TW201311608A - 磷組成物及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本文公開具有少量特定微量元素之發射性陶瓷元件。申請人驚訝地發現，較低內部量子效率(IQE)可能是由特定微量元素造成，所述特定微量元素即使在極少量(例如50 ppm或小於50 ppm)之情況下亦可能對內部量子效率造成顯著有害作用。在一些實施例中，發射性陶瓷元件包含石榴石主體材料以及一定量之鈰摻雜劑。在一些實施例中，對於發射性陶瓷元件，組成物中鈉之量可能小於約67 ppm，組成物中鎂之量可能小於約23 ppm，或組成物中鐵的量可能小於約21 ppm。

Description

磷組成物及其製備方法 【相關申請案的交叉參考】
本申請案請求2011年8月16日提交的美國申請案第61/524,278號之優先權，所述申請案以全文引用的方式特此併入本文中。
本申請案涉及具有少量特定微量元素(trace elecment)之發射性陶瓷材料。
固態發光裝置(例如發光二極體LED)、有機發光二極體(OLED)或有時稱作有機電致發光裝置(OEL)以及無機電致發光裝置(IEL))已廣泛用於各種應用，例如平板顯示器、各種儀器之指示器、信號牌以及裝飾照明等。隨著此等發光裝置之發射效率持續改良，需要高得多之發光強度的應用(例如汽車前燈以及一般照明)不久就可實現。對於此等應用，白色發光二極體是有前景備選者中之一者，並且已吸引諸多關注。
內部量子效率(Internal quantum efficiency；IQE)是發射性材料產生之光子與所述材料吸收之光子的比率。提高內部量子效率值可改良照明設備之能量效率；但可能難以可靠地獲得具有高內部量子效率之磷光體。
本文公開之一些實施例包含具有少量特定元素之發射性組成物。在一些實施例中，組成物包含石榴石(garnet) 主體材料以及鈰(Ce)摻雜劑，其量足以在發射性組成物曝露於紫外或藍光輻射時產生發光。在一些實施例中，組成物中鈉(Na)之量小於約67 ppm。在一些實施例中，組成物中鎂(Mg)之量小於約23 ppm。在一些實施例中，組成物中鐵(Fe)之量小於約21 ppm。
在一些實施例中，組成物中硼(B)之量小於約9 ppm。
在一些實施例中，組成物中磷(P)之量小於約113 ppm。
在一些實施例中，組成物中鉀(K)的量小於約54 ppm。
在一些實施例中，組成物中鈦(Ti)之量小於約28 ppm。
在一些實施例中，組成物中鉻(Cr)之量小於約2.7 ppm。
在一些實施例中，組成物中銅(Cu)的量小於約1.5 ppm。
在一些實施例中，組成物中鋯(Zr)之量小於約1600 ppm。
在一些實施例中，組成物中銻(Sb)之量小於約18 ppm，在一些實施例中，組成物中鋇(Ba)的量小於約74 ppm，在一些實施例中，組成物中鑭(La)之量小於約17 ppm， 在一些實施例中，組成物中釤(Sm)之量小於約1.2 ppm。
在一些實施例中，組成物中鏑(Dy)的量小於約6.9 ppm。
在一些實施例中，組成物中鈥(Ho)之量小於約7.0 ppm。
在一些實施例中，組成物中鉑(Pt)的量小於約2.0 ppm。
在一些實施例中，石榴石主體材料由式A3B1 2B2 3X12表示，其中：A是由鋰(Li)、鉀、銀(Ag)、鉈(Tl)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、錳(Mn)、鈷(Co)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鈧(Sc)、釔(Y)、鐠(Pr)、釹(Nd)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鈥、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、銦(In)、鉍(Bi)以及鋯組成之族群中選出；B1是由鋰、鈣、錳、鈷、鎳(Ni)、銅、鋅(Zn)、鎘、鈧、釔、鈥、鉺、銩、鐿、鈦、釩(V)、鉻、錳、鈷、鎳、銠(Rh)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦、鈦、鋯、釕(Ru)、錫(Sn)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、銻以及碲(Te)中選出；B2是由鋰、鈷、鋅、鎘、鋁、鎵、鈦、矽(Si)、鍺(Ge)、錫、釩、鈮以及砷(As)組成的族群中選出；並且X是由氧(O)以及氟(F)組成的族群中選出。
在一些實施例中，石榴石主體材料是由Y3Al5O12、(Y1-x,Gdx)3(Al1-y,Gay)5O12、Lu3Al5O12、Tb3Al5O12以及Ca3Sc2Si3O12中選出，其中x在約0.00至約0.50範圍內並 且y在約0.00至約0.50範圍內。在一些實施例中，石榴石主體材料是Y3Al5O12。
在一些實施例中，鈰摻雜劑之量在約0.1原子%至約10原子%範圍內。
在一些實施例中，組成物是經燒結陶瓷元件。
在一些實施例中，發射性陶瓷元件之厚度在約10微米至約1毫米範圍內。
在一些實施例中，組成物是粉末。
在一些實施例中，粉末分散在透明基質中。
在一些實施例中，石榴石主體材料以及鈰摻雜劑之總量是發射性陶瓷元件的至少約90重量%。
在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性陶瓷元件之內部量子效率(IQE)是至少約85%。
本文公開之一些實施例包含以下方法，其包含使本申請案中公開之任何組成物曝露於藍光或紫外輻射。
本文公開之一些實施例包含照明設備，包含：發射藍光或紫外輻射之光源；以及本申請案中公開之任何組成物，其中所述組成物接收藍光或紫外輻射之至少一部分。
本文公開之一些實施例包含發射性陶瓷元件之製備方法，包含燒結具有石榴石主體材料或其化學計量前驅物以及鈰摻雜劑或其前驅物之組成物，其中組成物包含少量特定元素。在一些實施例中，組成物中鈉之量小於約67 ppm。在一些實施例中，組成物中鎂之量小於約23 ppm。在一些實施例中，組成物中鐵的量小於約21 ppm。
在一些實施例中，組成物中硼之量小於約9 ppm。
在一些實施例中，組成物中磷之量小於約113 ppm。
在一些實施例中，組成物中鉀的量小於約54 ppm。
在一些實施例中，組成物中鈦之量小於約28 ppm。
在一些實施例中，組成物中鉻之量小於約2.7 ppm。
在一些實施例中，組成物中銅的量小於約1.5 ppm。
在一些實施例中，組成物中鋯之量小於約1600 ppm。
在一些實施例中，組成物中銻之量小於約18 ppm。
在一些實施例中，組成物中鋇的量小於約74 ppm。
在一些實施例中，組成物中鑭之量小於約17 ppm。
在一些實施例中，組成物中釤之量小於約1.2 ppm。
在一些實施例中，組成物中鏑的量小於約6.9 ppm。
在一些實施例中，組成物中鈥之量小於約7.0 ppm。
在一些實施例中，組成物中鉑的量小於約2.0 ppm。
在一些實施例中，組成物包含：石榴石主體材料之第一前驅物，由硝酸釔、氧化釔以及其組合組成之族群中選出；以及石榴石主體材料之第二前驅物，由氧化鋁、硝酸鋁以及其組合組成之族群中選出。
在一些實施例中，組成物包含硝酸鈰或氧化鈰。
在一些實施例中，組成物包括由Y3Al5O12、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12、Lu3Al5O12、Tb3Al5O12以及Ca3Sc2Si3O12組成之族群中選出的石榴石主體材料。
本文公開之一些實施例包含發射性組成物，其具有石榴石主體材料以及其量足以在發射性組成物曝露於紫外或 藍光輻射時產生發光的鈰摻雜劑。在一些實施例中，組成物中鈉之量小於約67 ppm；組成物中鎂之量小於約23 ppm；組成物中鐵之量小於約21 ppm；組成物中硼的量小於約9 ppm；組成物中磷之量小於約113 ppm；組成物中鉀之量小於約54 ppm；組成物中鈦之量小於約28 ppm；組成物中鉻的量小於約2.7 ppm；組成物中銅之量小於約1.5 ppm；組成物中鋯之量小於約1600 ppm；組成物中銻之量小於約18 ppm；組成物中鋇的量小於約74 ppm；組成物中鑭之量小於約17 ppm；組成物中釤之量小於約1.2 ppm；組成物中鏑的量小於約6.9 ppm；組成物中鈥之量小於約7.0 ppm；並且組成物中鉑之量小於約2.0 ppm。
能夠不斷製造具有高內部量子效率之發射性陶瓷材料可能是一項具有挑戰性之嘗試。有時，出於未知原因，發射性陶瓷材料之內部量子效率可能實質上較低，儘管其表面上是在與具有較高內部量子效率之發射性陶瓷材料相同的條件下製造。申請人驚訝地發現，較低內部量子效率可能是由特定微量元素造成，所述特定微量元素即使在極少量(例如50 ppm或小於50 ppm)之情況下亦可能對內部量子效率造成顯著有害作用。因此，本文公開具有少量特定微量元素之發射性陶瓷材料，所述特定微量元素被申請人鑑別為可能降低內部量子效率。
本文公開之一些實施例包含具有石榴石主體材料以 及一定量鈰摻雜劑之組成物。組成物可以是例如置於透明基質中之發射性經燒結陶瓷或發射性粉末。在發射性組成物曝露於紫外或藍光輻射時，所述量之鈰摻雜劑可有效產生發光。在一些實施例中，在發射性組成物曝露於波長在約400奈米至約500奈米之間的光時，所述量之鈰摻雜劑可產生發光。在一些實施例中，在發射性組成物曝露於波長在約435奈米至約475奈米之間的光時，所述量之鈰摻雜劑可產生發光。在一些實施例中，在發射性組成物曝露於波長在約440奈米至約470奈米之間的光時，所述量之鈰摻雜劑可產生發光。舉例來說，當發射性組成物曝露於波長為約455奈米之光時，所述量之鈰摻雜劑可產生發光。
在一些實施例中，發射性組成物可具有小於約67 ppm的鈉；小於約23 ppm的鎂；以及小於約21 ppm的鐵。在一些實施例中，發射性組成物具有小於9 ppm的硼。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約113 ppm的磷。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約54 ppm的鉀。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約28 ppm的鈦。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約2.7 ppm的鉻。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約1.5 ppm的銅。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約1600 ppm的鋯。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約18 ppm的銻。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約74 ppm的鋇。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約17 ppm的鑭。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約1.2 ppm的釤。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約6.9 ppm的鏑。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約7.0 ppm的鈥。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約2.0 ppm的鉑。
在一些實施例中，發射性組成物具有小於約60 ppm的鈉。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約17 ppm的鎂。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約4 ppm的鐵。
組成物可例如藉由燒結組合件(assembly)而形成發射性元件來製備。因此，「發射性元件」或「發射性陶瓷元件」一般描述可用於照明目的之最終發射性材料，而「組合件」是可燒結形成發射性陶瓷之複合物。根據下文進一步論述，發射性陶瓷元件中存在之微量元素的量可根據用於製備組合件之材料控制。組成物亦可能是例如粉末。在一些實施例中，粉末藉由常規方式製備，例如流動型熱化學合成途徑(例如雷射熱解、火焰噴射、噴射熱解以及電漿體合成)。類似地，粉末中存在之微量元素的量可根據製程之起始物質控制。
發射性組成物中之石榴石主體材料不受特別限制，但是石榴石主體材料不包含大量的會降低內部量子效率之金屬(例如鈉、鎂以及鐵)。在一些實施例中，發射性組成物包括磷光體。鑒於本發明，所屬領域之技術人員應能夠根據數種因素(例如所要白點(即色溫度))藉由考慮不同類型磷光體之吸收以及發射光譜來選擇用於發射性組成物之 磷光體的類型。在一些實施例中，石榴石主體材料可由式A3B1 2B2 3X12表示。A可描述為十二面體配位點，B1可描述為八面體配位點，並且B2可描述為四面體位點。參看例如氧化物以及氟化物石榴石之晶格參數以及離子半徑(Lattice Parameters and Ionic Radii of the Oxide and Fluoride Garnets)，蘭利(Langley)，理查德(Richard)等人，固態化學雜誌(J.of Solid State Chemistry)(30)：79-82(1979)，其以全文引用之方式併入本文中。
A可以是例如鋰、鉀、銀、鉈、鈣、鍶、錳、鈷、鎘、鉛、鈧、釔、鐠、釹、銪、釓、鋱、鈥、鉺、銩、鐿、銦、鉍或鋯。B1可以是例如鋰、鈣、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎘、鈧、釔、鈥、鉺、銩、鐿、鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銠、鋁、鎵、銦、鈦、鋯、釕、錫、鈮、鉭、銻或碲。B2可以是例如鋰、鈷、鋅、鎘、鋁、鎵、鈦、矽、鍺、錫、釩、鈮或砷。X可以是氧或氟。在一些實施例中，A是釔或鋱。在一些實施例中，A是釔。在一些實施例中，B1與B2相同。在一些實施例中，B1是鋁。在一些實施例中，B2是鋁。在一些實施例中，X是氧。
在一些實施例中，石榴石主體材料可以是Y3Al5O12、(Y1-x,Gdx)3(Al1-y,Gay)5O12、Lu3Al5O12、(Tb1-x,Gdx)3(Al1-y,Gay)5O12或Ca3Sc2Si3O12，其中x在約0.00至約0.50範圍內並且y在約0.00至約0.50範圍內。在一些實施例中，石榴石主體材料是Y3Al5O12。
在一些實施例中，石榴石可具有組成A3B5O12，其中 A以及B是由三價金屬中獨立地選出。在一些實施例中，A可由包含(但不限於)釔、釓、鑭、鑥(Lu)以及鋱之元素中選出；B可由包含(但不限於)鋁、鎵、矽以及銦的元素中選出。在一些實施例中，石榴石摻雜有至少一種元素，較佳為稀土金屬。在一些實施例中，稀土金屬是鈰。有用之磷光體的非限制性實例包含Y3Al5O12：Ce、(Y,Tb)3Al5O12：Ce以及(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12：Ce。在一些實施例中，發射性組成物包括射頻(RF)熱電漿體合成之Y3Al5O12：Ce3+(YAG：Ce)。在一些實施例中，發射性組成物包括(Y1-x-y,Gdx,Cey)3Al5O12，其中0x<.50；且0<y<0.05。在一些實施例中，發射性組成物包括(Y1-x-y,Gdx,Cey)3Al5O12，其中0x<.45；並且0<y<0.045。在一些實施例中，陶瓷層包括(Y1-x-y,Gdx,Cey)3Al5O12，其中0x<.40；並且0<y<0.04。在一些實施例中，陶瓷層包含(Y0.64Gd0.35Ce0.01)3Al5O12、(Y0.64Gd0.35Ce0.004)3Al5O12或(Y0.64Gd0.35Ce0.002)3Al5O12。
發射性組成物中鈰摻雜劑之量亦可變化。所屬領域之技術人員可以容易地確定在發射性組成物曝露於紫外或藍光輻射時產生發光之鈰摻雜劑的量。在一些實施例中，鈰摻雜劑之量在約0.01原子%至約10原子%範圍內。鈰摻雜劑之量可以是例如至少約0.02原子%；至少約0.04原子%；至少約0.05原子%；至少約0.075原子%；或至少約0.1原子%。鈰摻雜劑之量可以是例如不超過約10原子%；不超過約5原子%；不超過約2原子%。
在組成物是發射性陶瓷元件之實施例中，發射性元件之厚度可例如藉由待燒結以獲得發射性陶瓷元件之組合件的尺寸來調節。在一些實施例中，發射性元件之厚度在約5微米至約1毫米範圍內。發射性陶瓷元件之厚度可例如為至少約10微米；至少約15微米；或至少約20微米。發射性陶瓷元件之厚度可例如為不超過約1毫米；不超過約900微米；不超過約800微米；不超過約750微米；不超過約600微米；不超過約500微米。
在一些實施例中，石榴石主體材料以及鈰摻雜劑之總量是發射性組成物之至少約90重量%。在一些實施例中，石榴石主體材料以及鈰摻雜劑之總量是發射性組成物之至少約95重量%。在一些實施例中，石榴石主體材料以及鈰摻雜劑之總量是發射性組成物之至少約97重量%。在一些實施例中，石榴石主體材料以及鈰摻雜劑之總量是發射性組成物之至少約99重量%。
發射性組成物亦可視情況包含少量各種其他微量元素(例如硼、鉀、鈦、鉻、銅、鋇、鋯、鑭、釤、磷、鏑、鈥以及/或鉑)。儘管各種微量元素可較佳低於特定臨限值，但本申請案並不限於具有少量此等各種微量元素之發射性組成物。在一些實施例中，發射性組成物具有之各種微量元素(例如硼、鉀、鈦、鉻、銅、鋇、鋯、鑭、釤、磷、鏑、鈥以及鉑)的量大於其所述之臨限值。
在一些實施例中，發射性組成物具有小於約11 ppm的鐵。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約4 ppm 的鐵。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約14 ppm的鈉。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約10 ppm的鎂。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約3 ppm的鎂。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約5 ppm的硼。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約20 ppm的磷。在一些實施例中，發射性組成物具有小於25 ppm的鉀。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約3 ppm的鈦。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約1 ppm的鉻。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約500 ppm的鋯。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約2 ppm的銻。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約5 ppm的鋇。在一些實施例中，發射性組成物具有小於約2 ppm的鑭。在一些實施例中，發射性組成物具有小於4 ppm的鏑。在一些實施例中，發射性組成物具有小於3 ppm的鈥。
在一些實施例中，發射性組成物可包含申請人已發現不會顯著降低量子效率之各種元素。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約0.4 ppm的鎵。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約40 ppm的鈣。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約20 ppm的鉬(Mo)。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約0.7 ppm的硒(Se)。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約0.8 ppm的鋅。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約20 ppm的銪。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約90 ppm的銪。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約5 ppm的鋱。 在一些實施例中，發射性組成物包含至少約5 ppm的鑥。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約15 ppm的鉿(Hf)。在一些實施例中，發射性組成物包含至少約15 ppm的鎢(W)。組成物可包含兩種或兩種以上此等在上述量下不會顯著降低量子效率之元素。
如上文所公開，本文公開之發射性組成物之一優點是其可展現優良內部量子效率。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約85%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約87%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約89%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約90%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約93%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約95%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約97%的內部量子效率(IQE)。在一些實施例中，在曝露於波長為約455奈米之輻射時，發射性組成物展現至少約98%的內部量子效率(IQE)。
發射性元件可使用所屬領域之技術人員已知之標準 方法製備。舉例來說，發射性元件可藉由層壓以及燒結兩個或兩個以上鑄帶(cast tape)形成。美國專利第7,514,721號以及美國公開案第2009/0108507號中公開層壓以及燒結兩個或兩個以上鑄帶之實例以及方法，所述專利及公開案均以全文引用之方式併入本文中。作為另一實例，發射性元件可藉由模製以及燒結磷光體混合物來製備。美國公開案第2009/0212697號以及美國申請案第13/050,746號中公開此等程序之非限制性實例，所述公開案及申請案均以全文引用之方式併入本文中。經燒結陶瓷元件可能是多晶的。在一些實施例中，本申請案之發射性元件可使用具有少量上述微量元素之原材料獲得。
發射性元件可藉由模製以及燒結磷光體混合物製備。美國公開案第2009/0212697號中公開發射性元件之實例以及其製備方法，所述公開案以全文引用之方式併入本文中。圖1繪示藉由模製以及燒結形成複合物之一實施例的製備流程圖。
首先，提供原始石榴石磷光體粉末，例如本文所述之第一石榴石磷光體以及第二石榴石磷光體。原始粉末可使用任何常規或適合方法製備，例如本文所述之流動型的熱化學合成途徑。在一些實施例中，用於製備複合物之磷光體材料之原始粉末典型地是具有奈米尺寸的粒子，其平均粒徑不超過約1000奈米，較佳不超過約500奈米，更佳不超過200奈米。若粒徑大於約1000奈米，則可能極難使總透光率高於約50%，因為所述大粒子即使在高溫以及高壓 燒結條件下亦不易彼此熔合。結果將產生在陶瓷板中保留大量氣泡之趨勢。另一方面，具有奈米尺寸之粒子可容易地彼此熔合，從而使得可製備精細且不含氣泡之陶瓷板。
原材料無需與所得磷光體陶瓷板具有相同之組成或晶體結構。舉例來說，YAG：Ce發射性元件可藉由使用YAG：Ce粉末；含Y-Al-O-Ce之非晶形粉末；YAlO3：Ce與三氧化二鋁(Al2O3)粉末的混合物；三氧化二釔(Y2O3)、三氧化二鋁以及二氧化鈰(CeO2)粉末之混合物以及其任何組合來製造。
在一些實施例中，必要時可使用少量助熔物質(例如燒結助劑)來改良燒結特性。在一些實施例中，燒結助劑可包含(但不限於)矽酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate；TEOS)、膠狀二氧化矽、氧化鋰、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鋇、氧化鈣、氧化鍶、氧化硼或氟化鈣。其他燒結助劑包含(但不限於)鹼金屬鹵化物，例如氯化鈉(NaCl)或氯化鉀(KCl)，以及有機化合物，例如尿素。在一些實施例中，經燒結陶瓷板包括約0.01重量%至約5重量%、約0.05重量%至約5重量%、約0.1重量%至約4重量%或約0.3重量%至約1重量%助熔物質或燒結助劑。燒結助劑可與原材料相互混合。舉例來說，在一些實施例中，可向原材料中加入矽酸四乙酯(TEOS)而提供所要量之燒結助劑。在一實施例中，向發射性元件中提供約0.05重量%至約5重量%矽酸四乙酯。在一些實施例中，矽酸四乙酯的量可在約0.3重量%至約1重量%之間。
在一些實施例中，亦可包含各種塑化劑來降低玻璃轉化溫度以及/或改良陶瓷之柔韌性。塑化劑之非限制性實例包含二羧酸/三羧酸酯類塑化劑，例如鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯二甲酸雙(正丁基)酯、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二異丁酯以及鄰苯二甲酸二正己酯；己二酸酯類塑化劑，例如己二酸雙(2-乙基己基)酯、己二酸二甲酯、己二酸單甲酯以及己二酸二辛酯；癸二酸酯類塑化劑，例如癸二酸二丁酯以及順丁烯二酸酯；順丁烯二酸二丁酯；順丁烯二酸二異丁酯；聚烷二醇，例如聚乙二醇、聚丙二醇以及其共聚物；苯甲酸酯；環氧化植物油；磺醯胺，例如N-乙基甲苯磺醯胺、N-(2-羥基丙基)苯磺醯胺以及N-(正丁基)苯磺醯胺；有機磷酸酯，例如磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯；二醇/聚醚，例如三乙二醇二己酸酯、四乙二醇二庚酸酯；檸檬酸烷酯，例如檸檬酸三乙酯、乙醯基檸檬酸三乙酯、檸檬酸三丁酯、乙醯基檸檬酸三丁酯、檸檬酸三辛酯、乙醯基檸檬酸三辛酯、檸檬酸三己酯、乙醯基檸檬酸三己酯、丁醯基檸檬酸三己酯以及檸檬酸三甲酯；烷基磺酸苯酯；以及其混合物。
在一些實施例中，可藉由向原始粉末中視情況地加入黏合劑樹脂以及溶劑而使混合以及模製製程易於進行。黏合劑是改良經加熱組成物之粒子的黏著性而形成複合物之任何物質。黏合劑之一些非限制性實例包含聚乙烯醇、聚 乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚丁酸乙烯酯、其他水溶性聚合物等。在一些而非所有情形下，黏合劑宜具有足夠揮發性以使其可在燒結階段期間自前驅物混合物中完全去除或消除。可使用之溶劑包含(但不限於)水、低碳烷醇(例如(但不限於)變性乙醇、甲醇、異丙醇以及其混合物，較佳變性乙醇)、二甲苯、環己酮、丙酮、甲苯以及甲基乙基酮，以及其混合物。
混合製程可使用研缽以及研杵、球磨機、珠磨機或其他等效裝備進行。對於層壓製程，可使用用於片劑模製、熱等靜壓製(hot isostatic pressing；HIP)、冷等靜壓製(cold isostatic pressing；CIP)或捲軸式層壓製程之簡單模具。在一些實施例中，將受控量之原始粉末裝載於模具中，接著施加壓力而形成發射性元件。
使用單個模具或兩個或兩個以上堆疊模具作為組合件，隨後將其燒結而形成複合物。模具之排列以及數目決定最終複合物的構型。在不超過所得磷光體材料之熔點的高溫下燒結組合件。
可使用任一種適合陶瓷燒結技術來製備半透明陶瓷板。在一些實施例中，可在施加壓力下進行燒結。燒結條件(例如溫度分佈、氛圍、壓力以及持續時間)取決於磷光體材料之類型。在一些實施例中，在約1000℃至約1900℃範圍內之溫度下燒結組合件。舉例來說，對於YAG、LuAG、TAG石榴石材料，可在約1650℃至1850℃ 下燒結組合件。舉例來說，可在例如約1300℃至約1550℃之較低溫度下燒結矽酸鑥(LuSilicate)石榴石材料。在一些實施例中，將組合件燒結至少約2小時。在一些實施例中，將組合件燒結不超過約50小時。
發射性元件亦可藉由層壓以及燒結兩個或兩個以上鑄帶而形成。在一些實施例中，鑄帶包含少量本文所述之微量元素。美國專利第7,514,721號以及美國公開案第2009/0108507號中公開層壓以及燒結兩個或兩個以上鑄帶之實例以及方法，所述專利以及公開案均以全文引用之方式併入本文中。圖2繪示藉由層壓以及燒結形成陶瓷板之一實施例之製備流程圖。
首先，可視情況調節原材料(例如硝酸酯類或氧化物原材料，例如用於形成YAG之三氧化二釔以及三氧化二鋁)之粒徑而降低溶劑蒸發期間鑄帶中因毛細管力而產生的破裂。舉例來說，可藉由預退火原料粒子調節粒徑而獲得所要粒徑。原料粒子可在約800℃至約1800℃(或更佳1000℃至約1500℃)之溫度範圍中預退火而獲得所要粒徑。預退火可在真空、空氣、氧氣(O2)、氫氣(H2)、氫氣/氮氣(N2)或稀有氣體(例如氦氣(He)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氡氣(Rn)或其組合)中進行。在一實施例中，調節各原材料(例如用於形成YAG之三氧化二釔以及三氧化二鋁)以使其具有大致相同粒徑。在另一實施例中，粒子之BET表面積在約0.5平方米/克至約20平方米/克(較佳約1.0平方米/克至約10平方米/克，或 更佳約3.0平方米/克至約6.0平方米/克)範圍內。
接著可製備漿液以隨後澆鑄成帶材。可將預製備之磷光體(例如藉由本文所述之流動型之熱化學合成途徑製備的磷光體)以及/或化學計量之原材料與各種組分相互混合而形成混合物。混合物之組分之實例包含(但不限於)摻雜劑、分散劑、塑化劑、黏合劑、燒結助劑以及溶劑。摻雜劑、燒結助劑、塑化劑、黏合劑以及溶劑可與上文關於模製以及燒結製程所述相同。
在一些實施例中，分散劑可以是魚油、長鏈聚合物、硬脂酸、氧化鯡魚油、二羧酸(例如丁二酸)、脫水山梨糖醇單油酸酯、乙二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、鄰苯二甲酸、對苯二甲酸以及其混合物。
可隨後藉由例如將混合物球磨研磨約0.5小時至約100小時(較佳約6小時至約48小時，或更佳約12小時至約24小時)來對混合物進行粉碎而形成漿液。球磨研磨可使用包含除混合物中相互混合之組分以外之材料的研磨球(例如研磨球可能是用於形成YAG之混合物之二氧化鋯(ZrO2))。在一實施例中，球磨研磨包含在一段時間後藉由過濾或其他已知分離方法分離研磨球。在一些實施例中，漿液之黏度在約10厘泊至約5000厘泊(較佳約100厘泊至約3000厘泊，或更佳約200厘泊至1000厘泊)範圍內。
第三，可將漿液澆鑄在釋放基板(例如塗佈矽酮之聚 對苯二甲酸乙二酯基板)上而形成帶材。舉例來說，可使用刮刀將漿液澆鑄在移動載體上並且乾燥而形成帶材。可藉由改變刮刀與移動載體之間的間隙來調節鑄帶之厚度。在一些實施例中，刮刀與移動載體之間的間隙在約0.125毫米至約1.25毫米(較佳約0.25毫米至約1.00毫米，或更佳約0.375毫米至約0.75毫米)範圍內。同時，移動載體之速率在約10公分/分鐘至約150公分/分鐘(較佳約30公分/分鐘至約100公分/分鐘，或更佳約40公分/分鐘至約60公分/分鐘)範圍內。藉由調節移動載體速度以及刮刀與移動載體之間的間隙，帶材之厚度可在約20微米與約300微米之間。帶材可在澆鑄後視情況切割成所要形狀。
將兩個或兩個以上帶材層壓形成組合件。層壓步驟可包含堆疊兩個或兩個以上帶材(例如堆疊2個至100個帶材)以及使經堆疊帶材經受加熱以及單軸壓力(例如垂直於帶材表面之壓力)。舉例來說，經堆疊帶材可被加熱至高於帶材中所含之黏合劑的玻璃轉化溫度(Tg)並且使用金屬模具單軸壓縮。在一些實施例中，單軸壓力在約1兆帕(MPa)至約500兆帕(較佳約30兆帕至約60兆帕)範圍內。在一些實施例中，施加熱以及壓力達約1分鐘至約60分鐘(較佳約15分鐘至約45分鐘，或更佳約30分鐘)。層壓步驟可視情況包含例如藉由使用成型模具而在組合件中形成各種形狀(例如孔或柱)或圖案。
組合件之一些實施例包含具有本申請案中所述之少量微量元素的組合件。舉例來說，組合件可具有小於約67 ppm的鈉；小於約23 ppm的鎂；以及小於約21 ppm的鐵。在不受任何特定理論限制之情況下，咸信組合件中之任何微量元素將保留在燒結後獲得之發射性元件中。因此，在前驅物材料中維持少量微量元素可提供屬於本申請案範圍之發射性元件。可調節組合件之厚度(例如藉由加入其他層)而改變發射性元件之厚度。
組合件可經加熱而形成發射性元件。加熱步驟可包含去黏合(debinding)製程以及燒結製程。去黏合製程包含分解組合件中有機組分之至少一部分(例如使組合件中之黏合劑以及塑化劑揮發)。舉例來說，可在空氣中以約0.1℃/分鐘至約10℃/分鐘(較佳約0.3℃/分鐘至約5℃/分鐘，或更佳約0.5℃/分鐘至約1.5℃/分鐘)之速率將組合件加熱至約300℃至約1200℃(較佳約500℃至約1000℃，或更佳約800℃)之溫度。加熱步驟之此實例亦可包含將所述溫度維持30分鐘至約300分鐘，此時段可根據組合件厚度選擇。
加熱步驟亦包含燒結製程而形成發射性元件。可在約1200℃至約1900℃(較佳約1300℃至約1800℃，或更佳約1350℃至約1700℃)範圍內之溫度下在真空、空氣、氧氣、氫氣、氫氣/氮氣或稀有氣體(例如氦氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣或其組合)中燒結組合件達約1小時至約100小時(較佳約2小時至約10小時)。在一些實施例中，在單個步驟中完成去黏合以及燒結製程。
亦可包含選擇性再氧化步驟以改良發射性元件之透 射率。再氧化可包含在約1000℃至約1500℃(較佳約1400℃)範圍內之溫度下以約1℃/分鐘至約20℃/分鐘(較佳約4℃/分鐘)之加熱速率使複合物曝露於氧氣或空氣達約30分鐘至約300分鐘(較佳約2小時)之時段。
發射性組成物可藉由常規方式製備成粉末，例如流動型之熱化學合成途徑(例如雷射熱解、火焰噴射、噴射熱解以及電漿體合成)。舉例來說，射頻感測耦合熱電漿體合成包含使具有化學計量之硝酸酯類原材料的水溶液霧化，隨後使用射頻電漿體炬蒸發且分解前驅物材料。使此等材料成核形成粒子，所述粒子可進行分離(例如使用適當過濾器)並且退火(例如在1000℃或大於1000℃之熔爐中)而將材料轉化為所要磷光體。題為「無機材料之熱處理(Thermal Treatment for Inorganic Materials)」之美國申請案第12/175,389號以及題為「使用霧化液滴製備奈米粒子之方法以及設備(Method and Apparatus of Producing Nanoparticles using Nebulized Droplet)」之美國申請案第12/131,844號中公開使用射頻電漿體炬製備奈米粒子的方法，所述申請案均以全文引用之方式併入本文中。
可例如使用研缽以及研杵、球磨機、珠磨機或其他適合方法經由粉碎使組成物粒化或形成粉末。磷光體組成物可形成平均粒徑(直徑)為例如小於約10微米、小於約200奈米、小於約500奈米、或小於約1000奈米之粉末。
一些實施例提供照明設備，所述照明設備具有光源以及接收光源發射之輻射中之至少一部分的發射性組成物。 發射性組成物可具有少量特定微量元素，例如上文公開之任何特定微量元素。
在一些實施例中，光源可發射藍光輻射。藍光輻射之峰值發射波長可例如在約360奈米與約500奈米之間。在一些實施例中，光源發射峰值發射波長在約450奈米與約500奈米之間的輻射。一些實施例包含為半導體發光二極體之光源。舉例來說，光源可能是耦接於電源之AlInGaN類單晶半導體材料。
圖3A是可包含本文公開之組成物之照明設備的實例。底座10上安裝有光源15，例如常規基極發光二極體。光源15與接收自光源15發射之光之至少一部分的經封裝的磷光體粉末20相鄰。將任選之封裝樹脂25(例如環氧樹脂)置放在光源15以及經封裝磷光體粉末20上方。經封裝磷光體粉末20可能是本文公開之任一種組成物。
圖3B是可包含本文公開之發射性元件之照明設備的實例。光源15與接收自光源15發射之光的至少一部分之發射層30相鄰。將任選之封裝樹脂25置放在光源15以及發射層30上方。發射層30可包含本申請案中公開之任何發射性元件。
本文公開之一些實施例是產生光之方法，所述方法包含使本申請案中公開之任何組成物曝露於藍光輻射。發射性陶瓷可具有少量特定微量元素，例如上文公開之任何特定微量元素。藍光輻射之峰值發射波長可例如在約360奈米與約500奈米之間。在一些實施例中，藍光輻射之峰值 發射波長在約450奈米與約500奈米之間。
實例
以下實例中更詳細公開其他實施例，所述實例不意欲以任何方式限制申請專利範圍之範圍。
實例1：發射性陶瓷樣品1之製備以及評估
將0.1497莫耳(57.337克)六水合硝酸釔(III)(純度99.9%，西格瑪奧德里奇公司(Sigma-Aldrich)，密蘇里州聖路易斯市(St.Louis,MO))、0.25莫耳(93.785克)九水合硝酸鋁(純度99.97，西格瑪奧德里奇公司，密蘇里州聖路易斯市)以及0.0003莫耳(0.13克)六水合硝酸鈰(III)(純度99.99，西格瑪奧德里奇公司，密蘇里州聖路易斯市)溶解於1000毫升去離子水中，接著超音波處理30分鐘，製成完全透明溶液。
使用液泵經由霧化探頭(atomization probe)將此種0.4莫耳濃度之前驅物溶液運送至電漿體反應腔室中。所有沈積實驗皆是用在3.3兆赫下操作之射頻感測電漿體炬(泰克納電漿體系統公司(TEKNA Plasma System,Inc)PL-35)進行。對於沈積實驗，將腔室壓力保持在約25千帕至35千帕，並且射頻發生器屏極功率在10千瓦至12千瓦範圍內。屏極功率與沈積壓力皆是受用戶控制之參數。經由進氣口向電漿體炬中引入氬氣作為渦旋鞘氣以及中心電漿體氣體。將鞘氣流速維持在30標準公升/分鐘(standard liters per minute；slm)，而中心氣體流速為10標 準公升/分鐘。
使用輻射狀霧化探頭(泰克納電漿體系統公司SDR-772)執行反應物注射。在反應物注射期間，將探頭安置在電漿體羽流(plume)之中心。在沈積期間將反應物以10毫升/分鐘之速率饋入電漿體流中。使用以15標準公升/分鐘之流速傳遞之氬氣作為霧化氣體來執行液體反應物霧化。將向霧化探頭提供之冷卻水維持在4標準公升/分鐘之流速以及1.2兆帕壓力下。
使用以布魯克AXS微型繞射儀(Bruker AXS micro-diffractometer)獲得之X射線繞射(X-ray diffraction；XRD)譜(CuKα)研究沈積粒子之結晶相。將所得圖譜與YAG、釔鋁鈣鈦礦(YAP)以及非晶形材料之標準圖譜比較來鑑別所得材料。使用國家標準與技術研究所(National Institute of Standards and Technology；NIST)標準YAG(粉末繞射標準聯合委員會[Joint Committee on Powder Diffraction Standards；JCPDS])卡片編號00-33-00400以及釔鋁鈣鈦礦標準JCPDS卡片編號00-54-0621的標準圖譜。所得樣品之結晶相鑑別為非晶形材料與釔鋁鈣鈦礦(yttrium aluminum perovskite；YAP)之混合物。
由根據自美國麥克儀器公司(Micrometritics)蓋米尼(Gemini)2365型氣體吸附儀獲得之資料得到之BET表面積(其經量測為16.6平方米/克)獲得平均粒徑(average particle diameter；Dave)。根據釔鋁鈣鈦礦密度為5.55克/立方公分，所得樣品之平均粒徑為65奈米。
在製備含有聚合黏合劑以及YAG之胚片前，分別使用GSL-1700X-80氧化鋁管式爐(MTI公司(MTI Corporation)，加拿大里士滿(Richmond CA))，首先在空氣中將置放在氧化鋁燃燒舟上之原始釔鋁鈣鈦礦/非晶形粒子加熱至600℃，接著在氫氣/氮氣=3%/97%(體積/體積)之還原環境中在1400℃下再加熱(加熱速率是4℃/分鐘)2小時。在1400℃下在氫氣/氮氣中熱處理後，由於結晶成摻雜鈰之YAG相，此三個樣品自純白色原始粒子變成黃色。X射線繞射亦顯示單個YAG相。自經量測為2.31平方米/克之BET表面積獲得所得YAG粒子之平均粒徑(Dave)。根據YAG密度為4.55克/立方公分，所得樣品之平均粒徑為571奈米。
將YAG粒子(64.2克)、10.8克作為最終胚片(green sheet)之聚合黏合劑之主要組分的丙烯酸聚合物水溶液、0.12克作為水性漿液之消泡劑的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、1.18克作為塑化劑之2-氨基-2-甲基-1丙醇以及30.00克密理-Q(milli-Q)水加入至8盎斯(0.23升)內徑為80毫米之聚丙烯(polypropylene；PP)厚壁罐(帕克韋塑料公司(Parkway Plastics Inc.)，新澤西州皮斯卡塔韋市(Piscataway,NJ))中。
隨後手動震盪聚丙烯罐中之內含物直至混合物呈現液體樣。向聚丙烯罐中加入380克直徑為5毫米~10毫米之二氧化鋯研磨介質，並且用700系列「輥式」罐磨機(美國瓷器公司(US Stoneware)，俄亥俄州東巴勒斯坦城(East Palestine,OH))在96轉/分鐘下研磨聚丙烯罐中的混合物約16小時。之後，向聚丙烯罐中陶瓷粒子之經研磨溶液中再加入13.7克相同丙烯酸聚合物水溶液以最終使最終漿液中含有60體積%陶瓷粒子。隨後用輥式罐磨機進一步再研磨此種混合物約4小時。在整個球磨研磨製程完成時，經由孔徑為0.05毫米之注射器輔助型金屬網過濾器過濾所得漿液以去除凝集之陶瓷粒子。隨後用可調節膜塗覆器(保羅加德納公司(Paul N.Gardner Company,Inc.)，佛羅里達州龐帕諾比奇市(Pompano Beach,FL))以300毫米/分鐘之澆鑄速率將漿液澆鑄在塗佈有矽酮的聚對苯二甲酸乙二酯基板上。根據所要胚片厚度來調節膜塗覆器之刀片間隙。在65℃下乾燥鑄帶至少10分鐘，最終獲得約100微米厚陶瓷胚片。
使用刀片將經乾燥胚片切割成約35毫米×35毫米。組裝具有相同組成之五層胚片。使用TBH-100H熱壓機(日本三祥工業株式會社(Sansho Industry,Japan))在約20兆帕以及約75℃下層壓此組合件約5分鐘。結果是，獲得約35毫米×35毫米×0.5毫米的層壓YAG壓塊。
隨後使用VLS 2.30雷射雕刻以及切割系統(美國優利雷射公司(Universal Laser Systems))用25瓦二氧化碳(CO2)雷射器雷射處理層壓壓塊之表面，而在網樣2.5毫米×2.5毫米立方形中雕刻凹痕以用於以下ICP-MS分析。此雕刻凹痕之製程使得可在燒結後在必要時更容易地分離燒結板而獲得2毫米×2毫米陶瓷片。
作為下一步驟，自層壓壓塊去除聚合黏合劑。將層壓壓塊夾在具有40%標稱孔隙率之三氧化二鋁多孔蓋板(美國電子科學實驗室(ESL ElectroScience)，賓夕法尼亞州普魯士王市(King of Prussia,PA))之間，以避免層壓壓塊在去黏合製程期間翹曲、拱起以及彎曲。或者將多個胚片堆疊在多孔三氧化二鋁蓋板之間。使用ST-1700C-445箱式爐(森秋技術公司(SentroTech Corporation)，俄亥俄州布雷亞市(Brea,OH))在空氣中將層壓壓塊加熱至約1200℃後維持約2小時。加熱以及冷卻速率分別為<0.7℃/分鐘以及<4.0℃/分鐘。在1800℃下在10-3托真空下使用加熱元件以及熱遮罩由鎢以及鉬製成之高溫爐完全燒結去黏合壓塊約5小時。此燒結製程之加熱速率為約16.7℃/分鐘(約400℃)、8.0℃/分鐘(400℃~1000℃)、5.0℃(1000℃~1400℃)、3.3℃/分鐘(1400℃~1500℃)以及1.5℃/分鐘(1500℃~1800℃)，而冷卻速率為8.0℃/分鐘，以使燒結期間的破裂達最小。所得在真空條件下燒結之YAG陶瓷之顏色由於燒結期間氧氣偏離化學計量而通常為淺棕色或深棕色。使用GSL-1700X-80台式單區管式爐(MTI公司)在1400℃下在低真空壓力(約20托)下以<4.0℃/分鐘之加熱以及冷卻速率進行再氧化約2小時。
用大塚電子株式會社(Otsuka Electronics)MCPD 7000多通道光檢測器系統(日本大阪(Osaka,JPN))以及所需光學組件(例如下述積分球、光源、單色器、光學纖維以及樣品固定器)執行內部量子效率量測。
將根據上文所述建構之直徑為約11毫米的YAG：Ce發射性陶瓷元件置放在折射率為約1.45之丙烯酸透鏡且峰值波長為455奈米之發光二極體(LED)上。將具有YAG：Ce之發光二極體設置在積分球內。用發光二極體照射YAG：Ce陶瓷元件，並且分別記錄藍光發光二極體以及YAG：Ce陶瓷的光輻射。接著，自發光二極體去除YAG：Ce陶瓷板，隨後量測具有丙烯酸透鏡之藍光發光二極體的輻射。
根據圖4所示，藉由將僅藍光發光二極體與藍光發光二極體/陶瓷組合的輻射差值積分來計算內部量子效率。
藉由ICP-MS分析50毫克經燒結YAG陶瓷之樣品來測定各種元素之含量。使用經燒結YAG板表面上之網樣凹痕使陶瓷樣品破裂，獲得2毫米×2毫米YAG陶瓷片。YAG片經準確稱量為50毫克。用50毫克經稱量陶瓷與3毫升硝酸以及1毫升鹽酸混合在預稱量坩鍋中來製備ICP-MS樣品，隨後使用微波分解。此種微波處理後，陶瓷呈現出被部分溶解。冷卻後，乾燥未分解陶瓷片並且在分解之前及之後稱量以測定溶解量，從而用於計算ICP-MS結果。加入含有已知濃度鈧以及銦之足量標準溶液並且用水稀釋，得到50克製備溶液而用於ICPMS分析。隨後將常用標準元素、空白以及樣品溶液引入安捷倫(Agilent)7500cx感測耦合電漿體-質譜儀(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer；ICP-MP)中。定量測定樣品溶液中約50種元素的濃度。所有氣體、碳、硫以及矽不能藉 由ICP-MS進行分析。亦不能分析鈧以及銦，因為此2種元素被用作標準物。
評估所得樣品1之內部量子效率量測值，並且藉由ICP-MS進一步表徵以進行微量元素分析。所得內部量子效率值以及ICP-MS資料亦用於與其他樣品一起比較。
實例2：發射性陶瓷樣品2之製備以及評估
尿素均勻沈澱法如下。藉由混合氯化釔(YCl3)、氯化鋁(AlCl3)以及氯化鈰(CeCl3)溶液並且加入濃硫酸(H2SO4)來製備釔、鋁以及鈰儲備溶液。在氮氣氛圍下在手套箱中準確稱量3.5928莫耳氯化釔(純度99.9%，VWR公司(VWR))以及0.0072莫耳氯化鈰(純度99.9%，奧德里奇公司(Aldrich))，以確保不會因水分吸收而引起最終摻雜0.2原子%鈰的釔鋁石榴石(YAG：Ce)粒子之釔：鈰：鋁(Y：Ce：Al)之化學計量混合比的誤差。每次在持續攪拌下將少量兩種氯化物粉末緩慢加入至3.6公升去離子水中以避免由劇烈水解引起之瞬間水沸騰。亦在氮氣氛圍下在手套箱中準確稱量6.0莫耳氯化鋁(純度>99.9%，奧德里奇公司)，並且將其以相同方式溶解在單獨之6.0公升去離子水中。隨後在持續攪拌下在40公升錐形燒瓶中混合此兩種水溶液。用去離子水充分沖洗氯化釔/氯化鈰溶液以及氯化鋁溶液的兩個容器，並且將沖洗水在40公升燒瓶中組合以確保金屬氯化物溶液之定量傳遞以及混合。隨後在持續攪拌下向經混合溶液中緩慢加入0.4公升36當量濃度 之濃硫酸(H2SO4，純度95%至98%，奧德里奇公司)，形成釔、鋁以及鈰儲備溶液。
之後，向儲備溶液中逐滴加入約12公升碳酸氫銨(NH4HCO3，純度99%，奧德里奇公司)飽和水溶液直至溶液之pH值變成約4.8。此種含有白色沈澱物之所得溶液在室溫下連續攪拌整夜。隨後向混合溶液中逐滴加入氫氧化銨溶液(NH4OH，29%至30%為氨(NH3)，奧德里奇公司)直至pH值變成7.8。再攪拌所得溶液約2小時。最後，借助於真空過濾來過濾溶液以收集白色固體。在真空過濾下用去離子水反覆洗滌所收集之白色固體6次。隨後在約120℃下乾燥所洗滌之白色固體約48小時，得到YAG前驅物粒子。用BET表面積分析儀(蓋米尼V，美國麥克儀器公司(Micromeritics Instrument Corporation)，佐治亞州諾克羅斯市(Norcross,GA))量測前驅物粒子之BET表面積為40.3平方米/克。藉由X射線繞射(XRD)技術證實前驅物粒子的非晶形結構。在約1300℃下在空氣中煅燒YAG：Ce前驅物粒子約2小時，獲得YAG晶體粒子。YAG晶體粒子之BET表面積經量測為1.7平方米/克。只有經煅燒粒子之YAG晶體結構是藉由X射線繞射檢測的。
以類似於實例1中所述之方式製備並評估樣品2，但使用藉由上述尿素均勻沈澱法合成之YAG粒子替代實例1中所述的藉由射頻熱電漿體熱解合成之YAG粒子。
實例3：發射性陶瓷樣品3之製備以及評估
以類似於實例1中樣品1之方式製備並評估樣品3，但將54.72克三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末3)、41.26克BET表面積為5.58+/-0.11平方米/克之三氧化二鋁粒子、167毫克BET表面積為5.41+/-0.10平方米/克之二氧化鈰粒子、16.20克作為最終胚片之聚合黏合劑的主要組分之丙烯酸聚合物水溶液、0.18克作為水性漿液之消泡劑的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、1.79克作為塑化劑之2-氨基-2-甲基-1丙醇以及45.00克密理-Q水加入至12盎斯(0.34公升)內徑為80毫米的聚丙烯(polypropylene；PP)厚壁罐(帕克韋塑料公司，新澤西州皮斯卡塔韋市)中以進行水性漿液製備。在此漿液製備之前，在空氣中在1400℃下煅燒三氧化二釔粒子，以得到所要粒徑。煅燒後，三氧化二釔粒子之BET表面積經量測為約2.8平方米/克。根據三氧化二釔密度為5.01克/立方公分，所得經煅燒三氧化二釔粒子之平均粒徑為428奈米。向聚丙烯罐中加入570克直徑為5~10毫米的二氧化鋯研磨介質。球磨研磨最初16小時後，向聚丙烯罐中陶瓷粒子之經研磨溶液中再加入20.70克相同丙烯酸聚合物水溶液以最終使最終漿液中含有60體積%陶瓷粒子。在真空中在1800℃下燒結結束後，獲得摻雜0.2原子%鈰之YAG陶瓷。
實例4至實例11：發射性陶瓷樣品4-發射性陶瓷樣品11之製備以及評估
以類似於實例3中樣品3之方式製備並評估樣品4至 樣品11，但各使用不同三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末4至三氧化二釔粉末11)替代三氧化二釔粉末3。在將表面積調節為類似於實例3中三氧化二釔粉末3之值的情況下使用三氧化二釔粒子4至三氧化二釔粒子11。
實例12：發射性陶瓷樣品12之製備以及評估
以類似於實例1中樣品1之方式製備並評估樣品12，但將實例2中100微米厚胚片層與實例3中三個100微米厚胚片層層壓在一起，其中將實例2之胚片夾在實例3的三個胚片之間。在真空中在1800℃下燒結接著在低真空中在1400℃下退火後獲得陶瓷樣品12。
樣品1至樣品12的結果
表2中提供樣品1至樣品12之根據ICP-MS獲得的微量元素。表2中提供之除陶瓷純度(以重量百分比呈現)以外的所有值皆是以重量百萬分率(parts per million；ppm)為單位。
因為檢測限視樣品而變化，所以表2中之檢測限顯示所有ICP-MS分析的範圍。ND表示認為所量測純度小於儀器之檢測限。表2中不包含樣品1至樣品29中之任一樣品中未檢測到或不能使用ICP-MS量測的元素。舉例來說，不能使用ICP-MS檢測鈈(plutonium)。
實例13：發射性陶瓷樣品13之製備以及評估
以類似於實例1之方式製備摻雜1.0原子%鈰以及加入35%釓之YAG陶瓷發射性元件，但使用1.0%而非0.2%鈰作為摻雜劑，以及加入35%釓以替代YAG陶瓷中的釔，並且製備甲苯類漿液而非水性漿液。在混合以進行漿液製備之前，在空氣中在1200℃下煅燒三氧化二釓(Gd2O3)粒子，以在此種漿液製備前具有所要粒徑。煅燒後，三氧化二釓粒子之BET表面積經量測為約2.5平方米/克。由9.752克三氧化二釔粒子、11.466克三氧化二鋁粒子、0.586克六水合硝酸鈰(III)(等於1.0原子%鈰摻雜濃度)以及8.561克三氧化二釓粒子(表示為三氧化二釓粉末13)製造SSR類的摻雜1.0原子%鈰之Y/GdAG發射層。此處，在本實例中之所有個別層中使用樣品3之三氧化二釔粉末3，因為其來自表1中所述的最高內部量子效率樣品。將此等粒子加入至高純度三氧化二鋁球磨罐(托利崗技術有限責任公司(Torrey Hills Technologies,LLC)，加利福尼亞州聖地亞哥市(San Diego,CA))中。將2.00 pph(0.60克)分散劑(富勞倫(Flowlen)G-700，日本共榮社化學株式 會社(Kyoeisha Chemical Co.Ltd.,Japan))以及0.50 pph(0.15克)作為燒結助劑的矽酸四乙酯(TEOS，西格瑪奧德里奇公司，密蘇里州聖路易斯市)亦加入至研磨罐中。向研磨罐中加入10.0克甲苯，隨後手動攪拌研磨罐中之內含物直至混合物呈現液體樣。向研磨罐中加入30克直徑為3毫米之二氧化鋯研磨介質，並且用台式行星式球磨機(MTI公司，加拿大里士滿)研磨研磨罐中的混合物24小時作為第一混合步驟。
同時，藉由將21.00克聚(乙烯醇縮丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(PVB，西格瑪奧德里奇公司，密蘇里州聖路易斯市)、10.50克鄰苯二甲酸苯甲酯正丁酯(BBP，阿法埃莎公司(Alfa Aesar))以及10.50克聚乙二醇(PEG，西格瑪奧德里奇公司，密蘇里州聖路易斯市)溶解在90克甲苯中，同時攪拌所有物質約24小時來製備聚合黏合劑以及塑化劑的黏合劑溶液。
將14.14克如上製備之黏合劑溶液加入至研磨罐中陶瓷粒子的經研磨溶液中，以使最終漿液中含有7.50 pph乙烯醇縮丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯、3.75 pph鄰苯二甲酸苯甲酯正丁酯以及3.75 pph聚乙二醇。然後用台式行星式(bench-top planetary)球磨機進一步再球磨研磨此種混合物約24小時。在整個球磨研磨製程完成時，經由孔徑為0.05毫米之注射器輔助型金屬網過濾器過濾所得漿液以去除凝集之陶瓷粒子。隨後用可調節膜塗覆器(保羅加德納公司，佛羅里達州龐帕諾比奇市)以300毫米/分鐘之澆鑄 速率將漿液澆鑄在塗佈有矽酮的聚對苯二甲酸乙二酯基板上。根據所要胚片厚度來調節膜塗覆器之刀片間隙。在環境氛圍下乾燥鑄帶，最終獲得用於YAG發射層之摻雜1.0%鈰/35%釓之胚片的約40微米厚陶瓷胚片。
亦可由9.927克三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末3)、11.493克三氧化二鋁粒子以及8.581克三氧化二釓粒子(表示為三氧化二釓粉末13)製造SSR類之Y/GdAG內部虛設層(inner dummy layer)(不摻雜鈰)。此情形產生內部虛設層之35%釓胚片。調節膜塗覆器之刀片間隙以最終獲得內部虛設層之約100微米厚陶瓷胚片。
亦可由57.06克三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末3)製造SSR類之YAG外部虛設層(無任何摻雜)，並且向二氧化鋯球磨罐(托利崗技術有限公司，加利福尼亞州聖地亞哥市)中加入42.94克三氧化二鋁粒子。向研磨罐中加入2.00 pph(2.00克)富勞倫G-700以及0.50 pph(0.50克)作為燒結助劑的矽酸四乙酯。向研磨罐中加入33.33克甲苯，隨後手動攪拌研磨罐中之內含物直至混合物呈現液體樣。向研磨罐中加入130克直徑為3毫米之二氧化鋯球。整個研磨製程結束後，調節膜塗覆器之刀片間隙以最終獲得外部虛設層之約100微米厚陶瓷胚片。
以類似於實例1之方式製備層壓層(5個層)，但層壓並燒結五個層；第一層以及最末層為YAG胚片(不摻雜任何鈰以及釓)、第二層以及第四層為摻雜35原子%釓之YAG胚片(不摻雜鈰)，並且第三中間層為摻雜1.0%鈰/35% 釓的胚片。圖5中繪示層壓物之結構。使用TBH-100H熱壓機(日本三祥工業株式會社)在室溫下在24兆帕下層壓此組合件約5分鐘，接著在約85℃下在16兆帕下層壓約5分鐘。結果是，獲得約35毫米×35毫米×0.44毫米之層壓YAG壓塊。
以類似於實例1中樣品1之方式執行所得樣品13之內部量子效率以及ICP-MS分析。
實例14至實例19：發射性陶瓷樣品14至發射性陶瓷樣品19之製備以及評估
以類似於實例13中樣品13之方式製備並評估樣品14至樣品19，但使用不同三氧化二釓粒子(分別表示為三氧化二釓粉末14至三氧化二釓粉末19)替代三氧化二釓粒子13。在將表面積調節為類似於實例13中三氧化二釓粉末13之值的情況下使用此等三氧化二釓粒子14至三氧化二釓粒子19。
樣品13至樣品19之結果
表3中概括樣品13至樣品19之內部量子效率值。
表4中提供樣品13至樣品19之根據ICP-MS獲得的微量元素。表4中提供之除陶瓷純度以外的所有值皆是以百萬分率(ppm)為單位。INT表示所述元素因受其他元素干擾而無法分析。
實例20：發射性陶瓷樣品20之製備以及評估
以類似於實例3中樣品3之方式製備並評估樣品20，但將31.89克三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末3)、26.78克BET表面積為5.58+/-0.11平方米/克的三氧化二鋁粒子、5.71克三氧化二釓粒子(表示為三氧化二釓粉末18，等於10原子%釓摻雜濃度)、217毫克BET表面積為5.41+/-0.10平方米/克的二氧化鈰粒子(等於0.4原子%鈰摻雜濃度)、10.80克丙烯酸聚合物水溶液、0.12克消泡劑、1.17克塑化劑以及30.00克密理-Q水加入至8盎斯(0.23公升)內徑為80毫米的聚丙烯厚壁罐(帕克韋塑料公司，新澤西州皮斯卡塔韋市)中以進行水性漿液製備。此處，在本實例中使用樣品3之三氧化二釔粉末3以及樣品18之三氧化二釓粉末18，因為其顯示為表1以及表3中最高內部量子效率樣品中之一者。在混合以進行漿液製備之前，在空氣中在1200℃下煅燒三氧化二釓粉末18以在此漿液製備前獲得所要粒徑。煅燒後，三氧化二釓粒子之BET表面積經量測為約2.0平方米/克。向聚丙烯罐中加入380克直徑為5~10毫米之二氧化鋯研磨介質。球磨研磨最初16小時後，向聚丙烯罐中陶瓷粒子的經研磨溶液中再加入13.33克相同丙烯酸聚合物水溶液以最終使最終漿液中含有60體積%陶瓷粒子。在真空中在1800℃下燒結結束後，獲得摻雜0.4原子%鈰以及10原子%釓的YAG陶瓷。
實例21至實例25：發射性陶瓷樣品21至發射性陶瓷 樣品25之製備以及評估
以類似於實例20中樣品20之方式製備並評估樣品21至樣品25，但使用不同三氧化二釓粒子(分別表示為三氧化二釓粉末21至三氧化二釓粉末25)替代三氧化二釓粉末18。在將表面積調節為類似於實例20中三氧化二釓粉末18之值的情況下使用此等三氧化二釓粒子21至三氧化二釓粒子25。
表5中概括樣品20至樣品25的內部量子效率值。
表6中提供樣品20至樣品25之根據ICP-MS獲得的微量元素。表6中提供之除陶瓷純度以外的所有值皆是以百萬分率(ppm)為單位。
實例26：發射性陶瓷樣品26之製備以及評估
以類似於實例20中樣品20之方式製備並評估樣品26，但將29.80克三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末3)、26.45克BET表面積為5.58+/-0.11平方米/克的三氧化二鋁粒子、8.46克三氧化二釓粒子(表示為三氧化二釓粉末18，等於15原子%釓摻雜濃度)、107毫克BET表 面積為5.41+/-0.10平方米/克的二氧化鈰粒子(等於0.2原子%鈰摻雜濃度)、10.80克丙烯酸聚合物水溶液、0.12克消泡劑、1.16克塑化劑以及30.00克密理-Q水加入至8盎斯(0.23公升)內徑為80毫米的聚丙烯厚壁罐(帕克韋塑料公司，新澤西州皮斯卡塔韋市)中以進行水性漿液製備。球磨研磨最初16小時後，向聚丙烯罐中陶瓷粒子之經研磨溶液中再加入13.11克相同丙烯酸水溶液。在真空中在1800℃下燒結結束後，獲得摻雜0.2原子%鈰以及15原子%釓的YAG陶瓷。
實例27：發射性陶瓷樣品27之製備以及評估
以類似於實例26中樣品26之方式製備且評估樣品27，但加入0.5 pph(0.32克)水合硝酸氧鋯(IV)(西格瑪奧德里奇公司，密蘇里州聖路易斯市)以故意加入鋯作為混雜元素而觀察鋯對最終陶瓷之內部量子效率的影響。
實例28：發射性陶瓷樣品28之製備以及評估
以類似於實例26中樣品26之方式製備並評估樣品28，但將實例26中之兩個100微米厚胚片層與實例27中之兩個100微米厚胚片層層壓在一起，其中不同層交替排列。因此，樣品28包含樣品27約一半量的鋯。在真空中在1800℃下燒結接著在低真空中在1400℃下退火後最終獲得樣品28。
實例29：發射性陶瓷樣品29之製備以及評估
以類似於實例26中樣品26之方式製備並評估樣品29，但將21.59克三氧化二釔粒子(表示為三氧化二釔粉末3)、25.15克BET表面積為5.58+/-0.11平方米/克的三氧化二鋁粒子、18.78克三氧化二釓粒子(表示為三氧化二釓粉末18，等於35原子%釓摻雜濃度)、204毫克BET表面積為5.41+/-0.10平方米/克之二氧化鈰粒子(等於0.4原子%鈰摻雜濃度)、10.80克丙烯酸聚合物水溶液、0.11克消泡劑、1.12克塑化劑以及30.00克密理-Q水加入至8盎斯(0.23公升)內徑為80毫米的聚丙烯厚壁罐(帕克韋塑料公司，新澤西州皮斯卡塔韋市)中以進行水性漿液製備。球磨研磨最初16小時後，向聚丙烯罐中陶瓷粒子之經研磨溶液中再加入12.26克相同丙烯酸聚合物水溶液。在真空中在1800℃下燒結結束後，獲得摻雜0.4原子%鈰以及35原子%釓的YAG陶瓷。
表7中概括樣品26至樣品29之內部量子效率值。
表8中提供樣品26至樣品29之根據ICP-MS獲得的 微量元素。表8中提供之除陶瓷純度以外的所有值皆是以百萬分率(ppm)為單位。
10‧‧‧底座
15‧‧‧光源
20‧‧‧經封裝磷光體粉末
25‧‧‧封裝樹脂
30‧‧‧發射層
圖1繪示藉由模製以及燒結形成發射性陶瓷元件的一實施例之製備流程圖。
圖2繪示形成發射性陶瓷之一實施例的製備流程圖，所述製備流程圖包含層壓(lamination)。
圖3A以及圖3B是可包含本文公開之發射性組成物之照明設備的實例。
圖4是可如何測定內部量子效率(IQE)之實例。
圖5是本文公開之發射性元件的一實施例。
圖6是描述來自實例1至實例29之樣品1至樣品29中內部量子效率值隨總雜質變化的圖。總雜質包含表1至表8中列出之除鋯、鉬、鉿以及鎢以外的所有雜質。x軸未延伸超出400 ppm，因此未繪示總雜質大於400 ppm的樣品。
圖7是描述來自實例1至實例29之樣品1至樣品29中內部量子效率值隨硼、鈉、鎂、磷、鉀、鈦、鉻、鐵、銅、銻、鋇、鑭、釤、鏑、鈥以及鉑(「混雜物(culprit)」)之總量變化的圖。x軸未延伸超出400 ppm，因此未繪示所列元素大於400 ppm的樣品。

Claims (50)

  1. 一種發射性組成物，包括：石榴石主體材料；以及鈰摻雜劑，其量足以在所述發射性組成物曝露於紫外或藍光輻射時產生發光，其特徵在於滿足以下條件中之至少一種：(i)所述組成物中鈉之量小於約67 ppm，(ii)所述組成物中鎂之量小於約23 ppm，或(iii)所述組成物中鐵的量小於約21 ppm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，其特徵在於所述組成物中鈉之量小於約67 ppm，所述組成物中鎂之量小於約23 ppm，以及所述組成物中鐵的量小於約21 ppm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，其特徵在於所述組成物中硼之量小於約9 ppm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中磷之量小於約113 ppm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鉀之量小於約54 ppm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鈦之量小於約28 ppm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鉻之量小於約2.7 ppm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中銅之量小於約1.5 ppm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鋯之量小於約1600 ppm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中銻之量小於約18 ppm。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鋇之量小於約74 ppm。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鑭之量小於約17 ppm。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中釤之量小於約1.2 ppm。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鏑之量小於約6.9 ppm。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鈥之量小於約7.0 ppm。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發射性組成物，所述組成物中鉑之量小於約2.0 ppm。
  17. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述石榴石主體材料由式A3B1 2B2 3X12表示，其中：A是由鋰、鉀、銀、鉈、鈣、鍶、錳、鈷、鎘、鉛、鈧、釔、鐠、釹、銪、釓、鋱、鈥、鉺、銩、鐿、銦、鉍以及鋯組成之族群中選出；B1是由鋰、鈣、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎘、鈧、釔、鈥、鉺、銩、鐿、鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銠、鋁、鎵、 銦、鈦、鋯、釕、錫、鈮、鉭、銻以及碲中選出；B2是由鋰、鈷、鋅、鎘、鋁、鎵、鈦、矽、鍺、錫、釩、鈮以及砷組成之族群中選出；以及X是由氧以及氟組成的族群中選出。
  18. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述石榴石主體材料是由Y3Al5O12、(Y1-x,Gdx)3(Al1-y,Gay)5O12、Lu3Al5O12、Tb3Al5O12以及Ca3Sc2Si3O12組成之族群中選出，其中x在約0.00至約0.50範圍內，以及y在約0.00至約0.50範圍內。
  19. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述石榴石主體材料是Y3Al5O12。
  20. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述鈰摻雜劑之所述量在約0.1原子%至約10原子%範圍內。
  21. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述組成物是經燒結的陶瓷元件。
  22. 如申請專利範圍第1項至第16項所述之發射性組成物，其中所述發射性陶瓷元件之厚度在約10微米至約1毫米範圍內。
  23. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述組成物是粉末。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之發射性組成物，其中所述粉末分散在透明基質中。
  25. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述石榴石主體材料以及所述鈰摻雜劑之總量是所述發射性陶瓷元件的至少約90重量%。
  26. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中在曝露於波長為約455奈米之輻射時，所述發射性陶瓷元件的內部量子效率(IQE)是至少約85%。
  27. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述組成物更包括至少約20 ppm的鈣。
  28. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述組成物更包括至少約24 ppm的鉬。
  29. 一種方法，包括使如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物曝露於藍光或紫外輻射。
  30. 一種照明設備，包括：發射藍光或紫外輻射之光源；以及如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之發射性組成物，其中所述組成物接收所述藍光或紫外輻射之至少一部分。
  31. 一種發射性陶瓷元件之製備方法，包括燒結含石榴石主體材料或其化學計量前驅物以及鈰摻雜劑或其前驅物的組成物，其特徵在於滿足以下條件中之至少一種：(i)所述組成物中鈉之量小於約67 ppm，(ii)所述組成物中鎂之量小於約23 ppm，或(iii)所述組成物中鐵的量小於約21 ppm。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之 製備方法，其中所述組成物中硼之量小於約9 ppm。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中磷之量小於約113 ppm。
  34. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鉀之量小於約54 ppm。
  35. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鈦之量小於約28 ppm。
  36. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鉻之量小於約2.7 ppm。
  37. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中銅之量小於約1.5 ppm。
  38. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鋯之量小於約1600 ppm。
  39. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中銻之量小於約18 ppm。
  40. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鋇之量小於約74 ppm。
  41. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鑭之量小於約17 ppm。
  42. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中釤之量小於約1.2 ppm。
  43. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鏑之量小於約6.9 ppm。
  44. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之 製備方法，所述組成物中鈥之量小於約7.0 ppm。
  45. 如申請專利範圍第31項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，所述組成物中鉑之量小於約2.0 ppm。
  46. 如申請專利範圍第31項至第45項中任一項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，其中所述組成物包括：所述石榴石主體材料之第一前驅物，由硝酸釔、氧化釔以及其組合組成之族群中選出；以及所述石榴石主體材料之第二前驅物，由氧化鋁、硝酸鋁以及其組合組成的族群中選出。
  47. 如申請專利範圍第31項至第45項中任一項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，其中所述組成物包括硝酸鈰或氧化鈰。
  48. 如申請專利範圍第31項至第45項中任一項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，其中所述組成物包括由Y3Al5O12、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12、Lu3Al5O12、Tb3Al5O12以及Ca3Sc2Si3O12組成之族群中選出的石榴石主體材料。
  49. 如申請專利範圍第31項至第45項中任一項所述之發射性陶瓷元件之製備方法，其中燒結所述組成物包括在約1000℃至約1900℃範圍內之溫度下加熱所述組成物至少約2小時。
  50. 一種發射性組成物，包括：石榴石主體材料；以及鈰摻雜劑，其量足以在所述發射性組成物曝露於紫外 或藍光輻射時產生發光，其中：所述組成物中鈉之量小於約67 ppm；所述組成物中鎂之量小於約23 ppm；所述組成物中鐵的量小於約21 ppm；所述組成物中硼之量小於約9 ppm；所述組成物中磷之量小於約113 ppm；所述組成物中鉀的量小於約54 ppm；所述組成物中鈦之量小於約28 ppm；所述組成物中鉻之量小於約2.7 ppm；所述組成物中銅的量小於約1.5 ppm；所述組成物中鋯之量小於約1600 ppm；所述組成物中銻之量小於約18 ppm；所述組成物中鋇的量小於約74 ppm；所述組成物中鑭之量小於約17 ppm；所述組成物中釤之量小於約1.2 ppm；所述組成物中鏑的量小於約6.9 ppm；所述組成物中鈥之量小於約7.0 ppm；以及所述組成物中鉑的量小於約2.0 ppm。
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