专利名称：用于波长转换的磷光体混合物及白光发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于波长转换的磷光体混合物，更特别地，涉及用于能够表现多种颜色并且还具有优异的显色指数(CRI)的波长转换的磷光体混合物，其能够提供接近自然光的白光，并且本发明还涉及使用该磷光体混合物的白光发射装置。
背景技术：
通常，用于波长转换的磷光体被用于将不同光源的特定波长的光转换成期望波长的光。在不同的光源中，由于LED的低功率驱动和优异的光效率，LED可用于LCD背光并且可用于汽车和家庭照明，所以近来磷光体已经普及成为在白光LED的制造中的重要技术。
通过将黄色磷光体应用于蓝色LED上来制造白光发射装置。更特别地，将黄色磷光体YAG(Y3Al5O12):Ce应用于具有GaN/InGaN活性层的蓝色LED的发光表面上，以将一部分蓝光转换成黄光，并且将转换的黄光与另一部分蓝光结合以提供白光。
包括YAG:Ce磷光体(或基于TAG的磷光体)和蓝色LED的传统发射白光装置具有显色质量低的缺陷。即，使用黄色磷光体获得的白光的波长只分布在蓝色和黄色区域中，并且其显色质量很低，因此，限制了实现期望的全自然白光。此外，如果由于长期使用而使工作温度升高，则会发生发黄的问题。
用于波长转换的传统磷光体被限制为只提供特定光源的发光颜色以及特定输出光的颜色，而且还被限制在可实现的颜色分布中。由此，将传统磷光体应用于不同光源的发光颜色和/或根据用户需求的不同种类输出光的颜色中存在局限性。
为了解决这些问题，本发明的受让人已经在韩国专利申请第2004-0076300号(于2004年9月23日提交)中预先提出包括蓝色、绿色、和红色的磷光体混合物。
如上所述，在本领域中需要可同时减轻发黄并且具有优异的显色指数，以及还可以实现较宽颜色分布的磷光体混合物。
发明内容
本发明旨在解决在现有技术中存在的上述问题，因此，本发明的目的在于提供一种由磷光体组合成的用于波长转换的磷光体混合物，以能够呈现不同的颜色。
本发明的另一目的在于提供一种应用于近紫外线的用蓝色、黄色、和红色磷光体组合成的白光发射磷光体混合物以提供白光，其中，发黄被减轻并且显色指数优异。
本发明的另一目的在于提供一种采用了白光发射磷光体混合物的优质白光发射装置。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于波长转换的磷光体混合物，包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种。
根据本发明的第二方面，提供了一种白光发射磷光体混合物，包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu的组合，其中将近紫外线辐射转换成位于CIE坐标(x，y)处的光，其中，0.25≤x≤0.45，并且0.25≤y≤0.43，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种。
根据本发明的第三方面，提供了一种白光发射装置，包括发光二极管(LED)，用于发射近紫外线辐射；以及波长转换部，沿LED的发光方向放置，并且具有白光发射磷光体混合物以及固化树脂，其中，白光发射磷光体混合物包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu的组合，其中将近紫外线辐射转换成位于CIE坐标(x，y)处的光，其中，0.3≤x≤0.45，并且0.3≤y≤0.43，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种。
优选地，近紫外线LED发射具有300nm至450nm波长的射线。此外，在特定实施例中，固化树脂可以包括硅或环氧树脂。
优选地，白光发射装置的输出光具有80或更高的显色指数，接近自然光，并且更优选地，具有90的显色指数。
除非另有说明，术语“近紫外线”指的是从300nm至450nm的范围。此外，除非另有说明，磷光体或磷光体混合物的色度图和显色指数指的是由磷光体或磷光体混合物转换的输出光的色度和显色指数。此外，术语“白光发射磷光体混合物”指的是将特定类型的光(近紫外光)激活成白光的磷光体混合物。
从以下结合附图的详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征、和其他优点，在附图中图1是示出从包括YAG:Ce磷光体和蓝色LED的传统白光发射装置获得的光的波长的曲线图；图2a至图2c是示出相对于近紫外线辐射的蓝色、绿色、和红色磷光体的光发射波长的曲线图；图3a和图3b是示出根据本发明的白光发射装置实例的侧视截面图；图4是示出根据本发明的实施例的用磷光体混合物可实现的色域的色度图；图5是示出根据本发明的另一实施例的白光发射磷光体混合物的色域的色度图；以及图6是示出根据本发明的另一实施例的通过白光发射磷光体混合物从近紫外线辐射转换的白光的波长的曲线图。
具体实施例方式
下面，将参照附图详细地说明本发明的优选实施例。
通过适当地组合红色、绿色、和蓝色磷光体以能够呈现不同的颜色，来获得根据本发明的用于波长转换的磷光体。图2a至图2c是示出适用于本发明的蓝色、绿色、和红色磷光体的光发射波长的曲线图。
用于本发明的蓝色磷光体是A5(PO4)3Cl:Eu2+，其中，A是Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种。蓝色磷光体具有430nm至460nm的峰值波长。例如，如图2a所示，(Sr，Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+的峰值波长约为450nm。
适用于本发明的绿色磷光体为D2SiO4:Eu，其中，D是Ba、Sr、和Ca中的至少一种。绿色磷光体具有490nm至525nm的峰值波长。例如，如图2b所示，(Ba，Sr)2SiO4:Eu的峰值波长约为514nm。
红色磷光体是MS:Eu，其中，M是Sr和Ca中的至少一种。红色磷光体具有585nm至615nm的峰值波长。例如，如图2c所示，(Sr，Ca)S:Eu的峰值波长约为602nm。
根据本发明的第一方面，可将蓝色、绿色、和红色磷光体组合以实现较宽的色度范围。
如下面第一实施例中所述，在使用近紫外线辐射源的情况下，可以用本发明的磷光体混合物实现的色域位于CIE色度图(参照图4)中具有颜色坐标(0.15，0.03)、(0.19，0.63)、以及(0.62，0.37)的三角区域内。
这种色域很难用现有技术中的一种或两种磷光体材料的组合来实现，但是，根据本发明的用于波长转换的磷光体混合物能够以适当的成分有效地产生较宽的色域。
此外，根据本发明的用于波长转换的磷光体混合物提供了一种白光发射磷光体混合物，其能够以特定组和物将近紫外线辐射(约300nm至约450nm)转换成具有优异特性的白光。
白光发射磷光体混合物优选地可以增强从近紫外线辐射转换的输出光的显色指数(CRI)。CRI可以优选地增加至80或更高，更优选地，可以增加至90或更高，并且最优选地，达到95。此外，可以缓和发黄现象。
在满足这种等级的CRI的优选组分中，包含40wt％至88wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含10wt％至58wt％的D2SiO4:Eu，以及包含2wt％至50wt％的MS:Eu，更优选地，包含70wt％至83wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含13wt％至27wt％的D2SiO4:Eu，以及包含3wt％至7wt％的MS:Eu。
与基于YAG的磷光体与蓝色LED的结合不同，根据本发明的白光发射磷光体混合物被提供为与近紫外线LED结合。此外，与传统的磷光体不同，其可使随着运行时间增加而发生的颜色变化(例如，发黄)最小化。
上述组分在限定用于特定磷光体的白光发射磷光体混合物的范围，但是取决于制造过程或成分范围的差异，效率可能存在相对较大的差异(±100％)，而且，取决于外壳(package)结构，成分范围实际上可以发生变化。
下面，在第二实施例中将详细地解释由于适当成分和CRI而形成的改进效果。
根据本发明的第三方面，可将白光发射磷光体混合物与近紫外线LED结合以提供一种可用作优异照明装置的白光发射装置。如图3a和图3b所示的实例，可以实现不同形式的白光发射装置。
图3a中所示的白光发射装置20可以包括外壳28以及两个引线框22a和22b。在一侧上的引线框具有形成杯形结构的端部，该端部具有插入其中的近紫外线LED 25。近紫外线LED 25的两个电极(未示出)分别通过导线26a和26b连接至引线框22a和22b。此外，提供了安装在其中具有LED 25的杯形结构内部的波长转换部29。波长转换部29包括白光发射磷光体混合物以及固化树脂。可使用环氧树脂、硅树脂、或硅环氧混合树脂作为固化树脂。
同时，图3b所示的白光发射装置30包括由两个引线框32a和32b弯曲环绕的基板31。近紫外线LED 35位于基板31上，并且近紫外线LED 35的两个电极(未示出)分别通过导线36a和36b连接至引线框32a和32b。此外，包围LED 35的波长转换部39包括白光发射磷光体混合物。通过适当地将白光发射磷光体混合物与环氧树脂、硅树脂、或硅环氧混合树脂混合，形成波长转换部39。此外，可通过诸如本领域技术人员公知的转移模塑法的模塑处理，方便地形成波长转换部39。
近紫外线LED 25和35可以为发射300nm至450nm的波长光的LED。波长转换部29和39可以将从LED 25和35发射的近紫外线转换成具有优异显色质量并且用上述发射白光磷光体混合物缓和的发黄现象的白光。
现在，将通过特定实例描述本发明的操作和效果。
实例1本实例旨在证实可以用根据本发明的用于波长转换的磷光体混合物实现的色度坐标范围。
首先，制备蓝色、绿色、和红色磷光体(Sr，Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、(Ba，Sr)2SiO4:Eu、以及(Sr，Ca)S:Eu，以生成将用在本实例中的用于波长转换的磷光体混合物。
对于每种荧光粉，测量从405nm的近紫外线转换的光的色度，并且在CIE色度图中标出对应的坐标。所得到的每个样本的色度坐标如表1中所示以及图4的色度图中所示。
表1
参照图4以及表1，可将用于波长转换的磷光体限定在具有CIE色度图中的坐标(0.15，0.03)、(0.19，0.33)、以及(0.62，0.37)的三角区域中。如上所述，证实用于波长转换的磷光体可以以适当的成分实现传统磷光体不可能实现的宽分布中的色度。
实例2本实例旨在证实根据本发明的白光发射磷光体混合物的色度和白光特性(发黄和CRI)。
首先，与在第一实例中相同，制备蓝色、绿色、和红色磷光体(Sr，Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、(Ba，Sr)2SiO4:Eu、以及(Sr，Ca)S:Eu，以产生将用在本实例中的白光发射磷光体混合物。
为了找出可通过磷光体的组合实现的颜色范围，如在下面的表2中，制备以下七个样本。
表2
使用由表2中的成分制造的每种磷光体混合物以及相同类型的紫外线LED(约405nm)，制造具有如图3b所示结构的七种白光发射装置(样本1至6、比较样本1)。
同时，根据现有技术，使用黄色磷光体Tb3Al5O12和蓝色LED(约468nm)制造具有硅树脂的不同成分并且在制造外壳的不同条件下的三种白光发射装置(比较样本2至4)。
接下来，对于每个样本，检查通过白光发射装置的每个样本转换的光的色度，以测量每个样本的CRI。此外，持续5小时施加相同电平的电压以发光，并且在色度改变时检查发黄现象的发生。结果如表3所示，并且在图5所示的色度图中标出对应的颜色坐标。
表3
如表3所示，除了比较样本1以外，将样本1至6、以及比较样本2至4转换成位于颜色坐标(x、y)处的输出光(由图5中w标明的虚线框)，其中，0.25≤x≤0.45，并且0.25≤y≤0.43。即，在具有偏离适当成分的蓝色、绿色、和红色磷光体的成分的比较样本1中，白光特性减弱。
而且，根据确定接近自然光特性的CRI，尽管比较样本2至4呈现白光，但是它们表现出约72至78的低CRI，其与比较样本1的等级相似，并且也呈现出一定程度的发黄。在另一方面，样本1至6表现出80或更高的CRI，并且样本1、4、和6表现出90或更高的CRI。此外，在这些样本中很难观察到诸如在传统基于TAG的黄色磷光体中呈现出发黄的色度变化。
特别地，样本6表现出95％的高等级CRI。图6示出根据样本6的白色输出光的波长。
参照图6，发射的光的受激波长广泛地并且相对平均地分布在可视光线的整个区域中。与黄色磷光体(基于YAG)与蓝色LED(参照图1)的传统结合的结果相比较，在上述波长分布中，相当大的改进是显而易见的。
基于本实施例中的样本的成分，可如下限定白光发射磷光体混合物的适当成分。
可将磷光体混合物的优选成分限定为其中包含40wt％至88wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含10wt％至58wt％的D2SiO4:Eu，以及包含2wt％至50wt％的MS:Eu。可将更优选的成分限定为其中包含70wt％至83wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含13wt％至27wt％的D2SiO4:Eu，以及包含3wt％至7wt％的MS:Eu。
然而，如上所述，应该考虑典型磷光体的效率、以及诸如近紫外线辐射的波长范围和成分范围的外部变量、以及外壳结构，并由此更宽地设置磷光体混合物的实际成分。
根据上述的本发明，特定蓝色、绿色、和红色磷光体的组合允许提供能够表现较宽的颜色范围的用于波长转换的磷光体混合物。此外，可通过适当成分的磷光体实现白光发射磷光体混合物，以使出现诸如发黄的颜色变化现象最小化，由此，提供具有优异显色指数(CRI)的全自然白光。此外，本发明提供了一种使用上述白光发射磷光体混合物和紫外线LED的能够发射优质白光的发光装置。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.用于波长转换的磷光体混合物，包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的用于波长转换的磷光体混合物，其中，近紫外线辐射被转换成位于CIE色度图中CIE坐标为(0.15，0.03)、(0.19，0.63)、以及(0.62，0.37)的三角区域内的光。
3.白光发射磷光体混合物，包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu的组合，其中将近紫外线辐射转换成位于CIE坐标(x，y)处的光，其中，0.25≤x≤0.45，并且0.25≤y≤0.43，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的白光发射磷光体混合物，其中，输出光相对于所述近紫外线辐射具有80或更高的显色指数。
5.根据权利要求4所述的白光发射磷光体混合物，其中，包含40wt％至88wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含10wt％至58wt％的D2SiO4:Eu，以及包含2wt％至50wt％的MS:Eu。
6.根据权利要求3所述的白光发射磷光体混合物，其中，输出光相对于所述近紫外线辐射具有90或更高的显色指数。
7.根据权利要求6所述的白光发射磷光体混合物，其中，包含70wt％至83wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含13wt％至27wt％的D2SiO4:Eu，以及包含3wt％至7wt％的MS:Eu。
8.白光发射磷光体混合物，包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种，并且其中，包含40wt％至88wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含10wt％至58wt％的D2SiO4:Eu，以及包含2wt％至50wt％的MS:Eu。
9.根据权利要求8所述的白光发射磷光体混合物，其中，包含70wt％至83wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含13wt％至27wt％的D2SiO4:Eu，以及包含3wt％至7wt％的MS:Eu。
10.一种白光发射装置，包括发光二极管(LED)，用于发射近紫外线辐射；以及波长转换部，沿所述LED的发光方向放置，并且具有白光发射磷光体混合物以及固化树脂，其中，所述白光发射磷光体混合物包括三种磷光体A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu、以及MS:Eu的组合，其中将近紫外线辐射转换成位于CIE坐标(x，y)处的光，其中，0.3≤x≤0.45，并且0.3≤y≤0.43，其中，A包括Sr、Ca、Ba、和Mg中的至少一种，D包括Ba、Sr、和Ca中的至少一种，并且M包括Sr和Ca中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的白光发射装置，其中，所述近紫外线LED发出具有300nm至450nm波长的辐射。
12.根据权利要求10所述的白光发射装置，其中，所述固化树脂包括硅树脂或环氧树脂。
13.根据权利要求10所述的白光发射装置，其中，输出光具有80或更高的显色指数。
14.根据权利要求13所述的白光发射装置，其中，包含40wt％至88wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含10wt％至58wt％的D2SiO4:Eu，以及包含2wt％至50wt％的MS:Eu。
15.根据权利要求10所述的白光发射装置，其中，输出光具有90或更高的显色指数。
16.根据权利要求15所述的白光发射装置，其中，包含70wt％至83wt％的A5(PO4)3Cl:Eu2+，包含13wt％至27wt％的D2SiO4:Eu，以及包含3wt％至7wt％的MS:Eu。
全文摘要
本发明涉及用于波长转换的磷光体混合物以及使用该混合物的白光发射装置。本发明的磷光体混合物包括三种磷光体A
文档编号C09K11/84GK1840611SQ20061000190
公开日2006年10月4日 申请日期2006年1月19日 优先权日2005年3月30日
发明者孙宗洛, 朴一雨, 郑闰燮, 郭昌勋, 尹喆洙, 尹畯晧 申请人:三星电机株式会社