CN1277627A - 磷光体 - Google Patents
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Abstract
作为磷光体的小颗粒特别是在制备显示装置中具有改良的性能。具有小于约100纳米直径的颗粒具有改变的带性能,这影响了颗粒的激发。在所选择的平均直径周围窄的分布的小颗粒的集合可被用于产生所需频率的激发光。这些颗粒可有效地用于制备多种类型的显示屏,包括平面显示屏。激光热解提供了一种有效的制备所需颗粒的方法。
Description
本发明涉及在受激后在所需的波长发射光线的磷光体颗粒以及用这些颗粒制造的装置。本发明还涉及生产磷光体颗粒的方法。
电子显示屏通常使用磷光体材料，它在响应与电子的相互作用时发射可见光。磷光体材料可被施用在基底上来制备阴极射线管，平板显示屏等。显示屏装置的不断改进对磷光体材料提出了更高的要求，这是由于，例如，电子速度的降低和显示屏分辨率的提高带来的。电子速度降低是为了降低能量消耗。特别是平板显示屏通常需要对低速电子的响应性。
此外，彩色显示屏需要使用在显示屏的不同位置可被选择性激发的在不同的波长发射光的材料或材料的组合。各种不同的材料已被用作磷光体。为了得到在所需的波长发射光的材料，在磷光体材料中已被掺入了激活剂。或者多种磷光体可被混合在一起，以得到所需的发射光。而且，这些磷光体材料必须具有足够的亮度。
小的纳米级的磷光体具有改良的性能。例如，平均粒径小于100纳米的颗粒具有改变的能带间隙，发光的频率是颗粒直径的函数。因而，具有窄的直径分布的这些颗粒的集合物可被用于选择发光的频率，而不需改变颗粒物的组成。小的颗粒尺寸也可使亮度、对低速电子的反应性以及加工性能提高。激光高温分解对生产高纯度的具有窄的粒经分布的纳米级颗粒提供了一种有效的方法。
第一个方面，本发明提供了一种含有磷光体材料的显示屏装置，该磷光体颗粒具有选择的平均粒径，激发后在所需的电磁谱部分产生光激发，并且该磷光体颗粒具有小于约100纳米的平均直径。该磷光体颗粒可含有一种金属化合物，例如ZnO，ZnS，TiO2和Y2O3。该磷光体颗粒优选具有约5纳米至约50纳米的平均直径，其直径分布应使至少约95％的颗粒的直径大于平均直径约60％并且小于平均直径约140％。在一些实施方案中，磷光体的激发是用低速电子完成的。
另一方面，本发明提供了一种用于光刻技术的组合物，该组合物含有磷光体颗粒和一种可固化的聚合物，该磷光体颗粒具有一种选择的平均直径和直径的分布，激发后在所选择的电磁谱部分产生光激发，并且该磷光体颗粒具有小于约100纳米的平均直径。该可固化的聚合物可通过紫外线辐射或通过电子束辐射进行固化。该磷光体颗粒优选具有约5纳米至约50纳米的平均直径。
另一方面，本发明提供了一种用于生产氧化锌颗粒的方法，包括在一个反应室中高温分解一种含有一种锌前体、一种氧化剂和一种辐射吸收气体的分子流的步骤，其中高温分解是由从激光束吸收的热驱动的。该氧化锌颗粒优选具有小于约150纳米的平均直径，更优选具有约5纳米至约50纳米的平均直径。在实施该方法时，该激光束最好是由二氧化碳激光器产生的并且该分子流最好是在一个维数上延长的。适当的锌前体包括ZnCl2。
另一方面，本发明提供了一种用于生产硫化锌颗粒的方法，包括在一个反应室中高温分解一种含有一种锌前体、一种硫源和一种辐射吸收气体的分子流的步骤，其中高温分解是由从激光束吸收的热驱动的。
从下文中对优选实施方案的详细描述和从权利要求，本发明的其它特点和优点将显而易见。
附图简要说明
图1是取自激光辐射路径中间的激光高温分解装置的一个实施方案的示意性剖面图。上部的插图是注入嘴的底视图，下部的插图是收集嘴的顶视图。
图2是激光高温分解装置的另一个实施方案的反应室的示意性透视图，其中室中的材料被描绘成透明的，以显示该装置的内部结构。
图3是图2的反应室沿3-3线的剖面图。
图4是用于加热颗粒的炉具的示意性剖面图，该剖面图通过石英管的中央。
图5是含有一种磷光体层的显示屏装置的一个实施方案的剖面图。
图6是含有一种磷光体用于发光的液晶显示屏的一个实施方案的剖面图。
图7是一种电子发光显示屏的剖面图。
图8是含有场致发射显示装置的平板显示屏的一个实施方案的剖面图。
低等级颗粒可被用作改善的磷光体颗粒。特别是在100纳米或更低的数量级的颗粒具有优越的生产显示屏的加工性能，并具有良好的发光性。尤其显著的是，这些材料的能带间隙在100纳米或更低的数量的直径上是尺寸依赖性的。因而，具有选择的窄的直径分布的颗粒可被用作在一个颜色(波长)的磷光体，而被选择的具有相似的平均直径和窄的粒径分布的相同或不同的材料的颗粒可被用作在不同颜色的磷光体。此外，小尺寸的颗粒可被用于生产高分辨率的显示屏。
适用的颗粒通常为硫属化合物，特别是ZnO，ZnS，TiO2，和Y2O3。优选的颗粒具有所需的发射频率和高的亮度。此外，优选的颗粒具有持续的发射，即在材料受激后从发射到衰灭具有足够长的时间。特别是，应具有足够长的发射持续时间以使人眼能够看到。适用的颗粒通常是半导体，它们的发射频率是由能带间隙决定的。优选发光状态具有与激发能量适当接近的能量，从而使很少的能量以热的形式损失。
如下文所述的激光高温分解是一种有效的产生具有窄的平均颗粒直径分布的ZnO，ZnS，TiO2，和Y2O3颗粒的方法。用于生产适当的低等级颗粒的激光高温分解的成功应用的一个基本特征是一种含有金属前体化合物的分子流，一种辐射吸收剂和一种在适当的情况下被用作氧或硫源的反应物的生产。该分子流被一个强的激光束高温分解。由激光辐射的吸收产生的强热诱导金属化合物前体在氧或硫环境中反应。当分子流离开激光束时这些颗粒被快速淬火。A.颗粒生产
激光高温分解已被发现是一种有价值的生产所需要的纳米级金属氧化物和硫化物颗粒的工具。此外，由激光高温分解产生的金属氧化物和硫化物颗粒是用于进一步加工生产所需的金属化合物颗粒的方便的材料。因而，单独使用激光高温分解或与其它的方法组合使用，可生产出各种金属氧化物和硫化物颗粒。在一些情况下，可通过其它的生产途径生产出与它们相当的颗粒。
反应条件决定由激光高温分解产生的颗粒的质量。激光高温分解反应的反应条件可被相对精确地控制，以生产具有所需性能的颗粒。生产某些类型的颗粒的适当的反应条件通常依赖于特定的装置的设计。虽然如此，对反应条件和得到的颗粒之间的关系可归纳出一些一般性的规律。
反应气体流速与颗粒尺寸呈反相关，因而提高反应气体流速倾向于产生较小的颗粒尺寸。而且，颗粒的生长动力学对得到的颗粒的大小具有显著的影响。换句话说，一种金属化合物的不同的结晶形式在相似的条件下从其它的结晶形式倾向于形成不同大小的颗粒。激光功率对颗粒大小也有影响，激光功率提高对较低熔点材料来说易于形成较大的颗粒，对较高熔点的材料来说易于形成较小的颗粒。
适用的金属前体化合物通常包括具有适当的蒸汽压力，即足以从反应气流中得到需要量的前体蒸汽的蒸汽压力，的金属化合物。如果需要，装有该前体化合物的容器可被加热，以提高该金属化合物前体的蒸汽压力。优选的钛前体包括，例如，TiCl4和Ti[OCH(CH3)2]4(四-I-丙氧化钛)。优选的钇前体包括Y5O(OC3H7)13(异丙氧化钇氧化物)。优选的锌前体包括，例如，ZnCl2。ZnCl2蒸汽可通过加热和，任选地，熔化ZnCl2固体来产生。例如，ZnCl2在约500℃的温度具有约5毫米Hg的蒸汽压力。当使用ZnCl2前提示，最好将反应室和出口加热，以避免前体的冷凝。
优选的适用作氧源的反应物包括，例如，O2，CO，CO2，O3及其混合物。优选的适用作硫源的反应物包括，例如，H2S。充当硫源的氧的反应化合物在进入反应区之前不应显著地与金属前体反应，因为这通常会导致大的颗粒的形成。
激光高温分解可使用多种光学激光频率进行。优选的激光器是在电磁光谱的红外部分操作。CO2激光器是特别优选的激光源。用于包含在分子流中的红外吸收剂包括，例如，C2H4，NH3，SF6，SiH4和O3。O3可充当红外吸收剂和氧源。辐射吸收剂，例如红外吸收剂从辐射束中吸收能量，并将该能量以热的形式传递给其它的反应物以驱动高温分解反应。
优选从辐射束吸收的能量以极高的速率升高温度，这一速率是在控制的条件下强的放热反应的能量所达到的速率的许多倍。虽然该过程通常涉及非平衡条件，这一温度可被描述成大约基于吸收区域的能量。激光高温分解过程从质量上不同于其中能源起始反应的燃烧反应器中的过程，该反应是由一个放热反应放出的能量驱动的。
一种惰性屏蔽气体可被用于降低接触反应室成分的反应和产物分子的量。使用的屏蔽气体包括，例如，Ar，He和N2。
适用的激光高温分解装置通常包括一个将周围环境隔开的反应室。一个与反应物供应系统连接的反应物入口通过反应室产生一个分子流。一个激光束在反应区域与分子流相交。该分子流延伸至反应区后到达一个出口，然后分子流流出反应室流入一个收集系统。通常，激光器位于反应室的外面，并且激光束通过适当的窗口进入反应室。
参照图1，高温分解装置的一个特别的实施方案100包括一个反应物供应系统102，反应室104，收集系统106和激光108。反应物供应系统102包括一个金属化合物前体源120。对于液体前体，一种来自载体气源122的载体气体可被引入前体源120中，它含有液体前体以便于前体的投送。来自源122的载体气体最好是红外吸收剂或者一种惰性气体并且最好流经液体，金属化合物前体。在反应区域前体蒸汽的量与载体气体的流速大体上成正比。
或者，载体气体可从红外吸收源124或适当情况下从惰性气体源126直接提供。充当氧或硫源的反应物是从反应物源128提供的，它可以是一个气柱或其它适当的容器。来自金属化合物前体源120的气体与来自反应物源128、红外吸收源124和惰性气体源126的气体通过在管道130的一个单一的部分混合来进行混合。这些气体在至反应室104的足够长的距离中进行混合，以使它们在进入反应室104前进行充分混合。管道130中的混合气体流经管道132至矩形通道134，它形成注入嘴的一部分，以引导反应物进入反应室。
来自122，124，126和128的气流最好独立地通过质流控制器136控制。质流控制器136最好提供一种来自各个源的受控制的流速。适用的质流控制器包括，例如，Edwards质流控制器，825型系列，由EdwardsHigh Vacuum International，Wilmington，MA制造。
惰性气体源138与惰性气体导管140相连，流入环状通道142。一个质流控制器144调节流入惰性气体管道140的惰性气体流量。如果需要，惰性气体源126也可充当管道140的惰性气体源。
反应室104包括一个主室200。反应物供应系统102在注入嘴202与主室200相连。注入嘴202的末端具有一个环状开口204，用于惰性屏蔽气体的通过，并且一个矩形裂缝206用于反应物气体的通过，以在反应室中形成一个分子流。环状开口204具有，例如，约1.5英寸的直径，并且沿半径方向的宽度为约1/16英寸。屏蔽气体通过环状开口204的流动有助于防止反应物气体以及整个反应室104中产物颗粒的扩散。
管状部分208，210位于注入嘴202的任意一侧。管状部分208，210分别包括ZnSe窗口212，214。窗口212，214的直径为约1英寸。窗口212，214最好是平面聚光镜，其焦距等于室中心至透镜表面的距离，使光线刚好聚焦在喷嘴开口中心的下面的一个点。窗口212，214最好具有一个抗反射涂层。适当的ZnSe透镜可从Janos Technology，Townshend，Vermont得到。管状部分208，210将窗口212，214从主室200移开，从而使窗口212，214不易于被反应物或产物污染。窗口212，214从主室200的边缘移开，例如，约3厘米。
窗口212，214用一个橡胶O-环被密封在管状部分208，210上，以防止周围的空气流入反应室104。管状入口216，218提供了屏蔽气流进入管状部分208，210的入口，以降低窗口212，214的污染。管状入口216，218与惰性气源138或与独立的惰性气源相连。在任一种情况下，进入入口216，218的气流最好由质流控制器220控制。
配置的激光108产生一个激光束222，它从窗口212进入，从窗口214出来。窗口212，214确定了一个穿过主室200的激光通道，它在反应区域224与反应物流相交。在从窗口214出来之后，激光束222照在功率计226上，它也充当光束阻断器。适用的功率计可从CoherentInc.，Santa Clara，CA得到。激光108可用一个强的常规的光源代替，例如弧光灯。激光108最好是一个红外激光，特别是一个CW二氧化碳激光，例如一个1800瓦最大输出功率的可从PRC Corp，Landing，NJ得到的激光。
穿过注入嘴202中的裂缝206的反应物引导一个分子流。该分子流穿过反应区域224，其中发生涉及金属前体化合物的反应。反应区域224中的气体的加热非常迅速，根据特定的条件，大约在105℃/秒。在离开反应区域224后反应迅速淬灭，在分子流中形成颗粒228。该过程的不平衡性质导致具有高度统一的大小分布和结构一致性的颗粒的产生。
该分子流途径向前延伸至收集嘴230。收集嘴230距注入嘴202大约2厘米的距离。喷射嘴202和收集喷嘴230之间距离短有助于减少反应室被反应物和产物污染。收集喷嘴230具有环形开口232。从环形开口232向收集系统106喂料。
室压由连接到主室的压力表监控。室压范围通常是大约5-大约1000托。
反应室104还有额外两个管状部分图中未显示。一个额外的管状部分凹入图1截面的平面内，另一个额外的管状部分凸出图1截面的平面外。从上面看，四个管状部分大致对称性地分布在室中心的四周。这些额外的管状部分具有窗口，用于观察室内部。在这种装置结构中，该两个额外的管状部分并不用于促进颗粒的制备。
收集系统106可以包括从收集喷嘴230连接的弯曲通道250。因为颗粒的粒经小，产物颗粒随气体在弯曲通道流动。收集系统106包括过滤器252，气体从中流过以收集产物颗粒。许多材料如聚四氟乙烯、玻璃纤维等可以用作过滤器材料，只要材料是惰性的，并有足够细微的网孔以收集颗粒。优选的过滤器材料包括如由ACE Glass Inc.，VinelandNJ提供的玻璃纤维过滤器。
泵254用于将收集系统106维持在选定的压力。可以使用许多不同的泵。适用的泵254包括如由Busch，Inc.，Virginia Beach，VA提供的泵流量大约25立方英尺/分(cfm)的busch B0024型泵，和由LeyboldVacuum Products，Export，PA提供的泵流量大约195cfm的LeyboldSV300型泵。如果需要将泵的排气通过一个洗涤装置256以在排入空气前除去任何残余的反应化学物。整个装置100可被放置于通风橱中，为了通风的目的和安全考虑。因为激光体积大，通常将其放置于通风橱的外部。
装置通过计算机控制。通常计算机控制激光和监测反应室压。计算机可以用于控制反应物和/或屏蔽气体的流量。泵速率既可以由插在泵254和过滤器252之间的手动针形阀控制，也可以由自动节流阀控制。由于颗粒在过滤器252的堆积，室压增加，可以调节手动针形阀或节流阀以维持泵速率和相应的室压。
反应可以连续进行直到在过滤器252收集了足够多的颗粒，使得泵不能再对抗通过过滤器252的阻力维持反应室104所需的压力。当反应室104的压力不能维持在所需要的值，停止反应，取出过滤器252。在这个实施方案中，在室压不能维持前，每次运行可以收集大约3-75克的颗粒。每次运行可持续大约10分钟至3小时，依赖于制备的颗粒类型和特殊的过滤器。因此，可直接制备出宏观量的，即可以用肉眼观察到的量的颗粒。
反应条件可以相对准确地进行控制。质流控制器相当准确。激光通常具有大约0.5％的能量稳定性。无论手动还是节流阀控制，室压可以控制在大约1％的范围内。
反应供应系统102和收集系统106的配置可以反转。在这个可选择的配置中，反应物从反应室的底部供应，产物颗粒从反应室的顶部收集。这个可选择的配置可以收集稍微更多一些的产物，因为颗粒倾向于漂浮在周围气体中。在这个可选择的结构中，在收集系统中优选包括一个弯曲部分，这样收集过滤器就不直接安装到反应室的上部。
一个可选择的激光热解装置的设计已有描述。见共同转让美国专利申请第08/808,850号，题目为“通过化学反应有效制备颗粒”，引入本文作为参考。这个可选择的设计意欲通过激光热解促进商业量的颗粒的制备。描述了用于向反应室注射反应原料的各种配置。
这个可选择的装置包括一个反应室，它被设计成减少颗粒对室壁的污染，提高产量和有效利用资源。为了达到这些目的，反应室通常与反应物入口拉长的形状相适应，以减少分子流以外的死体积。气体可以在死体积中积累，增加由不反应分子的扩散或吸收而浪费的辐射的量。同样，由于在死体积中气体流动降低，颗粒在死体积处积累，造成室污染。
改进的反应室300的设计如图2和3所示。反应气体通道302位于块状物304内。块状物304的表面306形成管道308的一部分。管道308另一部分在边缘310与主室312的内表面连接。管道308到屏蔽气体入口314处终止。块状物304根据反应和所需的条件可以被重新定位或代替，以改变拉长反应物入口316和屏蔽气体入口314之间的关系。从屏蔽气体入口314出来的屏蔽气体在从反应物入口316出来的分子流的周围形成覆盖层。
拉长反应物入口316的尺寸优选设计成用于高效颗粒制备。当使用1800瓦CO2激光时，用于制备金属氧化物、金属硫化物颗粒的反应物入口的合理尺寸大约为5毫米至1米。
主室312通常和拉长反应物入口316的形状相一致。主室312包括一沿着分子流的出口318，以除去颗粒产物、任何不反应的气体和惰性气体。管状部位320、322从主室312伸出。管状部位320、322固定窗口324、326以限定通过反应室300的激光束路径328。管状部位320、322可以包括屏蔽气体入口330、332，用于引进屏蔽气体进入管状部位320、322。
改进的装置包括收集系统以从分子流除去颗粒。收集系统可以设计成收集大量颗粒而不中断制备，或优选在收集系统中转换不同的颗粒收集器以进行连续制备。收集系统可以包括在流动路径内的弯曲部分，类似于图1所示的收集系统弯曲部分。反应注入组件和收集系统的配置可以反转，这样颗粒就在装置的顶部收集。
如上所述，金属化合物的性质可以通过进一步处理而改变。例如氧化物纳米级颗粒可以在氧化环境或惰性环境下在烘箱中加热，改变金属氧化物的氧气含量和/或结晶结构。纳米级金属氧化物在烘箱中的处理方法在共同转让和同时待审的美国专利申请第08/897,903号中进一步讨论，题目为“钒氧化物颗粒加热处理方法”，在这里引用作为参考。
此外，加热过程的使用可能除去颗粒上吸附的化合物，提高颗粒的质量。已有论述指出，使用温和条件，即远低于颗粒熔点的温度，可导致金属氧化物的化学计量或晶体结构的改变，而没有显著将颗粒烧结成较大的颗粒。
多种装置可用于这一热加工。进行这种热加工的装置400的一个例子如图4所示。装置400包括管402，颗粒放置于其中。管402和反应物气体源404和惰性气体源406相连接。产生所需要的气压的反应物气体、惰性气体或它们的组合被放置在管402中。
所需要的气体优选流动通过管402。用于产生氧化环境的适合的反应物气体包括如O2、O3、CO、CO2和它们的结合物。反应气体可以被惰性气体如Ar、He和N2稀释。管402的气体如果需要可以完全是惰性气体。反应物气体可以不导致被加热的颗粒的化学计量的变化。
管402位于烘箱或加热炉408之内。烘箱408维持管相关部位相对恒定的温度，尽管如果需要整个处理步骤的温度可以系统地改变。烘箱408的温度由热电偶410测定。颗粒可以放置在管402的小瓶412内。小瓶412可以防止由于气体流动造成的颗粒损失。小瓶412通常的定向为开口端指向气体源的流动方向。
准确的条件包括活性气体类型(在有的情况下)、活性气体浓度、气体的压力或流速、温度和处理时间，对它们可以选择，以制备所需类型的产品材料。温度通常是温和的，即明显低于材料的熔点。使用温和条件可以避免粒子间的熔结形成较大的颗粒。在烘箱408中、更高的温度下，可以对金属氧化物进行有控制的熔结，以制备平均粒径稍大一些的颗粒。
对于加工钛氧化物和锌氧化物，温度范围优选在大约50℃-1000℃，更优选在大约80℃-500℃。颗粒优选被加热大约1-100小时。可能需要一些经验性调整，以达到制备所需要材料的适合条件。B.颗粒性质
收集的优选颗粒的平均直径小于1微米，更优选大约5nm-500nm，更优选大约5nm-100nm，最优选大约5nm-50nm。颗粒通常具有大致上球型的外观。更进一步检测，颗粒通常具有对应于晶体点阵的小平面。尽管如此，颗粒倾向于在三个物理方向表现出基本一致的增长性，以至于得到总体球形外观。测量不对称颗粒的直径依据于测量颗粒沿主轴的平均长度。沿主轴的测量优选至少大约95％的颗粒，更优选至少大约98％的颗粒小于大约1微米。
因为它们的粒径小，由于邻近的颗粒之间的van der Waals力，它们倾向于形成松散的大团。尽管如此，纳米级的颗粒(即主要的颗粒)，可以在电子透射显微照片中明显观察到颗粒。对于结晶态颗粒，颗粒的大小通常和结晶的大小相一致。颗粒通常具有和显微照片中观察到的纳米级颗粒相一致的表面。
而且，由于单位重量的材料中，颗粒的微小粒径和大的表面积比，它们表现出独一无二的特性。特别是，这些颗粒具有改变的带结构，如下文详细描述。这些颗粒的高的表面面积通常导致这些颗粒的高的发光性。
当制备后，这些颗粒的大小优选具有高度的一致性。如电子透射显微照片检测的那样，颗粒的粒径分布通常为至少大约95％的颗粒直径大于平均直径的40％，小于平均直径的160％。颗粒的粒径分布优选至少大约95％的颗粒直径大于平均直径的60％，小于平均直径的140％。窄的粒径分布可以开发出如下所述的许多应用。对于一些应用，可能需要混合几种窄的粒径分布的颗粒，制得所需要的颗粒粒径分布和组合。
在小的结晶直径时，颗粒的带性能被改变。能带间隙的提高与1/(颗粒大小)2大约成正比。对于特别小的颗粒尺寸，状态密度低到足以使带描述不完整，因为单个分子轨道起到更加明显的作用。尽管需要说明电子性能的分子轨道描述，质量趋势应保持不变。
此外，由于不均匀增宽降低，具有均匀分布的小颗粒发射谱窄。结果得到更清晰的发射谱，最大发射依赖于平均颗粒直径。因而，使用非常小的颗粒直径可对发射特性进行调整而不需要用第二个金属对颗粒进行活化。
而且，小的颗粒尺寸有利于形成薄层。这对低速电子的使用非常有利，因为这种电子不能穿过层内的底层。小尺寸的颗粒对小图形的形成也有利，例如使用光刻术，使图形的单元之间具有清晰的边缘。小的，明显分开的单元的形成对高分辨率显示屏的形成特别重要。
另外，如上所述生产的颗粒通常具有很高的纯度水平。预期通过以上方法制备的金属氧化物或金属硫化物比反应气体具有更高的纯度，因为形成结晶过程中有晶格排斥污染物的倾向。并且通过激光热解制备的金属氧化物和硫化物颗粒通常具有高的结晶度较少的表面变形。
虽然在某些条件下可形成混合相材料，激光热解通常可有效地用于生产单相结晶颗粒。初级颗粒通常由单晶材料组成。颗粒的单相，单晶性能可与均一性和窄的尺寸分布结合使用。在某些条件下，由激光热解可形成无定型颗粒。一些无定型颗粒可在温和条件下加热，形成结晶颗粒。
锌氧化物可具有至少ZnO(六面体结晶，Wurtzite结构)或ZnO2的化学计量。可改变制备参数，以选择氧化锌的特定的化学计量。硫化锌具有正方形的晶格，通常具有闪锌矿(zincblend)结构。Y2O3具有正方形晶格。
已知二氧化钛以三种结晶相存在，锐钛矿，金红石和板钛矿(brookite)，以及无定型相。锐钛矿和金红石相具有一种四面体晶格，板钛矿相具有正交晶结构。可对激光热解的条件进行变化，以促进单一的，被选择的相的二氧化钛的形成。此外，在温和条件下对小的金属氧化物颗粒的加热可用于改变材料的相或组成。C.磷光体和显示屏
本申请中描述的颗粒可被用作磷光体。这些磷光体在激发后发射光线，优选可见光线。可使用多种方法激发磷光体，特定的磷光体可对一种或多种激发方式响应。发光的特定类型包括阴极发光，光致发光和电致发光，它们分别涉及由电子，光线和电场进行激发。许多适用作阴极发光磷光体的材料也适用作电致发光磷光体。
具体地说，这些颗粒优选适用作低速电子激发，这些电子用低于1KV，更优选低于100V的电势加速。这些颗粒小的尺寸使它们适用于低速电子激发。而且，这些颗粒用低速电子激发产生高的亮度。这些磷光体颗粒可被用于生产基于低速电子，高速电子，或电场的任何一种显示装置。
参照图5，一显示装置500包括一个阳极502，它在一边具有磷光体层504。该磷光体层面向一个适当成型的阴极506，它是用于激发磷光体的电子的来源。栅格阴极508可被安置在阳极502和阴极506之间，用以控制从阴极506至阳极502的电子流。
阴极放射管(CRT)已很早被用于产生图像。CRT通常使用相对较高的电子速度。如上所述磷光体颗粒对给定的亮度仍可被用作提供不同颜色的颗粒，降低磷光体层的厚度和降低磷光体的量的简便的方式。CTR具有示于图5的大体结构，只是阳极和阴极相距较远，而且，通常通过操纵电极而不是栅格电极来引导从阴极到阳极的电子。
其它优选的应用包括平板显示屏的生产。平板显示屏可基于，例如，液晶或场发射装置。液晶显示屏可基于任何一种光源。磷光体可被用于产生用于液晶显示屏的光线。参照图6，液晶元件530包括围绕液晶层536的至少部分透明基地532，534。阴极542提供一个用于激发磷光体538的电子源。其它的实施方案描述于，例如，美国专利5504599，引入本文作为参考。
液晶显示屏也可用来自电致显示屏的背光照明。参照图7，电致显示屏550具有一个导电基底552，它充当一个第一电极。导电基底552可用，例如，铝，石墨等制作。第二电极554是透明的并且可用，例如，氧化铟锡制作。一个电介质层556可位于电极552，554之间，临近第一电极552。电介质层556包括一个电介质粘合剂558，例如氰乙基纤维素或氰乙基淀粉。电介质层556也可包括铁电材料560，例如钛酸钡。电介质层556对于dc-驱动的(相对于dc驱动的)电致发光装置并不是必须的。一个磷光体层562位于透明电极554和电介质层562之间。磷光体层562包括电介质粘合剂566中的电致发光颗粒564。
电致发光显示屏550也可用于其它的显示装置中，例如，汽车仪表盘和控制开关照明中。此外，已设计出了组合液晶/电致发光显示屏。参见，Fuh等，日本应用物理学杂志，33：L870-L872(1994)，引入本文作为参考。
参照图8，基于场发射装置的显示屏580包括阳极582和近距离安置的阴极584。每一个电极对形成一个单独的可设定地址的像素。磷光体层586位于每个阳极582和阴极584之间。磷光体层586包括如上所述的磷光性的纳米级颗粒。具有选定的发射频率的磷光性颗粒可位于特定的可设定地址的位点。磷光体层586由从阴极584到阳极582移动的低速电子激发。栅格电极588可被用于电子束的加速和聚焦以及充当指向磷光体层586的电子的开关。一个电绝缘层位于阳极582和栅格电极588之间。该元件通常通过光刻术或类似的技术例如用于生产集成电路的喷涂或化学蒸汽沉积生产。如图8所示，阳极应当至少部分透明，以允许由磷光体586发射的光线透过。
美国专利5651712(引入本文作为参考)公开了一种采用场发射装置的显示屏，它具有一个磷光体层，其定向为边缘(而不是面)沿着所需要的光传播方向。该专利公开的结构采用了颜色过滤器来产生所需要的颜色发射，而不是使用在所需的频率发射的磷光体。基于上述的颗粒，所选择的磷光体颗粒优选被用于产生不同颜色的光线，从而不必使用颜色过滤器。
这种磷光体颗粒除了详细描述的代表性实施方案外还可用于多种其它的装置中。
这种纳米级的颗粒可直接施用在基底上，产生上述的结构。或者，这些纳米级的颗粒可与一种粘合剂，例如可固化的聚合物混合后被施用在基底上。含有可固化的粘合剂和磷光体纳米级颗粒的组合物可通过光刻术或其它的在基底上形成图案的技术，例如形成集成电路板的技术，被施用在基底上。在该组合物在基底的适当位置上沉积后，该材料可暴露于适当的条件使聚合物固化。该聚合物可通过电子束辐射，紫外线辐射或其它适当的技术进行固化。
上面描述的实施方案是为了说明，而不是进行限制。本发明另外的实施方案描述于权利要求中。本领域普通技术人员可以看到，可以对上面描述的方法和装置作出很多改变，而不偏离本发明的精神和范围，这些由后附的权利要求进行限定。
Claims (19)
1.一种含有磷光体材料的显示屏装置，该磷光体颗粒具有选定的平均粒径，激发后在所需的电磁谱部分产生光激发，并且该磷光体颗粒具有小于约100纳米的平均直径。
2.按照权利要求1所述的显示屏装置，其中，该磷光体颗粒含有一种选自ZnO，ZnS，TiO2和Y2O3的金属化合物。
3.按照权利要求2所述的显示屏装置，其中，该金属化合物是ZnO。
4.按照权利要求1所述的显示屏装置，其中，该磷光体颗粒具有约5纳米至约50纳米的平均直径。
5.按照权利要求1所述的显示屏装置，其中，该磷光体颗粒具有的直径分布为，至少约95％的颗粒的直径大于平均直径约60％并且小于平均直径约140％。
6.按照权利要求1所述的显示屏装置，其中，光激发是用低速电子激发来进行的。
7.一种用于光刻技术的组合物，该组合物含有磷光体颗粒和一种可固化的聚合物，该磷光体颗粒具有一种选择的平均直径和直径的分布，激发后在所选择的电磁谱部分产生光激发，并且该磷光体颗粒具有小于约100纳米的平均直径。
8.按照权利要求7所述的组合物，其中，该可固化的聚合物可通过紫外线辐射进行固化。
9.按照权利要求7所述的组合物，其中，该可固化的聚合物可通过电子束辐射进行固化。
10.按照权利要求7所述的组合物，其中，该磷光体颗粒具有约5纳米至约50纳米的平均直径。
11.按照权利要求7所述的组合物，其中，该磷光体颗粒含有ZnO。
12.按照权利要求7所述的组合物，其中，光激发是用低速电子激发来进行的。
13.一种用于生产氧化锌颗粒的方法，包括在一个反应室中高温分解一种含有一种锌前体、一种氧化剂和一种辐射吸收气体的分子流的步骤，其中高温分解是由从激光束吸收的热驱动的。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，该氧化锌颗粒具有小于约150纳米的平均直径。
15.按照权利要求13所述的方法，其中，该氧化锌颗粒具有约5纳米至约50纳米的平均直径。
16.按照权利要求13所述的方法，其中，该激光束是由二氧化碳激光器产生的。
17.按照权利要求13所述的方法，其中，锌前体是ZnCl2。
18.按照权利要求13所述的方法，其中，该分子流是在一维上延长的。
19.一种用于生产硫化锌颗粒的方法，包括在一个反应室中高温分解一种含有一种锌前体、一种硫源和一种辐射吸收气体的分子流的步骤，其中高温分解是由从激光束吸收的热驱动的。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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