(57)【要約】  放射源及び前記放射源により放射された光の一部を吸収し、前記の吸収された光の波長と異なる波長の光を放射する能力がある少なくとも一つの蛍光体を含むモノリシックセラミック発光コンバータを含む光源システムであって、前記少なくとも一つの蛍光体が一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa を有するユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートであって、式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である、光源システム。
2008530812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源及び前記放射源により放射された光の一部を吸収し、前記の吸収された光の波長と異なる波長の光を放射する能力がある少なくとも一つの蛍光体を含むモノリシックセラミック発光コンバータを含む光源システムであって：
前記少なくとも一つの蛍光体が一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa を有するユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートであって；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である、光源システム。
【請求項２】
前記放射源が発光ダイオードである、請求項１に記載の光源システム。
【請求項３】
前記モノリシックセラミック発光コンバータが第一発光コンバータ要素であり、さらに一つ以上の第二発光コンバータ要素を含む、請求項１に記載の光源システム。
【請求項４】
前記第二発光コンバータ要素が蛍光体を含む被覆である、請求項３に記載の光源システム。
【請求項５】
前記第二発光コンバータ要素が第二蛍光体を含む第二のモノリシックセラミック発光コンバータである、請求項３に記載の光源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、放射源及び緑色放射性セラミック発光コンバータを含む光源システムに関する。本発明はまた、そのような光源システムで使用するための緑色放射性セラミック発光コンバータに関する。
よりとりわけ、本発明は発光低下変換（luminescent down conversion）による白色光を含む特定の有色光の発生及び紫外発光放射源又は青色発光放射源を基にした追加的な色混合のための光源システム及び緑色放射性セラミック発光コンバータに関する。放射源としての発光ダイオードがとりわけ熟慮される。  
【背景技術】
【０００２】
今日、放射源としての可視色の発光ダイオードを含む発光光源システムが、高耐久性で、コンパクトで、軽量で、高性能で、長寿命で、低電圧の白色又は有色のソースを必要とするあらゆる種類の用途に対して単独で又はクラスター中のどちらかで用いられる。
当該用途にはとりわけ、携帯電話、デジタルカメラ及び携帯用コンピュータのような消費者製品中の小さなＬＣＤディスプレイの光源が含まれる。関連のある用途にはまた、コンピュータモニター、ステレオ受信機、ＣＤプレイヤー、ＶＣＲなどのような製品のステータスインジケータも含まれる。当該インジケータはまた、航空機、電車、船舶、車などのインストルメントパネルのようなシステム中にも見られる。
【０００３】
数百又は数千のＬＥＤ要素を含むアドレス指定可能なアレイ中の可視的な有色のＬＥＤの多数のマルチカラーの組み合わせが、フルカラービデオウォール及びまた高輝度大型屋外用テレビスクリーンのような大型ディスプレイ中に見られる。緑色放射性ＬＥＤ、琥珀色放射性ＬＥＤ及び赤色放射性ＬＥＤはますます、信号機又は建物の効果照明中に使用されてきている。
しかしながら、従来の可視的な有色発光ダイオードは、概して低い光出力になりやすく、均一なバッチ間放射特性で製造するのが難しいと考えられている。ＬＥＤはまた、強波長だけでなく単独のバッチ中のウェーハー全体での広い波長変動並びに駆動電流及び温度のような動作条件に起因した放射変動を示す可能性がある。これはとりわけ、緑色放射性ＬＥＤに当てはまる。
【０００４】
従って、可視的な有色発光ダイオードを含む配列で白色を発生させる際に、好ましい色調の白色光が可視的な有色発光ダイオードの色調における変動、輝度及び他の要因のために生成することができないという問題が存在する。
可視的な白色光源又は有色光源は、電磁スペクトルのＵＶ領域から青色領域で放射される発光ダイオードの色を蛍光体を含む蛍光素材を用いて変換することにより提供することができることが知られている。
【０００５】
当該の蛍光体に機能強化された”白色”ＬＥＤシステムはとりわけ、２色性（ＢＹ）アプローチ、すなわち黄色の二次的な要素の出力光を黄色の蛍光体により提供することができ、青色の要素を蛍光体により又は青色ＬＥＤの一次的な放射により提供することができる場合には、黄色及び青色を混合することに基づいている。
同様に白色光源システムは、三色型（ＲＧＢ）アプローチに基づく、すなわち赤色要素及び緑色要素を蛍光体により供給することができ、青色の要素を青色放射性ＬＥＤの一次的な放射により供給することができる場合には、三色、つまり赤色、緑色及び青色を混合することに基づいている。
【０００６】
発光ダイオード技術の近年の進歩が近ＵＶ領域から青色領域で放射する極めて効果的な発光ダイオードをもたらしたため、今日、従来の白熱灯照明又は蛍光照明に挑む種々の有色発光性及び白色発光性の蛍光体変換型発光ダイオードが市販されている。
【０００７】
国際公開番号：WO2004036962 A1 は、480 nm 未満の波長の一次光を放射することのできる発光構造体及び一般式（Ｓｒ1-a-bＣａbＢａcＭｇdＺｎe）ＳｉxＮyＯz:Ｅｕa で表され、式中、0.002≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦0.25、0.0≦ｃ≦0.25、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である緑色蛍光体を含む発光スクリーンを含む発光素子を開示する。
当該先行技術の蛍光体で機能強化された発光素子は概して、青色放射性ＬＥＤを有する半導体チップがその上、一つ以上の変換蛍光体の色素粒子を含むエポキシ樹脂の層により覆われた機構を利用する。これらの蛍光体粒子は、上記に記載されたとおり青色光を白色光又は有色光へ変換する。
【０００８】
しかしながら、微晶質蛍光体粉末を含む先行技術の光源システムにおける問題は、これらが多くの欠点を有するという理由で、これらが多くの用途に対して用いることができないことである。
第一に、均一な厚さの層の蒸着が困難である。色の均一性は均一な厚さを必要とするので、色の均一性を保証することは困難である。蛍光体がより厚い領域では光はより緑がかった白色のように見え、一方でより薄い層を有する領域では光は青みがかった白色のように見える。
【０００９】
第二に、これらの従来の蛍光体粒子は多結晶である。多結晶蛍光体は、不透明になりがちである。結果として、当該蛍光体粒子は光を吸収し、これにより光出力を削減する。さらに、粒子は青色光を散乱させ、これにより結果としてより低い光抽出効率をもたらす。第三に、当該粒子は凝集しがちであり、従って既知サイズの粒子で均一な層を提供することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（発明の要約）
従って本発明の目的は、適切な光抽出効率及び真の演色の透明度を併せ持つ白色光を発生させるための光源システムを提供することである。
本発明の他の目的に従って、緑色光を発生させるための光源システムが提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って本発明は、放射源及び前記放射源により放射された光の一部を吸収し、前記の吸収された光の波長と異なる波長の光を放射する能力がある少なくとも一つの蛍光体を含むモノリシックセラミック発光コンバータを含む光源システムであって、前記少なくとも一つの蛍光体が一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa を有するユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートであって；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である、光源システムを提供する。
【００１２】
モノリシックセラミック発光コンバータは半透明であるので、光の伝達を妨げずさらに散乱は最小限に抑えられる。モノリシックセラミック発光コンバータは容易に均一な厚さに機械加工することができ、従って、色変換効果は表面を越えて同一であり、これにより従来技術の素子と比べてより均一な混合性の光が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記放射源は発光ダイオードである。
本発明のある実施態様に従って、前記のモノリシックセラミック発光コンバータは、第一発光コンバータ要素であり、さらに一つ以上の第二発光コンバータ要素を含む。
第二発光コンバータ要素は、蛍光素材としての第二蛍光体を含む被覆であってもよい。あるいは、第二発光コンバータ要素は、第二蛍光体を含む第二のモノリシックセラミック発光コンバータであってもよい。
【００１４】
本発明の他の側面に従って、放射源により放射された光の一部を吸収し、前記の吸収された光の波長と異なる波長の光を放射する能力がある少なくとも一つの蛍光体を含むセラミック発光コンバータであって、前記少なくとも一つの蛍光体が一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa を有するユーロピウム(II)活性型オキソニトリドシリカートであって；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 であるセラミック発光コンバータが提供される。
【００１５】
当該コンバータは、電磁スペクトルのＵＶ領域から青色領域での放射のような高エネルギー放射に対する優れたコンバータであるため効果的である。当該コンバータは、高エネルギー放射入力の変換に起因する光エネルギーの優れたトランスミッタであるのでさらに効果的である。さもなければ、光は素材中に吸収されるだろうし、さらに全体の変換効率は影響されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（発明の詳細な記載）
モノリシックセラミック発光コンバータ
本発明は、一次放射源を含む光源システムのいずれの構成中において、一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa で表され；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 であるユーロピウム(II)活性型オキソニトリドシリカートを含むモノリシックセラミック発光コンバータ（ＣＬＣ）に主眼を置くが、一次放射線源は、放電灯、蛍光灯、ＬＥＤ、ＬＤ、ＯＬＥＤ及びＸ線管であってもよいが、これらに限定されない。本明細書で用いられるとおり、”放射”という用語は、電磁スペクトルのＵＶ領域、ＩＲ領域及び可視領域での放射を含む。
【００１７】
一般に、モノリシックセラミック発光コンバータは、高エネルギー電磁気フォトンにより刺激された際に可視スペクトル又は近可視スペクトルにおいて電磁放射線を放射するセラミック体である。
モノリシックセラミック発光コンバータは、その典型的な微細構造により特徴付けされる。モノリシックセラミック発光コンバータの微細構造は多結晶である、すなわち隠微晶質結晶子の不規則な集合体、微晶質結晶子の不規則な集合体又はナノ結晶質結晶子の不規則な集合体である。結晶子は、密接に接触し、粒界を共有するように成長させられる。肉眼的にモノリシックセラミックは等方性であるが、多結晶性微細構造は容易にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により検出することができる。
【００１８】
モノリシックセラミック発光コンバータは、その結晶子の粒界で二次相（second phases）を含んでいてもよく、これはセラミックの光散乱特性を変化させる。当該の粒子間の素材は、粒界での屈折率の差異に起因して光を散乱させることができ、従ってセラミック素材中の光路を増加させることができる。二次相素材は、結晶質又はガラス質であってもよい。
それらのモノリシック多結晶性微細構造に起因して、セラミック発光コンバータは、透明であるか又は少なくとも低光吸収性の高い可視透光性を有している。
【００１９】
緑色放射性ユーロピウム活性化型オキソニトリドシリカート蛍光体を含むＣＬＣ
一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa で表され；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 であるユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートを含む本発明に従ったモノリシックセラミック発光コンバータは、高い度合いの物理的完全性を有し、この特性は、当該素材を、光抽出を改善し、光伝導効果を可能にするための機械加工、構造化及び研磨加工に対して有用なものにする。
【００２０】
この部類の蛍光体素材は、ユーロピウム(II)活性化型発光の酸素置換型ニトリドシリカードを基盤とする。当該蛍光体はホスト格子及びドーパントイオンを含む。ホスト格子は、シリコンが四面体的に窒素及び酸素に取り囲まれている [Ｓｉ2Ｎ6/3Ｏ2/1] の交互の層の積み重ねを含む重層構造を有している。ユーロピウム(II)だけでなくアルカリ土類金属及び亜鉛、さらに最終的には共活性化因子としてのセリウムのような金属のカチオンがこれらの層の間に組み込まれる（図７を参照）。
【００２１】
好ましくは、アルカリ土類金属はカルシウム及びストロンチウムから選択される。それらの素材に対するホスト格子は、例えば、ユーロピウム(II)活性化型ストロンチウムオキソニトリドシリカート ＳｒＳｉ2Ｎ2Ｏ2:Ｅｕのような五つの元素（二つのカチオン）のオキソニトリドシリカートであってもよいし又は例えばユーロピウム(II)活性化型ストロンチウム-バリウムオキソニトリドシリカート (Ｓｒ,Ｂａ)Ｓｉ2Ｎ2Ｏ2:Ｅｕ のように五つを越える元素を含んでいてもよい。
【００２２】
Ｅｕ(II)の割合ｚは、好ましくは 0.001＜ａ＜0.2 の範囲である。Ｅｕ(II)の割合ｚが低い際には、ユーロピウム(II)カチオンに起因する光ルミネセンスの励起された放射中心の数が減少するという理由で輝度が低下し、ａが0.2よりも大きい際には、濃度消光が起こる。濃度消光は、蛍光素材の輝度を上昇させるために加えられた活性化因子の濃度が適正水準を越えて上昇された際に起こる放射強度の低下に関連する。
【００２３】
これらのユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカート蛍光体は、電磁スペクトルのちょうど可視的な部分のスペクトルと比べて電磁スペクトルのエネルギー値のより高い部分に応答する。
とりわけ本発明に従った蛍光体は、200 nm 〜 420 nm のような波長を有するＵＶ放射線により特に励起されやすいが、また、400 nm 〜 495 nm の範囲の波長を有する青色発光要素から放射されたＬＥＤ光によっても高効率で励起される。従って、モノリシックセラミック発光コンバータの蛍光素材は、ニトリド半導体発光要素由来の青色光を白色光又は有色の緑色光に変換するための理想的な特性を有している。図８に示されるとおり、本発明に従った蛍光体変換型発光ダイオードは、青色放射性ダイオードから放射された光を 539 nm のピーク波長を有する緑色光へ効果的に変換する。
【００２４】
モノリシックセラミック発光コンバータの製造
本発明に従ったモノリシックセラミック発光コンバータは、まず初めのステップで蛍光微晶質蛍光体粉末素材を調製し、二番目のステップで微晶質素材を平衡に圧力をかけてペレットにし、さらにペレットを高温で光学的に半透明体になるまで圧縮が可能になるのに十分な時間焼結することにより製造される。
本発明の微晶質蛍光体粉末の製造方法は特に限定されず、前記微晶質蛍光体粉末は本発明に従った蛍光体を提供することが可能ないずれの方法によっても製造することができる。一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa で表され；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である組成物の系列を製造することができ、これは 1.5＜ｘ≦2.5、1.5＜ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ≦2.5 の範囲で均一のセラミックを形成する。
【００２５】
本発明に従った蛍光体の製造に対する好ましい製法は、固体状態法（solid-state method）と称されるものである。この製法において、蛍光体前駆体素材は固体状態で混合し、前駆体が反応し蛍光体素材の粉末を形成するように加熱される。
特定の実施態様において、これらの黄色から緑色までを放射する蛍光体は、以下の手法により蛍光体粉末として調製される。２価金属の混合性オキシドを調製するために、アルカリ土類金属又は亜鉛及びユーロピウム(III)の高純度ニトラート、カルボナート、オキサラート及びアセタートを 25 mL 〜30 mL の脱イオン水中で攪拌することにより溶解する。当該溶液をホットプレート上で加熱しながら水が蒸発するまで攪拌し、結果として組成物に応じて白色ペースト又は黄色ペーストを生じさせる。
【００２６】
当該固体物を 120 ℃ で一晩（12時間）乾燥する。結果として得られた固体物を、微細にすりつぶし、高純度アルミナるつぼ中に入れる。当該るつぼを、木炭含有ボール中、続いて環状加熱炉中に充填し、その後窒素/水素流体で数時間パージする。加熱炉パラメータは、1300 ℃ まで 10℃/分、続いて 1300 ℃ の状態で4時間、その後加熱炉を止め、室温まで冷却させる。
これらの金属オキシドを、シリコンニトリドＳｉ3Ｎ4、シリコンオキシドＳｉＯ2及び所定の比率のフラックスと混合する。
【００２７】
当該混合物を、高純度アルミナるつぼ中に入れる。当該るつぼを、木炭含有ボール中、続いて環状加熱炉中に充填し、窒素/水素流体で数時間パージする。加熱炉パラメータは、1200 ℃ まで 10 ℃/分、続いて 1200 ℃ の状態で4時間、その後加熱炉をゆっくりと室温まで冷却する。
当該サンプルを、1300 ℃ での二回目の焼き鈍しを行う前に再度微細にすりつぶす。
光る出力物を、アルゴン流体中でのわずかに低い温度での補足的な三回目の焼き鈍しにより改良してもよい。
【００２８】
蛍光体粉末素材をまた、液体沈降により製造することもできる。この方法において、溶解性蛍光体前駆体を含む溶液を、蛍光体粒子または蛍光体粒子前駆体が沈殿するように化学的に処理する。これらの粒子を通常、蛍光体化合物を製造するために高温でか焼する。  さらに他の方法において、蛍光体粉末粒子前駆体又は蛍光体粒子を、スラリー中に分散し、次に液体を蒸発するために噴霧乾燥する。当該粒子を続いて、固体状態で高温で焼結して粉末を結晶化し蛍光体を形成させる。噴霧乾燥粉末を次に、高温で焼結して粉末を結晶化し蛍光体を形成させることによりオキソニトリドシリカート蛍光体に変換する。焼成した粉末を、次に軽く粉砕し挽いて好ましい粒子サイズの蛍光体粒子を回収する。
【００２９】
これらの方法により得られたきめの細かい微晶質蛍光体粉末は、本発明に従ったセラミック発光コンバータを調製するのに用いられる。この目的のために、適切な蛍光体粉末は高温での処理と組み合わせた超高圧又は超高圧に引き続いた別個の加熱処理のどちらかにさらされる。静水圧プレス成形が好ましい。
とりわけ好ましいのは、熱間等静圧圧縮成形処理又はさもなければ冷間等方加工プレス処理に引き続く焼結である。また、冷間等方加工プレス及び焼結の組み合わせに引き続く熱間等静圧圧縮成形が適用されてもよい。
【００３０】
結晶粒の成長を制御し、残りの間隙を除去するために緻密化プロセスの注意深い管理が必須である。
蛍光体素材の成形及び加熱処理は、結果としてモノリシックセラミック体をもたらし、これは従来の金属組織学処置により容易に切断し、機械加工し、さらに研磨される。多結晶セラミック素材は幅 1 mm 以下のウェーハーまで切断することができる。好ましくは、セラミックは滑らかな表面を獲得し表面粗さにより生じる拡散した散乱を妨げるために研磨される。
【００３１】
（具体的な実施態様）
Ｓｒ0.96Ｓｉ2Ｎ2Ｏ2:Ｅｕ0.04 の調製：208.9 ｇ（1.415 mol）のＳｒＣＯ3を、アルゴン下乾燥メタノール中で 12.3 g（0.059 mol）のＥｕＦ3及び 206.8 g（4.423 mol）のＳｉ3Ｎ4（最低 98 % の純度）と混合した。エタノールをアルゴン流体中で蒸発させ、乾燥した粉末混合物を次に、タングステンボート中の木炭上、Ｈ2/Ｎ2ガス体中、1300 ℃ で1時間焼成した。粉砕後、当該粉末をＨ2/Ｎ2ガス体中、1300 ℃ で2時間焼成し、粉砕し、水で数回洗浄した。
【００３２】
未加工の蛍光体粉末を有機グリコール結合剤と混合し、ペレットになるまでプレス加工し、44800 Psi.の冷間等方加工によりさらに緻密にした。当該セラミック緑色（＝非焼成型）体を次にタングステンホイル上に設置し、上記で記載されたのと同じ還元性雰囲気において 1600 ℃ で2時間焼成した。室温まで冷却した後、得られたニトリドセラミックを切断しウェーハーにした。これらのウェーハーを粉砕し、研磨して最終的な半透明のニトリドセラミックを得た。
当該ＣＬＣ微細構造は、粒界網を形成する結晶子の統計的な粒状構造を特色とする。
【００３３】
当該セラミックは、ＳｒＳｉ2Ｎ2Ｏ2の理論上の密度（3.743 g/cm3）の 98 % の密度を示す。当該サンプルの密度は、窒素ガス体中（温度範囲：1600 ℃ 〜 1780 ℃、圧力範囲：2000 PSI 〜 30000 PSI）での当該セラミックの熱間等静圧圧縮成形によりいずれの残った内部の間隙を除去することによりさらに改善することができる。
当該蛍光体セラミックは、粉末Ｘ線回折により特徴付けされる（Ｃｕ、Ｋα線）。図７は、モノリシックセラミック発光コンバータのＸ線回折図を示し、これは、ユーロピウム(II)カチオンドーパントの採用に起因するいくつかのわずかなずれを除いて、ＳｒＳｉ2Ｎ2Ｏ2のＸ線回折図と類似する。
【００３４】
緑色放射性ＣＬＣを含む蛍光体変換型発光素子
本発明のある側面に従って、放射源及び前記放射源により放射された光の一部を吸収し、前記の吸収された光の波長と異なる波長の光を放射する能力がある少なくとも一つの蛍光体を含むモノリシックセラミック発光コンバータを含む光源システムであって、前記少なくとも一つの蛍光体が一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa を有するユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートであって；式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である、光源システムが提供される。
【００３５】
本モノリシックセラミック発光コンバータが豊富な光源用途に対して熟慮される一方で、本発明は、好ましくは半導体の光学的放射エミッタである放射源及び電気的励起に応答して光学的放射を放射する他の素子を含む光源システムへの特定の言及で記載され、さらに特定の用途を前記光源システム中に見出す。半導体の光学的放射エミッタには、発光ダイオードＬＥＤチップの半導体レーザー（ＬＤs）、発光ポリマー（ＬＥＰｓ）、有機発光素子（ＯＬＥＤｓ）、ポリマー発光素子（ＰＬＥＤｓ）などが含まれる。
【００３６】
発光ダイオード又は発光ダイオードアレイ及び一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕa を有するユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカート蛍光体であって、式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である蛍光体を含むセラミック発光コンバータを含む光源システムのいずれの構成も本発明で熟慮され、好ましくは、上記で明確に述べたとおりのＬＥＤの放射する一次ＵＶ光又は青色光の照射を受けた際の特定の有色光又は白色光を獲得するために混合することのできる他の周知な蛍光体を備えている。
【００３７】
モノリシックセラミック発光コンバータを発光ダイオード又は発光ダイオードアレイへ連結するのに有用な考えられる構成には、表面実装型ＬＥＤＳだけでなくリードフレーム実装型ＬＥＤｓも含まれる。
図１に示される放射源及びモノリシックセラミック発光コンバータを含む当該の光源システムのある実施態様の詳細な構成が、ここに記載される。
図１は、セラミック発光コンバータを有するリードフレーム実装型の発光ダイオードの概略図を示す。
【００３８】
反射カップ３の内側に設置された発光ダイオード要素１は、立方体型の小さなチップ形状であり、その表面の下方及び上方に供給された電極５を有している。電極の裏側は、導電性接着剤でカソードの電極に結合される。電極の上側（？）は、ワイヤボンド（bond wire）４を介して電気的に接続される。
モノリシックセラミック発光コンバータ２は、反射カップ中に提供される。モノリシックセラミック発光コンバータは、発光ダイオードから放射された光のほとんどがプレートの表面にほぼ垂直な角度で当該プレートに入射するような方法で位置付けられたプレートとして構成される。これを実現するために、反射体が、発光ダイオードから放射された光を当該プレートに向かう方向に反射するために発光ダイオードの周囲に提供される。
【００３９】
作動中、電力がダイスを活性化するために当該ダイスに供給される。活性化された際、ダイスは一次光、すなわちＵＶ光又は可視的な青色光を放射する。放射された一次光の一部は完全に又は部分的に、セラミック発光コンバータによって吸収される。セラミック発光コンバータはそのとき、二次光、すなわち一次光の吸収に応答した黄色から緑色までの十分に広い帯域のより長いピーク波長を有する変換された光を放射する。放射された一次光の残った吸収されていない部分は、セラミック発光コンバータを通って二次光と共に伝達される。
【００４０】
当該反射体は、吸収されていない一次光及び二次光を出力光として一般的な方向に向ける。従って当該出力光は、ダイスから放射された一次光及び蛍光層から放射された二次光とで構成された合成光である。
本発明に従った光源システムの出力光の色温度又は色点（color point）は、スペクトル分布及び一次光と比較した際の二次光の強度に応じて変えることができる。
【００４１】
初めに、一次光の色温度又は色点は、発光ダイオードの適切な選択により変えることができる。
第二に、二次光の色温度又は色点は、セラミック発光コンバータ中の特定の蛍光体組成物の適切な選択により変えることができる。
注目すべきは、複数の発光変換要素もまた利用することができることである。例えばＵＶ放射ＬＥＤが利用されるならば、観察者に白色として知覚される光源を提供するのに少なくとも二つの蛍光体を必要とする。この場合は、第二モノリシックセラミック発光コンバータが追加されてもよい。
あるいは、樹脂ベースの発光コンバータが層被覆又はエミッタパッケージとして追加されてもよい。
【００４２】
図２は、二つの発光コンバータを備えたリードフレーム実装型発光ダイオードの概略図を示す。反射カップ３の内側に設置された発光ダイオード要素１は、シリコン、樹脂又はエポキシのような透明なポリマー素材でできている保護被覆６ですっぽり包まれる。保護被覆は、その全体に分布した発光変換素材を有している。発光変換素材は、蛍光体又は蛍光染料のような一つ以上の蛍光素材であってもよい。
本発明に従った緑色放射性モノリシックセラミック発光コンバータは、樹脂パッケージの上端に位置付けられる。
【００４３】
多くの場合、発光ダイオードは素子の同じ側面の両方に接点を有するサファイアのような絶縁基板上に組み立てられる。当該素子は、これらの素子がエピタキシアップ（epitaxy-up）素子として識別される場合には接点を通って又はこれらの素子がフリップチップ素子として識別される場合には接点の反対側の素子表面を通るかのどちらかで、光が抽出されるように実装されてもよい。
【００４４】
図３は、モノリシックセラミック発光コンバータを含む固体状態光源システムの特定の構成を概略的に図解し、チップはワイヤボンドを使用せずにそれぞれのリード線と接する両方の電極を有する基板上のフリップチップ構成中に詰められる。当該ＬＥＤダイスは、上下逆に反転され、熱伝導性基板に接合される。本発明に従った緑色放射性モノリシックセラミック発光コンバータは、ＬＥＤダイスの上端に取り付けられる。
樹脂被覆は、発光ダイオード及び二次蛍光素材が分散されたモノリシックセラミック発光コンバータの外部を覆うように形成される。
【００４５】
作動中、発光ダイオードによって放射された光はモノリシックセラミック発光コンバータによって変換された波長であり、これは第二発光コンバータにより波長が変換された光と混合され白色光又は有色光を提供する。
図４は、フリップチップ実装型発光ダイオードによって放射された光の経路中に位置する本発明のセラミック発光コンバータを含む緑色ランプの概略側面図を示す。
図５は、モノリシックセラミック発光コンバータと組み合わせて基板上に取り付けられたＲＧＢディスプレイ又は光源として使用するための複数のＬＥＤの断面図を図解したものである。
【００４６】
白色光放射性蛍光体変換型発光素子
本発明のある側面に従って、光源システムの出力光は”白色”光のように見えるようなスペクトル分布を有していてもよい。実際にはいわゆる”白色ＬＥＤ”は、白色エミッタを擬態するために２つ、３つ又はそれ以上の有色光を利用する。
【００４７】
（２色性白色光）
本発明に従った白色光放射性光源システムの一つ目の実施態様において、当該素子は青色発光ダイオードから放射された青色放射が補色主波長領域へ変換されるような発光素材を選択することによって有利に実現することができ、これにより２色性白色光を形成する。
この場合は、黄色から緑色までの光は、一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕaで、式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 である蛍光体を含むモノリシックセラミック発光コンバータの蛍光体素材によって形成される。
【００４８】
特に良い結果は、放射上限が 380 nm 〜 480 nm に存在する青色ＬＥＤで得られる。最適条件は、本発明に従ったユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートの励起スペクトルを特に考慮して、445 nm 〜 468 nm に存在することが見出された。
本発明に従った白色光放射性光源システムは、寸法が 4 mm × 4 mm × 0.3 mm で、458 nm を放射する 1 W（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ ＬＥＤチップを備えた本発明に従った研磨されたセラミック発光コンバータを実装することによりとりわけ好ましく実現することができる。
【００４９】
458 nm（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ発光ダイオードによって放射された青色放射の一部は、ユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートにより黄色から緑色のスペクトル領域に変換され、その結果、その色つまりは青色に関して補色的に着色された波長領域に変換される。人間の観察者は、青色一次光及び黄色から緑色までを放射する蛍光体の二次光の組み合わせを白色光として知覚する。
【００５０】
（多色性白色光）
本発明に従った白色光放射性光源システムの二つ目の実施態様は、青色発光ダイオードによって放射された青色放射が補色主波長領域へ変換されて多色性、とりわけ３色性の白色光を形成するような発光素材を選択することによって有利に実現することができる。この場合は、白色光は、第一モノリシックセラミック緑色発光コンバータとしてのユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカート蛍光体及び第二発光コンバータ中の第二赤色蛍光体を含む蛍光体の混合物を含む発光素材によって形成される。
【００５１】
第二発光コンバータは、第二モノリシックセラミック発光コンバータとして又は従来の蛍光体被覆として提供されてもよい。
有用な第二蛍光体及びそれらの光学的特性は、以下の表に要約される。
【００５２】
2008530812.tif 000003
【００５３】
緑色放射性蛍光体変換型発光素子
実施態様のさらなるグループは、”黄色から緑色までの”光に見えるようなスペクトル分布を有する出力光を放射する光源システムに向けられる。
一般式（Ｓｒ1-a-b-c-d-e-fＣａbＢａcＭｇdＺｎeＣｅf）Ｓｉx-gＧｅgＮyＯz:Ｅｕaであって、式中、0.001≦ａ≦0.2、0.0≦ｂ≦1.0、0.0≦ｃ≦0.5、0.0≦ｄ≦0.25、0.0≦ｅ≦0.25、0.0≦ｆ≦0.2、0.0＜ｇ＜１、1.5≦ｘ≦2.5、1.5≦ｙ≦2.5 及び 1.5＜ｚ＜2.5 であるユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートを蛍光体として含むモノリシックセラミック発光コンバータは、例えばＵＶＡ放射性ＬＥＤ又は青色放射性ＬＥＤのような一次的なＵＶＡ放射源又は青色放射源による刺激に対する黄色要素から緑色要素までとしてとりわけうまく適応される。
それによって、電磁スペクトルの黄色領域から緑色領域までで放射する光源システムを提供することが可能である。
【００５４】
特に良い結果は、放射上限が 400 nm 〜 480 nm に存在する青色ＬＥＤで得られる。最適条件は、本発明に従ったユーロピウム(II)活性化型オキソニトリドシリカートの励起スペクトルを特に考慮して、410 nm 〜 455 nm に存在することが見出された。
ＬＥＤ−蛍光体システムの色出力は、モノリシックセラミックコンバータの厚さに極めて敏感である、すなわち、コンバータの厚さが厚い時にはその結果、より少ない量の青色ＬＥＤ光しか厚い蛍光体層の中を貫通することができない。当該一体型ＬＥＤ−蛍光体システムは従って、蛍光体の黄色から緑色までの二次光によって決定付けられるので、黄色から緑色までのように見えるだろう。従ってモノリシックセラミック発光の厚さは、当該システムの色出力を左右する決定的な変数である。
【００５５】
黄色から緑色までの光が形成した色相（ＣＩＥ色度図における色点）はこの場合はまた、特定の蛍光体組成物の適切な選択によって変えることもできる。
他の実施態様において、本発明に従った黄色光から緑色光までを放射する光源システムは、ＵＶ放射性ダイオードによって放射されたＵＶ放射を本発明に従ったモノリシックセラミック発光コンバータにより黄色から緑色までの単色光へ完全に変換するような放射源を選択することによって有利に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、リードフレーム実装型発光ダイオードによって放射された光の経路中に位置する本発明のセラミック発光コンバータを含む２色性白色ＬＥＤランプの概略側面図を示す。
【図２】図２は、リードフレーム実装型発光ダイオードによって放射された光の経路中に位置する本発明のセラミック発光コンバータを含む３色性白色ＬＥＤランプの概略側面図を示す。
【図３】図３は、フリップチップ実装型発光ダイオードによって放射された光の経路中に位置する本発明のセラミック発光コンバータを含む３色性白色ＬＥＤランプの概略側面図を示す。
【図４】図４は、フリップチップ実装型発光ダイオードによって放射された光の経路中に位置する本発明のセラミック発光コンバータを含む２色性緑色ＬＥＤランプの概略側面図を示す。
【図５】図５は、フリップチップ実装型発光ダイオードによって放射された光の経路中に位置する本発明のセラミック発光コンバータを含むＲＧＢディスプレイの概略側面図を示す。
【図６】図６は、本発明に従ったセラミック発光コンバータのＣｕ Ｋα放射線によって測定したＸＲＤパターンを示す。
【図７】図７は、ＳｒＳｉ2Ｎ2Ｏ2:Ｅｕの結晶構造モデルを示す。
【図８】図８は、青色発光ダイオードのものと比較した緑色 539 nm CLC光源システムの出力特性を示す。
【符号の説明】
【００５７】
１  発光ダイオード
２  モノリシックセラミック発光コンバータ
３  反射体
４  ワイヤボンド
５  電極
６  蛍光体被覆
７  基板
【図１】
2008530812.tif 000004
【図２】
2008530812.tif 000005
【図３】
2008530812.tif 000006
【図４】
2008530812.tif 000007
【図５】
2008530812.tif 000008
【図６】
2008530812.tif 000009
【図７】
2008530812.tif 000010
【図８】
2008530812.tif 000011
【国際調査報告】
2008530812.tif 000012
2008530812.tif 000013