专利名称：氮氧化物荧光粉的制备方法及发光二极管结构的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种突光粉的制备方法及发光二极管结构，且特别是有关于一种红色氮氧化物荧光粉的制备方法以及包含此红色氮氧化物荧光粉的发光二极管结构。
背景技术：
基于节能减碳以及永续发展的环保意识，目前世界先进各国均逐步将传统照明淘汰，进而选择白光发光二极管(white LED)。白光发光二极管的优点是体积小，可以配合应用设备来调整。而且白光发光二极管的耗电量低，仅有传统灯泡的1/8至1/10，日光灯的1/2，并且其寿命长，可达10万小时以上。此外，白光发光二极管的发热量低且反应速度快，因此非常适合高频操作。白光发光二极管可以解决白炽灯泡难以克服的问题，其可作为21世纪的照明以及显示光源，并且兼具省电与环保概念，因此，被喻为“绿色照明光源”。
1996年美国专利第5998925号提出第一颗白光发光二极管,其系借由蓝光发光二极管(blue LED)激发铈掺杂的钇铝石榴石(Y3Al5O12:Ce3+ ；YAG)荧光粉而产生黄色荧光，此黄色荧光粉所发出的黄光可与蓝光混合而产生白光。然而，此白色发光二极管因缺乏红色部分导致演色性不高。此外，已知市购的红色荧光粉在温度升高至150°C以上时，其放射强度会急速衰退。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种热稳定性佳的红色氮氧化物荧光粉的制备方法及包含此红色氮氧化物荧光粉的发光二极管结构。本发明提供一种氮氧化物荧光粉的制备方法。首先，将氮化硅(Si3N4)、氮化铝(A1N)、氧化铝(Al2O3)与三氧化二镨(Pr2O3)混合并研磨成混合物。然后，对混合物进行烧结，以形成由式(I)表示的氮氧化物荧光粉，Si6_zAlz0zN8_z: xPr3+ 式(I),其中镨为活化中心，O ^ z ^ 4. 2，且原子比例X范围为O. 05 2%。在本发明的一实施例中，上述烧结为固态合成法，系在氮气或惰性气体的气氛下进行，烧结温度为摄氏1，500度至2，100度，烧结时间为I小时至10小时，压力为O. 5MPa至 IMPa。在本发明的一实施例中，上述烧结系在氮气的气氛下进行，烧结温度为摄氏1，950度，烧结时间为2小时，压力为O. 92MPa。在本发明的一实施例中，上述氮氧化物突光粉具有一最小不低于600nm,最大不高于700nm的放射波长，且氮氧化物荧光粉适合以发光二极管芯片的44(T480nm波长的光激发。在本发明的一实施例中，上述氮氧化物荧光粉的主要放射波长为622nm，且半高宽小于30nm。在本发明的一实施例中，上述氮氧化物荧光粉于300°C的亮度仍维持其于25°C的亮度的至少80%。本发明另提供一种发光二极管结构，包括发光二极管芯片与突光粉层。发光二极管芯片具有40(T480nm波长的光。荧光粉层覆盖发光二极管芯片上，且包括由式(I)表示的氮氧化物荧光粉，Si6_zAIz0zN8_z : xPr3+ 式 (I),其中镨为活化中心，O ^ z ^ 4. 2，且原子比例X范围为O. 05 2%，且其中氮氧化物荧光粉为红色荧光粉且氮氧化物荧光粉的半高宽小 于30nm。在本发明的一实施例中，上述氮氧化物荧光粉的放射波长为60(T700nm，且半高宽小于30nm。在本发明的一实施例中，上述氮氧化物荧光粉的主要放射波长为622nm。在本发明的一实施例中，上述氮氧化物荧光粉于300°C的亮度仍维持其于25°C的亮度的至少80%。基于上述，本发明的红色氮氧化物荧光粉的制备方法简单，适合量产，且合成的红色氮氧化物荧光粉较市购的红色荧光粉的热稳定佳，加热至300°C时仍有超过八成亮度，故极具产业应用价值。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中图I为根据本发明一实施例所绘示的红色氮氧化物荧光粉的制备流程图。图2为根据本发明一实施例所绘示的发光二极管结构的剖面示意图。图3为实例I所形成的红色氮氧化物荧光粉的X光粉末绕射图。图4为实例I的红色氮氧化物荧光粉的激发光谱图(左侧)及放射光谱图(右侧)。图5为实例I的红色氮氧化物荧光粉的升高温度与放射强度关系图，其中放射强度以25°C、622nm的放射为基准。图6为实例I的红色氮氧化物荧光粉的升降温度与放射强度关系图，其中放射强度以25°C、622nm的放射为基准。主要元件符号说明S100、S110:步骤200 :发光二极管结构210 :基材220:发光元件230 :荧光粉层231 :第一荧光粉232 :第二荧光粉240 :焊线250:支架引脚
具体实施方式
图I为根据本发明一实施例所绘示的红色氮氧化物荧光粉的制备流程图。请参照图1，首先，进行步骤S100，将氮化硅(Si3N4)、氮化铝(A1N)、氧化铝(Al2O3)与三氧化二镨(Pr2O3)混合并研磨成混合物。接着，进行步骤S110，对混合物进行烧结，以形成由式(I)表示的红色氮氧化物荧光粉，Si6_zAlz0zN8_z:xPr3+式 (1)，其中镨为活化中心(或放光中心)，O ^ z ^ 4. 2，且原子比例X范围为O. 05 2%。上述烧结为固态合成法，系在氮气或惰性气体进行。惰性气体例如是氦气、氖气或氩气。烧结温度例如是摄氏1，500度至2，100度。烧结时间例如是I小时至10小时。压力例如是O. 5MPa至IMPa。
本发明的红色氮氧化物荧光粉可被蓝色发光二极管芯片的44(T480nm波长的光激发，其放射波长为60(T700nm。具体言之，本发明的红色氮氧化物荧光粉具有最小不低于600nm,最大不高于700nm的放射波长,且此红色氮氧化物突光粉适合以发光二极管芯片的44(T480nm波长的光激发。在一实施例中，红色氮氧化物荧光粉的主要放射波长为622nm，且半高宽小于30nm。此外，红色氮氧化物荧光粉于300°C的亮度仍维持其于25°C的亮度的至少80%。本发明的红色氮氧化物荧光粉可以应用在蓝色发光二极管芯片而制作出白光发光二极管。图2为根据本发明一实施例所绘示的发光二极管结构的剖面示意图。请参照图2，发光二极管结构200包括基材210、蓝色发光二极管芯片220以及荧光粉层230。基材210为承载蓝色发光二极管芯片220的底座。蓝色发光二极管芯片220附着于基材210上。蓝色发光二极管芯片220具有40(T480nm波长的光，其可由半导体材料所构成，例如VA族的多元复合化合物,包括氮铟化镓(InGaN)、氮化镓/碳化娃(GaN/SiC)或上述的任意组合。蓝色发光二极管芯片220系透过焊线240与支架引脚250电性连接。荧光粉层230配置在蓝色发光二极管芯片220上。具体言之，荧光粉层230配置在包覆于蓝色发光二极管芯片220的表面及周围上，还包覆两焊线的一部分。荧光粉层230可以是单一种荧光粉，或是混合有两种以上的荧光粉，且所述荧光粉系均匀分散于此荧光粉层230中。当荧光粉层230是单一种荧光粉时，荧光粉例如是具有石榴石结构(garnet)的荧光粉或是硅酸盐(silicate)荧光粉。当荧光粉层230是包含两种以上的荧光粉时，荧光粉至少包含第一荧光粉231及第二荧光粉232。在一实施例中，第一突光粉231例如为本发明的由式(I)表不的红色氮氧化物突光粉，Si6_zAlz0zN8_z:xPr3+式 (I),其中镨为活化中心，O ^ z ^ 4. 2，且原子比例X范围为O. 05 2%。特别要说明的是，本发明的红色氮氧化物荧光粉可被蓝色发光二极管芯片210的40(T480nm波长的光激发，其放射波长为60(T700nm。此外，第二荧光粉232例如为黄色荧光粉及/或绿色荧光粉，绿色荧光粉例如是钪酸盐荧光粉，其化学式为CaSc2O4 = Re, Re是Eu3+或Ce3+。因此，本发明的荧光粉层230经由蓝色发光二极管芯片210所放射的蓝光并转换成其他较长波长之后，与蓝色芯片的放射波长混合产生白光的发光二极管结构200。接下来，将描述本发明的红色氮氧化物荧光粉的制备实例。实例I
请参照表1，将氮化硅、氮化铝、氧化铝与三氧化二镨各秤取适当重量后于研钵均匀混合研磨成混合物。然后，将混合物制于温度1，950°C，氮气压力为O. 92MPa下锻烧2小时，可得红色产物Si5.8AlQ.20Q.2N7.8:Pr3+，其中Pr3+的原子比例x为O. 103%。表I
权利要求
1.一种氮氧化物突光粉的制备方法，包括 将氮化硅、氮化铝、氧化铝与三氧化二镨混合并研磨成一混合物；以及对该混合物进行一烧结，以形成由下式表示的氮氧化物荧光粉，Si6_zAlz0zN8-zXPr3+ ； 其中镨为活化中心，O≤z≤4. 2，且原子比例X范围为O. 05 2%。
2.如权利要求I所述的氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，该烧结为固态合成法，是在氮气或惰性气体的气氛下进行。
3.如权利要求I所述的氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，烧结该混合物的烧结温度为摄氏I, 500度至2，100度，烧结时间为I小时至10小时，压力为O. 5MPa至IMPa0
4.如权利要求I所述的氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，该烧结是在氮气的气氛下进行，烧结温度为摄氏1，950度，烧结时间为2小时，压力为O. 92MPa。
5.如权利要求I所述的氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，该氮氧化物荧光粉具有一最小不低于600nm以及最大不高于700nm的放射波长,且该氮氧化物突光粉适合以发光二极管芯片的44(T480nm波长的光激发。
6.如权利要求5所述的氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，该氮氧化物荧光粉的主要放射波长为622nm,且半高宽小于30nm。
7.如权利要求I所述的氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于，该氮氧化物荧光粉于300°C的亮度仍维持该氮氧化物荧光粉于25°C的亮度的至少80%。
8.一种发光二极管结构，包括 一发光二极管芯片，其放射波长在40(T480nm ;以及 一突光粉层，配置在该发光二极管芯片上，且包括由下式表不的一氮氧化物突光粉， Si6-ZA1Z0ZN8_Z: xPr3+ ； 其中镨为活化中心，O≤z≤4. 2，且原子比例X范围为O. 05 ,以及 其中该氮氧化物荧光粉为红色荧光粉且该氮氧化物荧光粉的半高宽小于30nm。
9.如权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于，该氮氧化物荧光粉的放射波长为 60(T700nm。
10.如权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于，该氮氧化物荧光粉的主要放射波长为622nm。
11.如权利要求8所述的发光二极管结构，其特征在于，该氮氧化物荧光粉于300°C的亮度仍维持该氮氧化物荧光粉于25°C的亮度的至少80%。
全文摘要
本发明提出一种氮氧化物荧光粉的制备方法。首先，将氮化硅、氮化铝、氧化铝与三氧化二镨混合并研磨成混合物。然后，对混合物进行烧结，以形成由下式表示的红色氮氧化物荧光粉，Si6-zAlzOzN8-z:xPr3+；其中镨为活化中心，0≤z≤4.2，且原子比例x范围为0.05~2%。本发明还提出包含上述氮氧化物荧光粉的发光二极管结构。
文档编号C09K11/64GK102775986SQ20121014611
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月13日
发明者刘如熹, 刘子晨, 刘宇桓, 林治民, 陈怡蓉 申请人:亿光电子工业股份有限公司