绿光发射磷光体及其装置

相关申请的交叉引用

本申请为非临时申请并要求2020年4月14日提交的美国临时专利申请序列号63/009,800 “GREEN-EMITTING PHOSPHORS AND DEVICES THEREOF”和2020年9月1日提交的美国临时专利申请序列号63/073,391 “GREEN-EMITTING PHOSPHORS AND DEVICES THEREOF”的优先权，所述临时专利申请中的每一个都通过引用整体并入本文。

背景技术

本文描述的主题总的涉及磷光体和装置，更特别地，涉及绿光发射磷光体。

当前的显示装置技术依赖于液晶显示器(LCD)，这是工业和住宅应用中使用最广泛的平板显示器之一。然而，下一代装置将具有低的能耗、紧凑的尺寸和高的亮度，需要改善的色域。

用于显示器中的LED封装件基于蓝色LED、绿色磷光体和红色磷光体的组合。色域在很大程度上由磷光体的选择决定。红色磷光体K

发明内容

简而言之，在一个方面，提供了绿光发射磷光体。绿光发射磷光体选自[Ba

在另一个方面，提供了一种磷光体组合物。所述磷光体组合物包含绿光发射磷光体和红光发射磷光体；其中绿光发射磷光体选自[Ba

在又一个方面，提供了包括以辐射方式和/或光学方式耦合到绿光发射磷光体的LED光源的装置。绿光发射磷光体选自[Ba

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面以及优点，在所有附图中，同样的字符表示同样的部分，其中：

图1为根据本公开的一个实施方案的装置的示意性横截面图；

图2为根据本公开的一个实施方案的照明设备的示意性横截面图；

图3为根据本公开的另一个实施方案的照明设备的示意性横截面图；

图4为根据本公开的一个实施方案的照明设备的剖面侧向透视图；

图5为根据本公开的一个实施方案的表面安装装置(SMD)的示意性透视图；

图6示出了BaMgUO

图7示出了BaMgUO

图8示出了式BaMgUO

图9示出了BaZnUO

图10示出了BaZnUO

图11示出了式BaZnUO

图12示出了Ba

图13示出了Ba

图14示出了式Ba

图15示出了γ-Ba

图16示出了γ-Ba

图17示出了式γ-Ba

图18示出了式γ-Ba

图19示出了式Ba

图20示出了式BaSr

图21示出了式Sr

图22示出了式Ca

图23示出了式BaMg

图24示出了式Ba

图25示出了式Ba

图26示出了共掺杂有Eu

除非另有说明，否则本文提供的附图意在示意本公开的实施方案的特征。这些特征据信适用于包括本公开的一个或多个实施方案的广泛的系统中。因此，附图并不意在包括本领域普通技术人员已知的实施本文公开的实施方案所需的所有常规特征。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求书中，将提及许多术语，这些术语应被定义为具有以下含义。

单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，上下文另有明确规定除外。

如整个说明书和权利要求书中所用，近似语言可用于修饰任何定量表示，该定量表示可允许变化而不导致其相关的基本功能的改变。因此，由一个或多个术语如“约”、“基本上”和“大约”修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可能对应于用于测量该值的仪器的精度。在这里以及在整个说明书和权利要求书中，范围边界可以组合和/或互换，除非上下文或语言另有说明，否则确定出这样的范围并包括其中包含的所有子范围。所有参考文献均通过引用并入本文。

式中的方括号表示括号内的元素中的至少一种存在于磷光体材料中，并且可以存在其中两种或更多种的任何组合，这受组合物的化学计量学的限制。例如，式[Ca,Sr,Ba]

本公开的绿光发射磷光体吸收近-UV或蓝色区域(约400nm至470nm之间的波长范围)中的辐射并以窄带发射，主发射峰集中在500nm至550nm之间的波长范围，特别是约510nm至约530nm，更特别是约515nm至约525nm。这些磷光体可用于显示应用中。结合了窄带绿光发射磷光体的显示器的色域(其可以根据NTSC、DCI-P3、Adobe或BT2020标准测量)可相对于具有相对宽带发射的磷光体有显著改善。

在一些实施方案中，磷光体含有磷酸根/钒酸根基团，并具有式[Ba

在其他实施方案中，除磷酸根/钒酸根基团外，磷光体还含有[P,V]

在一个实施方案中，磷光体可以为Ba

本公开的磷光体可以表征为是铀掺杂或U掺杂的，因为U

本公开的磷光体可以通过在氧化气氛下烧制前体的混合物来产生。合适的前体的非限制性实例包括适宜的金属氧化物、氢氧化物、醇盐、碳酸盐、硝酸盐、铝酸盐、硅酸盐、柠檬酸盐、草酸盐、羧酸盐、酒石酸盐、硬脂酸盐、亚硝酸盐、过氧化物、磷酸盐、焦磷酸盐及其组合。适合用作前体的材料包括但不限于BaCO

用于产生磷光体的起始材料混合物还可以包括一种或多种低熔融温度助熔剂材料，如硼酸、硼酸盐化合物如四硼酸锂、碱金属磷酸盐以及它们的组合。非限制性实例包括(NH

样品的烧制通常在空气中进行，但由于铀处于其最高氧化态(U

除了绿光发射磷光体之外，根据本公开的磷光体组合物还可以包括式I的红光发射磷光体：A

除了绿光发射磷光体和任选地式I的红光发射Mn

除了绿光和红光发射磷光体之外，适合用于磷光体组合物中的磷光体包括但不限于：((Sr

在特别的实施方案中，另外的磷光体包括：[Y,Gd,Lu,Tb]

磷光体组合物中每一单个磷光体的比率可以随所需光输出的特性而异。可以调节各种磷光体组合物中单个磷光体的相对比例，使得当它们的发射在装置例如照明设备中共混并采用时，产生在CIE色度图上具有预定的x和y值的可见光。

适用于磷光体组合物中的其他另外的发光材料可以包括电致发光聚合物如聚芴，优选地聚(9,9-二辛基芴)及其共聚物，如聚(9,9'-二辛基芴-共-双-N,N'-(4-丁基苯基)二苯胺)(F8-TFB)；聚(乙烯基咔唑)和聚苯撑乙炔以及它们的衍生物。另外，发光层可以包括蓝色、黄色、橙色、绿色或红色磷光染料或金属络合物、量子点材料或它们的组合。适合用作磷光染料的材料包括但不限于三(1-苯基异喹啉)铱(III)(红色染料)、三(2-苯基吡啶)铱(绿色染料)和双(2-(4,6-二氟苯基)吡啶根合-N,C2)铱(III)(蓝色染料)。也可以使用来自ADS (American Dyes Source, Inc.)的市售荧光和磷光金属络合物。ADS绿色染料包括ADS060GE、ADS061GE、ADS063GE和ADS066GE、ADS078GE及ADS090GE。ADS蓝色染料包括ADS064BE、ADS065BE和ADS070BE。ADS红色染料包括ADS067RE、ADS068RE、ADS069RE、ADS075RE、ADS076RE、ADS067RE和ADS077RE。示例性的量子点材料基于CdSe、ZnS或InP，包括但不限于核/壳发光纳米晶体如CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS或CdTe/ZnS。量子点材料的其他实例包括卤化物钙钛矿量子点如CsPbX

根据本公开的装置包括以辐射方式耦合和/或以光学方式耦合到绿光发射磷光体的一个或多个的LED光源。图1示出了根据本公开的一个实施方案的装置10。装置10包括LED光源12和包括本公开的绿光发射磷光体的磷光体组合物14。LED光源12可以是UV或蓝光发射LED。在一些实施方案中，LED光源12产生在约440nm至约460nm的波长范围内的蓝光。在装置10中，包括如本文所述的绿光发射磷光体的磷光体组合物14以辐射方式耦合和/或以光学方式耦合到LED光源12。以辐射方式耦合或以光学方式耦合意味着来自LED光源12的辐射能够激发磷光体组合物14，并且磷光体组合物14能够响应于通过辐射的激发而发射光。磷光体组合物14可以设置在LED光源12的一部分或局部上，或者遥远地位于距LED光源12的一段距离处。

本文讨论的示例LED光源的一般讨论针对的是基于无机LED的光源。然而，如本文所用，该术语意在涵盖所有LED光源如半导体激光二极管(LD)、有机发光二极管(OLED)或LED和LD的混合体。另外，LED光源可以是miniLED或microLED，其可用于自发射显示器中。此外，应理解，除非另有说明，否则LED光源可以由另一辐射源替换、补充或增强，并且对半导体、半导体LED或LED芯片的任何提及仅代表任何适宜的辐射源，包括但不限于LD和OLED。在一些实施方案中，磷光体组合物14还包括式I的红光发射磷光体，特别是K

磷光体组合物14可以以任何形式存在，如粉末、玻璃或复合物，例如磷光体-聚合物复合物或磷光体-玻璃复合物。此外，磷光体组合物14可以作为层、片材、条状物、分散的颗粒或其组合使用。在一些实施方案中，磷光体组合物14包括呈玻璃形式的绿光发射磷光体。在这些实施方案中的一些中，装置10可以包括呈磷光体轮(未示出)形式的磷光体组合物14。磷光体轮可以包括包埋在玻璃中的绿光发射磷光体。磷光体轮和相关装置在WO2017/196779中描述。

图2示意了根据一些实施方案的照明设备或灯20。照明设备20包括LED芯片22和电连接到LED芯片22的引线24。引线24可以包括由较厚的引线框架26支撑的细线，或者引线24可以包括自支撑电极并且引线框架可以省略。引线24向LED芯片22提供电流并因此使其发射辐射。

包括绿光发射磷光体的磷光体组合物的层30设置在LED芯片22的表面上。磷光体层30可以通过任何适宜的方法设置，例如，使用通过混合硅酮与磷光体组合物而制得的浆料。在一种这样的方法中，将其中磷光体组合物颗粒无规悬浮的硅酮浆料放置在LED芯片22周围。该方法仅是磷光体层30和LED芯片22的可能位置的示例。可以通过在LED芯片22上方涂覆并干燥浆料，而将磷光体层30涂覆在LED芯片22的光发射表面上方或直接涂覆在LED芯片22的光发射表面上。由LED芯片22发射的光与由磷光体组合物发射的光混合而产生所需的发射。

继续参考图2，LED芯片22可以被封装在外壳28内。外壳28可以由例如玻璃或塑料形成。LED芯片22可以由封装材料32围住。封装材料32可以是低温玻璃或本领域已知的聚合物或树脂，例如，环氧树脂、硅酮、环氧-硅酮树脂、丙烯酸酯或其组合。在一个替代的实施方案中，照明设备20可以仅包括封装材料32而无外壳28。外壳28和封装材料32两者均应是透明的，以允许光传输通过这些元件。

在如图3中示意的一些实施方案中，磷光体组合物33绿光发射磷光体散布在封装材料32内，而不是如图2中所示直接形成在LED芯片22上。磷光体组合物33可以散布在封装材料32的一部分内或遍布封装材料32的整个体积。由LED芯片22发射的蓝光与由磷光体组合物33发射的光混合，该混合光从照明设备20传输出。

在又一个实施方案中，包括绿光发射磷光体的磷光体组合物的层34被涂覆到外壳28的表面上，而不是形成在LED芯片22上方，如图4中所示意。如图所示，磷光体层34被涂覆在外壳28的内表面29上，但如果需要，磷光体层34可以被涂覆在外壳28的外表面上。磷光体层34可以被涂覆在外壳28的整个表面上或仅涂覆在外壳28的内表面29的顶部部分。由LED芯片22发射的UV/蓝光与由磷光体层34发射的光混合，该混合光传输出去。当然，磷光体组合物可以位于任何两个或所有三个位置(如图2-4中所示)中或任何其他合适的位置中，如与外壳28分开或集成到LED芯片22中。

在任何上述结构中，照明设备20 (图2-4)还可以包括包埋在封装材料32中的多个散射颗粒(未示出)。散射颗粒可以包含例如氧化铝、二氧化硅、氧化锆或二氧化钛。散射颗粒有效地散射从LED芯片22发射的定向光，优选具有可忽略不计的吸收量。

一些实施方案包括表面安装装置(SMD)型发光二极管50，例如如图5中所示意，用于背光应用。该SMD为“侧面发射型”并在导光构件54的突出部上具有光发射窗52。SMD封装件可以包括如上文所定义的LED芯片和包括如本文所述的绿光发射磷光体的磷光体组合物。

本公开的装置包括用于一般照明和显示应用的照明和显示设备。显示设备的实例包括液晶显示器(LCD)背光单元、电视机、计算机监视器、膝上型电脑、移动电话、智能手机、平板电脑和其他手持装置。在显示器为背光单元的情况下，绿光发射磷光体可以被结合在以辐射方式耦合和/或以光学方式耦合到LED光源的片材或条状物中，如美国专利申请公开号2017/0254943中所述。其他装置的实例包括彩色灯、等离子体屏幕、氙激发灯、UV激发标记系统、汽车前照灯、家庭和影院投影仪、激光泵浦装置和点传感器。

通过使用本文描述的磷光体组合物，可提供产生用于显示应用(例如，LCD背光单元)的白光的装置，该白光具有高色域和高亮度。或者，可提供产生用于一般照明的白光的装置，该白光具有高亮度并且对感兴趣的宽范围色温(2500K至10000K)具有高CRI值。这些应用的列表意在仅示例而不是穷举的。

尽管本公开的各种实施方案的具体特征可能在一些附图中示出而未在其他附图中示出，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征可以与任何其他附图的任何特征组合地引用和/或要求保护。

实施例

实施例1：BaMgUO

向Nalgene瓶中称取化学计量量的BaCO

解析该材料的晶体结构并示于图6中。XRD粉末图案示于图7中，晶体学数据示于表1中。BaMgUO

实施例2：BaZnUO

向Nalgene瓶中称取化学计量量的BaCO

解析该材料的晶体结构并示于图9中。XRD粉末图案示于图10中，晶体学数据示于表1中。BaZnUO

实施例3：Ba

向Nalgene瓶中称取化学计量量的BaCO

解析该材料的晶体结构并示于图12中。XRD粉末图案示于图13中，晶体学数据示于表1中。Ba

实施例4：γ-Ba

向Nalgene瓶中称取化学计量量的BaHPO

解析该材料的晶体结构并示于图15中。XRD粉末图案示于图16中，晶体学数据示于表1中。γ-Ba

实施例5：Ba

向含有大搅拌棒的250mL烧杯中加入BaCl

在氧化铝坩埚中于1050℃烧制磷酸氢盐中间体(2.23g)。单晶x-射线衍射分析表明经热处理的产物包含Ba

实施例6：Ba

将化学计量量的Ba

实施例7：Ba

将γ-Ba

实施例8：Ba

将γ-Ba

实施例9：Ba

将化学计量量的BaCO

实施例10：BaSr

将化学计量量的BaCO

实施例11：Sr

将化学计量量的SrCO

实施例12：Ca

将化学计量量的CaCO

实施例13：BaMg

将化学计量量的BaCO

实施例14：Ba

将化学计量量的BaCO

实施例15：Ba

将化学计量量的BaCO

实施例16：γ-Ba

将化学计量量的BaCO

实施例17：磷光体共混物的色域覆盖

使用通过标准LCD滤色器的450nm蓝色LED和PFS (K

本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果这样的其他实施例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等同结构要素，则这样的其他实施例旨在处于权利要求的范围内。