磷光体材料和相关的设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种磷光体材料，所述磷光体材料包括第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体的共混物。所述第一磷光体包括具有通式RE2-yM1+yA2-yScySin-wGewO12+δ:Ce3+的组成，其中RE选自镧系离子或Y3+，其中M选自Mg、Ca、Sr或Ba，A选自Mg或Zn，且其中0≤y≤2，2.5≤n≤3.5，0≤w≤1且-1.5≤δ≤1.5。所述第二磷光体包括掺杂锰（Mn4+）的复合氟化物，且所述第三磷光体包括具有在约520纳米至约680纳米范围内的发射峰的磷光体组成。本发明也提供了一种包括这种磷光体材料的照明装置。除了磷光体材料之外，所述照明装置还包括光源。
【专利说明】磷光体材料和相关的设备
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及用于波长转换的磷光体共混物，并具体涉及用于转换由光源发出的辐射的磷光体共混物。更特别地，本发明涉及用于蓝光发光二极管(LED)的磷光体共混物。
【背景技术】
[0002]磷光体为吸收在电磁光谱的一部分中的辐射能量，并发射在电磁光谱的另一部分中的辐射能量的发光材料。磷光体的一个重要类别包括具有极高化学纯度和受控组成的结晶无机化合物，其中已添加少量的其他元素(称为“激活剂”)以将它们转化为有效的荧光材料。通过正确组合激活剂和无机化合物，可控制发射的颜色。大多数可用的公知磷光体响应在可见光范围之外的电磁辐射的激发而发射在电磁光谱的可见光部分中的辐射(本说明书也称为光)。例如，磷光体已用于汞蒸气放电灯中，以将由经激发的汞所发射的紫外(UV)辐射转换为可见辐射。此外，磷光体可在发光二极管(LED)中使用，以产生有色发射，所述有色发射通常不可获自LED本身。
[0003]发光二极管(LED)为常用作其他光源(如白炽灯)的替代品的半导体光发射体。它们可特别地用作显示器光、警示光和指示光，或用于需要有色光的其他应用中。由LED所产生的光的颜色取决于在其制造中所用的半导体材料的类型。有色LED常用于玩具、指示器光和其他设备中。
[0004]有色半导体发光设备(包括发光二极管和激光器(在本说明书两者通常称为LED))已由II1-V族合金(如氮化镓(GaN))制得。对于GaN基LED，光通常在电磁光谱的UV和/或蓝色范围中发射。直到最近，由于由LED所产生的光的固有颜色，LED已经不适用于需要亮白光的照明用途。
`[0005]已开发技术用于将由LED发射的光转换为用于照明用途的可用的光。在一个技术中，LED涂布或覆盖有磷光体层。磷光体吸收由LED产生的辐射，并产生不同波长(例如在光谱的可见光范围中)的辐射。
[0006]LED产生的光和磷光体产生的光的组合可用于产生白光。最普及的白光LED基于蓝光发射GaInN芯片。蓝光发射LED涂布有磷光体或包括红光、绿光和蓝光发射磷光体的磷光体共混物，所述磷光体或磷光体共混物将蓝光辐射中的一些转换为互补色(例如黄绿发射)。来自磷光体和LED芯片的光的总和提供了具有色点(所述色点具有相应的色坐标(X和y))和相关色温(CCT)的白光，且其光谱分布提供了由演色指数(CRI)所测得的演色能力。
[0007]对于大于约4000K的可调CCT，这些白光LED通常产生CRI为约70至约80之间的白光。尽管这种白光LED适用于一些应用，但对于许多其他应用，希望产生具有更高CRI(大于约90)和更低CCT (小于3000K)的白光。
[0008]因此，希望提供新的改进的磷光体共混物，其对于低CCT产生具有高CRI和高流明的白光。
【发明内容】
[0009]简言之，本发明的实施例中的大多数提供了一种磷光体材料，其包括第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体的共混物。所述第一磷光体包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+δ:Ce3+的组成,其中RE包括镧系离子或Y3+, M包括Mg、Ca、Sr或Ba, A包括Mg或Zn,且O≤y≤2，2.5≤η≤3.5，0≤w≤I且-L 5≤δ≤1.5。所述第二磷光体包括掺杂锰(Mn4+)的复合氟化物,且所述第三磷光体包括具有在约520纳米(nm)至约680纳米(nm)范围内的发射峰的磷光体组成。
[0010]一些实施例涉及一种照明装置。所述照明装置包括光源和辐射联接至所述光源的磷光体材料。所述磷光体材料包括第一磷光体、第二磷光体和第三磷光体的共混物。所述第一磷光体包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+s:Ce3+的组成，其中RE包括镧系离子或Y3+，M包括Mg、Ca、Sr或Ba，A包括Mg或Zn，且O≤y≤2，2.5≤η≤3.5，0≤w≤I且-1.5S δ <1.5。所述第二磷光体包括掺杂锰(Mn4+)的复合氟化物，且所述第三磷光体包括具有在约520nm至约680nm范围内的发射峰的磷光体组成。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在整个附图中，同样的标记表示同样的部件，其中:
[0012]图1为根据本发明的一个实施例的照明装置的示意性横截面图；
[0013]图2为根据本发明的一个实施例的照明装置的示意性横截面图；
[0014]图3为根据本发明的一个实施例的照明装置的示意性横截面图；
[0015]图4为根据本发明的一个实施例的照明装置的示意性横截面图；
[0016]图5为根据本发明的一个实施例的照明装置的示意性横截面图；
[0017]图6显示了根据本发明的一个示例性实施例的使用450nm激发波长的磷光体共混物的发射光谱；
[0018]图7显示了根据本发明的另一示例性实施例的使用450nm激发波长的磷光体共混物的发射光谱；
【具体实施方式】
[0019]如本说明书在整个说明书和权利要求书中所用的大概的语言可用来修饰可能变化的而不会导致其相关的基本功能的改变的任何定量表示。因此，由一种或多种术语(如“约”)修饰的值不局限于所指出的精确值。在一些情况中，大概的语言可对应于用于测量该值的仪器的精密度。
[0020]在如下说明书和如下权利要求书中，单数形式“一种”和“该”包括复数形式，除非上下文明确另外指出。
[0021]如本说明书所用，术语“可”和“可为”表示在一组情况内发生的可能性；具有所指出的性质、特性或功能；和/或通过表示与限定动词相关的能力、性能或可能性中的一个或多个而限定另一动词。因此，“可”和“可为”的使用表示修饰的术语明显适当地、能够或合适地用于所述性能、功能或使用，并同时考虑到在一些情况中修饰的术语可有时不适当、有能力或合适。例如，在一些情况中，可预期一种结果或性能，而在其他情况中，所述结果或性能不能发生，所述特点通过术语“可”和“可为”获得。
[0022]在本说明书术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、量或重要性，而是用于区分一个要素与另一个要素。
[0023]如本说明书所用，术语“磷光体”或“磷光体材料”或“磷光体组成”可用于表示单个磷光体组成以及两个或更多个磷光体组成的共混物。磷光体共混物可含有蓝光、红光、黄光、橙光和绿光磷光体。蓝光、红光、黄光、橙光和绿光磷光体根据它们的光发射的颜色而如此称呼或已知。
[0024]如本说明书所用，术语“取代”和“掺杂”指在材料中添加一定量的元素。通常，通过这种添加，材料中的一种元素被另一元素部分或完全替换。应注意，本说明书描述的各种磷光体可通过在括号中包括不同的元素书写并由逗号分隔以显示取代或掺杂，如((Ba, Ca, Sr) ^xEiO2Si5N8的情况。如本领域技术人员所理解,此类符号意指磷光体可在配方中包含任意比例的那些指出的元素中的任意者或全部。即，用于如上磷光体的此类符号例如具有与((BaaCabSrnb) HEiO2Si5N8相同的含义，其中a和b可由O变化至I，并包括O和I的值。
[0025]本说明书结合将LED产生的紫外(UV)、紫光或蓝光辐射转换为白光以用于一般照明目的而描述特定的应用。然而应理解，本发明也可适用于将来自UV、紫光和/或蓝光激光器以及其他光源的辐射转换为白光。
[0026]本发明的技术的实施例提供了磷光体共混物，所述磷光体共混物可用于照明系统中以产生适用于一般照明和其他目的的白光。所述磷光体共混物包括具有通式:RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+5:Ce3+的第一磷光体，其中RE包括镧系离子或Y3+，M包括Mg、Ca、Sr或Ba，A包括Mg或Zn，且O≤y≤2，2.5≤η≤3.5，O≤w≤I且-1.5≤δ≤1.5。在一个实施例中，所述第一磷光 体也可由通式(RE1IzScxCez)2M3IApSinIGewOms表示，其中RE包括镧系离子或Y3+，M包括Mg、Ca、Sr或Ba，A包括Mg或Zn，且O≤χ〈1，0〈ζ≤0.3，0≤ρ≤2，
2.5 Sn <3.5，OSwS I且-1.5 < δ <1.5。有利地，根据这些配方制得的磷光体可在在广泛温度范围内保持高发射强度(量子效率)。所述磷光体可用于照明系统(如LED和荧光管等)中，处于别的当中，以产生蓝光和蓝/绿光。
[0027]在一些实施例中，第一磷光体可具有通式(Ca1=Cez) 3Sc2Sin_wGew012,其中0<z ( 0.3。所述第一磷光体的具体实施例包括下述组成:其中S1、Ge组分包含至少约66%Si4+，至少约 83%Si4+和 100%Si4+。因此，一些具体实施例包括(Ca1^zCez) 3Sc2 (Si1^cGec) 3012,其中c为0.67至I。
[0028]相比于许多现有的磷光体，例如YAG:Ce，具有上式的这些磷光体在高温下具有降低的发光猝灭(热猝灭)。因此，这些磷光体在大的温度范围内保持它们的发射强度，这可在使用过程中当照明系统的温度增加时减轻强度损失或灯色移。
[0029]磷光体共混物还 包含作为红光线辐射体的第二磷光体和在约520nm至约680nm的广泛波长范围内具有峰值发射的第三磷光 体。所述第二磷光体可为复合氟化物，所述复合氟化物为线福射体(line emitter),并产生红光。合适的例子包括掺杂Mn4+的复合氟化物，例如(Na, K, Rb, Cs, NH4)2[(Ti, Ge, Sn, Si, Zr, Hf) F6]:Mn4+ 等。在某些情况中，掺杂 Mn4+ 的复合氟化物为在进一步如下的一些示例性共混物例子中所用的K2[SiF6]:Mn4+ (“PFS”)。[0030]所述第三磷光体可包括在约520纳米(nm)至约680nm范围内具有发射峰的磷光体组成。所述第三磷光体通常为具有广泛发射范围的黄光或黄橙光磷光体。合适的第三磷光体的非限制性的例子可包括石榴石、氮化物和氧氮化物。表1显示了这种例子中的一些。也可使用具有选自石榴石、氮化物和氧氮化物的两种或更多种成员的任意组合。
[0031]在一些实施例中，所述第三磷光体可为具有通式(A，Ce)3M5_a012_3/2a的石榴石，其中
, A包括Y、Gd、Tb、La、Sm、Pr或Lu,且M包括Sc、Al或Ga。这种石槽石的一个例子为Y3Al5O12 = Ce3+ (YAG)0该石榴石YAG在约525nm至约645nm的广泛波长范围内具有发射峰。
[0032]在一些实施例中，所述第三磷光体可为具有通式(A，Eu)xSiyNz的氮化物，其中2x+3y=4z,且A包括Ba、Ca、Sr或它们的组合。氮化物可进一步掺杂铺。一些实施例包括A2Si具:Eu2+，其中A包括Ba、Ca或Sr。在某些情况中，氮化物具有式((Ba, Ca, Sr) HbEuaCeb)2Si5N8， 。这些氮化物在约575nm至约675nm的广泛波长范围内发射。
[0033]在一些实施例中，所述第三磷光体可为具有通式ApBt^Ns: R的氧氮化物磷光体，其中A包括钡，B包括硅，且R包括铕;并且2〈p〈6，8〈q〈10，0.l〈r〈6，10〈s〈15。在这些情况中，A还可包括锶、钙、镁或它们的组合；B还可包括铝、镓、锗或它们的组合；且R还可包括铈。在某些情况中，氧氮化物磷光体具有式(Ba, Ca, Sr，Mg)4Si90rN14.66_(2/3)r:Eu,使得r大于约I且小于或等于约4。这些氧氮化物的发射峰在约545nm至约645nm的波长范围内发射。
[0034]表1
【权利要求】
1.一种磷光体材料，其包含下述物质的共混物: 第一磷光体，所述第一磷光体包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+ δ: Ce3+的组成，其中RE包括镧系离子或Y3+，M包括Mg、Ca、Sr或Ba, A包括Mg或Zn,且O≤y≤2,2.5≤η≤3.5，0≤w I且-1.5≤δ≤1.5， 第二磷光体，所述第二磷光体包括掺杂锰(Mn4+)的复合氟化物，和 第三磷光体，所述第三磷光体包括在约520nm至约680nm范围内具有发射峰的磷光体组成。
2.根据权利要求1所述的磷光体材料，其特征在于，所述第一磷光体包括具有通式(CahCez)3Sc2Si1^wGewO12 的组成，其中 0〈z ≤ 0.3。
3.根据权利要求1所述的磷光体材料，其特征在于，所述第二磷光体包括通式A2[MF6]:Mn4+，其中A包括Na、K、Rb、Cs、NH4或它们的组合，且M包括S1、T1、Zr、Mn或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的磷光体材料，其特征在于，所述第三磷光体包括石榴石、氮化物、氧氮化物或它们的组合。
5.根据权利要求4所述的磷光体材料，其特征在于，所述第三磷光体包括具有通式(A, Ce) 3M5_a012_3/2a 的石榴石，其中 O ≤ a ≤ 0.5，A 包括 Y、Gd、Tb、La、Sm、Pr、Lu 或它们的组合，且M包括Sc、Al、Ga或它们的组合。
6.根据权利要求4所述的磷光体材料，其特征在于，所述第三磷光体包括具有通式(A, Eu) xSiyNz的氮化物，其中2x+3y=4Z，且A包括Ba、Ca、Sr或它们的组合。
7.根据权利要求6所述的磷光体材料，其特征在于，所述第三磷光体包括A2Si5N8: Eu2+，Ce2+，其中A包括Ba、Ca、Sr或它们的组合。
8.根据权利要求4所述的磷光体材料，其特征在于，所述第三磷光体包括具有通式ApBq0rNs:R的氧氮化物，其中A包括钡，B包括硅，且R包括铕；并且2〈p〈6，8〈q〈10，0.l〈r〈6，10〈s〈15。
9.一种照明装置，其包括:光源和磷光体材料，所述光源能够发射在约400纳米至约480纳米范围内的辐射，所述磷光体材料辐射联接至所述光源，并包括下述物质的共混物: 第一磷光体，所述第一磷光体包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+s:Ce3+的组成,其中RE选自镧系离子或Y3+，其中M选自Mg、Ca、Sr或Ba，A选自Mg或Zn，且其中O≤y≤2，2.5≤η≤3.5，0≤w≤I且-1.5≤δ≤1.5， 第二磷光体，所述第二磷光体包括掺杂锰(Mn4+)的复合氟化物，和 第三磷光体，所述第三磷光体包括在约520nm至约680nm范围内具有发射峰的磷光体组成。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述光源包括发光设备(LED)。
【文档编号】H01J61/44GK103827259SQ201280047878
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】P.K.纳马尔瓦, D.G.波罗布, A.A.塞特卢尔, S.K.马内帕利 申请人:通用电气公司