CN103980891A

CN103980891A - 荧光粉组成及发光二极管元件

Info

Publication number: CN103980891A
Application number: CN201410043921.6A
Authority: CN
Inventors: 杨耀瑜; 吕侊懋
Original assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Current assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2014-08-13

Abstract

本发明提供一种荧光粉组成及发光二极管元件，该荧光粉组成包括发出绿光的第一氮氧化物基荧光粉及发出红光的第二氮化物基荧光粉。当第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1时，此荧光粉组成的发射光谱非常类似黄色钇铝石榴石荧光粉的发射光谱，其峰值波长为550纳米。此荧光粉组成具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且此方程式为：y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

Description

荧光粉组成及发光二极管元件

技术领域

本发明是有关于一种荧光粉组成（phosphor composition），且特别是有关于一种荧光粉组成及发光二极管元件。

背景技术

随着近来对图像显示装置的高效能与小尺寸的要求逐渐提升的趋势，液晶显示器（liquid crystal display,简称LCD）已广范地应用于消费性产品，其包括电视、电脑屏幕及智能手机显示器。液晶显示面板（LCD panel）本身不会发光，因此需采用一个单独的光源单元，例如背光单元。由于背光单元大幅地影响亮度、对比及观赏体验中的诸多方面，因此选择用于液晶显示器的背光单元是一个主要的考量。由于发光二极管具有低功耗、高稳定度及长的使用寿命，因此白光发光二极管近年来已普遍地应用于背光单元中。

典型的白光发光二极管包括蓝光发光二极管及黄色荧光粉。蓝光发光二极管所发出的部分的蓝光激发黄色荧光粉，以使其发出黄光，且此黄光与蓝光发光二极管所发出的另一部分的蓝光混合后形成白光。此外，发光二极管可采用混合的绿色荧光粉与红色荧光粉，其将发光二极管的至少部分蓝光转换成绿色与红色发光辐射。由于蓝、红及绿的加法性混色的结果，便可产生白光。一般而言，荧光粉决定发光效率、演色性、色温及白光发光二极管的寿命。

为了降低制造成本，每一个背光单元中的白光发光二极管的数量需被减少。如此一来，需以很高的电压来驱动白光发光二极管，以使背光单元的亮度能够维持一样。这将需要采用在白光发光二极管中具有高的热稳定性的荧光粉。

在此领域中，最常使用的黄色发光荧光粉为掺杂Ce的钇铝石榴石（Cedoped yttrium aluminum garnet,简称YAG:Ce），其展现了卓越的效率，其中Ce为化学元素符号。硅酸盐基荧光粉（silicate-based phosphor）已被研发，以作为钇铝石榴石的替代物。然而，硅酸盐基荧光粉在高温及高湿的环境中具有不良的稳定度。因此，虽然这些荧光粉在室温下具有高效率，但是当温度上升时，它们将承受强的淬火（quenching）效应。因此，有需要发展出一种新的荧光粉组成，其具有与钇铝石榴石荧光粉类似的发光与热稳定性，以作为钇铝石榴石的可行替代物。

发明内容

本发明提供一种荧光粉组成及发光二极管元件，其使用此荧光粉组成，以解决上述问题。

一方面，提出一种荧光粉组成。此荧光粉组成可包括发出绿光的第一氮氧化物基荧光粉（oxynitride-based phosphor）及发出红光的第二氮化物基荧光粉（nitride-based phosphor）。此荧光粉组成具有CIE色坐标（CIE colorcoordinate）符合一个方程式的发光，且此方程式为：y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

在一实施例中，第一氮氧化物基荧光粉的通式（general formula）可为M(II)aSibOcNdCe:A。在M(II)aSibOcNdCe:A中，M(II)可包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn、Cd或其组合。A可包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂（luminescence activator）。此外，可存在以下条件：6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2。

在一实施例中，第二氮化物基荧光粉的化学式（formula）可为CaAlSiN3:Eu。

在一实施例中，第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比（weight ratio）是从约8:2至约9:1。

在一实施例中，第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比约为8.04:1.95。

在一实施例中，荧光粉组成的发光的CIE色坐标可落在具有坐标(0.30,0.25)、(0.30,0.43)、(0.39,0.25)及(0.39,0.43)的多个点所定义的区域内。

在一实施例中，荧光粉组成的发光的CIE色坐标可位于(0.365,0.372)。

在另一方面，提出一种荧光粉组成。此荧光粉组成可包括第一氮氧化物基荧光粉及第二氮化物基荧光粉。第一氮氧化物基荧光粉的通式为M(II)aSibOcNdCe:A，且第二氮化物基荧光粉的化学式为CaAlSiN3:Eu。在M(II)aSibOcNdCe:A中，M(II)可包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组的至少一种二价阳离子。A可包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂。此外，可存在以下条件：6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2。第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1。

在一实施例中，荧光粉组成具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且此方程式为：y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

在一实施例中，荧光粉组成的发光的CIE色坐标是落在具有坐标(0.30,0.25)、(0.30,0.43)、(0.39,0.25)及(0.39,0.43)的多个点所定义的区域内。

在另一方面，提出一种荧光粉组成。此荧光粉组成可包括第一氮氧化物基荧光粉及第二氮化物基荧光粉。第一氮氧化物基荧光粉的通式为M(II)aSibOcNdCe:A，且第二氮化物基荧光粉的化学式为CaAlSiN3:Eu。在M(II)aSibOcNdCe:A中，M(II)可包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组的至少一种二价阳离子。A可包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂。此外，可存在以下条件：6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2。此荧光粉组成可具有CIE色坐标落在0.356≦x≦0.365及0.372≦y≦0.380的范围内的发光。

在一实施例中，荧光粉组成可具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且此方程式为：y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

在又一方面，提出一种发光二极管元件。此发光二极管元件包括蓝光发光二极管及荧光粉组成。蓝光发光二极管的发光峰值波长（peak emissionwavelength）落在450纳米至460纳米的范围内。荧光粉组成配置于蓝光发光二极管上且覆盖蓝光发光二极管。此荧光粉组成可包括第一氮氧化物基荧光粉及第二氮化物荧光粉。第一氮氧化物基荧光粉的发光峰值波长落在550纳米至560纳米的范围内，第二氮化物荧光粉的发光峰值波长是落在570纳米至600纳米的范围内。此荧光粉组成可具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且此方程式为：y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

在一实施例中，第一氮氧化物基荧光粉的通式可为M(II)aSibOcNdCe:A。在M(II)aSibOcNdCe:A中，M(II)可包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn、Cd或其组合，且A可包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂。此外，可存在以下条件：6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2。

在一实施例中，第二氮化物基荧光粉的化学式可为CaAlSiN3:Eu。

在一实施例中，第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1。

在一实施例中，荧光粉组成的发光的CIE色坐标是落在0.356≦x≦0.365及0.372≦y≦0.380的范围内。

在一实施例中，荧光粉组成的发光的CIE色坐标是落在0.28≦x≦0.39及0.25≦y≦0.35的范围内。

在一实施例中，发光二极管元件还包括扩散物质。

在一实施例中，此扩散物质可包括ZnO2、SiO2、TiO2、Al2O3或其组合。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的白光发光二极管元件的剖面图；

图2示出了本发明的一实施例的荧光粉组成与黄色钇铝石榴石荧光粉之间的光学发光的比较。

附图标记说明：

100：白光发光二极管元件；

101：蓝光发光二极管；

103：反射壳；

105：引线架；

107：导电接线；

109：封胶层；

111：荧光粉组成。

具体实施方式

本发明的实施例提出一种荧光粉组成，其具有类似于钇铝石榴石荧光粉的发光与热稳定性，以适用于高可靠度的白光发光二极管元件。

图1为本发明的一实施例的白光发光二极管元件的剖面图。请参照图1，白光发光二极管元件100包括蓝光发光二极管101、反射壳103及导电引线架105。蓝光发光二极管101配置于反射壳103中，且经由导电接线107电性连接至引线架105。封胶层109填充于反射壳103中，且覆盖蓝光发光二极管101。荧光粉组成111混合于封胶层109中，配置于蓝光发光二极管101上，且覆盖蓝光发光二极管101。蓝光发光二极管101发出波长范围从410纳米至480纳米的光，其峰值波长是落在约450纳米至460纳米的范围内。白光发光二极管元件100具有CIE色坐标落在0.28≦x≦0.39及0.25≦y≦0.35的范围内的发光。

在白光发光二极管元件100的上述荧光粉组成111中，为了产生类似于钇铝石榴石荧光粉的发光，第一氮氧化物基发绿光的荧光粉与第二氮化物基发红光的荧光粉是以适当的比例混合。当以蓝光或紫外光激发时，第一氮氧化物基荧光粉的发光是落在绿光区域，且其峰值波长落在从约550纳米至560纳米的范围内。当以蓝光或紫外光激发时，第二氮化物荧光粉的发光是落在红光区域，且其峰值波长是落在从约570纳米至600纳米的范围内。

在上述荧光粉组成111中，第一氮氧化物基荧光粉的通式为M(II)aSibOcNdCe:A，其中6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2；较佳为6.5<a<7.5、8.5<b<12.5、14<c<16、6<d<7.5且0<e<1。M(II)包括至少一种二价阳离子，其可选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组。A包括掺杂于第一氮氧化物基荧光粉的主晶中的发光活化剂（luminescence activator），其浓度为从约0.001摩尔百分比（mol%）至约20摩尔百分比，且较佳为从约0.1摩尔百分比至约10摩尔百分比，且前述摩尔百分比是相对于M(II)而言。在一实施例中，A可选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组，且较佳为Eu2+、Ce3+、Tb3+、Yb2+及Mn2+所组成的群组。其中，上述英文字母符号为化学元素符号。

第二氮化物基荧光粉的化学式为CaAlSiN3:Eu。

第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的混合重量比较佳可从约9:1至约8:2，且更佳为约8.04:1.95。荧光粉组成111的发光的CIE色坐标符合下列方程式：y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。荧光粉组成111的发光的CIE色坐标是落在具有坐标(0.30,0.25)、(0.30,0.43)、(0.39,0.25)及(0.39,0.43)的多个点所定义的区域内。

表一总结了本发明的实施例的荧光粉组成的CIE色坐标。

表一、荧光粉组成的CIE色坐标

图2示出了本发明的一实施例的荧光粉组成与黄色钇铝石榴石荧光粉之间的光学发光的比较，其中图2为发散光谱图，其横轴为光的波长，单位为纳米，而纵轴为归一化光强度。此外，在上一实施例的基础之上，在图2中，「YAG565」所标示的曲线为黄色钇铝石榴石荧光粉的曲线，而「氮氧化物+氮化物」所标示的曲线为本发明的实施例的荧光粉组成的曲线。在荧光粉组成111中，第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比约为8.04:1.05。如图2所示，荧光粉组成111具有从480纳米至730纳米的宽发光频谱，且其峰值波长约位于550纳米。此荧光粉组成111的发射光谱非常接近黄色钇铝石榴石荧光粉的发射光谱。

上述荧光粉组成111可包括扩散物质（重量百分比为5-15%(w/w)，且具有1-10微米的粒子尺寸D50），以增加白光发光二极管元件100的亮度。扩散物质可包括例如ZnO2、SiO2、TiO2、Al2O3或其组合。

值得一提的是，为了增加白光发光二极管元件100中的荧光粉组成111的激发效率，荧光粉组成111的浓度可从封胶层109的表面处往蓝光发光二极管101的表面处逐渐增加。蓝光发光二极管101可被一般形式的荧光粉组成111覆盖，且在此例中，此一般形式的荧光粉组成111可由喷涂（spraying）、模造（molding）、印刷（printing）等过程所形成。或者，蓝光发光二极管101可间接地被荧光粉组成111所覆盖。荧光粉组成111可配置于与蓝光发光二极管101间隔一段距离的位置上，而仍然被蓝光发光二极管101所激发。举例而言，荧光粉组成111可与树脂混合以形成荧光粉板或导光板，或被喷涂于树脂板上或配置于导光板上方。以此方式，相对于蓝光发光二极管101所产生的高热，荧光粉组成111的光均匀度与热容忍度可被提升。

综上所述，本发明的实施例的用于白光发光二极管元件的荧光粉组成具有黄光区域的发光，其类似于黄色钇铝石榴石荧光粉的发光，且不具有硅酸盐基荧光粉的缺乏热稳定性的问题。因此，本发明的实施例的荧光粉组成可有效地取代传统的钇铝石榴石荧光粉及硅酸盐基荧光粉，以提供具有高可靠度的白光发光二极管。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种荧光粉组成，其特征在于，包括：

第一氮氧化物基荧光粉，其发出绿光；以及

第二氮化物基荧光粉，其发出红光，

其中，该荧光粉组成具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且该方程式为：

y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

2.根据权利要求1所述的荧光粉组成，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉的通式为M(II)_aSi_bO_cN_dC_e:A，M(II)包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组的至少一种二价阳离子，A包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂，且6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2。

3.根据权利要求1所述的荧光粉组成，其特征在于，该第二氮化物基荧光粉的化学式为CaAlSiN₃:Eu。

4.根据权利要求1所述的荧光粉组成，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与该第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1。

5.根据权利要求4所述的荧光粉组成，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比约为8.04:1.95。

6.根据权利要求1所述的荧光粉组成，其特征在于，该荧光粉组成的该发光的该CIE色坐标是落在具有坐标(0.30,0.25)、(0.30,0.43)、(0.39,0.25)及(0.39,0.43)的多个点所定义的区域内。

7.根据权利要求6所述的荧光粉组成，其特征在于，该荧光粉组成的该发光的该CIE色坐标是位于(0.365,0.372)。

8.一种荧光粉组成，其特征在于，包括：

第一氮氧化物基荧光粉，其通式为M(II)_aSi_bO_cN_dC_e:A；以及

第二氮化物基荧光粉，其化学式为CaAlSiN₃:Eu，

其中，M(II)包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组的至少一种二价阳离子，A包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂，且6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2，且该第一氮氧化物基荧光粉与该第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1。

9.根据权利要求8所述的荧光粉组成，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比约为8.04:1.95。

10.根据权利要求8所述的荧光粉组成，其特征在于，该荧光粉组成具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且该方程式为：

y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

11.根据权利要求10所述的荧光粉组成，其特征在于，该荧光粉组成的该发光的该CIE色坐标是落在具有坐标(0.30,0.25)、(0.30,0.43)、(0.39,0.25)及(0.39,0.43)的多个点所定义的区域内。

12.一种荧光粉组成，其特征在于，包括：

第一氮氧化物基荧光粉，其通式为M(II)_aSi_bO_cN_dC_e:A；以及

第二氮化物基荧光粉，其化学式为CaAlSiN₃:Eu，

其中，M(II)包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组的至少一种二价阳离子，A包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂，且6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2，且该荧光粉组成具有CIE色坐标落在0.356≦x≦0.365及0.372≦y≦0.380的范围内的发光。

13.根据权利要求12所述的荧光粉组成，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与该第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1。

14.根据权利要求13所述的荧光粉组成，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比约为8.04:1.95。

15.根据权利要求12所述的荧光粉组成，其特征在于，该荧光粉组成具有CIE色坐标符合一个方程式的发光，且该方程式为：

y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

16.一种发光二极管元件，其特征在于，包括：

蓝光发光二极管，其发光峰值波长落在450纳米至460纳米的范围内；以及

荧光粉组成，配置于该蓝光发光二极管上且覆盖该蓝光发光二极管，该荧光粉组成包括：

第一氮氧化物基荧光粉，其发光峰值波长落在550纳米至560纳米的范围内；以及

第二氮化物荧光粉，其发光峰值波长是落在615纳米至700纳米的范围内，

y=0.0805x³-154.06x²+97017x-2×10⁷。

17.根据权利要求16所述的发光二极管元件，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉的通式为M(II)_aSi_bO_cN_dC_e:A，M(II)包括选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn及Cd所组成的群组的至少一种二价阳离子，A包括选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi及Sb所组成的群组的发光活化剂，且6<a<8、8<b<14、13<c<17、5<d<9且0<e<2。

18.根据权利要求16所述的发光二极管元件，其特征在于，该第二氮化物基荧光粉的化学式为CaAlSiN₃:Eu。

19.根据权利要求16所述的发光二极管元件，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与该第二氮化物基荧光粉的重量比是从约8:2至约9:1。

20.根据权利要求19所述的发光二极管元件，其特征在于，该第一氮氧化物基荧光粉与第二氮化物基荧光粉的重量比约为8.04:1.95。

21.根据权利要求16所述的发光二极管元件，其特征在于，该荧光粉组成的发光的CIE色坐标是落在具有坐标(0.30,0.25)、(0.30,0.43)、(0.39,0.25)及(0.39,0.43)的多个点所定义的区域内。

22.根据权利要求21所述的发光二极管元件，其特征在于，该荧光粉组成的该发光的该CIE色坐标是落在0.356≦x≦0.365及0.372≦y≦0.380的范围内。

23.根据权利要求16所述的发光二极管元件，其特征在于，该荧光粉组成的发光的CIE色坐标是落在0.28≦x≦0.39及0.25≦y≦0.35的范围内。

24.根据权利要求16所述的发光二极管元件，其特征在于，还包括扩散物质。

25.根据权利要求24所述的发光二极管元件，其特征在于，该扩散物质包括ZnO₂、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃或其组合。