專(zhuān)利名稱(chēng)：具有磷光效應(yīng)的熒光轉(zhuǎn)化發(fā)光二極管及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光源，其具有至少一個(gè)用于發(fā)射初級(jí)輻射的發(fā)光二極管和至少一種用于將初級(jí)輻射轉(zhuǎn)化成次級(jí)輻射的熒光材料。另外，還給出該光源的使用和適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒ā?br> 背景技術(shù)：
例如從DE 196 38 667 C2中已知所述類(lèi)型的光源。該光源也被稱(chēng)為熒光轉(zhuǎn)化LED。光源的LED(發(fā)光二極管(Light Emitting Diode))具有作為活性層的例如由氮化銦鎵(GaInN)構(gòu)成的半導(dǎo)體層。通過(guò)電氣控制，由該層從第一波長(zhǎng)范圍發(fā)射初級(jí)輻射。LED發(fā)射“藍(lán)色”光。初級(jí)輻射的強(qiáng)度最大值為大約450nm。借助于熒光材料將初級(jí)輻射轉(zhuǎn)化為次級(jí)輻射。熒光材料例如是利用鈰摻雜或者激活的釔鋁石榴石(YAGCe，Y3Al5O12Ce)。熒光材料吸收初級(jí)輻射，并且從第二波長(zhǎng)范圍發(fā)射次級(jí)輻射。熒光材料發(fā)射具有依賴(lài)于鈰濃度的強(qiáng)度最大值的“黃色”熒光。
熒光材料以粉末顆粒的形式嵌入環(huán)氧樹(shù)脂或者低熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)玻璃中。環(huán)氧樹(shù)脂或者玻璃用作粉末顆粒的基質(zhì)。當(dāng)LED被接通時(shí)，激發(fā)粉末顆粒的熒光材料發(fā)射次級(jí)輻射(熒光)。一旦LED被關(guān)斷，就不發(fā)射初級(jí)輻射，并且因此也不發(fā)射次級(jí)輻射。光源的光熄滅。光源的熄滅幾乎與LED的斷開(kāi)同時(shí)發(fā)生。
但是，出于安全性原因，可以值得期望的是，即使在電流中斷的情況下光源也仍然在較長(zhǎng)一段時(shí)間上發(fā)射光。
另外，從DE-A 199 30 174中已預(yù)知借助于具有確定的占空比的調(diào)光來(lái)操作LED。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，給出一種即使在電流中斷時(shí)也在較長(zhǎng)一段時(shí)間上發(fā)光的熒光轉(zhuǎn)化LED。本發(fā)明的其他任務(wù)是提供節(jié)能的LED和盡可能長(zhǎng)使用壽命的LED。
為了解決所述任務(wù)，給出一種光源，其具有至少一個(gè)用于發(fā)射初級(jí)輻射的LED和至少一種用于將初級(jí)輻射轉(zhuǎn)化成次級(jí)輻射的熒光材料。所述光源的特征在于，直到利用人眼不能再覺(jué)察到次級(jí)輻射的熒光強(qiáng)度時(shí)，所述次級(jí)輻射在室溫情況下具有至少0.1s、優(yōu)選地至少1s的衰減時(shí)間。這里，室溫表示在大約10℃至大約30℃的范圍內(nèi)的溫度，但是尤其指大約20℃的溫度。
即使在LED的電流供應(yīng)在周期操作中出現(xiàn)故障或者中斷之后，本發(fā)明的光源也發(fā)射光。這通過(guò)熒光材料的次級(jí)輻射具有相對(duì)長(zhǎng)的衰減時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。光源的熒光材料通過(guò)“磷光效應(yīng)(Nachleuchteffekt)”來(lái)表征。在關(guān)斷LED之后并且因此在結(jié)束激發(fā)熒光材料之后，熒光材料在較長(zhǎng)一段時(shí)間上發(fā)射次級(jí)輻射。所述光源在關(guān)斷LED的時(shí)刻之后是可見(jiàn)的。這適用于檢測(cè)次級(jí)輻射的任意裝置。但是，這尤其適用于人眼。另外，光源在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)的可見(jiàn)性由于視覺(jué)的適應(yīng)而被放大。
衰減時(shí)間優(yōu)選地為幾分鐘至幾小時(shí)。尤其利用次級(jí)輻射的這種長(zhǎng)衰減時(shí)間，該光源可被用作應(yīng)急照明。應(yīng)急照明例如用于照明任意的空間，其中該空間的用于照明的“正?！惫庠闯霈F(xiàn)故障。該空間例如是逃生路徑的一部分。借助于該光源，即使在電流中斷的情況下也可以指示逃生路徑。
根據(jù)一種特殊的改進(jìn)方案，存在多種具有不同衰減時(shí)間的熒光材料。如上所述，唯一的熒光材料可具有多個(gè)發(fā)射狀態(tài)。從這些狀態(tài)出發(fā)的次級(jí)輻射可以在相應(yīng)熒光的波長(zhǎng)范圍方面相互區(qū)別。如果所述次級(jí)輻射另外具有不同的衰減時(shí)間，那么在關(guān)斷LED之后由光源所發(fā)射的光的顏色隨時(shí)間變化。因此有利的是，提供多種熒光材料，這些熒光材料雖然通過(guò)次級(jí)輻射的不同衰減特性來(lái)表征，但是在相同的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行發(fā)射。由此，即使在LED的電流供應(yīng)中斷時(shí)，由光源所發(fā)射的光的顏色幾乎不改變。光源的光的顏色近似保持不變。
唯一的LED可以激發(fā)一種或者多種熒光材料發(fā)射次級(jí)輻射。也可以設(shè)想是，具有表示特征的初級(jí)輻射的LED單獨(dú)地激發(fā)每種熒光材料發(fā)射相應(yīng)的次級(jí)輻射。
光源可以包括具有相關(guān)的熒光材料的唯一的LED。尤其還可以設(shè)想，多個(gè)具有相關(guān)的熒光材料的LED以陣列的形式被排列。這里，可以分別使用相同的LED-熒光材料組合。也可以設(shè)想的是，所述陣列由不同的LED-熒光材料組合來(lái)組建。
每種任意的、具有次級(jí)輻射熒光強(qiáng)度的相應(yīng)長(zhǎng)的衰減時(shí)間的熒光材料可被考慮用作熒光材料。熒光材料可以是有機(jī)或者無(wú)機(jī)熒光材料。在一種特殊的改進(jìn)方案中，從氧化物熒光材料、鋁酸鹽熒光材料和/或硫化物熒光材料的組中選擇熒光材料。無(wú)機(jī)熒光材料分別借助于一種或者多種摻雜來(lái)激活。依賴(lài)于摻雜(類(lèi)型和濃度)，得出熒光材料的分別不同的光物理特性。所述一種摻雜或者多種摻雜例如不僅影響波長(zhǎng)范圍，而且還影響次級(jí)輻射的發(fā)射的衰減時(shí)間。
在一種特殊的改進(jìn)方案中，所述鋁酸鹽熒光材料包括具有至少一種從銪(Eu2+，Eu3+)和/或鏑(Dr3+)的組中選出的摻雜的堿土金屬鋁酸鹽。該堿土金屬鋁酸鹽具有例如從SrAl2O4Eu2+，Dy3+，CaAl2O4Eu2+，Dy3+，SrAl14O25Eu2+，Dy3+的組中選出的正式成分。例如在通過(guò)450nm時(shí)的寬帶的初級(jí)輻射激發(fā)之后，具有正式成分SrAl2O4Eu2+，Dy3+(摻雜銪和鏑)的熒光材料發(fā)射綠色的次級(jí)輻射。在200分鐘之后，該熒光材料仍然顯示10％的余光。其它所提及的熒光材料發(fā)射藍(lán)色的次級(jí)輻射(CaAl2O4Eu2+，Dy3+)和藍(lán)綠色的次級(jí)輻射(SrAl14O25Eu2+，Dy3+)。
在一種特殊的改進(jìn)方案中，所述硫化物熒光材料包括具有至少一種從銅(Cu+)和/或銀(Au+)的組中選出的摻雜的硫化鋅(ZnS)。該熒光材料的正式成分例如為ZnSAg+，Cu+。該熒光材料發(fā)射綠色的次級(jí)輻射。
在另一改進(jìn)方案中，所述氧化物熒光材料包括具有至少一種從銪(Eu2+，Eu3+)、鎂(Mg2+)和/或鈦(Ti4+)的組中選出的摻雜的硫氧化釔。
這種熒光材料的正式成分例如為Y2O2SEu3+，Mg2+，Ti4+。該熒光材料發(fā)射紅色的次級(jí)輻射。
在一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，借助于具有適當(dāng)?shù)恼伎毡鹊恼{(diào)光來(lái)操作具有發(fā)出磷光的熒光材料的LUKOLED，其中關(guān)斷持續(xù)時(shí)間為至少50ms。在此情況下，通?？梢砸环矫嫱ㄟ^(guò)選擇至少1∶1000至1∶10000或者更小比例以上的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)尤其節(jié)能的LED。由于對(duì)人眼的閃爍效應(yīng)，迫使傳統(tǒng)的LUKOLED使用最高為1∶100的占空比。然而，適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)熒光材料的使用提供了進(jìn)一步降低所述閾值的完美的可能性。
另一方面，在另一尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)將接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間選擇成絕對(duì)明顯地更長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)使用壽命的LED。對(duì)于兩個(gè)階段(接通階段和關(guān)斷階段)來(lái)說(shuō)，通常的預(yù)知值為5ms，對(duì)應(yīng)于50％的占空比。應(yīng)用存儲(chǔ)熒光材料提供完美的可能性，即在相同的占空比時(shí)使用所述階段的明顯更長(zhǎng)的周期持續(xù)時(shí)間，對(duì)于兩個(gè)階段來(lái)說(shuō)典型地為至少50ms。這里，每單位時(shí)間開(kāi)關(guān)過(guò)程的次數(shù)比接通階段的長(zhǎng)度更重要?？傊?，可以基于現(xiàn)在可能的長(zhǎng)的關(guān)斷階段來(lái)實(shí)現(xiàn)十分顯著地減小開(kāi)關(guān)過(guò)程的次數(shù)。由此顯著地減小開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)損耗。這種減小了的負(fù)荷延長(zhǎng)了使用壽命。


下面，借助于多個(gè)實(shí)施例和與此相關(guān)的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖是示意性的，并且是不按比例的。
圖1示出熒光轉(zhuǎn)化LED形式的光源的橫截面；圖2示出節(jié)能LED的典型占空比；圖3示出具有長(zhǎng)使用壽命的LED的典型占空比；圖4示出間歇地操作的LED的典型占空比。
具體實(shí)施例方式
圖1中的光源1包括LED 2和熒光轉(zhuǎn)化體3。該熒光轉(zhuǎn)化體3由包含熒光材料6的粉末顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂組成。環(huán)氧樹(shù)脂形成粉末顆粒的基質(zhì)。粉末顆粒的平均的顆粒大小為10μm至20μm。
LED 2具有由氮化銦鎵構(gòu)成的半導(dǎo)體層作為活性層。通過(guò)電氣控制，LED發(fā)射強(qiáng)度最大值大約為450nm的藍(lán)色光(初級(jí)輻射4)。
熒光材料6是摻雜有銪和鏑的鋁酸鍶。熒光材料6的正式成分是SrAl2O4Eu2+，Dy3+。該熒光材料6在450nm處具有寬的吸收帶。LED2的初級(jí)輻射4被熒光材料6吸收，并且被轉(zhuǎn)化為次級(jí)輻射5。次級(jí)輻射5的發(fā)射是綠色的。在室溫時(shí)，即使在發(fā)射初級(jí)輻射4的LED 2被斷開(kāi)之后的200分鐘，熒光材料還提供大約10％的余光。這表明，次級(jí)輻射5具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1s的衰減時(shí)間，在該衰減時(shí)間內(nèi)次級(jí)輻射5的熒光強(qiáng)度減小50％。
根據(jù)圖1，一部分初級(jí)輻射4穿過(guò)熒光轉(zhuǎn)化體3，而沒(méi)有被熒光材料6吸收。然而一部分被吸收。其結(jié)果是，在操作LED 2時(shí)，針對(duì)光源1的光，得到由初級(jí)輻射4的藍(lán)色發(fā)射和次級(jí)輻射5的綠色發(fā)射組成的混合物。在LED 2被斷開(kāi)之后，光源1只發(fā)射熒光材料6的次級(jí)輻射5的綠色發(fā)射。
在替代的實(shí)施方案中，這樣相互地調(diào)節(jié)初級(jí)輻射4的強(qiáng)度和熒光材料6的量，使得即使在電氣控制LED 2期間，也幾乎沒(méi)有初級(jí)輻射4穿過(guò)熒光轉(zhuǎn)化體6。光源1不僅在電氣控制LED 2期間發(fā)射次級(jí)輻射5的綠色發(fā)射，而且在斷開(kāi)LED 2之后也發(fā)射次級(jí)輻射5的綠色發(fā)射。
根據(jù)另一實(shí)施例，熒光轉(zhuǎn)化體3包含具有正式成分CaAl2O4Eu2+，Dy3+(藍(lán)色熒光)、SrAl2O4Eu2+，Dy3+(綠色熒光)和Y2O2sEu3+，Mg2+，Ti4+(紅色熒光)的熒光材料6的混合物。熒光材料6通過(guò)次級(jí)輻射5的不同的衰減時(shí)間來(lái)表征?；诓煌乃p時(shí)間，在斷開(kāi)LED 2之后得到光源1的光的隨時(shí)間變化的顏色。
在一個(gè)作為節(jié)能LED的實(shí)施方案中，借助于具有至少50ms、優(yōu)選200ms的關(guān)斷時(shí)間的PWM來(lái)操作配備有存儲(chǔ)熒光材料的LUKOLED。這里，基于人眼的慣性，1∶1000的占空比、根據(jù)存儲(chǔ)熒光材料或者其衰減時(shí)間甚至1∶10000或者更高的占空比完全足以實(shí)現(xiàn)總還是有輻射光源的印象。具體地說(shuō)，在使用Sr鋁酸鹽或者硫氧化釔的情況下，可以使用占空比為1∶5000的LUKOLED?？傊?，在此情況下，根據(jù)熒光材料的選擇，占空比可以為1∶2至1∶10000。例如可以使用如圖2和3所示的占空比。
在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)使用壽命和/或成本低的LED的另一實(shí)施方案中，借助于PWM如此操作配備有存儲(chǔ)熒光材料的LUKOLED，即根據(jù)存儲(chǔ)熒光材料和其衰減時(shí)間使用1∶1至1∶10的占空比，其中通過(guò)接通階段為至少20ms(優(yōu)選地＞50ms)并且關(guān)斷階段為至少50ms、優(yōu)選地多于200ms，使相關(guān)的開(kāi)關(guān)承受更小的負(fù)荷。由此，或者延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)的使用壽命(典型地為2倍)，或者取而代之可以基于更小的負(fù)荷而使用更便宜的開(kāi)關(guān)，以便獲得與沒(méi)有存儲(chǔ)熒光材料(替代的是具有短衰減時(shí)間的傳統(tǒng)熒光材料)時(shí)一樣的使用壽命。具體地說(shuō)，在使用硫化鋅的情況下可以使用50％的占空比(占空比1∶2)。如在電子學(xué)中那樣，占空比通常被定義為V＝tp/T，其中tp＝脈沖持續(xù)時(shí)間和T＝脈沖重復(fù)周期。脈沖持續(xù)時(shí)間和關(guān)斷持續(xù)時(shí)間之和指的是T。
可以將如在調(diào)光時(shí)預(yù)知的通常技術(shù)用于周期的電流調(diào)節(jié)的控制電路，除了參見(jiàn)DE-A 199 30 174之外，也可以參見(jiàn)US-A 5 907 569或者DE-A 40 05 776。
原則上，所有具體提及的存儲(chǔ)熒光材料、尤其如上所述的Sr鋁酸鹽或者另一種鋁酸鹽或者氧化物或者硫化物都適用于PWM操作。本質(zhì)上，類(lèi)似于在正常的發(fā)熒光的熒光材料的情況下，這些熒光材料中的許多種的光強(qiáng)最初大大降低，然而隨后基于俘獲過(guò)程則觀察到長(zhǎng)時(shí)間保持的剩余的磷光，人眼在數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)還可覺(jué)察到所述磷光。由于眼睛的靈敏度，所述剩余的磷光還總是能夠被很好地覺(jué)察到。尤其好地適合的是這樣的熒光材料，在這些熒光材料中直到熒光強(qiáng)度減小到原始強(qiáng)度的千分之一時(shí)衰減時(shí)間為至少0.1s，尤其優(yōu)選的是衰減時(shí)間超過(guò)1s的那種熒光材料，在所述衰減時(shí)間內(nèi)熒光強(qiáng)度減小50％。
為了保證發(fā)磷光的熒光材料持續(xù)地進(jìn)行發(fā)射，已經(jīng)證明合理的是，在階段周期(Taktung)之間接通持續(xù)操作的階段，以便實(shí)現(xiàn)“裝載”或者“再生”發(fā)磷光的熒光材料。所述階段的持續(xù)時(shí)間和頻率取決于具體使用的熒光材料。所述操作方式在圖4中示意性地進(jìn)行了說(shuō)明。
尤其可以使用通過(guò)在300至400nm范圍內(nèi)的UV輻射可特別好或者尤其好地激發(fā)的熒光材料。與可見(jiàn)的輻射相比，其優(yōu)點(diǎn)是在UV激發(fā)時(shí)的快速可裝載性。
適合的存儲(chǔ)熒光材料的例子為SrAl2O4Eu，DySr4Al14O25Eu，RE(RE＝稀土金屬)Ca2Al2SiO7CeCaYAl3O7CeCa2Al2SiO7Mn，CeCaAl2O4Eu，NdCaAl2O4Tb，CeCaAl2O4Mn，CeMgSiO3Mn，Eu，Dy。
權(quán)利要求
1.光源(1)，其包括-至少一個(gè)用于發(fā)射初級(jí)輻射(4)的LED(2)，和-至少一種用于將所述初級(jí)輻射(4)轉(zhuǎn)化為次級(jí)輻射(5)的熒光材料(6)，其特征在于，直到利用人眼不能再覺(jué)察到所述次級(jí)輻射(5)的熒光強(qiáng)度時(shí)，所述次級(jí)輻射(5)在室溫情況下具有至少0.1s的衰減時(shí)間。
2.按照權(quán)利要求1所述的光源，其中存在多種具有不同衰減時(shí)間的熒光材料(6)。
3.按照權(quán)利要求1或者2所述的光源，其中所述熒光材料(6)是從氧化物熒光材料、鋁酸鹽熒光材料、和/或硫化物熒光材料的組中選出的。
4.按照權(quán)利要求3所述的光源，其中所述鋁酸鹽熒光材料包括具有至少一種從銪和/或鏑的組中選出的摻雜的堿土金屬鋁酸鹽。
5.按照權(quán)利要求3所述的光源，其中所述硫化物熒光材料包括具有至少一種從銅和/或銀的組中選出的摻雜的硫化鋅。
6.按照權(quán)利要求3所述的光源，其中所述熒光材料包括具有至少一種從銪、鎂和/或鈦的組中選出的摻雜的硫氧化釔。
7.按照權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，直到熒光強(qiáng)度降低到原始強(qiáng)度的千分之一時(shí)，衰減時(shí)間為至少0.1s，尤其在熒光強(qiáng)度降低50％時(shí)衰減時(shí)間超過(guò)1s。
8.用于操作按照權(quán)利要求1所述的光源的方法，其特征在于，周期地以預(yù)定的占空比操作所述光源，其中關(guān)斷持續(xù)時(shí)間為至少50ms。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述關(guān)斷持續(xù)時(shí)間為至少200ms。
10.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖重復(fù)周期之間的占空比位于1∶2至1∶10000的范圍內(nèi)。
11.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過(guò)連續(xù)操作的階段與周期操作的階段交替，間歇地操作所述光源。
12.使用按照權(quán)利要求1至6之一所述的光源作為應(yīng)急照明。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有至少一個(gè)用于發(fā)射初級(jí)輻射(4)的LED(2)和至少一種用于將所述初級(jí)輻射轉(zhuǎn)化為次級(jí)輻射(5)的熒光材料(6)的光源(1)。所述光源的特征在于，所述次級(jí)輻射在室溫情況下具有超過(guò)一秒的衰減時(shí)間，在所述衰減時(shí)間內(nèi)次級(jí)輻射的熒光強(qiáng)度降低50％。熒光材料顯示出磷光效應(yīng)。在關(guān)斷LED之后，并且因此在結(jié)束激發(fā)熒光材料之后，熒光材料在一段較長(zhǎng)的時(shí)間上發(fā)射次級(jí)輻射。光源在關(guān)斷LED的時(shí)刻之后是可見(jiàn)的。優(yōu)選地，衰減時(shí)間為幾分鐘直至幾小時(shí)。例如，光源被用于照明逃生路徑。
文檔編號(hào)H01L33/50GK1762060SQ200480006844
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
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