光の光化学的損傷の可能性があり、これは、バイオレット～青色の光への過度の露出から生じる可能性がある。これは、ブルーライトハザード（Blue Light Hazard、ＢＬＨ）として既知であり、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、白色光を発するＬＥＤが同じ色温度で他のタイプのソースよりも著しく多くの青色を含まない場合でも、ＬＥＤに関連付けられる場合がある。すなわち、ＬＥＤによって生成された青色ピークがスペクトルの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についての潜在的な眼の健康上の懸念である。現在の国際標準によれば、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危険であるとは見なされていない。つまり、特殊なランプ又は着色ソースの光学的安全性は、ケースバイケースで検討する必要があり、乳児又は特定のタイプの眼疾患を有する成人などの感受性の高い集団の周りに使用される光源は、追加の評価を必要とする。

現在、ＬＥＤ照明業界では、フルスペクトル白色ＬＥＤは、白熱ランプ及び黒体放射によって提示されるような１００に等しい平均ＣＲＩＲａを有する白色光を生成するように努めている。しかしながら、そのようなＬＥＤは、約８０（ＣＲＩ８０）の平均ＣＲＩＲａを有する光を生成する白色ＬＥＤと比較して、発光効率を３０％だけ犠牲にすることが見出されている。

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デバイスのものに少なくとも近づいているか、又はそれを超える発光効率を有する人間中心のフルスペクトル白色発光デバイスを提供するための努力の中で生じた。

本発明は、スペクトルの青色～赤色の波長領域の自然太陽光に可能な限り密接に相似する、強度波長スペクトル（スペクトルコンテンツ）を有する白色光を生成するための白色発光デバイスに関する。

特に、排他的ではないが、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、スペクトルの赤色領域に対応する波長での光強度が発光効率を改善するために最適化されている白色発光デバイスを対象とする。そのような実施形態では、白色発光デバイスは、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を備えることができ、例えば、発光ピークが、約３０ｎｍ未満である主ピーク発光の半値全幅（full width at half maximum、ＦＷＨＭ）強度を有する蛍光体を備えることができる。発光ピーク波長は、眼の明所視応答（すなわち明所視比視感度関数）が概して低い（約０．１）、約６５０ｎｍより長い波長の波長スペクトルの赤色領域（範囲）に対応する波長での光強度（フォトンカウント）を低減するように選択される。発光ピーク波長は、約６２０ｎｍ～約６４０ｎｍの範囲であり得る。広帯域赤色フォトルミネッセンス（ＦＷＨＭ＞７５ｎｍ）と比較して、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料のフォトルミネッセンス強度における急激なドロップオフにより、これは、約６５０ｎｍよりも長い波長に対するスペクトルの赤色波長領域における光強度を低減し、それにより発光効率を改善し、一方目によって検出され得る約４３０ｎｍ～約６５０ｎｍのスペクトルの青色～シアンの領域にわたる自然光スペクトルに依然として密接に相似する。

本発明の実施形態は更に、スペクトルの青色～シアンの領域において自然光に加えて密接に相似する白色光を生成するための白色発光デバイスに関係する。本発明の実施形態によれば、そのような白色発光デバイスは、概日作用因子（ＣＡＦ）及びメラノピック応答（ＭＲ）によって測定された人間の非視覚的知覚が最も影響を受ける、青色～シアンの波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）において自然光に密接に相似するフルスペクトルの白色光を生成する。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、人間の健康な状態に有益であると考えられている。そのような白色発光デバイスは、広帯域固体励起源、例えば、青色ＬＥＤを利用し、これは、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの範囲（すなわち、可視スペクトルの青色領域）に主波長を有する、広帯域励起光を生成する。本明細書において、「広帯域」は、少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭ（半値全幅）を有する光を示すために使用される。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、約３０ｎｍ～約７０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有し得る。広帯域はまた、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの波長範囲における少なくとも２つの異なる波長の青色光放出の組み合わせで構成される青色光を示すために使用され得る。広帯域青色励起光の使用は、発光デバイスが、スペクトルの青色～シアンの波長領域（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）の自然光に密接に相似するフルスペクトル光を生成することを可能にする。

本発明の態様では、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの主波長及び少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭ強度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、約６２０ｎｍ～約６４０ｎｍの発光ピーク波長及び約３０ｎｍ未満のＦＷＨＭ強度を有する、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料と、を備え、デバイスが、少なくとも１３０ｌｍ／Ｗの発光効率を有し、ＣＲＩＲａ≧９０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、黒体曲線又は同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光の強度からの白色光の最大強度偏差率（％）が、約５０％未満である、フルスペクトル白色発光デバイスが提供されている。

デバイスによって生成された光は、約１８００Ｋ～約６８００Ｋの相関色温度を有する場合がある。

デバイスによって生成された光は、約３２００Ｋ～約６８００Ｋの相関色温度を有し得る。

実施形態では、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料は、蛍光体材料、量子ドット（quantum dot、ＱＤ）材料、又はそれらの組み合わせを含み得る。狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料は、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、Ｋ_２ＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、又はＫ_２ＧｅＦ_６：Ｍｎ^４＋などの、マンガン活性化フッ化物蛍光体を含む場合がある。

デバイスは、表面実装可能なデバイス、チップオンボードデバイス、又はフィラメントのうちの１つであり得る。

デバイスによって生成された光は、少なくとも５０の演色ＣＲＩＲ９を有し得る。

デバイスによって生成された光は、少なくとも９０の演色ＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ１５を有し得る。

デバイスによって生成された光は、少なくとも８０の演色ＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ８及びＣＲＩＲ１０～ＣＲＩＲ１５を有する場合がある。

デバイスによって生成された光は、少なくとも９８のＩＥＣＴＭ－３０色域指数Ｒｇ及び少なくとも９０のＩＥＣＴＭ－３０忠実度指数Ｒ_ｆを有し得る。

デバイスによって生成された光は、色相角ビンｈ１～ｈ１２及びｈ１３～ｈ１６に対して少なくとも９０並びに色相角ビンｈ１３に対して少なくとも８５のＩＥＣＴＭ－３０局所色忠実度Ｒ_ｆ，ｈｊを有し得る。

デバイスによって生成された光は、黒体曲線又は同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子の２０％又は１０％以内である、概日作用因子を有する場合がある。

発光デバイスは、４９５ｎｍ～５８０ｎｍのピーク発光波長を有する緑色～黄色フォトルミネッセンス材料を更に備え得る。

発光デバイスは、５８０ｎｍ～６２５ｎｍのピーク発光波長を有する橙色～赤色フォトルミネッセンス材料を更に備え得る。

広帯域励起光は、２つ以上の異なる波長の青色光放出の組み合わせを含み得る。異なる波長の青色発光は、２つの方法で生成することができる。（ｉ）異なる主波長の複数の個々の青色ＬＥＤ（狭帯域ＬＥＤ）を使用すること、又は（ｉｉ）例えば、アクティブ領域で特別に設計された複数の異なる量子井戸を使用して、複数の青色波長放射を生成する個々のＬＥＤ（広帯域ＬＥＤ）を使用すること、である。こうして、広帯域固体励起源は、１つ以上の狭帯域固体光源によって構成することができ、例えば、各々が４２０ｎｍ～４８０ｎｍの異なる主波長の狭帯域青色光を「直接」生成するＬＥＤ又はレーザーダイオードなどで構成することができる。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の波長の差、又は少なくとも２つの青色発光の間に少なくとも１０ｎｍの波長の差が存在する。

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、及び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の固体光源を備え得る。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の固体光源を更に備え得る。

代替的に、広帯域固体励起源はまた、広帯域固体光源を包含し、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造内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などの広帯域青色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、それぞれの異なる主波長を有する青色発光を各々生成する、少なくとも２つの異なる量子井戸を有するＬＥＤを備える。

本発明の広帯域固体励起源は、１５ｎｍ～２０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する単一の狭帯域波長の青色光を生成する狭帯域青色ＬＥＤを利用する既知の白色ＬＥＤと対比されるべきである。本発明の広帯域青色固体励起源は、青色発光（４２０ｎｍ～４８０ｎｍ）のフォトルミネッセンス材料（蛍光体）を使用したＵＶ光のフォトルミネッセンス変換のプロセスを通して間接的に青色励起光が生成生される、ＵＶ固体光源（ＵＶＬＥＤ）を利用する既知の白色ＬＥＤと更に対比されるべきである。言い換えれば、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の範囲の励起光を生成するためにフォトルミネッセンス材料を利用しない／含まない。

黒体曲線又は同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光の強度からのデバイスによって生成された白色光の最大強度偏差率（％）は、４０％、３０％、２０％、又は１５％未満であり得る。

本発明の実施形態では、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの主波長及び約２５ｎｍより大きい半値全幅強度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、約６２０ｎｍ～約６４０ｎｍの発光ピーク波長及び約３０ｎｍ未満の半値全幅発光強度を有する狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料と、を備え、デバイスが、黒体曲線又は同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子の２０％又は１０％以内である、概日作用因子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が包含されている。そのような実施形態は、前述の特徴のうちの１つ以上及びそれらの組み合わせを更に含むことができる。

本発明の実施形態では、約４２０ｎｍ～約４８０ｎｍの主波長及び約２５ｎｍより大きい半値全幅強度を有する、広帯域励起光を生成するための広帯域固体励起源と、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料と、を備え、デバイスが、黒体曲線又は同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの強度に対する相対強度が、約６３５ｎｍ～約６７５ｎｍの波長で２５％に減少する、橙色～赤色波長領域におけるテールを有する白色光スペクトルを生成する、フルスペクトル白色発光デバイスが想定されている。

デバイスは、黒体曲線又は同じ相関色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの強度に対する相対強度が、約６４５ｎｍ～約６６５ｎｍの波長で２５％に減少する、橙色～赤色領域におけるテールを有する白色光を生成する場合がある。

実施形態では、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料が狭帯域マンガン活性化フッ化物蛍光体を含むとき、デバイスは、黒体曲線又は同じ色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの強度に対する相対強度が約６５５ｎｍの波長で２５％に減少する、橙色～赤色の領域におけるテールを有する白色光を生成し得る。

様々な実施形態は、前述の特徴のうちの１つ以上及びそれらの組み合わせを更に含むことができる。

本発明のこれらの、及び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。

いくつかの実施形態による、遠隔蛍光体白色発光デバイスを示す。いくつかの実施形態による、遠隔蛍光体白色発光デバイスを示す。図１ａ及び図１ｂの白色発光デバイスで使用するための、本発明の実施形態による、広帯域青色固体励起源の概略図である。図１ａ及び図１ｂの白色発光デバイスで使用するための、本発明の別の実施形態による、広帯域青色固体励起源の概略図である。いくつかの実施形態による、パッケージ化された白色発光デバイスの概略断面図である。いくつかの実施形態による、パッケージ化された白色発光デバイスの概略断面図である。いくつかの実施形態による、チップオンボード（ＣＯＢ）パッケージ化された白色発光デバイスの概略平面図及びＢ－Ｂ断面側面図である。いくつかの実施形態による、チップオンボード（ＣＯＢ）パッケージ化された白色発光デバイスの概略平面図及びＢ－Ｂ断面側面図である。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。図５のランプで使用するためのいくつかの実施形態による、ＬＥＤフィラメント白色発光デバイスの概略Ｃ－Ｃ断面図及び部分破断平面図である。図５のランプで使用するためのいくつかの実施形態による、ＬＥＤフィラメント白色発光デバイスの概略Ｃ－Ｃ断面図及び部分破断平面図である。一般組成式Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋のマンガン活性化ヘキサフルオロケイ酸カリウム蛍光体（ＫＳＦ）の発光スペクトルを示す。（ｉ）「Ａ」（実線）で示された第１の広帯域固体励起源と、（ｉｉ）「Ｂ」（点線）で示された第２の広帯域固体励起源と、についての発光スペクトル、強度対波長（ｎｍ）、を示す。（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（太い実線）（ｉｉｉ）黒体曲線（ｂｌａｃｋ－ｂｏｄｙ－ｃｕｒｖｅ、ｂｂｃ）－名目上Ｄｅｖ．１Ａと同じである２７００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。２５℃で動作するＤｅｖ．１Ａについての相対強度スペクトル、Ｉ_ｒｅｌ（％）対波長（ｎｍ）、を示す。波長３８０ｎｍ～５４０ｎｍについての図７ａの拡大された部分である。（Ａ）（ｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．１（太い破線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．１Ａ及びＣｏｍ．１と同じである２７００ＫのＣＣＴの黒体曲線ｂｂｃ（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．１Ｂ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ｂ（太い実線）、（ｉｉｉ）黒体曲線（ｂｂｃ）－名目上Ｄｅｖ．１Ｂと同じである２７００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（太い破線）についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。（ｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．２（点線）、及び（ｉｉｉ）黒体曲線（ｂｂｃ）－名目上Ｄｅｖ．１Ａと同じである２７００ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、を示す。（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．２Ａ（細い実線）（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ａ（太い実線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．２Ａと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（太い実線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．２Ｂと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（太い実線）、（ｉｉｉ）Ｃｏｍ．３、及び（ｉｖ）名目上Ｄｅｖ．２Ｂと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、を示す。（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（太い実線）、（ｉｉｉ）Ｃｏｍ．４、及び（ｉｖ）名目上Ｄｅｖ．２Ｂと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、を示す。（Ａ）（ｉ）安定した動作状態に達したＬＥＤ－フィラメントＤｅｖ．３（実線）、及び（ｉｉ）黒体曲線（ｂｂｃ）－Ｄｅｖ．３と同じである３４１７ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。

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。

本明細書全体を通して、図面番号が先行する同様の参照番号が、同様の特徴を示すために使用されている。

本発明の実施形態は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲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である、広帯域固体励起源、例えば、１つ以上のＬＥＤを備える白色発光デバイスに関する。本特許明細書では、「広帯域」青色光は、少なくとも２５ｎｍ、好ましくは少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ（半値全幅）を有する青色光を示すために使用され、又は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの波長範囲の少なくとも２つの異なる波長の青色光放射の組み合わせで構成される青色光を示すために使用され得る。広帯域励起源の使用は、白色発光デバイスが、可視スペクトルの青色～シアンの波長領域（約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍ）の自然光に密接に相似する白色光を生成することを可能にする。更に、本明細書に記載されるように、本発明の実施形態は、発光効率を改善するための狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を含む白色発光デバイスに関する。

遠隔蛍光体白色発光デバイス

図１ａ及び図１ｂは、本発明の実施形態による遠隔蛍光体固体白色発光デバイスを例解し、図１ａは、部分断面平面図であり、図１ｂは、Ａ－Ａを通る断面側面図である。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することができる。デバイスは、単独で使用することができ、又はダウンライト又は他の照明装置の一部を構成することができる。デバイス１１０は、円形円盤状基部１１４、中空円筒形壁部分１１６、及び環状頂部１１８から構成される中空円筒体１１２を備える。熱の散逸を助けるために、基部１１４は、アルミニウム、アルミニウムの合金、又は高熱伝導率を有する任意の材料から製造することができる。基部１１４は、ねじ又はボルトによって、又は他の締結具によって、若しくは接着剤によって、壁部分１１６に取り付けることができる。

デバイス１１０は、円形形状ＭＣＰＣＢ（ｍｅｔａｌｃｏｒｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｂｏａｒｄ、金属コアプリント回路ボード）１２２と熱連通して取り付けられた複数（図１ａ及び図１ｂの例では５つ）の広帯域青色固体励起源１２０を更に備える。本発明の実施形態による様々な広帯域青色固体励起源１２０が、図２ａ及び図２ｂに例解されている。光の放出を最大化するために、デバイス１０は、ＭＣＰＣＢ１２２の面及び円筒壁１１６の内側湾曲表面をそれぞれ覆う光反射表面１２４を及び１２６を更に備えることができる。

デバイス１１０は、励起源１２０から離れて位置し、励起源１２０によって生成された励起光の一部分を吸収し、それをフォトルミネッ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構成されたフォトルミネッセンス波長変換構成要素１２８を更に備える。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光と、フォトルミネッ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ッセンス光とを組み合わせたものを含む。フォトルミネッセンス波長変換構成要素は、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料と、緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料との混合物を含むことができ、広帯域橙色～赤色のフォトルミネッセンス材料を更に含み得る。フォトルミネッセンス材料は、蛍光体材料を含むことができる。狭帯域赤色、緑色～黄色、及び橙色～赤色のフォトルミネッセンス材料の例を以下に説明する。フォトルミネッセンス波長変換構成要素は、フォトルミネッセンス材料の混合物を組み込んだ光透過性材料（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、実施形態では、フォトルミネッセンス波長変換構成要素は、１つ以上の層において蛍光体材料でコーティングされた光透過性基板から形成され得る。波長変換成分１２８は、励起源１２０から離れて位置付けされ、励起源から空間的に分離されている。本特許明細書では、「離れて（remotely）」及び「遠隔（remote）」は、離間した又は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、一方他の実施形態では、それらは、例えば、光透過性シリコーン又はエポキシ材料などの好適な光透過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。示されるように、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ることができ、ランプの構成要素及び発光色が容易に変更されることを可能にする。

図２ａは、本発明の実施形態による、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～４８０ｎｍの主要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、すなわち、可視スペクトルの青色領域にある。この実施形態では、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭも有する。本発明の実施形態によれば、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を備え、これらは、この例では、狭帯域青色ＬＥＤチップ（例えば、青色発光ＧａＮ系のＬＥＤチップ）である。第１の固体光源２３０は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの第１の主波長λ_ｄ１を有する青色発光を生成し、第２の固体光源２３２は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの第２の主波長λ_ｄ２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、光源によって生成される光の主波長が異なるように選択される（すなわち、λ_ｄ１はλ_ｄ２とは異なる）。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～４８０ｎｍ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、単一の固体光源を備え得ることが理解されよう。本明細書では、単一の固体光源は、各々が、同じ（すなわち、単一の／孤立した）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１つ以上の固体光源として定義される。

図２ａに示されるように、広帯域青色固体励起源２２０は、例えば、ＳＭＤ２８３５ＬＥＤパッケージなどの表面実装可能デバイス（surface mountable device、ＳＭＤ）を備えることができ、そこで、第１及び第２の固体光源は、基板２３４の頂部面にフリップチップボンドされている。電気接点２３６、２３８は、励起源を動作させるために基板２３４の底面に提供することができる。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の光透過性光学封止材２４０でカプセル化することができる。

図２ｂは、本発明の実施形態による、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～４８０ｎｍの主波長を有する、すなわち、可視スペクトルの青色領域にあ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、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭも有する。本発明の実施形態によれば、固体励起源２２０は、広帯域固体光源２４１を備え、それは、この例では、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）を備えたアクティブ領域を有するＩｎＧａＮ／ＧａＮ青色ＬＥＤなどの、単一の広帯域ＬＥＤであり、「ＧｒｏｗｔｈｏｆＩｎＧａＮｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｑｕａｎｔｕｍ－ｗｅｌｌｂｌｕｅｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓｏｎｓｉｌｉｃｏｎｅｂｙｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｖａｐｏｒｐｈａｓｅｅｐｉｔａｘｙ」と題する、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｌｅｔｔ．７５，１４９４（１９９９）ＴｒａｎＣＡｅｔａｌ．に開示されている。広帯域固体光源２４１は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲のピーク波長の複数の重なり合う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、単一の／孤立した主波長を有し、かつ少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成する。

図２ｂに示されるように、固体励起源２２０は、例えば、ＳＭＤ２８３５ＬＥＤパッケージなどの表面実装可能デバイス（ＳＭＤ）を備えることができ、そこで、固体光源は、基板２３４の頂部面にフリップチップボンされている。電気接点２３６、２３８は、励起源を動作させるために基板２３４の底面に提供することができる。固体光源２４１は、例えば、シリコーン又はエポキシ材料などの光透過性光学封止材２４０でカプセル化することができる。

パッケージ化された白色発光デバイス

図３ａは、本発明の実施形態による、パッケージ化された白色発光デバイス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ように構成することができる。

本発明の実施形態によれば、デバイス３１０ａは、パッケージ３４４内に収容された、第１及び第２の固体光源３３０、３３２、例えば、青色発光ＧａＮ（窒化ガリウム）系のＬＥＤチップによって構成された広帯域青色固体励起源を備える。上記と同様の／同じ様態で、第１の固体光源３３０は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲の第１の主波長λｄ１を有する青色発光を生成することができ、第２の固体光源３３２は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲の第２の主波長λ_ｄ２を有する青色発光を生成することができる。第１の固体光源の主波長λ_ｄ１は、第２の固体光源の主波長λ_ｄ２とは異なる。パッケージは、例えば、ＳＭＤ２８３５ＬＥＤパッケージなどの表面実装可能デバイス（ＳＭＤ）を含むことができ、上部部分３４６及び基部部分３４８を備える。上部本体部３４６は、固体光源３３０、３３２を受容するように構成された凹部３５０を画定する。パッケージ３４４は、パッケージ３４４の基部の外面上に電気コネクタ３５２及び３５４を更に備えることができる。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の床上に位置する熱伝導性パッド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。代替的に、ＬＥＤチップをフリップチップで取り付けて、パッケージに電気的に接続することもできる。凹部３５０は、フォトルミネッセンス材料（狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料、緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料、及び任意選択的に橙色～赤色の広帯域フォトルミネッセンス材料）の混合物で充填された、光透過性光学封止材３６４、典型的には光学的に透明なシリコーンで満たされ、それにより、ＬＥＤチップ３３０、３３２の露出表面がフォトルミネッセンス／シリコーン材料混合物によって覆われている。デバイスの発光輝度を高めるために、凹部３５０の壁を傾斜させて、光反射表面を有することができる。当然のことながら、他の実施形態では、１つ以上の固体光源（ＬＥＤチップ３３０、３３２）は各々、同じ（すなわち、単一の／孤立した）主波長を有し、少なくとも２５ｎｍのＦＷＨＭを有する光を生成することが理解されよう。

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アクティブ領域を有する２つの広帯域青色ＬＥＤ３４１ａ／３４１ｂによって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は各々、同じである主波長λ_ｄを有する広帯域青色励起光を生成する。

図４ａ及び図４ｂは、本発明の実施形態による、チップオンボード（ＣＯＢ）パッケージ化された白色発光デバイス４１０を例解し、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、１８００Ｋ～６８００ＫのＣＣＴ（相関色温度）及び９５以上の平均演色評価数（ＣＲＩＲａ）を有する温かい白色光を生成するように構成することができる。

デバイス４１０は、複数（図４ａの例では１２）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）系のＬＥＤフリップチップダイ、を備え、正方形のＭＣＰＣＢ４６８と熱連通して取り付けられている。

図４ａに示すように、励起源４２０は、概して円形のアレイとして構成することができる。固体励起源（広帯域ＬＥＤダイ）４２０は各々、４２０ｎｍ～４８０ｎｍ（より典型的には４４０ｎｍ～４５５ｎｍ）の範囲の主波長λ_ｄを有する励起光を生成することができる。この実施形態では、それらは、２５ｎｍ～５０ｎｍのＦＷＨＭ（半値全幅）を有する。電気接点４７２、４７４を、白色発光デバイス４１０を動作させるためにＭＣＰＣＢ４６８の頂部面に設けることができる。示されるように、広帯域ＬＥＤフリップチップダイ４２０は、例えば、シリコーン又はエポキシ材料などの、フォトルミネッセンス材料（狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料、緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料、及び任意選択的に橙色～赤色の広帯域光フォトミルク材料）の混合物で充填された光透過性光学封止材４６６でカプセル化されており、それにより、ＬＥＤダイ４２０の露出表面は、フォトルミネッセンス／シリコーン材料混合物によって覆われている。示されるように、光透過性封止材／フォトルミネッセンス材料混合物４６６は、環状形状の壁４７０内に収容することができる。当然ながら、他の実施形態では、図４ａ及び図４ｂに示される配置は、多重量子井戸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によって構成される固体励起源４２０を備えることができることが理解されるであろう。

ＬＥＤフィラメント白色発光デバイス

図５は、１８００Ｋ～６８００Ｋの範囲のＣＣＴ（相関色温度）で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）５１００の側面図を例解する。ＬＥＤフィラメントランプ５１００は、コネクタ基部５１０２、光透過性エンベロープ５１０４と、ガラスＬＥＤフィラメント支持体（ステム）５１０６及び本発明による４つのＬＥＤフィラメント（白色発光デバイス）５１０と、を備える。

ここで、本発明の実施形態によるＬＥＤフィラメント６１０を、ＬＥＤフィラメント６１０のＣ－Ｃを通る断面側面図及び部分破断平面図を示す図６ａ及び図６ｂを参照して説明する。ＬＥＤフィラメント６１０は、前面６１１０に取り付けられた固体広帯域励起源６２０のアレイを有する回路ボード（基板）６１０８を備えることができる。広帯域励起源は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの主波長λ_ｄを有する、すなわち、２５ｎｍ～５０ｎｍの範囲のＦＷＨＭを有する可視スペクトルの青色波長領域にある、広帯域青色励起光を生成するように構成されている。例解の実施形態では、広帯域励起源６２０は、基板に直接取り付けられた、パッケージ化されていない広帯域青色ＬＥＤダイ（例えば、本明細書に記載のＭＱＷＩｎＧａＮ／ＧａＮＬＥＤダイ）によって構成されている。他の実施形態では、広帯域励起源６２０の各々は、基板に直接取り付けられた、異なるそれぞれの主波長λ_ｄ１ λ_ｄ２を有する少なくとも２つの個別の狭帯域青色ＬＥＤダイの組み合わせによって構成され得る。

実施形態では、例解された基板６１０８は、平面状であり、基板の前面６１１０の長さに沿った線形アレイとして構成された広帯域励起源６２０を備えた細長い形状（ストリップ）を有する。

典型的には、各ＬＥＤフィラメント６２０は、約２Ｗの総公称電力を有する２５個の励起源（ＬＥＤダイ）を備えることができる。

好ましくは少なくとも半透明である基板６１０８は、例えばガラス又はポリプロピレン、シリコーン又はアクリルなどの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むことができる。基板６１０８は、前面６１１０上に、励起源６２０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６１１２を更に含むことができる。例解のように、励起源６２０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。示されるように、励起源６２０は、ボンドワイヤ６１１４を使用して、導電性トラック６１１２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６２０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、それにより、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６２０は、導電性トラックに取り付けられた表面実装可能又はフリップチップＬＥＤを備えることができる。基板６１０８は、それぞれの端部で、ＬＥＤフィラメント６１０に電力を印加するための電極６１１６を備えることができる。

本発明の実施形態によれば、ＬＥＤフィラメント６２０は、基板及び励起源６２０の少なくとも前面６１１０を覆うフォトルミネッセンス波長変換材料６６６を更に含む。本発明の実施形態によれば、フォトルミネッセンス波長変換材料６６６は、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料と緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料との組み合わせを含む。任意選択的に、フォトルミネッセンス波長変換材料６６６は、橙色～赤色の広帯域光フォトミルク材料を更に含むことができる。ＬＥＤフィラメントの前面及び背面から発せられた光が実質的に同じ色であることを確実にするために、ＬＥＤフィラメント６２０は、示されるように、基板の裏面６１２０を覆うフォトルミネッセンス波長変換材料６１１８を更に含むことができる。フォトルミネッセンス波長変換材料６１１８は、フォトルミネッセンス波長変換材料６６６と同じフォトルミネッセンス材料を含むことができる。

狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料

本明細書に記載されるように、発光効率を改善するために、本発明の実施形態による白色発光デバイスは、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を含む。本特許明細書では、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料は、約６２０ｎｍ～約６４０ｎｍのピーク発光波長（λ_ｐｅ）を有する光を生成するフォトルミネッセンス材料として定義され、すなわち、可視スペクトルの橙色～赤色の領域にあり、約３０ｎｍ未満のＦＷＨＭ発光強度である。本明細書に記載されるように、そのような狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料の使用は、眼の明所視応答が低い（約０．１）約６５０ｎｍより長い波長に対するスペクトルの赤色波長領域の光強度を低減する。発光ピーク波長は、約６２０ｎｍ～約６４０ｎｍの範囲であり得る。広帯域赤色フォトルミネッセンス（ＦＷＨＭ＞７５ｎｍ）と比較して、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料のフォトルミネッセンス強度における急激なドロップオフにより、これは、眼が非感受性である約６５０ｎｍより長い波長の光強度を低減し、本発明者らは、そのような波長での光強度のこの低減が、デバイスの発光効率を改善することを理解している。

狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料は、蛍光体材料及び／又は量子ドット（ＱＤ）材料を含むことができる。

狭帯域赤色蛍光体：マンガン活性化フッ化物蛍光体

狭帯域マンガン活性化フッ化物蛍光体の例は、マンガン活性化カリウムヘキサフルオロシリケート蛍光体（ＫＳＦ）であり、一般組成式は、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋。このような蛍光体の例は、約６３２ｎｍのピーク発光波長（λ_ｐｅ）を有する、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＦｒｅｍｏｎｔＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＮＲ６９３１ＫＳＦ蛍光体である。図７は、ＮＲ６９３１ＫＳＦ蛍光体の発光スペクトルを示す。ＫＳＦ蛍光体は、青色励起光によって励起可能であり、約６３１ｎｍ～約６３２ｎｍのピーク発光波長（λ_ｐｅ）を有し、約５ｎｍ～約１０ｎｍのＦＷＨＭ（測定方法によって異なる。すなわち、幅が単一又は二重ピークを考慮しているかどうか－図７）を有する、赤色光を生成する。他のマンガン活性化蛍光体としては、Ｋ_２ＧｅＦ_６：Ｍｎ^４＋（ＫＧＦ）、Ｋ_２ＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋（ＫＴＦ）、Ｋ_２ＳｎＦ_６：Ｍｎ^４＋、Ｎａ_２ＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、Ｎａ_２ＺｒＦ_６：Ｍｎ^４＋、Ｃｓ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、Ｃｓ_２ＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、Ｒｂ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、及びＲｂ_２ＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋が挙げられる。

狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料：赤色量子ドット（ＱＤ）

量子ドット（ＱＤ）は、特定の波長又は波長範囲の光を放出するために放射エネルギーによって励起され得る３空間次元全てに励起子が閉じ込められている物質（例えば、半導体）の一部分である。ＱＤによって生成される光の色は、ＱＤのナノ結晶構造に関連付けられた量子閉じ込め効果によって可能になる。各ＱＤのエネルギーレベルは、ＱＤの物理的サイズに直接関係する。例えば、赤色ＱＤなどのより大きなＱＤは、相対的により低いエネルギー（すなわち、相対的により長い波長）を有する光子を吸収及び放出することができる。一方、サイズが小さい青色ＱＤは、相対的により高いエネルギー（より短い波長）の光子を吸収及び放出することができる。

ＱＤ材料は、オニオンのような構造内に異なる材料を含有するコア／シェルナノ結晶を含むことができる。例えば、上記の例示的な材料は、コア／シェルナノ結晶のコア材料として使用することができる。ある材料内のコアナノ結晶の光学特性は、別の材料のエピタキシャルタイプのシェルを成長させることによって変更することができる。要件に応じて、コア／シェルナノ結晶は、単一のシェル又は複数のシェルを有することができる。シェル材料は、バンドギャップエンジニアリングに基づいて選択することができる。例えば、シェル材料は、コア材料よりも大きいバンドギャップを有することができ、それにより、ナノ結晶のシェルは、光学活性コアの表面をその周囲の媒体から分離することができる。カドミウム系ＱＤ、例えば、ＣｄＳｅＱＤ、の場合、コア／シェル量子ドットは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、又はＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ／ＺｎＳの式を使用して合成することができる。同様に、ＣｕＩｎＳ_２量子ドットの場合、コア／シェルナノ結晶は、ＣｕＩｎＳ_２／ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳ_２／ＣｄＳ、ＣｕＩｎＳ_２／ＣｕＧａＳ_２、ＣｕＩｎＳ_２／ＣｕＧａＳ_２／ＺｎＳなどの式を使用して合成することができる。

ＱＤは、異なる材料を含むことができ、赤色ＱＤ組成物の例を表１に示す。

緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料

本特許明細書では、緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料とは、約４９５ｎｍ～約５８０ｎｍのピーク発光波長（λ_ｐｅ）を有する光を生成する材料を指し、これは、可視スペクトルの緑色～黄色／橙色の領域にある。好ましくは、緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料は、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～黄色のフォトルミネッセンス材料は、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の、任意のフォトルミネッセンス材料を含むことができる。好適な緑色～黄色の蛍光体の例を、表２に示す。

いくつかの実施形態では、緑色～黄色のフォトルミネッセンス材料は、一般組成式Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）の、例えば、５２７ｎｍ～５４３ｎｍのピーク発光波長及び約１２０ｎｍのＦＷＨＭを有する、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＦｒｅｍｏｎｔＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＹＡＧシリーズ蛍光体などのセリウム活性化イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体を含む。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～黄色のフォトルミネッセンス材料は、一般組成式（Ｙ，Ｂａ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）の、例えば、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＦｒｅｍｏｎｔＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＧＮＹＡＧシリーズ蛍光体など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る。いくつかの実施形態では、緑色フォトルミネッセンス材料は、一般組成式Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＧＡＬ）のアルミン酸塩（ＬｕＡＧ）蛍光体を含むことができる。そのような蛍光体の例としては、例えば、５１６ｎｍ～５６０ｎｍのピーク発光波長及び約１２０ｎｍのＦＷＨＭを有する、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＦｒｅｍｏｎｔＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＧＡＬシリーズの蛍光体が挙げられる。本明細書において、表記ＧＡＬ＃は、蛍光体タイプ（ＧＡＬ）「ＬｕＡＧ」系蛍光体にナノメートル（＃）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、ＧＡＬ５２０は、５２０ｎｍのピーク発光波長を有するＧＡＬ蛍光体を示す。

緑色～黄色のケイ酸塩蛍光体の例としては、一般組成式（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕの、例えば、５０７ｎｍ～５７０ｎｍのピーク発光波長及び約７０ｎｍ～約８０ｎｍのＦＷＨＭを有する、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＦｒｅｍｏｎｔＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＧ、ＥＧ、Ｙ及びＥＹシリーズの蛍光体などのユーロピウム活性化オルト－ケイ酸塩蛍光体が挙げられる。

いくつかの実施形態では、緑色～黄色の蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれている「Ｇｒｅｅｎ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ（Ｏｘｙ）Ｎｉｔｒｉｄｅ－ＢａｓｅｄＰｈｏｓｐｈｏｒｓａｎｄＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓＵｓｉｎｇＴｈｅＳａｍｅ」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酸窒化物蛍光体を含むことができる。そのような緑色発光酸窒化物（ＯＮ）蛍光体は、一般組成式Ｅｕ^２＋：Ｍ^２＋Ｓｉ_４ＡｌＯ_ｘＮ_{（７－２ｘ／３）}（式中、０．１≦ｘ≦１．０であり、Ｍ^２＋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）を有することができる。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（λ_ｐｅ）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。

橙色～赤色のフォトルミネッセンス材料

本明細書において、橙色～赤色のフォトルミネッセンス材料とは、約５８０ｎｍ～約６７０ｎｍのピーク発光波長（λ_ｐｅ）を有する光を生成する材料を指し、これは可視スペクトルの橙色／黄色～赤色領域にある。橙色～赤色のフォトルミネッセンス材料は、青色光によって励起可能であり、例えば、ユーロピウム活性化窒化ケイ素系蛍光体、ａ－ＳｉＡｌＯＮ、グループＩＩＡ／ＩＩＢのセレン化物硫化物系蛍光体又はケイ酸塩系蛍光体などの広帯域赤色フォトルミネッセンス材料を含むことができる、任意の橙色～赤色のフォトルミネッセンス材料、典型的には蛍光体、を含むことができる。橙色～赤色の蛍光体の例を表３に示す。

いくつかの実施形態では、ユーロピウム活性化窒化ケイ素系蛍光体は、カルシウムアルミニウム窒化ケイ素蛍光体（Calcium Aluminum Silicon Nitride phosphor、ＣＡＳＮ）を含み、一般式は、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋である。ＣＡＳＮ蛍光体は、ストロンチウム（Ｓｒ）、一般式（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋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（λ_ｐｅ）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～赤色のＣＡＳＮ蛍光体を示す。

一実施形態では、橙色～赤色の蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれている「Ｒｅｄ－ＥｍｉｔｔｉｎｇＮｉｔｒｉｄｅ－ＢａｓｅｄＣａｌｃｉｕｍ－ＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＰｈｏｓｐｈｏｒｓ」と題する米国特許第８，５９７，５４５号に教示されているような橙色～赤色発光蛍光体を含むことができる。このような赤色発光蛍光体は、化学式Ｍ_ａＳｒ_ｂＳｉ_ｃＡｌ_ｄＮ_ｅＥｕ_ｆ（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であり、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。

代替的に、橙色～赤色の蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれている「Ｒｅｄ－ＥｍｉｔｔｉｎｇＮｉｔｒｉｄｅ－ＢａｓｅｄＰｈｏｓｐｈｏｒｓ」と題する米国特許第８，６６３，５０２号に教示されているような橙色～赤色発光窒化物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’_２Ｓｉ_５－ｘＡｌ_ｘＮ_８：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≦ｘ＜０．４を満たし、赤色発光蛍光体は、Ｍ’_２Ｓｉ_５Ｎ_８：ＲＥの一般的な結晶構造を有し、Ａｌは、一般的な結晶構造内のＳｉを代用し、Ｍは、実質的に格子間で一般的な結晶構造内に位置している）によって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、６１０ｎｍのピーク発光波長を有するＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＦｒｅｍｏｎｔＣａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なＸＲ６１０赤色窒化物蛍光体である。

橙色～赤色の蛍光体はまた、グループＩＩＡ／ＩＩＢのセレン化物硫化物系蛍光体も含むことができる。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ＭＳｅ_１－ｘＳ_ｘ：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（ＣａＳｅ_１－ｘＳ_ｘ：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～赤色蛍光体が、本発明で使用されることができる。ＣＳＳ蛍光体の発光ピーク波長は、組成物中のＳ／Ｓｅ比を変更することによって６００ｎｍ～６５０ｎｍの間で調整されることができ、ＦＷＨＭが、約４８ｎｍ～約６０ｎｍの範囲の狭帯域赤色発光スペクトルを示す（より長いピーク発光波長は、通常、より大きいＦＷＨＭ値を有する）。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（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）又は酸化クロム（ＣｒＯ）、でコーティングされ得る。代替的に、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（ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）又はフッ化チタン（ＴｉＦ_４）、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複数の層であり得る。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移行を有するコーティングであってもよく、又は第１の材料から第２の材料への漸進的／滑らかな移行があり、したがってコーティングの厚さを通して変化する混合組成物を有するゾーンを形成するコーティングであってもよい。

いつかの実施形態では、橙色～赤色の蛍光体は、その全体が本明細書に組み込まれている「Ｓｉｌｉｃａｔｅ－ＢａｓｅｄＯｒａｎｇｅＰｈｏｓｐｈｏｒｓ」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（Ｓｒ_１－ｘＭ_ｘ）_ｙＥｕ_ｚＳｉＯ_５（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（λ_ｐｅ）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。

１８００Ｋ～６８００Ｋの白色発光デバイス

上で説明されるように、本発明の実施形態は、約６５０ｎｍより長い波長についてスペクトルの赤色部分に対応する波長での光強度を低減するために狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を含めることによって白色発光デバイスの発光効率を改善することに関係する。本発明の実施形態は加えて、特に、排他的ではないが、例えば、ＣＡＦ（概日作用因子）及びメラノピック応答（ＭＲ）によって測定されるような人間の非視覚的知覚が最も影響を受けると考えられている可視スペクトルの青色～シアン（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）の領域において、自然光に密接に相似する白色光を生成する白色発光デバイスに関係することができる。

パッケージ化された白色発光デバイス－試験方法

パッケージ化された試験方法は、積分球において、パッケージ化された白色発光デバイス３１０ａ（図３ａ）の総発光を測定することを含む。デバイスは、温度制御されたプレート上に取り付けられ、２５℃（Ｃ－コールド）及び８５℃（Ｈ－ホット）の温度でのデバイスの動作について測定が行われる。

本発明によるパッケージ化された白色発光デバイスは各々、３つの１１３３（１１ミル×３３ｍｍ）ＬＥＤチップを含有する、２８３５－ＰＣＴ（ポリシクロヘキシレン－ジメチレンテレフタレート）ＳＭＤパッケージ（２．８ｍｍ×３．５ｍｍ）ＳＭＤパッケージを備える。

本明細書では、白色発光デバイスを示すために次の命名法が使用される：Ｄｅｖ．＃Ａは、異なる主波長（λ_ｄ１Ａ＝４４１ｎｍ、λ_ｄ２Ａ＝４５６ｎｍ及びλ_ｄ３Ａ＝４６９ｎｍ）の３つのＬＥＤチップを備える「Ａ」で示される第１の広帯域固体励起源を備える、本発明による白色発光デバイスを示し、Ｄｅｖ．＃Ｂは、主波長（λ_ｄ１Ｂ＝４４６ｎｍ、λ_ｄ２Ｂ＝４５６ｎｍ及びλ_ｄ３Ｂ＝４６９ｎｍ）の３つのＬＥＤチップを備える第２の広帯域固体励起源を備える、本発明による白色発光デバイスを示し、Ｃｏｍ．＃は、各励起源が、単一の主波長λ_ｄの１つ以上の固体光源（狭帯域励起源）を備える比較発光デバイスを示す。図８は、以下の発光スペクトル、強度対波長（ｎｍ）である：（ｉ）「Ａ」（実線）で示される第１の広帯域固体励起源、及び（ｉｉ）「Ｂ」（点線）で示される第２の広帯域固体励起源。図から見ることができるように、ＬＥＤチップの組み合わせは、約４０ｎｍのＦＷＨＭを有する広帯域青色励起光を生成する。

２７００Ｋフルスペクトル白色発光デバイス－試験データ

表４、表５、及び表６は、２７００Ｋ白色発光デバイスＤｅｖ．１Ａ及びＤｅｖ．１Ｂ並びに既知の２７００ＫＣＲＩ９０比較デバイスＣｏｍ．１の測定された光学試験データを表にしたものである。表７及び表８は、Ｄｅｖ．１Ｂの測定されたＩＥＣＴＭ－３０－１５光学試験データを表にしたものである。

上で説明されるように、発光デバイスＤｅｖ．１Ａは、主波長λ_ｄ１Ａ＝４４１ｎｍ、λ_ｄ２Ａ＝４５６ｎｍ、及びλ_ｄ３Ａ＝４６９ｎｍの３つのＬＥＤチップを含む２８３５ＳＭＤパッケージを備え、一方、デバイスＤｅｖ．１Ｂは、主波長λ_ｄ１Ｂ＝４４６ｎｍ、λ_ｄ２Ｂ＝４５６ｎｍ、及びλ_ｄ３Ｂ＝４６９ｎｍの３つのＬＥＤチップを備える。Ｄｅｖ．１Ａ及びＤｅｖ．１Ｂは各々、ＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３－ｘ（Ａｌ_１－ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ、λ_ｐｅ＝５２０ｎｍ）、ＧＹＡＧ５４３（（Ｙ，Ｇａ）_３－ｘ（Ａｌ_１－ｙＧａｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘ、λ_ｐｅ＝５４３ｎｍ）、ＣＡＳＮ６１５（Ｃａ_１－ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、λ_ｐｅ＝６１５ｎｍ、ＦＷＨＭ≒７４～７５ｎｍ）、及びＫＳＦ（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、λ_ｐｅ＝６３０～６３２ｎｍ、ＦＷＨＭ≒５～１０ｎｍ）蛍光体、の同じ組み合わせを含む。比較デバイスＣｏｍ．１は、狭帯域励起源を利用し、９０の公称ＣＲＩＲａを有する既知の２８３５パッケージ化された白色発光デバイスを備え、一方、比較デバイスＣｏｍ．２は、狭帯域励起源を利用し、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料（ＫＳＦ）を含む２８３５パッケージ化されたＣＲＩＲａ９０白色発光デバイスを備える。

図９ａは、（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（太い実線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．１Ａと同じ２７００ＫのＣＣＴの黒体曲線ｂｂｃ（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。図９ｂは、２５℃で動作するＤｅｖ．１Ａについての、相対強度スペクトル、Ｉ_ｒｅｌ．（％）対波長（ｎｍ）、を示す。図９ｃは、３８０ｎｍ～５４０ｎｍの波長についての、図９ａの拡大された部分である。図９ｄは、（Ａ）（ｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．１（太い破線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．１Ａ及びＣｏｍ．１と同じである２７００ＫのＣＣＴの黒体曲線ｂｂｃ（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての、感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。図１０は、（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．１Ｂ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ｂ（太い実線）（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．１Ｂと同じ２７００ＫのＣＣＴの黒体曲線（ｂｂｃ）－プランキアンスペクトル（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。図１１は、（ｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．１Ａ（太い実線）、（ｉｉ）Ｃｏｍ．２（点線）、及び（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．１Ａと同じである２７００ＫのＣＣＴの黒体曲線（ｂｂｃ）－プランキアンスペクトル（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、を示す。Ｄｅｖ．１Ａ、Ｃｏｍ１、Ｃｏｍ２、及びｂｂｃの強度スペクトルの意味のある比較を行うために、各々ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ相対輝度Ｙ＝１００を有するように、各々が正規化されている。強度データは、観察者の明所視応答（感度）を考慮した標準的な観察者のＣＩＥ１９３１の明所視比視感度関数ｙ（λ）を使用して正規化されている。図９ａ、図９ｂ、図９ｃ、図１０、及び図１１のプランキアンスペクトル（曲線）又は黒体曲線は、所与の色温度（ＣＣＴ）の１００に等しい平均ＣＲＩＲａ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最高の演色性を有するためには、その発光スペクトルは、同じ色温度の黒体スペクトルと可能な限り密接に一致するべきである。

図９ａを参照すると、Ｄｅｖ．１Ａが、２５℃（細い実線）及び８５℃（太い実線）の動作温度で、そのスペクトルが、約４２０ｎｍ～約６３５ｎｍの波長範囲にわたってｂｂｃ（太い破線）のスペクトルに概して相似する形態（ｂｂｃを超える約６１０ｎｍ及び６３０ｎｍでのピークを無視して）を有する、白色光を生成することが観察される。スペクトルはまた、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料のピーク発光波長λ_ｐｅ（図９ａの強度スケールのために見えない）から始まる橙色～赤色の領域に、概して９７６で示される、テールを提示する。テールは、ピーク発光強度からｂｂｃの下方への光強度の急速な減少（低下）を表す。図９ｂは、ｂｂｃの正規化された強度（Ｉ_ｂｂｃ）に対するデバイスの正規化された強度（Ｉ_Ｄｅｖ．）である、相対強度率（％）（Ｉ_ｒｅｌ．）スペクトルを示す。したがって、この関係は、Ｉ_ｒｅｌ．＝１００ｘ（Ｉ_Ｄｅｖ．／Ｉ_ｂｂｃ）として定義することができ、波長に対するｂｂｃからのデバイスの強度の偏差率（％）を表す。相対強度率（％）が１００％に等しい波長については、偏差がないという点で、ｂｂｃとの完全な相関に対応することが理解されよう。例えば、眼の明所視応答が最大である５００ｎｍ～６００ｎｍの波長については、相対強度は８０％～１２０％（すなわち、±２０％偏差）の範囲であり、デバイスの強度の同じ色温度のｂｂｃの強度との密接な相関（相似性）を示すことを見ることができる。図９ｂからわかるように、スペクトルの橙色～赤色領域におけるテール９７６の相対強度は、約６５５ｎｍの波長λ_１２５％で２５％に減少する。テールがこの値にどれだけ急速に落ちるかは、主として、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料のピーク発光波長λ_ｐｅ及びＦＷＨＭによって判定される。

図９ｃを参照すると、概日作用スペクトル（ＣＡＳ）は、スペクトル概日効率又は感度関数ｃ（λ）とも称され、光に対する人間の非視覚的相対感度を表す。ｃ（λ）の最大感度は、４６０ｎｍの波長で発生する。ＣＡＳは、スペクトルの４３０ｎｍ～５２０ｎｍの部分が、メラトニン分泌を調節するための概日入力を提供するための最も重要な波長であることを示唆している。図９Ｃは、本明細書で使用される様々なパラメータを定義し、本発明の原理を例解する。

Ｃｏｍ．１のスペクトルを黒体曲線（ｂｂｃ）と視覚的に比較すると、スペクトルは、狭帯域励起源によって生成された励起光に対応する単一のピーク９８０（４５５ｎｍ）を示し、その強度はｂｂｃの強度から著しく逸脱している（すなわち、ピーク強度は、４５５ｎｍの同じ波長でのｂｂｃの強度よりも非常に高い）ことに留意されたい。比較において、Ｄｅｖ．１Ａのスペクトルは、広帯域励起源によって生成された３つの青色発光（λ_ｄ１Ａ、λ_ｄ２Ａ、λ_ｄ３Ａ）に起因する３つのピーク９８２（４４０ｎｍ）、９８４（４５０ｎｍ）及び９８６を提示し、Ｃｏｍ．１と比較して、その強度がずれているのは、ｂｂｃの強度からわずかにずれているだけである（すなわち、ピーク強度が、同じ波長でｂｂｃよりわずかに高いか、又はわずかに低い）。ピーク９８０は、４６０ｎｍの波長にあるＣＡＳの最大感度に近い約４５５ｎｍの波長で発生することに更に留意されたい。更に、Ｃｏｍ．１のスペクトルはトラフ（谷）９８８を提示し、その最小強度は、ｂｂｃの強度から著しく逸脱する（すなわち、トラフ強度はｂｂｃよりもはるかに低い）ことに留意されたい。比較において、Ｄｅｖ．１Ａのスペクトルは、３つのトラフ（谷又は極小値）９９０（７４８ｎｍ）及び９９２（４６２ｎｍ）並びに９９４（４８０ｎｍ）を提示し、その最小強度は、ｂｂｃの強度からわずかにずれているだけである（すなわち、トラフ強度は、ｂｂｃよりわずかに低い）。図から見ることができるように、ｂｂｃからのＤｅｖ．１Ａの発光ピーク９８２、９８４及び９８６のより小さい偏差（Ｃｏｍ．１のピーク９８０と比較して）、及びＤｅｖ．１Ａのトラフ９９０、９９２及び９９４のより小さい偏差（Ｃｏｍ．１のトラフ９９４と比較して）は、Ｄｅｖ．１Ａのスペクトルが、４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）の波長範囲にわたってｂｂｃ（プランキアンスペクトル）により密接に相似することを示す。Ｄｅｖ．１Ａのスペクトルは、ＣＡＦ（概日作用因子）及びＭＲ（メラノピック応答）によって測定された人間の非視覚的知覚が最も影響を受けるこの波長領域にわって自然光により密接に相似し、これは人間の健康な状態にとって有益であり得ることが更に理解されるであろう。

スペクトルがｂｂｃにどの程度密接に相似するかを定量化するためのメトリクスは、同じ相関色温度のｂｂｃの光の強度からの最大（最も大きい）強度偏差率（％）（Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}）である。すなわち、約４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲にわたって、Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}は、スペクトルの強度とｂｂｃの強度の間の最大（最も大きい）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又はトラフなど）又は負（スペクトル強度がｂｂｃよりも小さいピーク又はトラフなど）であり得る。スペクトルの意味のある比較を行うために、各スペクトルは、同じＣＩＥ１９３１ＸＹＺ相対輝度Ｙを有するように正規化されている。スペクトルは、標準的な観測者の明所視比視感度関数ｙ（λ）（明所視又は視覚発光効率関数ｖ（λ）と称されることもある）を使用して正規化され、これは、観察者の明所視（視覚）応答を考慮に入れており、同じ相関色温度に対するものである。したがって、Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}は、約４３０ｎｍ～５２０ｎｍの波長範囲にわたるスペクトルの正規化された強度とｂｂｃの正規化された強度との間の最大（最も大きい）強度差率（％）である。Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}は、次のように定義される。

例えば、図９ｄを参照すると、Ｃｏｍ．１Ａの場合、ｂｂｃからのスペクトルの最大偏差は、波長λ_{ｍａｘｄｅｖ}≒４５０ｎｍでのピーク９８０に対応する。λ_{ｍａｘｄｅｖ}でのスペクトルの強度は９９６で示され、λ_{ｍａｘｄｅｖ}でのｂｂｃの強度は９９８で示される。したがって、上記の計算を使用して、約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、Ｃｏｍ．１のスペクトルは、９５％の最大強度偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}を有し、すなわち、最大強度偏差率（％）では、波長λ_{ｍａｘｄｅｖ}でのＣｏｍ．１の正規化強度は、同じ波長でのｂｂｃの正規化強度の１９５％である。対照的に、ｂｂｃからのＤｅｖ．１Ａのスペクトルの最大偏差は、波長λ_{ｍａｘｄｅｖ}≒４７７ｎｍでのトラフ９８８に対応する（図９ｃ）。上記の計算を使用して、約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、ｂｂｃからのスペクトルの最大強度偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}は約３８％であり、すなわち、最大強度偏差率（％）では、発光スペクトル波長λ_{ｍａｘｄｅｖ}の正規化強度は、同じ波長でのｂｂｃの正規化強度の６２％である。

狭帯域励起源を備える既知のデバイス（例えば、Ｃｏｍ．１）と比較した本発明によるＤｅｖ．１Ａ（広帯域励起源を備える）は、ｂｂｃと比較してスペクトルの最大強度偏差率（％）が著しく小さい白色光を生成し、これは、４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）の波長範囲にわたって、発光スペクトルがプランキアンスペクトル（自然太陽光により密接に相似する）により密接に相似することをもたらすことに留意されたい。

スペクトルのシアン波長領域におけるトラフを少なくとも部分的に充填することによって、強度スペクトルを変更するための広帯域青色励起源の使用は、青色領域のピークオーバーシュートを低減し、シアン波長領域における光強度のこの変化が、本発明のデバイスの優れた演色特性を説明すると考えられる。

表４、表５、及び表６を参照すると、２５℃の動作温度（Ｃ－コールド）で、デバイスＤｅｖｓ．１Ａ及び１Ｂは、少なくとも１３０ｌｍ／Ｗ（それぞれ１３５ｌｍ／Ｗ及び１３２ｌｍ／Ｗ）の発光効率を有し、平均演色評価数ＣＲＩＲａが約９３（それぞれ９２．４及び９４．４）であり、ＣＲＩＲ１～Ｒ７及びＲ１１～Ｒ１５が各々約９０以上（それぞれ９１．７～９６．１及び９３．４～９８．５）であり、一方ＣＲＩＲ８（「赤紫色」に対応する）が５０より大きく９０より小さい（それぞれ８３．２及び８６．８）であり、一方ＣＲＩＲ９（「飽和赤色」に対応する）が５０より大きく９０より小さい（それぞれ５６．２及び６５．０）であり、ＣＲＩＲ１０（「飽和黄色」に対応する）が５０より大きく９０より小さい（それぞれ８２．８及び８６．７）白色光を生成することに留意されたい。８５℃の動作温度（Ｈ－ホット）で動作するとき、デバイスＤｅｖ．１Ａ及びＤｅｖ．１Ｂの発光効率は、約１２０ｌｍ／Ｗ（それぞれ１２０ｌｍ／Ｗ及び１１８ｌｍ／Ｗ）に低下し、平均演色評価数ＣＲＩＲａが約９５（それぞれ９５．１及び９６．３）であり、ＣＲＩＲ１～Ｒ７及びＲ１０～Ｒ１５が各々９０以上（それぞれ８９．４～９９．１及び９３．８～９９．８）であり、一方ＣＲＩＲ８が７２より大きく９０より小さく（それぞれ８５．６及び８８．９）、一方ＣＲＩＲ９が５０より大きく９０より小さい（それぞれ、６４．１及び７２．３）白色光を生成する。

比較すると、デバイスＣｏｍ．１は、ただ１２３ｌｍ／Ｗだけの発光効率を有し、約９１（９１．２）のＣＲＩＲａを有し、ここでＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ７、Ｒ１１、Ｒ１３、及びＲ１４は約９０以上（９０．７～９８．３）であり、一方ＣＲＩＲ８は、７２より大きく９０より小さく（８０．７）、一方ＣＲＩＲ９は、５０より大きく９０より小さい（５３．７）白色光を生成する。更に、デバイスＤｅｖｓ．１Ａ及び１Ｂによって生成される光の質は、Ｃｏｍ．１と実質的に同じであるが、発光効率は実質的に約８％だけ（１２３ｌｍ／Ｗから少なくとも１３０ｌｍ／Ｗに）増加することに留意されたい。発光効率の増加は、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料、この特定の例ではＫＳＦの使用に起因すると考えられている。試験は、ＫＧＦ及びＫＴＦ又はそれらの組み合わせなどの他の狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を使用するとき、発光効率の同様の増加が期待されることを示している。

表７及び表８を参照すると、ＩＥＳＴＭＳ－３０－１５メトリクスの観点から、Ｄｅｖ．１Ｂは、１０１の色域指数Ｒ_ｇ及び９３の忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成する。更に、色相角ビンｈ１～ｈ１２及びｈ１４～ｈ１６に対する局所色忠実度（Ｒ_ｆ、ｈｊ）が約９０以上であるのに対し、色相角ビンｈ１３に対するＲ_ｆ、ｈｊが８６であることに留意されたい。

図１１は、狭帯域励起源を利用する比較デバイス（Ｃｏｍ．２）と比較した、広帯域励起源（Ｄｅｖ．１Ａ）を使用することの効果を視覚的に例解する。Ｄｅｖ．１Ａは、ピーク１１８０及びトラフ１１８８に対応する顕著な偏差を提示するＣｏｍ．２と比較して、４２０ｎｍ～５３０ｎｍの波長範囲においてｂｂｃに密接に相似する白色光を生成することが図から明らかであろう。

５０００Ｋフルスペクトル白色発光デバイス－試験データ

表９、表１０及び表１１は、５０００Ｋ白色発光デバイスＤｅｖ．２Ａ、Ｄｅｖ．２Ｂ、既知の５０００ＫＣＲＩ９０の比較デバイスＣｏｍ．３及び比較デバイスＣｏｍ．４について測定された光学試験データを表にしている。表１２及び表１３は、Ｄｅｖ．２Ａの測定されたＩＥＣＴＭ－３０－１５光学試験データを表にしている。

上で説明されるように、発光デバイスＤｅｖ．２Ａは、主波長λ_ｄ１ａ＝４４１ｎｍ、λ_ｄ２Ａ＝４５６ｎｍ及びλ_ｄ３Ａ＝４６９ｎｍの３つのＬＥＤチップを含む２８３５ＳＭＤパッケージを備え、一方、デバイスＤｅｖ．２Ｂは、主波長λ_ｄ１Ｂ＝４４６ｎｍ、λ_ｄ２Ｂ＝４５６ｎｍ及びλ_ｄ３Ｂ＝４６９ｎｍの３つのＬＥＤチップを備える。デバイス２Ａ及び２Ｂは各々、ＧＡＬ５２０（Ｌｕ_３－ｘ（Ａｌ_１－ｙＧａｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅｘ，λ_ｐｅ＝５２０ｎｍ）、ＣＡＳＮ６１５（Ｃａ_１－ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、λ_ｐｅ＝６１５ｎｍ、ＦＷＨＭ≒７４～７５ｎｍ）、及びＫＳＦ（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、λ_ｐｅ＝６３０～６３２ｎｍ、ＦＷＨＭ≒５～１０ｎｍ）蛍光体、の同じ組み合わせを含む。比較デバイスＣｏｍ．３は、狭帯域励起源を利用し、９０の公称平均ＣＲＩＲａを有する、既知の２８３５パッケージ化された白色発光デバイスを備える。比較デバイスＣｏｍ．４は、広帯域励起源を利用し、狭帯域フォトルミネッセンス材料ではなく広帯域の橙色～赤色フォトルミネッセンス材料を有する、２８３５パッケージ化された白色発光デバイスを備える。

図１２は、（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．２Ａ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ａ（太い実線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．２Ａと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（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．２Ａによって放出された光の正規化強度と、同じ相関色温度（５０００Ｋ）のＣＩＥ標準光源Ｄの光の正規化強度との間に約－１４％の最大正規化強度偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}があることを示している。これは、狭帯域励起光源を利用する既知のデバイスとは対照的であり、それは、正規化強度において約１１５％の最大偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}を提示する白色光を生成する。デバイスＤｅｖ．２Ａのスペクトルの橙色～赤色領域におけるテール１２７６の相対強度は、Ｄｅｖ．１Ａと同じ約６５５ｎｍの波長λ_１２５％で２５％に減少する。

図１３は、（Ａ）（ｉ）２５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（細い実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（太い実線）、（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．２Ｂと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（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．２Ｂによって放出された光の正規化強度と、同じ相関色温度（５０００Ｋ）のＣＩＥ標準光源Ｄの光の正規化強度との間に約１４％の最大正規化強度偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}があることを示している。これは、狭帯域励起光源を利用する既知のデバイスとは対照的であり、それは、約１１５％の最大正規化強度偏差率（％）を提示する白色光を生成する。Ｄｅｖ．２Ｂのスペクトルの橙色～赤色領域におけるテール１３７６の相対強度は、Ｄｅｖ．１Ｂと同じ約６５５ｎｍの波長λ_Ｉ２５％で２５％に減少する。

表９、表１０、及び表１１を参照すると、デバイスの２Ａ及び２Ｂは、２５℃（Ｃ）で動作するとき、少なくとも１３５ｌｍ／Ｗ（それぞれ１３８ｌｍ／Ｗ及び１３９ｌｍ／Ｗ）の発光効率を有し、約９８（それぞれ９７．８及び９８．４）の平均演色評価数ＣＲＩＲａを有し、ＣＲＩＲ１～Ｒ１５の各々が、９５以上（それぞれ９５．９～９８．６及び９６．４～９９．０）である白色光を生成することに留意されたい。８５℃（Ｈ－ホット）の動作温度で動作するとき、デバイスＤｅｖ．２Ａ及びＤｅｖ．２Ｂの発光効率は、少なくとも１２０ｌｍ／Ｗ（それぞれ１２２ｌｍ／Ｗ及び１２３ｌｍ／Ｗ）に低下し、それらは、約９２（それぞれ９２．２及び９３．２）の平均演色評価数ＣＲＩＲａを有し、Ｄｅｖ．１Ａについては、ＣＲＩＲ１～Ｒ８及びＲ１１～Ｒ１５の各々が少なくとも約９０以上（８９．２～９７．４）であり、Ｄｅｖ．１Ｂについては、ＣＲＩＲ１～Ｒ８及びＲ１０～Ｒ１５の各々が、少なくとも約９０以上（９０．３～９７．４）であり、一方、ＣＲＩＲ９は７２より大きく９０より小さく（それぞれ７４．０及び７７．７）、Ｄｅｖ．２ＡのＣＲＩＲ１０は約８８（８８．１）である白色光を生成する。

比較すると、２５℃で動作する既知の比較デバイスＣｏｍ．３は、１３５ｌｍ／Ｗの発光効率を有し、約９４のＣＲＩＲａを有し、ＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ８、ＣＲＩＲ１０～ＣＲＩＲ１１及びＣＲＩＲ１３～ＣＲＩＲ１５は約９０以上（９０．５～９８．３）であり、一方、ＣＲＩＲ９は約８７（８７．１）であり、ＣＲＩＲ１２は、約６５（６４．６）である白色光を生成する。更に、Ｄｅｖ．２Ａ及びＤｅｖ．２Ｂによって生成される光の品質は、既知のデバイスＣｏｍ．３のものよりも優れているだけではなく、発光効率が約２％だけ（１３５ｌｍ／Ｗから１３８ｌｍ／Ｗに）増加することに留意されたい。発光効率の増加は、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料、この特定の例ではＫＳＦの使用に起因すると考えられている。試験は、ＫＧＦ及びＫＴＦ又はそれらの組み合わせなどの他の狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を使用するとき、発光効率の同様の増加が期待されることを示している。

表１１及び表１２を参照すると、ＩＥＳＴＭＳ－３０－１５メトリクスの観点から、Ｄｅｖ．２Ａは、１０１の色域指数Ｒ_ｇ及び９３の忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成する。更に、色相角ビンｈ１～ｈ１６に対する局所色忠実度（Ｒ_ｆ，ｈｊ）は、約９０以上（８９～９５）であることに留意されたい。

図１４は、狭帯域励起源を使用する比較デバイス（Ｃｏｍ．３）と比較して、広帯域励起源（Ｄｅｖ．２Ａ）を使用することの効果を視覚的に例解する。Ｄｅｖ．２Ａが、ピーク１４８０及びトラフ１４８８に対応する顕著な偏差を提示するＣｏｍ．３と比較して、４２０ｎｍ～５３０ｎｍの波長範囲においてｂｂｃに密接に相似する白色光を生成することが、図から明らかであろう。

デバイスＤｅｖ．１Ａ及び１Ｂのように、デバイスＤｅｖ．２Ａ及びＤｅｖ．２Ｂの各々は、ＣＡＦ（概日作用因子）又はメラノピック比（Melanopic Ratio、ＭＲ）によって測定された人間の非視覚的知覚が最も影響を受けるこの波長領域４３０ｎｍ～５２０ｎｍにわたって自然光によりより密接に相似する白色光を生成し、これは人間の健康な状態に有益であり得ることが理解されよう。

図１５は、（ｉ）８５℃で動作するＤｅｖ．２Ｂ（実線）、（ｉｉ）８５℃で動作するＣｏｍ．４（点線）、及び（ｉｉｉ）名目上Ｄｅｖ．２Ｂと同じである５０００ＫのＣＣＴのＣＩＥ標準光源Ｄ５０（太い破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、を示す。この図は、スペクトルの赤色波長領域における光強度（フォトンカウント）を低減し、それによって発光効率を改善するために、広帯域赤色フォトルミネッセンス材料（Ｃｏｍ．４）を使用することと比較して、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料（Ｄｅｖ．２Ｂ）を使用することの効果を視覚的に例解する。上で説明されるように、比較デバイスＣｏｍ．４は、広帯域励起源を利用し、狭帯域フォトルミネッセンス材料ではなく、広帯域の橙色～赤色フォトルミネッセンス材料（ＣＡＳＮ）を有する、２８３５パッケージ化された白色発光デバイスを備える。

更に図１５を参照すると、点線（Ｃｏｍ．４）と実線（Ｄｅｖ．２Ｂ）との間の１５９９で示されたクロスハッチングエリアは、６５０ｎｍ～７８０ｎｍの橙色～赤色波長領域における光の強度（フォトンカウント）の低減を表す。図１５に示すように、光強度におけるこの低減１５９９は、広帯域赤色フォトルミネッセンス材料（ＦＷＨＭ≒７０ｎｍ）のテール１５７９の強度と比較して強度が急速に減少（低下）するテール１５７６を有する狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料（ＦＷＨＭ≦１０ｎｍ）を使用した結果である。上で説明されるように、Ｄｅｖ．２Ａのスペクトルの橙色～赤色領域におけるテール１５７６の相対強度は、約６５５ｎｍの波長λ_Ｉ２５％で２５％に減少する。比較すると、Ｃｏｍ．４のスペクトルの橙色～赤色領域におけるテール１５７９の相対強度は、約７２０ｎｍの波長λ_Ｉ２５％で２５％に減少する。

表９～表１１を参照すると、Ｃｏｍ．４は、２５℃（Ｃ）の動作温度で１１５ｌｍ／Ｗの発光効率及び８５℃（Ｈ）の動作温度で１０５ｌｍ／Ｗの発光効率を有するが、Ｄｅｖ．２Ｂは、２５℃（Ｃ）の動作温度で１３９ｌｍ／Ｗの発光効率及び８５℃（Ｈ）の動作温度で１２３ｌｍ／Ｗの発光効率を有することに留意されたい。Ｃｏｍ．４とＤｅｖ．２Ｂとの間の約２０％の発光効率の増加は、約６５０ｎｍより長い波長に対するスペクトルの赤色領域における光強度を低減させる狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料を使用することに起因すると仮定される。更に、発光効率における実質的な増加（約２０％）がある一方で、平均演色評価数ＣＲＩＲａ、９８．２（Ｃ）→９８．４（Ｃ）及び９７．５（Ｈ）→９３．２（Ｈ）並びにＣＩＥ演色ＣＲＩＲ１～Ｒ９によって証明されるように、Ｃｏｍ．４とＤｅｖ．２Ｂとの間の光品質への影響はごくわずかである。図１５から、狭帯域赤色フォトルミネッセンス材料（ＫＳＦ）に対応する約６１３ｎｍ及び６３２ｎｍでの大きなピークが無視されるとき、Ｄｅｖ．２Ｂによって生成される白色光は、４２０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長に対してＣＩＥ標準光源Ｄ５０に密接に相似することを更に留意されたい。

ＬＥＤフィラメント白色発光デバイス－試験方法

ＬＥＤフィラメント試験方法は、積分球において、ＬＥＤフィラメント白色発光デバイス（例えば、図６ａ及び図６ｂ）の総発光を測定することを含む。ＬＥＤフィラメントの両面から光が発生するため、温度制御プレートを使用してＬＥＤフィラメントの温度を制御することは非実用的である。代わりに、デバイスがオンになった時点（Ｉ－瞬時）及びそれが安定した動作状態（Ｓ－安定）に達した後（典型的には数分）で測定を行った。

本発明によるＬＥＤフィラメント白色発光デバイス（Ｄｅｖ．３）は、公称２Ｗデバイスであり、前面に実装された２５個の直列接続された１１３３（１１ミル×３３ミル）の青色狭帯域ＬＥＤダイを有する透過率が約４０％の５２ｍｍ×４ｍｍの多孔質シリカ基板を備える。２５個のＬＥＤダイは、主波長λ_ｄ１＝４４５ｎｍの９個のＬＥＤダイ、主波長λ_ｄ２＝４５５ｎｍの８個のＬＥＤダイ、及び主波長λ_ｄ３＝４６５ｎｍの８個のＬＥＤダイで構成されている。ＬＥＤダイは、主波長によって順次基板上に物理的に配置され、例えば、λ_ｄ１、λ_ｄ２、λ_ｄ３、λ_ｄ１、λ_ｄ２、λ_ｄ３．．．λ_ｄ１の順である。ＬＥＤフィラメントで使用されるフォトルミネッセンス材料（蛍光体）は、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＫＳＦ蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋）、ＣＡＳＮ蛍光体（Ｃａ_１－ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）、緑色ＹＡＧ蛍光体（Ｙ，Ｂａ）_３－ｘ（Ａｌ_１－ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ_ｘである。

赤色及び緑色の蛍光体は、シリコーン光学封止材内で混合され、混合物を基板の前面及び背面の上に分注した。

実験データ－ＬＥＤフィラメント

表１４、表１５及び表１６は、４３００ＫＬＥＤフィラメント白色発光デバイスＤｅｖ．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る。表１７は、Ｄｅｖ．３について測定されたＩＥＣＴＭ－３０－１５光学試験データを表にしたものである。

ＬＥＤフィラメント白色発光デバイス（Ｄｅｖ．３）は、３４００Ｋの目標相関色温度（ＣＣＴ）及び９５の目標平均演色評価数ＣＲＩＲａを有する白色光を生成することを意図した２Ｗデバイスである。

Ｄｅｖ．３で使用されたフォトルミネッセンス材料（蛍光体）は、ＩｎｔｅｍａｔｉｘＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＫＳＦ蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋）、ＣＡＳＮ蛍光体（Ｃａ_１－ｘＳｒ_ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）、及び緑色ＹＡＧ蛍光体である。

図１６は、（Ａ）（ｉ）安定した動作状態に達したＬＥＤ－フィラメントＤｅｖ．３（実線）、及び（ｉｉ）黒体曲線（ｂｂｃ）－Ｄｅｖ．３と同じである３４１７ＫのＣＣＴのプランキアンスペクトル（破線）、についての強度スペクトル、正規化強度Ｉ対波長（ｎｍ）、並びに（Ｂ）（ｉ）青色感度ｂ（λ）（細い破線）、（ｉｉ）概日感度ｃ（λ）（点線）、及び（ｉｉｉ）メラノピック感度ｍ（λ）（一点鎖線）、についての感度スペクトル、相対量子感度対波長（ｎｍ）、を示す。スペクトルの分析は、波長範囲４３０ｎｍ～５２０ｎｍ（青色～シアン）にわたって安定した動作状態（Ｓ）で、デバイスＤｅｖ．３によって放出された光の正規化強度と、同じ相関色温度（４３１７Ｋ）のプランキアンスペクトルの光の正規化強度との間に約４６％の最大正規化強度偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}があることを示している。これは、狭帯域励起光源を利用する既知のＬＥＤフィラメントとは対照的であり、それは、１００％を超える正規化された強度の最大偏差率（％）Ｉ_{ｍａｘｄｅｖ}を提示する白色光を生成する。Ｄｅｖ．３のスペクトルの橙色～赤色領域におけるテール１６７６の相対強度は、約６５５ｎｍの波長λ_Ｉ２５％で２５％に減少する。

表１４、表１５、及び表１６参照すると、オンしたとき（瞬時－Ｉ）、デバイスＤｅｖ．３は、１８０ｌｍ／Ｗの発光効率を有し、９６．８の平均演色評価数ＣＲＩＲａを有し、ＣＲＩＲ１～Ｒ１５が８９．３～９８．３である白色光を生成することに留意されたい。安定した動作状態（Ｓ）で動作しているとき、デバイスＤｅｖ．３の発光効率は、２００ｌｍ／Ｗに増加し、９６．７の平均演色評価数ＣＲＩＲａを有し、ＣＲＩＲ１～Ｒ１５の各々が少なくとも９０以上（９１．４～９８．９）である白色光を生成する。

表１７参照すると、ＩＥＳＴＭＳ－３０－１５メトリクスの観点から、Ｄｅｖ．３は、１０１の色域指数Ｒ_ｇ及び９３の忠実度指数Ｒ_ｆを有する白色光を生成する。

上で説明されるように、本発明の特定の利点は、本発明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（ＭＲ）によって測定された人間の非視覚的知覚が最も影響を受ける青色～シアン（４３０ｎｍ～５２０ｎｍ）の領域において自然光に密接に相似するフルスペクトル光を生成することができることである。青色光刺激及びその概日リズムへの影響に関して、照明業界では多くの考察があった。光源内の青色～シアンの光の量は、概日サイクルに影響を与える可能性があるメラトニン分泌に影響を与える。高レベルの青色～シアンの光が、メラトニンの分泌を抑制し、人体を付勢する。低レベルの青色光は、メラトニン分泌を抑制せず、人体を弛緩させる。この非視覚効果を推定するために使用される１つのメトリクスは、ＣＡＦ概日作用因子であり、これは、典型的には、一日を通して青色の含有量によって変調される。昼間の時間には、太陽が高いＣＣＴを有し、青色～シアンの含有量が高くなる。日の出と日の入りは、低いＣＣＴを有し、青色～シアンの含有量が低くなる。異なるＣＣＴでの自然光のＣＡＦ値は、人間の感情、健康、又は健康な状態が影響を受ける青色～シアンの領域の自然光からの照明偏差の良好な尺度である。

要約すると、広帯域固体励起源を備える本発明による発光デバイスは、（ｉ）２５℃の動作温度で少なくとも１３０ｌｍ／Ｗの発光効率、（ｉｉ）約４３０ｎｍ～約５２０ｎｍの波長範囲にわたって、黒体曲線又は同じ相関色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの光の強度からの白色光の最大強度偏差率（％）が、約６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、又は１５％未満である、（ｉｉｉ）４２０ｎｍ～６５０ｎｍの波長について黒体曲線／ＣＩＥ標準光源Ｄに密接に相似するスペクトル、（ｉｖ）黒体曲線／ＣＩＥ標準光源Ｄの２０％又は１０％以内であるＣＡＦを有するスペクトル、（ｖ）黒体曲線又は同じ相関色温度のＣＩＥ標準光源Ｄの強度に対する相対強度が、約６３５ｎｍ～約６７５ｎｍ、約６４５ｎｍ～約６６５ｎｍ、又は約６５５ｎｍである波長で２５％に減少する、橙色～赤色波長領域におけるテール、（ｖｉ）ＣＲＩＲ９及び／又はＣＲＩＲ８が少なくとも５０及び／又は９０未満、（ｖｉｉ）ＣＲＩＲａが９０以上、ＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ８及びＣＲＩＲ１０～ＣＲＩＲ１５が９０以上、及び５０より大きいＣＲＩＲ９を有するスペクトル、（ｖｉｉｉ）ＣＲＩＲａが９０以上及びＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ１５の各々が９０以上を有するスペクトル、及び（ｉｘ）少なくとも９８のＩＥＣＴＭ－３０色域指数Ｒ_ｇ及び／又は少なくとも９０のＩＥＣＴＭ－３０忠実度指数Ｒ_ｆ、色相角ビンｈ１～ｈ１２及びｈ１３～ｈ１６に対して少なくとも９０、並びに色相角ビンｈ１３に対して少なくとも８５のＩＥＣＴＭ－３０局所色忠実度Ｒ_{ｆ，ｈｊ、}を有するスペクトル、のうちの１つ以上を有する、１８００Ｋから６８００Ｋの範囲の色温度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ことが理解されよう。

本明細書及び特許請求の範囲の両方で、本文書で使用されるように、並びに当該技術分野で慣習的に使用されるように、「実質的に」、「およそ」という単語、及び同様の近似用語は、物理的世界において任意の機構又は構造を製造及び動作させる上で避けられない部分である製造公差、製造変動、及び製造不正確さを説明するために使用される。

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、構造、構成要素の配置、及び／又は上記の説明に記載されるか、又は図面に例解される方法の詳細に限定されないことを理解されたい。更に、図は単なる例示であり、限定するものではない。トピックの見出し及びサブ見出しは、読者の便宜のためだけのものである。それらは、任意の実質的な有意性、意味又は解釈を有すると解釈されるべきではなく、かつ解釈することはできず、任意の特定のトピックに関連する情報の全てが、任意の特定の見出し又はサブ見出しの下に見出されるか、又はそれに限定されるべきであることを示すものと見なされるべきではなく、かつ見なすことはできない。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場合を除いて、制限又は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されてきたが、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。

Claims

フルスペクトル白色発光デバイスであって、
４２０ｎｍ～４８０ｎｍの主波長及び少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ強度を有する、広帯域励起光を生成するための広帯域固体励起源と、
６２０ｎｍ～６４０ｎｍの発光ピーク波長及び３０ｎｍ未満のＦＷＨＭ強度を有する、狭帯域赤色光フォトルミネッセンス材料と、を備え、
前記デバイスが、少なくとも１３０ｌｍ／Ｗの発光効率を有し、１８００Ｋから６８００Ｋまでの範囲の相関色温度及びＣＲＩＲａ≧９０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の光の強度からの前記白色光の最大強度偏差率（％）が、２０％未満である、フルスペクトル白色発光デバイス。
前記狭帯域赤色光フォトルミネッセンス材料が、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＴｉＦ６：Ｍｎ４＋、及びＫ２ＧｅＦ６：Ｍｎ４＋、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の発光デバイス。
前記デバイスが、表面実装可能なデバイス、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又は２に記載の発光デバイス。
前記デバイスによって生成された光が、少なくとも５０の演色ＣＲＩＲ９を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記デバイスによって生成された光が、少なくとも９０の演色ＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ１５を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記デバイスによって生成された光が、少なくとも８０の演色ＣＲＩＲ１～ＣＲＩＲ８及びＣＲＩＲ１０～ＣＲＩＲ１５を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記デバイスによって生成された光が、少なくとも９８のＩＥＣＴＭ－３０色域指数Ｒｇ及び少なくとも９０のＩＥＣＴＭ－３０忠実度指数Ｒｆを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記デバイスによって生成された光が、色相角ビンｈ１～ｈ１２及びｈ１３～ｈ１６に対して少なくとも９０、並びに色相角ビンｈ１３に対して少なくとも８５のＩＥＣＴＭ－３０局所色忠実度Ｒｆ，ｈｊを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
４９５ｎｍ～５８０ｎｍのピーク発光波長を有する緑色～黄色フォトルミネッセンス材料を更に備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の発光デバイス。
５８０ｎｍ～６２５ｎｍのピーク発光波長を有する橙色～赤色フォトルミネッセンス材料を更に備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記広帯域固体励起源が、複数の狭帯域固体光源、又は、複数の異なる量子井戸を有する固体光源を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記最大強度偏差率（％）が、１５％未満である、請求項１に記載の発光デバイス。
前記デバイスによって生成された光の概日作用因子が、前記黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子の２０％又は１０％以内である偏差を有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の発光デバイス。
前記デバイスが、前記黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの強度に対する相対強度が、６４５ｎｍ～６６５ｎｍの波長で２５％に減少する、橙色～赤色領域におけるテールを有する白色光を生成する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
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、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの主波長及び少なくとも３０ｎｍのＦＷＨＭ強度を有する広帯域励起光を生成する、広帯域固体励起源のアレイと、
６２０ｎｍ～６４０ｎｍの発光ピーク波長及び３０ｎｍ未満のＦＷＨＭ強度を有する、狭帯域赤色光フォトルミネッセンス材料と、を備え、
前記ＬＥＤフィラメントが、少なくとも１３０ｌｍ／Ｗの発光効率を有し、１８００Ｋから６８００Ｋまでの範囲の相関色温度及びＣＲＩＲａ≧９０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の光の強度からの前記白色光の最大強度偏差率（％）が、２０％未満である、ＬＥＤフィラメント。
前記最大強度偏差率（％）が、１５％未満である、請求項１５に記載のＬＥＤフィラメント。
前記広帯域固体励起源が、複数の狭帯域固体光源、又は、複数の異なる量子井戸を有する固体光源を備える、請求項１５又は１６に記載のＬＥＤフィラメント。
前記ＬＥＤフィラメントによって生成された光の概日作用因子が、前記黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの概日作用因子の２０％又は１０％以内である偏差を有する、請求項１５～１７のいずれか一項に記載のＬＥＤフィラメント。
前記ＬＥＤフィラメントが、前記黒体曲線又はＣＩＥ標準光源Ｄの強度に対する相対強度が、６４５ｎｍ～６６５ｎｍの波長で２５％に減少する、橙色～赤色領域におけるテールを有する白色光を生成する、請求項１５～１８のいずれか一項に記載のＬＥＤフィラメント。