TW201823429A - 螢光體及其應用之發光裝置與背光模組 - Google Patents
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Abstract
一種螢光體包含氮化物摻雜銪螢光粉以及氟化物摻雜錳螢光粉，其中氮化物摻雜銪螢光粉與氟化物摻雜錳螢光粉的重量比值在17.5%至22.5%的範圍內。
Description
本發明是關於一種螢光體及其應用之發光裝置與背光模組。
在液晶顯示技術中，背光模組以往是以持續驅動光源之方式為主流，但近年，週期性驅動發光源之方式(例如掃描式背光)廣為被利用來提高顯示畫面的動態對比。
在週期性驅動發光源的方式中，一般而言，在液晶面板上適時驅動各畫素的同時，會配合所配置的複數個發光源，週期性地依序驅動這些發光源，使背光模組局部地提供光線給前方的液晶面板。如此一來，便可防止動態畫面顯示時所產生之動作模糊的問題。但，在使用這種週期性驅動發光源之方式的背光模組中，雖可某種程度地防止動態畫面模糊的問題，但因使用於發光源之螢光體的發光現象在停止驅動發光源後依然會維持一小段的時間，導致殘光或殘影之問題。
本發明之多個實施方式中，藉由以適當比例的氮化物摻雜銪螢光粉以及氟化物摻雜錳螢光粉組成螢光體，可以提升螢光體發出的光線在紅光區域的頻譜寬度，以提高影像的色彩飽和度，且減少螢光體的殘光時間。
根據本發明之部分實施方式，螢光體包含一紅色螢光粉。紅色螢光粉包含氮化物摻雜銪螢光粉以及氟化物摻雜錳螢光粉。氮化物摻雜銪螢光粉與氟化物摻雜錳螢光粉的重量比值在17.5%至22.5%的範圍內。
於本發明之部分實施方式中，氮化物摻雜銪螢光粉的發射波長大於氟化物摻雜錳螢光粉的發射波長。
於本發明之部分實施方式中，氮化物摻雜銪螢光粉的材料為Sr2Si5N8：Eu2+。
於本發明之部分實施方式中，氟化物摻雜錳螢光粉的材料為K2SiF6：Mn4+。
根據本發明之部分實施方式，發光裝置包含發光本體以及前述之螢光體。發光本體用以發出具有第一頻譜之光線。螢光體設置於發光本體之至少一側，其中具有第一頻譜之光線經螢光體後轉換為具有第二頻譜之光線。
於本發明之部分實施方式中，第二頻譜之光線在波長650奈米的光強度與在波長630奈米的光強度之比例為0.1：0.47。
於本發明之部分實施方式中，發光本體為藍光二極體晶片。
根據本發明之部分實施方式，背光模組包含背板、前述之發光裝置以及驅動器。發光裝置設置於背板上。驅動器電性連接發光裝置之發光本體。
於本發明之部分實施方式中，驅動器適用於獨立控制一第一部份的發光裝置以及一第二部份的發光裝置。
於本發明之部分實施方式中，驅動器適用於以高於60赫茲的頻率控制發光裝置之發光本體所發出的第一頻譜之光線的強度，進而影響第二頻譜之光線的強度。
100‧‧‧背光模組
110‧‧‧背板
130‧‧‧驅動器
140‧‧‧電線
150‧‧‧電路板
200‧‧‧發光裝置
200’‧‧‧發光裝置
200”‧‧‧發光裝置
210‧‧‧發光本體
211‧‧‧基板
212‧‧‧第一半導體層
213‧‧‧主動層
214‧‧‧第二半導體層
215‧‧‧電極
220‧‧‧螢光體
230‧‧‧封裝外殼
240‧‧‧封裝膠
250‧‧‧焊墊
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
第1圖為根據本發明之部分實施方式之背光模組的上視示意圖。
第2圖為第1圖的發光裝置的剖面示意圖。
第3圖為根據本發明之部分實施方式之兩種發光裝置的發光頻譜圖。
第4圖為根據本發明之部分實施方式之發光裝置的時間與光強度之波形量測圖。
第5圖為根據本發明之部分實施方式之發光裝置在各種比例下的發光反應時間的關係圖。
以下將以圖式揭露本發明之多個實施方式，為 明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式為之。
第1圖為根據本發明之部分實施方式之背光模組100的上視示意圖。背光模組100包含背板110、發光裝置200以及驅動器130。發光裝置200係陣列設置於背板110上。舉例來說，發光裝置200係沿著第一方向D1與第二方向D2陣列設置，第一方向D1與第二方向D2實質上垂直。驅動器130電性連接發光裝置200，以控制發光裝置200的發光程度。
第2圖為第1圖的發光裝置200的剖面示意圖。發光裝置200包含發光本體210以及螢光體220。發光本體210用以發出具有第一頻譜的光線。螢光體220設置於發光本體210之周圍(至少一側)，以接收具有第一頻譜的光線，其中具有第一頻譜的光線會被螢光體220轉換為具有第二頻譜的光線。
於本發明之多個實施方式中，發光裝置200可設計成用以發出具有適當頻譜的光線，例如白光。舉例而言，於本實施方式中，發光本體210可為藍光二極體晶片，具有第一頻譜的光線為藍光，其波長可介於440奈米至450奈米之間。螢光體220包含至少一紅色螢光粉。至此，螢光體220可以接收波長較短之具有第一頻譜的光線，並將第一 頻譜的光線轉換為波長較長之具有第二頻譜的光線，第二頻譜的光線包含紅光。
於本發明之多個實施方式中，紅色螢光粉包含氮化物摻雜銪螢光粉以及氟化物摻雜錳螢光粉。於部分實施方式中，氮化物摻雜銪螢光粉發射的光波長大於氟化物摻雜錳螢光粉發的光射波長。舉例而言，可以以發射波長的最大峰值來限定兩者的關係，氮化物摻雜銪螢光粉之最大光強度對應的波長，大於氟化物摻雜錳螢光粉之最大光強度對應的波長。當然不應以此限制本發明之範圍，於其他實施方式中，可以適當選擇氮化物摻雜銪螢光粉之材料以及氟化物摻雜錳螢光粉之材料，以使兩種螢光粉之最大光強度對應的波長不重疊。
舉例而言，氟化物摻雜錳螢光粉的材料為KSF，即為K2SiF6：Mn4+，其頻譜在630奈米擁有最窄半高全寬與光強度峰值的特性。於本發明之部分實施方式中，氮化物摻雜銪螢光粉的材料可以為Sr2Si5N8：Eu2+、Ba2Si5N8：Eu2+、BaSi7N10：Eu2+或其組合，而這些材料的光譜之光強度峰值均可落在波長為650nm附近。舉例而言，於此，氮化物摻雜銪螢光粉的材料為Sr2Si5N8：Eu2+。如此一來，透過將氮化物摻雜銪螢光粉與KSF混和，可以補足紅光頻譜中的長波長成分，而進一步改善具有第二頻譜的光線之紅光色彩飽和度。
以下提供兩種發光裝置200’、200”的發光頻譜圖，據此，該技術領域具有通常知識者，可以此了解本 發明之多個實施方式中的發光裝置200所發出之光線確實具有較佳的紅光色彩飽和度。
第3圖為根據本發明之部分實施方式之兩種發光裝置200’、200”的發光頻譜圖。橫軸為波長，以奈米為單位，縱軸為光強度，以電壓為單位(光強度越強，光感測器的量測出的電壓值越大)。發光裝置200’、200”與第2圖的發光裝置200相似，差別在於發光裝置200’、200”的螢光體成分與前述的發光裝置200不同。具體而言，發光裝置200’包含發光本體以及螢光體，螢光體包含至少一紅色螢光粉，其中紅色螢光粉包含氟化物摻雜錳螢光粉(即KSF)，但不包含氮化物摻雜銪螢光粉。發光裝置200”包含發光本體以及螢光體，螢光體包含至少一紅色螢光粉，其中紅色螢光粉包含氮化物摻雜銪螢光粉，不包含氟化物摻雜錳螢光粉(即KSF)。
至此，在紅光頻譜範圍，可以觀察到發光裝置200’發出的紅光大約為610至650奈米之間，其在630奈米波長擁有最窄的半高全寬與光強度峰值的特性。相較之下，發光裝置200”發出的紅光大約為640至670奈米之間。
據此，再回到第1圖與第2圖，氮化物摻雜銪螢光粉能補足氟化物摻雜錳螢光粉的光譜中長波長的缺陷，螢光體220內的氟化物摻雜錳螢光粉以及氮化物摻雜銪螢光粉可以適當比例調整，進而提升螢光體220發出的光線的色彩飽和度。
於本發明之多個實施方式中，為了使背光模組 100能應用於掃描式(scanning)、分區調光(local dimming)或高動態範圍(high-dynamic range；HDR)的背光控制方式中，更進一步設計氮化物摻雜銪螢光粉與氟化物摻雜錳螢光粉的比例在適當的範圍內，以降低紅色螢光粉的殘光時間。
第4圖為根據本發明之部分實施方式之發光裝置200的時間與光強度之波形量測圖。圖中繪示了兩個曲線，分別標示完全由KSF作為螢光粉的發光裝置200’的時間與光強度量測結果，以及由含有KSF以及氮化物摻雜銪螢光粉作為螢光粉的發光裝置200的時間與光強度量測結果。在此圖中，橫軸為時間，每格表示5毫秒，縱軸為光強度，每格表示0.5福特(Volts)。如圖所示，在同一時間點(即0毫秒時)關閉發光裝置200’以及發光裝置200。因材料特性因素，含有Mn4+的螢光體的殘光時間較長，完全由KSF作為螢光粉的發光裝置200’之發光強度在停止驅動之後需要25毫秒的反應時間才能使亮度歸零。相較之下，由含有KSF以及氮化物摻雜銪螢光粉作為螢光粉的發光裝置200的僅需要10毫秒。
透過此圖，可以明顯觀察到含有KSF以及氮化物摻雜銪螢光粉作為螢光粉的發光裝置200的殘光時間小於僅以KSF作為螢光粉的發光裝置200’的殘光時間。
第5圖為根據本發明之部分實施方式之發光裝置200在不同比例下的發光反應時間的關係圖。縱軸為反應時間，橫軸為氟化物摻雜錳螢光粉與氮化物摻雜銪螢光粉 的重量比例。由圖可知，隨著氮化物摻雜銪螢光粉的比例逐漸上升，反應時間愈來於短。有鑑於人眼對於高於60Hz的頻率感覺不出來有閃動的現象，60Hz換算成時間為16.7ms，據此，氮化物摻雜銪螢光粉與氟化物摻雜錳螢光粉的重量比值在14%至22.5%的範圍內，反應時間小於16豪秒，可以有良好顯示的效果。更甚者，氮化物摻雜銪螢光粉與氟化物摻雜錳螢光粉的重量比值在17.5%至22.5%的範圍內，殘光時間小於10毫秒，可以有更佳的顯示效果。
於本發明之多個實施方式中，因為Eu2+會抑制Mn4+的殘光現象，因此設計氮化物摻雜銪螢光粉與氟化物摻雜錳螢光粉有一定的混和比例時，殘光時間可以減小到讓人眼無法察覺出。於此，第3圖的發光裝置200中，氮化物摻雜銪螢光粉與KSF的重量比值在17.5%至22.5%的範圍內。
本發明之多個實施方式中，在上述重量比值的範圍內，發光裝置200所發出的具有第二頻譜之光線中，在波長650奈米的光強度與在波長630奈米的光強度之比例大約為0.1：0.47。如此一來，如前所述，氮化物摻雜銪螢光粉能補足氟化物摻雜錳螢光粉的光譜中長波長之缺陷，進而提升螢光體220發出的光線的色彩飽和度。
於本實施方式中，螢光體220除了含有紅色螢光粉外，還可以含有黃色螢光粉、綠色螢光粉等，並搭配透明膠體(例如樹脂)以適當比例調配。黃色螢光粉、綠色螢光粉的材料可以選自該領域已知的適當材料，在此不一一 贅言。或者，螢光體220也可以僅含有紅色螢光粉，並搭配透明膠體(例如樹脂)設置。
應了解到，發光本體210可設計成能夠發出任意適當顏色的光線，而不限於藍光，例如發光本體210可以發出綠光、紫光等等。對應地，螢光體220的材料選擇被設計成能夠接收來自發光本體210的光線。
於部分實施方式中，發光裝置200還可包含封裝外殼230、封裝膠240以及焊墊250。本實施方式中，封裝外殼230與焊墊250可設置於某一基板或電路板(未繪示)上，發光本體210設置於封裝外殼230中，並以打線方式(wire bonding)與焊墊250電性連接。具體而言，發光本體210的電極215設置於第一半導體層212、主動層213以及第二半導體層214相對焊墊250的一側，並以電線連接發光本體210的電極215以及焊墊250。其後，螢光體220填入封裝外殼230中，其後再以封裝膠240將發光本體210與螢光體220密封於封裝外殼230中。應了解到，本發明之發光裝置並不以圖式為限，發光裝置200可以包含任何適當的方式配置。舉例而言，封裝外殼230中還可以配有額外的反射元件。
再回到第1圖。於本發明之部分實施方式中，背光模組100包含電路板150，設置於背板110上，而發光裝置200可以設置於電路板150上，電線140連接電路板150以及驅動器130，而使電路板150上的發光裝置200電性連接驅動器130。於此，為簡潔說明起見，並未將每個發光裝置200與驅動器130的連接關係一一繪出，但該技術領域具 有通常知識者應可理解，例如電線140以及電路板150中的電路結構(未繪示)可連接每個發光裝置200至驅動器130，而使能驅動器130針對各個發光裝置200供給電流。
於本發明之多個實施方式中，驅動器130適用於以高於60赫茲的頻率控制發光裝置200之發光本體210所發出的第一頻譜之光線的強度，進而影響第二頻譜之光線的強度。如前所述，有鑑於發光裝置200的殘光時間可以小於16毫秒，甚至小於10毫秒，背光模組100能應用於掃描式(scanning)、分區調光(local dimming)或高動態範圍(high-dynamic range；HDR)的背光控制方式。
詳細而言，於此，以全陣列(full-array)方式布置發光裝置200，驅動器130適用於獨立控制每個發光裝置200的亮度，以便於進行二維的分區調光(local dimming)、掃描式(scanning)或高動態範圍(high-dynamic range；HDR)的背光控制方式。
於其他實施方式中，驅動器130可用於獨立控制第一部份的發光裝置200以及第二部份的發光裝置200，而可以局部調整背光模組100的光線。舉例而言，可以燈條方式布置發光裝置200，驅動器130適用於獨立控制每個燈條上的多個發光裝置200的亮度。詳細而言，可以控制一個燈條上的發光裝置200開啟，另一個燈條上的發光裝置200關閉，此即為一維的分區調光(local dimming)的背光控制方式。
換句話說，於部分實施方式中，每個發光裝置 200皆可獨立地電性連接驅動器130。或者，於其他實施方式中，多個發光裝置200可以分為數個群組，每一群組的發光裝置200一起電性連接驅動器130。
除此之外，於本發明之部分實施方式中，背光模組100還可以包含反射元件(未繪示)以及光學膜片(未繪示)。反射元件能夠增加發光裝置200的出光量。光學膜片包含擴散板(diffusor plate)、稜鏡片(brightness enhancement film；BEF)以及擴散片(diffusor sheet)，能夠增加發光裝置200的均勻度。
本實施方式的其他細節大致如前所述，在此不再贅述。
本發明之多個實施方式中，藉由以適當比例的氮化物摻雜銪螢光粉以及氟化物摻雜錳螢光粉組成螢光體，可以提升螢光體發出的光線在紅光頻譜的色彩飽和程度，且減少螢光體的殘光時間。至此，採用此螢光體的發光裝置與背光模組，可以在高動態的顯示領域中，展現優異的效果。
雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (10)
- 一種螢光體，包含：一紅色螢光粉，包含：一氮化物摻雜銪螢光粉；以及一氟化物摻雜錳螢光粉，其中該氮化物摻雜銪螢光粉與該氟化物摻雜錳螢光粉的重量比值在17.5%至22.5%的範圍內。
- 如請求項1所述之螢光體，其中該氮化物摻雜銪螢光粉的發射波長大於該氟化物摻雜錳螢光粉的發射波長。
- 如請求項1所述之螢光體，其中該氮化物摻雜銪螢光粉的材料為Sr 2Si 5N 8：Eu 2+。
- 如請求項1所述之螢光體，其中該氟化物摻雜錳螢光粉的材料為K 2SiF 6：Mn 4+。
- 一種發光裝置，包含：一發光本體，用以發出具有一第一頻譜的光線；以及如請求項1所述之螢光體，設置於該發光本體之至少一側，其中具有該第一頻譜的光線經該螢光體後會部分轉換為具有一第二頻譜的光線。
- 如請求項5所述之發光裝置，其中該第二頻 譜在波長650奈米的光強度與在波長630奈米的光強度之比值為0.1：0.47。
- 如請求項5所述之發光裝置，其中該發光本體為一藍光二極體晶片。
- 一種背光模組，包含：一背板；複數個如請求項5所述之發光裝置，設置於該背板上；以及一驅動器，電性連接該些發光裝置之該發光本體。
- 如請求項8所述之背光模組，其中該驅動器適用於獨立控制一第一部份的該些發光裝置以及一第二部份的該些發光裝置。
- 如請求項8所述之背光模組，其中該驅動器適用於以高於60赫茲的頻率控制該些發光裝置之該發光本體所發出的該第一頻譜之光線的強度，進而影響該第二頻譜之光線的強度。
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