技术领域
本发明是关于一种钇铝石榴石荧光材料、其制作方法、及包含其的发 光二极管装置，尤其指一种掺杂硅的钇铝石榴石荧光材料、其制作方法、 及包含其的发光二极管装置。
背景技术
随着能源短缺与气候暖化的问题逐渐严重且环保意识逐渐抬头，绿色 科技已为现今发展的主要技术之一，以期能达到节约能源的目的。特别是， 近年来全世界等先进各国均选择白光发光二极管逐渐取代传统照明设备。
相较于传统的白炽钨丝灯泡及日光灯，发光二极管(light emitting diode， LED)具有组件体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、环保、 可平面封装易开发成轻薄短小产品等优点。因此，发光二极管兼具有省电 与环保，而可称为是二十一世纪照明的新光源。
传统的发光二极管封装，是将荧光粉与高分子树脂混合，再涂布在发 光二极管芯片上。如图1所示，一般发光二极管装置的结构，包括：一发 光二极管芯片101、一封装胶体102，其中封装胶体102中包括有分散的荧 光粉103，且封装胶体102覆盖于发光二极管芯片101的出光面上。
然而，此种结构的发光二极管装置往往面临到散热不佳的问题，特别 是高功率的发光二极管装置散热问题更加重要。此外，作为封装胶体102 材料的高分子树脂长时间处在高温下会发生黄化，进而影响到发光二极管 装置的发光效率，大大缩短了发光二极管装置寿命长的优势。
因此，若能发展出一种荧光粉材料，当应用于发光二极管装置时，除 了具有高光电转换效率外，更可取代现有的发光二极管封装技术，则可解 决上述封装胶体黄化所导致的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钇铝石榴石(YAG)荧光材料。
本发明的另一目的在于提供一种钇铝石榴石荧光材料的制作方法。
本发明的再一目的在于提供一种发光二极管装置。
为实现上述目的，本发明提供的钇铝石榴石荧光材料，如下式(I)所示：
(Y3-aMa)Al5-bSibO12 (I)
其中，0.01≤a≤0.2，0＜b≤1.2，且M为至少一选自由铈(Ce)、镝(Dy)、 钆(Gd)、铕(Eu)、铽(Tb)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)及钐(Sm)所组成的群组。
所述的钇铝石榴石荧光材料，其中，0.06≤b≤0.6。
所述的钇铝石榴石荧光材料，其中，0.2≤b≤0.6。
所述的钇铝石榴石荧光材料，其中，M为至少一选自由铈、铽、及铕 所组成的群组。
所述的钇铝石榴石荧光材料，其中，M为铈。
所述的钇铝石榴石荧光材料，其中，该钇铝石榴石荧光材料为一钇铝 石榴石荧光陶瓷板。
本发明提供的一种钇铝石榴石荧光材料的制作方法，包括下列步骤：
(A)提供一前驱物粉末，其中该前驱物粉末中包括钇、铝及一金属， 且该金属为至少一选自由铈、镝、钆、铕、铽、镧、镨、钕及钐所组成的 群组；
(B)预烧该前驱物粉末，以得到一荧光粉前趋物；
(C)添加一硅前驱物于该荧光粉前趋物；以及
(D)烧结该硅前驱物及该荧光粉前趋物的混合物，以得到一钇铝石 榴石荧光材料。
所述的制作方法，其中，于步骤(A)中，是使用化学共沉法、固态反 应法、溶胶凝胶法、喷雾热解法、燃烧法、水热合成法、烧结法或微波辅 助燃烧法形成该前驱物粉末。
所述的制作方法，其中，于步骤(A)中，提供一铝前驱物、一钇前驱 物、及一金属前驱物，且混合该铝前驱物、该钇前驱物及该金属前驱物以 得到一前驱物粉末。
所述的制作方法，其中，该铝前驱物为硝酸铝或氧化铝，该钇前驱物 为硝酸钇或氧化钇，且该金属前驱物为至少一选自由铈、镝、钆、铕、铽、 镧、镨、钕及钐所组成的群组的金属硝酸盐或金属氧化物。
所述的制作方法，其中，该金属为至少一选自由铈、铽及铕所组成的 群组。
所述的制作方法，其中，该金属为铈。
所述的制作方法，其中，于步骤(A)后包括一步骤(A1)：添加一硅前驱 物。
所述的制作方法，其中，于步骤(C)后包括一步骤(C1)：将该硅前驱物 及该荧光粉前趋物的混合物压锭。
所述的制作方法，其中，该钇铝石榴石荧光材料为一钇铝石榴石荧光 陶瓷板。
所述的制作方法，其中，该硅前驱物为一有机硅、一无机硅或其混合 物。
所述的制作方法，其中，该硅前驱物为二氧化硅、硅酸四甲酯、硅酸 四乙酯、硅酸四丙酯、硅酸四异丙酯、硅酸四丁酯、硅酸四邻甲酚、四(2- 乙基丁基)硅酸酯、四氯化硅、偏硅酸、二硅酸、原硅酸、甲硅烷醇、四甲 基硅烷、六甲基二硅烷或其混合物。
所述的制作方法，其中，该硅前驱物为二氧化硅。
所述的制作方法，其中，步骤(C)的硅前驱物添加量占钇铝石榴石荧光 材料总重量的0.1-10wt％。
本发明提供的一种发光二极管装置，包括：
一发光二极管芯片；以及
一钇铝石榴石荧光陶瓷板，设于该发光二极管芯片的一出光面，且该 钇铝石榴石荧光陶瓷板的材料如下式(I)所示：
(Y3-aMa)Al5-bSibO12 (I)
其中，0.01≤a≤0.2，0＜b≤1.2，且M为至少一选自由铈(Ce)、镝(Dy)、 钆(Gd)、铕(Eu)、铽(Tb)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)及钐(Sm)所组成的群组。
所述的发光二极管装置，其中，该钇铝石榴石荧光陶瓷板是通过一黏 着层固定于该发光二极管芯片的该出光面上。
所述的发光二极管装置，其中，0.06≤b≤0.6。
所述的发光二极管装置，其中，0.2≤b≤0.6。
所述的发光二极管装置，其中，M为至少一选自由铈、铽及铕所组成 的群组。
所述的发光二极管装置，其中，M为铈。
所述的发光二极管装置，其中，该发光二极管芯片为一紫外光发光二 极管芯片或一蓝光发光二极管芯片。
本发明的钇铝石榴石(YAG)荧光材料，其具有高致密度及高发光强度。
本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法，可在相对较低的温度下， 制作出具有高致密度及高发光强度的钇铝石榴石荧光材料。
本发明的发光二极管装置，其无须通过传统的高分子树脂封装技术， 而可达到延长发光二极管装置寿命的目的。
附图说明
图1是公知发光二极管装置的示意图。
图2是本发明实施例23的发光二极管装置的示意图。
附图中主要组件符号说明：
101，201发光二极管芯片；102封装胶体；103荧光粉；202黏着层；203 钇铝石榴石荧光陶瓷板。
具体实施方式
本发明的钇铝石榴石荧光材料，如下式(I)所示：
(Y3-aMa)Al5-bSibO12 (I)
其中，0.01≤a≤0.2，0＜b≤1.2，且M为至少一选自由铈(Ce)、镝(Dy)、 钆(Gd)、铕(Eu)、铽(Tb)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)、及钐(Sm)所组成的群 组。
此外，本发明亦提供上述钇铝石榴石荧光材料的制作方法，包括下列 步骤：
(A)提供一前驱物粉末，其中此前驱物粉末中包括钇、铝及一金属， 且金属系至少一选自由铈、镝、钆、铕、铽、镧、镨、钕、及钐所组成的 群组；
(B)预烧前驱物粉末，以得到一荧光粉前趋物；
(C)添加一硅前驱物于荧光粉前趋物；以及
(D)烧结硅前驱物及荧光粉前趋物的混合物，以得到一钇铝石榴石荧 光材料。
再者，本发明还提供一种使用上述钇铝石榴石荧光材料所制成的发光 二极管装置，包括：一发光二极管芯片；以及一钇铝石榴石荧光陶瓷板， 系设于发光二极管芯片的一出光面，且钇铝石榴石荧光陶瓷板的材料系如 前所述。
相较于未掺杂有硅的钇铝石榴石荧光材料，本发明的钇铝石榴石荧光 材料因掺杂有少量的硅，故可提升荧光材料的发光强度。此外，于本发明 的钇铝石榴石荧光材料的制作方法的制作过程中，由添加少量的硅前趋 物，可有效帮助掺杂金属M于钇铝石榴石荧光材料中的扩散，而提升发光 强度。再者，由添加少量的硅前趋物所产生的液相烧结现象，亦可有效提 升所制得的钇铝石榴石荧光材料的致密度。由于本发明的钇铝石榴石荧光 材料具有高致密度，故材料本身孔洞较少，所含的空气(热的不良导体)也 因此相对较少，故可提升热传导特性。因此，当使用本发明的制作方法所 制得的钇铝石榴石荧光材料于发光二极管装置上时，可制作出具有高热传 导特性的发光二极管装置，而提升发光二极管装置的使用寿命。
于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，步骤(C)的硅前驱物添 加量可占钇铝石榴石荧光材料总重量的0.1-10wt％。较佳为，硅前驱物添 加量可占钇铝石榴石荧光材料总重量的3-8wt％。更佳为，硅前驱物添加量 可占钇铝石榴石荧光材料总重量的4-6wt％。最佳为，硅前驱物添加量可占 钇铝石榴石荧光材料总重量的5wt％。随着硅前驱物添加量增加，钇铝石榴 石荧光材料的结晶性也开始提升，且杂相的数量也逐渐减少。当硅前驱物 添加量为5wt％时，几乎仅有YAG相存在，故可达到最佳的发光效率。然 而，当硅前驱物添加量超过10wt％时，钇铝石榴石荧光材料的结晶性也开 始下降，而许多不知名的杂相也开始产生，而导致发光效率开始降低。
据此，于本发明的钇铝石榴石荧光材料及包含其的发光二极管装置 中，式(I)的钇铝石榴石荧光材料的b的范围，较佳为0.06≤b≤0.6，更佳为 0.2≤b≤0.6，且最佳为b＝0.3。
此外，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，于步骤(A)后 可还包括一步骤(A1)：添加一硅前驱物。然而，步骤(A1)及步骤(C)中所添 加的硅前驱物添加总量较佳不超过10wt％，以免造成发光效率降低。
再者，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，前趋物粉末中 的金属较佳为至少一选自由铈、铽、及铕所组成的群组，且更佳为铈。据 此，于本发明的钇铝石榴石荧光材料及包含其的发光二极管装置中，式(I) 的M较佳为至少一选自由铈、铽、及铕所组成的群组，且更佳为铈。由掺 杂不同的金属M，可制得具有不同放射光颜色的荧光材料。例如，当掺杂 铈时(YAG:Ce3+)则可得到发黄光的荧光粉；当掺杂铽(YAG:Tb3+)时则可得 到发绿光的荧光粉；而当掺杂铕(YAG:Eu3+)时则可得到发红光的荧光粉。 由于YAG:Ce3+受到蓝光激发会产生黄光，故当蓝光与黄光混色时，则可产 生白光。
于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，于步骤(A)中，可使 用本领域已知的任何钇铝石榴石荧光材料合成方法形成前驱物粉末，例如 化学共沉法、固态反应法、溶胶凝胶法、喷雾热解法或喷雾干燥法(可参考 美国专利第6712993号)、燃烧法、水热合成法、烧结法、微波辅助燃烧法、 固态铝源合成法。除了上述方法外，亦可参考中国台湾专利公告第262212 号、中国台湾专利公告第265916号、中国台湾专利公开第200942597号所 揭示的方法。较佳为，于步骤(A)中，是使用化学共沉法、或固态反应法 形成前驱物粉末。其中，尤其以固态反应法具有工艺简单且起始原料成本 低廉的优点，故于步骤(C)中较佳是使用固态反应法形成前驱物粉末。
更具体而言，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法的步骤(A) 中，提供一铝前驱物、一钇前驱物、及一金属前驱物，并混合铝前驱物、 钇前驱物、及金属前驱物，并通过上述方法制得一前驱物粉末。其中，铝 前驱物的具体例子可为硝酸铝或其水合物、或氧化铝，钇前驱物可为硝酸 钇或其水合物、或氧化钇，而金属前驱物可依需求选择至少一选自由铈、 镝、钆、铕、铽、镧、镨、钕、及钐所组成的群组的金属硝酸盐(或其水合 物)或金属氧化物。
此外，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，硅前驱物选择 并无特殊限制，可为一有机硅、一无机硅、或其混合物，只要能与YAG具 有共晶效果的硅材料即可。硅前驱物的具体例子包括：二氧化硅(SiO2)、 硅酸四甲酯(Tetramethyl orthosilicate，C4H12O4Si)、硅酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate，C8H20O4Si)、硅酸四丙酯(Tetrapropyl orthosilicate，C12H28O4Si)、 硅酸四异丙酯(Tetraisopropyl orthosilicate，C12H28O4Si)、硅酸四丁酯 (Tetrabutyl orthosilicate，C16H36O4Si)、硅酸四邻甲酚(Tetra-o-cresol orthosilicate，C28H28O4Si)、四(2-乙基丁基)硅酸酯(Tetra(2-Ethyl Butyl)silicate， C24H52O4Si)、四氯化硅(Silicon tetrachloride，SiCl4)、偏硅酸(Metasilicate， H2SiO3)、二硅酸(Disilicate，H2Si2O5)、原硅酸(Silicic acid，H4SiO4)、甲硅烷 醇(Silanol，H4OSi)、四甲基硅烷(Tetramethylsilane，C4H12Si)、及六甲基二硅 烷(Hexamethyldisiloxane，C6H18OSi2)。较佳为，硅前驱物为二氧化硅。
再者，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，于步骤(C)后可 还包括一步骤(C1)：将硅前驱物及荧光粉前趋物的混合物压锭。更具体而 言，此步骤(C1)是以单轴加压或冷均压加压方式，将硅前驱物及荧光粉前 趋物的混合物制作成生胚，以进行后续步骤(D)的烧结步骤。由此，所得 到的钇铝石榴石荧光材料则为一钇铝石榴石荧光陶瓷板。当本发明的钇铝 石榴石荧光陶瓷板应用于发光二极管装置上时，可通过一黏着层将钇铝石 榴石荧光陶瓷板固定于发光二极管芯片的出光面上，而无须经过传统的封 装工艺即可制作本发明的发光二极管装置。因此，使用钇铝石榴石荧光陶 瓷板所制得的发光二极管装置，不但可达到减少使用高分子树脂的目的， 并且可在封装前即先测量出钇铝石榴石荧光陶瓷板产生黄光的色温，如此 一来可减少生产成本并提升产品良率。
此外，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法中，于步骤(B)中是 于900-1800℃(较佳为1200-1500℃)下预煅烧前驱物粉末10-30小时(较佳为 12-24小时)，再降温至室温则可得到具有YAG相的荧光粉前趋物。或者， 于步骤(B)中，当使用化学共沉法制备荧光粉前趋物时，则可于300-800℃ 下预烧前趋物粉末1-5小时，再降温至室温以得到一荧光粉前趋物。
再者，于本发明的钇铝石榴石荧光材料的制作方法的步骤(C)中，添加 硅前驱物于荧光粉前趋物后，可先以磨球(如：氧化铝磨球)干式或湿式球 磨硅前驱物及荧光粉前趋物的混合物，以缩小混合物的颗粒大小。此外， 于步骤(D)中，可于900-1800℃(较佳为1200-1500℃)下烧结硅前驱物及荧光 粉前趋物的混合物10-30小时(较佳为12-24小时)，以得到钇铝石榴石荧光材 料。此外，若需要，可重复进行多次的步骤(D)烧结步骤。
于本发明的发光二极管装置中，发光二极管芯片可为一紫外光发光二 极管芯片或一蓝光发光二极管芯片。较佳为，发光二极管芯片为一蓝光发 光二极管芯片。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦 可由其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可 针对不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
实施例1-5及比较例1-以化学共沉法制备钇铝石榴石荧光材料
首先，将含水硝酸铝23.4457g、含水硝酸钇14.3820g和含水硝酸铈 0.0543g计量比(制得Y2.99Ce0.01Al5O12的计量比)混合物，溶于的125ml去离 子水中，使其完全溶解。
缓慢滴定加入42.5ml的三乙胺，搅拌数分钟后即有白色胶状物产生， 抽气过滤后得到白色胶体。接着，在90℃下烘干20小时除去多余的水分， 得到其干燥胶体，再以5℃/分钟升温速率升到500℃预烧3小时将有机物烧 掉，接着5℃/分钟降至室温即得到前驱物。
而后，依照下表1所示的重量比，添加SiO2粉末(硅前驱物)于前驱物中， 再以直径5mm的氧化铝磨球与粉末以重量3克比2.5克的比例球磨5小时，以 得到颗粒较细的粉末。
取出粉末后利用单轴加压或冷均压加压，制作成直径2.56cm的生胚， 持压时间为10分钟，压力为25～35kg/cm2。接着，将所得的生胚以5℃/分钟 升温速率上升至1400℃，持温8小时，最后以自然降温的方式降至室温， 则可制得钇铝石榴石荧光陶瓷板。
表1
比较例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 前驱物(g) 2.500 2.4875 2.4750 2.4375 2.3750 2.2500 SiO2(g) 0.000 0.0125 0.0250 0.0625 0.1250 0.2500 Si掺杂比例(wt％) 0 0.5 1 2.5 5 10
实施例6-9及比较例2-于原始粉末混合时添加硅前趋物，并以固态反应 法制备钇铝石榴石荧光材料
将氧化铝、氧化钇及含水硝酸铈计量比混合物，与下表2所示的重量 比的二氧化硅(SiO2)，混合于适量的酒精内。
而后，再以2mm的氧化铝磨球与粉末以重量9克比7.5克的比例，湿式 球磨20小时，来得到混和粉末。接着，于90℃下烘干6小时，来得到干燥 的粉末。最后，将所得的粉末以5℃/分钟升温速率上升至1500℃，持温12 小时，最后以自然降温的方式降至室温，则可制得钇铝石榴石荧光材料。
表2
比较例2 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 YAG:Ce(g) 7.5000 7.4625 7.4250 7.1250 6.7500 SiO2(g) 0.0000 0.0375 0.0750 0.3750 0.7500 Si掺杂比例(wt％) 0 0.5 1 5 10
实施例10-13及比较例3-于原始粉末混合时添加硅前趋物，并以固态反 应法制备钇铝石榴石荧光陶瓷板
将氧化铝、氧化钇及含水硝酸铈计量比混合物，与下表3所示的重量 比的二氧化硅(SiO2)，混合于适量的酒精内。
以2mm的氧化铝磨球与粉末以重量9克比7.5克的比例，湿式球磨20小 时，来得到混和粉末。接着，于90℃下烘干6小时，来得到干燥的粉末。 而后，将所得的粉末以5℃/分钟升温速率上升至1500℃，持温12小时，再 以自然降温的方式降至室温，以得到一荧光粉前趋物(Y2.99Ce0.01Al5O12)。
接着，取出荧光粉前趋物后利用单轴加压，制作成直径2.56cm的生胚， 并以压力为25～35kg/cm2持压10分钟。最后，将所得的生胚以5℃/分钟升 温速率上升至1500℃，持温24小时，最后以自然降温的方式降至室温，则 可制得钇铝石榴石荧光陶瓷板。
表3
比较例3 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 YAG:Ce(g) 7.5000 7.4625 7.4250 7.1250 6.7500 SiO2(g) 0.0000 0.0375 0.0750 0.3750 0.7500 Si掺杂比例(wt％) 0 0.5 1 5 10
实施例14-17-先以固态反应法形成具有YAG相荧光粉前趋物后，再加 入硅前趋物制备钇铝石榴石荧光陶瓷板
将氧化铝、氧化钇及含水硝酸铈计量比混合物，混合于适量的酒精内。
以2mm的氧化铝磨球与粉末以重量9克比7.5克的比例，湿式球磨20小 时，来得到混和粉末。接着，于90℃下烘干6小时，来得到干燥的粉末。 而后，将所得的粉末以5℃/分钟升温速率上升至1500℃，持温12小时，再 以自然降温的方式降至室温，以得到一具有YAG相的荧光粉前趋物 (Y2.99Ce0.01Al5O12)。
接着，依照下表4所示的重量比添加二氧化硅(SiO2)于具有YAG相的荧 光粉前趋物中，并利用研钵混合半小时。而后，将二氧化硅及荧光粉前趋 物的混合粉末以单轴加压，制作成直径2.56cm的生胚，并以压力为25～35 kg/cm2持压10分钟。最后，将所得的生胚以5℃/分钟升温速率上升至 1500℃，持温24小时，最后以自然降温的方式降至室温，则可制得钇铝石 榴石荧光陶瓷板。
表4
实施例14 实施例15 实施例16 实施例17 YAG:Ce(g) 7.4625 7.4250 7.1250 6.7500 SiO2(g) 0.0375 0.0750 0.3750 0.7500 Si掺杂比例(wt％) 0.5 1 5 10
实施例18-于原始粉末混合时添加硅前趋物，以固态反应法形成具有 YAG相荧光粉前趋物后再加入硅前趋物以制备钇铝石榴石荧光陶瓷板
将氧化铝、氧化钇及含水硝酸铈计量比混合物，与5wt％的二氧化硅 (SiO2)，混合于适量的酒精内。
以2mm的氧化铝磨球与粉末以重量9克比7.5克的比例，湿式球磨20小 时，来得到混和粉末。接着，于90℃下烘干6小时，来得到干燥的粉末。 而后，将所得的粉末以5℃/分钟升温速率上升至1500℃，持温12小时，再 以自然降温的方式降至室温，以得到一具有YAG相的荧光粉前趋物 (Y2.99Ce0.01Al5O12)。
接着，添加1wt％二氧化硅(SiO2)于具有YAG相的荧光粉前趋物中，并 利用研钵混合半小时。而后，将二氧化硅及荧光粉前趋物的混合粉末以单 轴加压，制作成直径2.56cm的生胚，并以压力为25～35kg/cm2持压10分钟。 最后，将所得的生胚以5℃/分钟升温速率上升至1500℃，持温24小时，最 后以自然降温的方式降至室温，则可制得钇铝石榴石荧光陶瓷板。
实施例19-22-先以化学共沉法形成具有YAG相荧光粉前趋物后，再加 入硅前趋物以制备钇铝石榴石荧光陶瓷板
首先，将含水硝酸铝、含水硝酸钇和含水硝酸铈计量比混合物，溶于 的125ml去离子水中，使其完全溶解。
缓慢滴定加入42.5ml的三乙胺，搅拌数分钟后即有白色胶状物产生， 抽气过滤后得到白色胶体。接着，在90℃下烘干20小时除去多余的水分， 得到其的干燥胶体，再以5℃/分钟升温速率升到500℃预烧3小时将有机物 烧掉，接着5℃/分钟降至室温即得到前驱物。而后，将所得的前驱物以5℃/ 分钟升温速率上升至1400℃，持温8小时，再以自然降温的方式降至室温， 以得到一具有YAG相的荧光粉前趋物(Y2.99Ce0.01Al5O12)。
而后，依照下表5所示的重量比，添加SiO2粉末(硅前驱物)于荧光粉前 驱物中，再以直径5mm的氧化铝磨球与粉末以重量3克比2.5克的比例球磨 5小时，以得到颗粒较细的粉末。
取出粉末后利用单轴加压或冷均压加压，制作成直径2.56cm的生胚， 持压时间为1分钟，压力为60kg/cm2。接着，将所得的生胚以5℃/分钟升温 速率上升至1400℃，持温8小时，最后以自然降温的方式降至室温，则可 制得钇铝石榴石荧光陶瓷板。
表5
实施例19 实施例20 实施例21 实施例22 YAG:Ce(g) 2.4875 2.4750 2.3750 2.2500 SiO2(g) 0.0125 0.0250 0.1250 0.2500 Si掺杂比例(wt％) 0.5 1 5 10
发光强度及量子效率测量
在此，使用Hitachi/F-7000荧光光谱仪，进行YAG:Ce荧光陶瓷板发光 强度的量测。量子效率量测方面，也同样以Hitachi/F-7000荧光光谱仪搭 配积分球进行光致发光光谱(photoluminescence spectrum，PL)量测，量测实 验样品的PL光谱，并以相同激发光波长对标准样品氧化铝白板进行PL光谱 扫描，比较两次量测PL光谱，吸收光区域的积分面积差异即为光子被吸收 的能量，荧光区域的积分面积差异即为荧光粉光子放射能量，此两面积的 比例即为量子效率。
上述实施例及比较例的钇铝石榴石荧光陶瓷板量子效率结果如下表 6、表7、表8所示。
表6
比较例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 Si掺杂比例(wt％) 0 0.5 1 2.5 5 10 量子效率(％) 32.2 33.8 40.4 35.8 43.2 38.7 量子效率增加量 - 4.86％ 25.4％ 11.1％ 33.9％ 20.1％
表7
表8
比较例3 实施例12 实施例16 实施例18 Si掺杂比例(wt％) 0 5 5 5+1 量子效率(％) 40.7 50.1 54.0 57.4 正规化处理后的发光强度(a.u.) 1.00 1.13 1.30 1.38
如表6、表7及表8结果显示，当掺杂少量的硅时，可提升钇铝石榴石 荧光陶瓷板的发光强度，进而提升钇铝石榴石荧光陶瓷板的发光效率。特 别时，当硅掺杂比例占钇铝石榴石荧光材料总重量的5wt％，可得到优化 的量子效率。此外，尤其以先形成具有YAG相的荧光粉前趋物粉末，再添 加硅前趋物所制得的钇铝石榴石荧光陶瓷板(实施例16)，具有极佳的量子 效率；而先添加硅前趋物形成具有YAG相的荧光粉前趋物粉末，再添加硅 前趋物所制得的钇铝石榴石荧光陶瓷板(实施例18)，亦可展现极佳的量子 效率。
比重、热扩散系数及热传导系数测量
在此，使用NETZSCH/LFA 447 Nanoflash激光闪光法导热性能测试 仪，进行钇铝石榴石荧光陶瓷板的热扩散系数(Thermal Diffusivity)及热传 导系数(Thermal Conductivity)的量测。此外，使用MatsuHaku/MH-124S比 重天平，量测钇铝石榴石荧光陶瓷板的密度大小。量测结果如下表9所示。
表9
如表9结果显示，当掺杂少量的硅时，可提升钇铝石榴石荧光陶瓷板 的密度，代表由掺杂硅可提升钇铝石榴石荧光陶瓷板的致密度。此外，热 扩散系数也因掺杂硅而提升，另一方面，掺杂有硅的钇铝石榴石荧光陶瓷 板热传导系数为未掺杂硅的钇铝石榴石荧光陶瓷板的六倍之多。此结果显 示，由掺杂硅可加速钇铝石榴石荧光陶瓷板的导热速度。
收缩率测量
在此，根据下式(II)计算收缩率：
收缩率(％)＝[(V1-V2)/V1]x100％ (II)
其中，V1为烧结前荧光陶瓷板的体积，V2为烧结后荧光陶瓷板的体 积。测量结果如下表10所示。
表10
比较例3 实施例12 实施例16 收缩率(％) 2.56 23.84 47.58 密度(g/cm3) 2.37 3.38 4.20
如表9结果显示，当掺杂少量的硅时，钇铝石榴石荧光陶瓷板有较大 的收缩率，意即产生较佳的致密性来让Ce3+离子扩散，而可帮助发光效率 提升。
由上述实验证实，无论是使用化学共沉法或固态反应法，由添加少量 的硅前趋物，均可得到具有较佳热传导特性、致密度、且较佳发光效率的 掺杂硅的钇铝石榴石荧光陶瓷板。
实施例23-发光二极管装置
在此，使用实施例4所制得的钇铝石榴石荧光陶瓷板制作本实施例的 发光二极管装置。如图2所示，本实施例的发光二极管装置包括一发光二 极管芯片201；以及一钇铝石榴石荧光陶瓷板203，设于发光二极管芯片201 的一出光面上。其中，钇铝石榴石荧光陶瓷板203是通过一黏着层202固定 于发光二极管芯片201的该出光面上。于本实施例中，发光二极管芯片201 为一发光波长为458nm的蓝光发光二极管芯片，且钇铝石榴石荧光陶瓷板 厚度为0.25mm。
比较例4-发光二极管装置
本比较例的发光二极管装置结构系与实施例23相同，除了本比较例的 钇铝石榴石荧光陶瓷板为比较例1所制得的钇铝石榴石荧光陶瓷板。
使用钇铝石榴石荧光陶瓷板的发光二极管装置光学性质测试
在此，使用Ocean Optics/USB2000光谱仪对实施例23及比较例4的发 光二极管装置进行测试。实验结果如下表11所示。
表11
表11中的厚度代表钇铝石榴石荧光陶瓷板厚度；驱动电流代表发光二 极管芯片的驱动电流；x与y代表CIE坐标上的位置；Wex代表激发钇铝石榴 石荧光陶瓷板的主要波长，即发光二极管芯片的发光波长；Wem为钇铝石 榴石荧光陶瓷板的放射光主要波长；lm代表流明值，光通量的单位；lux 为照度的单位；Vf量测样品时所发出光的电压；W为光功率，即Vf与驱动 电流相乘积，搭配流明值可以计算样品的效率(lm/W)。
由表11结果所示，当电流增加时，流明值与照度大小皆增加，且整体 流明效率也几乎维持不变的情形。此外，在相同陶瓷板厚度与相同功率驱 动电流条件的下，使用掺杂硅的钇铝石榴石荧光陶瓷板的发光二极管(实施 例23)，其LED流明值与照度皆大于未掺杂硅的钇铝石榴石荧光陶瓷板的发 光二极管(比较例4)有六倍之多，因此在流明效率的表现上也优异许多。
综上所述，本发明的掺杂硅的钇铝石榴石荧光陶瓷板，确实可达到提 升发光二极管装置效率的目的，且可用于发展白光发光二极管装置上。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自 应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。