[发明专利]用于具有改善的色彩品质的发光应用的氧氮化物磷光体

说明书

技术领域

本发明示例性的具体实施方式涉及新型的磷光体成分。它们在将LED产生的紫外光(UV)、紫光或蓝光辐射转换成用于普通照明目的的白光或其它有色光方面具有特别的应用。然而，应当理解，本发明也可应用于Hg基荧光灯中辐射的转换，作为计算机断层照相法(CT)和正电子成像术(PET)、UV、紫色和/或蓝色激光器的闪烁检测器元件，以及其它用于不同应用的白色或有色光源。

背景技术

发光二极管(LED)是经常用作其它光源例如白炽灯的替代物的半导体发光器。它们尤其可用作显示灯、警示灯和指示灯或其它需要有色光的应用中。LED所产生的光的颜色取决于其制造中所使用的半导体材料的种类。

有色半导体发光装置，包括发光二极管和激光器(本文中两者统称为LED)，已经由例如氮化镓(GaN)的第III至V族合金制成。为了形成LED，该合金的各层通常取向附生地沉积在基板(如碳化硅或蓝宝石)上，并且可以掺杂有各种n型和p型掺杂物以改善诸如发光效率的性能。对于GaN基的LED，所发射的光通常在电磁波谱的UV和/或蓝色光范围内。直到最近，由于LED产生的光的固有颜色，LED仍不适合于需要明亮白光的发光应用。

最近，已经开发了用于将由LED发射的光转换为用于照明目的的有用光的技术。在一种技术中，LED被涂覆或覆盖以磷光体层。磷光体是一种发光材料，其在电磁波谱的一部分中吸收辐射能，而在电磁波谱的另一部分中发射能量。一类重要的磷光体为化学纯度很高并且组成被控制的晶体无机化合物，其中加入了少量的其它成分(称为“活化剂”)以便将它们转变为有效的荧光材料。利用活化剂和主体无机化合物的适当组合，就可以控制发射的颜色。大多数有用和熟知的磷光体响应于可见范围外的电磁辐射的激发而发出在电磁波谱的可见部分的辐射。

通过放入由LED产生的辐射所激发的磷光体，可以产生不同波长的光，例如在光谱的可见范围内的光。有色LED通常用于玩具、指示灯和其它装置中。制造商一直在寻找用于产生定制颜色和更高亮度的LED的新型有色磷光体。

除了有色LED之外，LED产生的光和磷光体产生的光的组合可以用于产生白光。最常见的白光LED是基于发射蓝光的GaInN芯片。蓝光发射芯片被涂覆有将部分蓝色辐射转变为互补色(例如，黄-绿色发射)的磷光体。来自磷光体和LED芯片的光的总和提供了具有相应色坐标(x和y)和相关色温(CCT)的色点，并且其光谱分布提供了由显色指数(CRI)衡量的显色能力。

尽管国际上规定14个标准色样并且由其平均值人们可以计算更宽的CRI(R_1-14)，但是CRI通常定义为8个标准色样(R_1-8)的平均值，通常称作一般显色指数，并且简写为R_a。

一种已知的白光发射装置包括结合有例如掺杂铈的钇铝石榴石Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(“YAG”)的磷光体的蓝光发射LED，该LED具有在蓝光范围(从约440nm到约480nm)内的峰值发射波长。该磷光体吸收从该LED发出的部分辐射，并且将所吸收的辐射转化为黄-绿光。由该LED发射的蓝光的剩余部分被传播通过该磷光体并与该磷光体发射的黄光混合。观察者将蓝光和黄光的混合光感知为白光。

上文所述的蓝色LED-YAG磷光体装置通常产生的白光具有的一般显色指数(Ra)为从约70至82，具有的可调色温范围为从约4000K至8000K。典型的普通照明应用与使用蓝色LED-YAG方法所可能得到的相比，需要更高的CRI和更低的CCT值。在改进CRI的努力中，最近可商购的LED使用YAG磷光体和一种或多种其它磷光体的掺和物，包括诸如CaS:Eu²⁺或(Ba，Sr，Ca)₂Si₅N₈:Eu²⁺的红色磷光体，以提供R_a为约90的低于4000K的色温。

然而，由于现在使用的磷光体掺和物限制了用于这些装置的可能的磷光体涂层的选择性，因此这增加了额外的复杂性。此外，许多较红的磷光体也强烈地吸收来自YAG的发射，因此导致总的灯性能的进一步损失。

因此，仍然对这样的其他磷光体成分存在需求，即，其可以在白色和有色LED的制造中以及其它应用中用作单独的磷光体成分或用作磷光体掺合物一部分。这种磷光体成分将使更宽种类的LED具有期望的性能，包括产生制造良好色彩品质(CRI＞80)和较大色温范围的光源的能力。