CN108949178A - 光致发光材料 - Google Patents
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Abstract
本发明有关于一种光致发光材料，其包括：一核心载体；以及一荧光层，包覆核心载体表面，且荧光层包含至少两种荧光粉体。此外，本发明更提供另一种光致发光材料，其包括：一核心载体；一电子局限材料，包含在核心载体内部；以及一荧光层，包覆核心载体表面，且荧光层包含至少一种荧光粉体。本发明的光致发光材料中的荧光粉体于材料表面进行混光，而得到一均匀的混合光。
Description
技术领域
本发明关于一种光致发光材料，尤指一种表面包覆有荧光层的光致发光材料，当以光照射荧光层中的荧光粉体时，不同荧光粉体所激发出的原色光可于光致发光材料表面混合，而发出混合光。
背景技术
近年来，因发光二极管(LED)具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、及组件体积小等优点，已广泛应用于各种发光装置中，并取代数种照明设备。
然而，LED却难以应用于民生照明市场，除了发光二极管具有散热、亮度不足和亮度递减等问题外，更具有无法直接激发出白光的问题。因此，已有许多研究企图发展出高效率的白光LED，以取代现有的照明设备。
目前主流的白光LED，利用蓝光发光二极管芯片配合黄光的YAG荧光粉体，以做为白光光源。虽然以此互补色原理所产生白光，其光谱波长分布的连续性不如太阳光，而有色彩不均的情形，故色彩饱和度较低。因此，以此方式产生的白光光源仅可用于低阶光源，并无法广泛应用于民生照明市场。
此外，也可利用紫外光发光二极管芯片配合红光、绿光、以及蓝光三色荧光粉，通过红蓝绿三原色的混光机制，可混合成白光。由于使用的紫外光LED芯片激发强度及转换效率较高，因此可得强度更高的白光。
目前使用不同颜色荧光粉的混光机制形成白光，将含有不同颜色荧光粉体的胶体覆盖于LED芯片上，经烘干及封装工艺，可制得一白光LED。然而，因一般所使用的荧光粉体粒径较大，且多种荧光粉体混合不均，而容易有混光不均匀的情形发生，故无法得到具有所需色温及演色性的白光LED。此外，更因荧光粉体呈现不规则状，造成荧光粉体在激发后出光均匀性降低。
因此，目前亟需发展出一种荧光材料，其粒径大小均一且外型规则以提升荧光粉体的出光均匀性，且可于荧光材料本体表面即可均匀混光以发出白光，而应用在白光LED照明上。
发明内容
本发明的主要目的在于提供两种光致发光材料，以能经光源激发后，即于光致发光材料表面进行混光。
为达成上述目的，本发明的一光致发光材料，包括：一核心载体；以及一荧光层，系包覆核心载体表面，且荧光层包含至少两种荧光粉体。其中，此光致发光材料的荧光层可更包含一电子局限材料。
此外，本发明的另一光致发光材料，包括：一核心载体；一电子局限材料，包含在核心载体内部；以及一荧光层，包覆核心载体表面，且荧光层包含至少一种荧光粉体。
本发明的光致发光材料，由于荧光粉体键结在具有均一粒径且外型规则的核心载体上，故相较于现有粒径不规则的荧光粉体，本发明的光致发光材料具有较高的出光均匀性。同时，现有的混合有多种荧光粉体的胶体，其各种荧光粉体所发出的激发光是于荧光粉体表面释放出，而得一混合光；但本发明的光致发光材料上的各种荧光粉体，其各种荧光粉体所发出的激发光是于核心载体表面进行混光，而于核心载体表面释放出一混合光，故混光效果更加均匀。再者，本发明的光致发光材料，可于合成前先调整混合荧光粉体的色温及演色性，若将来做为发光二极管的荧光材料时，更可使发光二极管废料产生降至最低。
于本发明的光致发光材料中，电子局限材料为一量子点，如硅量子点。优选地，此电子局限材料为CdSe:ZnS。
于本发明的光致发光材料中，核心载体优选为一球型载体。其中，核心载体的粒径介于350nm至5μm之间，而荧光粉体及电子局限材料的粒径可介于10nm至3μm之间。优选地，荧光粉体及电子局限材料的粒径可介于10nm至100nm之间。
于本发明的光致发光材料中，所包含的荧光粉体各自为具有不同放光波长的荧光粉。其中，各荧光粉体的材料优选可选自由ZnO、ZrO2、PbO、Y2O3、Y2O2、Zn2SiO4、Y3Al5Ol2、Y3(AlGa)5O12Y2SiO5、LaOCl、InBO3、ZnGa2O4、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、ZnxCd1-xS、Y2O2S、Gd2O2S、及AlN所组成的群组的化合物，且X介于0.1至0.9之间。
此外，于上述的荧光粉体中，可更掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、其他镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)、及镧锕性碱土族元素所组成的群组的元素。因此，可产生具有不同放光波长的荧光粉体。
再者，于本发明的光致发光材料中，核心载体的材料优选可为SiOx、TiOx、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或三聚氰胺树脂，X的范围介于0.5～2之间。优选地，核心载体的材料为SiOx。
当激发本发明的光致发光材料的光源为蓝光发光二极管时，若荧光粉层包含红光荧光粉及绿光荧光粉，则可于光致发光材料表面混光而发出白光。当激发本发明的光致发光材料的光源为紫外光发光二极管时，若荧光粉层包含红光荧光粉、绿光荧光粉及蓝光荧光粉，则可于光致发光材料表面混光而发出白光。
于本发明中，所谓的电子局限材料，即量子点，指的是半导体材料所制成的荧光纳米颗粒。这些量子点发光的颜色会随着颗粒的大小而改变，当颗粒越小，颜色便会越趋近于光谱的蓝色端。
于本发明的光致发光材料中，荧光粉层中的荧光粉体，是通过有机硅烷分子，如APTMS、OTS、或DMODCS，以键结在核心载体上。
于本发明的光致发光材料中，荧光粉体可采用一般水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法。此外，核心载体的尺寸可通过酸碱性和原料浓度控制。溶胶凝胶法合成SiOx或TiOx非晶球体、利用喷雾热解法合成SiOx或TiOx非晶球体、或利用无乳化法合成PS、PMMA、或三聚氰胺树脂(Melamine)高分子球体。
本发明的光致发光材料，优选使用纳米等级的荧光粉体，以利于形成光致发光材料前即调整荧光粉体溶液中的各种荧光粉体比例，而可确保本发明的光致发光材料具有预定的色温及演色性。此外，本发明的光致发光材料更使用CdSe/ZnS量子点，因其可吸收UV光而发出正白光，可加强光致发光材料的白光色温及演色性，并且可应用于紫外光发光二极管中。通过混合多种可发出不同颜色激发光的发光二极管，可使本发明的光致发光材料的混光光谱更加连续，而得以应用于日常照明设备中。
附图说明
图1是本发明第一实施形式的光致发光材料的示意图。
图2是本发明第二实施形式的光致发光材料的示意图。
【符号说明】
10 核心载体
11 荧光层
12 电子局限材料
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可针对不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明提供两种形式的光致发光材料，分别如图1及图2所示。图1是本发明第一实施形式的光致发光材料的示意图，其中，此光致发光材料包括：一核心载体10；以及一荧光层11，包覆核心载体10表面，且荧光层11包含至少两种荧光粉体。
此外，图2是本发明第二实施形式的光致发光材料的示意图，其中，此光致发光材料包括：一核心载体10；一电子局限材料12，包含在核心载体10内部；以及一荧光层11，包覆核心载体10表面，且荧光层11包含至少一种荧光粉体。
本发明的纳米荧光粉体可采用一般水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法所制成；而核心载体则可利用一般的溶胶凝胶法合成SiOx或TiOx非晶球体、利用喷雾热解法合成SiOx或TiOx非晶球体、或利用无乳化法合成聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或三聚氰胺树脂(Melamine)高分子球体。
本发明的光致发光材料所使用的荧光粉体可为一般现有的各种颜色荧光粉。接下来将举例几种纳米荧光粉体的制作方法。然而，本发明的纳米荧光粉体的制作方法并不限于下列实施例，且本发明的光致发光材料所使用的荧光粉体可为一般常用于发光二极管的荧光粉体，优选为纳米尺寸的荧光粉体。
合成YAG:Ce3+纳米荧光粉体
将2.5014g的醋酸钇(Yttrium acetate tetrahydrate)、0.0251g的乙酸铈(Cerium acetate hydrate)、2.553g的异丙醇铝(Aluminium isopropoxide)、以及63.6ml的1，4-丁二醇(1，4-butanediol)，置入120ml的高压釜中，于搅拌下缓慢加热溶液至300℃，并维持此温度2小时。而后，将此溶液(YAG:Ce3+的1，4-丁二醇溶液)冷却至室温，并静置一周以沉淀结块。
将5ml的YAG:Ce3+/1，4-丁二醇溶液加至纯水中，并加入150μl的3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-Aminopropyltrimethoxysilane，APTMS)搅拌2小时，再离心移除APTMS，而制得YAG:Ce3+水溶液。接着，将5μl的YAG:Ce3+水溶液及50μl的PS溶液加至纯水中，于40～50℃下搅拌3～5小时。经离心、过滤、烘干后，可制得YAG:Ce3+纳米荧光粉体，其粒径约为10～15nm。
合成Y2O3:Er3+，Yb3+纳米荧光粉体
分别将Y2O3、Er2O3、及Yb2O3配制成1M硝酸盐溶液。而后，将2.45ml的Y(NO3)3溶液、0.025ml的Er(NO3)3溶液、及0.025ml的Yb(NO3)3溶液混合，并加入2.05g的CH3COONa及43.75ml乙二醇(ethylene glycol)，搅拌3小时。接着，将上述混合溶液置于60ml的高压釜中加热至180℃，并维持此温度24小时。冷却至室温后，数次离心此混合溶液，再烘干。而后，利用烘箱(Muffle furnace)加热至900℃，并维持4小时，可制得Y2O3:Er3+，Yb3+纳米荧光粉体，其粒径约为10～15nm。
合成Y2O3:Eu3+纳米荧光粉体
将200ml的YCl3水溶液(0.0184M)、及200ml的EuCl3水溶液(0.0016M)混合搅拌10分钟，再加入0.15摩尔的尿素(urea)。而后，上述混合物加热至87℃，并维持此温度1小时。接着，离心过滤此混合物后，加热至85℃，并维持此温度12小时。最后，从750℃升温至1050℃4小时，以将此混合物烧结成块，而可制得Y2O3:Eu3+纳米荧光粉体，其粒径约为10～15nm。
以溶胶凝胶法合成SiO2核心载体
将氨水(NH4OH)、乙醇、及水混合，并搅拌5分钟。而后，加入TEOS做为起始剂，并于恒温下搅拌4小时，而可合成SiO2核心载体。接着，将合成的SiO2核心载体离心数次，而得到一沉淀物。经干燥、及锻烧后，可制得SiO2核心载体，其粒径约500nm。
以溶胶凝胶法合成包含有CdSe/ZnS量子点的SiO2核心载体
将氨水(NH4OH)、乙醇、及水混合，并搅拌5分钟。而后，加入TEOS做为起始剂，并于恒温下搅拌4小时。于SiO2核心载体即将凝聚成型时，将CdSe/ZnS量子点加至反应溶液中，而可合成包含有CdSe/ZnS量子点的SiO2核心载体。接着，将合成的包含有CdSe/ZnS量子点的SiO2核心载体离心数次，而得到一沉淀物。经干燥、及锻烧后，可制得包含有CdSe/ZnS量子点的SiO2核心载体，其粒径约500nm。
于核心载体表面覆盖荧光粉体
实施例1
首先，配制Y2O3:La3+、YAG:La3+、以及CdSe/ZnS量子点的荧光粉体混合水溶液，其中，Y2O3:La3+经蓝光发光二极管照射后可发出黄光、YAG:La3+经蓝光发光二极管照射后可发出黄光、而CdSe/ZnS量子点可吸收UV光以发出正白光。经积分球检测后，调整各个荧光粉体的比例，可得具有预定色温及演色性的荧光粉体混合溶液。于本实施例中，所得的荧光粉体混合溶液经蓝光发光二极管照射后，发出白光(色温＝5500K)。
接着，将上述合成的SiO2核心载体置入含APTMS溶液系统中混匀。而后，将上述的荧光粉体混合溶液加至含有APTMS的SiO2核心载体溶液中，并通过APTMS的硅烷基，可使荧光粉体与SiO2核心载体键结，而于SiO2核心载体表面形成一荧光层。最后，以减压抽滤以及离心纯化反应溶液，可制得本实施例的光致发光材料。
本实施例的光致发光材料包含：一核心载体；以及一位于核心载体表面且与核心载体键结的荧光层。其中，荧光层包含可发出黄光的Y2O3:La3+荧光粉体、可发出黄光的YAG:La3+荧光粉体、以及可发出正白光的CdSe/ZnS量子点。通过适当调整各种荧光粉体的比例，本实施例的光致发光材料经蓝光发光二极管照射后，可于光致发光材料表面进行混光，而发出色温为5500K的白光。
实施例2
首先，配制Y2O3:Eu3+、Y2O3:Yb3+、Y2O3:Ce3+、以及YAG:Ce3+的荧光粉体混合水溶液，其中，Y2O3:Eu3+经蓝光发光二极管照射后可发出红光、Y2O3:Yb3+可发出绿光、Y2O3:Ce3+可发出蓝光、而YAG:Ce3+可发出黄光。经积分球检测后，调整各个荧光粉体的比例，可得具有预定色温及演色性的荧光粉体混合溶液。于本实施例中，所得的荧光粉体混合溶液经蓝光发光二极管照射后，可发出白光(色温＝5500K)。
接着，将上述合成的包含有CdSe/ZnS量子点的SiO2核心载体置入含APTMS溶液系统中混匀。而后，将上述的荧光粉体混合溶液加至APTMS与核心载体的混合溶液中，并通过APTMS的硅烷基，可使荧光粉体与SiO2核心载体键结，而于SiO2核心载体表面形成一荧光层。最后，以减压抽滤以及离心纯化反应溶液，可制得本实施例的光致发光材料。
本实施例的光致发光材料包含：一包含有CdSe/ZnS量子点的核心载体；以及一位于核心载体表面且与核心载体键结的荧光层。其中，荧光层包含可发出红光的Y2O3:Eu3+荧光粉体、可发出绿光的Y2O3:Yb3+荧光粉体、可发出蓝光的Y2O3:Ce3+荧光粉体、以及可发出黄光的YAG:Ce3+荧光粉体。通过适当调整各种荧光粉体的比例，本实施例的光致发光材料经蓝光发光二极管照射后，可于光致发光材料表面进行混光，而发出白光。
综上所述，本发明通过硅烷分子将荧光粉体键结在核心载体表面上，制得具有均一粒径且规则外型的光致发光材料，而可提升荧光粉体的出光均匀性。同时，更通过事先调整荧光粉体的比例，配制可发出预定色温及演色性的荧光粉体混合溶液，故若将本发明的光致发光材料应用在发光二极管上，可提升发光二极管的产品合格率。此外，本发明的光致发光材料上混合的荧光粉体，经光源激发后，直接在光致发光材料表面进行混光。因此，相较于荧光粉体混合胶体，本发明的光致发光材料激发后所发出的混合光更加均匀。再者，本发明的光致发光材料更通过混合多种具不同放射波长的荧光粉体，而可得到较连续的混合光谱，以发出更加接近自然光。如此，若将本发明的光致发光材料应用于具高发光效率的发光二极管，则可取代传统的照明设备，而达到节能的目的。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本公开所主张的保护范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种光致发光材料，包括：
一核心载体；以及
一荧光层，包覆该核心载体表面，且该荧光层包含至少两种荧光粉体。
2.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该荧光层更包含一电子局限材料。
3.如权利要求2所述的光致发光材料，其中该电子局限材料为一量子点。
4.如权利要求2所述的光致发光材料，其中该电子局限材料为CdSe：ZnS。
5.如权利要求2所述的光致发光材料，其中该电子局限材料的粒径介于10nm至100nm之间。
6.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该核心载体为球型。
7.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该至少两种荧光粉体各自为具有不同放光波长的荧光粉。
8.如权利要求7所述的光致发光材料，其中该荧光粉体的材料是选自由ZnO、ZrO2、PbO、Y2O3、Y2O2、Zn2SiO4、Y3Al5O12、Y3(AlGa)5O12Y2SiO5、LaOCl、InBO3、ZnGa2O4、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、ZnxCd1-xS、Y2O2S、Gd2O2S、及AlN所组成的群组的化合物，且X介于0.1至0.9之间。
9.如权利要求8所述的光致发光材料，其中该化合物掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、Pr、Pm、Sm、Ho、及Er所组成的群组的元素。
10.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该核心载体的材料是SiOx、TiOx、PS、PMMA、或三聚氰胺树脂，X的范围介于0.5～2之间。
11.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该核心载体的粒径介于350nm至5μm之间。
12.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该荧光粉体的粒径介于10nm至3μm之间。
13.如权利要求1所述的光致发光材料，其中该荧光粉体的粒径介于10nm至100nm之间。
14.一种光致发光材料，包括：
一核心载体；
一电子局限材料，包含在该核心载体内部；以及
一荧光层，包覆该核心载体表面，且该荧光层包含至少一种荧光粉体。
15.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该电子局限材料为一量子点。
16.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该电子局限材料为CdSe：ZnS。
17.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该电子局限材料的粒径介于10nm至100nm之间。
18.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该核心载体为球型。
19.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该荧光粉体的材料是选自由ZnO、ZrO2、PbO、Y2O3、Y2O2、Zn2SiO4、Y3Al5O12、Y3(AlGa)5O12Y2SiO5、LaOCl、InBO3、ZnGa2O4、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、ZnxCd1-xS、Y2O2S、Gd2O2S、及AlN所组成的群组的化合物，且X介于0.1至0.9之间。
20.如权利要求19所述的光致发光材料，其中该化合物系掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、Pr、Pm、Sm、Ho、及Er所组成的群组的元素。
21.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该核心载体的材料是SiOx、TiOx、PS、PMMA、或三聚氰胺树脂，X的范围介于0.5～2之间。
22.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该核心载体的粒径介于350nm至5μm之间。
23.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该荧光粉体的粒径介于10nm至3μm之间。
24.如权利要求14所述的光致发光材料，其中该荧光粉体的粒径介于10nm至100nm之间。
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