磷光体转换发光二极管、灯及照明器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有相对大显色指数的磷光体转换发光二极管。本发明还涉及磷光体转换发光二极管在灯和照明器中的使用。
【背景技术】
[0002]磷光体转换发光二极管(LED)包括诸如无机磷光体之类的发光材料以将由LED发射的光的一部分转换成另一颜色的光以获得特定光发射。许多磷光体转换LED用于获得具有接近于颜色空间中的黑体线的色点的光发射一一因而光对于人类裸眼而言看似白色。磷光体材料通常直接应用在发光二极管上，然而，本文档中公开的发明并不直接受限于这样的实施例。
[0003]当前，以上讨论的磷光体转换LED是基于与发光材料组合的蓝光发射LED，该发光材料将一部分蓝光转换成绿光和红光以生成具有例如大于80的相对高显色指数的白光。这样的磷光体转换LED的一个示例是发射具有449纳米的峰值波长的蓝光的LED，其包括绿色发射磷光体Y3AL5O12: CE3+和红色发射磷光体CaAlSiN3: Eu2+。红色发射磷光体根据具有在620纳米处的峰值波长和93纳米的宽度(被表述为半高全宽FWHM值)的频谱分布来发射红光。通过组合特定量的磷光体，可以制得在相关色温CCT=3000开尔文处发射光的磷光体转换LED。该特定磷光体转换LED的总光发射功率包括来自蓝色发射LED的大约11%的光、来自红色发射磷光体的43%的光以及来自绿色发射磷光体的大约46%的光。总流明当量为322.2流明每瓦并且显色指数(被表述为RA值)为82.1。
[0004]流明当量强烈取决于红色发射磷光体在深红色区中发射的光量。深红色频谱范围在大约650纳米处开始，其中眼睛敏感度跌至其最大值的百分之10以下。如果可以限制在深红色区中发射的光量，流明当量潜在地更高。
[0005]为了改善流明当量，已知的是可以使用量子点(QD)，因为量子点具有相对窄光发射谱。例如存在这样的QD，其发射具有在从610至620纳米的范围中的峰值波长的光并且具有有着30纳米宽度FWHM的光发射谱。例如，当制得磷光体转换LED(其包括发射449纳米的峰值波长的蓝色发射LED，其包括绿色磷光体Y3Al5O12: Ce3+，其包括其中具有有着612纳米的峰值发射和30纳米宽度FWHM的发射谱的红色发射量子点并且被配置成在3000开尔文的CCT处发射光)时，所发射的光具有与之前段落的磷光体转换LED相同的显色指数(CRIea = 82.1)，并且流明当量朝向364.9流明每瓦增加。因而，如果以相同量的电能提供依照前两个实施例的两个磷光体转换LED，人类裸眼将后一磷光体转换LED所发射的光体验为更亮的光。
[0006]然而，量子点材料尚不足够可靠以保证磷光体转换LED的长寿命。另外，现今可用的最高效的量子点材料包括已知具有环境相容性问题的镉和/或砸化物。另外，以相对高峰值波长发射红光并且以窄带发射光的已知可替换发光材料也具有稳定性问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供磷光体转换发光二极管(LED)，其比已知磷光体转换LED更稳定而同时维持相对高流明当量和相对高显色指数。
[0008]本发明的第一方面提供磷光体转换发光二极管。本发明的第二方面提供灯。本发明的第三方面提供照明器。在从属权利要求中限定有利实施例。
[0009]依照本发明的第一方面的磷光体转换发光二极管(LED)包括LED、第一发光材料、第二发光材料和第三发光材料。LED发射具有在蓝色频谱范围中的第一峰值波长的第一频谱分布。第一发光材料吸收第一频谱分布的光的一部分并且将所吸收的光的至少一部分朝向第二频谱分布的光转换。第二频谱分布具有在绿色频谱范围中的第二峰值波长。第二发光材料吸收第一频谱分布的光的一部分和/或第二频谱分布的一部分。第二发光材料将所吸收的光的至少一部分朝向第三频谱分布的光转换。第三频谱分布具有第三频谱宽度并且具有第三峰值波长。第三发光材料吸收第一频谱分布、第二频谱分布和第三频谱分布中的至少一个的光的一部分。第三发光材料将所吸收的光的至少一部分朝向第四频谱分布的光转换。第四频谱分布具有第四频谱宽度并且具有第四峰值波长。第三峰值波长和第四峰值波长在橙色/红色频谱范围中。第三峰值波长小于第四峰值波长并且第三频谱宽度大于第四频谱宽度。
[0010]根据第一方面的磷光体转换LED包括将蓝光朝向橙/红和红光转换的两个不同发光材料。包括例如量子点的第三发光材料具有最高峰值波长，并且因而发射接近于深红色频谱范围的光。第三发光材料的频谱分布具有相对窄光发射分布，特别是相比于第二发光材料而言。因而，第三发光材料不发射在深红色频谱范围中的很多光，并且因而流明当量不因为在深红色频谱范围中的过大光发射而减小。第二发光材料具有在橙色/红色或者红色频谱范围中的较低峰值波长并且具有较宽光发射分布(相比于第三发光材料而言)，并且因此第二发光材料在较低红色频谱范围中并且部分地在第三发光材料也在其中发射光的频谱范围中发射光。因而，第二发光材料有助于沿整个红色频谱范围和可能地还在橙色频谱范围中的足够高的光发射。由此，由磷光体转换LED发射的光的显色指数保持相对高。另夕卜，通过使用还在第三发光材料的频谱分布中发射一些光的第二发光材料，所要求的第三发光材料的量可以减小，这在如果第三发光材料是昂贵的或者具有特定缺点时特别有利。如果第三发光材料的量相对低，该材料可能的稳定性问题对作为整体的磷光体转换LED的寿命具有较小影响，并且相比于具有在橙色/红色频谱范围中以相对窄频谱分布发射光的多得多的发光材料的磷光体转换LED而言，作为整体的磷光体转换LED更稳定。
[0011]换言之，替代于使用单个红色发射磷光体，在本发明的第一方面的磷光体转换LED中应用混合式解决方案，其中两个发光材料之一以相对高波长发射足够的光，但是防止在深红色频谱范围中的很多光发射，并且其中另一发光材料用来在整个红色频谱范围(和可能地橙色频谱范围)中发射足够的光，使得显色指数不减小并且所要求的量子点的量减小。要指出的是，第二和第三发光材料必须以特定组合使用，如所公开的那样。如果将不使用发光材料中的一个并且发光材料中的另一个的量不得不增加，并且因而它将导致减小的显色指数、减小的流明当量或者第三发光材料的过大使用的非期望效果中的一个。
[0012]要指出的是，术语频谱分布是指特定光波长处的光量的分布。光量可以被表述为在特定波长处发射的能量的量。这样的频谱分布也可以是归一化的分布。可见光谱可以与人类裸眼所看到的颜色有关地被子划分为若干频谱子范围。蓝色频谱范围包括具有在从400纳米到500纳米的范围中的波长的光。绿色频谱范围包括具有在从500纳米到570纳米的范围中的波长的光。橙色频谱范围包括具有在从570纳米到620纳米的范围中的波长的光。红色频谱范围包括具有在从620纳米到750纳米的范围中的波长的光。橙色/红色频谱范围包括在从570到750纳米的频谱范围中的光。
[0013]可选地，第二和/或第三发光材料包括红色发射Eu2+磷光体。
[0014]可选地，第二发光材料包括材料4Si5N8:Eu2+(货碱土金属)。发明人已经发现，该可选实施例的材料的磷光体在如所要求保护的发明中特别有用。材料的特定发射属性通过碱土原子和Eu激活剂的浓度的组合来设定。材料被配置成吸收蓝光，其是稳定的并且提供在橙色和红色频谱范围中的有利宽光发射分布，使得当与窄红色发射发光材料和绿色发射发光材料组合时，可以制得具有相对高显色指数和相对高流明当量的磷光体转换LED。
[0015]可选地，第二发光材料包括材料(Ca，Sr) AlSiN3:Eu2+。
[0016]可选地，第三发光材料包括示出量子限域并且至少在一个尺寸中具有在纳米范围中的大小的颗粒。
[0017]量子限域意味着颗粒具有取决于颗粒的大小的光学属性。这样的材料的示例是量子点、量子棒和量子四脚体。第三发光材料至少包括至少在一个尺寸中具有在纳米范围中的大小的颗粒。这意味着例如如果颗粒基本为球形，它们的直径在纳米范围中。或者这意味着例如如果它们为线形，则线的横截面的大小在一个方向上处于纳米范围中。纳米范围中的大小意味着它们的大小至少小于I微米，因而小于500纳米，并且大于或等于0.5纳米。在实施例中，一个尺寸中的大小小于50纳米。在另一实施例中，一个尺寸中的大小在从2到30纳米的范围中。
[0018]在本发明的实施例中，第三发光材料可以包括量子点。量子点是一般具有仅几个纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的大小和材料确定的颜色的光。特定颜色的光因此可以通过适配点的大小来产生。具有可见范围中的发射的大多数已知量子点是基于带有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)的壳的砸化镉(CdSe)。也可以使用诸如磷化铟(InP)和铜铟硫化物(CuInS2)和/或银铟硫化物(AgInS2)之类的没有镉的量子点。量子点具有窄发射带，并且因而它们发射饱和色。另外，发射颜色可以通过适配量子点的大小而容易地调谐。在本发明中可以使用本领域中已知的任何类型的量子点，倘若它具有适当的波长转换特性的话。
[0019]在可选的可替换实施例中，第三发光材料包括以下中的至少一个:作为用Mn4+离子激活的六氟硅酸盐的窄带红色发射磷光体，或者红色发射磷光体CaS:Eu。
[0020]可选地，第三峰值波长在从575纳