發(fā)光裝置及其耐溫碳化物熒光材料的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)光裝置及其耐溫碳化物熒光材料，所述的熒光材料包含M1yM25OzCx：M3w化合物。因此，本發(fā)明不含有Si材料，而是以碳取代部分的氧，不但耐熱溫度較高，能夠提升熱穩(wěn)定性，且經(jīng)光源激發(fā)后，所放出的光色更為自然不刺眼，演色性較佳。
【專利說明】發(fā)光裝置及其耐溫碳化物熒光材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熒光材料，特別是指一種發(fā)光裝置及其耐溫碳化物熒光材料。
【背景技術(shù)】
[0002]日亞化工從1996年開始生產(chǎn)白光LED。美國專利5，998，925揭露一種采用波長450nm至470nm的藍(lán)光發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，與以鈰作為活化中心的釔-鋁石榴石熒光物質(zhì)(Y3Al5O12=C e3+，又稱YAG=Ce3+)進(jìn)行組合，而獲得產(chǎn)生白光的發(fā)光系統(tǒng)。發(fā)光單元發(fā)出的部份藍(lán)光被熒光物質(zhì)吸收并轉(zhuǎn)換成黃光為主的較寬光譜(光譜中心約為580nm)放出，由于大量的黃光輻射能刺激人眼中的紅光和綠光受體，加上原有少量藍(lán)光輻射刺激了藍(lán)光受體，看起來就像是產(chǎn)生了白色光。
[0003]但藍(lán)光LED與YAG熒光粉的組合于本質(zhì)上具有的缺點為:因缺少紅光而導(dǎo)致演色性不佳，發(fā)光效率會隨使用溫度增高而降低，以及在大功率光源激發(fā)下所放出的光，其溫度穩(wěn)定性不佳。
[0004]為改善YAG的缺點，許多研究朝向添加Si進(jìn)行改良。由于硅或硅酸鹽基質(zhì)熱穩(wěn)定性差和化學(xué)穩(wěn)定性差，但在紫外光區(qū)有較強(qiáng)的吸收，且高純度的硅或二氧化硅材料價格低廉又易取得，因此以Si4+替代Al3+的稀土離子激活的含硅發(fā)光材料引起高度的重視。
[0005]US2010/0142182公開一種照明系統(tǒng)，包含一個含有第一發(fā)光元件的發(fā)光設(shè)備，以及與發(fā)光設(shè)備分離的第二發(fā)光兀件。該第一發(fā)光兀件設(shè)有突光材料，例如包括Si和N且以鈰作為激活劑的釔-鋁石榴石熒光物質(zhì)，該熒光物質(zhì)具有下列通用分子式:
[0006](Y1- α _e _a_bLu α G(Ifi)3 (Al5_u_vGauSiv) 012_VNV: Cea3+
[0007]其中，0芻 α <1,0 ^ β <1，0〈(α + β +a+b)芻 1，0 芻 u 芻 1，O < ν〈1，0〈a 芻 0.2。
[0008]該突光物質(zhì)系基于YAG的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良,但含Si突光粉的固有缺點在于耐受溫度較低且較不穩(wěn)定，且放出的光色較為艷麗，易對人眼會造成過度刺激。若長期使用，易引起人眼疲勞。雖加入燒結(jié)溫度較高的氮元素，但該熒光材料的燒結(jié)溫度約在1500°C，耐受溫度仍然較低且穩(wěn)定性不足，其演色指數(shù)(Ra值)不超過80%，且此類熒光材料用于發(fā)光裝置時所需份量較多。
[0009]由上述可知，研發(fā)一種耐受溫度高，演色性及熱穩(wěn)定性良好，且光色自然不刺眼的熒光材料是目前本領(lǐng)域的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種耐熱穩(wěn)定度高且光色自然的發(fā)光裝置及其耐溫碳化物熒光材料及其發(fā)布系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明用于發(fā)光裝置的耐溫碳化物熒光材料，至少包含化合物=M1yM25OzCx <，其中，M1 選自下組:Sc3+、Y3+、La3+、Sm3+、Gd3+、Tb3+、Pm3+、Er3+、Lu3+、及其組合；M2 選自下組:A13+、In3+、Ga3+、及其組合；M3 選自下組:Tm3+、Bi3+、Tb3+、Ce3+、Eu3+、Mn3+、Er3+、Yb3+、Ho3+、Gd3+、Pr3+、Dy3+、Nd3+、及其組合。[0012]本發(fā)明用于發(fā)光裝置的耐溫碳化物熒光材料，其中，2.25蘭X蘭3.75，
2.7 ^ y ^ 3,0.01w 芻 0.3，且 4.5 芻 z 芻 7.5。
[0013]本發(fā)明用于發(fā)光裝置的耐溫碳化物突光材料，為Y2.K^l5O7.5C2.25:Tm0 02>
^2.95-^ I 5^6^3:Bi(|.05、^2.94-^ I 5^6^3:Tb0.06、Y2.95八 I 5Ο7.5。2.25:〇θ0.05、￥2.95八15〇6。3:〇θ0.05、丫2.95ΑΙ5Ο4.5。3.75:Ce0.05、丫2.95八15。6。3:胞0.05、Y2.75GaA I 406C3:Mn0.25、丫2.94八 I 5。4.5。3.75:Bi(|.06、
Y2.94AI5O4.5C3.75:TmQ.Q6、Y2.94AI5O4.5C3.75:Cec1.Q4Tbatl2、Y2.95AI5O4.5C3.75:Μηα(ι5、Y2.95Ga504.5C3.75:Mn。.05、Y2.94AI5O6C3:Bi0.06、Y2.94A1506C3:Mn0.06、Y2.94A1506C3:Ce0.(^Lu1.J2GcIl2AI5O6C3:Ce0.05Pr0.03、Lu1 J2Er1Ga5O4 5C3 75:Mn0.25Dy0.03、Luh92Sc1Al5O6C3:Ce0.05Yb0.03、Smh92La1Al5O6C3:Ce0.05Ho0.03、YsjGdci6In1Al4O6C3:Ce0.05Nd0.03、或 Lul95Piii1AI5O6C3:Ce0.05。 [0014]本發(fā)明用于發(fā)光裝置的耐溫碳化物熒光材料，放射波長范圍為38(T700nm。
[0015]本發(fā)明用于發(fā)光裝置的耐溫碳化物熒光材料，激發(fā)波長范圍為25(T500nm。
[0016]本發(fā)明的發(fā)光裝置，包含用于發(fā)出光源的一個發(fā)光二極管，及前述耐溫碳化物熒光材料，該耐溫碳化物熒光材料形成在該發(fā)光二極管上，且吸收該光源而發(fā)光。
[0017]本發(fā)明的發(fā)光裝置，前述耐溫碳化物熒光材料的放射波長范圍為38(T700nm。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明不含有Si材料，而是以碳取代部分的氧，不但耐熱溫度較高，能夠提升熱穩(wěn)定性，且經(jīng)光源激發(fā)后，所放出的光色更為自然不刺眼，演色性較佳。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是說明本發(fā)明一發(fā)光裝置及其耐溫碳化物熒光材料的一較佳實施例的剖視圖；
[0020]圖2是該較佳實施例中實施例13與比較例2的相對光譜功率分布圖；
[0021]圖3是該較佳實施例中實施例1與比較例3的放射光譜圖；
[0022]圖4是該較佳實施例中實施例5與比較例I的光衰曲線圖；
[0023]圖5是該較佳實施例中實施例4的CIE色品座標(biāo)圖。
[0024]圖6是比較例4的CIE色品座標(biāo)圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]在本發(fā)明被詳細(xì)描述前，應(yīng)當(dāng)注意在以下的說明內(nèi)容中，類似的元件是以相同的編號來表不。
[0027]參閱圖1，本發(fā)明發(fā)光裝置I的一個較佳實施例包含用于發(fā)出光源的一個發(fā)光二極管11，及形成在該發(fā)光二極管11上的耐溫碳化物熒光材料12。該耐溫碳化物熒光材料12吸收該光源而發(fā)光。
[0028]較佳地，該發(fā)光二極管11可以是含Al、Ga、N、P、或其組合的晶片。較佳地，該發(fā)光二極管11是選自于發(fā)紫光、藍(lán)光或綠光的LED晶片。較佳地，該光源的發(fā)光光譜的主峰值范圍為35(T500nm。較佳地，耐溫碳化物熒光材料12通過蒸鍍或氣相沉積設(shè)置于該發(fā)光二極管11上。還佳地，耐溫碳化物熒光材料12通過蒸鍍或氣相沉積于該發(fā)光二極管11上形成一個薄膜，該薄膜具有如鏡面般平滑的高品質(zhì)表面。較佳地，耐溫碳化物熒光材料12的放射波長范圍為38(T700nm。
[0029] 該耐溫碳化物熒光材料12為式(I)化合物:
[0030]M1yM25OzCx =M3w...................................................(I)
[0031]其中，M1選自下組:Sc3+、Y3+、La3+、Sm3+、Gd3+、Tb3+、Pm3+、Er3+、Lu3+、及其組合。
[0032]M2 選自下組:A13+、In3+、Ga3+、及其組合。
[0033]M3 選自下組:Tm3\ Bi3+、Tb3+、Ce3+、Eu3+、Mn3+、Er3+、Yb3+、Ho3+、Gd3+、Pr3+、Dy3+、Nd3+、及其組合。
[0034]且式(I)中，2.25 芻 X 芻 3.75,2.7 ^ y ^ 3,0.01 < w 芻 0.3，且 4.5 芻 z 芻 7.5。
[0035]經(jīng)由搭配各種不同元素，使該耐溫碳化物熒光材料12放出所需求的色光；且本發(fā)明以C取代部分0，由于C具有共價鍵結(jié)構(gòu)，該耐溫碳化物熒光材料12鍵結(jié)強(qiáng)度提升不易斷裂，耐受溫度提高，燒結(jié)溫度約在1800°C，且熱穩(wěn)定性良好。
[0036]另外，當(dāng)活化中心金屬元素M3包括Tm3+或Bi3+時，該耐溫碳化物熒光材料12受光源激發(fā)后放出藍(lán)光，當(dāng)活化中心金屬元素M3包括Tb3+或Ce3+時，該耐溫碳化物熒光材料12受光源激發(fā)后放出黃綠光，當(dāng)活化中心金屬元素M3包括Eu3+或Mn3+時，該耐溫碳化物熒光材料12受光源激發(fā)后放出紅光。該活化中心金屬元素(或稱增光元素)除與放射光波長相關(guān)外，也有助于提升該耐溫碳化物突光材料12的放光強(qiáng)度。
[0037]較佳地，0.01 ^ w ^ 0.3ο當(dāng)w小于0.01時，該耐溫碳化物熒光材料12的亮度不足；當(dāng)該w大于0.3時，該耐溫碳化物熒光材料12的放射波長會增加，且導(dǎo)致亮度下降。較佳地為0.01蘭w蘭0.3。
[0038]較佳地，該耐溫碳化物熒光材料12可以是Y2.98A1507.5C2.25:Tm0.02, Y2.95AI5O6C3:Bi0.05、Y2.94AI5O6C3:Tb0.06、Y2.95Al5O7.5C2.25:Ce0.05、Y2.95A1506C3:Ce0.05、Y2.95Al5O4.5C3.75:Ce0.05、Y2.95AI5O6C3:Mn0.05、Y2.75GaAl406C3:Mn0.25、Y2.94Al5O4.5C3.75:Bi0.06、Y2.94Al5O4.5C3.75:Tm0.06、Y2.94Al5O4.5C3.75:Ce0.Q4Tb0.02、Y2.95Al5O4.5C3.75:Μηα(ι5、Y295Ga5O4.5C3.75:Mna(l5、Y2.94A1506C3:Bi0.06、Y2.94AI5O6C3:Mn0.06、Y2.94A1506C3:Ce。.。6、Lul72GcIl2AI5O6C3 !Cea05Pra03' Lu1 J2Er1Ga5O4 5C3 75:Mn0.25Dy0.03、Lul92Sc1AI5O6C3:Ce0.05Yb0.03、Sm1.^La1Al5O6C3:Ce0.05Ηο0.03、Yi32Gdtl6In1Al4O6C3:Ce0.(?ΝεΙ。.Q3、或 Lul95Piii1AI5O6C3:Ce0.05。
[0039]較佳地，該耐溫碳化物熒光材料12的放射波長范圍為38(T700nm。其中，當(dāng)M3包括增光元素Tb3+、Er3+、Yb3+或Ho3+，該耐溫碳化物熒光材料12的放射波長范圍為38(T530nm ；當(dāng)M3包括增光元素Gd3+、Pr3+、Dy3+或Nd3+，該耐溫碳化物熒光材料12的放射波長范圍在530~700nm。
[0040]較佳地,該耐溫碳化物突光材料12的激發(fā)波長范圍為250~500nm。較佳地,該耐溫碳化物熒光材料12的粒徑范圍為5nm~20 μ m間。該耐溫碳化物熒光材料12的制備方法可為固態(tài)法(solid-state method)、檸檬酸鹽凝膠法,及共沉淀法,不限于單一種方法制備。較佳地，該耐溫碳化物熒光材料12是通過高溫固態(tài)法所制備。固態(tài)法制法簡單，有利于大量生產(chǎn)，極具產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值。還佳地，固態(tài)法的燒結(jié)溫度為1800°C，還原溫度為1500°C。
[0041]本發(fā)明將就以下實施例作進(jìn)一步說明，但應(yīng)了解的是，該實施例僅用于例示說明，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實施的限制。
[0042]<化學(xué)品來源及制備>
[0043]氧化鉍(Bi2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。[0044]氟化鋇(BaF2):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0045]氧化銩(Tm2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0046]氧化鈰(CeO2):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0047]碳酸氫銨(NH4HCO3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0048]氧化錳(MnO2):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0049]氧化釔(Y2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0050]氧化鋁(Al2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0051]二氧化鉍(BiO2):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0052]氧化鋱(Tb4O7):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0053]氧化鎵(Ga2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0054]氧化釓(Gd2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0055]氧化镥(Lu2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0056]氧化鉺(Er2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0057]氧化鏑(Dy2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0058]氧化鐠(Pr6O11):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0059]氧化鈧(Sc2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0060]氧化鐿(Yb2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0061 ]氧化釤(Sm2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0062]氧化欽(Ho2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0063]氧化釹(Nd2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0064]氧化钷(Pm2O3):購自于ACROS公司，純度99.9%，試劑級。
[0065]招酸鋇續(xù)(Bariummagnesium aluminate, BaMgAlltlO17,簡稱 BAM):購自于日本根本化學(xué)公司。
[0066]釔-鋁石榴石(簡稱YAG):購自于日本根本化學(xué)公司。
[0067]鉺:釔-鋁石榴石(簡稱YAG:Er):購自于日本根本化學(xué)公司。
[0068]Y4C3:由Y2O3及C在1200°C~1800°C氬氣環(huán)境下合成。
[0069]Al4C3:由Al2O3及C在1200°C~1800°C氬氣環(huán)境下合成。
[0070]Ce4C3:由CeO 2及C在1200°C~1800°C氬氣環(huán)境下合成。
[0071]Ga4C3:由Ga2O3及C在1200°C~1800°C氬氣環(huán)境下合成。
[0072][實施例1]
[0073]制備耐溫碳化物熒光材料12:依化學(xué)劑量比，秤取33.65g Υ203、0.39gTm203、20.39gAl203、5.4g Al4C3，將前述原料及2.9g助熔劑BaF2均勻混合形成一個混合物。制備實施例1所需的化學(xué)品種類詳細(xì)記載于表1。
[0074]將該混合物置入坩堝中，并于氮氣中以5°C /min的升溫速率升溫至1650°C進(jìn)行鍛燒24小時，再以5°C /min的速率冷卻至室溫，得到經(jīng)鍛燒的粉末。
[0075]研磨該經(jīng)鍛燒的粉末，再洗凈并烘干后，以400目網(wǎng)篩過篩。再將該經(jīng)研磨的粉末置于N2/H2為85%/15%的還原氣氛中，于1500°C下還原12小時，制得實施例1的耐溫碳化物熒光材料12。
[0076][發(fā)光測試][0077]將實施例1的耐溫碳化物熒光材料12樣品以400nm的紫光激發(fā)，用光致發(fā)光(PhotoLuminesecence,簡稱PL)現(xiàn)象量測該實施例1樣品的放射波長，測得放射出波長為460nm的藍(lán)光。實施例1的發(fā)光測試結(jié)果記載于表2。
[0078][實施例2~22]
[0079]實施例2~22的耐溫碳化物熒光材料12的制備過程、制備條件及測試方法系與實施例I相同，不同的處在于原料化學(xué)品的種類及用量，所用的原料種類詳細(xì)記載于表1。
[0080]表1
[0081]
【權(quán)利要求】
1.一種用于發(fā)光裝置的耐溫碳化物熒光材料，其特征在于，該耐溫碳化物熒光材料包含式⑴化合物: M1y M25OzCx =M3w..........................................(I) 其中，M1 選自下組:Sc3+、Y3+、La3+、Sm3+、Gd3+、Tb3+、Pm3+、Er3+、Lu3+、及其組合； M2選自下組:Al3+、In3+、Ga3+、及其組合；及
M3 選自下組:Tm3\ Bi3+、Tb3+、Ce3+、Eu3+、Mn3+、Er3+、Yb3+、Ho3+、Gd3+、Pr3+、Dy3+、Nd3+、及其組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐溫碳化物熒光材料，其特征在于:2.25 ^ X ^ 3.75，2.7 ^ y ^ 3,0.01 < w 芻 0.3，且 4.5 芻 z 芻 7.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐溫碳化物熒光材料，其特征在于:所述的耐溫碳化物熒光材料為 D I5O7.5C2.25:Tm0.02、Y2.95A1506C3:Bi0.05、Y2.94A1506C3:Tb0.06、Y2.95Al5O7.5C2.25:Ce0.05、Y2.95八15。6。3:Ce0.05、Y2.95AI5O4.5C3.75:Ce0.05、丫2.95八丄5。6。3 05、Y2.75GaA1406C3:Mn0.25、丫2.94ΑΙ5Ο4.5。3.7506、丫2.94八 I 5Ο4.5。3.75:Τ?% 06、丫2.94八 I 5〇4.5。3.75: CeQ.Q4TbQ.Q2、Y2.95AI 5Ο4.5。3.75:Mn0.。5、Y2.95Ga504.5C3.75:Μη0>05-, Y2.94A1506C3:Bi0>06> Y2.94A1506C3:Mn0>06> Y2.94A1506C3:Ce0.06、Lul72GcIl2AI5O6C3:Ce0.05Pr0.03、Lu1 J2Er1Ga5O4 5C3 75:Mn0.25Dy0.03、Lul92Sc1AI5O6C3:Ce0.05Yb0.03、Sm1.Q2La1Al5O6C3:Ce。.Q5Hotl.。3、Y2.32Gda6InlAl406C3:Ce。.Q5Ndtl.。3、或 Lul95Piii1AI5O6C3:Ce0.05。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐溫碳化物熒光材料，其特征在于:該耐溫碳化物熒光材料的放射波長范圍為38(T700nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐溫碳化物熒光材料，其特征在于，該耐溫碳化物熒光材料的激發(fā)波長范圍為25(T500nm。
6.一種發(fā)光裝置，其特征在于，其包含:用于發(fā)出光源的一個發(fā)光二二極管，及權(quán)利要求1飛中任一項所述的耐溫碳化物熒光材料，該耐溫碳化物熒光材料形成在該發(fā)光二極管上，且吸收該光源而發(fā)光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光裝置，其特征在于:該耐溫碳化物熒光材料的放射波長范圍為 38(T700nm。
【文檔編號】H01L33/50GK103937500SQ201310024238
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月22日
【發(fā)明者】蔡凱雄 申請人:蔡凱雄