CN1397828A - 光源和利用该光源的显示器 - Google Patents
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Abstract
增强荧光粉亮度是通过制成荧光发生单元中有以下合成物分子式表示的荧光粉的荧光屏以及获得使用白光的显示器，该荧光屏的荧光色得到改进且有极好的特性。合成物分子式：(L1－a－bGdaCeb)3(Al1－cGac)5O12：Md，其中a，b和c是在0≤a＜1.0，0＜b≤0.1和0≤c≤1.0的各自范围内，M是单价离子掺杂剂，它包含在约0＜d≤1000wt－ppm的荧光粉中。单价离子掺杂剂M是选自K，Na，Li，Cu，Ag和Au中至少一种类型元素。
Description
技术领域
本发明涉及配备紫外可见激励光发生单元和荧光发生单元的光源和利用该光源的显示器，紫外可见激励光发生单元用于产生第一可见光和紫外光，荧光发生单元有荧光屏，当激励光发生单元产生的紫外可见光作为激励光照射到荧光屏时，荧光屏产生第二可见光，该光源的光用于液晶显示器(液晶显示板的后照光)。
背景技术
为了在液晶显示器上显示彩色图像，液晶显示器的光源(后照光)是很重要的。最近以来，人们要求光源的小型化和增强光源质量。为了增强作为显示器的液晶显示器质量，要求进一步增强从光源发射的白光质量。
为了增强图像的质量和亮度，要求优化白光的色温和增强亮度饱和特性，亮度退化特性和衰减特性。亮度饱和和退化特性有很大的差别，它取决于荧光粉材料的种类，制作方法，掺杂剂和成分。
为了改进这些条件，讨论了有较好特性的荧光粉选择以及改进合成物和制造方法。为了改进这些缺陷，提出这样的建议，荧光粉是被来自蓝光发射二极管(以下称之为蓝光LED)的蓝光所激励，例如，蓝光LED是由氮化镓制成，以及获得白光，并讨论了实际的使用。
例如，这些公开在日本出版未审查的专利申请号Hei 10-269822中。此时，我们已知道使用(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12：Ce荧光粉的荧光粉材料，该材料的亮度退化是很小的。这种荧光粉发射黄绿光，通过混合黄绿光和来自蓝光LED的蓝光以获得白光。
然而，存在这样一个问题，此时白光的色温是不够的，液晶显示器的图像质量也不够好。所以，白光源存在这样一个问题，彩色重现区很小，特别是，红光的色纯度不能令人满意。此外，光源保持长时间的稳定亮度是很重要的，还要求改进亮度特性。
发明内容
所以，本发明的第一个目的是提供一种用于液晶显示器后照光的光源，具体是一种白光源，其中荧光发生单元和紫外可见激励光发生单元组合在一起，荧光发生单元有亮度特性极好的掺Ce稀土石榴石荧光粉，其发光效率得到改进，它表示成(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12：Ce荧光粉，通过增加红光发射成分，得到白场色温改进的荧光粉，而紫外可见激励光发生单元有激励荧光粉并产生绿光的紫外光成分和蓝光发射成分。
此外，本发明的第二个目的是提供一种液晶显示器，该液晶显示器配备上述高性能白光作为后照光并有高图像质量和利用液晶显示的显示器。
通过配备紫外可见激励光发生单元和荧光发生单元的光源可以实现第一个目的，紫外可见激励光发生单元用于产生第一可见光和紫外光，荧光发生单元有荧光屏，当紫外可见激励光发生单元产生的紫外可见光作为激励光照射到荧光屏时，荧光屏产生第二可见光，把来自紫外可见激励光发生单元的第一可见光和来自荧光发生单元的第二可见光进行混合以获得白光，其特征是，荧光屏包含以下合成物分子式表示的荧光粉。
荧光粉合成物分子式：(L1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12：Md
然而，L是选自La，Y，Lu和Sc中至少一种类型的稀土元素，a，b和c是在0≤a＜1.0，0＜b≤0.1和0≤c≤1.0的每种合成物范围内，M是单价金属元素掺杂剂，含量d是在0＜d≤1000wt-ppm的范围内。
在上述荧光粉的合成物中，理想的是，单价金属元素掺杂剂M是选自Li，Na，K，Cu，Ag和Au中至少一种类型的单价金属元素，重要的是，仅包含K或K和另一种单价金属元素的合成物是最佳的。M含量d的作用是改进亮度特性，即使该含量很小，如上所述，在0＜d≤1000wt-ppm的范围内，然而，最好是，在50≤d≤500wt-ppm的范围内。
M是单价金属元素掺杂剂，掺杂M到荧光粉中是通过添加M的硫酸盐和硼酸盐完成的，例如，在合成荧光粉时，添加一定量的硫酸钾和钠代硼酸盐作为助熔剂(flux)。
上述合成物分子式表示的荧光粉特征是，在利用Cu材料的Kα特征X射线测量X射线衍射强度时，(211)取向的GdAlO3衍射线强度是有该合成物的荧光粉在(420)取向的衍射线强度的1/5或更小。
光源中的紫外可见激励光发生单元是由紫外光灯，蓝光荧光灯，或有可见光成分和紫外光成分的激励光源构成，例如，氮化镓(GaN)制成的蓝光LED，其发射峰值是在350至460nm附近。理想的是，构成荧光发生单元的荧光屏是这样形成的，该荧光屏至少覆盖激励光源的发射面。
通过配备液晶显示板，形成液晶显示板后照光的光源和控制装置的显示器可以实现第二个目的，控制装置控制光源产生的可见光并显示图像信息到液晶显示板上，其特征是，该光源是由可以实现第一个目的的光源构成。
在荧光粉的合成物中，掺杂单价金属元素的作用是改进亮度特性，即，增强发光效率(增强亮度)，d的含量是在上述的0＜d≤1000wt-ppm的范围内，最好是，在上述的50≤d≤500wt-ppm的范围内。
掺杂单价金属元素的另一个作用是避免亮度退化，掺杂Gd到上述合成物分子式表示的荧光粉中，如下所述，是为了增加红光成分和改进白光源的特性。荧光粉合成物中Gd的含量a是在0≤a≤1.0的范围内，然而，为了增加红光成分，理想的是，含量a是在0.3≤a≤0.8的范围内。然而，在掺杂Gd时，亮度发生退化，但是，通过掺杂单价金属元素，可以避免亮度退化。
若使用掺杂Ce到常规类型基质材料(利用现有技术的样本)Y3(Al1-zGaz)5O12中的荧光粉，则在它的发射频谱中绿光远远强于红光，且不能调节色温到6000K附近。然而，通过添加Gd到基质材料中，可以增加红光成分。然而，存在这样一个问题，仅仅掺杂Gd到基质材料中会使亮度严重退化。
于是，如上所述，通过添加适当量的单价离子，可以得到亮度大大改进的Gd替代物含量。按照本发明的光源可以获得令人满意的特性，其中荧光发生单元利用荧光粉中添加上述Gd的荧光屏。
关于发射强度，作为发射中心的Ce密度是很重要的，若调整Ce的密度b到0＜b≤0.1的范围内，则亮度可以有令人满意的特性。
同时添加Ga和Al可以获得高亮度。若调整Al与Ga之间的比率，使Ga的密度c是在0.2≤c≤0.8的范围内，则亮度可以有令人满意的特性。
在日本出版的已审查专利申请号No.sho 54-34710和No.sho 52-3627以及日本出版的未审查专利申请号Hei 10-140150中，公开一种石榴石制成的荧光粉，它有按照本发明的荧光粉并有类似于按照本发明荧光粉的合成物。然而，由于下列的原因，实际使用这些荧光粉是很困难的。
其原因是不能获得足够的结晶度。这是由于制造方法造成的。就是说，类似于这些荧光粉，利用石榴石制成荧光粉，在烘烤中主要使用氟化钡助熔剂以促使晶体生长。在这些荧光粉中也使用氟化钡。
若氟化钡用于按照本发明荧光粉的合成，则不能获得有足够结晶度的荧光粉。与此同时，在合成按照本发明的荧光粉中，使用单价金属的硫酸盐和硼酸盐，例如，硫酸钾和钠代硼酸盐作为助熔剂，获得令人满意的晶体。
附图说明
图1是按照本发明一个实施例光源配置的示意图；
图2表示本发明一个实施例利用蓝光荧光灯的光源配置；
图3表示本发明一个实施例利用蓝光LED的光源配置；
图4表示本发明一个实施例的荧光发生单元中荧光粉的发射频谱；
图5表示本发明一个实施例的激励光发生单元中使用蓝光LED的发射频谱；
图6表示本发明一个实施例的白光发射频谱；
图7表示本发明一个实施例的白光发射频谱；
图8表示本发明一个实施例的荧光发生单元中发射强度与Ce含量比率b之间的关系；
图9表示本发明一个实施例中发射强度与各种助熔剂成分之间的关系；
图10表示本发明一个实施例中白光发射频谱随各种助熔剂成分发生的变化；
图11表示本发明一个实施例中使用硫酸钾助熔剂成分的荧光粉X射线衍射图；
图12表示本发明一个实施例中使用氟化钡助熔剂成分的荧光粉X射线衍射图；
图13表示本发明一个实施例中硫酸钾用作助熔剂成分的情况下发射强度与助熔剂含量之间的关系。
具体实施方式
以下参照附图详细地描述本发明的各个实施例。
第一个实施例
荧光粉合成
使用Y2O3，Gd2O3，Ce2(C2O4)39H2O，Al2O3或Ga2O3材料，并在0.5摩尔硫酸钾助熔剂成分添加到1摩尔荧光粉中之后，把这些混合物放入到氧化铝坩埚中，氧化铝坩埚是加盖的，在1600℃的空气中烘烤坩埚3个小时。充分洗涤烘烤的产品以去掉助熔剂成分。此外，干燥被烘烤的产品以得到荧光粉末。因此，我们得到下列合成物分子式表示的荧光粉：(Y0.1Gd0.89Ce0.01)3Al2Ga3O12K。然而，钾K在合成物分子式中的含量是150wt-ppm。
光源组装
在把上述方法得到的荧光粉末分散到粘合剂中之后，把它均匀地放置在塑料衬底上，在低温下蒸发它的溶剂，从而制成荧光粉。其次，把作为激励光源的紫外(UV)光灯，蓝光荧光灯或紫外光LED或蓝光LED与荧光屏进行组装以获得光源。
此后，当给激励光源提供电源时，就产生激励光，并从荧光屏上获得黄绿光，若把蓝光荧光灯与蓝光LED进行组合，则观察到白光。
图1是按照本发明光源的示意图。该光源是由激励光发生单元和荧光发生单元构成，激励光发生单元用于产生激励荧光粉的激励光(紫外光线)和第一可见光，而荧光发生单元用于产生激励光激励的第二可见光(黄绿光)。
图2是一个液晶显示器配置例子的方框图，其中蓝光荧光灯用作激励光发生单元1，光源利用荧光发生单元5中的荧光屏，来自该光源的白光照射液晶显示面板7的背面作为后照光。此外，图3是光源6配置例子的剖面示意图，其中蓝光LED用作激励光发生单元1。图3中的参考数字1表示蓝光LED，数字3和4表示给蓝光LED提供功率的电源端子，而数字2表示光漫射层。
图4表示荧光发生单元中荧光粉的发射频谱，图5表示蓝光LED的发射频谱，而图6表示白光源的发射频谱，白光源的发射频谱是通过合成图4所示荧光粉的发射频谱和图5所示蓝光LED的发射频谱得到的。
第二个实施例
利用图3所示配置例子中的光源6评价荧光屏的性能。然而，该荧光屏的评价是在蓝光LED 1与荧光屏5分开的状态进行的。
利用这样一种方法产生不同合成物分子式(Y0.5-bGd0.5Ceb)3Al2Ga3O12表示的荧光屏，其中Ce的密度为b，而利用第一个实施例中有图5所示发射频谱的蓝光LED评价激励发射特性。在此情况下，Ce的密度为0.04，和添加500wt-ppm的金属元素K。图7表示依靠蓝光LED激励的白光源发射频谱。
Ce的密度b有图8所示的关系，它表示b在0.001至0.08的范围内有令人满意的发射特性，特别是，若Ce的密度b是在0.01至0.05的范围内，则发射强度变成最大。
若利用Ce材料的Ce2O3观察密度的变化，则也能获得基本类似的发射特性。图8所示的Ce密度b随晶体结构和合成条件而变化。
第三个实施例
在荧光粉合成的材料中，使用Gd2O3，Ce2(C2O4)39H2O，Al2O3或Ga2O3，此外，使用硝酸钾，碳酸钾或氟化钡(BaF2)的助熔剂成分代替第一个实施例中的硫酸钾，利用类似于第一个实施例中的烘烤方法，烘烤有(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12合成物的荧光粉，制成另一种荧光屏。若使用硝酸钾，则添加0.6摩尔硝酸钾以产生1摩尔荧光粉，或者，若使用碳酸钾，则添加0.8摩尔碳酸钾。在以上两种情况下，荧光粉中钾的含量大致为150wt-ppm。
对于这些荧光屏，如同第二个实施例中一样，评价蓝光LED激励的发射特性。图9表示这种结果。图10表示所得典型荧光粉的发射频谱。
对比实例
荧光粉合成的材料是与第三个实施例和第一个对比实例中的材料相同，利用类似于第一个实施例中的烘烤方法，但不使用助熔剂成分，烘烤有合成物(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12的荧光粉，制成另一种荧光屏。对于这种荧光屏，如同第二个实施例中一样，评价蓝光LED激励的发射特性。图9表示这种结果。
在第二个对比实例中，添加0.2摩尔氟化钡助熔剂成分以产生1摩尔荧光粉，利用类似于第一个对比实例中的方法制作荧光屏，如同第二个实施例中一样，评价蓝光LED激励的发射特性，图9表示这种结果。
从图9中可以清楚地看出，在使用助熔剂烘烤的情况下，获得的荧光粉发射强度是特别地高。我们发现，特别是在钾盐用作助熔剂成分的情况下，与烘烤钇铝石榴石(YAG)荧光粉方法中一般使用氟化钡(BaF2)的情况进行比较，可以获得更高的发射强度(相当于1.1倍至1.3倍)。可以说，与第二个对比实例中使用氟化钡的发射强度进行比较，这个实施例中的荧光粉发射强度是它的1.1倍至1.3倍，是这种类型荧光粉中的极好特性。
第四个实施例
如同第三个实施例中一样，荧光粉材料使用Gd2O3，Ce2(C2O4)39H2O，Al2O3或Ga2O3，助熔剂成分为硫酸钾(在这个实施例中)或氟化钡(在第二个对比实例中)，利用类似于第一个实施例的烘烤方法，烘烤有合成物(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12的荧光粉，制成另一种荧光屏。在利用上述材料制成的产品中添加的助熔剂是在1/100摩尔至2摩尔的范围内。添加0.5摩尔的硫酸钾，其K的含量为150ppm。
图11表示在硫酸钾用作助熔剂的情况下利用Cu材料的特征X射线Kα测量荧光粉的X射线衍射强度图形。图12表示在BaF2用作助熔剂情况下的衍射强度图形。
如图12所示，若BaF2用作助熔剂，则出现的GdAlO3衍射线是非同相分量，然而，在图11中，若硫酸钾用作助熔剂，则几乎不出现GdAlO3衍射线。若我们把(211)取向的GdAlO3衍射线与(420)取向的(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12衍射线进行比较，这是很清楚的，(211)取向的GdAlO3衍射线出现在2θ＝32至34度的较大侧，而(420)取向的(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12的衍射线出现在较小侧。
就是说，在图12中，(211)取向出现的GdAlO3衍射线的强度相当于(420)取向的(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12衍射线强度的约1/5。与此同时，在图11中，(420)取向出现的(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12衍射线的强度大致与图12中的相同，然而，在(211)取向上没有GdAlO3衍射线。若作为助熔剂成分的硫酸钾含量是在1/100摩尔至2摩尔的范围内变化，则强度比率总是小于1/5。
第五个实施例
在使用硫酸钾助熔剂成分的情况下，其含量是变化的，在其他方面类似于第一个实施例的状态下烘烤有合成物(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12的荧光粉，制成另一种荧光屏。如同第二个实施例的这些荧光屏一样，评价蓝光LED激励的发射特性。图13表示这种结果。
图13还表示每个样本中的K含量(wt-ppm)。从图13中可以清楚地看出，荧光粉中K含量的增大基本与助熔剂含量成正比，而发射强度的增大是在K含量为50至500wt-ppm的范围内。
第六个实施例
在使用氟化钡(BaF2)助熔剂成分的情况下，且钾是以KCl的形式添加的，添加量是变化的，在其他方面类似于第一个实施例的状态下烘烤有合成物(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12的荧光粉，制成另一种荧光屏。如同第二个实施例的这些荧光屏一样，评价蓝光LED激励的发射特性。
在此情况下，包含在荧光粉中的K含量可以变化，它与助熔剂量无关。K含量的增加基本与添加的KCl量成正比。在K含量d直至1000wt-ppm的范围内，与没有添加钾的情况(K含量大致为0)进行比较，通过掺杂剂增强发射强度得到确认。
第七个实施例
在使用氟化钡(BaF2)助熔剂成分的情况下，除了钾以外，按顺序添加作为单价金属元素的Li，Na，Cu，Ag或Au(添加量是100wt-ppm，且是固定的)，在其他方面类似于第一个实施例的状态下烘烤有合成物(Gd0.99Ce0.01)3Al2Ga3O12的荧光粉，制成另一种荧光屏。如同第二个实施例的这些荧光屏一样，评价蓝光LED激励的发射特性。
在任何情况下，包含在烘烤荧光粉中的每个元素含量大致为100wt-ppm，且在任何情况下，与没有掺杂单价金属元素的情况(K含量大致为0)进行比较，通过掺杂剂增强发射强度得到确认。在任何情况下，得到的荧光粉发射频谱与第三个实施例中的基本相同。
按照本发明，可以得到适合于高质量显示的荧光粉和高质量显示器。
Claims (7)
1.一种配备紫外可见激励光发生单元和荧光发生单元的光源，紫外可见激励光发生单元产生第一可见光和紫外光，荧光发生单元有荧光屏，当紫外可见激励光发生单元产生的紫外可见光作为激励光照射荧光屏时，荧光屏产生第二可见光，把来自备紫外可见激励光发生单元的第一可见光与来自荧光发生单元的第二可见光进行混合以获得白光，其中：
荧光屏包含以下合成物分子式表示的荧光粉，
荧光粉合成物分子式：(L1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12：Md
其中L是选自La，Y，Lu和Sc中至少一种类型的稀土元素，a，b和c是在0≤a＜1.0，0＜b≤0.1和0≤c≤1.0的每种合成物范围内，M是单价金属元素掺杂剂，而含量d是在0＜d≤1000wt-ppm的范围内。
2.按照权利要求1的光源，其中：
合成物分子式中的M是选自Li，Na，K，Cu，Ag和Au中至少一种类型的单价金属元素；和
含量d是在50≤d≤500wt-ppm的范围内。
3.按照权利要求1的光源，其中：
在利用Cu材料的Kα特征X射线测量X射线衍射强度时，合成物分子式表示的荧光粉在(211)取向的GdAlO3衍射线强度是有该合成物的荧光粉在(420)取向的衍射线强度的1/5或更小。
4.一种配备液晶显示板，形成液晶显示板后照光的光源和控制装置的显示器，控制装置控制光源产生的可见光并显示图像信息到液晶显示板上，其中：
光源配备紫外可见激励光发生单元和荧光发生单元，紫外可见激励光发生单元产生第一可见光和紫外光，而荧光发生单元有荧光屏，当紫外可见激励光发生单元产生的紫外可见光作为激励光照射到荧光屏时，荧光屏产生第二可见光，把来自紫外可见激励光发生单元的第一可见光和来自荧光发生单元的第二可见光进行混合以获得白光；和
荧光屏包含以下合成物分子式表示的荧光粉，
荧光粉合成物分子式：(L1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12：Md
其中L是选自La，Y，Lu和Sc中至少一种类型稀土元素，a，b和c是在0≤a＜1.0，0＜b≤0.1和0≤c≤1.0的每种合成物范围内，M是单价金属元素掺杂剂，而含量d是在0＜d≤1000wt-ppm的范围内。
5.一种配备紫外可见激励光发生单元和荧光发生单元的光源，紫外可见激励光发生单元产生第一可见光和紫外光，荧光发生单元有荧光屏，当激励光发生单元产生的紫外可见光作为激励光照射到荧光屏时，荧光屏产生第二可见光，把来自紫外可见激励光发生单元的第一可见光和荧光发生单元产生的第二可见光进行混合以获得白光，其中：
荧光屏包含以下合成物分子式表示的荧光粉，
荧光粉合成物分子式：(L1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12：Md
其中L是选自La，Y，Lu和Sc中至少一种类型稀土元素，a，b和c是在0≤a＜1.0，0＜b≤0.1和0≤c≤1.0的每种合成物范围内，M至少包括K，而含量d是在50≤d≤500wt-ppm的范围内。
6.按照权利要求5的光源，其中：
在利用Cu材料的Kα特征X射线测量X射线衍射强度时，合成物分子式表示的荧光粉在(211)取向的GdAlO3衍射线强度是有该合成物的荧光粉在(420)取向的衍射线强度的1/5或更小。
7.一种配备液晶显示板，形成液晶显示板后照光的光源和控制装置的显示器，控制装置控制光源产生的可见光并显示图像信息到液晶显示板上，其中：
光源配备紫外可见激励光发生单元和荧光发生单元，紫外可见激励光发生单元产生第一可见光和紫外光，而荧光发生单元有荧光屏，当激励光发生单元产生的紫外可见光作为激励光照射到荧光屏时，荧光屏产生第二可见光，为的是把来自紫外可见激励光发生单元的第一可见光和来自荧光发生单元的第二可见光进行混合以获得白光；和
荧光屏包含以下合成物分子式表示的荧光粉，
荧光粉合成物分子式：(L1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12：Md
其中L是选自La，Y，Lu和Sc中至少一种类型的稀土元素，a，b和c是在0≤a＜1.0，0＜b≤0.1和0≤c≤1.0的每种合成物范围内，M至少包括K，而含量d是在50≤d≤500wt-ppm的范围内。
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