相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2010年3月31日提交的美國臨時申請No.61/319,666的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，更具體地涉及用在LED應(yīng)用中的磷光體如磷光體轉(zhuǎn)換LEDs。
背景技術(shù)：
：目前的白光發(fā)射磷光體轉(zhuǎn)換LEDs(pc-LEDs)利用一種或多種磷光體來部分吸收來自InGaNLEDs的藍(lán)光發(fā)射，以將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換為黃光。剩余未吸收的藍(lán)光和轉(zhuǎn)換的黃光組合產(chǎn)生感知為白色的光。在發(fā)黃光的磷光體之外，還可使用其它磷光體，例如發(fā)紅光的磷光體，以提高顯色指數(shù)(CRI)或得到不同的色溫(CCT)。然而，發(fā)黃光的磷光體仍然是白光pc-LEDs中的核心組分。pc-LED中通常采用的發(fā)黃光的磷光體是鈰激活的釔鋁石榴石，Y3Al5O12：Ce磷光體(YAG：Ce)。然而，其它磷光體包括記載在美國專利No.6,669,866中的鈰激活的鋱鋁石榴石(TAG：Ce)磷光體，和硅酸鹽基磷光體如記載在美國專利No.6,943,380、6,809,347、7,267,787和7,045,826中的那些。YAG：Ce磷光體的實例及其在LED的應(yīng)用記載在美國專利No.5,998,925中。該專利中還記載了YAG磷光體的一些組成變換，例如用Ga替換石榴石中的Al，或Gd替換Y。通常，Ga替代Al使發(fā)射峰向較短波長偏移，而Gd替代Y使發(fā)射峰向較長波長偏移。技術(shù)實現(xiàn)要素：已經(jīng)研制出用于發(fā)光二極管(LED)應(yīng)用的新磷光體，其組成以(Y1-xCex)3(Al1-yScy)5O12表示，其中0＜x≤0.04且0＜y≤0.6。該磷光體發(fā)出的光的顏色可通過調(diào)整組成來改變。例如，一方面，該磷光體可在白光pc-LEDs中用作發(fā)黃光的磷光體。另一方面，該磷光體的組成可調(diào)節(jié)為使其可用作發(fā)綠光的磷光體，以將來自發(fā)藍(lán)光的LED的藍(lán)光發(fā)射全部轉(zhuǎn)換為綠光發(fā)射。這是非常重要的，因為直接發(fā)綠光的InGaNLEDs具有非常低的效率。采用更高效率的發(fā)藍(lán)光InGaNLEDs的發(fā)綠光的、完全轉(zhuǎn)換pc-LED有可能提供更高效的綠光LEDs。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了具有以(Y1-xCex)3(Al1-yScy)5O12表示的組成的磷光體，其中0＜x≤0.04且0＜y≤0.6。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了磷光體轉(zhuǎn)換LED，其包括：發(fā)藍(lán)光的LED和用于將該藍(lán)光的至少一部分轉(zhuǎn)換為波長不同的光的磷光體，該磷光體具有以(Y1-xCex)3(Al1-yScy)5O12表示的組成，其中0＜x≤0.04且0＜y≤0.6。附圖說明圖1圖示了本發(fā)明磷光體轉(zhuǎn)換LED(pc-LED)的實施方式。圖2圖示了本發(fā)明pc-LED的可供選擇的實施方式。圖3是根據(jù)本發(fā)明(實施例Y1)的具有組成(Y0.995Ce0.005)3(Al0.8Sc0.2)5O12的磷光體的發(fā)射光譜。圖4和圖5是實施例Y1和Y3-Y9的磷光體的發(fā)射光譜。圖6是與常規(guī)(Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12磷光體相比，本發(fā)明不同磷光體組成的效率(1m/Wo-B)對Cx色坐標(biāo)的坐標(biāo)圖。具體實施方式為了更好地理解本發(fā)明，以及它的其它和進(jìn)一步的目的、優(yōu)點和能力，下文公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求結(jié)合上述附圖進(jìn)行說明。圖1圖示了本發(fā)明的磷光體轉(zhuǎn)換LED1的實施方式。在該實施方式中，磷光體轉(zhuǎn)換器3是通過壓制和燒結(jié)粉狀磷光體或其氧化物前體形成的固體陶瓷件。磷光體轉(zhuǎn)換器3放置在發(fā)藍(lán)光的LED5的頂部，該LED優(yōu)選發(fā)射具有約420nm至約490nm的波長的光。此處顯示LED5安裝在組件9中，該組件具有帶反射壁(side)的凹陷(well)7，但本發(fā)明不限于這種特殊布置。圖2圖示了本發(fā)明的可供選擇的實施方式。在該實施方式中，磷光體轉(zhuǎn)換LED10封裝在樹脂15中，而磷光體顆粒13分分散在該樹脂中。實施例利用商購的Y2O3、Al2O3、Sc2O3和CeO2氧化物粉末，制備不同組成的數(shù)種磷光體，這些氧化物粉末以一定量混合制成所需的組成(參見表1)。然后將混合的粉末壓制成盤并在不同條件下燒結(jié)以形成磷光體。雖然這些樣品成形為燒結(jié)陶瓷盤的形式，但是所述磷光體也可成形為粉末的形式。批次(克)Y2O3(克)Al2O3(克)Sc2O3(克)CeO2(克)燒結(jié)氣氛Y12.75131.64470.50290.0211濕H2Y22.462302.51890.0189濕H2Y32.59880.7861.59510.0199濕H2Y42.65921.42940.82860.0827濕H2Y52.71151.43560.83220.0208濕H2Y610.88645.74683.33060.0333濕H2Y711.21387.61081.14430.0347濕H2Y810.96686.2032.79670.0343濕H2Y910.73224.85574.37810.0328濕H2實施例Y1實施例Y1以額定組成(Y0.995Ce0.005)3(Al0.8Sc0.2)5O12進(jìn)行制備。粉末混合物在300MPa壓力下干法壓制成盤。壓制的盤在1800、1850、1880和1890℃在濕H2氛下燒結(jié)。所得燒結(jié)陶瓷為黃綠色。當(dāng)燒結(jié)溫度升高時，陶瓷變得更加半透明。當(dāng)溫度升高時，發(fā)光強度也增大。藍(lán)光激發(fā)下Y1發(fā)射的實例如圖3所示。發(fā)射光譜顯示出寬的黃光發(fā)射，峰值波長在533nm處。該發(fā)射光譜非常類似于YAG：Ce，表明該陶瓷具有石榴石結(jié)構(gòu)。實施例Y2實施例Y2以額定組成(Y0.995Ce0.005)3Sc5O12進(jìn)行制備。氧化物粉末混合并干法壓制成盤。所述盤在1850℃和1900℃燒結(jié)。所得燒結(jié)陶瓷為橘紅色。然而，在藍(lán)光激發(fā)下沒有觀察到發(fā)射。實施例Y3實施例Y3以額定組成(Y0.995Ce0.005)3(Al0.4Sc0.6)5O12進(jìn)行制備。通過干法壓制氧化物粉末混合物然后在1850℃和1900℃燒結(jié)制備盤。當(dāng)在1900℃燒結(jié)時，發(fā)生熔解，產(chǎn)生接近白色的主體顏色，而在1850℃燒結(jié)的盤具有黃綠色。Y3的發(fā)射具有527nm的峰值波長，與實施例Y1相比向較短波長偏移。實施例Y4和Y5實施例Y4和Y5分別以額定組成(Y0.98Ce0.02)3(Al0.7Sc0.3)5O12和(Y0.995Ce0.005)3(Al0.7Sc0.3)5O12進(jìn)行制備。再次通過干法壓制混合的氧化物粉末并在1850℃、1860℃和1800℃燒結(jié)制成盤。所得燒結(jié)陶瓷為半透明，其中Y4為黃色，而Y5為黃綠色。實施例Y6實施例Y6以額定組成(Y0.998Ce0.002)3(Al0.7Sc0.3)5O12進(jìn)行制備。氧化物粉末與去離子水、聚合物粘合劑混合，并長時間球磨。然后干燥球磨后的漿料并研磨成粉末。通過在30kPsi下等靜壓(isopressing)制成盤。利用球磨使得氧化物更均勻混合并減少團(tuán)聚。等靜壓的盤在濕H2氛下于1850℃、1860℃和1880℃燒結(jié)。得到幾乎全透明的樣品。實施例Y7實施例Y7以額定組成(Y0.998Ce0.002)3(Al0.9Sc0.1)5O12進(jìn)行制備。氧化物粉末如實施例Y6進(jìn)行球磨混合。壓制的盤在1850℃和1880℃燒結(jié)。所得燒結(jié)盤為不透明的。實施例Y8和Y9實施例Y8和Y9分別制成具有額定組成(Y0.998Ce0.002)3(Al0.75Sc0.25)5O12和(Y0.998Ce0.002)3(Al0.6Sc0.4)5O12。氧化物粉末如實施例Y6進(jìn)行球磨混合。等靜壓的盤在1860和1880℃燒結(jié)。發(fā)現(xiàn)兩種組成都能燒結(jié)成幾乎透明的。除不顯示發(fā)射的Y2之外，表2列出了上述實施例的藍(lán)光激發(fā)發(fā)射的CIE1931色坐標(biāo)(Cx，Cy)、主波長(Ldom)、峰值波長(Lpeak)、中心(centroid)波長(Lcentroid)和半寬度(FWHM)。Cx色坐標(biāo)范圍從約0.35至約0.44，且Cy色坐標(biāo)范圍從約0.55至約0.58。對于第一組，實施例Y7、Y1、Y8、Y6、Y9和Y3，隨著Sc濃度的百分比增加發(fā)射峰向可見光譜的綠色區(qū)域(較短波長)偏移。這種現(xiàn)象非常類似于提高(Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12中Ga替代Al的水平，表明在所述陶瓷中Sc可具有與Ga類似的結(jié)構(gòu)作用。表2圖4和5示出了實施例Y1和Y3-Y9的發(fā)射光譜。對于圖5(實施例Y6、Y5和Y4)，可看出隨著Ce濃度增加(對于Y6、Y5和Y4分布為x＝0.002、0.005和0.02)發(fā)射峰向可見光譜的黃色區(qū)域(較長波長)偏移。這也非常類似于YAG：Ce磷光體，在該磷光體中隨著Ce濃度增加發(fā)射峰也向黃色偏移。圖6比較了本發(fā)明(Y1-xCex)3(Al1-yScy)5O12磷光體與常規(guī)(Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12磷光體的效率(Lm/Wo-B)與Cx色坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系。效率量度，Lm/Wo-B，是白光pc-LED(發(fā)藍(lán)光的LED管芯(die)加發(fā)黃光的磷光體)的流明值對不使用黃光磷光體的同一發(fā)藍(lán)光LED管芯的光功率的比率。這使發(fā)藍(lán)光的LED管芯的效能標(biāo)準(zhǔn)化并考慮了人眼對不同波長的視覺敏感度。因此這一量度更好地指示了磷光體的真實效能。然而，還應(yīng)該說明的是，所述效率還涉及磷光體內(nèi)的散射。然而，它仍可用于表明通常(Y1-xCex)3(Al1-yScy)5O12磷光體相比Y(AGa)G：Ce具有類似或更好的效率。對Y3、Y6、Y7和Y9測得的量子效率分別為90％、98％、92％和97％。已經(jīng)證明新磷光體能將InGaNLED發(fā)射的藍(lán)光轉(zhuǎn)換為綠光或黃光，并且能夠用于白光pc-LEDs或完全轉(zhuǎn)換綠光pc-LEDs。本發(fā)明的磷光體可以粉末或塊狀陶瓷形式使用。優(yōu)選地，所述磷光體經(jīng)過燒結(jié)形成為半透明的陶瓷件，其安裝到發(fā)藍(lán)光的LED管芯上以生成白光。對于完全轉(zhuǎn)換型、綠光pc-LEDs，所述磷光體優(yōu)選燒結(jié)成接近透明的陶瓷。所述磷光體也可用在遠(yuǎn)離發(fā)藍(lán)光的LED的轉(zhuǎn)換器元件。例如，包埋在安置為距LED或LEDs陣列一定距離的聚合物膜中，或者成形為安置在單個或多個LEDs上方的罩(dome)。雖然，已經(jīng)顯示和描述了目前認(rèn)為是本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具體實施方式，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見地，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的前提下可對此作出各種改變和變形。當(dāng)前第1頁1 2 3