[發明專利]波長轉換裝置和發光裝置

在審

• 申請號: 201510249990.7
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN105042517A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 李屹
• 申請（專利權）人: 深圳市光峰光電技術有限公司
• 主分類號: F21V9/10
• 分類號: F21V9/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明為申請號為201210038232.7、申請日為2012年2月20日、發明名稱為“波長轉換裝置和發光裝置”的專利申請的分案申請。本發明涉及光學技術領域，特別是涉及波長轉換裝置和發光裝置。

背景技術

目前，基于波長轉換的固態光源越來越成為研究和應用的熱點，例如使用藍光發光二極管(LED，lightemittingdiode)激發黃色熒光粉制作的白光光源已經被廣泛的接受和使用。

與通用照明不同的是，在投影顯示領域，為了得到彩色圖像，一般采用單色時序光源作為照明光源。一種方法是使用多個濾光片依次過濾白光得到單色光，但是過濾過程的效率很低；另一種方法是直接使用單色的波長轉換材料來得到單色光，例如使用綠色熒光粉受激產生綠光。第二種方法的效率比第一種方法有顯著的提高，然而問題在于紅色熒光粉的效率太低，且使用壽命太短，進而使得紅光成為整個光源系統的效率和壽命的瓶頸。

為了解決產生紅光的問題，有人提出使用高效率且穩定的黃色熒光粉，通過濾光片把其發射光譜中的綠光成分過濾掉來產生紅光。目前最常用的黃色熒光粉是YAG熒光粉，YAG熒光粉的分子式是Y₃Al₅O₁₂:Ce,其中冒號前的部分指的是該熒光粉的主體晶格的分子式，冒號后面的是摻雜在該晶格中的發光中心的元素。YAG熒光粉的發射光譜如圖1中的101所示，一般定義其中600nm以上的部分為紅光光譜成分，在圖1中表示為101R。當然由于光的顏色隨波長是連續變化的，此處的600nm的界線僅是為了方便說明的舉例。

由于YAG熒光粉被證明具有非常良好的穩定性，這種方法可以很好的解決紅光的壽命瓶頸的問題，然而從圖1中可以看到，這種方法同時會造成600nm以下的光譜能量的損失，而這部分能量是YAG熒光粉發射光譜101中能量最集中的區域。這主要是由于YAG熒光粉在紅光光譜成分的能量分布較低所致。

為了解決這個問題，人們提出通過在YAG熒光粉的主體晶格中摻雜其它元素對YAG熒光粉進行改性，使其發射光譜向長波長移動，以提高其紅光光譜成分的相對能量分布。圖2中表示了YAG熒光粉改性前后的發射光譜比較，改性前的發射光譜為101，改性熒光粉一的分子式為(Y₂Tb₁)Al₅O₁₂:Ce，其發射光譜為201，改性熒光粉二的分子式為(Y₁Tb₂)Al₅O₁₂:Ce,其發射光譜為202。通過比較分子式可以知道，通過在Y₃Al₅O₁₂晶格中把Y原子部分的替換為Tb原子，可以使發射光譜向長波長漂移，而且Y原子被Tb原子替換的越多，則發射光譜向長波長漂移的越多。通過計算可知，201所示的光譜的主波長比101所示的光譜主波長長5nm，202所示的光譜的主波長比101所示的光譜主波長長10nm。

顯而易見的，改性后的熒光粉的紅光光譜成分具有更強的能量分布，因此相對于改性前的YAG熒光粉可以產生更多的紅光。

然而，YAG熒光粉的改性在使發射光譜的主波長變大的同時，還會使其溫度穩定性下降，如圖3所示。其中310是未改性的YAG熒光粉的效率隨溫度的變化曲線，311和312分別是(Y₂Tb₁)Al₅O₁₂:Ce和(Y₁Tb₂)Al₅O₁₂:Ce的效率隨溫度的變化曲線。由圖中可見，熒光粉發射光譜的主波長向長波長移動越大，則熒光粉的溫度穩定性越差，工作中的波長轉換效率越低。

其它的改性也有相類似的效果，例如使用Gd元素替換YAG晶格中的Y元素，或使用Ga元素替換YAG晶格中的Al元素，都會使熒光粉的發射光譜的主波長變大，但同時也會引起其溫度穩定性的下降，而且主波長越大，則溫度穩定性下降越劇烈。雖然使用Lu元素替換YAG晶格中的Y元素不會引起溫度穩定性的下降，但是這同時會使熒光粉的發射光譜的主波長變小，紅光光譜成分的能量分布減小。