專利名稱:發(fā)光元件及其生產(chǎn)方法和顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及發(fā)光元件、生產(chǎn)該發(fā)光元件的方法,以及其中裝有所述發(fā)光元件的顯示設(shè)備。
背景技術(shù):
最近,平板型顯示器作為顯示設(shè)備已經(jīng)引起重視,例如等離子體顯示器已經(jīng)投入實(shí)際使用。因?yàn)槿菀状笮突?upsizing)并且可以得到高亮度和寬視角,所以等離子體顯示器已經(jīng)引起重視。但是,因?yàn)檫@種顯示器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且生產(chǎn)工藝也復(fù)雜,所以盡管已經(jīng)有所改善,但目前這種顯示器的成本仍居高不下。
此外,也已經(jīng)建議了另一種利用電致發(fā)光(EL)現(xiàn)象的顯示器。在無(wú)機(jī)EL中,通過(guò)無(wú)機(jī)熒光材料(phosphor)的電子與空穴的復(fù)合,或者使用激子來(lái)發(fā)光,激子通過(guò)施加在電極間的電壓來(lái)產(chǎn)生,所述電極布置在由半導(dǎo)體組成的無(wú)機(jī)熒光材料上,或者在半導(dǎo)體中的被加速電子碰撞所激發(fā)的作為發(fā)光中心的原子或離子返回基態(tài)時(shí)發(fā)光(參閱“Optical Property Handbook”,SHIGEO Shiotani等.,Asakura shoten出版(1984),pp 523-531,和“Principles of Light emission”,HIROSHIKobayashi,Asakura Shoten出版(2000),pp 10-11)。但是,因?yàn)槔珉y以擴(kuò)大規(guī)模和由于使用薄膜工藝造成的高生產(chǎn)成本等原因,無(wú)機(jī)EL仍然沒(méi)有得到廣泛使用。盡管還建議了有機(jī)分散型(dispersion)EL,但是它具有難于實(shí)現(xiàn)全色和壽命不長(zhǎng)的缺點(diǎn)。因此,也沒(méi)有被廣泛使用。
除了已經(jīng)付諸實(shí)際使用等離子體顯示器外,作為利用放電的顯示器,在JP H11(1999)-162640A中描述了一種顯示器在密封的容器內(nèi),將有機(jī)發(fā)光材料分子至少吸附到多孔顆粒(金屬氧化物或高聚物的球形顆粒)的表面上,并且在它們的表面上進(jìn)一步形成正極和負(fù)極。向這些電極施加DC電場(chǎng),誘導(dǎo)放電,以使其發(fā)光。此外,JPS59(1984)-18558 A建議在布置在發(fā)光材料上的電極之間,通過(guò)利用真空中稀有氣體(例如He和Xe)的輝光放電產(chǎn)生的紫外線來(lái)發(fā)光。
由于加載電壓或放電產(chǎn)生的熱量會(huì)引起有機(jī)發(fā)光材料分子蒸發(fā)(升華),所以上述在JP H11(1999)-162640A中描述的發(fā)光元件存在亮度降低和可靠性降低的問(wèn)題。
另外,為了產(chǎn)生輝光放電,JP S59(1984)-18558 A中描述的發(fā)明需要使用高電壓和真空密封稀有氣體。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種發(fā)光元件及其制備方法,所述發(fā)光元件減少了熒光材料的亮度和可靠性的降低,并且不需要輝光放電所需的真空密封和高電壓,也不需要使用更高級(jí)的薄膜技術(shù)。本發(fā)明還提供了具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和低成本的顯示器。
本發(fā)明涉及包括多孔發(fā)光體和至少兩個(gè)與發(fā)光體表面接觸的電極的發(fā)光元件,所述發(fā)光體包括具有空隙的絕緣體和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒。向所述至少兩個(gè)電極施加電壓,以產(chǎn)生放電,并且通過(guò)放電激發(fā)(pump)發(fā)光體,以使其發(fā)光。
通過(guò)以矩陣形式排列上述的發(fā)光元件,獲得本發(fā)明的顯示設(shè)備。
生產(chǎn)本發(fā)明上述發(fā)光元件的方法包括下列步驟第一步,在由具有空隙的絕緣體制成的片狀多孔體的表面上施用無(wú)機(jī)熒光材料糊劑;第二步,對(duì)絕緣體進(jìn)行熱處理,以形成多孔的發(fā)光體;第三步,形成至少兩個(gè)與所述發(fā)光體表面接觸的電極。
生產(chǎn)本發(fā)明上述發(fā)光元件的另一種方法包括下列步驟第一步,在導(dǎo)電襯底上施用包含絕緣纖維和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的糊劑,并進(jìn)行熱處理,以形成多孔的發(fā)光體;第二步,形成電極,并使其與發(fā)光體表面接觸。
生產(chǎn)本發(fā)明上述發(fā)光元件的再一種方法包括下列步驟第一步,成形包含絕緣纖維和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的糊劑,并進(jìn)行熱處理,以形成多孔的發(fā)光體;第二步,形成電極,并使其與發(fā)光體表面接觸。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的發(fā)光元件的剖視圖。
圖2A和圖·2B是本發(fā)明實(shí)施方案1和3的發(fā)光顆粒的剖視圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方案2的發(fā)光元件的剖視圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施方案3的發(fā)光元件的剖視圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施方案4的發(fā)光元件的剖視圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施方案5的發(fā)光元件的剖視圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施方案7的發(fā)光元件的剖視圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施方案8的發(fā)光元件的剖視圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施方案9的發(fā)光元件的剖視圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施方案10的發(fā)光元件的剖視圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施方案11的發(fā)光元件的剖視圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施方案12的發(fā)光元件的剖視圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施方案13的發(fā)光元件的剖視圖。
圖14是本發(fā)明實(shí)施方案14的發(fā)光元件的剖視圖。
圖15是本發(fā)明實(shí)施方案15的發(fā)光元件的剖視圖。
圖16A是本發(fā)明實(shí)施方案7的發(fā)光元件的剖視圖,其中從發(fā)光體表面到內(nèi)部均形成有光屏蔽薄膜,圖16B是具有溝槽的發(fā)光元件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)光元件包括表面上形成有絕緣無(wú)機(jī)熒光材料的多孔發(fā)光體和至少兩個(gè)與所述發(fā)光體表面接觸的電極。向發(fā)光元件施加電壓,以致在發(fā)光元件的表面及其內(nèi)部產(chǎn)生表面放電,然后表面放電產(chǎn)生的紫外光又激發(fā)發(fā)光元件,使其發(fā)光。
本發(fā)明的另一種發(fā)光元件包括含有無(wú)機(jī)熒光材料顆粒組裝形成的多孔發(fā)光體和至少兩個(gè)與所述發(fā)光體表面接觸的電極,所述無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的表面涂布有絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)。向該發(fā)光元件施加電壓,以在發(fā)光元件的表面及其內(nèi)部產(chǎn)生表面放電,并且舉例來(lái)說(shuō),表面放電產(chǎn)生的紫外光激發(fā)發(fā)光元件,使其發(fā)光。
此外,作為絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)(絕緣金屬氧化物),可以使用至少一種選自Y2O3、Li2O、MgO、CaO、BaO、SrO、Al2O3、SiO2、MgTiO3、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、ZrO2、TiO2、B2O3、PbTiO3、PbZrO3和PbZrTiO3(PZT)的物質(zhì)。這些材料是具有很小的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能ΔGf0(如,在室溫下為-100kcal/mol或更小)的穩(wěn)定物質(zhì),或者是具有100或更大介電常數(shù)的物質(zhì)。因此,它們具有高的絕緣電阻并且便于產(chǎn)生表面放電,而且即便在發(fā)生表面放電時(shí)也不易被還原而保持的絕緣金屬氧化物的特性。
此外,在發(fā)光元件中電極之間的發(fā)光體內(nèi)具有通過(guò)用針等鉆孔形成的通孔,以便于在發(fā)光體的內(nèi)部也產(chǎn)生表面放電。
此外,在發(fā)光元件中,可以將電阻低于絕緣金屬氧化物的物質(zhì)分散在電極之間的發(fā)光體內(nèi),從而便于在表面,甚至在發(fā)光體的內(nèi)部產(chǎn)生表面放電。
此外,在發(fā)光元件中,發(fā)光體的內(nèi)部可以填充惰性氣體,以形成便于產(chǎn)生紫外光的氣氛。
本發(fā)明的另一種發(fā)光元件包括包含具有空隙的絕緣體和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的多孔發(fā)光體;至少兩個(gè)與發(fā)光體表面接觸的電極。向至少兩個(gè)電極施加電壓,以產(chǎn)生放電,然后放電產(chǎn)生的紫外光又激發(fā)發(fā)光體,使其發(fā)光。
所述具有空隙的絕緣體是纖維結(jié)構(gòu)和具有連續(xù)泡的泡沫結(jié)構(gòu)中的至少一種。這種結(jié)構(gòu)便于無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的附著和放電。所述絕緣體優(yōu)選是無(wú)色的或者白色的,因?yàn)檫@不會(huì)給紅色、藍(lán)色和綠色熒光材料的發(fā)光帶來(lái)任何障礙。
此外,優(yōu)選通過(guò)將無(wú)機(jī)熒光材料顆粒附著到有空隙的絕緣體的表面上來(lái)制備發(fā)光體。
此外,優(yōu)選所述具有空隙的絕緣體纖維是包含至少一種選自Al、Si、Ca、Mg、Ti、Zn和B的元素的無(wú)機(jī)物質(zhì)。這些材料具有高的絕緣電阻值,并且具有優(yōu)異的耐熱性質(zhì)和耐酸、耐堿性質(zhì)。因此,在發(fā)光元件中,易于發(fā)生放電,并且可以得到耐熱且耐化學(xué)試劑的結(jié)構(gòu)。
此外,優(yōu)選所述纖維通過(guò)破碎陶瓷或玻璃得到。它們具有高的絕緣電阻值,并且具有優(yōu)異的耐熱性質(zhì)和耐酸、耐堿性質(zhì),因此在發(fā)光元件中,易于發(fā)生放電,并且可以得到耐熱且耐化學(xué)試劑的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選所述纖維是熱變形溫度為220℃或更高的耐熱合成纖維。熱變形溫度指纖維不熔化或變軟的溫度。因?yàn)槔w維只是被填充在發(fā)光體中,所以只要纖維能夠維持其形狀而不熔化或變軟就足夠了。作為熱變形溫度為220℃或更高的耐熱合成纖維的實(shí)例,可獲得的公知耐熱纖維包括氟纖維,例如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)和四氟乙烯-乙烯共聚物(PETFE);聚酰亞胺纖維、芳族聚酰胺纖維(包含間位基團(tuán)和對(duì)位基團(tuán))、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚酰胺酰亞胺纖維、聚酯酰亞胺纖維、聚醚纖維、聚醚醚纖維和聚砜纖維。
此外,無(wú)機(jī)熒光材料顆??梢杂媒^緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆,因而可以更高效地產(chǎn)生放電。
此外,作為絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)(絕緣金屬氧化物),可以使用至少一種選自Y2O3、Li2O、MgO、CaO、BaO、SrO、Al2O3、SiO2、MgTiO3、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、ZrO2、TiO2、B2O3、PbTiO3、PbZrO3和PbZrTiO3(PZT)的物質(zhì)。這些材料是具有很小的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能ΔGf0(如,在室溫下是-100kcal/mol或更小)的穩(wěn)定物質(zhì),或者是具有100或更大介電常數(shù)的物質(zhì)。因此,它們具有高的絕緣電阻,并且易于產(chǎn)生表面放電,而且即便在發(fā)生表面放電時(shí)也不易被還原而保持的絕緣金屬氧化物的特性。
此外,可以將電阻低于絕緣金屬氧化物的物質(zhì)分散在電極之間的發(fā)光體內(nèi),從而便于在表面,甚至在發(fā)光體的內(nèi)部產(chǎn)生放電。
此外,發(fā)光體的內(nèi)部是大氣壓的氣氛或者填充有惰性氣體,從而便于產(chǎn)生紫外光。
此外,以絕緣纖維的重量為1,混合物中無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的重量在0.1至10.0的范圍內(nèi)。這便于在表面,甚至在發(fā)光體的內(nèi)部產(chǎn)生放電。
此外,優(yōu)選所述絕緣纖維具有0.1至20.0微米的直徑和0.5至100微米的長(zhǎng)度,并且所述無(wú)機(jī)熒光材料顆粒具有0.1至5.0微米的平均粒徑。這便于在表面,甚至在發(fā)光體的內(nèi)部產(chǎn)生放電。
接下來(lái),在生產(chǎn)本發(fā)明發(fā)光元件的第一種方法中,優(yōu)選無(wú)機(jī)熒光材料糊劑包含表面用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆的無(wú)機(jī)熒光材料顆粒。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)具有便于高效產(chǎn)生放電的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
此外,可以通過(guò)將無(wú)機(jī)發(fā)光體顆粒浸入金屬配合物溶液、金屬烷氧化物溶液或膠體溶液中,接著進(jìn)行熱處理,從而用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆發(fā)光體的表面。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)具有便于高效產(chǎn)生放電的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
通過(guò)使用蒸發(fā)、濺射和CVD方法中的任何一種方法,將絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)附著到無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的表面上,來(lái)進(jìn)行絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)的覆蓋。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)具有便于高效產(chǎn)生放電的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
此外,在第二步之后和第三步之前,通過(guò)將發(fā)光體浸入金屬配合物溶液或者金屬烷氧化物溶液中,接著進(jìn)行熱處理,從而用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆發(fā)光體的表面。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)具有便于高效產(chǎn)生放電的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
另外,在第二步之后和第三步之前,使用蒸發(fā)、濺射和CVD方法中的任何一種方法,將絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)附著到發(fā)光體的表面上。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)具有便于高效產(chǎn)生放電的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
此外,通過(guò)以條紋形式施用包括紅色、藍(lán)色和綠色的三種顏色的無(wú)機(jī)熒光材料的糊劑來(lái)生產(chǎn)顯示設(shè)備。
此外,在不同顏色的無(wú)機(jī)熒光材料之間,可以提供光屏蔽薄膜或溝槽。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)出具有降低的顏色擴(kuò)散(spreading ofcolors)的清晰的發(fā)光元件。
此外,所述無(wú)機(jī)熒光材料糊劑可以包含起泡劑,這方便了具有多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的制備。
在生產(chǎn)本發(fā)明的發(fā)光元件第二種和第三種方法中,優(yōu)選地,在第一步之后和第二步之前,將發(fā)光體浸入金屬配合物溶液、金屬烷氧化物溶液或膠體溶液中,接著熱處理,從而將無(wú)機(jī)發(fā)光體的表面用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆。根據(jù)該方法,可以生產(chǎn)具有便于高效產(chǎn)生放電的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
另外,通過(guò)以矩陣形式排列上述的發(fā)光元件,可以低成本地生產(chǎn)具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的顯示設(shè)備。
下面是關(guān)于具體實(shí)施方案的描述。
(實(shí)施方案1)下面參照附圖描述實(shí)施方案1,其中涉及本發(fā)明的發(fā)光元件和使用該發(fā)光元件的顯示設(shè)備。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的發(fā)光元件1的剖視圖,并且圖2A和2B是構(gòu)成圖1所示發(fā)光元件的發(fā)光顆粒的剖視圖,其中圖2A表示初級(jí)顆粒,圖2B表示次級(jí)顆粒。標(biāo)記11表示作為初級(jí)顆粒或次級(jí)顆粒的無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,12表示由絕緣金屬氧化物MgO形成的涂層,13表示由圖2A和2B所示的發(fā)光顆粒10a和10b制成的多孔發(fā)光體,14a和14b表示提供在發(fā)光體13的表面上,并具有預(yù)定間距的ITO透明電極,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案1的發(fā)光元件1的方法。首先,在室溫下,使用Mg(OC2H5)2粉末(1摩爾份)作為金屬烷氧化物,通過(guò)攪拌使其與CH3COOH(10摩爾份)、H2O(50摩爾份)和C2H5OH(39摩爾份)混合,從而制得基本上透明的溶膠/凝膠溶液。接著,通過(guò)攪拌將無(wú)機(jī)熒光材料粉末(2摩爾份)混入溶膠/凝膠溶液中。此后,離心分離混合溶液,從中分離出粉末,放入不銹鋼制的盤(pán)子中,盤(pán)子在150℃下干燥一整天整夜。接著,在空氣中于400至600℃下將干燥粉末煅燒2至5小時(shí),從而制得在顆粒11的表面上具有MgO涂層12的發(fā)光顆粒(10a(初級(jí)顆粒),10b(次級(jí)顆粒))(參閱圖2)。每個(gè)發(fā)光顆粒10a和10b都使用三種類型的材料BaMgAl10O17:Eu2+(藍(lán)色)、Zn2SiO4:Mn2+(綠色)和YBO3:Eu3+(紅色)作為無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11,這些顆粒具有2至3微米的平均粒徑。透射電子顯微鏡觀察的結(jié)果是發(fā)光顆粒10a和10b均具有厚0.1至2.0微米的涂層12。接著,將這些發(fā)光顆粒10a和10b與5重量%聚乙烯醇混合并顆?;又ㄟ^(guò)施用約50Mpa的壓力定形成直徑10毫米且厚度1毫米的盤(pán)片。接著,在450至1200℃及氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行熱處理2至5小時(shí),從而制得多孔發(fā)光體13。隨后,通過(guò)在發(fā)光體13的上面和下面上濺射形成氧化錫銦(ITO)透明電極14a和14b,從而獲得發(fā)光元件1。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。首先,借助引線2和3在電極14a和14b之間施加電壓。電壓可以是交流電壓或直流電壓。施加電壓在涂層12上產(chǎn)生表面放電。放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦表面放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)顆粒10a和10b的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后優(yōu)選降低電壓值。
當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.5至1.0kV/mm的電壓時(shí),表面放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在電壓值降為初始態(tài)施加電壓的50至80%時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色,發(fā)光元件都具有高亮度、高對(duì)比度、高的識(shí)別能力和高的可靠性。也就是說(shuō),盡管實(shí)施方案1的發(fā)光元件1具有與無(wú)機(jī)EL相近的結(jié)構(gòu),但是它們的發(fā)光機(jī)理是完全不同的。在實(shí)施方案1中,通過(guò)用施加電壓引起的表面放電所產(chǎn)生的光(紫外光)來(lái)激發(fā)顆粒11,從而導(dǎo)致發(fā)光(光致發(fā)光)。而無(wú)機(jī)EL的發(fā)光原理則如背景技術(shù)中所述。
因此,盡管無(wú)機(jī)EL中使用的熒光材料是以ZnS:Mn2+和GaP:N為代表的半導(dǎo)體發(fā)光體,但是實(shí)施方案1的顆粒11可以是絕緣體或者半導(dǎo)體。也就是說(shuō),即便在使用半導(dǎo)體熒光材料顆粒時(shí),因?yàn)轭w粒被絕緣金屬氧化物均勻覆蓋,所以仍然能夠發(fā)光,而不發(fā)生短路。
此外,該發(fā)光元件1不需要輝光放電所需的真空密封和高電壓,因此有望成為在空氣中具有高亮度、高對(duì)比度、高識(shí)別能力和高可靠性的發(fā)光元件。因此,與有機(jī)EL和無(wú)機(jī)EL相比,這種發(fā)光元件具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),并且易于生產(chǎn)(不需要使用高級(jí)薄膜技術(shù))。另外,發(fā)現(xiàn)高效的表面放電顯著地取決于顆粒10a和10b的填充系數(shù)。也就是說(shuō),因?yàn)閷?shí)施方案1使用多孔的發(fā)光體13,表面放電不僅在發(fā)光體13的表面上發(fā)生,而且在它們的內(nèi)部發(fā)生,因而顆粒11可以有效地發(fā)光。如果構(gòu)成發(fā)光體13的顆粒10a和10b之間的距離變得太大,可能發(fā)生空氣放電,因此對(duì)此應(yīng)該小心。理想地,優(yōu)選顆粒10a和10b與至少一個(gè)相鄰的顆粒10a或10b發(fā)生三維點(diǎn)接觸。
當(dāng)發(fā)光體13的燒結(jié)密度增加(如理論密度的90%或更高)時(shí),表面放電僅在發(fā)光體13的表面發(fā)生,從而降低了發(fā)光效率。因此,發(fā)光體13具有密度為理論密度的90%或更低的多孔結(jié)構(gòu)是可取的。但是,當(dāng)發(fā)光體13的孔徑太大時(shí),意味著過(guò)大的孔隙率,發(fā)光效率可能降低,此外表面放電可能也難以發(fā)生。因此,理想地,發(fā)光體13具有理論密度的50至90%的燒結(jié)密度是適當(dāng)?shù)?。在此,如果已具備了機(jī)械強(qiáng)度,就不需要再實(shí)施固化熱處理。已證實(shí)未接受任何熱處理的成形體(未燒結(jié)的壓塊(生坯))也能通過(guò)相似地施加電壓而發(fā)光。同樣,證實(shí)沒(méi)有混合聚乙烯醇的成形體(未燒結(jié)的壓塊)也能夠相似地發(fā)光。
盡可能同質(zhì)且均勻地形成涂層12。當(dāng)它變得不太同質(zhì)和均勻時(shí),盡管能夠發(fā)光,但可能發(fā)生亮度的降低和壽命的縮短(由紫外光引起的劣化)。此外,作為比較實(shí)施例,向僅包括絕緣顆粒11而不包括涂層12的發(fā)光體施加電壓,并且評(píng)價(jià)其發(fā)光狀態(tài)。表面放電在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的表面發(fā)生,并且證實(shí)發(fā)光與本實(shí)施方案相似。但是,亮度立即降低,而且很難連續(xù)發(fā)光。
由此,發(fā)現(xiàn)涂層12不僅起著產(chǎn)生表面放電和連續(xù)放電的作用,而且起著保護(hù)薄膜,抑制由于紫外光和電場(chǎng)引起的顆粒11的劣化。
上述實(shí)施方案使用MgO作為涂層12,原因是MgO的電阻值高達(dá)109Ω·cm或更高,從而允許有效地發(fā)生表面放電。在電阻值低于109Ω·cm的情況中,不太可能發(fā)生表面放電,并且在最壞的情況下,可能發(fā)生短路,因此這樣的電阻值是不可取的。因此,理想的是使用具有109Ω·cm或更高電阻值的絕緣金屬氧化物。此處,最好不使用那些具有屏蔽紫外光性質(zhì)和潮解/風(fēng)化性質(zhì)的物質(zhì)。盡管大多數(shù)這些氧化物具有屏蔽紫外光的性質(zhì),但是這種性質(zhì)可以通過(guò)減薄涂層厚度來(lái)改善。此外,構(gòu)成涂層12的絕緣金屬氧化物可以是具有很小的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能ΔGf0(如,在室溫下是-100kcal/mol或更小)的穩(wěn)定物質(zhì),或者是具有100或更大介電常數(shù)的物質(zhì)。因此,除了具有高的絕緣電阻外,優(yōu)選所述絕緣金屬氧化物即便在發(fā)生表面放電時(shí)也不易被還原而保持的絕緣金屬氧化物的特性。
因此,對(duì)于這些物質(zhì),優(yōu)選使用至少一種選自Y2O3、Li2O、MgO、CaO、BaO、SrO、Al2O3、SiO2、MgTiO3、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、ZrO2、TiO2、B2O3、PbTiO3、PbZrO3和PbZrTiO3(PZT)的物質(zhì)來(lái)形成涂層12。
此外,代替溶膠/凝膠方法,可以通過(guò)化學(xué)吸附方法和物理吸附方法(例如CVD方法的、濺射方法、蒸發(fā)方法、激光方法、剪切應(yīng)力方法等)來(lái)形成涂層12,從中可以獲得與上面相同的效果。對(duì)于涂層12,同質(zhì)且均勻地形成而不會(huì)剝離是重要的。因此,優(yōu)選在形成涂層12之前,將無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11浸入弱酸性溶液(例如乙酸、草酸和檸檬酸)中,以洗去粘附在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒表面上的不純物。這是因?yàn)樵谝呀?jīng)洗滌的表面上容易形成具有均勻厚度的涂層12。另外,可取地在形成涂層12之前,在200至500℃下及氮?dú)鈿夥罩蓄A(yù)處理顆粒11約1至5小時(shí)。原因如下未處理的顆粒11包含大量吸附水和結(jié)晶水,當(dāng)在這種狀態(tài)的顆粒上形成涂層時(shí),例如亮度降低和發(fā)射光譜漂移的壽命性質(zhì)劣化變得明顯。當(dāng)顆粒用弱酸性溶液洗滌時(shí),預(yù)處理可以在洗滌后進(jìn)行。
形成發(fā)光體13的熱處理過(guò)程期間,要注意之處包括實(shí)施熱處理的溫度和氣氛。在上述實(shí)施方案中,因?yàn)闊崽幚碓诘獨(dú)鈿夥蘸拖鄬?duì)低的溫度(450至1200℃)下實(shí)施,所以顆粒11中摻雜的稀土金屬的價(jià)態(tài)不會(huì)變化。但是,當(dāng)處理在較高的溫度下實(shí)施時(shí),顆粒11中摻雜的稀土金屬的價(jià)態(tài)可能變化,或者在涂層12和顆粒11之間形成固溶體,因此應(yīng)該小心避免。當(dāng)熱處理溫度增加時(shí),發(fā)光體13的密度增加,因此對(duì)此給予應(yīng)有的關(guān)注。因此,作為理想的熱處理溫度,450至1200℃是優(yōu)選的。至于熱處理氣氛,考慮到顆粒11中摻雜的稀土金屬的價(jià)態(tài),理想的是在氮?dú)鈿夥罩袑?shí)施熱處理。
在本實(shí)施方案中,涂層12的厚度被設(shè)定為約0.1至2.0微米。但是,可以考慮顆粒11的平均粒徑和表面放電的效率來(lái)確定該厚度??梢韵胂蟠挝⒚准?jí)的平均粒徑需要更薄的覆蓋層。較厚的涂層12會(huì)導(dǎo)致發(fā)射光譜的漂移、亮度的降低和紫外光的屏蔽,因此這是不可取的。相反,較薄的涂層12會(huì)導(dǎo)致表面放電的失敗。因此,顆粒11平均粒徑和涂層12厚度之間的有利關(guān)系是當(dāng)前者為1時(shí),后者在1/10至1/500的范圍內(nèi)。
此外,理想地,發(fā)光體13由如圖2A所示的以無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11作為初級(jí)顆粒,并且其上面具有由絕緣金屬氧化物形成的涂層12的顆粒10a來(lái)構(gòu)成。但是,通常它由如圖2B所示的上面具有涂層12的絮凝顆粒作為發(fā)光顆粒10b來(lái)構(gòu)成。但是,作為發(fā)光元件,這些發(fā)光顆粒在性能上沒(méi)有太大的差異。
此外,可以通過(guò)附著其上形成有ITO薄膜的玻璃來(lái)形成電極14a和14b。如果電極之一是透明的,那么另一個(gè)可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
(實(shí)施方案2)參照?qǐng)D3,下面來(lái)描述使用多孔無(wú)機(jī)熒光材料的發(fā)光元件1。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的發(fā)光元件1的剖視圖。標(biāo)記21表示多孔無(wú)機(jī)熒光材料層,12表示由絕緣金屬氧化物MgO形成的涂層,23表示由熒光材料層21、涂層12和孔16組成的多孔發(fā)光層,14a和14b表示提供在發(fā)光層23的表面上且其間具有預(yù)定間距的ITO透明電極,1表示發(fā)光元件,并且15表示提供在發(fā)光層23中的通孔。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案2的發(fā)光元件1的方法。首先,使用與實(shí)施方案1中相同的三種顏色無(wú)機(jī)熒光材料粉末,將每種粉末與5重量%聚乙烯醇混合并顆?;又ㄟ^(guò)施用約50Mpa的壓力定形成直徑10毫米且厚度1毫米的盤(pán)片。在該步驟期間,使用金屬針隨意在幾個(gè)點(diǎn)上鉆取具有50至500微米直徑的通孔。接著,在450至1200℃及氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行熱處理2至5小時(shí),從而制得多孔無(wú)機(jī)熒光材料層21。接著,將熒光材料層21浸入基本上以等摩爾量混合Mg(OH)2和氨水的懸浮液中10至30分鐘,然后在150℃下干燥。該浸入和干燥過(guò)程被重復(fù)幾次。此后,在空氣中于400至600℃下煅燒干燥的粉末2至5小時(shí),從而制得在熒光材料層21的表面上具有MgO涂層12并且具有大量孔16的發(fā)光層23。在該步驟期間,在通孔15的表面以及孔16的表面上也形成有涂層12,這可以由透射電子顯微鏡(TEM)觀察到。涂層12的厚度為0.1至2.0微米。隨后,通過(guò)在發(fā)光層23的上面和下面上濺射形成電極14a和14b,從而獲得發(fā)光元件1。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。與實(shí)施方案1相似,借助引線2和3在電極14a和14b之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在涂層12上產(chǎn)生表面放電。放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)熒光材料層21,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦表面放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光材料23的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后優(yōu)選將電壓降低至初始值的50-80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),表面放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,即便在降低電壓值時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案1相似,已證實(shí)對(duì)藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色,都實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的發(fā)光。發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案1相似。為了有效地產(chǎn)生表面放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案1中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
此外,在發(fā)光層23中提供直徑為50至500微米的通孔15,以改善發(fā)光效率。在此,如果通孔15尺寸太大,可能發(fā)生空氣放電。因此這時(shí)應(yīng)該小心。理想地,即便在提供通孔15時(shí),也優(yōu)選發(fā)光顆粒與至少一個(gè)相鄰的發(fā)光顆粒發(fā)生三維點(diǎn)接觸。因此,為了抑制空氣放電和機(jī)械強(qiáng)度的影響,優(yōu)選使通孔15的直徑小于2毫米。
可以通過(guò)附著其上形成有ITO薄膜的玻璃來(lái)形成電極14a和14b。如果電極之一是透明的,那么另一個(gè)可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
(實(shí)施方案3)在上面的實(shí)施方案2中,使用擠壓機(jī)來(lái)成形熒光材料層21。而在本實(shí)施方案中,通過(guò)絲網(wǎng)印刷包含發(fā)光顆粒10a和10b的糊劑來(lái)形成發(fā)光元件1。下面參照?qǐng)D4描述本實(shí)施方案。
圖4是實(shí)施方案3的發(fā)光元件1的剖視圖。標(biāo)記30表示陶瓷襯底,33表示多孔發(fā)光體,并且34a和34b表示ITO透明電極。發(fā)光體33由發(fā)光顆粒10a和10b組裝而成,每個(gè)顆粒包含上面提供有由絕緣金屬氧化物MgO形成的涂層12的無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11。
下面描述生產(chǎn)發(fā)光元件1的方法。首先,向?qū)嵤┓桨?中描述的發(fā)光顆粒10a和10b中添加乙基纖維素和α-松油醇,以制備糊劑。接著,在陶瓷襯底上絲網(wǎng)印刷糊劑,然后干燥。重復(fù)該過(guò)程,以產(chǎn)生印刷厚度為約80至100微米的厚層。此后,在450至1200℃及氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行熱處理2至5小時(shí),從而制得孔隙率相當(dāng)高的發(fā)光體33。該步驟中發(fā)光體33的厚度約為50至80微米。此后,通過(guò)在發(fā)光體33的上面和下面上濺射形成兩個(gè)透明電極34a和34b。在該步驟期間,使用金屬針隨意在幾個(gè)點(diǎn)上鉆取具有50至500微米直徑的通孔。使用這種結(jié)構(gòu),可以獲得如圖4所示的發(fā)光元件1。下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。與實(shí)施方案1和2相似,借助引線2和3在電極34a和34b之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓產(chǎn)生電場(chǎng)(箭頭A)。從而,在涂層12上發(fā)生表面放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦表面放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體33的不利作用,優(yōu)選在開(kāi)始發(fā)光后將電壓值降低至初始電壓的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.1至0.8kV/mm的電壓時(shí),表面放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,即便降低電壓值,也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案1相似,已證實(shí)對(duì)藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色,都實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的發(fā)光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案1相似。為了有效地產(chǎn)生表面放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案1和2中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
此外,根據(jù)實(shí)施方案3,發(fā)光體33的厚度可以做得比實(shí)施方案1和2的更薄,并且甚至在同一平面上形成電極34a和34b時(shí),也可以發(fā)光。注意在同一平面上形成電極34a和34b的情況中,可能發(fā)生表面漏電。因此,應(yīng)該控制電極34a和34b之間的距離。盡管電極34a和34b間的距離取決于發(fā)光體33的厚度和施加的電壓值,但是至少需要為10微米。
此處,在實(shí)施方案3中,降低表面漏電可能性的有效方式是用SiO2等涂布發(fā)光元件1的表面。在此情況中,應(yīng)該除去電極34a和34b上的SiO2,以確保電導(dǎo)通。
盡管實(shí)施方案3的發(fā)光元件1具有與無(wú)機(jī)EL相近的結(jié)構(gòu),但是它們的發(fā)光機(jī)理是完全不同的。實(shí)施方案3的熒光材料顆粒11可以是絕緣體或者半導(dǎo)體。也就是說(shuō),即便在使用半導(dǎo)體發(fā)光材料時(shí),因?yàn)樘峁┝送繉?2,所以仍然能夠發(fā)光,而不發(fā)生短路。
在實(shí)施方案3中,絲網(wǎng)印刷包含發(fā)光顆粒10a和10b的糊劑,從而形成發(fā)光元件1。
可以通過(guò)附著其上形成有ITO薄膜的玻璃來(lái)形成電極34a和34b。此外,因?yàn)楣庠陔姌O34a和34b之間發(fā)出,所以代替透明電極,電極34a和34b可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
(實(shí)施方案4)下面描述絲網(wǎng)印刷包含熒光材料粉末的糊劑以形成發(fā)光元件1的實(shí)施方案。
圖5是本發(fā)明實(shí)施方案4的發(fā)光元件1的剖視圖。標(biāo)記21表示多孔無(wú)機(jī)熒光材料層,12表示由絕緣金屬氧化物MgO形成的涂層,23表示由熒光材料層21、涂層12和孔16組成的多孔發(fā)光層,34a和34b表示提供在發(fā)光層23的表面上且其間具有預(yù)定間距的ITO透明電極,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案4的發(fā)光元件1的方法。首先,向三色無(wú)機(jī)熒光材料粉末中添加乙基纖維素和α-松油醇,以制備糊劑。接著,在陶瓷襯底30上絲網(wǎng)印刷熒光材料層21。該過(guò)程中,熒光材料層21的厚度約為20至25微米。
此后,在450至1200℃及氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行熱處理2至5小時(shí),從而制得層中具有大量孔16的熒光材料層21。該步驟中熒光材料層21的厚度約為15至20微米。另外,通過(guò)在熒光材料層21的上面濺射形成MgO來(lái)形成涂層12,從而形成由熒光材料層21、涂層12和孔16組成的發(fā)光層23。此后,通過(guò)在發(fā)光層23的上面和下面上濺射,形成兩個(gè)ITO透明電極34a和34b。使用這種結(jié)構(gòu),可以獲得如圖5所示的發(fā)光元件1。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。與上述實(shí)施方案3相似,借助引線2和3在電極34a和34b之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓產(chǎn)生電場(chǎng)(箭頭A)。因而,在涂層12上發(fā)生表面放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)熒光材料層21,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦表面放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光層23的不利作用,優(yōu)選在開(kāi)始發(fā)光后將電壓值降低至初始電壓的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.05至0.8kV/mm的電壓時(shí),表面放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓值時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案1至3相似,已證實(shí)對(duì)藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色,都實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的發(fā)光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案2相似。為了有效地產(chǎn)生表面放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案1和2中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
此外,根據(jù)實(shí)施方案4,發(fā)光層23的厚度可以做得比上面實(shí)施方案2更薄,并且甚至在同一平面上形成電極34a和34b時(shí),也實(shí)現(xiàn)了發(fā)光。注意在同一平面上形成電極34a和34b的情況中,可能發(fā)生表面漏電。因此,應(yīng)該控制電極34a和34b之間的距離。盡管電極34a和34b間的距離取決于發(fā)光層23的厚度和施加的電壓值,但是至少需要為10微米。
此處,在實(shí)施方案4中,降低表面漏電可能性的有效方式是用SiO2等涂布發(fā)光元件1的表面。在此情況中,應(yīng)該除去電極34a和34b上的SiO2,以確保電導(dǎo)通。
盡管實(shí)施方案4的發(fā)光元件1具有與無(wú)機(jī)EL相近的結(jié)構(gòu),但是它們的發(fā)光機(jī)理是完全不同的。實(shí)施方案4的熒光材料層21可以是絕緣體或者半導(dǎo)體。也就是說(shuō),即便在使用半導(dǎo)體發(fā)光材料時(shí),因?yàn)樘峁┝送繉?2,所以仍然能夠發(fā)光,而不發(fā)生短路。
此外,在實(shí)施方案4中,證實(shí)了通過(guò)提供通孔15可以在較低的電壓下實(shí)現(xiàn)發(fā)光,甚至在熒光材料層21的內(nèi)部也發(fā)光。在熒光材料層21的厚度小于20微米的情況下,證實(shí)了即使在沒(méi)有通孔15的情況下,在熒光材料層21的內(nèi)部也能充分地發(fā)光。
另外,因?yàn)闉R射形成的MgO涂層12往往是無(wú)定形形態(tài),所以優(yōu)選通過(guò)在空氣中或者在氮?dú)鈿夥罩?50至1200℃下實(shí)施熱處理2至5小時(shí),以使之結(jié)晶。
可以通過(guò)附著其上形成有ITO薄膜的玻璃來(lái)形成電極34a和34b。此外,因?yàn)楣庠陔姌O34a和34b之間發(fā)出,所以代替透明電極,電極34a和34b可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
(實(shí)施方案5)圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案5的發(fā)光元件1的剖視圖。標(biāo)記11表示作為無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的初級(jí)顆?;蛐跄渭?jí)顆粒,12表示由絕緣金屬氧化物MgO形成的涂層,13表示由發(fā)光顆粒10a和10b制成的多孔發(fā)光體,14a和14b表示提供在發(fā)光體13的表面上且其間具有預(yù)定間距的ITO透明電極,17表示具有低電阻的物質(zhì),并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案5的發(fā)光元件1的方法。首先,將按實(shí)施方案1生產(chǎn)的發(fā)光粉末(10a[初級(jí)顆粒],10b[次級(jí)顆粒])(10至100的體積份)、包含Pd、Pt、Ag、Ni、Cu和Zn中的至少一種元素的細(xì)顆粒金屬粉(0.1至0.5微米)(1體積份)與5重量%的聚乙烯醇混合并顆?;?,接著通過(guò)施用約50Mpa的壓力定形成直徑10毫米且厚度1毫米的盤(pán)片。接著,在450至1200℃及氮?dú)鈿夥栈蜻€原性氣氛下進(jìn)行熱處理2至5小時(shí),從而制得多孔發(fā)光體13。隨后,通過(guò)在發(fā)光體13的上面和下面上濺射,形成ITO透明電極14a和14b,從而獲得發(fā)光元件1。在發(fā)光元件1上連接引線2和3。此處,該步驟中使用的金屬粉末是Pd。盡管發(fā)光方法與實(shí)施方案1中完全相同,但是差異在于發(fā)光初始電壓值被降低至約0.1至0.8kV/mm。盡管存在著取決于電阻值和分散金屬粉末量的差異,但可以證實(shí)表面放電在較低電壓下發(fā)生,并且與實(shí)施方案1相似,得到高質(zhì)量的發(fā)光,因此可以進(jìn)一步改善實(shí)用性。
注意此處的發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案1相同。
此處,在實(shí)施方案5中,應(yīng)該小心控制熱處理溫度、氣氛和金屬粉末的粒徑,以阻止金屬粉末17在熱處理過(guò)程期間產(chǎn)生發(fā)光顆粒10a和10b的固溶體。
選擇上述金屬粉末的原因如下即,Pd、Pt和Ag是耐氧化且能夠保持低電阻值的金屬材料。Ni和Cu是易氧化的金屬材料,但它們?cè)诖髿庀碌臒崽幚砥陂g能夠保持低電阻值并且是低成本的。此外,Zn即便在氧化后也表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì),并且能夠保持相對(duì)低的電阻值。因?yàn)檫@些金屬材料具有不同的熔點(diǎn),并且有一些具有1000℃或者更低的熔點(diǎn),所以對(duì)于熱處理溫度,應(yīng)該小心。金屬粉末的粒徑為0.1至0.5微米,該粒徑比發(fā)光體要細(xì)。
可以通過(guò)附著其上形成有ITO薄膜的玻璃來(lái)形成電極14a和14b。此外,如果一個(gè)電極是透明的,則另一個(gè)電極可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
此外,代替金屬粉末,可以分散具有流動(dòng)性的低電阻物質(zhì),從而獲得相似的效果。這將在實(shí)施方案6中解釋。
(實(shí)施方案6)將實(shí)施方案2中制備的發(fā)光元件1用純水、弱酸性溶液(例如草酸、乙酸、硼酸檸檬酸)或者導(dǎo)電高聚物(例如聚乙炔)浸漬10至30分鐘,并且除去發(fā)光元件1表面上的溶液,接著施加電壓,在約0.1至0.5kV/mm的電壓值下發(fā)光元件1開(kāi)始發(fā)光。表面放電在較低電壓下發(fā)生,并且證實(shí)與實(shí)施方案1相似,得到高質(zhì)量的發(fā)光。
在該步驟中,如果導(dǎo)電高聚物以矩陣形式分布,易于發(fā)生短路或者不可能發(fā)生表面放電。因此,在使用純水或弱酸性溶液的情況下,需要在50至80℃下干燥5至10分鐘,而對(duì)于導(dǎo)電高聚物,在浸漬后還需要用醇稀釋。
但是,往往通過(guò)將實(shí)施方案5的樣品置于空氣中,或者通過(guò)表面放電期間產(chǎn)生的熱來(lái)使其干燥。因此,優(yōu)選如實(shí)施方案3中所示用SiO2等涂布發(fā)光元件1,或者進(jìn)行真空密封。在此情況中,除去電極14a和14b上的SiO2,以確保電導(dǎo)通。
根據(jù)實(shí)施方案6,因?yàn)榘l(fā)光體的表面和內(nèi)部浸涂有導(dǎo)電高聚物,所以在施加電壓的初始階段可能發(fā)生短路現(xiàn)象。但是,過(guò)不久,發(fā)光體產(chǎn)生熱量,隨著表面放電的進(jìn)行水分被蒸發(fā)。
(實(shí)施方案7)下面參照附圖描述實(shí)施方案7,其中涉及本發(fā)明的發(fā)光元件和使用該發(fā)光元件的顯示設(shè)備。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案7的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,18表示SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維,113表示由顆粒11和絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體,14表示ITO透明電極,并且40表示金屬襯底。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案7的發(fā)光元件1的方法。使用三種類型的顆粒,包括BaMgAl10O17:Eu2+(藍(lán)色B)、Zn2SiO4:Mn2+(綠色G)和Y2O3:Eu3+(紅色R)作為無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11,其平均粒徑為2至3微米。對(duì)于每100克粉末,混入45克乙酸丁酯、10克BBP(鄰苯二甲酸丁基芐酯)、33.3克α-松油醇、10克稀釋劑和15克粘結(jié)劑(丁縮醛樹(shù)脂),以制備三種糊劑。接著,將這些糊劑絲網(wǎng)印刷在由SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維18制成的片狀燒結(jié)體板上,板的長(zhǎng)度為60毫米,寬度為25毫米并且厚度約為0.7毫米,其中按R、G和B的順序以橫向條紋的形式單獨(dú)印刷這些糊劑。條紋的寬度為100至200微米。該步驟中顆粒的平均粒徑約為3微米,并且直徑約10至20微米且長(zhǎng)度為50至100微米的纖維,和長(zhǎng)度為200至500微米的纖維在板中相互纏結(jié)。因?yàn)榘宓目紫堵?孔隙率)為50至90%,所以印刷糊劑的溶劑被立即吸入內(nèi)部。因?yàn)轭w粒直徑小,所以顆粒11可以進(jìn)入板內(nèi)。燒結(jié)體板逐漸被顆粒塞滿,無(wú)法進(jìn)入板中的顆粒11堆積在板的表面上,從而導(dǎo)致如圖7所示的狀態(tài)。也就是說(shuō),顆粒11致密地堆積在板的一個(gè)表面上。
如果絕緣纖維18的直徑為20微米或更大,并且其長(zhǎng)度變得大于100微米時(shí),板的表面變得粗糙,以至于難于均勻地施用顆粒11。因此,優(yōu)選的纖維直徑和纖維長(zhǎng)度分別為20微米或更小及100微米或更小。
此處,絕緣纖維可以包括針狀顆粒、晶須,以及由破碎長(zhǎng)纖維形成的顆粒。
然后,將所述燒結(jié)體板上在空氣中和100至150℃下干燥,接著在空氣中或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而制得發(fā)光體113。
此后,作為驗(yàn)證放電的試樣,在發(fā)光體113的上表面上形成氧化錫銦(ITO)透明電極14,并且將金屬襯底40連接到發(fā)光體113的下表面上,從而制得發(fā)光元件1。在該步驟期間,通過(guò)使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液作為粘合劑,并且在100至200℃下干燥來(lái)增強(qiáng)發(fā)光體113與電極14及40之間的接觸。對(duì)于金屬襯底40,已證實(shí)通過(guò)烘烤要粘附的電極糊劑可以獲得相同的效果。在使用膠體二氧化硅水溶液的情況中,發(fā)光體具有較長(zhǎng)的使用壽命。原因是可以認(rèn)為熒光材料顆粒被膠體顆粒涂布,因而膠體顆粒起著涂層的作用。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。首先,借助引線2和3在電極14和40之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在絕緣纖維18的表面上產(chǎn)生放電。放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。
一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體113的不利作用,優(yōu)選在發(fā)光開(kāi)始后降低電壓值。
當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在電壓值降為初始態(tài)施加電壓的50至80%時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。已證實(shí)對(duì)于所有的三種顏色藍(lán)色、綠色和紅色,發(fā)光元件1都表現(xiàn)出高亮度、高對(duì)比度、高的識(shí)別能力和高的可靠性。
盡管實(shí)施方案7的發(fā)光元件1具有與無(wú)機(jī)EL相近的結(jié)構(gòu),但是它們的發(fā)光機(jī)理是完全不同的。更具體地說(shuō),通過(guò)用施加電壓引起的放電所產(chǎn)生的光(紫外光)來(lái)激發(fā)無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11,從而導(dǎo)致發(fā)光(光致發(fā)光)。而無(wú)機(jī)EL的發(fā)光原理則如背景技術(shù)中所述。
此外,該發(fā)光元件1不需要輝光放電所需的真空密封和高電壓,因此有望成為在空氣中具有高亮度、高對(duì)比度、高識(shí)別能力和高可靠性的發(fā)光元件。因此,與有機(jī)EL和無(wú)機(jī)EL相比,這種發(fā)光元件具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),并且易于生產(chǎn),這意味著不需要使用高級(jí)薄膜技術(shù)。
另外,發(fā)現(xiàn)高效放電顯著取決于由絕緣纖維18制成的板的孔隙率。也就是說(shuō),放電不太可能在具有小孔隙率的致密板中發(fā)生,并且在致密板中即使發(fā)生放電,發(fā)光也僅在表面發(fā)生,這就導(dǎo)致低的發(fā)光效率。也就是說(shuō),為了效率地發(fā)光,發(fā)光體113需要具有允許顆粒11進(jìn)入板內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。通過(guò)在實(shí)施方案7中使多孔發(fā)光體113具有多孔,放電不僅在發(fā)光體113的表面上發(fā)生,而且在它們的內(nèi)部發(fā)生,因而無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11可以高效地發(fā)光。
此外,發(fā)現(xiàn)多個(gè)構(gòu)成發(fā)光體113的絕緣纖維18重疊成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生放電的一個(gè)重要因素。
相反,如果板的孔隙率增加,板表面的平滑度降低,或者它們的強(qiáng)度變?nèi)趸蜃兇?。因此,?yōu)選板的孔隙率為50至90%。
此外,選擇SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維作為絕緣纖維18的原因如下這些纖維是熱和化學(xué)穩(wěn)定的,并且具有109Ω·cm或更高的電阻值,而且形成孔隙率高達(dá)50至90%的結(jié)構(gòu)。因此,放電在每根纖維的表面發(fā)生,導(dǎo)致整個(gè)板體放電。當(dāng)板太致密時(shí),放電僅在它們的表面或端部發(fā)生。注意此處使用包含SiC、ZnO、TiO2、MgO、BN或Si3N4的燒結(jié)體板可能產(chǎn)生相似的作用。
另外,另一個(gè)重要之處是熱處理的條件。熱處理溫度及氣氛應(yīng)該依據(jù)纖維的組成來(lái)控制,以阻止纖維和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11彼此反應(yīng),并且在熱處理過(guò)程期間,阻止其間產(chǎn)生固溶體。在本實(shí)施方案中,熱處理在空氣或者氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行0.25至10小時(shí),其中溫度設(shè)定在可除去包含在顆粒11中的有機(jī)物質(zhì)的最低溫度下,即在450至1200℃。如果發(fā)光體113中包含大量的有機(jī)物質(zhì),發(fā)光性質(zhì)顯著劣化和壽命也明顯變短,因此應(yīng)該小心避免。然而,如果沒(méi)有使用有機(jī)粘結(jié)劑,就不必進(jìn)行上述的熱處理。例如,可以通過(guò)將由絕緣纖維18制成的板浸入混有膠體二氧化硅水溶液和熒光材料顆粒11的漿液中,然后在100℃至200℃的空氣中干燥,從而形成多孔發(fā)光體113。
在上面所述的實(shí)施方案中,在各種顏色的R、G和B無(wú)機(jī)熒光材料區(qū)域之間,可以提供光屏蔽薄膜或溝槽。舉例來(lái)說(shuō),如圖16A所示,形成側(cè)表面延伸到內(nèi)部的光屏蔽薄膜20??梢酝ㄟ^(guò)涂布黑色糊劑,將糊劑涂層吸附到發(fā)光體113的表面上,來(lái)形成光屏蔽薄膜。優(yōu)選所述光屏蔽薄膜20的寬度為25至50微米,深度為10微米或更深。
此外,如圖16B所示,可以形成溝槽21。通過(guò)提供光屏蔽薄膜或溝槽,可以阻止從各發(fā)光材料中發(fā)出光的顏色的混合。溝槽22的寬度優(yōu)選為25至50微米,并且其深度優(yōu)選為10微米或更深。
(實(shí)施方案8)下面參照附圖8描述用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂布無(wú)機(jī)熒光材料表面的實(shí)施方案。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案8的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,12表示涂層,18表示SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維,123表示由顆粒11和絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體,14表示ITO透明電極,40表示金屬襯底,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案8的發(fā)光元件1的方法。首先,使用與實(shí)施方案7相同的三種顏色無(wú)機(jī)熒光材料粉末制備糊劑。接著,將糊劑絲網(wǎng)印刷在由SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維18制成的片狀燒結(jié)體板(厚度約為0.7毫米)上。
接著,將涂有糊劑的燒結(jié)體板在空氣中和100至150℃下干燥,然后在空氣中或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí)。接著,在室溫下將其浸入正硅酸四乙酯(TEOS)(包含乙醇作為溶劑,濃度為50至100%)溶液,然后干燥,接著在空氣或者在氮?dú)鈿夥障拢?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而制得發(fā)光體123,其中,在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成涂層12。隨后,ITO透明電極14和金屬襯底40被分別連接到發(fā)光體123的上下表面上,從而獲得發(fā)光元件1。在該步驟期間,通過(guò)使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液作為粘合劑,并且在100至200℃下干燥來(lái)增強(qiáng)發(fā)光體123與電極14及40之間的接觸。對(duì)于金屬襯底40,已證實(shí)通過(guò)烘烤要粘附的電極糊劑可以獲得相同的效果。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。與實(shí)施方案7相似,借助引線2和3在電極14和40之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在涂層12的表面上產(chǎn)生放電。放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體123的不利作用,優(yōu)選在發(fā)光開(kāi)始后降低電壓值。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案7相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案7中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
盡可能同質(zhì)且均勻地形成涂層12。如果涂層不太同質(zhì)且均勻,盡管能夠發(fā)光,但可能發(fā)生亮度的降低和壽命的縮短(由紫外光引起的劣化)。涂層12的目的是保護(hù)顆粒11不受由紫外光引起的劣化和由水分引起的劣化,并能有效地發(fā)光。隨著放電的進(jìn)行,發(fā)光效率變得越來(lái)越高。盡管在本實(shí)施方案中,涂層12的厚度被設(shè)定為約0.05至2.0微米。但是可以根據(jù)顆粒11的平均粒徑和絕緣纖維18的纖維直徑來(lái)確定該厚度。
涂層12的厚度太大會(huì)導(dǎo)致發(fā)射光譜的漂移、亮度的降低和紫外光的屏蔽,因此這不是優(yōu)選的。因此,顆粒11的平均粒徑和涂層12的厚度之間的有利關(guān)系是在假定前者為1的情況下,后者在1/10至1/500的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明實(shí)施方案中,SiO2被用作涂層12。主要原因是SiO2具有有利的成膜性質(zhì),并可以阻止由紫外光和水分引起的顆粒11的劣化。
除了上述的作用外,涂層12還具有109Ω·cm或更高的電阻值,并可以有效地進(jìn)行放電。當(dāng)電阻值低于109Ω·cm時(shí),不太可能發(fā)生放電,并且在最壞的情況下,可能發(fā)生短路,因此該值是不可取的。因此,理想的是使用具有109Ω·cm或更高電阻值的絕緣金屬氧化物來(lái)形成涂層12。此處,最好不使用那些具有屏蔽紫外光性質(zhì)和吸水/潮解/風(fēng)化性質(zhì)的物質(zhì)。盡管大多數(shù)這些氧化物具有屏蔽紫外光的性質(zhì),但是這種性質(zhì)可以通過(guò)減薄涂層厚度來(lái)改善。
此外,構(gòu)成涂層12的絕緣金屬氧化物可以是具有很小的氧化物生成標(biāo)準(zhǔn)自由能ΔGf0(如,在室溫下是-100kcal/mol或更小)的穩(wěn)定物質(zhì),或者是具有100或更大介電常數(shù)的物質(zhì)。因此,除了具有高的絕緣電阻外,優(yōu)選這些絕緣金屬氧化物在發(fā)生表面放電時(shí)也不易被還原而保持的絕緣金屬氧化物的特性。
因此,考慮到這些原因,優(yōu)選使用至少一種選自Y2O3、Li2O、MgO、CaO、BaO、SrO、Al2O3、SiO2、MgTiO3、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、ZrO2、TiO2、B2O3、PbTiO3、PbZrO3和PbZrTiO3(PZT)的物質(zhì)來(lái)形成涂層12。
此外,代替溶膠/凝膠方法,可以通過(guò)化學(xué)吸附方法和物理吸附方法(例如CVD方法的、濺射方法、蒸發(fā)方法、激光方法、剪切應(yīng)力方法等)來(lái)形成涂層12,從中可以獲得與上面相同的效果。對(duì)于涂層12,同質(zhì)且均勻地形成而不會(huì)剝離是重要的。因此,優(yōu)選在形成涂層12之前,將發(fā)光體123浸入弱酸性溶液(例如乙酸、草酸和檸檬酸)中,以洗去粘附在發(fā)光體表面上的不純物。這是因?yàn)樵谙礈旌蟮谋砻嫔先菀仔纬删哂芯鶆蚝穸鹊耐繉?2。
在形成發(fā)光體123的兩次熱處理過(guò)程期間,要注意之處包括實(shí)施熱處理的溫度和氣氛。在本實(shí)施方案中,因?yàn)闊崽幚碓诳諝饣虻獨(dú)鈿夥蘸拖鄬?duì)低的溫度下實(shí)施,所以無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11中摻雜的稀土金屬的價(jià)態(tài)不會(huì)變化。但是,當(dāng)處理在較高的溫度下進(jìn)行時(shí),顆粒11中摻雜的稀土金屬的價(jià)態(tài)可能變化,或者在涂層12和顆粒11之間可能會(huì)形成固溶體,因此應(yīng)該小心避免。
因此,應(yīng)該小心在熱處理期間不要改變稀土金屬的價(jià)態(tài)。
此外,實(shí)施方案8中使用的發(fā)光材料可以是半導(dǎo)體或者絕緣體。盡管無(wú)機(jī)EL中使用的發(fā)光材料是以ZnS:Mn2+和GaP:N為代表的半導(dǎo)體發(fā)光體,但是實(shí)施方案8的顆粒11可以是絕緣體或者半導(dǎo)體。也就是說(shuō),即使在使用半導(dǎo)體熒光材料顆粒時(shí),因?yàn)轭w粒被由絕緣金屬氧化物形成的涂層12所均勻覆蓋,所以仍然能夠發(fā)光,而不發(fā)生短路。與實(shí)施方案7一樣,在膠體二氧化硅水溶液中浸泡,接著在空氣中于100至200℃下干燥,從而在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成涂層12。已證實(shí)使用這種涂層12也能夠產(chǎn)生相似的效果。
(實(shí)施方案9)在實(shí)施方案7和8中,無(wú)機(jī)熒光材料糊劑被施用到由絕緣纖維制成的片狀燒結(jié)體板上,并且對(duì)其進(jìn)行熱處理,從而制得多孔發(fā)光體。下面描述由絕緣纖維和無(wú)機(jī)熒光材料的混合粉末來(lái)制備發(fā)光體的方法。
下面參照附圖9描述使用混有無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維的糊劑制得的發(fā)光元件1。圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案9的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,12表示涂層,18表示SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維,133表示由顆粒11和絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體,14表示ITO透明電極,40表示金屬襯底,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案9的發(fā)光元件1的方法。首先,使用與實(shí)施方案7和8相同的三種顏色無(wú)機(jī)熒光材料粉末,將1/10至10重量份的纖維粉末與1重量份的無(wú)機(jī)熒光材料粉末混合,從而制得混合物粉末。向其中加入乙基纖維素和例如α-松油醇和乙酸丁酯的有機(jī)溶液,然后使用例如三輥型的捏合機(jī)來(lái)制備糊劑。在該步驟中使用的纖維18具有約1到2微米的直徑和約25至50微米的長(zhǎng)度。接著,將上述的糊劑絲網(wǎng)印刷到Pt金屬襯底40上,然后在空氣中和100至150℃下干燥,接著在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而得到由顆粒11和絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體133。在該步驟中,熱處理后的涂布厚度為10至500微米。此處,由于與絕緣纖維18混合,印刷表面的光滑性變差。因此,優(yōu)選地,對(duì)無(wú)機(jī)熒光材料粉末和絕緣纖維18進(jìn)行混合并用球磨等預(yù)先破碎,然后生產(chǎn)出糊劑,以增加光滑性。接著,在室溫下將其浸入正硅酸四乙酯溶液中,然后干燥,接著在空氣中于450至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而制得發(fā)光體133,其中在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成有SiO2涂層12。隨后,將ITO透明電極14連接到發(fā)光體133的上表面上,從而制得發(fā)光元件1。在該步驟期間,通過(guò)使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液作為粘合劑,并且在100至200℃下干燥來(lái)增強(qiáng)發(fā)光體133與電極14之間的接觸。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。與實(shí)施方案7或8相似,借助引線2和3在電極14和40之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在涂層12的表面上產(chǎn)生放電。放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。
然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體133的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后,優(yōu)選將電壓值降至初始態(tài)的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7和8相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案7和8相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案7和8中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
此外,在本實(shí)施方案中,使用顆粒11和絕緣纖維18的混合物糊劑來(lái)形成發(fā)光體133,因此與實(shí)施方案7和8相比,可以抑制顆粒11在深度方向上的濃度梯度,并且發(fā)光體133能夠整體均勻地發(fā)光。
另外,至于顆粒11與絕緣纖維18的混合比,當(dāng)前者的粉末量增加時(shí),結(jié)構(gòu)變得致密,并且放電難以發(fā)生。相反,當(dāng)后者的粉末的量增加時(shí),它具有多孔結(jié)構(gòu),但是亮度趨向于降低。因此,混合比應(yīng)該為相對(duì)于1重量份的顆粒11,絕緣纖維18為1/10至10重量份,優(yōu)選地為1/5至5重量份。
此外,絕緣纖維18使放電以網(wǎng)絡(luò)形式產(chǎn)生。因此,考慮到發(fā)光體133的結(jié)構(gòu)和發(fā)光強(qiáng)度,絕緣纖維18應(yīng)該盡可能細(xì)。盡管所使用的目前可以商購(gòu)的SiO2-Al2O3-CaO基纖維具有約1到2微米的直徑和約25至50微米的長(zhǎng)度,但是纖維的長(zhǎng)度在使用時(shí)可以通過(guò)機(jī)械破碎來(lái)弄短(約5微米)。但是在纖維變得太短的情況下,難于形成網(wǎng)絡(luò),這會(huì)導(dǎo)致難于產(chǎn)生放電。因此,優(yōu)選纖維的直徑達(dá)到約0.5微米,并且長(zhǎng)度達(dá)到約3微米。
此外,盡管熱處理后發(fā)光體133的涂布厚度為10至500微米,但是絲網(wǎng)印刷需要至少5微米的涂布厚度,因?yàn)樵诤穸忍〉那闆r下,施加電壓期間可能發(fā)生短路。最佳涂布厚度為10至100微米。但是,當(dāng)通過(guò)蒸發(fā)、濺射、CVD等方法形成薄膜時(shí),厚度可以做得更小。
盡可能同質(zhì)且均勻地形成涂層12。如果涂層不太同質(zhì)且均勻,盡管能夠發(fā)光,但可能發(fā)生亮度的降低和壽命的縮短(由紫外光引起的劣化)。涂層12的目的是保護(hù)顆粒11不受由紫外光引起的劣化和由水分引起的劣化,并能有效地發(fā)光。隨著放電的進(jìn)行,發(fā)光效率變得越來(lái)越高。盡管在本實(shí)施方案中,涂層12的厚度被設(shè)定為約0.05至2.0微米。但是可以根據(jù)顆粒11的平均粒徑和絕緣纖維18的纖維直徑來(lái)確定該厚度。涂層12的厚度太大會(huì)導(dǎo)致發(fā)射光譜的漂移、亮度的降低和紫外光的屏蔽,因此這不是優(yōu)選的。因此,顆粒11的平均粒徑和涂層12的厚度之間的有利關(guān)系是在假定前者為1的情況下,后者在1/10至1/500的范圍內(nèi)。
同在上述的實(shí)施方案中一樣,通過(guò)代替TEOS溶液,在膠體二氧化硅水溶液中浸泡,然后在空氣中于100至200℃下干燥,可以在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成涂層12。已證實(shí)這種涂層12也能起到相似的作用。
在實(shí)施方案9中,形成了涂層12。但是,即便沒(méi)有涂層12,由于像網(wǎng)絡(luò)一樣纏結(jié)的纖維便于放電,所以發(fā)光體133也能發(fā)光。但是,涂層12的形成,可以很好地抑制由放電引起的劣化和由紫外光引起的劣化。
在實(shí)施方案9中,發(fā)光體133被施用到Pt金屬襯底40的上層部分,并且實(shí)施熱處理。但是,舉例來(lái)說(shuō),發(fā)光體也可以被施用到PET薄膜上,然后PET薄膜剝離并且實(shí)施熱處理,然后在發(fā)光體上附著金屬襯底40。此處,作為該步驟的粘合劑,使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液,然后在100至150℃下干燥,從而增加接觸強(qiáng)度。該步驟中使用的金屬襯底40可以是除Pt之外的貴金屬,或者賤金屬。
(實(shí)施方案10)參照?qǐng)D10,下面來(lái)描述在同一平面上形成電極的實(shí)施方案。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案10的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,12表示涂層,18表示SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維,133表示由涂布的顆粒11和涂布的絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體,34a和34b表示在發(fā)光體133表面上提供的ITO透明電極,30表示由陶瓷、玻璃、金屬等制成的襯底,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述制備實(shí)施方案10的發(fā)光元件1的方法。首先,使用與實(shí)施方案9相同的糊劑。接著,將上述的糊劑絲網(wǎng)印刷到襯底30上,然后在空氣中和100至150℃下干燥,接著在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而得到由無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體133。在該步驟中,熱處理后的涂布厚度為10至500微米。接著,將其浸入鎂配合物溶液中,然后干燥,接著在空氣中,于450至1200℃下熱處理0.25至1小時(shí),從而制得發(fā)光體133,其中,在顆粒11和纖維18的表面上形成MgO涂層12。在該步驟中使用配合物溶液的原因是與溶膠/凝膠溶液相比,配合物溶液便于形成均勻且薄的涂層12。隨后,將ITO透明電極34a和34b連接到發(fā)光體133的上表面上,從而獲得發(fā)光元件1。
電極34a和34b可以通過(guò)附著其上形成有ITO薄膜的玻璃來(lái)形成。此外,因?yàn)楣庠陔姌O34a和34b之間發(fā)出,所以代替透明電極,電極34a和34b可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。借助引線2和3在電極34a和34b之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。在該步驟中,電場(chǎng)在電極34a和34b之間產(chǎn)生(箭頭A)。施加電壓在涂層12的表面上產(chǎn)生放電。放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體133的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后,優(yōu)選將電壓值降至初始態(tài)的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7至9相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案7至9相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案7至9中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
涂層12的作用和目的如實(shí)施方案8和9所述。
在實(shí)施方案10中,使用無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和包含SiO2-Al2O3-CaO基物質(zhì)作為主體組分的絕緣纖維18的混合物糊劑來(lái)形成發(fā)光體1 33,因此與實(shí)施方案7和8相比,可以抑制顆粒11在深度方向上的濃度梯度,并且發(fā)光體133能夠整體均勻地發(fā)光。
另外,至于顆粒11與絕緣纖維18的混合比,當(dāng)前者的粉末量增加時(shí),結(jié)構(gòu)變得致密,并且放電難以發(fā)生。相反,當(dāng)后者的粉末的量增加時(shí),它具有多孔結(jié)構(gòu),但是亮度趨向于降低。因此,混合比應(yīng)該為相對(duì)于1重量份的顆粒11,絕緣纖維18為1/10至10重量份,優(yōu)選地為1/5至5重量份。
此外,根據(jù)實(shí)施方案10,發(fā)光體133的厚度可以做得比實(shí)施方案9更薄,并且證實(shí)即使在相同的平面上形成電極34a和34b,也能發(fā)光。
注意此處,在電極34a和34b在同一平面上形成的情況中,可能發(fā)生表面漏電。因此,應(yīng)該控制電極34a和34b之間的距離。盡管電極34a和34b之間的距離取決于發(fā)光體133的厚度和施加的電壓值,但是至少需要為10至1000微米的間距,并且優(yōu)選厚度為50至500微米。
此處,在實(shí)施方案10中,降低表面漏電可能性的有效方式包括在發(fā)光元件1的表面上提供涂層12。在此情況中,應(yīng)該除去電極34a和34b上的涂層12,以確保電導(dǎo)通。
同在上述的實(shí)施方案中一樣,通過(guò)代替鎂配合物溶液,在膠體二氧化硅水溶液中浸泡,然后在空氣中于100至200℃下干燥,可以在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成涂層12。已證實(shí)這種涂層12也能起到相似的作用。
在實(shí)施方案10中,形成了涂層12。但是,即便沒(méi)有涂層12,由于像網(wǎng)絡(luò)一樣纏結(jié)的纖維便于放電,所以發(fā)光體133也能發(fā)光。但是,涂層12的形成,可以很好地抑制由放電引起的劣化和由紫外光引起的劣化。
在實(shí)施方案10中,發(fā)光體133被施用到襯底30的上層部分,并且實(shí)施熱處理。但是,舉例來(lái)說(shuō),發(fā)光體也可以被施用到PET薄膜上,將PET薄膜剝離并且實(shí)施熱處理,然后在發(fā)光體上附著襯底30。此處,作為該步驟的粘合劑,使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液,然后在100至150℃下干燥,從而增加接觸強(qiáng)度。
(實(shí)施方案11)在實(shí)施方案8至10中,涂層12被附著到無(wú)機(jī)熒光材料11和絕緣纖維18上。參照?qǐng)D11,下面來(lái)描述涂層12僅附著到顆粒11上的實(shí)施方案。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案11的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,18表示包含SiO2-Al2O3-CaO基物質(zhì)作為主體組分的絕緣纖維,143表示由顆粒11和纖維18制成的多孔發(fā)光體,34a和34b表示在發(fā)光體143表面上提供的ITO透明電極,30表示由陶瓷、玻璃、金屬等制成的襯底,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案11的發(fā)光元件1的方法。首先,三種顏色的無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11都被浸入鎂配合物溶液中,然后干燥,接著在空氣中,于450至600℃下實(shí)施熱處理0.25至1小時(shí)。所得產(chǎn)物被破碎,從而在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11的表面上形成MgO涂層12。接著,相對(duì)于提供了涂層12的顆粒11,混入1/10至10重量份的絕緣纖維18,從而制備出混合物粉末。然后,向其中加入例如α-松油醇和乙酸丁酯的有機(jī)溶液,然后使用例如三輥型的捏合機(jī)來(lái)制備糊劑。在該步驟中使用的纖維18具有約1到2微米的直徑和約25至50微米的長(zhǎng)度。接著,將上述的糊劑絲網(wǎng)印刷到襯底30上,然后在空氣中和100至150℃下干燥,接著在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而得到由提供有涂層12的顆粒11和絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體143。在該步驟中,熱處理后的涂布厚度為10至500微米。隨后,將ITO透明電極34a和34b連接到發(fā)光體143的上表面上,從而獲得發(fā)光元件1。因?yàn)楣庠陔姌O34a和34b之間發(fā)出,所以代替透明電極,電極34a和34b可以是例如鋁和不銹鋼的金屬片。
下面描述讓發(fā)光元件1發(fā)光的方法。與實(shí)施方案10相似,借助引線2和3在電極34a和34b之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。在該步驟中,電場(chǎng)在電極34a和34b之間產(chǎn)生(箭頭A)。施加電壓在涂層12的表面上產(chǎn)生放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。
然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體143的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后,優(yōu)選將電壓值降至初始態(tài)的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7至10相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案7至10相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案7至10中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
涂層12的作用和目的如實(shí)施方案8至10所述。
在本實(shí)施方案中,使用顆粒11和纖維18的混合物糊劑來(lái)形成發(fā)光體143,因此與實(shí)施方案7和8相比,可以抑制顆粒11在深度方向上的濃度梯度,并且發(fā)光體143能夠整體均勻地發(fā)光。
另外,至于顆粒11與絕緣纖維18的混合比,當(dāng)前者的粉末量增加時(shí),結(jié)構(gòu)變得致密,并且放電難以發(fā)生。相反,當(dāng)后者的粉末的量增加時(shí),它具有多孔結(jié)構(gòu),但是亮度趨向于降低。因此,混合比應(yīng)該為相對(duì)于1重量份的顆粒11,絕緣纖維18為1/10至10重量份,優(yōu)選地為1/5至5重量份。
此外,根據(jù)實(shí)施方案11,發(fā)光體143的厚度可以做得比實(shí)施方案9更薄,并且證實(shí)即使在相同的平面上形成電極34a和34b,也能發(fā)光。注意此處,在電極34a和34b在同一平面上形成的情況中,可能發(fā)生表面漏電。因此,應(yīng)該控制電極34a和34b之間的距離。盡管電極34a和34b之間的距離取決于發(fā)光體143的厚度和施加的電壓值,但是至少需要為10至1000微米的間距,并且優(yōu)選厚度為50至500微米。
在實(shí)施方案11中,在略小于實(shí)施方案10中的電壓下開(kāi)始發(fā)光。原因是在絕緣纖維18上沒(méi)有提供具有較大電阻值的涂層12。
在實(shí)施方案10中,發(fā)光體143被施用到襯底30的上層部分,并且對(duì)其進(jìn)行熱處理。但是,舉例來(lái)說(shuō),發(fā)光體也可以被施用到PET薄膜上,將PET薄膜剝離并且實(shí)施熱處理,然后在發(fā)光體上附著襯底30。此處,作為該步驟的粘合劑,使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液,然后在100至150℃下干燥,從而增加接觸強(qiáng)度。
通過(guò)代替鎂配合物溶液,將無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11浸入膠體二氧化硅水溶液中,然后在空氣中于100至200℃下干燥并破碎來(lái)形成涂層12。已證實(shí)這樣形成的涂層12具有相似的作用。
(實(shí)施方案12)在實(shí)施方案11中,使用無(wú)機(jī)熒光材料粉末或者粉末(纖維)與無(wú)機(jī)熒光材料粉末的混合粉末作為基材來(lái)制備發(fā)光元件。在實(shí)施方案12中,參照?qǐng)D12來(lái)描述使用其中添加有起泡劑的糊劑制得的發(fā)光元件1。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案12的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,18表示包含SiO2-Al2O3-CaO基物質(zhì)作為主體組分的絕緣纖維,153表示由顆粒11和纖維18制成的多孔發(fā)光體,34a和34b表示在發(fā)光體153表面上提供的ITO透明電極,30表示由陶瓷、玻璃、金屬等制成的襯底,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述生產(chǎn)實(shí)施方案12的發(fā)光元件1的方法。首先,加入1至25重量%的熱解化學(xué)起泡劑,并與實(shí)施方案11中使用的糊劑混合。該步驟使用的化學(xué)起泡劑是例如偶氮化合物、亞硝基化合物和肼化合物的有機(jī)熱解起泡劑,或者例如碳酸氫鹽和碳酸鹽的無(wú)機(jī)熱解起泡劑。該步驟中起泡劑的平均粒徑為5至10微米。接著,將糊劑絲網(wǎng)印刷到襯底30上,然后在空氣中和50至250℃下干燥,以使糊劑起泡。此后,在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而得到由提供有涂層12的顆粒11和纖維18制成的多孔發(fā)光體153。熱處理后的涂布厚度為20至1000微米。為了抑制發(fā)光體153由于起泡劑的突然熱膨脹而引起的變形,干燥過(guò)程中溫度從室溫緩慢升高。當(dāng)化學(xué)起泡劑在150至250℃下增加時(shí),它們經(jīng)歷熱分解,以致產(chǎn)生例如氮?dú)夂吞妓釟獾臍怏w,這會(huì)導(dǎo)致發(fā)光體153的熱膨脹。因此,優(yōu)選使用有機(jī)熱解起泡劑作為起泡劑。
隨后,使用與實(shí)施方案11相同的方法來(lái)生產(chǎn)發(fā)光元件1。發(fā)光方法與發(fā)光機(jī)理也與實(shí)施方案11相同。也就是說(shuō),借助引線2和3在電極34a和34b之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。在該步驟中,電場(chǎng)在電極34a和34b之間產(chǎn)生(箭頭A)。施加電壓在涂層12的表面上產(chǎn)生放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。
然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光。
起泡劑的混合引起體積的膨脹并進(jìn)一步提高了放電效率。因此,實(shí)施方案12中生產(chǎn)的發(fā)光元件1在比實(shí)施方案11的電壓值小約10%的電壓下開(kāi)始發(fā)光。同樣,因?yàn)榕c實(shí)施方案11中生產(chǎn)的發(fā)光元件相比,發(fā)光元件的彈性增加,所以舉例來(lái)說(shuō),可以通過(guò)施加壓力來(lái)降低發(fā)光初始電壓值。相對(duì)于顆粒11,起泡劑的混合比優(yōu)選為1至10重量%。在混合比大于該值的情況下,機(jī)械強(qiáng)度降低,并且在極端情況下,發(fā)光強(qiáng)度降低。
(實(shí)施方案13)在實(shí)施方案7至12中,通過(guò)在由絕緣纖維18制成的多孔發(fā)光體表面上施用無(wú)機(jī)熒光材料糊劑,或者通過(guò)使用絕緣纖維18與無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11的混合糊劑來(lái)制備發(fā)光元件1。在實(shí)施方案13中,參照?qǐng)D13,描述通過(guò)片材成形制得的發(fā)光元件1。
圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案13的發(fā)光元件1的剖視圖,其中標(biāo)記11表示無(wú)機(jī)熒光材料顆粒,18表示包含SiO2-Al2O3-CaO基物質(zhì)作為主體組分的絕緣纖維,163表示由顆粒11和纖維18制成的多孔發(fā)光體,14表示在發(fā)光體163表面上提供的ITO透明電極,40表示金屬襯底,并且1表示發(fā)光元件。
下面描述制備實(shí)施方案13的發(fā)光元件1的方法。
首先,以2∶1的重量比,混合無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18。對(duì)于100克混合粉末,混入35克乙酸丁酯、0.5克BBP、16克丁基溶纖劑、8克乙醇和12克丁縮醛樹(shù)脂,以制備漿料。
接著,使用片材成形設(shè)備,將所述漿料成形為具有約25微米的片厚的片材。此后,通過(guò)層壓設(shè)備,將片層壓成2-10層,并且層壓后的厚度被調(diào)節(jié)成約50至250微米。
接著在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),從而制得多孔發(fā)光體163。在該步驟中,發(fā)光體163的厚度為45至250微米。
此后,將ITO透明電極14和金屬襯底40分別連接到發(fā)光體163的上下表面上,從而獲得發(fā)光元件1。
與實(shí)施方案7至9相似,在電極14和40之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在電絕緣纖維18的表面上產(chǎn)生放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。
然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體163的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后,優(yōu)選將電壓值降至初始態(tài)的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案7至12相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案7至12中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
在實(shí)施方案13中,當(dāng)連接發(fā)光體163和電極14及金屬襯底40時(shí),使用膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液作為粘合劑,然后在100至200℃下干燥,從而增加接觸強(qiáng)度。此外,通過(guò)在膠體二氧化硅水溶液中浸泡,然后在空氣中于100至200℃下干燥,形成涂層12。
此外,在實(shí)施方案13中,沒(méi)有提供涂層12。但是即使提供涂層12,也可以產(chǎn)生相同的效果。只是如果形成有涂層12,就可以很好地抑制由放電引起的劣化和由紫外光引起的劣化。
(實(shí)施方案14)在上面實(shí)施方案7至13中,都使用了有機(jī)粘結(jié)劑,因此生產(chǎn)過(guò)程需要脫脂步驟,并且需要在空氣或者在氮?dú)鈿夥障拢?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí)。因此,下面將描述使用含水粘結(jié)劑并在空氣和100至200℃下干燥,來(lái)生產(chǎn)多孔發(fā)光體173的方法。
下面是參照?qǐng)D14對(duì)該實(shí)施方案的描述。首先,以2∶1的重量比,混合無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和包含SiO2-Al2O3-CaO基物質(zhì)作為主體組分的絕緣纖維18。對(duì)于100克混合粉末,混入5重量%的膠體二氧化硅水溶液或50克膠體氧化鋁的水溶液,以制備漿料。
接著,將漿料放在Al金屬箔41上,并且通過(guò)干燥設(shè)備在100至200℃下實(shí)施干燥0.25至10小時(shí),從而制得具有約25至1000微米厚度的發(fā)光體173。此后,將ITO透明電極14連接到發(fā)光體173的上表面上,從而獲得發(fā)光元件1。
與實(shí)施方案13相似,借助引線2和3在電極14和40之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在絕緣的針狀顆粒(纖維)18的表面上產(chǎn)生放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。
然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體173的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后,優(yōu)選將電壓值降至初始態(tài)的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案13相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案13中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
在此,還可以通過(guò)在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),來(lái)形成發(fā)光體173,并且證實(shí)可以產(chǎn)生相同的發(fā)光現(xiàn)象。
在實(shí)施方案14中,通過(guò)在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成膠體顆粒來(lái)形成涂層12。也就是說(shuō),已證實(shí)作為粘合劑使用的膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液還可以形成涂層12。注意此處,代替膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液,可以使用下列物質(zhì)作為有機(jī)粘結(jié)劑聚酰亞胺、BCB(苯并環(huán)丁烯)、氟樹(shù)脂(例如PTFE(聚四氟乙烯))和熱固性樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂(例如芳族聚酰胺、PBO(聚-對(duì)-亞苯基-苯并-雙-噁唑))、全芳香聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、氰酸酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂(phenol resole resin)、PPE(聚苯醚)樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、PPE(聚苯醚)樹(shù)脂、PEEK(聚醚醚酮)樹(shù)脂和PEK(聚醚酮)樹(shù)脂。
(實(shí)施方案15)參照?qǐng)D15,下面描述使用ZnO基晶須作為絕緣針狀顆粒來(lái)生產(chǎn)多孔發(fā)光體183的方法。首先,以2∶1的重量比,混合顆粒11和ZnO晶須19。對(duì)于100克混合粉末,混入5重量%的膠體二氧化硅水溶液或50克膠體氧化鋁的水溶液,以制備漿料。接著,將漿料放在Cu金屬箔41上,并使用干燥設(shè)備在100至200℃下實(shí)施干燥0.25至10小時(shí),從而制得具有約25至1000微米厚度的發(fā)光體183。此后,將ITO透明電極14連接到發(fā)光體183的上表面上,從而獲得發(fā)光元件1。
接著,與實(shí)施方案14相似,借助引線2和3在電極14和40之間施加電壓。電壓可以是交流或直流的。施加電壓在ZnO晶須19的表面上產(chǎn)生放電,并且放電像鏈反應(yīng)一樣連續(xù)發(fā)生,從而發(fā)出紫外光和可見(jiàn)光。
然后,所產(chǎn)生的紫外光光學(xué)激發(fā)顆粒11,從而發(fā)出可見(jiàn)光。一旦放電開(kāi)始,放電像鏈反應(yīng)一樣重復(fù),從而產(chǎn)生紫外光和可見(jiàn)光,因此為了抑制光線對(duì)發(fā)光體183的不利作用,在發(fā)光開(kāi)始后,優(yōu)選將電壓值降至初始態(tài)的50至80%。當(dāng)通過(guò)AC電源或DC電源施加約0.3至1.0kV/mm的電壓時(shí),放電發(fā)生,接著開(kāi)始發(fā)光。此時(shí),電流值為0.1mA或更小。此外,一旦開(kāi)始發(fā)光,甚至在降低電壓時(shí),也繼續(xù)發(fā)光。與實(shí)施方案7相似,已證實(shí)對(duì)于藍(lán)色、綠色和紅色三種顏色都能發(fā)出高質(zhì)量的光。
發(fā)光機(jī)理與實(shí)施方案14相似。為了有效地產(chǎn)生放電并且獲得高質(zhì)量的發(fā)光,實(shí)施實(shí)施方案14中描述的過(guò)程,從而獲得有利的效果。
在此,還可以通過(guò)在空氣或者在氮?dú)鈿夥障?,?50至1200℃下實(shí)施熱處理0.25至10小時(shí),來(lái)形成發(fā)光體183,并且證實(shí)可以產(chǎn)生相同的發(fā)光現(xiàn)象。
在實(shí)施方案15中,通過(guò)在無(wú)機(jī)熒光材料顆粒11和絕緣纖維18的表面上形成膠體顆粒,來(lái)形成涂層12。也就是說(shuō),已證實(shí)作為粘合劑使用的膠體二氧化硅水溶液或者膠體氧化鋁的水溶液還可以形成涂層12。
此外,在上面的實(shí)施方案中,舉例來(lái)說(shuō),通過(guò)使用SiO2-Al2O3-CaO基絕緣纖維來(lái)形成多孔結(jié)構(gòu)。但是,使用ZnO晶須便于形成三維的多孔結(jié)構(gòu),這還有利于產(chǎn)生放電,從而導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)。
在此使用Cu作為電極襯底,其電阻值較小,這可與A1相比。
(實(shí)施方案16)將實(shí)施方案1至15中制備的發(fā)光元件1插入石英管中,石英管用惰性氣體(例如Ne、Ar、Kr和Xe)填充。然后,向發(fā)光元件1施加電壓,在約0.03到0.8kV/cm的電壓值下開(kāi)始發(fā)光。與不填充惰性氣體的情況相比,發(fā)光元件表現(xiàn)出約60至80%的電壓值降低,并且表現(xiàn)出更高亮度、更高對(duì)比度、更高識(shí)別能力和更高的可靠性。原因是用惰性氣體填充可以提供便于產(chǎn)生放電和產(chǎn)生紫外光的氣氛。但是在此情況中,發(fā)現(xiàn)存在輝光放電。
以矩陣形式兩維排列實(shí)施方案1至16中制得的發(fā)光元件1,并且通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路,將施加在每個(gè)發(fā)光元件上的電壓轉(zhuǎn)向ON或OFF,從而制得平板顯示器。使用這種平板顯示器,可以低成本地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
盡管在實(shí)施方案7至14中使用SiO2-Al2O3-CaO基組合物來(lái)制備絕緣纖維18,但是Al2O3、SiC、ZnO、TiO2、MgO、BN或Si3N4基纖維也可以起到相同的作用。
工業(yè)應(yīng)用性從上述說(shuō)明中明顯看出,本發(fā)明所提供發(fā)光元件減少了發(fā)光材料的亮度和可靠性的降低,并且不需要輝光放電所需的真空密封和高電壓,也不需要使用更高級(jí)的薄膜技術(shù)。通過(guò)以矩陣形式兩維排列這些發(fā)光元件,可以提供具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的平板顯示器。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件,其包含包括具有空隙的絕緣體和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的多孔發(fā)光體;和至少兩個(gè)與所述發(fā)光體表面接觸的電極,其中,向所述至少兩個(gè)電極施加電壓,以產(chǎn)生放電,并且通過(guò)放電激發(fā)發(fā)光體,以使其發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中通過(guò)放電發(fā)出紫外光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述多孔發(fā)光體的表面由絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述多孔發(fā)光體由表面用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂布的無(wú)機(jī)熒光材料顆粒組裝形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的發(fā)光元件,其中所述絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)是至少一種選自Y2O3、Li2O、MgO、CaO、BaO、SrO、Al2O3、SiO2、MgTiO3、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、ZrO2、TiO2、B2O3、PbTiO3、PbZrO3和PBZRTIO3(PZT)的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中在電極之間的發(fā)光體中提供有通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中在電極之間的發(fā)光體內(nèi)分散有電阻比所述絕緣金屬氧化物低的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述發(fā)光體的內(nèi)部是處于大氣壓下的大氣,或者填充有惰性氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述放電是表面放電。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述具有空隙的絕緣體是纖維結(jié)構(gòu)和具有連續(xù)泡的泡沫結(jié)構(gòu)中的至少之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述發(fā)光體是通過(guò)在具有空隙的絕緣體上附著無(wú)機(jī)熒光材料顆粒而獲得的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述具有空隙的絕緣體是包含至少一種選自Al、Si、Ca、Mg、Ti、Zn和B的元素的無(wú)機(jī)物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)光元件,其中所述纖維是通過(guò)破碎絕緣陶瓷或玻璃而獲得的。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)光元件,其中所述纖維是具有220℃或更高的熱變形溫度的耐熱合成纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中在所述發(fā)光體內(nèi)分散有電阻低于所述絕緣體的物質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中以所述絕緣體的重量為1,所述無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的重量在0.1至10.0的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)光元件,其中所述纖維具有0.1至20.0微米的直徑和0.5至100微米的長(zhǎng)度,并且所述無(wú)機(jī)熒光材料顆粒具有0.1至5.0微米的平均粒徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件,其中所述具有空隙的絕緣體的孔隙率在50%至90%的范圍內(nèi),該范圍包含端點(diǎn)。
19.一種顯示設(shè)備,其中根據(jù)權(quán)利要求1至18任何一項(xiàng)的發(fā)光元件以矩陣形式排列。
20.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1至18任何一項(xiàng)的發(fā)光元件的方法,其包括下列步驟第一步,在由具有空隙的絕緣體制成的片狀多孔體的表面上施用無(wú)機(jī)熒光材料糊劑;第二步,對(duì)絕緣體進(jìn)行熱處理,以形成多孔的發(fā)光體;和第三步,形成至少兩個(gè)與所述發(fā)光體表面接觸的電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的制備發(fā)光元件的方法,其中所述無(wú)機(jī)熒光材料糊劑包含其表面用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆的無(wú)機(jī)熒光材料顆粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的制備發(fā)光元件的方法,其中通過(guò)將無(wú)機(jī)熒光材料顆粒浸入選自金屬配合物溶液、金屬烷氧化物溶液和膠體溶液中的至少一種溶液中,接著進(jìn)行熱處理,來(lái)實(shí)施用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的制備發(fā)光元件的方法,其中通過(guò)使用蒸發(fā)、濺射和CVD方法中的任何一種方法將絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)附著到無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的表面上,來(lái)實(shí)施用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的制備發(fā)光元件的方法,其中在第二步之后和第三步之前,通過(guò)將發(fā)光體浸入選自金屬配合物溶液、金屬烷氧化物溶液和膠體溶液中的至少一種溶液中,接著進(jìn)行熱處理,從而用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆發(fā)光體的表面。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的制備發(fā)光元件的方法,其中在第二步之后和第三步之前,使用蒸發(fā)、濺射和CVD方法中的任何一種方法,將絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)附著到發(fā)光體的表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的制備發(fā)光元件的方法,其中在第一步中以條紋形式施用包括紅色、藍(lán)色和綠色的三種顏色的無(wú)機(jī)熒光材料糊劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的制備發(fā)光元件的方法,其中在不同顏色的無(wú)機(jī)熒光材料之間提供光屏蔽薄膜或溝槽。
28.根據(jù)權(quán)利要求20的制備發(fā)光元件的方法,其中所述無(wú)機(jī)熒光材料糊劑包含起泡劑。
29.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1至18任何一項(xiàng)的發(fā)光元件的方法,其包括下列步驟第一步,在導(dǎo)電襯底上施用包含絕緣纖維和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的糊劑,并進(jìn)行熱處理,以形成多孔的發(fā)光體;及第二步,形成電極,并使其與發(fā)光體表面接觸。
30.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1至18任何一項(xiàng)的發(fā)光元件的方法,其包括下列步驟第一步,將包含絕緣纖維和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的糊劑成型,并進(jìn)行熱處理,以形成多孔的發(fā)光體;及第二步,形成電極,并使其與發(fā)光體表面接觸。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30的制備發(fā)光元件的方法,其中在第一步之后和第二步之前,將發(fā)光體浸入選自金屬配合物溶液、金屬烷氧化物溶液和膠體溶液中的至少一種溶液中,接著進(jìn)行熱處理,從而用絕緣無(wú)機(jī)物質(zhì)涂覆無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的表面。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)光元件包含包括具有空隙的絕緣體和無(wú)機(jī)熒光材料顆粒的多孔發(fā)光體;以及至少兩個(gè)與發(fā)光體表面接觸的電極。向所述至少兩個(gè)電極施加電壓,以產(chǎn)生放電,并且通過(guò)放電激發(fā)發(fā)光體,以使其發(fā)光。由此制得的發(fā)光元件減少了發(fā)光材料的亮度和可靠性的降低,并且不需要輝光放電所需的真空密封和高電壓,也不需要使用更高級(jí)的薄膜技術(shù)。通過(guò)以矩陣形式兩維排列這些發(fā)光元件,可以低成本地提供具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的平板顯示器。
文檔編號(hào)H05B33/10GK1640202SQ03804380
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者上野巖, 棚橋正和, 井垣惠美子 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社