CN1919965A - 复合磷光粉、使用其的发光器件以及制备复合磷光粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种确保在发射光谱、色彩再现指数、色温、和颜色方面的多样性的高质量复合磷光粉，使用该磷光粉的发光器件，以及用于制备该复合磷光粉的方法。该复合磷光粉包括复合颗粒。每个复合颗粒包括至少两种类型的磷光体颗粒和光传输粘合剂。所述磷光体颗粒具有不同的发射光谱。此外，该光传输粘合剂形成在该磷光体颗粒之间并将它们粘合在一起。
Description
相关申请
本申请要求于2005年8月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-77399号的优先权，其披露的内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及磷光粉，更具体地，涉及发射多种光谱的光并产生精确切合需要的色温、色彩再现指数(color reproduction index)和色彩的复合磷光粉。
背景技术
磷光体被用在门类众多的诸如发光二极管器件的发光器件中。磷光体将各种激发能如光子、电子、热和电场转化为可见光。为了获得理想的发射波长，要合成足够的活化离子和基质材料来制造磷光体。经过磷光体基质传递给活化离子的激发能被转换成可见光，因此发光。发射波长是由给定基质和掺杂在其中的活化剂的结合来决定。因此，磷光体带有其自身的发射波长，并因此在根据需要改变发射波长方面受到极大限制。
图1示出传统红色磷光体的光谱，而图2示出传统绿色磷光体的光谱。图1示出了作为红色磷光体的SrS:Eu磷光体的发射光谱的曲线图。图2示出了作为绿色磷光体的SrGa2S4:Eu磷光体的发射光谱的曲线图。如图1和图2所示，磷光体中每个都在特定波长范围内发光。正如刚刚描述的，仅仅一种磷光体是不能产生多种颜色和发射光谱的，并且极端有限类型的磷光体能以期望波长发光。
在一种克服此类问题的方法中，将几种类型的磷光体混合在一起。例如在其上安装有LED元件(LED芯片)的发光器件中，几种类型的磷光体被混合在一起，以便在较宽的波长范围(例如白光发射)内发光。图3示出了它的一个实例。
参见图3，发光器件10包括安装在壳体11的凹处内的蓝色LED芯片18。端电极(terminal electrode)12通过焊线(连接线)19与该LED芯片连接。在LED芯片18之上，第一磷光体(例如，红色磷光体)13和第二磷光体(例如，绿色磷光体)14被混合在诸如环氧树脂的模制树脂(molding resin)15内。然而，由于第一磷光体13和第二磷光体14之间的密度差异，高密度的磷光体(第二磷光体)下沉，而低密度的磷光体(第一磷光体)则上浮(分层现象)。这就不能产生原先设计或期望的色彩再现指数和发射光谱，导致颜色不均。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的前述问题，因此，根据本发明的一些实施例的目的是提供发射多种光谱的光并精确保证在色温、颜色和色彩再现指数方面的多样性的复合磷光粉。
根据本发明一些实施例的另一目的是提供用于制造发射多个光谱的光并精确保证在色温、颜色和色彩再现指数方面的多样性的复合磷光粉的方法。
根据本发明一些实施例的又一目的是提供使用复合磷光粉以精确保证在发射光谱、色温、颜色和色彩再现指数方面的多样性的发光器件。
根据本发明用于实现该目的的一个方面，提供了包括复合颗粒的复合磷光粉，其中每个复合颗粒包括至少两种类型的具有不同发射光谱的磷光体颗粒和用来粘合该磷光体颗粒的光传输粘合剂，该光传输粘合剂形成在这些磷光体颗粒之间。
根据本发明的一个实施例，每个复合颗粒的磷光体颗粒具有不同的峰值发射波长。
这使得该复合磷光粉展示出为每种磷光体颗粒所特有的发射光谱，以及其他新的更宽的发射光谱。此外，发射光谱可以通过改变包含该复合颗粒的磷光体颗粒的相对含量来调节。
根据本发明的一个实施例，该光传输粘合剂包括光传输聚合物树脂。优选地，该光传输粘合剂包括环氧树脂或者有机硅树脂。该光传输粘合剂将磷光体颗粒粘合在一起成为复合颗粒。
优选地，该复合磷光体颗粒具有10至100μm的平均直径。更优选地，该复合磷光体颗粒具有20至50μm的平均直径。优选地，为获得均一的发射的光的颜色，该复合颗粒是均一尺寸的。
根据本发明的一个实施例，每个复合颗粒包括红色磷光体和绿色磷光体。例如，每个复合颗粒包括不同比率的SrS:Eu和SrGa2S4:Eu。
根据本发明的另一实施例，每个复合颗粒包括绿色磷光体和黄色磷光体。例如，每个复合颗粒包括不同比率的SrGa2S4:Eu和YAG:Ce。
根据本发明的又一实施例，每个复合颗粒包括红色磷光体、绿色磷光体和黄色磷光体。例如，每个复合颗粒包括不同比率的SrS:Eu、SrGa2S4:Eu和YAG:Ce。
根据本发明的又一实施例，每个复合颗粒包括红色磷光体、绿色磷光体、黄色磷光体和橙色磷光体。例如，每个复合颗粒包括不同比率的SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、YAG:Ce和ZnSeS:Cu。
根据本发明用以实现该目的的另一个方面，提供了用于制造复合磷光粉的方法，其包括以下步骤：
将至少两种类型的磷光体颗粒与光传输粘合剂混合，以形成复合磷光体的前体；
将加入表面活性剂的分散介质与该前体混合，并搅拌混合物以在分散介质中形成稳定的复合磷光体的单位颗粒；以及
加热该分散介质以固化光传输粘合剂，由此固化复合磷光体颗粒。
优选地，该光传输粘合剂包括环氧树脂或者有机硅树脂。优选地，该分散介质包括蒸馏水。在这种情况下，将水硬化剂(waterhardening agent)加到该前体中。此外，该表面活性剂可以包括聚丙烯酰胺(Poly Acryl Amide)(PAA)。可选地，该分散介质包括醇，例如乙醇。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，附图中：
图1是示出传统红色磷光体的发射光谱的曲线图；
图2是示出传统绿色磷光体的发射光谱的曲线图；
图3是示出使用磷光体混合物的传统发光器件的截面图；
图4是示出根据本发明具体实施例的复合磷光体颗粒的示意图；
图5是示出根据本发明另一具体实施例的复合磷光体颗粒的示意图；
图6至图11是示出根据本发明的多个具体实施例的复合磷光粉的发射光谱的曲线图；
图12是示出根据本发明的一个具体实施例的复合磷光体颗粒的SEM图；以及
图13是示出利用根据本发明的又一实施例的复合磷光粉的发光器件的截面图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的优选实施例。然而，这些实施例的目的仅仅是解释性的，在不偏离本发明范围的前提下可以作各种更改和变化。
图4是示出根据本发明具体实施例的复合磷光体颗粒的示意图。复合磷光粉由复合磷光体颗粒组成。参见图4，复合磷光体颗粒含有磷光体，即，复合磷光体颗粒50含有两种不同类型的磷光体53和55，其发射光谱不同。作为优选，复合磷光体颗粒50的磷光体53和55显示不同的峰值发射波长(peak emission wavelength)。此外，在磷光体53和55之间形成有光传输粘合剂(light transmittingbinder)51，将它们粘合在一起。光传输粘合剂51可以采用诸如环氧树脂或有机硅树脂的光传输聚合物树脂。
磷光体53和55可以根据需要以可调比例被包含。这样，两种类型的具有不同发射光谱的磷光体以多种不同的比例组合在复合颗粒中，借此实现颜色的均匀性和发射光谱、色彩再现指数和色温方面的多样性。这两种磷光体53和55以红色磷光体和绿色磷光体示例。可选地，磷光体53和55可以采用绿色磷光体和黄色磷光体。
复合磷光体颗粒50的平均直径为10至100μm，优选20至50μm。作为优选，复合磷光粉内的复合磷光体颗粒50具有总体上均一的直径D。这是因为均一尺寸的复合颗粒更能提供均匀的颜色。根据本发明，包含在复合磷光体颗粒中的单个磷光体不限于只有两种。在复合磷光体颗粒中可以包括不同比例的任选的至少三种磷光体。
图5示出了根据本发明另一具体实施例的复合磷光体颗粒的示意图。参见图5，复合磷光体颗粒60包括诸如环氧树脂的光传输粘合剂61和被其粘合在一起的三种不同种类的磷光体颗粒63、64和65。磷光体63、64和65具有不同的发射光谱(优选不同的峰值发射波长)。例如，磷光体63、64和65可以采用红色磷光体、绿色磷光体和黄色磷光体。由复合磷光体颗粒组成的复合磷光粉产生宽波长范围的可见光，并且确保在发射光谱、色温、色彩再现指数和色彩方面的多样性。尤其是它防止出现现有技术中的分层现象的发生，因此产生更均匀的颜色和切合设计的发射光谱。
图6至11是示出根据本发明不同实施例的复合磷光粉的发射光谱的曲线图。其光谱绘在图6至11中的复合磷光粉使用环氧树脂作为光传输粘合剂。
首先，图6绘出了一种复合磷光粉的发射光谱，该磷光粉具有可以以80％SrS:Eu和20％SrGa2S4:Eu表达的组合物，其含有比例为80％和20％的红色磷光体SrS:Eu和绿色磷光体SrGa2S4:Eu。如图6所示，与传统的单独的磷光体的光谱(见图1和图3)相比，该复合磷光粉显示出更宽波长的新光谱。通过改变该磷光体的含量比例可以调节发射光谱。
图7绘出了一种复合磷光粉的发射光谱，该磷光粉具有可以以50％SrS:Eu和50％SrGa2S4:Eu表达的的组合物，其含有红色磷光体和绿色磷光体。从图6和图7的光谱明显看出，甚至在使用同一种类的单独的磷光体的情况下，复合磷光粉的发射光谱也通过含量比而变化。因此，含量比的变化导致发射光谱的多样性。
图8示出了一种复合磷光粉的发射光谱，该磷光粉具有可以以40％SrS:Eu、40％SrGa2S4:Eu和20％YAG:Ce表达的组合物，其含有红色磷光体、绿色磷光体和黄色磷光体。如图8所示，该复合磷光粉在500nm至650nm的波长范围发射高强度的可见光。
图9示出了一种复合磷光粉的发射光谱，该磷光粉具有可以以30％SrS:Eu、30％SrGa2S4:Eu和40％YAG:Ce表达的组合物，其含有红色磷光体、绿色磷光体和黄色磷光体。如图8和图9所示，这些磷光体的含量比被改变以调节其发射光谱。因此，磷光体含量比的可调节性使得发射光谱可以多样化地设计。
图10示出了一种复合磷光粉的发射光谱，该磷光粉具有可以以35％SrS:Eu、35％SrGa2S4:Eu、15％YAG:Ce和15％ZnSeS:Cu表达的组合物，其含有红色磷光体、绿色磷光体、黄色磷光体和橙色磷光体。如图10所示，在540nm至610nm的波长范围绘出非常高和均匀的发射强度。这样，增加磷光体的种类数以便在宽波长范围内产生更多种发射光谱。
图11绘出了一种复合磷光粉的发射光谱，该磷光粉具有可以以50％SrGa2S4:Eu和50％YAG:Ce表达的组合物，其含有绿色磷光体和黄色磷光体。如图11所示，该复合磷光粉的光谱在在黄-绿区显示出峰值发射波长。图12是示出一种复合磷光体颗粒的SEM图，该磷光体颗粒具有可以以50％SrGa2S4:Eu和50％YAG:Ce表达的组合物，并具有图11的光谱。如图12所示，包含在复合磷光体颗粒中的单独的磷光体防止了现有技术中分层现象(见图3)的发生。
从根据不同实施例的复合磷光粉的发射光谱可以明显看出，本发明确保了发射光谱的多样性，并因此确保了色彩再现指数、色温和颜色的多样性。此外，根据本发明，并不发生现有技术中的分层现象(见图3)，以致可以精确实现设计的发射光谱。
下面将依照本发明的一个实施例介绍用于制造复合磷光粉的方法。
首先，将至少两种类型的磷光体颗粒和光传输粘合剂混合在一起，以形成复合磷光体的前体。例如，将用作填料的环氧树脂与绿色磷光体SrGa2S4:Eu和黄色磷光体YAG:Ce混合，以获得前体(该复合磷光体的前体)。可选地，可以加入用作水硬化剂的烷氧化物(alkoxide)以便混合在一起。
接下来，在蒸馏水中混合入表面活性剂聚丙烯酰胺(PAA)，以产生分散介质，随后将其与该前体混合。在与该前体混合的分散介质被搅拌时，该表面活性剂粘到将磷光体粘合在一起的环氧树脂和蒸馏水之间的界面上。这产生了复合磷光体的稳定的单位颗粒(包括SrGa2S4:Eu和YAG:Ce的磷光体颗粒以及填在其间的环氧树脂)。
然后，将该分散介质加热到约100℃以除去溶剂(蒸馏水)和固化环氧树脂。这固化了该复合磷光体颗粒。该复合磷光体颗粒包括SrGa2S4:Eu和YAG:Ce的磷光体和将其粘合在一起的环氧树脂。该复合磷光粉包括复合磷光体颗粒。
在该实施例中，环氧树脂被用作光传输粘合剂，但是有机硅树脂可以替代它。此外，在本实施例中，蒸馏水被用作分散前体的分散介质，但是醇可以代替它。由此获得的复合磷光粉可以与LED芯片结合以容易地制造发光器件。
图13是示出使用根据本发明的复合磷光粉的示例性发光器件的截面图。参见图13，在发光器件100中，在壳体101的凹处安装有LED芯片108。壳体101的凹处的侧面起着反射面的作用。设置在壳体101中的端电极102通过焊线(连接线)109与LED芯片108连接。用于封装LED芯片108的模制树脂(molding resin)105具有分散在其中的复合磷光体颗粒A。如图13所示，所有的复合磷光体颗粒A密集程度类似，由此防止了现有技术中存在的分层现象的出现。由此产生了均匀和精确的颜色。
本发明优选实施例的复合磷光粉可以有利地用在使用LED芯片的白光发光器件中。例如，本发明的复合磷光粉可用于能够实现近似自然白光的色彩再现指数和色温的LED封装器件。
如上所述，根据本发明的优选实施例，使用的复合磷光粉发射多种光谱的光，并精确保证在色温、颜色和色彩再现指数方面的多样性。尤其是，该复合磷光粉可用于LED器件，借此产生具有多种色温和色彩再现指数的光，包括白光或其他波长的多色频光。
尽管结合优选的实施例展示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该明白，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以作些调整和变化。
Claims (22)
1.一种包括复合颗粒的复合磷光粉，其中，每个复合颗粒包括至少两种类型的具有不同发射光谱的磷光体颗粒和用于粘合所述磷光体颗粒的光传输粘合剂，所述光传输粘合剂形成在所述磷光体颗粒之间。
2.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，所述至少两种类型的磷光体颗粒具有不同的峰值发射波长。
3.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，所述光传输粘合剂包括光传输聚合物树脂。
4.根据权利要求3所述的复合磷光粉，其中，所述光传输粘合剂包括环氧树脂或者有机硅树脂。
5.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，所述复合磷光体颗粒具有10至100μm的平均直径。
6.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，所述复合磷光体颗粒具有20至50μm的平均直径。
7.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括红色磷光体和绿色磷光体。
8.根据权利要求7所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括SrS:Eu和SrGa2S4:Eu。
9.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括绿色磷光体和黄色磷光体。
10.根据权利要求9所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括SrGa2S4:Eu和YAG:Ce。
11.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括红色磷光体、绿色磷光体和黄色磷光体。
12.根据权利要求11所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒每个包括SrS:Eu、SrGa2S4:Eu和YAG:Ce。
13.根据权利要求1所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括红色磷光体、绿色磷光体、黄色磷光体和橙色磷光体。
14.根据权利要求13所述的复合磷光粉，其中，每个所述复合颗粒包括SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、YAG:Ce和ZnSeS:Cu。
15.一种用于制备复合磷光粉的方法，包括以下步骤：
将至少两种类型的磷光体颗粒与光传输粘合剂混合，以形成复合磷光体的前体；
将加入表面活性剂的分散介质与所述前体混合，并搅拌混合物以在所述分散介质中形成所述复合磷光体的稳定的单位颗粒；以及
加热所述分散介质以固化所述光传输粘合剂，由此固化复合磷光体颗粒。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光传输粘合剂包括环氧树脂或者有机硅树脂。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分散介质包括蒸馏水。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，将水硬化剂加到所述前体中。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述表面活性剂包括聚丙烯酰胺(PAA)。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述分散介质包括醇。
21.一种发光器件，包括：
发光二极管芯片；
用于封装所述发光二极管芯片的模制树脂；以及
分散在所述模制树脂中的复合磷光粉，所述复合磷光粉包括复合颗粒，其中，每个所述复合颗粒包括至少两种类型的具有不同发射光谱的磷光体颗粒和用于粘合所述磷光体颗粒的光传输粘合剂，所述光传输粘合剂形成在所述磷光体颗粒之间。
22.根据权利要求21所述的发光器件，进一步包括具有凹处以在其中放置所述发光二极管芯片的壳体。
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