具有宽色域的基于led的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可以生成具有宽色域的光的照明单元。本发明还涉及包括这样的照明 单元作为背光照明单元的IXD显示设备。
【背景技术】
[0002] 用于LED (光发射设备）应用的绿色发光材料在现有技术中是已知的。例如，国 际专利申请W0/2004/036962描述了一种包括能够发射小于480nm的波长的主要光的光 发射结构和包括通式为（Sr 1IbCabBacMgdZrO SixNyOz:Eua的磷光体的发光屏的光发射设备， 其中 0.002 彡 a 彡 0.2，0·0 彡 b 彡 0.25，0·0 彡 c 彡 0.25，0·0 彡 d 彡 0.25， 0·0 彡 e 彡 0.25，1.5 彡 X 彡 2.5，1.5 彡 y 彡 2.5并且 1.5〈 Z〈 2.5。另外， W0/2004/030109描述了一种包括具有一般组成MSi2O2N2的Eu掺杂的氮氧化物主晶格的 UV-蓝色可激发绿色发光材料，其中M是选自组Ca、Sr、Ba的碱土金属中的至少一个。
【发明内容】
[0003] 当前磷光体转换的（pc-) LED解决方案看起来因缺乏红色光谱区中的强度而受 损，这阻碍暖白色设备（CCT < 5000K)的制造并且限制颜色再现属性，或者它们必须使用 磷光体，该磷光体具有在波长> 650nm处发射的能量的大部分并且由于深红色光谱区中 有限的眼睛敏感性而妨碍这样的设备的发光效率（lm/W)。后来的磷光体通常是基于通 过Eu(II)(即二价铕）的激活的带发射材料。利用该激活剂，发射光谱的表述为半高全宽 (FWHM)的光谱带宽固有地限于所需要的发射波长处的大约50nm (峰值最大值> 600nm)。 因而，对于具有窄带或红色光谱区中的线发射的pc-LED发光材料而言是非常合期望的，因 为它们将提供增加的光谱效率以用于光照目的。在显示器中，具有饱和红色色点的这样的 材料造成较宽的色域，如果例如在用于LCD背光的LED中使用的话。
[0004] 发现，对于磷光体转换的发光二极管（pc-LED)而言，具有窄带或线发射的发光材 料是非常合期望的。它们看起来提供绿色和红色光谱区域中的增加的光谱效率和显著增加 的色域，如果被应用于显示背光照明设备的话(改进的颜色分离和饱和度)。然而，通过使用 最先进的绿色和红色磷光体（比如稀土掺杂的YAG和Eu掺杂的CaAlSiN 3),仅可以实现有限 的色域。
[0005] 因而，本发明的一方面是提供一种可替换照明单元，其被配置成使用可以提供宽 色域的可替换磷光体组合。本发明的另一方面是提供一种可替换LCD显示设备，其包括被 配置为背光照明设备的这样的照明单元(并且包括一个或多个颜色滤波器)。本发明的又一 方面是提供一种可以在照明单元的实施例中应用的磷光体的组合。
[0006] 在第一方面中，本发明提供一种包括蓝光源、绿光源、第一红光源和第二红光源的 照明单元，所述第一红光源包括被配置成提供具有宽带光谱光分布的红光的第一红色发光 材料，所述第二红光源包括被配置成提供具有包括一个或多个红色发射线的光谱光分布的 红光的第二红色发光材料。
[0007] 在具体实施例中，照明单元包括磷光体材料混合物，其包含二者都利用蓝色LED 激发的窄红色发射复合氟化物(例如，（K，Rb)2SiF6:Mn，诸如K2SiF 6 = Mn)和Ln掺杂(镧系 元素，特别地铕和/或铺掺杂）碱土次氮娃酸盐(例如，（Ba, Sr, Ca, Mg) AlSiN3 = Eu ;特别地 (Sr, Ca, Mg)AlSiN3:Eu)。在与绿色LED的组合中，80%以及更高的NTSC(国家电视系统委员 会）色域可以通过将红色线发射Mn激活的氟化物添加到宽发射（Ba, Sr, Ca, Mg) AlSiN3: Eu 磷光体，特别是（Sr, Ca, Mg) AlSiN3: Eu磷光体来实现。
[0008] 在又一具体实施例中，应用pc-粉色LED。pc-粉色LED设备包括蓝色LED和红 色发射磷光体混合物，其包括宽发射红色发光材料(诸如（Ba, Sr, Ca, Mg) AlSiN3: Eu，特别地 (Sr, Ca, Mg) AlSiN3: Eu)和附加的窄红色发射体（比如Mn掺杂的K2SiF6)。红色磷光体混合物 具有在由蓝色LED可激发的大约455nm的区中的强且宽的吸收。具有蓝色和绿色LED (分 别以大约455nm和530nm为中心）的这样的磷光体层的模拟揭示出NTSC色域的显著改进 (多80%以及更高)。通过与模拟相当好地匹配的所制备的磷光体层的测量数据来支持模拟。
[0009] 在再一方面中，本发明提供一种包括被配置为背光照明单元的如本文中所限定的 照明单元的IXD显示设备。由于大色域的缘故，IXD显示设备可以显示宽范围的颜色。如 本领域技术人员将清楚的，这样的IXD显示设备还可以包括一个或多个颜色滤波器，其特 别地布置在背光照明单元的下游(但是在IXD显示设备的显示器的上游)。
[0010] 在又一方面中，本发明提供一种包括绿色发光材料、第一红色发光材料和第二红 色发光材料的磷光体的组合，所述绿色发光材料选自包括含二价铕的氮氧化物、含二价铕 的硫代镓酸盐、含三价铈的氮化物、含三价铈的氮氧化物和含三价铈的石榴石的组，所述第 一红色发光材料选自包括（Ba, Sr, Ca，Mg)AlSiN3:Eu 和（Ba, Sr, Ca)2Si5_xAlxOxN 8_x:Eu 的组， 其中X在0-4的范围中（诸如0,或0. 5-4,比如1-4,比如2或3 ;甚至更特别地0-0. 4,诸如 〇-〇. 2)，所述第二红色发光材料选自包括掺杂有四价锰的M2AX6的组，其中M包括选自包含 Li、Na、K、Rb、Cs、NH4的组的单价阳离子，其中A包括选自包含Si、Ti、Ge、Sn和Zr的组的 四价阳离子，并且其中X包括选自包含F、Cl、Br和I的组的单价阴离子，但是至少包含F (诸如特别地基本上仅包含F)。然而，要指出的是，为了获得本发明在照明单元或LCD显示 设备中的优点，也可以应用除该磷光体组合之外的其它选项（同样参见下文)。
[0011] 本发明的照明单元可以是应用于一般照明的照明单元，但是也可以是应用于例如 背光照明的照明单元。非限制数目的应用在下文指示。要指出，术语"照明单元"也可以涉 及多个照明单元。
[0012] 照明单元包括至少四个光源。如本领域技术人员将清楚的，照明单元可以仅在照 明单元处于操作中时生成光（即照明单元光)。照明单元将包括用作激发源的至少一个光 源。这可以是例如蓝色LED或UV LED或两种类型的LED的组合。术语"蓝色LED"或"UV LED"是指分别被配置成在操作期间生成蓝光或UV光的LED。（多个）激发源的选择可以取 决于发光材料的类型，如本领域技术人员所已知的。当激发源包括UV LED时，照明单元还可 以包括蓝色发光材料，其被配置成在由UV LED光源激发时生成蓝光。要指出的是，一个或 多个其它发光材料可以被配置成由UV光直接激发和/或由蓝色发光材料的蓝光激发。再 次要指出的是，术语"光源"和"LED"还可以分别涉及多个光源和LED。例如，当绿光源（同 样参见下文）包括发光材料时，蓝色LED可以被配置成激发绿色发光材料和第一红色发光 材料以及第二发光材料。可以选择不同配置，包括例如仅具有绿色发光材料的Pc-LED以及 仅具有(多个)红色发光材料的pc-LED，但是还可以应用发光材料的组合，在LED上(包括在 树脂中)或者远离(多个)LED (即处于非零距离处)，例如作为出射窗上的涂层或者嵌入在透 射窗中。具有蓝色LED、仅具有由蓝色LED可激发的(多个)红色发光材料的pc-LED在本文 中还被指示为粉色LED。术语"蓝色发光材料"还可以在实施例中涉及多个蓝色发光材料。 术语光源原则上可以涉及现有技术中已知的任何光源，但是可以特别地是指基于LED的光 源，在本文中还被指不为LED。以下描述将 为了理解起见 仅针对基于LED的光源而 写。
[0013] 光源被配置成提供UV和/或蓝光(参见上文)。在优选实施例中，发光二极管被配 置成生成具有蓝色成分的LED光。换言之，光源包括蓝色LED。在又一实施例中，发光二极 管被配置成生成具有UV成分的LED光。换言之，光源包括UV LED。当应用UV光源并且期 望蓝光或白光时，作为蓝色成分，例如可能应用众所周知的材料BaMgAl1(l0 17:Eu2+。然而，还 可以可替换地或附加地应用能够将UV光转换成蓝光的其它发光材料。优选地，光源是在操 作期间至少发射在选自200-490nm范围的波长处的光的光源，特别是在操作期间至少发射 在选自400-490nm范围，甚至更特别地在440-490nm范围中的波长处的光的光源。该光可 以部分地被(多个)发光材料使用（参见下文)。在具体实施例中，光源包括固态LED光源(诸 如LED或激光二极管)。术语"光源"还可以涉及多个光源，诸如2-20个（固态）LED光源。 因而，术语LED还可以是指多个LED。因而，在具体实施例中，光源被配置成生成蓝光。
[0014] 本文中的术语"白光"对于本领域技术人员而言是已知的。其特别地涉及具有在 大约2000和20000K，特别地2700-20000K之间的相关色温（CCT)的光，以用于特别地在大 约2700K和6500K的范围中的一般照明，以及用于特别地在大约7000K和20000K的范围中 的背光照明目的，并且特别地在距BBL (黑体轨迹）大约15 SDCM (颜色匹配标准偏差）内， 特别地在距BBL大约10 SDCM内，甚至更特别地在距BBL大约5 SDCM内。
[0015] 在实施例中，光源还可以提供具有大约5000和20000K之间的相关色温（CCT)的 光源光，例如直接磷光体转换的LED (具有磷光体薄层的蓝光发射二极管以用于例如获得 10000K)。因而，在具体实施例中，光源被配置成提供具有在5000-20000K的范围中，甚至更 特别地在6000-20000K的范围中，诸如8000-20000K的相关色温的光源光。相对高相关色 温的优点可以在于，可以存在光源光中的相对高蓝色成分。
[0016] 因而，照明单元特别地包括可以是UV LED和蓝色LED中的一个或多个的光源。 前者与被配置成将UV (LED)光的至少一部分转换成蓝光的蓝色发光材料组合，可以提供 蓝光源。特别地，应用蓝色LED，其特别地具有在以上指示的（多个）波长范围中，特别地 440-490nm的形心（centroid)发射。因而，在实施例中，蓝光源包括蓝色发光二极管（LED)。 术语"蓝光源"还可以涉及多个蓝光源。
[0017] 由于蓝光源可以包括（a)与蓝色发光材料组合的UV LED和（b)蓝色LED中的一个 或多个，因此绿光源可以包括与绿色发光材料(被配置成将UV (LED)光的至少一部分转换 成绿光）组合的UV LED、与绿色发光材料(被配置成将蓝色（LED)光的至少一部分转换成绿 光）组合的蓝色LED、以及绿色LED中的一个或多个。如从上文将清楚的，还可以应用那些 绿光源中的两个或更多的组合。另外，可以应用绿色发光材料，其转换蓝色发光材料的蓝光 的至少一部分(当应用这样的蓝色发光材料时)。
[0018] 术语"绿光源"还可以涉及多个绿光源。术语"绿色发光材料"可以在实施例中还 涉及多个绿色发光材料。在具体实施例中，绿光源包括被配置成转换蓝光源的蓝光的至少 一部分并且将所述蓝光转换成绿光的发光材料。
[0019] 如上文所指示的，绿光源可以包括将光源光(诸如蓝色LED)的至少一部分转换成 绿光(在操作期间)的绿色发光材料。特别地，(绿色)发光材料可以包括选自包括含三价铈的 石榴石和含三价铈的氮氧化物的组的一个或多个磷光体。因而，在实施例中，绿光源包括包 含M 3A5O12:Ce3+的发光材料，其中M选自包含Sc、Y、Tb、Gd和Lu的组，并且其中A选自包含Al 和Ga的组。特别地，M至少包括Y和Lu中的一个或多个，并且其中A至少包括A1。这些类 型的材料可以给出最高的效率。在具体实施例中，第二红色发光材料包括M 3A5O12 = Ce3+类型 的至少两个发光材料，其中M选