TWI553098B - (Ba1-xEux)Y2ZnO5白光發光二極體的螢光材料及其製造方法 - Google Patents
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Description
一種發光二極體的螢光材料，特別是一種白光發光二極體的螢光材料。
近年來照明方面的技術進步，環保及節能觀念逐漸被重視，發展省電兼具高亮度、高效率與低污染的綠色照明產品是目前各國積極推崇與競爭標的之一。目前，綠色照明技術已有很全面的發展，發光二極體燈泡漸漸取代傳統燈泡，白光發光二極體(white light emiting diode, WLED)具有體積小、耗電量低、壽命長、發熱量低和唯一不含汞的光源等優點，已成為照明設備發展的主流。
WLED白光產生方式，是由多種波長光混光形成，目前普遍看到WLED的混合方式以單晶型而言，主要是由以GaN藍光LED激發釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet,Y3Al5O12,YAG)產生黃色螢光，此藍光與黃色螢光互補混合生成白光。然而，這種易製作、低成本商業化之WLED，依然存在演色性低的缺點。
此外，UV/紫外線與RGB三原色螢光材料組合形成的白光演色性最高，但發光效率相對較差。而多晶型則是經由三種不同波長之LED組合產生的白光，發光效率及演色性較能兼顧，但是電路複雜與成本高。由前述說明可知，既有技術產生的白光LED的方式雖有許多，但均有其缺陷與不足之處。
為促使WLED能更進一步提升效率與亮度，本發明改善既有螢光材料發光強度，發明出一種白光發光二極體之螢光材料，其化學通式為：(Ba
1-xEu
x)Y
2ZnO
5，其中x=0.03~0.07。
較佳地x=0.05。
其中，該白光二極體之螢光材料受激發產生的光輸出之CIE座標位於X=0.25~0.4, Y=0.2~0.4。
其中，該白光發光二極體之螢光材料吸收光譜於300nm~540nm有吸收波峰；以及該白光發光二極體之螢光材料激發光譜於330nm~550nm具有吸收波峰。
其中，其係由碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅、氧化銪所組成之混合物粉末燒結而得。
其中，該碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅、氧化銪具有99％以上之純度。
本發明進一步提供一種白光發光二極體螢光材料之製造方法，其包含：震動研磨由碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅、氧化銪所組成之混合物粉末，燒結該混合物粉末得該白光發光二極體之螢光材料。
其中，該震動研磨係由高能振動球磨研磨碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅及氧化銪所組成的混合物粉末；該燒結係利用高溫燒結爐燒結該混合物粉末。
其中，利用一固態反應法製得該白光發光二極體之螢光材料。
由上述說明可知，本發明具備有以下優點：
1.本發明製備出優異的螢光材料，可改善既有螢光材料的演色性低之缺點。
2.本發明之螢光材料應用於白光二極體可具有體積小、耗電量低、壽命長、發熱量低和唯一不含汞的光源之優點。
3.本發明之螢光材料應用於白光二極體可成為一種省電、高亮度、高效率與低污染的綠色照明產品。
本發明為一種白光發光二極體的螢光材料，其化學通式為：(Ba
1-xEu
x)Y
2ZnO
5，其中x=0.03~0.07mol。
該白光發光二極體之螢光材料的製造步驟包含：
震動研磨由碳酸鋇(BaCO
3, Barium Carbonate)、氧化釔(Y
2O
3, Yttrium Oxide)、氧化鋅(ZnO, Zinc Oxide)、氧化銪(Eu
2O
3, Europium Oxide)所組成之混合物粉末；以及
燒結該混合物粉末，產生該白光發光二極體之螢光材料。本實施例主要是利用固態反應法製得該白光發光二極體之螢光材料。
該震動研磨係由高能振動球磨研磨碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅及氧化銪所組成的混合物粉末；該燒結可以係利用高溫燒結爐燒結該混合物粉末。
其中，上述之碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅以及氧化銪較佳使用99％以上之純度。本發明一較佳實施例為利用固態反應法，將該混合物粉末在溫度1250
oC持溫煆燒12小時得本發明之白光發光二極體的螢光材料。
以下為針對(Ba
1-xEu
x)Y
2ZnO
5的螢光材料，其中x=0.01~0.5，進行物、化性質與光學特性分析：
請參考圖1，本發明之較佳實施例x=0.01~0.5之X光繞射(X-ray diffraction analysis, XRD)分析，使用X-ray靶材為CuKα (λ=1.5406Å)，其繞射條件為掃描範圍(2θ)：20°~50°。由圖1可看出當Eu
3+離子濃度增至10mol%時，本實施例之結構維持單一相結構，隨著濃度增至15％以上時，結構有二次相存在，經由JCPDS(Number: 83-0927)資料比對確認，該二次相即為Y
2O
3氧化物，確認本實施例產生Y
2O
3之結構。
請參考圖2a～圖2f，本發明較佳實施例利用掃描式電子顯微鏡(Scanning electron microxcopy, SEM)分析其表面型態，測量方法為先將上述之該混合物粉末以碳膠帶沾粘於金屬載具上，之後鍍上一層薄白金以增加試片的導電性，利於SEM觀察。其中，圖2a為x=0、圖2b為x=0.01、圖2c為x=0.07、圖2d為x=0. 1、圖2e為x=0.2及圖2f為x=0.5mol，可看出本實施例之材料呈現顆粒狀態，且顆粒外型並不隨著摻雜濃度的提高而有所不同，其表面形態可發現顆粒間產生團聚現象。
請參考圖3，其為本發明較佳實施例的BaY
2ZnO
5和(Ba
0.5Eu
0.5)Y
2ZnO
5之吸收光譜(Absorption spectrum)，螢光材料主要吸收波長為近紫外光到可見光區域。螢光材料對不同波長光的吸收能力是取決於材料的性質和成分，本發明主要是與激發光譜比對，藉此判定晶體中各種特性吸收峰的激發效率。由圖3可知BaY
2ZnO
5主要吸收能帶為200～400nm，吸收邊界為400nm。本發明之較佳實施例(Ba
0.5Eu
0.5)Y
2ZnO
5之吸收光譜於380nm~540nm有吸收峰，其為Eu
3+離子之4f內層軌域間躍遷的吸收波峰。
請參考圖4～圖6，其為本發明較佳實施例之螢光光譜儀(photoluminescence, PL)，包含有激發光譜(excitation spectrum)及發射光譜(emission spectrum)，主要量測方法為利用一Xe燈作為激發光源，提供200～800nm之有效輻射範圍，將激發光源的單元設於一最佳角度，並調整放射單光器於一適當的接收位置，找出一對應最大吸收發射峰波長。圖4為本發明較佳實施例之Ba
0.5Eu
0.5Y
2ZnO
5之吸收光譜與激發光譜對照圖，圖4中(a)為本發明之吸收光譜，(b)為激發光譜，(a)吸收光譜中300nm～540nm區間尖銳的激發波峰，來自於本發明所內含之Eu
3+離子4f內層軌域之激態與激發態相互躍遷所造成之吸收峰。圖5為本發明之激發光譜圖，可看出300nm～550nm為本發明中Eu3
+離子4f內層軌域躍遷所造成之吸收波峰。圖6為本發明之Eu
3+離子激發態與基態之能階示意圖。
請參考圖7，其為本發明較佳實施例之CIE 1931色度座標(analysis of C.I.E chomaticity diagram)，依照國際照明組織(Commission international de l'éclairage, CIE)所制定的標準三原色與三激值，將螢光光譜儀所測得的發光光譜，可得多波長混合物之可見光致轉換成一色度座標(X,Y)值一致的量測結果，可用來判斷本發明的發光色純度與其他顏色可見光的相對關係。本發明利用395nm作為激發光源，圖7可看出本發明隨著Eu3
+離子濃度的增加發光顏色由藍光、白光漸漸轉為橙紅光，本發明之螢光材料發出白光較佳位於(X=0.25~0.4, Y=0.2~0.4)之CIE座標區間，其中，(Ba
1-xEu
x)Y
2ZnO
5之x介於0.03～0.07，較佳x=0.05。
由上述說明可知，本發明具備有以下優點：
1.本發明製備出優異的螢光材料，可改善既有螢光材料的演色性低之缺點。
2.本發明之螢光材料應用於白光二極體可具有體積小、耗電量低、壽命長、發熱量低和唯一不含汞的光源之優點。
3.本發明之螢光材料應用於白光二極體可成為一種省電、高亮度、高效率與低污染的綠色照明產品。
圖1為本發明較佳實施例之X光繞射圖。 圖2a為本發明x=0之較佳實施例之掃描式電子顯微鏡圖。 圖2b為本發明x=0.01之較佳實施例之掃描式電子顯微鏡圖。 圖2c為本發明x=0.07之較佳實施例之掃描式電子顯微鏡圖。 圖2d為本發明x=0.1之較佳實施例之掃描式電子顯微鏡圖。 圖2e為本發明x=0.2之較佳實施例之掃描式電子顯微鏡圖。 圖2f為本發明x=0.5之較佳實施例之掃描式電子顯微鏡圖。 圖3為本發明較佳實施例之吸收光譜圖。 圖4為本發明較佳實施例之吸收光譜與激發光譜對照圖。 圖5為本發明較佳實施例之激發光譜圖。 圖6為本發明較佳實施例之Eu
3+離子激發態與基態之能階示意圖。 圖7為本發明較佳實施例之CIE 1931色度座標圖。
Claims (7)
- 一種白光發光二極體之螢光材料，其化學通式為：(Ba1-xEux)Y2ZnO5，其中x=0.03~0.07，該白光二極體之螢光材料受激發產生的光輸出之CIE座標位於X=0.25~0.4,Y=0.2~0.4。
- 如申請專利範圍第1項之白光發光二極體之螢光材料，其中x=0.05。
- 如申請專利範圍第1或2項之白光發光二極體之螢光材料，其中：該白光發光二極體之螢光材料吸收光譜於300nm~540nm有吸收波峰；以及該白光發光二極體之螢光材料激發光譜於330nm~550nm具有吸收波峰。
- 如申請專利範圍第1或2項之白光發光二極體之螢光材料，其係由碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅、氧化銪所組成之混合物粉末燒結而得。
- 如申請專利範圍第4項之白光發光二極體之螢光材料，該碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅、氧化銪具有99%以上之純度。
- 一種白光發光二極體螢光材料之製造方法，其係利用一固態反應法製得該白光發光二極體之螢光材料，其步驟包含：震動研磨由碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅、氧化銪所組成之混合物粉末，燒結該混合物粉末得該白光發光二極體之螢光材料。
- 如申請專利範圍第6項之白光發光二極體螢光材料之製造方法，該震動研磨係由高能振動球磨研磨碳酸鋇、氧化釔、氧化鋅及氧化銪所組成的混合物粉末；該燒結係利用高溫燒結爐燒結該混合物粉末。
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| TW103145044A TWI553098B (zh) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | (Ba1-xEux)Y2ZnO5白光發光二極體的螢光材料及其製造方法 |
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| TW201623580A TW201623580A (zh) | 2016-07-01 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「Synthesis and Luminescent Properties of BaY2ZnO5:Eu2+ Phosphor Powders」, New Physics Sae Mulli. 62, 923, doi: 10.3938/np.62.923, Shim Kyoo Sung 等著 * |
Also Published As
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|---|---|
| TW201623580A (zh) | 2016-07-01 |
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