СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК H01L33/50 

Область техники

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

Уровень техники

Для создания светоизлучающего устройства, которое излучает белый свет с теплым цветовым оттенком и высокой плотностью потока, 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 (например, патентный документ JP 2007-27796A).

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

Раскрытие изобретения

Проблемы, которые решаются согласно изобретению

Светоизлучающее устройство белого света применяется в различных областях, однако цветовоспроизведение традиционного светоизлучающего устройства, содержащего синий полупроводниковый светоизлучающий элемент (синий светодиод), красный люминофор и зеленый люминофор, как описано выше, в некоторых случаях является недостаточным, например, в лампе подсветки жидкокристаллического дисплея. При использовании лампы подсветки жидкокристаллического дисплея, содержащей обычное светоизлучающее устройство белого света, существует проблема, состоящая в том, что изображение передается с недостаточным цветовоспроизведением и отношение NTSC составляет менее 70% из-за недостаточного цветовоспроизведения лампы подсветки.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить светоизлучающее устройство, обладающее превосходным цветовоспроизведением, которое может использоваться, как описано выше, в различных областях применения.

Средства для решения проблем

Первым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающий элемент, красный люминофор, сформированный из нитридного люминофора, и зеленый люминофор, сформированный из галогенсиликата, спектр излучения которого имеет 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 излучения света между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения составляет 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

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

причем М¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, содержащей Mg, Ca, Sr и Ва; и удовлетворяются соотношения: 0,056≤w≤9; x=1; 0,056≤у≤18 и 0≤z≤0,5.

Третьим аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с первым или вторым аспектом, при этом зеленый люминофор представлен следующей общей формулой (II):

где М² является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Ca, Sr, Ва, Zn и Мn; 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 В, 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 как существенный элемент (или обязательный компонент); и удовлетворяются соотношения: 0,0001≤у≤0,3; 7,0≤а<10,0; 3,0≤b<5,0 и 0≤с<1,0.

Четвертым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с первым или вторым аспектом, при этом зеленый люминофор представлен следующей общей формулой (III):

где М⁵ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Са, 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≤х<8,0; 0,01≤у≤2,0; 3,7≤z≤4,3; 0<w≤0,5; a=x+у+1+2z+(3/2)w-b/2-(3/2)c; 1,0≤b≤1,9 и 0≤с≤3,0.

Пятым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с любым аспектом от первого до четвертого, в котором разность между пиковой длиной волны света, излучаемого красным люминофором, и пиковой длиной света, излучаемого зеленым люминофором, составляет 120 нм или более.

Шестым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с любым аспектом от первого до пятого, дополнительно включающее люминофор (алюмоиттриевый гранат) АИГ, который излучает свет, при возбуждении светом светоизлучающего элемента, причем разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 30 нм или менее, и количество введенного люминофора АИГ составляет не более 50 мас.% от общего количества люминофора.

Седьмым аспектом настоящего изобретения является светоизлучающее устройство в соответствии с шестым аспектом, при этом люминофор АИГ представлен следующей общей формулой (IV):

где М⁶ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов; и М⁷ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из В, Al, Ga и In.

Эффекты изобретения

Объединяя светоизлучающий элемент, красный люминофор и зеленый люминофор для получения заданной длины волны излучения и заданной пиковой интенсивности, можно создать светоизлучающее устройство, обладающее превосходным цветовоспроизведением.

Краткое описание чертежей

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

Фиг.2 - вид в разрезе светоизлучающего устройства 100 согласно настоящему изобретению.

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 люминесцентной лампы с холодным катодом (CCFL).

Фиг.9 - график, показывающий спектр излучения обычного белого светодиода.

Фиг.10 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 1.

Фиг.11 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 2.

Фиг.12 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 3.

Фиг.13 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 4.

Фиг.14 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 5.

Фиг.15 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 6.

Фиг.16 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 7.

Фиг.17 - график, показывающий спектр излучения светоизлучающего устройства согласно сравнительному примеру 8.

Описание ссылочных позиций

1 - Монтажный корпус светоизлучающего элемента

2 - Светоизлучающий элемент

3А - Красный люминофор

3В - Зеленый люминофор

4 - Прозрачная смола

5, 7 - Электрический проводник

6, 8 - Внешний электрод

9 - Отражатель света

100 Светоизлучающее устройство

Лучший способ осуществления изобретения

На.фиг.1 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения (пример 1), детали которого будут описаны ниже. На фиг.2 показано светоизлучающее устройство 100 в разрезе, являющееся примером конструкции светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению.

На спектре излучения, представленном на фиг.1, имеется первый пик (первая пиковая длина волны) при длине волны, составляющей около 455 нм, который связан, главным образом, с излучением светоизлучающего элемента (синего светодиода) 2. На спектре имеется второй пик (вторая пиковая длина волны) при длине волны, составляющей около 525 нм. Излучение при второй пиковой длине волны связано, главным образом, с излучением света зеленым люминофором 3В, который возбуждается светом, излучаемым синим светодиодом 2. На спектре также имеется третий пик (третья пиковая длина волны) при длине волны, составляющей около 660 нм. Излучение при третьей пиковой длине волны связано, главным образом, с излучением света красным люминофором 3А, который возбуждается светом, излучаемым синим светодиодом 2.

Таким образом, светоизлучающее устройство 100 согласно настоящему изобретению содержит синий светодиод (светоизлучающий элемент) 2, красный люминофор (люминофор, излучающий красный свет) 3А и зеленый люминофор (люминофор, испускающий зеленый свет) 3В, причем красный люминофор и зеленый люминофор возбуждаются светом от синего светодиода 2 для излучения соответственно красного и зеленого света. Светоизлучающее устройство 100 создает спектр излучения, показанный на фиг.1, при смешивании света, излучаемого синим светодиодом 2, красным люминофором 3А и зеленым люминофором 3В.

Для сравнения на фиг.8 и фиг.9 представлен спектр излучения люминесцентной лампы с холодным катодом (CCFL), которая использовалась для подсветки дисплейного устройства, и 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.1.

В результате исследований авторы настоящего изобретения установили, что спектр излучения должен удовлетворять четырем условиям, описанным ниже, чтобы светоизлучающее устройство обладало превосходным цветовоспроизведением, другими словами, излучало свет в достаточно широком диапазоне цветовоспроизведения.

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 находилась в диапазоне от 440 нм до 470 нм.

Во-вторых, необходимо сформировать зеленый люминофор 3В из галогенсиликата, который подробно будет описан ниже, чтобы вторая пиковая длина волны спектра излучения находилась в диапазоне от 510 нм до 550 нм.

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

Устанавливая пиковые длины волн от первой до третьей (пиковые длины волн излучения) в пределах ограниченных диапазонов, как описано выше, можно уменьшить пропорции сине-зеленого света и оранжевого света, которые имеют тенденцию снижать цветовоспроизведение, и, соответственно, улучшить цветовоспроизведение.

В-четвертых, минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны (относительная интенсивность светового излучения имеет самое низкое значение в диапазоне между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения) должна составлять 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

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 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, например, устанавливая разность 120 нм или более между пиковой длиной волны света, излучаемого красным люминофором 3А, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В.

Как будет подробно описано ниже, это связано с тем, что ширина на полувысоте (или ширина на уровне половинной мощности) полосы излучения красного люминофора 3А составляет примерно 110 нм или менее, и ширина на полувысоте излучения зеленого люминофора 3В составляет примерно 80 нм или менее. Таким образом, устанавливая разность 120 нм или более между пиковой длиной волны света, излучаемого красным люминофором 3А, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, которые имеют указанные значения ширины на полувысоте излучения, можно добиться того, чтобы минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны спектра излучения, которая представляет собой минимум между двумя пиками на спектре излучения, составляла 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

Если удовлетворяются четыре условия, описанные выше, имеется возможность создать светоизлучающее устройство 100 со спектром излучения, позволяющим обеспечить достаточно широкий диапазон цветовоспроизведения, например, при отношении NTSC 70% 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 (х, у), 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. При отношении NTSC менее 70% возникают области, которые не могут отображаться на экране, что считается нежелательным.

В дисплейном устройстве, таком как монитор, цифровая камера или принтер, в котором в качестве лампы подсветки используется светоизлучающее устройство согласно настоящему изобретению с широким диапазоном цветовоспроизведения, как описано выше, обеспечивается полное и отчетливое воспроизведение цветов (красного, зеленого и синего).

Для жидкокристаллического дисплейного устройства, используемого в автомобиле, важно воспроизведение красного цвета, чтобы подать предупредительный сигнал опасности, и весьма желательно, чтобы красные и оранжевые цвета можно было отчетливо различать на экране. Когда 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, тогда уменьшается цветовоспроизведение красного, и красный может быть воспринят как пунцовый или оранжевый. Когда минимальная относительная интенсивность светового излучения составляет 80% или менее, значение «у» находится в пределах диапазона, который обеспечивает правильное восприятие красного. Значение «у» на диаграмме цветности CIE1931 XYZ колориметрической системы дисплея тесно связано с яркостью излучения зеленого света.

Когда минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны становится меньше наименьшей из относительных интенсивностей светового излучения при второй пиковой длине волны и третьей пиковой длине волны, лампа подсветки способствует изображению насыщенного красного цвета. Область длины волны между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны соответствует оранжевому цвету. Спектр, имеющий более низкую относительную интенсивность светового излучения в этой области длин волн, свидетельствует о более низкой интенсивности оранжевого света (или о меньшем количестве компонента оранжевого цвета), и, соответственно, свидетельствует о более высокой интенсивности насыщенного красного света (о большем количестве компонента насыщенного красного цвета).

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, и свет, излучаемый зеленым люминофором 3В (в особенности, свет, излучаемый зеленым люминофором 3В). 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 3В, в формирование второго пика также вносят свой вклад свет, излучаемый светоизлучающим элементом 2, и свет, излучаемый красным люминофором 3А. В результате вторая пиковая длина волны может отличаться от пиковой длины волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В.

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

Компоненты светоизлучающего устройства 100, а именно, красный люминофор 3А, зеленый люминофор 3В и светоизлучающий элемент (синий светодиод) 2, будут подробно описаны ниже.

1. Красный люминофор

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

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

В формуле (I) M¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ва; в то время как «w», «x», «у» и «z», предпочтительно, удовлетворяют соотношениям: 0,056≤w≤9; х=1; 0,056≤у≤18 и 0,0005≤z≤0,5.

Предпочтительнее, «w», «х», «у» и «z» удовлетворяют соотношениям: 0,4≤w≤3; х=1; 0,143≤у≤8,7 и 0≤z≤0,5; и, наиболее предпочтительно, удовлетворяют соотношениям: 0,5≤w≤3; х=1; 0,167≤у≤8,7 и 0,0005≤z≤0,5, что дает возможность получить цветовой тон, высокую яркость и 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 Еu, то часть Еu можно заменить, по меньшей мере, одной разновидностью редкоземельного элемента, выбранного из группы, состоящей из Sc, Tm, Yb, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Но, Еr и Lu.

В формуле (I) M¹ является, предпочтительно, по меньшей мере, одним из элементов Ca и Sr, при этом, «w», «х», «у» и «z», предпочтительно, удовлетворяют соотношениям: 0,5≤w≤1,5; x=1; 0,5≤у≤1,5 и 0≤z≤0,3, что дает возможность получить более желательный цветовой тон, высокую яркость, более желательную 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 (II):

где М¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ва, 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 M¹ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ва, при этом «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 Ва, комбинацию Sr и Ва, или т.п. Пиковую длину волны света, излучаемого нитридным люминофором, можно регулировать, заменяя часть Ca на Sr.

Наряду с тем, что Si также, предпочтительно, используется отдельно, часть Si можно заменить на элемент группы IV: С 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 3А, составляет, предпочтительно, от 590 нм до 700 нм, предпочтительнее, от 630 нм до 670 нм, и наиболее предпочтительно, от 640 нм до 670 нм.

Например, третья пиковая длина волны света, излучаемого светоизлучающим устройством 100, может смещаться в пределах желаемого диапазона при перемещении пиковой длины волны света, излучаемого красным люминофором 3А, в пределах предпочтительного диапазона, описанного выше.

В том случае, когда Ca 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 Еu. В частности, при замене 3 мол.% Ca на Еu пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3А, составляет 660 нм, и при замене 1 мол.% Са на Еu пиковая длина волны света, излучаемого красным люминофором 3А, составляет 650 нм,

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

Смещение пиковой длины волны света, излучаемого красным люминофором 3А, 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 3А, 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 3А, 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 3А, не находится в диапазоне от 630 нм до 670 нм.

Активатор Еu, предпочтительно, используется отдельно, хотя часть Еu можно заменить на Sc, Tm, Yb, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Но, Еu или Lu. Когда часть Еu заменяют другим элементом, другой элемент действует как соактиватор. Использование соактиватора позволяет изменить цветовой тон люминофора и регулировать характеристики излучения.

Красный люминофор 3А, который является нитридным люминофором, может также содержать, по меньшей мере, одну разновидность элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов группы I: Сu, Ag и Аu, элементов группы III: Ga и В, элементов группы IV: Ti, Zr, Hf, Sn и Pb, элементов группа V: Р, 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 М¹, 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 3В сформирован из галогенсиликата. Зеленый люминофор 3В поглощает луч ультрафиолетового света или синего света, излучаемого светоизлучающим элементом 2, и излучает зеленый свет.

В качестве зеленого люминофора 3В 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, Ba, Zn и Мn; М³ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Si, Ge и Sn; M⁴ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из В, Al, Ga и In; X является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Вr, 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, «у», «а», «b» и «с» удовлетворяют соотношениям: 0,0001≤у≤0,3; 7,0≤а<10,0; 3,0≤b<5,0 и 0≤с<1,0.

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

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

В формуле (II') М² является, по меньшей мере, одним элементом из Са и Мn; М³ является, по меньшей мере, одной разновидностью элементов из Si и Ge; и Х является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Сl, Вr и I.

Величины «у», «а» и «b» удовлетворяют соотношениям: 0,001≤у≤0,3; 7,0≤а<10,0; и 3,0≤b<5,0.

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (II'), содержат, по меньшей мере, одну разновидность элемента, выбранного из группы, состоящей из Са, Sr, Ba, Zn и Мn, предпочтительно, Са. В том случае, когда в люминофоре содержится Са, часть Са можно заменить на Мn, Sr или Ba.

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (II'), содержат, по меньшей мере, одну разновидность элемента, выбранного 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 (II'), содержат, по меньшей мере, одну разновидность элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Cl, Вr, и I, предпочтительно C1. В том случае, когда в люминофоре содержится Cl, часть Cl можно заменить на F, Вr или I.

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

Зеленые люминофоры, представленные общими формулами (II) и (II'), имеют пиковую длину волны в области спектра от зеленого до желтого с длинами волн от 490 нм до 584 нм. Люминофоры могут излучать свет с пиковой длиной волны в диапазоне от около 500 нм до 520 нм, когда они содержат Са, Eu, Mg, Si, О и Cl, или в диапазоне от около 530 нм до 570 нм, когда они содержат Са, Мn, Eu, Mg, Si, О 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, описанную ниже.

Пиковая длина волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, 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 3В, в пределах предпочтительного диапазона, описанного выше.

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

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

Смещение пиковой длины волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, в область более коротких волн обычно перемещает вторую пиковую длину волны спектра излучения светоизлучающего устройства 100 в область более коротких волн, и смещение пиковой длины волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, в область более длинных волн обычно перемещает вторую пиковую длину волны спектра излучения светоизлучающего устройства 100 в область более длинных волн.

Как описывалось ранее, может возникнуть случай, когда пиковая длина волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В, 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.

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

В общей формуле (III) M⁵ является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из Са, Sr, Ba, Zn и Мn; Х является, по меньшей мере, одной разновидностью элемента, выбранного из группы, состоящей из F, Сl, Вr и I; к тому же, «х», «у», «w», «а», «b» и «с» удовлетворяют соотношениям: 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.

В общей формуле (III), предпочтительно, чтобы w=0 и с=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.

Можно добиться того, чтобы минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны эмиссионного спектра светоизлучающего устройства 100 составляла 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, используя красный люминофор 3А и зеленый люминофор 3В, описанные выше, и устанавливая разность 120 нм или более между пиковой длиной волны света, излучаемого красным люминофором 3А, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором 3В.

3. Желтовато-зеленый или желтый люминофор

Светоизлучающее устройство 100 согласно настоящему изобретению может быть создано при добавлении люминофора (алюмоиттриевый гранат) АИГ (светоизлучающего люминофора АИГ) 3С, который излучает свет в диапазоне спектра от желтовато-зеленого до желтого, в дополнение к красному люминофору 3А и зеленому люминофору 3В. 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 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны, используя люминофор АИГ 3С, который удовлетворяет двум следующим условиям:

(1) Разность между пиковой длиной волны зеленого люминофора 3В и пиковой длиной волны люминофора АИГ 3С составляет 30 нм или менее.

(2) Количество добавленного люминофора АИГ 3С составляет 50 мас.% или менее от общего количества люминофора (суммы красного люминофора 3A, зеленого люминофора 3В и люминофора АИГ 3С).

Добавление люминофора АИГ 3С позволяет изготовить светоизлучающее устройство 100, которое обладает высокой яркостью и высокой надежностью, по существу, без ухудшения цветовоспроизведения, по сравнению со случаем, когда используются только два вида люминофоров: красный люминофор 3А и зеленый люминофор 3В.

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

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

В формуле (IV) М⁶ 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 В, Al, Ga и In.

4. Структура светоизлучающего устройства

Один вариант светоизлучающего устройства 100 согласно изобретению будет подробно описан со ссылкой на фиг.2. Светоизлучающее устройство 100, показанное на фиг.2, 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 3А, 3В. Один из электродов светоизлучающего элемента 2 соединен первым проводом (проводником) 5 с первым внешним электродом 6, и другой 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. Свет, излучаемый светоизлучающим элементом 2, формирует первый пик в спектре излучения светоизлучающего устройства 100 белого света согласно настоящему изобретению и возбуждает красный люминофор 3А и зеленый люминофор 3В.

Существуют различные полупроводниковые нитридные соединения (общая формула: In_iGa_jAl_kN, при этом 0≤i; 0≤j; 0≤k; I+j+k=1), например, содержащие 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 светоизлучающйй 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 (ВТ) 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 и т.п., которая для придания отражающих свойств смешана с титанатом бария, оксидом алюминия, оксидом титана, оксидом кремния, фосфатом кальция и 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, Сu 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 находился 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 3А и зеленый люминофор 3В, 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 эпоксидной смолой на нижней поверхности выемки корпуса 1, который был сформирован, как описано выше. Затем электрическим проводником 5 осуществляют электрическое соединение внешнего электрода 6 и светоизлучающего элемента 2 и электрическим проводником 7 осуществляют электрическое соединение внешнего электрода 8 и светоизлучающего элемента 2.

Затем около 0,25 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Са_7,5, Eu_0,5)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пиковую длину волны около 525 нм, и около 0,06 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Ca_0,97, Еu_0,03)АlSiBN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, смешивают с 3 г кремнийорганической смолы. Полученную прозрачную смолу 4 заливают в выемку корпуса 1, чтобы сформировать ровную поверхность корпуса. В заключение проводят тепловую обработку при температуре 70°С в течение 3 часов и затем при температуре 150°С в течение одного часа.

На фиг.1 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства 100, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения имеется первый пик около 450 нм, второй пик около 540 нм и третий пик около 660 нм.

Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 0,22 (22%) и составляет 63% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, составляющей 0,35 (35%), которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, составляющей 0,39 (39%).

Средний индекс цветопередачи Ra является индексом качества цветопередачи, 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.

14-дюймовая жидкокристаллическая лампа подсветки, в которой в качестве источника света используется светоизлучающее устройство 100, имеет отношение NTSС 72% или более, и способна излучать свет насыщенного красного цвета без существенного уменьшения яркости белого света.

Пример 2

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное 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, 0,1 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 ((Ca_0,97, Eu_0,03)AlSiBN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длины волны света, излучаемого люминофором (алюмоиттриевый гранат) АИГ, составляет 20 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 20% от общего количества люминофора.

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 52% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSС 72% или более, и способен увеличивать яркость белого света. Значение Ra составляет 79, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Пример 3

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное 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:Се_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, Еu_0,03)АlSiВN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 20 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 27% от общего количества люминофора.

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 61% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 72% или более и к тому же имеет более высокую яркость белого света. При этом получено высокое значение величины Ra, составляющее 84, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Пример 4

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено аналогично светоизлучающему устройству, представленному в примере 1, за исключением того, что около 0,3 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Ca_7,5, Eu_0,5)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пиковую длину волны около 520 нм, 0,25 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 0,13 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.

В этом примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 20 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 37% от общего количества люминофора.

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 75% относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 70% и к тому же имеет более высокую яркость белого света. Значение Ra достигает 89, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Пример 5

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,28 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Ca_7,7, Eu_0,3)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пиковую длину волны около 515 нм, 0,16 г люминофора АИГ (Y_2,95(Al_0,8, Ga_0,2)₅O₁₂: Се_0,05), который имеет пиковую длину волны около 540 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,2 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Са_0,99, Eu_0,01)AlSiN₃), который имеет пиковую длину волны около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом примере разность между пиком света, излучаемого зеленым люминофором, и пиком света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 25 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 31% от общего количества люминофора.

На фиг.6 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 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. Источник света для лампы подсветки изготовлен при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично описанному в примере 1, имеет отношение NTSC 72% и к тому же имеет более высокую яркость белого света. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 80, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Пример 6

Светоизлучающее устройство 100 изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,26 г галогенсиликата Ca_7,65Eu_0,5MgSi_4,3O_15,91Cl_1,84, который имеет пиковую длину волны около 525 нм, и около 0,06 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Са_0,97, Еu_0,03) AlSiN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, Смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

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

Светоизлучающее устройство 100 имеет спектр излучения, подобный спектру излучения, представленному в примере 1, на котором имеется первый пик около 450 нм, второй пик приблизительно 540 нм и третий пик около 660 нм. Минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 64% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны.

Источник света для подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства 100, которое аналогично описанному в примере 1, имеет отношение NTSC 72% и к тому же имеет более высокую яркость белого света. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 78, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 1

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 2, за исключением того, что 0,76 г люминофора АИГ (Y_0,8, Gd_0,2)_2,85Al₅O₁₂:Ce_0,15, который имеет пиковую длину волны около 570 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

Количество люминофора (алюмоиттриевый гранат) АИГ, используемого в сравнительном примере, составляет 100% от общего количества люминофора.

На фиг.10 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, которое изготовлено, как описано выше. Светоизлучающее устройство в этом сравнительном примере, изготовленное, как описано выше, имеет спектр излучения только с двумя пиками, причем один пик связан с излучением светодиода (светоизлучающим элементом), а размытый максимум связан с излучением люминофора АИГ. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании указанного светоизлучающего устройства, имеет отношение NTSC 62%, что свидетельствует о низком цветовоспроизведении, и имеет низкую величину Ra, равную 66.

Сравнительный пример 2

Светоизлучающее. устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,1 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Са_7,6, Bu_0,4)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пиковую длину волны около 520 нм, 0,3 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 ((Ca_0,97, Eu_0,03)AlSiBN₃), который имеет пиковую длину волны около 660 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом сравнительном примере разность между пиком излучения зеленого люминофора и пиком излучения люминофора (алюмоиттриевый гранат) АИГ составляет 20 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 59% от общего количества люминофора.

На фиг.11 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, которое изготовлено, как описано выше.

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

На спектре излучения светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом, 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.

Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании этого светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет низкое отношение NTSC 64%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. Однако значение Ra достигает 93, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 3

Светоизлучающее устройство 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 пиковую длину волны около 515 нм, 0,2 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂:Ce_0,05), который имеет пиковую длину волны около 560 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,1 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Са_0,99, Eu_0,01) АlSiВN₃), который имеет пиковую длину волны приблизительно 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом сравнительном примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором (алюмоиттриевый гранат) АИГ, составляет 45 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 38% от общего количества люминофора.

На фиг.12 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, 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.

На спектре излучения светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом, 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. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании этого светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет низкое отношение NTSC 68%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. В данном случае яркость белого света выше, чем яркость белого света при использовании устройства, описанного в примере 5. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 90, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 4

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,18 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Ca_7,7, Eu_0,3)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,08 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Се_0,05), который имеет пиковую длину волны около 560 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,26 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃: Eu ((Са_0,99, Eu_0,01)AlSiBN₃), который имеет пиковую длину волны около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом сравнительном примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 45 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 50% от общего количества люминофора.

На фиг.13 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, которое изготовлено, как описано выше.

На спектре излучения светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом, имеются два пика излучения, один пик связан с излучением светодиода и размытый максимум излучения связан с излучением люминофора АИГ, без различимого третьего пика. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании этого светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет отношение NTSC 62%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. В данном случае яркость белого света выше, чем яркость белого света при использовании устройства, описанного в примере 5. Значение Ra достигает 92, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 5

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,28 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂: Eu ((Ca_7,7, Eu_0,3)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пик излучения около 515 нм, 0,16 г люминофора АИГ (Y_2,95Аl₅О₁₂:Се_0,05), который имеет пиковую длину волны около 560 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,14 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.

В этом сравнительном примере разность между пиком излучения зеленого люминофора и пиком излучения люминофора АИГ составляет 45 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 25% от общего количества люминофора.

На фиг.14 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, 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.

На спектре излучения этого светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом, 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. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства, которое аналогично описанному в примере 1, имеет низкое отношение NTSC 68%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. В данном случае яркость белого света выше, чем яркость белого света при использовании устройства, описанного в примере 5. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 88, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 6

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,28 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Ca_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 пиковую длину волны около 570 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,2 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Ca_0,99, Eu_0,01)AlSiBN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом сравнительном примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором (алюмоиттриевый гранат) АИГ, составляет 55 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 32% от общего количества люминофора.

На фиг.15 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, 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.

На спектре излучения светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом, минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет около 83% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет низкое отношение NTSC 67%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. В данном случае яркость белого света выше, чем яркость белого света при использовании устройства, описанного в примере 5. Получено довольно высокое значение Ra, составляющее 89, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 7

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,16 г галогенсиликата Ca₈MgSi₄O₁₆Cl₂:Eu ((Ca_7,5, Eu_0,5)MgSi₄O₁₆Cl₂), который имеет пиковую длину волны около 525 нм, 0,12 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пиковую длину волны около 560 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,2 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Ca_0,99, Eu_0,01)AlSiBN₃), который имеет пиковую длину волны около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом сравнительном примере, разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором (алюмоиттриевый гранат) АИГ, составляет 35 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 42% от общего количества люминофора.

На фиг.16 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом. На спектре имеются только два пика излучения, один пик связан с излучением светодиода и размытый максимум связан с излучением люминофора, при этом отсутствует третий пик. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании этого светоизлучающего устройства, которое аналогично представленному в примере 1, имеет низкое отношение NTSС 66%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. В данном случае яркость белого света выше, чем яркость белого света при использовании устройства, описанного в примере 1. Значение Ra достигает 88, что свидетельствует о высоком качестве цветопередачи.

Сравнительный пример 8

Светоизлучающее устройство изготовлено тем же способом, что и светоизлучающее устройство, представленное в примере 1, за исключением того, что около 0,22 г галогенсиликата Ca_7,85Eu_0,3MgSi_4,3O_15,91Cl_11,84, который имеет пиковую длину волны около 515 нм, 0,2 г люминофора АИГ (Y_2,95Al₅O₁₂: Ce_0,05), который имеет пиковую длину волны около 560 нм и более широкий спектр излучения, чем спектр излучения зеленого люминофора, и около 0,1 г нитридного люминофора CaAlSiBN₃:Eu ((Ca_0,99, Eu_0,01)AlSiBN₃), который имеет пик излучения около 650 нм, смешаны с 3 г кремнийорганической смолы.

В этом сравнительном примере разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 45 нм, и количество добавленного люминофора АИГ составляет около 38% от общего количества люминофора.

На фиг.17 представлен спектр излучения светоизлучающего устройства, 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.

На спектре излучения светоизлучающего устройства, изготовленного таким образом, минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет около 97% относительной интенсивности светового излучения при третьей пиковой длине волны, которая ниже относительной интенсивности светового излучения при второй пиковой длине волны. Источник света для лампы подсветки, изготовленный при использовании этого светоизлучающего устройства, которое аналогично описанному в примере 1, имеет низкое отношение NTSC 68%, что свидетельствует о низком уровне цветовоспроизведения. В данном случае яркость белого света выше, чем яркость белого света при использовании устройства, описанного в примере 5. Значение Ra достигает 89, что свидетельствует о довольно высоком качестве цветопередачи.

Промышленное применение

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 отчетливое воспроизведение цветов (красного, зеленого и синего). Введение люминофора (алюмоиттриевый гранат) АИГ позволяет создать светоизлучающее устройство, обладающее высоким качеством цветопередачи.

Светоизлучающее устройство согласно изобретению содержит светоизлучающий элемент, красный люминофор, сформированный из нитридного люминофора, и зеленый люминофор, сформированный из галогенсиликата, в спектре излучения которого 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, при этом минимальная относительная интенсивность светового излучения между второй пиковой длиной волны и третьей пиковой длиной волны составляет 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны. Предлагается светоизлучающее устройство, которое обладает высоким качеством цветопередачи. 6 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающий элемент, красный люминофор, сформированный из нитридного люминофора, и зеленый люминофор, сформированный из галогенсиликата,
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 спектра излучения составляет 80% или менее от меньшей из относительных интенсивностей излучения света при второй и третьей пиковой длине волны.

2. Светоизлучающее устройство по п.1, 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.

3. 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 Са, Sr, Ba, 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, при этом 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.

4. 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 Са, Sr, Ba, Zn и Мn; Х является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из F, Cl, Вr и I; и 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.

5. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором разность между пиковой длиной волны света, излучаемого красным люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, составляет 120 нм или более.

6. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, содержащее дополнительно люминофор АИГ (алюмоиттриевый гранат), излучающий свет при возбуждении светом от светоизлучающего элемента, причем разность между пиковой длиной волны света, излучаемого зеленым люминофором, и пиковой длиной волны света, излучаемого люминофором АИГ, составляет 30 нм или менее, и доля введенного люминофора АИГ составляет 50 мас.% или менее от общего количества люминофора.

7. Светоизлучающее устройство по п.6 в котором люминофор АИГ представлен следующей общей формулой (IV):

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