具有磷光體組合物的led照明裝置制造方法
【專利摘要】本發明描述了用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物。該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長。該磷光體組合物包含第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體。所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量比。調整該第一和第二重量比從而使發射主波長隨著激發主波長的增加而增加。
【專利說明】具有磷光體組合物的LED照明裝置
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求美國專利申請號為13/176，952、提交日為2011年7月6日和標題為"LEDLIGHTING DEVICE HAVING A PHOSPHOR COMPOSITION〃的優先權，該在先申請的全部內容通過參考引入本文。
【技術領域】
[0002]本發明涉及發光二極管("LED")裝置和燈。具體地，本發明涉及包含磷光體組合物的LED裝置和燈，其中該磷光體組合物用于將光源發射的光轉換成不同波長的光。
【背景技術】
[0003]目前的發光二極管("LED")管芯可以發射紫外(〃UV〃)、可見或紅外("IR")波長范圍的光。特別地，發射紫外線和藍光的LED管芯通常用于照明目的。本文中涉及的這些LED可以通過它們發射的光的顏色區分。例如，發射藍光的LED可以被稱為藍色LED，而發射紫外線的LED可以被稱為UV LED。(類似地，本文中所描述的磷光體可以通過它們在激發時發射的光的顏色區分。例如，`發射黃光的磷光體可以被稱為黃色磷光體，發射綠光的磷光體可以被稱為綠色磷光體等)。這些LED通常具有窄的發射光譜，這意味著它們不能直接用于產生廣譜光，例如具有高顯色指數(“CRI”)的白光。可以引入磷光體來將原本由LED管芯發射的部分光轉換成不同波長的光。經轉換的光與最初發射的光的組合呈現更理想的輸出光。例如，發射白光的LED照明裝置可以包含一個藍色LED管芯和一種黃色磷光體。該黃色磷光體部分吸收藍色激發光并將其轉換為寬的黃光發射。經傳輸的藍光和黃光的組合呈現白光。所產生的白光的品質是由藍光與黃光的強度比和它們的光譜分布決定的。所產生的白光的特性可以由顯色指數(“0?1”)、相關色溫(“0:1'”)以及CIE 1931顏色空間色度圖上的色度坐標(Cx、Cy)定量測定。
[0004]由于LED管芯的制造過程，在LED管芯中必然存在某些性能變化，例如關于光譜功率分布和發射主波長。舉例來說，藍色LED管芯的發射主波長可以具有寬的分布，并通常在440到470 nm。此外，提供給驅動LED管芯的功率和LED工作溫度可能會在操作期間波動并導致不穩定的發射光譜。與此相反，磷光體在預定的波長具有吸收峰。例如，典型的YAG:Ce磷光體具有460 nm附近的吸收峰,并當激發波長偏離460 nm處時其吸收和轉換率降低。當單一類型的磷光體被施加到具有不同的發射主波長的LED管芯時，LED裝置的輸出顏色由于磷光體的吸收和轉換率在不同激發波長的差異而變化。
[0005]發明概述
本發明的目的是消除現有技術中的所述缺點。
[0006]本發明的另一目的是提供磷光體組合物和包含磷光體組合物的LED照明裝置。所述磷光體組合物能夠響應LED管芯激發中的變化而自調節色度，從而提供穩定和均勻的輸出顏色。
[0007]根據一個實施方式，提供了用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物。該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長。該磷光體組合物包含第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體。所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量比。調整該第一和第二重量比從而使發射波長隨著激發主波長的增加而增加。
[0008] 根據一個相關的實施方式，進一步調整第一和第二重量比從而使所述磷光體組合物將具有第一發射主波長的第一光轉換成具有第二發射主波長的第二光，并且使所述磷光體組合物將具有第三發射主波長的第三光轉換成具有第四發射主波長的第四光，其中第三發射主波長比第一發射主波長更長，第四發射主波長比第二發射主波長更長。
[0009]根據另一個相關的實施方式，在CIE 1931顏色空間色度圖上，所述第一、第二、第三和第四光分別具有對應于第一、第二、第三和第四X、y色度點的色度，第一和第二色度點在色度圖上形成第一線，第三和第四色度點在色度圖上形成第二線，并且進一步調整所述第一和第二重量比從而使該第一和第二線在色度圖上具有交叉點，并且該交叉點基本上非常接近CIE 1931顏色空間色度圖的黑體軌跡。
[0010]根據另一個實施方式，提供了 LED照明裝置。該LED照明裝置包括至少一個發光的LED管芯和用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物。該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長。該磷光體組合物包含第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體。所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量比。調整該第一和第二重量比從而使發射主波長隨著激發主波長的增加而增加。
[0011]根據一個相關的實施方式，所述LED照明裝置具有輸出色溫。進一步調整所述第一和第二重量比從而使該輸出色溫隨著激發主波長的增加而基本上不變。
[0012]根據另一個實施方式，提供了 LED照明裝置。該LED照明裝置包括至少一個發光的LED管芯和用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物。該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長。該磷光體組合物包含第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體。所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量比。調整第一和第二重量比從而使所述磷光體組合物將具有第一發射主波長的第一光轉換成具有第二發射主波長的第二光，并且使所述磷光體組合物將具有第三發射主波長的第三光轉換成具有第四發射主波長的第四光，其中第三發射主波長比第一發射主波長更長，第四發射主波長比第二發射主波長更長。
[0013]磷光體組合物能夠響應LED管芯激發波長的變化而自調節色度。隨著LED管芯的發射主波長的變化，磷光體組合物自動地相應調節其色度。不論LED波長如何變化，所產生的光輸出具有基本上恒定的色度，并且保持著目標色溫。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1顯示了，當LED在446 nm和462 nm激發時,包含根據本發明的一個實施方式的磷光體組合物的LED裝置的發射光譜；也繪制了其各磷光體組分的發射光譜。
[0015]圖2是CIE 1931顏色空間色度圖，其顯示了根據本發明的一個實施方式的LED管芯和磷光體的發射。
[0016]圖3顯示了根據本發明的一個實施方式的LED照明裝置的示意圖。
[0017]具體描述為了更好地理解本發明，以及本發明其它的和進一步的目的、優點和性能，參考下述公開和所附的權利要求以及上述附圖。
[0018]在第一實施方式中，LED照明裝置可以包括一個或多個LED管芯。LED管芯可以是一個或多個藍色或UV LED管芯，優選藍色LED管芯。藍色LED管芯(優選InGaN LED管芯)發射波長約430-485 nm的光。藍色LED管芯的發射主波長可以具有寬的分布，并且范圍在440到470 nm、優選446到462 nm。磷光體組合物設置用于將一些從LED管芯發射的起始光轉換成經轉換的光。經傳輸的藍光和經轉換的光的組合呈現白光，該白光具有約5000 K的目標色溫。所述磷光體組合物包含三種磷光體組分的混合物。第一磷光體可以是綠色磷光體、優選正硅酸鹽磷光體。正硅酸鹽磷光體的化學組成可以是(Sr、Ba、Ca、Eu)2Si04。第二磷光體可以是黃色磷光體、優選YAG:Ce磷光體。YAG:Ce磷光體的化學組成可以是Y3Al5O12:Ce。第三磷光體可以是紅色磷光體、優選氮化物磷光體。氮化物磷光體的化學組成可以是M2Si5N8:Eu (M=Sr>Ca>Ba)。在第一實施方式中,第一、第二和第三磷光體的重量比可以是約23:14:2 ;即，第一與第二磷光體的重量比為約23:14，第二與第三磷光體的重量比為約14:2。第一、第二和第三磷光體的發射主波長分別是549 nm、574 nm和603nm。 [0019]圖1顯示了根據本實施方式的LED照明裝置的發射光譜；也繪制了其三種磷光體組分的發射光譜，分別標為“綠色”、“黃色”和“紅色”。磷光體組合物的發射光譜標為“組合物”。在圖1的左側是兩個高而窄的峰，這兩個峰表示兩種藍色LED管芯經傳輸的發射峰；一個在446 nm發射,另一在462 nm發射。LED管芯的經傳輸的發射光譜標為“LED”。實線表示經446 nm LED發射激發的光譜；虛線表示經462 nm LED發射激發的光譜。
[0020]圖1顯示了，隨著LED激發波長從446 nm增加到462 nm,綠色和紅色磷光體發射的光的強度相應地降低，而黃色磷光體發射的光的強度相應地提高。磷光體組合物的發射光譜是三種磷光體組分的發射光譜的組合。隨著LED激發主波長從446 nm增加到462 nm,所產生的磷光體組合物發射主波長從570.5 nm增加到573.8 nm。
[0021]當將數據繪制在CIE 1931顏色空間色度圖上時(如圖2所示)，可以更好地理解本實施方式的優點。CIE 1931顏色空間是最廣泛使用的顏色空間之一，其由國際照明委員會(CIE)在1931年創建。對于兩個在446 nm和462 nm發射的LED管芯所發射的的藍光，其x、y色度201和202在色度圖上分別繪制在約(0.163,0.019)和約(0.146,0.042)。對于綠色、黃色和紅色磷光體，磷光體組分207、208和209的色度分別顯示在坐標(0.301,0.631)、(0.464,0.522)和(0.640,0.359)。CIE色度圖上的第一線將色度點201 (其對應于從藍色LED管芯發射的446 nm光)連接到點203 (位于圖的黃色區域)。在所述圖的黃色區域中的點203對應于，當用藍色LED管芯的446 nm光激發時，所述磷光體組合物的光發射。類似地，繪制的第二線將點202 (其對應于從藍色LED管芯發射的462 nm光)連接到點204 (其對應于462 nm激發時磷光體組合物的光發射)。這兩條線都基本上通過沿著CIE色度圖上的黑體軌跡的交叉點，這對應于所希望的目標色度為約5000K的白色輸出光。當分別在446nm和462 nm激發時，所產生的照明裝置的組合輸出光的色度205和206顯示在(0.341、0.350)和(0.347,0.345)，并且基本上接近色度圖上的黑體軌跡。
[0022]使用根據本實施方式的磷光體組合物的照明裝置的輸出光的表征顯示在表1中。隨著藍色LED管芯的激發主波長從446 nm增加到462 nm,磷光體組合物的發射主波長相應地增加，從而使所達到的相關色溫(CCT)基本上為5000K，并且最小和最大CCT值之間僅有298K的微小變化。隨著LED波長從446 nm變化到462 nm,色度坐標Cx和Cy僅分別在
0.0077和0.0137的范圍內微弱變化。
[0023]表1
【權利要求】
1.用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物，該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長，該磷光體組合物包含: 第一磷光體； 第二磷光體；和 第三磷光體，所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量比，調整該第一和第二重量比從而使所述發射主波長隨著激發主波長的增加而增加。
2.權利要求1的磷光體組合物，其中進一步調整第一和第二重量比從而使所述磷光體組合物將具有第一發射主波長的第一光轉換成具有第二發射主波長的第二光，并且使所述磷光體組合物將具有第三發射主波長的第三光轉換成具有第四發射主波長的第四光，其中第三發射主波長比第一發射主波長更長，第四發射主波長比第二發射主波長更長。
3.權利要求2的磷光體組合物，其中第一發射主波長是446nm，而第三發射主波長是462 nm。
4.權利要求2的磷光體組合物，其中在CIE1931顏色空間色度圖上，所述第一、第二、第三和第四光分別具有對應于第一、第二、第三和第四X、y色度點的色度，第一和第二色度點在色度圖上形成第一線，第三和第四色度點在色度圖上形成第二線，并且進一步調整所述第一和第二重量比從而使該第一和第二線在色度圖上具有交叉點，并且該交叉點基本上非常接近CIE 1931顏色空間色度圖的黑體軌跡。
5.權利要求4的磷光體組合物，其中在CIE1931顏色空間色度圖上，第一色度點的X、y色坐標為約(0.163、0.019)，而第三色度點的x、y色坐標為約(0.146,0.042) 0
6.權利要求1的磷光體 組合物，其中第一磷光體是娃酸鹽磷光體，第二磷光體是YAG: Ce磷光體和第三磷光體是氮化物磷光體。
7.權利要求6的磷光體組合物,其中所述娃酸鹽磷光體是(Sr、Ba、Ca、Eu)2Si04磷光體，所述YAG: Ce磷光體是Y3Al5O12: Ce磷光體,而所述氮化物磷光體是M2Si5N8: Eu (M=Sr、Ca、Ba)憐光體。
8.權利要求7的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約26:14到約23:14，而第二重量比為約14:2到約14:6。
9.權利要求8的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約23:14，而所述第二重量比為約 14:2。
10.權利要求8的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約23:14，而所述第二重量比為約14:3。
11.權利要求8的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約26:14，而所述第二重量比為約14:6。
12.權利要求7的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約21:15到約21:21，而所述第二重量比為約21:1到約15:6。
13.權利要求12的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約21:15，而所述第二重量比為約15:1。
14.權利要求12的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約21:19，而所述第二重量比為約19:2。
15.權利要求12的磷光體組合物，其中所述第一重量比為約21:21，而所述第二重量比為約21:6。
16.LED照明裝置，包含: 至少一個發光的LED管芯；和 用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物，該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長，該磷光體組合物包含第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體，所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量t匕，調整該第一和第二重量比從而使發射主波長隨著激發主波長的增加而增加。
17.權利要求16的LED照明裝置，其中該LED照明裝置具有輸出色溫，并且其中進一步調整所述第一和第二重量比從而使該輸出色溫隨著激發主波長的增加而基本上不變。
18.LED照明裝置，包含: 至少一個發光的LED管芯；和 用于轉換從LED管芯發射的光的磷光體組合物，該磷光體組合物具有響應激發主波長的發射主波長，該磷光體組合物包含第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體，所述磷光體組合物具有第一磷光體與第二磷光體的第一重量比、和第二磷光體與第三磷光體的第二重量t匕，調整第一和第二重量比從而使所述磷光體組合物將具有第一發射主波長的第一光轉換成具有第二發射主波長的第二光，并且使所述磷光體組合物將具有第三發射主波長的第三光轉換成具有第四發射主波長的第四光，其中第三發射主波長比第一發射主波長更長，第四發射主波長比第二發射主 波長更長。
19.權利要求18的LED照明裝置，其中所述第一發射主波長是446nm，而所述第三發射主波長是462 nm。
20.權利要求18的LED照明裝置，其中在CIE1931顏色空間色度圖上，所述第一、第二、第三和第四光分別具有對應于第一、第二、第三和第四X、y色度點的色度，第一和第二色度點在色度圖上形成第一線，第三和第四色度點在色度圖上形成第二線，并且進一步調整所述第一和第二重量比從而使該第一和第二線在色度圖上具有交叉點，并且該交叉點基本上非常接近CIE 1931顏色空間色度圖的黑體軌跡。
21.權利要求20的LED照明裝置，其中第一色度點的x、y色坐標為(0.163、0.019)，而第三色度點的X、y色坐標為(0.146、0.042)。
22.權利要求19的LED照明裝置，其中第一磷光體是硅酸鹽磷光體，第二磷光體是YAG: Ce磷光體和第三磷光體是氮化物磷光體。
23.權利要求22的LED照明裝置，其中所述硅酸鹽磷光體是(Sr、Ba、Ca、Eu)2Si04磷光體，所述YAG: Ce磷光體是Y3Al5O12 = Ce磷光體,而所述氮化物磷光體是M2Si5N8 = Eu (M=Sr、Ca、Ba)磷光體。
24.權利要求23的LED照明裝置，其中所述第一重量比為約26:14到約23:14，而所述第二重量比為約14:2到約14:6。
25.權利要求23的LED照明裝置，其中所述第一重量比為約21:15到約21:21，而所述第二重量比為約21:1到約15:6。
【文檔編號】H01L33/50GK103649270SQ201280033198
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月6日 優先權日:2011年7月6日
【發明者】Y.鄭, M-A.約翰遜 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司