專利名稱：用于led芯片的白光生成的全光譜熒光體混合物的制作方法
技術領域：
本發明的典型實施例涉及用于轉換由光源發射的輻射的熒光體混合物。人們發現了關于將LED生成的紫外線(UV)、紫色或藍色輻射轉換成用于普通照明用途的白光的具體應用。然而，應該理解，本發明也可應用于將來自UV、紫色和/或藍色激光器以及其它光源的輻射轉換成白光。
背景技術：
發光二極管(LED)是半導體光發射器，通常用作其它光源(例如白熾燈)的替代物。它們尤其可用作顯示燈、警示燈和指示燈，或用于其它要求彩色光的應用中。LED所產生的光的顏色取決于在其制造中所使用的半導體材料的類型。
彩色半導體發光器件，包括發光二極管和激光器(本文中這二者總稱為LED)，由諸如氮化鎵(GaN)的第III-V族合金制成。為了形成LED，典型地，將多層合金外延地沉積在襯底(例如碳化硅或藍寶石)上，并可用各種n型和p型雜質摻雜，以改善諸如發光效率的特性。關于基于GaN的LED，所發射的光通常在電磁頻譜的UV和/或藍色范圍內。迄今為止，由于LED所產生的光的所固有的顏色，導致了LED還不適用于需要明亮白光的照明用途。
最近，已開發出用于將LED所發射的光轉換成用于照明用途的有用光的技術。在一項技術中，對LED涂覆或覆蓋熒光層。熒光體是一種發光材料，其吸收一部分電磁頻譜中的輻射能，然后以另一部分電磁頻譜發射能量。一種重要類別的熒光體是結晶無機化合物，其具有非常高的化學純度，并且具有可控的成分，該成分中添加了少量其它元素(稱為“活化劑”)，以將其轉變成高效的熒光材料。通過活化劑與主體無機化合物的適當組合，可以控制發射的顏色。最有用的眾所周知的熒光體，響應于可見范圍之外的電磁輻射的激發，發射可見部分的電磁頻譜的輻射。
通過提出一種被LED生成的輻射所激發的熒光體，可以生成不同波長的光(例如在光譜的可見范圍內)。彩色LED通常用于玩具、指示燈、和其它裝置。制造商在不斷地尋找用于這種LED的新的彩色熒光體，以產生定制的顏色和更高的亮度。
除了彩色IED以外，LED生成的光與熒光體生成的光的結合可用于產生白光。最通用的白色LED是基于藍色發光GaInN芯片。藍色發光芯片被涂覆熒光體，其將一些藍色輻射轉換成互補色(例如黃色-綠色)來發射。來自熒光體和LED芯片的光的總量提供色點，其具有相應的顏色座標(x和y)和相關色溫(CCT)，并且其光譜分布提供由顯色指數(CRI)測量的演色能力。
盡管在國際上規定14個標準色樣并且由其平均值人們可計算更寬的CRI(R1-14)，但通常將CRI定義為8個標準色樣(R1-8)的平均值，其通常稱作一般顯色指數，并簡寫為Ra。特別地，測量強紅的演色性的R9值對于某些范圍的應用(尤其是醫學界)是非常重要的。
一種公知的白光發射器件包括藍色發光LED，其峰值發射波長藍色范圍(約440nm至約480nm)內，并與熒光體(諸如摻雜有釔鋁石榴石Y3Al5O12:Ce3+(“YAG”)的鈰)相結合。該熒光體吸收一部分從LED發射的輻射，并將所吸收的輻射轉變成黃綠光。由LED發射的藍光的剩余部分透射過熒光體，并與由熒光體發射的黃光混合。藍光和黃光的混合被觀看者感受為白光。
上述藍色LED-YAG熒光體器件典型地產生白光，該白光具有約70-82的一般顯色指數(Ra)，約4000K至8000K的可調色溫范圍。近來市場上可獲得的使用了YAG熒光體與紅色熒光體(CaS:Eu2+)的混合物的LED，提供4000K以下的色溫，具有90左右的Ra。盡管這種LED適合于一些應用，但許多用戶期望一種具有更高Ra的光源，該Ra近似于值為95-100的白熾燈的Ra。
還有些白色LED，其采用了UV發射芯片和熒光體混合物，該熒光體混合物包括設計為將UV輻射轉換成可見光的紅色、綠色、和藍色發射熒光體。其光譜往往在光譜的深紅區域中，尤其在650nm附近具有間隙(光譜強度基本為0)或較大缺失，這嚴重地降低了R9CRI值。
因此期望開發新的基于LED的解決方案，具有全光譜(定義為在400到700nm之間沒有間隙，即，不存在發射光譜強度約為0的區域)，并具有高的Ra、R1-14、和R9值。本發明提供了新的并改良的熒光體混合物及形成方法，其克服了上述和其它問題。
發明內容
在第一方面，提供一種用于發射白光的發光裝置，包括半導體光源，發射峰值在約250nm至約450nm內的輻射；以及熒光材料，輻射地耦合至光源，該熒光材料包括峰值發射在約615到680nm之間的紅色發射熒光體、峰值發射在約575到615nm之間的橙色發射熒光體、峰值發射在約500到575nm之間的綠色發射熒光體、峰值發射在約400到500nm之間的藍色發射熒光體、以及根據要求填補所得光譜中的任何剩余間隙的另外的熒光體，所述發光裝置具有400到700nm之間的全光譜。
在第二方面，提供一種用于發射白光的發光裝置，包括光源，發射峰值在約250nm至約450nm內的輻射；以及熒光材料，輻射地耦合至光源，該熒光材料包括峰值發射在約615到680nm之間的紅色發射熒光體、峰值發射在約575到615nm之間的橙色發射熒光體、峰值發射在約500到575nm之間的綠色發射熒光體、以及峰值發射在約400到500nm之間的藍色發射熒光體，所述光源具有大于95的一般CRI指數(Ra)。
在第三方面，提供一種用于發射白光的發光裝置，包括光源，發射峰值在約250nm至約450nm內的輻射；以及熒光材料，輻射地耦合至光源，該熒光材料包括峰值發射在約575到615nm之間的橙色發射熒光體、峰值發射在約400到500nm之間的藍色發射熒光體、峰值發射在約615到680nm之間的紅色發射熒光體、以及選自由(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu2+、(Ca，Sr，Ba，Zn)2SiO4:Eu2+、及其混合物構成的組的綠色發射熒光體。
在第四方面，提供一種熒光體混合物，包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+以及至少三種另外的熒光體峰值發射在約575到61 5nm之間的橙色發射熒光體，峰值發射在約500到575nm之間的綠色發射熒光體，以及峰值發射在約400到500nm之間的藍色發射熒光體。
圖1是根據本發明的一個實施例的發光系統的剖視示意圖；圖2是根據本發明的第二實施例的發光系統的剖視示意圖；
圖3是根據本發明的第三實施例的發光系統的剖視示意圖；圖4是根據本發明的第四實施例的發光系統的剖切側向立體圖；圖5是(Sr，Ba，Mg)4Si2O8:Eu2+，Mn2+的發射和吸收光譜；圖6是SrAl2O4:Eu2+的發射和吸收光譜；圖7是示出根據本發明的一個實施例的多種熒光體混合物的相關特性的表；圖8是示出根據本發明的另一實施例的多種熒光體混合物的相關特性的表；圖9是根據圖7的一個配方的CCT為4000K的一種熒光體混合物的發射光譜；圖10是示出圖7的混合物的色點與CIE色度圖上的黑體軌跡相比較的曲線圖；圖11a-圖11h是根據圖8的實施例的具有不同CCT的多種熒光體混合物的發射光譜；以及圖12是示出圖8的混合物的色點與CIE色度圖上的黑體軌跡相比較的曲線圖。
具體實施例方式
本文提出了新穎的熒光體混合物，以及其在LED和其它光源中的應用。所生成的可見光的顏色取決于熒光材料的特定成分。除非另作說明，術語“熒光體”在本文中用到時是指包括一種熒光體化合物以及兩種或多于兩種熒光體的混合物。
已經明確的是，LED燈產生明亮白光將對作為光源的LED實現期望的質量很有作用。因此，在本發明的一個實施例中，公開了一種涂覆有發光材料熒光體轉換材料混合物(熒光體混合物)的LED芯片，用于提供白光。各種熒光體或包括各種熒光體的熒光體混合物將指定波長的輻射(例如由近UV或可見LED發射的約250至450nm的輻射)轉換成不同波長可見光。由熒光材料(以及如果發射可見光的LED芯片)提供的可見光包括具有高強度和亮度的明亮白光。
參照圖1，示出根據本發明的一個優選結構的典型發光組件或燈10。發光組件10包括半導體UV源或可見輻射源，例如發光二極管(LED)芯片12，以及電連接到LED芯片的引線14。引線14可包括由較粗引線架16支撐的細導線，或者該引線可包括自支撐電極并且可省去引線架。引線14對LED芯片12提供電流，從而使LED芯片12發射輻射。
該燈可以包括任何半導體可見光源或UV光源，當其發射的輻射定向到熒光體上時，其能夠產生白光。本發明中的LED芯片的優選發射將取決于所披露的實施例中的熒光體本身，并可分布在例如250-450nm。然而，在一個優選實施例中，LED的發射將在近UV至深藍區域，并且峰值波長在約350至約430nm范圍內。那么典型地，半導體光源包括摻雜有各種雜質的LED。因此，LED可包括基于任何適合的第III-V、II-VI、或IV-IV族半導體層的半導體二極管，并具有約250至450nm的發射波長。
優選地，LED可包括至少一個包括GaN、ZnSe、或SiC的半導體層。例如，LED可包括氮化物半導體，該氮化物半導體表示為分子式IniGajAlkN(其中0≤i；0≤j；0≤k；并且i+j+k＝1)，并具有大于約250nm且小于約450nm的峰值發射波長。這種LED半導體在本技術領域是公知的。為了方便起見，本文將輻射源描述為LED。然而，該術語在本文中使用時是指包括所有半導體輻射源(包括例如半導體激光二極管)。
盡管本文討論的本發明的典型結構的概括討論是針對基于無機LED的光源，但是應該理解，除非另作說明，LED芯片可以用有機發射結構或其它輻射源代替，并且對LED芯片或半導體的任何引用僅僅是代表任何合適的輻射源。
LED芯片12可密封在殼體18內，殼體封住LED芯片和密封材料20。殼體18可以是例如玻璃或塑料。優選地，LED 12基本上位于密封劑20的中心。密封劑20優選地為環氧樹脂、塑料、低溫玻璃、聚合物、熱塑性塑料、熱固性材料、樹脂、或本領域公知的其它類型LED密封材料。可選地，密封劑20是旋涂玻璃或某其它高折射率材料。優選地，密封材料20是環氧樹脂或聚合材料，例如硅樹脂。殼體18和密封劑20對于由LED芯片12和熒光材料22(后面描述)產生的光的波長，優選地為透明的或基本上光學透射的。在另一實施例中，燈10可以只包括密封材料，而沒有外殼18。LED芯片12可以例如被引線架16、被自支撐電極、殼體18的底部、或被安裝在殼體或引線架上的底座(未示出)所支撐。
發光系統的結構包括輻射地耦合到LED芯片12的熒光材料22。輻射地耦合是指多個元件相互聯系，使得來自一個元件的輻射被發送到另一個元件。在優選實施例中，熒光材料22是四種或多于四種熒光體的混合物，下面將對此詳細描述。
這種熒光材料22通過任何適當的方法沉積在LED 12上。例如，可形成水基懸浮液的熒光體，并作為熒光層施加到LED表面。在一種這樣的方法中，將其中熒光體微粒隨機懸浮的硅樹脂稀漿放置在LED周圍。該方法僅僅是熒光材料22和LED 12的可能位置的實例。因此，可以通過在LED芯片12上方涂覆熒光體懸浮液并使其變干，來將熒光材料22涂覆在LED芯片12的發光表面上方或直接涂覆于其上面。殼體18和密封劑20都應為透明的，以允許光24透射通過這些元件。在一個實施例中，熒光材料的中值粒子尺寸可為約1至約10微米，但這并不意味著限制。
圖2示出根據本發明的優選方面的系統的第二優選結構。圖2的實施例的結構類似于圖1的結構，除了是將熒光材料122分散于密封材料120內，而不是直接形成于LED芯片112上。熒光材料(以粉末形式)可分散于密封材料120的單個區域內，或更優選地，分散于密封材料的整個體積中。由LED芯片112發射的輻射126與由熒光材料122發射的光混合，混合光顯現為白光124。如果熒光體將被分散于密封材料120內，那么可將熒光體粉末添加到聚合物前體中，裝載到LED芯片112周圍，然后可使聚合物前體固化以使聚合物材料固化。也可以使用其它已知的熒光體分散方法，例如轉移裝載(transfer loading)。
圖3示出根據本發明的優選方面的系統的第三優選結構。圖3所示實施例的結構類似于圖1的結構，除了將熒光材料222涂覆到殼體218的表面上，而不是形成于LED芯片212上方。熒光材料優選地涂覆在殼體218的內表面上，盡管如有需要，熒光體可涂覆在殼體的外表面上。熒光材料222可涂覆在殼體的整個表面上或只涂覆在殼體的表面的頂部上。由LED芯片212發射的輻射226與由熒光材料222發射的光混合，混合光顯現為白光224。當然，圖1-圖3的結構可以組合，并且熒光體可位于任何兩個或全部三個位置，或位于任何其它合適的位置，例如與殼體整合到LED中或與LED分離。
在任意一種上述結構中，燈10也可包括多個散射粒子(未示出)，其嵌入密封材料中。散射粒子可包括，例如氧化鋁粉的Al2O3粒子或TiO2粒子。散射粒子有效地散射從LED芯片發射的相干光，優選地具有可忽略量的吸收。
如圖4中的第四優選結構所示，LED芯片412可安裝在反射杯430中。杯430可由反射材料制成或涂覆有反射材料(例如氧化鋁、二氧化鈦、或其它本領域已知的電介質粉末)。優選的反射材料是Al2O3。圖4的實施例的結構的其余部分與前面任何一幅附圖的結構都相同，包括兩個引線416、將LED芯片412與第二引線電連接的導線432、以及密封材料420。
在一個實施例中，本發明提供一種熒光體混合物，其可用于上述LED燈中的熒光材料22中，其中該熒光材料是紅色發射熒光體、橙色發射熒光體、綠色發射熒光體、以及藍色發射熒光體的混合物。
在熒光材料22中使用的單種熒光體的具體量將取決于期望的色溫。在熒光體混合物中的每種熒光體的相對數量可根據光譜權重(spectral weight)來說明。光譜權重是每種熒光體對器件總發射光譜的貢獻的相對量。所有單種熒光體的光譜權重和從LED源中滲漏的任何剩余量將總計為100％。在優選實施例中，混合物中的每種上述熒光體具有范圍為約1％至75％的光譜權重。
合適的紅色發射熒光體包括那些發射帶在約615nm到680nm之間(更優選地在約625nm到660nm之間)具有最大值的熒光體。特別地，合適的紅色發射熒光體優選地包括3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+(“MFG”)和/或(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+，Mn2+(SASI紅)。圖5中示出(Sr，Ba，Mg)4Si2O8:Eu2+，Mn2+的激發和發射光譜。
合適的橙色發射熒光體包括那些發射帶在約575nm到615nm之間(更優選地在約580nm到610nm之間)具有最大值的熒光體。特別地，合適的橙色發射熒光體配方優選地包括(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+，Mn2+(“HALO”)和/或(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)2P2O7:Eu2+，Mn2+(“SPP”)。
合適的綠色發射熒光體包括那些發射帶在約500nm到575nm之間(更優選地在約490nm到560nm之間，更優選地在約515nm到545nm之間)具有最大值的熒光體。特別地，合適的綠色發射熒光體可選自由(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu2+、(Ca，Sr，Ba，Zn)2SiO4:Eu2+、和/或其混合物構成的組。圖6中示出SrAl2O4:Eu2+的激發和發射光譜。
合適的藍色發射熒光體包括那些發射帶在約400nm到500nm之間(更優選地在約440nm到460nm之間)具有最大值的熒光體。特別地，合適的藍色發射熒光體可優選地選自由(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+(“SECA”)、和(Ca，Sr，Ba)MgxAlyO(1+x+1.5y):Eu2+(“BAM”)(其中x是在約1到5之間的整數，y是在約5到25之間的整數)、及其混合物構成的組。
如有必要，在熒光體混合物中可采用其它熒光體，在寬范圍的組合中填補混合物的發射光譜中的任何剩余間隙。用于填補間隙的合適的熒光體可包括，例如，Sr4Al14O25，:Eu2+、(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+、(Ba，Ca，Sr)2MgAl16O27:Eu2+，Mn2+、及其混合物。
本領域技術人員可以理解，可采用其它具有非常近似的發射光譜的熒光體來代替任何前述合適實例的紅色、橙色、綠色、藍色、或“間隙填補”熒光體，即使這種替換的化學分子式可能與前述實例中列出的化學分子式顯著地不同。
此外，必要時，可允許部分LED光滲漏(bleed through)，對器件的光譜作出貢獻，用于實現全光譜顯現。如同常規地對工業的基于藍色芯片的白色LED所做的那樣，通過改變熒光層的光密度，可調節LED滲漏量。可選地，如后面所進一步描述的，可通過使用合適的濾光器或顏料來調節。
優選地，采用上述熒光體混合物將制造出所得全發射光譜在2500至8000K CCT范圍內處于400到700nm之間的發光裝置。“全光譜”在此是指在指定波長范圍內沒有任何間隙(即，該處光譜強度基本為0)的光譜。
在另一優選實施例中，熒光材料包括四種熒光體，這四種熒光體選自由(Mg，Sr，Ba，Zn)2P2O7:Eu2+，Mn2+、(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，OH):Eu2+，Mn2+、3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+、Sr4Al14O24:Eu2+、(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3(Cl，OH):Eu2+、(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu2+、(Ca，Sr，Ba，Zn)2SiO4:Eu2+、(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+，Mn2+、以及(Ca，Sr，Ba)MgxAlyO(1+x+1.5y):Eu2+(其中x是一個在約1到5之間的整數，y是一個在約5到25之間的整數)構成的組。在每種熒光體中摻雜的活化劑的量通常將在0.001摩爾％至50摩爾％的范圍內變動，優選地在約0.01％至30％的范圍內變動。
上述熒光體可使用已知固態反應過程來產生，用于通過將例如基本氧化物、碳酸鹽、和/或氫氧化物組合為原材料來產生熒光體。其它原材料可包括硝酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽、或草酸鹽。在一個典型處理中，通過干混處理或濕混處理來組合原材料，并在空氣或還原性空氣中在例如900至1600℃下焙燒。
在混合步驟之前或期間，可將助熔劑加入混合物中。該助熔劑可以是NH4Cl或任何其它常規助熔劑，例如選自由鋱、鋁、鎵、和銦構成的組中的至少一種金屬的氟化物。助熔劑的量在重量上比混合物的總重量小約20％，優選地小約10％，這適用于助熔目的。
原材料可通過任何機械方法混合在一起，包括但不限于在高速攪拌機或螺條式攪拌機中攪拌或混合。原材料可在球磨機、錘磨機、或噴射磨機中組合并研磨在一起。尤其在原材料的混合物將被制成用于隨后的沉淀的溶液時， 可通過濕磨實現混合。如果混合物是濕的，其可以首先將其干燥，然后在還原空氣下焙燒，溫度從約900℃至約1700℃，優選地從約900℃至約1500℃，持續足夠時間以將所有混合物轉換成最終材料。
焙燒可以不連續工藝或連續工藝進行，優選地通過攪拌或混合作用來促進良好的氣體固體接觸。焙燒時間取決于將要焙燒的混合物的量、通過焙燒設備傳導的氣體的速率、以及在焙燒設備中的氣體-固體接觸量。典型地，長達10小時的焙燒時間就足夠了。還原空氣典型地包括諸如氫氣、一氧化碳、或其組合的還原氣體，可選地用諸如氮氣、氬氣、或其組合的惰性氣體來稀釋。可選地，可將容納有混合物的坩鍋填裝在裝有高純度碳粒子的第二密封坩鍋中，并在空氣中焙燒，以使得碳粒子與空氣中存在的氧氣起反應，從而生成用于提供還原空氣的一氧化碳。
在一個實施例中，可將這些化合物混合并溶解在硝酸溶液中。酸溶液的強度選擇為快速溶解含氧化合物，該選擇是在本領域技術人員的技能范圍內。然后將氫氧化銨遞增地添加到酸溶液中。有機堿，例如甲醇胺、乙醇胺、丙醇胺、二甲醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺、三甲醇胺、三乙醇胺、或三丙醇胺，可用于代替氫氧化銨。
可將沉淀物焙燒、用去離子水洗滌、然后干燥。可將干燥的沉淀物球磨或以其它方式徹底地混合，然后在空氣中、在約400℃至約1600℃下煅燒足夠的時間，以確保原材料基本上完全地脫水。煅燒可在恒溫下進行。可選地，在煅燒期間，煅燒溫度可從室溫勻升至最終溫度，并保持在最終溫度。將煅燒過的材料類似地在1000-1600℃、在還原空氣下焙燒足夠的時間，以將所有煅燒過的材料轉換成期望的熒光體化合物，該還原空氣為例如H2、CO、或這些氣體中的一種與惰性氣體的混合物、或是通過在椰殼木炭與原材料的分解產物之間的反應而生成的空氣。
可以將顏料或濾波材料添加到熒光材料中。熒光層22也可包括按重量計算(基于熒光體的總重量)從0至約5％的能夠吸收波長在250nm到450nm之間的UV輻射的顏料或其它UV吸收材料。
合適的顏料或濾波材料包括本領域中已知的任何一種，其能夠吸收在250nm到450nm之間生成的輻射。這種顏料包括，例如，鈦酸鎳或鋯酸鐠。顏料的用量為能有效過濾250nm至450nm范圍內生成的輻射的10％至100％。
通過對每種熒光體分配適當的光譜權重，尤其對于白色燈，人們可產生覆蓋色隙的相應部分的光譜混合。下面示出關于該情況的具體實例。對于各種期望的CCT、CRI、和色點，人們可確定在混合物中要包括每種熒光體的適當量。因此，人們可定制熒光體混合物以產生幾乎任何具有相應的高CRI的CCT或色點。所示出的實例是關于每種熒光體的典型光譜。當然，每種熒光體的顏色將取決于其精確的成分(例如，在BAM熒光體中Ba、Ca、Sr、以及Eu的相對量)，其可將熒光體的顏色改變到其可能必須被重命名的程度，例如是綠色而不是藍色。此外，例如SASI紅和HALO的一些熒光體可能由助活化劑(Co-activator)(這里為Eu2+)而發射第二藍色峰值，其將對混合物中藍色熒光體(SECA或BAM)的發射作出貢獻。然而，確定光譜權重中的變化，以必須通過這種變化產生相同或類似特征的發光裝置，這是很普通的，并且能夠通過本領域技術人員使用各種方法來實現，例如實驗設計(DOE)或其它策略。
通過使用本發明，特別是在實施例二中描述的混合物，可提供在普通照明用途的整個色溫范圍(2500K至8000K)內一般CRI(Ra)值大于95的燈。在一些混合物中，對于一般CRI值(“Ra”)和平均CRI值(R1-14)，CRI值均接近理論最大值100。此外，這些混合物的R9值可超過90，也接近理論最大值。
實例下面給出使用根據上述實施例的熒光體混合物的各種光源。分別用圖7和圖8的表格中示出的結果進行兩個不同的試驗。在圖7的試驗中使用的熒光體是3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+(“MFG”)用作紅色、Ca5(PO4)3Cl:Eu2+，Mn2+(“HALO”)用于橙色、SrAl2O4:Eu2+用于綠色、以及(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+(“SECA”)用于藍色。在圖8的試驗中使用的熒光體是3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+(“MFG”)，Ca5(PO4)3Cl:Eu2+，Mn2+(“HALO”)、SrAl2O4:Eu2+、Sr2P2O7:Eu2+、Mn2+(“SPP”)、Sr4Al14O24:Eu2+(“SAE”)、(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+(“SECA”)、以及(Sr，Ba，Mg)4Si2O8:Eu2+，Mn2+(“SASI紅”)。
表中一起示出了基于光譜權重的每種熒光體的特定量(百分數形式)以及UV滲漏的光譜貢獻。計算出這些熒光體在CIE色度圖上的預測顏色坐標(x和y)以及亮度(Im/W)、CRI值(R1-R14，Ra)、以及這些混合物的坐標化色溫(CCT)。結果在表中示出。
在圖9中示出圖8的4000K混合物(混合物3)的計算出的發射光譜。此外，可在圖10看出圖8的光源的發射在整個色點范圍內與CIE色度圖上的黑體軌跡基本上相匹配。
可在圖11a-11h中看到圖7中的每種混合物的計算出的發射光譜。此外，可在圖12中看到這些熒光體的發射在整個色點范圍內與CIE色度圖上的黑體軌跡基本上相匹配。優選地，熒光體的色點處于x和y軸上的黑體軌跡的約±0.01內，更優選地在約±0.002內。因此，使用上述熒光體混合物使得可以產生具有極高CRI值的光源，該CRI值接近參考發光體在整個有用的CCT范圍內所實現的值，從而允許幾乎在任何應用中都可用LED替代這些發光體。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于發射白光的發光裝置，包括半導體光源，發射約250nm至約450nm的輻射；以及熒光材料，輻射地耦合至所述光源，所述熒光材料包括峰值發射在約615nm到680nm之間的紅色發射熒光體、峰值發射在約575nm到615nm之間的橙色發射熒光體、峰值發射在約500nm到575nm之間的綠色發射熒光體、峰值發射在約400nm到500nm之間的藍色發射熒光體、以及另外的一種或多種間隙填補熒光體，其中，所述發光裝置具有400nm到700nm之間的全光譜。
2.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述光源包括LED和有機發射結構中的一種。
3.根據權利要求1所述的發光裝置，還包括包圍所述光源的密封劑。
4.根據權利要求3所述的發光裝置，其中，所述熒光材料分散在所述密封劑中。
5.根據權利要求1所述的發光裝置，還包括反射杯。
6.根據權利要求1所述的發光裝置，還包括能夠吸收在250nm到450nm之間生成的輻射的顏料、濾波材料、或其它吸收劑。
7.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述紅色熒光體包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+，Mn2+、和3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+中的至少一種。
8.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述綠色熒光體包括(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu2+、和(Ca，Sr，Ba，Zn)2SiO4:Eu2+中的至少一種。
9.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述藍色熒光體包括(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH)Eu2+、和(Ca，Sr，Ba)MgxAlyO(1+x+1.5y):Eu2+中的至少一種，其中，x是一個在約1到5之間的整數，y是一個在約5到25之間的整數。
10.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述橙色熒光體包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)2P2O7:Eu2+，Mn2+、和(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+，Mn2+中的至少一種。
11.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述間隙填補熒光體選自Sr4Al14O25，:Eu2+、(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+、(Ba，Ca，Sr)2MgAl16O27:Eu2+，Mn2+、及其混合物中的一種或多種。
12.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述藍色熒光體占約1％至45％的光譜權重，所述綠色熒光體占約15％至60％的光譜權重，所述紅色熒光體占約5％至55％的光譜權重，以及所述橙色熒光體占約20％至75％的光譜權重。
13.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于90的一般CRI(Ra)。
14.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于90的平均CRI(R1-R14)。
15.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于80的CRI(R9)。
16.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述熒光材料的色點位于或基本位于CIE色度圖的黑體軌跡上。
17.根據權利要求1所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有約2500K至8000K的CCT。
18.一種用于發射白光的發光裝置，包括光源，發射約250nm至約450nm的輻射；以及熒光材料，輻射地耦合至所述光源，所述熒光材料包括峰值發射在約500nm到575nm之間的綠色發射熒光體、峰值發射在約615nm到680nm之間的紅色發射熒光體、峰值發射在約575nm到615nm之間的橙色發射熒光體、以及峰值發射在約400nm到500nm之間的藍色發射熒光體，其中，所述發光裝置具有大于95的一般CRI(Ra)。
19.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述光源包括LED和有機發射結構中的一種。
20.根據權利要求18所述的發光裝置，還包括包圍所述光源的密封劑。
21.根據權利要求20所述的發光裝置，其中，所述熒光材料分散在所述密封劑中。
22.根據權利要求18所述的發光裝置，還包括反射杯。
23.根據權利要求18所述的發光裝置，還包括能夠吸收在250nm到450nm之間生成的輻射的顏料、濾波材料、或其它吸收劑。
24.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述紅色熒光體包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+，Mn2+、和3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+中的至少一種。
25.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述綠色熒光體包括(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu2+、和(Ca，Sr，Ba，Zn)2SiO4:Eu2+中的至少一種。
26.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述藍色熒光體包括(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+、和(Ca，Sr，Ba)MgxAlyO(1+x+1.5y):Eu2+中的至少一種，其中，x是一個在約1到5之間的整數，y是一個在約5到25之間的整數。
27.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述橙色熒光體包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)2P2O7:Eu2+，Mn2+、和(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH)Eu2+，Mn2+中的至少一種。
28.根據權利要求18所述的發光裝置，還包括選自由Sr4Al14O25，:Eu2+、(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+、(Ba，Ca，Sr)2MgAl16O27:Eu2+，Mn2+、及其混合物構成的組中的一種或多種另外的熒光體。
29.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于95的平均CRI(R1-R14)。
30.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于90的CRI(R9)。
31.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述熒光材料的色點位于或基本位于CIE色度圖的黑體軌跡上。
32.根據權利要求18所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有約2500K至8000K的CCT。
33.一種用于發射白光的發光裝置，包括光源，發射約250nm至約450nm的輻射；以及熒光材料，輻射地耦合至所述光源，所述熒光材料包括峰值發射在約575nm到615nm之間的橙色發射熒光體、峰值發射在約400nm到500nm之間的藍色發射熒光體、峰值發射在約615nm到680nm之間的紅色發射熒光體、以及包括(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu2+、和(Ca，Sr，Ba，Zn)2SiO4:Eu2+中的至少一種的綠色發射熒光體。
34.根據權利要求33所述的發光裝置，其中，所述藍色熒光體包括(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+、和(Ca，Sr，Ba)MgxAlyO(1+x+1.5y):Eu2+中的至少一種，其中，x是一個在約1到5之間的整數，y是一個在約5到25之間的整數。
35.根據權利要求33所述的發光裝置，其中，所述橙色熒光體包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)2P2O7:Eu2+，Mn2+、和(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+，Mn2+中的至少一種。
36.根據權利要求33所述的發光裝置，還包括選自由Sr4Al14O25，:Eu2+、(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+、(Ba，Ca，Sr)2MgAl16O27:Eu2+，Mn2+、及其混合物構成的組中的一種或多種另外的熒光體。
37.根據權利要求33所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于90的平均CRI(R1-R14)。
38.根據權利要求33所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于90的一般CRI(Ra)。
39.根據權利要求33所述的發光裝置，其中，所述發光裝置具有大于80的CRI(R9)。
40.根據權利要求33所述的發光裝置，還包括能夠吸收在250nm到450nm之間生成的輻射的顏料、濾波材料、或其它吸收劑。
41.一種熒光體混合物，包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)4Si2O8:Eu2+以及至少三種另外的熒光體峰值發射在約575nm到615nm之間的橙色發射熒光體；峰值發射在約500nm到575nm之間的綠色發射熒光體；以及峰值發射在約400nm到500nm之間的藍色發射熒光體。
42.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述熒光材料能夠吸收由光源發射的以250-450nm發射的輻射，并且當與來自所述光源的所述輻射組合時，發射產生白光的輻射。
43.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述橙色熒光體包括(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)2P2O7:Eu2+，Mn2+、和(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+，Mn2+中的至少一種。
44.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述藍色熒光體包括(Ca，Sr，Ba)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+、和(Ca，Sr，Ba)MgxAlyO(1+x+1.5y):Eu2+中的至少一種，其中，x是一個在約1到5之間的整數，y是一個在約5到25之間的整數。
45.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述發光裝置具有大于90的一般CRI(Ra)。
46.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述發光裝置具有大于90的平均CRI(R1-R14)。
47.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述發光裝置具有大于80的CRI(R9)。
48.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述熒光材料的色點位于或基本位于CIE色度圖的黑體軌跡上。
49.根據權利要求41所述的熒光體混合物，其中，所述發光裝置具有約2500K至8000K的CCT。
全文摘要
一種發光裝置，其包括熒光體混合物，該混合物包括在特定光譜范圍內發射的四種或多于四種熒光體，以最優化給定的顏色坐標溫度(CCT)的顯色指數(CRI)。混合物將包括選自以下熒光體中的至少四種熒光體發射峰值在400－500nm的藍色熒光體；發射峰值在500－575nm的綠色熒光體；發射峰值在575－615nm的橙色熒光體；以及發射峰值在615－680nm的深紅色熒光體。優選的混合物用于使光源在約2500至8000K的CCT下具有大于95的一般CRI值(R
文檔編號H01L29/20GK1836334SQ200480021298
公開日2006年9月20日 申請日期2004年6月23日 優先權日2003年6月24日
發明者埃米爾·拉德科夫, 阿南特·A·塞特勒爾 申請人:吉爾科有限公司