專利名稱：包括黃綠發(fā)光材料的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括而言涉及包括輻射源和包含熒光體的發(fā)光材料的照明系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于這種照明系統(tǒng)中的發(fā)光材料。
更具體而言，本發(fā)明涉及通過(guò)發(fā)光下變換和基于UV-A到藍(lán)色發(fā)光二極管的附加顏色混合，結(jié)合包含綠色發(fā)光熒光體的發(fā)光材料，用于產(chǎn)生特定顏色的光，包括白光的照明系統(tǒng)。特別關(guān)住作為輻射源的發(fā)光二極管。

背景技術(shù)：
如今，對(duì)于需要耐用、小型、重量輕、高效率、長(zhǎng)壽命、低壓白色或彩色 照明源的所有類型的應(yīng)用而言，單獨(dú)或成串地使用包含可見(jiàn)彩色發(fā)光二極管作為輻射源的發(fā)光照明系統(tǒng)。
這種應(yīng)用尤其包括在諸如蜂窩電話、數(shù)字照相機(jī)和手持計(jì)算機(jī)的消費(fèi)產(chǎn)品中小LCD顯示器的照明。相關(guān)的用途還包括在諸如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、立體聲收音機(jī)、CD播放器、VCR等的產(chǎn)品上的狀態(tài)指示器。在諸如飛機(jī)、火車、輪船、汽車等中的儀器面板的系統(tǒng)中也存在這種指示器。
在諸如全彩色電視墻以及高亮度大面積室外電視屏幕的大面積顯示器中，存在包含成百或上千個(gè)LED部件的可尋址陣列中的多個(gè)單色LED的多色組合。綠色，琥珀色和紅色發(fā)光LED被越來(lái)越多地用作交通信號(hào)燈或者建筑物的特效照明中。
然而，傳統(tǒng)的單色發(fā)光二極管一般產(chǎn)量低，并且認(rèn)為在批次與批次之間難以制造成具有一致的發(fā)光特性。在單個(gè)批次內(nèi)，單色LED還表現(xiàn)出在晶片上具有較大的波長(zhǎng)改變，并且波長(zhǎng)和發(fā)光隨操作條件(諸如驅(qū)動(dòng)電流和溫度)發(fā)生很強(qiáng)的改變。
因此，當(dāng)用包含單色LED的設(shè)置產(chǎn)生白光時(shí)，由于發(fā)光二極管在色調(diào)、亮度和其他因素方面的變化，存在不能產(chǎn)生所需色調(diào)的白光的問(wèn)題。類似地，難以產(chǎn)生寬帶白光。
由于發(fā)光二極管通常不能在寬波長(zhǎng)范圍上發(fā)光，已經(jīng)提出了多種將LED與熒光體進(jìn)行組合的方法，并且隨后證明能夠進(jìn)行寬帶發(fā)光，最終目的是獲得基于高效率半導(dǎo)體的白光光源。
這種熒光體增強(qiáng)型“白色”LED系統(tǒng)具體是基于二色性(BY)方法，將黃色與藍(lán)色混合，在此情形中，由黃綠熒光體提供輸出光的黃色次級(jí)分量，由熒光體或藍(lán)色LED的原發(fā)射提供藍(lán)色分量。
例如，US 6,670,748披露了一種具有至少一個(gè)LED作為光源的照明單元，該LED發(fā)射處于300到570nm范圍內(nèi)的原輻射，該輻射通過(guò)暴露于LED的原輻射的熒光體被部分或完全地轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波輻射，在該單元中，轉(zhuǎn)換的發(fā)生至少借助含氮化物的熒光體，其發(fā)射的峰值發(fā)射波長(zhǎng)處于430到670nm，并且其來(lái)自Ce或Eu活性氮化物、氧氮化物或硅鋁氧氮聚合材料的族。
然而，認(rèn)為總體功效是包含發(fā)光二極管，特別是藍(lán)到紫發(fā)光二極管的熒光體轉(zhuǎn)換照明系統(tǒng)的問(wèn)題所在，這是由于目前所知的熒光體還沒(méi)有被研究并優(yōu)化由這種輻射源進(jìn)行激勵(lì)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種照明系統(tǒng)，包括輻射源和發(fā)光材料，該發(fā)光材料包含能吸收由輻射源發(fā)射的一部分光并且發(fā)射波長(zhǎng)不同于該吸收光的光的熒光體；其中，所述熒光體是通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽(oxonitridoalumosilicate)，其中，AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且，0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供包括優(yōu)選具有從400到480nm的紫到藍(lán)波長(zhǎng)范圍的峰值發(fā)射波長(zhǎng)的發(fā)光二極管作為輻射源的白光照明系統(tǒng)。
一個(gè)主要因素在于，銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽型黃綠熒光體的激發(fā)光譜，在從400到480nm范圍內(nèi)是如此寬波段的，使得它們可被市場(chǎng)上所有的藍(lán)到紫發(fā)光二極管充分地激發(fā)。
這種照明系統(tǒng)具有用于一般照明目的的所需特性，以適度的成本提供高亮度，這是因?yàn)槠渚哂懈纳频男省?br> 使用原輻射源和熒光體(將原輻射轉(zhuǎn)換成次級(jí)輻射)的照明系統(tǒng)的效率，特別依賴于該發(fā)光轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率。
可用多個(gè)參數(shù)，包括消光系數(shù)、激發(fā)和發(fā)射光譜、量子產(chǎn)額以及因斯托克斯頻移所引起的損耗，來(lái)表征發(fā)光轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率。斯托克斯頻移是原輻射源的最大發(fā)射光譜與熒光體的最大激發(fā)光譜之間的波長(zhǎng)差。
在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，因斯托克斯頻移所引起的效率損失特別小，這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的熒光體在電磁光譜的藍(lán)色、紫色和近紫外范圍內(nèi)具有非常寬的連續(xù)的自由的激發(fā)帶。與發(fā)射的次級(jí)輻射的頻率相對(duì)被吸收的原輻射的減小有關(guān)的能量損耗，可以被保持在最小值?？傓D(zhuǎn)換效率高達(dá)90％。
熒光體的寬帶激發(fā)帶與LED的窄發(fā)射最大值的更好的兼容性允許發(fā)光二極管在其發(fā)光最大值處被激發(fā)，而不是在具有較低消光系數(shù)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)處。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，發(fā)光材料包括第二熒光體，優(yōu)選是選自(Ca1-xSrx)S:Eu，其中0≤x≤1；和(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz，其中0≤a＜5，0＜x≤1，0≤y≤1和0＜z≤0.09組成的組中的紅色熒光體。
這種包含附加紅色熒光體的發(fā)光材料的發(fā)射光譜具有適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)，與LED的藍(lán)到紫光以及根據(jù)本發(fā)明的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽型熒光體的綠到黃綠寬帶光一起，獲得對(duì)于顏色來(lái)說(shuō)很好平衡的合成白色輸出光，特別是當(dāng)合成白色輸出光在紅色中具有窄帶發(fā)射時(shí)。該特性使得該設(shè)備對(duì)于需要高流明當(dāng)量的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很理想的。
對(duì)白色發(fā)射體的模擬表明，利用由藍(lán)色和紅色區(qū)域中光譜窄的發(fā)射以及在綠色區(qū)域中稍寬的發(fā)射組成的輸出光譜，可得到高功效和顯色性。
本發(fā)明的另一方面提供發(fā)光材料，該發(fā)光材料包括能吸收由輻射源發(fā)射出的一部分光并發(fā)射出波長(zhǎng)不同于所吸收光的光的熒光體；其中，所述熒光體是通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽，其中，AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
發(fā)光材料可以被波長(zhǎng)從325nm到480nm的UV輻射激發(fā)，不過(guò)也能被波長(zhǎng)為大約400到480nm的藍(lán)色發(fā)光二極管發(fā)射出的藍(lán)到紫光以更高的效率激發(fā)。因此，發(fā)光材料具有將氮化物半導(dǎo)體發(fā)光部件的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成白光的理想特性。
這些熒光體是寬帶發(fā)射體，其中，可見(jiàn)發(fā)射是如此之寬，以至于可見(jiàn)發(fā)射主要所處的波長(zhǎng)范圍沒(méi)有80nm。
熒光體的附加重要特征包括1)在典型設(shè)備工作溫度(例如80℃)下的發(fā)光耐熱淬滅；2)與設(shè)備制造中使用的封裝樹(shù)脂沒(méi)有干擾反應(yīng)；3)適當(dāng)?shù)奈蛰喞沟每梢?jiàn)光譜內(nèi)的完全吸收(dead absorption)最??；4)在設(shè)備的工作壽命期間具有在時(shí)間上穩(wěn)定的發(fā)光輸出；5)對(duì)熒光體激發(fā)和發(fā)射性質(zhì)進(jìn)行組分控制調(diào)整。
熒光體可以包括能夠增強(qiáng)紅色發(fā)射的鐠(III)和釤(III)，作為共活化劑。
熒光體優(yōu)選還包括摩爾比例為0.001到2mol％的共活化劑。
特別優(yōu)選的是，從通式為Sr1-y-zLnySi2AlO2-yN3+y:Euz的熒光體的組中選擇熒光體，其中0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體 通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的熒光體，其中AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1，該熒光體包括從基本的LaSi3N5結(jié)構(gòu)衍生出的、主要成分為硅、鋁、氮和氧的主晶格。
在基本的LaSi3N5結(jié)構(gòu)類型中，三個(gè)氮原子連接兩個(gè)硅原子，兩個(gè)氮原子連接三個(gè)硅原子，以形成陰離子骨架[Si[4]3N[2]3N[3]2]2-。本發(fā)明的本質(zhì)特征在于，橋聯(lián)N[2]原子被O原子取代，以便保持電荷中性，或者用三價(jià)原子(比如Al，B或Ga)取代克分子數(shù)相等量的Si原子，或者用諸如Sr，Ba，Mg和Zn，Ca，Zn和Mg的二價(jià)堿土金屬原子取代克分子數(shù)相等量的Ln原子。根據(jù)本發(fā)明的化合物的例子是SrSi2AlO2N3，LaSrSi6N9O或CaSrSi3Al3O5N5。
優(yōu)選的堿土金屬為鍶，不過(guò)鍶也可以被數(shù)量高達(dá)50mol％的鈣和/或鋇部分地取代，并且可以被鎂完全取代。包含鈣會(huì)導(dǎo)致發(fā)光產(chǎn)生輕微的紅移，包含鋇會(huì)導(dǎo)致發(fā)光的藍(lán)移。還可以用鋅取代部分的鍶陽(yáng)離子?？梢杂门?、鎵和鈧?cè)〈糠只蛉康匿X。
可用鐠(III)和釤(III)進(jìn)行附加的摻雜，以增強(qiáng)紅光發(fā)射。
共活化劑的量可依賴對(duì)于特定應(yīng)用在白色輸出光中所需的紅色的量而改變。
特別優(yōu)選的是，熒光體選自通式為Sr1-y-zLnySi2AlO2-yN3+y:Euz的熒光體的組，其中0≤y≤1，并且0.001＜z≤0.1。銪(II)的比例z優(yōu)選地處于0.001＜z＜0.1的范圍內(nèi)。當(dāng)銪(II)的比例z為0.001或更低時(shí)，由于因銪(II)陽(yáng)離子導(dǎo)致光致發(fā)光的激發(fā)發(fā)射中心的數(shù)量減小，致使亮度下降，并且當(dāng)z大于0.1時(shí)，發(fā)生密度淬滅。密度淬滅指的是發(fā)射強(qiáng)度的減小，其發(fā)生在為增加發(fā)光材料的亮度所添加的活化劑的濃度被增加到超過(guò)最佳值水平時(shí)。
通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的熒光體表現(xiàn)出以下的光譜趨勢(shì)(a)通過(guò)增大與O配合基相比的N配合基的電子云重排效應(yīng)，導(dǎo)致N成分增加，致使激發(fā)和發(fā)射帶的絕對(duì)位置和寬度朝向較低能量偏移，因而Eu(II)5d狀態(tài)的能量下降，(b)通過(guò)因縮短的活性劑-配合基接觸導(dǎo)致增加的Eu(II)5d狀態(tài)的配位場(chǎng)分裂，包含較少的主晶格陽(yáng)離子，致使激發(fā)和發(fā)射帶的絕對(duì)位置和寬度朝向較低能量偏移，以及(c)通過(guò)增大因激發(fā)和發(fā)射帶的光譜重疊導(dǎo)致對(duì)發(fā)射光再吸收的增加，增加Eu(II)濃度，致使發(fā)射帶的絕對(duì)位置和寬度朝向較低能量偏移。
圖3表示SrSi2AlO2N3:Eu(2％)的激發(fā)(EXC)和發(fā)射(EM)光譜。與已知材料SrSiAl2O3N2:Eu相比，激發(fā)和發(fā)射帶均朝向更長(zhǎng)波長(zhǎng)偏移，從而可由更長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍的藍(lán)色LED光來(lái)激發(fā)這種新穎的熒光體。
不特別限制本發(fā)明的銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體的制造方法，可通過(guò)任何將產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的熒光體的方法來(lái)進(jìn)行制造?？芍圃煲幌盗型ㄊ綖锳E1-y-zLnySi3-x(Al，B，Ga)xO1+x-yN4-x+y:Euz的合成物，形成全固溶體。
根據(jù)本發(fā)明的制造熒光體的優(yōu)選過(guò)程被稱之為固態(tài)方法。在該過(guò)程中，在固態(tài)下混合熒光體前體材料，并且進(jìn)行加熱，從而前體發(fā)生反應(yīng)，并形成熒光體材料的粉末。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)以下技術(shù)將這些綠到黃發(fā)光熒光體制備成熒光體粉末將堿土碳酸鹽與氮化硅Si3N4混合，以氮化鋁和銪(III)氟化物作為摻雜劑，并且按照預(yù)定比率的流量。將混合物放置在高純度的氧化鋁坩堝中。將坩堝加載到坩堝中然后加載到管式熔爐中，并用流動(dòng)的氮/氫凈化幾個(gè)小時(shí)。熔爐參數(shù)為10℃/分鐘到1500℃，隨后在1450℃下駐留4個(gè)小時(shí)，之后將熔爐緩慢地冷卻到室溫。
在1600℃下進(jìn)行二次退火步驟之前，對(duì)樣品進(jìn)行精細(xì)研磨。
通過(guò)在流動(dòng)的氬中、在稍低的溫度下進(jìn)行附加的第三次退火，可提高發(fā)光輸出。
在另一種方法中，將熒光體粉末顆粒前體或熒光體顆粒分散到液漿中，然后進(jìn)行噴霧干燥以使液體蒸發(fā)。因此，在升高的溫度下顆粒被燒結(jié)成固態(tài)，以使粉末結(jié)晶并形成熒光體。然后，通過(guò)在升高的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，將經(jīng)過(guò)噴霧干燥的粉末轉(zhuǎn)換成氧氮化鋁硅酸鹽熒光體，以使粉末結(jié)晶并形成熒光體。然后，輕微碾碎和碾磨燒結(jié)后的粉末，以便重新獲得所需顆粒尺寸的熒光體顆粒。然后，再次研磨所得到的發(fā)光材料，用水和乙醇進(jìn)行沖洗，干燥并篩分。
在培燒之后，通過(guò)粉末X-射線衍射(Cu，Kα-線)表征粉末的特征，表明已經(jīng)形成了所需的晶體結(jié)構(gòu)。圖2表示SrSi2AlO2N3:Eu(2％)的XRD圖案。表1表示與未摻雜的SrSiAl2O3N2相比，結(jié)晶的斜方晶格單位晶格常數(shù)稍微地改變。
表1SrSi2AlO2N3:Eu(2％)和SrSiAl2O3N2的晶格常數(shù) 銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽型熒光體耐熱、耐光和耐濕，這是因?yàn)樗鼈兊膲A土金屬氧氮化鋁硅酸鹽主晶格。耐熱性增強(qiáng)的光降解很重要，因?yàn)榘l(fā)光二極管在工作中會(huì)變得非常熱，并且LED周圍的任何材料也將受熱。熱量會(huì)使LED周圍的常規(guī)熒光體損壞，降低了其下變換LED光的能力。根據(jù)本發(fā)明的熒光體是耐熱的，并且適合高達(dá)500℃的應(yīng)用。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的銪(II)活性型熒光體可以涂覆有一種或多種化合物的薄而均勻的保護(hù)層，該化合物選自由元素鋁、鈧、釔、鑭、釓和镥的氟化物和正磷酸鹽，鋁、釔和鑭的氧化物，以及鋁的氮化物所組成的組。
保護(hù)層厚度通常為0.001到0.2微米，并且因此是如此之薄，以至于可被輻射源的輻射穿透，而基本上不損失能量。例如，可通過(guò)在濕涂覆過(guò)程中從氣相沉積而在熒光體顆粒上涂覆這些材料的涂層。
為了改善它們的吸收特性，這些熒光體優(yōu)選使用在平均粒度范圍dm1＞500nm的粒度分布。
照明系統(tǒng) 本發(fā)明還涉及一種照明系統(tǒng)，包括輻射源和發(fā)光材料，該發(fā)光材料包含通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽，其中AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
輻射源包括半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器，和響應(yīng)于電激勵(lì)發(fā)射光輻射的其他裝置。半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器包括發(fā)光二極管LED芯片、發(fā)光聚合物(LEP)、有機(jī)發(fā)光裝置(OLED)、聚合物發(fā)光裝置(PLED)等。
此外，諸如存在于放電燈和熒光燈中的發(fā)光部件，如水銀低壓和高壓放電燈、硫放電燈、和基于分子輻射體的放電燈，也可以與本發(fā)明的熒光體組分一起用作輻射源。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，輻射源為發(fā)光二極管(LED)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)使用各種比率和種類的熒光體混合物，結(jié)合一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管，提供了不同顏色和色調(diào)的光源。
在本發(fā)明中考慮了包括發(fā)光二極管和銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體組分的照明系統(tǒng)的任何結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地添加其他眾所周知的熒光體，可以將它們組合以便在通過(guò)LED發(fā)射如上所述的原UVA、紫或藍(lán)光照射時(shí)獲得特定的顏色或白光。現(xiàn)在，將描述圖1中所示的這種包括輻射源和發(fā)光材料的照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)。
圖1表示具有包含發(fā)光材料的涂層的芯片型發(fā)光二極管的示意圖。該裝置包括芯片型發(fā)光二極管1作為輻射源。發(fā)光二極管芯片被設(shè)置在反射杯體引線框2中。管芯1通過(guò)鍵合線7與第一端子6連接，并且直接與第二電端子6連接。反射杯體的凹槽被填充有包含根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光材料的涂層材料，以便形成嵌入反射杯體中的涂層。將熒光體單獨(dú)地或者以混合物的形式施加。涂層材料通常包括用于封裝熒光體3或熒光體混合物3，4的聚合物5。在該實(shí)施例中，熒光體或熒光體混合物應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)出對(duì)密封劑的高度穩(wěn)定性。優(yōu)選地，聚合物是光學(xué)透明的，以防止顯著的光散射。在LED行業(yè)中已知有多種聚合物可用于制造LED照明系統(tǒng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，聚合物選自包括環(huán)氧樹(shù)脂和硅樹(shù)脂的組。將熒光體混合物添加到為聚合物前體的液體中可以提供封裝。例如，熒光體混合物可以為粒狀粉末。將熒光體顆粒引入聚合物前體液體中導(dǎo)致形成液漿(即，顆粒的懸浮液)。在聚合時(shí)，通過(guò)封裝將熒光體混合物牢固固定在適當(dāng)位置處。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光材料和LED管芯都被封裝在聚合物中。
透明涂層材料可以包括光漫射顆粒，有利的是所謂的漫射體。這些漫射體的例子有礦石填充物，特別是ZrO2，CaF2，TiO2，SiO2，CaCO3或BaSO4，或者任何其他有機(jī)顏料?？梢砸院?jiǎn)單的方法將這些材料添加到上述樹(shù)脂中。
在操作中，輸送電能以激活管芯。當(dāng)激活時(shí)，管芯發(fā)射出原初光，例如藍(lán)光。所發(fā)射出的原初光的一部分被涂層中的發(fā)光材料完全或部分地吸收。然后，響應(yīng)于對(duì)原初光的吸收，發(fā)光材料發(fā)射出次級(jí)光，即被轉(zhuǎn)換的具有更長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)的光，主要是足夠?qū)拵Х秶鷥?nèi)的黃綠光。通過(guò)發(fā)光層傳輸所發(fā)射的原初光的剩余未被吸收部分以及次級(jí)光。封裝引導(dǎo)在常規(guī)方向中的未被吸收的原初光和次級(jí)光作為輸出光。因此，輸出光是由從管芯發(fā)射出的原初光和從發(fā)光層發(fā)射出的次級(jí)光所組成的合成光。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的輸出光的色溫或色點(diǎn)將依賴于與次級(jí)光相比原初光的光譜分布和強(qiáng)度而改變。
首先，可通過(guò)適當(dāng)選擇發(fā)光二極管來(lái)改變?cè)豕獾纳珳鼗蛏c(diǎn)。其次，可通過(guò)適當(dāng)選擇發(fā)光材料中的熒光體、其顆粒尺寸及其濃度來(lái)改變次級(jí)光的色溫或色點(diǎn)。此外，這些設(shè)置也有利于提供在發(fā)光材料中使用熒光體混合物的可能性，作為結(jié)果，有利的是甚至能更加精確地設(shè)定所需的色調(diào)。
白光熒光體轉(zhuǎn)換發(fā)光裝置 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，照明系統(tǒng)的輸出光可以具有光譜分布，從而使其看似“白”光。
在第一實(shí)施例中，可通過(guò)選擇發(fā)光材料來(lái)有利地制造根據(jù)本發(fā)明的白光發(fā)光照明系統(tǒng)，從而將由藍(lán)色發(fā)光二極管發(fā)射出的藍(lán)色輻射轉(zhuǎn)換成互補(bǔ)的波長(zhǎng)范圍，以形成二色性的(BY)白光。在此情形中，利用包括銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體的發(fā)光材料產(chǎn)生黃綠光。此外，可使用第二發(fā)光材料，以便改善該照明系統(tǒng)的顏色再現(xiàn)性。
利用其發(fā)射最大值處于400到480nm的藍(lán)色LED可獲得特別好的結(jié)果。特別考慮銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽的激發(fā)光譜，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)值處于445到468nm處，更特別的是450nm。
LED熒光體系統(tǒng)的顏色輸出分別對(duì)于熒光體層的厚度或熒光體在熒光體層中的量非常敏感。如果熒光體層是厚的并且包括過(guò)量的黃綠銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體，則較少量的藍(lán)色LED光將穿透厚的熒光體層。組合的LED熒光體系統(tǒng)在工作時(shí)將顯示出微黃的白色，這是因?yàn)闊晒怏w的黃綠次級(jí)光占優(yōu)勢(shì)。因此，熒光體層的厚度是影響系統(tǒng)顏色輸出的一個(gè)變量。更大的靈活性對(duì)于提供所需色度以及控制各個(gè)裝置的顏色輸出都是可獲得的。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，特別優(yōu)選的是，通過(guò)將無(wú)機(jī)發(fā)光材料SrSi2AlO2N3:Eu(2％)按照各種濃度與用于制造450nm InGaN發(fā)光二極管的發(fā)光轉(zhuǎn)換封裝或?qū)拥墓铇?shù)脂混合，來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的白光發(fā)光照明系統(tǒng)。
由450nm InGaN發(fā)光二極管發(fā)射出的藍(lán)色輻射的一部分被無(wú)機(jī)發(fā)光材料SrSi2AlO2N3:Eu(2％)轉(zhuǎn)換成黃、琥珀或紅色光譜范圍，并且從而被轉(zhuǎn)換成與藍(lán)色顏色互補(bǔ)的波長(zhǎng)范圍。人類觀察者覺(jué)得藍(lán)色原初光與黃綠發(fā)光熒光體的次級(jí)光的組合為白光。
在另一實(shí)施例中，可通過(guò)選擇發(fā)光材料來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的白光發(fā)光照明系統(tǒng)，從而使得由藍(lán)色發(fā)光二極管發(fā)射出的藍(lán)色輻射被轉(zhuǎn)換成互補(bǔ)波長(zhǎng)范圍以形成多色性，特別是三原色(RGB)白光。在此情形中，利用包括包含銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體和第二熒光體的熒光體混合物的發(fā)光材料來(lái)產(chǎn)生綠光。
與藍(lán)光發(fā)光LED一起，可利用黃綠寬帶發(fā)射熒光體與紅色窄帶發(fā)射熒光體覆蓋整個(gè)光譜范圍，使得能夠產(chǎn)生具有高顏色再現(xiàn)性的白光發(fā)射。
紅光發(fā)射熒光體可特別地選自(Ca1-xSrx)S:Eu，其中0≤x≤1；和(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz，其中0≤a＜5，0＜x≤1，0≤y≤1和0＜z≤0.2的組。
在下面的表2中歸納了可用的第二熒光體的光學(xué)性質(zhì)。
表2 在此情形中，可以通過(guò)適當(dāng)選擇熒光體的混合物和濃度來(lái)改變由此產(chǎn)生的白光的色調(diào)(CIE色品圖中的色點(diǎn))。
在另一實(shí)施例中，通過(guò)選擇發(fā)光材料來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的白光發(fā)光照明系統(tǒng)，從而使得由UVA發(fā)光二極管發(fā)射出的UVA輻射被轉(zhuǎn)換成互補(bǔ)的波長(zhǎng)范圍以形成二色性白光。在此情形中，利用發(fā)光材料產(chǎn)生黃和藍(lán)光。利用包括銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體的發(fā)光材料產(chǎn)生黃綠光。利用包括選自包含BaMgAl10O17:Eu，Ba5SiO4(Cl，Br)6:Eu，CaLn2S4:Ce和(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3Cl:Eu的組的藍(lán)色熒光體的發(fā)光材料，來(lái)產(chǎn)生藍(lán)光。
結(jié)合發(fā)光最大值處于300到400nm的UVA發(fā)光二極管，可獲得特別好的結(jié)果。特別考慮銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽的激發(fā)光譜，最佳值處于365nm處。
在另一實(shí)施例中，通過(guò)選擇發(fā)光材料可以制造根據(jù)本發(fā)明的白光發(fā)光照明系統(tǒng)，從而使得由UVA發(fā)光二極管發(fā)射出的UVA輻射被轉(zhuǎn)換成互補(bǔ)波長(zhǎng)范圍，以例如通過(guò)附加的三個(gè)一組的色組(例如藍(lán)、綠和紅)形成多色白光。
在此情形中，利用發(fā)光材料產(chǎn)生黃到紅、綠和藍(lán)光。
發(fā)光材料可以是綠色銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽熒光體，選自包括BaMgAl10O17:Eu，Ba5SiO4(Cl，Br)6:Eu，CaLn2S4:Ce和(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3Cl:Eu的組的藍(lán)色熒光體，和選自包括(Ca1-x-ySrx)S:Eu，其中0≤x≤1；和(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz，其中0≤a＜5，0＜x≤1，0≤y≤1和0＜z≤0.2的組的紅色熒光體的混合物。
此外，還可以另外使用第二紅色發(fā)光材料，以便改善該照明系統(tǒng)的顏色再現(xiàn)性。
在此情形中，可以通過(guò)適當(dāng)選擇熒光體的混合物和濃度來(lái)改變由此產(chǎn)生的白光的色調(diào)(CIE色品圖中的色點(diǎn))。
黃到綠熒光體轉(zhuǎn)換發(fā)光裝置 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種照明系統(tǒng)，其發(fā)射出具有顯示為“黃到綠”光的光譜分布的輸出光。
包含銪(II)活性堿土金屬氧氮化鋁硅酸鹽作為熒光體的發(fā)光材料，特別適于由原UVA或藍(lán)色輻射源(例如UVA發(fā)光LED或藍(lán)光發(fā)光LED)激勵(lì)的黃到綠部件。因此，可實(shí)現(xiàn)在電磁光譜的黃到綠區(qū)域中發(fā)光的照明系統(tǒng)。



圖1表示包括設(shè)置在由LED結(jié)構(gòu)發(fā)射的光路中的本發(fā)明熒光體的二色性白光LED燈的示意圖。
圖2表示SrSi2AlO2N3:Eu(2％)的XRD圖案。
圖3表示SrSi2AlO2N3:Eu(2％)的激發(fā)(EXC)和發(fā)射(EM)光譜。
權(quán)利要求
1.照明系統(tǒng)，包括輻射源和發(fā)光材料，該發(fā)光材料包含能吸收由輻射源發(fā)射出的一部分光并發(fā)射波長(zhǎng)不同于所吸收光的光的熒光體，其中，所述熒光體是通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽，其中，AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，所述輻射源為發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，所述輻射源選自發(fā)射的峰值發(fā)射波長(zhǎng)處于400到480nm范圍內(nèi)的發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，所述發(fā)光材料包括第二熒光體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第二熒光體為選自(Ca1-xSrx)SEu，其中0≤x≤1；和(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz，其中，0≤a＜5，0＜x≤1，0≤y≤1和0＜z≤0.09組成的組的紅色熒光體。
6.一種發(fā)光材料，包括能吸收由輻射源發(fā)射出的一部分光并發(fā)射波長(zhǎng)不同于所吸收光的光的熒光體，其中，所述熒光體是通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽，其中，AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光材料，其中，通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+y:Euz的熒光體包括鐠(III)和釤(III)作為共活化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光材料，其中，所述熒光體包括摩爾比例為0.001到10mol％的共活化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熒光體，其中，所述熒光體是通式為Sr1-y-zLnySi2AlO2-yN3+y:Euz的銪(II)活性堿土氧氮化鋁硅酸鹽，其中，0≤y≤1并且0.001＜z≤0.1。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)，包括輻射源和發(fā)光材料，該發(fā)光材料包含能吸收由輻射源發(fā)射出的一部分光并發(fā)射波長(zhǎng)不同于所吸收光的光的熒光體；其中，所述熒光體是通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+yEuz的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽，其中，AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼，鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1，該照明系統(tǒng)提供了具有高效率的白色或彩色照明。本發(fā)明還涉及發(fā)光材料，包括能吸收由輻射源發(fā)射出的一部分光并發(fā)射波長(zhǎng)不同于所吸收光的光的熒光體，其中，所述熒光體是通式為AE1-y-zLnySi3-xAlx-aBaO1+x-yN4-x+yEuz的銪活性氧氮化鋁硅酸鹽，其中，AE為選自Sr，Ca，Ba，Mg和Zn組成的組的堿土金屬；Ln為選自La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y組成的組的鑭系金屬；B是選自硼、鎵和鈧組成的組的三價(jià)金屬，并且0≤a＜2，0≤x＜2，0≤y≤1，0.001＜z≤0.1。
文檔編號(hào)H05B33/14GK101213878SQ200680023829
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者P·施米特, V·巴克曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司