УСТРОЙСТВО С ШИРОКОЙ ЦВЕТОВОЙ ПАЛИТРОЙ НА ОСНОВЕ СИД Российский патент 2017 года по МПК H01L33/50 F21K9/64 

Область изобретения

Изобретение относится к осветительному блоку, который может генерировать свет с широкой цветовой палитрой. Изобретение дополнительно относится к устройству отображения на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ), содержащему такой осветительный блок в качестве блока подсветки.

Предпосылки создания изобретения

Люминесцирующие зеленым материалы для применения в LED (светоизлучающих устройствах) известны в данной области техники. Например, международная патентная заявка WO/2004/036962 описывает светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающую структуру, способную испускать основной свет с длиной волны менее 480 нм, и люминесцентный экран, содержащий люминофор с общей формулой (Sr_1-a-bCa_bBa_cMg_dZn_e)Si_xN_yO_z:Eu_a, в котором 0,002≤a≤0,2, 0,0≤b≤0,25, 0,0≤c≤0,25, 0,0≤d≤0,25, 0,0≤e≤0,25, 1,5≤x≤2,5, 1,5≤y≤2,5 и 1,5≤z≤2,5. Дополнительно WO/2004/030109 описывает возбуждаемый УФ-синим люминесцирующий зеленым материал, состоящий из допированной Eu оксинитридной кристаллической решетки основы с общим составом MSi₂O₂N₂, в котором M представляет собой по меньшей мере один из щелочноземельных металлов, выбранных из группы Ca, Sr, Ba.

Сущность изобретения

Существующие решения светоизлучающих устройств с преобразованием люминофором, по-видимому, страдают или от недостатка интенсивности в красной спектральной области, что не позволяет изготавливать устройства с теплым белым светом (КЦТ < 5000K) и ограничивает свойства воспроизведения цвета, или в них приходится использовать люминофоры, которые имеют существенную часть испускаемой энергии при длинах волн > 650 нм и ухудшают световую отдачу (лм/Вт) таких устройств из-за ограниченной чувствительности глаза в глубокой красной спектральной области. Последние из упомянутых люминофоры обычно представляют собой излучающие полосу спектра материалы, основанные на активации Eu(II) (т.е. двухвалентным европием). С помощью этого активатора ширина спектральной полосы, выраженная в виде полной ширины на половине максимума (ПШПМ), по природе ограничена примерно 50 нм при необходимых длинах волн излучения (пиковый максимум >600 нм). Таким образом, для светоизлучающих устройств с преобразованием люминофором очень желательными являются люминесцентные материалы с узкой полосой или линейчатым излучением в красной спектральной области, поскольку они будут давать увеличенную спектральную эффективность для осветительных целей. В дисплеях такие материалы с насыщенными красными цветовыми точками ведут к более широкой цветовой палитре, если используются, например, в светоизлучающих устройствах для подсветки ЖКИ.

Обнаружено, что для светоизлучающих диодов с преобразованием люминофором (СИД с преобразованием люминофором) очень желательны люминесцентные материалы с узкой полосой или линейчатым излучением. По-видимому, они дают увеличенную спектральную эффективность и значительно увеличенную цветовую палитру в зеленой и красной спектральной области, если применены для устройств подсветки дисплеев (улучшенное цветоделение и насыщенность). Однако при использовании зеленых и красных люминофоров известного уровня техники, подобных допированному редкоземельными металлами АИГ и допированному Eu CaAlSiN₃, можно добиться только ограниченной цветовой палитры.

Следовательно, аспект по изобретению состоит в том, чтобы обеспечить альтернативный осветительный блок, выполненный с возможностью использования альтернативного сочетания люминофоров, которое может обеспечивать широкую цветовую палитру. Также аспект по изобретению состоит в том, чтобы обеспечить альтернативное устройство отображения на ЖКИ, содержащее такой осветительный блок, выполненный в качестве устройства подсветки (и включающий в себя один или более цветных фильтров). Дополнительный аспект по изобретению состоит в том, чтобы обеспечить сочетание люминофоров, которое можно применять в варианте осуществления осветительного блока.

В первом аспекте изобретение обеспечивает осветительный блок, содержащий источник синего света, источник зеленого света, первый источник красного света, содержащий первый люминесцирующий красным материал, выполненный с возможностью выдавать красный свет с широкополосным спектральным распределением света, и второй источник красного света, содержащий второй люминесцирующий красным материал, выполненный с возможностью выдавать красный свет со спектральным распределением света, содержащим одну или более красных линий излучения.

В конкретном варианте осуществления осветительный блок включает в себя смесь люминофорных материалов, содержащую сложный фторид, излучающий красный свет в узком диапазоне (например, (K,Rb)₂SiF₆:Mn, такой как K₂SiF₆:Mn), и допированный Ln (допированный лантаноидом, в частности европием и/или церием) щелочноземельный нитридосиликат (например, (Ba,Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu; в частности, (Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu), возбуждаемые СИДом синего свечения. В сочетании с СИДом зеленого свечения можно достигнуть 80% цветовой палитры NTSC (National Television System Committee - Национальный Комитет по Телевизионным Стандартам) или выше посредством добавления испускающих красную линию Mn-активированных фторидов к излучающему в широком диапазоне люминофору (Ba,Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu, в частности люминофору (Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu.

В еще одном конкретном варианте осуществления применяют СИД розового свечения с преобразованием люминофором. Устройство СИДа розового свечения с преобразованием люминофором содержит СИД синего свечения и излучающую красный свет люминофорную смесь, содержащую излучающий в широком диапазоне люминесцирующий красным материал (такой как (Ba,Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu, в частности (Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu) и дополнительный излучатель красного света в узком диапазоне (подобный K₂SiF₆, допированному Mn). Люминесцирующая красным смесь люминофоров имеет сильное и широкополосное поглощение в области примерно 455 нм, возбуждаемое СИДом синего свечения. Моделирования таких люминофорных слоев с СИДами синего и зеленого свечения (центрованных около 455 нм и 530 нм соответственно) выявляют значительное усовершенствование цветовой палитры NTSC (>80% и выше). Это моделирование подтверждается данными измерений приготовленных люминофорных слоев, достаточно хорошо совпадающими с моделированием.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение обеспечивает устройство отображения на основе ЖКИ, содержащее осветительный блок, как определено в настоящем документе, выполненный в качестве блока подсветки. Из-за большой цветовой палитры с помощью устройства отображения на основе ЖКИ можно отображать широкий диапазон цветов. Как будет ясно специалисту в данной области техники, такое устройство отображения на основе ЖКИ дополнительно может включать в себя один или более цветных фильтров, в частности, расположенных ниже по потоку света от блока подсветки (но выше по потоку света от дисплея устройства отображения на основе ЖКИ).

В еще одном дополнительном аспекте изобретение обеспечивает сочетание люминофоров, содержащее люминесцирующий зеленым материал, выбранный из группы, состоящей из содержащего двухвалентный европий оксинитрида, содержащего двухвалентный европий тиогаллата, содержащего трехвалентный церий нитрида, содержащего трехвалентный церий оксинитрида и содержащего трехвалентный церий граната, первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из (Ba,Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu, где x находится в диапазоне 0-4 (таком как 0 или 0,5-4, подобно 1-4, подобно 2-3; еще более конкретно 0-0,4, таком как 0-0,2), и второй люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из M₂AX₆, допированного четырехвалентным марганцем, при этом M содержит одновалентные катионы, выбранные из группы, состоящей из Li, Na, K, Rb, Cs, NH₄, при этом A содержит четырехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из Si, Ti, Ge, Sn и Zr, и при этом X содержит одновалентный анион, выбранный из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, но по меньшей мере содержит F (как-то, в частности, практически только F). Однако следует отметить, что для получения преимуществ по изобретению в осветительном блоке или устройстве отображения на основе ЖКИ также можно применять другие опции, отличные от этого сочетания люминофоров (также см. ниже).

Осветительный блок по изобретению может представлять собой осветительный блок, который применяют для общего освещения, но также может представлять собой осветительный блок, который применяют, например, для подсветки. Неограничивающий ряд применений приведен ниже. Следует отметить, что термин «осветительный блок» также может относиться к множеству осветительных блоков.

Осветительный блок содержит по меньшей мере четыре источника света. Как будет ясно специалисту в данной области техники, осветительный блок может генерировать свет (т.е. свет осветительного блока), только когда осветительный блок находится в работе. Осветительный блок будет содержать по меньшей мере один источник света, который используют в качестве источника возбуждения. Он может представлять собой, например, СИД синего свечения или СИД УФ свечения, или сочетание обоих типов СИДов. Термины «СИД синего свечения» или «СИД УФ свечения» относятся к СИДам, которые выполнены с возможностью генерировать, во время работы, соответственно синий свет или УФ свет. Выбор источника(ов) возбуждения может зависеть от типа люминесцентных материалов, как известно специалисту в данной области техники. Когда источник возбуждения содержит СИД УФ свечения, осветительный блок дополнительно может содержать люминесцирующий синим материал, выполненный с возможностью генерировать синий свет при возбуждении источником света в виде СИДа УФ свечения. Следует отметить, что один или более других люминесцентных материалов могут быть выполнены с возможностью возбуждения непосредственно УФ светом и/или синим светом люминесцирующего синим материала. Также следует отметить, что термины «источник света» и «СИД» также могут относиться соответственно к множеству источников света и СИДов. Например, когда источник зеленого света (также см. ниже) содержит люминесцентный материал, СИД синего свечения может быть выполнен с возможностью возбуждать этот люминесцирующий зеленым материал, а также первый люминесцирующий красным материал и второй люминесцентный материал. Можно выбирать различные конфигурации, включая, например, СИД с преобразованием люминофором с использованием только люминесцирующего зеленым материала и СИД с преобразованием люминофором с использованием только люминесцирующего красным материала(ов), но также можно применять сочетания люминесцентных материалов, причем либо на СИД (в том числе в смоле), либо удаленно (т.е. на ненулевом расстоянии) от СИДа(ов), например, в качестве покрытия на выходном окне или встроенными в пропускающее окно. СИД с преобразованием люминофором, с СИДом синего свечения, только с люминесцирующим красным материалом(ами), которые возбуждаемы с помощью упомянутого СИДа синего свечения, в настоящем документе также обозначают как СИД розового свечения. Термин «люминесцирующий синим материал» может в вариантах осуществления также относиться к множеству люминесцирующих синим материалов. Термин «источник света» может в принципе относиться к любому источнику света, известному в данной области техники, но, в частности, может ссылаться на источник света на основе СИД, в настоящем документе также обозначаемый как СИД. Описание ниже будет, в целях понимания, направлено только на источники света на основе СИД.

Источник света выполнен с возможностью обеспечивать УФ и/или синий свет (см. выше). В предпочтительном варианте осуществления светоизлучающий диод выполнен с возможностью генерировать свет СИДа с синей составляющей. Другими словами, источник света содержит СИД синего свечения. В еще одном варианте осуществления светоизлучающий диод выполнен с возможностью генерировать свет СИДа с УФ составляющей. Другими словами, источник света содержит СИД УФ свечения. Когда применяют источник УФ света, а желателен синий или белый свет, в качестве синего компонента можно применять, например, общеизвестный материал BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺. Однако альтернативно или дополнительно можно применять также другие люминесцентные материалы, которые способны преобразовывать УФ свет в синий свет. Предпочтительно источник света представляет собой источник света, который во время работы излучает по меньшей мере свет с длиной волны, выбранной из диапазона 200-490 нм, в частности источник света, который во время работы излучает по меньшей мере свет с длиной волны, выбранной из диапазона 400-490 нм, еще более конкретно в диапазоне 440-490 нм. Этот свет частично может быть использован люминесцентным материалом(ами) (см. ниже). В конкретном варианте осуществления источник света содержит твердотельный источник света на основе СИД (такой как СИД или лазерный диод). Термин «источник света» также может относиться к множеству источников света, такому как от 2 до 20 (твердотельных) источников света на основе СИД. Следовательно, термин СИД также может ссылаться на множество СИДов. Следовательно, в конкретном варианте осуществления источник света выполнен с возможностью генерировать синий свет.

Употребляемый здесь термин «белый свет» известен специалисту в данной области техники. В частности, он относится к свету, имеющему коррелированную цветовую температуру (КЦТ) между примерно 2000 и 20000 K, в частности 2700-20000 K, для общего освещения, в частности, в диапазоне примерно от 2700 K до 6500 K, а для целей подсветки, в частности, в диапазоне примерно от 7000 K до 20000 K и, в частности, в пределах примерно 15 SDCM (стандартное отклонение совпадения цветов) от BBL (линия цветностей абсолютного черного тела), в частности, в пределах примерно 10 SDCM от BBL, еще более конкретно в пределах примерно 5 SDCM от BBL.

В варианте осуществления источник света также может обеспечивать свет источника света, имеющий коррелированную цветовую температуру (КЦТ) между примерно 5000 и 20000 K, например, от СИДов с прямым преобразованием люминофором (светоизлучающий диод синего свечения с тонким слоем люминофора, например, для получения 10000 K). Таким образом, в конкретном варианте осуществления источник света выполнен с возможностью обеспечивать свет источника света с коррелированной цветовой температурой в диапазоне 5000-20000 K, еще более конкретно в диапазоне 6000-20000 K, таком как 8000-20000 K. Преимущество относительно высокой коррелированной цветовой температуры может состоять в том, что в свете источника света может быть относительно высокая синяя составляющая.

Таким образом, осветительный блок, в частности, содержит источник света, который может представлять собой один или более из СИДа УФ свечения и СИДа синего свечения. Первый из них в сочетании с люминесцирующим синим материалом, выполненным с возможностью преобразования по меньшей мере части УФ света (СИДа) в синий свет, может обеспечивать источник синего света. Главным образом, применяют СИД синего свечения, в частности, имеющий центроидное излучение в вышеуказанном диапазоне(ах) длин волн, главным образом, 440-490 нм. Таким образом, в варианте осуществления источник синего света содержит светоизлучающий диод (СИД) синего свечения. Термин «источник синего света» также может относиться к множеству источников синего света.

Как и источник синего света может содержать один или более из (a) СИДа УФ свечения в сочетании с люминесцирующим синим материалом, и (b) СИДа синего свечения, источник зеленого света может содержать один или более из СИДа УФ свечения в сочетании с люминесцирующим зеленым материалом (выполненным с возможностью преобразования по меньшей мере части УФ света (СИДа) в зеленый свет), СИДа синего свечения в сочетании с люминесцирующим зеленым материалом (выполненным с возможностью преобразования по меньшей мере части синего света (СИДа) в зеленый свет) и СИДа зеленого свечения. Как ясно из приведенного выше, также можно применять сочетание из двух или более этих источников зеленого света. Кроме того, можно применять люминесцирующий зеленым материал, который преобразует по меньшей мере часть синего света из люминесцирующего синим материала (когда применяют такой люминесцирующий синим материал).

Термин «источник зеленого света» также может относиться к множеству источников зеленого света. Термин «люминесцирующий зеленым материал» может в вариантах осуществления также относиться к множеству люминесцирующих зеленым материалов. В конкретном варианте осуществления источник зеленого света содержит люминесцентный материал, который выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части синего света источника синего света и преобразования упомянутого синего света в зеленый свет.

Как указано выше, источник зеленого света может включать в себя люминесцирующий зеленым материал, который преобразует по меньшей мере часть света источника света, такого как СИД синего свечения, в зеленый свет (во время работы). В частности, люминесцирующий (зеленым) материал может содержать один или более люминофоров, выбранных из группы, состоящей из содержащего трехвалентный церий граната и содержащего трехвалентный церий оксинитрида. Таким образом, в варианте осуществления источник зеленого света включает в себя люминесцентный материал, содержащий M₃A₅O₁₂:Ce³⁺, при этом M выбирают из группы, состоящей из Sc, Y, Tb, Gd и Lu, и при этом A выбирают из группы, состоящей из Al и Ga. В частности, M по меньшей мере содержит один или более из Y и Lu, и при этом A по меньшей мере содержит Al. Материалы этих типов могут давать наивысшие эффективности. В конкретном варианте осуществления второй люминесцирующий красным материал содержит по меньшей мере два люминесцентных материала типа M₃A₅O₁₂:Ce³⁺, при этом M выбирают из группы, состоящей из Y и Lu, при этом A выбирают из группы, состоящей из Al, и при этом соотношение Y:Lu отличается для этих по меньшей мере двух люминесцентных материалов. Например, один из них может быть основан исключительно на Y, такой как Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, а один из них может представлять собой систему на основе Y, Lu, такую как (Y_0,5Lu_0,5)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺. Варианты осуществления гранатов, главным образом, включают гранаты M₃A₅O₁₂, при этом M содержит по меньшей мере иттрий или лютеций, и при этом A содержит по меньшей мере алюминий. Такой гранат может быть допирован церием (Ce), празеодимом (Pr) или сочетанием церия и празеодима; однако в первую очередь Ce. Главным образом, A содержит алюминий (Al), однако также может частично содержать галлий (Ga) и/или скандий (Sc), и/или индий (In), в частности, до примерно 20% Al, более конкретно, до примерно 10% Al (т.е. ионы A практически состоят из 90 или более мольных % Al и 10 или менее мольных % одного или более из Ga, Sc и In); A, в частности, может содержать примерно до 10% галлия. В другом варианте, A и O могут быть по меньшей мере частично замещены Si и N. Элемент M, в частности, может быть выбран из группы, состоящей из иттрия (Y), гадолиния (Gd), тербия (Tb) и лютеция (Lu). Дополнительно, Gd и/или Tb, в частности, составляют только количество вплоть до примерно 20% M. В конкретном варианте осуществления люминесцентный материал из граната содержит (Y_1-xLu_x)₃B₅O₁₂:Ce, при этом x равен или больше 0 и равен или меньше 1. Термин «:Ce» или «:Ce³⁺» указывает на то, что часть ионов металла (т.е. в гранатах: часть ионов «M») в люминесцентном материале замещена на Ce. Например, в случае (Y_1-xLu_x)₃Al₅O₁₂:Ce часть Y и/или Lu замещена на Ce. Это обозначение известно специалистам в данной области техники. Ce заменит M в целом не больше чем на 10%; в целом, концентрация Ce будет находиться в диапазоне 0,1-4%, в частности, 0,1-2% (относительно M). В случае 1% Ce и 10% Y, полная правильная формула может представлять собой (Y_0,1Lu_0,89Ce_0,01)₃Al₅O₁₂. Ce в гранатах находится практически или только в трехвалентном состоянии, как известно специалистам в данной области техники.

В конкретном варианте осуществления источник зеленого света содержит СИД с центроидной длиной волны излучения в диапазоне 510-540 нм.

Источники красного света, в целом, всегда включают в себя два (или более) различных люминесцентных (люминесцирующих) материала. Первый люминесцирующий красным материал обеспечивает при возбуждении светом широкополосную люминесценцию, которая представляет собой по меньшей мере часть красной области спектра. Второй люминесцирующий красным материал предоставляет при возбуждении светом спектр с одной или более линиями. Характерные люминесцентные частицы, которые генерируют линейчатые излучения, представляют собой лантаноиды (f-f переходы, подобные Pr³⁺, Sm³⁺ и Eu³⁺), хром (линейчатое излучение ²E) и четырехвалентный марганец (также излучение ²E). В частности, второй люминесцирующий красным материал основан на четырехвалентном марганце (Mn(IV)).

Таким образом, источник красного света независимо от того включает ли он в себя первый люминесцирующий красным материал или второй люминесцентный материал, может содержать один или более из СИДа УФ свечения в сочетании с люминесцирующим красным материалом (выполненным с возможностью преобразования по меньшей мере части УФ света (СИДа) в красный свет) и СИДа синего свечения в сочетании с люминесцирующим красным материалом (выполненным с возможностью преобразования по меньшей мере части синего света (СИДа) в красный свет). Как будет ясно из приведенного выше, также можно применять сочетания двух или более из этих источников красного света. Дополнительно можно применять люминесцирующий красным материал, который преобразует по меньшей мере часть синего света люминесцирующего синим материала (когда применяют такой люминесцирующий синим материал). Следует отметить, что для возбуждения всех люминесцентных материалов можно использовать единственный источник света. Однако также включены варианты осуществления, в которых поднабор из одного или более источников света выполнен с возможностью обеспечивать вместе с первым люминесцирующим красным материалом и/или вторым люминесцирующим красным материалом красный свет, а другой поднабор из одного или более источников света выполнен с возможностью обеспечивать синий и/или (необязательно вместе с люминесцирующим зеленым материалом) зеленый свет (см. также выше).

Примеры широкополосных излучателей, узкополосных излучателей и линейчатых излучателей, например, описаны Г. Блассе и Б.К. Грабмайером (G. Blasse and B.C. Grabmaier), Luminescent Materials, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994, в частности главы 1-6 и 10 (ISBN 3-540-58019-0/ISBN 0-387-58019-0).

Термин «(первый или второй) источник красного света» и схожие термины также может относиться к множеству (первых или вторых) источников красного света соответственно. Термин «первый люминесцирующий красным материал» в вариантах осуществления также может относиться к множеству первых люминесцирующих красным материалов. Аналогичным образом термин «второй люминесцирующий красным материал» может в вариантах осуществления также относиться к множеству вторых люминесцирующих красным материалов.

В частности, представляется, что широкополосный излучающий красным материал с центроидной длиной волны выше примерно 590 нм и с относительной широкой полосой излучения может обеспечивать хорошие результаты. Таким образом, в варианте осуществления первый источник красного света выполнен с возможностью выдавать красный свет с широкополосным спектральным распределением света с центроидной длиной волны излучения ≥590 нм и с полной шириной на половине максимума (ПШПМ) ≥70 нм (но, в частности, ≤ 130 нм). Широкополосные излучатели часто представляют собой системы, которые имеют стоксов сдвиг, который известен в данной области техники. В настоящем документе термин «центроидная длина волны» и «полная ширина на половине максимума», в частности, относятся к значениям, которые можно извлекать из спектров излучения на шкале длин волн и по энергии (например, Вт/нм). Термин «центроидная длина волны» известен в данной области техники и относится к значению длины волны, при котором половина световой энергии находится на более коротких, а половина энергии на более длинных длинах волн; это значение приводят в нанометрах (нм). Это спектральное среднее интенсивности по длине волны (Σ λ×I_λ/(Σ I); т.е. интегрирование интенсивности по полосе излучения, нормализованное по интегрированной интенсивности). Центроидную длину волны и полную ширину на половине максимума, как обычно, определяют при комнатной температуре (в частности, 20°C) соответствующего люминесцентного материала.

Излучающие красный свет люминесцентные материалы, которые имеют широкополосные излучения, в частности, представляют собой содержащие двухвалентный европий материалы. Таким образом, в конкретном варианте осуществления первый источник красного света содержит упомянутый первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из содержащего двухвалентный европий сульфида, содержащего двухвалентный европий нитрида и содержащего двухвалентный европий оксинитрида. Таким образом, в варианте осуществления первый люминесцирующий красным материал выбирают из группы, состоящей из содержащего двухвалентный европий сульфида, содержащего двухвалентный европий нитрида и содержащего двухвалентный европий оксинитрида. В частности, первый люминесцирующий красным материал выбирают из группы, состоящей из (Ba,Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu (в частности, (Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu) и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu (где x как указано выше). В этих соединениях европий (Eu) является практически или только двухвалентным и замещает один или более из указанных двухвалентных катионов.

В целом, Eu не будет присутствовать в количествах более 10% от катиона, в частности в диапазоне примерно 0,5-10%, более конкретно в диапазоне примерно 0,5-5% относительно катиона(ов), который он замещает. Термин «:Eu» или «:Eu²⁺» указывает на то, что часть ионов металла замещена на Eu (в этих примерах Eu²⁺). Например, в случае 2% Eu в CaAlSiN₃:Eu, правильная формула может представлять собой (Ca_0,98Eu_0,02)AlSiN₃. Двухвалентный европий будет в целом замещать двухвалентные катионы, такие как приведенные выше двухвалентные катионы щелочноземельного металла, в частности, Mg, Ca, Sr и Ba, еще более конкретно Ca, Sr или Ba.

Дополнительно материал (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu (где x как указано выше) также можно обозначать как M₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu, при этом M представляет собой один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca); в частности в варианте осуществления M содержит в этом соединении Sr и/или Ba. Таким образом, термин «(Ba,Sr,Ca)» и схожие термины могут указывать на то, что в соединении присутствуют один или более из Ba, Sr и Ca (в положении(ях) M). В дополнительном конкретном варианте осуществления M состоит из Sr и/или Ba (без учета присутствия Eu), в частности 50-100%, в частности 50-90% Ba и 50-0%, в частности 50-10% Sr, как-то Ba_1,5Sr_0,5Si₅N₈:Eu, (т.е. 75% Ba; 25% Sr). Здесь Eu вводят и замещают им по меньшей мере часть M, т.е. один или более из Ba, Sr и Ca).

Аналогичным образом материал (Ba,Sr,Ca,Mg)AlSiN₃:Eu также можно обозначать как MAlSiN₃:Eu, в котором M представляет собой один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr), кальция (Ca) и магния (Mg); в частности M содержит в этом соединении кальций или стронций, или кальций и стронций, чаще главным образом кальций. Здесь Eu вводят и замещают им по меньшей мере часть M (т.е. один или более из Mg, Ba, Sr и Ca). Предпочтительно в варианте осуществления первый люминесцирующий красным материал содержит (Ca,Sr,Mg)AlSiN₃:Eu, предпочтительно CaAlSiN₃:Eu. Дополнительно в другом варианте осуществления, который можно сочетать с предыдущим, первый люминесцирующий красным материал содержит (Ca,Sr,Ba)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu, предпочтительно (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu. Термины «(Ca,Sr,Ba)» обозначают, что соответствующий катион может быть занят одним или более из кальция, стронция или бария. Они также указывают на то, что в таком материале соответствующие места катионов могут быть заняты катионами, выбранными из группы, состоящей из кальция, стронция и бария. Таким образом, материал, например, может содержать кальций и стронций или только стронций и т.д. Аналогичным образом это применимо к другим терминам (с таким катионом(ами)).

Таким образом, в варианте осуществления первый люминесцирующий красным материал дополнительно может содержать M₂Si₅N₈:Eu²⁺, при этом M выбирают из группы, состоящей из Ca, Sr и Ba, еще более конкретно при этом M выбирают из группы, состоящей из Sr и Ba. В еще одном варианте осуществления, который можно сочетать с предыдущим, первый люминесцирующий красным материал дополнительно может содержать MAlSiN₃:Eu²⁺, при этом M выбирают из группы, состоящей из Mg, Ca, Sr и Ba, еще более конкретно при этом M выбирают из группы, состоящей из Sr и Ca.

Дополнительно представляется, в частности, что (второй) излучающий красную линию материал с центроидной длиной волны выше примерно 610 нм и с относительно узкой шириной полосы может обеспечивать хорошие результаты, в частности, такие как приведенные выше содержащие четырехвалентный марганец системы. В частности, второй источник красного света выполнен с возможностью обеспечения красного света со спектральным распределением света, содержащим одну или более красных линий излучения, имеющих центроидную длину волны излучения ≥ 610 нм, и с одной или более красными линиями излучения, имеющими полную ширину на половине максимума (ПШПМ) ≤ 50 нм.

Конкретный пример такого второго люминесцирующего красным материала относится к типу M₂AX₆, допированному Mn⁴⁺ (т.е. в положении A). В частности, второй источник красного света содержит упомянутый первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из M₂AX₆, допированного четырехвалентным марганцем, при этом M содержит одновалентные катионы, выбранные из группы, состоящей из Li, Na, K, Rb, Cs, NH₄, в частности, по меньшей мере содержащей калий (K), при этом A содержит четырехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из Si, Ti, Ge, Sn и Zr, в частности, по меньшей мере содержащей кремний (Si), и при этом X содержит одновалентный анион, выбранный из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, но по меньшей мере содержащей F (и, главным образом, практически содержащей только F). В этом контексте выражение «по меньшей мере содержащий» главным образом относится к вариантам осуществления, в которых конкретные вещества могут содержать одну или более из указанных разновидностей частиц, но содержат по меньшей мере частицы, которые обозначены с использованием «по меньшей мере содержит». В качестве примера, когда M по меньшей мере содержит K, это может подразумевать варианты осуществления, в которых частицы или одновалентный катион M (или положение(я) M в кристаллической решетке основы) включает в себя >0% K, вплоть до 100%. Таким образом, например, включены следующие варианты осуществления: (K_0,01Rb_0,99)₂SiF₆:Mn, RbKSiF₆:Mn и K₂SiF₆:Mn, и т.д. и т.п. В варианте осуществления M содержит K и/или Rb (т.е. (Rb,K)₂SiF₆:Mn).

Как известно в данной области техники, выражение «M₂AX₆, допированный Mn⁴⁺» также можно обозначать как M₂AX₆:Mn⁴⁺. Здесь термин «:Mn» или «:Mn⁴⁺» указывает на то, что часть четырехвалентных ионов A замещена на четырехвалентный Mn. Термин «четырехвалентный марганец» относится к Mn⁴⁺. Он является общеизвестным люминесцентным ионом. В формуле, которая указана выше, часть четырехвалентного катиона A (такого как Si) является замещенной марганцем. Таким образом, M'_xM_2-2xAX₆, допированный четырехвалентным марганцем, также можно обозначать как M'_xM_2-2xA_1-mMn_mX₆. Мольная процентная доля марганца, т.е. процентная доля четырехвалентного катиона A, который он замещает, в целом будет находиться в диапазоне 0,1-15%, в частности 1-12%, т.е. m находится в диапазоне 0,001-0,15, в частности в диапазоне 0,01-0,12.

A содержит четырехвалентный катион и, в частности, по меньшей мере содержит кремний. A может необязательно дополнительно содержать один или более из титана (Ti), германия (Ge), олова (Sn) и цинка (Zn). Предпочтительно по меньшей мере 80% еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, как-то по меньшей мере 95% M состоит из кремния. Таким образом, в конкретном варианте осуществления M₂AX₆ также можно описать в виде M₂A_1-m-t-g-s-zrMn_mTi_tGe_gSn_sZr_zrX₆, при этом m представляет собой то, что указано выше, и при этом каждый из t, g, s, zr индивидуально находится предпочтительно в диапазоне 0-0,2, в частности 0-0,1, еще более конкретно 0-0,05, при этом t+g+s+zr меньше 1, в частности равно или меньше 0,2, предпочтительно в диапазоне 0-0,2, в частности 0-0,1, еще более конкретно 0-0,05, и при этом A, главным образом, представляет собой Si.

Как указано выше, M относится к одновалентным катионам, но, в частности, по меньшей мере содержит один или более из калия и рубидия. Другие одновалентные катионы, которые дополнительно могут содержаться в M, можно выбирать из группы, состоящей из лития (Li), натрия (Na), цезия (Cs) и аммония (NH⁴⁺). Предпочтительно по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, как-то 95% M состоит из одного или более из калия и рубидия. В конкретном варианте осуществления M₂AX₆ также можно описать как (K_1-r-l-n-c-nhRb_rLi_lNa_nCs_c(NH₄)_nh)₂AX₆, при этом r находится в диапазоне 0-1 (и при этом соотношение калий - рубидий предпочтительно представляет собой то, что указано выше), при этом каждый из l, n, c, nh индивидуально предпочтительно находится в диапазоне 0-0,2, в частности 0-0,1, еще более конкретно 0-0,05, и при этом l+n+c+nh меньше 1, в частности равна или меньше 0,2, предпочтительно в диапазоне 0-0,2, в частности 0-0,1, еще более конкретно 0-0,05. Таким образом, изобретение также предусматривает (K_1-r-l-n-c-nhRb_rLi_lNa_nCs_c(NH₄)_nh)₂AX₆:Mn и схожие узкополосные люминесцентные материалы. A в настоящем документе, в частности, представляет собой Si.

Как указано выше, X относится к одновалентному аниону, но по меньшей мере содержит фтор. Другие одновалентные анионы, которые необязательно могут присутствовать, можно выбирать из группы, состоящей из хлора (Cl), брома (Br) и йода (I). Предпочтительно, по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, как от 95% X состоит из фтора. Таким образом, в конкретном варианте осуществления M₂AX₆ также можно описать как M₂A(F_1-cl-b-iCl_clBr_bI_i)₆, при этом каждый из cl, b, i индивидуально предпочтительно находится в диапазоне 0-0,2, в частности 0-0,1, еще более конкретно 0-0,05, и при этом cl+b+i составляет меньше 1, в частности равна или меньше 0,2, предпочтительно в диапазоне 0-0,2, в частности 0-0,1, еще более конкретно 0-0,05.

Таким образом, M₂AX₆ также мощно описать как (K_1-r-l-n-c-nhRb_rLi_lNa_nCs_c(NH₄)_nh)₂Si_1-m-t-g-s-zrMn_mTi_tGe_gSn_sZr_zr(F_1-cl-b-iCl_clBr_bI_i)₆, причем значения для r, l, n, c, nh, m, t, g, s, zr, cl, b, i указаны выше. Таким образом, изобретение также предусматривает (K_1-r-l-n-c-nhRb_rLi_lNa_nCs_c(NH₄)_nh)₂Si_1-m-t-g-s-zrMn_mTi_tGe_gSn_sZr_zr(F_1-cl-b-iCl_clBr_bI_i)₆:Mn и схожие узкополосные люминесцентные материалы. Однако, в частности, второй источник красного света содержит упомянутый второй люминесцирующий красным материал, содержащий K₂SiF₆:Mn.

Поскольку марганец замещает часть ионов кристаллической решетки основы и имеет конкретную функцию, его также обозначают как «допант» или «активатор». Таким образом, гексафторсиликат допируют или активируют марганцем (Mn⁴⁺).

В дополнение к или альтернативно содержащей марганец системе второй источник красного света может включать в себя упомянутый второй люминесцирующий красным материал, содержащий материал из светопреобразующих наночастиц.

Показано, что наночастицы, такие как квантовые точки (QD), вызывают большой интерес в осветительных применениях. Они, например, могут служить в качестве неорганического люминофора при преобразовании синего света в другие цвета и имеют преимущество в виде относительно узкой полосы излучения и преимущество в виде настройки цвета за счет размера квантовых точек, чтобы иметь возможность получать высококачественный чистый белый свет.

Квантовые точки или люминесцентные наночастицы, которые в настоящем документе обозначают как светопреобразующие наночастицы, могут, например, содержать квантовые точки из полупроводниковых соединений элементов II-VI групп, выбранных из группы, состоящей из CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe и HgZnSTe. В другом варианте осуществления люминесцентные наночастицы, например, могут представлять собой квантовые точки из полупроводниковых соединений элементов III-V групп, выбранных из группы, состоящей из GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs и InAlPAs. В еще одном дополнительном варианте осуществления люминесцентные наночастицы могут представлять собой, например, квантовые точки из полупроводников типа халькопирита I-III-VI2, выбранных из группы, состоящей из CuInS₂, CuInSe₂, CuGaS₂, CuGaSe₂, AgInS₂, AgInSe₂, AgGaS₂ и AgGaSe₂. В еще одном дополнительном варианте осуществления люминесцентные наночастицы могут представлять собой, например, квантовые точки из полупроводников I-V-VI2, таких как выбранные из группы, состоящей из LiAsSe₂, NaAsSe₂ и KAsSe₂. В еще одном дополнительном варианте осуществления люминесцентные наночастицы могут представлять собой, например, нанокристаллы полупроводниковых соединений элементов IV-VI групп, такие как SbTe. В конкретном варианте осуществления люминесцентные наночастицы выбирают из группы, состоящей из InP, CuInS₂, CuInSe₂, CdTe, CdSe, CdSeTe, AgInS₂ и AgInSe₂. В еще одном дополнительном варианте осуществления люминесцентные наночастицы могут представлять собой, например, нанокристаллы одного из полупроводниковых соединений элементов II-VI, III-V, I-III-V и IV-VI групп, выбранных из материалов, описанных выше, с внутренним допантом, таким как ZnSe:Mn, ZnS:Mn. Допирующие элементы можно выбирать из Mn, Ag, Zn, Eu, S, P, Cu, Ce, Te, Au, Pb, Tb, Sb, Sn и Tl. В настоящем документе люминесцентный материал на основе люминесцентных наночастиц также может содержать квантовые точки различных типов, такие как CdSe и ZnSe:Mn.

Представляется особенно благоприятным использовать квантовые точки II-VI. Таким образом, в варианте осуществления люминесцентные квантовые точки на основе полупроводников содержат квантовые точки II-VI, в частности, выбранные из группы, состоящей из CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe и HgZnSTe, еще более конкретно выбранные из группы, состоящей из CdS, CdSe, CdSe/CdS и CdSe/CdS/ZnS.

В варианте осуществления применяют квантовые точки, не содержащие Cd. В конкретном варианте осуществления светопреобразующие наночастицы содержат квантовые точки III-V, более конкретно квантовые точки на основе InP, такие как квантовые точки с сердцевиной и оболочкой InP-ZnS. Следует отметить, что термины «квантовая точка InP» или «квантовая точка на основе InP» и схожие термины могут относиться к «голым» квантовым точкам InP, но также к квантовым точкам InP с сердцевиной и оболочкой, с оболочкой на сердцевине из InP, такие как квантовые точки с сердцевиной и оболочкой InP-ZnS, подобные квантовым точкам точка-в-стержне InP-ZnS.

Люминесцентные наночастицы (без покрытия) могут иметь размеры в диапазоне примерно 2-50 нм, в частности 2-20 нм, как-то 5-15 нм; главным образом по меньшей мере 90% наночастиц имеют размер в указанных диапазонах соответственно (т.е., например, по меньшей мере 90% наночастиц имеют размеры в диапазоне 2-50 нм или, в частности, по меньшей мере 90% наночастиц имеют размеры в диапазоне 5-15 нм). Термин «размеры», в частности, относится к одному или более из длины, ширины и диаметра в зависимости от формы наночастицы.

В вариантах осуществления светопреобразующие наночастицы имеют средний размер частиц в диапазоне примерно от 1 до примерно 1000 нанометров (нм), а предпочтительно в диапазоне примерно от 1 до примерно 100 нм. В варианте осуществления наночастицы имеют средний размер частиц в диапазоне примерно 1-50 нм, в частности от 1 до примерно 20 нм, и в целом по меньшей мере 1,5 нм, такой как по меньшей мере 2 нм. В варианте осуществления наночастицы имеют средний размер частиц в диапазоне примерно от 1 до примерно 20 нм.

Типичные точки выполняют из бинарных сплавов, таких как селенид кадмия, сульфид кадмия, арсенид индия и фосфид индия. Однако точки также можно выполнять из тройных сплавов, таких как селенид-сульфид кадмия. Эти квантовые точки могут содержать всего лишь от 100 до 100000 атомов в пределах объема квантовой точки, с диаметром от 10 до 50 атомов. Это соответствует примерно 2-10 нанометрам. Например, могут быть обеспечены сферические частицы, такие как CdSe, InP или CuInSe₂, с диаметром примерно 3 нм. Люминесцентные наночастицы (без покрытия) могут иметь форму сферы, куба, стержней, проволок, диска, с несколькими ножками и т.д., с размером в одном измерении меньше 10 нм. Например, могут быть обеспечены наностержни из CdSe длиной 20 нм и диаметром 4 нм.

Таким образом, в варианте осуществления люминесцентные квантовые точки на основе полупроводников содержат квантовые точки с сердцевиной и оболочкой. В еще одном варианте осуществления люминесцентные квантовые точки на основе полупроводников содержат наночастицы типа «точка-в-стержне». Также можно применять сочетание частиц различных типов. Например, можно применять частицы с сердцевиной и оболочкой и точки-в-стержнях и/или можно применять сочетания из двух или более указанных выше наночастиц, таких как CdS и CdSe. Здесь термин «различные типы» может относиться к различным геометрическим формам, а также к полупроводниковым люминесцентным материалам различных типов. Таким образом, также можно применять сочетание из двух или более (приведенных выше) квантовых точек или люминесцентных наночастиц.

В варианте осуществления наночастицы могут содержать полупроводниковые нанокристаллы, включающие в себя сердцевину, содержащую первый полупроводниковый материал, и оболочку, содержащую второй полупроводниковый материал, при этом оболочка расположена поверх по меньшей мере участка поверхности сердцевины. Полупроводниковый нанокристалл, включающий в себя сердцевину и оболочку, также обозначают как полупроводниковый нанокристалл «сердцевина/оболочка».

Например, полупроводниковый нанокристалл может включать в себя сердцевину, имеющую формулу MX, где M может представлять собой кадмий, цинк, магний, ртуть, алюминий, галлий, индий, таллий или их смеси, а X может представлять собой кислород, серу, селен, теллур, азот, фосфор, мышьяк, сурьму или их смеси. Примеры материалов, пригодных для использования в качестве сердцевин полупроводниковых нанокристаллов, включают в себя, но не ограничиваются этим, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, сплав, содержащий любое из вышеприведенного, и/или смесь, содержащую любое из приведенного выше, включая тройные и четверные смеси или сплавы.

Оболочка может представлять собой полупроводниковый материал, имеющий состав, который является таким же, как и состав сердцевины, или отличным от него. Оболочка содержит внешнее покрытие из полупроводникового материала на поверхности сердцевины, при этом полупроводниковый нанокристалл может включать в себя элемент IV группы, соединение элементов II-VI групп, соединение элементов II-V групп, соединение элементов III-VI групп, соединение элементов III-V групп, соединение элементов IV-VI групп, соединение элементов I-III-VI групп, соединение элементов II-IV-VI групп, соединение элементов II-IV-V групп, сплавы, содержащие любое из вышеприведенного, и/или смеси, содержащие любое из вышеприведенного, включая тройные и четверные смеси или сплавы. Примеры включают, но не ограничиваются этим, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, сплав, содержащий любое из вышеприведенного, и/или смесь, содержащая любое из вышеприведенного. Например, внешние покрытия из ZnS, ZnSe или CdS можно выращивать на полупроводниковых нанокристаллах CdSe или CdTe. Процесс нанесения внешнего покрытия описан, например, в патенте США 6322901. Регулируя температуру реакционной смеси во время нанесения внешнего покрытия и контролируя спектр поглощения сердцевины, можно получать материалы с внешним покрытием, которые имеют высокий квантовый выход излучения и узкое распределение по размерам. Внешнее покрытие может содержать один или более слоев. Внешнее покрытие может содержать по меньшей мере один полупроводниковый материал, который является таким же, как состав сердцевины, или отличается от него. Предпочтительно внешнее покрытие имеет толщину от примерно одного до примерно десяти монослоев. Внешнее покрытие также может иметь толщину больше десяти монослоев. В варианте осуществления на сердцевине может содержаться больше одного внешнего покрытия.

В частности, внешнее покрытие содержит по меньшей мере один полупроводниковый материал, который отличается от состава сердцевины; т.е. он имеет другой состав, чем состав сердцевины.

В варианте осуществления материал окружающей «оболочки» может иметь большую ширину запрещенной зоны, чем ширина запрещенной зоны материала сердцевины. В определенных других вариантах осуществления материал окружающей оболочки может иметь меньшую ширину запрещенной зоны, чем ширина запрещенной зоны материала сердцевины.

В варианте осуществления оболочку можно выбирать имеющей межатомное расстояние, близкое к таковому у подложки-«сердцевины». В определенных других вариантах осуществления материалы оболочки и сердцевины могут иметь одну и ту же кристаллическую структуру.

Примеры материалов (сердцевины)оболочки полупроводниковых нанокристаллов включают в себя, без ограничения: красный (например, (CdSe)ZnS (сердцевина)оболочка), зеленый (например, (CdZnSe)CdZnS (сердцевина)оболочка и т.д.) и синий (например, (CdS)CdZnS (сердцевина)оболочка (также дополнительно смотри выше примеры конкретных светопреобразующих наночастиц на основе полупроводников).

Таким образом, вышеуказанная внешняя поверхность может представлять собой поверхность голой квантовой точки (т.е. квантовой точки, не содержащей дополнительной оболочки или покрытия) или может представлять собой поверхность покрытой квантовой точки, такой как квантовая точка с сердцевиной и оболочкой (подобной с сердцевиной и оболочкой или точка-в-стержне), т.е. (внешней) поверхности оболочки.

Следовательно, в конкретном варианте осуществления светопреобразующие наночастицы выбирают из группы, состоящей из наночастиц с сердцевиной и оболочкой, имеющих сердцевины и оболочки, содержащие одно или более из CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs и InAlPAs.

В целом, сердцевины и оболочки содержат материал одного и того же класса, но практически состоят из различных материалов, подобно оболочке из ZnS, окружающей сердцевину из CdSe, и т.д.

В конкретном варианте осуществления, который может обеспечивать относительно широкую цветовую палитру, источник синего света содержит светоизлучающий диод (СИД) синего свечения, источник зеленого света содержит СИД с центроидной длиной волны излучения в диапазоне 510-540 нм, первый источник красного света содержит упомянутый первый люминесцентный материал, выбранный из группы, состоящей из (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN₃:Eu (в частности, (Mg,Ca,Sr)AlSiN₃:Eu) и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu (где x как указано выше), а второй источник красного света содержит упомянутый второй люминесцирующий красным материал, содержащий K₂SiF₆:Mn.

Как указано выше, в дополнительном аспекте изобретение обеспечивает устройство отображения на основе ЖКИ, содержащее осветительный блок в соответствии с любым из предыдущих пунктов, выполненный в качестве блока подсветки. В еще одном дополнительном аспекте изобретение также обеспечивает сочетание люминофоров, включающее в себя люминесцирующий зеленым материал, выбранный из группы, состоящей из содержащего двухвалентный европий оксинитрида, содержащего двухвалентный европий тиогаллата, содержащего трехвалентный церий нитрида, содержащего трехвалентный церий оксинитрида и содержащего трехвалентный церий граната, люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN₃:Eu и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu (где x как указано выше), и второй люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из M₂AX₆, допированного четырехвалентным марганцем, при этом M содержит одновалентные катионы, выбранные из группы, состоящей из Li, Na, K, Rb, Cs, NH₄, при этом A содержит четырехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из Si, Ti, Ge, Sn и Zr, и при этом X содержит одновалентный анион, выбранный из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, но по меньшей мере содержит F. Однако, как указано выше, также возможны другие сочетания.

Так же, как указано выше, термин «люминесцентный материал» также может относиться к множеству различных люминесцентных материалов. Термин «люминесцентный материал» в настоящем документе, в частности, относится к неорганическим люминесцентным материалам. Аналогичным образом это применимо к термину «люминофор». Эти термины известны специалисту в данной области техники. Таким образом, как будет ясно специалисту в данной области техники, также можно применять сочетания люминофоров. Дополнительно, как будет ясно специалисту в данной области техники, можно применять оптимизацию люминесцентного материала(ов) (или люминофоров) в отношении одного или более составляющих элементов, концентрации активатора, размера частицы и т.д. или оптимизацию в отношении сочетания(й) люминесцентных материалов, чтобы оптимизировать осветительное устройство.

Источник света может быть выполнен в (световой) камере с отражающей(ими) стенкой(ами) (такой как покрытая(ые) отражающим материалом, подобно TiO₂) и прозрачным окном. В варианте осуществления окно представляет собой светопреобразующий слой. В еще одном дополнительном варианте осуществления окно содержит светопреобразующий слой. Этот слой может быть расположен выше по потоку света относительно окна или ниже по потоку света относительно окна. В еще одном дополнительном варианте осуществления светопреобразующие слои применяют с обеих сторон окна.

Термины «выше по потоку света» и «ниже по потоку света» относятся к расположению предметов или конструктивных элементов относительно распространения света от генерирующего свет средства (здесь - источника света), при этом относительно первого положения в пучке света от генерирующего свет средства второе положение в пучке света ближе к генерирующему свет средству находится «выше по потоку света», а третье положение в пучке света еще дальше от генерирующего свет средства находится «ниже по потоку света».

Люминесцентный материал выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части света источника света. Другими словами, можно сказать, что источник света излучательно связан с люминесцентным материалом. Когда источник света содержит источник света, излучающий практически УФ свет, люминесцентный материал может быть выполнен с возможностью преобразования практически всего света источника света, который падает на люминесцентный материал. В случае источника света, выполненного с возможностью генерирования синего света, люминесцентный материал может частично преобразовывать свет источника света. В зависимости от конфигурации, часть остающегося света источника света можно пропускать через слой, содержащий люминесцентный материал.

Далее указан ряд областей применения изобретения:

- системы офисного освещения

- системы для домашнего применения

- системы для освещения магазинов

- системы для освещения домов

- системы направленного освещения

- системы точечного освещения

- системы театрального освещения

- системы для применения в волоконной оптике

- проекционные системы

- системы собственной подсветки устройств отображения

- системы пикселированных устройств отображения

- системы сегментированных устройств отображения

- системы предупреждающих знаков

- системы для применения в медицинском освещении

- системы указывающих знаков и

- системы декоративного освещения

- портативные системы

- автомобильные применения

- системы освещения теплиц.

Как указано выше, осветительный блок можно использовать в качестве блока подсветки в устройстве отображения на основе ЖКИ. Таким образом, в дополнительном аспекте изобретение обеспечивает также устройство отображения на основе ЖКИ, содержащее осветительный блок, который определен в настоящем документе, выполненный в качестве блока подсветки.

Термины «фиолетовый свет» или «фиолетовое свечение», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 380-440 нм. Термины «синий свет» или «синее свечение», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 440-490 нм (включая некоторые фиолетовые и голубые оттенки). Термины «зеленый свет» или «зеленое свечение», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 490-560 нм. Термины «желтый свет» или «желтое свечение», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 540-570 нм. Термины «оранжевый свет» или «оранжевое свечение», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 570-600 нм. Термины «красный свет» или «красное свечение», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 600-750 нм. Термин «розовый свет» или «розовое свечение» относится к свету, имеющему синюю и красную составляющие. Термины «видимый», «видимый свет» или «видимое свечение» относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне примерно 380-750 нм.

Термин «практически» в настоящем документе, такой как в «практически все излучение» или в «практически состоит», будет понятен специалисту в данной области техники. Термин «практически» также может включать в себя варианты осуществления с «целиком», «полностью», «все» и т.д. Таким образом, в вариантах осуществления наречие практически также может быть удалено. Когда применим, термин «практически» также может относиться к 90% или более, такому как 95% или более, в частности 99% или более, еще более конкретно 99,5% или более, включая 100%. Термин «содержать» включает в себя также варианты осуществления, в которых термин «содержит» обозначает «состоит из».

Кроме того, термины первый, второй, третий и т.п. в описании и в формуле изобретения используют для того, чтобы различать схожие элементы, а не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при подходящих обстоятельствах и что варианты осуществления данного изобретения, описанные в настоящем документе, способны работать в других последовательностях, нежели описанные или проиллюстрированные в настоящем документе.

В настоящем документе устройства, среди прочего, описаны во время работы. Как будет ясно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или устройствами в работе.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, но не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники будут способны разработать многие альтернативные варианты осуществления без отступления от объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, помещенные между круглыми скобками, не следует истолковывать как ограничивающие пункт формулы изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от тех, которые указаны в пункте формулы изобретения. Элемент в единственном числе не исключает присутствия множества таких элементов. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что не может быть с выгодой использовано сочетание этих мер.

Дополнительно изобретение применимо к устройству, содержащему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на приложенных фигурах. Изобретение дополнительно относится к способу или процессу, содержащему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на приложенных фигурах.

Различные аспекты, обсужденные в этом патенте, можно комбинировать для того, чтобы обеспечивать дополнительные преимущества. Кроме того, некоторые признаки могут формировать основу для одной или более выделенных заявок.

Краткое описание фигур

Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны только в качестве примера со ссылкой на сопроводительные схематические рисунки, на которых соответствующие символьные обозначения указывают на соответствующие части и на которых:

Фиг. 1a-1e схематически изображают некоторые аспекты по изобретению; эти фигуры не обязательно выполнены в масштабе.

Фиг. 2a - спектры отражения и излучения порошка K₂SiF₆:Mn (R1, E1), порошка ECAS (R2, E2) и слоя на основе силикона, содержащего 18 объем. % K₂SiF₆:Mn и 2 объем. % ECAS (R3).

Фиг. 2b представляет спектры (E4) излучения СИДа (B) синего свечения и слоя на основе силикона, содержащего 18 об.% K₂SiF₆:Mn и 2 об.% ECAS. Узкополосный люминесцентный материал содержит по меньшей мере одну линию излучения, которая находится выше 610 нм и которая имеет указанную центроидную длину волны CW и полную ширину на половине максимума ПШПМ.

Фиг. 3 - функции пропускания, выбранные для RGB пикселей дисплея на основе ЖКИ.

Фиг. 4a-4b показывают СИДом зеленого 510 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Фиг. 5a-5b: показывают СИДом зеленого 520 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Фиг. 6a-6b показывают СИДом зеленого 530 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки; и

Фиг. 7a-7b показывают СИДом зеленого 540 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Подробное описание вариантов осуществления

Фиг. 1a схематически изображает вариант осуществления осветительного блока 100, который описан в настоящем документе. Осветительный блок 100 содержит источник 107 света, здесь источник света 110 синего света (т. е. источник 110 синего света; позиция 110 относится к источнику; дополнительное указание «синего света» указывает на характер источника), источник (зеленого света) 120, первый источник (красного света) 1310, содержащий первый люминесцирующий красным материал 1311, выполненный с возможностью обеспечения красного света 31 с широкополосным спектральным распределением света, и второй источник (красного света) 1320, содержащий второй люминесцирующий красным материал 1321, выполненный с возможностью обеспечения красного света 32 со спектральным распределением света, содержащим одну или более красных линий излучения.

Здесь, в этом варианте осуществления, источник 110 синего света содержит СИД синего свечения. Над этим источником 110 синего света, как-то в смоле поверх кристалла СИД, обозначенной позицией 111, можно располагать преобразователь 1300 света. Этот преобразователь 1300 света может содержать один или более люминесцентных материалов. Здесь преобразователь 1300 света содержит как первый люминесцирующий красным материал 1311, так и второй люминесцирующий красным материал 1321. Эти два люминесцентных материала представляют собой источники красного света, поскольку они способны поглощать свет источника света из источника 110 синего света и преобразовывать его в широкополосный красный свет 31 и узкополосный красный свет 32. Синий свет обозначен позицией 11; его источник обозначен позицией 110.

В качестве примера в этом варианте осуществления источник 120 зеленого света показан как СИД, который выполнен с возможностью генерировать зеленый свет, обозначенный позицией 21. Таким образом, он может представлять собой только СИД без люминесцентного материала.

Здесь осветительный блок содержит световую камеру 105 с пропускающим свет окном 102. Свет источников света выходит из этого окна 102, т.е. широкополосный красный свет 31, узкополосный красный свет 32, зеленый свет 21 и синий свет 11. Весь свет, выходящий из окна выхода света или пропускающего окна 102, обозначен как свет 101 осветительного блока. Как указано выше, этот свет состоит из составляющих, которые в сочетании с набором RGB фильтров генерируют широкую цветовую палитру на передней части экрана (FOS). Цветовую палитру определяют с помощью цветовых точек, получающихся для избирательного пропускания света источника света для всех цветных фильтров отдельно.

Источник 110 синего света в сочетании с двумя люминесцирующими красным материалами 1311, 1321 в настоящем документе также обозначают как «СИД розового свечения с преобразованием люминофором» (который может, таким образом, обеспечивать розовый свет, который в этом варианте осуществления представляет собой сочетание синего света 11, широкополосного красного света 31 и узкополосного красного света 32).

Фиг. 1b схематически изображает вариант осуществления, в котором источник 110 синего света представляет собой СИД (источник 107 света содержит источник 110, выполненный с возможностью выдавать синий свет). Этот СИД используют, чтобы выдавать синий свет для люминесцентных материалов, которые предусмотрены выше по потоку света к пропускающему свет окну 102 в виде слоя или покрытия. Таким образом, в этом варианте осуществления преобразователь 1300 расположен на ненулевом расстоянии от кристалла 111 СИДа. Это расстояние обозначено позицией d1 (дополнительно см. ниже). Преобразователь 1300, в частности, можно располагать на ненулевом расстоянии d1 от источника 110 света (или другого источника(ов) света, который может представлять собой, например, светоизлучающий диод, несмотря на то, что расстояние d также может быть нулевым, например, когда преобразователь 1300 света расположен на кристалле СИД или внедрен в (силиконовый) конус на кристалле (см. также фиг. 1c) СИД. Преобразователь 1300 необязательно может обеспечивать возможность проникновения по меньшей мере части света 11 источника света через преобразователь. Таким образом, ниже по потоку света от преобразователя можно найти сочетание преобразованного света на основе люминесценции(й) люминесцентного материала(ов), содержащегося в преобразователе 1300 света, и света 11 источника света. Свет ниже по потоку света от преобразователя света обозначен как свет осветительного устройства 101. Расстояние d1, в частности, может составлять в диапазоне 0,1-100 мм, в частности 0,5-100 мм, как-то 1-20 мм, как и, в частности, 1-50 мм, как и примерно 1-3 мм для применений близко к источнику света и 5-50 мм для более удаленных применений. Однако следует отметить, что изобретение не ограничено применениями, в которых d1>0. Изобретение и описанные в настоящем документе конкретные варианты осуществления также можно применять в других вариантах осуществления с d1=0. В таких случаях преобразователь света, в частности, можно выполнять в физическом контакте с кристаллом СИД.

Следует отметить, что источник 107 света альтернативно может представлять собой источник света, выполненный с возможностью обеспечивать УФ свет. В таком случае осветительный блок 100 может быть выполнен с возможностью (практически) предотвращения света источника света ниже по потоку света от окна выхода света/ниже по потоку света от преобразователя. Например, преобразователь света можно выполнять с возможностью преобразования практически всего УФ света источника света в свет люминесценции одного или более люминесцентных материалов, содержащихся в преобразователе света. В этом варианте осуществления источник (зеленого света) 120 содержит люминесцирующий зеленым материал, обозначенный позицией 1200. Этот люминесцирующий зеленым материал 1200, когда возбужден, обеспечивает зеленый свет 21. Преобразователь 1300 света дополнительно может содержать люминесцирующий синим материал, выполненный с возможностью генерировать синий свет при возбуждении светом 11 источника света.

Альтернативно или дополнительно источник 110 синего света содержит СИД УФ свечения с люминесцирующим синим материалом, который по меньшей мере частично преобразует УФ свет источника света в синий свет.

Фиг. 1c схематически изображает вариант осуществления, в котором преобразователь 1300 света расположен на кристалле 111 СИД источника 107 света. Этот источник 107 света может представлять собой СИД УФ свечения или, как изображено, источник 110 синего света, т.е. СИД синего свечения. Преобразователь 1300 в таком варианте осуществления содержит широкополосный люминесцирующий красным материал 1311; тем самым обеспечен первый источник красного света 1310 (следует отметить, что эта позиция относится к источнику, который представляет собой источник красного света). Дополнительно преобразователь 1300 содержит узкополосный люминесцирующий красным материал 1321. Таким образом, обеспечен второй источник красного света 1320; этот второй источник (красного света) 1320 (т.е. второй источник красного света 1320) содержит узкополосный люминесцентный материал 1321, который, когда возбужден, обеспечивает узкополосный красный свет 32. Здесь преобразователь 1300 также необязательно содержит люминесцирующий зеленым материал 1200, который обеспечивает, когда возбужден, зеленый свет 21 (и тем самым также представляет собой источник 120 зеленого света).

Следует отметить, что вышеописанные варианты осуществления можно комбинировать. Дополнительно изобретение также относится к альтернативным компоновкам, как будет ясно специалисту в данной области техники.

Фиг. 1d схематически изображает одно из применений осветительного блока 100, здесь - в жидкокристаллическом устройстве 2 отображения, которое содержит блок 200 подсветки, включающий в себя один или более осветительных блоков 100 (здесь схематически изображен один осветительный блок), а также панель 300 ЖКИ, которую можно подсвечивать светом 101 осветительного устройства из осветительного блока(ов) 100 блока 200 подсветки. Также в качестве примера источник(и) 107 света представляют собой источники синего света 110. В этом варианте осуществления изображено множество таких источников 110, которые используют для возбуждения люминесцентного материала(ов), содержащегося в преобразователе 1300. Такое устройство отображения на основе ЖКИ дополнительно может включать в себя один или более цветных фильтров, в частности, расположенных ниже по потоку света от блока подсветки (но выше по потоку света от дисплея устройства отображения на основе ЖКИ). Эти фильтры могут фильтровать (задний) свет 101 осветительного устройства. В целях ясности эти фильтры не изображены.

Фиг. 1e схематически изображает спектр излучения широкополосного люминесцентного материала. Линия ПШПМ обозначает середину между верхом полосы и фоновым сигналом; позиция CW обозначает длину волны, при которой слева и справа от пунктирной линии на этой длине волны находятся равные интенсивности. Она известна как центроидная длина волны.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Излучающие красным люминофорные слои, необходимые, среди прочего, для СИДа розового свечения с преобразованием люминофором, описанного в настоящем документе, можно получать посредством суспендирования имеющегося в продаже ECAS (Sr_0,8Ca_0,2SiAlN₃:Eu(0,8%)) и K₂SiF₆:Mn (приготовленного, как сообщено Адачи (Adachi) и др., Journal of Applied Physics 104, 023512, 2008, Direct synthesis and properties of K₂SiF₆:Mn⁴⁺ phosphor by wet chemical etching of Si wafer), в полимере на силиконовой основе при комнатных температурах. Пленку хорошо перемешанной суспензии отливают на стеклянную подложку и отверждают при 150°C в течение 4 часов на воздухе. Отвержденные слои составляют примерно 120 мкм по толщине, степень заполнения люминофором в сумме составляет 20 об.% (18 об.% K₂SiF₆:Mn, 2 об.% ECAS). Измеренные спектры отражения порошка K₂SiF₆:Mn и ECAS и слоя на основе силикона, содержащего 18 об. % K₂SiF₆:Mn и 2 об.% ECAS, показаны на фигуре 2a. Измеренные спектры излучения слоя, содержащего K₂SiF₆:Mn и ECAS, показаны на фиг. 2b.

Фиг. 2a представляет спектры отражения и излучения порошка K₂SiF₆:Mn (R1 (т.е. отражение); E1 (т.е. излучение)), порошка ECAS (R2; E2) и слоя на основе силикона, содержащего 18 об.% K₂SiF₆:Mn и 2 об.% ECAS (R3). Фиг. 2b показывает спектры излучения (E4) СИДа (B) синего свечения и слоя на основе силикона, содержащего 18 об. % K₂SiF₆:Mn и 2 об.% ECAS. Узкополосный люминесцентный материал содержит по меньшей мере одну линию излучения, которая находится выше 610 нм и которая имеет указанную центроидную длину волны CW и узкую полную ширину на половине максимума ПШПМ, которая значительно ниже 50 нм (всего несколько нанометров).

С помощью дополнительного СИДа зеленого свечения, центрированного на 530 нм, можно получать широкую цветовую палитру, расположенную в пределах NTSC.

Таким образом, изобретение в варианте осуществления обеспечивает СИД с преобразованием люминофором с одним излучающим узкий глубокий красный свет компонентом в виде K₂SiF₆, допированного Mn(IV), в сочетании с излучающим узкий зеленый свет компонентом с ПШПМ ≤ 50 нм, с другим люминофором, добавленным к компоненту Mn(IV), который максимизирует покрытие цветового пространства палитры для определений NTSC и sRGB. Следовательно, источник света может состоять из:

A: СИДа непосредственного зеленого свечения с длиной волны пикового излучения >510 нм и <540 нм и СИДа с преобразованием люминофором с двумя люминофорами, при этом один допирован Mn(IV), а второй люминофор имеет пиковое излучение между 590 и 630 нм и ПШПМ ≥ 70 нм.

B: СИДа с преобразованием тремя люминофорами с применением зеленого люминофора β-SiAlON или (Sr,Ca)_(1-x)Ga₂S₄:Eu_x, допированного Eu (0,01<x<0,1), люминофора, допированного Mn(IV), и третьего люминофора, имеющего пиковое излучение между 590 и 630 нм и ПШПМ ≥ 70 нм.

Дополнительные примеры применения красного люминофора с преобразованием люминофором в подсветке ЖКИ.

Следующий пример показывает рабочие характеристики передней части экрана (FOS) для дисплея на основе ЖКИ с одним набором RGB цветных фильтров, представленных на фиг. 3, в отношении спектрального состава блока подсветки на основе СИД, где R обозначает красный фильтр, G обозначает зеленый фильтр и B обозначает синий фильтр.

Сначала приведены некоторые сравнительные примеры: типичный блок подсветки на основе СИД с преобразованием люминофором объединяет СИД синего свечения с люминофором, излучающим зеленый и излучающим красный.

Сравнительный пример 1

Зеленый люминофор: LuAG (Lu_2,94Al₅O₁₂:Ce_0,06)

Красный люминофор: (Sr,Ca)AlSiN₃, допированный Eu

Определяли цветовую палитру FOS в сравнении с характерными палитрами sRGB и NTSC вместе с цветовыми точками блока подсветки и белой цветовой точкой FOS и спектром излучения блока подсветки для СИДов синего свечения с пиковым излучением при 440, 450, 460 и 470 нм соответственно, см. табл.1:

Таблица 1
Область цветовой палитры FOS относительно определений sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS Синий пик [нм] sRGB NTSC LE (СЭ) [лм/Вт] pr_redbroad pr_green pr_blue 440 98,29% 69,62% 273 23,97% 36,65% 39,38% 450 96,86% 68,60% 275 27,89% 36,41% 35,71% 460 91,23% 64,62% 264 32,34% 31,27% 36,39% 470 79,69% 56,44% 241 38,27% 21,29% 40,43%

Здесь pr_redbroad, pr_green, pr_blue, pr_redKSiF (см. ниже) и pr_redQD (см. ниже) представляют собой доли мощности различных излучателей. Эти значения дают в сумме 100%.

Сравнительный пример 2

Чтобы увеличить покрытие палитры NTSC, СИД розового свечения (СИД синего свечения + красный люминофор) объединяют с СИДом зеленого свечения в диапазоне пикового излучения 520-530 нм.

Зеленый: СИД непосредственного излучения

Красный люминофор: (Sr,Ca)AlSiN₃, допированный Eu

СИД синего свечения: пиковое излучение 450 нм

Получили следующие данные, см. табл.2:

Таблица 2
Область цветовой палитры FOS относительно определений sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения Зеленый пик [нм] sRGB NTSC СЭ [лм/Вт] pr_redbroad pr_green pr_blue 510 103,73% 73,47% 243 47,09% 23,57% 29,34% 520 109,20% 77,34% 257 45,29% 22,07% 32,64% 530 109,68% 77,68% 270 42,38% 22,50% 35,12% 540 106,30% 75,29% 283 37,82% 24,87% 37,32%

По сравнению с блоком подсветки на основе СИД зеленого свечения с преобразованием люминофором, не увеличивается значительно ни цветовая палитра, ни СЭ.

Синий пик[нм] sRGB NTSC СЭ [лм/Вт] 450 96,86% 68,60% 275

Сравнительный пример 3

Из-за ограниченной отсечки красного цветного фильтра покрытие палитры NTSC может быть значительно увеличено, только если используют люминофор, излучающий узкий красный свет, см. табл. 3.

Известные материалы с желаемыми свойствами представляют собой фторидные люминофоры, допированные Mn(IV):

Зеленый: СИД непосредственного свечения

Красный люминофор: K₂SiF₆, допированный Mn(IV)

СИД синего свечения: пиковое излучение 450 нм

Таблица 3
Область цветовой палитры FOS относительно определений sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения Зеленый пик [нм] sRGB NTSC СЭ [лм/Вт] pr_green pr_redKSiF pr_blue 510 132,14% 93,59% 233 28,79% 41,40% 29,80% 520 138,77% 98,29% 250 26,79% 39,53% 33,68% 530 136,61% 96,76% 265 26,89% 36,54% 36,57% 540 128,58% 91,07% 280 28,99% 32,00% 39,00%

Теперь палитра приближается к области определения NTSC, но она покрывает не то же самое цветовое пространство. Недостатком является слишком красная цветовая точка, создающая проблемы при воспроизведении цвета изображения.

Дополнительно определяли цветовую палитру FOS с помощью блоков подсветки, использующих различные СИДы непосредственного зеленого свечения с пиком 510, 520, 530 и 540 нм соответственно.

Пример 2

Целью данного изобретения, среди прочего, является построение блока подсветки ЖКИ с максимальным перекрытием цветовой палитры FOS с определением NTSC.

Это выполняют посредством объединения СИДа непосредственного зеленого свечения с СИДом с преобразованием люминофором, состоящим из СИДа синего свечения и двух люминофоров, при этом один представляет собой люминофор, допированный Mn(IV), другой представляет собой (Sr,Ca)AlSiN₃, допированный Eu.

Фигуры 4a-7b представляют цветовую палитру FOS в сравнении с характерными палитрами sRGB и NTSC вместе с излучениями подсветки.

Фиг. 4a-4b показывают СИДом зеленого 510 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Фиг. 5a-5b показывают СИДом зеленого 520 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Фиг. 6a-6b показывают СИДом зеленого 530 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Фиг. 7a-7b показывают СИДом зеленого 540 нм свечения, слева (a) цветовой график (диаграмма цветности CIE) и справа (b) спектр излучения блока подсветки.

Из этого следует, что осветительный блок в соответствии с изобретением дает высокое значение NTSC, а также имеет очень хорошее перекрытие с цветовым пространством NTSC, более чем на 5 процентов лучше, чем все сравнительные примеры.

Суммируя, получили следующие результаты, см. табл. 4:

Таблица 4
Область цветовой палитры FOS относительно определений sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения Зеленый
пик
[нм] sRGB NTSC СЭ
[лм/Вт] pr_redbroad pr_green pr_redKSiF pr_blue 510 108,19% 76,63% 241 40,69% 24,19% 5,64% 29,47% 520 113,99% 80,74% 255 39,11% 22,62% 5,43% 32,84% 530 114,18% 80,87% 269 36,64% 22,99% 4,99% 35,38% 540 110,12% 77,99% 282 32,81% 25,30% 4,30% 37,60%

Сравнительный пример 4

Оценивали следующее сочетание:

Зеленый: СИД непосредственного свечения

Красный люминофор: люминофор с квантовыми точками с пиковым излучением на 630 нм

СИД синего свечения: пиковое излучение 460 нм

Оценивали цветовую палитру FOS с блоками подсветки, использующими различные СИДы непосредственного зеленого свечения с пиками 510, 520, 530 и 540 нм соответственно. В приведенной ниже таблице 5 представлены область цветовой палитры FOS по отношению к определениям sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения.

Таблица 5
Область цветовой палитры FOS относительно определений sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения Зеленый
пик [нм] sRGB NTSC СЭ
[лм/Вт] pr_redbroad pr_green pr_redKSiF pr_blue 510 137,73% 97,55% 224 10,27% 32,08% 20,80% 36,85% 520 142,29% 100,78% 238 10,07% 28,68% 19,82% 41,44% 530 138,20% 97,88% 252 9,94% 27,64% 17,80% 44,62% 540 128,57% 91,06% 266 9,83% 28,58% 14,58% 47,01%

Пример 3

Дополнительно оценивали сочетание в соответствии с изобретением:

Зеленый: СИД непосредственного свечения

Красный люминофор: квантовая точка с пиковым излучением на 630 нм+красный люминофор CASN, пиковое излучение 620 нм

СИД синего свечения: пиковое излучение 460 нм

Оценивали цветовую палитру FOS с блоками подсветки, использующими различные СИДы непосредственного зеленого свечения с пиками 510, 520, 530 и 540 нм соответственно. В приведенной ниже таблице 6 представлены область цветовой палитры FOS по отношению к определениям sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения.

Таблица 6
область цветовой палитры FOS относительно определений sRGB и NTSC и световой эквивалент FOS для СИДа синего 450 нм свечения и различных СИДов зеленого свечения Зеленый пик [нм] sRGB NTSC СЭ
[лм/Вт] pr_redbroad pr_green pr_redQD pr_blue 510 118,52% 83,94% 237 9,86% 27,38% 23,71% 39,05% 520 122,76% 86,95% 249 9,68% 24,62% 22,79% 42,91% 530 121,73% 86,22% 260 9,54% 24,08% 20,88% 45,49% 540 117,08% 82,93% 270 9,42% 25,53% 17,71% 47,34%

Также из этого следует, что осветительный блок в соответствии с изобретением дает высокое значение NTSC, а также имеет очень хорошее перекрытие с цветовым пространством NTSC, более чем на 5 процентов лучше, чем все сравнительные примеры.

Изобретение относится к области осветительной техники и касается осветительного блока. Осветительный блок включает в себя источник синего света, источник зеленого света и два источника красного света. Первый источник красного света содержит первый люминесцирующий красным материал, выполненный с возможностью выдавать красный свет с широкополосным спектральным распределением света. Второй источник красного света содержит второй люминесцирующий красным материал, выполненный с возможностью выдавать красный свет со спектральным распределением света, содержащим одну или более красных линий излучения. Технический результат заключается в расширении цветовой палитры испускаемого света. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 16 ил., 6 табл.

1. Осветительный блок, включающий в себя источник синего света, источник зеленого света, первый источник красного света, содержащий первый люминесцирующий красным материал, выполненный с возможностью выдавать красный свет с широкополосным спектральным распределением света, и второй источник красного света, содержащий второй люминесцирующий красным материал, выполненный с возможностью выдавать красный свет со спектральным распределением света, содержащим одну или более красных линий излучения.

2. Осветительный блок по п. 1, в котором первый источник красного света выполнен с возможностью выдавать красный свет с широкополосным спектральным распределением света, имеющим центроидную длину волны излучения ≥ 590 нм и полную ширину на половине максимума (ПШПМ) ≥ 70 нм.

3. Осветительный блок по п. 1, в котором первый источник красного света включает в себя упомянутый первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из содержащего двухвалентный европий сульфида, содержащего двухвалентный европий нитрида и содержащего двухвалентный европий оксинитрида.

4. Осветительный блок по п. 1, в котором первый источник красного света включает в себя упомянутый первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN₃:Eu и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu, при этом 0≤x≤4.

5. Осветительный блок по п. 1, в котором второй источник красного света выполнен с возможностью выдавать красный свет со спектральным распределением света, содержащим одну или более красных линий излучения, имеющих центроидную длину волны излучения ≥ 610 нм, и с одной или более красными линиями излучения, имеющими полную ширину на половине максимума (ПШПМ) ≤ 50 нм.

6. Осветительный блок по п. 1, в котором второй источник красного света включает в себя упомянутый второй люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из M₂AX₆, допированного четырехвалентным марганцем, при этом M содержит одновалентные катионы, выбранные из группы, состоящей из Li, Na, K, Rb, Cs, NH₄, при этом A содержит четырехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из Si, Ti, Ge, Sn и Zr, и при этом X содержит одновалентный анион, выбранный из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, но по меньшей мере содержит F.

7. Осветительный блок по п. 1, в котором второй источник красного света включает в себя упомянутый второй люминесцирующий красным материал, содержащий K₂SiF₆:Mn.

8. Осветительный блок по п. 1, в котором второй источник красного света включает в себя упомянутый второй люминесцирующий красным материал, содержащий материал из светопреобразующих наночастиц.

9. Осветительный блок по п. 1, в котором источник синего света содержит светоизлучающий диод синего свечения.

10. Осветительный блок по п. 1, в котором источник зеленого света включает в себя люминесцентный материал, который выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части синего света источника синего света и преобразования упомянутого синего света в зеленый свет.

11. Осветительный блок по п. 1, в котором источник зеленого света включает в себя люминесцентный материал, содержащий M₃A₅O₁₂:Ce³⁺, при этом M выбран из группы, состоящей из Sc, Y, Tb, Gd и Lu, и при этом A выбран из группы, состоящей из Al и Ga.

12. Осветительный блок по п. 1, в котором источник зеленого света содержит СИД с центроидной длиной волны излучения в диапазоне 510-540 нм.

13. Осветительный блок по п. 1, в котором источник синего света содержит светоизлучающий диод синего свечения, при этом источник зеленого света содержит СИД с центроидной длиной волны излучения в диапазоне 510-540 нм, при этом первый источник красного света включает в себя упомянутый первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN₃:Eu и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu, при этом 0≤x≤4, и при этом второй источник красного света включает в себя упомянутый второй люминесцирующий красным материал, содержащий K₂SiF₆:Mn.

14. Устройство отображения на основе ЖКИ, содержащее осветительный блок по любому из предыдущих пунктов, выполненный в качестве блока подсветки.

15. Сочетание люминофоров, включающее в себя люминесцирующий зеленым материал, выбранный из группы, состоящей из содержащего двухвалентный европий оксинитрида, содержащего двухвалентный европий тиогаллата, содержащего трехвалентный церий нитрида, содержащего трехвалентный церий оксинитрида и содержащего трехвалентный церий граната, первый люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN₃:Eu и (Ba,Sr,Ca)₂Si_5-xAl_xO_xN_8-x:Eu, при этом 0≤x≤4, и второй люминесцирующий красным материал, выбранный из группы, состоящей из M₂AQ₆, допированного четырехвалентным марганцем, при этом M содержит одновалентные катионы, выбранные из группы, состоящей из Li, Na, K, Rb, Cs, NH₄, при этом A содержит четырехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из Si, Ti, Ge, Sn и Zr, и при этом Q содержит одновалентный анион, выбранный из группы, состоящей из F, Cl, Br и I, но по меньшей мере содержит F.