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TWI483902B - 製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法以及應用其進行光致發暖白光的方法 - Google Patents

製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法以及應用其進行光致發暖白光的方法 Download PDF

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TWI483902B
TWI483902B TW102112135A TW102112135A TWI483902B TW I483902 B TWI483902 B TW I483902B TW 102112135 A TW102112135 A TW 102112135A TW 102112135 A TW102112135 A TW 102112135A TW I483902 B TWI483902 B TW I483902B
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林清富
沈品均
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國立臺灣大學
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Description

製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法以及應用其 進行光致發暖白光的方法
本發明相關於一種製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法以及應用其進行光致發暖白光的方法，特別是有關一種製作受光激發而可以發出波長介於600-650奈米(nm)之間的紅光的參雜錳之硫化鋅奈米粒子的方法以及應用此參雜錳之硫化鋅奈米粒子製作成暖白光螢光膜而進行光致發暖白光的方法。
目前，市面上的白光發光二極體主要是以下列兩種方法製作：(1)以藍光LED晶粒發出藍光，部份的藍光激發塗佈於環氧樹脂上的黃色螢光粉，例如YAG(Y3Al5O2)，發出黃光，剩餘的藍光與黃光則與混合而產生白光。(2)利用紅光發光二極體晶片、綠光發光二極體晶片、以及藍光光發光二極體晶片組成多晶片LED，或稱為RGB LED，藉由將這些LED晶片所發出的紅光、綠光、以及藍光混合而產生白光。
然而，這些方法都各有其缺點。方法(1)所製作的白光發光二極體所發出的白光中，藍光必須佔很高的比例，才能在激發黃色螢光粉產生黃光之後，還有剩餘的藍光可以與黃色螢光粉產生的黃光混合成白光，因此，其所發出的白光屬於偏藍的高色溫冷白光。高色溫的冷白光除了因為缺乏紅光波段而導致演色性低之外，長時間暴露在高色溫光源下還可能會抑制夜晚人體退黑激素的分泌，導致失眠及罹患癌症的機率增加等問題，因此，顯然不適合用於日常照明。
方法(2)所製作的RGB LED是由不同的LED晶片所組成，需要不同的驅動電路，使得製程變得複雜，而提升了製作的困難度，且多晶片結構不易散熱，並且各光源的發光效率與熱穩定性皆不同，導致其所發的白光不均勻，因此，製程複雜、散熱問題、以及所發出的白光不均勻為其缺點。
另外，上述兩種方法都需要用到螢光粉，螢光粉的原料大多為稀土元素，由於稀土元素的產量稀少且不易開採，因此價格昂貴且持續上升，所以導致成本也持續上升。其次，稀土元素的開採需要大量破壞地表植披，造成嚴重的環境破壞。再者，螢光粉的製作方法大多採用固態燒結法(solid-state sintering)，固態燒結法需要以1000℃以上的高溫進行長時間的燒結，而使得製作成本提高。因此，因為使用稀土元素與固態燒結法所造成的成本上升與環境破壞顯然為上述方法的缺點。
有鑑於此，亟需要一種光致發光白光的方法，可以採用其他較為便宜、取得容易、且較符合環保取向的材料取代稀土元素進行光致發光，而產生一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光。
本發明之一目的為提供一種製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，採用其他較為便宜、取得容易、且較符合環保的材料，並以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作一可以受光激發而發出紅光的參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子，而取代以稀土元素做為原料，且以成本高、製程時間長且需要高溫的傳統固態燒結法製作紅色螢光粉，而降低紅光螢光粉的製作成本與簡化其製程。其次，更進一步利用此參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子製作可以受光激發暖白光的暖白光螢光膜，而降低暖白光螢光膜的製作成本與簡化其製程。
本發明之一目的為提供一種製作暖白光螢光膜的方法，其以藍光有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子且以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作成一有機無機複合薄膜，而不需要以昂貴、取得不易、且不符合環保的稀土元素做為材料。此有機無機複合薄膜受紫外光激發可以同時產生藍光、綠光、以及紅光，而混合成一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光，所以可以做為一暖白光螢光膜，並且可以控制白光的色溫與色座標。其次，更進一步利用此暖白光螢光膜進行光致發光，而產生一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光，而不會對人體產生傷害。
本發明之一目的為提供一種光致發暖白光的方法，其以藍光有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子且以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作成一有機無機複合薄膜，而做為暖白 光螢光膜，但是不需要以昂貴、取得不易、且不符合環保的稀土元素做為材料。以紫外光照射此有機無機複合薄膜，可以激發此有機無機複合薄膜同時產生藍光、綠光、以及紅光，而混合成一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光，而不會對人體產生傷害，並且可以控制白光的色溫與色座標。
根據本發明之一目的，本發明提供一種製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，特別是製作受光激發而可以發出波長介於600-650奈米(nm)之間的紅光的參雜錳之硫化鋅奈米粒子的方法。製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法包含下列步驟：(1)製備一含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液；(2)製備一含有硫離子之溶液；(3)將含有鋅離子與金屬離子之溶液與含有硫離子之溶液均勻混合而製備成一混合溶液，而於混合溶液中成長出參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子；以及(4)對參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子進行熱處理以去除溶劑。此方法採用其他較為便宜、取得容易、且較符合環保的材料，並以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作一可以受光激發而發出紅光的參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子，而取代以稀土元素做為原料，且以成本高、製程時間長且需要高溫的傳統固態燒結法製作紅色螢光粉，而降低紅光螢光粉的製作成本與簡化其製程。
根據本發明之一目的，本發明提供一種製作暖白光螢光膜的方法。製作暖白光螢光膜的方法包含下列步驟：(1)提供一基板；(2)製備一有機材料溶液；(3)加入一氧化鋅奈米結構於有機材料溶液中；(4)加入一參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子於有機材料溶液中；(5)將有機材料溶液塗佈於基板上；以及(6)對已塗佈有有機材料溶液的基板進行退火，而在基板上形成一有機無機複合薄膜，以做為一暖白光螢光膜。此方法以藍光有機材料、氧化鋅奈米結構、以及 參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子且以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作成一有機無機複合薄膜，以做為暖白光螢光膜，而不需要以昂貴、取得不易、且不符合環保的稀土元素做為材料。
根據本發明之一目的，本發明提供一種光致發暖白光之方法。此光致發暖白光之方法包含下列步驟：(1)提供一基板；(2)製備一有機材料溶液；(3)加入一氧化鋅奈米結構於有機材料溶液中；(4)加入一參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子於有機材料溶液中；(5)將有機材料溶液塗佈於基板上；以及(6)對已塗佈有有機材料溶液的基板進行退火，而在基板上形成一有機無機複合薄膜，以做為一暖白光螢光膜，並以紫外光照射暖白光螢光膜，而激發暖白光螢光膜產生一適用於照明且演色性佳的低色溫暖白光，而不會對人體產生傷害，並且可以控制白光的色溫與色座標。
因此，本發明提供了一種製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法、製作暖白光螢光膜的方法、以及光致發暖白光之方法，其採用其他較為便宜、取得容易、且較符合環保的材料，並以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作一可以受光激發而發出紅光的參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子，而取代以稀土元素做為原料，且以成本高、製程時間長且需要高溫的傳統固態燒結法製作紅色螢光粉，而降低紅光螢光粉的製作成本與簡化其製程。更進一步，以此參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子、藍光有機材料、以及氧化鋅奈米結構製作成一有機無機複合薄膜，以做為一暖白光螢光膜，進而以紫外光照射此暖白光螢光膜，以激發此有機無機複合薄膜同時產生藍光、綠光、以及紅光，而混合成一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光， 而不會對人體產生傷害，並且可以控制白光的色溫與色座標。
100-106‧‧‧本發明之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法中的各個步驟
200-210‧‧‧本發明之製作暖白光螢光膜的方法以及光致發暖白光的方法的各個步驟
第一圖為本發明之一實施例之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法的流程圖。
第二圖為本發明之一實施例之製作暖白光螢光膜的方法以及光致發暖白光的方法的流程圖。
本發明的一些實施例詳細描述如下。然而，除了該詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行。亦即，本發明的範圍不受已提出之實施例的限制，而以本發明提出之申請專利範圍為準。其次，當本發明之實施例圖示中的各元件或步驟以單一元件或步驟描述說明時，不應以此作為有限定的認知，即如下之說明未特別強調數目上的限制時本發明之精神與應用範圍可推及多數個元件或結構並存的結構與方法上。再者，在本說明書中，各元件之不同部分並沒有完全依照尺寸繪圖，某些尺度與其他相關尺度相比或有被誇張或是簡化，以提供更清楚的描述以增進對本發明的理解。而本發明所沿用的現有技藝，在此僅做重點式的引用，以助本發明的闡述。
第一圖為本發明之一實施例之本發明之一實施例之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法的流程圖。首先，參照第一圖，首先，將一含鋅的化學藥品與一含有可以做為紅光放光中心的金屬的化學藥品溶解於一溶劑中，以製備一含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液(步驟 100)。在步驟100中，含鋅的化學藥品為一可以溶解於溶劑中而解離出鋅離子之化學藥品，例如硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅、或其他可以溶解而解離出鋅離子的化學藥品，以做為含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液中的鋅離子來源，而含有可以做為紅光放光中心的金屬的化學藥品可以溶解於溶劑中而解離出鋅離子之化學藥品，例如硝酸金屬鹽類、醋酸金屬鹽類、氯化金屬鹽類、或其他可以溶解而解離出可以做為紅光放光中心的金屬離子的化學藥品，以做為含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液中的可以做為紅光放光中心的金屬離子來源。其中，含有鋅離子與金屬離子之溶液中的金屬離子與鋅離子的莫爾數比例為0.01%-30%。
可以做為紅光放光中心的金屬離子為錳離子、鐵離子、鈷離子、銅離子、或其他紅光放光中心的金屬離子，其中，以錳離子較佳。當採用錳離子做為光放光中心的金屬離子時，含有可以做為紅光放光中心的金屬的化學藥品為一含錳化學藥品，其可以溶解於溶劑中而解離出錳離子之化學藥品，例如硝酸錳、醋酸錳、氯化錳、或可以溶解而解離出錳離子的化學藥品，以做為含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液中的可以做為紅光放光中心的錳離子來源。其中，含有鋅離子與錳離子之溶液中的錳離子與鋅離子的莫爾數比例為0.01%-30%。在步驟100中，所使用的溶劑為溶劑則為水、去離子水、甲醇、乙醇、乙二醇單甲醚(2 methyloxyethanol)，或其他可以溶解含鋅的化學藥品與含有可以做為紅光放光中心的金屬的化學藥品的溶劑。
接著，將一含有硫之化學藥品溶解於一溶劑中，以製備一含有硫離子之溶液(步驟102)。在步驟102中，含硫的化學藥品為一可以溶解於溶劑中而解離出硫離子之化學藥品，例如硝硫化鈉、硫脲、二甲亞碸、或其他可以溶解 而解離出硫離子的化學藥品，以做為含有硫離子之溶液中的硫離子來源。在步驟102中，所使用的溶劑為溶劑則為水、去離子水、甲醇、乙醇、乙二醇單甲醚(2 methyloxyethanol)，或其他可以溶解含硫的化學藥品的溶劑。
然後，將含有鋅離子與金屬離子之溶液與含有硫離子之溶液均勻混合而製備成一混合溶液，並將此混合溶液於在15℃-200℃的溫度下靜置20分鐘-48小時或是在超音波震盪機中震盪20分鐘-48小時，而於此混合溶液中成長出參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子(步驟104)。在步驟104中，可以將此混合溶液(或成長溶液)直接在室溫下靜置20分鐘-48小時或在超音波震盪機中震盪20分鐘-48小時，而在混合溶液中成長所需的參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子。
接著，收集已經長成的參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子，並且以100℃-500℃的溫度對已經長成的參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子，進行熱處理30分鐘至3小時以去除溶劑(步驟106)。然後，可以人工研磨、磨球機、或其他研磨裝置，而對參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子進行研磨，而使參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的粒徑均勻。
此參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子，利用其內可以做為紅光放光中心的金屬離子的電子躍遷做為放紅光的中心，例如錳離子4T1->6A1的電子躍遷做為放紅光的中心，而產生紅光。此參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子以便宜、溶液取得、且較符合環保的含鋅的化學藥品、含有可以做為紅光放光中心的金屬的化學藥品、以及含硫的化學藥品，並以製程要求低(不需要高溫、高壓、或真空等製程條件)、困難度低、以及低成本的方法製作一可以受紫外光激發而可以發出紅光的 參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子。因此，此參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒不但可以如同傳統的紅色螢光粉一樣受光激發而可以發出紅光，更因不需以昂貴、不易取得、且不符合環保的稀土元素做為原料，並且以成本高、製程時間長且需要高溫的傳統固態燒結法製作紅色螢光粉，進而可以節省製作成本與簡化製程。
參照第二圖，其本發明之一實施例之製作暖白光螢光膜的方法的流程圖。首先，提供一基板(步驟200)，其中，基板可以為玻璃基板、環氧樹脂基板、石英基板、軟性塑膠(PET)基板、或其他材質的基板。接著，分別以去離子水、丙酮、異丙醇以及超音波震盪機對基板進行清洗，再以氮氣槍將基板吹乾。然後，將清洗後的基板以紫外光-臭氧(UV Ozone)處理對基板表面進行改質。
接著，將一有機材料溶解於一有機溶劑中，以製備一有機材料溶液(步驟202)。其中，有機材料為一藍光有機材料，例如PF(poly(fluorine))、Alq2、含嘧啶環(pyrimidine)之寡連芳香化合物(Aromatic oligomer)、寡聚芴化合物(Fluorene Oligomers)、含Furan寡連芳香化合物(Aromatic oligomer)、distearyl allylene(DSA)、二苯乙烯(stilbenes)、或香豆素(coumarins)、或受紫外光激發而會發出藍光的有機材料，而有機溶劑為甲苯、氯仿、二甲苯、或其他可以溶解此有機材料的溶劑。
然後，將一氧化鋅奈米結構加入有機材料溶液中(步驟204)，其中，氧化鋅奈米結構為氧化鋅奈米粒子、氧化鋅奈米線、氧化鋅奈米柱、氧化鋅奈米管、或氧化鋅奈米島。氧化鋅奈米結構的尺寸為1奈米(nm)-2000奈米(nm)。接著，待氧化鋅奈米結構在有機材料溶液中均勻分散後，將一參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子於此有機材料溶液中(步驟 206)，在利用攪拌或是超音波震盪機震盪的方式使有機溶液中的(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子均勻混合，即使有機溶液中的有機物質((藍光)有機材料)與無機物質(氧化鋅奈米結構與參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子)均勻混合。參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子的尺寸為1奈米(nm)-3000奈米(nm)。此參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子中的金屬離子為錳離子、鐵離子、鈷離子、銅離子、或其他紅光放光中心的金屬離子，其中，以錳離子較佳，而含有鋅離子與金屬離子之溶液中的金屬離子與鋅離子的莫爾數比例為0.01%-30%。此參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子可以本發明第一圖所揭示的製作雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法製作而成，其已於前文詳細描述，於此不再贅述。或是。在步驟206中，可以採用水熱法(hydrothermal)、固相反應法(solid-state reaction)、旋轉塗佈法(spin coating)、浸漬塗佈(dip coating)、電化學法、液相沉澱法(Precipitation in Liquid Phase)、熱蒸鍍法(thermal evaporation)、化學氣相沈積法(chemicalvapor deposition)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy)、有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、脈衝雷射沉積法(Pulsed Laser Deposition(PLD))等方法製作此參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子。
在步驟206完成後，有機材料溶液中已經均勻混合有(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子，其中，參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子在有機材料溶液中的重量濃度為1%-90%，，其中，以1%-30%較佳，其計算方式為參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的重量/溶劑重量X100%。(藍光)有機材料在有機材料溶液中的重量濃度 為0.01%-10%，其計算方式為(藍光)有機材料的重量/溶劑重量X100%。氧化鋅奈米結構在有機材料溶液中的重量濃度為0.1%-20%，其計算方式為氧化鋅奈米結構的重量/溶劑重量X100%。
然後，將此已均勻混合有(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子的有機材料溶液塗佈於基板上(步驟208)。在步驟208中，有機材料溶液係以旋轉塗佈(spin coating)、浸漬塗佈(dip coating)、噴墨印刷(ink printing)、熱蒸鍍法(Thermal evaporation)、濺鍍法(Sputtering)、噴塗法(spray coating)、或連續式微奈米(Thermal evaporation)等方式塗佈於基板上。
接著，對已塗佈有有機材料溶液的基板(或對基板上塗佈的有機材料溶液)進行退火，而在基板上形成一有機無機複合薄膜，以做為一暖白光螢光膜(步驟210)。在步驟210中，係以70℃-300℃對已塗佈有該有機材料溶液的基板(或對基板上塗佈的機材料溶液)進行退火30分鐘-3小時，而形成一暖白光螢光膜於基板上，其中，暖白光螢光膜的厚度為10奈米(nm)-200微米(μm)。
暖白光螢光膜為(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子混合所組成的有機無機複合薄膜，其受到紫外光的照射，會激發其同時產生藍光、綠光、以及紅光，而經由藍光、綠光、以及紅光混合而產生一白光。紅光主要是由於參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子中的金屬離子(例如錳離子、鐵離子、鈷離子、銅離子、或其他紅光放光中心的金屬離子)受紫外光激發而造成的電子躍遷做為放紅光而產生的，其中，參雜錳離子之硫化鋅奈米粒子中的金屬離子可以放出波長峰值為620奈米(nm)的紅光，較一般紅色螢光粉所發出波長峰值為 620奈米(nm)的紅光更接近紅色光，而更適合做為紅光材料。綠光則是藉由電子在(藍光)有機材料與氧化鋅奈米結構形成的接面缺陷處再復合而形成，此缺陷的能階可以發出波長峰值為532奈米(nm)的綠光。藍光則由(藍光)有機材料受紫外光激發而產生。由於暖白光螢光膜所產生的白光是由藍光、綠光、以及紅光混合而成的，所以其具有高演色性與低色溫的特性，而適合用於照明、不會對人體產生傷害、且高演色性的低色溫暖白光。
由於暖白光螢光膜所產生的白光是由藍光、綠光、以及紅光混合而成的，而藍光、綠光、以及紅光則分別由(藍光)有機材料、(藍光)有機材料與氧化鋅奈米結構形成的接面缺陷、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子中的金屬離子所形成，因此，調整暖白光螢光膜中的(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子的比例，可以調整所形成的白光中各個光色的比例，而控制與調整白光的色溫與色座標。換言之，可以藉由調整或控制步驟208中(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子在有機材料溶液中的濃度比例，調整所形成的白光中各個光色的比例，進而控制與調整白光的色溫與色座標。另外，由於退火的溫度會影響(藍光)有機材料與氧化鋅奈米結構形成的接面缺陷數量，而改變綠光的強度，所以藉由改變退火的溫度可以控制綠光的強度，進而藉由控制白光中的綠光強度改變，從而控制與調整白光的色溫與色座標。換言之，可以藉由控制步驟210中的退火溫度，而調整或控制(藍光)有機材料與氧化鋅奈米結構形成的接面缺陷數量，而控制白光中的綠光的強度，進而控制與調整白光的色溫與色座標。
因此，本發明之製作暖白光螢光膜的方法，其以藍光有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子等便宜、容易取得、且較環保的材料做為原料，而以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作成一有機無機複合薄膜，而不需要以昂貴、取得不易、且不符合環保的稀土元素做為材料，進而簡化暖白光螢光膜的製程與縮減暖白光螢光膜的製作成本。此有機無機複合薄膜受紫外光激發可以同時產生藍光、綠光、以及紅光，而混合成一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光，所以可以做為一暖白光螢光膜，並且可以藉由暖白光螢光膜各成分的比例或藉由改變退火溫度，而控制與調整白光的色溫與色座標。
另外，本發明更提供一種光致發暖白光之方法。第二圖同樣揭示本發明更提供一種光致發暖白光之方法的流程。首先，以第二圖所示之步驟200-步驟210，製作一由(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子混合而成的有機無機薄膜，而將其做為一暖白光螢光膜，這些步驟已於前文詳細說明，於此不再贅述。接著，提供一紫外光光源，例如紫光發光二極體或其他可以發出紫外光之裝置或元件，用以提供紫外光照射暖白光螢光膜，而激發暖白光螢光膜同時產生藍光、綠光、以及紅光，並將其混合成一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光。
如同前述對第二圖所示之製作暖白光螢光膜的方法，其所製作出的暖白光螢光膜以便宜、容易取得、且較環保的材料做為原料，而以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作，因此，由於本發明之光致發暖白光之方法使用此暖白光螢光膜進行光致發光，本發明之光致發暖白光之方法使得不但簡單、便宜又環保，並且由於其受紫外光激發所產生的白光為藍 光、綠光、以及紅光混合而成，所以為一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光。
另外，本發明之光致發暖白光之方法也可以藉由暖白光螢光膜各成分的比例或藉由改變退火溫度，而控制與調整控制白光的色溫與色座標。換言之，本發明之光致發暖白光之方法可以藉由調整或控制步驟208中(藍光)有機材料、氧化鋅奈米結構、以及參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子在有機材料溶液中的濃度比例，或是藉由控制步驟210中的退火溫度，而控制與調整發明之光致發暖白光之方法所產生的白光的色溫與色座標。
舉例來說，當增加暖白光螢光膜中的參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子的比例或參雜(可以做為紅光放光中心的)金屬離子之硫化鋅奈米粒子在有機材料溶液中的濃度比例，會增強暖白光螢光膜所產生的白光的綠光與紅光強度，而得到以綠光與紅光為主的暖白光，其比例或濃度比例越大，則所獲得的暖白光的色座標則越偏向紅色區域，而色溫也越低。
當增加暖白光螢光膜中的氧化鋅奈米結構的比例或氧化鋅奈米結構在有機材料溶液中的濃度比例，同樣會增強暖白光螢光膜所產生的白光的綠光與紅光強度，而得到以綠光與紅光為主的暖白光，其比例或濃度比例越大，則所獲得的暖白光的色座標則越偏向紅色區域，而色溫也越低。相反的，當增加暖白光螢光膜中的(藍光)有機材料的比例或(藍光)有機材料在有機材料溶液中的濃度比例，會增強暖白光螢光膜所產生的白光的藍光強度，而得到以藍光為主的冷白光，其比例或濃度比例越大，則所獲得的冷白光的色座標則越偏向藍色區域，而色溫也越高。
當升高退火溫度，會使得暖白光螢光膜中的(藍光)有機材料與氧化鋅奈米結構形成的接面缺陷數量增加，而增強白光螢光膜所產生的白光的綠光強度，而得到以綠光與紅光為主的暖白光，其比例或濃度比例越大，則所獲得的暖白光的色座標則越偏向紅色區域，而色溫也越低。
有鑑於上述實施例，本發明提供了一種製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法、製作暖白光螢光膜的方法、以及光致發暖白光之方法，其採用其他較為便宜、取得容易、且較符合環保的材料，並以製程要求低、困難度低、以及低成本的方法製作一可以受光激發而發出紅光的參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子，而取代以稀土元素做為原料，且以成本高、製程時間長且需要高溫的傳統固態燒結法製作紅色螢光粉，而降低紅光螢光粉的製作成本與簡化其製程。更進一步，以此參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子、藍光有機材料、以及氧化鋅奈米結構製作成一有機無機複合薄膜，以做為一暖白光螢光膜，進而以紫外光照射此暖白光螢光膜，以激發此有機無機複合薄膜同時產生藍光、綠光、以及紅光，而混合成一適合用於照明且演色性佳的低色溫暖白光，而不會對人體產生傷害，並且可以控制白光的色溫與色座標。
100-106‧‧‧本發明之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法中的各個步驟

Claims (36)

  1. 一種製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，包含：(1)製備一含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液；(2)製備一含有硫離子之溶液；(3)將該含有鋅離子與金屬離子之溶液與該含有硫離子之溶液均勻混合而製備成一混合溶液，而於該混合溶液中成長出參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子；以及(4)對該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子進行熱處理以去除溶劑。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該步驟(1)係以硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅、或可以溶解而解離出鋅離子的化學藥品溶解於一溶劑而做為該含有鋅離子與金屬離子之溶液中的鋅離子來源。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該金屬離子為錳離子、鐵離子、鈷離子、或銅離子。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該金屬離子為錳離子。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該步驟(1)係以硝酸錳、醋酸錳、氯化錳、或可以溶解而解離出錳離子的化學藥品溶解於該溶劑而做為該含有鋅離子與金屬離子之溶液中的錳離子來源。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該步驟(2)係以硫化鈉、硫脲、二甲亞碸、或可以溶解而解離出硫離子的化學藥品於該溶劑而做為該含有硫離子之溶液中的硫離子來源。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該步驟(3)係在15℃-200℃的溫度下成長20分鐘-48小時。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該步驟(4)係以100℃-500℃的溫度對該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子進行熱處理30分鐘至3小時。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之製作參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的方法，其中該含有鋅離子與金屬離子之溶液中的該金屬離子與該鋅離子的莫爾數比例為0.01%-30%。
  10. 一種光致發暖白光的方法，包含：(1)提供一基板；(2)_將一藍光有機材料溶解於一有機溶劑中而製備成一藍光有機材料溶液；(3)加入一氧化鋅奈米結構於該藍光有機材料溶液中；(4)加入一參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子於已加入該氧化鋅奈米結構之該藍光有機材料溶液中；(5)將已加入該氧化鋅奈米結構與該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子之該藍光有機材料溶液塗佈於該基板上；以及 (6)對已塗佈有已加入該氧化鋅奈米結構與該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子之該藍光有機材料溶液的該基板進行退火，而在該基板上形成一有機無機複合薄膜，以做為一暖白光螢光膜。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之光致發暖白光的方法，其中該藍光有機材料為PF(poly(fluorine))、Alq2、含嘧啶環(pyrimidine)之寡連芳香化合物(Aromatic oligomer)、寡聚芴化合物(Fluorene Oligomers)、含Furan寡連芳香化合物(Aromatic oligomer)、distearyl allylene(DSA)、二苯乙烯(stilbenes)、或香豆素(coumarins)。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述之光致發暖白光的方法，其中該有機溶劑為甲苯、氯仿、或二甲苯。
  13. 根據申請專利範圍第10項所述之光致發暖白光的方法，其中該氧化鋅奈米結構為氧化鋅奈米粒子、氧化鋅奈米島、氧化鋅奈米柱、氧化鋅奈米線、氧化鋅奈米管、或氧化鋅奈米多孔結構。
  14. 根據申請專利範圍第10項所述之光致發暖白光的方法，其中該氧化鋅奈米結構的尺寸為1奈米(nm)-2000奈米(nm)。
  15. 根據申請專利範圍第10項所述之光致發暖白光的方法，其中該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的尺寸為1奈米(nm)-3000奈米(nm)。
  16. 根據申請專利範圍第10項所述之光致發暖白光的方法，其中該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子的製備方法包含：(a)製備一含有鋅離子與可以做為紅光放光中心的金屬離子之溶液；(b)製備一含有硫離子之溶液； (c)將該含有鋅離子與金屬離子之溶液與該含有硫離子之溶液均勻混合而製備成一混合溶液，而於該混合溶液中成長出參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子；以及(d)對該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子進行熱處理以去除溶劑。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述之光致發暖白光的方法，其中該步驟(a)係以硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅、或可以溶解而解離出鋅離子的化學藥品溶解於一溶劑而做為該含有鋅離子與金屬離子之溶液中的鋅離子來源。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之光致發暖白光的方法，其中該金屬離子為錳離子、鐵離子、鈷離子、或銅離子。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述之致發光暖白光的方法，其中該金屬離子為錳離子。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述之致發光暖白光的方法，其中該步驟(a)係以硝酸錳、醋酸錳、氯化錳、或可以溶解而解離出錳離子的化學藥品溶解於該溶劑而做為該含有鋅離子與金屬離子之溶液中的錳離子來源。
  21. 根據申請專利範圍第16項所述之致發光暖白光的方法，其中該步驟(b)係以硫化鈉、硫脲、二甲亞碸、或可以溶解而解離出硫離子的化學藥品於該溶劑而做為該含有硫離子之溶液中的硫離子來源。
  22. 根據申請專利範圍第16項所述之致發光暖白光的方法，其中該步驟(c)係在15℃-200℃的溫度下成長20分鐘-48小時。
  23. 根據申請專利範圍第16項所述之致發光暖白光的方法，其中該步驟(d)係以100℃-500℃的溫度對該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子進行熱處理30分鐘至3小時。
  24. 根據申請專利範圍第16項所述之致發光暖白光的方法，其中該含有鋅離子與金屬離子之溶液中的該金屬離子與該該鋅離子的莫爾數比例為0.01%-30%。
  25. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子中的金屬離子為一可以做為紅光放光中心的金屬離子。
  26. 根據申請專利範圍第25項所述之致發光暖白光的方法，其中該金屬離子為錳離子、鐵離子、鈷離子、或銅離子。
  27. 根據申請專利範圍第25項所述之致發光暖白光的方法，其中該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子係以水熱法(hydrothermal)、固相反應法(solid-state reaction)、旋轉塗佈法(spin coating)、浸漬塗佈(dip coating)、電化學法、液相沉澱法(Precipitation in Liquid Phase)、熱蒸鍍法(thermal evaporation)、化學氣相沈積法(chemical vapor deposition)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy)、有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、脈衝雷射沉積法(Pulsed Laser Deposition(PLD))製作而成。
  28. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中在該步驟(5)中，該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子在該有機材料溶液中的重量濃度為1%-90%。
  29. 根據申請專利範圍第28項所述之致發光暖白光的方法，其中在該步驟(5)中，該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子在該有機材料溶液中的重量濃度為1%-30%。
  30. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中在該步驟(5)中，該有機材料在該有機材料溶液中的重量濃度為0.01%-10%。
  31. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中在該步驟(5)中，該氧化鋅奈米結構在該有機材料溶液中的重量濃度為0.1%-20%。
  32. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中在該步驟(5)中，該有機材料溶液係以旋轉塗佈(spin coating)、浸漬塗佈(dip coating)、噴墨印刷(ink printing)、熱蒸鍍法(Thermal evaporation)、濺鍍法(Sputtering)、噴塗法(spray coating)、或連續式微奈米(Thermal evaporation)塗佈於該基板上。
  33. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中在該步驟(6)中，係以70℃-300℃對已塗佈有該有機材料溶液的該基板進行退火30分鐘-3小時。
  34. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中該暖白光螢光膜的厚度為10奈米(nm)-200微米(μm)。
  35. 根據申請專利範圍第10項所述之致發光暖白光的方法，其中更包含一提供紫外光光源步驟，用以提供紫外光照射該暖白光螢光膜，而激發該暖白光螢光膜發出暖白光。
  36. 根據申請專利範圍第35項所述之致發光暖白光的方法，其中可以藉由改變該步驟(5)中的該參雜金屬離子之硫化鋅奈米粒子在該有機材料溶液中的濃度或改變該步驟(6)中的退火溫度，而控制該暖白光的色溫與色座標。
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