臺灣博碩士論文加值系統

本實驗探討矽酸鹽類無機螢光粉的製備及特性，採用溶膠-凝膠法以Na2SiO3為矽源，摻雜三種不同的稀土元素作為活化劑分別為：Tb3+、Eu3+、Ce3+，在溶膠-凝膠法的製程中利用兩種不同的酸，硝酸跟硫酸調整其pH值，並以10°C /min升溫速率燒結至900℃、1100℃、1200℃，持續燒結4個小時，觀察其在不同的酸鹼值下利用不同的燒結溫度其溫度對晶體結構和發光特性的影響，再藉由改變摻雜不同的比例的稀土元素，研究摻雜比例在各個溫度下所呈現的不同的特性。最後以光致發光光譜儀(Photoluminescence;PL)得到之放射光譜，獲得相對最佳放射之條件。
以最佳激發波長(nm)來比較，SrSO4的最佳激發波長介於240nm-320nm之間屬於紫外光，SrSiO3的最佳激發波長則是介於350nm-485nm之間，此段波長橫跨了紫外光及藍光的範圍。本實驗結果與預期的一樣SrSiO3擁有可以到藍光的激發波段，也配合了不同的稀土元素合成出藍色、綠色、橘色的螢光粉。以目前的白光LED技術使用藍光LED晶片搭配藍、綠、紅色螢光粉因為擁有低成本、高演色性即沒有專利的束縛，是目前最有發展的技術。SrSiO3可以製備出符合需求的螢光粉再加上熱穩定性及高效率等優點，SrSiO3有望可能為未來發展的主力。

In this experiment, the preparation and characteristics of phthalate inorganic fluorescein were investigated. The sol-gel method was used to make Na2SiO3 as the cerium source, and three different rare earth elements were doped as activators: Tb3+, Eu3+, Ce3+, in sol- Two different acids were used in the gel process. The pH was adjusted by nitric acid and sulfuric acid and sintered at 900 ° C, 1100 ° C, and 1200 ° C at a heating rate of 10 ° C /min. The sintering was continued for 4 hours. The effects of temperature on the crystal structure and luminescence properties of different sintering temperatures were investigated under different pH values. The different characteristics of the doping ratio at various temperatures were studied by changing the rare earth elements doped with different proportions. Finally, the radiation spectrum obtained by photoluminescence (PL) was used to obtain the conditions of relatively optimal radiation.
Compared with the optimal excitation wavelength (nm), the optimal excitation wavelength of SrSO4 is between 240nm and 320nm, and the optimal excitation wavelength of SrSiO3 is between 350nm and 485nm. The range of ultraviolet light and blue light. The results of this experiment are the same as expected. SrSiO3 has an excitation band that can reach blue light, and also combines different rare-earth elements to synthesize blue, green, and orange phosphor powder. The use of blue LED chips with current white LED technology with blue, green and red fluorescent powder is currently the most developed technology because of its low cost and high color rendering, that is, without patents. SrSiO3 can produce fluorescent powders that meet the needs, plus thermal stability and high efficiency. SrSiO3 is expected to be the main force for future development.

摘要 II
Abstract III
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2研究動機與目的 1
第二章 理論基礎 3
2.1發光原理 3
2.1-1 螢光、磷光 3
2.1-2 激發模式的種類[4] 4
2.2色彩介紹[5] 5
2.2-1顏色之物理性質 6
2.2-1 CIE色度座標 7
2.2-2色溫 7
2.3發光材料之類型 9
2.3-1有機螢光材料[9] 9
2.3-2無機發光材料[11] [6] 9
2.4螢光體的組成 11
2.4-1主體晶格之選擇 11
2.4-2活化劑離子之選擇 13
2.4-3抑制劑之選擇 13
2.4-4稀土離子的特性[13] 14
2.5影響發光之因素 17
2.5-1組態座標模型（Configuration Coordinate Model） 17
2.5-2晶體場理論（Crystal field Theory） 19
2.5-3電子雲擴張效應（Nephelauxetic Effect） 20
2.5-4斯托克位移(Stokes shift) 21
2.5-5濃度淬滅 23
2.5-6熱消淬現象 24
2.6螢光材料的製備方法 24
2.6-1高溫固相反應法(solid state method) 25
2.6-2水熱法(hydrothermal method) 25
2.6-3共沉法(precipitation method) 25
2.6-4溶膠-凝膠法(Sol-Gel Method) 26
第三章 實驗部份 27
3.1 實驗藥品 27
3.2實驗步驟 27
3.3實驗儀器與設備 30
3.3-1X光粉末繞射儀(X-ray diffraction；XRD) 30
3.3-2螢光光譜儀(Photoluminescence；PL) 31
3.3-3高溫箱型爐(High Temperature box Furnace) 31
3.3-4烘箱 33
第四章 結果與討論 34
4.1母體XRD結構分析 34
4.1-1 SrSO4 XRD結構分析 34
4.1-2 SrSiO3 XRD結構分析 35
4.2 SrSO4：Tb3+發光特性討論 35
4.2-1 摻雜不同量對螢光之影響 36
4.2-2不同的燒結溫度對螢光之影響 37
4.2-3 CIE色度座標 39
4.3 SrSO4：Ce3+發光特性討論 39
4.3-1摻雜不同量對螢光之影響 40
4.3-2不同的燒結溫度對螢光之影響 41
4.3-3 CIE色度座標 42
4.4 SrSO4：Eu3+發光特性討論 43
4.4-1摻雜不同的量對螢光之影響 43
4.4-2不同的燒結溫度對螢光之影響 45
4.4-3 CIE色度座標 47
4.5 SrSiO3:Tb3+發光特性討論 47
4.5-1摻雜不同量對螢光之影響 48
4.5-2不同的燒結溫度對螢光之影響 49
4.5-3 CIE色度座標 50
4.6 SrSiO3:Ce3+發光特性討論 50
4.6-1摻雜不同量對螢光之影響 51
4.6-2不同的燒結溫度對螢光之影響 52
4.6-3 CIE色度座標 53
4.7 SrSiO3:Eu3+發光特性討論 53
4.7-1摻雜不同量對螢光之影響 54
4.7-2不同的燒結溫度對螢光之影響 54
4.7-3 CIE色度座標 55
第五章 結論 57
參考文獻 58
附錄 60

[1] G.Blasse, B.C.Grabmaier,“Luminescence Material”Springer-Verlag,1994.
[2] 劉如熹、劉宇恒，發光二極體用氧氣螢光粉介紹，全華科技，2006。
[3] 柯以侃、吳明珠，儀器分析，新文京開發出版有限公司，民 92 年。
[4]施昭榮，釩酸鹽InVO4：Eu3+螢光粉之製備與光致發光特性研究，虎尾科技大學碩士論文，民99年。
[5] 何耀宗，色彩基礎，台灣：東大圖書股份有限公司，民71年。
[6] 劉如熹與紀喨勝，紫外光發光二極體用螢光粉介紹，全華科技圖書公司，民92年。
[7] 日本照明學會，照明手冊，中國建築工業出版社，1985。
[8] H. P. Kakkmann and G. M. Spruch.,”Luminescence of Organic and Inorganic Materials”,John Wiley and Sons,Inc.,New York,1962.
[9] 游國彰，鹼土矽酸鹽類螢光粉體之製備及其光性質研究，成功大學碩士論文， 民95年。
[10] 楊素華，螢光粉在發光上的應用，科學發展，2002。
[11] 徐如人，龐文琴，無機合成與製備化學，五南圖書，民93年。
[12] 林群哲，發光二極體激發之磷酸鹽類螢光粉合成及其特性研究，台灣大學碩士論文，民96年。
[13] Ropp, R. C. ,”Luminescence and the Solid State-2nd ed” Elsevier, Amsterdam, 2004.
[14] 陳佳凰，BaSi2O5 Eu2+, Dy3+鹼土矽酸鹽螢光粉之合成與發光特性研究，台北科技大學碩士論文，民102年。
[15] G. B. a. B. C. Grabmaier,” Luminescence Material”, Berlin, Springer, 1994, pp.13. [16] C. S. Nin Chau, D, C.,” Phosphor global summit”, Sylvania, 2006.
[17] A. H. Kitai, “Solid state Luminescence”, New York: Chapman & Hal, 1993.
[18] P. W. Atkins, “Physical Chemistry -six ed”, Tokyo: Oxford University Press, 1998. [19] Lakowicz, J. R.,”Principle of Fluorescence Spectroscopy-2nd ed.”, Kluwer Academic/Plenum Pub, New York, 1999.
[20] H. Yamamoto, “Phosphor Global Summit”, America, 2003.
[21] 李育群，鍺酸鹽 LaAlGe2O7 螢光粉光至發發光特性研究，國立成功大學材料科學及工程學系博士論文，民國96年。
[22] J.A.Deluca, "An Introduction to Luminescence in Inorganic Solids," Journal Of Chemical Education, vol. 57, 1980, pp. 541-545.
[23] Ju Seong Kim , Hee Jo Song , Hee-Suk Roh , Dong Kyun Yim , Jun Hong Noh , Kug Sun Hong, "Luminescent characteristics of green emitting Li2Ca2Si2O7:Eu2+ phosphor," Materials Letters, vol. 79, 2012, pp. 112-115.
[24] S. Yin, D. Chen, W. Tang, Y. Peng,” Materials Science and Engineering” B 136 ,2007, 193.
[25] J.K. Park, D.Y. Kim, J. Am. Ceram. Soc. 79 ,1996 ,1407.
[26] R.V. Kamat, K.T. Pillai, V.N. Vaidya, D.D. Sood, “Mater. Chem. Phys.” 46, 1996, 67.
[27] T.I. Khristov, N.V. Popovich, S.S. Galaktionov, “Glass Ceram.” 51, 1994 ,9.
[28] 邱意珊，Y2Ti2O7:Er3+螢光粉體之製備與螢光特性研究，國立中正大學光機電整合工程研究所碩士學位論文，民99年。
[29] 黃璿宬，溶膠凝膠法製備摻雜銪、釤之鍶矽酸鹽螢光體發光特性研究，國立臺北科技大學材料科學與工程研究所碩士學位論文，民100年。