TW201837161A - 螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板。該螢光粉在一紫外光的激發下，發出全光譜白光，其中，放光範圍介於344奈米至689奈米之間；50％放光強度範圍介於427奈米至564奈米之間；90％放光強度範圍介於459奈米至513奈米之間；最強放光強度介於480奈米至510奈米之間，該白光的色度座標為X座標介於0.34至0.37之間，Y座標介於0.34至0.37之間。藉此，本發明可採用紫外光激發單一種螢光粉以發出白光，而不需混合RGB三色螢光粉。
Description
本發明係有關於一種螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板，特別是指可採用紫外光激發單一種螢光粉以發出白光，而不需混合RGB三色螢光粉之發明。
白光光源因為趨近於太陽光，因此適合使用於夜間照明。而常見的白光光源例如日光燈及白光LED。
其中，日光燈的發光原理可參閱維基百科https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%87%88，內文中說明日光燈屬於弧光燈的一種。它使用電力在氬或氖氣中激發水銀蒸氣，形成電漿並發出短波紫外光，紫外光被螢光粉吸收後，會發出可見的光以照明，這樣發出可見光的方式屬於螢光。
另外，白光LED可參閱吳信謀、林英志、洪浩恩等人於新新季刊第四十二卷第一期發表之「白光LED與螢光粉發展應用趨勢」一文。該文指出：白光LED實現的原理主要可分為兩種，一為對比色的混合，如藍色LED搭配黃色螢光粉，但此種方式產生的白光顯色性較差，其二為紅色、綠色、藍色(RGB)三色混合而成，實際實現的方法則可分為多重晶片型LED，也就是將紅、綠、藍三色 LED晶片集成於一個燈具上，此方法可控制性與顯色性最好，但電路設計複雜，生產成本較高；另一種方法為單晶片型LED，此類型的白光LED發光原理主要是以波長較短LED晶片，如藍光(450～480 nm)或UV(380～420 nm) LED晶片， 激發發光波長較長的螢光粉，來自LED的光與螢光粉的光混合後形成白光，因此這類型LED又稱為螢光轉換LED(Phosphor converted LED, PC-LED)。
但是，以紫外光作為激發螢光粉發光之光源，需搭配RGB三色螢光粉，才能發出白光。
爰此，本發明擬開發一種螢光粉，該螢光粉採用波長介於200奈米至400奈米之間的一紫外光激發後即可發出白光，而不需混合不同顏色的螢光粉。該螢光粉在該紫外光的激發下，發出以下波長範圍的白光，其中，放光範圍介於344奈米至689奈米之間；50％放光強度範圍介於427奈米至564奈米之間；90％放光強度範圍介於459奈米至513奈米之間；最強放光強度介於480奈米至510奈米之間。較佳的，該紫外光的波長為280奈米。其中，該白光的色度座標為X座標介於0.34至0.37之間，Y座標介於0.34至0.37之間。
進一步，該螢光粉是由過渡元素摻雜雙層鈣鈦礦所構成，其化學式為：或，其中，0≦y≦1，0≦x≦0.1，A為Ba、Sr、Ca、Mg任一種，B為Ba、Sr、Ca、Mg任一種，C為Eu、Sm、Nd任一種。
進一步，該螢光粉之化學式為：。
進一步，該螢光粉之化學式為：。較佳的，參數x之值為0。
本發明再提出一種前述螢光粉的製造方法，包括：
I.將A、B、C之化合物與ZnO、依該螢光粉之各元素的莫耳比混合反應，形成一螢光粉體前驅物；II.將該螢光粉體前驅物以介於800℃至1200℃之溫度進行煅燒，藉以獲得該螢光粉。
進一步，步驟I的混合反應方法為化學合成方法或物理合成方法。更進一步所述化學合成方法包括溶膠凝膠法或共沉法；所述物理合成方法為固態反應法。
進一步，步驟I中，A化合物為下列之一：、CaO、、BaO、、SrO、或MgO；B化合物為下列之一：、CaO、、BaO、、SrO、或MgO；C化合物為下列之一：、或。
進一步，在步驟I中，將該螢光粉體前驅物進行研磨粉碎；在步驟II中，煅燒完成後，將該螢光粉可再一次進行研磨粉碎。
本發明再提出一種使用本發明之螢光粉的發光模組，包括：
一紫外光發光件；一燈罩，覆蓋在該紫外光發光件上，在該燈罩上包含有該螢光粉。
進一步，該螢光粉摻雜在該燈罩中。
進一步，該螢光粉塗佈在該燈罩上。
進一步，該發光模組為LED發光件。
進一步，該發光模組為日光燈發光件。
本發明再提出一種使用本發明之螢光粉的太陽能板，該太陽能板有一面板層及一矽晶圓層，該螢光粉塗佈在該面板層表面、該面板層的內層、該矽晶圓層表面或該矽晶圓層背面之一或組合。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.本發明可採用紫外光激發單一種螢光粉以發出白光，而不需混合RGB三色螢光粉。
2.本發明之螢光粉被紫外光激發後可發出全光譜的白光。
綜合上述技術特徵，本發明螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
本實施例之螢光粉在波長介於200奈米至400奈米之間的一紫外光的激發下，可發出以下波長範圍的白光，其中，放光範圍介於344奈米至689奈米之間；50％放光強度範圍介於427奈米至564奈米之間；90％放光強度範圍介於459奈米至513奈米之間；最強放光強度介於480奈米至510奈米之間。
本實施例之螢光粉是由過渡元素摻雜雙層鈣鈦礦所構成，其化學式為：或，其中，0≦y≦1，0≦x≦0.1，A為Ba、Sr、Ca、Mg任一種，B為Ba、Sr、Ca、Mg任一種，C為Eu、Sm、Nd任一種。較佳的是，該螢光粉之化學式為：或。
該螢光粉之製造方法係將A、B、C之化合物與ZnO、依該螢光粉之各元素的莫耳比混合反應，反應方法為化學合成方法或物理合成方法，所述化學合成方法例如溶膠凝膠法或共沉法，所述物理合成方法例如固態反應法，藉以形成一螢光粉體前驅物；再以介於800℃至1200℃之溫度進行煅燒，藉以獲得該螢光粉。
其中， A化合物為下列之一：、CaO、、BaO、、SrO、或MgO；B化合物為下列之一：、CaO、、BaO、、SrO、或MgO；C化合物為下列之一：、或。
以為例，螢光粉的製造方法包括：
I.將(CaO)、ZnO、以及依該螢光粉之各元素的莫耳比混合反應，形成一螢光粉體前驅物，將該螢光粉體前驅物置入球磨罐中，加入濃度為99.99％的乙醇以及瑪瑙珠，並放置到球磨震盪機，利用瑪瑙珠來回震盪，經由摩擦和剪切力來粉碎該螢光粉體前驅物，達到初步混和的目的。將溶於該乙醇中的該螢光粉體前驅物放於烘箱中，等待乙醇溶劑揮發，待該螢光粉體前驅物乾燥，再使用乾式球磨機研磨。
II.將該螢光粉體前驅物置入坩鍋中，分別以於800℃、900℃、1000℃、1100℃及1200℃之溫度進行煅燒，當煅燒溫度低於1000℃時，以每分鐘加溫10℃升溫至所需溫度，當煅燒溫度高於1000℃時，以每分鐘加溫10℃升溫至1000℃，之後以每分鐘加溫5℃升溫至所需溫度，之後持溫180分鐘，再以每分鐘降溫10℃降溫至室溫，煅燒完成後，取出該螢光粉，因粉體歷經高溫處理，會有團聚的現象產生，此現象將會造成後續封裝於發光件的困難，及於PL螢光特性量測時，該螢光粉吸收激發光時，會造成部分激發光源於表面散射，造成螢光效率量測失真，因此再進行乾式球磨。
在螢光粉中，以x為0進行量測(即)：
參閱第一A圖至第一G圖所示，以螢光光譜儀(Photoluminescence, PL)分析，分別以紫外光波長為250奈米、253奈米、260奈米、280奈米、300奈米、320奈米、365奈米，激發螢光粉所獲得之白光光譜範圍。
參閱第二圖所示，以煅燒溫度為1100℃煅燒後之螢光粉為例，將該螢光粉以全波段進行掃描，可發現其中最佳激擾波長(excitation wavelength)為280奈米，可輻射放光峰值強度最強之處位在492奈米，而可輻射放光峰值的寬度範圍涵蓋344奈米至689奈米，隨著改變激擾波長，並不會改變可輻射放光峰值的寬度。
參閱第三圖所示，可發現煅燒溫度不會影響可輻射放光峰值強度最強之波長492奈米，但會影響它的放光強度，且煅燒溫度越高，激發光的強度越高。
參閱第四圖所示，發光顏色部分，藉由1931年國際照明委員會(Commission Internationale de L’Eclairage：CIE)，提出色度座標圖，易於觀測實際發光的色度，實驗結果螢光粉在800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃，它的色度座標分別為(0.34, 0.34)、(0.35, 0.37)、(0.35, 0.36)、(0.35, 0.36)、(0.35, 0.35) ，屬於白光範圍。因此實驗結果證實這類螢光材料可產生很強烈的白光，該白光的色度座標為X座標介於0.34至0.37之間，Y座標介於0.34至0.37之間。
參閱第五圖所示，為一種使用前述螢光粉的發光模組，該發光模組為LED發光件，包括：
一紫外光發光件(1)；一燈罩(2)，覆蓋在該紫外光發光件(1)上，該螢光粉(3)摻雜在該燈罩(2)中。藉由該紫外光發光件(1)發出紫外光以激發該螢光粉(3)發出白光。
參閱第六圖所示，為使用前述螢光粉的發光模組，該發光模組為日光燈發光件，包括：
一紫外光發光件(1A)，係使用電力在氬或氖氣中激發水銀蒸氣，形成電漿並發出紫外光；一燈罩(2A)，即為燈管，用以充填氬或氖氣及水銀蒸氣，該螢光粉(3)塗佈在該燈罩(2A)上。藉以同樣由該紫外光發光件(1A)發出紫外光以激發該螢光粉(3)發出白光。
該發光模組亦可為省電燈泡，而由於省電燈泡發光原理與日光燈管相同，在此不再詳述其結構。
參閱第七A圖所示，為一種使用前述螢光粉的太陽能板(4)，該太陽能板(4)有一面板層(41)及一矽晶圓層(42)，該螢光粉(3)塗佈在該面板層(41)表面，由於太陽能板(4)只能吸收可見光的波長，而當太陽光照射在該太陽能板(4)時，該螢光粉(3)可將該太陽光中的紫外光轉換為白光而被該太陽能板(4)利用，因此可增加該太陽能板(4)的發電效率。
參閱第七B圖所示，該螢光粉(3)除了塗佈在該面板層(41)表面之外，亦可塗佈在該面板層(41)的內層，同樣可提高該太陽能板(4)的發電效率。
參閱第七C圖所示，該螢光粉(3)亦可塗佈在該矽晶圓層(42)表面，同樣可提高該太陽能板(4)的發電效率。
參閱第七D圖所示，該螢光粉(3)亦可塗佈在該矽晶圓層(42)背面，同樣可提高該太陽能板(4)的發電效率。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1) (1A)‧‧‧紫外光發光件
(2)(2A)‧‧‧燈罩
(3)‧‧‧螢光粉
(4)‧‧‧太陽能板
(41)‧‧‧面板層
(42)‧‧‧矽晶圓層
[第一A圖]係為本發明之螢光粉以波長為250奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第一B圖]係為本發明之螢光粉以波長為253奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第一C圖]係為本發明之螢光粉以波長為260奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第一D圖]係為本發明之螢光粉以波長為280奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第一E圖]係為本發明之螢光粉以波長為300奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第一F圖]係為本發明之螢光粉以波長為320奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第一G圖]係為本發明之螢光粉以波長為365奈米之紫外光激發後，全波段掃描之白光光譜範圍。
[第二圖]係為本發明之螢光粉在煅燒溫度1100℃之下，全波段掃描之螢光波長及螢光強度曲線圖。
[第三圖]係為本發明之螢光粉在激擾波長為280奈米時，不同煅燒溫度下的螢光波長及螢光強度曲線圖。
[第四圖]係為本發明之螢光粉在參數x為0時，的色度座標圖。
[第五圖]係為本發明之發光模組為LED發光件的示意圖。
[第六圖]係為本發明之發光模組為日光燈發光件的示意圖。
[第七A圖]係為本發明之螢光粉使用於太陽能板，且螢光粉塗佈在面板層表面的示意圖。
[第七B圖]係為本發明之螢光粉使用於太陽能板，且螢光粉塗佈在面板層的內層的示意圖。
[第七C圖]係為本發明之螢光粉使用於太陽能板，且螢光粉塗佈在矽晶圓層表面的示意圖。
[第七D圖]係為本發明之螢光粉使用於太陽能板，且螢光粉塗佈在矽晶圓層背面的示意圖。
Claims (20)
- 一種螢光粉，該螢光粉在一紫外光的激發下，發出以下波長範圍的白光，其中，放光範圍介於344奈米至689奈米之間，最強放光強度介於480奈米至510奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之螢光粉，其中，50％放光強度範圍介於427奈米至564奈米之間；90％放光強度範圍介於459奈米至513奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之螢光粉，其中，該白光的色度座標為X座標介於0.34至0.37之間，Y座標介於0.34至0.37之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之螢光粉，其中，該紫外光之波長為280奈米。
- 一種螢光粉，該螢光粉是由過渡元素摻雜雙層鈣鈦礦所構成，其化學式為：或，其中，0≦y≦1，0≦x≦0.1，A為Ba、Sr、Ca、Mg任一種，B為Ba、Sr、Ca、Mg任一種，C為Eu、Sm、Nd任一種。
- 如申請專利範圍第5項所述之螢光粉，進一步，該螢光粉之化學式為：。
- 如申請專利範圍第5項所述之螢光粉，進一步，該螢光粉之化學式為：。
- 如申請專利範圍第5項所述之螢光粉，其中，參數x之值為0。
- 一種如申請專利範圍第5項所述之螢光粉的製造方法，包括： I.將A、B、C之化合物與ZnO、依該螢光粉之各元素的莫耳比混合反應，形成一螢光粉體前驅物； II.將該螢光粉體前驅物以介於800℃至1200℃之溫度進行煅燒，藉以獲得該螢光粉。
- 如申請專利範圍第9項所述之螢光粉的製造方法，其中，步驟I的混合反應方法為化學合成方法或物理合成方法。
- 如申請專利範圍第10項所述之螢光粉的製造方法，其中，所述化學合成方法包括溶膠凝膠法或共沉法；所述物理合成方法為固態反應法。
- 如申請專利範圍第9項所述之螢光粉的製造方法，其中，步驟I中，A化合物為下列之一：、CaO、、BaO、、SrO、或MgO；B化合物為下列之一：、CaO、、BaO、、SrO、或MgO；C化合物為下列之一：、或。
- 如申請專利範圍第9項所述之螢光粉的製造方法，進一步，在步驟I中，將該螢光粉體前驅物進行研磨粉碎；在步驟II中，煅燒完成後，將該螢光粉再一次進行研磨粉碎。
- 一種使用如申請專利範圍第1項所述之螢光粉的發光模組，包括： 一紫外光發光件； 一燈罩，覆蓋在該紫外光發光件上，在該燈罩上包含有該螢光粉。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光模組，其中，該螢光粉摻雜在該燈罩中。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光模組，其中，該螢光粉塗佈在該燈罩上。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光模組，其中，該發光模組為LED發光件。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光模組，其中，該發光模組為日光燈發光件。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光模組，其中，該發光模組為省電燈泡。
- 一種使用如申請專利範圍第1項所述之螢光粉的太陽能板，該太陽能板有一面板層及一矽晶圓層，該螢光粉塗佈在該面板層表面、該面板層的內層、該矽晶圓層表面或該矽晶圓層背面之一或組合。
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| TW106110827A TW201837161A (zh) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板 |
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| TW106110827A TW201837161A (zh) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| TW201837161A true TW201837161A (zh) | 2018-10-16 |
Family
ID=64797320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW106110827A TW201837161A (zh) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 螢光粉、該螢光粉之製造方法以及使用該螢光粉之發光模組與太陽能板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| TW (1) | TW201837161A (zh) |
-
2017
- 2017-03-30 TW TW106110827A patent/TW201837161A/zh unknown
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