TWI568832B - 螢光材料及其製備方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種螢光材料及製備方法，尤其係關於一種金屬氮氧矽化物螢光材料及製備方法。
白光發光二極體(white light emitting diodes；WLEDs)的製造方法有數種：第一種為藍色LED晶片上塗佈黃色螢光粉，第二種是在藍色LED晶片上塗佈綠色和紅色螢光粉，第三種是利用紅、綠、藍三色LED晶片混合形成白光，第四種是在紫外光LED晶片上塗佈紅、綠、藍三色或多種顏色的螢光粉。
白光LED相較於傳統白熾燈泡，擁有壽命長、耗電量低、體積小、反應速度快、耐震性佳等優點，逐漸取代傳統照明設備；然而現階段白光LED在發展上仍需克服散熱、亮度不足以及價格偏高等問題。因此，目前白光LED在照明市場的應用仍以輔助照明為主，如手電筒、車內小燈或建築裝飾用燈等。預期未來白光LED將可望取代傳統照明產品，成為全球照明市場的新主流。
除封裝技術之外，所選用之螢光粉也是影響光源發光效率之重要因素，因此如何改善螢光粉的成份以增加螢光轉換效率，也是世界各大光電半導體廠與照明大廠致力研究的方向之一。傳統單一藍光晶片激發黃色螢光粉所
形成之白光，其演色性不佳，導致被照射物色彩飽和度差，降低了商業照明的使用價值。經過多年的研究與發展，發現利用高效率的紫外光發光二極體(UV-LED)作為激發光源，是未來白光發光二極體成為照明裝置的另一選擇。由於UV-LED之技術已漸趨成熟，為配合其發光波長以製備高效率與高亮度之白光發光二極體，因此發展UV-LED激發光源之螢光材料漸趨重要。
本發明揭示一種金屬氮氧矽化物螢光材料，其通式為M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a：Euz,Mnb；其中M為一種或一種以上鹼土族金屬；0≦x≦7；0≦a≦1；0<z≦0.3；0<b≦0.3。
本發明揭示一種金屬氮氧矽化物螢光材料，此螢光材料中組成M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a為主體晶格，Eu為第一活化中心，及Mn為第二活化中心。
本發明揭示一種金屬氮氧矽化物螢光材料，其通式為M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a：Euz,Mnb；當M為鍶(strontium,Sr)x=2，a=0，z=0.1，0.02≦b≦0.1時，此螢光材料經300~460nm波長之光源照射下，放出480~700nm之螢光。
本發明揭示300~460nm波長之光源來自發光二極體或電漿。
圖一係本發明實施例一所製備之樣品(a)，實施例二所製備之(b)~(f)與標準Sr5Al5Si21N35O2化合物(standard)之X光粉末繞射圖譜比較。
圖二係本發明實施例一所製備之樣品(a)，實施例二所製備之(b)~(f)本發明實施例一所製備之樣品(a)，實施例二所製備之(b)~(f)之激發光譜。
圖三係本發明實施例一所製備之樣品(a)，實施例二所製備之(b)~(f)於300~460nm激發下之放射光譜圖。
表一係本發明實施例一所製備之樣品(a)，實施例二所製備之(b)~(f)於之激發光譜所代表之放射光譜之色度座標。
圖四本發明實施例一所製備之樣品(a)，實施例二所製備之(b)~(f)於460nm激發下放射光譜之色度座標。
於本發明之實施例中，揭示一螢光材料為M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a：Euz,Mnb；其中M為一種或一種以上鹼土族金屬；0≦x≦7；0≦a≦1；0<z≦0.3；0<b≦0.3。此螢光材料中組成M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a：Euz,Mnb為主體晶格，Eu為第一活化中心，及Mn為第二活化中心。
1.實施例一
本實施例為一對照實施例，其中M為鍶(Sr)，x=2，a=0，z=0.1，b=0，即螢光材料為Sr4.9Al5Si21N35O2：Eu0.1，並以高壓固態反應法合成，其製作方法如下：
一、首先依化學計量比分別取一含有的鍶第一反應物，如：Sr3N2；含有鋁的第二反應物，如：AlN；含有矽之第三反應物，如：Si3N4或SiO2；以及含有銪之第四反應物，如：EuN；使其形成配方為Sr4.9Al5Si21N35O2：Eu0.1之混合反應物。
二、以研缽研磨混合反應物並充分混合後，將均勻混合物置於氮化硼坩鍋中，再將氮化硼坩鍋置入高溫反應燒結爐於1700~2300℃持溫3~8小時，進行燒結步驟。本實施例是在0.5~1.5MPa氮氣氣氛環境下，以35℃/min之升溫速率加熱至所需反應溫度1700~2300℃後再持溫3~8小時，接著再以15℃/min之降溫速率冷卻至室溫。之後取出反應物並以研缽研磨，使其成為顆粒均勻之粉末。
上述之各反應物，可取自各元素之氧化物或氮化物。
2.實施例二
本實施例其中M為鍶(Sr)，x=2，a=0，z=0.1，b=0.02~0.1，即螢光材料為Sr4.9-bAl5Si21N35O2：Eu0.1,Mnb，並以高壓固態反應法合成，其製作方法如下：
一、首先依化學計量比分別取一含有的鍶第一反應物，如：Sr3N2；含有鋁的第二反應物，如：AlN；含有矽之第三反應物，如：Si3N4或SiO2；含有銪之第四反應物，如：EuN；以及含有錳之第五反應物，如：MnO2；使其形成配方為Sr4.9-bAl5Si21N35O2：Eu0.1,Mnb之混合反應物。
二、以研缽研磨混合反應物並充分混合後，將均勻混合物置於氮化硼坩鍋中，再將氮化硼坩鍋置入高溫反應燒結爐於1700~2300℃持溫3~8小時，進行燒結步驟。本實施例是在0.5~1.5MPa氮氣氣氛環境下，以35℃/min之升溫速率加熱至所需反應溫度1700~2300℃後再持溫3~8小時，接著再以15℃/min之降溫速率冷卻至室溫。之後取出反應物並以研缽研磨，使其成為顆粒均勻之粉末。
上述之各反應物，可取自各元素之氧化物或氮化物。
以X光粉末繞射儀鑑定本發明實施例樣品晶相純度，圖一分別根據本發明實施例一所製備之Sr4.9Al5Si21N35O2：Eu0.1樣品(a)，實施例二所製備之Sr4.9-bAl5Si21N35O2：Eu0.1,Mnb樣品((b)之b=0.02,(c)之b=0.04,(d)之b=0.06,(e)之b=0.08及(f)之b=0.1)與標準Sr5Al5Si21N35O2化合物(standard)之X光粉末繞射圖譜比較。結果如圖一所示，實施例樣品(a)~(f)為純相，且沒有雜相的生成。
參考圖二，分別為本發明實施例一所製備之Sr4.9Al5Si21N35O2：Eu0.1樣品(a)，實施例二所製備之Sr4.9-bAl5Si21N35O2：Eu0.1,Mnb樣品((b)之b=0.02,(c)之b=0.04,(d)之b=0.06,(e)之b=0.08及(f)之b=0.1)之放射(excitation)光譜圖。於圖二可看出，此螢光材料適合被紫外光或藍光激發，其激發光源可為波長介於300~460nm間之發光二極體或電漿，即本發明之螢光材料適合寬波長之激發。
參考圖三，分別為本發明實施例一所製備之Sr4.9Al5Si21N35O2：Eu0.1樣品(a)，實施例二所製備之Sr4.9-bAl5Si21N35O2：Eu0.1,Mnb樣品((b)之b=0.02,(c)之b=0.04,(d)之b=0.06,(e)之b=0.08及(f)之b=0.1)之放射(emission)光譜圖。於圖三可看出，於300~460nm激發光源下，可得最佳之發光強度其波長約於480~700nm，此乃為一綠色螢光材料。且當加入第二活化中心Mn時，其發光強度較只具有第一活化中心Eu之樣品a強；且隨著添加Mn含量增加其發光強度也隨之增加。
表一為本發明實施例一所製備之Sr4.9Al5Si21N35O2：Eu0.1樣品(a)，實施例二所製備之Sr4.9-bAl5Si21N35O2：Eu0.1,Mnb樣品((b)之b=0.02,(c)之b=0.04,(d)之b=0.06,(e)之b=0.08及(f)之b=0.1)所得放射光譜之數據，以1931年由國際照明委員會(Commission International de l，Eclairage，CIE)所制定之色度座標圖(Chromaticity diagram)之公式換算成各樣品所代表之色度座標，並標示樣品
(a)~(f)色度座標於圖四。由色度座標位置可知：本發明實施例所製備之螢光材料位於綠色的座標位置，其色純度非常高。
以上提供之實施例係用以描述本發明不同之技術特徵，但根據本發明之概念，其可包括或運用於更廣泛之技術範圍。須注意的是，實施例僅用以揭示本發明製程、裝置、組成、製造和使用之特定方法，並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。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 (5)
- 一種金屬氮氧矽化物螢光材料，其通式為M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a：Euz,Mnb，其中M為一種或一種以上鹼土族金屬；0≦x≦7；0≦a≦1；0<z≦0.3；0<b≦0.3，其中該螢光材料可放出一光線，該光線之色度座標中，CIEx的範圍在0.2至0.3之間且CIEy的範圍在0.5至0.6之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之金屬氮氧矽化物螢光材料，其中該M5-z-a-bAl3+xSi23-xN37-x-2aOx+2a為主體晶格，該Eu為第一活化中心及該Mn為第二活化中心。
- 如申請專利範圍第1項所述之金屬氮氧矽化物螢光材料，其中該螢光材料經300~460nm波長之光源激發時，放出480~700nm之螢光。
- 如申請專利範圍第3項所述之金屬氮氧矽化物螢光材料，其中該300~460nm波長之光源來自發光二極體或電漿。
- 如申請專利範圍第3項所述之金屬氮氧矽化物螢光材料，其中該螢光材料300~460nm波長之光源激發時，放出綠色之螢光。
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