CN1705141A - 白光发光装置与制作方法 - Google Patents

Abstract

一种白光发光装置与制作方法，其涉及应用发光光源配合具荧光特性的粉体制作高亮度的白光发光装置。利用可发出紫外光的发光光源，例如发光二极管作为激发光源，激发第一种粉体使其发出蓝绿光，激发第二种粉体使其发出橙色光，利用互补色原理将蓝绿光与橙色光混合以产生白光。本发明所提出的方法的特点为使用适当的发光光源，例如紫外光发光二极管，并适当调配两种荧光粉体的混合比例，即可制得一高亮度的白光发光装置。本发明的另一特点为可发出蓝绿光的荧光粉体可利用主体晶格的金属离子半径改变晶格场的作用力大小加以调变光色。

Description

白光发光装置与制作方法

技术领域

本发明涉及一种白光发光装置与制作方法，其是应用发光光源配合具荧光特性的粉体产生高亮度的白光。

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两种以上波长的混合光。例如人眼同时受红、蓝、绿光的剌激时，或同时受到蓝光与黄光的剌激时均可感受为白光，故依此原理可制作发白光的发光装置。

常用的白光发光装置有多种制作方法，简述于下：第一种方法是使用以InGaAlP、InGaN与GaN为材质的三颗发光二极管，分别控制通过发光二极管的电流而发出红、绿及蓝光。因这三颗晶粒是放在同一个灯泡(lamp)中，透镜可将发出的光加以混合而产生白光。

第二种方法是使用GaN与GaP为材质的两颗发光二极管，也分别控制通过发光二极管的电流而发出蓝及黄绿光以产生白光。目前这两种方式的发光效率可达到201m/W。但这两种方法有些缺点，即如果这些同时使用的不同光色发光二极管的其中之一发生故障，则将无法得到正常的白光。且因其正向偏压各不相同，故需多套控制电路，致使成本较高，此都为实际应用上的不利因素。

第三种则是1996年日本日亚化学公司(Nichia Chemial)发展出以氮化铟镓蓝光发光二极管配合发黄光的钇铝石榴石型荧光粉体也可成为一白光光源。此方法的发光效率目前(可达201m/W)虽比前两种方法稍低，但因只需一组发光二极管芯片即可，大幅地降低了制造成本，再加上所搭配的荧光粉体调制技术已臻成熟，故目前已有商品呈现。第二与第三种方式都是利用互补色原理以产生白光，其光谱波长分布的连续性不如真实的太阳光，因此色光混合后会在可见光光谱范围(400nm～700nm)出现色彩的不均匀，导致色彩饱合度较低，此类方式所产生的白光光源只适合作为简单的照明用途。目前已开发出紫外光发光二极管，将其激发常用的荧光粉体可产生白光，未来将可应用于照明(即取代日光灯或灯泡)，而此紫外光发光二极管更具省电的特性。常用的白光光源在制作时为提高其演色性，一般使用三种或以上的荧光粉体。而欲同时利用多种荧光粉体使其发出荧光，先决条件之一是所选用的激发光恰可被这些荧光粉体所吸收，且各荧光体对此波长的光的吸收系数不能相差太多，并且光能转换的量子效率也尽可能接近为佳，如此方可便于调配三原色荧光粉体的比例以得到白光。上述的因素大幅限制适用的荧光材料种类，造成选用荧光材料的困难。

本发明针对公知技术的缺点，突破了上述公知技术的限制，降低了制作的难度，提出只利用两种荧光粉体搭配一发光二极管做为激发光源即可制得一白光发光装置的技术。

发明内容

根据本发明的白光发光装置的制作方法，包含下列步骤：提供一发光光源，其为紫外光发光二极管；合成一第一荧光粉体，其可受紫外光激发产生主波长为470nm至500nm的蓝绿色荧光；一第二荧光粉体，其可受紫外光激发产生主波长为570nm至600nm的橙色荧光。调配两种荧光粉体的适当比例，便可使两种荧光粉体发出的光和紫外光源发出的紫外光混合，达到光学的混色原理而刺激人体的白光视觉。

上述荧光粉体都是可被紫外光直接激发的粉体，其中该第一荧光粉体的化学式较佳为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇，其中0＜X≤1，0≤y≤1。该第一荧光粉体为具不同离子半径的金属取代改变其发光波长的荧光粉体，其发出的光为蓝绿光。而该第二荧光粉体为一种可发出黄橙色光或红橙色光的荧光粉体，其化学式较佳为(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl。

本发明还提供了一种白光发光装置，包含：

一发光光源，其为紫外光发光二极管；一第一荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为470nm至500nm的一蓝绿色荧光，该第一荧光粉体的化学式为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇，其中0＜x≤1，0≤y≤1；及一第二荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为570nm至600nm的一橙色荧光，该第二荧光粉体的化学式为(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl；其中该蓝绿色荧光可和该橙色荧光混合成白光。

上述技术方案是利用可发出紫外光的发光光源作为激发光源，激发第一种粉体使其发出蓝绿光，激发第二种粉体使其发出橙色光，该蓝绿色光与该橙色光利用互补色原理而产生白光。这一技术突破了前述公知技术的限制，降低了制作难度。

附图说明

图1为二价Eu离子的5d轨道受晶格场产生的分裂示意图。

图2为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇(x＝0.15；y＝0～0.85)样品的激发与发射光谱。

图3为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇(x＝0.15；y＝0～0.85)样品的色度坐标图。

图4为橙色荧光粉体(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl的激发与发射光谱。

图5为橙色荧光粉体(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl的色度坐标图。

图6表示根据发射光谱分别计算得到的两种荧光粉体的色度坐标点所连成的虚线可通过色度坐标图的白光区块。

具体实施方式

传统的光色调变方式多以同时添加或掺杂两种异离子作为活化中心，则可得到一种可同时发出两个波段的荧光的荧光粉体，加以调整这些活化中心的比例即可得到不同颜色的荧光。然而大部分的异离子所需的激发波长都不尽相同，故此方法的可行性并不如预期的高。

为了改善上述缺点，本发明提供一种白光发光装置与方法，其中该白光发光装置包含一发光光源、一第一荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为470nm至500nm的一蓝绿色荧光；及一第二荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为570nm至600nm的一橙色荧光；该蓝绿色荧光可和该橙色荧光混合成白光。为使本发明中第一荧光粉体(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇的主波长产生蓝位移，主要是利用主体晶格的金属离子半径改变晶格场的作用力大小加以调变光色。Eu²⁺离子其4f轨道受自旋-轨道偶合作用(spin-orbital coupling)分裂为²F_5/2及²F_7/2；5d轨道则受到晶体场的作用产生分裂。如图1所示，离子半径较小的金属离子掺杂入(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇将造成电子斥力的减少，5d轨道分裂也随之缩小，而Eu²⁺激发后由5d轨道最低的能级回到4f的能量差也随之增加，发光波长产生蓝位移。

又本发明以Sr²⁺离子取代传统结构为(Ba_1-z-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇的黄色荧光粉体其中的Ba²⁺离子。对于取代型固态溶液(substitutional solid solution)而言，影响异质离子掺杂浓度重要的因素为生成物与主要反应物结构的差异性。BaMgAl₁₀O₁₇与SrMgAl₁₀O₁₇晶体结构的空间群对称均为P6₃/mmc，且在这些晶体中Ba²⁺离子与Sr²⁺离子均为D₃h对称，可预测Sr²⁺离子在BaMgAl₁₀O₁₇晶体中具极佳的溶解度。相较于Ba²⁺离子，Sr²⁺离子具较大的电子云膨胀效应，将使发光波长产生红位移的现象。因此随Sr²⁺离子逐渐取代Ba²⁺离子，Eu²⁺离子4f-5d跃迁的波峰将由450nm(y＝0.00)移动至480nm(y＝0.85)。

而本发明的该第二荧光粉体(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl为可发出橙色光的粉体。该第一与第二荧光粉体都可同时受选用波长的紫外光激发分别发出蓝绿光(470nm至500nm)和橙色光(570nm至600nm)，再调配两种荧光粉体的混合比例，即可制得一高亮度的白光发光二极管。

以下举一本发明的实施例以说明制作过程：

合成一配方为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇的荧光粉体，如(Ba_0.425Eu_0.15Sr_0.425)MgAl₁₀O₁₇，其合成方法可利用固态反应法、化学合成法，如柠檬酸盐凝胶法、共沉淀法等。再合成一配方为(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl的荧光粉体，其合成方法可利用固态反应法、化学合成法，如柠檬酸盐凝胶法、共沉淀法等。

如图2所示，以波长396nm的紫外光为激发源测量上述配方之一(Sr_0.85Eu_0.15)MgAl₁₀O₁₇荧光粉体的发射光谱。由光谱可知该(Sr_0.85Eu_0.15)MgAl₁₀O₁₇荧光粉体可产生蓝绿色荧光。将发射光谱的数据以1931年由国际照明委员会(Commission Internationale de l’Eclairage，CIE)所制订的色度坐标图(Chromaticity diagram)的公式换算成此荧光体所代表的色度坐标标记于图3中。

如图4所示。由其激发光谱得知该(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl荧光粉体可被紫外光所激发，且可发出波峰为590nm的橙色光。将发射光谱的数据以1931年由国际照明委员会(Commission Internationale de l’Eclairage，CIE)所制订的色度坐标图(Chromaticity diagram)的公式换算成此荧光体所代表的色度坐标标记于图5中。

在色度坐标图中以虚线画出两荧光粉体相对应的色度坐标点的连线，发现此理论色光混合联线可通过色度坐标图中的白色区域，即根据色光混合的原理，当视神经同时受A点(Sr_0.85Eu_0.15)MgAl₁₀O₁₇荧光粉体代表的颜色(此例为蓝绿色)与B点代表的颜色(此例为橙色)的刺激时，可以产生白色的视觉。所以，将本发明的方法所得的两种荧光粉体以不同重量比混合(如(Sr_0.85Eu_0.15)MgAl₁₀O₁₇/(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl为2.23、2.18与2.11)，配合可发出适当波长(此例为396nm)的紫外光发光二极管作为激发光源，经适当封装后，施以适当的电流即可获得一发光特性很好的白光发光装置，其白光的色度坐标分别为图六中的C点、D点与E点。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用于限制本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变化，都应包含于本

发明的范围内。

Claims (7)

1.一种白光发光装置，包含：

一发光光源，其为紫外光发光二极管；

一第一荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为470nm至500nm的一蓝绿色荧光，该第一荧光粉体的化学式为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇，其中0＜x≤1，0≤y≤1；及

一第二荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为570nm至600nm的一橙色荧光，该第二荧光粉体的化学式为(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl；

其中该蓝绿色荧光可和该橙色荧光混合成白光。

2.如权利要求1所述的白光发光装置，其中该第一荧光粉体与第二荧光粉体的合成方法可为柠檬酸盐凝胶法和共沉淀法。

3.如权利要求1所述的白光发光装置，其中该第一荧光粉体为一种可通过金属的不同离子半径来改变其发光波长的荧光粉体。

4.一种白光发光装置的制作方法，包含下列步骤：

提供一发光光源，其为紫外光发光二极管；

合成一第一荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为470nm至500nm的一蓝绿色荧光，该第一荧光粉体的化学式为(Ba_1-x-yEu_xSr_y)MgAl₁₀O₁₇，其中0＜x≤1，0≤y≤1；

合成一第二荧光粉体，其可受该发光光源所发出的光激发，而产生主波长范围为570nm至600nm的一橙色荧光，该第二荧光粉体的化学式为(Ca，Eu，Mn)(PO₄)₃Cl；及

以预定比例混合该第一荧光粉体及该第二荧光粉体。

5.如权利要求4所述的白光发光装置的制作方法，其中该第一荧光粉体和该第二荧光粉体配合该发光光源作为激发光源，经过封装后施以电流可获得该白光发光装置。

6.如权利要求4所述的白光发光装置的制作方法，其中该第一荧光粉体与第二荧光粉体的合成方法可为柠檬酸盐凝胶法和共沉淀法。

7.如权利要求4所述的白光发光装置的制作方法，其中该第一荧光粉体为一种可通过金属的不同离子半径来改变其发光波长的荧光粉体。

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