照明系统和显示设备的制作方法

专利名称：照明系统和显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明系统，包括发光二极管、光出射窗和发光层。 本发明还涉及一种照明器和一种显示设备。
背景技术：
这种照明系统本身是已知的。这种照明系统尤其被用作一般照明 目的的照明器，例如办公室照明或商店照明的照明器，所述商店照明 例如橱窗照明或者(透明或半透明)玻璃板或(透明)玻璃板或(透 明)合成树脂板的照明，在所述板上展示例如珠宝的物品。此外，这 种照明系统用于一般照明目的，如在标志、轮廓照明和广告牌中应用 的大面积直视光发射面板。
这种已知照明系统也用作(图像)显示设备中的背光发射面板。 这种照明系统可能特别适合于用作非发光显示器中的光源，所述非发
光显示器如液晶显示设备，也称作LCD板，其用在例如电视接收机、 (计算机)监视器、(无绳)电话和便携式数字辅助设备中。该照明系 统也可以用在例如投影系统中，所述投影系统如数字投影仪、或所谓 的巻轴机(beamer)等，用于投射图像或者显示电视节目、电影、视 频节目或DVD等等。
例如在EP 1521235A2中公开了这种照明系统。该照明系统包括放 置在该照明系统的后面板上的发光二极管(另外也称作LED)的二维 阵列。在引用文献中的照明系统的实施例中，所有LED都发射基本上 相同颜色的光，例如蓝基色的光。该照明系统还包括颜色转换磷光体 层，其被设置在该照明系统的盖板上，从而形成所谓的远距离磷光体 构造。磷光体层是均匀的层，该层例如包括磷光体钇铝石榴石(另外 也表示为YAG:Ce)，其将蓝基色的光转换成黄基色的光。该层可以是 薄膜，该薄膜具有均匀密度的颗粒或遍布于该薄膜的发光染料。LED 发射的蓝基色光中的一些光被磷光体层透射，从而使黄光成分和蓝光 成分都被透射到显示设备以照亮该显示设备。包括蓝色LED的照明系统能够用于大量的不同的显示器，这些不同的显示器具有不同类型的 滤色片。通过改变磷光体层的厚度和/或该磷光体层中磷光体的浓度，
可以优化由照明系统发射的光以适合特定的LCD 。
已知照明系统的缺点在于，从显示设备发射的光的色温太低。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有改进色温的照明系统。 根据本发明的第一方面，所述目的可以利用一种照明系统来实现， 所述照明系统包括
发光二极管，发射第一基色的光； 光出射窗，用于使光从所述照明系统射出；以及 发光层，设置在所述发光二极管和所述光出射窗之间，用于将所 述发光二极管发射的至少一部分光转换成第二基色的光，所述发光层 包括至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料，或者包括两种石榴 石发光材料的组合，其中一种石榴石发光材料至少含有镥和铈，另一 种石榴石发光材料至少含有铞以及包含钇和钆的组中的至少一种元 素。
根据本发明的措施(measure)的效果在于，通过用至少含有镥、 铈、硅和氮的石榴石发光材料或者包括两种石榴石发光材料的组合来 代替钇铝石榴石发光材料，与仅包括铈激活的钇铝石榴石(也称作 YAG:Ce)的发光层所发射的黄基色相比，由本发明的发光层所发射的 黄基色的中心波长朝较短波长偏移，在上述两种石榴石发光材料的组 合中， 一种石榴石发光材料至少含有镥和铈，另一种石榴石发光材料 至少含有铈以及包含钇和钆的组中的至少一种元素。由于黄基色的中 心波长发生这样的偏移，因此由该照明系统发射的光的黄基色和蓝基 色的贡献所引起的颜色点(colorpoint)也向较短波长偏移，从而致使 由该照明系统发射的光的色温增加。
本发明的石榴石发光材料至少含有镥、铈、硅和氮，或者包括两 种石榴石发光材料的组合，其中一种石榴石发光材料至少含有镥和铈， 另 一种石榴石发光材料至少含有铈以及包含钇和釓的组中的至少 一种 元素，当使用本发明的石榴石发光材料时，另一个好处在于使发光层发射的黄基色的光谱含量增大，从而致使包括该照明系统的显示设备 的色域相对较大。照明系统的光谱含量限定了由该照明系统发射的光
的颜色范围。当使用这些发光材料时，相对于已知的发光材料YAG:Ce， 黄基色的发射光谱变宽，这使得该照明系统所发射的光的颜色范围增 大，从而使得该照明系统的光谱含量得到改进。在其中照明系统包括 含有氮化硅的发光材料的实施例中，与不具有氮化硅的发射光谱相比， 所述氮化硅的加入使发射光谱变宽。至少含有镥和铈的石榴石发光材 料的例子是例如铈激活的镥铝石榴石，也表示为LuAG:Ce。至少含有 铈以及包含钇和钆的组的至少一个元素的石榴石发光材料的例子是例 如铈激活的钇铝石榴石，也表示为YAG:Ce。在其中照明系统包括 LuAG:Ce和YAG:Ce的组合的实施例中，LuAG:Ce的发射光谱和 YAG:Ce的发射光谱的组合使黄基色的发射光谱变宽。发光材料 LuAG:Ce和YAG:Ce都发射出被感知为黄色或黄绿色(也被称作黄色) 的光。中心波长是发射光谱的光谱加权的中心波长，由发光材料 LuAG:Ce所发射的光的中心波长(典型地近似为560纳米)与发光材料 YAG:Ce所发射的光的中心波长(典型地近似为590纳米)相比朝较短 波长偏移。两个发射光谱的组合使发射出黄基色光的发射光谱变宽， 且所得到的中心波长例如是大约580nm。照明系统所发射的黄基色的发 射光谱更宽典型地也导致包括该照明系统的显示设备的色域增大，因 为黄基色的更宽的发射光谱增加了照明系统所发射的光与显示设备的 滤色片的重叠。
根据本发明的照明系统的色域部分地通过对由LED所发射的蓝基 色的选择来决定。可以通过使LED所发射的蓝基色的中心波长朝较长 波长的蓝色偏移来增加照明系统的色温。然而，LED所发射的光的中 心波长的偏移也会使得与标准EBU (欧洲广播联盟)色域范围重叠或 者与NTSC (国家电视系统委员会)色域范围重叠的色域范围减小，特 别是在紫色域中。可替代地，通过用含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴 石(也称作LuAGSN:Ce)来代替YAG:Ce，或者例如通过向YAG:Ce添 加LuAG:Ce，发光层所发射的光的中心波长朝绿色偏移，从而增加了 该照明系统的色温同时保持该显示设备的相对较宽的色域。
当使用至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料时，另一个好处在于单一发光材料使发光层所发射的黄基色的中心波长的偏移能够 增加该照明系统的色温，这简化了发光层的制造。
将两种石榴石发光材料组合，其中一种石榴石发光材料至少含有 镥和铈，另一种石榴石发光材料至少含有铈以及包含钇和钆的组中的 至少一种元素，当利用这两种石榴石发光材料的组合时，另一个好处 在于能够调节这种组合的各个发光材料的浓度或总数，从而能够调节 由该照明系统所发射的光的颜色点。这种调节例如可以用于校正由
LED发射的蓝基色的变化(variation)。通过修改各个发光材料的浓度， 能够调节该照明系统所发射的光的颜色点，从而确保由该照明系统所 发射的光基本上总是对应于该照明系统的预定颜色点。这种调节例如
另外r ;照明系:中各个发光材料的浓度进行调节例i能够用
于调节该显示设备的色温以便使其处于所需的水平。由于在特定显示 设备中使用的滤色片是已知的，因此可以选择浓度4吏该显示设备所发 射的光的色温对应于预定的显示器色温。
在照明系统的实施例中，至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光 材料或者至少含有镥和铈的石榴石发光材料还包含钆。该实施例的好 处在于与不具有钆的发光材料相比，添加钆致使发光材料的光发射峰 值的中心波长朝更大波长偏移。添加钆增大了能够对照明系统的颜色 点进行调节的范围，并且因此增大了能够对显示设备的色温进行调节 的范围。
在照明系统的实施例中，至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光 材料用(Y3-x.yLuxGdy)(Al^Siz)(O^Nz):Ce来表示，其中(Xx^3， 0^^2.7， (Xx+y^3且(Xz^2,至少含有镥和铈的石榴石发光材料用 (Y3."LuxGdy)(Al5.zSiz)(O^Nz):Ce来表示，其中0<xS3 ， 0￡y$2.7 ， 0<x+y$3 且(fez^2，并且至少含有铈以及包含钇和钆的组中至少一种元素的石榴 石发光材料用(Yk.yLuxGdy)(Al^Siz)(Oi2-zNz):Ce来表示，其中0^x<3 ， 0^yS2.7， 0^x+y^3且0^z^2。在该实施例中，不同的发光材料中的每一 种都能够用单个公式来表示，在所述单个公式中对下标x、 y和z的要求 不同。
在包括两种发光材料组合的照明系统的实施例中，发光层(120)中两种发光材料的第 一种发光材料的摩尔浓度是两种发光材料的第二
种发光材料的摩尔浓度的1至3倍。本文中，摩尔浓度指的是每单位面 积发光层的摩尔浓度。例如，在包括LuAG:Ce和YAG:Ce或者LuAG:Ce 和铈激活的钇钆铝石榴石(也称作YGdAG:Ce)的实施例中，发光层中 的YAG:Ce或YGdAG:Ce的浓度ALuAG:Ce的浓度的l至3倍。该实施例 的好处在于发光材料与由LED发射的光的这种组合能够使该照明系统 与已知滤色片结合的显示设备的色温从大约6000开(Kelvin)调节到高 达大约12000开。
在包括两种发光材料组合的照明系统的实施例中，通过改变发光 层中这两种发光材料的任一种发光材料的摩尔浓度来补偿由发光二极 管所发射的中心波长的变化。当发光层例如包括LuAG:Ce和YAG:Ce 时，通过改变发光层中LuAG:Ce的摩尔浓度或者通过改变发光层中 YAG:Ce的摩尔浓度或者改变两者的摩尔浓度来补偿由发光二极管所 发射的中心波长的偏移。该实施例的好处在于能够使用LuAG:Ce或 YAG:Ce的浓度的改变来确保即使当发光二极管所发射的中心波长或 者照明系统中各个发光二极管的平均中心波长改变时，照明系统所发 射的光也基本上对应于预定的背光颜色点。
在包括两种发光材料的组合的照明系统的实施例中，发光层包括 含有两种发光材料中第一种发光材料的层，并且包括含有这两种发光 材料中第二种发光材料的另 一层。当该照明系统例如包括LuAG:Ce和 YAG:Ce时，发光层包括含有LuAG:Ce的层和含有YAG:Ce的层。该实 施例的好处在于，通过改变例如用每一种发光材料涂敷的各个层的厚 度或者通过改变例如单独涂敷的层中各个发光材料的摩尔浓度，使分 别包含LuAG:Ce和YAG:Ce的单独涂敷的层能够相对容易地改变发光 层中各个发光材料的摩尔浓度。分别含有LuAG:Ce和含有YAG:Ce的各 个层可以涂敷于彼此之上，或者可替代地，可以被涂敷于例如漫射元 件的不同表面上，或者可以被涂敷于不同的基底上，例如大块漫射板 和薄板漫射体，或者漫射元件和亮度增强元件。
在包括至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料的照明系统的 实施例中，发光层还包括至少含有铈、硅和氮以及包含钇和钆的组中 至少一种元素的石榴石发光材料。至少含有铈、硅和氮以及包含钇和钆的组中至少 一种元素的石榴石发光材料例如包括含有氮化硅的铈激
活的钇铝石榴石(另外也称作YAGSN:Ce)以及例如含有氮化硅的铈激 活的钇钆铝石榴石(另外也称作YGDAGSN:Ce )。该实施例的好处在于， 添加YAGSN:Ce或YGDAGSN:Ce使得能够通过改变发光层中各个发光
的中心波长。此外，与YAG:Ce的发射光谱相比，向YAG:Ce添加氮化 硅使发射光谱变宽，这再次使得根据本发明的照明系统的色域和包括 根据本发明的照明系统的显示设备的色域增大。
在该照明系统的实施例中，发光层设置为远距离磷光体层，该远 距离磷光体层是与发光二极管相隔一定距离而设置的发光层。发光层 涂敷成远距离磷光体层的好处在于允许在才艮据本发明的照明系统中使 用相对较宽范围的发光材料。通常，将发光材料直接涂敷于发光二极 管。但是，能够直接涂敷于发光二极管的发光材料的选择是有限的， 因为这种发光材料必须能够在操作中耐得住发光二极管相对较高的温 度，并且同时必须能够在操作中耐得住发光二极管所发射的相对较高 的光能通量。高温和高光能通量通常致使发光材料逐渐退化，并且因 此致使照明系统的效率逐渐降低。在根据本发明的照明系统中，将发 光材料避开发光二极管而涂敷。与发光材料直接涂敷于发光二极管时 该发光材料的温度相比，远离发光二极管一定距离致使发光材料的温 度降低(当用摄氏度来表示时)降低至少20%，并且该距离也致使入 射在该发光材料上的第一基色的光能通量密度降低至少卯％ 。发光材 料的这种设置降低了对发光材料在其耐得住高温和高光能通量的能力 方面的要求，并且此外减少了发光材料的逐渐退化。
在照明系统的实施例中，该照明系统包括设置在发光二极管和发 光层之间的混光元件。该混光元件例如可以是具有镜面反射表面或漫 反射表面的外壳，用于将光混合并使其再循环。可替代地，该混光元 件可以是光导，其中利用例如全内反射使由LED发射的光混合。该混 光元件也可以是漫射元件。
在照明系统的实施例中，该照明系统包括在发光层和光出射窗之 间的反射偏振膜和/或准直器膜。反射偏振膜的例子是例如DBEF膜。 DBEF (双重亮度增强膜)基本上只透射具有预定偏振方向的光并将其余的光反射回到照明系统中以使其再循环，从而充当偏振膜.准直器
膜的例子是例如BEF膜。BEF(亮度增强膜)只透射以在预定范围内的 入射角而入射到BEF上的光，同时该BEF将其余的光反射回到照明系统 中以使其再循环，从而对光进行准直。BEF和/或DBEF的使用4吏得照明 系统的效率得到提高，因为不符合预定入射角范围的光或者基本上不 符合预定偏振方向的光被再循环并且至少部分地被再利用。当4吏用BEF 和/或DBEF时，另 一个好处在于发光层的厚度可以因光的再循环而减 小，因为再循环增强了光的混合。当由LED发射出的蓝基色的光被再 循环并入射在发光层上时，部分再循环的光将会转换为黄基色的光， 这增大了黄基色对照明系统所发射光的贡献并减小了蓝基色对照明系 统所发射光的贡献。为了补偿由于再循环而引起黄基色贡献的增大， 可以减小根据本发明的照明系统中发光层的厚度以确保由该照明系统 所发射的光对应于预定的颜色点。
在照明系统的实施例中，该照明系统包括至少两个发光二极管， 这两个发光二极管中每一个发光二极管的发射光谱具有这样的中心波 长使得这两个发光二极管中 一个发光二极管的中心波长从这两个发 光二极管中另 一个发光二极管的中心波长偏移至少5纳米。该实施例的 好处在于，通过选择发光层中发光材料的特定浓度，能够接受基色的 较宽的偏移，同时由该照明系统所发射的光的颜色点基本上等于预定 的颜色点。由于该可接受的较宽的变化，才艮据本发明的照明系统可以 包括来自不同等级(bin)的LED，这降低了照明系统的制造成本。
在照明系统的实施例中，该照明系统包括至少两个发光二极管， 并且这些发光二极管是可单独调光的。除了波长分级(binning)之外， 照明系统中所用的LED也根据从LED发射出的光通量分级。通过确保 多个LED中的LED是可单独调光的，能够对每个LED的贡献进行调节。 单独地修改这种调光可以提高从该照明系统所发射的光的均匀性。可 替代地，当各个LED的光的中心波长不同时，单独地调光可用于对照 明系统所发射的光的颜色点进行微调。
在照明系统的实施例中，该照明系统包括多个发光二极管，并且 该多个发光二极管在操作中以扫描操作模式工作。由于石榴石发光材 料的衰变时间相对较短，因此这是可能的。该照明系统包括发光层，其中LED例如被布置为一维群集，可以用基本上相等的振幅来顺序地 驱动这些LED以减少运动伪影，或者可以用依赖于例如视频内容的驱 动电流来同时或顺序地(可能具有瞬时重叠)驱动这些LED以便实现 一维调光。其好处在于，这种操作方式降低了功耗并增大了显示设备 中的动态范围和对比率。相应地，修改LCD像素透射值来生成预期的 图像。由于只将单基色用于照亮该发光材料，因此该照明系统与例如 包括发射不同基色光的LED的照明系统相比就颜色而言更加均匀。当 所有的LED都在额定功率下工作时，应当将蓝光充分地混合或者均匀 化。为了避免图像中可见的伪影，所述群集应当具有在它们的光分布 中充分空间重叠的光滑轮廓，这是采用远距离磷光体层的这种类型系 统中的群集的自然特性。
本发明还涉及一种包括根据本发明的照明系统的照明器和显示设备。


本发明的这些和其他方面从下文中描述的实施例中显而易见，并且 将参考下文中描述的实施例来进行说明。 在附图中
图1A示出根据本发明照明系统的简化的横截面视图，而图1B示出 根据本发明显示设备的简化的横截面视图，
图2A和2B分别示出铈激活的镥铝石榴石和铈激活的钇铝石榴石的 组合的CIE 1976 uV图和光功率密度谱，
图3A和3B分别示出含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴石的CIE 1976 uV图和光功率密度谱，以及
图4A、 4B和4C分别示出含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴石与含有 氮化硅的铈激活的钇铝石榴石的组合的CIE 1976 u'v'图以及第一和第 二光功率密度谱。
这些附图仅仅是简图，并且没有按比例绘制。特别是为了清楚起见, 强烈地夸大了 一些尺寸。图中相似的部件尽可能用相同的附图标记来 表示。
具体实施例方式
图1A示出了根据本发明照明系统100的简化的横截面视图。根据 本发明的照明系统100包括LEDD1、 D2，其设置在照明系统100的混 光室104的反射表面102上。LEDD1、 D2发射出第一基色，例如入射 在发光层120上的蓝基色72、 75(参见图2A、 3A、 4A)。发光层120 包括至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料73，或者包括两种石 榴石发光材料的组合，其中 一种石榴石发光材料70至少含有镥和铈， 另 一种石榴石发光材料至少含有铈以及包含钇和钆的组中的至少 一种 元素。这些不同的发光材料的例子用(Y3.x_yLuxGdy)(Al5_zSiz)(012_zNz):Ce 来表示，并且包括例如LuAG:Ce70、 LuAGSN:Ce73、 YAG:Ce71、 YGdAG:Ce、 YAGSN:Ce 74、 YGdAGSN:Ce。在图1A所示的实施例中， 发光层120由第一发光层122和第二发光层124构成，每个第一发光层 122和第二发光层124设置在例如载板126的相反侧。第一发光层122 和第二发光层124例如包括不同的发光材料。可替代地，第一发光层 122和第二发光层124可以涂敷于载板126的同一侧(未示出)；栽板 126例如可以是透明的或漫射的。可替代地，发光层120可以涂敷为一 层(参见图1B)，或者可替代地可以被直接涂敷于LEDD1、 D2上。 发光层120中不同发光材料70、 73、 71、 74的浓度或者第一和第二发 光层122、 124的厚度决定了 LEDD1、 D2所发射的蓝基色的光72、 75 中有多少被转换成黄基色的光，并因此确定根据本发明的照明系统100 所发射的光的颜色点76、 77、 78(参见图2A、 3A、 4A)。照明系统IOO 所产生的光经由光出射窗105而射出。
图1B示出了包括根据本发明照明系统101的显示设备200的简化 的横截面视图。图1B中所示的根据本发明照明系统IOI的实施例也包 括LED Dl、 D2，其设置在照明系统101的混光室104的反射表面102 上。在图1B所示的照明系统101的实施例中，使用第一混光元件IIO 将LEDD1、 D2所发射的光进行混合，所述第一混光元件110例如是 朗伯(Lambertian)漫射元件110。在将LEDD1、 D2所发射的光漫射 之后，所述光入射在发光层120上。图1B中所示的发光层120例如包 括不同的发光材料的混合，这些不同的发光材料例如选自包括 LuAG:Ce、 LuAGSN:Ce、 YAG:Ce、 YGdAG:Ce和YAGSN:Ce的组。可替代地，发光层120可以由单一发光材料构成，例如LuAGSN:Ce。 发光层120中的该单一发光材料或者不同发光材料的摩尔浓度决定 LEDD1、 D2所发射的光中有多少被转换成具有黄基色的光，并因此确 定根据本发明的照明系统101所发射的光的颜色点76、 77、 78(参见 图2A、 3A、 4A)。图1B中所示的照明系统101还包括笫二混光元件 130，例如另一个朗伯(Lambertian)漫射元件130。接着，照明系统 101包括BEF140，该BEF140基本上只透射以在预定范围内的入射角 而入射在BEF 140上的光，同时BEF 140将其余的光反射回到照明系 统101中以使其再循环。此外，照明系统101例如包括DBEF160，其 基本上只透射具有预定偏振方向的光，并且将其余的光反射回到照明 系统101以使其再循环。DBEF 160可以用作图像生成层150的偏振器。 图像生成层150例如包括一组滤色片170、液晶单元阵列180和分析器 190，以用于在显示设备200上创建图像。可替代地，图像生成层150 包括偏振器和分析器(二者都是吸收的)，并且DBEF充当预偏振器。 图2A示出铈激活的镥铝石榴石70和铈激活的钇铝石榴石71的组 合以及发射蓝基色72的发光二极管Dl、 D2 (参见图1A)的CIE 1976 uV图。该CIE 1976 uV图(另外也表示为uV图)是在uV色空间中 的色度图。图2A中所示的uV图显示出色谱颜色感知线10，其表示人 眼能够感知的谱色。并且，在图2A所示的uV图中，用形成三角形的 虚线来表明EBU颜色标准20。 EBU颜色标准20是由欧洲广播联盟定 义的与典型地用在电视系统中的磷光体有关的色域。在uV图中，EBU 标准20的左上角代表绿色，EBU标准20的右上角代表红色，而EBU 标准的下面的角代表蓝色。图2A中还标出了称为黑体轨迹30的线(也 称为普朗克轨迹)，这条线是色空间(在这种情况下是uV色空间)中 的一条路径，其代表黑体的色度点，这些色度点对应于黑体的不同温 度。
图2A中所示的uV图包括LuAG:Ce70的颜色点、YAG:Ce71的颜 色点和由发光二极管D1、 D2所发射的光的颜色点72， LuAG:Ce70的 颜色点的坐标为u'7q=0.169， v'7n=0.563， YAG:Ce71的颜色点的坐标为 u'71=0.216, v'71=0.564，发光二极管Dl、 D2所发射的光的颜色点72的 坐标为u'72=0.200， v'72=0.086。由LuAG:Ce70和YAG:Ce71的颜色点以及发光二极管D1、D2的颜色点72所限定的阴影三角形50代表了一 个范围，在该范围内，可以通过改变各个发光材料LuAG:Ce70和 YAG:Ce71的浓度来改变由照明系统100、 101 (参见图1A和1B )所 发射的光的颜色。各个发光材料LuAG:Ce70和YAG:Ce71的特定浓度 比以及由发光二极管Dl、 D2所发射的没有被JL光材料LuAG:Ce70和 YAG:Ce71转换且由发光材料LuAG:Ce70和YAG:Ce71的总量所决定 的剩余的光形成颜色点76，该颜色点代表照明系统IOO、 101 (参见图 1A和1B)所发射的光的颜色。将具有颜色点76的照明系统100、 101 与例如在显示设备200 (参见图1B)中所用的一组典型的滤色片170 的透射光谱结合，形成显示设备200的色域40。由于将照明系统IOO、 101与一组典型的滤色片170结合，因此代表由照明系统IOO、 IOI所 发射颜色的颜色点76改变为具有由显示设备100所发射的光的色温 CT1的颜色点。
通过向YAG:Ce71添加LuAG:Ce70，与仅包括YAG:Ce的发光层 相比，照明系统IOO、 101的颜色点朝较短波长偏移，这导致该照明系 统IOO、 101的色温76增加。向才艮据本发明的照明系统IOO、 101添加 该组典型的滤色片170，照明系统IOO、 101的颜色点76—般沿着具有 滤色片特定长度并具有滤色片特定定向的向量V偏移，其也依赖于背 光系统所发射的光的实际光谱。与只包括已知发光材料YAG:Ce的照 明系统相比，照明系统IOO、 101的颜色点朝较短波长偏移也导致显示 设备200的色温朝较短波长偏移，从而致使由显示设备200所发射的光 的色温CT1增加。
而且，通过控制各个发光材料LuAG:Ce70和YAG:Ce71的浓度比 并且通过经由调节发光材料LuAG:Ce70和YAG:Ce71的浓度或总量而 控制没有被发光材料LuAG:Ce70和YAG:Ce71所转换的光的量，可以 将由照明系统100、 101所发射的光的色温76控制在用阴影三角形50 所表示的范围内。改变由照明系统IOO、 101所发射的光的色温76随后 导致包括照明系统IOO、 101的显示设备200的色温CT1发生改变。
图2B示出了照明系统100、 IOI所发射的光的光功率密度谱，所 述照明系统100、 101组合了铈激活的镥铝石榴石70和铈激活的钇铝石 榴石71以及发射蓝基色72的发光二极管Dl、 D2。照明系统100、 101所发射光的光功率密度谱76由发射蓝基色72的光谱的LEDD1、 D2 所发射光的光谱以及共同发射黄基色的光谱的发光材料LuAG:Ce70和 YAG:Ce71所发射光的光i普的贡献而构成。改变各个发光材料 LuAG:Ce70和YAG:Ce71的浓度将导致各个发光材料LuAG:Ce70和 YAG:Ce71以及发光二极管Dl、 D2所发射的光对根据本发明的照明系 统100、 101的光功率密度谱76的贡献差异。各个发光材料LuAG:Ce70 和YAG:Ce71的浓度的这种改变使uV图中表示的颜色点76能够在图 2A中表示的阴影三角形50内移动。
图3A示出含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴石73以及发射蓝基色 72的发光二极管Dl、 D2的CIE 1976 uV图。LuAGSN:Ce73的颜色点 的坐标为u'73-0.209，v'73-0.560。将LuAGSN:Ce73的颜色点与LED Dl、 D2所发射的光的颜色点72相连的线52代表一个范围，在该范围内可 以通过改变发光材料LuAGSN:Ce73的浓度来改变由照明系统100、 101 (参见图1A和1B)所发射的光的颜色。
在发光层120中特定浓度的发光材料LuAGSN:Ce以及发射蓝基色 72的LEDD1、 D2的4吏用，形成照明系统IOO、 101的颜色点77，其 与只包括发光材料YAG:Ce的照明系统相比朝较短波长偏移。当将包 括LuAGSN:Ce的照明系统100、 101与显示设备200的该组典型的滤 色片170组合时，显示设备200所发射的光包括颜色点CT2，该颜色 点CT2与由照明系统100、 101所发射的光的颜色点77相比沿着向量 V偏移。
图3B示出了由照明系统100、 101 (参见图1A和1B)所发射的光 的光功率密度谱，所述照明系统包括含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴 石73以及发射蓝基色72的发光二极管D1、 D2。照明系统IOO、 101 所发射光的光功率密度谱77由发射蓝基色72的光谱的LED Dl、 D2 所发射光的光谱以及发射黄基色的发光材料LuAGSN:Ce73所发射光 的光谱的贡献构成。当改变发光层120内的发光材料LuAGSN:Ce73的 浓度时，由LuAGSN:Ce73所发射的黄基色的贡献相对于LED Dl、 D2 所发射的蓝基色72发生改变，这改变了根据本发明的照明系统100、 101的光功率密度谱77，并因此改变了由照明系统IOO、 IOI所发射的 光的颜色点77。图4A示出了含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴石73和含有氮化硅 的铈激活的钇铝石榴石74以及发射蓝基色72的发光二极管Dl、 D2 的CIE 1976 uV图。可替代地，图4A的uV图示出了 LuAGSN:Ce73 和YAGSN:Ce74的组合以及发射另 一种蓝基色75的发光二极管Dl、 D2，所述另一种蓝基色75相对于蓝基色72发生了偏移。蓝基色的这 种偏移例如可能是由LEDD1、 D2的制造工艺不同而引起的。 LuAGSN:Ce73的颜色点的坐标为u'73=0.209， v'73=0.560， YAGSN:Ce74 的颜色点的坐标为u'74=0.230， v'74=0.562，蓝基色72的颜色点是 u'72=0.200, v'72=0.086，以及另一种蓝基色75的颜色点例如是 u'75=0.171, v'75=0.130。由LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74的颜色点以 及发光二极管D1、D2的颜色点72所限定的第一阴影三角形54代表一 个范围，在该范围内可以通过改变各个发光材料LuAGSN:Ce73和 YAGSN:Ce74的浓度来改变由照明系统100、 101所发射的光的颜色。 由LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74的颜色点以及发光二极管Dl、 D2 的另 一个颜色点75所限定的第二阴影三角形56代表一个范围，在该范 围内可以通过改变各个发光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74的浓 度来改变由照明系统100、 101所发射的光的颜色。特定浓度的各个发 光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74以及由发光二极管Dl、 D2所 发射的没有被发光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74转换的剩余的 蓝基色72的光形成颜色点78，该颜色点78代表由照明系统100、 101 所发射的光的颜色。可替代地，其他浓度的各个发光材料 LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74以及由发光二极管Dl、 D2所发射的没 有被发光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74转换的剩余的另 一种蓝 基色75的光也形成颜色点78。因此能够看到，可以通过改变发光层120 中各个发光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74的浓度来补偿由LED Dl、 D2所发射光的中心波长的改变。随后，将具有颜色点78的照明 系统100、 101与例如在显示设备200中所用的一组典型的滤色器170 的透射光谱相结合，形成显示设备200的色域40。由于将照明系统100、 101与该组典型的滤色片170结合，代表照明系统IOO、 IOI所发射颜 色的颜色点78改变为显示设备100所发射的光的色温CT3。
图4B示出照明系统100、 101所发射的光的光功率密度谱，所述照明系统包括含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴石73和含有氮化硅的铈 激活的钇铝石榴石74以及发射蓝基色72的发光二极管Dl、 D2。照明 系统100、 101所发射光的光功率密度谱78a由发射蓝基色72的光谱的 LED Dl、 D2所发射光的光谱以及共同发射黄基色的发光材料 LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74所发射光的光谱的贡献构成。当在图 4A的uV图中标绘时，光功率密度谱78a形成颜色点78。改变发光层 120中各个发光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74的浓度时，由 LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74所发射的黄基色的贡献相对于LED Dl、 D2所发射的蓝基色72而发生改变，这改变了根据本发明的照明 系统IOO、 101的光功率密度谱78a，并因此改变了照明系统100、 101 所发射的光的颜色点78。
图4C示出照明系统100、 101所发射的光的光功率密度谱，所述 照明系统包括含有氮化硅的铈激活的镥铝石榴石73和含有氮化硅的铈 激活的钇铝石榴石74以及发射另一种蓝基色75的发光二极管D1、D2。 照明系统100、 101所发射光的光功率密度谱78b由发射另一种蓝基色 75的光谱的LEDD1、 D2所发射光的光谱以及共同发射黄基色的发光 材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74所发射光的光谱的贡献构成。通 过改变发光材料YAGSN:Ce74的浓度来补偿另 一种蓝基色75的中心波 长相对于蓝基色72的偏移(用箭头60表示)，从而致使发光材料 YAGSN:Ce74的光功率密度镨的强度增大(用箭头62表示)。因此， 当在图4A的uV图中标绘时，光功率密度谱78b也形成颜色点78。此 外，当改变发光层120中各个发光材料LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74 的浓度时，LuAGSN:Ce73和YAGSN:Ce74所发射的黄基色的贡献相对 于LEDD1、 D2所发射的另一种蓝基色75而发生改变，这改变了根据 本发明的照明系统IOO、 101的光功率密度谱78b，并因此改变了照明 系统IOO、 101所发射的光的颜色点78。
应当注意，上面提到的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技 术人员能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计许多可替代的 实施例。
例如，发光材料的层不一定是连续的平坦的层，而是也可以由例如 覆盖各个LED的发光材料的小片(patch)组成。在权利要求中，括号内的任何附图标记不应当被解释为对该权利要 求的限制。所使用的动词"包括"及其动词变化不排除还存在与权利要 求中所声明的元件或步骤不同的元件或步骤。元件前面的冠词"一"不 排除存在多个这种元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件来 实现。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以 由同一项硬件来实施。在彼此不同的从属权利要求中叙述某些措施， 这个筒单的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
1.照明系统(100)，包括，发光二极管(D1，D2)，发射第一基色(72，75)的光；光出射窗(105)，用于使光从所述照明系统(100)射出；以及发光层(120)，设置在所述发光二极管(D1，D2)和所述光出射窗(105)之间，用于将所述发光二极管(D1，D2)发射的至少一部分光转换成第二基色的光，所述发光层(120)包括至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料(73)，或者包括两种石榴石发光材料的组合，其中一种石榴石发光材料(70)至少含有镥和铈，另一种石榴石发光材料(71，74)至少含有铈以及包含钇和钆的组中的至少一种元素。
2. 如权利要求l中所述的照明系统(100)，其中至少含有镥、铈、硅 和氮的石榴石发光材料(73)或者至少含有镥和铈的石榴石发光材料(70)还包含礼。
3. 如权利要求1或2中所述的照明系统(100)，其中 至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料(73)用(Y3."LuxGdy)(Al5.zSiz)(O^Nz):Ce来表示，其中0<x$3， 0^^2.7， 0<x+y^3JLO<zS2，至少含有镥和铈的石榴石发光材料(70)用 (Y3+yLuxGdy)(Al5.zSiz)(O^Nz):Ce来表示，其中0<x￡3， 0^^2.7， 0<x+y^3并且0￡z^2，以及至少含有铈以及包含钇和钆的组中至少一种元素的石榴石发光材料(71， 74)用(Y3-"LuxGdy)(Al5-zSiz)(O^Nz):Ce来表示，其中0￡x<3， 0￡yS2.7， 0^x+y^3并且0^z^2。
4. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，包括两种发光材 料的组合，其中发光层(120)中两种发光材料的第一种发光材料的摩 尔浓度是两种发光材料的第二种发光材料的摩尔浓度的1至3倍。
5. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，包括两种发光材 料的组合，其中通过改变发光层(120)中这两种发光材料的任一种或 两种发光材料的摩尔浓度来补偿由发光二极管(Dl， D2)所发射的中 心波长的改变。
6. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，包括两种发光材料的組合，其中发光层(120)包括含有两种发光材料中第一种发光材 料的层(122 )和含有两种发光材料中第二种发光材料的另 一层(124 )。
7. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，包括至少含有镥、 铈、硅和氮的石榴石发光材料(73),其中发光层(120)还包括至少 含有铈、硅和氮以及包含钇和钆的组中至少一种元素的石榴石发光材 料(74)。
8. 如权利要求1、2或3中所述的照明系统(100),其中发光层(120) 被设置为远距离磷光体层(120)，所述远距离磷光体层是与发光二极 管(D1, D2)相隔一定距离而设置的发光层(120)。
9. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，其中所述照明系 统(100)包括设置在发光二极管(Dl， D2)和发光层(120)之间的 混光元件(110， 130 )。
10. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，其中所述照明系 统(100)包括在发光层(120)和光出射窗(105)之间的反射偏振膜(160)和/或准直器膜(140)。
11. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，其中所述照明系 统(100)包括至少两个发光二极管(D1， D2)，这两个发光二极管(D1， D2)中每一个发光二极管的发射光谱具有这样的中心波长使得这两 个发光二极管(Dl; D2)中的一个发光二极管的中心波长从这两个发 光二极管(Dl， D2)中另一个发光二极管的中心波长偏移至少5纳米。
12. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，其中所述照明系 统(IOO)包括至少两个发光二极管(Dl， D2),这些发光二极管(D1， D2)是可单独调光的。
13. 如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)，其中所述照明系 统(IOO)包括多个发光二极管(Dl， D2)，所述多个发光二极管(Dl， D2)在操作中以扫描操作模式工作。
14. 照明器，包括如权利要求l、 2或3中所述的照明系统(100)。
15. 显示设#( 200 )，包括如权利要求1 、2或3中所述的照明系统(100 )。
全文摘要
本发明涉及一种照明系统、包括该照明系统的照明器和显示设备(200)。该照明系统(100，101)包括发光二极管(D1，D2)、光出射窗(105)，和设置在该发光二极管和该光出射窗之间的发光层(120)。该发光二极管发射第一基色(72，75)的光。该发光层被设置在该发光二极管和光出射窗之间，用于将该发光二极管发射的一部分光转换成第二基色的光。该发光层包括至少含有镥、铈、硅和氮的石榴石发光材料(73)，或者包括两种石榴石发光材料的组合，其中一种石榴石发光材料(70)至少含有镥和铈，另一种石榴石发光材料(71，74)至少含有铈以及包含钇和钆的组中的至少一种元素。该光出射窗将由该照明系统产生的光朝显示设备射出。
文档编号G02F1/13357GK101529321SQ200780038768
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月15日 优先权日2006年10月18日
发明者C·G·A·霍伦, J·布罗尔, L·黑南, R·T·韦格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司