專利名稱：白光發光裝置的制作方法
技術領域：
白光發光裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種白光發光裝置，尤其涉及一種其發光層包含一由晶種法制得、具通式(Ba2_x_yMx) SiO4:Euy (0 ( 2-x-y < 2. 0、0 彡 χ < 2. 0、0 < y < 0. 5、且 M 為 Mg、Ca 或Sr或它們的任意比例組合)的硅酸鹽熒光粉的白光發光裝置。
背景技術：
[0002]近年由于節能議題及環保意識抬頭，發光二極管已成為全球最受矚目的新興產品，并逐漸取代傳統照明設備，發光二極管具有小尺寸(可順應設備微型化的趨勢)、耗電量低(用電量為一般燈泡的八分之一至十分之一，日光燈的二分之一)、壽命長(可達10萬小時以上)、發熱量低(熱輻射低)、反應速度佳(可高頻操作)等優點，可解決傳統照明裝置所無法解決的問題。發光二極管也因兼具省電與環保概念而被譽為“綠色照明光源”。[0003]就目前現有的二極管而言，因半導體材料大多存在特定的發射波長，故無法僅由單個發光二極管來實現具全光譜波段的白光發光裝置。為此，業界已發展出結合數個不同波段的二極管芯片于一基板上的白光發光裝置，可藉由控制電流來調配各芯片的發光強度，進而混色成所欲的白光。然而，該類裝置存在體積過大、混色不均等缺點，難以應用于需要高照度的照明裝置上。更甚者，該類裝置在運作時會產生大量的熱能而增加芯片故障的機率，且若其中一芯片失效，只能淘汰更換整個基板，因而大幅降低裝置的使用效益。[0004]鑒于此，本實用新型提供一種白光發光裝置，其不存在上述缺點且具有優異的發光效率及較長的使用壽命。發明內容[0005]本實用新型提供一種白光發光裝置，包含一基板、一激發光源以及一包覆該激發光源的發光層，其中該發光層包含具通式(Ba2_x_yMx) SiO4:Euy (0 ^ 2-χ-γ < 2.0,0 ^ χ < 2. 0、0 < y < 0. 5、且M為Mg、Ca或Sr或它們的任意比例組合)的硅酸鹽熒光粉，且該硅酸鹽熒光粉是經由燒結(sintering) —前驅物而制得，該前驅物包含一該硅酸鹽熒光粉的晶種。[0006]本實用新型提供一種白光發光裝置，包含基板；激發光源，位于該基板上；以及包含由晶種法制得的硅酸鹽熒光粉的發光層，其中該發光層是包覆該激發光源。[0007]前述的白光發光裝置，其中該發光層是包含(Biia5SiY38)SiO4 = Euai2的發光層。[0008]前述的白光發光裝置，其中該發光層由環氧樹脂或光學硅膠所構成的發光層。[0009]前述的白光發光裝置，其中該激發光源是發光二極管或雷射二極管。[0010]前述的白光發光裝置，其中該激發光源波長330納米至360納米或400納米至500 納米。[0011 ] 前述的白光發光裝置，其中該發光層是包含補色熒光粉的發光層。[0012]前述的白光發光裝置，其中該補色熒光粉是藍色熒光粉。[0013]為讓本實用新型之上述目的、技術特征及優點能更明顯易懂，下文以部分具體實施方式
進行詳細說明。[0014]
[0015]圖1所示為本實用新型白光發光裝置的一具體實施方式
的示意圖。[0016]圖2所示為實施例的硅酸鹽熒光粉A的掃描式電子顯微鏡影像。[0017]圖3所示為實施例的硅酸鹽熒光粉A于波長為460納米的激發光照射下的放射光譜。[0018]圖4所示為實施例的硅酸鹽熒光粉A的熱特性趨勢圖。[0019]1:發光裝置2:發光層[0020]3 激發光源4 基板[0021]5:硅酸鹽熒光粉[0022]具體實施方式
[0023]以下將參照附圖以更充分地描述本實用新型的部分具體實施方式
。本實用新型尚可以多種不同形式來實踐，且不應將其解釋為限于說明書所例示的實施方式。此外，在附圖，為明確起見可能夸示各對象及區域的尺寸，而未按照實際比例繪示。同時，除非文中有另外說明，在本說明書中(尤其是在權利要求書中)所使用的“一”、“該”及類似用語應理解為包含單數及復數形式。[0024]圖1為本實用新型的發光裝置的一實施方式的示意圖。如圖1所示，發光裝置1包含一基板4、一位于基板4上的激發光源3以及一包覆激發光源3的發光層2，其中發光層 2 包含具有通式(Ba2_x_yMx) SiO4:Euy (0 ( 2-x-y < 2. 0、0 彡 χ < 2. 0,0 < y < 0· 5、且 M 為 Mg、Ca或Sr或它們的任意比例組合，例如當M為Mg及Ca的組合時，M的組成為MgnCai_n(0 <n< 1))的硅酸鹽熒光粉5。本實用新型利用激發光源3所發射的光來激發發光層2中的硅酸鹽熒光粉5以產生一熒光，剩余的發射光并與該熒光混色成所欲的白光。該設計僅須使用單個二極管芯片，能減少裝置體積，且因硅酸鹽熒光粉5均勻分布在發光層2之中， 故混色效果均勻。再者，發光層2可保護激發光源3，避免其與空氣直接接觸，降低發光裝置 1因接觸空氣中的水氣而故障的機率。此外，硅酸鹽熒光粉5具有優異的熱穩定性，可增長裝置的使用壽命。[0025]本實用新型采用具有通式(Ba2_x_yMx)Si04:Euy(0( 2-x-y < 2. 0、0 彡 χ < 2. 0、0 <7<0.5、且11為1%、01或3 r或它們的任意比例組合)的硅酸鹽熒光粉，其具有良好的熱穩定性且可藉由波長約330納米至約360納米(紫外光范圍)及/或約400納米至約 500納米(藍光范圍)的光照射而發射出波長約540納米至約590納米的黃綠光。根據色彩加成原理，藍光可與黃綠光混色成白光。因此，在本實用新型的一具體實施方式
中，采用發藍光的激發光源3與僅含(Bii2_x_yMx) SiO4IEuy硅酸鹽熒光粉5單一種熒光粉的發光層2的組合。然，本實用新型亦可使用發紫外光的激發光源，當使用紫外光激發光源時，此時發光層2必須根據色彩混色原理搭配使用一或多種其它補色熒光粉(如可受紫外光激發產生藍光的熒光粉)以與硅酸鹽熒光粉所發射的黃綠光混色，提供白光。本領域技術人員在觀得本說明書揭露內容后，可依其通常知識根據比爾定律(Beer' s law)簡單調配這些補色熒光粉的比例，提供所欲的白光。[0026]本實用新型采用的硅酸鹽熒光粉較佳是透過固態反應的晶種法制得，所述固態反應的晶種法包含提供一前驅物以及對該前驅物進行燒結，其中該前驅物包含一與所欲硅酸鹽熒光粉具相同通式的晶種，從而利用晶種作為成長核以外延成長尺寸較大且較具高結晶度的硅酸鹽熒光粉，以及減少硅酸鹽熒光粉的表面缺陷。[0027]晶種可以任何合宜的方法制得，只要其通式為(Bii2_x_yMx) SiO4IEuy即可。舉例言之， 可以固態反應法所制得的熒光粉為晶種。在本實用新型一具體實施方式
中，采用相同的反應溫度、時間及氛圍的固態反應法來制備所使用的晶種與最終硅酸鹽熒光粉產物，僅后者 (即，最終硅酸鹽熒光粉產物)的反應前驅物另包含前者(即，晶種)。此即，先以選定的前驅物及熱處理工藝來制備具所欲元素配比的硅酸鹽熒光粉，作為晶種，而后再以本實用新型，將所得的晶種混入相同前驅物組合中，并以相同的熱處理條件來制備所欲的硅酸鹽熒光粉。[0028]在固態反應的晶種法中，考慮晶體成長效益，以前驅物的重量計，較佳是在熒光粉前驅物中含有約1重量％至約50重量％、尤佳約5重量％至約20重量％的晶種。若晶種的含量小于1重量％，無法具體呈現添加晶種的功效；而若晶種的含量大于50重量％，此時將因前驅物其它成分的含量過低，而使晶體成長的功效不明顯。晶種的尺寸并無特殊限制，然而為提供微米級大小的硅酸鹽熒光粉以提高其于發光層中的分散性并提供較佳的發光效益，較佳是使用小于50微米的晶種。在本實用新型一實施方式中，使用粒徑約10微米至約20微米的晶種。[0029]熒光粉前驅物可包含Ba、M (Mg、Ca或Sr或它們的任意比例組合)、Si及Eu的各自鹽類(包含其鹽類的水合物)的組合。以M為Sr為例，該前驅物可包含Si的氧化物、 硝酸鹽或碳酸鹽或它們的混合物；Eu的氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽或它們的混合物；Ba的氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽或它們的混合物；以及Sr的氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽或它們的混合物。前驅物中的Ba鹽、M的鹽、Si鹽及Eu鹽的比例，視所欲形成的硅酸鹽熒光粉(Ba2_x_yMx) SiO4:Euy(Μ的種類及χ、y及2-x-y的值如前文的定義)中Ba、M、Si及Eu的化學劑量比 (stoichiometric proportion)而定。例如，當采用 BaCO3> SrCO3> SiO2 及 Eu2O3 所混成的前驅物來制備具通式(BEia5Sru8)SiO4 = Euai2的硅酸鹽熒光粉時，此時Ba Sr Si Eu 的摩爾比為0.5 1.38 1 0.12，因此BaCO3 SrCO3 SiO2 Eu2O3的摩爾比須為 0.5 1.38 1 0.06。基于本說明書的教示，本技術領域技術人員可依其通常知識使用不同原料及配比，來制備具所欲通式的硅酸鹽熒光粉。[0030]在配制好硅酸鹽熒光粉的前驅物后，即可對其進行一燒結步驟，以達到成長所欲硅酸鹽熒光粉晶粒的目的。其中，為有效控制所制得熒光粉的質量穩定性，較佳是在燒結步驟前，先對該前驅物進行一煅燒(calcinating)步驟，使其它非所欲的物質氧化脫逸，隨后再進行該燒結步驟，以更確保晶體可在無雜質干擾的情況下穩定成長，形成所欲的硅酸鹽熒光粉。此外，如本說明書具體實施方式
所示，可視需要于前述燒結處理后，在還原氛圍下進行再一次燒結，以將晶體中的Eu3+還原為Eu2+，增進所制得的硅酸鹽熒光粉的發光效果。[0031]制備本實用新型中所用的硅酸鹽熒光粉時所涉的燒結及煅燒的操作條件(如熱處理溫度、升/降溫速率)是如一般固態反應法所采用的方法，取決于所用前驅物的成分，且其溫度應不低于前驅物各成分的熱分解溫度。舉例言之，當使用BaC03、SrCO3, SiO2 及Eu2O3混成所欲的前驅物來形成硅酸鹽熒光粉時，可先于空氣氛圍下，以約900°C至約 1100°C的溫度進行一煅燒處理；再于空氣氛圍下，以約1100°C至約1500°C的溫度進行一燒結處理；最后再視需要于惰性氣體(如H2/N2)氛圍下，以約1100°C至約1500°C的溫度進行再一次的燒結。本領域技術人員于觀得本說明書的揭露內容后，當可依其通常知識，視所采用前驅物組成而選用合宜的操作條件來制得所欲的硅酸鹽熒光粉。[0032]就白光發光裝置的基板而言，本實用新型可使用任何適用于電子裝置的基板，如藍寶石基板，較佳是經過散熱處理的藍寶石基板，但不以此為限。[0033]除硅酸鹽熒光粉外，本實用新型的白光發光裝置的發光層主要是由透光性材料所構成，例如在本實用新型的部分具體實施方式
中所用的環氧樹脂，或不會隨時間黃化的光學硅膠。此外，為提高發光裝置的色溫及演色性，發光層可包含其它波長的熒光粉，例如紅光熒光粉(如硫化鋅熒光粉)或藍光熒光粉(如BaMgAlltlO17:Eu2+)等，其用量端視使用者所欲的發光效果而定。[0034]本實用新型的白光發光裝置的激發光源可為任何合宜形式的發光源，只要能放射具所需波長的激發光以達所欲發光效果即可。一般而言，是采用發光二極管作為發光光源， 如氮化鎵二極管，其可發出波長約420納米至約460納米的藍光或波長約330納米至約360 納米的紫外光；或者，亦可采用能提供單一波長的激發光源的雷射二極管。[0035]以下將以(Biia5SiY38)SiO4 = Euai2硅酸鹽熒光粉及氮化鎵發光二極管的組合的實施例進一步說明本實用新型。[0036]實施例[0037][晶種的制備][0038]依0.5 1.38 1 0. 06 的摩爾比例秤取 BaC03、SrC03、Si02 及 Eu2O3，并研磨所得混合物以作為前驅物。利用該前驅物按照下述操作制備晶種。[0039]將前驅物置于高溫爐中，在空氣氛圍下以5°C/分鐘的速率升溫至約1000°C，在約 1000°C進行煅燒，歷時約6小時，隨后以5°C/分鐘的速率冷卻至室溫，將所得的產物以研缽研磨至均勻粉狀。接著，將該粉體置于高溫爐中，在空氣氛圍下以5°C /分鐘的速率升溫至約1250°C，在約1250°C進行燒結，歷時約6小時，隨后以5°C/分鐘的速率冷卻至室溫，將所得產物以研缽研磨至均勻粉狀。最后，將該粉體置于高溫爐中，在H2/N2 (5% /95% )氛圍下以5°C /分鐘的速率升溫至約1250°C，在約1250°C進行燒結，歷時約6小時，隨后以5°C / 分鐘的速率冷卻至室溫，并將所得的產物以研缽研磨至均勻粉狀，獲得粒徑為約10微米至約 20 微米的晶種(Ba0.5SrL38)Si04:Eu0.12O[0040][硅酸鹽熒光粉A的制備][0041]重復晶種的制備工藝以制備所要的硅酸鹽熒光粉A(Biia5SiY38) SiO4 = Euai2。其制備區別僅在在前驅物中添加10重量％ (以前驅物之重量計)的晶種。[0042]使用Hitachi S-2400對硅酸鹽熒光粉A進行電子顯微鏡掃瞄，影像如圖2所示。 由圖2可知，硅酸鹽熒光粉A的粒徑為約15微米至約30微米。[0043]使用FluoroMax-3光譜儀對硅酸鹽熒光粉A進行放射光譜的測量(在波長為460 納米的光的激發下)，結果如圖3所示，可發現硅酸鹽熒光粉A的放射光為波長約550納米的黃綠光。[0044]最后，使用FluoroMax-3光譜儀量測硅酸鹽熒光粉A在空氣中在25°C至300°C的循環溫度下的發光強度，其結果如圖4所示。從圖4中可知，硅酸鹽熒光粉A在150°C下的發光強度仍高達常溫(25°C)時的80%，且在歷經此熱循環測試后，其放發光強度與循環測試前無太大變化，此證實了硅酸鹽熒光粉A具有良好的熱穩定性。[0045][白光發光裝置的制備][0046]混合熒光材料A與環氧樹脂后提供一封裝膠體。使用該封裝膠體封裝一接合有一氮化鎵發光二極管的藍寶石基板并于150°C下固化形成發光層，制得本實用新型的白光發光裝置。[0047]綜上，本實用新型所提供的新穎白光發光裝置不僅可克服傳統白光裝置的體積龐大及混色效果不佳等缺點，且所用的硅酸鹽熒光粉具有優異的熱穩定性可延長白光發光裝置的使用壽命。[0048]雖然參照附圖闡述了本實用新型的實施例，但本實用新型并非局限于該確切的實施例，而本領域技術人員可對本實用新型進行修改或變更，此類修改或變更皆應包括在權利要求書所保護的本實用新型范圍內。
權利要求1.一種白光發光裝置，其特征在于，包含 基板；激發光源，位于該基板上；以及包含由晶種法制得的硅酸鹽熒光粉的發光層，其中該發光層是包覆該激發光源。
2.根據權利要求1所述的白光發光裝置，其特征在于，其中該發光層由環氧樹脂或光學硅膠所構成的發光層。
3.根據權利要求1所述的白光發光裝置，其特征在于，其中該激發光源是發光二極管或雷射二極管。
4.根據權利要求1所述的白光發光裝置，其特征在于，其中該激發光源波長330納米至 360納米或400納米至500納米。
專利摘要一種白光發光裝置，包含一基板；一激發光源，位于該基板上；以及一包覆該激發光源的發光層。該發光層包含由晶種法制得、具有通式(Ba2-x-yMx)SiO4:Euy的硅酸鹽熒光粉，其中0≤2-x-y＜2.0、0≤x＜2.0、0＜y＜0.5、且M為Mg、Ca或Sr或它們的任意比例組合。
文檔編號C09K11/79GK202308057SQ20112016388
公開日2012年7月4日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年4月15日
發明者劉如熹, 徐偉仁, 朱政屹, 陳泰佑, 黃冠維, 黃裕仁 申請人:黃裕仁