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CN101536199A - 包括单片陶瓷发光转换器的照明系统 - Google Patents

包括单片陶瓷发光转换器的照明系统 Download PDF

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CN101536199A
CN101536199A CNA2007800417408A CN200780041740A CN101536199A CN 101536199 A CN101536199 A CN 101536199A CN A2007800417408 A CNA2007800417408 A CN A2007800417408A CN 200780041740 A CN200780041740 A CN 200780041740A CN 101536199 A CN101536199 A CN 101536199A
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CN
China
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phosphor
light
composite
luminescence converter
monolithic ceramic
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Pending
Application number
CNA2007800417408A
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R·科皮克
P·J·施米特
A·G·范布拉姆
A·图克斯
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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Abstract

一种照明系统包括辐射源和含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由该辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光，该照明系统提供了发射的光混合的改善的光混合和色度控制。本发明还涉及一种复合单片陶瓷发光转换器以及这种复合单片陶瓷发光转换器的制造方法。

Description

包括单片陶瓷发光转换器的照明系统
技术领域
本发明涉及包括辐射源和单片陶瓷发光转换器的照明系统，该单片陶瓷发光转换器包括能够吸收由该辐射源发射的光的一部分的至少一种磷光体并发射波长与吸收光的波长不同的光。该辐射源优选为发光二极管。
背景技术
本领域中已知，借助包括磷光体的发光材料，通过转换在电磁波谱的紫外到蓝光范围内发光的发光二极管的颜色来提供可见光、白色或彩色光照明。
这种磷光体转换的“白光”LED系统尤其基于双色(BY)方法，即，混合黄色和蓝色；这种情况下，输出光的黄色次级分量可由黄色磷光体提供，且蓝色分量可由磷光体提供或者由蓝色LED的初级发光提供。
白光照明系统或者可以基于三色(RGB)方法，也就是混合三种颜色，即红、绿和蓝；这种情况下，红色和绿色分量可由磷光体提供，且蓝色分量可由蓝光LED的初级发光提供。
由于发光二极管技术中的新发展已经提供了在近紫外到蓝光范围发光的非常高效的发光二极管，目前各种各样的彩色和白光磷光体转换发光二极管已经见诸市场，挑战传统的白炽灯和荧光灯照明。
常规的荧光体转换发光装置通常利用如下设计：其上具有蓝光LED的半导体芯片被一层环氧树脂覆盖，该环氧树脂包括一种或多种磷光体的磷光体颗粒(particle)粉末。
在更新的方法中，半导体芯片被一层通过电泳沉积技术(EPD)沉积的一种或多种磷光体颗粒覆盖。这种技术提供了比树脂结合磷光体层薄的磷光体层。这允许更好的色度控制和改善的亮度。
然而，包括磷光体颗粒粉末的现有技术照明系统的问题在于，由于其存在诸多缺陷而无法用于许多用途。
首先，难以沉积厚度均匀的磷光体颗粒层。磷光体颗粒趋于团聚，且因此难以提供具有已知颗粒尺寸的颗粒的均匀磷光体层。由于颜色均匀性需要均匀的层厚度，颜色均匀性难以保证。
其次，常规的磷光体颗粒转变为磷光体层，该磷光体层将LED发射的大部分光背散射回光吸收性较强的芯片内，导致较低的光提取效率。
WO2006/087660披露了一种照明系统，其包括辐射源和单片陶瓷发光转换器，该单片陶瓷发光转换器包括能够吸收由该辐射源发射的光的一部分的至少一种磷光体并发射波长与吸收光的波长不同的光；且其还包括一种或多种第二发光转换器元件，其中该第二发光转换器元件或者为包括磷光体的涂层，或者其中该第二发光转换器元件为包括第二磷光体的第二单片陶瓷发光转换器。
单片陶瓷发光转换器可以是半透明或透明的。因此它们不妨碍光的透射且背散射最小。
然而，WO2006/087660中披露的发光转换器无论在装置内布置于何处或如何布置，大部分第一磷光体颗粒更靠近LED芯片布置，并在第二磷光体颗粒之前接收来自LED芯片的入射光。因此，即使这些包括单片陶瓷发光转换器的装置在跨越其表面时也发生色温的变化。
因此，本发明的目的是提供一种具有改善的发射光颜色均匀性的磷光体转换发光二极管。
发明内容
因此，本发明提供一种照明系统，其包括辐射源和含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由该辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光。
本发明的照明系统将发射光，该光是由辐射源发射的光和由包括多种磷光体的复合单片陶瓷发光转换器发射的光的全面混合。因此，发射的光仅具有人眼察觉不到的颜色的变化，并在强度方面仅具有小的渐变。
根据本发明的特别优选的实施例，辐射源为发光二极管。这种照明系统已知为磷光体转换发光二极管(pcLED)。该复合单片陶瓷发光转换器因此极大地简化了各种几何形状的磷光体转换发光二极管的制造。与常规粉末磷光体解决方案相比，本发明还显示出如下优点：更高的封装效率、更高的亮度、拾放组装以及改善的pcLED色点控制。
根据本发明的一个变型例，该复合发光材料为颗粒-颗粒复合物。包括颗粒-颗粒复合物的该复合单片陶瓷发光转换器可以形成为多种磷光体材料在空间上均分分布的紧凑一体元件。由于磷光体转换发光二极管(pcLED)的白点和显色对装置内磷光体晶粒的空间分布非常敏感，色度控制显著改善。因此，这种pcLED的废品率非常低，因为磷光体的恰当混合易于控制。
根据本发明另一变型例，该复合发光材料为堆叠多层复合物。该复合物包括重复的至少第一和第二成份层。对于不同磷光体材料的联合陶瓷加工不可行的情形，堆叠多层复合物为颗粒-颗粒复合物的有用备选。
本发明的特别优选实施例涉及一种复合单片陶瓷发光转换器，其中第一陶瓷晶粒由绿光磷光体材料形成，第二陶瓷晶粒由红光磷光体材料形成。如果第一磷光体是通式为AeSi2N2O2:Eu的绿光铕(II)掺杂碱土金属氧代次氮基硅酸盐磷光体且第二磷光体是通式为Ae2Si5N8:Eu的红光铕(II)掺杂碱土金属次氮基硅酸盐磷光体，则该实施例尤为有用，因为存在一种披露的制造这种陶瓷发光转换器的简易方法。与蓝光二极管相结合，所发射的光将是白光。
另一有用备选涉及一种复合单片陶瓷发光转换器，其中第一磷光体为黄光磷光体且第二磷光体为蓝光磷光体。与紫外二极管相结合，所发射的光也将是白光。
本发明还涉及一种含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光。该复合单片陶瓷发光转换器消除了离散布置每一种磷光体材料的要求，且提供了大为增强的光混合特性。该复合单片陶瓷发光转换器容易加工至均匀厚度，因此整个表面上的颜色转换效果相同，提供了比现有技术装置更为均匀的复合光。
如专家所知，LED制造受光学变化性和不精确工艺控制之扰。LED制造商目前这样应对工艺变化性，即，例如通过任意数目的测量光学输出属性(诸如波长和/或发光强度)来“分拣”(binning)LED管芯，且随后例如通过任意数目的测量光学输出属性(诸如CIE x和y色坐标、关联的色温(CCT)和/或辐射通量)来再次分拣最终的磷光体转换LED。
本发明的优点为，复合单片陶瓷发光转换器可以根据其光转换属性而分别分拣，即，分组和存储。通过基于其光转换属性来分组和存储CLC，磷光体转换LED的制造可以大幅简化，因为可以容易地找到具有期望的光转换属性的发光转换元件并将其匹配到LED管芯以产生期望的结果。
根据本发明的另一方面，提供一种含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器的制造方法，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光，该制造方法通过以下步骤实现：(i)通过混合第一磷光体材料的前驱物与第二材料来制备粉末混合物，该第二材料选自第二磷光体材料和该第二磷光体材料的前驱物，(ii)压紧和成形该粉末混合物为预成型件，以及(iii)共烧结该预成型件混合物。
预成型件陶瓷元件的共烧结工艺提供了烧结过程中的改进的尺度控制并降低了工艺成本。
在本发明方法的一个有用变型例中，前驱物材料为生(未烧结的)陶瓷磷光体粉末。通过该方法，按照第一和第二磷光体之间的化学反应保证受到抑制的方式，第一和第二磷光体材料组合并固化以形成固体复合材料。
根据本发明方法的该变型例的特别优选实施例，第一磷光体是通式为AeSi2N2O2:Eu的绿光铕(II)掺杂碱土金属氧代次氮基硅酸盐磷光体，且第二磷光体是通式为Ae2Si5N8:Eu的红光铕(II)掺杂碱土金属次氮基硅酸盐磷光体，其中第一磷光体的前驱物和第二磷光体的前驱物包括碱土金属和铕的混合氧化物AeO:Eu以及氮化硅Si3N4。
这些及其它目的、特征和优点将通过下述发明详述、附图说明以及所附权利要求及附图而显见。
附图说明
图1示出交流白色LED灯的示意性侧视图，其包括置于由发光二极管倒装芯片结构发射的光的路径内的本发明复合陶瓷发光转换器。
图2示出根据具体实施例的陶瓷发光转换器的发射光谱。
具体实施方式
本发明侧重于包括初级辐射源的任何配置的照明系统中的包括发光材料的复合单片陶瓷发光转换器(CLC)，该发光材料包括多种磷光体，至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体。此处使用的措辞“辐射”涵盖电磁波谱的紫外、红外和可见光区域内的辐射。
一般而言，陶瓷发光转换器是在受到高能电磁光子激励时发射可见或近可见光谱内的电磁辐射的陶瓷。
单片陶瓷发光转换器是由其典型微结构来表征的陶瓷体。单片陶瓷发光转换器的微结构为多晶，即，隐晶、微晶或纳米晶的晶粒的无规则团聚物。在生产期间，晶粒生长，从而变得紧密接触并共享晶粒边界。宏观上，单片陶瓷看上去是各向同性的，然而通过SEM(扫描电子显微镜)可以容易地检测到多晶微结构。
由于其单片多晶微结构，单片陶瓷发光转换器是透明的，或者至少具有高的透光性而具有低的光吸收。
本发明的单片陶瓷发光转换器包括复合布置中的至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体(或者第三磷光体或第四磷光体)，每种磷光体有着各自的发光特性。
本发明可使用各种磷光体材料来工作。磷光体材料通常在成份上是无机的，优选地具有电磁波谱的蓝色到近紫外范围的激励波长(300至475nm)以及可见光波长范围的发射波长。配制形成多种磷光体材料的复合物，例如红光和绿光磷光体或者蓝光和黄光磷光体的混合物，以实现观察者感受到的期望的颜色平衡。对于具有更高显色指数的磷光体复合物而言，具有更宽发射带的磷光体材料是有用的。将约300至475nm范围内的光转换成可见光范围内更长波长的光的这些磷光体在本领域中是公知的。
对于复合陶瓷发光转换器的制备而言，尤为重要的一方面是按照下述方式使多种磷光体材料组合并固结以形成复合材料，即，确保了固体单片复合物的微结构由维持各自发光属性的磷光体晶粒(grain)来表征。
为了实现这一点，各组成材料必需基本上不相互反应从而保持其不同的结晶相，因为任何相互反应将显著弱化所期望的发光属性。
在包括复合物布置中的多种磷光体的复合单片陶瓷发光转换器的制造方法的第一变型例中，复合发光材料的成份设置成颗粒-颗粒复合物布置。
这种颗粒-颗粒复合物通过两种方法制备。每种方法需要(i)制备第一磷光体材料的前驱物与第二材料的粉末混合物，该第二材料选自第二磷光体材料和该第二磷光体材料的前驱物，(ii)粉末压紧和成形该混合物为预成型件，以及(iii)共烧结该预成型件混合物。
显见地，第一和第二磷光体材料的相对量可经选择以实现复合物的最终属性，且可以视期望应用而广泛地变化。
在第一方法中，该颗粒-颗粒复合物通过将第一磷光体的至少一种前驱物材料的颗粒与第二磷光体材料混合制造。
在该第一方法的一个实施例中，第一磷光体材料的前驱物作为“生(green)”陶瓷材料被提供。此上下文中的“生”是指煅烧的(fired)但是未烧结的(sintered)陶瓷材料。
“生”陶瓷材料密度小于理论密度，通常小于理论密度的65％。其通常还具有0.1至10μm范围内的颗粒尺寸。
第一磷光体材料的“生”前驱物材料与预烧结的粗颗粒尺寸(颗粒尺寸约1.0至50微米)的第二磷光体材料组合。与第二磷光体相比，第一磷光体材料优选地是具有较低烧结温度的材料。这些磷光体的单独烧结助于保持相组分分离，因此减少组分之间相互反应的可能性。
两种材料使用标准球磨技术来混合，不过也可以使用本领域已知的其它方法而得到合适的结果。
一旦充分混合，该混合物成形为预成型件。该固体复合预成型件应呈现足够的强度和韧度以耐受破碎和断裂，并且允许预成形。
该预成型件随后在适用于第一磷光体材料烧结的温度和气氛的烧结条件下烧结。烧结处理实施期望的时间量以使陶瓷致密到大致其理论密度，从而形成透明材料。这些参数确保最小孔隙度和最大密度且组分磷光体材料之间无相互反应。
尤其优选的是热等静压处理，或者是冷等静压处理及随后的烧结。也可以应用冷等静压压制和烧结及随后的热等静压压制的组合。
为了控制晶粒生长并除去剩余孔隙，需要对致密化工艺进行仔细监督。
通过在高温加热第一掺杂粉末磷光体和第二掺杂粉末磷光体，直到颗粒的表面开始在颗粒接触点处形成强键合或颈部，形成复合单片陶瓷发光转换器。在烧结期间，部分连接的颗粒形成刚性团聚物，其通过颈部生长而进一步减少其孔隙度。晶粒边界形成并移动，使得某些晶粒生长，而其它晶粒不生长。这个阶段在孔隙沟道连接(开放孔隙)时持续，直到孔隙被隔离(闭合孔隙)为止。在最后的烧结阶段，孔隙闭合且沿着晶粒边界缓慢消除，直至实现完全致密化。
磷光体材料的成形和烧结处理形成复合单片陶瓷体，该复合单片陶瓷体通过当前陶瓷工艺可以容易地锯切和加工。优选地，该复合单片陶瓷发光转换器被抛光以得到平滑表面并防止由表面粗糙所致的漫散射。
与现有技术相比，使用本发明的具有颗粒-颗粒复合物的单片陶瓷发光转换器获得了特别有益的效果，其中粗晶粒红光磷光体的颗粒的表面覆盖有绿光磷光体的细晶粒颗粒层。在该发光复合材料中，光混合尤为改善。
根据该具体实施例，该复合陶瓷发光转换器具有大致上由70至90重量百分比的绿光SrSi2O2N2:Eu作为第一磷光体材料和10至30重量百分比的红光(Ba，Sr)2Si5N8:Eu作为第二磷光体材料组成的成份。
第一绿光磷光体材料SrSi2O2N2:Eu的前驱物材料的制备开始于二价金属锶和铕的混合氧化物SrO:Eu的制备。
为了制备二价金属的混合氧化物SrO:Eu，碱土金属和铕(III)的高纯度的硝酸盐、碳酸盐、草酸盐和醋酸盐通过搅拌而溶解于25至30毫升的去离子水中。铕(III)的期望浓度介于约1至6摩尔百分比之间。
搅拌这些溶液同时在扁平烤盘上加热这些溶液直到水蒸发，视组成而定，形成白色或黄色膏料。
固体在120℃干燥一整夜(12小时)。得到的固体被精细研磨并置于高纯度氧化铝坩埚内。坩埚被载入含有木炭(charcoal)的盆内且随后载入管式炉内，接着用流动的氮气/氢气吹扫几个小时。炉参数为以10℃/min增加到1100℃，随后在1100℃保持4小时，接着炉关闭并允许冷却到室温。
二价混合金属氧化物随后按照预定比例与氮化硅Si3N4、氧化硅SiO2且最终与熔接剂混合。
混合物置于高纯度氧化铝坩埚内。坩埚被载入含有木炭的盆内，随后载入管式炉内并用流动的氮气/氢气吹扫几个小时。炉参数为以10℃/min增加到1200℃，随后在1200℃保持4小时，接着炉缓慢冷却到室温。
在1300℃进行第二退火步骤之前，样品再一次精细研磨，以制备用于绿光SrSi2O2N2:Eu的“生”的未烧结的超精细前驱物材料。
粗晶粒的预烧结的红光第二粉末材料(Ba，Sr)2Si5N8:Eu的制备也是开始于二价金属混合氧化物(Sr，Ba)O:Eu的制备。
二价金属氧化物(Sr，Ba)O:Eu按照预定比例与氮化硅Si3N4和碳混合。混合物置于高纯度碳化硅坩埚内。坩埚被载入含有木炭的盆内，随后载入管式炉内并用流动的氮气/氢气吹扫几个小时。炉参数为以10℃/min增加到1450℃，随后在1450℃保持4小时，接着炉缓慢冷却到室温。在1500℃进行第二退火步骤之前，样品再一次精细研磨。烧结的粗晶粒陶瓷粉末(Ba，Sr)2Si5N8:Eu平均颗粒尺寸为2至8μm。
为了制备该复合单片CLC，第一磷光体材料的超精细亚微米前驱物材料和粗晶粒的烧结的第二磷光体材料通过湿磨来混合。
粉末混合物随后在约100℃晾干。混合物单轴地压制成陶瓷盘(disk)，且随后通过冷等静压压制(3.2kbar)进一步压紧。预成型件体在H2/N2(5/95)气氛中在1550℃烧结2至12小时。
通常，烧结是在还原气氛中进行。氮气气氛、氮气-氢气气氛、氨气气氛、以及诸如氩气的惰性气体气氛可作为还原气氛的示例。
在冷却到室温之后，得到的复合单片陶瓷被锯切成盘。这些盘被研磨和抛光以得到在陶瓷基体中包括绿光SrSi2O2N2:Eu磷光体晶粒和红光(Ba，Sr)2Si5N8:Eu磷光体晶粒的最终半透明的复合单片陶瓷发光转换器。该半透明的复合单片陶瓷发光转换器还可包括由(Ba，Sr，Eu)Si7N10材料形成的少量陶瓷晶粒，这些陶瓷晶粒不会负面影响复合材料的发光属性。
该具体实施例的CLC微结构的特征为，在1000:1的放大倍数下，晶粒的统计学粒状结构形成晶粒边界网络。陶瓷呈现的密度为理论密度的至少97％。通过在氮气气氛(温度范围为1500-1780℃，压力范围为2000至30000 PSI(138至2.070bar))内对陶瓷进行后退火以除去剩余的孔隙，可以进一步提高样品的密度。
利用上述加工方法，磷光体材料能够保持其发光属性。该结果是非常意想不到的，因为共烧结材料以形成复合物时预期会出现相应属性的某种降低。然而，未出现发光属性的显著损失。
在包括颗粒-颗粒复合物的复合单片陶瓷发光转换器的第二制造方法中，第一磷光体的前驱物材料和第二磷光体的前驱物材料相混合以供进一步加工。
在第一和第二磷光体属于相关化学成份且第一和第二磷光体的前驱物可以一起反应的情形，用于制备本发明的复合陶瓷发光转换器的该第二方法是有用的。
作为示例，在上述第一实施例的碱土金属次氮基硅酸盐主基体内包括铕(II)的红色磷光体以及在紧密关联的碱土金属氧代次氮基硅酸盐主基体内包括铕(II)的绿色磷光体可以按照下式通过使氮化硅与氧化锶和/或选自镁、钙、锶和钡的氧化物的另一碱土金属氧化物一起反应来制备：
4AeO:Eu+3Si3N4→Ae2Si5N8:Eu+2AeSi2O2N2:Eu
用于这种复合物的开始粉末可以通过按照恰当量形成两种磷光体的前驱物成分的混合物来制得。恰当量是指相对浓度，其形成包括期望相对比例的阳离子的最终透明体。
对于SrSi2O2N2:Eu/Sr2Si5N8:Eu复合物的一步合成，SrO:Eu(2％)与Si3N4在干燥气氛内按照SrO:Eu:Si3N4＝1.5:1的摩尔比混合，并在1550℃在H2/N2(5/95)气流中煅烧4小时。得到的粉末随后在涂布有氮化硼的石墨模具内，在100Mpa和1550℃在真空内热压制2小时。在热压制之后，陶瓷在氮气中在1200至1400℃的温度后退火。
这种条件下的烧结处理致使固体前驱物相之间的反应，以形成复合布置中两种不同磷光体Sr2Si5N8:Eu和SrSi2O2N2:Eu的结晶团聚物。
除了所述颗粒-颗粒复合物之外，发光材料的成份也可以形成多层布置的层叠复合物。
在层叠复合物中，第一层包括第一磷光体材料的磷光体颗粒，第二层包括第二磷光体材料的磷光体颗粒。
使用刮刀技术的带式浇注广泛用于陶瓷层叠多层复合物的生产。在该工艺中，由溶剂、结合剂和塑化剂组成的液体系统内的陶瓷磷光体粉末悬浮液浇注到移动的载体表面上。当载体表面沿着支持台行进时，浆料经过刀片的刃部下方，该刀片将浆料刮成受控厚度和宽度的层。当溶剂蒸发时，陶瓷颗粒聚并为较致密的挠性膜，该挠性膜可以从载体表面剥离形成连续片。所述片按尺寸切割，备选地按照恰当顺序与第二材料的片堆叠，并层叠以形成固体复合叠层。该叠层被煅烧以分解和除去有机结合剂并烧结磷光体颗粒，由此形成致密的复合单片CLC。
除了其结构均匀性和完整性之外，本发明的层叠多层复合物提供了在非常宽的允许值范围内严格可控的物理属性。因此，最终产物的属性简单地依赖于被选择并入其中的箔的成份、厚度和属性。
在本发明特定实施例中，对烧结的复合单片CLC进行后成形是有用的，这可以利用陶瓷材料公知的惯用工艺来完成。例如，使复合单片CLC的顶面变得粗糙，这对于散射经转换的光以提高光的外耦合是有用的，特别例如当CLC具有高的折射率时。
根据本发明第二方面，提供了一种照明系统，其包括辐射源和含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由该辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光。
辐射源优选地包括半导体光辐射发射器以及响应于电激励而发射光辐射的其它装置。半导体光辐射发射器包括发光二极管LED芯片、发光聚合物(LEP)、激光二极管(LD)、有机发光装置(OLED)、聚合物发光装置(PLED)等。此外，例如，在诸如汞低压和高压放电灯、硫放电灯以及基于分子辐射体的放电灯之类的放电灯和荧光灯中以及X射线管中发现的辐射发射源，也可以被预期用于本发明的发光转换器的辐射源。
在本发明的优选实施例中，该辐射源为发光二极管。
在本发明中，可以预期包括发光二极管或者发光二极管阵列以及含有多种磷光体的复合单片陶瓷发光转换器的照明系统的任意配置，从而在如上所述被发射初级紫外光或蓝光的LED照射时获得特定颜色或白色的光。
可用于将复合单片陶瓷发光转换器耦合到发光二极管或者发光二极管阵列的可能配置包括外延长成的装置(epitaxy-up device)以及倒装芯片装置。
现在将描述包括辐射源和复合单片陶瓷发光转换器的这种照明系统的一个实施例的详细构造。
图1示意性说明包括复合单片陶瓷发光转换器2的固态照明系统1的具体结构，其中LED管芯4按照倒装芯片配置封装在基板6上，两个电极5接触各自引线而不使用结合引线。LED管芯倒置地倒装并结合到导热基板上。该单片陶瓷发光转换器配置成盘，其布置成使得从发光二极管发射的大部分的光以近似垂直于盘表面的角度进入该盘。为此，反射器3设置在发光二极管周围，从而沿着朝向盘的方向反射从该发光二极管发射的光。
尽管图1示出具体LED结构，但本发明不依赖于LED管芯的任何具体结构。例如，LED管芯内基板和半导体层的数目以及有源区的详细结构可以改变。另外，LED管芯在图1中示为具有“倒装芯片”类型的架构，即，电极5置于LED管芯1的同一侧上。然而，诸如电极5位于管芯对立侧上的其它类型LED管芯架构可以与本发明一起使用。
例如，通过将诸如环氧树脂、硅酮等高温光学透明树脂材料的透明结合层7置于发光转换器和LED管芯之间，发光转换器可固定到LED管芯2。在固化时，结合层7将发光转换器固持到LED管芯。
或者，当将复合单片陶瓷发光转换器直接结合到LED管芯时，低软化点的玻璃是有用的。通过将LED管芯和复合单片CLC的温度提升至高于玻璃的软化点并应用压力将材料压制在一起，可以结合这些材料。
在工作时，电力供给到管芯以激励管芯。管芯在被激励时发射初级光，例如蓝光。所发射初级光的一部分被陶瓷发光转换器完全或部分吸收。陶瓷发光转换器随后响应于初级光的吸收而发射次级光，即具有更长峰值波长的转换光。所发射初级光的剩余未被吸收部分连同次级光传输通过该陶瓷发光转换器。
反射器沿着一总体方向引导作为输出光的未吸收的初级光以及该次级光。因此，输出光是由从管芯发射的初级光和从荧光层发射的次级光组成的复合光。
本发明照明系统的输出光的色温或色点将根据次级光相对于初级光的光谱分布和强度而变化。
首先，通过恰当选择发光二极管，可以改变初级光的色温或色点。
其次，通过恰当选择该复合单片陶瓷发光转换器中的磷光体组成，可以改变次级光的色温或色点。
此外，可以配置该复合物中的厚度和相对磷光体含量，以转换期望百分比的入射在该复合单片CLC上的初级光。
取决于发光二极管以及磷光体的光发射波长，可以提供由两种(多种)磷光体的色点以及发光元件的色点形成的色三角形(多边形)内的色度图中任意点的光发射。
根据本发明一个方面，照明系统的输出光可具有使其看上去为“白”光的光谱分布。
措辞“白光”是指这样的光，该光刺激人眼中的红、绿和蓝传感器以形成普通观察者将其视为“白色”的外观。这种光可以偏向红色(通常称为暖白光)或者偏向蓝色(通常称为冷白光)。这种光可具有高达100的显色指数。尤为优选的是色度位于色度图内的黑体线上的白色范围光。
在本发明的白光照明系统的第一实施例中，通过选择发光材料，使得由蓝光二极管发射的蓝光辐射被转换到互补的红色和绿色波长范围以形成暖白光，可以有利地制作该装置。
在该实施例中，二极管选自蓝光二极管或者紫光二极管，第一类型的磷光体颗粒在受到来自该二极管的光激励时能够发射红光，且第二类型的磷光体颗粒在受到来自该二极管的光激励时能够发射绿光。在该实施例中，因为(a)由该二极管发射的经过磷光体层的(未被吸收的)光、(b)由于磷光体吸收的该二极管发射的光的下变频形成的红光以及(c)由于磷光体吸收的该二极管发射的光的下变频形成的绿光，发光装置因此发射具有多种波长分量的光。结果为，该发光装置发射白光。
在本发明的优选实施例中，绿光和红光通过该复合单片陶瓷发光转换器的磷光体材料产生，该复合单片陶瓷发光转换器包括通式为Ae2Si5N8:Eu的红光(590至650nm)磷光体和通式为AeSi2N2O2:Eu的绿光(500至560nm)磷光体，其中Ae为选自钙、钡和锶的至少一种碱土金属。
使用发射最大值位于380至480nm的蓝色LED，得到尤为良好的结果。具体考虑铕(II)激励磷光体的激发光谱，发现最优值在445至468nm。
通过将尺寸为1.0×1.0×0.1mm的本发明的抛光复合单片陶瓷发光转换器安装于在458nm发光的1W的(Al，In，Ga)N LED芯片上，可以尤为优选地实现本发明的白光照明系统。
图2示出了具有包括Sr2Si5N8:Eu和Sr2Si2N2O2:Eu的复合单片陶瓷发光转换器的pcLED结合最大发射位于460nm的蓝光LED的发射光谱。关联的色温CCT测量值为4200K，显色指数测量值为Ra＝80-92(R9<60)。
关联的色点的坐标为x＝0.377且y＝0.392。
当与由包括YAG:Ce的现有技术照明系统产生的白色输出光的光谱分布相比时，光谱分布的表观差异为位于可见光谱的红光区域内的峰值波长的偏移。因此，与现有技术产生的输出光相比，由该照明系统产生的白色输出光具有显著的红色附加量。
在另一实施例中，磷光体成份包括三种不同类型的磷光体颗粒(第一类型的磷光体颗粒、第二类型的磷光体颗粒和第三类型的磷光体颗粒)。在一个实施例中，二极管为紫外二极管，第一类型的磷光体颗粒在受激励时能够发射红光，第二类型的磷光体颗粒在受激励时能够发射绿光，第三类型的磷光体颗粒在受激励时能够发射蓝光。在这种实施例中，因为(a)经过陶瓷发光转换器的(未被吸收的)紫外光、(b)由于磷光体吸收的光的下变频形成的红光、(c)由于磷光体吸收的光的下变频形成的绿光以及(d)由于磷光体吸收的光的下变频形成的蓝光，发光装置因此发射具有多个波长分量的光。结果为，该发光装置发射白光。
在白光装置的又一实施例中，该装置包括紫外二极管以及含有两种不同类型的磷光体颗粒(第一类型的磷光体颗粒和第二类型的磷光体颗粒)的磷光体成份。在一个这种实施例中，第一类型的磷光体颗粒在受激励时能够发射黄光，且第二类型的磷光体颗粒在受激励时能够发射蓝光。在这种实施例中，因为(a)经过发光转换器的(未被吸收的)紫外光、(b)由于磷光体吸收的光的下变频形成的黄光以及(c)由于磷光体吸收的光的下变频形成的蓝光，发光装置因此发射具有多个波长分量的光。结果为，该发光装置发射白光。
根据本发明的备选实施例，提供了一种照明系统，其发射具有光谱分布的输出光从而看上去是有色的，例如“黄到红”。
除了上述具体实施例的磷光体之外，适用于该磷光体成份的典型磷光体颗粒包括选自下述的材料：用于发射红光的SrS:Eu2+、CaS:Eu2+、CaS:Eu2+，Mn2+、(Zn，Cd)S:Ag+、Mg4GeO5.5F:Mn4+、YO2S:Eu2+、ZnS:Mn2+、CaAlSiN3:Eu，以及如此处所述受激励时发射光谱在可见光谱的红光区域内的其他磷光体材料。对于发射绿光，也适用于该磷光体成份的典型磷光体颗粒包括选自下述的材料：(Ba，Sr)2SiO4:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+、ZnS:Cu，Al以及如此处所述受激励时发射光谱在可见光谱的绿光区域内的其它磷光体材料。在特定实施例中，除了红光和绿光磷光体之外，磷光体成份中还可包括蓝光磷光体颗粒；合适的蓝光磷光体颗粒可包括例如BaMg2Al16O27:Eu2+，Mg或者如此处所述受激励时发射光谱在可见光谱的蓝光区域内的其它磷光体材料。在另一实施例中，磷光体成份包括一种类型的磷光体颗粒，其选择为在激励时产生黄光。对于黄光发射，适用于该磷光体成份的典型磷光体颗粒包括选自下述的材料：(Y，Gd)3Al5O12:Ce，Pr以及如此处所述受激励时发射光谱在可见光谱的黄光区域内的其它磷光体材料。
尽管出于说明目的，结合具体实施例阐述了本发明，但本发明不限于此。可以进行各种调适和变型而不背离本发明的范围。例如，该复合发光转换器可以从所列磷光体以外的磷光体材料来制造。任何常规磷光体材料可用来替代这些磷光体。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于前述说明书。

Claims (11)

1.一种照明系统，包括辐射源和含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由该辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光。
2.根据权利要求1的照明系统，其中该辐射源为发光二极管。
3.根据权利要求1的照明系统，其中该复合发光材料为颗粒-颗粒复合物。
4.根据权利要求1的照明系统，其中该复合发光材料为堆叠多层复合物。
5.根据权利要求1的照明系统，其中该第一磷光体为绿光磷光体，该第二磷光体为红光磷光体。
6.根据权利要求5的照明系统，其中该绿光磷光体是通式为AeSi2N2O2:Eu的铕(II)掺杂碱土金属氧代次氮基硅酸盐磷光体，该红光磷光体是通式为Ae2Si5N8:Eu的铕(II)掺杂碱土金属次氮基硅酸盐磷光体。
7.根据权利要求1的照明系统，其中该第一磷光体为黄光磷光体，该第二磷光体为蓝光磷光体。
8.一种含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光。
9.一种含有复合发光材料的复合单片陶瓷发光转换器的制造方法，该复合发光材料包括至少一种第一磷光体和至少一种第二磷光体，该至少一种第二磷光体能够吸收由辐射源发射的光的一部分并发射波长与吸收的光的波长不同的光，该制造方法通过以下步骤实现：
(i)混合第一磷光体材料的前驱物与第二材料，制备粉末混合物，该第二材料选自第二磷光体材料和该第二磷光体材料的前驱物，(ii)压紧和成形该粉末混合物为预成型件，以及(iii)共烧结该预成型件混合物。
10.根据权利要求9的方法，其中该前驱物材料为生(未烧结)陶瓷磷光体粉末。
11.根据权利要求9的方法，其中该第一磷光体是通式为AeSi2N2O2:Eu的绿光铕(II)掺杂碱土金属氧代次氮基硅酸盐磷光体，该第二磷光体是通式为Ae2Si5N8:Eu的红光铕(II)掺杂碱土金属次氮基硅酸盐磷光体，其中该第一磷光体的前驱物和该第二磷光体的前驱物包括碱土金属和铕的混合氧化物AeO:Eu以及氮化硅Si3N4。
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