CN112189045A - 高显色白光发射装置和高显色光致发光组合物 - Google Patents
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Abstract
提供了一种光发射装置，包含：激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内且半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内且半峰全宽发射强度大于约5nm且小于约25nm的光。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及包含光致发光波长转换材料的光发射装置。更具体地，尽管不是排他地，实施例涉及用于生成白光的、具有高显色性质(包括大于或等于90的一般CRIRa)的光发射装置和光致发光组合物。
背景技术
白光发射LED(“白光LED”)包括一或多种光致发光材料(通常为无机磷光体材料)，所述一或多种光致发光材料吸收LED发射的蓝光中的一部分并重新发射不同颜色(波长)的光。LED生成的蓝光中的未被磷光体材料吸收的部分与磷光体发射的光结合，提供了用眼睛看起来呈白色的光。白色LED由于较长的工作寿命(>50000小时)和高发光效率(每瓦100流明或更高)，正在迅速取代常规的荧光灯、紧凑型荧光灯和白炽灯。LED灯(灯泡)通常由少量高强度白色LED构成。
已知，LED包括红色光致发光材料或黄色至绿色光致发光材料或它们的组合。然而，取决于它们的成分和内在性质，它们的性能可能特别在发光效率(LE)和/或转换效率(CE)方面受到影响。
本发明致力于改善包含光致发光组合物的光发射装置所生成的光的质量。因此，需要改善白光发射装置及用于其的光致发光组合物的特性，诸如CRI Ra、CRI R9、CRI R8和发光效率。
发明内容
本发明的实施例涉及高显色性光发射装置和光致发光组合物，所述光致发光组合物包含红色光致发光材料、黄色至绿色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的组合。在本专利说明书中：“窄带红色光致发光材料”是指响应于激发光的刺激而生成峰值发射波长(λpe)在625nm至635nm范围内的光(即可见光谱的红色区域中的光)，并且具有在约5nm和约25nm之间的半峰全宽(FWHM)发射强度的材料；“红色光致发光材料”是指响应于激发光的刺激而生成峰值发射波长(λpe)在600nm至620nm范围内的光(即可见光谱的红色区域中的光)，并且具有大于约70nm且小于80nm的半峰全宽(FWHM)发射强度的材料；以及“黄色至绿色光致发光材料”是指响应于激发光的刺激而生成峰值发射波长(λpe)在530nm至550nm范围内的光(即可见光谱的黄色至绿色区域中的光)的材料。窄带红色光致发光材料可以包含窄带红色磷光体和/或红色量子点(QD)材料，例如含镉(含Cd)的量子点。
根据本发明的一方面，提供了一种光发射装置，包含：激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内、半峰全宽发射强度大于约5nm且小于约25nm的光。
以这样的方式，根据本发明形成的装置可以被配置为产生满足CRI Ra、CRI R8和CRI R9的当前标准的白光，并且转换效率(CE)和发光效率(LE)优于已知装置。更具体地，根据本发明的包含红色光致发光材料、黄色至绿色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的装置可以产生满足约90的CRI Ra、约72的CRI R8和约50的CRI R9的当前标准的白光，并且转换效率/发光效率(例如，330lm/W至350+lm/W，取决于色温)优于已知装置。
在一些实施例中，红色光致发光材料、黄色至绿色光致发光材料和窄带红色光致发光材料包含例如单层中的混合物。在其它实施例中，光致发光材料可以设置在分离的位置，例如在单个组件的分离的相应区域(例如，层)中或在分离的组件中。对于光发射装置，光致发光材料可以以封装层的形式设置在一或多个固态光发射体(例如，LED)上。替代性地，光发射装置可以包含远程磷光体配置，在所述远程磷光体配置中，光致发光材料设置在分离的组件中，所述组件远离(以间隔分离的方式)激发源并且可以由空气间隙或其它介质分离。
在实施例中，光发射装置可以能够操作以生成这样的白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRI Ra、大于或等于50的CRI R9、大于或等于72的CRI R8以及选自由以下组成的群组中的发光效率：大于或等于约330lm/Wopt、大于或等于约340lm/Wopt以及大于或等于约350lm/Wopt。
光发射装置的特征在于生成具有从约580nm至约587nm(任选地在约585nm处)的第一宽发射峰和在约632nm处的第二窄发射峰的白光光谱，其中第一峰的峰值发射强度与第二峰的峰值发射强度之比在20％至30％的范围内，任选地为25％。
红色光致发光材料可以生成峰值发射波长选自由以下组成的群组的光：在610nm至620nm的范围内和为约615nm。
可能的是，红色光致发光材料具有选自由以下组成的群组中的半峰全宽发射强度：大于或等于73nm且小于或等于78nm和约75nm。
红色光致发光材料可以选自由以下组成的群组：具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体、具有一般组成Ba2-xSrxSi5N8:Eu的氮化物基磷光体以及具有一般组成(Sr,Ba,Y)3(Si,Al)O5:Eu的硅酸盐基磷光体。
红色光致发光材料可以包含具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体，其具有约615nm的峰值发射波长和大于或等于73nm且小于或等于78nm，任选地约75nm，的半峰全宽发射强度。
窄带红色光致发光材料可以生成峰值发射波长在这样的范围内的光，所述范围选自由以下组成的群组：630nm至635nm和630nm至632nm。
在实施例中，窄带红色光致发光材料可以是锰激活的氟化物磷光体，所述锰激活的氟化物磷光体选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、K2SnF6:Mn4 +、Na2TiF6:Mn4+、Na2ZrF6:Mn4+、Cs2SiF6:Mn4+、Cs2TiF6:Mn4+、Rb2SiF6:Mn4+以及Rb2TiF6:Mn4+。
黄色至绿色光致发光材料可以生成峰值发射波长选自由以下组成的群组的光：在530nm至540nm的范围内、约535nm、在540nm至545nm的范围内以及约543nm。
可能的是，红色光致发光材料在红色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的总量中的浓度在从1重量％至10重量％的范围内，任选地具有3重量％的浓度。
黄色至绿色光致发光材料可以选自以下组成的群组：一般组成为(Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体、一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体以及一般组成为Lu3Al5O12:Ce的铝酸盐磷光体。
在实施例中，可能的是，红色光致发光材料包含一般组成为CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光，并且生成峰值发射波长约615nm的光且具有大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度；黄色至绿色光致发光材料包含一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体，并且生成峰值发射波长约543nm的光；并且窄带红色光致发光材料包含成分为K2SiF6:Mn4+的锰激活的六氟硅酸钾磷光体，并且生成峰值发射波长在630nm至632nm范围内的光。
根据另一方面，本发明设想了一种光发射装置，包含：激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；锰掺杂的氟化物光致发光材料，所述锰掺杂的氟化物光致发光材料生成峰值发射波长约632nm的光，其中所述光发射装置能够操作以生成白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRI Ra、范围为50至70的CRI R9以及范围为选自340lm/Wopt至约355lm/Wopt的发光效率。
可能的是，锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。光发射装置可以进一步包含红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm。
根据另一方面，本发明涵括一种光发射装置，包含：激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；锰掺杂的氟化物光致发光材料，所述锰掺杂的氟化物光致发光材料生成峰值发射波长约632nm的光；红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm，其中所述光发射装置的特征在于生成白光光谱，所述白光光谱具有从约580nm至约587nm(任选地在约585nm处)的第一宽发射峰和在632nm处的第二窄发射峰，其中第一峰的峰值发射强度与第二峰的峰值发射强度之比在20％至30％的范围内，任选地为25％。
光发射装置可以包含红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在约615nm、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm；并且锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
根据本发明的一方面，设想了一种高显色光致发光组合物，包含：红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm；黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内、半峰全宽发射强度约25nm的光。
在实施例中，红色光致发光材料可以包含一般组成为CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体，其生成峰值发射波长约615nm的光且具有大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度，并且窄带红色光致发光材料包含氟化物光致发光材料，所述氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
根据本发明，还提供了一种光致发光组合物，所述光致发光组合物包含红色光致发光材料、黄色至绿色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的组合，所述光致发光组合物使得能够实现高显色性光发射装置，所述高显色性光发射装置产生满足当前照明标准(即：CRI Ra≥90(能源之星(Energy Star))、CRI R8最小值为72(加州能源委员会(California Energy Commission)第20号规定)、CRI R9最小值为50(CEC第24号规定))的白光。而且，与当前的光发射装置相比，根据本发明的光发射装置还表现出更高的转换效率和发光效率。
根据本发明的实施例，构想了一种高显色光致发光组合物，包含：红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内、半峰全宽发射强度约25nm的光。
在一些实施例中，红色光致发光材料生成峰值发射波长在610nm至615nm范围内，更优选地为约615nm的光。红色光致发光材料可以包含基于钙铝氮化硅(CASN)的磷光体，其具有一般组成CaAlSiN3:Eu和大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度。
在一些实施例中，窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在630nm至635nm范围内的光。窄带红色光致发光材料可以包含磷光体材料或量子点(QD)材料或它们的组合。在一些实施例中，窄带红色光致发光材料是锰激活的氟化物磷光体，并且可以包含例如成分为K2SiF6:Mn4+的锰激活的六氟硅酸钾磷光体。这种磷光体具有在630nm至632nm范围内的峰值发射波长。替代性地，锰激活的氟化物磷光体可以具有选自以下组成的群组中的成分：K2GeF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、K2SnF6:Mn4+、Na2TiF6:Mn4+、Na2ZrF6:Mn4+、Cs2SiF6:Mn4+、Cs2TiF6:Mn4 +、Rb2SiF6:Mn4+以及Rb2TiF6:Mn4+。
在其中旨在生成色温在4000K至5000K范围内的光(即冷白光)的实施例中，黄色至绿色光致发光材料可以生成峰值发射波长在530nm至540nm范围内的光，并且在一些实施例中生成峰值发射波长约535nm的光。黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为(Y,Ba)3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体。替代性地，黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为Lu3Al5O12:Ce铝酸盐磷光体。
在其中旨在生成色温在2700K至3000K范围内的光(即暖白光)的实施例中，黄色至绿色光致发光材料可以生成峰值发射波长在540nm至545nm范围内的光，并且在一些实施例中生成峰值发射波长约543nm的光。黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体。替代性地，黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为Lu3Al5O12:Ce铝酸盐磷光体。
根据任何实施例，光发射装置包含激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；和前述段落的光致发光组合物。根据本发明实施例的光发射装置可以被配置成生成色温在约2700K至约5000K范围内的白光。在实施例中，光发射装置的特征还在于生成具有大于或等于90的CRI Ra、大于或等于50的CRI R9和大于或等于72的CRI R8中的至少一个的白光。光发射装置的特征还可在于大于或等于约330lm/Wopt的发光效率，任选地大于或等于约340lm/Wopt的发光效率，以及任选地大于或等于约350lm/Wopt的发光效率。
根据本发明的一方面，设想了一种光发射装置，包含：激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内、半峰全宽发射强度约25nm的光；其中所述光发射装置能够操作以生成白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRI Ra、大于或等于50的CRI R9、大于或等于72的CRI R8以及大于或等于约340lm/Wopt的发光效率。
在一些实施例中，红色光致发光材料可以包含一般组成为CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光，其生成峰值发射波长约615nm并且半峰全宽发射强度大于或等于73nm且小于或等于78nm的光；黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体，其生成峰值发射波长约543nm的光；以及窄带红色光致发光材料可以包含成分为K2SiF6:Mn4+的锰激活的六氟硅酸钾磷光体，其生成峰值发射波长在630nm至632nm范围内的光。这种光发射装置特别适用于生成色温在约2700K至约3000K之间的白光(即暖白光)。
在其它实施例中，红色光致发光材料可以包含一般组成为CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光，其生成峰值发射波长约615nm并且半峰全宽发射强度大于或等于73nm且小于或等于78nm的光；黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为(Y,Ba)3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体，其生成峰值发射波长约535nm的光；并且窄带红色光致发光材料包含成分为K2SiF6:Mn4+的锰激活的六氟硅酸钾磷光体，并且生成峰值发射波长在630nm至632nm范围内的光。这种光发射装置特别适用于生成色温在约4000K至约5000K之间的白光(即冷白光)。
附图说明
通过结合附图阅读本发明的具体实施例的以下描述，本发明的这些和其它方面和特征对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的实施例的基于LED的白光发射装置的示意性图；
图2示出了CASN615磷光体(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+(峰值发射波长λpe＝615nm且半峰全宽(FWHM)发射强度在74nm至75nm范围内)的发射光谱；
图3示出了KSF(K2SiF6:Mn4+)窄带红色磷光体的发射光谱；
图4示出了光发射装置Com.1和Dev.2至4的测量的发射光谱；以及
图5示出了光发射装置Com.2和Dev.5的测量的发射光谱。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的实施例，提供附图作为本发明的说明性示例，以使本领域技术人员能够实践本发明。值得注意的是，下面的附图和示例并不意在将本发明的范围限制为单个实施例，而是，通过互换所描述或示出的元件中的一些或所有，其它实施例也是可能的。而且，在本发明的某些元件可以使用已知组件部分或全部实施的情况下，将仅描述这些已知组件中对于理解本发明所必需的那些部分，并且将省略这些已知组件的其它部分的详细描述，以免模糊本发明。除非本文另有明确声明，否则在本说明书中，示出单个组件的实施例不应被认为是限制性的；相反，本发明旨在涵括包括多个相同组件的其它实施例，反之亦然。而且，除非明确地如此陈述，否则申请人无意于赋予说明书或权利要求中的任何术语不寻常或特殊的含义。进一步地，本发明涵括作为示例在本文中提及的已知组件的当前和未来的已知等同物。
本发明的实施例涉及高显色性光发射装置和光致发光组合物，所述光致发光组合物包含红色光致发光材料、黄色至绿色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的组合(通常为混合物)。如上所述，在本专利说明书中：“窄带红色光致发光材料”是指生成峰值发射波长(λpe)在625nm至635nm范围内(即在可见光谱的橙色至红色区域中)并且FWHM在约5nm至约25nm之间的光的材料；“红色光致发光材料”是指响应于激发光的刺激而生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内的光(即可见光谱的红色区域中的光)，并且具有大于约70nm且小于80nm的半峰全宽(FWHM)发射强度的材料；以及“黄色至绿色光致发光材料”是指响应于激发光的刺激而生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光(即可见光谱的黄色至绿色区域中的光)的材料。
图1是根据本发明的实施例的白光发射装置10的示意图。装置10被配置成生成相关色温(CCT)在2700K至5000K范围内和一般CRI(Ra)为90或更高的暖白光。
装置10可以包含被容纳在封装14内的一或多个基于发蓝色光氮化镓(GaN)的LED芯片12。一或多个LED芯片能够操作以生成主波长在440nm至470nm范围内、通常450nm至470nm的蓝光。封装(其可以例如包含可表面安装装置(SMD)，诸如SMD 2835LED封装)分别包含上部主体部分16和下部主体部分18。上部主体部分16限定凹部20，所述凹部被配置成接收一或多个LED芯片12。封装还包含基座上的电连接器22和24，这些电连接器电连接到凹部20的底部上的相对应的电极接触垫26和28。使用粘合剂或焊料，可以将LED芯片12安装到位于凹部20的底部上的导热垫30上。导热垫30热连接到封装的基座上的导热垫32。使用接合线34和36将LED芯片的电极垫电连接到封装的底部上的相对应的电极接触垫26和28，并且凹部20填满透光的光学密封剂38、通常光学透明的硅酮，所述光学密封剂装载有光致发光材料的混合物，使得LED芯片12的暴露表面由光致发光/硅酮材料混合物覆盖。根据本发明的实施例，光致发光材料包含i)红色光致发光材料、ii)黄色至绿色光致发光材料以及iii)窄带红色光致发光材料。为了增强装置的发射亮度，凹部20的壁是倾斜的，并且具有光反射表面。
红色光致发光材料
红色光致发光材料可以包含任何红色光致发光材料(通常为颗粒形式的磷光体)，其可由蓝光激发并能够操作以发射峰值发射波长(λpe)在约600nm至约620nm范围内的光，并且具有大于约70nm且小于80nm的半峰全宽(FWHM)发射强度，且可以包括例如铕激活的氮化硅基磷光体、α-SiAlON或硅酸盐磷光体。表1中给出了这种红色磷光体的示例。
在一些实施例中，铕激活的氮化硅基红色磷光体红色磷光体包含通式为CaAlSiN3:Eu2+的钙铝氮化硅磷光体(CASN)。钙铝氮化硅磷光体可以掺杂有其它元素，诸如锶(Sr)，通式为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+。CASN磷光体具有在约600nm至约620nm范围内的峰值发射波长(λpe)，并且具有在大于70nm且小于80nm、更典型地大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度。在本专利说明书中，标记CASN#代表磷光体类型(CASN)，后面是以纳米(#)为单位的峰值发射波长(λpe)。例如，CASN615表示峰值发射波长为615nm的红色CASN磷光体。图2示出了发射光谱CASN615磷光体。CASN615具有615nm的峰值发射波长且约74.1nm(即小于80nm)的FWHM。峰值发射波长在610nm至620nm范围内的CASN磷光体具有在大于或等于73nm且小于或等于78nm范围内的FWHM。
在一个实施例中，红色磷光体可以包含如美国专利US 8,597,545(题为“发射红光的基于氮化物的钙稳定磷光体(Red-Emitting Nitride-Based Calcium-StabilizedPhosphors)”)中所教导的发射红光的磷光体，所述专利整体并入。这种发射红光的磷光体包含由化学式MaSrbSicAldNeEuf表示的氮化物基组合物，其中：M为Ca，并且0.1≤a≤0.4，1.5<b<2.5，4.0≤c≤5.0，0.1≤d≤0.15，7.5<e<8.5并且0<f<0.1，其中a+b+f>2+d/v，v为M的价。
替代性地，红色磷光体包含如美国专利US 8,663,502(题为“发射红光的基于氮化物的磷光体”)中所教导的发射红光的基于氮化物的磷光体，所述专利整体并入。这种发射红光的磷光体包含由化学式M(x/v)M'2Si5-xAlxN8:RE表示的氮化物基组合物，其中：M是至少一种价为v的一价、二价或三价金属；M'是Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的至少一种；并且RE为Eu、Ce、Tb、Pr、以及Mn中的至少一种；并且其中x满足0.1≤x<0.4，并且其中所述发射红光的磷光体具有M'2Si5N8:RE的一般晶体结构，A1替代所述一般晶体结构中硅，并且M在所述一般晶体结构内基本上位于间隙位点。这种红色氮化物磷光体的示例是来自美国加利福尼亚州弗里蒙特的英特马蒂克斯公司(Intematix Corporation)的XR系列磷光体，例如XR610，其具有610nm的峰值发射波长和约79nm的FWHM。
黄色至绿色光致发光材料
在本专利说明书中，黄色至绿色光致发光材料是指生成峰值发射波长(λpe)在约530nm至约550nm范围内(即在可见光谱的黄色至绿色区域中)的光的材料。优选地，黄色至绿色光致发光材料具有宽的发射特性，并且优选地具有约100nm或更宽的FWHM。黄色至绿色光致发光材料可以包含任何光致发光材料，诸如石榴石基无机磷光体材料或硅酸盐磷光体材料。在一些实施例中，黄色至绿色光致发光材料包含一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce(YAG)的铈激活的钇铝石榴石磷光体，诸如例如来自美国加利福尼亚州弗里蒙特的英特马蒂公司的YAG系列磷光体，其具有在527nm至543nm范围内的峰值发射波长和约120nm的FWHM。在本专利说明书中，标记YAG#代表磷光体类型——基于YAG的磷光体——后面是以纳米(#)为单位的峰值发射波长。例如，YAG535表示峰值发射波长为535nm的YAG磷光体。黄色至绿色光致发光材料可以包含一般组成为(Y,Ba)3(Al,Ga)5O12:Ce(YAG)的铈激活的钇铝石榴石磷光体，诸如例如来自美国加利福尼亚州弗里蒙特的英特马蒂克斯公司的GNYAG系列磷光体。在一些实施例中，绿色光致发光材料可以包含一般组成为Lu3Al5O12:Ce(GAL)的铝酸盐磷光体。这种磷光体的示例包括例如来美国加利福尼亚州弗里蒙特的英特马蒂克斯公司的GAL系列磷光体，其具有516nm至560nm的峰值发射波长和约120nm的FWHM。在本专利说明书中，标记GAL#代表磷光体类型(GAL)——基于LuAG的磷光体——后面是以纳米(#)为单位的峰值发射波长。例如，GAL535表示峰值发射波长为535nm的GAL磷光体。
硅酸盐磷光体的示例包括一般组成为(Ba,Sr)2SiO4:Eu的铕激活的原硅酸盐磷光体，诸如例如来自美国加利福尼亚州弗里蒙特的英特马蒂公司的G、EG、Y和EY系列磷光体，其具有在507nm至570nm范围内的峰值发射波长和约70nm至约80nm的FWHM。
表2中给出了合适的黄色至绿色磷光体的示例。
窄带红色光致发光材料
窄带红色光致发光材料可以包含窄带红色磷光体和/或红色量子点(QD)材料，其响应于激发光的刺激生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内并的光(即在可见光谱的红色区域中的光)，并且具有约20nm(更具体地在约4nm和约20nm之间的范围内)的半峰全宽(FWHM)发射强度。
窄带红色磷光体：锰激活的氟化物磷光体
窄带红色磷光体可以包括锰激活的氟化物磷光体(即Mn4+掺杂的)。锰激活的氟化物磷光体的示例是锰激活的六氟硅酸钾磷光体(KSF)——K2SiF6:Mn4+。这种磷光体的示例是来自美国加利福尼亚州弗里蒙特的英特马蒂公司的NR6931 KSF磷光体，其具有约632nm的峰值发射波长。图3示出了NR6931 KSF磷光体的发射光谱。KSF磷光体可由蓝色激发光激发，并生成峰值发射波长(λpe)在约631nm和约632nm之间、FWHM为约4.7nm至约10nm的红光(取决于其测量方式：即宽度是考虑单峰还是双峰——图3)。其它锰激活磷光体可以包括：K2GeF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、K2SnF6:Mn4+、Na2TiF6:Mn4+、Na2ZrF6:Mn4+、Cs2SiF6:Mn4+、Cs2TiF6:Mn4 +、Rb2SiF6:Mn4+以及Rb2TiF6:Mn4+。
窄带红色光致发光材料：红色量子点(QD)
量子点(QD)是将其激子在三个空间维度上进行限制的物质(例如，半导体)的一部分，所述物质可以由辐射能量激发以发射特定波长或波长范围的光。QD生成的光的颜色是由与QD的纳米晶体结构相关联的量子限制效应实现的。每个QD的能级与QD的物理大小直接相关。例如，较大的QD，诸如红色QD，可以吸收和发射具有相对较低能量(即相对较长波长)的光子。窄带红色QD生成半峰全宽发射强度在4nm至约25nm范围内的光。
QD材料可以包含呈洋葱状结构的含不同材料的核/壳纳米晶体。例如，上述示例性材料可以用作核/壳纳米晶体的核材料。一种材料中的核纳米晶体的光学性质可以通过生长另一材料的外延型壳来改变。根据需要，核/壳纳米晶体可以具有单个壳或多个壳。可以基于带隙工程来选择壳材料。例如，壳材料可以具有比核材料更大的带隙，使得纳米晶体的壳可以使光学活性核的表面与其周围介质分离。
窄带红色QD可以包含不同的材料，并且通常包含基于镉的QD，以便获得在5nm至约20nm范围内的半峰全宽发射强度。在基于镉的QD(例如CdSe QD)的情况下，可以使用CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS/ZnS或CdSe/ZnSe/ZnS的式来合成核/壳QD。表3中给出了含镉的窄带红色QD的示例。
空腔测试
空腔测试方法包括将磷光体粉末混合物与不可固化的光学密封剂(通常为硅树脂)混合，并将混合物放置在含一或多个蓝色LED裸片的LED腔中，并测量积分球中的总的光发射。在测量完成后，移除磷光体/密封剂混合物，并清洁空腔准备好进行下一测试。
在本说明书中，以下术语用于表示光发射装置：Com.#表示包含一或多种黄色至绿色磷光体和红色氮化物磷光体(CASN)或窄带红色光致发光材料之一的对比光发射装置，并且Dev.#表示根据本发明的实施例的、包含红色光致发光材料、黄色至绿色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的光发射装置。
2700K至3000K光发射装置
表4列出了用于对比装置(2700K，CRI Ra 90)的标称2700K光发射装置(标记为Com.1、包含YAG545/YAG563和KSF的混合物)，和根据本发明的光发射装置(标记为Dev.1、包含YAG543、CASN615和KSF的混合物)的磷光体成分。
如从表4可见，就磷光体成分而言：Com.1包含14.7重量％的YAG545/YAG563+85.3重量％的KSF(K2SiF6:Mn4+)，并且Dev.1包含2.1重量％的CASN615(Ca1-xSrxAlSiN3:Eu、λpe＝615nm、FWHM≈74至75nm)+28.1重量％的YAG543(λpe＝543nm)+69.8重量％的KSF。在Dev.1中，红色磷光体(CASN)在总的红色磷光体含量(CASN+KSF)中的重量％为2.9重量％。Com.1和Dev.1中的每一个包含有含三个1133(0.011英寸×0.033英寸)的LED裸片(主波长(λd)为455至460nm)的PCT2835(2.8mm×3.5mm)空腔。
表5列出了光发射装置Com.1和Dev.1在测试(驱动)条件IF＝100mA、VF≈9.0V(900mW)下的所测量的磷光体PCT2835空腔测试数据，并示出了与仅使用窄带红色磷光体(KSF)相比，使用红色磷光体(CASN)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，要注意的是，与在红色光致发光材料方面仅包含窄带红色磷光体(KSF)的对比装置(Com.1)相比，根据本发明的包含红色磷光体(CASN615)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.1)，在转换效率(CE)方面显示出6.1％的增加(129.2lm/W→134.2lm/W)且在发光效率(LE)方面显示出2.4％的增加(343.6lm/Wopt→351.8lm/Wopt)。其次，在显色方面，装置Dev.1产生CRI Ra为90、CRI R8为83、CRI R9为55——接近满足当前照明标准(能源之星(CRI Ra≥90)、加州能源委员会第20号规定(最小CRI R8为72)和加州能源委员会第24号规定(最小CRI R9为50))且发光效率大于350lm/W的白光。相比之下，对比装置Com.1产生CRIRa为90、CRI R8为94.5、CRI R9为86且发光效率为约340lm/W的白光。虽然装置Com.1生成具有更高的CRI R8值和R9值的白光，但与标准相比，这些值没必要如此高并且这是以转换效率/发光效率为代价的。相比之下，应当理解的是，根据本发明的装置不仅产生满足当前标准的光，且转换效率/发光效率显著增加。
表6列出了用于根据本发明的光发射装置的标称2700K光发射装置(标记为Dev.2至Dev.4、包含YAG543、CASN615和KSF的混合物、具有KSF与CASN615的不同的相对比例)的磷光体成分。
更具体地，如从表6可见，就磷光体成分而言：Dev.2包含1.5重量％CASN615+23.9重量％YAG543+74.6重量％KSF，Dev.3包含2.1重量％CASN615+28.2重量％YAG543+69.7重量％KSF，并且Dev.4包含3.1重量％CASN615+34.4重量％YAG543+62.5重量％KSF。Dev.2至Dev.4中的每一个包含有含三个1133(0.011英寸×0.033英寸)的LED裸片(主波长(λd)为455至460nm)的PCT2835(2.8mm×3.5mm)空腔。
表7列出了光发射装置Com.1和Dev.2至Dev.4在测试(驱动)条件IF＝100mA、VF≈9.0V(900mW)下的所测量的PCT2835空腔测试数据，并示出了红色磷光体(CASN615)在总的红色磷光体含量(即CASN615+KSF)中的比例(重量％)对光学性能的影响。
参考表7，注意，与仅包含KSF磷光体的对比装置Com.1相比，根据本发明的包含红色磷光体(CASN615)和窄带红色磷光体(KSF)的混合物的装置，在转换效率(CE)方面显示出在2.5％和8.8％之间的增加。在显色方面，可以看出，通过增加红色磷光体(CASN615)的相对量，导致CRI Ra降低(96.8→86.7)、CRI R8降低(95.8→74.0)和CRI R9降低(83.7→35.0)。数据表明，在总的红色磷光体含量中具有在2.9重量％(Dev.3)和4.7重量％(Dev.4)之间的红色磷光体(CASN)的装置产生这样的白光，所述白光将最接近满足约90的CRI Ra、约72的CRI R8和约50的CRI R9的当前标准，并且具有在约106.5％和108.8％的转换效率和在102.3％和103.9％之间的发光效率。根据表7中呈现的数据，应当理解，Dev.3生成显示出最接近地匹配CRI Ra、CRI R8和CRI R9的当前标准的显色性的白光。总之，根据本发明的装置可以被配置成产生满足当前标准的白光，同时最大化转换效率/发光效率。特别地，在总的红色磷光体含量中具有约3.0重量％的红色磷光体(CASN)的装置将产生接近满足约90的CRI Ra、约72的CRI R8和约50的CRI R9的当前标准的白光，同时最大化转换效率/发光效率。
图4示出了光发射装置Com.1和Dev.2至4的所测量的发射光谱，并表明了改变红色磷光体(CASN)在总的红色磷光体含量(CASN+KSF)中的比例对光谱的视觉影响。比较发射光谱，可以看出，添加红色磷光体(CASN)产生两个效果：i)它增加了光谱在560nm和600nm之间的波长下的能量含量(强度)，如图4中的标注50所示；和ii)它将宽发射峰60的波长从约550nm(Com.1_没有CASN)增加到从约580nm至约587nm(约585nm)。附加地，要注意的是，宽峰的峰值发射强度(由黄色至绿色磷光体和红色磷光体(CASN)的组合产生)与窄带峰70的峰值发射强度(由窄带红色磷光体(KSF)产生)之比约为19％(Dev.2)、25％(Dev.3)和33％(Dev.4)。如本文所述，在总的红色磷光体含量中具有约3.0重量％的红色磷光体(CASN)的装置将产生接近满足约90的CRI Ra、约72的CRI R8和约50的CRI R9的当前标准的白光，同时最大化转换效率/发光效率。对于这种装置，宽峰的峰值发射强度与窄带峰的峰值发射强度之比约为25％。据信，这种光谱特性——白光具有约580nm至约587nm的第一发射峰和在约632nm处的第二发射峰，其中第一峰的峰值发射强度与第二峰的峰值发射强度之比在20％至30％的范围内——导致本发明的装置的优异的显色(CRI Ra、CRI R8和CRI R9)。
4000K光发射装置
表8列出了用于对比装置(4000K，CRI Ra 85)的标称4000K光发射装置(标记为Com.2、包含YAG535和CASN628的混合物)，和根据本发明的光发射装置(标记为Dev.5、包含YAG535、CASN615和KSF的混合物)的磷光体成分。
如从表8可见，就磷光体成分而言：Com.2包含92.9重量％YAG535(λpe＝535nm)+7.1重量％CASN628(Ca1-xSrxAlSiN3:Eu，λpe＝628nm，FWHM＝81nm)，并且Dev.5包含1.4重量％CASN615(λpe＝615nm)+30.5重量％YAG543(λpe＝543nm)+68.1重量％KSF。Com.2至Dev.5中的每一个包含有含一个1133(0.011英寸×0.033英寸)的LED裸片(主波长(λd)为454nm)的PPA2835(2.8mm×3.5mm)空腔。
表9列出了光发射装置Com.2和Dev.5在测试(驱动)条件IF＝60mA、VF≈2.9V(174mW)下PPA2835空腔的所测量的空腔测试数据，并示出了与仅使用红色磷光体(CASN)相比，使用红色磷光体(CASN)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，注意，与仅包含红色磷光体(CASN)的对比装置(Com.2)相比，根据本发明的包含红色磷光体(CASN615)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.5)，在转换效率(CE)方面显示出2.4％的增加(158.6lm/W→162.0lm/W)并且在发光效率(LE)方面显示出1.6％的增加(335.0lm/Wopt→340.5lm/Wopt)。其次，在显色方面，装置Dev.5产生CRI Ra为93、CRI R8为91.4、CRI R9为72.4(超过当前照明标准)的白光。相比之下，对比装置Com.2产生CRI Ra为83.3、CRI R8为65.0、CRI R9为8.6的白光，并且在显色方面未满足标准中的任何一个。而且，应当理解的是，根据本发明的装置不仅产生满足当前标准的光，且转换效率/发光效率增加。
图5示出了光发射装置Com.2和Dev.5的所测量的发射光谱，并表明了含窄带红色光致发光材料(KSF)对光谱的视觉影响。比较发射光谱，可以看出，添加窄带红色磷光体(KSF)降低了发射光谱在高于约640nm的波长下的能量含量，如交叉阴影区域80所示。据信，含窄带红色磷光体(KSF)所导致的大于640nm的波长的能量含量的减少解释了为什么本发明的装置的发光效率增加了。
表10列出了光发射装置Com.2和Dev.5在测试(驱动)条件IF＝120mA、VF≈3.1V(372mW)下PPA2835空腔的所测量的测试数据，并说明与仅使用红色磷光体(CASN)相比，使用红色磷光体(CASN)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，注意，与仅包含红色磷光体(CASN)的对比装置(Com.2)相比，根据本发明的包含红色磷光体(CASN615)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.5)显示转换效率(CE)的3.4％增加(133.8lm/W→137.8lm/W)及发光效率(LE)的1.6％增加(335.2lm/Wopt→340.5lm/Wopt)。其次，在显色方面，装置Dev.5产生CRI Ra为91.5、CRI R8为89.3且CRI R9为65.1(此超过当前照明标准)的白光。相比之下，对比装置Com.2产生CRI Ra为82.8、CRI R8为64.8且CRI R9为6.6的白光，并且在显色方面未满足标准中的任何一个。而且，应理解，根据本发明的装置不仅产生满足当前标准的光，且显示转换效率/发光效率的增加。
5000K光发射装置
表11列出了用于根据本发明的光发射装置的标称5000K光发射装置(标记为Dev.6，包含YAG543、CASN615和KSF的混合物)的磷光体组成。
如从表11可见，就磷光体组成来说，Dev.6包含0.8重量％的CASN615(λpe＝615nm)+33.3重量％的YAG543(λpe＝543nm)+65.9重量％的KSF。Dev.6包含含有三个1133(0.011”×0.033”)的LED裸片(主波长(λd)为455nm至460nm)的PCT2835(2.8mm×3.5mm)空腔。
表12列出了光发射装置Dev.5在测试(驱动)条件IF＝100mA、VF＝9.13V(913mW)下PPA2835空腔的所测量的测试数据。表12还列出了光发射装置Com.1(2700K)在测试(驱动)条件IF＝100mA、VF≈9.0V(900mW)下PPA2835空腔的所测量的测试数据。所测量的测试数据表明，与仅使用窄带红色磷光体(KSF)相比，使用红色磷光体(CASN)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，注意，与仅包含窄带红色磷光体(KSF)的对比装置(Com.21)相比，根据本发明的包含红色磷光体(CASN615)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.6)，在转换效率(CE)方面显示出9.5％的增加(129.2lm/W→140.2lm/W)，并且在发光效率(LE)方面显示出3.7％的减小(335.2lm/Wopt→340.5lm/Wopt)。发光效率方面的降低可以归因于对比装置的不同色温(2700K)。其次，在显色方面，装置Dev.6产生CRI Ra为92.6、CRI R8为90.9、CRI R9为72(超过当前照明标准)的白光。
满足CRI标准的同时最大化发光效率
如上所述，根据本发明的光发射装置不仅可以满足当前CRI标准，而且可以最大化发光效率。
表13列出了用于对比装置(2700K，CRI Ra 90)的标称2700K PCT 2835封装的光发射装置(标记为Com.3、包含GAL535和CASN628的混合物)，和根据本发明的光发射装置(标记为Dev.7、包含YAG543、CASN615和KSF的混合物)的磷光体成分。
如从表13可见，就磷光体成分而言：Com.3包含91.7重量％的GAL535(Lu3-x(Al1- yGay)5O12:Cex，λpe＝535nm)+8.3重量％的CASN628(Ca1-xSrxAlSiN3:Eu,λpe＝628nm,FWHMD>80nm，并且Dev.7包含2.1重量％CASN615(Ca1-xSrxAlSiN3:Eu,λpe≈74至75nm)+30.0重量％的YAG543(λpe＝543nm)+67.9重量％的KSF。在Dev.7中，红色磷光体(CASN)在总的红色磷光体含量(CASN+KSF)中的重量％比为3.0重量％。Com.3至Dev.7中的每一个包含有含三个1133(0.011英寸×0.033英寸)的LED裸片(主波长(λd)为451.8nm)的PCT2835(2.8mm×3.5mm)封装。
表14列出了光发射装置Com.3和Dev.4的所测量的PCT2835封装的测试数据，并示出了与仅使用红色磷光体(CASN)相比，使用红色磷光体(CASN)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，要注意的是，与在红色光致发光材料方面仅包含红色磷光体(CASN)的对比装置(Com.3)相比，根据本发明的包含红色磷光体(CASN615)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.7)，在转换效率(CE)方面显示出5.2％的增加(245.4lm/W→258.0lm/W)，并且在发光效率(LE)方面显示出6.1％的增加(330.1lm/Wopt→350.1lm/Wopt)。其次，在显色方面，装置Dev.7产生CRI Ra为90.0、CRI R8为86.2、CRI R9为60.0——接近满足当前照明标准(能源之星(CRI Ra≥90)、加州能源委员会第20号规定(最小CRI R8为72)和加州能源委员会第24号规定(最小CRI R9为50))，且发光效率大于350lm/W的白光。相比之下，对比装置Com.3产生CRI Ra为80.7、CRI R8为53.0、CRI R9为-2.1(不满足标准)的白光，并且具有仅为约330lm/W的较低的发光效率。应当理解的是，根据本发明的装置不仅产生满足当前标准的光，且转换效率/发光效率显著增加。
表15列出了用于对比装置(2700K，CRI Ra 90)的标称2700K光发射装置(标记为Com.4、包含GAL535和CASN628的混合物)，和根据本发明的光发射装置(标记为Dev.8、包含GAL540、XR600和KSF的混合物)的磷光体成分。
如从表15可见，就磷光体成分而言：Com.4包含92.0重量％的GAL535+8.0重量％的CASN628(Ca1-xSrxAlSiN3:Eu，λpe＝628nm，FWHM>80nm)，并且Dev.8包含6.5重量％的XR600(Ba2-xSrxSi5N8:Eu，λpe＝600nm，FWHM～79nm)+28.0重量％的GAL540(λpe＝540nm)+65.5重量％的KSF。在Dev.8中，红色磷光体(CASN)在总的红色磷光体含量(CASN+KSF)中的重量％比为9.0重量％。Com.4至Dev.8中的每一个包含有含单个LED裸片(主波长(λd)为452.4nm)的5630(5.6mm×3.0mm)空腔。
表16列出了光发射装置Com.4和Dev.8的所测量的5630空腔测试数据，并示出了与仅使用红色磷光体(CASN)相比，使用红色磷光体(XR-258氮化物)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，要注意的是，与在红色光致发光材料方面仅包含红色磷光体(CASN)的对比装置(Com.4)相比，根据本发明的包含红色磷光体(XR600)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.8)，在转换效率(CE)方面显示出2.0％的增加(243.2lm/W→248.1lm/W)，并且在发光效率(LE)方面显示出4.7％的增加(331.1lm/Wopt→346.5lm/Wopt)。其次，在显色方面，装置Dev.8产生CRI Ra为89.0、CRI R8为83.1、CRI R9为58.7——接近满足当前照明标准(能源之星(CRI Ra≥90)、加州能源委员会第20号规定(最小CRI R8为72)和加州能源委员会第24号规定(最小CRI R9为50))，且发光效率大于350lm/W的白光。相比之下，对比装置Com.4产生CRI Ra为82.5、CRI R8为55.5、CRI R9为4.0(不满足标准)的白光，并且具有仅为约331lm/W的较低的发光效率。应当理解的是，根据本发明的装置不仅产生满足当前标准的光，且转换效率/发光效率显著增加。
表17列出了用于对比装置(2700K，CRI Ra 90)的标称2700K光发射装置(标记为Com.5和Com.6、分别包含黄色至绿色磷光体分别与CASN和KSF的混合物)，和根据本发明的光发射装置(标记为Dev.9和Dev.10、包含GAL543、XR600和KSF的混合物)的磷光体成分。
如从表17可见，就磷光体成分而言：Com.5包含91.7重量％GAL535+8.3重量％CASN628，Com.6包含19.0重量％YAG558+81.0重量％KSF，Dev.9包含5.6重量％XR600+27.0重量％YAG543+66.4重量％KSF，并且Dev.10包含8.9重量％XR600+26.0重量％YAG543+65.1重量％KSF。红色磷光体(XR600)在总的红色磷光体含量(XR600+KSF)中的重量％在Dev.9中为9.0重量％，并且在Dev.10中为12.0重量％。Com.4、Com.5、Dev.9和Dev.10中的每一个包含有含三个1133(0.011英寸×0.033英寸)的LED裸片(主波长(λd)为453nm)的2835(2.8mm×3.5mm)封装。
表18列出了光发射装置Com.5、Com.6、Dev.9和Dev.10的所测量的2835封装的测试数据，并示出了与仅使用红色磷光体(CASN)(Com.5)相比，使用红色磷光体(XR-258氮化物)和窄带红色磷光体(KSF)的组合对光学性能的影响。首先，要注意的是，与在红色光致发光材料方面仅包含红色磷光体(CASN)的对比装置(Com.5)相比，根据本发明的包含红色磷光体(XR600)和窄带红色磷光体(KSF)的组合的装置(Dev.9和Dev.10)，分别在转换效率(CE)方面显示出1.5％和3.8％的增加，并且在发光效率(LE)方面显示出2.2％和2.7％的增加(330.2lm/Wopt→337.4lm/Wopt和339.1lm/Wopt)。其次，在显色方面，装置Dev.9和Dev.10产生CRI Ra为92.6和88.5、CRI R8为86.2和79.2、CRI R9为66.5和50.4的白光并且各自接近满足当前照明标准(能源之星(CRI Ra≥90)、加州能源委员会第20号规定(最小CRI R8为72)和加州能源委员会第24号规定(最小CRI R9为50))，同时发光效率大于337lm/W。相比之下，对比装置Com.5产生CRI Ra为80.7、CRI R8为52.6、CRI R9为-2.0(不满足标准)的白光，并且具有仅为约330lm/W的较低的发光效率。应当理解的是，根据本发明的装置不仅产生满足当前标准的光，且转换效率/发光效率增加。
总之，应当理解的是，根据本发明的装置可以被配置成产生色温在约2700K至5000K之间的白光，所述白光满足CRI Ra、CRI R8和CRI R9的当前标准的白光，并且转换效率(CE)和发光效率(LE)优于已知装置(330lm/W至350+lm/W，取决于色温)。更具体地说，在总的红色光致发光材料含量(红色光致发光材料+窄带红色光致发光材料，例如CASN+KSF)中具有约1.0重量％至约12重量％，更具体地约1.0重量％至约5重量％的红色光致发光材料(例如，CASN)的装置，可以产生满足当前标准——CRI Ra为约90、CRI R8为约72、CRI R9为约50，并且转换效率/发光优于已知装置的白光。此外，本发明通过在总的红色光致发光材料含量中包含约3.0重量％的红色光致发光材料(例如，CASN)，来提供了一种具有最佳发光效率(350+lm/W)同时满足CRI Ra、CRI R8和CRI R9的当前标准的白光发射装置。
虽然已经参照本发明的某些实施例具体描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的改变和修改。例如，虽然在实施例中，将窄带红色光致发光材料实现为窄带红色磷光体，但是在其它实施例中，窄带红色光致发光材料可以包含量子点(QD)材料。
应当理解的是，以下条款形成了本文所限定的本发明的公开内容的一部分。更具体地，本发明可以由下面详述的条款的特征的组合来限定，并且所述条款可以用来修改本申请的权利要求中的特征的组合。
条款
1、一种光发射装置，包含：
激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；
红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；
黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及
窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内、半峰全宽发射强度大于约5nm且小于约25nm的光。
2、根据条款1所述的光发射装置，其中所述光发射装置能够操作以生成这样的白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRI Ra、大于或等于50的CRI R9、大于或等于72的CRI R8以及选自由以下组成的群组中的发光效率：大于或等于约330lm/Wopt、大于或等于约340lm/Wopt以及大于或等于约350lm/Wopt。
3、根据条款1或条款2所述的光发射装置，其特征在于生成具有从约580nm至约587nm的第一宽发射峰和在约632nm处的第二窄发射峰的白光光谱，其中第一峰的峰值发射强度与第二峰的峰值发射强度之比在20％至30％的范围内，任选地为25％。
4、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中红色光致发光材料生成峰值发射波长选自由以下组成的群组的光：在610nm至620nm的范围内和约为615nm。
5、根据条款4所述的光发射装置，其中红色光致发光材料具有选自由以下组成的群组中的半峰全宽发射强度：大于或等于73nm且小于或等于78nm和约75nm。
6、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中红色光致发光材料选自由以下组成的群组：具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体、具有一般组成Ba2-xSrxSi5N8:Eu的氮化物基磷光体以及具有一般组成(Sr,Ba,Y)3(Si,Al)O5:Eu的硅酸盐基磷光体。
7、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中红色光致发光材料包含具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体，其具有约615nm的峰值发射波长和大于或等于73nm且小于或等于78nm，任选地约75nm，的半峰全宽发射强度。
8、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在这样的范围内的光，所述范围选自由以下组成的群组：630nm至635nm和630nm至632nm。
9、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中窄带红色光致发光材料是锰激活的氟化物磷光体，所述锰激活的氟化物磷光体选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、K2SnF6:Mn4+、Na2TiF6:Mn4+、Na2ZrF6:Mn4+、Cs2SiF6:Mn4+、Cs2TiF6:Mn4+、Rb2SiF6:Mn4+以及Rb2TiF6:Mn4+。
10、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长选自由以下组成的群组的光：在530nm至540nm的范围内、约535nm、在540nm至545nm的范围内以及约543nm。
11、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中红色光致发光材料在红色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的总量中的浓度在从1重量％至10重量％的范围内，任选地具有3重量％的浓度。
12、根据条款10所述的光发射装置，其中黄色至绿色光致发光材料选自以下组成的群组：一般组成为(Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体、一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体以及一般组成为Lu3Al5O12:Ce的铝酸盐磷光体。
13、根据任一前述条款所述的光发射装置，其中红色光致发光材料包含一般组成为CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光，并且生成峰值发射波长约615nm的光且具有大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度；
黄色至绿色光致发光材料包含一般组成为Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体，并且生成峰值发射波长约543nm的光；并且
窄带红色光致发光材料包含成分为K2SiF6:Mn4+的锰激活的六氟硅酸钾磷光体，并且生成峰值发射波长在630nm至632nm范围内的光。
14、一种光发射装置，包含：
激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；
锰掺杂的氟化物光致发光材料，所述锰掺杂的氟化物光致发光材料生成峰值发射波长约632nm的光，
其中所述光发射装置能够操作以生成白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRI Ra、范围为50至70的CRI R9以及范围为选自340lm/Wopt至约355lm/Wopt的发光效率。
15、根据条款14所述的光发射装置，其中锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
16、根据条款14或条款15所述的光发射装置，还包含红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光。
17、一种光发射装置，包含：
激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；
锰掺杂的氟化物光致发光材料，所述锰掺杂的氟化物光致发光材料生成峰值发射波长约632nm的光，
红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光，
其中所述光发射装置的特征在于生成具有从约580nm至约587nm的第一宽发射峰和在约632nm处的第二窄发射峰的白光光谱，其中第一峰的峰值发射强度与第二峰的峰值发射强度之比在20％至30％的范围内，任选地为25％。
18、根据条款17所述的光发射装置，包含红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在约615nm、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；并且窄带红色光致发光材料包含锰激活的氟化物光致发光材料，所述锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
19、一种高显色光致发光组合物，包含：
红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内、半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；
黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及
窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内、半峰全宽发射强度为约25nm的光。
20、根据条款19所述的光致发光组合物，其中红色光致发光材料包含一般组成为CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体，其生成峰值发射波长约615nm的光且具有大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度，并且窄带光致发光材料包含锰激活的氟化物光致发光材料，所述锰激活的氟化物光致发光材料选自以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
Claims (20)
1.一种光发射装置，包含：
激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；
红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内且半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；
黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及
窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内且半峰全宽发射强度大于约5nm且小于约25nm的光。
2.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述光发射装置能够操作以生成白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRI Ra、大于或等于50的CRI R9、大于或等于72的CRI R8以及选自由以下组成的群组的发光效率：大于或等于约330lm/Wopt、大于或等于约340lm/Wopt以及大于或等于约350lm/Wopt。
3.根据权利要求1所述的光发射装置，其特征在于生成具有从约580nm至约587nm的第一宽发射峰和在约632nm处的第二窄发射峰的白光光谱，其中所述第一峰的峰值发射强度与所述第二峰的峰值发射强度的比率在20％至30％的范围内，任选地25％。
4.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述红色光致发光材料生成峰值发射波长选自由以下组成的群组的光：在610nm至620nm的范围内和为约615nm。
5.根据权利要求4所述的光发射装置，其中所述红色光致发光材料具有选自由以下组成的群组的半峰全宽发射强度：大于或等于73nm且小于或等于78nm以及约75nm。
6.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述红色光致发光材料选自由以下组成的群组：具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体、具有一般组成Ba2-xSrxSi5N8:Eu的氮化物基磷光体以及具有一般组成(Sr,Ba,Y)3(Si,Al)O5:Eu的硅酸盐基磷光体。
7.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述红色光致发光材料包含具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体，其具有约615nm的峰值发射波长和大于或等于73nm且小于或等于78nm、任选地约75nm的半峰全宽发射强度。
8.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在选自由以下组成的群组的范围内的光：630nm至635nm和630nm至632nm。
9.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述窄带红色光致发光材料是锰激活的氟化物磷光体，所述锰激活的氟化物磷光体选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、K2SnF6:Mn4+、Na2TiF6:Mn4+、Na2ZrF6:Mn4+、Cs2SiF6:Mn4+、Cs2TiF6:Mn4+、Rb2SiF6:Mn4+以及Rb2TiF6:Mn4+。
10.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长选自由以下组成的群组的光：在530nm至540nm的范围内、约535nm、在540nm至545nm的范围内以及约543nm。
11.根据权利要求1所述的光发射装置，其中红色光致发光材料在红色光致发光材料和窄带红色光致发光材料的总量中的浓度在从1重量％至10重量％的范围内，其中优选浓度为3重量％。
12.根据权利要求10所述的光发射装置，其中所述黄色至绿色光致发光材料选自由以下组成的群组：具有一般组成(Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体、具有一般组成Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体以及具有一般组成Lu3Al5O12:Ce的铝酸盐磷光体。
13.根据权利要求1所述的光发射装置，其中所述红色光致发光材料包含具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光，并且生成峰值发射波长为约615nm的光且具有大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度；
所述黄色至绿色光致发光材料包含具有一般成分Y3(Al,Ga)5O12:Ce的铈激活的石榴石磷光体，并且生成峰值发射波长为约543nm的光；以及
所述窄带红色光致发光材料包含具有组成K2SiF6:Mn4+的锰激活的六氟硅酸钾磷光体，并且生成峰值发射波长在630nm至632nm范围内的光。
14.一种光发射装置，包含：
激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；
锰掺杂的氟化物光致发光材料，所述锰掺杂的氟化物光致发光材料生成峰值发射波长为约632nm的光，
其中所述光发射装置能够操作以生成白光，所述白光具有2700K至5000K的色温、大于或等于90的CRIRa、在50至70范围内的CRIR9以及在选自340lm/Wopt至约355lm/Wopt范围内的发光效率。
15.根据权利要求14所述的光发射装置，其中所述锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的光发射装置，其进一步包含红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内且半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光。
17.一种光发射装置，包含：
激发源，所述激发源能够操作以生成主波长在450nm至470nm范围内的激发光；锰掺杂的氟化物光致发光材料，所述锰掺杂的氟化物光致发光材料生成峰值发射波长为约632nm的光，
红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内且半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光，
其中所述光发射装置的特征在于生成具有从约580nm至约587nm的第一宽发射峰和在约632nm处的第二窄发射峰的白光光谱，其中所述第一峰的峰值发射强度与所述第二峰的峰值发射强度的比率在20％至30％的范围内，任选地25％。
18.根据权利要求17所述的光发射装置，其包含红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长为约615nm且半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；并且窄带光致发光材料包含锰激活的氟化物光致发光材料，所述锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
19.一种高显色光致发光组合物，包含：
红色光致发光材料，所述红色光致发光材料生成峰值发射波长在600nm至620nm范围内且半峰全宽发射强度大于70nm且小于80nm的光；
黄色至绿色光致发光材料，所述黄色至绿色光致发光材料生成峰值发射波长在530nm至550nm范围内的光；以及
窄带红色光致发光材料，所述窄带红色光致发光材料生成峰值发射波长在625nm至635nm范围内且半峰全宽发射强度为约25nm的光。
20.根据权利要求19所述的光致发光组合物，其中所述红色光致发光材料包含具有一般组成CaAlSiN3:Eu的钙铝氮化硅基磷光体，其生成峰值发射波长约615nm的光并且具有大于或等于73nm且小于或等于78nm的半峰全宽发射强度，并且所述窄带光致发光材料包含锰激活的氟化物光致发光材料，所述锰激活的氟化物光致发光材料选自由以下组成的群组：K2SiF6:Mn4+、K2GeF6:Mn4+以及K2TiF6:Mn4+。
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