СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК H01L33/50 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству и, в частности, к светоизлучающему устройству, которое содержит светоизлучающий элемент, красный люминофор, зеленый люминофор, люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат) и излучает белый свет.

Известный уровень техники

Для создания светоизлучающего устройства, которое излучает белый свет с теплым цветовым оттенком высокой интенсивности при высоком качестве цветопередачи, было предложено изготовить светоизлучающее устройство, состоящее из синего полупроводникового светоизлучающего элемента, красного люминофора и зеленого люминофора, причем люминофоры излучают свет, когда возбуждаются светом от светоизлучающего элемента (ссылка, например, на патентный документ JP 2007-27796 A).

Такие светоизлучающие устройства проявляют высокую интенсивность излучения в диапазоне красноватых цветов и широко используются для освещения и в других областях применения.

Раскрытие изобретения

Задачи, которые решает изобретение

Светоизлучающее устройство белого света применяется в различных областях, однако традиционное светоизлучающее устройство, содержащее синий полупроводниковый светоизлучающий элемент (синий светодиод), красный люминофор и зеленый люминофор, как описано выше, не может обеспечить необходимое качество цветопередачи.

Светоизлучающие устройства белого цвета применяются, например, для общего освещения. Светоизлучающее устройство белого цвета согласно известному уровню техники, описанное выше, не может обеспечить достаточное качество цветопередачи в связи с тем, что средний индекс цветопередачи Ra составляет 70 или менее. Использование такого осветительного устройства, которое имеет недостаточное качество цветопередачи, приводит к проблеме, состоящей в том, что цвет объектов отличается от цвета объектов при использовании флуоресцентной лампы, изготовленной для общего освещения.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить светоизлучающее устройство, которое может применяться в областях, в которых требуется качество цветопередачи.

Средства для решения задач

Первым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающий элемент, красный люминофор, сформированный из нитридного люминофора, который излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом, зеленый люминофор, сформированный из галогенсиликата, который излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом, и люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат), который излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом.

Вторым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с первым аспектом, при этом на спектре излучения имеется первый пик при длине волны от 440 нм до 470 нм, второй пик при длине волны от 510 нм до 550 нм и третий пик при длине волны от 630 нм до 670 нм, и минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения составляет более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

Третьим аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с первым или вторым аспектом, при этом красный люминофор активизирован Еu и представлен следующей общей формулой (I):

причем M¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ba; и удовлетворяются соотношения: 0,056≤w≤9; x=1; 0,056≤y≤18 и 0≤z≤0,5.

Четвертым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с любым аспектом от первого до третьего, при этом зеленый люминофор представлен следующей общей формулой (II):

причем М² является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr, Ва, Zn и Mn; М³ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Si, Ge и Sn; М⁴ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из B, Al, Ga и In; X является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I; R является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из числа редкоземельных элементов, притом, что Еu содержится как существенный элемент (или обязательный компонент); и удовлетворяются соотношения: 0,0001≤y≤0,3; 7,0≤a≤10,0; 3,0≤b≤5,0 и 0≤c≤1,0.

Пятым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с любым аспектом от первого до третьего, при этом зеленый люминофор представлен следующей общей формулой (III):

причем М⁵ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr, Ba, Zn и Mn; X является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br и I; и удовлетворяются соотношения: 6,5≤x≤8,0; 0,01≤y≤2,0; 3,7≤z≤4,3; 0≤w≤0,5; a=х+y+1+2z+(3/2)w-b/2-(3/2)c; 1,0≤b≤1,9 и 0≤c≤3,0.

Шестым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с любым аспектом от первого до пятого, причем разность между пиковой длиной волны света, излучаемого светоизлучающим элементом, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, составляет 80 нм или менее.

Седьмым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с любым аспектом от первого до шестого, при этом люминофор АИГ представлен следующей общей формулой (IV):

причем M⁶ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, содержащей редкоземельные элементы; и M⁷ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из B, Al, Ga и In.

Эффекты изобретения

Объединяя светоизлучающий элемент, красный люминофор, зеленый люминофор и люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат), можно создать светоизлучающее устройство, обладающее превосходным качеством цветопередачи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в разрезе светоизлучающего устройства 100 согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 1.

Фиг.3 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 2.

Фиг.4 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 3.

Фиг.5 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 4.

Фиг.6 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 5.

Фиг.7 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 6.

Фиг.8 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 7.

Фиг.9 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 8.

Фиг.10 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 9.

Фиг.11 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 10.

Фиг.12 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно примеру 11.

Фиг.13 - график, показывающий спектр излучения люминесцентной лампы с холодным катодом (CCFL).

Фиг.14 - график, показывающий спектр излучения обычного белого светодиода.

1 Корпус

2 Светоизлучающий элемент

3A Красный люминофор

3B Зеленый люминофор

3C люминофор (алюмоиттриевый гранат) АИГ

4 Прозрачная смола

5,7 Электрический проводник

6, 8 Внешний электрод

9 Отражатель света

100 Светоизлучающее устройство

Лучший способ осуществления изобретения

На фиг.1 представлено в разрезе светоизлучающее устройство 100, являющееся примером конструкции светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению.

Светоизлучающее устройство 100 согласно настоящему изобретению содержит светоизлучающий элемент (например, синий светодиод) 2, красный люминофор (люминофор, излучающий красный свет) 3А, который возбуждается светом светоизлучающего элемента 2 для излучения красного света, зеленый люминофор (люминофор, излучающий зеленый свет) 3В, который возбуждается светом светоизлучающего элемента 2 для излучения зеленого света, и люминофор АИГ (светоизлучающий люминофор АИГ) 3C, который возбуждается светом светоизлучающего элемента 2 для излучения света в диапазоне спектра от желтовато-зеленого до желтого.

Красный люминофор 3А является нитридным люминофором и зеленый люминофор 3В является галогенсиликатом. Таким образом, предлагается светоизлучающее устройство 100, которое создает свет, смешивая свет, излучаемый светоизлучающим элементом (синим полупроводниковым светоизлучающим элементом) 2, свет, излучаемый нитридным люминофором (красным люминофором) 3A, свет, излучаемый галогенсиликатом (зеленым люминофором) 3B, и желтовато-зеленый или желтый свет, излучаемый люминофором АИГ 3C, в отличие от светоизлучающего устройства согласно известному уровню техники, которое содержит синий полупроводниковый светоизлучающий элемент (синий светодиод), красный люминофор и зеленый люминофор.

Светоизлучающее устройство 100, имеющее указанную структуру, дает возможность создать белый свет, состоящий из синих, зеленых, желтых и красных компонентов, причем каждый компонент обладает высокой интенсивностью. Использование люминофора (алюмоиттриевого граната) АИГ 3C, в частности, позволяет добавить излучение желтого и оранжевого света для значительного улучшения качества цветопередачи, в результате чего происходит существенное увеличение светового потока. Свет, излучаемый светоизлучающим устройством 100, проявляет превосходное качество цветопередачи при среднем индексе цветопередачи, составляющем 75 или более.

Средний индекс цветопередачи Ra является индексом качества цветовоспроизведения, определенным в японском промышленном стандарте JIS Z 8726. Индексом выражается точность воспроизведения цветов сравнительно с цветами света, излучаемого эталонным источником. Значение Ra, близкое к 100, указывает на лучшее качество цветопередачи.

На фиг.2 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно варианту осуществления изобретения (пример 1). На спектре излучения светоизлучающего устройства 100 имеются пики от первого до третьего (пиковые длины волн) в диапазоне от более короткой волны до более длинной волны.

Первая пиковая длина волны (длина волны первого пика излучения) связана, главным образом, со светом, излучаемым светоизлучающим элементом (синим светодиодом) 2. Вторая пиковая длина волны (длина волны второго пика излучения) связана, главным образом, с излучением зеленого люминофора 3B и люминофора АИГ 3C, которые возбуждаются светом, излучаемым светоизлучающим элементом 2. Третья пиковая длина волны (длина волны третьего пика излучения) связана, главным образом, с излучением, формируемым красным люминофором 3A, который возбуждается светом, излучаемым светоизлучающим элементом 2.

Для сравнения на фиг.13 показан спектр излучения люминесцентной лампы с холодным катодом (CCFL), которая использовалась для подсветки дисплейного устройства, и на фиг.14 показан спектр излучения светоизлучающего устройства, в котором смешивается свет двух цветов, излучаемый синим светодиодом и излучаемый люминофором, типа АИГ (алюмоиттриевый гранат), причем люминофор возбуждается светом, излучаемым синим светодиодом.

На спектре излучения люминесцентной лампы с холодным катодом (CCFL) имеются пять острых пиков, включая пик около 435 нм, связанный с излучением ртути, главный пик около 545 нм, связанный с излучением зеленого люминофора, и два небольших пика около 490 нм и 585 нм. Напротив, на спектре излучения светоизлучающего устройства, в котором смешивается свет двух цветов, имеются только два пика. И спектр излучения флуоресцентной лампы с холодным катодом (CCFL) и спектр излучения светоизлучающего устройства, в котором смешивается свет, отличаются от спектра излучения светоизлучающего устройства 100 согласно настоящему изобретению, который представлен на фиг.2.

Светоизлучающее устройство 100 может дополнительно повысить качество цветопередачи светового излучения, если удовлетворяются четыре предпочтительные условия, представленные ниже.

На фиг.6 представлен пример спектра излучения светоизлучающего устройства 100 согласно варианту осуществления изобретения (пример 5), который обладает более высоким качеством цветопередачи.

Во-первых, необходимо подобрать такой светоизлучающий элемент 2, чтобы пиковая длина волны его спектра излучения была в пределах соответствующего диапазона (например, от 440 нм до 470 нм) и чтобы первая пиковая длина волны спектра излучения светоизлучающего устройства 100 находилась в диапазоне от 440 нм до 470 нм.

Во-вторых, необходимо использовать зеленый люминофор 3B и люминофор АИГ 3C, которые подробно будут описаны ниже, чтобы вторая пиковая длина волны спектра излучения находилась в диапазоне от 510 нм до 550 нм.

В-третьих, необходимо использовать красный люминофор 3A, который подробно будет описан ниже, чтобы третья пиковая длина волны спектра излучения находилась в диапазоне от 630 нм до 670 нм.

В-четвертых, минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны (относительная интенсивность светового излучения самой низкой величины в диапазоне между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения) должна составлять более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

При удовлетворении четырех перечисленных условий можно достичь очень высокого качества цветопередачи при среднем индексе цветопередачи Ra, например, составляющем 85 или более.

Такое высокое качество цветопередачи может быть достигнуто благодаря тому, что любой из компонентов произведенного белого света, т.е. синий, зеленый, желтый и красный, имеет высокую интенсивность.

Что касается четвертого условия, можно добиться того, чтобы минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения составляла более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, например, устанавливая разность 80 нм или более между пиковой длиной волны света, излучаемого светоизлучающим элементом 2 и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B.

Также можно добиться того, чтобы минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения составляла более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, увеличивая количество люминофора АИГ 3C, который излучает свет в диапазоне длин волн между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны.

Между тем при удовлетворении от первого до третьего условий можно изготовить светоизлучающее устройство 100, обладающее превосходным цветовоспроизведением, добиваясь минимальной относительной интенсивности светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны, составляющей 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, и устанавливая количество люминофора АИГ 3C, который должен быть добавлен, равное 50 мас.% или менее от общего количества добавленного люминофора (сумма красного люминофора 3A, зеленого люминофора 3B и люминофора АИГ 3C).

Соответственно, может быть изготовлено светоизлучающее устройство, в котором баланс между качеством цветопередачи и цветовоспроизведением установлен на высоком уровне, и которое обеспечивает высокое качество цветопередачи, например, при среднем индексе цветопередачи Ra, составляющем 75 или более, а также высокое цветовоспроизведение при отношении NTSC, составляющем 72% или более.

Отношение NTSC является отношением площади треугольника, определенного тремя точками цветности (красной, зеленой, синей) испытываемого дисплея, к площади треугольника, определенного точками цветности трех основных цветов: красного (0,670; 0,330), зеленого (0,210; 0,710) и синего (0,140; 0,080) стандартной цветности (x, y), согласно диаграммам цветности CIE1931 XYZ системы цветного телевидения, установленной Комитетом национальных телевизионных стандартов США. Диапазон цветовоспроизведения определяется отношением площадей, при этом большее отношение площадей свидетельствует о более высоком цветовоспроизведении. В телевизионном вещании стандартное отношение NTSC обычно установлено 72% и предполагается, что для обеспечения удовлетворительного цветовоспроизведения отношение NTSC должно составлять 70% или более, и предпочтительно, 72% или более.

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается светоизлучающее устройство, обладающее высоким качеством цветопередачи, которое может использоваться, например, в осветительном устройстве.

Также при перечисленных выше условиях может быть изготовлено осветительное устройство, в котором установлен баланс качества цветопередачи и цветовоспроизведения на высоком уровне. Такое осветительное устройство, в котором установлен баланс качества цветопередачи и цветовоспроизведения на высоком уровне, может использоваться в качестве лампы подсветки жидкокристаллического дисплея для монитора, цифровой камеры, принтера и т.п.

Наряду с тем, что первый пик формируется, главным образом, светом, излучаемым светоизлучающим элементом 2, в формирование первого пика также вносят свой вклад свет, излучаемый красным люминофором 3А, свет, излучаемый зеленым люминофором 3В, и свет, излучаемый люминофором (алюмоиттриевый гранат) АИГ 3C. В результате первая пиковая длина волны может отличаться от пиковой длины волны света, излучаемого светоизлучающим элементом 2.

Аналогично, наряду с тем, что второй пик формируется, главным образом, светом, излучаемым зеленым люминофором 3B, в формирование второго пика также вносят свой вклад свет, излучаемый люминофором АИГ 3C, который в большинстве ситуаций имеет более широкий пик излучения, чем зеленый люминофор 3B, свет, излучаемый светоизлучающим элементом 2, и свет, излучаемый красным люминофором 3A. В результате вторая пиковая длина волны может отличаться от пиковой длины волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B.

Кроме того, наряду с тем, что третий пик формируется, главным образом, светом, излучаемым красным люминофором 3A, в формирование третьего пика также вносят свой вклад свет, излучаемый светоизлучающим элементом 2, свет, излучаемый зеленым люминофором 3B, и свет, излучаемый люминофором (алюмоиттриевый гранат) АИГ 3C. В результате третья пиковая длина волны может отличаться от пиковой длины волны света, излучаемого красным люминофором 3A.

Компоненты светоизлучающего устройства 100, а именно красный люминофор 3A, зеленый люминофор 3В, люминофор (алюмоиттриевый гранат) АИГ 3C и синий светодиод 2, будут подробно описаны ниже.

1. Красный люминофор

Красный люминофор (люминофор, излучающий красный свет) 3A сформирован из нитридного люминофора, который поглощает луч ультрафиолетового света или синего света, излучаемого светоизлучающим элементом 2, и излучает красный свет.

В качестве красного люминофора 3A может использоваться нитридный люминофор, активизированный Eu и содержащий элемент М¹ группы II: Si, Al, B и N, который представлен следующей общей формулой (I).

В формуле (I) М¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ba; в то время как «w», «x», «y» и «z», предпочтительно, удовлетворяют соотношениям: 0,056≤w≤9; x=1; 0,056≤y≤18 и 0,0005≤z≤0,5.

Предпочтительнее, «w», «х», «y» и «z» удовлетворяют соотношениям: 0,4≤w≤3; x=1; 0,143≤y≤8,7 и 0≤z≤0,5; и наиболее предпочтительно, удовлетворяют соотношениям: 0,5≤w≤3; x=1; 0,167≤y≤8,7 и 0,0005≤z≤0,5, что дает возможность получить цветовой тон, высокую яркость и полную ширину на полувысоте светового излучения, которые наиболее желательны. Значение «z» составляет, предпочтительно, 0,5 или менее, предпочтительнее, 0,3 или менее, но не менее 0,0005. Далее, предпочтительно, чтобы молярная концентрация бора составляла 0,001 или более и 0,2 или менее. В том случае, если нитридный люминофор 3А активизирован Eu, то часть Eu можно заменить, по меньшей мере, одной разновидностью редкоземельного элемента, выбранного из группы, состоящей из Sc, Tm, Yb, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er и Lu.

В формуле (I) M¹ является, предпочтительно, по меньшей мере, одной разновидностью Ca и Sr, при этом, «w», «х», «y» и «z», предпочтительно, удовлетворяют соотношениям: 0,5≤w≤1,5; x=1; 0,5≤y≤1,5 и 0≤z≤0,3, что дает возможность получить более желательный цветовой тон, высокую яркость, более желательную полную ширину на полувысоте светового излучения и световое излучение, имеющее более насыщенный красный цветовой тон с малым содержанием оранжевого компонента.

Другим предпочтительным нитридным люминофором является люминофор, представленный следующей общей формулой (I'):

где М¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ba, при этом «w» находится в диапазоне 0,001≤w≤0,3, и «z» находится в диапазоне 0,0005≤z≤0,5.

Еще одним предпочтительным нитридным люминофором является люминофор, представленный следующей общей формулой (I''):

где М¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Са, Sr и Ва, в то время как «w» находится в диапазоне 0,04≤w≤3, и «z» находится в диапазоне 0,0005≤z≤0,5.

В люминофорах, представленных формулами (I), (I') и (I''), когда Ca используется в качестве М¹, предпочтительно, применять Ca отдельно. Однако часть Ca можно заменить на Sr, Mg или Ba, комбинацию Sr и Ba, или т.п. Пиковую длину волны излучения нитридного люминофора можно регулировать, заменяя часть Ca на Sr.

Наряду с тем, что Si также, предпочтительно, используется отдельно, часть Si можно заменить на элемент группы IV: C или Ge. Нитридный люминофор, который является дешевым и имеет хорошее кристаллическое строение, может быть получен при использовании только одного Si.

Пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3A, составляет, предпочтительно, от 590 нм до 700 нм, предпочтительнее, от 630 нм до 670 нм, и наиболее предпочтительно, от 640 нм до 670 нм.

Состав красного люминофора 3A можно регулировать в диапазоне, описанном ранее, чтобы установить пиковую длину волны красного люминофора 3A в пределах желаемого диапазона, описанного выше. Третья пиковая длина волны света, излучаемого светоизлучающим устройством 100, может смещаться в пределах предпочтительного диапазона при перемещении пиковой длины волны света, излучаемого красным люминофором 3A.

В случае, когда Са используется в качестве М¹, пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором, может смещаться в область более длинных волн при увеличении концентрации Eu и может смещаться в область более коротких волн при уменьшении концентрации Eu. В частности, при замене 3 мол.% Са на Eu пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3A, составляет 660 нм, и при замене 1 мол.% Са на Eu пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3A, составляет 650 нм.

Когда Sr используется в качестве М¹ или является его частью, длина волны света, излучаемого красным люминофором 3A, может смещаться в область более коротких волн.

Смещение пиковой длины волны света, излучаемого красным люминофором 3A, в область более коротких волн обычно заставляет третью пиковую длину волны света, излучаемого светоизлучающим устройством 100, перемещаться в область более коротких волн, и смещение пиковой длины волны света, излучаемого красным люминофором 3A, в область более длинных волн обычно заставляет третью пиковую длину волны света, излучаемого светоизлучающим устройством 100, перемещаться в область более длинных волн.

Как описывалось ранее, может возникнуть случай, когда пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3A, не согласуется с третьей пиковой длиной волны, и поэтому третья пиковая длина волны может быть установлена в пределах диапазона от 630 нм до 670 нм, даже когда пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3A, не находится в диапазоне от 630 нм до 670 нм.

Активатор Eu, предпочтительно, используется отдельно, хотя часть Eu можно заменить на Sc, Tm, Yb, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er или Lu. Когда часть Eu заменяют другим элементом, другой элемент действует как коактиватор. Использование коактиватора позволяет изменить цветовой тон люминофора и регулировать характеристики излучения.

Красный люминофор 3A, который является нитридным люминофором, может также содержать, по меньшей мере, одну разновидность элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов группы I: Cu, Ag и Au, элементов группы III: Ga и B, элементов группы IV: Ti, Zr, Hf, Sn и Pb, элементов группа V: P, Sb и Bi и элементов группы VI: S, с общей концентрацией от 1 до 500 м.д. Поскольку эти элементы рассеиваются во время обжига в процессе изготовления, концентрация этих элементов в обожженном материале ниже начальной концентрации при приготовлении материала. Поэтому, предпочтительно, добавлять эти элементы в сырье при концентрации 1000 м.д. или менее. Добавляя эти элементы, можно регулировать эффективность светового излучения.

Отношение молярной концентрации Fe, Ni, Cr, Ti, Nb, Sm и Yb к молярной концентрации M¹, предпочтительно, составляет 0,01 или менее. Это связано с тем, что чрезмерно высокая концентрация Fe, Ni, Cr, Ti, Nb, Sm и Yb может понизить яркость излучения.

2. Зеленый люминофор

Зеленый люминофор (люминофор, испускающий зеленый свет) 3В будет описан ниже. Зеленый люминофор 3B сформирован из галогенсиликата. Зеленый люминофор 3B поглощает луч ультрафиолетового света или синего света, излучаемого светоизлучающим элементом 2, и излучает зеленый свет.

В качестве зеленого люминофора 3B может быть использован люминофор, представленный следующей общей формулой (II).

В формуле (II) М² является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Са, Sr, Ва, Zn и Mn; М³ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Si, Ge и Sn; М⁴ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из B, Al, Ga и In; X является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Br, и I; R является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из числа редкоземельных элементов, при том, что Еu содержится в качестве существенного элемента (или обязательного компонента); к тому же «y», «a», «b» и «c» удовлетворяют соотношениям: 0,0001≤y≤0,3; 7,0≤а<10,0; 3,0≤b≤5,0 и 0≤c≤1,0.

Зеленый люминофор, представленный общей формулой (II), содержит, по меньшей мере, одну разновидность элемента, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr, Ba, Zn и Mn, предпочтительно, Ca. В том случае, когда в люминофоре содержится Ca, часть Ca можно заменить на Mn, Sr или Ba.

Из люминофоров, представленных формулой (II), более предпочтительным является зеленый люминофор, представленный следующей общей формулой (II'). Зеленый люминофор 3B, представленный общей формулой (II'), обладает превосходной способностью к цветовоспроизведению, благодаря высокой яркости, узкой полной ширине на полувысоте светового излучения и более низкому содержанию сине-зеленого и оранжевого света.

В формуле (II′) М² является, по меньшей мере, одной разновидностью из Ca и Mn; М³ является, по меньшей мере, одной разновидностью из Si и Ge; и X является, по меньшей мере, одной разновидностью из элементов, выбранных из группы, состоящей из F, Cl, Br и I.

Величины «y», «a» и «b» удовлетворяют соотношениям: 0,001≤y≤0,3; 7,0≤a≤10,0 и 3,0≤b≤5,0.

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (IF), содержат, по меньшей мере, одну разновидность из элементов, выбранных из группы, состоящей из Ca, Sr, Ва, Zn и Mn, предпочтительно, Ca. В том случае, когда в люминофоре содержится Са, часть Ca можно заменить на Mn, Sr или Ba.

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (I I′) содержат, по меньшей мере, одну разновидность из элементов, выбранных из группы, состоящей из Si, Ge и Sn, предпочтительно, Si. В том случае, когда в люминофоре содержится Si, часть Si можно заменить на Ge или Sn.

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (I I′) содержат, по меньшей мере, одну разновидность из элементов, выбранных из группы, состоящей из F, Cl, Br, и I, предпочтительно, Cl. В том случае, когда в люминофоре содержится Cl, часть Cl можно заменить на F, Br или I.

Зеленый люминофор, представленный общей формулой (II), содержит, по меньшей мере, одну разновидность редкоземельного элемента, притом, что Eu содержится в качестве существенного элемента. Термин «редкоземельный», в общем, относится к 17 элементам: скандию, иттрию и лантаноидным элементам. Из этих элементов, наиболее предпочтительно, используется Eu. Часть Eu можно заменить на Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm или Yb. Более предпочтительно, часть Eu можно заменить на Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Ho или Tm.

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (I I′), имеют пиковую длину волны в диапазоне спектра от зеленого до желтого с длиной волны от 490 нм до 584 нм. Люминофоры могут излучать свет с пиковой длиной волны в диапазоне от около 500 нм до 520 нм, когда содержатся Ca, Eu, Mg, Si, O и Cl, или в диапазоне от около 530 нм до 570 нм, когда содержатся Са, Mn, Eu, Mg, Si, O и Cl. Поскольку пиковая длина волны изменяется в зависимости от количества содержащихся элементов и от состава, зеленый люминофор 3В можно регулировать, если требуется, чтобы иметь предпочтительную пиковую длину волны.

Пиковая длина волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B, составляет, предпочтительно, от 490 нм до 560 нм, предпочтительнее, от 500 нм до 550 нм и, наиболее предпочтительно, от 505 нм до 540 нм.

Вторая пиковая длина волны света, излучаемого светоизлучающим устройством 100, может сдвигаться в пределах желаемого диапазона при перемещении пиковой длины волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B, в пределах предпочтительного диапазона, описанного выше.

В составе (Са, Eu)₈MgSi₄O₁₆Cl₂, например, пиковая длина волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B, может быть смещена до 525 нм в область более длинных волн при увеличении концентрации Eu до 10 мол.% относительно Ca. Пиковая длина волны может быть смещена в область более коротких волн при уменьшении концентрации Eu относительно Са. Например, пиковая длина волны может быть смещена до около 500 нм в область более коротких волн при уменьшении концентрации Eu до 1 мол.% относительно Ca.

В составе (Са, Eu, Mn)₈MgSi₄O₁₆Cl₂ пик излучения за счет Eu может быть смещен только до около 545 нм (излучение Mn) при увеличении концентрации Mn до 5 мол.% относительно Са.

Как описывалось ранее, может возникнуть случай, когда пиковая длина света, излучаемого зеленым люминофором 3B, не согласуется со второй пиковой длиной волны, и поэтому вторая пиковая длина волны может быть установлена в пределах диапазона от 510 нм до 550 нм, даже когда пиковая длина волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, не находится в диапазоне от 510 нм до 550 нм.

Как описывалось ранее, можно добиться того, чтобы минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения светоизлучающего устройства 100 составляла более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, устанавливая разность 80 нм или более между пиковой длиной волны света, излучаемого светоизлучающим элементом 2, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B. Вышеописанные методы смещения пиковой длины волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B, могут использоваться, чтобы обеспечить требуемые условия.

В качестве зеленого люминофора 3В может использоваться другой зеленый люминофор, представленный следующей общей формулой (III), который будет описан ниже.

В общей формуле (III) М⁵ является, по меньшей мере, одной разновидностью из элементов, выбранных из группы, состоящей из Са, Sr, Ва, Zn и Mn; X является, по меньшей мере, одной разновидностью из элементов, выбранных из группы, состоящей из F, Cl, Br и I; к тому же, «х», «у», «w», «а», «b» и «с» удовлетворяют соотношениям: 6,5≤х≤8,0; 0,01≤y≤2,0; 3,7≤z≤4,3; 0≤w≤0,5; a=x+y+1+2z+(3/2)w-b/2-(3/2)c; 1,0≤b≤1,9 и 0≤c≤3,0.

В общей формуле (III), предпочтительно, чтобы w=0 и c=0, что заставляет зеленый люминофор излучать свет более высокой яркости. В этом случае формула (III) может быть представлена как M⁵ _xEu_yMgSi_zO_aX_b.

3. Люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат)

Светоизлучающее устройство 100 согласно настоящему изобретению, в дополнение к красному люминофору 3A и зеленому люминофору 3B, содержит люминофор АИГ 3C, который излучает свет в диапазоне спектра от желтовато-зеленого до желтого.

При использовании люминофора АИГ 3C добавляется излучение желтого и оранжевого света, что позволяет существенно улучшить качество цветопередачи и значительно увеличить световой поток.

Пиковая длина волны света, излучаемого люминофором АИГ 3C, может быть скорректирована, по мере необходимости, с целью увеличения разности между пиком излучения люминофора АИГ 3C и пиком излучения зеленого люминофора 3B, чтобы упростить получение минимальной относительной интенсивности светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения светоизлучающего устройства 100, составляющей более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

Пиковая длина волны света, излучаемого люминофором АИГ 3C, может смещаться в область более длинных волн, например, при замене Y на Gd, и в область более коротких волн при замене Al на Ga. Также пиковая длина волны света, излучаемого люминофором АИГ 3C, может несколько смещаться в область более длинных волн при увеличении содержания Ce или смещаться в область более коротких волн при уменьшении содержания Ce.

Поскольку пиковая длина волны света, излучаемого люминофором АИГ, находится сравнительно близко к пиковой длине волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B, во многих случаях пик излучения, соответствующий пику излучения люминофора АИГ 3C, перекрывается пиком при второй пиковой длине волны, которая, главным образом, относится к пиковой длине волны света, излучаемого зеленым люминофором 3B, и, как правило, не выявляется.

Не накладываются какие-либо ограничения на люминофор АИГ 3C, который излучает свет в диапазоне спектра от желтовато-зеленого до желтого, и может использоваться любой известный люминофор АИГ. Люминофор, представленный следующей общей формулой (IV), является примером предпочтительного люминофора, используемого в качестве люминофора АИГ 3C.

В формуле (IV) M⁶ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из числа редкоземельных элементов; и М⁷ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из B, Al, Ga и In.

4. Структура светоизлучающего устройства

Один вариант светоизлучающего устройства 100 согласно изобретению будет подробно описан со ссылкой на фиг.1. Светоизлучающее устройство 100, показанное на фиг.1, является светоизлучающим устройством поверхностного монтажа, но не ограничивается этим, и настоящее изобретение может быть применено к любым формам традиционно используемого светоизлучающего устройства, таким как пулевидная форма светодиода.

Светоизлучающее устройство 100 имеет монтажный корпус (корпус) 1 светоизлучающего элемента с открытой выемкой наверху. Светоизлучающий элемент (синий светодиод) 2 закреплен при использовании материала для монтажа кристалла на нижней поверхности выемки корпуса 1, и светоизлучающий элемент 2 покрыт прозрачной смолой 4, содержащей диспергированные в ней люминофоры 3A, 3B. Верхний электрод светоизлучающего элемента 2 соединен первым проводом (проводником) 5 с первым внешним электродом 6, а нижний электрод светоизлучающего элемента 2 соединен вторым проводом (проводником) 7 со вторым внешним электродом 8. Внутренняя поверхность выемки корпуса 1 покрыта светоотражающим материалом 9.

Компоненты светоизлучающего устройства 100 будут описаны ниже.

Светоизлучающий элемент

Светоизлучающий элемент 2 имеет светоизлучающий слой, сформированный, например, из полупроводникового соединения нитрида галлия, и излучает свет, который формирует первый пик в спектре излучения белого светоизлучающего устройства 100, используемого в настоящем изобретении, и, кроме того, служит в качестве источника света, который возбуждает красный люминофор 3A, 3B зеленый люминофор и люминофор (алюмоиттриевый гранат) АИГ 3C.

Имеются различные полупроводниковые нитридные соединения (общая формула: In_iGa_jAl_kN, при этом 0≤i;0≤j;0≤k;I+j+k=1), содержащие, например, InGaN и GaN, легированные различными примесями. Светоизлучающий элемент 2 можно сформировать, выращивая на подложке светоизлучающий слой, который является полупроводником, например InGaN или GaN, методом химического осаждения из паров металлоорганических соединений (MOCVD) или подобным методом. Полупроводник может иметь гомоструктуру, гетероструктуру или двойную гетероструктуру, которые образуют переход MIS, переход PI и переход PN. Изменяя вид материала и состав смеси компонентов полупроводникового нитридного слоя, можно регулировать длину волны излучения так, чтобы светоизлучающий элемент 2 имел пиковую длину волны в диапазоне от 440 нм до 470 нм. Светоизлучающий элемент 2 также может иметь полупроводниковый активный слой, сформированный из тонкой пленки, где квантовый эффект проявляется в структуре с квантовой ямой или в структуре с квантовыми ямами.

Монтажный корпус светоизлучающего элемента

Монтажный корпус (корпус) 1 светоизлучающего элемента, предпочтительно, сформирован из материала, обладающего превосходной светонепроницаемостью, благодаря чему свет, излучаемый светоизлучающим элементом 2, не может просачиваться наружу. В связи с тем, что корпус контактирует с внешними электродами 6, 8, он должен быть сформирован из изоляционного материала.

Как правило, для формирования корпуса может быть использован, например, ламинированный стеклоэпоксидный лист, ламинированный лист из бисмалеимид/триазиновой (BT) смолы, керамики, жидкокристаллического полимера или полиимида. Для изготовления корпуса 1 можно использовать операцию формования, например, помещая в форму металлические части, предназначенные для внешних электродов 6 и 8, заливая материал в форму, и затем, после охлаждения, извлекая из формы формованный корпус.

Внешний электрод

Внешние электроды 6 и 8 предусмотрены для электрического соединения светоизлучающего элемента 2 с наружной стороной корпуса 1 посредством первого провода 5 и второго провода 7 и, предпочтительно, сформированы из материала, обладающего высокой электропроводимостью. Для внешних электродов 6 и 8 можно использовать, например, металлизированный материал (к примеру, материал, металлизированный никелем) или хорошие электрические проводники такие, как фосфористая бронза, железо или медь.

Светоотражающий материал

Светоотражающим материалом 9 может быть, например, пленка, сформированная из полиэтилентерефталатной смолы, поликарбонатной смолы, полипропиленовой смолы или т.п., которая для придания отражающих свойств смешана с титанатом бария, оксидом алюминия, оксидом титана, оксидом кремния, фосфатом кальция или т.п. Светоотражающий материал 9 может быть закреплен на боковой стенке корпуса 1, например, посредством силиконовой смолы, эпоксидной смолы или т.п.

Светоотражающий материал 9 также может быть металлической пленкой, например Al, Ag, Cu или т.п., сформированной изнутри и/или снаружи корпуса 1 на боковой стенке посредством металлизации или напыления.

Материал для крепления кристалла

Материал для крепления кристалла используется при закреплении светоизлучающего элемента 2 в выемке монтажного корпуса светоизлучающего элемента. Материал для крепления кристалла должен быть термостойким, чтобы он не терял своих свойств под воздействием тепла, выделяемого светоизлучающим элементом 2. Например, в качестве материала для крепления кристалла может использоваться эпоксидная смола, Ag паста или эвтектический материал.

Электрический проводник

Первый провод 5 и второй провод 7 являются электрическими проводниками. Необходимо, чтобы первый провод 5 и второй провод 7 находились в хорошем омическом контакте с электродами светоизлучающего элемента 2, обеспечивая механическую проводимость, электропроводность и теплопроводность. Электрические проводники, используемые в качестве первого провода 5 и второго провода 7, могут быть сформированы из металла, например золота, меди, платины, алюминия или их сплавов.

Прозрачная смола

Прозрачная смола 4, заполняющая выемку корпуса 1, которая содержит диспергированные в ней красный люминофор 3A, зеленый люминофор 3B и люминофор (алюмоиттриевый гранат) АИГ 3C, герметизирует светоизлучающий элемент 2, электрические проводники (первый провод и второй провод) 5 и 7, обеспечивая защиту от внешнего воздействия. В качестве прозрачной смолы (полимерного герметика) 4 могут использоваться различные смолы и для обеспечения стойкости к атмосферным воздействиям (или погодоустойчивости), предпочтительно, использовать, например, эпоксидную смолу, карбамидную смолу, или кремнийорганическую смолу. Добавление в прозрачную смолу 4 диспергирующего вещества снижает направленность излучения светоизлучающего элемента 2 и увеличивает угол обзора. В качестве диспергирующего вещества предпочтительно использовать титанат бария, оксид титана, оксид алюминия, оксид кремния или т.п. Чтобы создать светоизлучающее устройство, которое излучает свет желаемого цвета, в прозрачную смолу могут быть введены различные люминофоры, в зависимости от желаемого цвета, излучаемого светоизлучающим элементом 2 света.

Примеры

Примеры настоящего изобретения будут описаны ниже. Эти примеры приведены для облегчения понимания изобретения и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

Пример 1

Для формирования корпуса 1 расплавленную полифталамидную смолу заливают в форму, которую закрывают после размещения в ней пары положительных и отрицательных внешних электродов 6 и 8, и смолу отверждают. Корпус 1 имеет отверстие (выемку), которое приспособлено для размещения светоизлучающего элемента 2. После охлаждения формы корпус 1 и внешние электроды 6 и 8 представляют собой единое целое.

Светоизлучающий элемент (чип-светодиод) 2, излучающий свет с пиковой длиной волны 455 нм, закрепляют на нижней поверхности выемки корпуса 1, который был сформирован, как описано выше. Затем электрическими проводниками 5 и 7 осуществляют электрическое соединение внешних электродов 6 и 8 со светоизлучающим элементом 2.

Затем 3 г кремнийорганической смолы смешивают с около 0,3 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆C_l2: Eu ((Ca_7,6, Eu_0,4) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения при длине волны около 520 нм, с 0,1 г люминофора АИГ (Y_2,95 (Al_0,8, Ga_0,2)₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет широкий спектр излучения с пиком при длине волны около 540 нм, и с около 0,11 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,97, Eu_0,03) AlSiBN₃), который имеет пик излучения при длине волны около 660 нм. Полученную прозрачную смолу 4 заливают в выемку корпуса 1, чтобы сформировать ровную поверхность корпуса. В заключение проводят тепловую обработку при температуре 70°C в течение 3 часов и затем при температуре 150°C в течение одного часа.

На фиг.2 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 650 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 0,32, что соответствует 52% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, составляющей 0,62, которая ниже интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, составляющей 0,64. Средний индекс цветопередачи Ra, который является показателем качества цветопередачи, составляет 79, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

14-дюймовая жидкокристаллическая лампа подсветки, в которой в качестве источника света используется светоизлучающее устройство 100, имеет отношение NTSC, которое является показателем цветовоспроизведения, составляющее 72% или более, и более высокую яркость белого света.

Результат показывает, что светоизлучающее устройство 100 согласно примеру 1 имеет превосходное качество цветопередачи, что является целью изобретения, и, кроме того, имеет превосходное цветовоспроизведение.

Пример 2

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство в примере 1, за исключением того, что около 0,3 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,6, Eu_0,4)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пиковую длину волны около 520 нм, 0,15 г люминофора АИГ (Y_2,95(Al_0,8, Ga_0,2)₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пиковую длину волны около 540 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,11 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,97, Eu_0,03)AlSiBN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.3 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, изготовленного, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 650 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 61% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны. Значение Ra составляет 84, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично описанному в примере 1, имеет отношение NTSC 72% или более и, к тому же более высокую яркость белого света.

Пример 3

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство в примере 1, за исключением того, что около 0,3 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,6, Eu_0,4)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 520 нм, 0,25 г люминофора АИГ (Y_2,95(Al_0,8, Ga_0,2)₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 540 нм и широкий спектр излучения, и около 0,13 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,97, Eu_0,03) AlSiBN₃), который имеет пик излучения около 660 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.4 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, полученного указанным способом.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 640 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 75% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны. Значение Ra достигает 89, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 70% и имеет более высокую яркость белого света.

Пример 4

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено аналогично светоизлучающему устройству, представленному в примере 1, за исключением того, что около 0,28 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,7, Eu_0,3)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,16 г люминофора АИГ (Y_2,95(Al_0,8, Ga_0,2)₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 540 нм и широкий спектр излучения, и около 0,2 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01)AlSiBN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.5 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 640 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 73% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 80, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично описанному в примере 1, имеет отношение NTSC 72% и, к тому же, более высокую яркость белого света.

Пример 5

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же самым способом, что и светоизлучающее устройство в примере 1, за исключением того, что около 0,1 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,6, Eu_0,4) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 520 нм, 0,3 г люминофора АИГ (Y_2,95 (Al_0,8, Ga_0,2)₅O₁₂: Се_0,05), который имеет пик излучения около 540 нм и широкий спектр излучения, и около 0,11 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,97, Eu_0,03) AlSiN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.6 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, изготовленного, как описано выше.

На спектре имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 530 нм и третий пик около 640 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 96% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 93, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для лампы подсветки изготовлен при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 64%.

Пример 6

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,22 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Ca_7,7 Eu_0,3) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,2 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 560 нм и широкий спектр излучения, и около 0,1 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01) AlSiN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом варианте осуществления изобретения разность между пиковой длиной волны света, излучаемого светоизлучающим элементом (синего светодиода) 2, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, составляет 55 нм.

На фиг.7 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 530 нм и третий пик около 630 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 97% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 90, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично описанному в примере 1, имеет отношение NTSC 68% и имеет более высокую яркость белого света, по сравнению со светоизлучающим устройством, представленным в примере 1.

Пример 7

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же самым способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,18 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,7, Eu_0,3) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,08 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 560 нм и широкий спектр излучения, и около 0,26 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01) AlSiN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.8 представлен спектр излучения полученного светоизлучающего устройства 100.

На спектре излучения имеется пик, связанный с излучением светоизлучающего элемента 2 и размытый максимум, связанный с излучением люминофоров 3A, 3B, 3C, без отчетливо наблюдаемого третьего пика.

Светоизлучающее устройство обладает довольно высоким качеством цветопередачи, при этом значение Ra составляет 92.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 62% и меньшую яркость белого света по сравнению с источником света в примере 1.

Пример 8

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же самым способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,28 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,7, Eu_0,3) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,14 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 560 нм и широкий спектр излучения, и около 0,14 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01) AlSiN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.9 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 630 нм. Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 82% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 88, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 70% и более высокую яркость белого света, по сравнению с источником света в примере 1.

Пример 9

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же самым способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,28 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,7, Eu_0,3) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,14 г люминофора АИГ ((Y_0,8, Gd_0,2)_2,85Al₅O₁₂: Ce_0,15), который имеет пик излучения около 570 нм и широкий спектр излучения, и около 0,2 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01)AlSiN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.10 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 630 нм.

В полученном таким образом светоизлучающем устройстве минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 83% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны.

Значение Ra достигает 89, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 67% и более высокую яркость белого света, по сравнению с источником света в примере 1.

Пример 10

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же самым способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,16 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Са_7,5, Eu_0,5) MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 525 нм, 0,12 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 560 нм и широкий спектр излучения, и около 0,2 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01) AlSiBN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.11 представлен спектр излучения полученного светоизлучающего устройства 100.

На спектре излучения имеется пик, связанный с излучением светоизлучающего элемента 2 и размытый максимум, связанный с излучением люминофоров 3A, 3B, 3C, без отчетливо наблюдаемого третьего пика.

Светоизлучающее устройство обладает довольно высоким качеством цветопередачи, при этом, значение Ra составляет 88.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 66% и более высокую яркость белого света, по сравнению с источником света в примере 1.

Пример 11

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное примере 1, за исключением того, что около 0,22 г галогенсиликата Ca_7,85Eu_0,3MgSi_4,3O_15,91Cl_1,84, который имеет пик излучения около 515 нм, 0,2 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пик излучения около 560 нм и широкий спектр излучения, и около 0,1 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01)AlSiBN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

На фиг.12 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 520 нм и третий пик около 630 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 97% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны.

Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 89, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 68% и более высокую яркость белого света, по сравнению с источником света в примере 1.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть применено не только для осветительных устройств, но также и для лампы подсветки дисплейного устройства такого, как монитор, цифровая камера или принтер, где требуется высокое качество цветопередачи.

Светоизлучающее устройство содержит светоизлучающий элемент, красный люминофор, сформированный из нитридного люминофора, который излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом, зеленый люминофор, сформированный из галогенсиликата, который излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом, и люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат), который излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом. Предлагается светоизлучающее устройство, которое обладает высоким качеством цветопередачи. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Светоизлучающее устройство, содержащее:
светоизлучающий элемент;
красный люминофор, сформированный из нитридного люминофора, при этом красный люминофор излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом;
зеленый люминофор, сформированный из галогенсиликата, при этом зеленый люминофор излучает свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом; и
люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат), излучающий свет при возбуждении светом, излучаемым светоизлучающим элементом.

2. Светоизлучающее устройство по п.1, спектр излучения которого имеет первый пик при длине волны от 440 до 470 нм, второй пик при длине волны от 510 до 550 нм и третий пик при длине волны от 630 до 670 нм, минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет более 80% от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

3. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором красный люминофор активизирован Еu и представлен следующей общей формулой (I):

где М¹ является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ва; при этом удовлетворяются соотношения: 0,056≤w≤9; x=1; 0,056≤у≤18 и 0≤z≤0,5.

4. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором зеленый люминофор представлен следующей общей формулой (II):

где М² является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Ca, Sr, Ва, Zn и Мn; М³ является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Si, Ge и Sn; M⁴ является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из В, Al, Ga и In; X является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из F, Cl, Вr, и I; R является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из редкоземельных элементов так, что Еu содержится как обязательный элемент и удовлетворяются соотношения: 0,0001≤у≤0,3; 7,0≤а<10,0; 3,0≤b<5,0 и 0≤с<1,0.

5. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором зеленый люминофор представлен следующей общей формулой (III):

где М⁵ является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Ca, Sr, Ва, Zn и Мn; Х является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из F, Cl, Вr и I; при этом удовлетворяются соотношения: 6,5≤х<8,0; 0,01≤у≤2,0, 3,7≤z≤4,3; 0<w≤0,5; a=x+y+1+2z+(3/2)w-b/2-(3/2)c; 1,0≤b≤1,9 и 0≤с≤3,0.

6. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором разность между пиковой длиной волны света, излучаемого светоизлучаемым элементом, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, составляет 80 нм или менее.

7. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор АИГ представлен следующей общей формулой (IV):

где М⁶ является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из редкоземельных элементов; и М⁷ является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из В, Al, Ga и In.