WO2010102442A1

WO2010102442A1 - 产生白光的方法及发光装置

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Publication number: WO2010102442A1
Application number: PCT/CN2009/070708
Authority: WO
Inventors: 周明杰; 马文波
Original assignee: 海洋王照明科技股份有限公司
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-16
Also published as: JP2012519943A; EP2408024A1; CN102369603A; EP2408024A4; US20110316452A1; CN102369603B

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°C~80°C )、响应时间短（<lms)、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 Y₂Si0₅:Ce、 SrGa₂S₄:Ce、 ZnS:Ag、 ZnS:Tm、 Sr₂Ce0₄、 ZnS:Zn或 AlN:Eu;

或者 La _(1-x) Ga _{( 1-}y) Aly0₃:xTm，其中 0< χ≤0·1， 0<y<l ;

或者由 Y、 Gd、 Lu、 Sc部分或完全取代 La的 La ^ Ga u^ Aly0₃:xTm，其中 0< x≤0.1， 0<y<l o

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 (Al_1-xGa_x) ₅0₁₂： Ce，其中 0≤χ≤1，！^为丫、 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 (Al_1-xGa_x) ₅0₁₂： Ce, 其中 0≤χ≤1，！^为丫、 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 Y₂Si0_{5 :} Ce、 SrGa₂S₄: Ce、 ZnS: Ag、

ZnS: Tm、 Sr₂Ce0₄、 ZnS: Zn或 A1N: Eu;

或者 La _(1-x) Ga _{( 1-}y) Aly0₃:xTm，其中 0< χ≤0·1， 0<y<l ;

或者由 Y、 Gd、 Lu、 Sc部分或完全取代 La的 La ^ Ga u^ Aly0₃:xTm，其中 0< x≤0.1， 0<y<l制成。

其中， Y₂Si0_{5 :} Ce是指以 Ce为激活剂的 Y₂Si0₅发光材料，其余 SrGa₂S_4: Ce、 ZnS: Ag、 ZnS: Tm、 ZnS: Zn、 A1N: Eu的含义与此相同， La ₍ i_-x) Ga ₍ i_-y) Al_y0₃:xTm是指以 Tm激活剂的 La _(1-x) Ga _{( 1-y)} Al_y0₃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： Y₂Si0_{5 :} Ce, SrGa₂S₄: Ce, Sr₂Ce0₄、 ZnS : Ag， ZnS : Tm， ZnS : Zn， A1N: Eu， La ₍i_-x) Ga ₍i_-y) Al_y0₃ : xTm (其中 0< x≤0.1， 0≤y≤l，另夕卜，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 (Al_1-xGa_x) ₅0₁₂： Ce, 0<χ<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: Ceo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 La。.₉₉Ga0_{3 :} O.OlTm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 5 kV，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 Y₂Si0_{5 :} 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 (Al。.₈Ga。.₂) ₅0₁₂ 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 SrGa₂S_{4 :} 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 Tb ₃ (Al₀.₆Ga₀.₄) ₅0₁₂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 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 Y₃A1₅0₁₂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 Y₃A1₅0_{12 :} 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 Y₃Al₅0_{12 :} 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 A1N: 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 Gd₃ Ga₅0₁₂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（Y。.₉， Gdo.i ) 3 (Al₀.₈Gao.₂) ₅0₁₂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 Y₃ Ga₅0₁₂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 La。.₉₉Ga0_{3 :}

O.OlTm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 Y 3 A1 ₅0₁₂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 Y₃A1₅0_{12 :} Ce激发光谱与发射光谱； d为 La。.₉₉Ga0_{3 :} O.OlTm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， La。.₉₉Ga0_{3 :} O.OlTm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， Lao.₉₉Ga0_{3 :} O.OlTm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 La。.₉₉A10_{3 :} O.OlTm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 Lu₃ Ga₅0₁₂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 La。.₉₉ (Ga。.₈Al。.₂) 0₃： O.OlTm, 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 La₃ Ga₅0₁₂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 Y。.₉₈ (Ga。.₈Al。.₂) 0₃： 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 Y₃A1₅0₁₂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 Sc。.₉₉ (Ga。.₈Al。.₂) 0₃： O.OlTm, 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 Y₃A1₅0₁₂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 LUo.99

(Ga₀.₇Al₀.₃) 0₃： O.OlTm, 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 Y₃A1₅0₁₂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 Sr₂Ce0₄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 Y₃A1₅0₁₂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 LaGa0_3: Tm、 Y₂Si0₅: Ce、 SrGa₂S₄: Ce、 ZnS: Ag、 ZnS: Tm、 Sr₂Ce0₄、 ZnS: Zn、 A1N: Eu;

La₀₉₉Ga₀₅Al₀₅O₃:0.01Tm、 La₀₉GaO₃:0.1Tm、 La₀₉₈AlO₃:0.02Tm、 La₀.₉₂Gao.₆Al₀.₄03:0.08Tm、 Lao.₆Y₀.33Gao.4Al₀.₆0₃:0.07Tm、

Gd。₉₆Ga。 ₃₅Al。 ₆₅O₃:0.04Tm、 La。₂Lu。 ₇₅ Ga。 ₈Al。₂O₃:0.05Tm 等。

黄色光致发光材料选择为 Y₃A1₅0_12: Ce、 Tb₃Al₅0i₂: Ce、 Gd₃Al₅0_12: Ce、 Lu₃Al₅0i₂: Ce、 La₃Al₅0_12: Ce、 Y₃Ga₅0_12: Ce、 Y₃ (Al₀₉， Ga₀₁) ₅0_12: Ce、 Y₃ (Al₀.₅， Ga₀.₅) ₅0₁₂： Ce、 Y₃ (Α1 _ι， Ga₀.₉) ₅0_12: Ce、 Y₃ (Al₀.₉， Ga _i) ₅0_12: Ce、（Y ₉， Gdo.i) 3 (Al₀.₉， Ga _i) ₅0_12: Ce、（Y ₅， Gd_a5) ₃ (Al₀.₉， Ga _i) ₅0₁₂： Ce、 (Yo.i, Gd_a9) 3 (Al₀.₉， Ga _i) ₅0_12: Ce等。

Claims

权利要求

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。

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 Y₂Si0₅:Ce、 SrGa₂S₄:Ce、 ZnS:Ag、 ZnS:Tm、 Sr₂Ce0₄、 ZnS:Zn或

AlN:Eu;

或者 La _(1-x) Ga _{( 1-}y) Aly0₃:xTm，其中 0< χ≤0·1， 0<y<l ;

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 (Al_1-xGa_x) ₅0₁₂： Ce, 其中 0≤x≤l， RE 为丫、 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 (Al_1-xGa_x) ₅0₁₂： Ce, 其中 0≤x≤l， 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 Y₂Si0_{5 :} Ce、 SrGa₂S₄: Ce、 ZnS: Ag、 ZnS: Tm、 Sr₂Ce0₄、 ZnS: Zn或 A1N: Eu;

或者 La _(1-x) Ga _{( 1-}y) Aly0₃:xTm，其中 0< χ≤0·1， 0<y<l ;