CN106328635A - 一种广色域的发光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种广色域的发光器件及其制备方法。所述广色域的发光器件包括：发光芯片、封装器件和光谱转换层，所述发光器件置于所述封装器件内，所述光谱转换层设置于在所述封装器件内、所述发光芯片的前方，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述光谱转换层中包括荧光转换材料和光调制材料。光调制材料可将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光或者以热能形式散发，以提高发光器件红、绿、蓝三基色的色彩纯度，从而增广显示色域。将本发明的广色域发光器件应用到显示器中作为背光源，可显著提升显示器的色域至使用前的110％及以上，且不会明显影响亮度。

Description

一种广色域的发光器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及显示照明技术领域，具体涉及在电视机、平板、手机等显示设备中使用的一种广色域的发光器件及其制备方法。

背景技术

自问世以来，液晶显示器已走进了千家万户，成为人们日常生活中无处不在的一种消费型电子产品。近年来，消费者越来越追求更加真实、艳丽的视觉体验，使得液晶显示器的色彩表现能力成为显示领域发展的一个新潮流方向。

色域是指彩色成像设备所能显示颜色的总和，表现为CIE 1931xy色度图上三个光谱点构成的三角形，三角形的面积越大，表示设备能够显示颜色的范围越大，如图1所示。所以对于显示器的色彩表现能力可用色域覆盖率来定量描述色域的大小，常用标准为NTSC色域标准，这意味着当彩色显示器的NTSC色域值越大时，其色彩表现能力就越强。

液晶显示器的色域由背光源的三基色纯度和液晶模组中的彩色滤光片的光透过特性共同决定的。为了使液晶显示屏得到理想的亮度和色域，背光源的选择至关重要。传统的显示器采用冷阴极荧光灯CCFL作为背光源，其最大的特点是亮度高，但色域只能达到70％NTSC左右。自1962年第一支发红光的LED二极管出现以来，LED的研究和生产得到迅速的发展，发光效率从初始的0.1lm/w提升到了现在的180lm/w，且还在不断改进，颜色也更具多样性，出现了红、橙、黄、绿、蓝、白等各种颜色，其应用范围也得到了极大的拓展。特别是1993年，日亚化学研制出高亮度的蓝光GaN芯片，从根本上解决了三基色的问题。专利号US005998925给出了LED蓝光芯片搭配YAG黄色荧光粉实现白光，该方法的出现极大地促进了白光LED的发展，在此基础上经过逐步改善可以提高LED的显示色域远超CCFL。LED作为背光源，具有高色域、低能耗、寿命长等优点，正逐渐取代CCFL光源在液晶显示器背光模组中的地位。

LED是一种固态半导体发光器件，其核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的芯片，在它们中间有一个过渡层，称为PN节。在芯片上加上正向电流时，载流子在PN结附近发生复合，电子空穴复合能便以光的形式释放出来，从而将电能转化成光能。不同半导体发光材料中电子和空穴所处的能量状态不同，其发出光的波长不同，所以颜色也不同。由于LED几乎都是发单色光，故需要通过混色将单色光复合成所需要的白光。最常见的是蓝光LED激发黄色荧光粉发出黄光，然后与未被吸收的蓝光混合来产生白光；若要得到色彩表现能力更好的光，可用红色、绿色荧光粉代替黄色荧光粉，蓝光LED激发得到红光和绿光，再与蓝光混合，可以得到色域更高的白光光源。

传统荧光粉的基质材料主要由硫化物、铝酸盐、硅酸盐等构成，这种传统荧光粉具有物化性能不稳定、易潮解等缺点。近年来陆续出现了以稀土掺杂的硅基氮化物和氮氧化物的荧光粉。相对于硫化物体系荧光粉，氮化物体系荧光粉则能有效弥补这个缺陷，并且其有效激发光谱范围很宽，发光效率高，具有更加丰富的发光颜色，且能获得较高的色纯度，凭借这些独特的性能，氮氧化物荧光材料非常适于制造广色域的白光LED。目前氮氧化物荧光材料应用比较广泛的有，比如绿粉β-SiAlON：Eu²⁺、红粉CaAlSiN₃:Eu²⁺，它们具有非常窄的发射带，且具有良好的稳定性，使其能够应用于广色域的LED背光源中。

目前用于液晶显示器的LED背光源器件由封装杯101、LED芯片102和荧光转换层103组成，如图2所示。其中封装杯内侧的反射杯壁起提升出光效率的作用。芯片主要采用发射波长在440–480nm之间的蓝光LED芯片。荧光转换层为搭配有荧光材料的封装树脂，树脂起保护芯片的作用，使LED光源有良好的抗震性能；荧光材料是白光LED发展的关键，对白光LED的色域、色温、发光效率、使用寿命等起着至关重要的作用。例如，采用YAG：Ce³⁺黄色荧光粉搭配蓝光LED芯片的背光源，其色域在60％-70％NTSC左右；用氮化物红色荧光粉和SiAlON：Eu²⁺绿色荧光粉搭配蓝光LED芯片的组合方案，其色域可提高到80％NTSC左右，当使用KSF红色荧光粉时，色域可提高至85％NTSC以上。

尽管高色域荧光粉近来发展迅速，但这仍不能满足行业内对高色域显示器(色域大于100％NTSC)的追求。目前在主流高色域LED背光中，限制其色域达到100％NTSC及以上的主要因素在于荧光粉的发射峰半峰宽太宽(大于50nm)，如何减少荧光粉半峰宽对NTSC色域值的限制从而获得更广色域的背光源器件，成为目前亟需解决的技术问题。

在LED封装中，荧光粉经常与硅胶等有机树脂混合在一起作为荧光粉胶，涂敷在芯片上。在白光LED中，荧光粉的位置和分布对LED的发光质量有很大影响。传统的LED封装是荧光粉与封装胶均匀混合后固化在LED芯片上。本发明除了对现有的荧光粉光谱进行调制以外，还从封装结构的设计上做出了改进，进一步提升LED背光源的发光质量，并改善其散热结构。

发明内容

本发明提供了一种广色域的发光器件，旨在解决现有发光器件在应用于显示领域时显示色域较低、色彩显示效果不佳的问题。

具体而言，一方面，本发明提供一种广色域的发光器件，其特征在于，所述广色域的发光器件包括：发光芯片、封装器件和光谱转换层，所述发光器件置于所述封装器件内，所述光谱转换层设置于在所述封装器件内、所述发光芯片的前方，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述光谱转换层中包括荧光转换材料和光调制材料，所述荧光转换材料用于对所述第一基色光中的至少部分进行荧光转换，所述荧光转换的目标光至少包括第二基色光，所述光调制材料用于将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光，或者将吸收的第一预定波长范围内的光转换成热能。

优选地，所述第一预定波长范围包括：0-430nm、470nm-500nm、560nm-610nm、660nm-750nm以及上述波长范围内的任意一个或多个波段；所述第二预定波长范围包括：430nm-470nm、500nm-560nm、610nm-660nm及上述波长范围内的任意一个或多个波段，优选地，所述第二预定波长范围还包括750nm-1mm及该范围内的任意一个或多个波段。

优选地，所述发光芯片为蓝光发光芯片，所述第一基色光为蓝光，优选地，所述荧光转换的目标光包括波长在610nm-660nm和500nm-560nm范围内的光，所述光调制材料用于将所述第一预定波长范围内的光的至少部分转换到500nm-560nm、610nm-660nm范围内的一个或多个波段。

优选地，所述发光芯片为LED发光芯片，所述封装器件为封装杯。

优选地，所述光谱转换层包括荧光转换层和光调制剂层，所述荧光转换层内具有荧光转换材料，所述光调制层内具有光调制材料，其中，所述荧光转换层设置于所述发光芯片上方，所述光调制层设置于所述荧光转换层上方。

优选地，所述荧光转换材料包括红色荧光粉和绿色荧光粉，所述光调制材料包括：蒽吡啶酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、氧杂蒽及其衍生物、三芳基甲烷及其衍生物、酞菁及其衍生物、四氮杂紫菜碱及其衍生物、香豆素及其衍生物中的一种或多种的混合物。

优选地，所述荧光转换材料包括宽谱带黄色荧光粉，所述光调制材料包括蒽吡啶酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、氧杂蒽及其衍生物、酞菁及其衍生物、四氮杂紫菜碱及其衍生物、香豆素及其衍生物中的一种或多种的混合物。

优选地，所述光调制层的一侧表面为平面或者曲面构造，所述曲面优选为球面、椭球面或抛物面。

另一方面，本发明提供一种制备广色域的发光器件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)按预定比例准备基质、荧光转换材料、光调制材料；

(2)将所述基质、荧光转换材料、光调制材料混合均匀制成荧光粉胶；

(3)准备发光芯片和封装器件，将所述发光芯片设置于所述封装器件底部；

(4)将所述荧光粉胶注入到所述封装器件中所述发光芯片上方；

(5)对所述封装器件内的荧光粉胶进行固化，

其中，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述荧光转换材料用于对所述第一基色光中的至少部分进行荧光转换，所述荧光转换的目标光至少包括第二基色光，所述光调制材料用于将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光，所述第一预定波长范围包括：0-430nm、470nm-500nm、560nm-610nm、660nm-750nm以及上述波长范围内的任意一个或多个波段；所述第二预定波长范围包括：430nm-470nm、500nm-560nm、610nm-660nm及上述波长范围内的任意一个或多个波段，优选地，所述第二预定波长范围还包括750nm-1mm及该范围内的任意一个或多个波段。

另一方面，本发明提供一种制备广色域发光器件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)按预定比例准备荧光转换层基质、荧光转换材料，将该荧光转换层基质、荧光转换材料混合均匀制成荧光粉胶；

(2)按预定比例准备光调制剂层基质、光调制材料，将该光调制剂层基质、光调制材料混合制成光调制剂；

(3)准备发光芯片和封装器件，将所述发光芯片设置于所述封装器件底部；

(4)将所述荧光粉胶注入到所述封装器件中所述发光芯片上方形成荧光粉层；

(5)将所述光调制剂注入到所述封装器件中所述荧光粉层的上方，形成光调制层；

(6)对所述封装器件内的荧光粉层和光调制层进行固化，其中，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述荧光转换材料用于对所述第一基色光中的至少部分进行荧光转换，所述荧光转换的目标光至少包括第二基色光，所述光调制材料用于将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光，所述第一预定波长范围包括：0-430nm、470nm-500nm、560nm-610nm、660nm-750nm以及上述波长范围内的任意一个或多个波段；所述第二预定波长范围包括：430nm-470nm、500nm-560nm、610nm-660nm及上述波长范围内的任意一个或多个波段，优选地，所述第二预定波长范围还包括750nm-1mm及该范围内的任意一个或多个波段。

本发明利用光调制材料(或称光调制剂)将第一预定波段范围内影响色纯度的光吸收，使三基色的色坐标在色度图的位置更靠近光谱轨迹，所围成的三角形面积增大，以此来增加LED发光器件的色域。

本发明中所述的光调制剂包括但不限于半导体材料、金属纳米材料、表面等离基元材料、离子掺杂的金属氧化物、离子掺杂的金属氮氧化物、离子掺杂的金属氟化物、离子掺杂的硅酸盐、有机小分子染料、有机大分子染料。

优选地，所述光调制剂可以是有机染料：蒽吡啶酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、氧杂蒽及其衍生物、三芳基甲烷及其衍生物、酞菁及其衍生物、四氮杂紫菜碱及其衍生物、香豆素及其衍生物中的一种或多种的混合物。

所述光调制剂在荧光转换层中所占质量比例范围在0.0001％-0.1％时，制得的LED器件色域达到最佳值，且不明显影响亮度。

优选地，所述红色荧光材料的发射波长主要在600–650nm之间，可以是K₂SiF₆：Mn^{4 +}、K/Na₂TiF₆：Mn⁴⁺、氮化物、硅酸盐、量子点中的一种或几种的混合物；所述绿色荧光材料的发射波长主要在510-550nm之间，具体的，所述绿色荧光粉可以是β-SiAlON类型的氮氧化物、硅酸盐、铝酸盐、量子点中的一种或几种的混合物。其中，所述量子点包括CdSe、CdSe-ZnS、CsPbBr₃、CsPbBr_xI_3-x等。

优选地，所述封装胶为环氧树脂类、硅胶类；

优选地，所述荧光粉胶的厚度为0.2mm–3mm。

优选地，所述广色域发光器件可应用于各种液晶显示器所需的背光模组中，具体包括侧入式和直下式的背光模组。

本发明在发光器件中添加光调制剂之后，可以适当减少光调制剂的目标光波段所对应的荧光转换材料的用量，这样，在不改变发光芯片发光强度的情况下，可以提高亮度、增广色域，甚至降低色温。

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的发光器件由于引入了在第一预定波段范围有选择性强吸收的光调制剂，因此发射的蓝光、绿光或红光具有较窄的半峰宽，提高了其中一种或多种基色光的色彩纯度，从而具备了更高的色域和更逼真的显示效果。

2、本发明中引入的光调制剂可与各种荧光粉搭配使用，与现有的LED配色方案可完美兼容。

3、本发明提供的广色域发光器件其NTSC可达100％或以上。

4、本发明提供的不同种类的光调制剂，可搭配不同类型的荧光粉和发光芯片制成背光源，适用于不同型号的彩色显示设备，使用范围十分广泛。

需要说明的是，本发明的发光器件主要是应用在显示色域有一定要求的领域，尤其是用于作为显示设备的光源，并且最适合用作显示设备的背光源。本发明的发光器件在采用蓝光发光芯片时，效果尤佳。当然，不排除将本发明的广色域发光器件应用于其它照明形式上。只要其它照明形式的显示设备与本发明增广色域的原理不相违背，其它的应用形式也包含在本发明范围内。

附图说明

图1为NTSC色域示意图；

图2为一种现有技术中常见的LED发光器件的结构示意图；

图3为采用本发明方法制备的广色域LED发光器件的照片；

图4为本发明的广色域LED发光器件的结构示意图；

图5为采用K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉、SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉搭配蓝光LED芯片所制备的LED发光器件的光谱图；

图6为实施例1中的LED发光器件的光谱与采用实施例1相同荧光材料仅不包含光调制剂的发光器件的光谱的对比图；

图7为实施例2中的LED发光器件的光谱与采用实施例2相同荧光材料仅不包含光调制剂的发光器件的光谱的对比图；

图8为采用氮化物红色荧光粉、稀土掺杂的硅酸盐绿色荧光粉搭配蓝光LED芯片制备得到的LED发光器件的光谱图；

图9为实施例3中的LED发光器件的光谱与采用实施例3相同的荧光材料仅不包含光调制剂的发光器件的光谱的对比图；

图10为实施例4中的LED发光器件的光谱与采用实施例4相同的荧光材料仅不包含光调制剂的发光器件的光谱的对比图；

图11为采用YAG黄色荧光粉搭配蓝光LED芯片所制备的LED发光器件的光谱图；

图12为实施例5中的LED发光器件与采用实施例5相同的荧光材料仅不包含光调制剂的发光器件的光谱的对比图；

图13为实施例6中的广色域LED发光器件的结构示意图；

图14为实施例7中的广色域LED发光器件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本发明进行详细说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

在对广色域LED发光器件的实施例进行具体描述之前，首先介绍一下本发明的广色域LED发光器件的制作过程。

首先准备荧光粉胶的原料，荧光粉胶由下述重量份数的原料均匀混合而成：

其中，红色荧光粉可以采用K₂SiF₆：Mn⁴⁺、K/Na₂TiF₆：Mn⁴⁺、氮化物、硅酸盐中的一种或几种；

其中，绿色荧光粉可以采用β-SiAlON类型的氮氧化物、硅酸盐、铝酸盐中的一种或几种；

其中，光调制剂可以采用蒽吡啶酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、氧杂蒽及其衍生物、三芳基甲烷及其衍生物、酞菁及其衍生物、四氮杂紫菜碱及其衍生物、香豆素及其衍生物中的一种或多种的混合物；

其中，A组分为硅胶或者环氧类树脂；B组分为酸酐类固化剂。当然，由于A组分和B组分仅仅是作为基质使用的，本领域技术人员在实际制备过程中可以根据需要适当调整其成分。

选取A、B组分中的一种，优先选取A、B组分中粘度较低者，与红色荧光粉、绿色荧光粉、光调制剂按上述比例混合均匀，使荧光粉和光调制剂均匀、离散地分布其中。然后加入另一组分，并再次混合均匀。这样做是为了：1.使荧光材料和光调制剂更容易均匀分布；2.防止A组分和B组分提前反应而交联，荧光材料和光调制剂无法均匀分布在其中；3.产生更少的气泡，使除气泡过程更容易。

然后将得到的胶置于真空条件下脱除气泡，使胶料中残留的空气脱除干净，以免影响其气密性和光学性能。之后准备好带蓝光芯片的LED封装杯，将上述脱泡后的荧光粉胶通过针筒或者点胶机灌装，灌装完毕后加热固化，固化方法为：1、在90℃–110℃下预固化1小时；2、在120–150℃下继续固化3小时。按以上步骤得到的广色域LED发光器件如图3所示。

实施例1

如图4所示，本实施例的LED发光器件包含封装杯101，封装杯底部设有蓝光LED芯片模组102，LED芯片使用发射峰值为445–458nm的蓝光LED芯片，封装杯内设有荧光转换层203，荧光转换层203中掺杂光调制剂镍配位的紫菜碱衍生物(i)，荧光转换层采用K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉、SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉和硅胶以特定比例混合而成，通过加热固化在封装杯内。

本实施例中，SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉的荧光峰值波长为525-535nm，半峰宽为50–60nm；K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉的荧光峰值波长为630nm，半峰宽为20nm。光调制剂(i)在第一预定波长580nm–600nm范围内具有较强吸收，并转换为第二预定波长620nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发。本实施例制备的LED发光器件其色坐标点为(0.27，0.26)，荧光转换层中所需光调制剂(i)、SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉与K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉占封装胶的质量比例分别为0.01％、15％、15％，荧光转换层的载体或者基质为硅胶。本实施例的荧光转换层中所添加的光调制剂可以有效吸收580–600nm波段内SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉所发出的黄绿色光。当不采用本发明的技术方案，只加入SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉、K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉时，LED器件的激发发射光谱图为图5-7中501线所示，所制得的LED发光器件的色域为95％NTSC。而采用本发明当前实施例的技术方案，按照上述比例加入光调制剂时，本实施例的LED发光器件色域最高可达110％NTSC，所制得的LED发光器件加入光调制剂前后的激发发射光谱图如图6中602所示，其中，为了比对方便，同时示出了不加入调制剂时的光谱501。

实际上，当以蓝光Led为发光芯片、目标光的波长位于470nm-500nm、560nm-610nm范围内时，本发明的效果尤佳，这是因为，当采用这种组合时，光调制剂能够将基色光之间的光转化到非蓝色的基色光内(若转化到蓝光范围内，则色温会升高)，可以实现增强亮度、增广色域、降低色温三方面的效果。

实施例2

本实施例与实施例1大体相同，主要区别在于使用的光调制剂为铜配位的紫菜碱衍生物(ii)和钌配位的紫菜碱衍生物(iii)。其中光调制剂(ii)可以有效吸收第一预定波长570nm–590nm范围内的橙黄色光，并转化为第二预定波长610nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发；光调制剂(iii)可以有效吸收第一预定波长590–610nm波段范围内的橙色光，并转化为第二预定波长610nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发，两者的搭配使用可以显著提高红、绿两基色光的纯度。本实施例制备的LED器件其色坐标点为(0.28，0.28)，荧光转换层中所需光调制剂(ii)、光调制剂(iii)、SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉与K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉占封装胶的质量比例为0.01％、0.012％、20％、20％、荧光转换层的基质或载体为硅胶。如图7所示，当不采用本发明的技术方案，只加入荧光粉，不加入光调制剂时，LED发光器件的激发发射光谱图为501所示，所制得的LED发光器件的NTSC为95％。当采用本发明当前实施例的技术方案，按照上述比例加入光调制剂时，所制得的LED发光器件的激发发射光谱图为702所示。本实施例的LED发光器件色域最高也可达110％NTSC。

实施例3

本实施例的LED封装结构与实施例1类似，不同的是本实施例使用的荧光粉为Sr₃SiO₅:Ce³⁺绿色荧光粉和CaAlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉。绿色荧光粉采用硅酸盐荧光粉，其对蓝光具有显著吸收，光转换效率高，红色荧光粉采用氮化物荧光粉，具有丰富的发光颜色，且物化性能十分稳定。虽然硅酸盐绿色荧光粉与氮化物红色荧光粉的色域覆盖率不如SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉与K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉，但由于其物理化学性能也能满足LED发光器件的基本要求，且其价格更为适中，使得其使用范围远比后者广泛。蓝光LED芯片搭配该氮化物红色荧光粉和硅酸盐绿色荧光粉，其色域可达85％NTSC，其白光谱如图8中的801线所示。将该红、绿荧光粉搭配光调制剂钌配位的紫菜碱衍生物(iii)以一定质量比例混合到封装胶中，均匀分散后覆到LED的封装杯中，最后加热进行固化，可以得到100％NTSC色域的LED发光器件。本实施例中使用的红色荧光粉、绿色荧光粉、光调制剂(iii)占封装胶质量比例为3％、10％、0.02％，荧光转换层的基质为硅胶树脂。其中，光调制剂(iii)在第一预定波长590-610nm波段范围内具有较强吸收，并转化为第二预定波长630nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发。光调制剂(iii)有效吸收了红光和绿光之间的橙色光，可将红、绿荧光粉的发射峰调制变窄，红、绿光的色纯度提高，得以将LED发光器件的色域值提升至100％NTSC以上，将此高色域白光LED发光器件用于显示器背光中，可使显示器的色彩还原能力大幅提升。该实施例中经光调制前后的白光光谱对比图如图9所示。图9中示出了不加入调制剂时的光谱线801，以及加入光调制剂(iii)后的光谱线902。光谱线902在590-610nm波段的光强度明显低于光谱线801，即该波段的橙色光被吸收转换，使得红光和绿光的半峰宽变窄，实现LED发光器件色域增广的目标。

实施例4

本实施例所用的荧光粉与实施例3相同，使用的荧光粉为CaAlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉和Sr₃SiO₅:Ce³⁺绿色荧光粉，不同的是使用的光调制剂为镍配位的紫菜碱衍生物(i)、三芳基甲烷衍生物(iv)，将红色荧光粉、绿色荧光粉、光调制剂(i)、光调制剂(iv)以占封装胶质量比例的3％、10％、0.01％、0.01％、混合到封装硅胶中，使之均匀分散后固化。光调制剂(iv)在第一预定波长480nm–500nm波段范围内具有较强吸收，有效吸收了蓝光和绿光之间的青色光，并转化为第二预定波长500nm-530nm、610nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发；光调制剂(i)在第一预定波长590nm–610nm波段范围内具有较强吸收，有效吸收了红光和绿光之间的橙色光，并转化为第二预定波长610nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发。两种光调制剂的搭配使用，可同时将红、绿、蓝三种基色光的光谱波形调制变窄，提高了三基色光的色彩纯度。按照上述比例加入光调制剂(i)、光调制剂(iv)时，所制得的LED器件的激发发射光谱图如图10中1002所示，图10中的谱线801与图9相同为在发光器件采用上述荧光材料情况下不加入调制剂时的光谱线。本实施例的LED色域最高可达105％NTSC。

实施例5

本实施例的LED封装结构与实施例1类似，不同的是本实施例使用的荧光粉为YAG：Ce³⁺的黄色荧光粉，YAG：Ce³⁺的石榴石结构决定了其具有优良的光学特性，其半波宽可以达到110-120nm，仅用这一种荧光粉即可实现白光，是白光LED中使用最广泛的一种荧光材料。但也由于该荧光粉本身的光谱分布单一，故存在显示色域不高的问题，YAG：Ce³⁺的黄色荧光粉的色域为65％-75％。YAG：Ce³⁺荧光粉与合适的光调制材料搭配使用，即可显著提升色域。

本实施例中将光调制剂镍配位的紫菜碱衍生物(i)、钌配位的紫菜碱衍生物(iii)和YAG：Ce³⁺黄色荧光粉以一定质量比例混合到封装胶中，均匀分散后覆到LED的封装杯中，最后加热进行固化。其中，光调制剂(i)在第一预定波长580nm–600nm范围内具有较强吸收，并转换为第二预定波长620nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发；光调制剂(iii)可以有效吸收第一预定波长590–610nm波段范围内的橙色光，并转化为第二预定波长610nm-660nm范围内的光和以热能的形式散发，光调制剂(i)和光调制剂(iii)两者的搭配使用可将YAG：Ce³⁺荧光粉发出的一整个黄光波谱调制成红、绿两个峰的波谱，其实质也是提高红色和绿色基色光的纯度。本实施例中使用的YAG：Ce³⁺黄色荧光粉、光调制剂(i)、光调制剂(iii)占封装胶的质量比例为10％、0.005％、0.005％，荧光转换层的基质为硅胶树脂。当不采用本发明的技术方案，荧光转换层中只加入YAG：Ce³⁺黄色荧光粉时，LED器件的激发发射光谱图为图11中1101线所示，所制得的LED器件的NTSC为68％。而采用本发明当前实施例的技术方案，按照上述最佳比例加入光调制剂(i)和光调制剂(iii)时，所制得的LED器件的激发发射光谱图如图12中1202线所示，为了方便对比，图12中同样绘出了不加入光调制剂时的光谱图线1101。本实施例的LED发光器件色域最高可达85％NTSC。

本实施例中，由于采用了光调制剂，利用单一的黄色荧光粉就实现了85％NTSC的色域，达到了普通的添加红、绿两种荧光粉的发光器件所达到的色域。对于一般产品而言，采用本实施例中的技术方案，在同等条件下，可以显著降低成本，简化工艺的复杂度。

实施例6

在本实施例中，本申请的发明人在实施例1的基础上对其结构进行了改进。本实施例中所用的光调制剂与实施例1类似，在此不再进行赘述。

具体而言，发明人注意到LED发光器件中，如果通过在荧光材料中掺杂的方式加入光调制剂，则光调制剂与芯片的距离很近，芯片工作过程中释放的热量容易被光调制剂吸收，长期的热辐射会影响光调制剂的使用寿命。为对这一问题进行改善，本发明人将光调制剂与红色、绿色荧光粉分离，将荧光转换材料制成荧光转换层，将光调制剂制成光调制剂层设置在包含红色、绿色荧光粉的荧光转换层的上一层，以降低光调制剂的工作环境温度，提升其稳定性，进一步改善LED光源的光效和色域。图13示出了本发明实施例6的LED发光器件结构示意图，图中1301为光调制层，1302为荧光转换层。

该实施例中通过将荧光转换层(荧光粉胶层)与光吸收层(光调制层)分离开来，可以减少荧光粉与光调制剂之间的相互影响，提升光转换效率与光吸收效率，以提升LED发光器件整体的发光效率和色域。

本实施例中荧光粉胶层内光调制剂镍配位的紫菜碱衍生物(i)、K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉、SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉占封装胶的质量比例为0.01％、15％、15％，得到的LED发光器件色域也可达110％。

实施例7

在本实施例中，本申请的发明人在实施例6的基础上进行了进一步改进。

硅胶等有机类的树脂在LED发光器件中一方面可以起到隔水隔氧的效果，避免荧光粉与外界接触，另一方面还起到光学透镜的作用，透镜的形貌对于封装的光强分布和空间颜色均匀性具有重要影响。本实施例类似于实施例6，将光调制剂与红色、绿色荧光粉分离，不同的是本实施例将最上面一层的光调制层制成了椭球曲面形，其结构示意图如图14所示，与图13类似地，1301为光调制层，1302为荧光转换层，不同的是光调制层为椭球曲面型。当光线通过曲面时，会发生折射而起到聚光的效果，该椭球曲面结构由于具有水平和垂直两个方向的弧度，可以实现均匀、高效的光分布。

本实施例中荧光粉胶层内光调制剂镍配位的紫菜碱衍生物(i)、K₂SiF₆:Mn⁴⁺红色荧光粉、SiAlON:Eu²⁺绿色荧光粉占封装胶的质量比例为0.01％、15％、15％，得到的LED发光器件的色域也可达110％。

需要说明的是，虽然上面实施例中，以LED发光芯片为例对本发明进行了说明，但是本领域技术人员应该理解，本发明的发光器件不限于使用LED作为发光光源，还可以使用其他单色发光光源。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种广色域的发光器件，其特征在于，所述广色域的发光器件包括：发光芯片、封装器件和光谱转换层，所述发光器件置于所述封装器件内，所述光谱转换层设置于在所述封装器件内、所述发光芯片的前方，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述光谱转换层中包括荧光转换材料和光调制材料，所述荧光转换材料用于对所述第一基色光中的至少部分进行荧光转换，所述荧光转换的目标光至少包括第二基色光，所述光调制材料用于将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光，或者将吸收的第一预定波长范围内的光转换成热能。

2.根据权利要求1所述的广色域的发光器件，其特征在于，所述第一预定波长范围包括：0-430nm、470nm-500nm、560nm-610nm、660nm-750nm以及上述波长范围内的任意一个或多个波段；所述第二预定波长范围包括：430nm-470nm、500nm-560nm、610nm-660nm及上述波长范围内的任意一个或多个波段，优选地，所述第二预定波长范围还包括750nm-1mm及该范围内的任意一个或多个波段。

3.根据权利要求2所述的广色域的发光器件，其特征在于，所述发光芯片为蓝光发光芯片，所述第一基色光为蓝光，优选地，所述荧光转换的目标光包括波长在610nm-660nm和500nm-560nm范围内的光，所述光调制材料用于将所述第一预定波长范围内的光的至少部分转换到500nm-560nm、610nm-660nm范围内的一个或多个波段。

4.根据权利要求2或3所述的广色域的发光器件，其特征在于，所述发光芯片为LED发光芯片，所述封装器件为封装杯。

5.根据权利要求4所述的广色域的发光器件，其特征在于，所述光谱转换层包括荧光转换层和光调制剂层，所述荧光转换层内具有荧光转换材料，所述光调制层内具有光调制材料，其中，所述荧光转换层设置于所述发光芯片上方，所述光调制层设置于所述荧光转换层上方。

6.根据权利要求1或5所述的广色域的发光器件，其特征在于，所述荧光转换材料包括红色荧光粉和绿色荧光粉，所述光调制材料包括：蒽吡啶酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、氧杂蒽及其衍生物、三芳基甲烷及其衍生物、酞菁及其衍生物、四氮杂紫菜碱及其衍生物、香豆素及其衍生物中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求5或6所述的广色域的发光器件，其特征在于，

所述荧光转换材料包括宽谱带黄色荧光粉，所述光调制材料包括蒽吡啶酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、氧杂蒽及其衍生物、酞菁及其衍生物、四氮杂紫菜碱及其衍生物、香豆素及其衍生物中的一种或多种的混合物。

8.根据权利要求7所述的广色域的发光器件，其特征在于，所述光调制层的一侧表面为平面或者曲面构造，所述曲面优选为球面、椭球面或抛物面。

9.一种制备广色域的发光器件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)按预定比例准备基质、荧光转换材料、光调制材料；

(2)将所述基质、荧光转换材料、光调制材料混合均匀制成荧光粉胶；

(3)准备发光芯片和封装器件，将所述发光芯片设置于所述封装器件底部；

(4)将所述荧光粉胶注入到所述封装器件中所述发光芯片上方；

(5)对所述封装器件内的荧光粉胶进行固化，

其中，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述荧光转换材料用于对所述第一基色光中的至少部分进行荧光转换，所述荧光转换的目标光至少包括第二基色光，所述光调制材料用于将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光，所述第一预定波长范围包括：0-430nm、470nm-500nm、560nm-610nm、660nm-750nm以及上述波长范围内的任意一个或多个波段；所述第二预定波长范围包括：430nm-470nm、500nm-560nm、610nm-660nm及上述波长范围内的任意一个或多个波段，优选地，所述第二预定波长范围还包括750nm-1mm及该范围内的任意一个或多个波段。

10.一种制备广色域发光器件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)按预定比例准备荧光转换层基质、荧光转换材料，将该荧光转换层基质、荧光转换材料混合均匀制成荧光粉胶；

(2)按预定比例准备光调制层基质、光调制材料，将该荧光转换层基质、光调制材料混合制成光调制剂；

(3)准备发光芯片和封装器件，将所述发光芯片设置于所述封装器件底部；

(4)将所述荧光粉胶注入到所述封装器件中所述发光芯片上方形成荧光粉层；

(5)将所述光调制剂注入到所述封装器件中所述荧光粉层的上方，形成光调制层；

(6)对所述封装器件内的荧光粉层和光调制层进行固化，其中，所述发光芯片用于发出第一基色光，所述荧光转换材料用于对所述第一基色光中的至少部分进行荧光转换，所述荧光转换的目标光至少包括第二基色光，所述光调制材料用于将第一预定波长范围内的光中的至少部分转化为第二预定波长范围内的光，所述第一预定波长范围包括：0-430nm、470nm-500nm、560nm-610nm、660nm-750nm以及上述波长范围内的任意一个或多个波段；所述第二预定波长范围包括：430nm-470nm、500nm-560nm、610nm-660nm及上述波长范围内的任意一个或多个波段，优选地，所述第二预定波长范围还包括750nm-1mm及该范围内的任意一个或多个波段。