[发明专利]含有alpha-SiAlON的萤光材料及制造方法、设备

说明书

技术领域

本发明是关于萤光材料，尤指alpha-SiAlON的萤光材料、其制造装置及其制造方法。

背景技术

在节能与环保的诉求下，开发高效率、省能源并符合环保需求的“绿色”照明光源，在目前国内外都是迫切且重要的研究课题。一般认为白光LED将成为未来取代传统照明灯具的重要技术，与白炽灯泡及日光灯相比，LED高发光效率(发光效率每瓦一百流明(100lm/W)、潜在技术目标200lm/W)、发热量低(热辐射少)、低耗电量(低电压、低启动电流)、设计弹性佳(体积小、光色/色温可调变、指向光源、易开发成轻薄短小的产品)、可靠性佳(寿命长、低温启动、耐震)、反应速度快(可高频操作)、环保(无汞、废弃物处理成本低、不易破)、可平面封装等优点。

目前氧化物萤光粉与硫化物萤光粉专利已趋近饱和且有专利技术被垄断的问题，此外，目前商业应用的萤光粉，如YAG:Ce³⁺(Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺，YttriumAluminum Garnet)；TAG:Ce³⁺(Tb₃Al₃O₁₂:Ce³⁺，Terbium Aluminum Garnet)等，尚存在着发光效率待提升且缺乏热稳定性，而硫化物萤光粉则有具毒性、且化学与热稳定性差的问题。由于现今白光LED趋向于高功率，伴随着操作温度增加，而氧化物及硫化物是萤光粉热稳定性不佳，造成萤光发光颜色改变，使得LED有色偏等问题产生。相较之下，氮氧化物α-SiAlON萤光材料具有无毒性、化学安定、热稳定性极佳、高能源效率，高发光强度及化学组成与发光波长具可调变性等诸多优点，因此被视为极具应用潜力的LED萤光材料。然而目前α-SiAlON系列萤光材料的合成皆需在严苛的条件(如高温、高压、长时间反应)下进行，生产不易、产量小、设备及原物料成本高而价格昂贵，以致α-SiAlON系列萤光材料的应用进展受限。以下仅例示多种现有技术说明其缺失。

首先是固态反应法(Solid state method)。这是一种合成氮氧化物及氮化物常见的方法，通常是将反应的前驱物置于高温下，若是合成硅基的氮氧化物或氮化物萤光粉，反应物主要使用Si₃N₄，由于Si₃N₄化学反应性较差，因此合成时需要很高的温度约1500～2000℃，而其他的反应物可包括金属元素(如：Ca，Sr，Ba，Eu)、金属的氮化物(如：AlN，Ca₃N₂，EuN)或金属的氧化物(如：Al₂O₃，CaCO₃，SiO₂)，将这些原料均匀混合后，并以氮气作为保护气氛以防止反应物在高温下氧化或裂解，压力通常介于0.1～1.0MPa，反应时间需数小时，且产物通常需经过后续研磨等步骤，且部分文献指出反应物须冷均压，将反应物压锭，或是使用热压烧结的设备进行反应。再者，此法须在高温下长时间煅烧，使得粉体易产生大量的聚集或烧结等现象，使产物粒径较大，若藉由研磨过程会使得粉体产生晶体缺陷，而降低发光效率，粉体粒径也无法有效控制，另外设备造价昂贵(如：冷均压设备与热压烧结炉等)，使用的氮化物原料成本昂贵等缺点。