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188_090-035AP-TW

發佈日期 : 2009-04-29
　　 　　發明專利說明書
﹝本說明書格式，順序及粗體字，請勿任意更動，※號部份請勿填寫﹞
　 ※申請案號： 090131075
　 ※申請日期： 20011214
※ＩＰＣ分類： Int.Cl.(7) C09K 11/08，11/64

 

一、發明名稱： (中文/英文)
　
奈米級YAG螢光粉體之製造方法(全文下載)

 
二、申請人： 共 1 人

 
　 　 1 .
　姓名或名稱：(中文/英文)

 

　　 國立成功大學 / NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY

　代　表　人：(中文/英文)

 

　　 /

　住居所或營業所地址：(中文/英文)

 

　　 臺南市東區大學路一號 /

　國　　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 
三、發明人： 共 3 人

 
　 　 1 .
　姓名：(中文/英文)

 

　　 陳昱霖 / CHEN, YU-LIN

　國　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 

　 2 .
　姓名：(中文/英文)

 

　　 陳引幹 / CHEN, YIN-GAN

　國　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 

　 3 .
　姓名：(中文/英文)

 

　　 黃啟祥 / HUANG, CHI-SHIANG

　國　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 

 

 

四、聲明事項
　 □主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實發生日期為：年　月　日

 

□申請前已向下列國家(地區)申請專利:

 

　【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】

 
　 　□ 有主張專利法第二十七條第一項國際優先權：

 


　□無主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
　 □ 主張專利法第二十九條第一項國內優先權：

 

　【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】

 
　
□ 主張專利法第三十條生物材料：

 

　□ 須寄存生物材料者：

 

　　　國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】

　　　國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】
　
　　□ 不須寄存生物材料者:

　　 　所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。

 

五、中文發明摘要：
　 本發明係關於一種具有式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石(YAG)螢光粉體之合成方法：(Y 3-x R 1x )(Al 5-y R 2y )O 12 （Ⅰ）其中R 1 及R 2 分別選自由稀土元素及過渡金屬元素所組成之群，x與y分別係介於0與1.5間之數值，該方法包含以下步驟：(a)形成一含有稀土元素或過渡金屬元素離子、釔離子及鋁離子之水溶液，(b)形成一pH值介於2至5之間的聚丙烯酸(PAA)水溶液，並將之添加至步驟(a)之水溶液中，以形成一凝膠，(c)烘乾步驟(b)之凝膠以獲得一乾燥膠體，(d)於介於750至1300℃之溫度下燒結步驟(c)之產物，以獲得式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體。
　
六、英文發明摘要：
　  
　
七、指定代表圖：
　（一）本案指定代表圖為：
　（二）本代表圖之元件符號簡單說明：

 
　  
　
　
八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
　  
　
九、發明說明：
　 發明領域
本發明係關於奈米級(nanoscale)螢光粉體之領域，特定言之，本發明係提供一種奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體之製造方法。
發明背景
螢光粉體係廣泛地應用於日常生活週遭之許多發光物件中，例如電視影像管、顯示器影像管、觀測用影像管、雷達、飛點掃描器影像增感器、影印機影像管、真空螢光顯示管、電漿顯示器、照明設備、交通標誌、螢光板、增感紙及發光二極體等，近年來，由於人們對於顯像品質如解析度與亮度等、以及照明效果之要求普遍提高，有關螢光粉體之研究亦受到相當程度之重視。
一種重要之已知螢光粉體係具化學式Y 3 Al 5 O 12 之釔鋁氧石榴石（以下簡稱「YAG」），YAG係由Y 2 O 3 -Al 2 O 3 以3:5比例所組成之化合物，由於具有特殊之雷射光學性質，而廣泛應用於雷射材料與螢光材料中。YAG係一熱穩定度相當高之物質，由於能隙大，本身可發紫外光（按，短波長區），經摻雜稀土元素之後，其發光波長便朝向可見光區（按，長波長區）移動，舉例來說，摻雜鈰之YAG可發黃光，摻雜鋱之YAG可發綠光，而摻雜銪之YAG則可發紅光。
YAG可經由許多習知方法製造，例如固態反應法，此方法獲得之粉體粒徑較大，通常係約1μm至數十μm。溶膠凝膠法(Sol-gel method)係目前業界普遍使用者，其原理係利用二羧酸(dicarboxylic acids)與金屬鹽類於多元醇溶劑中之混合，以形成醇鹽化合物(metal alkoxide)，經水解與熱解即可得到螢光粉體，相關之先前技術可參見，例如，Ravi P.Rao於1996年1月發表於「電化學(J. Electrochem. Soc.)」期刊第143冊第189-196頁中標題為「利用溶膠凝膠法製備細小釔系螢光粉之製程及特性研究(Preparation and Characterizationof Fine-Grain Yttrium-Based Phosphors By Sol-Gel Process)」之文獻。
習知之溶膠凝膠法所得之粉末平均粒徑往往過大，於應用時薄膜之均勻性與密度均不佳。
減小YAG螢光粉體之粒徑尺寸乃此領域之重要研究課題，目前業界正朝向將YAG螢光粉體微粒化（或超微粒化）之方向發展。中華民國專利公告號第四一二五八五號揭示一種鈰摻雜釔鋁氧石榴石微細螢光粉粉末的製備方法，該方法係將一同時含有COOH根及OH根的化合物之鉗合劑添加於含有鈰、釔及鋁離子之水溶液中，所得稠狀膠體經熱處理並去除水分後，便於1000至1500℃之溫度下進行燒結。此已知技術所需之燒結溫度仍舊過高，此將不利於能源之減少，並造成製作成本之提高。
目前業界仍亟需一種操作簡便、可於較低之合成與燒結溫度下進行、且適用於大量生產奈米級YAG螢光粉體之製造方法。
發明簡述
本發明係提供一種奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體之製造方法，主要係利用一特定鉗合劑-聚丙烯酸(PAA)-之添加製備螢光粉體前軀膠體，經此處理之膠體於燒結後可獲得細微粒徑之螢光粉體。
圖式簡單說明
圖1係本發明中經50℃乾燥之凝膠其熱重及熱差分析圖譜。
圖2係本發明經800℃蝦燒後所獲得粉末之X-ray繞射圖。
圖3係以457nm之藍光激發第二圖之粉末所產生之光譜圖。
圖4係以本發明所獲得之粉末其粒徑分佈圖。
圖5係以本發明所獲得之粉末其掃瞄式電子顯微鏡觀察所得之圖。
圖6係以本發明所獲得之粉末其穿透式電子顯微鏡觀察所得之圖。
圖7係以本發明所獲得之粉末其穿透式電子顯微鏡觀察所得之電子繞射圖。
圖8係以能量分散X-ray能譜(EDS)對本發明所獲得之粉末之定量分析結果。
發明之詳細描述
本發明之目的在於提供一種操作簡便、可於較低之合成與燒結溫度下進行、且通用於大量生產奈米級YAG螢光粉體之製造方法。
特定言之，本發明係關於一種具有式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石(YAG)螢光粉體之合成方法：(Y3-xR1x)(A15-yR2y)O12 （Ⅰ）
其中R 1 及R 2 分別選自由稀土元素及過渡金屬元素所組成之群，x與y分別係介於0與1.5間之數值，該方法包含以下步驟：(a)形成一含有稀土元素或過渡金屬元素離子、釔離子及鋁離子之水溶液，(b)形成一pH值介於2至5之間的聚丙烯酸(PAA)水溶液，並將之添加至步驟(a)之水溶液中，以形成一凝膠，(c)烘乾步驟(b)之凝膠以獲得一乾燥膠體，(d)於750至1300℃之溫度下燒結步驟(c)之產物，以獲得式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體。
於上述式（Ⅰ）中，R 1 及R 2 分別係選自由鈰、釤、軋、鑭、鎘、鉻及鎵所組成之群，而x與y分別係介於0與1.0間之數值。於本發明之一項較佳實施態樣中，R 1 係鈰，y係0。
一般而言，所謂「奈米級粒子」乃隨技術領域之不同於定義上有所差異，舉例來說，於粉末冶金領域，係指粒子之最大尺寸為10μm以下，於無機化合物領域，通常係指粒子具有小於0.1甚或1μm之粒徑，而於陶瓷粉末領域，例如本發明，則通常指粒子具有1nm至100nm之粒徑。
本發明步驟(a)中之含有稀土元素或過渡金屬元素離子、釔離子及鋁離子之水溶液可依照習知方式製備，較佳地，該水溶液係藉由將稀土元素或過渡金屬元素離子、釔離子及鋁離子之鹽類（例如硝酸鹽類）或氧化物溶於水中而製得。
本發明步驟(b)中之聚丙烯酸(PAA)水溶液之pH值較佳係介於2至4之間，最佳係介於2至3之間。
步驟(c)之烘乾溫度可由熟習此技術者作適當之調整，較佳係介於40至70℃之間，最佳係介於45至55℃之間。
步驟(c)所獲得之乾燥膠體接著係於步驟(d)中進行燒結，以獲得本發明之奈米級螢光粉體，該燒結可於自750至1300℃間之溫度下進行，較佳係自800至1000℃，最佳係800至900℃。
根據本發明方法製得之釔鋁氧石榴石螢光粉體係具有奈米級之粒徑，較佳地，該釔鋁氧石榴石螢光粉體係具有自30至120nm之粒徑，較佳係具有自30至60nm之粒徑。
本發明之一項較佳態樣可藉由下列之流程圖Ⅰ表示：

藉由研讀以下實例可進一步了解本發明之目的、特徵及優點。
實例1(Y2.99Ce0.01)A15O12之製備
將3.831克（0.01莫耳）之硝酸釔、6.274克（0.01673莫耳）之硝酸鋁及0.015克（0.000034莫耳）之硝酸鈰於常溫下加入於10毫升之去離子水中，充分攪拌使之完全溶解。
於常溫下，將聚丙烯酸(PAA)與水以1:0.9比例混合，形成一pH值為2之水溶液，攪拌該溶液使之完全溶解，然後將所得溶液加入上述水溶液中。
將上述稠狀黏液置入烘箱中，於50℃之溫度下將之抽真空乾燥，得到一乾燥膠體，其熱重及熱差分析圖譜參見圖1所示。
將該乾燥膠體置入高溫爐中、於800℃下持溫6小時，得到1.954克（0.033莫耳）之奈米級摻鈰之YAG螢光粉體。以X-ray對所得粉末進行結構分析，結果參見圖2所示，以457nm之藍光激發該粉末，其光譜參見圖3所示，以掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)及能量分散X-ray能譜(EDS)分析該粉末之粒徑、微觀型態及組成百分比，其結果參見圖4至8所示。

 
　
十、申請專利範圍：
　 　　 1.一種具有式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體之合成方法：(Y3-xR1x)(A15-yR2y)O12 （Ⅰ）其中R 1 及R 2 分別選自由稀土元素及過渡金屬元素所組成之群，x與y分別係介於0與1.5間之數值，該方法包含以下步驟：(a)形成一含有稀土元素或過渡金屬元素離子、釔離子及鋁離子之水溶液，(b)形成一pH值介於2至5之間的聚丙烯酸(PAA)水溶液，並將之添加至步驟(a)之水溶液中，以形成一凝膠，(c)烘乾步驟(b)之凝膠以獲得一乾燥膠體，(d)於介於750至1300℃之溫度下燒結步驟(c)之產物，以獲得式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體。
　　 2.根據申請專利範圍第1項之方法，其中R 1 及R 2 分別係選自由鈰、釤、軋、鑭、鎘、鉻及鎵所組成之群，而x與y分別係介於0與1.0間之數值。
　　 3.根據申請專利範圍第2項之方法，其中R 1 係鈰，而y係0。
　　 4.根據申請專利範圍第1項之方法，其中，步驟(a)中之含有稀土元素或過渡金屬元素離子、釔離子及鋁離子之水溶液係藉由將該等離子之硝酸鹽或氧化物溶於水中而製得。
　　 5.根據申請專利範圍第1項之方法，其中，步驟(b)中之聚丙烯酸(PAA)水溶液之pH值係介於2至4之間。
　　 6.根據申請專利範圍第1項之方法，其中，步驟(c)係於介於40與70℃之溫度下進行。
　　 7.根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(d)之燒結係於自750至1300℃之溫度下進行。
　　 8.根據申請專利範圍第7項之方法，其中步驟(d)之燒結係於自800至900℃之溫度下進行。
　　 9.根據申請專利範圍第1項之方法，其中該式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體係具有30至120nm之粒徑。
　　 10.根據申請專利範圍第9項之方法，其中該式（Ⅰ）之奈米級釔鋁氧石榴石螢光粉體係具有30至60nm之粒徑。
　
十一、圖式：
　  
　






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