专利名称：包含荧光粉的发光二极管元件、相关荧光粉及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(light-emitting diode，LED)，特别是一种内含其化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se的荧光粉的发光二极管元件及相关荧光粉与制备方法。
背景技术：
由于具有低耗电、长寿命(约为传统日光灯的十倍)、以及最重要的高显色指数(color rendering index，CRI)与可产生不会对艺术品造成伤害的可见光辐射等优点，白光发光二极管(white-light LED)元件已渐渐成为一种最受市场、尤其是对显色性有特别要求的高阶市场欢迎的照明元件了。
一种最直接制作白光LED元件的方法为将三个分别发出蓝、红、及绿光的蓝光、红光、及绿光LED晶片组合起来、以形成该白光LED元件。这样，该白光LED元件便可发射出该蓝光、红光、及绿光所混合而成的白光。
然而，由于必须包含三个LED晶片，所以，上述的三合一白光LED元件的制作成本相当高。此外，由于该等LED的发光效率不尽相同，具体的说，该蓝光LED的发光效率通常高于该红光LED、及该绿光LED的发光效率，所以，内含该等LED晶片的白光LED元件所发射出的白光具有较差的显色性。
为了克服上述缺点，日亚化学(Nichia Chemical)提出一种内含单LED晶片及荧光粉的白光LED元件，该荧光粉的化学式为(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12，其中，p在0至0.8之间、q在0.003至0.2之间、r在0.0003至0.08之间、而s在0至1之间。该单一LED晶片可发射激发光，而该荧光粉掺杂于用来覆盖该单一LED晶片的环氧树脂内、并通过吸收该单一LED晶片所发射的激发光中具有预定波长的预定激发光的方式、激发出发射光。这样，该单一LED晶片所发射的除了该预定激发光以外的激发光与该荧光粉所激发的发射光便可混合成白光。
由于仅包含该单一LED晶片、及已属成熟产品故相当便宜的荧光粉，所以，日亚化学所提出的白光LED元件的制作成本相当低廉。
然而，可用来配合该单一LED晶片以形成该白光LED元件的荧光粉的化学式并不仅限于(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12一种。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种LED元件及相关荧光粉与制备方法，该LED元件为包含单一LED晶片及其化学式为不同于(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12的荧光粉。
本发明公开一种发光二极管元件，其包含发光晶片，用来发射激发光；以及荧光粉，用来吸收该发光晶片所发出的部分激发光，并据以激发出波长不同于该激发光波长的第一发射光，该荧光粉的化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se，其中x不等于0、y为在0与1之间，而M包含铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)或锌(Zn)。
图1为本发明的具体实施例中白光LED元件的示意图。
图2为图1所显示的白光LED元件中荧光粉的激发光、及该荧光粉所激发出的发射光的频谱分布图。
图3为图1所显示的白光LED元件所发射的白光的频谱分布图。
图4为图1所显示的白光LED元件中LED晶片所发射的激发光、图2所显示的荧光粉的发射光、本发明的白光、及真正的(genuine)白光所分别对应的色度坐标的CIE色度图。
图5为图1所显示的白光LED元件中荧光粉的制备方法的流程图。
主要符号说明10 白色LED元件12 杯状壳体14 LED晶片16 环氧树脂18 荧光粉
具体实施例方式
参照图1，图1为本发明的具体实施例中白光LED元件10的示意图，元件10可发射白光LWH。元件10包含杯状壳体12、设置于杯状壳体12底部用来发射激发光LLED的LED晶片14、填充于杯状壳体12内用来覆盖LED晶片14的环氧树脂16、以及掺杂于环氧树脂16内的荧光粉18。荧光粉18可吸收LED晶片14所发出的部分激发光LLED、并据以激发出发射光LPHO，其中，发射光LPHO的波长为不同于激发光LLED的波长。
本发明虽然以发射出白光LWH的元件10作为实施例，然而，任何发射出以白光LWH为主的光线的LED元件都属本发明的范畴。
在本发明的具体实施例中，LED晶片14所发射的激发光LLED的主波长(domination wavelength)为在440至510纳米之间，换言之，LED晶片14所发射的激发光LLED的颜色为在蓝色及绿色之间；荧光粉18的化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se，其中x不等于0、y为在0与1之间、而M为选自铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)、锌(Zn)等的至少一种元素，M可以使用一种或多种上述元素。荧光粉18可吸收LED晶片14所发射的蓝光(或绿光)LLED、并据以激发出其颜色为橘色的发射光LPHO，其中，CaSe为充作一主体晶格结构(host)、而Eu、M为充作掺杂(doping)于该主体晶格结构内的杂质离子，该杂质离子可被结合(incorporated)并入该主体晶格结构内以形成可激发出发射光LPHO的活化剂(activator)。
这样，由于LED晶片14所发射的除了被吸收的激发光LLED以外的激发光LLED与荧光粉18所激发出的发射光LPHO可混合成白光LWH，所以，等效上，元件10可发射白光LWH、其色温(colortemperature)约等于3018K。
在本发明的具体实施例中，为了提升白光LWH的显色性与均匀性，荧光粉18的粒径为小于20微米、而其平均粒径为约等于5微米。
参照图2至图4。图2为荧光粉18的激发光LEX及其所激发出的发射光LPHO的频谱分布图，其中，横轴表示激发光LEX及发射光LPHO的波长、纵轴表示激发光LEX及发射光LPHO的相对强度、而荧光粉18的化学式中的x为等于0.005、y为等于0；图3为元件10所发射的白光LWH的频谱分布图，其中，横轴表示白光LWH的波长、纵轴表示白光LWH的相对强度；图4为包含LED晶片14的激发光LLED、荧光粉18的发射光LPHO、本发明的白光LWH、及真正(genuine)白光LWHG所分别对应的色度坐标的CIE色度图，其中，横轴表示x色度坐标、纵轴表示y色度坐标、而A(0.0690，0.5483)、B(0.6154，0.3790)、C(0.4486，0.4307)、及D(0.31，0.32)四点分别表示其波长为500纳米的激发光LLED、被其波长为500纳米的激发光LLED所激发出的发射光LPHO、由其波长为500纳米的激发光LLED及其所激发出的发射光LPHO混合而成的白光LWH、以及真正白光LWHG所对应的色度坐标。
在本发明的具体实施例中，荧光粉18可选择性地通过固态法、共沉淀法、凝胶法、或微乳液法制成。
上述的四种方法各有优缺点。举例来说，共沉淀法虽较为复杂，但是，其反应时间却相当短，并且，其所产生的荧光粉18的粒径较细小且均匀；微乳液法所制备的荧光粉18，较传统的共沉淀法所制备的荧光粉具有较大的比表面积。
荧光粉18的制备方法100说明如后参照图5，图5为制备方法100的流程图，制备方法100包含下列步骤步骤102开始；步骤104依据化学计量比称取碳酸钙(CaCO3)、氧化铕(Eu2O3)、及硒粉末(Se)等反应物；(该等反应物皆为选自荧光粉18的组成元素所形成的氧化物或盐类)步骤106将步骤104中所称取的反应物以研磨方式均匀地加以混合、以形成混合粉末；步骤108将该混合粉末置于内含H2/N2(5％/95％)的还原气氛中，再以5℃/秒的升温速率将其加热至1200℃的预定温度，并进行还原烧结程序(reduction sintering process)达4小时的预定时间长度；(该还原烧结程序可将该等反应物中的Eu3+离子还原成Eu2+离子，以提升荧光粉18的发光强度，该预定温度可在1000℃至1600℃之间，该预定时间长度可在3至24小时之间，而该还原气氛内可包含氢气及氮气或氢气及氩气)步骤11012小时后，以5℃/秒的降温速率将步骤108中所形成的化合物冷却至室温，以得到荧光粉18；以及步骤112结束。
相对于已知技术，本发明的白光LED元件包含发光二极管晶片、以及荧光粉。该荧光粉可吸收该发光二极管晶片所发出的部分激发光、并据以激发出第一发射光，该第一发射光的波长为不同于该激发光的波长，而该发光二极管晶片所发射的除了被吸收激发光以外的激发光与该荧光粉所激发出的第一发射光混合成该白光。该荧光粉的化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se，其中x不等于0、y为在0与1之间、而M为选自铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)、锌(Zn)等的至少一种元素。该荧光粉的设置，可取代已知的三合一白光LED元件中的绿光LED、及红光LED，以降低其所在的白光LED元件的制作成本。
以上所述仅为本发明的具体实施例，凡根据本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种包含化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se的荧光粉的发光二极管元件，该发光二极管元件包含发光晶片，用来发射激发光；以及荧光粉，用来吸收该发光晶片所发出的部分激发光，并据以激发出波长不同于该激发光波长的第一发射光，该荧光粉的化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se，其中x不等于0、y在0与1之间，而M包含铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)或锌(Zn)。
2.权利要求1的发光二极管元件，其中该发光晶片为用来发射主波长在440至510纳米之间的激发光。
3.权利要求1的发光二极管元件，其中该荧光粉的粒径为小于20微米。
4.权利要求3的发光二极管元件，其中该荧光粉的平均粒径约等于5微米。
5.一种荧光粉，其化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se，其中x不等于0，y为在0与1之间，而M包含铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)或锌(Zn)。
6.一种荧光粉的制备方法，该方法包含提供碳酸钙(CaCO3)、氧化铕(Eu2O3)、硒粉末(Se)以及包含铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)或锌(Zn)的反应物；以研磨的方式混合该等反应物以产生混合后的反应物；将该混合后的反应物置于还原气氛；以预定升温速率将置于该还原气氛中的该混合后的反应物加热至预定温度，并进行预定时间长度的还原烧结程序，以形成化合物；以及以预定降温速率将该化合物冷却至室温，以产生荧光粉，其化学式为(Ca1-x-yEuxMy)Se，其中x为不等于0、y为在0与1之间，而M包含铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)、钡(Ba)或锌(Zn)。
7.权利要求6的制备方法，其中该预定温度为在摄氏1000至1600度之间。
8.权利要求6的制备方法，其中该预定时间长度为在3至24小时之间。
9.权利要求6的制备方法，其中该预定升温速率为5℃/秒。
10.权利要求6的制备方法，其中该预定降温速率为5℃/秒。
全文摘要
发光二极管元件包含用来发射激发光的发光二极管晶片、以及用来吸收该发光二极管晶片所发出的部分激发光、并据以激发出第一发射光的荧光粉，该第一发射光的波长为不同于该激发光的波长，而该发光二极管晶片所发射的除了被吸收的激发光以外的激发光与该荧光粉所激发出的第一发射光混合成白光。该荧光粉的化学式为(Ca
文档编号C09K11/77GK1862841SQ20051007019
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月10日 优先权日2005年5月10日
发明者刘如憙, 康佳正, 苏宏元 申请人:光宝科技股份有限公司