TWI421328B - 螢光材料與白光發光裝置 - Google Patents

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Description

螢光材料與白光發光裝置
本發明係關於一種螢光材料，更特別關於此種材料於白光發光裝置之應用。
利用具省電、低污染與壽命長等優點之白光發光二極體(light emitting diodes;LEDs)作為照明光源巳是現代照明主要發展趨勢。為取得理想的照明光源，除LED本身亮度外，所選用之螢光體亦為影響光源整體發光效率之關鍵因素。
目前市面上常見白光LED為藍色LED(發射波長為460-480nm)配合黃色螢光粉，因缺乏紅色成份，其演色性較差。故搭配紅色、黃色螢光粉及組合之白光LED將比只含有單一黃色螢光粉之白光LED具更高演色性。但目前市面常見的藍光激發之紅色螢光粉以氮化物及硫化物為主(發射波長為620-650nm)，氮化物最大優點是穩定度高，但其原料為氮化鍶及氮化鋇，再加上有些氮化物螢光粉甚至需要高溫高壓製程，所以成本極為高昂。硫化物雖然成本較低，但其具極差之化學穩定性，故不適合做為LED之螢光粉。近來利用矽酸鹽材料之橘紅色螢光粉搭配黃色螢光粉及藍色LED而成之高演色性白光LED，則是不錯的選擇。目前市面上常見矽酸鹽橘紅光螢光粉為BOS系列之BOS600(CaSr)2 SiO4 :Eu2+ 螢光粉(發射波長為580-600nm)，其成本較低發光效率也不差，化學穩定性也優於硫化物，但缺點是熱穩定性仍不夠好。綜上所述，目前亟需發光效率不差、成本低、及熱穩定性佳的橘紅色螢光粉。
本發明一實施例提供一種螢光材料，具有化學式如下：(Sr1-a-b-c Ma Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 ；其中Sr、M、Tm、及Eu為二價金屬離子，且M係Ca、Ba、Mg、或上述之組合；Si及Ge為四價離子；0a0.5；0b0.03；0<c0.1；以及0<d0.005。
本發明一實施例提供一種白光發光裝置，包括藍光激發光源；以及黃色螢光材料與上述之螢光材料。
本發明揭露一系列矽酸鹽螢光材料，其化學式如式1：
(Sr1-a-b-c Ma Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 　(式1)
在式1中，Sr、M、Tm、及Eu為二價金屬離子，且M為Ca、Ba、Mg、或上述之組合。Si與Gd為四價離子。0a0.5；0b0.03；0<c0.1；以及0<d0.005。上述螢光材料之主要機制為在原來橘黃光螢光材料之主體Sr3 SiO5 中，另外摻雜元素來增加其發光效率。
若式1中的螢光材料化學式中的a=b=0時，上述之螢光材料的化學式為(Sr1-c Euc )3 Si1-d Ged O5 ，其發射光譜為580nm±5nm。
若式1中的螢光材料化學式中的a=0，且0<b0.03時，上述之螢光材料的化學式為(Sr1-b-c Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 ，其發射光譜為580nm±5nm。
若式1中的螢光材料化學式中的M為Ba，0.1a0.5，且0<b0.03及0<d0.005時，上述之螢光材料的化學式為(Sr1-a-b-c Baa Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 ，其發射光譜為600nm±5nm。
上述螢光材料可與黃色螢光材料如Y3 Al5 O12 :Ce(簡稱YAG)、Tb3 Al5 O12 :Ce、(BaSr)2 SiO4 :Eu、或上述之組合結合，搭配藍光的激發光源如發光二極體或雷射二極體，即完成白光發光裝置。在本發明一實施例中，此白光發光裝置為暖色系的白光發光裝置。
此外，本發明亦提供上述矽酸鹽螢光材料之製造方法，包含以下步驟：首先，混合以下成份得到混合物：(1)具有鍶的含氧化合物；(2)具有矽的含氧化合物；(3)具有鍺的含氧化合物；(4)具有銪的含氧化合物；與(5)具有銩及/或M的含氧化合物。接著對混合物進行燒結，且燒結溫度介於1300℃-1600℃之間。當混合物升溫至燒結溫度後，維持在燒結溫度下1至4小時，以燒結混合物。根據本發明之實施例，含氧化合物可為氧化物、碳酸化合物、或硝酸化合物。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例配合所附圖式，作詳細說明如下：
【實施例】
實施例1
依化學劑量比例取氧化鍶、氧化銪、氧化矽、及氧化鍺，均勻混合後研磨10分鐘，並放入坩鍋，置入高溫爐，於5%之氫氣與95%氮氣的混合氣體下加熱至1300℃~1600℃燒結，以製備不同Si/Ge比例的(Sr0.99 Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 ，其中d分別為0、0.001、0.01、及0.05。第1a圖係不同Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99 Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之吸收光譜，而第1b圖係不同Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99 Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之發射光譜。當d為0時，(Sr0.09 Eu0.01 )3 SiO5 之激發波段介於深紫外光的250nm至綠光的550nm左右，發射光譜則為橘黃的580nm左右。當Ge之摻雜量d=0.001時，其激發波段和發光波長並無改變，但可增加發光效率。適量添加Ge可增加長波段之激發效率，如第1a圖所示。
實施例2
依化學劑量比例取氧化鍶、氧化銪、氧化矽、氧化鍺、及氧化銩，均勻混合後研磨10分鐘，並放入坩鍋，置入高溫爐，於5%之氫氣與95%氮氣的混合氣體下加熱至1300℃~1600℃燒結，以製備不同Sr/Tm及Si/Ge比例的(Sr0.99-b Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 ，其中(b,d)分別為(0,0)、(0.003,0)、(0,0.01)、及(0.003,0.001)。第2a圖係不同Sr/Tm及Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99-b Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之吸收光譜，而第2b圖係不同Sr/Tm及Si/Ge比例的螢光材料(Sr0 .99-b Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之發射光譜。由第2b圖可知，不論添加Ge或Tm均能增加發光效率，但同時適量添加二種元素則可進一步增加螢光材料之發光效率。
實施例3
依化學劑量比例取氧化鍶、氧化銪、氧化矽、氧化鍺、氧化銩及氧化鋇，均勻混合後研磨10分鐘，並放入坩鍋，置入高溫爐，於5%之氫氣與95%氮氣的混合氣體下加熱至1300℃~1600℃燒結，以製備不同Sr/Ba/Tm及Si/Ge比例的(Sr0.99-a-b Baa Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 ，其中(a,b,d)分別為(0,0,0)、(0,0.003,0.001)、(0.1,0.003,0.001)、(0.17,0.003,0.001)、及(0.23,0.003,0.001)。第3圖係不同Sr/Ba/Tm及Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99-a-b Baa Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之發射光譜。
因藍光激發黃光螢光粉之白光LED需要橘紅色螢光粉來增加其演色性，進一步添加鹼土金屬元素Ba的添加來位移發光波長，如圖3所示。摻雜Tm及Ge可增加發光效率，而摻雜Ba可位移發光。無掺雜之螢光材料發射580nm左右的橘黃光，而添加Ba之螢光材料的放射光譜將位移至597nm之橘紅光。第4圖則為上述產物的X光繞射圖。由圖中得知除了少許不發光原料之SiO2 的相，絶大部分是由Sr3 SiO5 所組成。另上述之橘紅色的螢光材料搭配黃色的螢光材料YAG及藍光LED時，可形成色溫3000K之暖白光LED，如第5圖所示。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
第1a圖係本發明一實施例中，不同Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99 Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之吸收光譜；
第1b圖係本發明一實施例中，不同Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99 Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之發射光譜；
第2a圖係本發明一實施例中，不同Sr/Tm及Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99-b Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之吸收光譜；
第2b圖係本發明一實施例中，不同Sr/Tm及Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99-b Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之發射光譜；
第3圖係本發明一實施例中，不同Sr/Ba/Tm及Si/Ge比例的螢光材料(Sr0.99-a-b Baa Tmb Eu0.01 )3 Si1-d Ged O5 之發射光譜；
第4圖係本發明一實施例中，(Sr0.86 Ba0.1 Tm0.003 Eu0.01 )3 Si0.999 Ge0.001 O5 之之X-ray繞射圖；以及
第5圖係本發明一實施例中，黃色螢光材料YAG、(Sr0.757 Ba0.23 Tm0.003 Eu0.01 )3 Si0.999 Ge0.001 O5 、藍光LED、及上述三者組合成的白光發光裝置的CIE座標。

Claims (5)

  1. 一種螢光材料，具有化學式如下：(Sr1-a-b-c Ma Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 ；其中Sr、M、Tm、及Eu為二價金屬離子，且M係Ca、Ba、Mg、或上述之組合；Si及Ge為四價離子；0a0.5；0<b0.03；0<c0.1；以及0<d0.005。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之螢光材料，具有化學式如下：(Sr1-b-c Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 ，其發射光譜為580nm±5nm；其中0<b0.03。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之螢光材料，具有化學式如下：(Sr1-a-b-c Baa Tmb Euc )3 Si1-d Ged O5 ，其發射光譜為600nm±5nm；其中0.1≦a≦0.5；0<b≦0.03。
  4. 一種白光發光裝置，包括：一藍光激發光源；以及一黃色螢光材料與申請專利範圍第1項所述之螢光材料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之白光發光裝置，其中該黃色螢光材料為Y3 Al5 O12 ：Ce、Tb3 Al5 O12 ：Ce、(BaSr)2 SiO4 ：Eu、或上述之組合。
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