CN101107341A - 发光体的制造方法、发光体及发光装置 - Google Patents

发光体的制造方法、发光体及发光装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供制造高亮度且长寿命的发光体的发光体制造方法、发光体及发光装置,其中使用依次层叠有背面电极、电介质层、发光层、电介质层、透明电极而形成的无机EL元件。在作为母体材料的硫化锶(SrS)中混合含有Pr、Mn和Au的活化剂并进行加热,从而活化母体材料,之后添加GaAs和InP,并在含有含硫气体的氮氛围下进行烧成,由此制造发光体。将制造的发光体与紫外线固化型电介质进行混合,从而获得发光层。

Description

发光体的制造方法、发光体及发光装置
技术领域
本发明涉及以稀土类硫化物作为母体材料的发光体的制造方法、发光体以及使用了该发光体的发光装置。
背景技术
电致发光元件(以下称为EL元件)是利用了对物质施加电场时所产生的发光现象的发光元件,大致分为以羟基喹啉铝络合物等有机物质作为母体材料的有机EL元件和以ZnS、SrS等无机物质作为母体材料的无机EL元件。其中,无机EL元件与有机EL元件相比,持久性更优异,且可以将消耗电力抑制得较低,因此期待应用于液晶显示器装置的背光、通宵灯、应急灯等照明装置中。
作为以ZnS为母体材料的无机EL元件,已知有在母体材料中添加微量的Mn而得到的元件、或者添加微量的Cu、Cl而得到的元件等,并且确认了前者发橙黄色光、后者发蓝绿色光(例如参照专利文献1)。另外,作为以SrS为母体材料的无机EL元件,已知有在母体材料中添加微量的Ce而得到的元件,并且确认了其发蓝绿色光。
专利文献1:日本特开2002-241753号公报
但是,以往的无机EL元件由于发光亮度低,在考虑实用性的情况下,具有难以适用于上述液晶显示器装置的背光、通宵灯、应急灯等中的问题。例如,在液晶显示器装置中,通过液晶分子、荧光体、偏振片等发生光的吸收,光的强度降低至原来的10%左右,因此需要具有至少数千cd/m2左右的发光亮度的背光。但是,即便是专利文献1记载的亮度比较高的无机EL元件,其发光亮度为500cd/m2左右,在目前的情况下,也难以使用无机EL元件制作在实用时具有充分的亮度的液晶显示器装置。
另外,虽然通过提高施加在无机EL元件上的电压也可提高发光亮度,但由于观察到无机EL元件的寿命(即EL发光的半衰期)与施加电压成比例地缩短的现象,因此期待开发出在不会降低EL发光的半衰期的情况下能够获得高亮度发光的发光装置。
发明内容
本发明鉴于上述事实而完成,其目的在于提供能够制造高亮度发光体的发光体制造方法以及高亮度的发光体。
本发明的另一目的在于提供能够发出高亮度的光、且能够实现长寿命化的发光装置。
第1发明的发光体的制造方法是以稀土类硫化物作为母体材料的发光体的制造方法,其特征在于,生成上述母体材料与活化剂的混合物,并加热所生成的混合物以将上述母体材料活化,其中上述活化剂含有Pr、Mn和Au,并用于将上述母体材料活化。
在第1发明中,通过生成由稀土类硫化物构成的母体材料与含有Pr、Mn和Au的活化剂的混合物,并加热所生成的混合物以将母体材料活化,可以获得发光亮度高的发光体。
第2发明的发光体的制造方法是根据第1发明的发光体的制造方法,其特征在于,所述稀土类硫化物为SrS。
在第2发明中,通过生成由SrS构成的母体材料与含有Pr、Mn和Au的活化剂的混合物,并加热所生成的混合物以将母体材料活化,可以获得具有3000cd/m2左右的亮度的发光体。
第3发明的发光体的制造方法是根据第1发明或第2发明的发光体的制造方法,其特征在于,在将上述母体材料活化后,添加GaAs和InP,并在含有含硫气体(Gaseous Sulphur)的氮氛围下、在798℃以上的温度下进行烧成。
在第3发明中,通过将母体材料活化后,添加GaAs和InP,并在含有含硫气体的氮氛围下、在798℃以上的温度下进行烧成,可以获得具有4500cd/m2左右的亮度的发光体。
第4发明的发光体是以稀土类硫化物作为母体材料的发光体,其特征在于,在上述母体材料中添加有Pr、Mn和Au。
在第4发明中,通过在由稀土类硫化物构成的母体材料中添加Pr、Mn和Au,可以获得高亮度的发光。
第5发明的发光体是根据第4发明的发光体,其特征在于,上述稀土类硫化物为SrS。
在第5发明中,通过在由SrS构成的母体材料中添加Pr、Mn和Au,可以获得3000cd/m2左右的发光亮度。
第6发明的发光体是根据第4发明或第5发明的发光体,其特征在于,进一步添加有GaAs和InP。
在第6发明中,通过进一步添加GaAs和InP,可以获得4500cd/m2左右的发光亮度。
第7发明的发光装置的特征在于,其具备第4发明~第6发明中任一项所记载的发光体和对该发光体施加交流电压的装置。
在第7发明中,通过具备第4发明~第6发明中记载的发光体和对该发光体施加交流电压的装置,可以获得高亮度的发光,从而作为各种光源发挥功能。
第8发明的发光装置是根据第7发明的发光装置,其特征在于,其进一步具备对用于使上述发光体的发光强度为恒定的上述交流电压的大小进行控制的装置。
在第8发明中,由于对为了使发光强度为恒定而用于施加在发光体上的交流电压的大小进行控制,因此可以实现高亮度发光和长寿命化。
第9发明的发光装置是根据第7发明的发光装置,其特征在于,其具备:测量上述发光体的发光强度的装置、和根据通过该装置测量的发光强度对用于施加在上述发光体上的交流电压的大小进行控制的装置。
在第9发明中,由于具备测量上述发光体的发光强度的装置、和根据通过该装置测量的发光强度对用于施加在上述发光体上的交流电压的大小进行控制的装置,因此可以实现高亮度发光和长寿命化。
根据第1发明的情况,生成由稀土类硫化物构成的母体材料与含有Pr、Mn和Au的活化剂的混合物,并加热所生成的混合物以将母体材料活化。这样制造的发光体具有高于以往无机EL材料的发光亮度,可以适用在液晶显示器装置的背光、应急灯、通宵灯等中。
根据第2发明的情况,生成由SrS构成的母体材料与含有Pr、Mn和Au的活化剂的混合物,并加热所生成的混合物以将母体材料活化。这样制造的发光体具有3000cd/m2左右的亮度,例如可以用作液晶显示器装置的背光。
根据第3发明的情况,在将母体材料活化后,添加GaAs和InP,并在含有含硫气体的氮氛围下、在798℃以上的温度下进行烧成。这样制造的发光体具有4500cd/m2左右的亮度,例如可以用作液晶显示器装置的背光。
根据第4发明的情况,在由稀土类硫化物构成的母体材料中添加有Pr、Mn和Au。这种发光体与以往的无机EL材料相比,发光亮度更高,可以适用在液晶显示器装置的背光、应急灯、通宵灯等中。
根据第5发明的情况,在由SrS构成的母体材料中添加有Pr、Mn和Au。这种发光体由于可以获得3000cd/m2左右的发光亮度,因此例如可以用作液晶显示器装置的背光。
根据第6发明的情况,进一步添加有GaAs和InP。这种发光体由于可以获得4500cd/m2左右的发光亮度,因此例如可以用作液晶显示器装置的背光。
根据第7发明的情况,具备第4发明~第6发明记载的发光体和对该发光体施加交流电压的装置。这种发光装置由于可以获得高亮度的发光,因此可以适用在液晶显示器装置的背光、应急灯、通宵灯等中。
根据第8发明的情况,对为了使发光强度为恒定而用于施加在发光体上的交流电压的大小进行控制。这种发光装置可以获得发光体的高亮度化和长寿命化,因此例如可以用作液晶显示器装置的背光。
根据第9发明的情况,具备测量发光体的发光强度的装置、和根据测量的发光强度对用于施加在发光体上的交流电压的大小进行控制的装置。这种发光装置可以获得发光体的高亮度化和长寿命化,因此例如可以用作液晶显示器装置的背光。
附图说明
图1为表示实施方式1的发光装置的构成的示意构成图。
图2为表示发光亮度的时间变化的曲线图。
图3为表示开始时、经过24小时后以及经过100小时后的发光亮度的图表。
图4为表示实施方式2的发光装置的构成的示意构成图。
图5为表示施加电压的设定例的曲线图。
图6为表示发光亮度的时间变化的曲线图。
图7为表示实施方式3的发光装置的构成的模块图。
符号说明
10无机EL元件        11背面电极
12电介质层          13发光层
14电介质层          15透明电极
16PET薄膜           20交流电源
30发光强度控制部    41光传感器
42比较电路          43发光强度设定部
44反转(inverter)电路
具体实施方式
以下根据表示实施方式的附图具体地说明本发明。
实施方式1
图1为表示实施方式1的发光装置的构成的示意构成图。图中10为依次层叠背面电极11、电介质层12、发光层13、电介质层14和透明电极15而形成的无机EL元件。本实施方式的发光装置具备该无机EL元件10和交流电源20,通过对无机EL元件10施加交流电压,在发光层1 3内产生EL发光。另外,本实施方式中,为了提高对无机EL元件10的防湿效果,用PET薄膜16(PET:聚对苯二甲酸乙二醇酯)将无机EL元件10密封。利用PET薄膜16进行的密封例如可以利用层叠加工法。
以下,说明无机EL元件10的构成。
背面电极11通过在玻璃、塑料等基板上将导电性碳进行网板印刷而形成。另外,还可以使用在环氧树脂中混炼有银(Ag)的微粉的银糊剂进行网板印刷,从而设置电极。
电介质层12、14通过使用了含有钛酸钡的油墨等的网板印刷,以10um左右的厚度形成在背面电极11的上层和发光层13的上层。通过形成电介质层12、14,可以提高形成背面电极11、发光层13和透明电极15时的生产率,同时可以获得对发光中的绝缘破坏的抵抗力强且稳定的元件。
发光层13是混合有本发明的发光体和由紫外线固化型电介质构成的粘合剂的层,通过网板印刷形成在电介质层12上。如果厚度增加则发光亮度降低,如果过薄则引起亮度不均,因此在本实施方式中,设置具有20~100μm厚度的发光层13。
透明电极15通过使用了氧化铟(ITO)、氧化锌(ZnO)等的网板印刷形成在电介质层14上。还可以另外设置通过银糊剂形成在透明电极15的一部分表面上的集电极。
下面,说明在发光层13中使用的发光体的制造方法。制造方法大致分为2个工序。
(第1工序)
将100g混合有硫化锶(SrS)、作为主要活化剂的硫化镨(S:Pr+3)和碳酸锶(SrCO4)、以及TaCl12、MgCl2、NaCl之类的熔剂物质的原材料与8g锰(Mn)、1g金(Au)一起放入到塑料瓶中,利用搅拌机机械混合20分钟。
将搅拌获得的混合物放入到舟皿中,在达到真空(10-5Torr)的钟罩中、在2250℃的温度下烧成1小时左右,从而形成烧成块。然后,将烧成块从钟罩中取出后,冷却,利用去离子水洗涤至pH为6以下。通过用去离子水洗涤来除去熔剂物质,并使其干燥。
(第2工序)
接着,通过涡流理论的分级粉碎机将干燥了的烧成块粉碎,使粒径达到5~20μm。然后,将粒径为1~3μm的砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)一起放入到塑料瓶中,通过机械搅拌机搅拌混合20分钟。将搅拌获得的混合物放入设置于圆筒管状电炉内的坩埚中,在石英管中含有6%含硫气体的氮气中、在约800℃的温度下烧成3小时左右,从而诱发镨的晶系转变。镨的晶系转变是从六方晶系向立方晶系的转变,其转变温度为798℃。因此,在798℃以上的温度下进行烧成会诱发晶系转变。
之后,对于每100g烧成的产物,利用在11去离子水中混合有150ml冰醋酸的混合液进行洗涤,除去过量的化合物、熔合添加剂和杂质。然后,用去离子水洗涤至pH为6以下,过滤洗涤的产物,在约180℃下干燥2小时。冷却产物后,进行利用涡流理论的分级机的筛分,获得本发明的发光体。
下面,说明如上所述制造的发光体的特性。
图2为表示发光亮度的时间变化的曲线图,图3为表示开始时、经过24小时后、经过100小时后的发光亮度的图表。图2所示曲线图的横轴为从施加交流电压时(开始时)开始的经过时间、纵轴表示发光层13的亮度。这里,带有试样A的标记的曲线是通过以ZnS作为母体材料、并添加了Cu和Cl的以往无机EL材料制造的发光体的曲线。带有试样B和试样C的标记的曲线均为本发明的发光体的曲线,但试样B是将添加GaAs和InP前的工序(第1工序)作为最终工序而制造的发光体,试样C是使用添加GaAs和InP、并在含有6%含硫气体的氮氛围下实施了烧成处理的材料而制造的发光体。
如图2的曲线图所示,试样A的发光体在施加交流电压时具有691cd/m2的亮度,亮度随着经过时间单调地减少。另外,由曲线图读取的试样A的半衰期为120小时左右。试样B的发光体在施加交流电压时具有2800cd/m2的亮度,相对于以往的无机EL材料可以将亮度改善4倍左右。由曲线图读取的试样B的半衰期为140小时左右。对于试样C的发光体,可以进一步改善亮度,在开始施加交流电压时具有4411cd/m2的亮度,相对于以往的无机EL材料,亮度改善了6倍左右。另外,由曲线图读取的试样C的半衰期为185小时左右,元件的寿命也可以改善。
实施方式2
在实施方式1中,相对于无机EL元件10施加恒定的交流电压,但也可以控制所施加的交流电压,使无机EL元件10的发光强度(亮度)大致保持在恒定。
图4是表示实施方式2的发光装置的构成的示意构成图。本实施方式的发光装置具备无机EL元件10和发光强度控制部30。无机EL元件10与在实施方式1中说明的相同,是依次层叠背面电极11、电介质层12、发光层13、电介质层14和透明电极15而形成的。另外,无机EL元件10被PET薄膜16密封。
发光强度控制部30控制对无机EL元件10的施加电压,以使无机EL元件10的发光强度保持在大致恒定。因此,发光强度控制部30具备与无机EL元件10连接的交流电源、对施加电压的设定值进行存储的存储器、以及根据该存储器存储的设定值来驱动交流电源的微型计算机(未图示)等。
图5为表示施加电压的设定例的曲线图。横轴为从对发光层13开始施加交流电压时的经过时间、纵轴为对施加电压的设定值。在该例中,将开始时的施加电压设定为V1(例如180V)。然后,单调地增加施加电压直至经过时间达到h1(例如120小时),当经过时间达到h1时,将施加电压设定为V2(例如240V),并将h1以后的施加电压保持在V2。在上述存储器中存储相对于经过时间规定的施加电压(设定值),微型计算机根据未图示的内部计时器的输出从存储器中读取设定值,并根据读取的设定值来控制交流电源的驱动。另外,在存储器中可以离散地存储曲线上的值,也可以以相对于经过时间的函数的形式进行存储。
下面说明施加电压为可变时的发光装置的亮度特性。图6为表示发光亮度的时间变化的曲线图。横轴表示从开始施加交流电压时(开始时)的经过时间、纵轴表示实施方式3的发光装置的亮度。另外,作为比较对象,一并画出了对实施方式1中说明过的试样C施加恒定交流电压时的亮度的时间变化。两者在发光层13中使用的发光体相同,但通过发明人等的研究结果可知,通过最佳化施加电压,观察到发光亮度稳定的现象。即,通过如图5所示那样可变控制施加电压,无机EL元件10的发光亮度约为120小时,进入稳定状态,之后,至少在1000小时内未观测到发光亮度的变化。由根据图6曲线的衰减预测曲线预测到的EL发光的半衰期为20000小时以上,可知能够制造具有实用上充分寿命的发光装置。
实施方式3
在实施方式2中,根据预先设定的设定值来控制施加在无机EL元件10上的交流电压,但也可以测量由无机EL元件10放射的光的强度,根据测量的值来设定对无机EL元件10的施加电压。
图7为表示实施方式3的发光装置的构成的模块图。本实施方式的发光装置除了具备实施方式1说明过的无机EL元件10之外,还具备光传感器41、比较电路42、发光强度设定部43和反转电路44。
光传感器41具备用于测量由无机EL元件10放射的光的强度的未图示的光电二极管等。光传感器41在照射光时将流入到光电二极管中的光电流转变为电压,并将该值(电压值)输出到比较电路42中。
发光强度设定部43决定对无机EL元件10的发光强度的设定值。该设定值为例如在产品出库时或者使用者的设置环境下任意设定的值。比较电路42是将由光传感器41输出的电压值与发光强度设定部43内的设定值进行比较、并根据其比较结果改变输出的电路。反转电路44是用于驱动无机EL元件10的电源电路,驱动时的施加电压通过比较电路42的输出来控制。
下面说明上述构成的发光装置的动作。当无机EL元件10以某种强度发光时,光传感器41将对应其强度的电压值(设为S1)输出到比较电路42中。比较电路42对该电压值S1与通过发光强度设定部43设定的设定值(设为S2)进行比较。结果,当判定为电压值S1小于设定值S2时,可以判断为发光强度弱,因此为了提高对无机EL元件10的施加电压而增大比较电路42的输出。此时,反转电路44按照增强无机EL元件10的发光强度的方式动作。
另一方面,当比较电路42将光传感器41的电压值S1与发光强度设定部43的设定值S2进行比较的结果是判定电压值S1大于设定值S2时,可以判断环境温度的上升、或者发光装置本身的发热等导致无机EL元件10的发光强度变强,因此为了降低对无机EL元件10的施加电压而减小比较电路42的输出。此时,反转电路44按照减弱无机EL元件10的发光强度的方式动作。
这样,本实施方式的发光装置按照通过反馈动作使光传感器41的电压值S1与发光强度设定部43的设定值S2相等的方式动作。结果,无机EL元件10的发光强度(亮度)保持在大致一定,与实施方式2同样地构成长寿命的发光装置。

Claims (9)

1.一种发光体的制造方法,其是以稀土类硫化物作为母体材料的发光体的制造方法,其特征在于,生成所述母体材料与活化剂的混合物,并加热所生成的混合物以将所述母体材料活化,其中所述活化剂含有Pr、Mn和Au,并用于将所述母体材料活化。
2.权利要求1所述的发光体的制造方法,其特征在于,所述稀土类硫化物为SrS。
3.权利要求1或2所述的发光体的制造方法,其特征在于,将所述母体材料活化后,添加GaAs和InP,并在含有含硫气体的氮氛围下、在798℃以上的温度下进行烧成。
4.一种发光体,其是以稀土类硫化物作为母体材料的发光体,其特征在于,在所述母体材料中添加有Pr、Mn和Au。
5.权利要求4所述的发光体,其特征在于,所述稀土类硫化物为SrS。
6.权利要求4或5所述的发光体,其特征在于,进一步添加有GaAs和InP。
7.一种发光装置,其特征在于,其具备权利要求4~6任一项所述的发光体和对该发光体施加交流电压的装置。
8.权利要求7所述的发光装置,其特征在于,进一步具备对用于使所述发光体的发光强度为恒定的所述交流电压的大小进行控制的装置。
9.权利要求7所述的发光装置,其特征在于,其具备:测量所述发光体的发光强度的装置、和根据通过该装置测量的发光强度对用于施加在所述发光体上的交流电压的大小进行控制的装置。
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