用于白光发光二极管（ＬＥＤ）的新颖磷光体系统技术方案

本发明专利技术揭示用于白光ＬＥＤ的新颖磷光体系统。所述磷光体系统由非可见光到近ＵＶ辐射源来激发，所述辐射源具有在约２５０ｎｍ到４２０ｎｍ范围内的激发波长。所述磷光体系统可包含一个磷光体、两个磷光体，且可视情况包括第三且甚至第四磷光体。在本发明专利技术的一个实施例中，所述磷光体为具有蓝光磷光体和黄光磷光体的双磷光体系统，其中所述蓝光磷光体的长波长端与所述黄光磷光体的短波长端大体上是同一波长。或者，在所述黄光磷光体与所述蓝光磷光体之间可存在波长间隙。所述黄光磷光体可为基于磷酸盐的或基于硅酸盐的，且所述蓝光磷光体可为基于硅酸盐的或基于铝酸盐的。本发明专利技术还揭示由非可见光辐射激发的单磷光体系统。在本发明专利技术的其它实施例中，使用单个磷光体来产生白光照明，所述单个磷光体具有宽发射光谱，其具有在约５２０ｎｍ到５６０ｎｍ范围内的峰值强度。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例大体上针对用于例如白光发光二极管(LED)的白光照明系统的新颖磷光体。具体地说，本专利技术的白光LED包含辐射源，其发射在非可见光到近紫外线(UV)到紫光波长范围中的光；第一发光材料，其包含蓝光磷光体；和第二发光材料，其包含黄光磷光体。
技术介绍
技术发展现状已经提出完全或部分基于发光二极管的白光照明源将可能代替常规的白炽灯泡。此类装置通常被称为“白光LED”，尽管这可能有点用词不当，因为LED通常是向另一组件(磷光体)提供能量的系统组件，所述磷光体发射具有大约一种颜色的光；来自这些磷光体中若干者的光(可能加上来自初始泵浦LED的光)经混合以形成白光。尽管如此，此项技术中仍已知白光LED，且它们是相对较新近的创新。直到开发了发射在电磁波谱的蓝光/紫外线区域中的光的LED，才能够制作基于LED的白光照明源。经济上，尤其随着生产成本降低和技术进一步发展，白光LED具有代替白炽光源(灯泡)的潜力。具体地说，认为白光LED的潜力在寿命、稳定性和效率方面优于白炽灯泡的潜力。举例来说，预望基于LED的白光照明源满足100,000个小时的使用寿命和百分之80到90的效率的工业标准。高亮度LED已经代替白炽灯泡对例如交通灯信号的社会各领域产生实质影响，且因此不会令人感到惊讶的是，它们将很快在家庭和商业以及其它日常应用上提供一般化照明必需品。CIE图上的色度坐标和CRI通过混合来自电磁波谱的可见光部分的各种或若干单色颜色来构造白光照明，电磁波谱的可见光部分包含大约400nm到700nm。人眼对约475nm与650nm之间的区域最敏感。为了从LED系统或由短波长LED泵浦的磷光体系统产生白光，必须以恰当的强度比率来混合来自至少两个互补源的光。通常在CIE“色度图”中显示颜色混合的结果，其中单色颜色位于图的外围上，且白色位于中心。因此，目的在于掺和颜色，以使得所得光可映射到图中心处的坐标。另一技术术语是“色温”，其用于描述白光照明的光谱特性。所述术语对于“白光”LED不具有任何物理意义，但在此项技术中使用此术语来将白光的颜色坐标与由黑体源达成的颜色坐标联系起来。在www.korry.com中展示高色温LED与低色温LED。Srivastava等人已经在第6,621,211号美国专利中描述了色度(CIE色度图上的颜色坐标)。上文所述的现有技术蓝光LED-YAG:Ce磷光体白光照明系统的色度位于所谓的“黑体轨迹”或BBL附近，在6000K与8000K的温度之间。显示邻近BBL的色度坐标的白光照明系统遵守普朗克等式(Planck′s equation)(在所述专利的第1栏第60-65行中描述)，且是合乎需要的，因为此类系统产生令人类观察者感到舒适的白光。显色指数(CRI)是一照明系统与黑体辐射器的照明系统对比结果的相对测量。如果由白光照明系统照明的一组测试颜色的颜色坐标与由黑体辐射器照射的同一组测试颜色所产生的坐标相同，那么CRI等于100。制作白光LED的现有技术方法一般来说，已存在三种用于制作白光LED的一般方法。一种是组合来自两个或两个以上LED半导体结的输出，例如从蓝光LED和黄光LED发射的输出，或更一般地从红光、绿光和蓝光(RGB)LED发射的输出。第二种方法称为磷光体转换，其中蓝光发光LED半导体结与磷光体组合。在后者情形下，某些光子由磷光体降频转换而产生以黄光频率为中心的宽发射；接着，黄颜色与来自蓝光发光LED的其它蓝光光子混合以产生白光。磷光体是普遍已知的，且可在例如CRT显示器、UV灯和平板显示器的不同应用中找到。磷光体通过吸收某种形式的能量(其可呈电子或光子束或者电流的形式)且接着在称为发光的过程中将能量发射作为在较长波长区域中的光来起作用。为了实现从白光LED发射出所需量的发光(亮度)，需要高强度半导体结来充分激发磷光体，以使得所述磷光体发射所需的颜色，所述颜色将与其它发射颜色混合以形成被人眼视为白光的光束。在很多
中，磷光体是掺有过渡金属(例如Ag、Mn、Zn)或稀土金属(例如Ce、Eu或Tb)的硫化锌或氧化钇。呈晶体形式的过渡金属和/或稀土元素掺杂物起点缺陷作用，从而在电子过渡到价带或导带中的状态或从价带或导带中的状态过渡时，在材料的带隙中提供中间能态以供电子占用。此类型的发光机制与晶格中原子的温度相关波动有关，其中晶格(声子)的振荡导致移位电子从由不完整性产生的势阱中逃逸。当它们放松到初始状态能态时，它们可在所述过程中发射光。Shimizu等人的第5,998,925号美国专利揭示了使用450nm蓝光LED来激发包含钇铝石榴石(YAG)荧光材料的黄光磷光体。在此方法中，InGaN芯片充当可见蓝光发光LED，且掺有铈的钇铝石榴石(称为“YAG:Ce”)充当系统中的单个磷光体。所述磷光体通常具有以下化学计量式Y3Al5O12:Ce3+。由蓝光LED发射的蓝光激发磷光体，导致其发射黄光，但不是所有的由蓝光LED发射的蓝光都由所述磷光体吸收；一部分透射穿过磷光体，所述部分接着与由磷光体发射的黄光混合，以提供被观看者视为白光的辐射。Ellens等人的第6,504,179号美国专利揭示一种基于混合蓝-黄-绿(BYG)颜色的白光LED。黄光发光磷光体是稀土元素Y、Tb、Gd、Lu和/或La(其中Y与Tb的组合是优选的)的由Ce激活的石榴石。在一个实施例中，黄光磷光体是掺有铈的铽铝石榴石(TbAG)(Tb3Al5O12-Ce)。绿光发光磷光体包含掺有Eu的CaMg氯硅酸盐框架(CSEu)，且可能包括大量其它掺杂物(例如Mn)。替代性绿光磷光体为SrAl2O4:Eu2+和Sr4Al14O25:Eu2+。代替5998925的新材料使用450nm蓝光LED来激发绿光与黄光磷光体(Tb3Al5O12-Ce)的混合物。Bogner等人的第6,649,946号美国专利揭示了基于碱土氮化硅材料作为主晶格的黄光到红光磷光体，其中磷光体可由以450nm波长发射的蓝光LED激发。红光到黄光发光磷光体使用氮硅酸盐类型MxSiyNz:Eu的主晶格，其中M是从Ca、Sr和Ba群组中选择的碱土金属中的至少一者，且其中z＝2/3x+4/3y。材料组分的一个实例是Sr2Si5N8:Eu2+。以蓝光发光初级源连同一个或一个以上红光和绿光磷光体来揭示此类红光到黄光磷光体的使用。此类材料的目的在于改进红色显色R9(将显色调节为红移)，以及提供具有改进的总体显色Ra的光源。Mueller-Mach的第2003/0006702号美国专利申请案揭示了一种发光装置，其具有从峰值波长为470nm的蓝光LED接收初级光的(补充)荧光材料，所述补充荧光材料辐射在可见光谱的红光光谱区域中的光。所述补充荧光材料与主荧光材料结合使用以增加合成输出光的红色成分，从而改进白色输出光显色。在第一实施例中，主荧光材料是由Ce激活的且掺有Gd的钇铝石榴石(YAG)，而补充荧光材料是通过将YAG主荧光材料与Pr掺杂而产生的。在第二实施例中，补充荧光材料是由Eu激活的SrS磷光体。红光磷光体可为(例如)(SrBaCa)2Si5N8:Eu2+。主荧光材料(YAG磷光体)具有响应于来自蓝光LED的初级光而发射黄光的特性。补充荧光材料向来自蓝光LED的蓝光和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白光ＬＥＤ，其包含：辐射源，其经配置以发射具有在约２５０ｎｍ到４２０ｎｍ范围内的波长的辐射；黄光磷光体，其经配置以吸收来自所述辐射源的所述辐射的至少一部分，且发射在约５３０ｎｍ到５９０ｎｍ波长范围内具有峰值强度的光；和蓝光磷光体，其经配置以吸收来自所述辐射源的所述辐射的至少一部分，且发射在约４７０ｎｍ到５３０ｎｍ波长范围内具有峰值强度的光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-4 10/912,7411.一种白光LED，其包含辐射源，其经配置以发射具有在约250nm到420nm范围内的波长的辐射；黄光磷光体，其经配置以吸收来自所述辐射源的所述辐射的至少一部分，且发射在约530nm到590nm波长范围内具有峰值强度的光；和蓝光磷光体，其经配置以吸收来自所述辐射源的所述辐射的至少一部分，且发射在约470nm到530nm波长范围内具有峰值强度的光。2.根据权利要求1所述的白光LED，其中由所述辐射源发射的辐射的250nm到400nm部分大体上为非可见紫外线(UV)辐射，且400nm到420nm部分为近UV。3.根据权利要求1所述的白光LED，其中所述辐射源包含发光二极管(LED)。4.根据权利要求3所述的白光LED，其中所述辐射源包含选自由GaN、ZnSe和SiC组成的群组的至少一个半导体层和选自由GaN、AlGaN、InGaN和InAlGaN组成的群组的至少一个包含p-n结的活性区域。5.根据权利要求1所述的白光LED，其中所述黄光磷光体选自由基于硅酸盐的磷光体和基于磷酸盐的磷光体组成的群组。6.根据权利要求5所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式A2SiO4:Eu2+F，且其中A为选自由Sr、Ca、Ba、Mg、Zn和Cd组成的群组的二价金属中的至少一种。7.根据权利要求6所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式Sr1-x-yBaxCaySiO4:Eu+2F；且其中0≤x≤0.8；且0≤y≤0.8。8.根据权利要求6所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式Sr1-x-yBaxCaySiO4:Eu+2F；且其中0≤x≤0.5；且0≤y≤0.3。9.根据权利要求6所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式Sr1-x-yBaxCaySiO4:Eu+2F；且其中0.5≤x≤0.7；且0.2≤y≤0.5。10.根据权利要求5所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式(Sr1-x-yEuxMny)2P2+zO7；且其中0.03≤x≤0.08；0.06≤y≤0.16；且0＜z≤0.05。11.根据权利要求1所述的白光LED，其中所述蓝光磷光体选自由基于硅酸盐的磷光体和基于铝酸盐的磷光体组成的群组。12.根据权利要求11所述的白光LED，其中所述蓝光磷光体具有化学式Sr1-x-yMgxBaySiO4:Eu2+F；且其中0.5≤x≤1.0；且0≤y≤0.5。13.根据权利要求11所述的白光LED，其中所述蓝光磷光体具有化学式Sr1-xMgEuxAl10O17；且其中0.01＜x≤1.0。14.根据权利要求11所述的白光LED，其中所述蓝光磷光体具有化学式SrxAl14O25:Eu+2，且其中x＜4。15.一种白光LED，其包含辐射源，其经配置以发射具有在约250nm到420nm范围内的波长的辐射；黄光磷光体，其经配置以吸收来自所述辐射源的辐射的至少一部分，且发射在约550nm到590nm波长范围内具有峰值强度的光；和蓝光磷光体，其经配置以吸收来自所述辐射源的所述辐射的至少一部分，且发射在约480nm到510nm波长范围内具有峰值强度的光。16.根据权利要求15所述的白光LED，其中由所述辐射源发射的所述辐射的250nm到400nm部分大体上为非可见紫外线(UV)辐射，且400nm到420nm部分为近UV。17.根据权利要求15所述的白光LED，其中所述辐射源包含发光二极管(LED)。18.根据权利要求17所述的白光LED，其中所述辐射源包含选自由GaN、ZnSe和SiC组成的群组的至少一个半导体层和选自由GaN、AlGaN、InGaN和InAlGaN组成的群组的至少一个包含p-n结的活性区域。19.根据权利要求15所述的白光LED，其中所述黄光磷光体选自由基于硅酸盐的磷光体和基于磷酸盐的磷光体组成的群组。20.根据权利要求19所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式A2SiO4:Eu2+F，且其中A为选自由Sr、Ca、Ba、Mg、Zn和Cd组成的群组的二价金属中的至少一种。21.根据权利要求20所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式Sr1-x-yBaxCaySiO4:Eu+2F；且其中0≤x≤0.8；且0≤y≤0.8。22.根据权利要求20所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式Sr1-x-yBaxCaySiO4:Eu+2F；且其中0≤x≤0.5；且0≤y≤0.3。23.根据权利要求20所述的白光LED，其中所述黄光磷光体具有化学式Sr1-x-yBaxCaySiO4:Eu+2F；且其中0.5≤x≤0.7；且0.2≤y≤0.5。24.根据权利要求19所述的白光...

【专利技术属性】
技术研发人员：董翊，王宁，成世凡，李依群，
申请(专利权)人：英特曼帝克司公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]