磷光體材料和相關(guān)的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磷光體材料，所述磷光體材料包括第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體的共混物。所述第一磷光體包括具有通式RE2-yM1+yA2-yScySin-wGewO12+δ:Ce3+的組成，其中RE選自鑭系離子或Y3+，其中M選自Mg、Ca、Sr或Ba，A選自Mg或Zn，且其中0≤y≤2，2.5≤n≤3.5，0≤w≤1且-1.5≤δ≤1.5。所述第二磷光體包括摻雜錳（Mn4+）的復(fù)合氟化物，且所述第三磷光體包括具有在約520納米至約680納米范圍內(nèi)的發(fā)射峰的磷光體組成。本發(fā)明也提供了一種包括這種磷光體材料的照明裝置。除了磷光體材料之外，所述照明裝置還包括光源。
【專利說明】磷光體材料和相關(guān)的設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及用于波長轉(zhuǎn)換的磷光體共混物，并具體涉及用于轉(zhuǎn)換由光源發(fā)出的輻射的磷光體共混物。更特別地，本發(fā)明涉及用于藍光發(fā)光二極管(LED)的磷光體共混物。
【背景技術(shù)】
[0002]磷光體為吸收在電磁光譜的一部分中的輻射能量，并發(fā)射在電磁光譜的另一部分中的輻射能量的發(fā)光材料。磷光體的一個重要類別包括具有極高化學(xué)純度和受控組成的結(jié)晶無機化合物，其中已添加少量的其他元素(稱為“激活劑”)以將它們轉(zhuǎn)化為有效的熒光材料。通過正確組合激活劑和無機化合物，可控制發(fā)射的顏色。大多數(shù)可用的公知磷光體響應(yīng)在可見光范圍之外的電磁輻射的激發(fā)而發(fā)射在電磁光譜的可見光部分中的輻射(本說明書也稱為光)。例如，磷光體已用于汞蒸氣放電燈中，以將由經(jīng)激發(fā)的汞所發(fā)射的紫外(UV)輻射轉(zhuǎn)換為可見輻射。此外，磷光體可在發(fā)光二極管(LED)中使用，以產(chǎn)生有色發(fā)射，所述有色發(fā)射通常不可獲自LED本身。
[0003]發(fā)光二極管(LED)為常用作其他光源(如白熾燈)的替代品的半導(dǎo)體光發(fā)射體。它們可特別地用作顯示器光、警示光和指示光，或用于需要有色光的其他應(yīng)用中。由LED所產(chǎn)生的光的顏色取決于在其制造中所用的半導(dǎo)體材料的類型。有色LED常用于玩具、指示器光和其他設(shè)備中。
[0004]有色半導(dǎo)體發(fā)光設(shè)備(包括發(fā)光二極管和激光器(在本說明書兩者通常稱為LED))已由II1-V族合金(如氮化鎵(GaN))制得。對于GaN基LED，光通常在電磁光譜的UV和/或藍色范圍中發(fā)射。直到最近，由于由LED所產(chǎn)生的光的固有顏色，LED已經(jīng)不適用于需要亮白光的照明用途。
`[0005]已開發(fā)技術(shù)用于將由LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為用于照明用途的可用的光。在一個技術(shù)中，LED涂布或覆蓋有磷光體層。磷光體吸收由LED產(chǎn)生的輻射，并產(chǎn)生不同波長(例如在光譜的可見光范圍中)的輻射。
[0006]LED產(chǎn)生的光和磷光體產(chǎn)生的光的組合可用于產(chǎn)生白光。最普及的白光LED基于藍光發(fā)射GaInN芯片。藍光發(fā)射LED涂布有磷光體或包括紅光、綠光和藍光發(fā)射磷光體的磷光體共混物，所述磷光體或磷光體共混物將藍光輻射中的一些轉(zhuǎn)換為互補色(例如黃綠發(fā)射)。來自磷光體和LED芯片的光的總和提供了具有色點(所述色點具有相應(yīng)的色坐標(X和y))和相關(guān)色溫(CCT)的白光，且其光譜分布提供了由演色指數(shù)(CRI)所測得的演色能力。
[0007]對于大于約4000K的可調(diào)CCT，這些白光LED通常產(chǎn)生CRI為約70至約80之間的白光。盡管這種白光LED適用于一些應(yīng)用，但對于許多其他應(yīng)用，希望產(chǎn)生具有更高CRI(大于約90)和更低CCT (小于3000K)的白光。
[0008]因此，希望提供新的改進的磷光體共混物，其對于低CCT產(chǎn)生具有高CRI和高流明的白光。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]簡言之，本發(fā)明的實施例中的大多數(shù)提供了一種磷光體材料，其包括第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體的共混物。所述第一磷光體包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+δ:Ce3+的組成,其中RE包括鑭系離子或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。所述第二磷光體包括摻雜錳(Mn4+)的復(fù)合氟化物,且所述第三磷光體包括具有在約520納米(nm)至約680納米(nm)范圍內(nèi)的發(fā)射峰的磷光體組成。
[0010]一些實施例涉及一種照明裝置。所述照明裝置包括光源和輻射聯(lián)接至所述光源的磷光體材料。所述磷光體材料包括第一磷光體、第二磷光體和第三磷光體的共混物。所述第一磷光體包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+s:Ce3+的組成，其中RE包括鑭系離子或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。所述第二磷光體包括摻雜錳(Mn4+)的復(fù)合氟化物，且所述第三磷光體包括具有在約520nm至約680nm范圍內(nèi)的發(fā)射峰的磷光體組成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]當參照附圖閱讀如下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在整個附圖中，同樣的標記表示同樣的部件，其中:
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明裝置的示意性橫截面圖；
[0013]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明裝置的示意性橫截面圖；
[0014]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明裝置的示意性橫截面圖；
[0015]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明裝置的示意性橫截面圖；
[0016]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明裝置的示意性橫截面圖；
[0017]圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的使用450nm激發(fā)波長的磷光體共混物的發(fā)射光譜；
[0018]圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的使用450nm激發(fā)波長的磷光體共混物的發(fā)射光譜；
【具體實施方式】
[0019]如本說明書在整個說明書和權(quán)利要求書中所用的大概的語言可用來修飾可能變化的而不會導(dǎo)致其相關(guān)的基本功能的改變的任何定量表示。因此，由一種或多種術(shù)語(如“約”)修飾的值不局限于所指出的精確值。在一些情況中，大概的語言可對應(yīng)于用于測量該值的儀器的精密度。
[0020]在如下說明書和如下權(quán)利要求書中，單數(shù)形式“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確另外指出。
[0021]如本說明書所用，術(shù)語“可”和“可為”表示在一組情況內(nèi)發(fā)生的可能性；具有所指出的性質(zhì)、特性或功能；和/或通過表示與限定動詞相關(guān)的能力、性能或可能性中的一個或多個而限定另一動詞。因此，“可”和“可為”的使用表示修飾的術(shù)語明顯適當?shù)?、能夠或合適地用于所述性能、功能或使用，并同時考慮到在一些情況中修飾的術(shù)語可有時不適當、有能力或合適。例如，在一些情況中，可預(yù)期一種結(jié)果或性能，而在其他情況中，所述結(jié)果或性能不能發(fā)生，所述特點通過術(shù)語“可”和“可為”獲得。
[0022]在本說明書術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何順序、量或重要性，而是用于區(qū)分一個要素與另一個要素。
[0023]如本說明書所用，術(shù)語“磷光體”或“磷光體材料”或“磷光體組成”可用于表示單個磷光體組成以及兩個或更多個磷光體組成的共混物。磷光體共混物可含有藍光、紅光、黃光、橙光和綠光磷光體。藍光、紅光、黃光、橙光和綠光磷光體根據(jù)它們的光發(fā)射的顏色而如此稱呼或已知。
[0024]如本說明書所用，術(shù)語“取代”和“摻雜”指在材料中添加一定量的元素。通常，通過這種添加，材料中的一種元素被另一元素部分或完全替換。應(yīng)注意，本說明書描述的各種磷光體可通過在括號中包括不同的元素書寫并由逗號分隔以顯示取代或摻雜，如((Ba, Ca, Sr) ^xEiO2Si5N8的情況。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解,此類符號意指磷光體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，用于如上磷光體的此類符號例如具有與((BaaCabSrnb) HEiO2Si5N8相同的含義，其中a和b可由O變化至I，并包括O和I的值。
[0025]本說明書結(jié)合將LED產(chǎn)生的紫外(UV)、紫光或藍光輻射轉(zhuǎn)換為白光以用于一般照明目的而描述特定的應(yīng)用。然而應(yīng)理解，本發(fā)明也可適用于將來自UV、紫光和/或藍光激光器以及其他光源的輻射轉(zhuǎn)換為白光。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)的實施例提供了磷光體共混物，所述磷光體共混物可用于照明系統(tǒng)中以產(chǎn)生適用于一般照明和其他目的的白光。所述磷光體共混物包括具有通式:RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+5:Ce3+的第一磷光體，其中RE包括鑭系離子或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。在一個實施例中，所述第一磷光 體也可由通式(RE1IzScxCez)2M3IApSinIGewOms表示，其中RE包括鑭系離子或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，根據(jù)這些配方制得的磷光體可在在廣泛溫度范圍內(nèi)保持高發(fā)射強度(量子效率)。所述磷光體可用于照明系統(tǒng)(如LED和熒光管等)中，處于別的當中，以產(chǎn)生藍光和藍/綠光。
[0027]在一些實施例中，第一磷光體可具有通式(Ca1=Cez) 3Sc2Sin_wGew012,其中0<z ( 0.3。所述第一磷光體的具體實施例包括下述組成:其中S1、Ge組分包含至少約66%Si4+，至少約 83%Si4+和 100%Si4+。因此，一些具體實施例包括(Ca1^zCez) 3Sc2 (Si1^cGec) 3012,其中c為0.67至I。
[0028]相比于許多現(xiàn)有的磷光體，例如YAG:Ce，具有上式的這些磷光體在高溫下具有降低的發(fā)光猝滅(熱猝滅)。因此，這些磷光體在大的溫度范圍內(nèi)保持它們的發(fā)射強度，這可在使用過程中當照明系統(tǒng)的溫度增加時減輕強度損失或燈色移。
[0029]磷光體共混物還 包含作為紅光線輻射體的第二磷光體和在約520nm至約680nm的廣泛波長范圍內(nèi)具有峰值發(fā)射的第三磷光 體。所述第二磷光體可為復(fù)合氟化物，所述復(fù)合氟化物為線福射體(line emitter),并產(chǎn)生紅光。合適的例子包括摻雜Mn4+的復(fù)合氟化物，例如(Na, K, Rb, Cs, NH4)2[(Ti, Ge, Sn, Si, Zr, Hf) F6]:Mn4+ 等。在某些情況中，摻雜 Mn4+ 的復(fù)合氟化物為在進一步如下的一些示例性共混物例子中所用的K2[SiF6]:Mn4+ (“PFS”)。[0030]所述第三磷光體可包括在約520納米(nm)至約680nm范圍內(nèi)具有發(fā)射峰的磷光體組成。所述第三磷光體通常為具有廣泛發(fā)射范圍的黃光或黃橙光磷光體。合適的第三磷光體的非限制性的例子可包括石榴石、氮化物和氧氮化物。表1顯示了這種例子中的一些。也可使用具有選自石榴石、氮化物和氧氮化物的兩種或更多種成員的任意組合。
[0031]在一些實施例中，所述第三磷光體可為具有通式(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。這種石槽石的一個例子為Y3Al5O12 = Ce3+ (YAG)0該石榴石YAG在約525nm至約645nm的廣泛波長范圍內(nèi)具有發(fā)射峰。
[0032]在一些實施例中，所述第三磷光體可為具有通式(A，Eu)xSiyNz的氮化物，其中2x+3y=4z,且A包括Ba、Ca、Sr或它們的組合。氮化物可進一步摻雜鋪。一些實施例包括A2Si具:Eu2+，其中A包括Ba、Ca或Sr。在某些情況中，氮化物具有式((Ba, Ca, Sr) HbEuaCeb)2Si5N8， 。這些氮化物在約575nm至約675nm的廣泛波長范圍內(nèi)發(fā)射。
[0033]在一些實施例中，所述第三磷光體可為具有通式ApBt^Ns: R的氧氮化物磷光體，其中A包括鋇，B包括硅，且R包括銪;并且2〈p〈6，8〈q〈10，0.l〈r〈6，10〈s〈15。在這些情況中，A還可包括鍶、鈣、鎂或它們的組合；B還可包括鋁、鎵、鍺或它們的組合；且R還可包括鈰。在某些情況中，氧氮化物磷光體具有式(Ba, Ca, Sr，Mg)4Si90rN14.66_(2/3)r:Eu,使得r大于約I且小于或等于約4。這些氧氮化物的發(fā)射峰在約545nm至約645nm的波長范圍內(nèi)發(fā)射。
[0034]表1
【權(quán)利要求】
1.一種磷光體材料，其包含下述物質(zhì)的共混物: 第一磷光體，所述第一磷光體包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+ δ: Ce3+的組成，其中RE包括鑭系離子或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， 第二磷光體，所述第二磷光體包括摻雜錳(Mn4+)的復(fù)合氟化物，和 第三磷光體，所述第三磷光體包括在約520nm至約680nm范圍內(nèi)具有發(fā)射峰的磷光體組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷光體材料，其特征在于，所述第一磷光體包括具有通式(CahCez)3Sc2Si1^wGewO12 的組成，其中 0〈z ≤ 0.3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷光體材料，其特征在于，所述第二磷光體包括通式A2[MF6]:Mn4+，其中A包括Na、K、Rb、Cs、NH4或它們的組合，且M包括S1、T1、Zr、Mn或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷光體材料，其特征在于，所述第三磷光體包括石榴石、氮化物、氧氮化物或它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磷光體材料，其特征在于，所述第三磷光體包括具有通式(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 或它們的組合，且M包括Sc、Al、Ga或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磷光體材料，其特征在于，所述第三磷光體包括具有通式(A, Eu) xSiyNz的氮化物，其中2x+3y=4Z，且A包括Ba、Ca、Sr或它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷光體材料，其特征在于，所述第三磷光體包括A2Si5N8: Eu2+，Ce2+，其中A包括Ba、Ca、Sr或它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磷光體材料，其特征在于，所述第三磷光體包括具有通式ApBq0rNs:R的氧氮化物，其中A包括鋇，B包括硅，且R包括銪；并且2〈p〈6，8〈q〈10，0.l〈r〈6，10〈s〈15。
9.一種照明裝置，其包括:光源和磷光體材料，所述光源能夠發(fā)射在約400納米至約480納米范圍內(nèi)的輻射，所述磷光體材料輻射聯(lián)接至所述光源，并包括下述物質(zhì)的共混物: 第一磷光體，所述第一磷光體包括具有通式RE2_yM1+yA2_yScySin_wGew012+s:Ce3+的組成,其中RE選自鑭系離子或Y3+，其中M選自Mg、Ca、Sr或Ba，A選自Mg或Zn，且其中O≤y≤2，2.5≤η≤3.5，0≤w≤I且-1.5≤δ≤1.5， 第二磷光體，所述第二磷光體包括摻雜錳(Mn4+)的復(fù)合氟化物，和 第三磷光體，所述第三磷光體包括在約520nm至約680nm范圍內(nèi)具有發(fā)射峰的磷光體組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明裝置，其特征在于，所述光源包括發(fā)光設(shè)備(LED)。
【文檔編號】H01J61/44GK103827259SQ201280047878
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】P.K.納馬爾瓦, D.G.波羅布, A.A.塞特盧爾, S.K.馬內(nèi)帕利 申請人:通用電氣公司