CN1260831C - 白光光源的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光光源的制作方法，其应用紫外光源配合可受选用波长的紫外光所激发而发出萤光的材料，而此萤光可再成为其它萤光材料的激发光源，使其产生其它光色的萤光，借此，经由紫外光直接激发与由萤光体间接激发而产生不同光色的萤光混合后即可产生白光，而制得一高亮度白光发光组件。
Description
技术领域
本发明涉及一种白光光源的制作方法，特别是涉及一种可应用产生紫外光配合多种可被紫外光直接激发与间接激发的萤光材料，以制作成高亮度白光光源。
背景技术
白光是一种多颜色的混合光，可被人眼感觉为白光的至少包括二种以上波长的混合光。例如人眼同时受红、蓝、绿光的刺激时，或同时受到蓝光与黄光的刺激时均可感受为白光，故依此原理可制作白光的光源。
传统的三角波长型白光光源在制作时，为提高其演色性，均使用三种或以上萤光粉。但欲同时利用多种萤光粉体使其发出萤光，先决条件之一乃是所选用的激发光恰可被这些萤光粉所吸收，且各萤光体对此波长的光的吸收系数不能相差太多，连同光能转换的量子效率也尽可能接近为佳，这样才能够便于调配三原色萤光粉的比例以便得到白光。
由于公知的白光光源所使用的多种萤光材料，必须均可同时直接被同一光源，即特定波长的光所激发而发出萤光才能混合出白光，且各萤光体对此特定波长的光的吸收系数不能相差太多，连同光能转换的量子效率也需尽可能接近，因此大幅限制了适用的萤光材料的种类，造成选用萤光材料的困难。
因此，针对上述问题，设计一种所使用的萤光材料可由其它萤光材料所发出的萤光来激发，就不受所有萤光体均需使用同一激发波长的光的限制，可取得较广的应用范围。制，可取得较广的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于，提供一可应用紫外光配合具萤光特性的材料制作高亮度白光光源的方法，从而能够克服现有技术中所存在的缺陷。
本发明的上述目的是这样实现的：一种白光光源的制作方法，包括：
(a)合成第一荧光材料和第二荧光材料；
(b)按照混合比例将第一荧光材料和第二荧光材料混合成荧光材料混合物，其中所述的混合比例由下列步骤确定：
(1)在第一参照波长处测定第一荧光材料对第一激发波长谱带内多个激发波长的发射响应；
(2)根据步骤(1)测定的发射响应，从第一激发波长谱带中选择出第一激发波长；
(3)在第一发射波长谱带范围内，测定第一荧光材料对第一激发波长的光谱响应；
(4)在色度坐标图中标记与第一发射波长谱带相对应的第一颜色；
(5)在第二参照波长处测定第二荧光材料对第二激发波长谱带内多个激发波长的发射响应；
(6)根据步骤(5)测定的发射响应，从第二激发波长谱带中选择出第二激发波长；
(7)在第二发射波长谱带范围内，测定第二荧光材料对第二激发波长的光谱响应；
(8)在色度坐标图中标记与第二发射波长谱带相对应的第二颜色；
(9)在色度坐标图中画出从第一颜色标记处到第二颜色标记处的连线；
(10)确定第一荧光材料和第二荧光材料的混合比例，使发射的颜色落在色度坐标图的白光区域内；
(c)提供具有第一激发波长的光源；以及
(d)将荧光材料混合物应用到光源中。
在本发明的白光光源的制作方法中，所述的第一激发波长可以是紫外光波长。
优选地，所述第一荧光材料的第一发射波长可以与所述第二荧光材料的第二激发波长相对应。
优选地，所述第一参照波长与所述的第一颜色相对应，而所述第二参照波长与所述第二颜色相对应。
在本发明的白光光源的制作方法中，所述步骤(10)的混合比例确定步骤包括：
(i)按照相应的多个预定混合比例，将第一荧光材料和第二荧光材料混合成多个荧光材料测试混合物；
(ii)在色度坐标图中标记出与受到第一激发波长激发时各个荧光材料测试混合物的发射光相对应的颜色温度；
(iii)在位于白光区两侧的，与各个荧光材料测试混合物发射光相对应的颜色温度标记值之间运用插值法确定第一荧光材料和第二荧光材料的混合比例。
作为一种典型的示例，在本发明的白光光源制作方法中，首先利用紫外光源直接激发萤光材料，使其发出萤光，再借此萤光激发其它萤光材料，也使其发出萤光，并调配前述萤光材料的混合比例，使各种萤光混合得到白光。
本发明所述的白光光源的制作方法，其中紫外光源可由紫外光发光二极管、电子束或等离子体所产生。
本发明所述的白光光源的制作方法，其中直接被紫外光激发的萤光材料是产生蓝光，而另一被蓝光激发的萤光材料是产生黄光。
本发明所述的白光光源的制作方法，其中被紫外光源直接激发而产生蓝光的萤光材料可为BaMgAl10O17:Eu、ZnS:Ag或(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6Cl2:En，而被产生蓝光的萤光材料激发再发射黄色萤光的萤光材料可为Y3Al5O12:Ce，Cd、ZnS:Mn或3Cd3(PO4)2CdCl2:Mn。
本发明所述的白光光源的制作方法，其中萤光材料最好是以固态反应法或化学合成法制得。
本发明所述的白光光源的制作方法，其中萤光材料的混合可依不同比例，配合可发出紫外光作为激发光源，经封装后施以电流，即可获得一发光特性佳的白光发光组件。
本发明所述的白光光源的制作方法，其中封装形式可为灯(Lamp)、表面粘着封装(surface mount device，SMD)或芯片直装电路板(chip onboard，COB)。
由此可见，本发明提供了一可应用紫外光配合具萤光特性的材料制作高亮度白光光源的方法，其是利用紫外光作为激发光源，配合可受选用波长的紫外光所激发而发出萤光的材料，而此萤光可再成为其它萤光材料的激发光源，使其产生其它光色的萤光，并调配前述萤光材料的混合比例，使各种萤光混合得到白光。
借此设计，以使经由紫外光源直接激发与萤光体间接激发而产生不同光色的萤光经调配混合，再经封装后，施以低电流，即可制得一高亮度的白光发光组件。
下面，结合具体实施例及其附图，对本发明的特征及技术内容，作进一步详细说明，但所示附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是以波长488nm为探测处所测得(Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17萤光粉的激发光谱；
图2是以波长382nm为激发源所测得(Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17萤光粉的发射光谱；
图3是表示将(Y2.3Ce0.05Gd0.65)Al5O12与(Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17二种萤光体以不同比例混合后，与主波长为382nm的紫外光发光二极管搭配组装成的光源的光色变化图；
图4是以波长600nm为探测处所测得(Y2.3Ce0.05Gd0.65)Al5O12萤光粉的激发光谱。
图5是以波长470nm为激发源所测得(Y2.3Ce0.05Gd0.65)Al5O12萤光粉的发射光谱。
具体实施方式
本发明是一种可应用紫外光配合具萤光特性的材料制作白光光源的方法，其是利用紫外光作为激发光源，直接激发萤光材料，使其发出萤光，再借此萤光激发其它萤光材料，也使其发出萤光，并调配萤光材料的混合比例，使各种萤光混合得到白光，在本发明的实施例中以二种萤光材料来加以说明。
前面所述的紫外光源可由紫外光发光二极管、电子束或等离子体等所产生。
可被紫外光源直接激发而产生蓝光的萤光材料，如BaMgAl10O17:Eu、ZnS:Ag或(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6Cl2:En等；
可被产生蓝光的萤光材料激发而产生黄光的萤光材料，如Y3Al5O12:Ce，Cd、ZnS:Mn或3Cd3(PO4)2CdCl2:Mn等。
以下举例说明本发明的白光发光组件所需合成与调配的萤光粉。
1.合成一配方为BaMgAl10O17:Eu(以BAM表示)萤光粉，如(Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17，其合成方法可利用固态反应法或化学合成法，如柠檬酸盐凝胶法、共沉淀法等。
2.合成一配方为Y3Al5O12:Ce，Cd(以YAG表示)萤光粉，如(Y2.3Ce0.05Gd0.65)Al5O12，其合成方法可利用固态反应法或化学合成法，如柠檬酸盐凝胶法、共沉淀法等。
3.以波长488nm为探测处测得(Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17萤光粉的激发光谱，如图1所示，由该光谱可知此萤光体是以紫外光为激发光源。
4.以波长382nm的紫外光为激发源测量(Ba0.9Eu0.1)Mg0.96Mn0.04Al10O17萤光粉的发射光谱，如图2所示。由光谱可知，经由紫外光激发的BAM型萤光体可产生蓝色萤光。将此发射光谱的数据以1931年由国际照明委员会(commission internationale del’Eclairage，CIE)所制定的色度坐标图(chromaticity diagram)的公式换算成此萤光体所代表的色度坐标，并以A点标记于图3中。
5.以波长600nm为探测处所测得(Y2.3Ce0.05Gd0.65)Al5O12萤光粉的激发光谱，如图4所示，由该光谱可知此YAG型萤光体可被蓝光(400mm～490mm)所激发。
6.以波长470nm为激发源测量(Y2.3Ce0.05Gd0.65)Al5O12萤光粉的发射光谱，如图5所示，由该光谱可知，经由蓝光激发的YAG型萤光体可产生黄色萤光。将此发射光谱的数据换算成此萤光体所代表的色度坐标，并以B点标记于图3中。
7.将上述BAM与YAG型二种萤光粉以不同比例混合(如：BAM/YAG比例为3.3、5.0、7.1与9.3)，再搭配主波长382nm的紫外光二极管作为激发光源，测量组装成的光源的光色变化，如图3所示。
8.在色度坐标图中以虚线画出A、B二点间的联线，发现此色光混合理论联线可通过色度坐标图中的白色区域。此外，在步骤7中以不同比例混合萤光粉所得的光源的光色变化也符合沿着A、B二点间的色光混合理论联线。
另外，上述萤光材料混合可依不同比例，配合可发出紫外光作为激发光源，经封装后施以极低的电流，即可获得一发光特性佳的白光发光组件，如白光发光二极管，该封装形式可为灯(Lamp)、表面粘着封装(surfacemount device，SMD)或芯片直装电路板(chip on board，COB)。
综上所述，通过本发明的设计，与传统的白光发光二极管所使用的多种萤光材料，必须可均同时直接被发光二极管所激发而发出萤光相比，具有下述几项优点：
1.因所使用的萤光材料可由其它萤光材料所发出的萤光进行激发，所以不需要所有萤光体须使用同一激发彼长的光的限制，即可取得较广的应用范围。
2.可同时应用多种萤光粉，因此由多色萤光所混合而得的白光可具较高的演色性，且可具有相当高的发光效率，极具产业应用的价值。
以上所述仅为本发明最佳的一具体实施例，但本发明的特征并不局限于此，任何熟悉该项技术的人员在本发明的领域内，可轻易想到的变化或修饰，如任何以紫外光作为激发光源，并适当调配多种可直接与间接激发的萤光材料的混合比例，致使可展现高色彩均匀度、高亮度等优良白光发光特性为目的，以制造一白光光源所实施的变化或修饰，均被涵盖在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1、一种白光光源的制作方法，包括：
(a)合成第一荧光材料和第二荧光材料；
(b)按照混合比例将第一荧光材料和第二荧光材料混合成荧光材料混合物，其中所述的混合比例由下列步骤确定：
(1)在第一参照波长处测定第一荧光材料对第一激发波长谱带内多个激发波长的发射响应；
(2)根据步骤(1)测定的发射响应，从第一激发波长谱带中选择出第一激发波长；
(3)在第一发射波长谱带范围内，测定第一荧光材料对第一激发波长的光谱响应；
(4)在色度坐标图中标记与第一发射波长谱带相对应的第一颜色；
(5)在第二参照波长处测定第二荧光材料对第二激发波长谱带内多个激发波长的发射响应；
(6)根据步骤(5)测定的发射响应，从第二激发波长谱带中选择出第二激发波长；
(7)在第二发射波长谱带范围内，测定第二荧光材料对第二激发波长的光谱响应；
(8)在色度坐标图中标记与第二发射波长谱带相对应的第二颜色；
(9)在色度坐标图中画出从第一颜色标记处到第二颜色标记处的连线；
(10)确定第一荧光材料和第二荧光材料的混合比例，使发射的颜色落在色度坐标图的白光区域内；
(c)提供具有第一激发波长的光源；以及
(d)将荧光材料混合物应用到光源中。
2.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述的第一激发波长是紫外光波长。
3.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述第一荧光材料的第一发射波长与所述第二荧光材料的第二激发波长相对应。
4.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述第一参照波长与所述的第一颜色相对应，而所述第二参照波长与所述第二颜色相对应。
5.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述步骤(10)的混合比例确定步骤包括：
(i)按照相应的多个预定混合比例，将第一荧光材料和第二荧光材料混合成多个荧光材料测试混合物；
(ii)在色度坐标图中标记出与受到第一激发波长激发时各个荧光材料测试混合物的发射光相对应的颜色温度；
(iii)在位于白光区两侧的，与各个荧光材料测试混合物发射光相对应的颜色温度标记值之间运用插值法确定第一荧光材料和第二荧光材料的混合比例。
6.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述的光源是LED、电子束和等离子体中的一种。
7.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述第一颜色是蓝色，而所述第二颜色是黄色。
8.根据权利要求7所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述第一荧光材料选自BaMgAl10O17:Eu、ZnS:Ag或(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6Cl2:En，而所述的第二荧光材料选自Y3Al5O12:Ce，Cd、ZnS:Mn或3Cd3(PO4)2CdCl2:Mn。
9.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述的第一荧光材料和所述的第二荧光材料由固态反应法或化学合成法制得。
10.根据权利要求1所述的白光光源的制作方法，其特征在于，所述应用了荧光材料的光源的封装形式为灯、表面粘着封装或芯片直装电路板。
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