TWI512082B - A red nitride phosphor with high color rendering and high heat characteristics - Google Patents
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Description
本發明係為一種紅色氮化物之螢光粉，特別關於紅色M2
Si5
N8
：Eu螢光粉材料，其中M以Ca、Sr與Ba為共同主體，搭配藍光LED及黃色螢光粉下可可調控放光波長位置與半高寬大小，兼具高演色性與高耐熱之特性。
近年來白光發光二極體(White Light-Emitting diodes,WLEDs)為次世代新興產業之一，其具有體積小、熱輻射小、壽命長且耗電量低等優點，能解決白熾燈泡難以克服的問題。當今國際間基於節約能源與環境保護概念的成長，更顯現白光發光二極體作為新世代照明的市場發展價值，據專家評估，若白熾燈泡均以白光發光二極體所取代，則每年可省下至少1座發電廠之發電量。最近，核四廠興建問題的台灣為例，若台灣四分之一的白熾燈泡與日光燈均由白光發光二極體取代，則每年可省下約110億度之電力，相當於核電廠一年的發電量，亦促使目前新能源之開發與提高能源效率之議題受大眾重視。近十年，彩色發光二極體用於色彩照明、顯示器、娛樂產品等已相當普遍，其中以電子顯示器產業為發展最迅速之領域，相信未來在光電元件上的應用將會扮演重要角色。
習知，美國專利US5998925提出第一顆白光二極體，係藉由藍光發光二極體激發鈰摻雜之釔鋁石榴石螢光粉，該螢光粉所發出之黃光與藍光混合產生白光，於產生白光方面最常使用之方法係在發藍光的LED晶片的發光面置放波長轉換材料，如黃色螢光粉，在LED晶片上之波長轉換材料層會吸收一些LED發出的光子，並將該光子向下轉換為可見光波長的光，進而產生藍色及黃色波長光源，具有一定比例之雙色光源，從人眼感受來看較接近白光，而近年來彩色發光二極體用於顯示器、娛樂產
品上相當普遍，白色發光二極體須具有完整的全光譜波段，其中，紅色光譜為目前發展之方向。
按，目前國際主要LED大廠均朝RGB高演色性白光LED為發展方向，為彌補YAG螢光粉所欠缺的紅色光譜，添加紅色螢光粉之白光LED製程已成為新課題，目前已經有許多紅色螢光粉的合成與應用資訊，其中德國Osram公司Bogner等人之專利(US 6,649,946)揭示Mx
Siy
Nz
：Eu(其中M=Ca、Sr與Ba，z=2/3x+4/3y)氮化物可作為LED之紅色螢光粉材料。1995年Schlieper等人(T.Schlieper,W.Milius and W.Schnick,Z.anorg.allg.Chem.
621,1995
,1380-1384)合成與研究M2
Si5
N8
(M=Sr與Ba)氮化物之單晶結構。其中Ca2
Si5
N8
、Sr2
Si5
N8
與Ba2
Si5
N8
之空間群分別屬Cc、Pmn21與Pmn2，對於紅色螢光粉之演色性及耐熱特性仍有待改善。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要目的在於提供一種可兼具高演色性與高耐熱特性之以(Ca、Sr與Ba)為共同主體之紅色M2
Si5
N8
：Eu螢光粉材料。其中，該紅色螢光粉之組成係為Sr2-x-y
(Ca0.55
Ba0.45
)x
Si5
N8
：Eu2+ y
(0<x<2；0<y<2；0<x+y<2)。
本發明係以M3
N2
(其中M包含Ca、Sr與Ba三種)、Si3
N4
與EuN作為合成原料，利用金屬離子半徑配比之固態合成法，可降低不同原子取代造成晶格體積變化之變因，並於常壓或高壓及高溫下持溫兩小時，燒結合成Sr2-x-y
(Ca0.55
Ba0.45
)x
Si5
N8
：Eu2+ y
(0<x<2；0<y<2；0<x+y<2)紅色氮化物螢光粉。本發明以Sr1.98
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
(即y=0.02)為主體，藉特殊配比之(Ba,Ca)取代Sr，可降低不同原子取代造成晶格體積變化之變因，並保持原本晶相。此外，光激光譜圖得知此材料可被370~470nm波長範圍之光源激發，說明本發明可應用於白光發光二極體之紅色螢光粉，主峰產生紅位移由613nm至633nm，而半高寬則由84nm增加至115nm，顯示此材料具有調控放光波長位置與半高寬大小之特性，以提高作為白光發光二極體之演色性。此外，透過變溫螢光光譜可發現隨著(Ba,Ca)取代量增加，熱特性逐漸上升(即具較佳耐熱特性)，其中以x=1.5最佳。演色性是物體在光源下的感受與在太陽光下的感受的真實度百
分比，其測量標準是以自然光Ra-100為100%真實色彩。由光激光譜圖可得知主峰波長之半高寬，螢光粉之半高寬越寬，及其所發出之色彩越多，有助演色性的提升，一般應用於通用照明，反之，半高寬越窄則適用於顯示器中，可求得較高之解析，色彩之再現性也越佳。
以上之概述與接下來的詳細說明，是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其它目的及優點，將在後續的說明中加以闡述。
第一圖係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之X光粉末繞射圖。
第二圖係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之激發光譜圖。
第三圖係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之放光光譜圖。
第四圖係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之變溫放光光譜圖。
以下係藉由特定具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示內容輕易地瞭解本發明之其它優點與功效。
實施例
以M3
N2
(其中M包含Ca、Sr與Ba三種)、Si3
N4
與EuN作為合成原料，並於壓力0.5Mpa、溫度1600℃持溫兩小時燒結合成Sr2-x-y
(Ca0.55
Ba0.45
)x
Si5
N8
：Eu2+y
(0x1.98；y=0.02；0.02x+y2)紅色氮化物螢光粉。本發明以Sr1.98
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
(即y=0.02)為主體，藉特殊配比之(Ba,Ca)取代Sr，可降低不同原子取代造成晶格體積變化之變因，即產生Sr1.98-x
(Ca0.55
Ba0.45
)x
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
(0x1.98；y=0.02；0.02x+y2)紅色氮化物螢光粉配方。請參閱第一圖所示之係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之X光粉末繞射圖，經燒結後之螢光粉以X光粉末繞射分析(XRD)鑑定其晶體結構，將其與純相Sr1.98
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
(x=0；y=0.02)之紅色螢光粉比較圖譜，發現本實施例在於取代量x<1.5時均為純相之結構，當取代量x=1.98時，晶相會產生變化，藉此可得知本發明藉由特殊配比之(Ba,Ca)取代Sr，可降低不同原子取代造成晶格體積變化之變因，並
保持原本晶相。
請參閱第二圖所示之係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之激發光譜圖，本發明所製備Sr1.98-x
(Ca0.55
Ba0.45
)x
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
(0x1.98；y=0.02；0.02x+y2)一系列紅色氮化物螢光粉之激發光譜圖，得知該紅色螢光粉可被370~470nm波長範圍之光源激發，說明本發明可應用於白光發光二極體之紅色螢光粉。請參閱第三圖所示之係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之放光光譜圖，該圖譜為歸一化(normalize)之放光光譜圖，其中顯示隨取代量x值增加，主峰產生紅位移由613nm至633nm，而半高寬則由84nm增加至115nm，由第一圖、第二圖及第三圖得知對照Sr1.98
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
之紅色螢光粉與以特殊配比之Ca及Ba取代部分Sr之紅色螢光粉時顯示晶相未產生變化下，當Ca及Ba取代Sr之取代量增加時，所測得之光譜圖之主峰產生紅移且半高寬漸寬，顯示本發明具有調控主峰波長與半高寬之特性。
請參閱第四圖所示之係為本發明實施例紅色氮化物螢光粉末之變溫放光光譜圖，為本發明製備之Sr1.98-x
(Ca0.55
Ba0.45
)x
Si5
N8
：Eu2+ 0.02
(0x1.98；y=0.02；0.02x+y2)其變溫放射光譜圖，如圖可得知對照未以Ca及Ba取代部分Sr時(即x=0)，當取代量x增加時，熱特性逐漸提升，以x=1.5具最佳耐熱特性，此結果顯示本發明有助於改善白光發光二極體熱穩定性之問題。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
Claims (10)
- 一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其組成係為M2 Si5 N8 ：Eu，其中M係包含Sr、Ca及Ba三種金屬，該Ca及Ba係以特殊比例取代Sr，該螢光粉之金屬間比例係為Sr2-x-y (Ca0.55 Ba0.45 )x Si5 N8 ：Eu2+ y ，其中0<x<2；0<y<2；0<x+y<2。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中該螢光粉之製備原料係為M3 N2 、Si3 N4 與EuN，其中M包含Ca、Sr與Ba三種金屬。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中當0<x<1.98具相同結晶相。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中該螢光粉係可被波長370~470nm範圍之光源激發。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中該螢光粉之主要放光波長係於613~633nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中當x=1.5時，演色性Ra值為87。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中當x=1.5時，具最佳耐熱特性。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中該螢光粉係可於常壓或高壓下合成，其中高壓係指0.5MPa。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中該螢光粉係可調控放光波長位置與半高寬大小。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種具高演色性與高熱特性之紅色氮化物螢光粉，其中該螢光粉之放光波長半高寬係為84nm至115nm。
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|---|---|---|---|
| TW102139438A TWI512082B (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | A red nitride phosphor with high color rendering and high heat characteristics |
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ID=53720174
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| TW102139438A TWI512082B (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | A red nitride phosphor with high color rendering and high heat characteristics |
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| WO2013053601A2 (de) * | 2011-10-12 | 2013-04-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches bauelement und leuchtstoffe |
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2013
- 2013-10-31 TW TW102139438A patent/TWI512082B/zh active
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