CN202308057U - 白光发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种白光发光装置，包含：一基板；一激发光源，位于该基板上；以及一包覆该激发光源的发光层。该发光层包含由晶种法制得、具有通式(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy的硅酸盐荧光粉，其中0≤2-x-y＜2.0、0≤x＜2.0、0＜y＜0.5、且M为Mg、Ca或Sr或它们的任意比例组合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种白光发光装置，尤其涉及一种其发光层包含一由晶种法制得、具通式(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy(0≤2-x-y＜2.0、0≤x＜2.0、0＜y＜0.5、且M为Mg、Ca或Sr或它们的任意比例组合)的硅酸盐荧光粉的白光发光装置。
背景技术
近年由于节能议题及环保意识抬头，发光二极管已成为全球最受瞩目的新兴产品，并逐渐取代传统照明设备，发光二极管具有小尺寸(可顺应设备微型化的趋势)、耗电量低(用电量为一般灯泡的八分之一至十分之一，日光灯的二分之一)、寿命长(可达10万小时以上)、发热量低(热辐射低)、反应速度佳(可高频操作)等优点，可解决传统照明装置所无法解决的问题。发光二极管也因兼具省电与环保概念而被誉为“绿色照明光源”。
就目前现有的二极管而言，因半导体材料大多存在特定的发射波长，故无法仅由单个发光二极管来实现具全光谱波段的白光发光装置。为此，业界已发展出结合数个不同波段的二极管芯片于一基板上的白光发光装置，可藉由控制电流来调配各芯片的发光强度，进而混色成所欲的白光。然而，该类装置存在体积过大、混色不均等缺点，难以应用于需要高照度的照明装置上。更甚者，该类装置在运作时会产生大量的热能而增加芯片故障的机率，且若其中一芯片失效，只能淘汰更换整个基板，因而大幅降低装置的使用效益。
鉴于此，本实用新型提供一种白光发光装置，其不存在上述缺点且具有优异的发光效率及较长的使用寿命。
发明内容
本实用新型提供一种白光发光装置，包含一基板、一激发光源以及一包覆该激发光源的发光层，其中该发光层包含具通式(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy(0≤2-x-y＜2.0、0≤x＜2.0、0＜y＜0.5、且M为Mg、Ca或Sr或它们的任意比例组合)的硅酸盐荧光粉，且该硅酸盐荧光粉是经由烧结(sintering)一前驱物而制得，该前驱物包含一该硅酸盐荧光粉的晶种。
本实用新型提供一种白光发光装置，包含：基板；激发光源，位于该基板上；以及包含由晶种法制得的硅酸盐荧光粉的发光层，其中该发光层是包覆该激发光源。
前述的白光发光装置，其中该发光层是包含(Ba0.5Sr1.38)SiO4:Eu0.12的发光层。
前述的白光发光装置，其中该发光层由环氧树脂或光学硅胶所构成的发光层。
前述的白光发光装置，其中该激发光源是发光二极管或雷射二极管。
前述的白光发光装置，其中该激发光源波长330纳米至360纳米或400纳米至500纳米。
前述的白光发光装置，其中该发光层是包含补色荧光粉的发光层。
前述的白光发光装置，其中该补色荧光粉是蓝色荧光粉。
为让本实用新型之上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文以部分具体实施方式进行详细说明。
附图说明
图1所示为本实用新型白光发光装置的一具体实施方式的示意图。
图2所示为实施例的硅酸盐荧光粉A的扫描式电子显微镜影像。
图3所示为实施例的硅酸盐荧光粉A于波长为460纳米的激发 光照射下的放射光谱。
图4所示为实施例的硅酸盐荧光粉A的热特性趋势图。
1：发光装置 2：发光层
3：激发光源 4：基板
5：硅酸盐荧光粉
具体实施方式
以下将参照附图以更充分地描述本实用新型的部分具体实施方式。本实用新型尚可以多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于说明书所例示的实施方式。此外，在附图，为明确起见可能夸示各对象及区域的尺寸，而未按照实际比例绘示。同时，除非文中有另外说明，在本说明书中(尤其是在权利要求书中)所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式。
图1为本实用新型的发光装置的一实施方式的示意图。如图1所示，发光装置1包含一基板4、一位于基板4上的激发光源3以及一包覆激发光源3的发光层2，其中发光层2包含具有通式(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy(0≤2-x-y＜2.0、0≤x＜2.0、0＜y＜0.5、且M为Mg、Ca或Sr或它们的任意比例组合，例如当M为Mg及Ca的组合时，M的组成为MgnCa1-n(0＜n＜1))的硅酸盐荧光粉5。本实用新型利用激发光源3所发射的光来激发发光层2中的硅酸盐荧光粉5以产生一荧光，剩余的发射光并与该荧光混色成所欲的白光。该设计仅须使用单个二极管芯片，能减少装置体积，且因硅酸盐荧光粉5均匀分布在发光层2之中，故混色效果均匀。再者，发光层2可保护激发光源3，避免其与空气直接接触，降低发光装置1因接触空气中的水气而故障的机率。此外，硅酸盐荧光粉5具有优异的热稳定性，可增长装置的使用寿命。
本实用新型采用具有通式(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy(0≤2-x-y＜2.0、0≤x＜2.0、0＜y＜0.5、且M为Mg、Ca或S r或它们的任意比例组合)的硅酸盐荧光粉，其具有良好的热稳定性且可藉由波长约330纳米 至约360纳米(紫外光范围)及/或约400纳米至约500纳米(蓝光范围)的光照射而发射出波长约540纳米至约590纳米的黄绿光。根据色彩加成原理，蓝光可与黄绿光混色成白光。因此，在本实用新型的一具体实施方式中，采用发蓝光的激发光源3与仅含(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy硅酸盐荧光粉5单一种荧光粉的发光层2的组合。然，本实用新型亦可使用发紫外光的激发光源，当使用紫外光激发光源时，此时发光层2必须根据色彩混色原理搭配使用一或多种其它补色荧光粉(如可受紫外光激发产生蓝光的荧光粉)以与硅酸盐荧光粉所发射的黄绿光混色，提供白光。本领域技术人员在观得本说明书揭露内容后，可依其通常知识根据比尔定律(Beer′s law)简单调配这些补色荧光粉的比例，提供所欲的白光。
本实用新型采用的硅酸盐荧光粉较佳是透过固态反应的晶种法制得，所述固态反应的晶种法包含提供一前驱物以及对该前驱物进行烧结，其中该前驱物包含一与所欲硅酸盐荧光粉具相同通式的晶种，从而利用晶种作为成长核以外延成长尺寸较大且较具高结晶度的硅酸盐荧光粉，以及减少硅酸盐荧光粉的表面缺陷。
晶种可以任何合宜的方法制得，只要其通式为(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy即可。举例言之，可以固态反应法所制得的荧光粉为晶种。在本实用新型一具体实施方式中，采用相同的反应温度、时间及氛围的固态反应法来制备所使用的晶种与最终硅酸盐荧光粉产物，仅后者(即，最终硅酸盐荧光粉产物)的反应前驱物另包含前者(即，晶种)。此即，先以选定的前驱物及热处理工艺来制备具所欲元素配比的硅酸盐荧光粉，作为晶种，而后再以本实用新型，将所得的晶种混入相同前驱物组合中，并以相同的热处理条件来制备所欲的硅酸盐荧光粉。
在固态反应的晶种法中，考虑晶体成长效益，以前驱物的重量计，较佳是在荧光粉前驱物中含有约1重量％至约50重量％、尤佳约5重量％至约20重量％的晶种。若晶种的含量小于1重量％，无法具体呈现添加晶种的功效；而若晶种的含量大于50重量％，此时将因前 驱物其它成分的含量过低，而使晶体成长的功效不明显。晶种的尺寸并无特殊限制，然而为提供微米级大小的硅酸盐荧光粉以提高其于发光层中的分散性并提供较佳的发光效益，较佳是使用小于50微米的晶种。在本实用新型一实施方式中，使用粒径约10微米至约20微米的晶种。
荧光粉前驱物可包含Ba、M(Mg、Ca或Sr或它们的任意比例组合)、Si及Eu的各自盐类(包含其盐类的水合物)的组合。以M为Sr为例，该前驱物可包含：Si的氧化物、硝酸盐或碳酸盐或它们的混合物；Eu的氧化物、硝酸盐或碳酸盐或它们的混合物；Ba的氧化物、硝酸盐或碳酸盐或它们的混合物；以及Sr的氧化物、硝酸盐或碳酸盐或它们的混合物。前驱物中的Ba盐、M的盐、Si盐及Eu盐的比例，视所欲形成的硅酸盐荧光粉(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy(M的种类及x、y及2-x-y的值如前文的定义)中Ba、M、Si及Eu的化学剂量比(stoichiometric proportion)而定。例如，当采用BaCO3、SrCO3、SiO2及Eu2O3所混成的前驱物来制备具通式(Ba0.5Sr1.38)SiO4:Eu0.12的硅酸盐荧光粉时，此时Ba∶Sr∶Si∶Eu的摩尔比为0.5∶1.38∶1∶0.12，因此BaCO3∶SrCO3∶SiO2∶Eu2O3的摩尔比须为0.5∶1.38∶1∶0.06。基于本说明书的教示，本技术领域技术人员可依其通常知识使用不同原料及配比，来制备具所欲通式的硅酸盐荧光粉。
在配制好硅酸盐荧光粉的前驱物后，即可对其进行一烧结步骤，以达到成长所欲硅酸盐荧光粉晶粒的目的。其中，为有效控制所制得荧光粉的质量稳定性，较佳是在烧结步骤前，先对该前驱物进行一煅烧(calcinating)步骤，使其它非所欲的物质氧化脱逸，随后再进行该烧结步骤，以更确保晶体可在无杂质干扰的情况下稳定成长，形成所欲的硅酸盐荧光粉。此外，如本说明书具体实施方式所示，可视需要于前述烧结处理后，在还原氛围下进行再一次烧结，以将晶体中的Eu3+还原为Eu2+，增进所制得的硅酸盐荧光粉的发光效果。
制备本实用新型中所用的硅酸盐荧光粉时所涉的烧结及煅烧的操作条件(如热处理温度、升/降温速率)是如一般固态反应法所采用的方法，取决于所用前驱物的成分，且其温度应不低于前驱物各成分的热分解温度。举例言之，当使用BaCO3、SrCO3、SiO2及Eu2O3混成所欲的前驱物来形成硅酸盐荧光粉时，可先于空气氛围下，以约900℃至约1100℃的温度进行一煅烧处理；再于空气氛围下，以约1100℃至约1500℃的温度进行一烧结处理；最后再视需要于惰性气体(如H2/N2)氛围下，以约1100℃至约1500℃的温度进行再一次的烧结。本领域技术人员于观得本说明书的揭露内容后，当可依其通常知识，视所采用前驱物组成而选用合宜的操作条件来制得所欲的硅酸盐荧光粉。
就白光发光装置的基板而言，本实用新型可使用任何适用于电子装置的基板，如蓝宝石基板，较佳是经过散热处理的蓝宝石基板，但不以此为限。
除硅酸盐荧光粉外，本实用新型的白光发光装置的发光层主要是由透光性材料所构成，例如在本实用新型的部分具体实施方式中所用的环氧树脂，或不会随时间黄化的光学硅胶。此外，为提高发光装置的色温及演色性，发光层可包含其它波长的荧光粉，例如红光荧光粉(如硫化锌荧光粉)或蓝光荧光粉(如BaMgAl10O17:Eu2+)等，其用量端视使用者所欲的发光效果而定。
本实用新型的白光发光装置的激发光源可为任何合宜形式的发光源，只要能放射具所需波长的激发光以达所欲发光效果即可。一般而言，是采用发光二极管作为发光光源，如氮化镓二极管，其可发出波长约420纳米至约460纳米的蓝光或波长约330纳米至约360纳米的紫外光；或者，亦可采用能提供单一波长的激发光源的雷射二极管。
以下将以(Ba0.5Sr1.38)SiO4:Eu0.12硅酸盐荧光粉及氮化镓发光二极管的组合的实施例进一步说明本实用新型。
实施例
[晶种的制备]
依0.5∶1.38∶1∶0.06的摩尔比例秤取BaCO3、SrCO3、SiO2及Eu2O3，并研磨所得混合物以作为前驱物。利用该前驱物按照下述操作制备晶种。
将前驱物置于高温炉中，在空气氛围下以5℃/分钟的速率升温至约1000℃，在约1000℃进行煅烧，历时约6小时，随后以5℃/分钟的速率冷却至室温，将所得的产物以研钵研磨至均匀粉状。接着，将该粉体置于高温炉中，在空气氛围下以5℃/分钟的速率升温至约1250℃，在约1250℃进行烧结，历时约6小时，随后以5℃/分钟的速率冷却至室温，将所得产物以研钵研磨至均匀粉状。最后，将该粉体置于高温炉中，在H2/N2(5％/95％)氛围下以5℃/分钟的速率升温至约1250℃，在约1250℃进行烧结，历时约6小时，随后以5℃/分钟的速率冷却至室温，并将所得的产物以研钵研磨至均匀粉状，获得粒径为约10微米至约20微米的晶种(Ba0.5Sr1.38)SiO4:Eu0.12。
[硅酸盐荧光粉A的制备]
重复晶种的制备工艺以制备所要的硅酸盐荧光粉A(Ba0.5Sr1.38)SiO4:Eu0.12。其制备区别仅在：在前驱物中添加10重量％(以前驱物之重量计)的晶种。
使用Hitachi S-2400对硅酸盐荧光粉A进行电子显微镜扫瞄，影像如图2所示。由图2可知，硅酸盐荧光粉A的粒径为约15微米至约30微米。
使用FluoroMax-3光谱仪对硅酸盐荧光粉A进行放射光谱的测量(在波长为460纳米的光的激发下)，结果如图3所示，可发现硅酸盐荧光粉A的放射光为波长约550纳米的黄绿光。
最后，使用FluoroMax-3光谱仪量测硅酸盐荧光粉A在空气中在25℃至300℃的循环温度下的发光强度，其结果如图4所示。从图4中可知，硅酸盐荧光粉A在150℃下的发光强度仍高达常温(25℃)时的80％，且在历经此热循环测试后，其放发光强度与循环测试前无太大变化，此证实了硅酸盐荧光粉A具有良好的热稳定性。
[白光发光装置的制备]
混合荧光材料A与环氧树脂后提供一封装胶体。使用该封装胶体封装一接合有一氮化镓发光二极管的蓝宝石基板并于150℃下固化形成发光层，制得本实用新型的白光发光装置。
综上，本实用新型所提供的新颖白光发光装置不仅可克服传统白光装置的体积庞大及混色效果不佳等缺点，且所用的硅酸盐荧光粉具有优异的热稳定性可延长白光发光装置的使用寿命。
虽然参照附图阐述了本实用新型的实施例，但本实用新型并非局限于该确切的实施例，而本领域技术人员可对本实用新型进行修改或变更，此类修改或变更皆应包括在权利要求书所保护的本实用新型范围内。
Claims (4)
1.一种白光发光装置，其特征在于，包含：
基板；
激发光源，位于该基板上；以及
包含由晶种法制得的硅酸盐荧光粉的发光层，其中该发光层是包覆该激发光源。
2.根据权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于，其中该发光层由环氧树脂或光学硅胶所构成的发光层。
3.根据权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于，其中该激发光源是发光二极管或雷射二极管。
4.根据权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于，其中该激发光源波长330纳米至360纳米或400纳米至500纳米。
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|---|---|---|---|---|
| JP2018154812A (ja) * | 2017-03-15 | 2018-10-04 | 日亜化学工業株式会社 | アルミン酸塩蛍光体の製造方法、アルミン酸塩蛍光体及び発光装置 |
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2011
- 2011-04-15 TW TW100206661U patent/TWM417657U/zh not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| JP2018154812A (ja) * | 2017-03-15 | 2018-10-04 | 日亜化学工業株式会社 | アルミン酸塩蛍光体の製造方法、アルミン酸塩蛍光体及び発光装置 |
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| TWM417657U (en) | 2011-12-01 |
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