CN101586030B - 波长转换物质及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种波长转换物质，其组成为金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体，其化学通式为Mw-pAlyOzXq:Rp，其中w、y、z、q＞0，0.005＜p＜0.5，并且满足q＝2w+3y-2z，而M是至少一种元素选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba与Zn所构成的群组，X是至少一种元素选自F、Cl、Br与I所构成的群组，以及R为一种或多种选自过渡元素的材料，且至少包含一种选自镧系元素的物质；由于上述金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的发射光波长是550nm至650nm，涵盖绿光至红光的范围，使得其与蓝光混合后得到的白光具有较佳的显色性。此外，本发明更进一步地揭示应用上述金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的光电元件。
Description
技术领域
本发明提供一种波长转换物质，特别是关于材质为金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体，以及此金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的应用。
背景技术
利用发光二极管(Light Emitting Diode)产生与太阳光色相似的白光，以大幅取代传统日光灯等白光照明，乃本世纪照明光源科技领域积极研发的目标。目前已知的单芯片白光LED的技术主要为利用发光波长440nm至460nm的蓝光LED芯片激发黄光荧光粉，通过蓝光与黄光的混合产生白光；上述方法中虽然具有制备简单、成本低等优点，然而所产生的白光其色彩饱和度与显色性与太阳光尚有一段距离。
近年来亦发展利用发光波长360nm至400nm的紫外光发光二极管(UV-LED)芯片，激发红(R)、绿(G)与蓝(B)三种不同光色的荧光粉，而混合形成白光；上述的方法具有发光效率高、显色性高，以及能够搭配的荧光粉多的优点，然而，在生产过程中需要混合数种搭配得宜的荧光剂，才可以控制白光光源质量，在制造上困难度较高。
因此，本发明是为解决上述困扰，提供一种金属卤铝酸盐化合物的黄光荧光粉体以及应用此种金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的发光元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种波长转换物质，其材质为金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体，其一般式为：
Mw-pAlyOzXq:Rp
其中w、y、z、q＞0；0.005＜p＜0.5；且满足q＝2w+3y-2z；此外，M为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所组成的群组中单一或两种以上的元素；X为选自于F、Cl、Br、I所组成的群组中单一或两种以上的元素；R为一种或多种物质选自过渡元素，且至少包含一种选自镧系元素的物质。
本发明的另一目的在于提供金属卤铝酸盐化合物荧光粉体，由于金属卤铝酸盐化合物荧光粉体放射光是波长为550nm至660nm的黄光，且具有约120nm的半高宽(Full Width at halfmaximun)，使得其与蓝光混合后得到的白光具有较佳的显色性。
本发明的又一目的在于提供应用金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的光电元件，至少包含一发光叠层以及一由金属卤铝酸盐荧光粉体所组成的波长转换层。
本发明的再一目的在于提供应用金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的光电元件，至少包含一印刷电路板、一发光二极管芯片位于上述印刷电路板上、一透明封装胶材覆盖发光二极管芯片与部分印刷电路板上，其中透明封装胶材中具有波长转换物质，且波长转换物质中至少包含金属卤铝酸盐化合物荧光粉体于其中。
底下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图简述
图1为本发明实施例(Sr3-xEux)(Al2O5)Cl2(x＝0.05，0.1，0.15，0.2)样品的X光衍射图。
图2为本发明实施例(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2与另一发黄光商用的荧光粉(Y3A5O12:Ce3+)的紫外光-可见光激发源图谱。
图3为本发明实施例(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2与YAG:Ce样品光发射的光谱图。
图4A为本发明光电元件实施例的结构示意图。
图4B为本发明光电元件实施例的另一结构示意图。
图5A为本发明光电元件实施例的又一结构示意图。
图5B为本发明光电元件实施例的再一结构示意图。
图6为本发明背光模块实施例的结构示意图。
图7为本发明照明装置实施例的结构示意图。
图8为本发明实施例(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2与YAG:Ce的CIE1931色度坐标图。
主要元件符号说明
400光电元件 40基板
42发光叠层 44电极
46波长转换层 460金属卤铝酸盐荧光粉体
462紫外光或近紫外光激发蓝光荧光粉体
500光电元件 50印刷电路板
52电路图案 54发光二极管芯片
56金属线 58透明封装胶材
580金属卤铝酸盐荧光粉体
582紫外光或近紫外光激发蓝光荧光粉体
实施方式
本发明揭示波长转换物质及其应用。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图1至图8。
本发明揭示一种波长转换物质，此波长转换物质是金属卤铝酸盐化合物，其化学式为Mw-pAlyOzXq:Rp；其中w、y、z、q＞0；0.005＜p＜0.5；且满足q＝2w+3y-2z；此外，M为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所组成的群组中单一或两种以上的元素；X为选自于F、Cl、Br、I所组成的群组中单一或两种以上的元素；R为一种或多种物质选自过渡元素，且至少包含一种选自镧系元素的物质。
以下将说明本发明的金属卤铝酸盐荧光粉体的制备方法，并以(Sr3-xEux)(Al2O5)Cl2为例，说明本发明所揭示的金属卤铝酸盐荧光粉体制作方法。
本发明所揭示的碱土卤铝酸盐可利用固态反应法、化学合成法、柠檬酸盐凝胶法，以及喷雾热裂解法等方式合成获得，本实施例是以固态反应法为例，说明合成(Sr3-xEux)(Al2O5)Cl2的方法。首先，依化学计量比分别取含有锶(Sr)的第一反应物、含有铝(Al)的第二反应物、含有氯(Cl)的第三反应物，以及含有铕(Eu)的第四反应物；接着将第一反应物、第二反应物、第三反应物与第四反应物以研钵研磨并充分混合，将均匀的混合物置于氧化铝坩锅中，再将氧化铝坩锅置入管状炉于1000至1300℃的还原气氛下加热2至6小时；在本实施例中，是通入氢气(H2)、氮气(N2)的混合还原气体，其中氢氧与氮气通入的比率约为5％∶95％；再以5℃/分的升温速率加热至1300℃进行还原(reduction)反应，并持续恒温3小时；继之，再以5℃/分的降温速率冷却至室温；还原烧结后，以研钵加以研磨，使其成为颗粒均匀的粉末，即得到金属卤酸铝盐类化合物荧光粉(Sr3-xEux)(Al2O5)Cl2。
其中含有锶(Sr)的第一反应物可选自碳酸锶(SrCO3)、硝酸锶(Sr(NO3)2)或氧化锶(SrO)，亦可直接以金属锶经过氧化处理制得；含有铝(Al)的第二反应物可以是三氧化二铝(Al2O3)；含有氯(Cl)的第三反应物可以是水氯化锶(SrCl2·6H2O)或无水氯化锶(SrCl2)；而含有铕(Eu)的第四反应物可以选自三氧化二铕(Eu2O3)、含水硝酸铕(Eu(NO3)3.5H2O)、无水硝酸铕(Eu(NO3)3)或碳酸铕(EuCO3)，或者以金属铕经过氧化处理制备。
图1是本发明实施例(Sr3-xEux)(Al2O5)Cl2(x＝0.05，0.1，0.1 5，0.2)样品的X光衍射图，如图1所示本发明制得的样品与标准碱土卤铝酸盐化合物(Sr3(Al2O6)Cl2，ICSD No.：68365)X光粉末衍射图谱比较，可知本发明所揭示的金属卤铝酸盐类化合物荧光体为正交晶系(orthorhombic)的结构。
图2是本发明实施例(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2与另一发黄光商用的荧光粉(Y3A5O12:Ce3+，以下简称YAG:Ce)的紫外光-可见光激发源图谱；请参照图2，本发明所揭示的(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2荧光粉体适合紫外光所激发，上述的激发源波长可介于200至400 nm之间，从紫外光到近紫外光波段皆可以被激发，特别是360nm至410nm激发波段之间有较佳的被激发特性。
图3为本发明的实施例(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2与YAG:Ce样品光发射的光谱图，其中激发源是波长370nm的紫外光。请参照图3，(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2荧光粉体最大放射波长为586nm，为发射光为黄光的荧光粉；另一发黄光的荧光粉(YAG:Ce)其最大放射波长为544nm。由于本发明揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的发射光波长相较于YAG:Ce荧光粉体较接近红光波段，因此利用金属卤铝酸盐化合物荧光粉体所发射的黄光与蓝光混合，可混合成色温较低的暖白光，而不是利用YAG:Ce荧光粉混合而成色温较高的冷白光。再者，由图3亦可发现，YAG:Ce荧光粉半高宽约为100nm，而本发所揭示的荧光粉，(Sr3-xEux)(Al2O5)Cl2，可达120nm，因此使用本荧光粉可较使用YAG:Ce混合的白光具有更佳的显色性。
图8为本发明所揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体的1931年国际照明委员会(Commission International de l’Eclairage，简称CIE)色度坐标图；关于本发明所揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体进一步的光学性质请参照图8，图中a点是图3YAG:Ce样品色度坐标的位置，其坐标值是(0.4792，0.4861)；图中b点是图3金属卤铝酸盐类化合物荧光粉体(Sr2.85Eu0.15)(Al2O5)Cl2色度坐标的位置，其坐标值是(0.4087，0.5668)；而三角形符号处所代表的是理论的白光位置，其坐标值为(0.31，0.32)。从CIE坐标图上的位置来看，相较于YAG:Ce荧光粉体的主波长，本发明实施例中制得的荧光材料的主波长(dominant wavelength)是578nm，较接近红光。
本发明所揭示的组成为金属卤铝酸盐化合物荧光粉体更被广泛地应用于各类光电元件上，诸如发光二极管、等离子体发光元件等固态照明设备。图4A与图4B为本发明所揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体应用于光电元件的一实施例。如图4A所示，光电元件400包含基板40；发光叠层42，位于基板40上；至少一电极44位于发光叠层上；以及波长转换层46覆盖于发光叠层42上；其中发光叠层420的发射光至少包含波长介于200nm至420nm的紫外光或近紫外光，而且波长转换层46中至少包含本发明所揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体460，通过波长转换层46中的金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体460，可将发光叠层420所发出的紫外光或近紫外光转换为波长为550nm至650nm的黄光。此外，光电元件400亦可如图4B所示，于波长转换层46中加入紫外光或近紫外光激发蓝光的荧光粉体462，使发光叠层所发出的紫外光或近紫外光可分别由金属卤铝酸盐化合物黄光荧光粉体460与紫外光或近紫外光激发蓝光的荧光粉体462吸收并转换为黄光与蓝光，进而混合获得白光，其中紫外光激发产生蓝光的荧光粉体的材质可以选自Si3MgSi2O8:Eu、BaMgAl10O17:Eu、(SrBaCa)5(PO4)3Cl:Eu以及Sr4Al14O25:Eu等材料所构成的群组。
图5A与图5B为本发明所揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体应用于光电元件的另一实施例。如图5A所示，光电元件500包含印刷电路板50，其中此印刷电路板50上具有至少一电路图案52；发光二极管芯片54，位于基板50上，其中此发光二极管芯片54的发射光至少包含波长介于200nm至420nm的紫外光或近紫外光；至少一金属线56，用以使发光二极管芯片54与电路图案52产生电性连接；以及透明封装胶材58，位于印刷电路板50上，覆盖发光二极管芯片54、部分电路图案52以及金属线56，其中透明封装胶材58中至少包含本发明所揭示的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体580散布于其中；于本实施例中，发光二极管芯片54的发射光将激发透明封装胶材58中的金属卤铝酸盐化合物荧光粉体580，并将其转换为波长介于550nm至650nm的黄光。此外，光电元件500更可如图5B所示，透明封装胶材58中更可包含紫外光或近紫外光激发蓝光的荧光粉体582，使得发光二极管芯片54所发出的紫外光或近紫外光分别被金属卤铝酸盐化合物荧光粉体580以及紫外光或近紫外光激发蓝光的荧光粉体582所吸收并转换为黄光与蓝光，进而混合获得白光，其中紫外光激发产生蓝光的荧光粉体的材质可以选自Si3MgSi2O8:Eu、BaMgAl10O17:Eu、(SrBaCa)5(PO4)3Cl:Eu以及Sr4Al14O25:Eu等材料所构成的群组。。
图6显示背光模块装置。其中背光模块装置600包含：由上述任意实施例的光电元件60所构成的光源装置62；光学装置64置于光源装置62的出光路径上，负责将光做适当处理后出光；以及电源供应***66，提供上述光源装置62所需的电源。
图7显示照明装置。上述照明装置可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等等。其中照明装置700包含：光源装置70，由上述任意实施例的光电元件72所构成；电源供应***74，提供光源装置70所需的电源；以及控制元件76以控制电源供应***74输入光源装置70的电源。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (13)
1.一种波长转换物质，其组成为金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体，其中该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体的发射光是主波长介于550nm至650nm的黄光，该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体化学通式为Mw-pAlyOzXq:Rp，其中w＝3，y＝2，z＝5，q＝2，0.005＜p＜0.5，而M是至少一种元素选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba与Zn所构成的群组，X是至少一种元素选自F、Cl、Br与I所构成的群组，以及R为Eu。
2.如权利要求1所述的波长转换物质，其中该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体的激发源是波长介于300nm至450nm的紫外光或近紫外光。
3.一种光电元件，至少包含：
发光叠层；
波长转换层，覆盖于该发光叠层上，其中该波长转换层的材质包含金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体，其中该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体的发射光是主波长介于550nm至650nm的黄光，该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体化学通式为Mw-pAlyOzXq:Rp，其中w＝3，y＝2，z＝5，q＝2，0.005＜p＜0.5，而M是至少一种元素选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba与Zn所构成的群组，X是至少一种元素选自F、Cl、Br与I所构成的群组，以及R为Eu；以及
至少一电极，位于该发光叠层上。
4.如权利要求3所述的光电元件，其中该发光叠层至少包含：
第一导电型半导体层；
发光层，位于该第一导电型半导体层上；以及
第二导电型半导体层，位于该发光层上。
5.如权利要求4所述的光电元件，其中该发光层所发出的光线是波长介于300nm至450nm间的紫外光或近紫外光。
6.如权利要求3所述的光电元件，其中该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体的激发源是波长介于300nm至450nm的紫外光或近紫外光。
7.如权利要求3所述的光电元件，其中该波长转换层更包含紫外光或近紫外光激发产生蓝光的荧光粉体。
8.如权利要求7所述的光电元件，其中该紫外光或近紫外光激发产生蓝光的荧光粉体材质是选自Si3MgSi2O8:Eu、BaMgAl10O17:Eu、 (SrBaCa)5(PO4)3Cl:Eu以及Sr4Al14O25:Eu材料所构成的群组。
9.一种光电元件，至少包含：
印刷电路板，包含基板与位于该基板上的电路图案；
发光二极管芯片，位于印刷电路板上；
透明封装胶材，位于该印刷电路板上，且覆盖该发光二极管芯片；以及
多个波长转换物质，散布于该透明封装胶材中，其中该波长转换物质至少包含金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体，该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体化学通式为Mw-pAlyOzXq:Rp，其中w＝3，y＝2，z＝5，q＝2，0.005＜p＜0.5，而M是至少一种元素选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba与Zn所构成的群组，X是至少一种元素选自F、Cl、Br与I所构成的群组，以及R为Eu；
其中，该金属卤铝酸盐化合物的荧光粉体的激发源是波长介于300nm至450nm的紫外光或近紫外光，而发射光是主波长介于550nm至650nm的黄光。
10.如权利要求9所述的光电元件，更包含至少一金属线，用以电性连接该电路图案与该发光二极管芯片。
11.如权利要求9所述的光电元件，其中该发光二极管芯片所发出的光线是波长介于300nm至450nm间的紫外光或近紫外光。
12.如权利要求9所述的光电元件，其中该波长转换物质更可包含紫外光或近紫外光激发产生蓝光的荧光粉体。
13.如权利要求12所述的光电元件，其中该紫外光或近紫外光激发产生蓝光的荧光粉体是选自Si3MgSi2O8:Eu、BaMgAl10O17:Eu、(SrBaCa)5(PO4)3Cl:Eu以及Sr4Al14O25:Eu材料所构成的群组。
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