具有氧磷灰石結構的黃光螢光材料、製備方法與其白光二極體裝置製造方法
2023-10-11 04:39:29 4
具有氧磷灰石結構的黃光螢光材料、製備方法與其白光二極體裝置製造方法
【專利摘要】在此提供一種具有氧磷灰石結構的黃色螢光材料、製備方法與其白光二極體裝置。前述的黃色螢光材料具有(A1-xEux)8-yB2+y(PO4)6-y(SiO4)y(O1-zSz)2的化學通式，其中A與Eu為二價金屬離子，B為三價金屬離子，且0<x≦0.6，0≦y≦6與0≦z≦1。前述的A可為鹼土金屬、Mn或Zn，B可為IIIA族金屬、稀土金屬或Bi。
【專利說明】具有氧磷灰石結構的黃光螢光材料、製備方法與其白光二 極管裝置
[0001] 本申請是 申請人:於2010年12月20日提交的、申請號為201010614571. 6的、發明 名稱為"具有氧磷灰石結構的黃光螢光材料、製備方法與其白光二極體裝置"的發明專利申 請的分案申請。
【技術領域】
[0002] 本發明是有關於一種黃光突光材料，且特別是有關於一種氧磷灰石型態的黃光突 光材料。
【背景技術】
[0003] 自從在20世紀初期發明以InGaN為基礎的光致放光晶片後，商業應用上的白光二 極管（white light-emitting diodes ;WLEDs)已經有了長足的進展。靠著結合InGaN芯 片所發出的藍光以及#Y3Al50 12:Ce3+(YAG:Ce3+)為主的材料所發出的黃光，所得到的白光 已經超越了白熱燈泡，甚至可以與傳統螢光燈來相比較。與傳統光源比起來，白光二極體 為一種節能長壽又環保的光源。但是，白光二極體的光色質量在白光色調調整（white hue tunability)、色溫及演色（color rendering)性質上仍待改進，而且這些性質皆與日常的 照明有關。
[0004] 目前白光二極體在使用的大部分螢光材料，皆無法達到白光的最適要求，而且在 紅光區域的演色性質相當不足。因此，需要為白光二極體找到新材料來滿足對白光質量的 要求。
【發明內容】
[0005] 因此，本發明的一方面是在提供一種具有氧磷灰石結構的黃色螢光材料，其具有 (AhEiO 8_yB2+y (P04) 6_y (Si04) y (CVZSZ) 2的化學通式，其中A與Eu為二價金屬離子，B為三價金 屬離子，且〇〈x蘭0.6,0蘭y蘭6與0蘭z蘭1。前述的A可為鹼土金屬、Mn或Zn，B可為 IIIA族金屬、稀土金屬或Bi。
[0006] 依據本發明一實施例，當y = Z = 0時，該黃色螢光材料具有 的化學通式。
[0007] 依據本發明另一實施例，當y = 6且z = 0時，該黃色突光材料具有 (AhEuJ 2B8 (Si04) 602 的化學通式。
[0008] 依據本發明又一實施例，當y = 0且z = 1時，該黃色突光材料具有 (AhEuJ 8B2 (P04) 6S2 的化學通式。
[0009] 依據本發明再一實施例，當y = 6且z = 1時，該黃色突光材料具有 (AhEuJ 2B8 (Si04) 6S2 的化學通式。
[0010] 本發明的另一方面為提供一種白光二極體，其包含一種藍光突光材料，以及前述 的任一種黃光突光材料。
[0011] 本發明的又一方面為提供前述黃光螢光材料的製備方法，其包含下面各步驟。先 稱取合乎計量化學比例的所需元素的原料，其中該黃光螢光材料的金屬原料為金屬氧化物 或金屬碳酸鹽，磷酸根原料為磷酸氫二銨或磷酸二氫銨，矽酸根原料包含氧化矽，及硫原料 包含硫粉。然後均勻地混合稱取的這些原料，再鍛燒混合好的這些原料，直至得到具有純氧 磷灰石晶相的產物，鍛燒環境含有氧，鍛燒溫度為1200 - 1400°C。在氨氣及900 - 1200°C的 溫度下，將Eu3+還原成Eu2+，以得到前述的黃光螢光材料。
[0012] 依據本發明一實施例，在還原步驟前，還可以均質化鍛燒後的產物。
[0013] 前述的黃光突光材料的主要放光區域的波長較長，較為偏向紅光區域。因此，使用 上述的黃色螢光材料來製造白光二極體時，可改善白光二極體所放出白光在紅光區域的演 色性質，而得到較佳質量的白光。
[0014] 上述
【發明內容】
旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基 本的理解。此
【發明內容】
並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的 重要/關鍵組件或界定本發明的範圍。在參閱下文實施方式後，本發明所屬【技術領域】中具 有通常知識者當可輕易了解本發明的基本精神及其它發明目的，以及本發明所採用的技術 手段與實施方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說 明如下：
[0016] 圖1是顯示具有氧磷灰石結構的黃色螢光材料的製備流程圖；其中110、120、130、 140、150表示步驟。
[0017] 圖2、3、4與5分別為Ca8La2(P04) 602 :xEu2+的粉末X光衍射光譜圖、光致激發光譜 圖、光致放光光譜圖與UV-Vis的固態反射光譜圖。
[0018] 圖6為Ca8La2(P04) 602 :0. 03Eu2+與黃光商品YAG :Ce3+的光致激發與光致放光光譜 的比較。
[0019] 圖7A - 7E分別顯示實驗例1 - 5的光致激發與光致放光光譜。
[0020] 圖8A - 8H分別顯示實驗例6 - 13的光致激發與光致放光光譜。
[0021] 圖9顯示實驗例14的光致激發與光致放光光譜。
[0022] 圖10顯示實驗例15的光致激發與光致放光光譜。
[0023] 圖11顯示實驗例16-24的白光二極體的放光光譜圖。
【具體實施方式】
[0024] 銪（Europium ;Eu)為鑭系元素，通常會形成三價的化合物，因為其具有4f7的相對 穩定的電子組態，但其激發與放光都為線性，因此在螢光材料上的應用有限。而二價銪的激 發與放光都為寬帶，因此已經被廣泛應用於發光二極體上。在放光應用上，二價銪離子會因 為所處晶格結構的不同，而有不同顏色的放光，通常是偏向藍光。
[0025] 在放光應用上，磷灰石（apatite)為一種高效的主體（host)材料，而且目前已經 合成出含有各種稀土金屬的氧磷灰石（oxyapatite)材料，其具有Ca 8M2(P04)602的化學通 式，其中M為三價的稀土金屬離子。這一系列Ca具(P0 4)602的化合物中，可利用不同的三價 稀土金屬離子來作為各種不同波長的光源，例如可為可見光或近紅外光的光源。
[0026] 此外，前述氧磷灰石結構中的磷酸根的部分，也可以被矽酸根部分取代至全取代。 被娃酸根全取代的氧磷灰石結構稱為娃酸氧磷灰石（silicate oxyapatite)結構，具有 Ca2M8(Si04) 602的化學通式，其中M為三價的稀土金屬離子，通常也是由三價稀土金屬離子 來負責放光。在Ca 2M8 (Si04)602的結構中，有6個Ca2+被6個M 3+取代，以平衡6個矽酸根所 增加的6個負電荷。
[0027] 具有氧磷灰石結構的黃色螢光材料
[0028] 在此提供一種具有氧磷灰石結構的黃色螢光材料，其具有 (AhEiOs-yB^PCW^SiCWOhSl的化學通式。其中Eu為二價離子，A也為二價金屬離 子，兩者取代前面氧磷灰石結構中的I丐離子。因此，A可為鹼土金屬、Zn或Mn。B為三價金 屬離子，取代前面氧磷灰石結構中的稀土金屬離子。因此，B可為IIIA族金屬、稀土金屬或 Bi，其中IIIA族金屬例如可為Al、Ga、In，稀土金屬例如可為Sc、Y及鑭系元素，如La、Ce、 Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu。在上面的化學式中，x、y 與 z 的數值範 圍分別為〇〈x蘭0? 6,0蘭y蘭6與0蘭z蘭1。而磷酸根與矽酸跟佔據晶格中的相同位置， 〇與S也佔據晶格中的相同位置。
[0029] 在某些特殊情況下，可以簡化（UiO8_yB2+ y(P04)6_y(Si04) y(CVZSZ)2的化學式，請 見下面表一。
[0030] 表一：具有氧磷灰石結構的黃色突光材料的種類
[0031]
【權利要求】
1. 一種具有氧磷灰石結構的黃色螢光材料，其具有（AhEulBjSiOKOhS^的化學 通式，其中A與Eu為二價金屬離子，B為三價金屬離子，且0〈x蘭0.6與0蘭z蘭1。
2. 如權利要求1所述的黃色螢光材料，其中當z = 0時，該黃色螢光材料具有 (A^EiO A (Si04) 602 的化學通式。
3. 如權利要求1所述的黃色螢光材料，其中當z = 1時，該黃色螢光材料具有 (AhEuJ 2B8 (Si04) 6S2 的化學通式。
4. 如權利要求1-3任一所述的黃色螢光材料，其中A為鹼土金屬、Mn或Zn。
5. 如權利要求1-3任一所述的黃色螢光材料，其中B為IIIA族金屬、稀土金屬或Bi。
6. -種白光二極體，包含： 一藍光螢光材料；以及 一黃光螢光材料，其具有（A^EiOJdSiCUdOhW的化學通式，其中A與Eu為二價 金屬尚子，B為二價金屬尚子，且0〈x蘭0.6與0蘭z蘭1。
7. 如權利要求6所述的白光二極體，其中A為鹼土金屬、Mn或Zn。
8. 如權利要求6所述的白光二極體，其中B可為IIIA族金屬、稀土金屬或Bi。
9. 一種如權利要求1所述的黃光突光材料的製備方法，包含： 稱取合乎計量化學比例的所需元素的原料，其中該黃光螢光材料的金屬原料為金屬氧 化物或金屬碳酸鹽，矽酸根原料包含氧化矽，及硫原料包含硫粉； 均勻地混合稱取的這些原料； 煅燒混合好的這些原料，直至得到具有純氧磷灰石晶相的產物，煅燒環境含有氧，煅燒 溫度為1200 - 1400°C ;以及 在氨氣及900 - 1200°C的溫度下，將Eu3+還原成Eu2+，以得到如權利要求1所述的黃光 螢光材料。
10. 如權利要求9所述的製備方法，其中在還原步驟前，更包含均質化煅燒後的產物。
【文檔編號】H01L33/50GK104449722SQ201410658937
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2010年12月20日 優先權日:2010年12月20日
【發明者】陳登銘, 黃健豪 申請人:財團法人交大思源基金會