CN101074368B - 发光组合物、光源装置以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有磷光体的发光组合物，包括形成在该磷光体的表面上的至少包括硅(Si)和氧(O)的玻璃层。该玻璃层使磷光体的暴露区域不连续。

Description

发光组合物、光源装置以及显示装置
相关申请的交叉参考
本发明包含2006年5月16日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-136921涉及的主题，将其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及具有磷光体的发光组合物、具有该发光组合物的光源装置、以及具有该光源装置的显示装置。
背景技术
磷光体具有这样的特点：磷光体发射的光的波长带随磷光体组分的种类或组成而变化。因此，作为一种可从较宽的波长范围中选择期望的发射光波长带的发光材料，磷光体受到了关注。
另一方面，期望将具有上述特点的磷光体应用于称作FPD(平板显示器)的薄显示装置，如液晶显示器、等离子体显示器以及有机EL(电致发光)显示器。
自从提出了一种通过结合由蓝光激发的YAG:Ce磷光体和作为蓝光源的LED(发光二极管)来获得白光的发光结构(参见，例如，日本专利第2927279号)以后，对由蓝光激发的磷光体的关注和期望日益增加。
通过由蓝光激发的磷光体和蓝光源的结合来获得的上述发光结构被认为适用于显示装置中采用的光源装置(例如，用在液晶显示器中的背光)(参见，例如，JP-A-2004-505172)。
与通过直接驱动型光源(如LED)来获得所有的蓝色、绿色、以及红色的结构相比，根据这种发光结构，可以简化驱动电路。而且，与利用近紫外光作为激发光的结构相比，根据这种发光结构，可以抑制外围构件(树脂构件、LED芯片等)的劣化。由于这些优点，蓝光源和磷光体的组合被认为适用于显示装置中的光源装置。
然而，大多数通过蓝光激发的磷光体的缺点在于：抗潮性较低，因而含于空气(大气)中的水分会使其特性劣化。
一般来说，在通常温度和通常湿度的条件下，光源装置难以通过可靠性试验，因而在更加严格的条件(例如，温度为40℃或更高以及湿度为90％(相对湿度)或更高)下更难通过可靠性试验。然而，由于通过蓝光激发的磷光体具有低的抗潮性，所以难以通过上述严格的可靠性试验。例如，在碱土金属硫化物(CaS:Eu)作为磷光体(描述在JP-A-2004-505172中)与环氧树脂混合并且蓝光LED用这种混合物灌封以在45℃和95％RH的条件下进行可靠性试验的情况下，如图5所示，在173小时后，发光强度减少了大约60％。对于产品的长期可靠性而言，这种结果是不够的。
为了解决磷光体抗潮性的这个问题，已提出在磷光体的表面上沉积玻璃，从而改善抗潮性(参见，例如，日本专利公开第2006-52354号)。
然而，本发明发明人已发现，沉积玻璃难以改善磷光体的抗潮性。更具体地说，本发明发明人已发现，沉积玻璃对磷光体的影响随沉积的状态和程度而变化，当沉积玻璃的量较少时，可能会降低抗潮性(例如，玻璃不连续地沉积在磷光体的表面上)。
本发明发明人已在25℃和75％RH的条件下，利用在其上不连续地沉积有玻璃的磷光体进行了环境试验。
作为试验结果，虽然试验条件没有上述参照图5的可靠性试验的试验条件那样严格，但确定了磷光体的发光强度随时间降低，而与是否存在沉积玻璃无关，如图6所示。而且，从图6可以明显看出，在具有沉积玻璃的样品中磷光体的劣化速率(虚线y)高于没有沉积玻璃的样品(实线x)。
发明内容
希望提供一种具有磷光体的发光组合物，其可以改善抗潮性。希望提供一种具有这样的发光组合物的光源装置。希望提供一种具有这样的光源装置的显示装置。
根据本发明的具体实施方式，发光组合物具有磷光体。磷光体的表面涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层，并且该玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。
根据本发明的另一种具体实施方式，光源装置具有第一发光组合物、第二发光组合物和蓝光源。第一发光组合物和第二发光组合物中的至少一种具有由蓝光源发射的蓝光激发的磷光体；并且磷光体的表面涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层，该玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。
根据本发明的另一种具体实施方式，显示装置包括：光源装置，其具有第一发光组合物、第二发光组合物和蓝光源；以及光学装置，其用于实施预定调制从光源装置发射的光，从而输出预定的光。第一发光组合物和第二发光组合物中的至少一种具有由蓝光源发射的蓝光所激发的磷光体。磷光体的表面涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层，并且该玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。
根据本发明的具体实施方式的发光组合物，形成在磷光体表面上的玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。因此，可以抑制磷光体特性的劣化。
根据本发明的具体实施方式的光源装置，第一发光组合物和第二发光组合物中的至少一种具有由蓝光源发射的蓝光所激发的磷光体，并且磷光体的表面涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层。而且，该玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。因此，可以抑制光源装置特性的劣化。
根据本发明的实施方式的显示装置，第一发光组合物和第二发光组合物中的至少一种具有由蓝光源发射的蓝光所激发的磷光体，并且磷光体的表面涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层。而且，该玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。因此，可以抑制显示装置特性的劣化。
附图说明
图1是根据本发明实施例的显示装置的示意性剖视图，其中显示装置包括根据本发明实施例的光源装置；
图2A是根据本发明实施例的发光组合物的一部分的示意性放大图；
图2B是类似于图2A的示图，示出了相关技术的发光组合物；
图3是利用TEM得到的根据本发明实施例的发光组合物截面的照片；
图4是示出对根据本发明实施例的发光组合物进行可靠性试验的结果的曲线图；
图5是用于说明相关技术中的发光组合物的问题的图表；以及
图6是示出对相关技术中的发光组合物进行可靠性试验的结果的曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施例。
在该优选实施例中，根据本发明实施例的发光组合物被应用于显示装置(例如，液晶显示器)中的光源装置(例如，背光装置)。
图1是示意性剖视图，其示出了具有光源装置2的显示装置1的结构。显示装置1具有光源装置2和光学装置3。
光源装置2是一种背光装置，其用于由液晶装置提供的光学装置3。
光源装置2包括由树脂构成的光导部7和多个设置在光导部7中的发光元件6。每个发光元件6由例如蓝光LED提供的蓝光源和形成在该蓝光源表面上的树脂涂层构成。树脂涂层包含许多磷光体。
光源装置2进一步包括最靠近光学装置3而与其相对的扩散片9。扩散片9的作用是将发光元件6发射的光二维均匀地引导到光学装置3。光源装置2进一步包括设置在光导部7背面的反射器4。而且，如有必要，将与反射器4类似的反射器5设置在光导部7的周围侧面。
在光源装置2中，形成光导部7的树脂可以选自各种透明树脂，如环氧树脂、硅树脂以及聚氨酯树脂。而且，构成每个发光元件6的蓝光源可以选自各种类型，如侧发射极型和子弹型。
光学装置3由液晶装置提供，用于对光源装置2发射的光实施调制，从而输出预定的光。
光学装置3包括偏光板10、用于TFT(薄膜晶体管)的玻璃衬底11、形成在玻璃衬底11上表面上的多个点电极12、以及由液晶层13和一对定向层14(形成在液晶层13的两个表面)构成的液晶部。该光学装置进一步包括：电极15；形成在电极15上表面上的黑矩阵16；以及一组第一(红色)滤色片17a、第二(绿色)滤色片17b、以及第三(蓝色)滤色片17c，其形成在黑矩阵16中以对应于由黑矩阵16形成的像素。光学装置3进一步包括：玻璃衬底18，其与黑矩阵16和滤色片17a～17c分开设置；以及偏光板19，其设置在玻璃衬底18的上表面上。这些元件10～19以这个顺序从相邻于光源装置2的底侧加以排布。
偏光板10和19的作用是形成在特定方向上振荡的偏振光。设置TFT玻璃衬底11、点电极12、以及电极15用来转换能够透过在特定方向上振荡的偏振光的液晶层13。定向层14的作用是以给定方向使在液晶层13中存在的液晶分子的倾斜定向。黑矩阵16的作用是改善通过滤色片17a～17c的光的对比度。黑矩阵16和滤色片17a～17c被安装至玻璃衬底18。
在根据该优选实施例的光源装置2中，包括在每个发光元件6中的磷光体由用于发射绿色区域的光的第一磷光体(蓝绿色磷光体或绿色磷光体)和用于发射红色区域的光的第二磷光体(黄色磷光体或红色磷光体)组成。第一磷光体的每个颗粒涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层。
在该优选实施例中，每个具有这样的玻璃涂层的第一磷光体构成第一发光组合物，作为根据本发明的实施例的发光组合物的第一实例。由蓝光激发的第一磷光体的实例可以包括SrGa2S4:Eu。
类似地，第二磷光体的每个颗粒涂覆有包含至少硅(Si)和氧(O)的玻璃层。在该优选实施例中，每个具有这样的玻璃涂层的第二磷光体构成第二发光组合物，作为根据本发明的实施例的发光组合物的第二实例。由蓝光激发的第二磷光体的实例可以包括CaS:Eu和SrS:Eu，其作为Eu2+在碱土金属硫化物的固溶体。
借助于这种结构，整个光源装置2中的白色色度可以由蓝光源、第一磷光体、以及第二磷光体来确定，并且可以输出对应于目标颜色的光。
下面将参照图2A描述在该优选实施例中第一和第二发光组合物都具有的玻璃层和每个磷光体之间的关系。
图2A是根据这个优选实施例的发光组合物21的一部分的示意性放大图。如图2A所示，发光组合物21包括磷光体23和形成在磷光体23表面上的玻璃层22，并且磷光体23在区域23a和23b从玻璃层22暴露。暴露区域23a和23b彼此是不连续的。以这种方式，玻璃层22被连续地形成在磷光体23的表面上，使得可以充分地减小在磷光体23和空气中的湿气之间的接触面积。因此，借助于这种结构，可以改善磷光体23的抗潮性。
而且，形成玻璃层22以便包围磷光体23的暴露区域23a和23b。
换言之，玻璃层22具有比磷光体23的暴露区域23a和23b足够大的面积。因此，可以降低玻璃层22吸附的水分对磷光体23的影响，从而更可靠地改善磷光体23的抗潮性。
图2B是与图2A类似的示图，其示出了相关技术中的发光组合物121。在发光组合物121中，玻璃颗粒122沉积在磷光体123的表面上。然而，沉积在磷光体123的表面上的玻璃颗粒122的量不足，以致玻璃颗粒122没有形成为连续的层。在这种结构中，通过激光烧蚀等方式来沉积玻璃颗粒122，以致玻璃颗粒122不连续地存在于磷光体123的表面上，从而被磷光体123的暴露部分所包围，与图2A所示的发光组合物21的结构相反。因此，示于图2B中的相关技术的发光组合物121的抗潮性可能变得更低。
相反地，示于图2A的根据该优选实施例的发光组合物21可以消除相关技术中的发光组合物121的上述可能性。
即，根据该优选实施例的发光组合物的抗潮性得到改善，以获得较高的长期可靠性。
下面将描述用于制备根据该优选实施例的发光组合物的方法。
可以通过溶胶-凝胶法并以以下方式来制备根据该优选实施例的发光组合物。
首先，将2g磷光体分散在50ml的乙醇中并加热至70℃。接着，加入1ml～100ml的四乙氧基硅烷(TEOS；Si(OC2H5)4)并搅拌。
接着，加入用于水解的1ml～40ml的H2O并搅拌。之后，在搅拌下加热获得的混合物两小时。
接着，过滤混合物并在50℃～200℃干燥过滤获得的残余物1小时～48小时。
由此，获得了根据该优选实施例的发光组合物。通过控制TEOS的量来适当调节在磷光体上的玻璃层的涂覆状态(涂覆量和厚度)。认为最佳的是，H2O的比例是TEOS摩尔数的四倍，即，按照玻璃的化学计量比加入TEOS。
<实例>
下面将描述本发明实施例的实例。
在本实例中，以下述方式制备根据上述优选实施例的发光组合物，其后进行观察和可靠性试验。
通过溶胶-凝胶法制备发光组合物，具体如下：
首先，将2g的CaS:Eu(作为磷光体)分散在50ml的乙醇中并加热至70℃。
接着，加入30ml的TEOS并搅拌。
接着，加入用于水解的9.6ml H2O并搅拌。之后，在搅拌下加热获得的混合物两小时。
接着，过滤该混合物并在50℃～200℃干燥过滤所获得的残余物1小时～48小时。
图3示出了通过使用TEM(透射电子显微镜)而获得的发光组合物的观察结果(截面照片)。如从图3可以明显看到的，具有大致均匀厚度的薄膜形成在磷光体的表面上(图3中的黑色部分)。在上述溶胶-凝胶法之前，在磷光体上没有观察到这种薄膜，因此这种薄膜被认为是通过上述溶胶-凝胶法形成的包含硅(Si)和氧(O)的玻璃层。
通过EDX(能量色散X射线光谱术)对这种薄膜进行组成分析。
作为这种分析的结果，检测到元素Si和O，因此确定该薄膜为SiOx(主要为SiO2)的玻璃层。
根据图3所示的观测结果，确定该实例中的发光组合物具有连续形成在磷光体表面上的玻璃层。
接着，在25℃和75％RH的条件下进行可靠性试验，其中玻璃层的厚度不同。试验结果示于图4中。
在测量玻璃层的厚度时，通过TEM来观测磷光体或发光组合物，并且在10个位置测量玻璃层的厚度。玻璃层的厚度采用10个测量值的平均值。
示于图4的结果表明，与没有玻璃层的磷光体本身(标记a)相比，在磷光体表面上形成有玻璃层的发光组合物(标记b～i)具有改善抗潮性的趋势，因而保持发光强度。
而且，示于图4的结果表明，与玻璃层的厚度为2.2nm(标记b)、5.1nm(标记c)、或11nm(标记d)的情况相比，在玻璃层的厚度为21nm(标记e)、50nm(标记f)、72nm(标记g)、102nm(标记h)、或155nm(标记i)的情况下，即使在高湿条件下，发光强度可以保持300小时或更长时间。
作为更详细的研究结果，确定了当玻璃层的厚度为20nm或更大时，发光强度可以保持300小时或更长时间。玻璃层的厚度值优选被设定为小于或等于磷光体的每个颗粒的半径。如果玻璃层的厚度大于这个值，则可以认为只是沉积了玻璃而没有沉积在磷光体的表面上。虽然难以均匀控制磷光体的颗粒大小，但即使当颗粒大小较大时，仍优选将它设定为例如500μm或更小。
虽然未示出，但可以确定，通过在任何其它的每一种碱土金属硫化物上涂覆玻璃层都可以改善抗潮性。鉴于这种结果，可以认为，通过在不同于碱土金属硫化物的任何磷光体材料上涂覆连续玻璃层，即，通过采用根据该优选实施例的发光组合物的结构，可以预期抗潮性会得到改善。
如上所述，根据该优选实施例的发光组合物具有这样的结构，即，玻璃层使磷光体的暴露区域变得不连续。换言之，玻璃层被连续地形成在磷光体表面上，从而改善了抗潮性。
因此，包括根据该优选实施例的抗潮性得到改善的发光组合物的光源装置可以确保在高温和高湿条件下足以通过可靠性试验的可靠性。
可以认为，这种磷光体的暴露区域通过玻璃层而变得不连续的发光组合物结构尤其可以通过溶胶-凝胶法(液相法)容易地形成。在用于制备发光组合物的溶胶-凝胶法中，具有高度均匀性(在厚度方面几乎没有不均匀性)的SiOx溶胶被沉积在磷光体的每个颗粒的整个表面上，接着将这种溶胶变化成具有高度均匀性的凝胶。因此，可以认为，该玻璃层连续并广泛地形成在磷光体表面上。
在尝试通过任何其它方法(例如，通过汽相法如喷镀)而在磷光体表面上形成玻璃层的情况下，玻璃颗粒被沉积在磷光体表面上。即使这些玻璃颗粒生长到彼此相邻，仍然会留下许多磷光体的暴露区域，其难以被生长在上面的玻璃颗粒所覆盖。在这样的结构中，很难期望抗潮性会得到改善，并且认为在相邻玻璃颗粒(形成像次级颗粒一样)之间会留有晶粒间界。
因此，在根据该优选实施例的发光组合物中，在通过溶胶-凝胶法在磷光体表面形成玻璃层的情况下，最初以液相沉积的溶胶将连续并广泛地覆盖磷光体表面，从而与生长玻璃颗粒的情况相比，可以更可靠地改善磷光体的抗潮性。
尤其是，通过设定玻璃层厚度为20nm或更大，可以进一步改善抗潮性。即，通过设定玻璃层厚度为足够大的数值，认为可以抑制由于水分子渗入玻璃层导致的磷光体的劣化。
也就是说，通过在磷光体表面上连续和广泛地形成厚度为20nm或更大的玻璃层，有可能获得比预定标准更高的长期可靠性，使得甚至在例如500小时以后都观察不到劣化。于是，有可能获得具有这样的更高的长期可靠性的发光组合物。
光源装置包括上述发光组合物，以及显示装置包括上述光源装置。虽然已描述了根据本发明实施例的发光组合物、光源装置、以及显示装置的优选实施例，但应当注意，材料及其量、以及数值条件(包括在该优选实施例中采用的处理时间和大小)仅仅是说明性的，并且各个附图中说明的大小、形状、以及位置关系也是示意性的。因而，本发明的实施例并不限于上述优选的实施例。
例如，虽然适用于溶胶-凝胶法并且相对便宜的TEOS在上述优选实施例和实例中被用作玻璃层的材料，但也可以使用任何其它含Si的有机金属化合物作为玻璃层的材料，并且只要玻璃层形成为连续膜，就可以适当选择玻璃层的材料。
在上述优选实施例和实例中，在溶胶-凝胶法并不加入酸或碱作为催化剂，这是因为作为磷光体的CaS:Eu起作用而将溶剂的pH变化至碱性区域。然而，例如在制备发光组合物时，如有必要，根据磷光体的种类，可以加入酸或碱(例如，盐酸或氨)。
此外，虽然在上述实例中CaS:Eu被用作磷光体，但也可以使用任何其它的碱土金属硫化物，如(CaxSr1-x)S:Eu(0≤x≤1)和(Bax，Sry，Ca(1-x-y))Ga2S4:Eu(0≤x，y≤1，x+y＜1)。
而且，磷光体本身的种类并不限于这样的硫代镓酸盐或碱土金属硫化物。即，只要磷光体本身的抗潮性不够，就可以通过用连续玻璃层涂覆磷光体而构造的发光组合物来有效抑制磷光体特性的劣化。
此外，显示装置的类型并不限于上述类型，可以采用任何其它类型，如边光型。因而，可以进行各种变化和改进。
虽然已参照具体的实施例描述了本发明，但该描述是说明性的而不应被解释是限制本发明的范围。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素可以进行各种改进、组合、次组合以及变化，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (8)

1.一种具有磷光体的发光组合物，包括：
形成在所述磷光体表面上的至少包括硅和氧的玻璃层；
其中，所述玻璃层使所述磷光体的暴露区域不连续，并且所述玻璃层的厚度小于或等于所述磷光体的每个颗粒的半径。
2.根据权利要求1所述的发光组合物，其中，所述玻璃层的平均厚度为20nm或更大。
3.根据权利要求1所述的发光组合物，其中，所述磷光体包括碱土金属硫化物。
4.根据权利要求1所述的发光组合物，其中，所述磷光体由蓝光激发。
5.一种光源装置，包括：
第一发光组合物；
第二发光组合物；以及
蓝光源；
其中，所述第一发光组合物和所述第二发光组合物中的至少一种具有由所述蓝光源发射的蓝光激发的磷光体；以及
所述磷光体的表面涂覆有至少包括硅和氧的玻璃层，所述玻璃层使所述磷光体的暴露区域不连续。
6.根据权利要求5所述的光源装置，其中，所述第一发光组合物具有由所述蓝光源发射的蓝光激发的第一磷光体；以及，所述第二发光组合物具有由所述蓝光源发射的蓝光激发的第二磷光体。
7.一种显示装置，包括：
光源装置，具有第一发光组合物、第二发光组合物、以及蓝光源；以及
光学装置，用于对所述光源装置发射的光实施预定调制，从而输出预定的光；
其中，所述第一发光组合物和所述第二发光组合物中的至少一种具有由所述蓝光源发射的蓝光激发的磷光体；以及，所述磷光体的表面涂覆有至少包括硅和氧的玻璃层，所述玻璃层使所述磷光体的暴露区域不连续。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其中，所述第一发光组合物具有用于发射绿色区域的光的第一磷光体，而所述第二发光组合物具有用于发射红色区域的光的第二磷光体。
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