CN102234510A - 荧光材料与白光发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种荧光材料与白光发光装置，荧光材料具有如下结构式：(Re1-yBay)3-x(Rg)5O12:Cex；其中Re为Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd、Sm或上述的组合；Rg为Al、Ga、In或上述的组合；0＜x＜3；以及0＜y＜1。本发明的荧光材料与白光发光装置，制备过程简单且迅速，易大量生产；材料本身具有高热稳定度与高发光强度的优点，极具产业界应用价值。

Description

荧光材料与白光发光装置
技术领域
本发明涉及于一种具高热稳定性的荧光材料，尤其涉及一种荧光材料与白光发光装置。
背景技术
1962年，通用电气公司的Nick Holonyak Jr.开发第一种实际应用的可见光发光二极管。1970年代，开发出以磷化镓(GaP)与磷化砷镓(GaAsP)为材质的LED，发光波长主要为红、黄、橘、绿等光，应用于指示灯及数字显示。1991年，因开发出以磷化铝镓铟(InGaAlP)制成的LED，使得LED产业开始朝高亮度发展，应用于交通信号灯、汽车煞车灯、尾灯等。1991年日本日亚化工(Nichia Corporation)的中村修二(Shuji Nakamura)发明以氮化镓(GaN)与铟氮化镓(InGaN)为材质的LED，发光区域为蓝紫光，为全球第一个商业化的蓝紫光LED产品，使蓝光开始应用于手机按键背光源与全彩广告牌上。1996年日亚化工首次将LED芯片搭配于蓝光激发下能够放射黄光的(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce3+(YAG)荧光粉，制备出商业化的白光LED。由于白光成色过程中，部分蓝光必须参与混色以获得白光，因此有色温(Colortemperature)偏高的问题，特别在高电流操作时，色温升高的问题将更严重。另外，YAG荧光粉在高温环境下，其发光效率会随温度增加而降低。
在1999年Shimizu等人在美国专利第5,998,925号所揭示，内容为使用蓝光芯片搭配荧光粉混成白光，其中所描述的荧光粉为包含有Y、Lu、Sc、La、Gd、Sm一组中所选出的至少一元素以及自Al、Ga与In一组中所选出至少一元素，由铈致活的石榴石(Garnet)以荧光体为其特征。其所使用的荧光粉在高温下易发生热衰竭现象而不具高热稳定性的功效。
综上所述，目前亟需新的荧光材料配方，以符合高热稳定度与高发光强度的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种荧光材料与白光发光装置，以符合高热稳定度与高发光强度的需求。
本发明提供一种荧光材料，具有如下结构式：(Re1-yBay)3-x(Rg)5O12:Cex；其中Re为Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd、Sm或上述的组合；Rg为Al、Ga、In或上述的组合；0＜x＜3；以及0＜y＜1。
本发明提供一种白光发光装置，包括发光层，所述发光层包括上述的荧光材料；以及激发光源以激发荧光材料；其中激发光源的波长为200nm至400nm的紫外光或400nm至420nm的蓝光。
本发明的荧光材料与白光发光装置，制备过程简单且迅速，易大量生产；材料本身具有高热稳定度与高发光强度的优点，极具产业界应用价值。
附图说明
图1为本发明一实施例的白光发光装置的示意图；
图2a为本发明一比较例的Y2.8Al5O12:Ce0.2的X光粉末绕射图谱；
图2b为本发明一实施例的(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2的X光粉末绕射图谱；
图3a为本发明一比较例中的Y2.8Al5O12:Ce0.2的EDS图谱；
图3b为本发明一实施例的(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2的EDS图谱；
图4为本发明一比较例的Y2.8Al5O12:Ce0.2产物一实施例的(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2产物在460nm激发下的放射光谱图；
图5为本发明一比较例的(Y2.8Ce0.2)Al5O12产物与一实施例的(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2产物的热稳定度比较图。
主要元件符号说明：
10～白光发光装置；    11～基板；
13～芯片；            15～发光层。
具体实施方式
本发明提供一种具高热稳定性的荧光材料具有结构式如(Re1-yBay)3-x(Rg)5O12:Cex；其中Re为Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd、Sm或上述的组合；Rg为Al、Ga、In或上述的组合；0＜x＜3；以及0＜y＜1。在本发明一实施例中，荧光材料的组成可为(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2。
上述的荧光材料经由蓝光(400nm至480nm)激发后，可放射出主峰近似于564nm的黄光。上述用以发出蓝光的激发光源可为发光二极管或雷射二极管。
上述荧光材料的形成法为固态反应法，首先依化学计量秤取适当莫耳比的试剂。含Ba的试剂可为硫酸化物如BaSO4、碳酸化物如BaCO3、或卤化物如BaF2。含Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd、Sm的试剂可为氧化物如Y2O3，或硝酸物如Tb(NO3)3。含Al、Ga、或In的试剂可为氧化物如γ-Al2O3、Ga2O3、或In2O3。含Ce的试剂可为氧化物如CeO2。取当量比的上述试剂均匀混合后研磨，接着放入坩埚后置入高温炉，在1300-1500℃的还原氛围下(N2/H2(5％))烧结8-16小时后，即可得上述的荧光材料。
在本发明一实施例中，荧光材料经蓝光激发后放射黄光。在此实施例中，可将上述的荧光材料搭配组合紫外线可激发的蓝光荧光材料，并搭配可发出近紫外线的发光二极管或雷射二极管等激发光源，以制成白光发光二极管或白光雷射二极管光源。上述蓝光荧光材料包括BaMgAl10O17:Eu2+、(Ba，Sr，Ca)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+、2SrO*0.84P2O5*0.16B2O3:Eu2+、Sr2Si3O8*2SrCl2:Eu2+(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)3B2O6:Eu2+或其它合适的蓝光荧光材料。若使用紫外线激发蓝光材料产生蓝光，再以蓝光激发本发明的黄光材料产生黄光，且蓝光与黄光组合后形成白光，则属于“间接激发”的应用方式。若使用发出蓝光的发光二极管或雷射二极管直接搭配上述黄光材料，则属于“直接激发”的应用方式。
若采用直接激发模式，可将上述黄光荧光材料均匀混合分散于透明光学胶作为发光层15，如图1所示。接着以发光层15封装位于基板11上可发出蓝光的发光二极管或雷射二极管的芯片13，即完成白光发光装置10。若采用间接激发模式，可将上述黄光/蓝光荧光材料依最佳比例均匀混合分散于透明光学胶作为发光层，接着以发光层15封装位于基板11上可发出紫外线的发光二极管或雷射二极管的芯片13，即完成白光发光装置10。不过值得注意的是，以紫外光做激发光源，在白光发光装置10最外侧应设置紫外光滤光片或利用其它紫外光隔绝方式，以避免对人体或眼睛造成伤害。
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例结合附图，作详细说明如下：
比较例1
参照化学式Y2.8Al5O12:Ce0.2按比例秤取Y2O3、CeO2、Al2O3作为起始原料，称取适当原料在研钵均匀混合研磨后，将此粉体置于1300-1500℃还原气氛[N2/H2(5％)]烧结8-16小时，使其发光中心Ce4+还原至Ce3+，可得黄色产物。
实施例1
参照化学式(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2按比例秤取Y2O3、CeO2、Al2O3与BaF2适当原料在研钵均匀混合研磨后，将此粉体置于1300-1500℃还原气氛[N2/H2(5％)]烧结8-16小时，使其发光中心Ce4+还原至Ce3+，即可得黄色产物。
根据本发明实施例以固态合成法制备的Y2.8Al5O12:Ce0.2产物与(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2产物的X光粉末绕射图谱鉴定其晶相纯度，分别如图2a及图2b所示。由结构精算得知，表1为比较例1的晶格参数与信赖指数，其中χ2＝3.41、Rwp＝8.83％与Rp＝5.68％，晶格参数为a＝b＝c＝12.0225(1)
Figure GSA00000103237800041
晶格体积为1737.73(8)
Figure GSA00000103237800042
表2为实施例1的晶格参数与信赖参数(reliabilityfactors)，其中χ2＝3.66、Rwp＝9.55％与Rp＝5.95％，晶格参数为a＝b＝c＝12.02854(6)
Figure GSA00000103237800051
晶格体积为1740.35(9)由信赖参数得知本发明实施例所合成的两个荧光粉化合物均为纯相。根据Vegard定律，固态材料因掺杂不同大小离子半径的元素，使其结构产生膨胀(expansion)或压缩(compression)效应，而直接影响其晶格大小与体积的变化。故发现以离子半径较大的Ba2+离子(1.49
Figure GSA00000103237800053
)取代Y2+离子(1.04)将造成其晶格参数与晶格体积均具膨胀现象。由此可知，Ba离子已掺杂进入所合成的(Y，Ba)3-xAl5O12:Cex样品中。
表1
Figure GSA00000103237800055
Crystal structure：cubic；Space group：I a-3d；a＝b＝c＝12.0225(1)Cell volume＝1737.73(8)
Figure GSA00000103237800057
χ2＝3.41，Rp＝5.68％，Rwp＝8.83％.
表2
Figure GSA00000103237800058
Crystal structure：cubic；Space group：I a-3d；a＝b＝c＝12.02854(6)
Figure GSA00000103237800059
Cell volume＝1740.35(9)
Figure GSA000001032378000510
χ2＝3.66，Rp＝5.95％，Rwp＝9.55％.
由图3a及图3b所示的能量散布分析仪(Energy Dispersive Spectrometer；简称为：EDS)的图谱比较可发现，实施例1的化合物中已添加Ba离子，且经过比例计算Ba含量为0.6。图4所示为Y2.8Al5O12:Ce0.2与(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2在460nm激发下的放射光谱图。由图3可知，添加Ba的样品有效提升放射强度。图4所示为比较例1合成的(Y2.8Ce0.2)Al5O12与实施例1合成的(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2，以光谱仪系统量测其热稳定度图谱。温度升高时，光谱的放光强度随之降低，此现象称为热淬灭(thermal quenching)。在高温下荧光体的电子被激发至激发态后，获得热能将通过振动(vibration)至更高的振动能阶，而此激发态的能阶若与基态位能曲线具一交叉点(crossingpoint)，即其能量相等，故电子可能跨越此交叉点由激发态跃迁至基态能阶，并经由振动缓解回至基态的最低能阶，结果造成激发能量耗损于晶格中，不贡献于发光。当激发态与基态间的平衡距离差值ΔR越大时，非辐射缓解的机制越易发生。本实施例掺杂原子量较大的Ba离子，使平衡距离差值ΔR减少，进而增大活化能，改善热淬灭现象，进而提升热稳定性。由图5可知，本实施例合成的(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2荧光粉的热稳定性优于(Y2.8Ce0.2)Al5O12荧光粉，此为本发明以Ba离子掺杂取代Y的原因之一。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭示如上，但并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作适当更改或等同替换，因此本发明的保护范围应以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种荧光材料，其特征在于，具有如下结构式：
(Re1-yBay)3-x(Rg)5O12:Cex；
其中Re为Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd、Sm或上述的组合；
Rg为Al、Ga、In或上述的组合；
0＜x＜3；以及
0＜y＜1。
2.根据权利要求1所述的荧光材料，其特征在于，所述结构式为(Y2.2Ba0.6)Al5O12:Ce0.2，经400nm至480nm的蓝光激发后放射一黄光，所述黄光的主放射波峰为564nm。
3.一种白光发光装置，其特征在于，包括：
一发光层，包括权利要求1所述的荧光材料；以及一激发光源以激发所述荧光材料；其中所述激发光源的波长为200nm至400nm的紫外光或400nm至420nm的蓝光。
4.根据权利要求3所述的白光发光装置，其特征在于，所述激发光源包括发光二极管或雷射二极管。
5.根据权利要求3所述的白光发光装置，其特征在于，所述发光层还包括一蓝光荧光材料。
6.根据权利要求5所述的白光发光装置，其特征在于，所述蓝光荧光材料包括BaMgAl10O17:Eu2+、(Ba，Sr，Ca)5(PO4)3(F，Cl，Br，OH):Eu2+、2SrO*0.84P2O5*0.16B2O3:Eu2+或Sr2Si3O8*2SrCl2:Eu2+(Mg，Ca，Sr，Ba，Zn)3B2O6:Eu2+。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107502354A (zh) * 2017-10-11 2017-12-22 哈尔滨工业大学 一种暖白光led用荧光粉及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101376522A (zh) * 2008-10-09 2009-03-04 天津大学 白光发光二极管用荧光粉及制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101376522A (zh) * 2008-10-09 2009-03-04 天津大学 白光发光二极管用荧光粉及制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107502354A (zh) * 2017-10-11 2017-12-22 哈尔滨工业大学 一种暖白光led用荧光粉及其制备方法
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