TWI538985B

TWI538985B - 橘紅光螢光粉材料及其製造方法

Info

Publication number: TWI538985B
Application number: TW102141332A
Authority: TW
Inventors: 楊素華; 楊智凱; 顏嘉宏
Original assignee: 國立高雄應用科技大學
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2016-06-21
Also published as: TW201518474A

Description

橘紅光螢光粉材料及其製造方法

本發明係關於一種橘紅光螢光粉材料及其製造方法；特別是關於一種橘紅光LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料及其製造方法。

舉例而言，習用螢光粉材料，如美國專利第6113807號〝Phosphor and method for producing same〞之發明專利，其揭示一種螢光粉材料製造方法：螢光粉由具奈米構造〔nanostructure〕之發光無機粒子〔luminous inorganic particle〕製成，該發光無機粒子防止該螢光粉之表面受污染及控制該螢光粉之粒徑。將碳材料及無機鹽材料混合形成一混合物，並將該混合物加熱形成一層化化合物〔interlaminar compound〕。然而，前述第6113807號為僅用以防止螢光粉之表面受污染及調整控制該螢光粉之粒徑而已，因此其無法滿足改善螢光粉之能量轉換效率及發光效率技術之需求。

另一習用螢光粉材料，美國專利公開第20060255715號〝Carbon nanotube containing phosphor〞之發明專利申請案，其揭示一種含奈米碳管之螢光粉材料。該螢光粉材料選自硫化鋅〔ZnS〕螢光材料，且該含奈米碳管之螢光粉材料用以改善硫化鋅材料之電性傳導特性及熱傳導特性。然而，前述第20060255715號之螢光粉材料僅適用於硫化鋅螢光材料，因此其無法滿足改善其它螢光粉之能量轉換效率及發光效率技術之需求。

事實上，前述美國專利第6113807號及專利公開第20060255715號申請案仍必然存在進一步改良螢光粉材料及其製造方法之需求。前述專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述技術問題及需求，其提供一種橘紅光螢光粉材料及其製造方法，其於製造一LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料時，利用一奈米碳管/奈米線材料披覆於該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料之表面，因此相對於習用螢光粉可大幅提升螢光粉之能量轉換效率、傳導特性及發光效率。

本發明之主要目的係提供一種橘紅光螢光粉材料及其製造方法，其利用一LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料製成一橘紅光螢光粉，以達成提供各種橘紅光螢光粉之目的。

本發明之另一目的係提供一種橘紅光螢光粉材料及其製造方法，其於製造一LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料時，利用一奈米碳管/奈米線材料披覆於該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料之表面，以達成提升螢光粉之能量轉換效率、傳導特性及發光效率之目的。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法包含：將於一硝酸溶液混合預製一LaPO₄：Eu³⁺溶液；將該LaPO₄：Eu³⁺溶液與一奈米碳管或奈米線材料進行混合，以形成一混合溶液，並產生一前驅物；將該混合溶液進行沉降、離心分離，以產生一沉澱物；將該沉澱物進行乾燥及研磨，以產生一研磨粉材料；將該研磨粉材料進行高溫燒結，以形成一LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料。

本發明較佳實施例利用一表面改質材料將該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料進行改質。

本發明較佳實施例之該表面改質材料選自一介面活性劑或一分散劑。

本發明較佳實施例之該奈米碳管或奈米線材料之濃度介於0.5wt%至0.75wt%、0.75wt%至1.0wt%、1.0wt%至1.25wt%或0.5wt%至1.25wt%之間。

本發明較佳實施例之該Eu³⁺之濃度介於3mol%至5mol%、5mol%至7mol%、7mol%至9mol%、或3mol%至9mol%之間。

為了達成上述目的，本發明另一較佳實施例之橘紅光螢光粉材料包含：一La₂O₃材料；一Eu₂O₃材料；及一磷酸鹽材料，將該La₂O₃材料、Eu₂O₃材料及磷酸鹽材料於一溶液進行混合，以形成一LaPO₄：Eu³⁺溶液；其中利用該LaPO₄：Eu³⁺溶液製成一橘紅光螢光粉。

本發明較佳實施例之該磷酸鹽材料選自(NH₄)₂HPO₄、H₃PO₄或Na₅P₃O₁₀。

本發明較佳實施例利用一奈米碳管或奈米線材料與該LaPO₄：Eu³⁺溶液進行混合，以形成一混合溶液，並產生一前驅物，該奈米碳管或奈米線材料披覆於該LaPO₄：Eu³⁺材料之表面，以提升該LaPO₄：Eu³⁺材料之能量轉換效率、傳導特性及發光效率。

第1圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法之流程示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種銪掺質濃度下產生其光致螢光激發強度與波長關係之曲線圖。

第3圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種有掺質濃度下產生其光致螢光強度與波長關係之曲線圖。

第4圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在採用各種磷酸鹽材料下產生其光致螢光之C.I.E.色座標圖。

第5圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種奈米碳管披覆濃度下產生其光致螢光強度與波長關係之曲線圖。

第6圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種奈米碳管披覆濃度下產生其陰極發光強度與波長關係之曲線圖。

第7圖：本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在陰極發光下影像之示意圖。

為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之橘紅光〔各種橘紅光〕螢光粉材料及其製造方法適用於各種掺質材料、燒結溫度之範圍及燒結時間之範圍，且本發明較佳實施例可依不同產品及製程之需求適當調整掺質材料、燒結溫度〔例如：1000℃至1300℃〕及燒結時間〔例如：0.5小時至3小時〕，但其並非用以限定本發明之適用範圍。

本發明較佳實施例之橘紅光LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料可應用於照明裝置、影像裝置及顯示裝置之發光材料或其相關技術領域，該相關技術領域係屬未脫離本發明之精神與技術領域範圍。本發明較佳實施例之橘紅光LaPO₄：Eu³⁺螢光粉製造方法適用於場發射顯示器〔field emission display，FED〕，但其並非用以限定本發明。

第1圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法之流程示意圖。請參照第1圖所示，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料包含一LaPO₄：Eu³⁺材料及一奈米碳管〔carbon nanotube，CNT〕/奈米線〔nanowire〕材料，該LaPO₄：Eu³⁺材料之Eu³⁺掺質材料〔dopant material〕之濃度介於3mol%至5mol%、5mol%至7mol%、7mol%至9mol%、或3mol%至9mol%之間，且包含3mol%、5mol%、7mol%、9mol%。

請參照第1圖所示，本發明較佳實施例之該LaPO₄：Eu³⁺材料包含一La₂O₃材料、一Eu₂O₃材料及一磷酸鹽材料，且將該La₂O₃材料、Eu₂O₃材料及磷酸鹽材料於一溶液進行混合。該磷酸鹽材料選自(NH₄)₂HPO₄、H₃PO₄或Na₅P₃O₁₀。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法包含步驟：將於一硝酸溶液〔例如：65%之HNO₃〕混合預製一LaPO₄：Eu³⁺溶液。本發明較佳實施例採用適量La₂O₃及Eu₂O₃材料溶解於硝酸及去離子水〔deionized water〕，另採用適量(NH₄)₂HPO₄ 溶液緩慢加入進行混合。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法包含步驟：將該LaPO₄：Eu³⁺溶液與奈米碳管/奈米線材料進行混合，以形成一混合溶液，並產生一前驅物〔precursor〕。再將適量NH₄OH溶液加入及攪拌〔stirring〕。

本發明較佳實施例可選擇單獨採用該奈米碳管材料、奈米線材料或其混合材料。本發明較佳實施例亦可選擇該奈米碳管材料及奈米線材料形成適當混合，並以一預定比例進行混合，且亦可選擇採先加入該奈米碳管材料後再加入該奈米線材料，或先加入該奈米線材料後再加入該奈米碳管材料，或同時加入該奈米碳管材料及奈米線材料。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明另一較佳實施例加入一表面改質材料〔surfactant〕，且該表面改質材料選自一介面活性劑〔SDS〕或一分散劑〔dispersant，例如：(NaPO₃)₆〕。利用該表面改質材料將該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料進行改質，以便改善該螢光粉及該奈米碳管/奈米線材料之粒子分散性〔dispersion〕，改進該螢光粉之表面活性、相容性及穩定性。該介面活性劑之濃度介於2mol%至3mol%、3mol%至4mol%或2mol%至4mol%之間，且包含2mol%、3mol%、4mol%。該分散劑之濃度介於0.25mol%至0.5mol%、0.5mol%至1.0mol%、1.0mol%至1.5mol%、或0.25mol%至1.5mol%之間，且包含0.25mol%、0.5mol%、1.0mol%、1.5mol%。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法包含步驟：將該混合溶液進行沉降〔precipitate〕與離心分離〔centrifuge〕，以產生一沉澱物〔precipitation〕。將該沉澱物以去離子水及酒精洗滌，以去除離子殘留物。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法包含步驟：將該沉澱物進行乾燥及研磨，以產生一研磨粉材料。本發明較佳實施例可選擇採用80℃熱風進行烘乾該沉澱物。本發明較佳實施例可選擇採用球磨機〔ball mill machine〕可用於研磨混合該沉澱物。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法包含步驟：將該研磨粉材料進行高溫燒結，以形成一LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料。本發明較佳實施例可選擇採用燒結溫度介於1000℃至1300℃之間及燒結時間介於0.5小時至3小時之間。該奈米碳管/奈米線材料披覆於該LaPO₄：Eu³⁺材料之表面，以提升該LaPO₄：Eu³⁺材料之能量轉換效率、傳導特性及發光效率。

第2圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種銪掺質濃度下產生其螢光激發〔photoluminescence excitation，PLE〕強度與波長關係之曲線圖，其包含四條曲線，其採用發光波長為594nm。請參照第2圖所示，將La_1-xPO₄：xEu³⁺螢光粉材料以Eu³⁺濃度3mol%、5mol%、7mol%、9mol%進行掺質。對光放射峰位於波長594nm(⁵D₀→⁷F₁)的橘紅光，在Eu³⁺濃度為7mol%且燒結溫度為1200℃及燒結時間2h的條件下，可得到最佳的激發能量吸收行為。

第3圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種銪掺質濃度下產生其光致螢光〔photoluminescence，PL〕強度與波長關係之曲線圖，其包含四條曲線，其採用光激波長為396nm。請參照第3圖所示，將La_1-xPO₄：xEu³⁺螢光粉材料以Eu³⁺濃度3mol%、5mol%、7mol%、9mol%進行掺質。在Eu³⁺濃度為7mol%且燒結溫度為1200℃及燒結時間2h的條件下，可得到最佳發光亮度，其最強的光放射峰位於594nm。

第4圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在採用各種磷酸鹽材料下產生其光致螢光之C.I.E.色座標圖，其包含三組座標。請參照第4圖所示，該磷酸鹽材料包含(NH₄)₂HPO₄、H₃PO₄及Na₅P₃O₁₀。本發明較佳實施例採用(NH₄)₂HPO₄之C.I.E.色座標為(0.615,0.374)，採用H₃PO₄之C.I.E.色座標為(0.621,0.349)及採用Na₅P₃O₁₀之C.I.E.色座標為(0.605,0.371)。

第5圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種奈米碳管披覆濃度下產生其光致螢光強度與波長關係之曲線圖，其包含五條曲線，其採用光激波長為396nm。請參照第5圖所示，將本發明較佳實施例之LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料於披覆各種奈米碳管材料濃度與未披覆奈米碳管材料時之光致螢光強度進行比較。由於該奈米碳管材料之披覆，因此當該奈米碳管材料之濃度上升時，該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料之光致螢光強度下降，其最強的光放射峰位於594nm。該奈米碳管材料之濃度介於0.5wt%至0.75wt%、0.75wt%至1.0wt%、1.0wt%至1.25wt%或0.5wt%至1.25wt%之間，且包含0.5wt%、0.75wt%、1.0wt%、1.25wt%。

第6圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在各種奈米碳管披覆濃度下產生其陰極發光〔cathodoluminescence，CL〕強度與波長關係之曲線圖，其包含五條曲線。請再參照第4圖所示，將本發明較佳實施例之LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料於披覆各種奈米碳管材料濃度0.5wt%、0.75wt%、1.0wt%、1.25wt%與未披覆奈米碳管材料時之陰極螢光強度進行比較。在該奈米碳管材料濃度為1.0wt%時，該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料發出最大陰極螢光強度。

第7圖揭示本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉材料在陰極發光下影像之示意圖。本發明較佳實施例之橘紅光螢光粉製造方法選擇採用共沉澱法或固態處理法。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

Claims

一種橘紅光螢光粉製造方法，其包含：將於一硝酸溶液混合預製一LaPO₄：Eu³⁺溶液；將該LaPO₄：Eu³⁺溶液與一奈米碳管或奈米線材料進行混合，以形成一混合溶液，並產生一前驅物；將該混合溶液進行沉降、分離，以產生一沉澱物；將該沉澱物進行乾燥及研磨，以產生一研磨粉材料；將該研磨粉材料進行高溫燒結，以形成一LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料。
依申請專利範圍第1項所述之橘紅光螢光粉製造方法，其中利用一表面改質材料將該LaPO₄：Eu³⁺螢光粉材料進行改質。
依申請專利範圍第2項所述之橘紅光螢光粉製造方法，其中該表面改質材料選自一介面活性劑或一分散劑。
依申請專利範圍第1項所述之橘紅光螢光粉製造方法，其中該奈米碳管或奈米線材料之濃度介於0.5wt%至1.25wt%之間。
依申請專利範圍第1項所述之橘紅光螢光粉製造方法，其中該Eu³⁺之濃度介於3mol%至9mol%之間。
一種橘紅光螢光粉材料，其包含：一La₂O₃材料，其具有一預定量；一Eu₂O₃材料，其具有一預定量；及一磷酸鹽材料，其具有一預定量，將該La₂O₃材料、Eu₂O₃材料及磷酸鹽材料於一溶液進行混合，以形成一LaPO₄：Eu³⁺溶液，該Eu³⁺之濃度介於3mol%至9mol%之間；其中利用該LaPO₄：Eu³⁺溶液製成一橘紅光螢光粉，且該磷酸鹽材料選自H₃PO₄。
依申請專利範圍第6項所述之橘紅光螢光粉材料，其中該溶液為一硝酸溶液，且該硝酸溶液為65%之HNO₃。
一種橘紅光螢光粉材料，其包含：一La₂O₃材料、一 Eu₂O₃材料及一磷酸鹽材料於一溶液進行混合，以形成一LaPO₄：Eu³⁺溶液，利用該LaPO₄：Eu³⁺溶液製成一橘紅光螢光粉之一LaPO₄：Eu³⁺材料；其中利用一奈米碳管或奈米線材料與該LaPO₄：Eu³⁺溶液進行混合，以形成一混合溶液，該奈米碳管或奈米線材料披覆於該LaPO₄：Eu³⁺材料之表面。
依申請專利範圍第8項所述之橘紅光螢光粉材料，其中該奈米碳管或奈米線材料之濃度介於0.5wt%至1.25wt%之間。
依申請專利範圍第8項所述之橘紅光螢光粉材料，其中該Eu³⁺之濃度介於3mol%至9mol%之間。