CN102369603B - 产生白光的方法及发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种产生白光的方法及发光装置，利用场发射器件激发蓝色阴极射线发光材料产生蓝光，再利用所产生的蓝光去激发黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。

Description

产生白光的方法及发光装置
技术领域
本发明属于微电子学技术领域，涉及一种白光发光的方法及装置，尤其涉及一种基于场发射器件的白光发光方法及装置。
背景技术
随着照明科技的快速发展，研究并开发传统光源的替代品，即节能环保的绿色照明光源成为目前各国竞相开展的重要课题，而真空微电子学领域出现的场发射器件显示出了获得绿色生态照明的一条新途径。场发射器件的工作原理是：在真空环境下，阳极相对场发射阴极阵列(field emissive arrays，FEAs)施加正向电压形成加速电场，阴极发射的电子加速轰向阳极板上的发光材料而发光。该器件的工作温度范围宽(-40℃～80℃)、响应时间短(＜1ms)、结构简单、省电，符合绿色环保要求。和传统的荧光灯管相比，场发射光源在保持荧光灯管高效节能优点的同时，又避免了荧光灯管的环境污染、脉冲光闪导致人们视觉疲劳等缺点，是一种绿色节能照明光源。与LED相比，由于场发射阴极可以大面积制备，场发射光源在大功率、大面积照明方面更具优势，有可能在大功率光源方面成为LED的强有力竞争者。
在现有的场致发射白光照明技术中，主要是通过利用电子束激发按照一定比例混合在一起的红、绿、蓝(R、G、B)三色荧光粉来得到白光。然而，当使用这种R、G、B荧光粉的混合体时，由于每种荧光材料都有着不同的老化特性，经电子束长时间辐照之后就会出现白光的色坐标发生明显偏移和光源效率下降的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术发光方法中，三色荧光粉长时间辐照之后由于不同荧光粉老化特性不同，而出现白光的色坐标发生明显偏移和光源效率下降的缺陷，提供一种使用时间长、不易出现色坐标明显偏移、光源效率下降的白光发光方法。
本发明还要解决的技术问题在于，针对现有技术装置中，是通过电子束激发按照一定比例混合在一起的红、绿、蓝(R、G、B)三色荧光粉来得到白光，由于不同荧光粉老化特性不同，三色荧光粉长时间辐照之后就会出现白光的色坐标发生明显偏移和光源效率下降的缺陷，提供一种使用时间长、不易出现色坐标明显偏移、光源效率下降的产生白光的发光装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种产生白光的方法，利用场发射器件激发蓝色阴极射线发光材料产生蓝光，再利用所产生的蓝光去激发黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料发光的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
所述场发射器件具体为蓝光场发射器件，所述蓝光场发射器件激发蓝色阴极射线发光材料产生光谱波峰在420～490nm的蓝光。
所述蓝色阴极射线发光材料优选为Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、Sr2CeO4、ZnS:Zn或AlN:Eu；
或者La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1；
或者由Y、Gd、Lu、Sc部分或完全取代La的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1。
所述黄色光致发光材料优选是以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉。
所述以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉优选为RE3(Al1-xGax)5O12:Ce，其中0≤x≤1，RE为Y、Tb、Gd、Lu、La中的至少一种。
一种产生白光的发光装置，包括阴极板组件、与阴极板组件相对间隔设置的阳极板组件，将二者密封连接在一起的支撑体，所述阳极板组件包括透明基板，透明基板下表面从上至下依次设有透明阳极、蓝色阴极射线发光材料层，或者透明基板下表面从上至下依次设有蓝色阴极射线发光材料层、金属阳极。
所述黄色光致发光材料层具体为分散有黄色光致发光材料的透明环氧树脂层。
所述黄色光致发光材料层附着在透明基板上表面或者间隔设置在透明基板的上方。
所述黄色光致发光材料层为以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉制成。
所述以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉为RE3(Al1-xGax)5O12:Ce，其中0≤x≤1，RE为Y、Tb、Gd、Lu、La中的至少一种。
所述蓝色阴极射线发光材料层为在阴极射线激发下产生光谱波峰在420～490nm的蓝光的蓝色阴极射线发光材料层。
所述蓝色阴极射线发光材料层由Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、Sr2CeO4、ZnS:Zn或AlN:Eu；
或者La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1；
或者由Y、Gd、Lu、Sc部分或完全取代La的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1制成。
其中，Y2SiO5:Ce是指以Ce为激活剂的Y2SiO5发光材料，其余SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、ZnS:Zn、AlN:Eu的含义与此相同，La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm是指以Tm激活剂的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3发光材料。
本发明采用一种全新的方法来实现场发射器件的白光发光，就是利用场发射器件激发蓝色阴极射线发光材料产生蓝光，再利用所产生的蓝光去激发黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料发光的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。由于本发明中的场发射器件只有一种蓝色阴极射线发光材料被电子束直接辐照，器件整体老化特性基本取决于这一种材料的老化性质，因此，只要选用稳定性能较佳的一种蓝色阴极射线发光材料就可以有效降低光源器件的老化问题，使之能够在较长时间使用条件下，色坐标发生偏移和光源效率下降的几率可以大大降低。
本发明所提供的这种白光发光装置，除了现有的阴极板组件之外，设置了不同的阳极板组件。此阳极板组件在面向阴极板的透明基板下表面设有阳极和发光层，该发光层为蓝色阴极射线发光材料层，在电子束激发下只发射出光谱波峰在420～490nm范围的蓝光；同时，透明基板的上表面也有一发光层，该发光层由一种能够发射黄光的黄色光致发光材料组成，该材料能够有效吸收420～490nm的蓝光，蓝光穿过透明基板后照射到黄色光致发光材料层，发射出光谱波峰在540～590nm范围内的黄光，剩余的蓝光和发出的黄光复合形成了白光，此发光装置通过改变传统场发射光源的阳极板模块的发光层结构和组成，使之只选用稳定性能较佳的一种蓝色阴极射线发光材料制成发光层就可以有效降低场发射器件的老化问题，能够长时间使用，降低了色坐标发生偏移和光源效率下降的几率，本发明装置可以很容易实现应用于大面积、大功率白光照明。
根据本发明对蓝色阴极射线发光材料发光波长范围的要求，选择适用于本发明的蓝色阴极射线发光材料包括：Y2SiO5:Ce，SrGa2S4:Ce，Sr2CeO4、ZnS:Ag，ZnS:Tm，ZnS:Zn，AlN:Eu，La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm(其中0＜x≤0.1，0≤y≤1，另外，可以用Y，Gd、Lu、Sc部分或完全取代La)等，这类材料在阴极射线激发下有较好的发光性能。
在本发明中，黄色光致发光材料选择为Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉，满足化学式RE3(Al1-xGax)5O12:Ce，0≤x≤1，稀土元素RE可以选择Y，Tb，Gd，Lu，La中的至少一种，尤其是当RE＝Y或Tb时，分别是YAG:Ce和TAG:Ce。这类材料可以吸收450nm左右的蓝光而有效发射540～590nm范围内的黄光。
黄色光致发光材料可以直接分散在透明的环氧树脂中直接涂敷在玻璃基板的外表面形成黄色光致发光材料层，制造简单方便。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例3中蓝色阴极射线发光材料ZnS:Ag的阴极射线发光光谱和黄色光致发光材料YAG:Ce的激发与发射光谱图；
图2是本发明实施例7中蓝色阴极射线发光材料La0.99GaO3:0.01Tm的阴极射线发光光谱和黄色光致发光材料YAG:Ce的激发与发射光谱图；
图3是实施例14中的发光装置结构图；
图4是实施例15中的发光装置结构图。
阴极射线发光光谱图采用的测试条件为：激发电压5kV，束流8微安。
激发与发射光谱采用岛津RF-5301荧光光谱仪测量。
具体实施方式
通过以下实施例和附图对本发明进一步详述：
实施例中的原料都有市售商品，可直接加以利用。
实施例1，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发Y2SiO5:Ce蓝色阴极射线发光材料(采用市售的日亚化学工业株式会社生产的产品)产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Y3(Al0.8Ga0.2)5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例2，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发SrGa2S4:Ce蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Tb3(Al0.6Ga0.4)5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
1.实施例3，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发ZnS:Ag蓝色阴极射线发光材料(采用陕西彩虹荧光材料有限公司生产的产品)产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Y3Al5O12的黄色光致发光材料(采用大连路明发光科技股份有限公司生产的产品)产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。如图1所示，a为黄色光致发光材料Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)以550纳米为监测波长测得的激发光谱；b为黄色光致发光材料Y3Al5O12:Ce以450nm为激发波长测得的发射光谱；c为ZnS:Ag在5Kv加速电压下的阴极射线发光光谱，以上光谱均做了归一化处理。从图中可以看出，ZnS:Ag的阴极射线发光光谱在450nm左右，正好在YAG:Ce的有效激发范围内。这样的话，在阴极射线激发下，ZnS:Ag发出的蓝光部分可以被YAG:Ce吸收而使YAG:Ce发出550nm左右的黄光，未激发黄色光致发光材料YAG:Ce的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例4，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发AlN:Eu蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Gd3Ga5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例5，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发ZnS:Zn蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的(Y0.9，Gd0.1)3(Al0.8Ga0.2)5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例6，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发ZnS:Tm蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Y3Ga5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例7，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发La0.99GaO3:0.01Tm蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Y3Al5O12的黄色光致发光材料(采用大连路明发光科技股份有限公司生产的产品)产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。如图2所示，a、b为黄色光致发光材料Y3Al5O12:Ce激发光谱与发射光谱；d为La0.99GaO3:0.01Tm在5Kv加速电压下的阴极射线发光光谱，以上光谱均做了归一化处理。从图中可以看出，La0.99GaO3:0.01Tm的阴极射线发光光谱在460nm左右，正好在YAG:Ce的有效激发范围内。这样的话，在阴极射线激发下，La0.99GaO3:0.01Tm发出的蓝光部分可以被YAG:Ce吸收而使YAG:Ce发出550nm左右的黄光，未激发黄色光致发光材料YAG:Ce的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例8，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发La0.99AlO3:0.01Tm蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Lu3Ga5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例9，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发La0.99(Ga0.8Al0.2)O3:0.01Tm，蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的La3Ga5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例10，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发Y0.98(Ga0.8Al0.2)O3:0.02Tm，蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Y3Al5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例11，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发Sc0.99(Ga0.8Al0.2)O3:0.01Tm，蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以以Ce为激活剂的Y3Al5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例12，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发Lu0.99(Ga0.7Al0.3)O3:0.01Tm，蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以以Ce为激活剂的Y3Al5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例13，一种产生白光的方法，利用蓝光场发射器件激发Sr2CeO4蓝色阴极射线发光材料产生420～490nm蓝光，将所产生的蓝光去激发以Ce为激活剂的Y3Al5O12的黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光。
实施例14、如图3所示，一种产生白光的发光装置，包括阴极板组件1、与阴极板组件相对间隔设置的阳极板组件2，将二者密封连接在一起的支撑体3，其中阴极板组件1包括阴极板101、设置在阴极板101表面上的导电阴极和栅极导线102以及电子发射源103。所述阳极板组件2包括透明基板203，透明基板203为玻璃基板，透明基板203下表面从上至下依次设有透明阳极202、蓝色阴极射线发光材料层201，透明阳极202是以氧化铟锡ITO或氧化锌ZnO为主的原料，采用磁控溅射或真空蒸镀方式涂敷在透明基板203上形成的，蓝色阴极射线发光材料层201为ZnS:Ag阴极射线发光材料层，采用丝网印刷方式涂布于透明阳极202的下表面，在透明基板203上方设有黄色光致发光材料层204，该层是选用以Ce为激活剂的YAG的黄色光致发光材料先分散在透明的环氧树脂中，然后以旋涂或喷涂等方式直接涂敷在透明基板203的上表面形成的。支撑体3将阳极板组件2与阴极板组件1隔开一定距离并将其密封，从而构成内部真空的空间，阴极板101与透明阳极202之间的电位差可以选择为1～20KV之间，如2、4、5、7、10、12、15、17、18、20KV等都可以，其中优选在4～15KV。
实施例15、如图4所示，一种产生白光的发光装置，包括阴极板组件1、与阴极板组件相对间隔设置的阳极板组件4，将二者密封连接在一起的支撑体3，阴极板组件1与实施例14中的阴极板组件1结构相同，不再赘述。
阳极板结构4包含透明基板403、形成于此透明基板403上的蓝色阴极射线发光材料层402(蓝光材料选择ZnS:Ag)，在蓝色阴极射线发光材料层402上蒸镀一层金属铝层作为金属阳极401，透明基板403的上方设置黄色光致发光材料层404(黄色光致发光材料选择YAG:Ce)，黄色光致发光材料层404为分散有黄色光致发光材料的透明环氧树脂层，黄色光致发光材料层404与透明基板403之间有间距，形成真空空间。蓝色阴极射线发光材料层402的涂布方式同实施例14。
蓝色荧光材料还可以选择LaGaO3:Tm、Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、Sr2CeO4、ZnS:Zn、AlN:Eu；
La0.99Ga0.5Al0.5O3:0.01Tm、La0.9GaO3:0.1Tm、La0.98AlO3:0.02Tm、La0.92Ga0.6Al0.4O3:0.08Tm、La0.6Y0.33Ga0.4Al0.6O3:0.07Tm、Gd0.96Ga0.35Al0.65O3:0.04Tm、La0.2Lu0.75Ga0.8Al0.2O3:0.05Tm等。
黄色光致发光材料选择为Y3Al5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、Gd3Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce、La3Al5O12:Ce、Y3Ga5O12:Ce、Y3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce、Y3(Al0.5，Ga0.5)5O12:Ce、Y3(Al0.1，Ga0.9)5O12:Ce、Y3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce、(Y0.9，Gd0.1)3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce、(Y0.5，Gd0.5)3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce、(Y0.1，Gd0.9)3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce等。

Claims (12)

1.一种产生白光的方法，其特征在于，利用场发射器件激发蓝色阴极射线发光材料产生蓝光，再利用所产生的蓝光去激发黄色光致发光材料产生黄光，未激发黄色光致发光材料发光的剩余蓝光和所产生的黄光复合生成白光；
其中，所述蓝色阴极射线发光材料和所述黄色光致发光材料分别制成蓝色阴极射线发光材料层和黄色光致发光材料层，所述蓝色阴极射线发光材料层与所述场发射器件相对间隔设置；
所述黄色光致发光材料层上设有透明基板，所述蓝色阴极射线发光材料层与所述黄色光致发光材料层之间设有透明阳极，或者
所述黄色光致发光材料层上设有透明基板，所述蓝色阴极射线发光材料层与所述黄色光致发光材料层之间设有金属阳极。
2.如权利要求1所述产生白光的方法，其特征在于，所述场发射器件为蓝光场发射器件，所述蓝光场发射器件激发蓝色阴极射线发光材料产生光谱波峰在420～490nm的蓝光。
3.如权利要求2所述产生白光的方法，其特征在于，所述蓝色阴极射线发光材料为Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、Sr2CeO4、ZnS:Zn或AlN:Eu；
或者La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0<x≤0.1，0≤y≤1；
或者由Y、Gd、Lu、Sc部分或完全取代La的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0<x≤0.1，0≤y≤1。
4.如权利要求1～3任意一项所述产生白光的方法，其特征在于，所述黄色光致发光材料是以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉。
5.如权利要求4所述产生白光的方法，其特征在于，所述以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉为RE3(Al1-xGax)5O12：Ce，其中0≤x≤1，RE为Y、Tb、Gd、Lu、La中的至少一种。
6.一种产生白光的发光装置，包括阴极板组件、与阴极板组件相对间隔设置的阳极板组件，将二者密封连接在一起的支撑体，其特征在于，所述阳极板组件包括透明基板，透明基板上设有黄色光致发光材料层；透明基板下表面从上至下依次设有透明阳极、蓝色阴极射线发光材料层，或者透明基板下表面从上至下依次设有蓝色阴极射线发光材料层、金属阳极。
7.如权利要求6所述产生白光的发光装置，其特征在于，所述黄色光致发光材料层为分散有黄色光致发光材料的透明环氧树脂层。
8.如权利要求6所述产生白光的发光装置，其特征在于，所述黄色光致发光材料层附着在透明基板上表面或者间隔设置在透明基板的上方。
9.如权利要求6所述产生白光的发光装置，其特征在于，所述黄色光致发光材料层为以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉制成。
10.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉为RE3(Al1-xGax)5O12：Ce，其中0≤x≤1，RE为Y、Tb、Gd、Lu、La中的至少一种。
11.如权利要求6～10任意一项所述产生白光的发光装置，其特征在于，所述蓝色阴极射线发光材料层为在阴极射线激发下产生光谱波峰在420～490nm的蓝光的蓝色阴极射线发光材料层。
12.如权利要求11所述产生白光的发光装置，其特征在于，所述蓝色阴极射线发光材料层由Y2SiO5：Ce、SrGa2S4：Ce、ZnS：Ag、ZnS：Tm、Sr2CeO4、ZnS：Zn或AlN：Eu；
或者La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0<x≤0.1，0≤y≤1；
或者由Y、Gd、Lu、Sc部分或完全取代La的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0<x≤0.1，0≤y≤1制成。
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