CN1725517A - 白光发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种白光发光装置，其包括半导体发光芯片、蓝绿光光致发光荧光体及红光光致发光荧光体，使蓝绿光光致发光荧光体及红光光致发光荧光体吸收半导体发光芯片发出的光线而分别激发出蓝绿光及红光，且使蓝绿光与红光混合而得到白光，因此达到演色性及发光效率高，及制程简化及制作成本低的白光发光装置。

Description

白光发光装置
技术领域
本发明涉及一种白光发光装置，尤指二种光致发光荧光体吸收半导体发光芯片的光线，且激发出光线，相互混合成白光的白光发光装置。
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，故依此原理可制作发白光的LED光源。公用的白光LED制作方法主要有四种：第一种方法是使用以InGaAlP、GaN与GaN为材质的三个LED，分别控制通过LED的电流而发出红、绿及蓝光。因这三个芯片是放在同一个灯泡(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为材质的二颗LED，其也分别控制通过LED的电流而发出蓝及黄绿光以产生白光。目前这二种方式的发光效率可达到20lm/W。但这二种方法有些缺点，即这些同时使用的不同光色LED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，故须多组控制电路，致使成本较高，这些都是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 Chemical)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荧光粉也可成为一白光光源。此法的发光效率目前(可达15lm/W)虽较前二种方法稍低，但因只需一组LED芯片即可，大幅地降低制造成本，再加上所搭配的荧光粉调制技术已臻成熟，故目前已有商品呈现。然而，其中第二种与第三种方法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，使色光混和后会在可见光光谱范围(400nm～700nm)出现色彩的不均匀，导致色彩饱和度较低。虽然人类的眼睛可以忽略这些现象，只会看见白色的光，但在一些精密度较高的光学探测器的感测下，例如摄影机或相机等，其演色性在实质上仍偏低，即物体色彩在还原时会产生误差，所以这种方式产生的白光光源只适合作为简单的照明用途。此外，第四种可产生白光的方案为日本住友电工(SumitomoElectric Industries，Ltd)在1999年1月研发出使用ZnSe材料的白光LED，其技术是先在ZnSe单晶基板上形成CdZnSe薄膜，通电后薄膜会发出蓝光，同时部分的蓝光照射在基板上而发出黄光，最后蓝、黄光形成互补色而发出白光。由于此法也只采用单颗LED芯片，其操作电压仅为2.7V比GaN的LED的3.5V要低，且不需要荧光物质即可得到白光。但其缺点是发光效率仅为8lm/W，寿命也只有8000小时，在实用层面的考率上仍须更进一步地突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白光发光装置，其通过半导体发光芯片发出光，且被(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体吸收而激发出蓝绿光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，并且1＞x＞0，(Y2-xRx)O3光致发光荧光体吸收该半导体发光芯片所发出的光而激发出红光，并且R至少可以为Eu、Bi及Gd其中一个元素，并且0＜x≤0.5，因此该蓝绿光与该红光混合得白光，或者该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体可替换为(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体，且该(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体吸收该半导体发光芯片发出光且激发出红光，该红光与该蓝绿光混合成白光。且该白光发光装置，只通过二种光致发光荧光体吸收光能量而激发出光且混成白光，其演色性高、并保证有相当高的发光效率、制程简单、制作成本低等优点。同时，对于调配出白光的便利性大幅地提高，因此极具产业应用的价值。
依据前述发明目的，本发明为一种白光发光装置，其包括一半导体发光芯片、至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体。该半导体发光芯片发出的光被该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体吸收而激发出第一色光，其中该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，并1＞x＞0，而至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体吸收该半导体发光芯片的光而激发出第二色光，其中R至少可以为Eu、Bi及Gd其中一个元素，0＜x≤0.5，且该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体的第一色光与至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体的第二色光混合而得白光。
根据上述构想，其中该半导体发光芯片所发出的光为紫外光。
根据上述构想，其中该紫外光的波长主峰介于350nm至480nm之间。
根据上述构想，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体所发出的第一色光为蓝绿光，其波长范围为450nm至575nm。
根据上述构想，其中该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体所发出的第二色光为红光，其波长范围为585nm至640nm。
根据上述构想，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体是以固态反应法及化学合成法其中一种制得。
根据上述构想，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体是以共沉淀法及柠檬酸盐凝胶法其中一种制得。
根据上述构想，其中该白光发光装置还包括封装胶体，且该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体分别形成光致发光荧光粉体，混合于该封装胶体，且该封装胶体封装该半导体发光芯片。
根据上述构想，其中该(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体为(Ba0.9Eu0.1)Al2O4光致发光荧光体，该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体为(Y1.9Eu0.1)O3光致发光荧光体。
另外，一种白光发光装置，其包括一半导体发光芯片、至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体，其中该半导体发光芯片发出光线；至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光而激发出第一色光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，并且1＞x＞0；该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体吸收该半导体发光芯片的光而激发出第二色光，其中R至少可以为Eu、Bi及Gd其中一个元素，0＜x≤0.5，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体的第一色光与该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体的第二色光混合成白光。
根据上述构想，其中该半导体发光芯片所发出的光线为紫外光。
根据上述构想，其中该紫外光的波长范围介于350nm至480nm之间。
根据上述构想，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体所发出的第一色光为蓝绿光，其波长范围为450nm至575nm。
根据上述构想，其中该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体所发出的第二色光为红光，其波长范围为585nm至640nm。
根据上述构想，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体是以固态反应法及化学合成法其中一种制得。
根据上述构想，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体是以共沉淀法及柠檬酸盐凝胶法其中一种制得。
根据上述构想，其中该白光发光装置还包括封装胶体，且该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体分别形成光致发光荧光粉体，混合于该封装胶体，且该封装胶体封装该半导体发光芯片。
根据上述构想，其中该(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体为(Ba0.9Eu0.1)Al2O4光致发光荧光体，该(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体为(Y1.9Eu0.1)O3S光致发光荧光体。
由此，本发明提供演色性高，并保证有相当高的发光效率的白光发光装置，且使其调配出白光的便利性大幅地提高，并且使制程简化，制作成本低，极具产业应用的价值。
附图说明
图1为本发明的白光发光装置示意图。
图2为本发明的(Ba1-xMx)Al2O4(其中1＞x＞0，M至少为Eu，Bi，Mn，Ce，Tb，Gd，La，Mg，Sr中的一个元素)的激发光谱(excitation)及发射光谱(emission)。
图3为本发明的(Y1.9Eu0.1)O3荧光粉的激发光谱(excitation)及发射光谱(emission)。
图4为本发明的两种荧光粉所得的白色混合光光谱。
图5图4的发射光谱通过程序转换所得的色度座标图。
其中，附图标记说明如下：
半导体发光芯片10
(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体20
(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30
封装胶体40
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明为白光发光装置，其包括一半导体发光芯片10、至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体20，其中该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，并且1＞x＞0，及至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30，其中R至少可以为Eu、Bi及Gd其中的一个元素，0＜x≤0.5，且该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体20及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30吸收该半导体发光芯片10所发出的光，并分别被激发出蓝绿光及红光，而该蓝绿光与该红光混合而得白光。
其中该半导体发光芯片10所发出的光为紫外光，且该紫外光的波长主峰为350-480nm，其被至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体20及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30所吸收，而分别激发出波长为450nm至575nm的蓝绿光及波长为585nm至640nm的红光，且使该蓝绿光与该红光混合而得白光。且该白光发光装置的实施方式可为该(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体20及该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30形成光致发光荧光粉体，并且混合一起于封装胶体40内(请参阅图1所示)，如此通入电流使该半导体发光芯片10发出紫外光，且被该光致发光荧光粉体20、30吸收而分别激发蓝绿光及红光线，且该蓝绿光及该红光线混合得白光光线。另外，图2为本发明的(Ba1-xMx)Al2O4激发光谱(excitation)及发射光谱(emission)，图3为本发明的(Y2-xRx)O3激发光谱(excitation)及发射光谱(emission)，图4为两光致发光荧光体激发的光线混合所得的白色混合光光谱，图5为图4的发射光通过程序转换所得的色度座标图。
当该(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体20及该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30为光致发光荧光粉体时，其所须合成与调配的荧光粉可由如下步骤实施：
步骤一：合成一种配方如Y2O3:Eu的荧光粉(Y1.9Eu0.1)O3，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。
步骤二：合成另一种配方(Ba1-xMx)Al2O4的荧光粉体如(Ba0.9Eu0.1)Al2O4，其中1＞x＞0，M可为Eu，Bi，Mn，Ce，Tb，Gd，La，Mg，Sr，如其合成方法可利用固态反应法、共沉淀法等。
步骤三：以光激光谱仪检测(Y1.9Eu0.1)O3荧光粉的激发光谱与发射光谱，如图2所示。由光谱知此Y2O3:Eu荧光粉可被紫外光(350-480nm)所激发，并发射出红光(610nm)。
步骤四：以光激光谱仪检测(Ba1-xMx)Al2O4荧光粉的激发光谱与发射光谱，如图3所示。由光谱知此(Ba1-xMx)Al2O4荧光粉可被紫外光(350-480nm)所激发，并发射出落于蓝光至绿光区域的宽波带蓝绿光(约500nm)。
步骤五：由上述两荧光粉经适当比例混合(如1∶1)即可得白色混合光光谱如图4所示，经程序转换于CIE的色度座标如图5。
步骤六：将本发明的方法所得的二种荧光粉依适当的比例混合(如1∶1)，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，施以电流即可获得一发光特性优良的白光发光装置。
另外，该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30可被该(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体30取代，且吸收该半导体发光芯片10的光，并激发出如该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体30的光波，且使(Ba1-xMx)Al2O4的荧光粉体如(Ba0.9Eu0.1)Al2O4与该(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体如(Y1.9Eu0.1)O3S的混合比如1∶1，即可同时吸收该半导体发光芯片10所发出的光而分别激发出蓝绿光与红光，并混合而得白光。
本发明所述的实施例为本发明的具体实施例，本发明的要旨并不局限于此。任何以制作添加一种含以上光学活性中心或搭配增感剂于主体晶格中所制成的可同时发出范围包括红光至绿光(480nm至650nm)或者蓝光至绿光(430nm至500nm)等三原色光中的二波段荧光的宽波带发射光谱的荧光粉。再搭配另一种荧光粉其可发出前二个波段以外的属于三原色光的荧光。并依适当比例调配二种荧光粉，致可展现高色彩均匀度、高亮度等优良发光特性为目的，以制造一白光发光装置所实施的变化或修饰皆包含在本发明的专利范围内。
综上所述，本发明的白光发光装置通过半导体发光芯片发出光，且被(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体吸收而发出蓝绿光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，1＞x＞0，并且(Y2-xRx)O3光致发光荧光体吸收该半导体发光芯片所发出的光，并被激发出红光，其中R至少可以为Eu、Bi及Gd其中一个元素，0＜x≤0.5，且该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体可被(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体取代，因此可只通过二种光致发光荧光体发光且混成白光，其演色性高，并保证有相当高的发光效率，同时其制程简单，制作成本低，且对于调配出白光的便利性大幅地提高，因此极具产业应用的价值。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非以此限定本发明的专利范围，故凡运用本发明的说明书及附图内容所进行的等效结构变化，均同理皆包含于本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种白光发光装置，其包括：
一半导体发光芯片，其发出光线；
至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光而激发出第一色光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，1＞x＞0；及
至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光而激发出第二色光，其中R至少可以为Eu、Bi及Gd其中一个元素，0＜x≤0.5，
其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体的第一色光与该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体的第二色光混合成白光。
2.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该半导体发光芯片所发出的光为紫外光。
3.如权利要求2所述的白光发光装置，其特征在于该紫外光的波长主峰介于350nm至480nm之间。
4.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体所发出的第一色光为蓝绿光，其波长范围为450nm至575nm。
5.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体所发出的第二色光为红光，其波长范围为585nm至640nm。
6.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体是以固态反应法及化学合成法其中一种制得。
7.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体是以共沉淀法及柠檬酸盐凝胶法其中一种制得。
8.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于还包括封装胶体，且该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3光致发光荧光体分别形成光致发光荧光粉体，混合于该封装胶体，且该封装胶体封装该半导体发光芯片。
9.如权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于该(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体为(Ba0.9Eu0.1)Al2O4光致发光荧光体，该(Y2-xRx)O3光致发光荧光体为(Y1.9Eu0.1)O3光致发光荧光体。
10.一种白光发光装置，其包括：
一半导体发光芯片，其发出光线；
至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光而激发出第一色光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中一个元素，1＞x＞0；及
至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光而激发出第二色光，其中R至少可以为Eu、Bi及Gd其中一个元素，0＜x≤0.5，
其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体的第一色光与该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体的第二色光混合成白光。
11.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于该半导体发光芯片所发出的光线为紫外光。
12.如权利要求11所述的白光发光装置，其特征在于该紫外光的波长范围介于350nm至480nm之间。
13.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体所发出的第一色光为蓝绿光，其波长范围为450nm至575nm。
14.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体所发出的第二色光为红光，其波长范围为585nm至640nm。
15.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体是以固态反应法及化学合成法其中一种制得。
16.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体是以共沉淀法及柠檬酸盐凝胶法其中一种制得。
17.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于还包括封装胶体，且该至少一(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体及该至少一(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体分别形成光致发光荧光粉体，混合于该封装胶体，且该封装胶体封装该半导体发光芯片。
18.如权利要求10所述的白光发光装置，其特征在于该(Ba1-xMx)Al2O4光致发光荧光体为(Ba0.9Eu0.1)Al2O4光致发光荧光体，该(Y2-xRx)O3S光致发光荧光体为(Y1.9Eu0.1)O3S光致发光荧光体。
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