TW201302601A - 有關磷光體之改良 - Google Patents

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Abstract

一種使用磷光體和沸石之組合，將UV光或藍光轉變成可見光，以改良磷光體和電發光裝置之性質的解決方案。

Description

有關磷光體之改良
本發明的第一方面係關於用以改良磷光體之性質的解決方案，第二方面係關於使用磷光體將UV-可見光(特別是紫外光(UV)或藍光)轉變成適用於此處的光之電發光裝置。
雖然本發明的主要工業應用在於以轉變成白光為基礎之裝置，但若感興趣的轉變係選自可見光譜的窄帶射線(即，有色射線)之轉變，其可有利地使用。
用以轉變UV光的磷光體用於各式各樣裝置，其中最常見者係放電照明燈、螢光燈、磷光體白LED和用於觀看資訊的顯示器(特別是電漿顯示器)。
磷光體面對的問題之一在於它們可能因為與所使用之相同裝置內的H2O作用而分解。H2O存在對於磷光體之影響的更多資訊可見於Mishra等人的論文“Investigation on fluorescence degradation mechanism of hydrated BaMgAl10:Eu2+ phosphor”，2005年發表於Electrochemical Society,No. 152,p.183-190。欲解決此問題，以JP2008069290公開的專利申請案描述使用沸石作為磷光體，其中螢光基質係以源自於鹽溶液的稀土離子進行過經離子交換的沸石。此專利申請案中，由於描述螢光奈米沸石(即，不僅單一方向具有奈米尺寸的沸石粒子)在光射線的發射轉變並無效能，所以沸石結晶成六角板形。此外，專利申請案JP2008069290要求沸石的離子交換率至少20%。
國際專利申請案WO2009/123498藉由施用沸石和奈米結構的金屬氧化物處理磷光體分解的問題，而Guochofeng等人的論文“Study on the stability of phosphor SrAl2O4,Eu2+,Dy3+,in water and method to improve its moisture resistance”，2007年發表於Material Chemistry and Physics,No. 106,p.268-272建議以隔絕材料塗覆磷光體。
取而代之地，電發光有機裝置中使用奈米結構的H2O揭示於發佈的專利申請案EP1655792，其中描述使用透光層移除H2O，其由尺寸低於100奈米的金屬鹽或氧化物所組成以確保其透光性。
本發明之目的在於改良磷光體的性質，其不僅面對因為H2O存在而造成的分解問題，亦藉由改良磷光體發射的射線而增進品質，且在其第一方面，係關於一種用以將射線(最常見的情況中，波長在210奈米至800奈米範圍內)轉變成可見光的複合層，其含有磷光體合併奈米尺寸沸石的層，其特徵在於95%的這些奈米沸石的尺寸介於60和400奈米之間。
一般言之，當描述指稱粒子尺寸時，將意謂至少95%粒子含括於所指定的尺寸範圍內。
特別地，發明者已發現藉由使用特定種類之具有指定(奈米)粒子尺寸的H2O吸收劑，即沸石，不僅延長其壽命，亦改良磷光體的發射性質。
重要的是大部分的沸石具有指定尺寸，可接受小部分(低於5%)的尺寸在指定範圍(即60-400奈米)以外。
關於其使用方法，奈米沸石可藉由適當分散劑(如水、甲醇、異丙醇、乙基纖維素、正丁醇、二甲苯、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯基吡咯啉酮、聚乙烯基甲醚、聚丙烯酸、聚環氧乙烷，它們皆於之後藉固化處理而移除大部分)沉積。或者，奈米沸石可以分散於聚合性基質(必須透明，基質的入射光穿透率至少90%，亦須確保在UV範圍內透光)中的形式使用。此情況中，使用聚二烷基矽氧烷樹脂較佳。或者，此奈米沸石亦可以無機黏合劑(如氧化鋁或經氧化鋁塗覆的氧化矽球)分散。
特別地，發現三個可能的較佳實施例，其中的各者提供特殊優點。
根據它們的第一者，沸石與磷光體混合；此情況中，觀察到發光均勻度之改良及其略為提高。此實施例中，奈米沸石的較佳尺寸介於80和150奈米之間且粒子分佈峰位於約100奈米(即，95%沸石在90-110奈米範圍內)得到最佳結果。
根據第二實施例，奈米沸石形成覆於該磷光體的覆層，使得該覆層面對裝置內部。
在汞存在的裝置(如螢光燈)中，由於奈米沸石施行對於H2O和亦造成磷光體分解的汞蒸氣二者之保護作用，所以此特別的構造特別有利，此如專利申請案US 2009/0050848中所示者，其揭示保護層，但未考慮關於用以形成此層之粒子尺寸選擇之影響。
因此，使用根據本發明之奈米沸石亦有降低因為水和其分解產物(OH+和H-自由基)之存在而造成的汞消耗的額外效果。介於汞和水和其衍生物之間的此作用機構，如論文“The effect of contaminants on the mercury consumption of fluorescent lamps”，I. Bakk等人發表於J. Phys. D:Appl. Phys. 42(2009)095501中所述者，不僅含括使用所不欲的較高量Hg的必要性，相較於初始值，亦降低發光強度。根據本發明，此實施例中，奈米沸石的較佳尺寸介於250和350奈米之間。特別地，粒子分佈峰位於約300奈米，即，其中95%奈米沸石在280-320奈米範圍內，得到最佳結果。
第三變體提供奈米沸石層置於磷光體層上，藉此作為介於裝置表面(通常為玻璃質且透明)和磷光體層之間的中間層，藉此不再與裝置的內側直接接觸。此情況中，奈米沸石亦可與氧化鋁或其他氧化物粒子混合以增添玻璃的保護作用。此情況中有雙重優點：一方面藉由玻璃脫氣而形成水的阻擋物，藉此保護磷光體。及除此效果之外，此情況中亦驚訝地發現到使用粒子尺寸介於80和400奈米之間(因此，如前文已解釋者，所用沸石的95%之尺寸在此範圍內)的奈米沸石提供關於發光強度的優點。使用尺寸介於60和100奈米之間的奈米沸石，此特殊構造的這些效果更顯著。特別地，粒子分佈峰位於約80奈米處者(即，95%奈米沸石在70-90奈米範圍內)，得到最佳結果。
三種不同構造的較佳粒子尺寸之使用顯示自介於前述實施例和奈米沸石的粒子尺寸之間之任何可能的組合亦得到優點和意想不到的效果。
前述三個實施例可先彼此以各種方式組合：如磷光體層可介於兩層奈米沸石(第一層作為介於磷光體和裝置表面之間的介面，第二層作為介於磷光體和裝置的內部環境之間的介面)之間。
製造奈米沸石層的較佳方法有噴霧塗覆、浸塗或噴霧乾燥技巧，請參考，如“The Chemistry of Artificial Lighting Devices-lamps,Phosphors and Cathode Ray Tubes”,R.C.Ropp. ed. Elsevier 1993.第363頁所述的磷光體沉積技巧。
考慮分散劑之使用，固化或Lehring法(在空氣流中加熱)可與這些沉積法結合且用以移除本發明的那些實施例中的分散劑，或在一些情況中，若奈米沸石分散於未完全交聯或包含聚合性基質先質的基質中，則令聚合性基質聚合。一些實施例中，固化法具雙重目的，即，移除分散劑和令含有奈米沸石的聚合物基質固化。
本發明的第二方面中，本發明係關於一種電發光裝置，其包含用以將UV光或藍光轉變成可見光的複合層，該複合層含有磷光體合併奈米尺寸沸石的層，其特徵在於95%奈米沸石的尺寸介於60和400奈米之間。
施用本發明之標的物之最感興趣的裝置有用於觀看資訊的顯示器(特別是電漿顯示器)、螢光燈、放電燈和磷光體白LED。
實例1
製備用於螢光燈的市售三波長磷光體塗漆BaMg2Al16O27:Eu2+(Ce0.67Tb0.33)MgAl11O9(Y0.9Eu0.11)2O3，400克磷光體混入含有2重量/重量%樹脂(POLYOX WSR N-750，Dow Chemical Company)、0.5克界面活性劑(TERGINOL NP-6，Dow Chemical Company)、10克三乙醇胺和0.1克有機消沫劑(市售品，商標名SAG 275B)的水中。藉噴霧塗覆，此塗漆沈積在平面玻璃基質上並於350℃加熱5分鐘，以得到15奈米厚的層(樣品1)。藉具有積分球的螢光光譜儀，藉254奈米UV激發，測定磷光體層的轉變效能。測得的轉變效能約60%。
藉由將覆層加至磷光體層上，製得其他兩個樣品。使用峰尺寸於300奈米的奈米沸石之800奈米厚的轉化層得到樣品2。取而代之地，平均尺寸2微米的沸石沉積成4微米厚的層，得到樣品3。用於此二樣品，沸石沈積法為一般知道之沸石的含水分散液(濃度約10%重量/重量)的刮刀塗覆技巧，之後於100℃ 30分鐘進行凝聚處理。
相較於自樣品1觀察到的效率，樣品2測得的轉變效率改良超過10%，而相較於自樣品1觀察到的效率，樣品3測得的轉變效率降低超過10%。其結果節錄於表1。

Claims (18)

  1. 一種用以將UV光或藍光轉變成可見光的複合層，其含有磷光體合併奈米尺寸沸石的層，其特徵在於95%奈米沸石的尺寸介於60和400奈米之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之複合層，其中該奈米沸石分散於透明聚合性基質中。
  3. 如申請專利範圍第1項之複合層，其中該奈米沸石與磷光體一同均勻分散。
  4. 如申請專利範圍第3項之複合層，其中95%該奈米沸石的尺寸介於80和150奈米之間。
  5. 如申請專利範圍第4項之複合層，其中95%該奈米沸石的尺寸介於90和110奈米之間。
  6. 如申請專利範圍第1項之複合層，其中該奈米沸石形成覆於該磷光體層的覆層。
  7. 如申請專利範圍第6項之複合層，其中95%該奈米沸石的尺寸介於250和350奈米之間。
  8. 如申請專利範圍第7項之複合層，其中95%該奈米沸石的尺寸介於280和320奈米之間。
  9. 如申請專利範圍第1項之複合層，其中該奈米沸石形成介於該磷光體層和透明基質之間的中間層。
  10. 如申請專利範圍第9項之複合層，其中95%該奈米沸石的尺寸介於60和100奈米之間。
  11. 如申請專利範圍第10項之複合層，其中95%該奈米沸石的尺寸介於70和90奈米之間。
  12. 一種電發光裝置，其包含用以將UV光或藍光轉變成可見光的複合層，該複合層含有磷光體合併奈米尺寸沸石的層，其特徵在於95%奈米沸石的尺寸介於60和400奈米之間。
  13. 如申請專利範圍第12項之電發光裝置，其中該奈米沸石形成覆於該磷光體層的覆層，該覆層面對該裝置內部。
  14. 如申請專利範圍第12項之電發光裝置，其中該奈米沸石形成介於該磷光體層和透明基質之間的中間層。
  15. 如申請專利範圍第12項之電發光裝置，其中該裝置係電漿顯示器。
  16. 如申請專利範圍第12項之電發光裝置，其中該裝置係螢光燈。
  17. 如申請專利範圍第12項之電發光裝置，其中該裝置係放電燈。
  18. 如申請專利範圍第12項之電發光裝置，其中該裝置係磷光體白LED。
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