专利名称：荧光粉、其溶液、组合物及制法的制作方法
荧光粉、其溶液、组合物及制法
技术领域：
本发明涉及一种荧光粉改性的方法、荧光粉组合物以及其制造方法与荧光粉溶液。
背景技术：
一般荧光灯用的荧光粉分散系统，需考虑的要素有(1)不能破坏原荧光粉的晶体大小与晶型，(2)要与石英管有好的附着性，(3)浆料稳定性要适合涂布，(4)要有高的光转换效率。过去的荧光粉分散系统中的纳米氧化铝(Aluminum Oxide)不会吸收低压汞灯中汞所产生的波长为2M纳米的光线，因此可以有良好的光转换效率。但纳米氧化铝应用在其他较短波长激发或发光的灯管时，例如以真空紫外线激发的荧光灯，光转换效率便会大幅降低。因为纳米氧化铝会吸收波长较短的光线，例如吸收以氖气被激发所产生的主要波长为74纳米的光线，或是以氙气被激发所产生的主要波长为172纳米光线，所以仅剩下少部分的真空紫外光线可激发荧光粉，造成光转换效率降低。另外，如改以氧化硅粒子作为结合剂(binding agent)，可改善结合剂吸收短波长光线的问题，但是以氧化硅粒子作为结合剂的荧光粉分散系统的涂料稳定性却不够良好， 不易形成均勻的涂层。因此，研发出高光转换效率且可均勻涂布的荧光粉组合物实为业界一致努力的目标。
发明内容本发明涉及一种荧光粉改性的方法、荧光粉组合物及其制造方法与荧光粉溶液， 其选择良好的结合剂使荧光粉组合物改善光转换效率。根据本发明的一实施，提出一种荧光粉的改性方法。此方法包括将荧光粉混合于水相溶液中以得到第一改性溶液，其中第一水相溶液的PH值小于等于10，将纳米氧化硅粒子混合于该第一改性溶液中以得到第二改性溶液，干燥该第二改性溶液以得到改性荧光粉，其中荧光粉与纳米氧化硅粒子的重量比实质上介于1 0.001到1 0.1之间。根据本发明的另一实施，提出一种荧光粉组合物。该荧光粉组合物包括硅树脂以及改性荧光粉。改性荧光粉包括荧光粉以及纳米氧化硅粒子。纳米氧化硅粒子吸附于荧光粉上，其中改性荧光粉与硅树脂的重量比实质上介于1 0.005到1 0.1之间。根据本发明的再一实施，提出一种荧光粉组合物的制造方法。此方法包括提供以上述方法制得的改性荧光粉，与硅树脂溶液混合以得到荧光粉溶液，其中改性荧光粉与硅树脂溶液的重量比实质上介于1 0.01到1 0.2之间；接着干燥该荧光粉溶液以得到荧光粉组合物。根据本发明的又一实施，提出一种荧光粉溶液。该荧光粉溶液包括改性荧光粉与硅树脂溶液，改性荧光粉与硅树脂溶液的重量比实质上介于1 0.01到1 0.2之间。改性荧光粉包括荧光粉以及纳米氧化硅粒子。纳米氧化硅粒子吸附于荧光粉上，荧光粉与纳米氧化硅粒子的重量比实质上介于1 0. 001到1 0. 1之间。为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下
图1绘示依照本发明实施例的荧光粉组合物的示意图。图2绘示一实施例中改性荧光粉的方法流程图。图3绘示第一水相溶液的pH值与荧光粉的界面电位的坐标图。图4绘示第二水相溶液的pH值与纳米氧化硅粒子的界面电位的坐标图。主要附图标记说明10:荧光粉组合物101 荧光粉102:纳米氧化硅粒子103 改性荧光粉104 硅树脂
具体实施方式
本发明披露一种荧光粉组合物，其组成含有硅树脂与改性荧光粉。改性荧光粉包含荧光粉以及纳米氧化硅粒子，且纳米氧化硅粒子吸附于荧光粉上。荧光粉包括例如 UV-A、UV-B、UV-C、可见光荧光粉或上述的组合；UV-B荧光粉可包括SrB601(1:Pb，UV-C荧光粉可包括Cii9Y (PO4) 7ft·或LaPO4ft·。硅树脂可包括甲基硅树脂、乙基硅树脂、丙基硅树脂、 甲基苯基硅树脂或上述的组合。在一实施例中，改性荧光粉与硅树脂的重量比实质上介于 1 0.005到1 0. 1之间，在另一实施例中介于1 0.01至1 0.06之间。在一实施例中，荧光粉组合物中荧光粉与纳米氧化硅粒子的重量比实质上介于1 0.001到1 0.1 之间，在另一实施例中介于1 0.005至1 0.05之间。请参照图1，其绘示依照本发明实施例的荧光粉组合物的示意图。本实施例所提供的荧光粉组合物10包括硅树脂104与改性荧光粉103。改性荧光粉103与硅树脂104均勻混合。改性荧光粉103包括荧光粉101以及纳米氧化硅粒子102。纳米氧化硅粒子102以异向凝集(heterogeneous aggregation)的技术，例如正负电相吸原理吸附于荧光粉101 上进行改性吸附。硅树脂104可使改性荧光粉103达到高分散稳定的状态，使得此荧光粉组合物10可均勻地涂布于物质的表面上形成附着性良好的涂层，例如涂布于石英灯管的内表面上。以下说明制造改性荧光粉的方法。本发明披露一种荧光粉的改性方法，请参照图2，其绘示制作改性荧光粉的方法流程图。在步骤SlOl中，将荧光粉混合于第一水相溶液，以得到第一改性溶液。荧光粉包括例如UV-A、UV-B、UV-C、可见光荧光粉或上述的组合。UV-B荧光粉可包括Si^601(1:Pb。UV-C 荧光粉可包括Ca9Y(PO4)7Jr或LaP04:Pr。荧光粉可以超声波、搅拌、滚动或软磨的手法均勻混合于第一水相溶液。第一水相溶液可为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇或上述的组合的水溶液，第一水相溶液中亦可添加其他溶液(例如为硝酸或氨水)以调整第一水相溶液的PH值。调整第一水相溶液的pH值可改变荧光粉的界面电位。在一实施例中，第一水相
5溶液的PH值小于等于10。在另一实施例中，第一水相溶液的pH值可为2 10、2 8. 6、 2 7或2. 5 5。在步骤S102中，将纳米氧化硅粒子混合于第一改性溶液中以得到第二改性溶液。 纳米氧化硅粒子可包括纳米氧化硅粒子。纳米氧化硅粒子之前驱物可例如为四乙氧基硅烷 (Tetraethoxysilane, TE0S)、四甲氧基硅烷(Tetramethoxysilane, TM0S)、四丙氧基硅烷 (Tetrapropoxysilane, TP0S)或四丁氧基硅烧(Tetrabutoxysilane, TB0S)。在一实施例中，可利用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)法制备出粒径小于100纳米的纳米氧化硅粒子。在另一实施例中，纳米氧化硅粒子的粒径介于20纳米到80纳米之间。在步骤S103中，干燥第二改性溶液以得到改性荧光粉。此改性荧光粉为被纳米氧化硅粒子紧贴包覆的荧光粉。在一实施例中，改性荧光粉中荧光粉与纳米氧化硅粒子的重量比实质上介于1 0.001到1 0. 1之间，在另一实施例中介于1 0.005至1 0.05 之间。请参照图3，其绘示一实施例的第一水相溶液的pH值与荧光粉的界面电位的坐标图。此图中的横坐标表示第一水相溶液的PH值，纵坐标表示荧光粉的界面电位，界面电位的单位为毫伏特(mV)。图3所选择的第一水相溶液可包括例如异丙醇。由图3可观察到， 随着第一水相溶液的不同PH值，第一水相溶液中的荧光粉亦有相对应的界面电位值。当第一水相溶液的PH小于等于8. 6时，荧光粉具有正界面电位；其中，当第一水相溶液的pH介于2. 4至8. 6之间，荧光粉具有介于10到25毫伏特之间的正界面电位。而当第一水相溶液的PH大于等于9. 45时，荧光粉具有负界面电位。但第一水相溶液的pH值与荧光粉的界面电位关系并非限于图3，随着条件的改变(例如选择不同的第一水相溶液)可得到与图3 不同的图形关系。在本实施例中，第一水相溶液的PH值调整成小于等于8. 6，使第一水相溶液中的荧光粉为正介面电位(但非限于正介面电位)。在一实施例中，纳米氧化硅粒子可混合于第二水相溶液。第二水相溶液可为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇或上述的组合的水溶液，第二水相溶液中亦可添加其他溶液 (例如为硝酸或氨水)以调整第二水相溶液的PH值。调整第二水相溶液的pH值可改变纳米氧化硅粒子的界面电位。请参照图4，其绘示第二水相溶液的pH值与纳米氧化硅粒子的界面电位的坐标图。此图中的横坐标表示第二水相溶液的PH值，纵坐标表示纳米氧化硅粒子的界面电位，单位为毫伏特(mV)。图4所选择的第二水相溶液可包括例如为异丙醇。随着第二水相溶液的PH值不同，纳米氧化硅粒子亦有相对应的界面电位值。当第二水相溶液的PH值大于2时，纳米氧化硅粒子具有负界面电位。在第二水相溶液的pH值介于2至 8. 5之间时，纳米氧化硅粒子的界面电位随着第二水相溶液pH值的增大而越来越小。但第二水相溶液的PH值与纳米氧化硅粒子的界面电位关系并非限于图4，随着条件的改变(例如选择不同的第二水相溶液)亦可得到与图4不同的图形关系。在本实施例中，纳米氧化硅粒子的介面电位可选择为负的，用以与具有正介面电位的荧光粉相吸。当然，在另一实施例中，纳米氧化硅粒子的介面电位亦可选择为正的，并与具有负介面电位的荧光粉相吸。在本实施例中，将纳米氧化硅粒子分散于第二水相溶液中，第二水相溶液的PH值范围可介于 3到8之间，使第二水相溶液中的纳米氧化硅粒子为负介面电位(非限于负介面电位)。如此一来，负介面电位的纳米氧化硅粒子混合于第一改性溶液中，以与第一改性溶液的正介面电位的荧光粉相吸，得到第二改性溶液。
本发明披露一种荧光粉组合物的制造方法，将改性荧光粉与硅树脂溶液混合以得到荧光粉溶液，接着干燥该荧光粉溶液以得到荧光粉组合物，其中该改性荧光粉与该硅树脂溶液的重量比实质上可介于1 0.01到1 0.2之间。在一实施例中，改性荧光粉可由前述荧光粉的改性方法所制备；硅树脂溶液包括硅树脂与第一溶剂，第一溶剂可包括有机溶剂例如异丙醇，硅树脂可包括甲基硅树脂、乙基硅树脂、丙基硅树脂、甲基苯基硅树脂或上述的组合。在另一实施例中，荧光粉溶液还可包括硝化纤维溶液。硝化纤维溶液可包括硝化纤维与第二溶剂，第二溶剂可包括有机溶剂例如乙酸丁酯。本发明揭露一种荧光粉溶液，包括改性荧光粉以及硅树脂溶液，其中该改性荧光粉与该硅树脂溶液的重量比实质上可介于1 0.01到1 0.2之间。改性荧光粉包括荧光粉以及纳米氧化硅粒子。纳米氧化硅粒子吸附于荧光粉上。在一实施例中，改性荧光粉中荧光粉与纳米氧化硅粒子的重量比实质上介于1 0.001到1 0.1之间，在另一实施例中介于1 0.005至1 0.05之间。改性荧光粉可由前述荧光粉的改性方法所制备。硅树脂溶液包括硅树脂与第一溶剂，第一溶剂可包括有机溶剂例如异丙醇，硅树脂可包括甲基硅树脂、乙基硅树脂、丙基硅树脂、甲基苯基硅树脂或上述的组合。硅树脂可包括甲基硅树脂、乙基硅树脂、丙基硅树脂、甲基苯基硅树脂或上述的组合。在另一实施例中，荧光粉溶液还可包括硝化纤维溶液。该硝化纤维溶液可包括硝化纤维与第二溶剂，第二溶剂可包括有机溶剂例如乙酸丁酯。在一实施例中，荧光粉溶液中改性荧光粉、硅树脂溶液与硝化纤维溶液的重量比实质上介于 1 0. 01 0. 3 到 1 0. 2 2 之间，或介于 1 0. 02 0. 3 到 1 0. 12 1.5 之间。此外，在一实施例中，改性荧光粉中荧光粉与氧化硅的重量比实质上介于1 0.001 到1 0.1之间，或介于1 0.005至1 0.05之间。荧光粉溶液的比重可调整在0. 5到3克每立方厘米(g/cm3)之间；在一些实施例中，可调整在1到1. 5克每立方厘米(g/cm3)之间。荧光粉溶液中的硅树脂可作为结合剂， 使改性荧光粉彼此结合，并使纳米氧化硅粒子与硅树脂之间产生良好的定锚(anchor)效果。硅树脂在荧光粉溶液中亦可使改性荧光粉均勻分散。干燥荧光粉溶液以得到荧光粉组合物。举例来说，使荧光粉溶液附着(如涂布) 于例如是灯管的表面后，干燥荧光粉溶液以得到荧光粉组合物。在一实施例中，荧光粉组合物中该荧光粉与该纳米氧化硅粒子的重量比实质上介于1 0.001到1 0.1之间，在另一实施例中介于1 0.005至1 0.05之间。此外，在一实施例中，该改性荧光粉与该硅树脂的重量比实质上介于1 0.005到1 0.1之间。，在另一实施例中介于1 0.01至 1 0.06 之间。在本实施例中，荧光粉溶液中的硝化纤维溶液可用以调整荧光粉溶液的比重，以进一步控制荧光粉组合物的厚度。例如，当荧光粉溶液中的硝化纤维溶液较少时，荧光粉溶液的比重较高，使得干燥后所形成的荧光粉组合物的厚度较厚。相反地，当荧光粉溶液中的硝化纤维溶液较多时，荧光粉溶液的比重较低，则荧光粉溶液干燥后所形成的荧光粉组合物的厚度较薄。荧光粉溶液中硝化纤维溶液的量必须适当，若加入过多或过少的硝化纤维溶液于荧光粉溶液中，会造成荧光粉溶液无法流动或是产生垂流的情况。在荧光粉溶液干燥的过程中，硝化纤维溶液会随着高温烧结挥发掉，不留下会影响透光度的灰渣。
在一实施例中，以硝化纤维溶液调整荧光粉溶液的比重在0. 5到3克每立方厘米 (g/cm3)之间，荧光粉涂层的厚度为大约10 μ m到35 μ m或大约15 μ m到25 μ m。本实施例所提供的荧光粉组合物可应用于被紫外光或真空紫外光激发用以发光的领域上，并且表现出极佳的光照度。当然，以其他能量粒子(例如电子束等)激发本发明的荧光粉组合物，也可以获得本发明所述的效果。在本实施例中，真空紫外光可通过氙气所激发出。当然，在另一实施例中，亦可透过氦气、氖气、氩气、氪气、氡气、氮气、硒化氢气、重氢、氟气、氯气、溴气、碘气或上述的混合气体激发出紫外光或真空紫外光。当然，其他可提供紫外光或真空紫外光的放电气体种类，均可于本发明中实施，并具有本发明的效果。荧光粉组合物可被紫外光或真空紫外光激发以放出光线，此光线可例如为UV-A、UV-B、UV-C或可见光。在一般的荧光粉组合物中，结合剂选择为氧化铝(Aluminum Oxide)或焦磷酸钙 (Calcium Pyrophosphate)。但由于氧化铝及焦磷酸钙皆对真空紫外光有很强的吸收能力， 因此真空紫外光传送到此种荧光粉组合物时，氧化铝或焦磷酸钙会吸收掉大部分的真空紫外光，所以仅剩下一小部分的真空紫外光可激发荧光粉以放出光线。而本实施例使用硅树脂作为结合剂的荧光粉组合物，由于硅树脂并不会大量吸收真空紫外光，所以真空紫外光传送至本实施例的荧光粉组合物时，大部分的真空紫外光便可激发荧光粉以放出其他种类的光线，大幅提升光转换效率。而且硅树脂的有机部分在高温烧结时会分解掉，因此不会影响出光 效率。下列表一显示这些不同化学成分的结合剂涂布于石英玻璃表面后，以172纳米波长的真空紫外光激发所表现的光照度数据。表一中的结合剂有纳米氧化铝、焦磷酸钙及本实施例列举的硅树脂。表一中的空白石英玻璃光照度系指尚未涂布任何结合剂时所发出的光照度。由表一可发现，以纳米氧化铝或焦磷酸钙作为结合剂涂布于石英玻璃后，光照度分别为2. 1与0. 1毫瓦每平方厘米(mW/cm2)，不甚理想。以硅树脂作为结合剂涂布于石英玻璃后，光照度为12. 1毫瓦每平方厘米(mW/cm2)，非常良好。表一
权利要求
1.一种荧光粉组合物，包括 硅树脂；以及改性荧光粉， 该改性荧光粉包括 荧光粉；以及纳米氧化硅粒子，吸附于该荧光粉上；其中该改性荧光粉与该硅树脂的重量比实质上为1 0.005到1 0.1。
2.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其中该改性荧光粉与该硅树脂的重量比实质上为 1 0. 01 至Ij 1 0. 06。
3.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其中该荧光粉与该纳米氧化硅粒子的重量比实质上为 1 0. 001 到 1 0. 1。
4.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其中该硅树脂为甲基硅树脂、乙基硅树脂、丙基硅树脂、甲基苯基硅树脂或上述的组合。
5.如权利要求1所述的荧光粉组合物，该荧光粉组合物被紫外光或真空紫外光激发以放出光线。
6.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其中该真空紫外光是通过氙气所激发出的。
7.一种荧光粉的改性方法，包括将荧光粉混合于第一水相溶液中得到第一改性溶液，其中该第一水相溶液的PH值小于等于10 ；将纳米氧化硅粒子混合于该第一改性溶液中得到第二改性溶液；以及干燥该第二改性溶液得到改性荧光粉，其中该荧光粉与该纳米氧化硅粒子的重量比实质上为1 0.001到1 0.1。
8.一种荧光粉组合物的制造方法，包括提供改性荧光粉，该改性荧光粉由权利要求7所述的荧光粉的改性方法所制备； 将该改性荧光粉、硅树脂溶液混合以得到荧光粉溶液，其中该改性荧光粉与该硅树脂溶液的重量比实质上为1 0.01到1 0.2;以及干燥该荧光粉溶液以得到荧光粉组合物。
9.如权利要求8所述的荧光粉组合物的制造方法，其中该硅树脂溶液包括硅树脂与第一溶剂。
10.如权利要求9所述的荧光粉组合物的制造方法，其中该第一溶剂包括有机溶剂。
11.如权利要求9所述的荧光粉组合物的制造方法，其中该荧光粉溶液还包括硝化纤维溶液，该改性荧光粉、该硅树脂溶液与该硝化纤维溶液的重量比实质上为1 0.01 0.3 到 1 0. 2 2。
12.一种荧光粉溶液，包括 硅树脂溶液；改性荧光粉， 该改性荧光粉包括 荧光粉；以及纳米氧化硅粒子，吸附于该荧光粉上，其中，该荧光粉与该纳米氧化硅粒子的重量比实质上为1 0.001到1 0.1;该改性荧光粉与该硅树脂溶液的重量比实质上为1 0.01到1 0.2。
13.如权利要求12所述的荧光粉溶液，其中该荧光粉溶液还包括硝化纤维溶液， 该改性荧光粉、该硅树脂溶液与该硝化纤维溶液的重量比实质上为1 0.01 0.3到 1 0. 2 2。
全文摘要
一种荧光粉改性的方法、荧光粉组合物以及其制造方法与荧光粉溶液。荧光粉组合物包括硅树脂以及改性荧光粉。改性荧光粉包括荧光粉以及纳米氧化硅粒子。纳米氧化硅粒子吸附于荧光粉上。改性荧光粉与硅树脂的重量比实质上介于1∶0.005到1∶0.1之间。
文档编号C09K11/81GK102559044SQ201110399308
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月5日 优先权日2010年12月29日
发明者许玉莹, 魏碧玉, 黄国栋 申请人:财团法人工业技术研究院