(57)【要約】  本発明は、発光デバイスを含む照明システムを提供する。本照明システムは、発光デバイスの一部を形成している第１の発光素子を励起する。第１の発光素子から放出された光及び／または発光デバイスから放出された光は、発光デバイスから物理的に離間している第２の発光素子を励起する。２つの発光素子、即ち発光デバイス内の第１の素子及び発光デバイスから物理的に離間しているカバープレートのような第２の素子を使用することによって、発光デバイスが行う光変換が “ローカル”及び“リモート”の両位置においてそれぞれ遂行され、光変換がリモート位置においてのみ遂行される従来技術の状況に比して、リモート位置に要求される発光材料の量を減少させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システム（９、１０、１１、１２、１３、１４）であって、
第１の原色（３１）の光を放出するように構成されている半導体発光デバイス（２０）を含み、上記半導体デバイスは上記第１の原色（３１）の光の少なくとも一部を吸収して第２の原色（３２）の光を放出するように構成されている第１の発光素子（４１）を含み、
上記半導体発光デバイス（２０）から物理的に離間し、上記第１（３１）または第２（３２）の原色の光の少なくとも一部を吸収して第３の原色（３３）の光を放出するように構成されている第２の発光素子（４２、４５）を更に含み、
上記照明システムは、上記第１（３１）、第２（３２）、及び第３（３３）の原色の少なくとも１つまたはそれ以上の光を組合せて上記照明システム（１０）の出力光（５０）を形成するように構成されている、
ことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
上記第１の発光素子（４１）による光変換は上記第２の発光素子（４２、４５）よりも大きい度合いの光変換を行うように構成され、上記光変換の度合いは1976 ＣＩＥ色度図上で上記原色（３１）の色点から遠去かるような色点の移動によって測定可能であることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
上記第１の発光素子（４１）は蛍光体材料を備え、
上記第２の発光素子（４２、４５）は第２の蛍光体材料を備え、
上記第１の発光素子（４１）内の上記第１の蛍光体材料の実効厚みは、上記第２の発光素子（４２、４５）内の上記第２の蛍光体材料の実効厚みよりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項４】
上記第３の原色（３３）の光は、上記第２の原色（３２）の光の主波長よりも大きいか、または等しい主波長を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項５】
上記第２の発光素子（４２、４５）は更に、上記第１及び第２（３２）の原色の光の少なくとも一部を吸収するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項６】
上記第２の発光素子（４２）は、互いに物理的に離間している２つまたはそれ以上の蛍光体材料（４５ａ、４５ｂ）を備える、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項７】
上記第２の発光素子（４２）は更に第４の原色（３４）の光を放出するように構成されており、上記照明システムは上記第１（３１）、第２（３２）、第３（３３）、及び第４（３４）の原色の少なくとも１つまたはそれ以上の光を組合せて上記照明システム（１０）の出力光（５０）を形成するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項８】
上記照明システム（１０、１１、１２、１３、１４）は、白に見える混合された出力を形成するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項９】
上記第１の発光素子（４１）及び第２の発光素子（４２、４５）は、上記第１（３１）、第２（３２）、及び第３（３３）の原色の光の１つまたはそれ以上の組合せの発光当量、演色評価数、及び色域の１つまたはそれ以上を最大化するようになっている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項１０】
上記第１の発光素子（４１）及び第２の発光素子（４２、４５）は、上記第１（３１）、第２（３２）、第３（３３）、及び第４（３４）の原色の光の１つまたはそれ以上の組合せの発光当量、演色評価数、及び色域の１つまたはそれ以上を最大化するようになっている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項１１】
ディスプレイデバイス（１５、１６、１７、１８）であって、
上記請求項１に記載の照明システム（９、１０、１１、１２、１３、１４）と、
上記照明システムの出力光（５０、５１）の少なくとも一部を捕らえるように配列されている関連体（６０）と、
を含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項１２】
上記関連体はＬＣＤパネル（６０）であり、上記照明システム（９、１０、１１、１２、１３、１４）は上記ＬＣＤパネル（６０）のためのバックライトとして構成されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載のディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明（イルミネーション）システムに関する。
【０００２】
本発明は、更に、照明システムを含むディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
照明システム自体は公知であり、機能及び装飾の両応用において光を供給するために使用されている。街灯、天井／壁取付け型照明器具のような機能応用においては、典型的に光は見えにくさを解消するために供給され、従って、光出力は相応に構成される。光出力に対する要求は、波長スペクトル、色点または色温度、強さ、立体角、光面積、光力、輝度などのようなパラメータを含むことができる。一般的には、波長スペクトルは光の色に関連する。一般的な照明または製品の強調表示のような照明応用では、一般に光の演色特性が光出力に対する重要な要求である。これは、波長スペクトルに関連し、また一般に演色評価数（ＣＲＩ）として表される。天井／壁取付け型照明タイル、ポスターボックス、サイン及びロゴのような装飾応用においては、要求される光出力は主として審美的理由から決定される。また、これらの機能及び装飾の両要求を変化する度合いで満足させるように出力光を構成する照明システムも知られている。更に照明システムは、例えば、画像を投影する、即ちテレビジョンプログラム、フィルム、ビデオプログラム、またはＤＶＤ等々を表示するディジタルプロジェクタ、またはいわゆるビーマーのような投影システムにも使用することができる。ディスプレイ応用においては、一般にシステムの色域が、光出力のスペクトル成分に対する重要な要求である。
【０００４】
関連体によって使用される光を供給する照明システムも公知である。例えば、液晶ディスプレイデバイス（ＬＣＤディスプレイとも称される）では、照明システムはバックライトであり、関連体は非発光性のＬＣＤパネルである。これらのディスプレイデバイスは、例えば、テレビジョン受像機、（コンピュータ）モニタ、（コードレス）電話機、及びＰＤＡに使用される。典型的に関連体が反射及び／または透過する光を指定しているので、ディスプレイデバイスからの出力光に対する要求は、照明システムの光出力に対する要求を決定する時には関連体の光特性を考慮する必要がある。
【０００５】
例えば、ＬＣＤディスプレイに使用するバックライトのような、これらの応用のいくつかでは、照明システムの光出力に対する要求は極めて厳格であり、入手可能な光放出デバイスがこれらの要求を十分に満たし得ないかも知れない。これは、エネルギ効率及びコンパクトなサイズの故にバックライトに使用するのに魅力的な半導体発光デバイスと考えられている発光ダイオード（ＬＥＤ）についても然りである。光出力に対する要求を達成するのを援助するために、発光デバイスが発生するある波長スペクトルを有する光子を吸収し、異なる波長スペクトルを有する光子を放出する発光（ルミネセント）素子が屡々使用される。蛍光体は発光素子の公知の例であり、吸収とそれに続く放出のプロセスを変換、または波長変換と呼ぶことが多い。
【０００６】
別の問題は、関連体の光学特性が変化し得ることである。例えば、ＬＣＤパネルは異なる製造業者が異なる技術及び異なる材料を使用して生産することができる。このことは、組合される照明システムの出力光に対する要求も変化させなければならないことを意味している。換言すれば、ある照明システム、例えばあるバックライトは、発光素子を使用した場合であっても全範囲の関連体については適していないかも知れない。
【０００７】
例えば、US 7,052,152の図１２Ａは、バックライトを使用するＬＣＤパネルを開示しており、発光素子として蛍光体がバックライトのカバープレート上に使用されている。これは、蛍光体を付着させたカバープレートをＬＣＤパネルに一致させることができること、及び残余のバックライトを光出力に関して標準化することができることが有利である。しかしながら、カバープレート上に蛍光体を有する公知の照明システムの欠点は、蛍光体の層の厚みの変動が、蛍光体によって放出される光の空間的強さ及び色に変動をもたすことである。これらの変動は、ＬＣＤパネルのユーザが気づく程であり、望ましくないものと考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、より均一な強度及び色の出力を供給する照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の面によれば、上記目的は、第１の原色の光を放出するように構成されている半導体発光デバイスを含む照明システムであって、この半導体デバイスが、第１の原色の光の少なくとも一部分を吸収して第２の原色の光を放出するように構成されている第１の発光素子と、上記半導体発光デバイスから物理的に離間し、第１または第２の原色の光の少なくとも一部分を吸収して第３の原色の光を放出するように構成されている第２の発光素子とを含み、上記照明システムが、上記第１、第２及び第３の原色の少なくとも１つまたはそれ以上を組合せて上記照明システムの出力光を形成するように構成されている上記照明システムを用いて達成される。
【００１０】
原色の光は、中心波長即ち主波長を中心とする所定のスペクトル帯域幅の光からなる。ディスプレイデバイスにおいては、典型的に、例えば赤、緑、及び青の三原色が使用される。赤、緑、及び青を使用することによって、照明システムは白を含む全ての色の出力光を発生することができる。ディスプレイデバイスに使用される原色の数は、要求される出力に依存して変化させることができ、例えば、赤、緑、青、シアン、及び黄を使用して全ての色の出力光を発生させることも、または青及び黄を使用して白光を作ることもできる。照明システムをディスプレイデバイスのバックライトとして使用する場合には、通常、照明システムは指定された白光を「フロント・オブ・スクリーン（ＦｏＳ）」として知られるデバイスの前面に発生するように構成される。これは、ディスプレイデバイスのユーザによって知覚される光である。赤、緑、青、黄、及びシアン光と言う用語を使用しているが、これらが特定中心波長を指定するものではなく、色スペクトルのどの領域に主波長が属しているのかを示しているに過ぎない。これらの用語は、これらの原色の１つまたはそれ以上を混合した時に、近似の色スペクトルを可視化するのが比較的容易であるので選択したのである。例えば、赤及び黄光の混合比を変えると、赤から橙を通って黄までの出力光を発生させることができ、または例えば、赤及び緑光の混合比を変えると、赤から橙及び黄を通って緑までの出力光を発生させることができる。従って、同一の照明システム内で、各原色を１つより多く（例えば第１の青光及び第２の青光）、発生させることができる。これは、色スペクトルの青領域に中心波長を有する２つのスペクトルとして解釈すべきである。色の図式的表現は数多くあるが、本明細書においては色点を1976 ＣＩＥ色度図に基づいて記述し、またその関連から、光の色点をＣＩＥ 1976ｕ’ｖ’色座標で表す。
【００１１】
特許請求の範囲の請求項１に記載の照明システムの効果は、発光デバイス内の第１の素子、及び光源から物理的に離間している例えばカバープレート上の第２の素子からなる２つの発光素子を使用することによって、発光デバイスが遂行する光変換が “ローカル（局所的）”及び“リモート（離れた位置で）”の両者においてそれぞれ遂行され、リモート位置に要求される発光材料の量を、光変換がリモート位置だけにおいて遂行される従来技術の状況に比して減少させることができることである。リモート位置における均一な分布の蛍光体の層のためには、これは蛍光体層の実効厚みを減少させることによって達成することができる（実効厚みとは、単位面積当たり同一の蛍光体質量を有する純粋な非多孔質蛍光体の厚みを言う）。発光材料のリモート層をより薄くすると、厚み変動に対する鋭敏度が低下し、従って、色及び強さの空間的変動がより少なくなる。
【００１２】
本発明による照明システムのさらなる長所は、リモート発光素子を被照明対象にマッチさせることも可能であり、照明システムの残余の構造の高度な標準化を可能にすることである。
【００１３】
本発明は、リモート発光素子の製造中に（例えば、堆積プロセス中に）厚み変動を減少させることを試みていた従来方法とは異なり、リモート位置における発光材料内の変換の度合いを減少させることによって出力光の空間変動を減少させ得ることを認識したことに基づいている。
【００１４】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の発光素子による光変換の度合いは、第２の発光素子による光変換の度合いより大きくなるように構成され、この光変換の度合いは1976 ＣＩＥ色度図上で原色の色点から遠去かるような色点の移動によって測定可能である。これは、色移動または光変換の大部分が第１の調整ステップに含まれるので有利である。次いで、第２の調整ステップが極めて少量の補正、または光変換を遂行する。これは、第２の発光層が色点を微調整するだけでよく、第２の発光層が遂行する変換を最小にすることができることを意味している。
【００１５】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の発光素子内の第１の蛍光体材料の実効厚みは、第２の発光素子内の第２の蛍光体材料の実効厚みよりも大きい。これは、第２の発光素子内において遂行される変換の量を最小にする効果を有している。
【００１６】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第３の原色の光は、第２の原色の光の主波長より大きいか、または等しい主波長を有する。これは、発光素子として使用した場合に多くの共通蛍光体が、それらが吸収する光子に比してより低いエネルギ／より長い波長の光子を放出するので有利であり得る。
【００１７】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第２の発光素子は更に、第１及び第２の原色の光の少なくとも一部を吸収するように構成されている。これによって第２の発光素子は第１及び第２の両原色を吸収することができ、第３の原色の出力を増加させることが可能になる。これは、もし望むならば、第１の発光素子によって吸収されない第１の原色の量を減少させ得ることを意味している。
【００１８】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は、青光、紫外光、及び近紫外光の１つまたはそれ以上からなる。これらの型の源（例えば、青及びＵＶ ＬＥＤ）は市販されており、バックライトに使用される典型的な源になりつつある。
【００１９】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、半導体発光デバイスは更に、半導体紫外光または近ＵＶ光放出器を含み、第３の発光素子は該放出器が放出する光の少なくとも一部分を吸収するように構成され、また第１の原色の光を放出するように構成されている。例えば、バックライトの典型的な源である紫外ＬＥＤを使用することができる。
【００２０】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の発光素子は、半導体光放出ダイ上の接触（contiguous）層または共形（conformal）な層として配列された少なくとも１つの蛍光体材料の層からなる。
【００２１】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、半導体発光デバイスは更に一次光学系を含み、第１の発光素子は一次光学系上の接触層として配置された少なくとも１つの蛍光体材料の層を含む。例えば、蛍光体材料は“バルブ（bulb）”形状で付着させることができる。これは、蛍光体材料をカバープレートまたは光学素子に付着させる状況に比して、第１の発光素子を形成させるのに要する蛍光体の量を最少にする。
【００２２】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の発光素子は、ＹＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、及びＬuＡＧ：Ｃe、ＹＡＧＳＮ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧＳＮ：Ｃe、ＬuＡＧＳＮ：Ｃe及びこれらの何等かの組合せからなるグループから選択された蛍光体材料を備える。
【００２３】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の発光素子は、ＳＳＯＮ：Ｅuのようなオキシニトリド・ケイ酸塩蛍光体である蛍光体材料からなる。
【００２４】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第２の発光素子は、互いに物理的に離間している２つまたはそれ以上の蛍光体材料からなる。これは、化学的に相容的ではないことができる、または実際的な理由から混合することができない、または異なる変換の度合いを許容できる蛍光体の使用に対して最大の柔軟性を与える。
【００２５】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第２の発光素子は更に第４の原色の光を放出するように構成され、照明システムは上記第１、第２、第３、及び第４の原色の少なくとも１つまたはそれ以上の光を組合せて照明システムの出力光を形成するように構成されている。これは、色スペクトルの異なる領域からの色点を有する蛍光体材料を、第２の発光素子内に含ませ、出力光のための目標色を達成する上で極めて大きい柔軟度を提供できることを意味する。
【００２６】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第２の発光素子は、ＳＣＳＮ：Ｅu、ＳＳＮ：Ｅu、ＢＳＳＮ：Ｅu、（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、ＹＡＧ：Ｃe、ＬuＡＧ：Ｃe、ＬuＡＧＳＮ：Ｃe、ＴＧ：Ｅu、ＳＳＯＮ：Ｅu、ＹＡＧＳＮ：Ｃe、ＳＣＡＳＮ：Ｅu、ＣＡＳＮ：Ｅu、（Ｃa，Ｓr）Ｓ：Ｅu、ＳrＳ：Ｅu、ＣaＳ：Ｅu、ＢＯＳＥ、及びこれらの何等かの組合せからなるグループから選択された少なくとも１つの蛍光体材料からなる。
【００２７】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は青光からなり、第１の発光素子は第２の原色の光が黄光からなるように構成され、第２の発光素子は第３の原色の光が黄光からなるように構成されている。これは、白を近似する典型的なバックライト光出力を提供する。黄光は、２段階変換プロセスにおいて発生する。
【００２８】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は青光からなり、第１の発光素子は第２の原色の光が黄光からなるように構成され、第２の発光素子は第３の原色の光が黄光からなり、且つ第４の原色の光が緑光からなるように構成されている。
【００２９】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は青光からなり、第１の発光素子は第２の原色の光が黄、黄緑、または緑光からなるように構成され、第２の発光素子は第３の原色の光が赤光からなるように構成されている。
【００３０】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は青光からなり、第１の発光素子は第２の原色の光が黄、黄緑、または緑光からなるように構成され、第２の発光素子は第３の原色の光が赤光からなり、且つ第４の原色の光が黄、黄緑、または緑光からなるように構成されている。
【００３１】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第２の発光素子は、ＴＧ：Ｅu、ＢＯＳＥ、ＳＳＯＮ：Ｅu、ＬuＡＧ：Ｃe、及びこれらの何等かの組合せから選択された第１の蛍光体材料、及びＢＳＳＮ：Ｅuアンバー、ＢＳＳＮ：Ｅu赤、ＳＣＳＮ：Ｅu、ＳＳＮ：Ｅu、ＳＣＡＳＮ：Ｅu、ＣＡＳＮ：Ｅu、（Ｃa，Ｓr）Ｓ：Ｅu、ＳrＳ：Ｅu、ＣaＳ：Ｅu、及びこれらの何等かの組合せからなるグループから選択された第２の蛍光体材料からなる。
【００３２】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は青光からなり、第１の発光素子は第２の原色の光が黄及び緑光からなるように構成され、第２の発光素子は第３の原色の光が赤光からなるように構成されている。
【００３３】
本発明の一つの面によれば照明システムが提供され、該照明システムにおいては、第１の原色の光は青光からなり、第１の発光素子は第２の原色の光が黄光からなるように構成され、第２の発光素子は第３の原色の光が黄光からなるように構成されている。
【００３４】
本発明のこれらの、及び他の面は、以下に詳細に説明する実施の形態を参照することにより明白になり、また理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による照明システムの概要断面図である。
【図２Ａ】ＣＩＥ 1976型色度図であって、本発明による照明システムのための色空間を示している。
【図２Ｂ】図２Ａの中心部分II−Ｂの拡大図である。
【図３Ａ】本発明による照明システムのためのＣＩＥ 1976型色度図である。
【図３Ｂ】図３Ａの中心部分III−Ｂの拡大図である。
【図４】本発明によるディスプレイデバイスの概要断面図である。
【図５】本発明による照明システムの概要断面図である。
【図６Ａ】1976 ＣＩＥ色度図であって、本発明による照明システムのための色空間を示している。
【図６Ｂ】図６Ａの中心部分VI−Ｂの拡大図である。
【図７】1976 ＣＩＥ色度図であって、本発明による照明システムのための色空間を示している。
【図８】本発明による照明システムのための1976 ＣＩＥ色度図の中央部分を示す図である。
【図９】本発明による照明システムのための1976 ＣＩＥ色度図の中央部分を示す図である。
【図１０】本発明による照明システムのための1976 ＣＩＥ色度図の中央部分を示す図である。
【図１１】本発明によるディスプレイデバイスを示す図である。
【図１２】本発明によるディスプレイデバイスを示す図である。
【図１３】本発明によるディスプレイデバイスを示す図である。
【図１４】本発明による照明システムを示す図である。
【図１５】本発明による照明システムを示す図である。
【図１６】本発明による照明システムを示す図である。
【００３６】
図１、図４、図５、及び図１１乃至図１６は純粋な図式であって、正確な縮尺で描かれてはいない。特に、明瞭化のために若干の寸法が大きく誇張されている。図面の類似の構成要素には可能な限り同一の参照番号が付されている。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本発明による照明システム１０の概要断面図である。照明システム１０は、第１の蛍光体層４１の方向に青光３１を放出する半導体発光デバイス２０を含む。典型的には、これは、光を放出する発光デバイス２０のチップまたはダイ２１である。半導体発光デバイス２０の一部を形成し、従って、青光の源に物理的に極めて接近している第１の蛍光体層４１は青光の少なくとも若干を捕らえるように配列され、蛍光体材料は青光３１を吸収し、その青光３１による励起によって第１の黄光３２を放出するように選択されている。青光源に接近しているので、第１の蛍光体層４１を“ローカル”蛍光体層と呼ぶことができる。
【００３８】
第１の蛍光体層４１に使用するのに適する蛍光体材料は、ガーネット蛍光体を含む。ガーネット蛍光体は、以下の一般式を有する。
(Ｙ1-x-y-a-bＬuxＧdy)3(Ａl5-u-vＧauＳiv)Ｏ12-vＮv：Ｃe a3+Ｐr b 3+
ここに、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜（ｘ＋ｙ＋ａ＋ｂ）≦１、０≦ｕ＜２、０≦ｖ＜２、０＜ａ＜0.25、０＜ｂ＜0.25である。
【００３９】
更に、ガーネット蛍光体のこの一般式は以下のように変更することができる。
・Ｙは、希土類金属Ｌa、Ｓm、及びＣaからなるグループからの１つまたはそれ以上の元素によって部分的に置換することもできる。
・Ａlも、Ｓc、Ｌu、Ｉn、及びＭgからなるグループからの１つまたはそれ以上の元素によって置換することができる。
・Ｓiも、Ｇe、Ｔi、Ｚr、及びＣからなるグループからの１つまたはそれ以上の元素によって部分的に置換することができる。
【００４０】
詳述すれば、例えば、ＹＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、及びＬuＡＧ：ＣeのようなＣe活性化ガーネット蛍光体、または、例えば、ＹＡＧＳＮ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧＳＮ：Ｃe、及びＬuＡＧＳＮ：ＣeのようなＳi及びＮを付加的に含むガーネット蛍光体を使用することができる。
【００４１】
後掲する表２Ａ乃至表２Ｆは、蛍光体毎の使用する略称、化学式、及びそれが属する蛍光体の一般グループを示している。略称欄または化学式欄内の（Ａ，Ｂ）は両元素が存在していることを意味しており、またＡ及びＢの割合の和が１になることを理解されたい。
【００４２】
１つより多くの蛍光体材料の組合せ（この組合せは単一の蛍光体層４１内の蛍光体材料の混合体として実現することができる）を使用することも有利であり、または、１つより多くの隣接した副層（各副層は、異なる蛍光体材料、または蛍光体材料の異なる混合体からなる）からなる第１の蛍光体層４１を使用することも可能である。蛍光体は、例えば透明の、または半透明のシリコンゲル、またはシリコンゴムのようなマトリックス材料内に分散させた蛍光体粒子として設けることができる。
【００４３】
蛍光体層４１は、色変換板（カラーコンバータプレート：ＣＣＰ）として知られるソリッドステート蛍光素子の形状で準備することができる。変換板は、セラミック型であることも、またはポリマー分散型であることもできる。このような色変換板が、未公開出願第05111202.7（ヨーロッパ特許代理人ドケット PH002516EP1）に記載されている。
【００４４】
更に、第１の蛍光体層４１は、青光３１の一部分が層を通過できるようになっている。例えば、蛍光体層４１は、青光３１に対する透過率が高めの領域を作り、それによって青光３１を第２の蛍光体層４２に向かわせることができるように、ストリップ、矩形、またはドットのような形状の密集にパターン化することができる。それ故、パターン密度は第１の蛍光体層４１によって遂行される蛍光体変換の量を決定する際の、従って放出される光の色を決定する際の１つのファクタである。
【００４５】
代替として、層４１内の蛍光体材料の分布は、第１の蛍光体層４１があるパーセンテージの青光３１を透過させ、あるパーセンテージの青光３１を吸収できるように選択することができる。典型的に、蛍光体材料はキャリヤ材料の液内に懸濁され、従って蛍光体層４１は蛍光体材料及びキャリヤ材料の両者からなる。蛍光体層の厚み、蛍光体粒子の濃度、蛍光体粒子のサイズが、第１の蛍光体層４１が遂行する蛍光体変換の量を決定し、従って、放出される色を決定する。
【００４６】
第２の蛍光体層４２が発光デバイス２０からある距離に配置され、青光３１の少なくとも若干を捕らえるようになっている。青光３１の源からある距離だけ離間している故に、第２の蛍光体層４２を“リモート”蛍光体層と称することができる。その蛍光体材料は、青光３１による励起によって第２の黄光３３を放出するように選択されている。この変換に適する蛍光体材料は、上述した第１の蛍光体層４１に適するものを含む。また、これらの蛍光体の１つより多くを第２の蛍光体層４２内に使用すると有利であり得る。
【００４７】
同様に、第２の蛍光体層４２は青光３１の一部分を通過させ、その青光３１を出力光５０の一部として照明システム１０から出て行くように導くことができる。第１の蛍光体層４１と同様に、これは蛍光体層４２をパターン化することによって、または層内の蛍光体材料の分布を適切に選択することによって行うことができる。
【００４８】
動作中、第１の蛍光体層４１は青光３１を吸収して第１の黄光３２を放出する。また青光３１は、第１の蛍光体層４１の構成によって決定される度合いまで第１の蛍光体層４１を通過することができる。放出された第１の黄光３２の実質的な部分は第２の蛍光体層４２を通過し、出力光５０の一部として照明システム１０を去る。第２の蛍光体層４２は第１の蛍光体層４１を通過した青光３１の一部分を吸収し、第２の黄光３３を放出する。この第２の黄光３３は照明システム１０から出て行き出力光５０の一部になる。また青光３１は、第２の蛍光体層４２の構成によって決定される度合いまで第２の蛍光体層４２を通過することができる。図１の照明システム１０は、青光３１、第１の黄光３２、及び第２の黄光３３からなる白色出力光５０を発生する。この照明システム１０は、ＬＣＤディスプレイのためのバックライトとして使用するのに適する。
【００４９】
第１の黄光３１及び第２の黄光３２は、共にカラースペクトルの黄部分に主波長を有する２つのカラースペクトルである。
【００５０】
代替として、第２の蛍光体層４２内の蛍光体材料は、蛍光体を励起させるために第１の黄光３２の少なくとも一部を吸収するように選択することができる。当業者には明白なように、１つまたはそれ以上の蛍光体材料は、青光３１及び第１の黄光３２の両者を吸収して第２の蛍光体層４２を励起するように選択することができる。
【００５１】
好ましい実施の形態では、第１の蛍光体層４１に使用される蛍光体材料は第２の蛍光体層４２に使用される蛍光体材料と同一である。一般的には、第１の黄光３１及び第２の黄光３２は同一であろう。しかしながら、蛍光体層の厚み、蛍光体粒子の濃度、蛍光体粒子のサイズ、及び各蛍光体層４１、４２のパターン密度のようなファクタによって波長スペクトルに僅かな差が存在してもよい。
【００５２】
半導体発光デバイス２０は直接的に青光３１を発生しても、または間接的に青光３１を発生してもよい。例えば、デバイス２０はＵＶまたは近ＵＶ光のような原色を直接発生することができ、これは蛍光体層のような適当な発光素子によってデバイス内で変換される。有利なのは、デバイス２０のチップまたはダイ上に直接取付けられている色変換板のような発光素子を使用することである。これにより、青光３１の波長スペクトルの微調整が可能になる。
【００５３】
図２Ａ及び図２Ｂは、図１の照明システム１０からの白色出力光５０の色を調整するのに使用可能な色空間を示す色度図である。この色度図はＣＩＥ 1976型であって、横軸がＣＩＥ u’であり、縦軸がＣＩＥ v’である。図２Ｂは、図２Ａの中央部分II−Ｂの拡大図である。
【００５４】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、６００は、色空間の限界を表す、即ち完全な飽和色を表すスペクトル軌跡である。１０５は黒体軌跡（ＢＢＬ）、即ち黒体温度が変化するにつれて黒体が色空間内で辿る経路を表すプランクの軌跡であり、１１０は黒体軌跡１０５上の9000Ｋ点である。２００は、青ＬＥＤによって発生される青光３１の色点を表している。３０１、３０２、及び３０３は、３つの製造業者がそれらのＬＣＤパネルのバックライトとして使用する時に、9000Ｋの色温度を有するＢＢＬ上のフロント・オブ・スクリーン色点を達成するためにこれらの製造業者が照明システム１０に対して要求する目標色点を表している。色点は、ＬＣＤパネルの光学特性に依存して各ＬＣＤパネルによって異なる度合いだけ移動又はシフトする。ＬＣＤパネルによって予測される移動量又はシフト量を考慮して照明システム１０の出力光５０の色点を指定することにより、ユーザの最終結果、即ち、フロント・オブ・スクリーン（ＦｏＳ）色は黒体軌跡１０５上に位置する、またはそれに近接する受入れ可能な白になる。例えば、それは可能な限り9000Ｋ点１１０に接近するようになる。
【００５５】
４０１、４０２、４０３、及び４０４は、それぞれ、黄蛍光体ＬuＡＧＳＮ：Ｃe、ＹＡＧ：Ｃe、ＹＡＧＳＮ：Ｃe、及び（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃeの色点である。図１の第１の蛍光体層４１及び第２の蛍光体層４２内の蛍光体材料としてＹＡＧ：Ｃeを使用する場合、図２Ａ及び図２Ｂの軌跡１０６及び１０７は、蛍光体層４１、４２内の蛍光体材料の影響度を変化させたことによる利用可能な考え得る出力光５０の色の軌跡を表している。換言すれば、蛍光体層４１、４２内の蛍光体材料による変換の量が、軌跡１０６、１０７に沿う相対移動を決定する。目標点３００は、第１の蛍光体層４１に起因する色点移動の選択された限界を表している。
【００５６】
出力光５０の色は、初期には、色点２００によって表される半導体発光デバイス２０からの青光３１によって決定される。例えば第１の蛍光体層４１内のＹＡＧ：Ｃeのパーセンテージを増加させることにより第１の蛍光体層４１内のＹＡＧ：Ｃe蛍光体材料の影響度が増加するにつれて、より多くの量の黄光３２が第１の蛍光体層４１によって発生され、出力光５０の色点は青色ＬＥＤの色点２００からＹＡＧ：Ｃeの色点４０２に向かって軌跡１０６、１０７に沿って移動する。反対に、第１の蛍光体層４１内のＹＡＧ：Ｃeのパーセンテージを低下させると、出力光５０の色点は青ＬＥＤ２００に向かって軌跡１０６、１０７に沿って移動する。従って、図１の照明システム１０は、異なるＬＣＤパネル製造業者の目標点３０１、３０２、３０３と交差する、もしくは密に接近する軌跡１０６、１０７に沿うどの出力光５０をも発生するように構成することができる。
【００５７】
出力光５０の色点の調整は、２段階で達成される。即ち、
（１）第１のランでは、第１の蛍光体層４１における光変換によって青色ＬＥＤ点２００から軌跡１０６、１０７に沿う色点の移動が遂行され、
（２）第２のランでは、リモート蛍光体層４２における光変換によって軌跡１０６、１０７に沿うさらなる色移動が遂行される。従って、軌跡１０７上の何等かの所望の色点（異なるＬＣＤ製造業者の目標点３０１、３０２、３０３に密に接近する点を含む）に到達することができる。
【００５８】
好ましい実施の形態では、第１の調整段階は、軌跡１０６によって表される青色ＬＥＤ点２００から目標点３００までの大部分の色移動又は光変換を含む。軌跡１０６、１０７上の目標点３００は、異なるＬＣＤ製造業者の目標点３０１、３０２、３０３に密に接近する軌跡１０６、１０７上の点よりも僅かにＬＥＤ青色点２００に近くにあるように選択される。次いで、第２の調整段階は、異なるＬＣＤ製造業者の色点３０１、３０２、３０３に近接した所望の目標点に到達できるように、極めて少量の補正、即ち光変換を遂行する。これは、第２の蛍光体層４２は色点の微調整をするだけでよく、第２の蛍光体層４２内の蛍光体材料によって遂行される変換が最少になることを意味している。
【００５９】
図３Ａ及び図３Ｂの1976 ＣＩＥ色度図は、図１の照明システム１０の第２の蛍光体層４２の厚みの変動に起因する色点の推定される変化を示している。図３Ｂは、図３Ａの中央部分III−Ｂの拡大図である。軌跡１０７は、半透明カバープレート上の蛍光体層４２内の蛍光体材料の実効厚みの増加に伴う色点の変化を示している。１０５は黒体軌跡（ＢＢＬ）であり、１１０及び１１１はそれぞれ、この黒体軌跡１０５上の9000Ｋ及び8500Ｋ点である。３０４は特定の製造業者のＬＣＤパネルと組合せて使用するバックライトのための目標色点を表し、３０５は上記ＬＣＤパネルのユーザによって観測される所望のフロント・オブ・スクリーン色点を表している。点３０５は、黒体軌跡１０５上の9000Ｋ色点１１０に一致している。軌跡６０３は、上記ＬＣＤを含むディスプレイデバイスのための色域を表す。軌跡６０１及び６０２は、それぞれ、標準米国テレビジョンシステム委員会（ＮＴＳＣ）及びヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）の色域を表す。４０５は、ＹＡＧをベースとする黄蛍光体の色点である。以下の表１は、各色点５０１、５０２、５０３、５０４、及び５０５の実効厚みをミクロンで表している。
【００６０】
表１：実験用ＹＡＧベース蛍光体層の厚み
2010525512.tif 000003
（＊）：これらの数字は記録されなかった。
【００６１】
計算を簡単にするために、蛍光体層４２内の蛍光体材料の量を、フィルム内の蛍光体の密度から、及びフィルムの厚みから、単位面積当たりのフィルム内の蛍光体粒子を用いて質量負荷を決定することによって、また、蛍光体の比重を使用して純粋な無孔質蛍光体層の厚み（単位面積当たりのこの蛍光体質量に対応する）を計算することによって、数学的に蛍光体材料だけの実効厚みに変換した。
【００６２】
例えば、有機マトリックス材料内に蛍光体粒子を含む30ミクロン厚の蛍光体層は、典型的に、ほぼ１〜２ミクロンの実効厚みのＹＡＧ蛍光体に対応する。もしコーティング損失を無視すれば、１ミクロンの実効厚みのＹＡＧ蛍光体は約５グラム／ｍ2に対応する。
【００６３】
ＹＡＧをベースとする蛍光体層の実効厚みを増加させると、色点は軌跡１０７に沿ってＹＡＧベース蛍光体の色点４０５に向かって移動する。図３Ｂに示すように、実効厚みの小さい変動が色点に大きい変化をもたらし、出力光５０は目標点３０４に達し損なうようになる。モデリング及び実験によれば、層の実効厚みは、第２の蛍光体層４２の全領域にわたって、及び照明システム１０がＬＣＤパネルのためのバックライトとして構成されている場合にはシステム毎に、許容誤差を約５％以内に留める必要があるものと推定される。これは、空間的強度及び色変動、及びパネル毎の強度及び色変動が、ユーザの要求を満たすことを要求するからである。第２の蛍光体層４２がＬＣＤパネルに密接して位置している場合には、またはそれに近接している場合でさえ、第２の蛍光体層４２はＬＣＤパネルの寸法に匹敵するだけの寸法を持つ。更に、ＬＣＤパネルと第２の蛍光体層４２が密接していることは、出力光のさらなる空間均一化を達成するための光学的混合のための余地が僅かしかなく、出力光５０の均一性を改善するためのディフューザを付加するための余地が僅かしかないことを意味する。例えば、もし図１の照明システム１０が42インチ16：９型ＬＣＤパネルのために構成されていれば、第２の蛍光体層４２は約0.5ｍ2の面積を有している。0.5ｍ2の面積全体に５％の許容誤差を達成することは、特に蛍光体材料を層内に直接付着させるのではなく、キャリヤー材料と共に懸濁している場合には困難である。
【００６４】
図１の実施の形態では、２つの蛍光体層、即ちローカル層４１及びリモート層４２が使用されている。これは、２つの位置において変換を遂行することによって、第２の蛍光体層４２に要求される相対厚みを減少させ得ることを意味している。第２の蛍光体層４２に要求される変換の量が減少することは、第２の蛍光体層４２の厚み変動の影響度もまた減少することを意味している。第１の蛍光体層４１の厚み変動は、光を混合するために第１の蛍光体層４１と関連体との間に十分な余地が存在し、及び／または、もし必要ならばディフューザを付加するための十分な余地が存在し得るので、それ程問題にはならない。代替として、出力光に要求される均一性を達成するために、半導体発光デバイスを予め決定された構成に予め選択及び／または配列しておく。
【００６５】
第１の蛍光体層４１においてのみ変換を遂行することによってこの問題は回避されるが、第２の蛍光体層４２を使用する多段階変換は、さらに第２の蛍光体層４２をＬＣＤパネルのような関連体にマッチさせることを可能にするから、ＬＣＤパネルの光学特性に変動があるとしても完全に異なるバックライトを製造する必要はない（唯一異なるのは、第２の蛍光層４２である）ことを意味している。バックライト生産が標準化されることにより、生産コストが低減し、製造中の測定及び調整の必要性が減少するという主要な経済的利点が得られる。また、既存のバックライトに適切な第２の蛍光体層４２を単に取付けることで、新しいＬＣＤパネルにおける市場への出荷時間（タイム・トゥ・マーケット）が短縮される。付加的な長所は、典型的に第１の蛍光体層４１の面積が小さい（それを半導体発光デバイス２０の寸法に対応させるだけでよいから）ので、蛍光体材料が少なくてよいことである。
【００６６】
更に別の長所は、照明システム１０が、典型的に二次元アレイである複数の半導体発光デバイスを含む場合に得られる。バックライトとして構成される場合、各半導体発光デバイス２０の第１の蛍光体層４１から放出される第１の黄光３２は混合されるまで約25ｍｍの距離を走行する（典型的なＬＣＤバックライトの厚みは１インチである）ので、発光デバイス２０間の色及び強度の差が平均化される。代替として、発光デバイス２０間のピッチを減少させることによって混合をも改善することができる（典型的には、もし発光デバイス２０がランベルトのエミッタであれば、Ｔをバックライトの厚み、Ｐを発光デバイス間のピッチとして、Ｔ＝0.9×Ｐならばバックライトは均一の出力光を発生する）。当業者には理解されるように、混合は、図４に示す二次光学系を導入することによっても影響を受ける。代替として、各半導体発光デバイスに組合された二次光学系を導入し、上記半導体発光デバイスから放出される光の放射パターンを広げることによって、混合を更に改善することができる。
【００６７】
図４は本発明によるディスプレイデバイス１５を示しており、照明システム１１はＬＣＤパネル６０のバックライトとして構成されている。照明システム１１は図１の照明システム１０と同一であるが、以下の箇所が異なっている。
ａ）基板２５上に、１つまたはそれ以上の半導体発光デバイス２０が取付けられている。これは、金属（例えば、アルミニウムまたは鋼）基板のような同一の基板上に１つより多くのデバイス２０を取付ける時に便利である。この基板には、半導体発光デバイスの位置の周りの上面（ＬＣＤパネルに面している面）上に拡散反射性コーティングまたは層を設けてあり、更に、熱輸送、機械的機能性、及びオプションとして電気的相互接続性を提供する。
ｂ）バルクディフューザ７３が第１の蛍光体層４１と第２の蛍光体層４２との間に配置されている。各半導体発光デバイス２０からの青光３１及び第１の黄光３２は色及び強度の差を有し得るが、これらは、何等かの方法で平均化する必要がある。典型的には、これはこれらの個々の出力を混合するためにディフューザ７３を使用することによって行われる。
ｃ）この実施の形態では、カバープレート８０が第２の蛍光体層４２のためのキャリヤとして使用されている。第２の蛍光体層４２は、半導体発光デバイス２０に近い方のカバープレートの側に付着されている。オプションとして、カバープレートはディフューザを含むことも、または拡散表面組織を設けることもでき、または第２の蛍光体層をカバープレート内に埋め込むことも、または蛍光体層をカバープレート８０のＬＣＤパネル６０に近い方の側上に付着させることもできる。
ｄ）公知の輝度増強フィルム（ＢＥＦ）７２が使用されている。これは、表面にほぼ垂直な方向のＦｏＳ輝度を増加させるが、このフィルム上へ入射するように反射する光の割合が比較的大きいために混合をも増強させる。
ｅ）オプションとして、二重輝度増強フィルム（ＤＢＥＦ）を使用することができる。これは（これもまた公知の）反射性偏光子７１であり、これも混合を増強させる。
ｆ）出力光５５はＬＣＤパネルのフロント・オブ・スクリーンにおいて最終の色を有し、これがユーザによって知覚される。これは照明システム１１の出力光であり、ＬＣＤパネル６０の光学特性に起因して色点が移動している。
【００６８】
青光３１の一部、第１の黄光３２、及び第２の黄光３３も、例えば、ディフューザ７３、カバープレート８０、輝度増強フィルム７２、反射性偏光子７１、及びＬＣＤパネル６０のような光学要素によって反射され、発光デバイス２０に向かって戻り得る。この反射光の成分も、第１の蛍光体層４１によって、または第２の蛍光体層４２によって吸収され、第１の蛍光体層４１内の、及び／または第２の蛍光体層４２内の蛍光体材料による放出を増加させる。
【００６９】
代替として、バルクディフューザ７３、輝度増強フィルム７２、反射性偏光子７１、またはＬＣＤパネル６０自体のようなディスプレイデバイス１５内の他の光学要素の１つに第２の蛍光体層４２を付着させることもできる。製造の観点から、分離した実質的に透明なキャリヤ（ディスプレイデバイス１５の製造中に第１の蛍光体層４１とＬＣＤパネル６０との間の便利な位置に配置することができる）上に、第２の蛍光体層４２を設けることも有利であり得る。
【００７０】
第１の発光素子４１内に使用することができる他の適当な蛍光体材料は、オキシニトリド・ケイ酸塩蛍光体である。これらは、次のような一般式を有している。
(Ｓr1-x-yＢaxＣay) 2-zＳi5-aＡlaＮ8-aＯa：Ｅu z 2+
ここに、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、（ｘ＋ｙ）≦１、０≦ａ＜５、０＜ｘ≦0.2である。
【００７１】
詳述すれば、Ｅu活性化オキシニトリド・ケイ酸塩蛍光体を使用することができる。これらは、ＳＳＯＮ：Ｅuを含む。
【００７２】
図１の実施の形態について、青（３１）、第１の黄（３２）、及び第２の黄（３３）の原色の光を使用するものとして説明したが、当業者ならば、色の何等か適切な組合せを本発明に使用できることは明白であろう。その選択は、出力光５０に対する要求、半導体発光デバイス２０の選択、及び発光素子４１、４２の選択に依存しよう。
【００７３】
図５は、本発明による照明システムの概要断面図である。照明システム１２は、図１の照明システム１０と以下の点が異なっている。
ａ）第２の蛍光体層４５は、１つより多くの蛍光体材料からなる。図５においては、第２の蛍光体層４５は２つの隣接する副層、即ち、第１の蛍光体副層４５ａと第２の蛍光体副層４５ｂとからなるが、当業者ならば、如何なる数の蛍光体副層も使用できることを理解されよう。また、当業者には明らかなように、第２の蛍光体副層４５ｂは、２つまたはそれ以上の蛍光体材料の混合体からなる単一層であることも、または異なる蛍光体材料の隣接するパターンであることもできる。
ｂ）第１の蛍光体副層４５ａは、青光３１の少なくとも若干を捕らえ、その青光３１による励起によって第２の黄光３３を放出するように選択された蛍光体材料からなる。
ｃ）第２の蛍光体副層４５ｂは、青光３１の少なくとも若干を捕らえ、その青光３１による励起によって緑光３４を放出するように選択された蛍光体材料からなる。
【００７４】
動作中、放出された第１の黄光３１は第２の蛍光体層４５の両副層４５ａ及び４５ｂを通過し、出力光５１の一部として照明システム１２を去る。第２の蛍光体層４５の第１の副層４５ａは、第１の蛍光体層４１を通過する青光３１を吸収し、第２の黄光３３を放出する。この第２の黄光３３は、照明システム１１から出て出力光５１の一部になる。第２の蛍光体層４５の第２の副層４５ｂは、第１の蛍光体層４１を通過し、第１の副層４５ａを通過する青光３１を吸収し、緑光３４を放出する。この緑光３４は、照明システム１２から出て出力光５１の一部になる。
【００７５】
青光３１はまた、第１及び第２の蛍光体副層４５ａ及び４５ｂ内の蛍光体層の実効厚み、及び／または蛍光体材料のパターンニングによって決定される度合いだけ第２の蛍光体層４５を通過する。図５の照明システム１２は、青光３１、第１の黄光３２、第２の黄光３３、及び緑光３４からなる白出力光５１を発生し、ＬＣＤディスプレイのためのバックライトとして使用するのに適している。
【００７６】
代替として、第２の蛍光体副層４５ａ及び４５ｂは、第１の黄光３２の少なくとも一部を吸収してその蛍光体を励起させるように選択することができる。第２の蛍光体副層４５ｂ内の蛍光体材料も、第２の黄光３３の少なくとも一部を吸収してその蛍光体を励起させるように選択することができる。当業者ならば、この代替では第２の蛍光体層４５の１つまたはそれ以上の蛍光体材料を、青光３１及び第１の黄光３２の両光をも吸収して第２の蛍光体層４５を励起させるように選択できることも理解されよう。
【００７７】
図６Ａ及び図６Ｂの色度図は、図５の照明システム１２からの出力光５１の色を調整するのに利用可能な色空間１０７を示している。図６Ｂは、図６Ａの中央部分VI−Ｂの拡大図である。図６Ａ及び図６Ｂは図２Ａ及び図２Ｂに類似しているが、以下のように変更されている。
ａ）４１１、４１２、４１３、及び４１４は、それぞれ、緑蛍光体ＴＧ：Ｅu、ＢＯＳＥ、ＳＳＯＮ：Ｅu、及びＬuＡＧ：Ｃeの色点である。
ｂ）色点４０２を有するＹＡＧ：Ｃeが、図５の第１の蛍光体層４１内の蛍光体材料として使用されている。従って、図６Ａ及び図６Ｂの軌跡１０６は、第１の蛍光体層４１内の蛍光体材料の量を変化させた時の出力光５１の色変化を表す。第１の蛍光体層４１における変換量は、出力光５１の色点を青色半導体発光デバイス２００から軌跡１０６に沿って目標点３００まで調整するように構成されている。
ｃ）第２の蛍光体層４５は、（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃe蛍光体材料を有する第１の副層４５ａを含む。この材料は、ＹＡＧ：Ｃeの色点よりも僅かに長い（橙に近づく）主波長の色点４０４を有している。
ｄ）第２の蛍光体層４５は、ＴＧ：Ｅu蛍光体材料を有する第２の副層４５ｂを更に含む。この材料は、ＹＡＧ：Ｃeの色点よりも僅かに短い（緑に近づく）波長の色点４１１を有している。
【００７８】
その結果、３つの蛍光体材料による変換量を変化させて得られる出力光の考え得る色を色調整三角形１０８によって表すことができ、この三角形１０８の角は、第１の蛍光体層４１の目標点３００、第１の蛍光体副層４５ａ内の（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃeの色点４０４、及び第２の副層４５ｂ内のＴＧ：Ｅuの色点４１１によって限定されている。これによって、出力光５１の色点を、異なる製造業者が要求する色点３０１、３０２、３０３と一致させることが可能になる。
【００７９】
出力光の色点を調整する上でのこの柔軟性は、熱消光（サーマル・クエンチ）に鋭敏な蛍光体を第２の蛍光体層４５内に使用できることから得られるのである。例えば、ＹＡＧ：Ｃeのイットリウム（Ｙ）の部分を、Ｇd（ガドリニウム）で置換して得られる（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃeは放出スペクトルを赤方へ移動させるが、熱消光に対する感度をも増加させる。蛍光体によって遂行させる必要がある変換量を減少させることによって、蛍光体に対する熱負荷が減少する。同じ理由から、飽和に鋭敏な蛍光体を、照明システム１１の色出力を微調整するために使用することもできる。従って、蛍光体は、主としてそれらの色に対する貢献度だけで選択することができ、それによって遙かに高度な色調整と、製造者の要求に正確にマッチさせる能力を得ることが可能になる。
【００８０】
複数の蛍光体材料を単一の層内に組合せ、中間色点を得ることもできる。製造業者の目標点は図７（図６に示した色調整三角形を示している）にも示されている。目標点３０１、３０２、及び３０３は、３つの異なる製造業者のＬＣＤパネルの9000Ｋ色点フロント・オブ・スクリーンを達成するために要求されているものであり、目標点３０４、３０５、及び３０６はそれぞれ同一の製造業者のパネルのフロント・オブ・スクリーンにおいてＤ65色点１１２を達成するように要求されているものである。全ての目標点は色調整三角形内にあるので、出力光５１の色点を近似目標に一致するように選択することができる。
【００８１】
当業者には明白なように、調整三角形１０８の角は、適切な蛍光体副層４５ａまたは４５ｂ内に異なる蛍光体材料を、または蛍光体材料の異なる組合せを選択することによって移動させることができる。
ａ）例えば、図８は、第２の蛍光体層４５が緑蛍光体（この場合、色点４１４を有するＬuＡＧ：Ｃe）及び赤蛍光体（この場合、色点４２４を有するＳＣＡＳＮ：Ｅu）からなる時の調整三角形１０８を示している。使用することができる対応色点を有する他の考え得る緑蛍光体は、ＴＧ：Ｅu  色点４１１、ＢＯＳＥ  色点４１２、及びＳＳＯＮ：Ｅu  色点４１３、または中間色点を得るための何等かの適当な組合せである。ＢＯＳＥは熱消光に鋭敏であり、従ってそれを本発明による蛍光体として使用する上でより柔軟性を得ることができることに注目されたい。更に、ＴＧ：Ｅuは加水分解に鋭敏であり、一般に、高温でより機能しなくなる不動態化層を必要としないので、本発明はその蛍光体としての使用により大きい柔軟性を与え、システムの効率を大幅に損なうことなくＬＣＤパネルで大きな色域を可能にする。対応する色点を有し、使用することができる他の考え得る橙／赤蛍光体は、窒化物・ケイ酸塩蛍光体である。これらは、次の一般式を有している。
(Ｓr1-x-yＢaxＣay) 2--zＳi5-aＡlaＮ8-aＯa：Ｅu z 2+
ここに、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ａ＜５、０＜ｚ≦１である。
これらの例は、ＢＳＳＮ：Ｅuアンバー色点４２１、ＢＳＳＮ：Ｅu赤色点４２２、ＳＣＳＮ：Ｅu  色点４２３、または中間色点を得るための何等かの適当な組合せを含む。
ｂ）例えば、図９はＴＧ：Ｅuを緑蛍光体（色点４１１）として選択し、ＣaＳ：Ｅu（色点４２５）を赤蛍光体として選択した時に達成することができるより大きい色調整三角形を示している。ＴＧ：Ｅu及びＣaＳ：Ｅuは熱消光に鋭敏であるので、本発明はそれらを蛍光体として使用する上でより大きい柔軟性を与えることができる。より重要なことは、ＣaＳ：Ｅu及びＴＧ：Ｅuは硫化物・蛍光体であり、それらが汚染をもたらし得るので半導体発光デバイス２０を製造する時にクリーンルーム内で付着処理をすることは好ましくない。従って、硫化物蛍光体を第１の蛍光体層４１内に組み込むことは行われない。しかしながら、第２の蛍光体層４５は、クリーンルーム外で、且つ安定な蛍光体層を形成させるために硫化物蛍光体を遮蔽マトリックス材料内に埋め込むことによって十分に不動態化した後に照明システム１１に付加されるので、硫化物蛍光体を第２の蛍光体層４５内に組み込むことができる。
【００８２】
第２の蛍光体層４５内に使用するのに適する緑／黄蛍光対材料は、以下のものを含む。
（i）一般的に、ガーネット蛍光体
（ii）例えば、ＹＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu）ＡＧ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、（Ｌu，Ｇd）ＡＧ：Ｃe、及びＬuＡＧ：ＣeのようなＣe活性化ガーネット蛍光体
（iii）例えば、ＹＡＧＳＮ：Ｃe、ＬuＡＧＳＮ：Ｃe、（Ｙ，Ｌu，Ｇd）ＡＧＳＮ：Ｃe、（Ｙ，Ｇd）ＡＧＳＮ：Ｃe、及び（Ｌu，Ｇd）ＡＧＳＮ：ＣeのようなＳi及びＮを含むＣe活性化ガーネット蛍光体
（iv）以下の一般式を有するオキシニトリド・ケイ酸塩蛍光体
(Ｓr1-a-bＣabＢac)ＳixＮyＯz：Ｅu a 2+
ここに、０＜ａ＜0.25、０≦ｂ＜１、（ａ＋ｂ）＜１、０≦ｃ＜１、
1.5＜ｘ＜2.5、1.5＜ｙ＜2.5、1.5＜ｚ＜2.5である
（v）ＳＳＯＮ：ＥuのようなＥu活性化オキシニトリド・ケイ酸塩蛍光体
（vi）以下の一般式を有するチオガリウム酸塩蛍光体
(Ｓr1-x-y-zＭgxＣayＢaz)（Ｇa2-u-vＡluＩnv ）Ｓ4：Ｅu 2+
ここに、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦１、
０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、（ｕ＋ｖ）＜１である
（vii）ＴＧ：ＥuのようなＥu活性化チオガリウム酸塩蛍光体
及びこれらの何等かの組合せ。
【００８３】
第２の蛍光体層４５内に使用するのに適する赤蛍光体材料は、以下のものを含む。
（i）一般的に、窒化物・ケイ酸塩蛍光体
（ii）ＢＳＳＮ：Ｅu、ＳＣＳＮ：Ｅu、ＳＳＮ：Ｅu、ＳＣＡＳＮ：Ｅu、及びＣＡＳＮ：ＥuのようなＥu活性化窒化物・ケイ酸塩蛍光体
（iii）一般的に、硫化物蛍光体
（iv）ＳrＳ：Ｅu、ＣaＳ：Ｅu、及び（Ｓr，Ｃa）Ｓ：ＥuのようなＥu活性化硫化物蛍光体
及びこれらの何等かの組合せ。
【００８４】
図１０は、ＳＳＮ：Ｅu（赤；色点４２３）に対するＴＧ：Ｅu（緑；色点４１１）蛍光体の比が固定された蛍光体材料の混合体からなる第２の蛍光体層４５を使用した時の効果を示している。この混合体は、中間色点４１７を与える。第１の蛍光体層４１は軌跡１０６の端点（これは、約5000Ｋに近接する色温度を有するＢＢＬ上に位置する、または極めて密接する目標点３００である）を決定し、中間点４１７は軌跡１０７の端点を与えて出力光の色を実質的に軌跡１０７に沿って調整可能にする。この軌跡１０７は、5000Ｋ色点１１３と3000Ｋ色点１１４との間で黒体軌跡１０５と一致している。比較のために、第１の副層４５ａがＴＧ：Ｅu（緑；色点４１１）で、第２の副層４５ｂがＳＳＮ：Ｅu（赤；色点４２３）からなる第２の蛍光体層４５によって与えられる色調整三角形１０８をも示しておく。
【００８５】
ＳＳＮ：Ｅu（色点４２３）は消光及び飽和に鋭敏であり、従って、本発明はそれを蛍光体として使用する上でより大きい柔軟性を与え得ることに注目されたい。ＳＳＮ：Ｅuは、それが高い発光当量を有しながら、良好な演色評価数（ＣＲＩ）を可能にし、従って、例えば仕事の照明、または製品を目立たせる応用のような一般照明システムのための好ましい蛍光体であるので、特に望ましい。赤・橙及び黄蛍光体の組合せを適用することによって、黄蛍光体だけを用いるよりも良好な演色特性が得られることに注目されたい。赤及び緑蛍光体の組合せを付着させることによって、さらに高いＣＲＩを得られることにも注目されたい。
【００８６】
図１１は、本発明によるディスプレイデバイス１６を示す図であって、照明システム１３はＬＣＤパネル６０のためのバックライトとして構成されている。照明システム１３は図４の照明システム１１と同一であるが、次の点が異なっている。
ａ）第２の蛍光体層４２は、基板２５上の半導体発光デバイス２０の間に配置されている。第２の蛍光体層４２は、ディスプレイデバイス１６内に含まれている光学要素によって半導体発光デバイス２０に向かって反射される青光３１及び／または第１の黄光３２によって励起される。
【００８７】
代替として、第２の蛍光体層４２を、本発明による第２の蛍光体層４５によって置換することができる。
【００８８】
図１２は、本発明によるディスプレイデバイス１７を示す図であって、照明システム１４はＬＣＤパネル６０のためのバックライトとして構成されている。照明システム１４は図１１の照明システム１３と同一であるが、次の点が異なっている。
ａ）発光デバイス２０は、各々、基板２６内に形成されている凹部、即ちウェルの中に配置されている。基板２６内の凹部は、凹部の側壁が発光デバイス２０に向くような形状である。側壁は球形、円筒形、または円錐形のような湾曲した表面であることも、または多面体のように３つまたはそれ以上の平面からなることもできる。詳述すれば、それは、反転した底がない立方体、反転した底がないプリズム、反転した底がない半球形、反転した底がない円筒形、反転した底がない円錐形、反転した底がない切頭円錐形、反転したピラミッド、または反転した底がない切頭ピラミッドのような形状を有することができる。基板２６は卵ケースに例えることもでき、半導体発光デバイス２０は各凹部の中に配置されている。
ｂ）第２の蛍光体層４２は、基板２６の各ウェルの側壁上に配置されている。第２の蛍光体層４２は、ディスプレイデバイス１７内に含まれている光学要素によって半導体発光デバイス２０に向かって反射された青光３１及び／または第１の黄光３２によって励起される。
【００８９】
代替として、凹部は、基板２６上に位置する分離した構造によって形成し、側壁が半導体発光デバイス２０に向くように設けることもできる。
【００９０】
代替として、第２の蛍光体層４２は、本発明による第２の蛍光体層４５によって置換することができる。
【００９１】
図１３は、本発明によるディスプレイデバイス１８を示す図であって、照明システム９はＬＣＤパネル６０のためのバックライトとして構成されている。照明システム９は図１１の照明システム１３と同一であるが、次の点が異なっている。
ａ）透明カップ９０が、各発光デバイス２０上に、及びその周りに配置されている。カップ９０は、カップの側壁が発光デバイス２０に向くような形状である。側壁は、球形、円筒形、または円錐形のような湾曲した表面であることも、または多面体のように３つまたはそれ以上の平面からなることもできる。詳述すれば、それは例えば、立方体、プリズム、半球形、切頭半球形、切頭円錐形、ピラミッド、または切頭ピラミッドのような形状であることができる。
ｂ）第２の蛍光体層４２は、各カップの側壁上に（発光デバイス２０に向いている側、またはＬＣＤパネル６０に向いている側の何れかの上に）配置されている。第２の蛍光体層４２は、ディスプレイデバイス１７内に含まれている光学要素によって半導体発光デバイス２０に向かって反射された青光３１及び／または第１の黄光３２によって励起される。
【００９２】
代替として、第２の蛍光体層４２は、本発明による第２の蛍光体層４５によって置換することができる。
【００９３】
図１４、図１５、及び図１６は、機能的及び／または装飾的要求に適する照明システム８を示す図であって、これら照明システム８は、上述した本発明の実施の形態と類似の手法で構築し、動作させることができる。この照明システムの長所は、第２の発光素子内に含まれる蛍光体材料を、主として色特徴手段（出力光５２の色点を広範囲の色に調整することができる）上で選択できることである。これは、装飾応用において特に有利である。
【００９４】
当業者には明白なように、蛍光体副層４５ａ及び４５ｂは、互いに他から物理的に分離することもできる。例えば、
ａ）図１１において、第１の副層４５ａをカバープレート８０のような光学要素の１つの上に配置し、第２の蛍光体副層４５ｂを基板２５上の半導体発光デバイス２０の間に配置することができる。
ｂ）図１２において、第１の副層４５ａをカバープレート８０のような光学要素の１つの上に配置し、第２の蛍光体副層４５ｂを基板２５上の半導体発光デバイス２０の間に配置することができる。
【００９５】
上述した実施の形態は例示であって本発明を限定するものではなく、当業者ならば、特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施の形態を設計できることを理解できよう。例えば、実施の形態の多くはＬＣＤパネルのためのバックライト用としたが、これらの実施の形態の照明システムは機能及び装飾の両用であることができる照明器具内に広く使用することができる。本発明は、蛍光体の色特徴を使用する上で、従来技術よりも高度の自由度を与える。
【００９６】
幾つかの例に示されている照明システムは、原色の光が直接出力に導かれ、光の混合は光学要素間の空間において発生させることができる。当業者には明白なように、本発明は、原色の光が原色の光の輸送及び／または混合するための１つまたはそれ以上の光ガイドに結合されるようになっているいわゆるサイドリットシステムに使用することができる。このようなサイドリット構成では、第２の発光素子４２、４５は、折り返し光ガイドの180度反射器のような光ガイド内の便利な点に配置することも、または、第２の発光素子４２、４５は光ガイドの界面に付着させた１つまたはそれ以上の蛍光体層からなることも、または光ガイドは図４のカバープレート８０と類似の手法で１つまたはそれ以上の蛍光体材料を一体的に含むこともできる。
【００９７】
特許請求の範囲の請求項において、括弧内に記載されている参照番号は該請求項を限定するものではない。“からなる”、“を含む”と言う動詞及びその活用形を使用しているが、これは請求項に記載のもの以外の要素の存在を排除するものではない。要素に先行している“ある”、または“１つの”等の冠詞は、複数のこれら要素の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素からなるハードウェアによって実現することができる。幾つかの手段を列挙している装置請求項では、これらの手段の幾つかは１つの、そして同一のハードウェアのアイテムによって実現することができる。相互に異なる従属請求項に若干の基準が記載されていても、これらの基準の組合せを有利に使用できないことを意味しているものではない。
【００９８】
表２Ａ：赤硫化物蛍光体−略称及び式
2010525512.tif 000004
【００９９】
表２Ｂ：赤／アンバー窒化物蛍光体−略称及び式
2010525512.tif 000005
【０１００】
表２Ｃ：黄／緑ガーネット蛍光体−略称及び化学式
2010525512.tif 000006
【０１０１】
表２Ｄ：緑窒化物蛍光体−略称及び化学式
2010525512.tif 000007
【０１０２】
表２Ｅ：緑硫化物蛍光体−略称及び化学式
2010525512.tif 000008
【０１０３】
表２Ｆ：他の緑／黄蛍光体−略称及び化学式
2010525512.tif 000009
【０１０４】
要約すれば、本発明は発光デバイスを含む照明システムを提供し、上記照明システムは発光デバイスの一部を形成している第１の発光素子を励起する。第１の発光素子から放出された光、及び／または発光デバイスから放出された光が、発光デバイスから物理的に離間されている第２の発光素子を励起する。２つの発光素子、即ち、発光デバイス内の第１の素子、及びカバープレートのような発光デバイスから物理的に離間している第２の素子を使用することによって、発光デバイスが発生した光の変換が“ローカル”及び“リモート”の両位置においてそれぞれ遂行され、光変換がリモート位置だけにおいて遂行される従来技術の状況に比して、リモート位置に要求される発光材料の量を減少させることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
８−１４  照明システム
１５−１８  ディスプレイデバイス
２０  半導体発光デバイス
２１  チップ（ダイ）
３１  青光
３２  第１の黄光
３３  第２の黄光
３４  緑光
４１  第１の蛍光体層（ローカル）
４２  第２の蛍光体層（リモート）
４５  第２の蛍光体層
４５ａ  第１の蛍光体副層
４５ｂ  第２の蛍光体副層
５０  出力光
６０  ＬＣＤパネル
【図１】
2010525512.tif 000010
【図２Ａ】
2010525512.tif 000011
【図２Ｂ】
2010525512.tif 000012
【図３Ａ】
2010525512.tif 000013
【図３Ｂ】
2010525512.tif 000014
【図４】
2010525512.tif 000015
【図５】
2010525512.tif 000016
【図６Ａ】
2010525512.tif 000017
【図６Ｂ】
2010525512.tif 000018
【図７】
2010525512.tif 000019
【図８】
2010525512.tif 000020
【図９】
2010525512.tif 000021
【図１０】
2010525512.tif 000022
【図１１】
2010525512.tif 000023
【図１２】
2010525512.tif 000024
【図１３】
2010525512.tif 000025
【図１４】
2010525512.tif 000026
【図１５】
2010525512.tif 000027
【図１６】
2010525512.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月20日(2009.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
第１の原色の光を放出するように構成されている半導体発光デバイスを含み、上記半導体デバイスは上記第１の原色の光の少なくとも一部を吸収して第２の原色の光を放出するように構成されている第１の発光素子を含み、
上記半導体発光デバイスから物理的に離間し、上記第１または第２の原色の光の少なくとも一部を吸収して第３の原色の光を放出するように構成されている第２の発光素子を更に含み、
上記照明システムは、上記第１、第２、及び第３の原色の少なくとも１つまたはそれ以上の光を組合せて上記照明システムの出力光を形成するように構成され、上記第２の発光素子の実効厚みは、上記出力光の所望の目標点が得られるように上記出力光の色点を補正するように選択されていることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
上記第２の発光素子は、上記第２の発光素子を上記半導体発光デバイスから物理的に離間させるために、上記照明システムの光学要素上に位置している、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
上記光学要素は、拡散反射性コーティング、凹部の側壁、カバー板、または透明カップを含む基板を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
上記第１の発光素子による光変換は上記第２の発光素子よりも大きい度合いの光変換を行うように構成され、上記光変換の度合いは1976 ＣＩＥ色度図上で上記原色の色点から遠去かるような色点の移動によって測定可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項５】
上記第１の発光素子は蛍光体材料を備え、
上記第２の発光素子は第２の蛍光体材料を備え、
上記第１の発光素子内の上記第１の蛍光体材料の実効厚みは、上記第２の発光素子内の上記第２の蛍光体材料の実効厚みよりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項６】
上記第３の原色の光は、上記第２の原色の光の主波長よりも大きいか、または等しい主波長を有する、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項７】
上記第２の発光素子は更に、上記第１及び第２の原色の光の少なくとも一部を吸収するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項８】
上記第２の発光素子は、互いに物理的に離間している２つまたはそれ以上の蛍光体材料を備える、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項９】
上記第２の発光素子は更に第４の原色の光を放出するように構成されており、上記照明システムは上記第１、第２、第３、及び第４の原色の少なくとも１つまたはそれ以上の光を組合せて上記照明システムの出力光を形成するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項１０】
上記照明システムは、白に見える混合された出力を形成するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項１１】
上記第１の発光素子及び第２の発光素子は、上記第１、第２、及び第３の原色の光の１つまたはそれ以上の組合せの発光当量、演色評価数、及び色域の１つまたはそれ以上を最大化するようになっている、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項１２】
上記第１の発光素子及び第２の発光素子は、上記第１、第２、第３、及び第４の原色の光の１つまたはそれ以上の組合せの発光当量、演色評価数、及び色域の１つまたはそれ以上を最大化するようになっている、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の照明システム。
【請求項１３】
ディスプレイデバイスであって、
上記請求項１に記載の照明システムと、
上記照明システムの出力光の少なくとも一部を捕らえるように配列されている関連体と、
を含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項１４】
上記関連体はＬＣＤパネルであり、上記照明システムは上記ＬＣＤパネルのためのバックライトとして構成されている、
ことを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の第１の面によれば、上記目的は、第１の原色の光を放出するように構成されている半導体発光デバイスを含む照明システムであって、この半導体デバイスが、第１の原色の光の少なくとも一部分を吸収して第２の原色の光を放出するように構成されている第１の発光素子と、上記半導体発光デバイスから物理的に離間し、第１または第２の原色の光の少なくとも一部分を吸収して第３の原色の光を放出するように構成されている第２の発光素子とを含み、上記照明システムが、上記第１、第２及び第３の原色の少なくとも１つまたはそれ以上を組合せて上記照明システムの出力光を形成するように構成されている上記照明システムを用いて達成される。第２の発光素子の実効厚みは、出力光の所望の目標点が得られるように出力光の色点を補正するように選択されている。
【国際調査報告】
2010525512.tif 000029
2010525512.tif 000030
2010525512.tif 000031