CN102812568B - 白光发射灯和包括该白光发射灯的白色led照明装置 - Google Patents

Abstract

一个目的是提供白光发射灯，其中包括：位于板3上并发出紫外光或蓝光的半导体发光元件2；形成为可以覆盖半导体发光元件2的发光表面的发光部分，其含有蓝色磷光体B、绿色磷光体G、红色磷光体R、和深红色磷光体DR，经半导体发光元件2发射的光激发分别发射蓝光、绿光、红光、和深红光，通过将蓝色磷光体B、绿色磷光体G、红色磷光体R和深红色磷光体DR的发光颜色相互混合，白光发射灯1发射白光，其中深红色磷光体DR的主发射峰处于比红色磷光体的主发射峰更长的波长范围，红色磷光体R包括至少一种选自以下的组分：每个都有预定组成的铕活化的SiAlON磷光体和铕活化CASN磷光体，深红色磷光体DR包括有预定组成的锰活化的氟锗酸镁磷光体。根据上述白光发射灯，当BGR磷光体与诸如LED等半导体元件组合使用时，除了红色磷光体R，还进一步加入有预定组成的深红磷光体DR，就可以改善光照度特性，因此可以提供高的光照度和高的颜色显现性两者均出色的白光发射灯。

Description

白光发射灯和包括该白光发射灯的白色LED照明装置

技术领域

本发明涉及包括半导体发光元件的白光发射灯，以及包括所述白光发射灯的白色LED照明装置(白色LED发光装置)，尤其是，涉及具有改善的颜色显现(color rendering)性和发光效率的白光发射灯以及包括所述白光发射灯的白色LED照明装置。

背景技术

发光二极管(LED)是能将电能转换成紫外光和可见光、从而发射出转换光的半导体发光元件。这类发光二极管使用寿命长并且可靠性高，因此用作光源时要求更换的频率更低，所以其具有优势。包括用透明树脂等密封的LED芯片的LED灯广泛用于：液晶显示器背光，例如用于便携式通讯设备、PC外围设备、办公室自动化(OA)设备和家用电气设备的显示部分；以及诸如信号设备、各种开关、车载灯、和普通照明的照明装置。

针对LED灯发射的光的色调，LED芯片可以与不同发光颜色的各种磷光体组合，由此可以根据用户的应用目的实现可见光范围内的从蓝色光到红色光。尤其是，发射白光的LED灯(白色LED灯)很快普遍应用于液晶显示器的背光、车载灯等，并且预计将来会作为荧光灯的替换物明显扩大应用。例如，一般的荧光灯使用水银生产，因此在将来会考虑用不使用水银生产的白色LED灯代替荧光灯。

已广泛使用或目前在试用的已知白色LED灯的实例可以包括：包括与黄色磷光体(例如YAG)组合的蓝色LED的LED灯；以及包括发射波长为360~440nm的紫外LED或紫色LED的LED灯，所述紫外LED或紫色LED与蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)磷光体的混合物(BGR磷光体)组合。由于前者优越的光照度特征，前者目前比后者更普遍。然而，前者的白色LED灯的光分布朝向蓝色成分和黄色成分偏离，缺少含有红色成分的光并且不充分。因此，甚至在发射色品度足够的LED灯作为光源的情况下，使用该光源观察目的时，反射光的颜色明显不同于日光下观察到的自然色。也就是说，造成了问题，使得前者的颜色显现性低。

与前者相反，包括紫外LED的后者的白色LED灯其光照度令人遗憾地次于前者，但在发射光和投射光中的颜色不均匀度较小，因此预计将来会成为主流的白色灯。对于包括紫外LED的白色LED灯，通过调节磷光体特征和磷光体组合，诸如光照度(亮度)和颜色显现性的光源特征越来越得到改善(参见专利文献1和2)。例如，为了提高白色LED灯的亮度，研究了使用发射峰波长为540~570nm的黄色磷光体代替发射峰波长为500~530nm的绿色磷光体。

应用这类含黄色磷光体代替绿色磷光体的混合物磷光体(BYR磷光体)的白色LED灯比含BGR磷光体的白色LED灯具有更高的亮度，因此预期能作为用于照明装置的光源。然而，对于这类应用含黄色磷光体的BYR磷光体的常规白色LED灯，不一定能获得其特征充分改善的效果，因此要求白色LED灯进一步提高光照度和颜色显现性。同时，提出了可用于与蓝色LED组合的各种黄色磷光体。

可用于与蓝色LED组合的黄色磷光体的已知实例包括：铈活化的铝酸钇磷光体(YAG)、铈活化的铝酸铽磷光体(TAG)、和铕活化的碱土金属硅酸盐磷光体(BOSS)(参见专利文献3)。针对常规的黄色磷光体，已经研究了蓝色LED发射的蓝光(发射波长：430~500nm)激发时所述黄色磷光体的发光特征。另一方面，并未充分研究紫外LED或紫色LED发射的光(发射波长：360~440nm)激发时所述黄色磷光体的发光特征，因此要求进行研究和改善。

此外，为了提高白光的颜色显现性，还提出了包括与绿色磷光体和红色磷光体组合的蓝色LED和紫外LED的白色LED装置(参见专利文献4)。该白色LED装置的颜色显现性已在一定程度上得到改善。然而，因为一部分蓝光容易被磷光体吸收，产生了缺点，会导致发光部分的光照度容易降低。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开号2002-171000

专利文献2：日本专利公开号2003-160785

专利文献3：日本专利号3749243

专利文献4：US2006/0249739A1

发明内容

发明要解决的问题

本发明的一个目的是提供白光发射灯，其中：在含蓝色磷光体、绿色磷光体和红色磷光体的BGR磷光体与诸如LED的半导体发光元件组合使用的情况下，进一步加入主发射峰比红色磷光体的主发射峰处于更长的波长范围的深红色磷光体；并且，每个均含特定组成的红色磷光体和深红色磷光体两者一起使用，由此高的光照度和高的颜色显现性可以同时得到。本发明的另一个目的是提供包括如上所述的这类白光发射灯的白色LED照明装置。

解决问题的方法

根据本发明的一个方面的白光发射灯包括：

位于板上并发出紫外光或蓝光的半导体发光元件；以及

用于覆盖半导体发光元件的发光表面而形成的发光部分，所述发光部分含蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体，其经半导体发光元件发射的光激发分别发射蓝光、绿光、红光、和深红光，

通过蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和深红色磷光体的发光颜色相互混合，白光发射灯发射白光，

其中深红色磷光体的主发射峰比红色磷光体的主发射峰处于更长的波长范围，

所述红色磷光体包含至少一种选自以下的组分：具有以下通式所示组成的铕活化的SiAlON磷光体：

(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω(1)

其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，5≦β≦9，1≦γ≦5，0.5≦δ≦2且5≦ω≦15；以及

具有以下通式所示组成的铕活化的CASN磷光体：

(Sr_1-x-y,Ca_xEu_y)AlSiN₃          (2)

其中x和y满足以下关系：0＜x＜1，0＜y＜0.2，0＜x+y＜1；并且

其中所述深红色磷光体包含具有以下通式所示组成的锰活化的氟锗酸镁(fluorogermanate)磷光体：

αMgO·βMgF₂·(Ge_1-x,Mn_x)O₂        (3)

其中α、β和x满足以下关系：3.0≦α≦4.0，0.4≦β≦0.6，0.001≦x≦0.5。

具体地，白光发射灯包括：发出370nm或更高和470nm或更低的峰值波长的光的半导体发光元件；和被半导体发光元件发射的光激发而发射白光的发光部分。发光部分含有：蓝色磷光体，所述蓝色磷光体吸收光并发射峰值波长为440nm或更高和470nm或更低的光；绿色磷光体，所述绿色磷光体吸收光并发射峰值波长为530nm或更高和600nm或更低的光；红色磷光体，所述红色磷光体吸收光并发射峰值波长为610nm或更高和630nm或更低的光；以及深红色磷光体，所述深红色磷光体吸收光并发射峰值波长为640nm或更高和660nm或更低的光。

应当注意，为了改善发光强度和颜色显现性，重要的是要选择能使红色磷光体的主发射峰和深红色磷光体的主发射峰在光谱图中显示出彼此分开的这类磷光体。使用与红色磷光体发光范围和深红色磷光体发光范围重叠的发光范围宽的磷光体不大能得到本发明的优点，所述红色磷光体发出610nm或更高和630nm或更低的峰值波长的光，所述深红色磷光体发出640nm或更高和660nm或更低的峰值波长的光。

进一步，在上述白光发射灯中，优选蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体的每一种的平均粒径为10μm或更大，和80μm或更小。

进一步，在上述白光发射灯中，优选发光部分包括用于覆盖半导体发光元件的发光表面而形成的透明树脂层，并且该透明树脂层含有蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体。

进一步，在上述白光发射灯中，优选发光部分包括：用于覆盖半导体发光元件的发光表面而形成的，并且不含蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体的第一透明树脂层；以及用于覆盖第一透明树脂层而形成的，并且含蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体的第二透明树脂层。

进一步，在上述白光发射灯中，优选半导体发光元件为发出峰值波长为370nm或更高和470nm或更低的光的发光二极管或激光二极管。

根据本发明的白色LED照明装置的特征在于，其包括根据本发明的上述白光发射灯。

发明的有利效果

在根据本发明的白光发射灯中，进一步加入了主发射峰比红色磷光体的主发射峰处于更长的波长范围的深红色磷光体，每个都有确定组成的红色磷光体和深红色磷光体两者一起使用。因此，光照度特征(发光效率)和颜色显现性两者都可以得到增强。高颜色显现性和高光照度两者兼有的这类白光发射灯能适合用于照明(发光)其它的这类用途。

附图说明

[图1]图1为图示说明根据本发明实施方案的白光发射灯的构造剖面图。

[图2]图2为图示说明图1所举例说明的白光发射灯的修改的实例的剖面图。

[图3]图3所示为应用于本发明的B、G、R、和DR四种磷光体的实例发射光谱图。

[图4]图4所示为根据本发明实施方案的白色LED灯的实例发射光谱图。

[图5]图5所示为白色LED灯的实例发射光谱图，所述白色LED灯包括只使用常规B、G、R磷光体而没有使用DR磷光体所形成的发光部分。

具体实施方式

在下文中将参考附图对实施本发明的方式进行说明。图1为剖面图，图示说明了其中本发明的白光发射灯应用于白色LED灯的实施方案的构造。图1中举例说明的白色LED灯包括LED芯片2作为激发源(光源)。激发源不限于LED芯片2。可使用发射峰波长为370nm或更高和470nm或更低的诸如发光二极管或激光二极管的半导体发光元件，作为白光发射灯的激发源。

诸如InGaN基、GaN基、和AlGaN基二极管的各种发光二极管被用作LED芯片2作为激发源。优选LED芯片2的发射峰波长落在370nm或更高和430nm或更低的范围。如上所述的LED芯片2与BGR-DR磷光体一起使用，所述BGR-DR磷光体通过组合BGR磷光体与深红(DR)磷光体得到，由此可以实现具有高的光照度和出色的颜色颜色再现性的白色LED灯1。在本说明书中，作为激发源的发光二极管表示为LED芯片2，而最后得到白光发射的发光灯表示为白色LED灯1。

LED芯片2安装在布线基板3上。在布线基板3上提供圆柱形的框体4，形成框体4的内壁表面作为反射层。框体4的至少一个表面由诸如金属的导电材料制成，并且其构成LED芯片2的电气布线的一部分。LED芯片2的上电极2a通过焊线5电气连接到框体4。LED芯片2的下电极2b电气并机械连接到布线基板3的金属布线层6。透明树脂7填充框体4所限定的空间，而LED芯片2则嵌入透明树脂层7中。

其中嵌入LED芯片2的透明树脂层7含有磷光体8以获得白光。分散在透明树脂层7中的磷光体8经LED芯片2发射的光激发，从而发射出白光。即，其中分散了磷光体8的透明树脂层7起到发出白光的发光部分9的作用。布置发光部分9，使其覆盖LED芯片2的发光表面。透明树脂层7由例如硅树脂或环氧树脂制成。应当注意，应合理设计布线基板3、和框体4等的构造。

如图2中说明，发光部分9可以包括不含磷光体8的第一透明树脂层7A和含磷光体8的第二透明树脂层7B。安置第一透明树脂层7A，使其覆盖LED芯片2的发光表面，并安置第二透明树脂层7B，使其覆盖第一透明树脂层7A。具有如上所述构造的发光部分9有助于提高白色LED灯1的发光效率。第一透明树脂层7A安置在离LED芯片2的发光表面500~2000μm的范围内。

用于获得白光的磷光体8含有蓝色(B)磷光体、绿色(G)磷光体、红色(R)磷光体、和深红色(DR)磷光体，而每种磷光体均吸收LED芯片2发射的光(例如，紫外光或紫光)。蓝色(B)磷光体发射峰值波长为440nm或更高和470nm或更低的光，绿色(G)磷光体发射峰值波长为535nm或更高和570nm或更低的光，红色(R)磷光体发射峰值波长为590nm或更高和630nm或更低的光，而深红色(DR)磷光体发射峰值波长为640nm或更高和660nm或更低的光。磷光体8是BGR磷光体和深红色(DR)磷光体的混合磷光体(BGR-DR磷光体)。应当注意，BGR-DR磷光体8可以含有两个或更多种的相同颜色的磷光体，并且可以补充含有发光颜色不同于蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)和深红色(DR)的黄色磷光体。优选使用粘结剂预先将BGR-DR磷光体8的B、G、R、和DR磷光体粘结在一起，并且将BGR-DR磷光体8以粘结状态分散在透明树脂层7中。

施加到白色LED灯1上的电能通过LED芯片2转换成紫外光或紫光。LED芯片2发出的光然后进一步通过分散在透明树脂层7中的BGR-DR磷光体8转换成波长更长的光。包含在BGR-DR磷光体8中的蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和深红色磷光体的发光颜色互相混合，得到的光总体上作为白光从白色LED灯1发出。在构成BGR-DR磷光体8的磷光体的峰值波长分别落在上述范围内的情况下，可以得到具有出色的光照度和颜色显现性的白光。

构成BGR-DR磷光体8的磷光体的蓝色(B)磷光体由具有以下通式所示组成的铕活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体制成：

(Sr_1-x-y-z,Ba_x,Ca_y,Eu_z)₅(PO₄)₃Cl...(4)

(其中x,y,和z是分别满足以下条件的数：0≤x<0.5，0≤y<0.1，且0.005≤z<0.1)。

具有式(4)所示组成的铕活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体尤其是对峰值波长为370~430nm的紫外光或紫光有出色的吸收效率。

构成BGR-DR磷光体8的磷光体的绿色(G)磷光体至少由以下之一制成：

具有以下通式所示组成的铕和锰活化的铝酸盐磷光体：

(Ba_1-x-y-z,Sr_x,Ca_y,Eu_z)(Mg_1-uMn_u)Al₁₀O₁₇...(5)

(其中x、y、z、和u是分别满足以下条件的数：0≤x<0.2，0≤y<0.1，0.005<z<0.5，且0.1<u<0.5)；

具有以下通式所示组成的铕和锰活化的硅酸盐磷光体：

(Sr_1-x-y-z-u,Ba_x,Mg_y,Eu_z,Mn_u)₂SiO₄...(6)

(其中x、y、z、和u是分别满足以下条件的数：0.1≤x≤0.35，0.025≤y≤0.105，0.025≤z≤0.25，且0.0005≤u≤0.02)，以及

具有以下通式所示组成的铕活化的SiAlON磷光体：

(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω...(7)

其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，12≦β≦14，2≦γ≦3.5，1≦δ≦3且20≦ω≦22。

构成BGR-DR磷光体8的磷光体的红色磷光体包括至少一种选自以下的组分：

具有以下通式所示组成的铕活化的SiAlON磷光体：

(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω...(1)

其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，5≦β≦9，1≦γ≦5，0.1≦δ≦2且5≦ω≦15；以及

具有以下通式所示组成的铕活化的CASN磷光体：

(Sr_1-x-y,Ca_x Eu_y)Al Si N₃…(2)

其中x和y满足以下关系：0＜x＜1，0＜y＜0.2，0＜x+y＜1。

构成BGR-DR磷光体8的磷光体中的深红色(DR)磷光体由具有以下通式所示组成的锰活化的氟锗酸镁磷光体制成：

αMgO·βMgF₂·(Ge_1-xMn_x)O₂...(3)

(其中α、β和x是分别满足以下条件的数：3.0≤α≤4.0，0.4≤β≤0.6，且0.001≤x≤0.5)。

在具有式(3)组成的锰活化氟锗酸镁磷光体中的系数α和β分别落在上述范围内的情况下，可以获得发射光照度和颜色显现性的改善效果。就式(3)中的x值而言，Mn的含量设定在0.001~0.5。如果x值低于0.001，则不能充分得到红光发射成分的加强效果。如果x值超过0.5，535~570nm的绿光发射成分的降低变得成问题，即使能提高600~700nm的红光发射成分的效果，但总体上发光效率也会降低。相应地，更优选将x值设定在0.002~0.2。

图3为图例，其相互对比显示以下发射光谱：Eu活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体((Sr_0.95,Ba_0.043,Eu_0.007)₅(PO₄)₃Cl)的发射光谱(B)；铕和锰活化的硅酸盐磷光体(Sr_1.48,Ba_0.32,Mg_0.095,Eu_0.1,Mn_0.005)₂SiO₄)的发射光谱(G)；铕活化的SiAlON磷光体((Si_1.6Eu_0.4)Si₇Al₃ON₁₃的发射光谱(R)；以及锰活化的氟锗酸镁磷光体(3.5MgO·0.5MgF₂·(Ge_0.99Mn_0.01)O₂的发射光谱(DR)。

如图3中显而易见，锰活化氟锗酸镁磷光体(DR)的主发射峰比常规的红色磷光体(R)的主发射峰处于更长的波长范围，630nm~670nm之间的发光强度提高，从而导致了红色色调的增强。结果红光发射成分可以提高和增强。

已知红色磷光体在波长370~430nm的紫外光或紫光的发光效率上逊于蓝色磷光体和绿色磷光体。为了解决这一问题，深红色光发射成分用锰活化的氟锗酸镁磷光体(DR)增强，这可使通过蓝光、绿光、红光发射成分颜色互相混合得到的白光的光照度和颜色显现性得到增强。

即，红色磷光体不足的发光可通过常规的红光发射磷光体和锰活化的氟锗酸镁磷光体(DR)的组合使用而得到增强，由此提高光照度平衡，并导致白光光照度的提高。进一步，这样光照度平衡的提高导致白光颜色显现性的提高。

在具有式(6)所示组成的绿色磷光体中，在Eu活化碱土金属硅酸盐磷光体的发射光谱中加入了锰的光发射，因此认为增强了红光发射组分。为了得到这一效果，就式(6)中的u值而言，锰含量设定为0.0005~0.02。如果u值低于0.0005，则不能充分得到红光发射成分的加强效果。

另一方面，如果u值超过0.02，则535~570nm的绿光发射成分的减少变得成问题，即使能提高600~700nm的红光发射成分的效果。更优选将u值设定在0.005~0.02。

Eu是主要获得绿光发射的活化剂。为了得到绿光发射，就式(6)中的z值而言，Eu含量设定为0.025~0.25。如果Eu含量落在上述范围之外，绿光发射成分的强度等会降低。就z值而言，更优选将Eu含量设定在0.05~0.2。

通过Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐磷光体产生的红光发射成分的加强效果，在磷光体通过峰值波长为370~430nm的紫外光或紫光激发的情况下尤其明显。

应当注意，发射光谱的红色成分会轻微提高，甚至在Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐磷光体通过峰值波长为440~470nm的蓝光(蓝色LED发出的光)激发的情况下。

具有式(6)所示组成的Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐磷光体尤其合适用于白色LED灯1的绿色磷光体，所述白色LED灯1包括峰值波长为370~470nm的LED芯片2作为激发源。

同时，向常规的Eu活化的碱土金属硅酸盐磷光体((Sr,Ba,Eu)₂SiO₄磷光体)简单加入Mn不足以得到出色的光发射性能，因为在其制备过程中磷光体会着色。为了防止这样着色，在本实施方案的绿色磷光体中，进一步向Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐磷光体((Sr,Ba,Eu,Mn)₂SiO₄磷光体)中加入Mg。

向(Sr,Ba,Eu,Mn)₂SiO₄磷光体加入Mg能够保持作为绿色磷光体的光发射性能。为了得到上述防着色效果，就式(6)中的y值而言，Mg含量设定为0.025~0.105。

如果y值低于0.025，则不能充分得到绿色磷光体的防着色效果。另一方面，如果y值超过0.105，则减少了535~570nm波长的绿光发射成分。更优选y值设定在0.075~0.105。

在使用Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐磷光体作为绿色磷光体的情况下，就式(4)中的x值而言，Ba的含量设定为0.1~0.35。如果Ba含量落在上述范围之外，碱土金属硅酸盐的晶体结构等会变化，这样碱土金属硅酸盐会变为带绿色色调的磷光体。更优选x值设定在0.1~0.3。

构成BGR-DR磷光体8的磷光体中的蓝色磷光体和红色磷光体可以为各种磷光体，只要所使用的磷光体能有效吸收LED芯片2发出的光(尤其是紫外光或紫光)即可。尤其是，考虑到要与Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐磷光体制成的绿色磷光体组合，优选蓝色磷光体由选自Eu活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体和Eu活化的铝酸盐磷光体的至少一种制成，优选红色磷光体由Eu活化的硫氧化镧磷光体制成。

作为蓝色磷光体的Eu活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体优选具有以下通式所示的组成：

(Sr_1-x-y-z,Ba_x,Ca_y,Eu_z)₅(PO₄)₃Cl...(4)

(其中x、y和z是分别满足以下条件的数：0≤x<0.5，0≤y<0.1，且0.005≤z<0.1)。

满足式(4)组成的Eu活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体对LED芯片2发出的光有高的吸收效率，并且可以与式(5)、(6)和(7)每一个所表示的绿色磷光体出色地组合。

优选Eu活化的铝酸盐磷光体具有以下通式所示的组成：

(Ba_1-x-y-z,Sr_x,Ca_y,Eu_z)(Mg_1-uMn_u)Al₁₀O₁₇...(5)

(其中x、y、z、和u是分别满足以下条件的数：0≤x<0.2，0≤y<0.1，0.005<z<0.5，且0.1<u<0.5)。

满足式(5)的组成的Eu活化的铝酸盐磷光体对LED芯片2发出的光有高的吸收效率，并且很出色。

此外，使用的另一种绿色磷光体是具有以下通式所示组成的铕和锰活化的硅酸盐磷光体：

(Sr_1-x-y-z-u,Ba_x,Mg_y,Eu_z,Mn_u)₂SiO₄...(6)

(其中x、y、z、和u是分别满足以下条件的数：0.1≤x≤0.35，0.025≤y≤0.105，0.025≤z≤0.25，且0.0005≤u≤0.02)。

进一步，还有另一种绿色磷光体是具有以下通式所示组成的铕活化的SiAlON磷光体：

(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω...(7)

(其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，12≦β≦14，2≦γ≦3.5，1≦δ≦3且20≦ω≦22)。

作为红色磷光体的铕活化的SiAlON磷光体优选具有以下通式所示组成：(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω...(1)

其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，5≦β≦9，1≦γ≦5，0.1≦δ≦2且5≦ω≦15。

作为能满足通式(1)组成的红色磷光体的铕活化的SiAlON磷光体对LED芯片2发出的光有高的吸收效率，并且可以与式(5)、(6)和(7)每一种所表示的绿色磷光体出色地组合。

此外，使用的另一种红色磷光体是具有以下通式所示组成的铕活化CASN磷光体：

(Sr_1-x-y,Ca_x Eu_y)Al Si N₃…(2)

其中x和y满足以下关系：0＜x＜1，0＜y＜0.2，0＜x+y＜1。

满足通式(2)的组成的铕活化CASN磷光体对LED芯片2发出的光也有高的吸收效率，并且可以与式(5)、(6)和(7)每一个所表示的绿色磷光体出色地组合。

作为深红色磷光体的锰活化的氟锗酸镁磷光体优选具有以下通式所示组成：

αMgO·βMgF₂·(Ge _1-xMn_x)O₂...(3)

(其中α、β和x是分别满足以下条件的数：3.0≤α≤4.0，0.4≤β≤0.6且0.001≤x≤0.5)。

满足式(3)的组成的锰活化的氟锗酸镁磷光体的主发射峰比红色磷光体(R)的主发射峰处于更长的波长范围，630nm~670nm之间的发光强度提高，导致红色色调的增强。结果是，红光发射成分可以增强，并且可以有效改善颜色显现性。

图4所示为白色LED灯1的实例发射光谱，所述白色LED灯1含有以上所述的含蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)、和深红色(DR)磷光体的BGR-DR磷光体8。图4所示为当来自LED芯片的电流值为20mA且峰值为400nm的紫外光通过BGR-DR磷光体转换成(x,y)色值为(x=0.300~0.350,y=0.300~0.350)的白光时，得到的发射光谱。

通过组合上述磷光体可以得到以下特征值。蓝光发射成分的峰值为450nm，绿光发射成分的峰值为570nm，红光发射成分的峰值为630nm，深红光发射成分的峰值为660nm。光照度(亮度)为等于或高于370mcd，并且平均颜色显现指数(Ra)等于或高于98。

相比之下，图5所示为白色LED灯1的实例发射光谱，所述白色LED灯1只含蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)磷光体，不含深红色(DR)磷光体。没有深红色(DR)磷光体，证实光发射强度(发光效率)降低，且平均颜色显现指数(Ra)大约为92。

蓝色、绿色、红色、和深红色磷光体如以混合物形式分散到透明树脂层7中。每种磷光体的混合比根据所要求白光的色品度来合理设定。可以根据需要加入蓝色、绿色、红色、和深红色磷光体以外的磷光体。

为了获得发光部分9高质量的白光发射，优选设定磷光体的混合比，使蓝色磷光体的比例为20~35质量%，绿色磷光体的比例为1~10质量%，红色磷光体的比例为0.4~70质量%，并且深红色磷光体的比例为3~25质量%(蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体的总比例为100质量%)。

进一步，优选蓝色、绿色、红色、和深红色磷光体每一种的平均粒径为10μm或更高和80μm或更低。在此情况下平均粒径是指粒径分布中的中值(50%值)。通过将蓝色、绿色、红色、和深红色磷光体每一种的平均粒径设定在10~80μm，可以提高对LED芯片2发出的紫外光或紫光的吸收效率。相应地，可以进一步提高白色LED灯1的光照度。更优选将每一种磷光体的平均粒径设定在20~70μm。

为了提高蓝色、绿色、红色、和深红色磷光体在透明树脂层7中分散状态的均匀性，蓝色、绿色、红色、和深红色磷光体可以使用诸如无机粘结剂和有机粘结剂的粘结剂预先互相整合，并且可以以这样一种整合状态分散到透明树脂层7中。

待用的无机粘结剂的实例包括微粒化的碱土金属硼酸盐，有机粘结剂的实例包括诸如丙烯酸树脂和硅树脂的透明树脂。通过使用粘结剂的整合方法，磷光体可随机相互结合，以具有更大的粒径。

结果是，可以解决例如各磷光体在透明树脂层7中沉降速率差异所引起的分散状态的不均匀性，因此可以提高白光颜色再现性和光发射的均匀性。

本实施方案的白色LED灯1具有出色的灯性能，例如光照度性能、颜色显现性、和颜色再现性。相应地，白色LED光源1适宜用作照明装置的光源，例如车载灯、信号设备、各种开关、和普通照明(照明装置)。

根据本发明实施方案的照明装置可包括一个或多个白色LED灯1作为其光源。白色LED灯1可根据白色LED灯1所应用的照明装置的构造，以各种方式布置在安装板上。包括本实施方案的白色LED灯1的照明装置可提供高质量照明，作为传统荧光灯的替代物。

实施例

接下来，下面对本发明的具体实施例及其评价结果进行说明。

(实施例1~27)

制备以下各种磷光体：

用于蓝色磷光体(B)，Eu活化的碱土金属氯磷酸盐((Sr_0.95,Ba_0.043,Eu_0.007)₅(PO₄)₃·Cl)磷光体(以下，表1中缩写为“B1”)，其平均粒径为12μm；

用于绿色磷光体(G)，Eu和Mn活化的碱土金属硅酸盐((Sr_1.48,Ba_0.32,Mg_0.095,Eu_0.1,Mn_0.005)₂SiO₄)磷光体(以下，表1中缩写为“G1”)，其平均粒径为15μm；

用于另一种绿色磷光体，铕活化的铝酸盐((Ba_0.95,Eu_0.05)(Mg_0.7Mn_0.3)Al₁₀O₁₇)磷光体(以下，表1中缩写为“G2”)，其平均粒径为15μm；

用于另一种绿色磷光体，铕活化的SiAlON((Sr_2.7,Eu_0.3)Si₁₃Al₃O₂N₂₁)磷光体(以下，表1中缩写为“G3”)，其平均粒径为15μm；以及

用于红色磷光体(R)，Eu活化的SiAlON磷光体和铕活化的CASN磷光体，每种的平均粒径为12μm，并且其组成如表1中所示。

进一步，用于深红色磷光体(DR)，制备多个锰活化的氟锗酸镁磷光体，每种的平均粒径为12μm，并且其相应的组成如表1中所示。使用激光衍射粒径分析仪、通过激光衍射法测定每种磷光体的粒径。

每种磷光体以30质量%的混合比与硅树脂混合，由此分别制备每种磷光体的浆液。将蓝色磷光体浆液、绿色磷光体浆液、红色磷光体浆液、和深红色磷光体浆液以表1所示的各重量比(质量%)互相混合，使白色LED灯的发射光色品度落在(x=0.29~0.34，y=0.29~0.34)的范围，并且电灯泡颜色的色温为2,800K，由此制备每种混合物磷光体。

接下来，将不含磷光体的硅树脂滴落到具有图2所说明构造的白色LED灯1的LED芯片2(发射峰波长：399nm，大小：300×300μm)上，并进一步向其滴落含磷光体的上述混合物浆液。然后，硅树脂经过140℃下的热处理进行固化。这样，制备根据每个实施例的白色LED灯1。制备的白色LED灯进行后面将描述的特性评价。

(比较例1)

比较例1类似于实施例1，除了不含有作为深红色磷光体的锰活化的氟锗酸镁磷光体，而是使用传统的铕活化物作为红色磷光体(R)，且B、G、和R磷光体的混合比如表1所示进行调节。制备根据此类比较例1的白色LED灯1，以便其可以具有类似于图2所说明的构造。制备的白色LED灯1进行后面将描述的特性评价。

(比较例2)

比较例2类似于实施例1，除了使用传统的铕活化的硫氧化镧作为红色磷光体(R)，且B、G、和R磷光体的混合比如表1中所示进行调节。制备根据此类比较例2的白色LED灯1，以使其具有类似于图2所说明的构造。制备的白色LED灯1进行后面描述的特性评价。

(比较例3)

重复与实施例1中相同的制造过程，除了使用其中锶(Sr)的含量比例设置得过大的SiAlON磷光体作为红色磷光体(R)，由此制造具有与图2说明相同构造的根据比较例3的白色LED灯1。制备的白色LED灯1进行后面描述的特性评价。

(比较例4)

重复与实施例1中相同的制造过程，除了使用其中不含锶(Sr)的SiAlON磷光体作为红色磷光体(R)，由此制造具有与图2说明相同构造的根据比较例4的白色LED灯1。制备的白色LED灯1进行后面描述的特性评价。

(比较例5)

重复与实施例1中相同的制造过程，除了使用其中锰(Mn)对Ge的含量比例设得过小的锰活化的氟锗酸镁磷光体作为深红色磷光体(DR)，由此制造具有与图2说明相同构造的根据比较例5的白色LED灯1。制备的白色LED灯1进行后面描述的特性评价。

(比较例6)

重复与实施例1中相同的制造过程，除了使用其中锰(Mn)对Ge的含量比例设得过大的锰活化的氟锗酸镁磷光体作为深红色磷光体(DR)，由此制造具有与图2说明相同构造的根据比较例6的白色LED灯1。制备的白色LED灯1进行后面描述的特性评价。

使20mA的电流流过如上所述根据实施例1~27和比较例1~6的每个制备的白色LED灯，点亮白色LED灯。然后测定每个白色LED灯的光照度(发光效率)及平均颜色显现指数Ra。

应当注意，平均颜色显现指数Ra是根据日本工业标准(JIS Z 8726-1990:Method of specifying color rendering properties of light sources)测定。此外，使用Instrument Systems生产的紧凑排列分光计CAS 140和OtsukaElectronics Co.,Ltd生产的MCPD装置测定每个白色LED灯的光发射特性(光照度、发光效率)。这些测量结果在下面的表1中显示。

B1：组成(Sr_0.95Ba_0.043Eu_0.007)₅(PO₄)₃Cl；

G1：组成(Sr_1.48Ba_0.32Mg_0.095Mn_0.005Eu_0.1)SiO₄

G2：组成(Ba_0.95Eu_0.05)(Mg_0.7Mn_0.3)Al₁₀O₁₇

G3：组成(Sr_2.7Eu_0.3)Si₁₃Al₃O₂N₂₁

如表1所示结果显见的，对于根据实施例1~27每个的白色LED灯而言，其中进一步加入了深红色磷光体，所述深红色磷光体有预定的组成，并且主发射峰比有预定组成的红色磷光体的主发射峰的波长范围更长，并且其中红色磷光体和磷光体两者一起使用，证实与比较例1~6的结果相比较，发光效率和颜色显现性两者均出色。

每个实施例的平均颜色显现指数Ra为96~98Ra，因此，证实与每个比较例相比较，颜色显现性有相当大的改善。

相比之下，对于根据比较例1的白色LED灯，其不含锰活化的氟锗酸镁磷光体，只含有传统的BGR磷光体，与本实施例的相比较，发光效率和颜色显现性两者均降低。

在其中在红色磷光体中Sr的量设得过大的比较例3的情况下，和在其中在使用不含Sr的SiAlON磷光体的比较例4的情况下，发光效率明显降低。

对于根据比较例5的白色LED灯，其含有其中Mn对Ge的含量比例设得过小的深红色磷光体，发现颜色显现性在某种程度上有小的改善效果，但发现发光效率的改善效果小。

此外，对于根据比较例6的白色LED灯，其含有其中Mn对Ge的含量比例设得过大的深红色磷光体，证实颜色显现性在某种程度上有小的改善效果，但发光效率有相当大的降低。

工业适用性

在根据本发明的白光发射灯中，进一步加入了主发射峰比红色磷光体的主发射峰波长范围更长的深红色磷光体，并且红色磷光体和深红色磷光体两者一起使用。因此，光照度特征(发光效率)和颜色显现性两者都可以增强。高的颜色显现性和高的光照度两者兼有的这类白光发射灯能适合用于照明和其它的这类用途。

符号说明

1...白色LED灯，2...LED芯片，3...布线基板，4...框体，5...焊线，6...金属布线层，7...透明树脂层，7A...第一透明树脂层，7B...第二透明树脂层，8...BGR-DR磷光体，9...发光部分

Claims (8)

1.一种白光发射灯，其包括：

位于板上并发出紫外光或紫光的半导体发光元件；以及

用于覆盖所述半导体发光元件的发光表面而形成的发光部分，所述发光部分含蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体，且该发光部分经半导体发光元件发射的光激发分别发射蓝光、绿光、红光、和深红光，

通过蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体和深红色磷光体的发光颜色互相混合，白光发射灯发射白光，

其中深红色磷光体的主发射峰具有比红色磷光体的主发射峰更长的波长范围，

所述红色磷光体包含至少一种选自以下的组分：具有以下通式所示组成的铕活化的SiAlON磷光体：

(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω        (1)

其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，5≦β≦9，1≦γ≦5，0.5≦δ≦2且5≦ω≦15；以及具有以下通式所示组成的铕活化的CASN磷光体：

(Sr_1-x-y,Ca_xEu_y)Al Si N₃     (2)

其中x和y满足以下关系：0＜x＜1，0＜y＜0.2，0＜x+y＜1；并且

其中所述深红色磷光体包含具有以下通式所示组成的锰活化的氟锗酸镁磷光体：

αMgO·βMgF₂·(Ge_1-x,Mn_x)O₂   (3)

其中α、β和x满足以下关系：3.0≦α≦4.0，0.4≦β≦0.6，0.001≦x≦0.5，

所述白光发射灯的平均颜色显现指数Ra为95以上。

2.权利要求1的白光发射灯，其中

蓝色磷光体由具有以下通式所示组成的铕活化的碱土金属氯磷酸盐磷光体制成：

(Sr_1-x-y-z,Ba_x,Ca_y,Eu_z)₅(PO₄)₃Cl  (4)

其中x、y和z是分别满足以下条件的数：0≤x<0.5，0≤y<0.1且0.005≤z<0.1。

3.权利要求1或2的白光发射灯，其中

绿色磷光体由至少以下之一制成：

具有以下通式所示组成的铕和锰活化的铝酸盐磷光体：

(Ba_1-x-y-z,Sr_x,Ca_y,Eu_z)(Mg_1-uMn_u)Al₁₀O₁₇  (5)

其中x、y、z和u是分别满足以下条件的数：0≤x<0.2，0≤y<0.1，0.005<z<0.5且0.1<u<0.5；

具有以下通式所示组成的铕和锰活化的硅酸盐磷光体：

(Sr_1-x-y-z-u,Ba_x,Mg_y,Eu_z,Mn_u)₂SiO₄   (6)

其中x、y、z和u是分别满足以下条件的数：0.1≤x≤0.35，0.025≤y≤0.105，0.025≤z≤0.25，且0.0005≤u≤0.02；以及

具有以下通式所示组成的铕活化的SiAlON磷光体：

(Sr_1-x,Eu_x)_αSi_βAl_γO_δN_ω        (7)

其中x、α、β、γ、δ和ω满足以下关系：0＜x＜1，0＜α≦3，12≦β≦14，2≦γ≦3.5，1≦δ≦3且20≦ω≦22。

4.权利要求1或2的白光发射灯，其中蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体的每一种的平均粒径为大于等于10μm且小于等于80μm。

5.权利要求1或2的白光发射灯，其中发光部分包括用于覆盖半导体发光元件的发光表面而形成的透明树脂层，并且该透明树脂层含有蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体。

6.权利要求1或2的白光发射灯，其中发光部分包括：

用于覆盖半导体发光元件的发光表面而形成的第一透明树脂层，并且第一透明树脂层不含蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体；以及

用于覆盖第一透明树脂层而形成的第二透明树脂层，并且第二透明树脂层含有蓝色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体、和深红色磷光体。

7.权利要求1或2的白光发射灯，其中半导体发光元件是发射峰值波长为大于等于370nm且小于等于430nm的发光二极管或激光二极管。

8.一种白色LED照明装置，所述白色LED照明装置包括权利要求1～7之一的白光发射灯。