CN100521845C - 发光二极管发光源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有优异性能的作为发光源的发光二极管发光源、使用该发光源的发光器和用于液晶显示的背光，所述性能例如是在从绿光到红光的波长区域中的平坦光谱分布和红光区域的足够发射强度，该发光源包括在光谱分布的480-700nm范围内具有半值宽度为20nm或更高的多个峰的发光二极管，其中480-700nm波长范围内这些峰之间的谷的最低强度为同样范围中最高峰强度的65%或更高。
Description
相关申请的交叉引用
这是根据35 U.S.C Section 111(a)递交的申请，根据35 U.S.C Section119(e)(1)要求按35 U.S.C 111(b)规定于2004年12月6日递交的美国临时申请No.60/632,986和于2005年2月18日递交的美国临时申请No.60/653,996的优先权。
技术领域
本发明涉及使用发光二极管(LED)的发光源、发光器和液晶显示的背光。
背景技术
发光二极管器件在发光效率方面已显著提高，并且不含有害物质汞，因此近年来已在能源上研究将其用于发光，代替常规的荧光灯。优选地，发光源所发射的光的光谱分布接近太阳光。因此，优选地，该发光源具有平坦的光谱分布，包括在光学区域的每一波长下的成分。作为使用发光二极管器件的白光源，已使用通过组合发射红光、绿光和蓝光的三种发光二极管，或组合发射蓝光到紫外光的发光二极管和吸收该发光由此发射红光到绿光的光致发光物质而得到的那些。前者的例子包括所谓的三合一LED光源，其中一个单元内包括红光(AlInGaP)、绿光(InGaN)和蓝光(InGaN)的LED；后者的例子包括其中组合InGaN基蓝光LED和用于吸收蓝光由此产生黄色荧光的所谓YAG荧光物质的光源。
发明内容
但是，常规LED光源不具有平坦的光谱分布，并且不包括对应所有波长的充分成分。例如，由于如图4所示三合一型光源的光谱分布曲线的典型例子在蓝光、绿光和红光波长区域内具有尖峰和这些尖峰间的深谷，因此这种光源用于照明时难以显示对应于深谷的波长下的颜色。
此外，使用所谓YAG荧光物质和蓝光LED组合的白光源已广泛用作手机液晶显示的背光。但是，由于这种光源的光谱分布如图3所示仅具有对应蓝色和其互补色的成分，因此该光源特别难以显示红色。为了改进这种分布，已有很多尝试着开发发射红光的荧光物质，并混合对应多种颜色的荧光物质。但是，难以将不同晶体结构的荧光物质混合，因此为获得令人满意的平坦光谱分布的尝试没有成功。
由此，本发明的目的是提供具有优异发光性质的LED光源，它在绿光到红光的波长区域内具有平坦的光谱分布，并且在红光区域中也具有足够的发射强度。
本发明人已就使用发光二极管作为光源并组合多种光致发光物质以得到具有平坦光谱分布的LED光源进行了深入研究。结果，本发明人已发现可以通过使用铱配合物作为光致发光物质获得优异的光谱分布性质，由此完成本发明。因为本发明中所用的铱配合物即使发出不同颜色也具有彼此类似的化学结构，因此它们可以按任意比彼此混合。因此，通过混合多种不同发射峰波长的铱配合物，可以构成在绿光到红光区域中具有平坦光谱分布的LED光源。
因此，本发明包括下面的发光二极管发光源、发光器和用于液晶显示的背光。
1.一种发光二极管发光源，包括在光谱分布的480-700nm范围内具有半值宽度为20nm或更高的多个峰的发光二极管，其中480-700nm波长范围内这些峰之间的谷的最低强度为同样范围中最高峰强度的65％或更高。
2.根据1的发光二极管发光源，其中650nm下的发射强度为480-700nm范围中最高峰强度的50％或更高。
3.根据1或2的发光二极管发光源，其通过在发光二极管片上形成光致发光物质而得到。
4.根据1或2的发光二极管发光源，其包括发光二极管片和形成在其上的光致发光物质。
5.根据3的发光二极管发光源，其中光致发光物质是铱配合物。
6.根据4的发光二极管发光源，其中光致发光物质是铱配合物。
7.根据5的发光二极管发光源，其中铱配合物是式(1)所表示的2种或更多种铱配合物的任意混合比的混合物。
(式中，R1-R8各自独立地表示氢原子、卤原子或具有1-15个碳原子的有机基团，R1-R8取代基中彼此邻近的那些可以在1个或多个位上彼此键合形成缩合环，n是2或3，[]中所示的2个或3个配体可以相同或不同，L表示经非碳原子的原子键合到铱的二齿有机配体。)
8.根据6的发光二极管发光源，其中铱配合物是式(1)所表示的2种或更多种铱配合物的任意混合比的混合物。
(式中所有标识都具有如上定义的相同意义。)
9.根据1-8中任一项的发光二极管发光源，其中发光二极管是发射主要波长为430-480nm的蓝光二极管。
10.一种使用根据1-8中任一项的发光二极管发光源的发光器。
11.一种用于液晶显示的背光，其使用根据1-8中任一项的发光二极管发光源。
本发明的发光二极管发光源具有平坦的光谱分布，包括对应在绿光到红光区域中所有波长下的光成分，由此可以得到接近自然光，极其适合观察物体颜色的发光。此外，光致发光物质可以按任意比混合以控制光谱分布，使得可以根据应用来设计明显有用的发光光源。
附图简介
图1是根据本发明实施例的LED发光源的光谱分布曲线。
图2是根据本发明另一实施例的LED发光源的光谱分布曲线。
图3是对比实施例的LED发光源的光谱分布曲线。
图4是对比实施例的LED发光源的光谱分布曲线。
具体实施方式
下面更详细地描述本发明。
本发明的发光二极管发光源包括在光谱分布的480-700nm范围内具有半值宽度为20nm或更高的多个峰的发光二极管，并且480-700nm波长范围内这些峰之间的谷的最低强度为同样范围中最高峰强度的65％或更高。
在光谱分布的480-700nm范围内，存在2个或更多个半值宽度为20nm或更高的峰，优选3个或更多个这种峰，更优选4个或更多个这种峰。
当仅存在1个这种峰时，难以获得平坦的光谱分布。
而且，所述峰的半值宽度为20nm或更高，优选50nm或更高。半值宽度小于20nm的峰使得光谱接近亮线光谱，而这不是优选的，因为这种峰周围的颜色看起来零散(odd)。
此外，以上波长范围内这些峰之间的谷的最低强度要求为480-700nm范围中最高峰强度的65％或更高，优选80％或更高。当谷的最低强度低于65％时，JIS标准颜色图表的色相环中沿逆时针方向从5B到10R的范围内某些色相观察不到，因此不优选。
本发明的发光源在650nm的发射强度为480-700nm范围中最高峰强度的优选50％或更高，更优选55％或更高。当该强度低于最高峰强度的50％时，JIS标准颜色图表的色相环中沿逆时针方向从10R到5B的范围内某些色相观察不到，因此不优选。
本发明的发光二极管发光源可以通过使用发射紫外光到蓝光的发光二极管器件(LED)与吸收该波长区域的光并发射光的多种光致发光物质的组合而得到。
光致发光物质(荧光物质或磷光物质)吸收LED产生的光，由此发光，并且一般具有半值宽度为20nm或更高的发射光谱。具有平坦光谱分布的发光源可以通过在LED片上形成2种或更多种这种光致发光物质的混合物而得到。优选地，3种或更多种这种光致发光物质形成在LED片上，更优选4种或更多种。
在本发明中，发射紫外光到蓝光的发光二极管器件优选是InGaN-、AlGaN-或GaN-基发光二极管器件。由于发射紫外光的LED因紫外线造成密封树脂恶化而使用寿命短，所以特别优选InGaN-或GaN-基发射蓝光的二极管器件。
作为光致发光物质，优选铱配合物，并且至少一种铱配合物优选是式(1)所示的化合物。
式中，R1-R8各自独立地表示氢原子、卤原子或具有1-15个碳原子的有机基团，R1-R8取代基中彼此邻近的那些可以在1个或多个位上彼此键合形成缩合环，n是2或3的整数，[]中所示的2个或更多个配体可以相同或不同，L表示经非碳原子的原子键合到铱的二齿有机配体。
式(1)中具有1-15个碳原子的有机基团的例子包括具有1-10个碳原子的烷基(例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、辛基和癸基)、具有6-10个碳原子的芳基(例如苯基、甲苯基、二甲苯基、三甲苯基和萘基)、可以被具有1-10个碳原子的烷基取代的氨基(例如氨基、二甲基氨基、二乙基氨基和二丁基氨基)、具有1-10个碳原子的烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、己氧基、2-乙基己氧基和癸氧基)以及甲硅烷基(例如三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基和叔丁基二甲基甲硅烷基)。此外，卤原子的例子包括氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
式(1)中苯基吡啶环上的R1-R8取代基中，相邻取代基可以在1个或多个位上键合在一起形成缩合环。形成缩合环的吡啶环或苯环的例子包括喹啉环、异喹啉环、萘环、蒽环、二氮杂萘环、喹唑啉环和喹喔啉环，苯基吡啶环所形成的缩合环的例子包括苯并喹啉环和二苯并喹啉环。
式(1)中二齿有机配体L优选具有选自由下式(2)表示结构的结构式：
(其中虚线表示与铱键合的位，并且每个配体中的碳原子可以被具有1-15个碳原子的有机基团取代。)式(2)中具有1-15个碳原子的有机基团的具体例子包括就式(1)提到的那些。
式(1)所表示的铱配合物的具体例子包括具有下式(E1)-(E20)所表示结构的那些：
此外，不是式(1)所表示的那些发光铱配合物可以用作本发明中的光致发光物质。这种发光铱配合物的例子包括具有下式(E21)-(E32)所表示结构的那些：
可以混合具有合适不同发射峰波长的多种铱配合物，以使光谱分布平坦。如果按上述式的编号，3类组合铱配合物的例子包括(E2)+(E17)+(E14)、(E2)+(E17)+(E16)和(E2)+(E14)+(E16)。
此外，4类组合的例子包括(E2)+(E17)+(E14)+(E16)。
铱配合物的混合比可以根据光源目的确定，例如当光源用于一般照明时，该比例优选在E2:E17:E16＝50-80％:3-10％:10-30％的范围内。而且，为了使650nm下的发射强度为峰强度的50％或更高，必须添加1-10％的铱配合物E17作为红光成分。
在本发明中，光致发光物质可以单独使用或可以如后面描述的用作在粘合剂中的分散体或溶液。虽然只要该光致发光物质可以被LED光源发出的光辐射，该物质可以设置在结构单元的任何位置，但优选在LED器件表面涂布光致发光物质和粘合剂。
粘合剂一般是热固性树脂，但粘合剂并不受此特别限制，只要它可以溶解或分散该配合物。热固性树脂的例子包括聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚丙烯酸酯树脂、丙烯酰基树脂、聚乙烯基缩醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、酚树脂、聚酰亚胺树脂、氨基甲酸酯树脂和硅酮树脂。这些树脂中，从高透明度和优异的实用特性(例如粘附性)角度看，最优选透明的环氧树脂。
透明环氧树脂的例子包括例如双酚A二缩水甘油基醚、2，2-二(4-缩水甘油基氧环己基)丙烷、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧己烷羧酸酯、乙烯基环己烯二氧化物、2-(3，4-环氧环己烷)-5，5-螺-(3，4-环氧环己烷)-1，3-二氧杂环己烷、二(3，4-环氧环己基)己二酸酯、1，2-环丙烷二羧酸二缩水甘油基酯、三缩水甘油基异氰脲酸酯、单烯丙基二缩水甘油基异氰脲酸酯或二烯丙基单缩水甘油基异氰脲酸酯的环氧树脂，其被例如六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、三烷基四氢邻苯二甲酸酐或氢化甲基降冰片烯二酸酐的酸酐固化。可以单独使用这些环氧树脂或固化剂的其中一种，或可以组合使用其中两种或更多种。
实施例
以下将参照实施例和对比实施例更详细地描述本发明，但是本发明并不受限于这些实施例。
实施例1：
将主要发射波长为455nm、发射输出为4.6mW的InGaN发光二极管片安装在外尺寸为3mm×2.5mm×2.5mm的表面安装件上。接着，将4.9mg铱配合物(E2)、0.4mg(E17)和1.7mg(E16)分散在10g环氧树脂(折射指数1.6，Sanyu Rec Co.Ltd.的EL438)中，再将其倒入表面安装件的凹腔里，并在120℃下进行4小时的热处理，以固化树脂，由此形成光致发光层。
在3.27V和20mA下将所得LED光源通电，并点亮。其发射光谱示于图1。在480-700nm的波长区域中有3个峰，最高强度在575nm。这些峰之间有2个谷，最低强度在530nm。强度比为100:78。650nm下的发射强度为480-700nm的波长区域中最高强度的55％。
此外，通过数据分析软件PeakFit(SYSTAT Software Inc.生产)将其中(E2)、(E17)和(E16)的发射光谱重叠的500nm或更高的波长区域中的光谱曲线分解为3个部分，所得3个光谱的半值宽度分别约为50nm、70nm和90nm。
将该LED灯用于照明，视觉观察到JIS标准所定义的色相2.5R。除了表1中标识×所表示的那些，所有颜色级都可见。
表1
N：无色
阴影区：不包括在根据JIS Z8721标准颜色体系的2.5R色相的颜色板中
实施例2：
将主要发射波长为455nm、发射输出为4.6mW的InGaN发光二极管片安装在外尺寸为3mm×2.5mm×2.5mm的表面安装件上。接着，将4.9mg铱配合物(E2)、0.5mg(E17)、0.6mg(E14)和1.0mg(E16)分散在10g环氧树脂(折射指数1.6，Sanyu Rec Co.Ltd.的EL438)中，再将其注入表面安装件的凹腔里，并在120℃下进行4小时的热处理，以固化树脂，由此形成光致发光层。
在3.27V和20mA下将所得LED光源通电，并点亮。其发射光谱示于图2。在480-700nm的波长区域中有4个峰，最高强度在553nm。这些峰之间有3个谷，最低强度在597nm。强度比为100:75。650nm下的发射强度为480-700nm的波长区域中最高强度的51％。
此外，以实施例1中相同的方式测量半值宽度，结果分别为约50nm、70nm和90nm。
将该LED灯用于照明，视觉观察到JIS标准所定义的色相2.5R。表2中所有颜色级都可见。
表2
N：无色
阴影区：不包括在根据JIS Z8721标准颜色体系的2.5R色相的颜色板中
对比实施例1：
以实施例1的相同方式对使用YAG荧光物质作为光致发光物质的LED白光源(型号：NCCWO23T，Nichia Corporation制造)进行JIS颜色视觉检测。结果示于表3。在从橙色到红色的宽范围中存在看不到的颜色级。
此外，发射光谱示于图3中。480-700nm的波长区域中有1个峰，最高强度在570nm。650nm下的发射强度为480-700nm的波长区域中最高强度的52％。
表3
N：无色
阴影区：不包括在根据JIS Z8721标准颜色体系的2.5R色相的颜色板中
对比实施例2：
以实施例1的相同方式对其中将发射蓝光、红光和绿光的3个LED安装在单个件中的三合一型LED白光源(UVGB1306L，Stanley Electric Co.Ltd.制造)进行JIS颜色视觉检测。结果示于表4。在橙色到红色的宽区域中存在看不到的颜色级。
表4
N：无色
阴影区：不包括在根据JIS Z8721标准颜色体系的2.5R色相的颜色板中
此外，发射光谱示于图4中。480-700nm的波长区域中有2个峰，最高强度在623nm。这些峰之间有2个谷，最低强度在582nm。强度比为26:1。650nm下的发射强度为480-700nm的波长区域中最高强度的3％。
Claims (8)
1.一种发光二极管发光源，包括在光谱分布的480-700nm范围内具有半值宽度为20nm或更高的多个峰的发光二极管，其中480-700nm波长范围内所述峰之间的谷的最低强度为同样范围中最高峰强度的65％或更高，并包括发光二极管片和形成在其上的光致发光物质。
2.根据权利要求1的发光二极管发光源，其中650nm下的发射强度为480-700nm范围中最高峰强度的50％或更高。
3.根据权利要求1的发光二极管发光源，其中光致发光物质是铱配合物。
4.根据权利要求3的发光二极管发光源，其中铱配合物是式(1)所表示的2种或更多种铱配合物的任意混合比的混合物，
其中R1-R8各自独立地表示氢原子、卤原子或具有1-15个碳原子的有机基团，R1-R8取代基中彼此邻近的那些可以在1个或多个位上彼此键合形成缩合环，n是2或3，[]中所示的2个或3个配体可以相同或不同，L表示经非碳原子的原子键合到铱的二齿有机配体。
5.根据权利要求1的发光二极管发光源，其中所发射光的色相是从紫外到蓝色。
6.根据权利要求1的发光二极管发光源，其中发光二极管是发射主要波长为430-480nm的蓝光二极管。
7.一种使用根据权利要求1的发光二极管发光源的发光器。
8.一种用于液晶显示的背光，其使用根据权利要求1的发光二极管发光源。
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