磷光体及利用该磷光体的发光器件的制作方法

文档序号:3776795阅读:267来源:国知局
专利名称:磷光体及利用该磷光体的发光器件的制作方法
技术领域
本发明涉及磷光体及利用该磷光体的发光器件,具体涉及由任意波长的光激发并发射其它波长光的磷光体以及利用该磷光体的发光器件。更具体而言,本发明涉及由特定波长的光激发而发射白光的磷光体以及利用该磷光体的发光器件。
背景技术
全球范围内近年来蓬勃发展的制造白光发光器件的方法分为磷光体应用方法和多芯片方法,所述磷光体应用方法通过将磷光体加到单芯片形式的发射蓝色或紫外线的器件上而获得白光,所述多芯片方法通过以多芯片的形式将多个发光芯片相互结合在一起而获得白色。
具体而言,实现多芯片形式的白光发光器件的典型方法是通过结合三个RGB芯片(红色、绿色和蓝色)来制造。然而,该方法的问题在于每一个芯片中的工作电压不均匀,并且由于每一个芯片输出变化依赖于环境温度而导致彩色坐标(colorcoordinate)变化。由于这些问题,多芯片方法可通过电路结构来调节每一个发光器件的亮度,从而适当地用于需要显示各种颜色的特定照明的目的,而不只是白光发光器件实施方案。
在这种背景下,在这些实现白光发光器件方法中的优选方法主要利用将蓝色发光器件和磷光体相结合的系统,其中所述蓝色发光器件具有较容易的制作方法和优异效率,所述磷光体由蓝色发光器件激发并发射黄色光。这样,利用磷光体发射白光的系统的典型实例采用蓝色发光器件作为激发光源,采用由蓝色发光器件发射的激发光激发利用稀土三价离子铈离子(Ce3+)作为激发剂的钇铝石榴石(YAG)磷光体,即YAG:Ce磷光体。
根据应用领域,白光发光器件可用作各种形式的封装。典型的白光发光器件被大致分为以表面安装器件(SMD)形式制作、用于便携式电话的背光照明的芯片发光器件(芯片LED),和用在电子计分牌、固态显示器件与图像显示器中的垂直灯。
另一方面,用于分析白光发光器件的光特征的指标是相关色温(CCT)和显色指数(CRI)。
在物体发出不可见光时的颜色看起来与某温度的黑色物体辐射颜色相同时,认为黑色物体的温度与该物体的温度相同,相关色温(CCT)就是该温度。当色温变高时,颜色变成耀眼而稍带蓝色的白色。即,在相同的白光中,具有低色温的白光感觉有些温暖,但具有高色温的白光感觉有些冷。因此,通过调节色温,可以满足需要各种色感的特定发光特征。
利用YAG:Ce磷光体的白光发光器件具有6000-8000K的稍高色温。
显色指数(CRI)表示当人造光照明与阳光辐照物体相比较时物体颜色变得不同的程度,当物体颜色等同于在阳光下颜色时,CRI定义为100。换言之,显色指数是显示人造光下的物体颜色与阳光辐照下颜色接近程度的指数,值为0-100。因此CRI接近100的白光源与阳光下人眼辨识的物体颜色没有区别。
白炽灯的CRI为80或更高,白色荧光灯的CRI为75或更高,而商业化白色LED的CRI大约为70-75。
因此,问题在于使用传统YAG:Ce磷光体的白光发光器件的色温稍高,而其显色指数相对较低。此外,由于只使用YAG:Ce磷光体,难以控制彩色坐标、色温和显色指数。
此外,YAG在100℃或更高温度下相对热劣化,在天然材料中使用Y2O3以组成YAG,并且需要在1500℃或更高温度下热处理,因此在生产价格上具有劣势。
此外,为了将YAG的发光主峰改变至红色区,当掺杂稀土三价离子时发光的亮度减弱。

发明内容
技术问题本发明被设计用于解决上述问题,并且本发明的目的是提供具有比石榴石磷光体更高热稳定性和改善特性的磷光体,以及利用该磷光体的发光器件。
本发明的另一个目的是提供一种磷光体以及使用该磷光体的发光器件,用于控制彩色坐标、色温和显色指数,在所述磷光体中混有包括在发光器件模材料中的硅酸盐磷光体。
本发明的另一个目的是提供能获得适合于消费者各种需求的光的磷光体以及利用该磷光体的发光器件,以便通过调整磷光体的混合比例来控制彩色坐标、色温和显色指数。
本发明的又一目的是提供能够降低磷光体和发光器件制造成本的磷光体,以及利用该磷光体的发光器件。
技术方案根据本发明的一个方面,提供一种磷光体,其中利用以固定比例混合的具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体。
根据本发明的另一方面,提供一种发光器件,其包含发射激发光的光源;支撑光源的基底;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和混合在光传输元件中的磷光体,其中具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体以固定比例混合。
根据本发明的又一方面,提供一种发光器件,其包含发射激发光的光源;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和容纳在光传输元件中的磷光体,其中第一磷光体和第二磷光体以9.9∶0.1-5.0∶5.0的比例混合,所述第一磷光体对于蓝色光源具有500-600nm的发光主峰,所述第二磷光体对于蓝色光源具有550-600nm的发光主峰。
根据本发明的再一方面,提供一种表面安装型发光器件,其包含光源;支撑光源的基底;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和混合在光传输元件中的磷光体,其中具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体以固定比例混合。
根据本发明的又一方面,提供一种灯型发光器件,其包含光源;支撑光源的基底;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和混合在光传输元件中的磷光体,其中具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体以固定比例混合。
有益效果根据本发明,可获得磷光体以及具有改善特性的发光器件,并且具体可控制发光器件的彩色坐标、色温和显色指数。
另外,可降低磷光体和发光器件的制造成本。


通过结合附图详细描述本发明的典型实施方案,本发明的上述以及其它特征和优点将变得更加清晰,其中图1是表示依赖于本发明磷光体中使用的第一和第二硅酸盐磷光体的混合比例的磷光体发光谱图;图2是根据本发明一个实施方案的表面安装型白光发光器件的截面图;图3是根据本发明另一实施方案的垂直灯型白光发光器件的截面图;图4是表示根据本发明一个实施方案的白光发光器件的发光谱图。
最佳实施方式现在将参考附图更加完整地描述本发明,其中将示出本发明的典型实施方案。
图1是表示依赖于本发明磷光体中使用的第一和第二硅酸盐磷光体的混合比例的磷光体发光谱图。各曲线示出由455nm激发光激发各个磷光体时的发光谱。
参考图1,第一曲线1示出组成本发明的磷光体的具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一硅酸盐磷光体的发光谱。第五曲线5示出具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二硅酸盐磷光体的发光谱。
第一硅酸盐磷光体具有500-600nm的发光谱主峰,取决于该磷光体结构性元素Eu(铕)的密度,第二硅酸盐磷光体具有550-600nm的发光谱主峰,取决于结构性元素Eu的密度。此外,本发明的磷光体益处在于,第一和第二硅酸盐磷光体的主峰根据Eu的比重变化,其发光主峰根据第一和第二硅酸盐磷光体的混合比例变化。
下文中,将详细描述发光谱主峰根据第一和第二硅酸盐磷光体的混合比例变化的过程。
第四曲线4示出第一硅酸盐磷光体和第二硅酸盐磷光体以8.5∶1.5的比例混合时的发光谱。第三曲线3示出第一硅酸盐磷光体和第二硅酸盐磷光体以9.0∶1.0的比例混合时的发光谱。第二曲线2示出第一硅酸盐磷光体和第二硅酸盐磷光体以9.5∶0.5的比例混合时的发光谱。
可以看出,当第一硅酸盐磷光体的比例增加时,发光主峰的波长变短。相反,当第二硅酸盐磷光体的比例增加时,发光主峰的波长变长。
从示出的曲线可明显看出,根据本发明的磷光体的发光主峰光谱依据第一和第二硅酸盐磷光体的混合比例而变化,且具有500-600nm的宽发光谱区。
考虑到这种混合比的关系,优选第一和第二硅酸盐磷光体的混合比例为9.9∶0.1-5.0∶5.0。
根据本发明的磷光体用于白光发光器件中时,产生白光并且通过由磷光体激发的光和激发光的组合发射。
现在,将详细描述根据本发明的发光器件。
图2是根据本发明一个实施方案的表面安装型白光发光器件的截面图。如图2所示,根据本发明一个实施方案的表面安装型白光发光器件包括阳极和阴极的引线框210、用于在施加电压时产生光的发光二极管芯片220、用于电连接引线框210和发光二极管芯片220的导线230、在发光二极管芯片220周围成型的光传输树脂240和分布于光传输树脂240中的硅酸盐磷光体241与242。
发光二极管芯片220利用近紫外线发光二极管芯片,该芯片通过施加的电压产生具有400-480nm发光谱主峰的光。此外,激光二极管、表面发光激光器件、无机电致发光器件、有机电致发光器件等也可以用作在近紫外线发光二极管芯片的相同波长区域中具有发光峰的发光器件。在根据本发明的优选实施方案中,使用氮化镓基半导体的InGaN发光二极管芯片。
此外,用作模制元件的光传输树脂240可利用光传输环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂、脲树脂、丙烯酸树脂等。光传输树脂240可优选利用光传输环氧树脂或硅树脂等。
此外,光传输树脂240可以在发光二极管芯片220周围整体成型,但是也可以根据需要在发光部分中部分成型。即,在小型发光器件的情况下,优选在发光二极管芯片周围整体成型。但是在高输出发光器件的情况下,由于发光二极管芯片220的大尺寸,整体成型对分布于光传输树脂240中硅酸盐磷光体241和242的均匀分布可能是不利的。在这种情况下,优选在发光部分中部分成型。
由于硅酸盐磷光体241和242分布于光传输树脂240中,使用混合有上文详细描述的化学式为Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一硅酸盐磷光体241和化学式为Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体242的磷光体。
在此,优选第一硅酸盐磷光体和第二硅酸盐磷光体的混合比例为9.9∶0.1-5.0∶5.0。
现在,将详细描述基依赖于发光器件形式的磷光体的混合比例。
首先,在使用顶视型表面安装型白光发光器件的情况下,优选第一硅酸盐磷光体241和第二硅酸盐磷光体242的混合比例为9.7∶0.3-8.5∶1.5。此外,优选磷光体241和242相对于光传输树脂240的含量为10-30wt%。
此外,在使用侧视型表面安装型白光发光器件的情况下,优选第一硅酸盐磷光体241和第二硅酸盐磷光体242的混合比为9.5∶0.5-8.0∶2.0。此外,优选磷光体241和242的含量相对于光传输树脂240为5-20wt%。
另一方面,根据本发明的磷光体可以在PCB和层叠于PCB上的键垫片(keypad)之间形成并且用作照亮键垫片的背光光源。在这种情况下,根据本发明磷光体的混合比例和当混合并成型光传输树脂时其混合比如下文所示。
首先,在白色磷光体的情况下,优选第一硅酸盐磷光体241和第二硅酸盐磷光体242以9.7∶0.3-8.5∶1.5混合,并且磷光体241和242相对于光传输树脂240的含量为20-50wt%。
此外,在蓝白色的情况下,优选第一硅酸盐磷光体241和第二硅酸盐磷光体242以9.7∶0.3-8.5∶1.5混合,并且磷光体241和242相对于光传输树脂240的含量为10-40wt%。
图3是根据本发明另一实施方案的垂直灯型白光发光器件的截面图。
参考图3,垂直灯型白光发光器件包括一对引线框310、用于施加电压时产生光的发光二极管芯片320、用于电连接引线框310和发光二极管芯片320的导线330、在发光二极管芯片320周围成型的光传输树脂340、分布于光传输树脂340中的硅酸盐磷光体341和342,以及外壳350。
光传输树脂340可以在发光二极管芯片320周围整体成型,但是也可以根据需要部分成型发光部分。
由于硅酸盐磷光体341和342分布于光传输树脂340中,对于表面安装型白光发光器件,使用混合有化学式为Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一硅酸盐磷光体341和化学式为Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体342的磷光体。
具体地,在光传输树脂340中,具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一硅酸盐磷光体341发射由发光二极管芯片320产生的400-480nm波长的激发光而激发并具有500-600nm发光主峰的光,第二硅酸盐磷光体342发射由激发光激发并具有550-600nm主峰的光,将所述第一硅酸盐磷光体341和所述第二硅酸盐磷光体342混合并成型以包封发光器件芯片320。
第一和第二硅酸盐磷光体341和342各自的平均颗粒尺寸为20μm或更小。其平均颗粒尺寸优选为约5-15μm。
在此,与光传输树脂340混合的第一硅酸盐磷光体341和第二硅酸盐磷光体342的混合比例为9.9∶0.1-5.0∶5.0。
用于垂直灯型的白光发光器件中的结构例如发光二极管芯片320、光传输树脂340以及第一和第二硅酸盐磷光体341和342与表面安装型白光发光器件的一样,因此省略具体表述。
另一方面,施加到普通发光器件的根据本发明的磷光体341和342相对于光传输树脂340的含量优选为5-50wt%,但是,磷光体的含量比例可以增加,使得施加到高输出发光器件的根据本发明的磷光体相对于光传输树脂的含量为50-100wt%。
将详细描述在根据本发明的表面安装型白光发光器件或垂直灯型白光发光器件中实现白光的过程。
由InGaN发光二极管芯片220和320发射的对应于近紫外线的蓝光(400-480nm)在发射到外部之前经过第一和第二硅酸盐磷光体241、242、341和342。
在此,部分光激发第一和第二硅酸盐磷光体241、242、341和342,产生各自具有500-600nm和550-600nm发光主峰的光,将剩余的光作为蓝色光传输。
结果,当在第一和第二硅酸盐磷光体241、242、341和342中激发的光与刚传输的蓝光混合时,根据本发明实施方案的白光发光器件表现出白光。
图4是表示根据本发明一个实施方案的白光发光器件的发光谱图。图4中示出的波长带的强度曲线表示下列情况下白光发光器件发射的发光谱具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一硅酸盐磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体的混合比例为9.0∶1.0。
参考图4,可以看出,根据本发明一个实施方案的白光发光器件发射具有400-700nm的宽波长光谱的白光。如上所述,当组成本发明磷光体的具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一硅酸盐磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二硅酸盐磷光体的混合比变化并混合在光传输树脂中时,磷光体的发光主峰变化。此外,通过利用该性质,根据本发明可控制白光发光器件的彩色坐标、色温和显色指数。
发明方式根据本发明的磷光体适当地与两种硅酸盐磷光体混合并发射白光,根据本发明的发光器件推荐了适当应用磷光体的详细发光器件的结构。
此外,本发明的特征在于可以通过混合在某种形式的发光器件芯片中的特定磷光体发射具有不同于原始光特征的光,其中该发光器件芯片发射固定波长带的光并且在该发光器件芯片的至少一部分的外侧提供有透明元件。因此,可以在本发明的实质和范围内改变发光器件的具体结构。
此外,在本发明中,更优选推荐发射白光的磷光体特定混合物和适合于该混合物的发光器件结构。
虽然已经结合本发明典型实施方案具体展示和描述了本发明,本发明领域技术人员应该理解,可以在本发明中做出各种形式和细节上的变化而不偏离所附权利要求定义的本发明实质和范围。
工业适用性根据本发明,与利用单一磷光体的白光发光器件相比,可提供具有较低色温和高显色指数的白光发光器件。
此外,通过改变第一硅酸盐磷光体和第二硅酸盐磷光体的混合比例,可控制彩色坐标、色温和显色指数。因此,可以更容易地获得消费者所需状态的光。
此外,根据本发明的发光器件提供了实用性,用作取代便携式电话的彩色LCD背光、LED灯以及在火车和公共汽车内部用于显示的LED或荧光的节能光源。
权利要求
1.一种磷光体,其中使用以固定比例混合的具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体。
2.权利要求1的磷光体,其中第一磷光体由具有400-480nm主峰的光激发并具有500-600nm的发光主峰。
3.权利要求1的磷光体,其中第二磷光体由具有400-480nm主峰的光激发并具有550-600nm的发光主峰。
4.权利要求1的磷光体,其中第一磷光体和第二磷光体的比例为9.9∶0.1-5.0∶5.0。
5.权利要求1的磷光体,其中第一磷光体和第二磷光体平均颗粒尺寸为20μm或更小。
6.权利要求1的磷光体,其中第一磷光体和第二磷光体平均颗粒尺寸为5-15μm。
7.权利要求1的磷光体,其中磷光体的激发光具有400-480nm的主峰。
8.权利要求1的磷光体,其中激发磷光体的光和由磷光体激发的光组合并发射白光。
9.一种发光器件,包含光源;支撑光源的基底;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和混合在光传输元件中的磷光体,其中具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体以固定比例混合。
10.权利要求9的发光器件,其中当使用顶视型发光器件时,第一磷光体和第二磷光体的比例为9.7∶0.3-8.5∶1.5。
11.权利要求10的发光器件,其中磷光体相对于光传输元件的含量为10-30wt%。
12.权利要求9的发光器件,其中当使用侧视型发光器件时,第一磷光体和第二磷光体的比例为9.5∶0.5-8.0∶2.0。
13.权利要求12的发光器件,其中磷光体相对于光传输元件的含量为5-20wt%。
14.权利要求9的发光器件,其中当发光器件用在白色背光中时,第一磷光体和第二磷光体的混合比为9.7∶0.3-8.5∶1.5。
15.权利要求14的发光器件,其中磷光体相对于光传输元件的含量为20-50wt%。
16.权利要求9的发光器件,其中当发光器件用在蓝白色背光中时,第一磷光体和第二磷光体的混合比为9.7∶0.3-8.5∶1.5。
17.权利要求16的发光器件,其中磷光体相对于光传输元件的含量为10-40wt%。
18.权利要求9的发光器件,其中光传输元件作为光传输树脂材料成型。
19.权利要求18的发光器件,其中光传输树脂元件是硅树脂或环氧树脂。
20.权利要求9的发光器件,其中在穿过磷光体层之后发射白色光。
21.权利要求9的发光器件,其中光传输元件全部提供在光源的外侧。
22.权利要求9的发光器件,其中光传输元件部分提供在光源的外侧。
23.一种发光器件,包含发射激发光的光源;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和容纳在光传输元件中的磷光体,其中第一磷光体和第二磷光体以9.9∶0.1-5.0∶5.0的比例混合,所述第一磷光体对于蓝色光源具有500-600nm的发光主峰,所述第二磷光体对于蓝色光源具有550-600nm的发光主峰。
24.权利要求23的发光器件,其中由光源发射的光和由磷光体激发的光一起被发射。
25.一种表面安装型发光器件,包含光源;支撑光源的基底;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和混合在光传输元件中的磷光体,其中具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体以固定比例混合。
26.一种灯型发光器件,包含光源;支撑光源的基底;光传输元件,其提供于光源周围的至少一部分;和混合在光传输元件中的磷光体,其中具有化学式Sr4-xMgyBazSi2O8:Eux2+(0<x<1,0≤y≤1,0≤z≤1)的第一磷光体和具有化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0<x≤1)的第二磷光体以固定比例混合。
全文摘要
提供一种磷光体及利用该磷光体的发光器件,其中为了包含所期望波长的光,在第一磷光体和第二磷光体在光传输元件中混合的状态下,由激发光源激发的光以及该激发光源均发射到外部并包含白光源。另外,第一磷光体具有化学式Sr
文档编号C09K11/79GK1898357SQ200580001326
公开日2007年1月17日 申请日期2005年7月21日 优先权日2004年10月18日
发明者金昌海, 朴晶奎, 金相基, 金忠烈, 崔京在 申请人:Lg伊诺特有限公司
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