TWI419956B - 螢光材料以及白光發光元件 - Google Patents

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Description

螢光材料以及白光發光元件
本發明是有關於一種螢光材料以及發光元件，且特別是有關於一種螢光材料以及應用此螢光材料的白光發光元件。
發光二極體具有諸如壽命長、體積小、高抗震性、低熱產生及低功率消耗等優點，因此已被廣泛應用於家用及各種設備中的指示器或光源。近年來，發光二極體已朝多色彩及高亮度發展，因此其應用領域已擴展至大型戶外看板、交通號誌燈及相關領域。近年來，由於發光二極體之發光效率不斷地提昇，使得白光發光二極體元件在例如掃描器之燈源、液晶螢幕之背光源或照明設備等應用領域上已有逐漸取代傳統之日光燈與白熱燈泡的趨勢。
習知常見之白光發光二極體元件主要包括下列幾種類型：
一、同時使用紅光、藍光及綠光發光二極體晶片，以產生白光。由於此種白光發光二極體元件需同時使用多個單色發光二極體晶片，因此生產成本較高且驅動線路也較為複雜。
二、以藍光發光二極體晶片搭配一黃色螢光粉，以產生白光。此種白光發光二極體元件的製作成本相對低廉。不過，目前常見的黃色螢光粉為釔鋁石榴石螢光粉，其應 用於白光發光二極體元件時往往存在有演色性不佳的問題。
三、以發光二極體晶片搭配一紅色螢光粉以及一黃綠色螢光粉，以產生白光。在ORSAM公司所發表的專利WO02/11173號中，利用硫化物螢光粉作為黃綠色螢光粉。如此一來，白光發光二極體元件可以具有不錯的演色性。然而，硫化物螢光粉容易與空氣中的水氣產生反應，因而穩定性不佳，不利於白光發光二極體元件的品質。
本發明提供一種螢光粉，可隨不同的需求調整放射光的波長。
本發明提供一種白光發光元件，具有較佳的演色性以及較佳的品質。
本發明提出一種螢光材料，其具有一組成成分，上述組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)至少其中一者的一鋁氮氧化物。
在本發明一實施例中，上述鋁氮氧化物包括(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N，其中M為金屬，0≦m≦0.2，且0≦n≦0.25。其中，M包括一鹼土金屬。
在本發明一實施例中，上述組成成分吸收的激發光波長由250nm至400nm。
在本發明一實施例中，上述組成成分發出的放射光波長由420nm至560nm。
本發明另提出一種白光發光元件，包括一發光二極體晶片、一第一螢光材料以及一第二螢光材料。發光二極體晶片配置於一基板上，並用以發出一激發光。第一螢光材料配置於發光二極體晶片上，且第一螢光材料的一組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)至少其中一者的一鋁氮氧化物。第二螢光材料配置於發光二極體晶片上，其中第一螢光材料吸收發光二體晶片所發出的激發光後所發出的一第一放射光與第二螢光材料吸收發光二體晶片所發出的激發光後所發出的一第二放射光混合成一白光。
在本發明一實施例中，上述鋁氮氧化物包括(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N，其中M為金屬，0≦m≦0.2，且0≦n≦0.25。其中，M包括一鹼土金屬。
在本發明一實施例中，上述激發光的波長由250nm至400nm。
在本發明一實施例中，上述第一放射光的波長由420nm至560nm。
在本發明一實施例中，上述第二放射光的波長由570nm至680nm。
在本發明一實施例中，上述白光發光元件更包括一封裝膠體，其配置於基板上，覆蓋住發光二極體晶片且第一螢光材料與第二螢光材料皆散佈於封裝膠體中。
基於上述，本發明的螢光材料不易因為溫度及濕氣的影響而變質。也就是說，本發明的螢光材料具有較佳的穩定性而有助於提高白光發光元件的品質。另外，本發明的 螢光材料所發出的放射光波長可以隨不同需求而提供藍-綠色的光。因此，本發明的螢光材料應用於白光發光元件中有助於提高白光發光元件的演色性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明一實施例提出一種螢光材料，其組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)至少其中一者的鋁氮氧化物。具體而言，鋁氮氧化物包括(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N，其中M為金屬，0≦m≦0.2，且0≦n≦0.25。在一實施例中，M可以選自於一鹼土金屬。
詳言之，圖1為本發明一實施例之製作螢光材料的流程示意圖。請參照圖1，首先進行步驟110，秤取原料。以本實施例而言，製備上述螢光材料所需的原料包括，但不限於，鹼土金屬碳酸鹽、氧化鋁以及氮化鋁。另外，本實施例所使用的原料還選擇性地包括有二氯化銪以及氧化錳至少一者。也就是說，二氯化銪以及氧化錳中可以僅有二氯化銪、僅有氧化錳或同時有二氯化銪以及氧化錳被使用來製備本實施例的螢光材料。上述各種原料所秤取的量可依照化學式(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N中各元素所佔的比例(例如m與n的數值)而決定。
接著，進行步驟120以將上述的原料均勻混合。一般而言，將上述原料均勻混合的方法包括將上述的原料置放 於一容器中並且將其研磨。研磨的時間可以是30分鐘或是隨實際的情形而增加或減少。
隨後，進行步驟130以燒結均勻混合後的原料。在本實施例中，燒結的溫度可以是1400℃~1600℃。不過，在其他實施例中，燒結的溫度可視原料的特性而有所改變。另外，燒結的時間例如是6小時至10小時，當然，燒結所需時間也可以考慮原料的特性而有所調整。上述參數僅是舉例說明之用，並非用以限定本發明。
值得一提的是，本實施例製作螢光材料的方法中，例如是在一還原環境下進行燒結步驟。上述原料經過燒結後即獲得組成成分為(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N的螢光材料，其中M為金屬，0≦m≦0.2，且0≦n≦0.25。另外，螢光材料中氮與氧是以三鍵的方式鍵結在一起，所以本實施例的螢光材料可以具備很好的穩定性。更進一步而言，本實施例的螢光材料中不含有硫等對溫度及濕度較為敏感的元素。因此，本實施例的螢光材料具有較佳的穩定性，其不容易因為溫度或濕度的變化而變質。
另外，圖2繪示為螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，螢光材料所吸收之激發光波長與強度的關係。請參照圖2，曲線210~270為螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，不同的銪(Eu)含量下螢光材料所吸收的激發光波長與強度的關係。由曲線210~270可知，螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，螢光材料可吸收的激發光波長例如由250nm至400nm。也就是 說，本實施例的螢光材料可以受到紫外光(例如波長為343nm的紫外光)的激發而發出激發光。
圖3繪示為波長與強度的關係。請參照圖3，曲線310例如是螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，螢光材料所發出的放射光波長與強度的關係。在此，螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，螢光材料的放射光波長例如由420nm至490nm。由圖3的曲線310與圖2可知，螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，螢光材料可以將波長為250nm至400nm的激發光轉換成波長為420nm至490nm的放射光。
另外，曲線320例如是螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Mn2+ 時，螢光材料所吸收的激發光波長與強度的關係。螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Mn2+ 時，螢光材料所吸收的激發光波長例如由350nm至460nm。由曲線310與曲線320可知，螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，螢光材料所發出的放射光可以被組成成分為BaAl11 O16 N：Mn2+ 的螢光材料吸收。因此，螢光材料同時摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)時，螢光材料可以有能量轉換(energy transfer)的作用。也就是說，螢光材料所發出的放射光可以激發螢光材料本身而進一步釋放出更多的放射光。因此，本實施例的螢光材料具有高的發光效率。
在一實施例中，組成成分為BaAl11 O16 N：Mn2+ 的螢光材料被激發後所發出的射光波長例如由490nm至560nm。整體而言，經由前述製作方法所製作出來的螢光材料，其 所放出的放射光波長例如由420nm至560nm。
圖4繪示為本發明一實施例中，螢光材料所放出的放射光在色度座標中的分布位置。請參照圖4，色座標400中，位置410~430分別為不同組成成分之螢光材料的放射光色彩。位置410是螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Mn2+ 時螢光材料的放射光色彩。位置430則是螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時螢光材料的放射光色彩。位置420則是螢光材料BaAl11 O16 N：Mn2+ ,Eu2+ 時螢光材料的放射光色彩。由圖4可知，位置410實質上落在藍光範圍中，而位置430實質上落在綠光範圍中。若螢光材料同時摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)時，螢光材料的激發光顏色可以落在藍色-綠色之間，亦即位置420。因此，本實施例的螢光材料可隨不同的需求而調整螢光材料的摻雜成分，藉以提供不同的放射光色彩。
圖5繪示為本發明一實施例的白光發光元件的示意圖。請參照圖5，白光發光元件500包括一基板510、一發光二極體晶片520、一第一螢光材料530以及一第二螢光材料540。發光二極體晶片520配置於基板510上，並用以發出一激發光L。第一螢光材料520以及第二螢光材料530皆配置於發光二極體晶片510上，且第一螢光材料510的一組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)至少其中一者的一鋁氮氧化物。也就是說，第一螢光材料530可以是經由上述實施例所描述的製造方法所製備的螢光材料。簡言之，白光發光元件500是一種雙螢光材料的發光元件。
在本實施例中，形成第一螢光粉530的鋁氮氧化物包括(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N，其中M為金屬，0≦m≦0.2，且0≦n≦0.25。此外，M實值上可選自於鹼土金屬。激發光L的波長例如由250nm至400nm。第一螢光材料530吸收發光二體晶片510所發出的激發光L後發出一第一放射光E1。由前述實施例可知，第一放射光E1的波長可以由420nm至560nm，其例如是藍光、藍-綠光或是綠光。同時，第二螢光材料540吸收發光二體晶片510所發出的激發光L後發出一第二放射光E2。第二放射光E2的波長例如由570nm至680nm，其例如是紅光。因此，第一放射光E1與第二放射光E2可混合成白光W。
由前述的圖4可知，第一螢光材料530的第一放射光E1可以是偏綠的藍光或是綠光。第一放射光E1與第二放射光E2(紅光)混合之後可以獲得色飽和度較佳的白光W。因此，白光發光元件500具有良好的演色性。另外，第一螢光材料530中的氮與氧是以三鍵的形式鍵結在一起。並且，第一螢光材料530的組成成分實質上不含硫，不易因為溫度或溼度的改變而變質。所以，第一螢光材料530的良好穩定性有助於使白光發光元件500具有良好的品質以及較長的使用壽命。
圖6繪示為本發明另一實施例的白光發光元件。請參照圖6，白光發光元件600包括一基板610、一發光二極體晶片620、一封裝膠體630、一第一螢光材料640以及一第二螢光材料650。發光二極體晶片620配置於基板610上。封裝膠體630配置於基板610上，覆蓋住發光二極體晶片 620，且第一螢光材料640與第二螢光材料650皆散佈於封裝膠體630中。在本實施例中，第一螢光材料640與第二螢光材料650例如分別為前述實施例的第一螢光材料530以及第二螢光材料540。
換言之，第一螢光材料640的組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)至少其中一者的一鋁氮氧化物，而第二螢光材料650例如是一紅螢光粉。由前述實施例的描述可知，第一螢光材料640具有較佳的穩定性且第一螢光材料640的放射光波長分布範圍較寬，因此光發光元件600具有理想的品質以及良好的演色性。
綜上所述，本發明的螢光材料由摻雜的鋁氮氧化物所組成，其具有良好的穩定性。因此，本發明的螢光材料應用於白光發光元件時有助於提高白光發光元件的品質。另外，本發明的螢光材料可發出的放射光為藍-綠色光，其與紅色螢光材料搭配可以獲得高色飽和度的白光。因此，白光發光元件使用本發明之螢光材料可具有良好的演色性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
110、120、130‧‧‧步驟
210~270、310、320‧‧‧曲線
400‧‧‧色座標
410、420、430‧‧‧位置
500、600‧‧‧白光發光元件
510、610‧‧‧基板
520、620‧‧‧發光二極體晶片
530、640‧‧‧第一螢光材料
540、650‧‧‧第二螢光材料
630‧‧‧封裝膠體
E1‧‧‧第一激發光
E2‧‧‧第二激發光
L‧‧‧光線
W‧‧‧白光
圖1為本發明一實施例之製作螢光材料的流程示意圖。
圖2繪示為螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，激發光波長與強度的關係。
圖3繪示為螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Eu2+ 時，放射光波長與強度的關係以及螢光材料的組成成分為BaAl11 O16 N：Mn2+ 時，激發光波長與強度的關係。
圖4繪示為本發明一實施例中，螢光材料的放射光在色度座標中的分布位置。
圖5繪示為本發明一實施例的白光發光元件的示意圖。
圖6繪示為本發明另一實施例的白光發光元件。
400‧‧‧色座標
410、420、430‧‧‧位置

Claims (10)

  1. 一種螢光材料，其具有一組成成分，該組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)的一鋁氮氧化物，其中該鋁氮氧化物包括(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N，其中M為金屬，0<m≦0.2，且0<n≦0.25。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之螢光材料，其中M包括一鹼土金屬。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之螢光材料，其中該組成成分吸收的激發光波長由250nm至400nm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之螢光材料，其中該組成成分放出的放射光波長由420nm至560nm。
  5. 一種白光發光元件，包括：一發光二極體晶片，配置於一基板上，並用以發出一激發光；一第一螢光材料，配置於該發光二極體晶片上，該第一螢光材料的一組成成分包括摻雜有銪(Eu)以及錳(Mn)的一鋁氮氧化物；以及一第二螢光材料，配置於該發光二極體晶片上，其中該第一螢光材料吸收該發光二體晶片所發出的該激發光後發出的一第一放射光，該第二螢光材料吸收該發光二體晶片所發出的該激發光後發出的一第二放射光，且該第一放射光與該第二放射光混合成一白光；其中該鋁氮氧化物包括(M1-m-n Eum Mnn )Al11 O16 N，其中M為金屬，0<m≦0.2，且0<n≦0.25。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之白光發光元件，其中M包括一鹼土金屬。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之白光發光元件，其中該激發光的波長由250nm至400nm。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之白光發光元件，其中該第一放射光的波長由420nm至560nm。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之白光發光元件，其中該二放射光的波長由570nm至680nm。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之白光發光元件，更包括一封裝膠體，配置於該基板上，覆蓋住該發光二極體晶片且該第一螢光材料與該第二螢光材料皆散佈於該封裝膠體中。
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