专利名称：具有改善的调光性能的光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括发光器件和发光罩(luminescent cover)的光源。更特别地，本发明涉及一种光源，包括至少一个能够响应于驱动装置的驱动信号而发射从近UV到蓝光的范围内的电磁辐射的发光器件，以及至少包括第一活化剂和第二活化剂以将所述电磁辐射转化为可见光的发光罩。本发明还涉及对上述类型的光源进行调光(dimming)的方法。
背景技术：
为了实现白色固态光源，广泛应用着基于半导体(In，Ga)N的蓝光发光二极管，如S.Nakamura等人所描述的(Appl.Phys.Lett.67，1995，1868)。该光源作为激励发光材料的有效泵工作，其通过发射绿、黄或红光而回到其基态。添加颜色混合的结果是让人感觉到白光宽带光谱。
在1996年，Nichia Chemical Industries Ltd介绍了一种白色LED，其使用包括Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)或(Y，Gd)3(Al1-xGax)5O12:Ce(YAGaG:Ce)以将由(In，Ga)N LED发射的蓝光转化为峰值在大约565nm的宽带黄光发射光谱的发光层。该发射带足够宽以提供色温(CT)在5000-8000K范围内并且显色指数(CRI)为大约75-85的白光。光源的CT被定义为具有同样颜色的黑体辐射体的温度。光源的CRI是一种评定参数(rating)，其表示测试物体在该光源下所得到的色移度与其在同样温度的标准灯下的颜色的比较。
上述光源具有缺陷不能获得低色温和高显色指数。US 2002/0158565披露了磷光体混合物，包括至少两种磷光体的混合物。通过混合适当比例的磷光体，可以产生合成的发射光谱，其提供需要的CT和CRI。
伴随着现有技术的问题是，这些光源的调光并不导致可察觉到的色点移动到红色光谱范围，如同从白炽灯和自然日光已知的那样。特别地，室内照明应用要求具有类似白炽灯的色温和类似白炽灯的调光性能的白光源。
发明内容
？目的在于提供上述类型的光源，该光源具有基本上类似于白炽灯在调光时的光谱变化的调光特性。
这一目的通过提供一种光源来实现，该光源包括能够响应于驱动装置的驱动信号而发射从近紫外光到蓝光的范围内的电磁辐射的至少一个发光器件，以及至少包括第一活化剂(A1)和第二活化剂(A2)以将所述电磁辐射转化为可见光的发光罩，其中所述第一活化剂和所述第二活化剂具有不同的响应性能，以及所述驱动装置适合于改变所述驱动信号以控制所述光源的所述可见光的光谱。驱动信号的变化导致来自发光器件的与发光罩起反应的电磁辐射的变化。第一和第二活化剂的响应性能不同的结果是，电磁辐射到可见光的转化随驱动信号的变化而改变。从而，能够控制可见光谱，以获得需要的光源调光性能。
特别地，该驱动信号是脉冲驱动信号，且所述驱动装置适合于改变所述脉冲驱动信号的脉冲宽度。在这个实施例中，脉冲宽度与第一和第二活化剂的响应性能之间的关系决定了该光源的可见光的光谱。通过改变脉冲宽度，可见光的光谱因这一关系而改变。
在本发明的实施例中，所述发光器件是固态光源，例如有机发光二极管或半导体发光二极管，优选由InGaN或AlInGaN材料制成，该实施例具有的优点是这种光源能够发射可以被发光罩吸收的电磁辐射。
在本发明的实施例中，所述第一活化剂(A1)是响应时间τ1/e在10纳秒-100微秒范围内的快活化剂，且所述第二活化剂(A2)是响应时间τ1/e在10微秒-100毫秒范围内的慢活化剂，该实施例的优点在于已经发现为响应限定的范围导致产生需要的可见光输出的光谱变化的性能。
在本发明的实施例中，所述快活化剂是发射绿光的活化剂，所述慢活化剂是发射红光的活化剂，该实施例具有能够获得发射白光的光源的优点。
在？实施例中，所述第一活化剂和所述第二活化剂是？构成(composition)的一部分，该实施例的优点在于制造这样的光源相对简单，并且相对便宜。
优选的构成是这样的构成，其中所述第一活化剂和所述第二活化剂选自包括下述的组(第一活化剂，第二活化剂)(Eu2+，Mn2+)，(Ce3+，Mn2+)，(VO43-，Eu3+)和(Bi3+，Eu3+)，其被掺杂到选自基于硫化物、硫氧化物、氧化物、氮氧化物和氮化物的组的主晶格中。
然而，也可以使用其中所述第一活化剂和所述第二活化剂均是不同发光构成的一部分的发光构成。
优选的构成是这样的构成，其中所述第一活化剂选自包括Eu2+、Ce3+、VO43-和Bi3+的组，其被掺杂到发射绿光的材料的第一主晶格中，所述第二活化剂选自包括Mn2+和Eu3+的组，其被掺杂到发射红光的材料的第二主晶格中。
注意上述实施例或其方面可以组合。
本发明还涉及对上述光源进行调光的方法，特别是通过施加脉冲驱动信号到所述发光器件，并改变所述脉冲驱动信号的脉冲宽度。已经参考光源讨论了这一步骤的效果和优点。
参考附图将进一步说明本发明，其示意性地显示按照本发明的优选实施例。应理解，本发明决不局限于这种具体和优选的实施例。
在图中图1示意性地显示了按照本发明的实施例的光源；图2显示了按照本发明的实施例的图1中的光源的驱动信号；图3显示了图1的光源的可见光的光谱变化的实验结果，以及图4显示了CIE 1931表。
具体实施例方式
图1示意性地显示了包括设置在对可见光透明的封装4中的发光器件2和发光罩3的光源1。发光？借助引线5连接到给发光？提供图2所示的？信号的驱动装置6。驱动装置6可以是光源1的集成部分，也可以是从外部提供的驱动装置。
发光器件2是固态发光器件，例如有机发光二极管(LED)或半导体LED。作为实例，LED 2是InGaN LED。LED 2能够响应于驱动装置6的驱动信号发射从近UV到蓝光范围内(即在350nm到490nm的范围内)的电磁辐射。作为实例，InGaN LED 2发射具有460nm的波长的电磁辐射。
LED 2用作发光罩3的激励源，该发光罩3沉积或涂敷在LED 2上面或上方以便可以接收LED 2的电磁辐射。发光罩3，以下也称为罩3，包括第一活化剂A1和第二活化剂A2。活化剂A1、A2都将来自LED 2的入射电磁辐射转化为可见光，从而两个成分(component)的发射谱分别被称为Sp1(λ)和SP2(λ)。入射电磁辐射被表示为Sp0(λ)。按照本发明的该实施例，两个活化剂A1、A2具有不同的响应性能或饱和性能，其能够例如通过不同的掺杂水平或通过活化剂A1、A2的不同性质来获得。
第一活化剂A1是响应时间τ1/e在10纳秒-100微秒范围内的快活化剂，所述第二活化剂A2是响应时间τ1/e在10微秒-100毫秒范围内的慢活化剂。该快活化剂是发射绿光的活化剂，该慢活化剂是发射红光的活化剂，以获得发射白光的光源1。
第一和第二活化剂A1、A2可以被包含在单个主晶格中(HL:A1，A2，其中HL＝主晶格，A1＝第一活化剂，A2＝第二活化剂)，即，第一活化剂A1和所述第二活化剂A2是单一发光构成的一部分。第一活化剂A1和第二活化剂A2选自包括(Eu2+，Mn2+)，(Ce3+，Mn2+)，(VO43-，Eu3+)和(Bi3+，Eu3+)的组(第一活化剂，第二活化剂)，其被掺杂到选自基于硫化物、硫氧化物、氧化物、氮氧化物和氮化物的组的主晶格HL中。作为实例使用构成CaS:Ce3+，Mn2+。
可替换地，采用分开的主晶格(HL1:A1和HL2:A2，其中HL1＝主晶格1，HL2＝主晶格2)，即第一活化剂A1和第二活化剂A2是不同发光构成的一部分。第一活化剂A1选自包括Eu2+、Ce3+、VO43-和Bi3+的组，其被掺杂到发射绿光的材料的第一主晶格HL1中，第二活化剂A2选自包括Mn2+和？的组，？到发射红光的材料的第二主晶格HL2中。在蓝光和近紫外光内？强吸收的发射绿光的(green-emitting)？是例如CaS:Ce3+、SiGa2S4:Eu2+、(Ba，Sr)2SiO4:Eu2+或(Ba，Sr)Si2N2O2:Eu2+。发射红光的(red-emitting)发光构成将由慢活化剂激活，例如Mn2+或Eu3+。例子是Y2O2S:Eu3+。
驱动装置6可以包括在2-10伏范围内的低压脉冲的脉冲发生器，所述脉冲被供应给LED 2，以产生电磁辐射的光谱Sp0(λ)。
在连续的驱动下，即如图2中的上图所示，LED 2的输入电能随时间t是恒定的，两种磷光体都被均匀地激发，并且由LED发射的有效光谱由下式给出Sp总(λ)＝α*Sp0(λ)+Sp1(λ)+SP2(λ)其中α是未转化的来自LED 2的初始电磁辐射的分数。
与之对照，按照本发明的该实施例，驱动装置6的驱动信号是不连续的脉冲驱动，如图2的中间图所示。由于第二活化剂A2或磷光体的响应时间比第一活化剂A1的响应时间长，因此由光源1获得的有效光谱由下式给出Sp总(λ)＝α*Sp0(λ)+Sp1(λ)+ε*Sp2(λ)
其中ε＝0...1＝第二活化剂/磷光体的饱和度。
按照本发明的实施例，驱动信号是脉冲驱动信号P，驱动装置6适于改变脉冲驱动信号P的脉冲宽度W，如图1中的箭头7所示。换句话说，调整LED2的占空比，如图2中的下图所显示的，其示出占空比为50％。在减少占空比的过程中，由LED 2在较短的时间间隔内消耗总输入功率，而平均输入功率保持等于图2的上图中示出的连续驱动的情况。这样，光源1的CT可以通过控制脉冲驱动信号P的宽度W和高度H而被调谐。
通过按照上述构成调制用于包括罩3的LED 2的驱动信号P的脉冲宽度W，由于在光谱中发射红光的成分的饱和，可见光的光谱可以被调谐。这一特征在所有应用领域中都需要，其中白炽灯或卤素灯由于经济原因被取代。现在，为了这一目的，安装最节能的灯，然而这一类型的灯如果被调光，则其色点移动到蓝色。
本发明？消除这一问题。该实施例涉及包括发光罩3的发射蓝光的LED 2？，其包括采用上述离子对之一的磷光体。
实例一种CaS:Ce3+，Mn2+磷光体粉末，悬浮在硅前体中，其用于罩3的柔韧填充。典型地，在悬浮液中的磷光体浓度允许在10和300μg之间的磷光体沉积到LED 2上，该LED 2具有大约1mm2的表面面积。加入催化剂以聚合硅前体，并且LED 2被透明塑料封装4密封。
通过以10kHz的频率提供矩形脉冲(2-10V)的脉冲发生器6驱动发射460nm的InGaN LED 2。矩形脉冲的持续时间在0.1和100μs之间，从而对应于0.1到100％的占空比。
图3显示了以10kHz的频率驱动的LED 2的发射谱，其具有对应于1％的占空比DC的1μs的脉冲宽度W(黑)、对应于50％的占空比DC的50μs的脉冲宽度W(深灰)、以及对应于95％的占空比DC的95μs的脉冲宽度W(浅灰)。
图4显示了占空比变化产生的CT的变化的CIE 1931色图。
应注意，上述实施例示出而不是限制了本发明，本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计多种替换实施例。本发明的要点涉及以下见识驱动信号的改变允许具有活化剂的光源的适当调光性能，所述活化剂具有不同的响应性能。在权利要求中，放置在圆括号之间的任何参考标记不应被解释为对权利要求的限制。词语″包括″不排除除权利要求中所述的那些以外的元件或步骤的存在。在元件之前的词语″一″或″一个″不排除多个这种元件的存在。在相互不同的从属权利要求中列举了特定手段，仅此事实并不表示这些手段的组合不能被有利地使用。
权利要求
1.一种光源(1)，包括能够响应于驱动装置(6)的驱动信号而发射从近紫外光到蓝光的范围内的电磁辐射的至少一个发光器件(2)，和至少包括第一活化剂(A1)和第二活化剂(A2)以将所述电磁辐射转化为可见光的发光罩(3)，其中所述第一活化剂和第二活化剂具有不同的响应性能，并且所述驱动装置适于改变所述驱动信号以控制所述光源的所述可见光的光谱(Sp总(λ))。
2.如权利要求1所述的光源(1)，其中所述驱动信号是脉冲驱动信号(P)，并且所述驱动装置(6)适于改变所述脉冲驱动信号的脉冲宽度(W)。
3.如权利要求1所述的光源(1)，其中所述发光器件(2)是固态光源，例如有机发光二极管或半导体发光二极管，优选由InGaN或AlInGaN材料制成。
4.如权利要求1所述的光源(1)，其中所述第一活化剂(A1)是响应时间τ1/e在10纳秒-100微秒范围内的快活化剂，所述第二活化剂(A2)是响应时间τ1/e在10微秒-100毫秒范围内的慢活化剂。
5.如权利要求4所述的光源(1)，其中所述快活化剂是发射绿光的活化剂，所述慢活化剂是发射红光的活化剂。
6.如权利要求1所述的光源(1)，其中所述第一活化剂和所述第二活化剂是单一发光构成的一部分。
7.如权利要求6所述的光源(1)，其中所述第一活化剂和所述第二活化剂选自包括(Eu2+，Mn2+)，(Ce3+，Mn2+)，(VO43-，Eu3+)和(Bi3+，Eu3+)的组(第一活化剂，第二活化剂)，其被掺杂到选自基于硫化物、硫氧化物、氧化物、氮氧化物和氮化物的组的主晶格中。
8.如权利要求1所述的？，其中所述第一活化剂和所述第二活化剂均是不同发光构成的一部分。
9.如权利要求8所述的？，其中所述第一活化剂选自包括Eu2+、Ce3+、VO43-和Bi3+的组，其被掺杂到发射绿光的材料的第一主晶格中，所述第二活化剂选自包括Mn2+和Eu3+的组，其被掺杂到发射红光的材料的第二主晶格中。
10.一种对光源进行调光的方法，该光源包括能够响应于驱动装置(6)的驱动信号而发射从近UV到蓝光的范围内的电磁辐射的至少一个发光器件(2)，和至少包括第一活化剂和第二活化剂以将所述电磁辐射转化为可见光的发光罩(3)，其中所述第一活化剂和所述第二活化剂具有不同的响应性能，该方法包括改变所述驱动信号以控制所述可见光的光谱的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，包括将脉冲驱动信号施加到所述发光器件并改变所述脉冲驱动信号的脉冲宽度的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种光源(1)，包括能够响应于驱动装置(6)的驱动信号而发射从近紫外光到蓝光的范围内的电磁辐射的至少一个发光器件(2)，以及至少包括第一活化剂(A
文档编号H01L33/50GK101065850SQ200580039474
公开日2007年10月31日 申请日期2005年11月9日 优先权日2004年11月18日
发明者T·朱斯特尔, R·P·肖尔, W·巴塞尔特, P·施米特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司