TWI585189B - 波長轉換物質 - Google Patents
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Description
本發明係揭露一種波長轉換物質，可被激發出具有一第二波長範圍及第二主波長之第二光線，其中第二主波長介於480nm至540nm。
從白熾燈以來，發光二極體(Light-emitting diode；LED)因為兼具節能、綠色環保、壽命長、體積小等諸多優點而正在各種照明的應用上取代傳統照明燈具，而其中又以能發出白光的LED為各企業爭相發展的重點。
相關的照明技術中，先前有以發黃光系列之釔鋁石榴石(YAG)鋁酸鹽螢光粉配合由氮化銦鎵構成的藍色發光二極體，作為高效率之白光光源的先例。亦有其他例子以藍光LED作為光源，使用摻雜了稀土元素鈰的釔鋁石榴石(Cerium-doped yttrium aluminum garnet)製作的螢光粉搭配藍光LED而產生黃色螢光，再以被激發的黃色螢光與藍光混合產生白光的白光發光二極體(White Light-emitting Diode;WLED)。然而，前述技術中採用之螢光體，鈰(Ce3+)離子的放射光譜不具有連續光譜性，而且顯色指數(Ra)較差(Ra<80)，難以滿足日常使用中對於白光低色溫的照明需求，同時較差的發光效率也是亟待克服的問題。隨著LED技術的進步，採用近紫外光做為激發光源並搭配紅綠藍三色的螢光粉，成為近年來白光LED發展方向。根據這樣的原理，一種包含鍶與鈰的綠色螢光粉搭配一種包含鍶與矽酸鹽及鋁酸鹽的固溶體以及Sr3AlO4F與GdSr2AlO5固溶體之螢光粉被提出。另外，也有以氧氟化物作為螢光粉之螢光材料，其組成包含至少一元素選自鹼土族與過渡金屬IIB族所構成之群組，以及至少一鹵素與一種或多種選自過渡元素之材料，且至少包含一選自鑭系元素之物質，使此螢光材料受激發後發光範圍在黃光。
此外，具有上述之螢光材料之發光元件更可以進一步地與其他元件組合連接以形成一發光裝置(light-emitting apparatus)；其中，發光裝置包含一具有至少一電路之次載體(sub-mount)；至少一焊料(solder)位於上述次載體上，藉由此焊料將上述發光元件黏結固定於次載體上並使發光元件之基板與次載體上之電路形成電連接；以及，一電性連接結構，以電性連接發光元件之電極與次載體上之電路；其中，上述之次載體可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發光裝置之電路規劃並提高其散熱效果。
本發明係揭露一種波長轉換物質，可被激發出具有一第二波長範圍及第二主波長之第二光線，其中第二主波長介於480nm至540 nm，而本發明所揭露波長轉換物質的化學通式為(A2-x-yMy)Al3O6R:xD，其中0<x≦0.3以及0≦y≦2，其中A與M係包含一選自鹼土族元素的物質，R係包含鹵素元素，以及D係包含二價稀土元素。
本發明係揭露一種波長轉換物質，包含鹼土金屬及鹵素之鋁酸鹽化合物，可被激發出一光線包含主波長介於480nm至540 nm。
本發明係揭露一種發光裝置包含一發光元件，可發出一具有第一波長範圍及第一主波長之第一光線；及一波長轉換物質，可吸收該第一光線以發出具有一第二波長範圍及第二主波長之第二光線；其中本發明所揭露波長轉換物質之化學通式為(A2-x-yMy)Al3O6R:xD，其中0<x≦0.3以及0≦y≦2，A與M係包含一選自鹼土族元素的物質，R係包含鹵素元素，以及D係包含二價稀土元素。
本發明所揭露之波長轉換物質之製造方法可製造一種可發出綠色螢光，其化學式為(A2-x-yMy)Al3O6R:xD，其中(A2-x-yMy)Al3O6R為其主體晶格結構(host)，D為活化中心，其中，0<x≦0.3,0≦y≦2，而其中A與M係包含一選自鹼土族元素的物質，R係包含鹵素元素，以及D係包含二價稀土元素。於本發明之實施例中，係以Ca與F作為化學式(A2-x-yMy)Al3O6R中的A物質與R物質為例描述本發明之波長轉換物質的製作方式，並可參照第1圖至第3圖理解本發明之波長轉換物質的特性。
首先依化學計量比例分別取一含有Ca的第一原料，含有Al的第二原料，含有F之第三原料、以及含有Eu之第四原料，使其形成配方為(Ca2-x-yMy)Al3O6F: 0.05Eu2+之混合物，其中x=0.05，y=0。接著在前述之各原料中添加含適當比例之鹼土族之氟化物作為助熔劑置入一高溫爐管內。由於此種氟化物熔點較低，可幫助先前添加之各原料於較低之溫度進行共熔反應，使各原料在第一溫度下熔融。在放入混合物時通入一還原性氣體進入爐管中，此時氟化物被熔融成為液態，在還原氣體下進行反應後產生一波長轉換物質。
於本實施例中，以碳酸鈣(CaCO3)作為第一原料、氧化鋁(Al2O3)作為第二原料、氟化鈣(CaF2)作為第三原料以及氧化銪(Eu2O3)作為第四原料，將上述粉末充分混合後置於溫度1250℃管式爐內，並通入H2/N2混合比例為5%/95%的混合氣體燒結5小時後得到本實施例的波長轉換物質。
上述原料中，含有Ca的第一原料可以由碳酸鈣(CaCO3)、碳酸鍶(SrCO3)、碳酸鋇(BaCO3)的混合物替代。前述反應環境中的環境溫度則介於1000℃~1500℃，而通入的還原氣體可以視反應環境而定，由組成比例小於30%的氫氣(H2)與大於70%的氮氣(N2)混合或者是以固態碳置入爐管中產生氣體取代，所需要的反應時間則介於4至8小時。由以上步驟搭配不同的原料可得到化學組成不同的波長轉換物質，如Ca1.95Al3O6F:0.05Eu2+、Ca1.5Sr0.20Ba0.29Al3O6F:0.01Eu2+、CaBa0.8Al3O6F:0.20Eu2+或者Ca0.90SrAl3O6F:0.10Eu2+。
參考圖一所示，本發明之實施例所製備之波長轉換物質Ca1.95Al3O6F:0.05Eu2+之X光繞射圖譜，與JCPDS標準卡片中的Ca2Al3O6F X光繞射圖譜對照，得知兩者的晶體結構近似。圖二則是實施例所製備之波長轉換物質受激發光的光譜圖，其中PLE為激發光源的波長介於280nm至450nm，而PL為受激發產生的光波其波長介於480nm至540nm，光譜中的最高峰值為505nm而波峰的半高寬為75nm。圖三揭露本發明實施例之波長轉換物質之受激發光位於CIE色度圖之色度座標值(0.171,0.470)，顯示受激發光為一混合藍綠的光。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
圖一所示為本發明之實施例一之螢光粉X光繞射圖譜，並與JCPDS標準卡片中Ca2Al3O6F的X光繞射圖譜並列。
圖二所示為本發明之實施例一中，激發光源與螢光粉受激發後發光的光譜圖，發射光譜最高峰值為505 nm，波峰之半高寬為75 nm。
圖三所示為本發明之實施例一中之螢光粉受激發後所發出的光所量測到CIE色度座標值及其在CIE色度圖中之位置。
Claims (8)
- 一種波長轉換物質，其化學通式為(A2-x-yMy)Al3O6R：xD，可吸收該第一光線以發出一波峰的半高寬為75nm之第二光線，其中，A與M係包含一鹼土族元素，R係包含鹵素元素，以及D係包含二價稀土元素，並且A的組成成分係數2-x-y與M的組成成分係數y與D的摻雜係數x之總和為2，其中，A包含鈣(Ca)，及/或R包含氟(F)，及/或M包含至少一元素選自鍶(Sr)及鋇(Ba)所組成之群組，及/或D包含二價銪(Eu2+)。
- 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換物質，可被激發出一光線包含主波長介於480nm至540nm。
- 一種波長轉換物質，包含稀土元素、鹼土金屬元素及鹵素元素之鋁酸塩化合物，可被激發出一光線包含一主波長介於480nm至540nm以及一波峰的半高寬為75nm，其中，該鹼土金屬元素包含鈣(Ca)或至少一元素選自鍶(Sr)及鋇(Ba)所組成之群組，及/或該鹵素元素包含氟(F)，及/或該稀土元素包含二價銪(Eu2+)。
- 一種發光裝置，包含：一發光元件，可發出一具有一第一主波長之第一光線；及一波長轉換物質，可吸收該第一光線以發出一第二主波長以及波峰的半高寬為75nm之第二光線；其中該波長轉換物質之化學通式為(A2-x-yMy)Al3O6R：xD，其中A與M係鹼土族元素，R係鹵素元素，以及D係二價稀土元素，A的組成成分係數2-x-y與M的組成成分係數y與D的摻雜係數x之總和為2，其中，A包含鈣(Ca)，及/或R包含氟(F)，及/或M包含至少一元素選自鍶(Sr)及鋇(Ba)所組成之群組，及/或D係包含二價銪(Eu2+)。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該第一主波長介於280nm至450nm。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該第二主波長介於480nm至540nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換物質，其中該波長轉換物質之合成步驟包含步驟如下：提供適合的混合物包含CaCO3、BaCO3、Al2O3、SrCO3、CaF2、及Eu2O3；以及在1000℃至1500℃的溫度下及具有還原氣體的環境下燒結該混合物4至8小時；其中該還原氣體由氫氣與氮氣組成，或是在燒結該混合物的環境下放入固態碳產生該還原氣體，其中氫氣的比例小於30%以及氮氣的比例大於70%。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該波長轉換物質之合成步驟包含步驟如下：提供適合的混合物包含CaCO3、BaCO3、Al2O3、SrCO3、CaF2、及Eu2O3；以及在1000℃至1500℃的溫度下及具有還原氣體的環境下燒結該混合物4至8小時；其中該還原氣體由氫氣與氮氣組成，或是在燒結該混合物的環境下放入固態碳產生該還原氣體，其中氫氣的比例小於30%以及氮氣的比例大於70%。
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| Publication number | Publication date |
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| TW201341504A (zh) | 2013-10-16 |
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