CN101928560B - 一种可由紫外光激发的蓝光荧光材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是揭示一种镓锌氧氮化合物荧光材料及制备方法，该镓锌氧氮化合物荧光材料为Ga_2-xZn_xO_3-yN_y，其中2＞x＞0，3＞y＞0；其是由包含有镓的第一反应物、包含有锌的第二反应物、包含有氮的第三反应物及氧所制备而成。此荧光材料主要以氧缺陷为材料本质的发光中心，无须掺杂稀土族元素即可产生荧光效应。此荧光材料于紫外光激发下，可产生蓝光光谱，而于CIE坐标座落于高色纯度蓝光的区域。

Description

一种可由紫外光激发的蓝光荧光材料及其制备方法

技术领域

本发明是关于一种镓锌氧氮化合物荧光材料Ga_2-xZn_xO_3-yN_y(其中2＞x＞0，3＞y＞0)及制备方法。

背景技术

白光发光二极管(white light emitting diodes；WLEDs)的制造方法有数种：第一种为蓝色LED芯片上涂布黄色荧光粉，第二种是在蓝色LED芯片上涂布绿色和红色荧光粉，第三种是利用红、绿、蓝三基色LED芯片混合形成白光，第四种是在紫外光LED芯片上涂布三基色或多种颜色的荧光粉。

自1996年日本日亚化学公司发表GaN蓝色芯片涂布YAG:Ce³⁺黄色荧光粉形成白光发光二极管后，世界各国均投入大量资金与人力于此相关领域研究。白光LED相较于传统白炽灯泡，拥有寿命长、耗电量低、体积小、反应速度快、耐震性佳等优点，逐渐取代传统照明设备，然现阶段白光LED在发展上仍需克服散热、亮度不足以及价格偏高等问题。因此，目前白光LED在照明市场的应用仍以辅助照明为主，如手电筒、车内小灯或建筑装饰用灯等。预期未来白光LED将可望取代传统照明产品，成为全球照明市场的新主流。

除封装技术之外，所选用的荧光粉也是影响光源发光效率的重要因素，因此如何改善荧光粉的成份藉以增加荧光转换效率，也是世界各大光电半导体厂与照明大厂兵家力争的一块大饼。传统单一蓝光芯片激发黄光荧光粉所形成的白光，其演色性不佳，导致被照射物色彩饱和度差，降低了商业照明的使用价值。经过多年的研究与发展，发现利用高效率的紫外光发光二极管(UV-LED)作为激发光源，是未来白光发光二极管成为照明装置的另一选择。由于UV-LED的技术已渐趋成熟，为配合其发光波长以制备高效率与高亮度的白光发光二极管，因此发展UV-LED激发源的荧光材料渐趋重要。

习知技术中，揭示化学式为xZnO+(2-x-y/2)Ga₂O₃+yAl₂O₃:zMn²⁺的铝氧化合物作为绿色荧光材料，可受UV-LED激发，发射出绿色光范围的波长，藉由调控组成元素比例，经UV-LED激发产生不同放射波长。另一习知技术中则揭示化学式为ZnO·Ga₂O₃:xDy的化合物作为蓝色荧光材料。

发明内容

本发明揭示一种镓锌氧氮化合物荧光材料，其通式为Ga_2-xZn_xO_3-yN_y，其中2＞x＞0，3＞y＞0。

本发明揭示一种镓锌氧氮化合物荧光材料，其主要以氧缺陷为材料本质的发光中心，无须掺杂稀土族元素即可产生荧光效应。

本发明揭示一种镓锌氧氮化合物荧光材料，其于紫外光激发下，可产生蓝光光谱，而于CIE坐标座落于高色纯度蓝光的区域。

本发明揭示一种镓锌氧氮化合物荧光材料的制备方法，其是利用固态反应法制备而成。

附图说明

图1是本发明的实施例所制备的Ga_2-xZn_xO_3-yN_y(x＝1，y＝0.03)样品的X光粉末绕射图谱。

图2A和图2B是本发明的实施例所制备的Ga_2-xZn_xO_3-yN_y(x＝1，y＝0.03)样品的(A)光激发与(B)光发射的光谱图。

图3是将图2B的光放射光谱以程序转换所得于CIE色度坐标图。

实施方式

于本发明的优选实施例中，揭示荧光材料为Ga_2-xZn_xO_3-yN_y，其中2＞x＞0，3＞y＞0；本实施例中选择x＝1，y＝0.03，以固态反应法合成，其制作方法如下：

一、首先依化学计量比分别取含有镓的第一反应物，如：Ga₂O₃；含有锌的第二反应物，如：ZnO；以及含有氮的第三反应物，如：CH₄N₂O；使其形成配方为Ga_2-xZn_xO_3-yN_y。

二、以研钵研磨并充分混合后，将均匀混合物置于氧化铝坩锅中，再将氧化铝坩锅置入高温炉于200℃～900℃加热1～3小时。本实施例是在空气气氛环境下，以5℃/min的升温速率加热至所需反应温度后再持续加热1小时，接着再以5℃/min的降温速率冷却至室温。再取出并以研钵研磨，使其成为颗粒均匀的粉末，即得到镓锌氧氮化合物荧光粉体(GaZnO_2.67N_0.33)。

上述的各反应物，例如Ga₂O₃、ZnO、CH₄N₂O可直接于市售的商品取得。此外，反应物Ga₂O₃可以Ga(CH₃COO)₂与GaO代替；反应物ZnO可直接以金属锌经过氧化处理所制得，再与本实施例中其它反应物进行后续的制程。

根据本发明实施例所制备的Ga_2-xZn_xO_3-yN_y(x＝1，y＝0.03)样品，以X光粉末绕射仪鉴定其晶相纯度，结果如图1所示。将本发明不同反应温度合成的样品与标准氧化镓化合物(ICSD no：11-0370)X光粉末绕射图谱比较(图中为不同反应温度(a)200℃(b)300℃(c)400℃(d)500℃形成化合物)：可知反应温度200℃至400℃时，本发明实施例所合成的镓锌氧氮化合物荧光体为类似氧化镓的化合物，具单斜晶系(monoclinic)的结构，其中锌占据部份镓的位置，氮占据部份氧的位置，并产生氧缺陷。此镓锌氧氮化合物荧光体可产生荧光效应主要是以氧缺陷为材料本质的发光中心，因而无须掺杂其它稀土族元素。若反应温度至500℃时，将有杂相产生(请见图1中(d)绕射图谱中灰色圆标签位置)。

参考图2A及图2B，分别为荧光材料Ga_2-xZn_xO_3-yN_y(x＝1，y＝0.03)的激发(excitation)光谱图与放射(emission)光谱图。由图2A中可知，此荧光材料适合被紫外光激发，其激发光源可为波长介于300～400nm间的发光二极管或等离子体，即本发明的荧光粉适合宽波长的激发。此外于图2B中亦可看出，于300～330nm激发光源下，可得最佳的发光强度其波长约于400～450nm，此乃为蓝色荧光粉。本实施例利用不同反应温度烧结，可由放射光谱图2B得知反应温度于300℃时，其发光强度最强；但温度增加至500℃时，由于杂相的产生造成发光强度几乎消失。

将图2B各反应温度所得放射光谱的数据以1931年由国际照明委员会(Commission International de 1’Eclairage，CIE)所制定的色度坐标图(Chromaticity diagram)的公式换算成各荧光体所代表的色度坐标(见表1)，标示于图3。图中各点是将Ga_2-xZn_xO_3-yN_y(x＝1，y＝0.03)各反应温度放射光谱以程序转换所得于色度坐标模拟的位置，而中间白色处所代表的是理论的白光位置(0.31，0.32)。由色度坐标位置可知本发明实施例所制备的荧光材料位于蓝色的坐标位置，其色纯度非常高，且各不同反应温度其坐标差异很小。

表1

样品	X	Y
			200℃	0.1469	0.0431
300℃	0.1433	0.0509
			400℃	0.1424	0.0534
500℃	0.1385	0.0620

以上提供的实施例是用以描述本发明不同的技术特征，但根据本发明的概念，其可包括或运用于更广泛的技术范围。须注意的是，实施例仅用以揭示本发明制程、装置、组成、制造和使用的特定方法，并不用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。因此，本发明的保护范围，当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种镓锌氧氮化合物荧光材料，该荧光材料通式为Ga_2-xZn_xO_3-yN_y，其中2＞x＞0，3＞y＞0，于紫外光激发下，该荧光材料可产生蓝光光谱。

2.如权利要求1所述的镓锌氧氮化合物荧光材料，该荧光材料通式中x为1，y为0.33。

3.如权利要求1所述的镓锌氧氮化合物荧光材料，该荧光材料具有至少一氧缺陷，该氧缺陷可作为发光中心。

4.如权利要求1所述的镓锌氧氮化合物荧光材料，该荧光材料无稀土族元素。

5.如权利要求1所述的镓锌氧氮化合物荧光材料，该荧光材料于300～400nm波长的光源照射下，可放出蓝色的荧光；其中该300～400nm波长的光源可来自发光二极管或等离子体。

6.一种镓锌氧氮化合物荧光材料的制备方法，包含：

将包含有镓的第一反应物、包含有锌的第二反应物、包含有氮的第三反应物混合成混合物；及

将该混合物在空气气氛中加热形成镓锌氧氮化合物荧光材料，该荧光材料通式为Ga_2-xZn_xO_3-yN_y，其中2＞x＞0，3＞y＞0，于紫外光激发下该荧光材料可产生蓝光光谱。

7.如权利要求6所述的镓锌氧氮化合物荧光材料的制备方法，其中该含有镓的第一反应物至少包含一种选自三氧化二镓(Ga₂O₃)、乙酸镓(Ga(CH₃COO)₂)及一氧化镓(GaO)的材料。

8.如权利要求6所述的镓锌氧氮化合物荧光材料的制备方法，其中该含有锌的第二反应物至少包含一氧化锌(ZnO)，或该含有锌的第二反应物直接经过氧化处理所制得。

9.如权利要求6所述的镓锌氧氮化合物荧光材料的制备方法，其中该含有氮的第三反应物至少包含尿素(CH₄N₂O)。

10.如权利要求6所述的镓锌氧氮化合物荧光材料的制备方法，其中将该混合物于空气环境下，以200℃～400℃加热1～3小时。

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