CN108269904A - 荧光体及其应用的发光装置与背光模块 - Google Patents
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Abstract
一种荧光体及其应用的发光装置与背光模块。荧光体包含氮化物掺杂铕荧光粉以及氟化物掺杂锰荧光粉，其中氮化物掺杂铕荧光粉与氟化物掺杂锰荧光粉的重量比值在17.5％至22.5％的范围内。通过此配置，可以提升荧光体发出的光线在红光区域的频谱宽度，以提高影像的色彩饱和度，且减少荧光体的残光时间。
Description
技术领域
本发明是关于一种荧光体及其应用的发光装置与背光模块。
背景技术
在液晶显示技术中，背光模块以往是以持续驱动光源的方式为主流，但近年，周期性驱动发光源的方式(例如扫描式背光)广为被利用来提高显示画面的动态对比。
在周期性驱动发光源的方式中，一般而言，在液晶面板上适时驱动各像素的同时，会配合所配置的多个发光源，周期性地依序驱动这些发光源，使背光模块局部地提供光线给前方的液晶面板。如此一来，便可防止动态画面显示时所产生的动作模糊的问题。但，在使用这种周期性驱动发光源的方式的背光模块中，虽可某种程度地防止动态画面模糊的问题，但因使用于发光源的荧光体的发光现象在停止驱动发光源后依然会维持一小段的时间，导致残光或残影的问题。
发明内容
本发明的多个实施方式中，通过以适当比例的氮化物掺杂铕荧光粉以及氟化物掺杂锰荧光粉组成荧光体，可以提升荧光体发出的光线在红光区域的频谱宽度，以提高影像的色彩饱和度，且减少荧光体的残光时间。
根据本发明的部分实施方式，荧光体包含一红色荧光粉。红色荧光粉包含氮化物掺杂铕荧光粉以及氟化物掺杂锰荧光粉。氮化物掺杂铕荧光粉与氟化物掺杂锰荧光粉的重量比值在17.5％至22.5％的范围内。
于本发明的部分实施方式中，氮化物掺杂铕荧光粉的发射波长大于氟化物掺杂锰荧光粉的发射波长。
于本发明的部分实施方式中，氮化物掺杂铕荧光粉的材料为Sr2Si5N8:Eu2+。
于本发明的部分实施方式中，氟化物掺杂锰荧光粉的材料为K2SiF6：Mn4+。
根据本发明的部分实施方式，发光装置包含发光本体以及前述的荧光体。发光本体用以发出具有第一频谱的光线。荧光体设置于发光本体的至少一侧，其中具有第一频谱的光线经荧光体后转换为具有第二频谱的光线。
于本发明的部分实施方式中，第二频谱的光线在波长650纳米的光强度与在波长630纳米的光强度的比例为0.1:0.47。
于本发明的部分实施方式中，发光本体为蓝光二极管芯片。
根据本发明的部分实施方式，背光模块包含背板、前述的发光装置以及驱动器。发光装置设置于背板上。驱动器电性连接发光装置的发光本体。
于本发明的部分实施方式中，驱动器适用于独立控制一第一部分的发光装置以及一第二部分的发光装置。
于本发明的部分实施方式中，驱动器适用于以高于60赫兹的频率控制发光装置的发光本体所发出的第一频谱的光线的强度，进而影响第二频谱的光线的强度。
附图说明
图1为根据本发明的部分实施方式的背光模块的上视示意图；
图2为图1的发光装置的剖面示意图；
图3为根据本发明的部分实施方式的两种发光装置的发光频谱图；
图4为根据本发明的部分实施方式的发光装置的时间与光强度的波形量测图；
图5为根据本发明的部分实施方式的发光装置在各种比例下的发光反应时间的关系图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式为之。
图1为根据本发明的部分实施方式的背光模块100的上视示意图。背光模块100包含背板110、发光装置200以及驱动器130。发光装置200是阵列设置于背板110上。举例来说，发光装置200是沿着第一方向D1与第二方向D2阵列设置，第一方向D1与第二方向D2实质上垂直。驱动器130电性连接发光装置200，以控制发光装置200的发光程度。
图2为图1的发光装置200的剖面示意图。发光装置200包含发光本体210以及荧光体220。发光本体210用以发出具有第一频谱的光线。荧光体220设置于发光本体210的周围(至少一侧)，以接收具有第一频谱的光线，其中具有第一频谱的光线会被荧光体220转换为具有第二频谱的光线。
于本发明的多个实施方式中，发光装置200可设计成用以发出具有适当频谱的光线，例如白光。举例而言，于本实施方式中，发光本体210可为蓝光二极管芯片，具有第一频谱的光线为蓝光，其波长可介于440纳米至450纳米之间。荧光体220包含至少一红色荧光粉。至此，荧光体220可以接收波长较短的具有第一频谱的光线，并将第一频谱的光线转换为波长较长的具有第二频谱的光线，第二频谱的光线包含红光。
于本发明的多个实施方式中，红色荧光粉包含氮化物掺杂铕荧光粉以及氟化物掺杂锰荧光粉。于部分实施方式中，氮化物掺杂铕荧光粉发射的光波长大于氟化物掺杂锰荧光粉发的光射波长。举例而言，可以以发射波长的最大峰值来限定两者的关系，氮化物掺杂铕荧光粉的最大光强度对应的波长，大于氟化物掺杂锰荧光粉的最大光强度对应的波长。当然不应以此限制本发明的范围，于其他实施方式中，可以适当选择氮化物掺杂铕荧光粉的材料以及氟化物掺杂锰荧光粉的材料，以使两种荧光粉的最大光强度对应的波长不重叠。
举例而言，氟化物掺杂锰荧光粉的材料为KSF，即为K2SiF6：Mn4+，其频谱在630纳米拥有最窄半高全宽与光强度峰值的特性。于本发明的部分实施方式中，氮化物掺杂铕荧光粉的材料可以为Sr2Si5N8:Eu2+、Ba2Si5N8:Eu2+、BaSi7N10:Eu2+或其组合，而这些材料的光谱的光强度峰值均可落在波长为650nm附近。举例而言，于此，氮化物掺杂铕荧光粉的材料为Sr2Si5N8:Eu2+。如此一来，透过将氮化物掺杂铕荧光粉与KSF混和，可以补足红光频谱中的长波长成分，而进一步改善具有第二频谱的光线的红光色彩饱和度。
以下提供两种发光装置200’、200”的发光频谱图，据此，该技术领域具有通常知识者，可以此了解本发明的多个实施方式中的发光装置200所发出的光线确实具有较佳的红光色彩饱和度。
图3为根据本发明的部分实施方式的两种发光装置200’、200”的发光频谱图。横轴为波长，以纳米为单位，纵轴为光强度，以电压为单位(光强度越强，光感测器的量测出的电压值越大)。发光装置200’、200”与图2的发光装置200相似，差别在于发光装置200’、200”的荧光体成分与前述的发光装置200不同。具体而言，发光装置200’包含发光本体以及荧光体，荧光体包含至少一红色荧光粉，其中红色荧光粉包含氟化物掺杂锰荧光粉(即KSF)，但不包含氮化物掺杂铕荧光粉。发光装置200”包含发光本体以及荧光体，荧光体包含至少一红色荧光粉，其中红色荧光粉包含氮化物掺杂铕荧光粉，不包含氟化物掺杂锰荧光粉(即KSF)。
至此，在红光频谱范围，可以观察到发光装置200’发出的红光大约为610至650纳米之间，其在630纳米波长拥有最窄的半高全宽与光强度峰值的特性。相较之下，发光装置200”发出的红光大约为640至670纳米之间。
据此，再回到图1与图2，氮化物掺杂铕荧光粉能补足氟化物掺杂锰荧光粉的光谱中长波长的缺陷，荧光体220内的氟化物掺杂锰荧光粉以及氮化物掺杂铕荧光粉可以适当比例调整，进而提升荧光体220发出的光线的色彩饱和度。
于本发明的多个实施方式中，为了使背光模块100能应用于扫描式(scanning)、分区调光(local dimming)或高动态范围(high-dynamic range；HDR)的背光控制方式中，更进一步设计氮化物掺杂铕荧光粉与氟化物掺杂锰荧光粉的比例在适当的范围内，以降低红色荧光粉的残光时间。
图4为根据本发明的部分实施方式的发光装置200的时间与光强度的波形量测图。图中绘示了两个曲线，分别标示完全由KSF作为荧光粉的发光装置200’的时间与光强度量测结果，以及由含有KSF以及氮化物掺杂铕荧光粉作为荧光粉的发光装置200的时间与光强度量测结果。在此图中，横轴为时间，每格表示5毫秒，纵轴为光强度，每格表示0.5福特(Volts)。如图所示，在同一时间点(即0毫秒时)关闭发光装置200’以及发光装置200。因材料特性因素，含有Mn4+的荧光体的残光时间较长，完全由KSF作为荧光粉的发光装置200’的发光强度在停止驱动之后需要25毫秒的反应时间才能使亮度归零。相较之下，由含有KSF以及氮化物掺杂铕荧光粉作为荧光粉的发光装置200的仅需要10毫秒。
透过此图，可以明显观察到含有KSF以及氮化物掺杂铕荧光粉作为荧光粉的发光装置200的残光时间小于仅以KSF作为荧光粉的发光装置200’的残光时间。
图5为根据本发明的部分实施方式的发光装置200在不同比例下的发光反应时间的关系图。纵轴为反应时间，横轴为氟化物掺杂锰荧光粉与氮化物掺杂铕荧光粉的重量比例。由图可知，随着氮化物掺杂铕荧光粉的比例逐渐上升，反应时间愈来于短。有鉴于人眼对于高于60Hz的频率感觉不出来有闪动的现象，60Hz换算成时间为16.7ms，据此，氮化物掺杂铕荧光粉与氟化物掺杂锰荧光粉的重量比值在14％至22.5％的范围内，反应时间小于16豪秒，可以有良好显示的效果。更甚者，氮化物掺杂铕荧光粉与氟化物掺杂锰荧光粉的重量比值在17.5％至22.5％的范围内，残光时间小于10毫秒，可以有更佳的显示效果。
于本发明的多个实施方式中，因为Eu2+会抑制Mn4+的残光现象，因此设计氮化物掺杂铕荧光粉与氟化物掺杂锰荧光粉有一定的混和比例时，残光时间可以减小到让人眼无法察觉出。于此，图3的发光装置200中，氮化物掺杂铕荧光粉与KSF的重量比值在17.5％至22.5％的范围内。
本发明的多个实施方式中，在上述重量比值的范围内，发光装置200所发出的具有第二频谱的光线中，在波长650纳米的光强度与在波长630纳米的光强度的比例大约为0.1：0.47。如此一来，如前所述，氮化物掺杂铕荧光粉能补足氟化物掺杂锰荧光粉的光谱中长波长的缺陷，进而提升荧光体220发出的光线的色彩饱和度。
于本实施方式中，荧光体220除了含有红色荧光粉外，还可以含有黄色荧光粉、绿色荧光粉等，并搭配透明胶体(例如树脂)以适当比例调配。黄色荧光粉、绿色荧光粉的材料可以选自该领域已知的适当材料，在此不一一赘言。或者，荧光体220也可以仅含有红色荧光粉，并搭配透明胶体(例如树脂)设置。
应了解到，发光本体210可设计成能够发出任意适当颜色的光线，而不限于蓝光，例如发光本体210可以发出绿光、紫光等等。对应地，荧光体220的材料选择被设计成能够接收来自发光本体210的光线。
于部分实施方式中，发光装置200还可包含封装外壳230、封装胶240以及焊垫250。本实施方式中，封装外壳230与焊垫250可设置于某一基板或电路板(未绘示)上，发光本体210设置于封装外壳230中，并以打线方式(wire bonding)与焊垫250电性连接。具体而言，发光本体210的电极215设置于第一半导体层212、主动层213以及第二半导体层214相对焊垫250的一侧，并以电线连接发光本体210的电极215以及焊垫250。其后，荧光体220填入封装外壳230中，其后再以封装胶240将发光本体210与荧光体220密封于封装外壳230中。应了解到，本发明的发光装置并不以附图为限，发光装置200可以包含任何适当的方式配置。举例而言，封装外壳230中还可以配有额外的反射元件。
再回到图1。于本发明的部分实施方式中，背光模块100包含电路板150，设置于背板110上，而发光装置200可以设置于电路板150上，电线140连接电路板150以及驱动器130，而使电路板150上的发光装置200电性连接驱动器130。于此，为简洁说明起见，并未将每个发光装置200与驱动器130的连接关系一一绘出，但该技术领域具有通常知识者应可理解，例如电线140以及电路板150中的电路结构(未绘示)可连接每个发光装置200至驱动器130，而使能驱动器130针对各个发光装置200供给电流。
于本发明的多个实施方式中，驱动器130适用于以高于60赫兹的频率控制发光装置200的发光本体210所发出的第一频谱的光线的强度，进而影响第二频谱的光线的强度。如前所述，有鉴于发光装置200的残光时间可以小于16毫秒，甚至小于10毫秒，背光模块100能应用于扫描式(scanning)、分区调光(local dimming)或高动态范围(high-dynamicrange；HDR)的背光控制方式。
详细而言，于此，以全阵列(full-array)方式布置发光装置200，驱动器130适用于独立控制每个发光装置200的亮度，以便于进行二维的分区调光(local dimming)、扫描式(scanning)或高动态范围(high-dynamic range；HDR)的背光控制方式。
于其他实施方式中，驱动器130可用于独立控制第一部分的发光装置200以及第二部分的发光装置200，而可以局部调整背光模块100的光线。举例而言，可以灯条方式布置发光装置200，驱动器130适用于独立控制每个灯条上的多个发光装置200的亮度。详细而言，可以控制一个灯条上的发光装置200开启，另一个灯条上的发光装置200关闭，此即为一维的分区调光(local dimming)的背光控制方式。
换句话说，于部分实施方式中，每个发光装置200皆可独立地电性连接驱动器130。或者，于其他实施方式中，多个发光装置200可以分为数个群组，每一群组的发光装置200一起电性连接驱动器130。
除此之外，于本发明的部分实施方式中，背光模块100还可以包含反射元件(未绘示)以及光学膜片(未绘示)。反射元件能够增加发光装置200的出光量。光学膜片包含扩散板(diffusor plate)、棱镜片(brightness enhancement film；BEF)以及扩散片(diffusorsheet)，能够增加发光装置200的均匀度。
本实施方式的其他细节大致如前所述，在此不再赘述。
本发明的多个实施方式中，通过以适当比例的氮化物掺杂铕荧光粉以及氟化物掺杂锰荧光粉组成荧光体，可以提升荧光体发出的光线在红光频谱的色彩饱和程度，且减少荧光体的残光时间。至此，采用此荧光体的发光装置与背光模块，可以在高动态的显示领域中，展现优异的效果。
虽然本发明已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种荧光体，其特征在于，包含：
一红色荧光粉，包含：
一氮化物掺杂铕荧光粉；以及
一氟化物掺杂锰荧光粉，其中该氮化物掺杂铕荧光粉与该氟化物掺杂锰荧光粉的重量比值在17.5％至22.5％的范围内。
2.根据权利要求1所述的荧光体，其特征在于，其中该氮化物掺杂铕荧光粉的发射波长大于该氟化物掺杂锰荧光粉的发射波长。
3.根据权利要求1所述的荧光体，其特征在于，其中该氮化物掺杂铕荧光粉的材料为Sr2Si5N8:Eu2+。
4.根据权利要求1所述的荧光体，其特征在于，其中该氟化物掺杂锰荧光粉的材料为K2SiF6：Mn4+。
5.一种发光装置，其特征在于，包含：
一发光本体，用以发出具有一第一频谱的光线；以及
如权利要求1所述的荧光体，设置于该发光本体的至少一侧，其中具有该第一频谱的光线经该荧光体后会部分转换为具有一第二频谱的光线。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，其中该第二频谱在波长650纳米的光强度与在波长630纳米的光强度的比值为0.1:0.47。
7.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，其中该发光本体为一蓝光二极管芯片。
8.一种背光模块，其特征在于，包含：
一背板；
多个如权利要求5所述的发光装置，设置于该背板上；以及
一驱动器，电性连接所述发光装置的该发光本体。
9.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，其中该驱动器适用于独立控制一第一部分的所述发光装置以及一第二部分的所述发光装置。
10.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，其中该驱动器适用于以高于60赫兹的频率控制所述发光装置的该发光本体所发出的该第一频谱的光线的强度，进而影响该第二频谱的光线的强度。
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2017
- 2017-01-03 CN CN201710000878.9A patent/CN108269904B/zh active Active
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