專利名稱：具有均勻照明的面發(fā)光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為器件和其它應(yīng)用提供均勻照明的擴(kuò)展區(qū)域均勻光源，其中光的發(fā)射可以是平面的或者彎曲的。均勻光源是通過(guò)使用發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光層與高度穩(wěn)定的無(wú)機(jī)光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換層結(jié)合以剪裁所發(fā)射的光的色譜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，本發(fā)明包括均勻光源、 包括該均勻光源的器件和顯示器、以及制造這種光源和顯示器的方法。
背景技術(shù)：
例如，在US5，432，015和US6，919，126(其公開(kāi)通過(guò)引用整體并入本文)中描述了用于顯示器和其它應(yīng)用的厚膜介電電致發(fā)光(TDEL)器件。與傳統(tǒng)的薄膜電致發(fā)光(TFEL) 器件相比，TDEL器件具有優(yōu)秀的抗介電擊穿、更低的工作電壓和大大增強(qiáng)的亮度。一般來(lái)說(shuō)，TDEL器件具有沉積在玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基底上的厚膜介電復(fù)合結(jié)構(gòu)，其承受足夠高的加工溫度從而便于可以提供高發(fā)光度的磷光體薄膜的沉積和退火。在這些顯示器中使用的厚膜介電層具有高介電常數(shù)，允許在這些顯示器中使用較厚的介電層而無(wú)需明顯增加顯示器的工作電壓。這種較厚的介電層(通常大于10 μ m)用來(lái)在顯示器工作期間阻止介電擊穿。通常，厚膜介電復(fù)合結(jié)構(gòu)包括燒結(jié)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電或鐵電物質(zhì)(例如具有幾千介電常數(shù)的鈮鎂酸鉛(PMN)或鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT))層。為了形成這種復(fù)合結(jié)構(gòu)，通常使用例如鋯鈦酸鉛(PZT)的兼容壓電或鐵電物質(zhì)的更薄覆蓋層，使用金屬有機(jī)沉積(MOD)或者溶膠凝膠技術(shù)使厚膜表面光滑以沉積薄膜磷光體結(jié)構(gòu)。US7, 112，373描述了具有銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體薄膜的TDEL器件，該器件發(fā)出具有高亮度的藍(lán)光。第2004/013M95號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)描述了一種全彩顯示器，該全彩顯示器具有厚膜介電復(fù)合結(jié)構(gòu)和銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體薄膜以產(chǎn)生藍(lán)光，并且還具有藍(lán)色、綠色和紅色子像素，其中所述綠色和紅色子像素上覆蓋有光致發(fā)光薄膜，用于將藍(lán)光分別轉(zhuǎn)換為綠光和紅光。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，藍(lán)光完全被吸收到綠色和紅色光致發(fā)光薄膜中以提供綠光和紅光來(lái)滿足對(duì)于全彩視頻顯示器的CIE色坐標(biāo)要求。用于該全彩顯示器的綠色和紅色光致發(fā)光薄膜由通過(guò)運(yùn)用分散在光透明聚合物膜上的有機(jī)染料所形成的色素粒子構(gòu)成。但是，由于暴露在用于激發(fā)的藍(lán)光和來(lái)自周圍環(huán)境的紫外線下，因此這些薄膜的光致發(fā)光效率隨著工作時(shí)間差異地降解。隨著工作時(shí)間的增加，這種差異降解導(dǎo)致了色偏移。已經(jīng)知道，白光光源由涂有涂層的藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成，該涂層包括無(wú)機(jī)光致發(fā)光物質(zhì)以將一些藍(lán)光轉(zhuǎn)換為更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。釔鋁石榴石(YAG)可以用作光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換層，與這些LED結(jié)合以產(chǎn)生白光。US5，998，925公開(kāi)了使用摻鈰的YAG磷光體與發(fā)射藍(lán)光的LED結(jié)合以提供白光光源。這些器件中使用的基于YAG的材料可以提供穩(wěn)定的光輸出，然而，由于主要產(chǎn)生藍(lán)光的LED的尺寸太小而導(dǎo)致光源基本上是點(diǎn)光源，這使得其不適合需要均勻照明的擴(kuò)展光源的應(yīng)用。US7，362，048教導(dǎo)了 YAG材料如何摻雜其他元素(例如釓)以將白光的色溫轉(zhuǎn)變到期望值。US7，417，368公開(kāi)了 TDEL像素陣列，其具有銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體膜(產(chǎn)生被摻鈰的YAG吸收的藍(lán)光)作為光致發(fā)光覆蓋層以產(chǎn)生黃光。US7，391，060公開(kāi)了 TDEL器件，其具有硫代鋁酸鋇發(fā)射藍(lán)光的磷光體層和將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成紅光或者綠光的光致發(fā)光層。因此希望提供為顯示器和其它應(yīng)用提供均勻照明的擴(kuò)展區(qū)域均勻光源、包括該光源的顯示器和其它應(yīng)用、以及制造該光源和顯示器的方法。通過(guò)將發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光層和高度穩(wěn)定的無(wú)機(jī)光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換層合并以剪裁所發(fā)出光的色譜并提供均勻的白色照明，來(lái)實(shí)現(xiàn)該均勻光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供具有均勻發(fā)射強(qiáng)度的擴(kuò)展光源，其中發(fā)射顏色可以根據(jù)特定應(yīng)用的需求而調(diào)整。本發(fā)明包括器件和其它應(yīng)用，例如但不限于與光源合并的顯示器以及制造光源和使用光源的方法。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光源是包括厚膜介電復(fù)合層、銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體膜、和與該磷光體膜結(jié)合的摻鈰的YAG(釔鋁石榴石)半透明光致發(fā)光層的器件。磷光體薄膜提供均勻的高強(qiáng)度藍(lán)光光源，其有效地激發(fā)摻鈰的YAG以提供僅轉(zhuǎn)換部分藍(lán)光的有效方法，所述部分藍(lán)光與黃光結(jié)合從而提供具有可調(diào)節(jié)色溫的均勻照明白光源。這種光源的效率可以通過(guò)使發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光磷光體層和摻鈰的YAG光致發(fā)光層所產(chǎn)生的光的提取最大化來(lái)進(jìn)一步提高。依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了具有空間擴(kuò)展表面的發(fā)光器件，在該空間擴(kuò)展表面的發(fā)射的光的亮度在發(fā)射表面是均勻的，所述器件包括覆蓋有光致發(fā)光膜的主要的發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光層，其中所述光致發(fā)光膜允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，從而提供具有限定顏色的光。光致發(fā)光膜不直接接觸發(fā)射藍(lán)光的的磷光體層，而是被放置在發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光器件的發(fā)光側(cè)，發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光器件包括被放置在兩個(gè)電極層之間的磷光體層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了具有空間擴(kuò)展表面的發(fā)光器件，通過(guò)該空間擴(kuò)展表面的發(fā)出的光的亮度在發(fā)射表面是均勻的，所述器件包括覆蓋有半透明光致發(fā)光膜的主要發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光層，其中所述光致發(fā)光膜允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，從而提供具有限定色溫的白光。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了具有空間擴(kuò)展表面的發(fā)光器件，通過(guò)該空間擴(kuò)展表面發(fā)出的光的亮度在發(fā)射表面是均勻的，所述器件包括厚膜復(fù)合介電層、發(fā)射藍(lán)光的磷光體層、涂在該發(fā)射藍(lán)光的磷光體層上的光致發(fā)光膜，其中所述光致發(fā)光膜允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光從而提供具有限定色溫的白光。在本發(fā)明的一個(gè)方面，空間擴(kuò)展表面是平坦表面。在本發(fā)明的其它方面，空間擴(kuò)展表面是彎曲表面。在本發(fā)明的另一方面，空間擴(kuò)展表面是凹面，該凹面用于將所發(fā)射光的強(qiáng)度集中在該表面上方的區(qū)域。在本發(fā)明的一些方面中，通過(guò)與產(chǎn)生藍(lán)光的表面平行排列的薄固態(tài)無(wú)機(jī)磷光體膜來(lái)提供藍(lán)光。磷光體膜可以是交流電致發(fā)光燈具的組件。電致發(fā)光燈具可以包括被放置在燈具電極之間的厚膜介電復(fù)合層。在本發(fā)明的一些方面中，提供了交流電致發(fā)光燈具，該交流電致發(fā)光燈具包括被放置在發(fā)射藍(lán)光的磷光體層上的光致發(fā)光層，其中所述光致發(fā)光層允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光從而提供具有限定色溫的白光。燈具還包括磷光體膜設(shè)置在其上的厚膜介電復(fù)合層。在本發(fā)明的一些方面中，光致發(fā)光層包括石榴石型結(jié)構(gòu)材料。石榴石型結(jié)構(gòu)材料可以是替代地?fù)诫s的釔鋁石榴石(YAG)合成物以提供所需發(fā)光光譜，并使在該層內(nèi)產(chǎn)生的發(fā)射的光的再吸收最小化。光致發(fā)光層對(duì)藍(lán)光半透明。合成物設(shè)置在樹(shù)脂材料內(nèi)，其中YAG 的量為整個(gè)光致發(fā)光層的重量的約20%到約40%。在本發(fā)明的另一些方面中，光致發(fā)光層包括摻鈰或摻銪的材料，該材料選自堿土鋁酸鹽、稀土鋁酸鹽、堿土硅酸鹽、堿土鋁硅酸鹽、堿土磷酸鹽、堿土氮化硅、氧氮化硅及其組合物。在這個(gè)方面，樹(shù)脂中的光致發(fā)光粒子可以是如本文所描述的納米尺寸。在本發(fā)明的一些方面中，發(fā)射藍(lán)光的磷光體膜是硫代鋁酸鋇磷光體膜。在本發(fā)明的另一方面中，光致發(fā)光層對(duì)藍(lán)光是半透明的，并且包括摻鈰的YAG(釔鋁石榴石)。在本發(fā)明的一些方面中，發(fā)射的光使用在選自電子信息顯示器、傳感器和化學(xué)試驗(yàn)器件背光燈的應(yīng)用中。在本發(fā)明的另一些方面中，發(fā)射的光使用在需要光源和一般室內(nèi)或者夜間室外光的應(yīng)用中。根據(jù)本發(fā)明的另一些方面，提供了一種制造均勻白光光源的方法，所述方法包括-將發(fā)射藍(lán)光的磷光體層應(yīng)用到厚膜復(fù)合介電層上；-將所述發(fā)射藍(lán)光的磷光體層涂有半透明光致發(fā)光膜；并且-施加電場(chǎng)使得所述光致發(fā)光膜允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光從而提供具有已限定顏色的光。根據(jù)以下的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)會(huì)變得明顯。但是應(yīng)該理解，示出本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明和具體實(shí)施例僅以說(shuō)明的方式給出，根據(jù)所述詳細(xì)說(shuō)明在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的各種改變和修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。


根據(jù)本文所給出的說(shuō)明書和附圖將更充分地理解本發(fā)明，這些附圖僅作為圖解給出而不是限制本發(fā)明意欲保護(hù)的范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的白光發(fā)射器件的橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的白光發(fā)射器件的光發(fā)射光譜的圖表；圖3是示出了本發(fā)明的白光發(fā)射器件的CIE色坐標(biāo)的圖；圖4是示出了作為施加電壓函數(shù)的本發(fā)明的白光發(fā)射器件的相對(duì)亮度的圖表；以及圖5是示出了作為驅(qū)動(dòng)頻率函數(shù)的本發(fā)明的白光發(fā)射器件的相對(duì)亮度的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是從擴(kuò)展區(qū)域發(fā)光的均勻光源。該均勻光源用于需要在發(fā)射表面的擴(kuò)展區(qū)域上具有均勻發(fā)射強(qiáng)度的光源的應(yīng)用。本發(fā)明涵蓋包括這種光源的用于各種應(yīng)用的器件， 以及制造該光源的方法和該光源本身。
本發(fā)明是厚膜介電復(fù)合層與發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光膜和無(wú)機(jī)光致發(fā)光層的結(jié)合，由此光致發(fā)光層對(duì)電致發(fā)光層產(chǎn)生的藍(lán)光是半透明的。以這種方式，一些藍(lán)光被轉(zhuǎn)換成黃光， 并因此產(chǎn)生并發(fā)射白光。光致發(fā)光層的半透明性在某種程度上是由于將選定的光致發(fā)光粒子適當(dāng)裝載到光致發(fā)光層的基質(zhì)中所引起?？梢允褂脝蝹€(gè)電極對(duì)來(lái)驅(qū)動(dòng)器件。本發(fā)明對(duì)光源需要在超過(guò)100°c的溫度下工作的應(yīng)用特別有用。本發(fā)明光源的應(yīng)用的實(shí)施例包括需要光源的電子信息顯示器、傳感器和化學(xué)試驗(yàn)器件的背光燈以及一般室內(nèi)或者夜間室外照明。在一個(gè)非限定實(shí)施方式中，本發(fā)明是發(fā)射藍(lán)光的交流電TDEL器件/燈具，其合并有分散在樹(shù)脂基質(zhì)中的光致發(fā)光摻鈰釔鋁石榴石(Y3Al5O12 = Ce)粒子的半透明顏色轉(zhuǎn)換層。 可以根據(jù)第5，432，015號(hào)、第6，589，674號(hào)、第6，919，1 號(hào)和第7，112，373號(hào)美國(guó)專利；以及第 11/122，301 號(hào)、第 10/736，020 號(hào)、第 10/736，368 號(hào)、第 11/072，擬4 號(hào)、第 11/100，190 號(hào)、第11/184，457號(hào)和第11/196，163號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的公開(kāi)(其公開(kāi)通過(guò)引用整體并入本文)來(lái)構(gòu)造TDEL器件。在本發(fā)明中，提供了發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光磷光體膜和對(duì)藍(lán)光半透明的無(wú)機(jī)光致發(fā)光層，也就是說(shuō)，光致發(fā)光層只是部分地吸收藍(lán)光，使得可以提供并且可以在擴(kuò)展區(qū)域上提供期望的均勻白光照明。本發(fā)明的器件包括厚膜介電復(fù)合層(厚膜介電復(fù)合結(jié)構(gòu)包括例如具有幾千介電常數(shù)的鈮鎂酸鉛(PMN)或鈦鎂酸鉛-鋯酸鉛(PMN-PT)的燒結(jié)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電或鐵電物質(zhì)層，和例如鋯鈦酸鉛(PZT)的兼容壓電或鐵電物質(zhì)的更薄光滑覆蓋層)、 藍(lán)光發(fā)光層、和半透明光致發(fā)光層。例如在第5，432，015號(hào)美國(guó)專利和第W000/70917號(hào)和第TO03/056879號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)(其公開(kāi)通過(guò)引用整體并入本文)中所教導(dǎo)的，厚介電結(jié)構(gòu)包括具有鋯鈦酸鉛(PZT)的光滑層的鈮鎂酸鉛或鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN或PMN-PT)燒結(jié)的厚膜層。以這種方式在擴(kuò)展區(qū)域上產(chǎn)生均勻白光光源。擴(kuò)展區(qū)域可以與制造電致發(fā)光器件的可用基底的面積一樣大，并且與用于形成器件的各層的裝置的尺寸一樣大。因此，除了受到膜加工設(shè)備的尺寸限制之外，對(duì)能夠在發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光器件(該器件包括厚膜介電復(fù)合層)上形成的半透明光致發(fā)光層的面積實(shí)際上沒(méi)有限制。一平方米或者更大的面積都是可行的。如果面積非常大，就需要形成金屬導(dǎo)體條并間隔地放置在電致發(fā)光器件透明電極的表面上以降低透明電極的電阻率。這些導(dǎo)體條可以在光源器件的邊緣處并聯(lián)連接，因此如果需要，可以使用單個(gè)電源來(lái)驅(qū)動(dòng)其工作。對(duì)于面積大于幾平方厘米的器件，可能有利的是，將TDEL光源分割成許多使用單獨(dú)電源來(lái)驅(qū)動(dòng)的子區(qū)域，以使器件中電短路的可能性最小化或者提供光強(qiáng)度的可控空間變化。在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的白光產(chǎn)生器件可以由彎曲的剛性基底或者柔性基底制成，彎曲的剛性基底或者柔性基底能夠承受TDEL器件的制造工藝條件以使得所完成的器件可以被彎曲至所需的曲率。根據(jù)可得到的薄膜沉積裝置的幾何形狀，彎曲器件的曲率半徑可以從無(wú)窮(即，平整表面)變化至一厘米或者更小。彎曲的光源可以用于增加距光源的距離相當(dāng)于或者大于光源的空間范圍處的光強(qiáng)度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，用作線狀或者彎曲基底的合適材料包括但不限于耐火板材，耐火板材包括但不限于陶瓷，例如氧化鋁、金屬陶瓷復(fù)合物、玻璃陶瓷材料和高溫玻璃材料。參見(jiàn)圖1 (不成比例)，TDEL器件被構(gòu)造在5厘米X5厘米的玻璃基底2上，氧化
7鋁薄勢(shì)壘層(未示出)被放置在玻璃基底2上以使器件結(jié)構(gòu)的玻璃基底和隨后沉積層之間的化學(xué)作用最小化。下部電極4和厚膜介電層6被放置在基底上，另一高介電常數(shù)光滑層 8被放置在厚膜介電層6上(由此形成復(fù)合厚膜介電層或結(jié)構(gòu))。依次包括鈦酸鋇膜、鉭酸鹽膜和氧化鋁膜的另一組層(未示出)被沉積在光滑層8上，用于將厚膜介電復(fù)合結(jié)構(gòu)與發(fā)射藍(lán)光的銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體膜化學(xué)分離。包括氮化鋁的上部薄膜介電膜12被放置在磷光體層10上，并且具有母線16的氧化銦錫膜14被放置在上部介電層12上以形成用于操作TDEL器件的第二電極。包括有分散在樹(shù)脂基質(zhì)中的摻鈰的釔鋁石榴石(YAG) 的光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換層18被放置在具有母線16的上部電極16上，并且提供了具有周邊密封珠22的蓋玻片20以保護(hù)器件免受環(huán)境空氣的危害。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，半透明的光致發(fā)光復(fù)合顏色轉(zhuǎn)換層包括嵌入聚合物基質(zhì)中的無(wú)機(jī)光致發(fā)光粒子的無(wú)機(jī)石榴石型結(jié)構(gòu)。更具體地，顏色轉(zhuǎn)換層可以包括整層重量的約20%到約40%。本發(fā)明包括粒度在約3微米至約7微米的范圍分布的摻鈰的YAG粒子， 這些粒子分散在包括環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂或者相似材料的樹(shù)脂中。光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換膜的厚度可以在約0. 5毫米至約1毫米的范圍內(nèi)。顏色轉(zhuǎn)換粒子的裝載和厚度產(chǎn)生了光致發(fā)光膜的半透明度，使得僅有部分磷光體光被這個(gè)顏色轉(zhuǎn)換層吸收并由此發(fā)射白光。多種材料可以用于形成本發(fā)明的光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換層。在一個(gè)方面，使用石榴石型結(jié)構(gòu)材料是因?yàn)槠涿鎸?duì)來(lái)自激發(fā)光源或者來(lái)自周圍環(huán)境的藍(lán)光或紫外光時(shí)的高穩(wěn)定性。 還期望的是，對(duì)藍(lán)光的吸收和可用的較長(zhǎng)波長(zhǎng)光的再發(fā)射的量子效率盡可能地高。摻鈰的 YAG(Y3Al5O12 = Ce)具有約0. 68的光吸收效率。吸收效率被定義為入射到發(fā)射中心的藍(lán)色光子被吸收的比例。摻Ce (鈰)的YAG具有0.88的內(nèi)部發(fā)射效率。內(nèi)部發(fā)射效率被定義為發(fā)射中心吸收的能量中作為較長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光子再發(fā)射的比例。關(guān)于摻Ce的YAG的外部發(fā)射效率為0.60，其被定義為向外發(fā)射至YAG材料的長(zhǎng)波長(zhǎng)光子被發(fā)射中心發(fā)射的比例。全發(fā)射效率是內(nèi)部發(fā)射效率和外部發(fā)射效率的乘積。摻鈰的YAG的激發(fā)光譜具有460納米峰值，接近于銪活化的硫代鋁酸鋇電致發(fā)光磷光體的475納米發(fā)射峰值。其它光致發(fā)光磷光體可適于那些長(zhǎng)期穩(wěn)定性不太重要、并且期望特殊剪裁的發(fā)射光譜的其它應(yīng)用。表1給出了一些這種材料以及它們的主要激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)光顏色的清單。用在光致發(fā)光層的其它合適的材料可以選自稀土鎢酸鹽、稀土鉬酸鹽、硫代磷酸鈣、硅酸鋅鈣、堿土硅酸鹽、堿土金屬硅酸鹽、氮替代鋁硅酸鹽、稀土氮氧化物、堿土氯硅酸鹽及其組合物。在本發(fā)明中還可以使用納米級(jí)的光致發(fā)光粉末。在一些情況下，由于發(fā)射位置對(duì)稱性的降低，納米尺寸粉末的內(nèi)部發(fā)射效率可以增加，從而增加了輻射發(fā)射的概率，而不增加通過(guò)短波長(zhǎng)藍(lán)色光子的吸收所獲能量的非輻射釋放的概率。在此情況下，能量的非輻射釋放包括在波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)處的輻射發(fā)射以及憑借晶格振動(dòng)(聲子)激發(fā)的能量耗散。當(dāng)光致發(fā)光材料粒子的尺寸小于約IOnm時(shí)，這種作用變得重要。當(dāng)使用這個(gè)尺寸范圍內(nèi)的納米級(jí)粒子時(shí)，光致發(fā)光膜的基質(zhì)中粒子的均勻分布變得困難，并且需要在粒子上使用適當(dāng)?shù)姆请x子或離子表面涂層或者在基質(zhì)材料基前驅(qū)物材料上運(yùn)用適當(dāng)?shù)谋砻婊罨瘎﹣?lái)抑制粒子的聚集。本發(fā)明的器件合并了藍(lán)光發(fā)光膜，該藍(lán)光發(fā)光膜是銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體膜，在一些方面，如第2006/0027788號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)(其公開(kāi)整體并入本文)所教導(dǎo)的是具有銪活化的BaAlj4II磷光體膜。這種磷光體膜提供了均勻的高強(qiáng)度藍(lán)光源，該藍(lán)光源有
8效激發(fā)摻鈰的YAG以提供有效方式將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光，從而提供具有可調(diào)節(jié)色溫的均勻照明的白光光源。色溫指的是白光的光譜分布，并且與保持在給定的溫度下黑體的發(fā)射譜有關(guān)。例如，高色溫是指白光具有淡藍(lán)色色調(diào)，低色溫是指白光具有淡黃色色調(diào)。這可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員很好地理解。本發(fā)明的器件的色溫能夠通過(guò)改變與顏色轉(zhuǎn)換層相關(guān)聯(lián)的參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)，從而改變藍(lán)光的傳輸和所產(chǎn)生的較長(zhǎng)波長(zhǎng)光的強(qiáng)度，例如通過(guò)改變顏色轉(zhuǎn)換層的厚度、YAG粒子的裝載或者YAG的粒子的尺寸分布。這種器件的效率可以通過(guò)使從發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光磷光體層和從摻鈰的YAG光致發(fā)光層產(chǎn)生的光的提取最大化來(lái)進(jìn)一步提高。此外，TDEL器件適合在至少高達(dá)約110°C的溫度下使用，這使得它們適合在大范圍的應(yīng)用中使用。對(duì)于性價(jià)比高的應(yīng)用而言，本發(fā)明中使用的TDEL器件可以被構(gòu)造成具有由單個(gè)電極對(duì)驅(qū)動(dòng)的較大的發(fā)射區(qū)域。從這個(gè)角度來(lái)看，使用交流電TDEL藍(lán)光發(fā)射器比交流電 TFEL藍(lán)光發(fā)射器在某些方面有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榻涣麟奣FEL藍(lán)光發(fā)射器不能制造成具有能夠由單個(gè)電極對(duì)驅(qū)動(dòng)的大發(fā)射區(qū)域。這是由于TFEL發(fā)射器器件的工作電壓非常接近這些器件中使用的薄膜介電層的介電擊穿電壓。由于介電擊穿是由介電層中的針孔或者類似的缺陷引發(fā)的，并且這種缺陷的概率與發(fā)射器的面積成比例，所以由介電擊穿引起的器件故障率與發(fā)射表面的面積成比例。從實(shí)踐的角度，由單個(gè)電極對(duì)驅(qū)動(dòng)的TFEL發(fā)射器的尺寸被限制為大約0.01cm2。相比之下，TDEL器件可以具有由單個(gè)電極對(duì)驅(qū)動(dòng)的至少若干平方厘米的大面積，因?yàn)門DEL器件更厚的介電層受到介電擊穿的影響較小。TDEL器件中厚介電層的高介電常數(shù)使TDEL器件能夠在合理的低電壓下工作而不用考慮其介電層的厚度。TDEL器件磷光體的厚度可以變化以提供工作電壓和發(fā)光效率的最優(yōu)組合。使用低電壓直流電流驅(qū)動(dòng)的電致發(fā)光器件(例如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED))也是已知的，但是實(shí)現(xiàn)均勻電流強(qiáng)度以在較大面積上提供均勻的發(fā)射強(qiáng)度非常困難。另外由于OLED這種類型器件所使用的有機(jī)磷光體材料固有的熱不穩(wěn)定性，所以O(shè)LED被限制為在低于約60°C的環(huán)境溫度下使用。其它類型的發(fā)光器件(例如發(fā)光二極管(LED))也是已知的，但是由于LED固有的小尺寸，所以它們不能提供均勻照明。當(dāng)來(lái)自發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光磷光體的藍(lán)光進(jìn)入光致發(fā)光層的耦合增加時(shí)，光致發(fā)光層中產(chǎn)生的黃光的強(qiáng)度也增加。當(dāng)光致發(fā)光層的折射率等于或者大于電致發(fā)光磷光體層的折射率并且在任何中間層的表面上的反射最小(例如通過(guò)確保任何中間層的厚度小于這些層中的藍(lán)光波長(zhǎng))時(shí)，這種耦合是最優(yōu)的。在光致發(fā)光層的折射率小于電致發(fā)光層的折射率的情況下，如果兩個(gè)折射率的差異減少，那么光耦合會(huì)增加。本發(fā)明的實(shí)施方式可以提供發(fā)射藍(lán)光的銪活化的硫代鋁酸鋇的光折射率與摻鈰的YAG的光折射率之間相對(duì)接近的匹配。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)橢圓測(cè)量法測(cè)量，用于說(shuō)明本發(fā)明功用的銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體膜具有平均光折射率2. 03，然而本領(lǐng)域已知的單晶YAG的折射率在紅外光1062nm處為約1. 82并且通過(guò)光范圍在接近紫外光193nm處增加至2. 145。如果YAG摻鈰，那么其光指數(shù)將改變。摻雜鈰導(dǎo)致YAG的光致發(fā)光發(fā)射峰值關(guān)于其最大吸收波長(zhǎng)偏移，使得在膜中的光致發(fā)光的再吸收最小化。如果YAG是分散在樹(shù)脂或者聚合物基質(zhì)中的微粒形式，其中YAG粒子的尺寸小于YAG材料中光的波長(zhǎng)，那么所形成的復(fù)合膜將表現(xiàn)為如同具有均勻折射率一樣，該折射率值是YAG指數(shù)和基質(zhì)材料指數(shù)的加權(quán)平均數(shù)。對(duì)于普通的樹(shù)脂或者聚合物來(lái)說(shuō)，折射指數(shù)在1. 3到1. 4的范圍內(nèi)，因此為了最大化復(fù)合膜的折射率，需要將膜中YAG的體積分?jǐn)?shù)最大化。因?yàn)槟?duì)藍(lán)光的吸收和光致發(fā)光發(fā)射也都依賴YAG材料的體積分?jǐn)?shù)和膜的厚度以及鈰的摻雜濃度，所以這些參數(shù)需要一起優(yōu)化以獲得所需的結(jié)果。對(duì)于通過(guò)光致發(fā)光層從來(lái)自光源的光所產(chǎn)生的藍(lán)光和更長(zhǎng)波長(zhǎng)光的提取從而提供有用光依賴于光致發(fā)光層與使用光源的周圍環(huán)境之間的光界面的特性。光對(duì)外部環(huán)境的外耦合可以通過(guò)許多本領(lǐng)域已知的方式來(lái)完成，例如提供具有漸變折射率的頂層或者提供具有為最大化光外耦合而設(shè)計(jì)的紋理的粗糙表面。在一些情況下，周圍環(huán)境可以是空氣，并且在其它情況下周圍環(huán)境可以是包括光波導(dǎo)的光纖維束或者“光管(light pipe)”的端部， 以將所產(chǎn)生的光傳輸至所需的位置。還希望最大化來(lái)自光致發(fā)光層的下表面的光反射，以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方式來(lái)增加可用的提取的光。上述公開(kāi)大體上描述了本發(fā)明。通過(guò)參照以下具體實(shí)施例可以更徹底地理解本發(fā)明。這些實(shí)施例僅是為了說(shuō)明而描述的，而且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。因?yàn)榄h(huán)境可以會(huì)發(fā)生變化，所以形式變化以及等同替換是可以預(yù)期的。盡管本文使用了具體的術(shù)語(yǔ)，但是這些術(shù)語(yǔ)旨在描述，并不是限制。實(shí)施例實(shí)施例1根據(jù)第5，432，015 號(hào)、第 6，589，674 號(hào)、第 6，919，126 號(hào)和第 7，112，373 號(hào)美國(guó)專利；以及第 2005/0202157 號(hào)、第 2004/0170864 號(hào)、第 2004/0170865 號(hào)、第 2005/0202162 號(hào)、第2005/0255708號(hào)和第2006/0017381號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)(上述文獻(xiàn)的公開(kāi)通過(guò)引用整體全部并入本文)中的教導(dǎo)，使用描述的方法將具有銪活化的硫代鋁酸鋇磷光體膜的發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光器件制造在5厘米(長(zhǎng)度)X5厘米(寬度)X 1毫米(厚度)的玻璃基底上。根據(jù)第2006/0027788號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)(其公開(kāi)通過(guò)引用整體并入本文)教導(dǎo)的，可以將0. 5微米厚的磷光體膜加工為使硫代鋁酸鋇具有面心斜方晶體結(jié)構(gòu)。在一些方面，磷光體膜可以選自具有面心斜方晶格的新型晶體結(jié)構(gòu)的BaAlj4磷光體化合物或者具有面心斜方晶格結(jié)構(gòu)的BaAl4S7磷光體化合物。本發(fā)明還包括在晶格中用氧或硒部分地替代硫的磷光體化合物，表示成 BaAl2、_x0x、BaAl4S7_x0x、BaAl2S4_xSi5x 和 BaAl4S7_xSex，其中 χ 的值足夠小使得用氧替代硫不會(huì)引起第二結(jié)晶相的析出。在一些方面，磷光體化合物可以表示成用稀土元素(RE)(例如銪)部分替代鋇的Bai_xRExAl2、和Bai_xRExAl4S7，該稀土元素用作磷光體膜材料的發(fā)光中心，其中χ的值足夠小使得也不會(huì)發(fā)生第二結(jié)晶相的析出。磷光體還包括用元素周期表的IIA族元素M來(lái)部分替換鋇，以形成表示為BiVxMxAlj4和BiVxMxAl4S7的相關(guān)材料，其中M是選自元素周期表的IIA族或者元素周期表的IIB族的元素，以在χ的值足夠小使得所述替換不會(huì)引起第二結(jié)晶相的析出的條件下修改磷光體膜的發(fā)射特性或修改磷光體膜的沉積和結(jié)晶條件。這些元素對(duì)BaAlj4 (I I)和BaAl4S7(II)的晶格中的鋇的部分替代僅可稍微改變這些相的晶格常數(shù)，產(chǎn)生了衍射角以及衍射束的相對(duì)強(qiáng)度的小偏移。光致發(fā)光層可以被沉積在第二片玻璃上，并且被涂層的玻璃被放置在電致發(fā)光器件上，光致發(fā)光層朝向電致發(fā)光器件。在兩片玻璃之間使用周邊密封來(lái)密封已完成的器件。 器件使用交流電壓電源工作以將正弦電壓波形傳送至像素。峰值電壓振幅以10伏的增量改變至270伏。當(dāng)電壓為240伏時(shí)，頻率在60Hz (每秒120個(gè)光脈沖)到1. 5kHz之間變化(每秒3000個(gè)光脈沖)。圖2示出了在200、220和240伏下所測(cè)量的器件的光發(fā)射光譜。 從此圖表中可以看出，發(fā)射光譜的形狀幾乎保持恒定，但是強(qiáng)度變化約5倍。圖3示出了在這些電壓下發(fā)射的CIE色坐標(biāo)。該坐標(biāo)位于沿著具有不同的色溫的白光發(fā)射器的曲線的狹窄范圍內(nèi)。圖4示出了作為驅(qū)動(dòng)電壓函數(shù)的相對(duì)亮度。數(shù)據(jù)示出了亮度隨著電壓的變化遵循藍(lán)光發(fā)射器中的變化，并提供了亮度隨電壓的變化幾乎線性的電壓范圍，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖振幅的變化提供高度的亮度控制。圖5示出了亮度隨驅(qū)動(dòng)頻率的變化，這再次示出了在接近兩個(gè)量級(jí)的頻率變化上亮度與頻率的線性關(guān)系。與在260伏和120Hz下達(dá)到每平方米1000坎德拉的類似發(fā)射藍(lán)光的TDEL器件上亮度的絕對(duì)測(cè)量相結(jié)合的數(shù)據(jù)示出了電壓與頻率控制的結(jié)合使用可以對(duì)來(lái)自單個(gè)器件的亮度提供極寬的動(dòng)態(tài)范圍，在260伏和1500Hz下，范圍可從小于每平方米1坎德拉到約每平方米10000坎德拉。雖然驅(qū)動(dòng)脈沖寬度僅需要為約50微秒，但是仍可能在高達(dá)10000Hz下驅(qū)動(dòng)類似器件。在1500Hz處數(shù)據(jù)中沒(méi)有跡象顯示亮度與頻率的線性關(guān)系的任何偏離，因此可能在更高的驅(qū)動(dòng)頻率下得到高達(dá)每平方米50000坎德拉的亮度。
權(quán)利要求
1.一種具有空間擴(kuò)展表面的發(fā)光器件，通過(guò)所述空間擴(kuò)展表面的發(fā)射光的亮度在發(fā)射表面是均勻的，所述器件包括厚膜復(fù)合介電層、發(fā)射藍(lán)光的磷光體層、和涂在所述發(fā)射藍(lán)光的磷光體層上的光致發(fā)光膜，其中所述光致發(fā)光膜允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，從而提供具有限定顏色的光。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述光致發(fā)光膜的折射率等于或者大于所述電致發(fā)光層的折射率。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的器件，其中所述更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光是白光。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的器件，其中所述發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光層包括銪活化的硫代鋁酸鋇。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其中所述硫代鋁酸鋇是BaAl2S4IIt5
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述光致發(fā)光膜包括嵌入聚合物基質(zhì)中的無(wú)機(jī)光致發(fā)光粒子。
7.如權(quán)利要求6所述的器件，其中所述粒子具有約3μ m到約7 μ m范圍的粒度分布。
8.如權(quán)利要求7所述的器件，其中所述樹(shù)脂粒子存在于所述聚合物基質(zhì)中，其重量是所述基質(zhì)重量的約20%到約40%。
9.如權(quán)利要求6所述的器件，其中所述光致發(fā)光膜包括石榴石型結(jié)構(gòu)材料。
10.如權(quán)利要求7或8所述的器件，其中所述光致發(fā)光膜包括石榴石型結(jié)構(gòu)材料。
11.如權(quán)利要求9或10所述的器件，其中所述石榴石型結(jié)構(gòu)材料是釔鋁石榴石(YAG)。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述釔鋁石榴石是Y3Al5012:Ce。
13.如權(quán)利要求6至12中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述光致發(fā)光膜包括摻鈰或摻銪的材料，該材料選自堿土鋁酸鹽、稀土鋁酸鹽、堿土硅酸鹽、堿土鋁硅酸鹽、堿土磷酸鹽、堿土氮化硅、氧氮化硅及其組合物。
14.如權(quán)利要求6至13中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述樹(shù)脂選自環(huán)氧樹(shù)脂和硅樹(shù)脂。
15.如權(quán)利要求6至14中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述光致發(fā)光膜的厚度為約0.5 毫米到約1毫米。
16.如權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述空間擴(kuò)展表面是平坦表面。
17.如權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述空間擴(kuò)展表面是彎曲表面。
18.如權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述空間擴(kuò)展表面是凹面，所述凹面用于將所發(fā)射的光的強(qiáng)度集中在所述表面上方的區(qū)域。
19.如權(quán)利要求1至18中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述顯示器還包括平坦或者彎曲的基底。
20.如權(quán)利要求1至19中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述厚膜介電復(fù)合結(jié)構(gòu)包括選自鈮鎂酸鉛(PMN)和鈦鎂酸鉛-鋯酸鉛(PMN-PT)的燒結(jié)壓電或鐵電物質(zhì)層，以及兼容的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電或鐵電材料的更薄光滑覆蓋層。
21.一種發(fā)射均勻藍(lán)光的器件，包括厚膜復(fù)合介電層、在所述厚膜復(fù)合介電層上方的硫代鋁酸鋇(BaAl2S4)磷光體層、和涂在所述磷光體層上的釔鋁石榴石(YAG)，其中所述YAG 允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，從而提供具有限定色溫的白光。
22.如權(quán)利要求21所述的器件，其中所述釔鋁石榴石是￥#15012:&。
23.如權(quán)利要求21或22所述的器件，其中所述YAG的厚度為約0.5毫米到約1毫米。
24.如權(quán)利要求21、22或23所述的器件，其中所述YAG是作為具有約3μ m到約7 μ m 范圍的粒度分布的粒子提供的。
25.如權(quán)利要求M所述的器件，其中所述樹(shù)脂粒子存在于所述聚合物基質(zhì)中，其重量是所述基質(zhì)重量的約20%到約40%。
26.如權(quán)利要求1至25中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述發(fā)射的光用在選自電子信息顯示器、傳感器和化學(xué)試驗(yàn)器件的背光燈的應(yīng)用中。
27 .如權(quán)利要求1至沈中任意一項(xiàng)所述的器件，其中所述發(fā)射光用在需要光源和一般室內(nèi)或者夜間室外照明的應(yīng)用中。
28.—種制造均勻白光光源的方法，所述方法包括 -將發(fā)射藍(lán)光的磷光體層應(yīng)用到厚膜復(fù)合介電層上；-將所述發(fā)射藍(lán)光的磷光體層涂有半透明光致發(fā)光膜；并且-施加電場(chǎng)使得所述光致發(fā)光膜允許僅傳輸部分藍(lán)光以轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光從而提供具有限定顏色的光。
全文摘要
本發(fā)明教導(dǎo)了一種為顯示器和其它應(yīng)用提供均勻照明的擴(kuò)展區(qū)域均勻光源，其中光發(fā)射可以是平面的或者彎曲的。均勻光源是通過(guò)使用發(fā)射藍(lán)光的電致發(fā)光層與高度穩(wěn)定的無(wú)機(jī)光致發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換層結(jié)合以剪裁所發(fā)射光的色譜而實(shí)現(xiàn)的。因此，本發(fā)明包括均勻光源、與均勻光源合并的顯示器以及制造這種光源和顯示器的方法。
文檔編號(hào)H05B33/14GK102227954SQ200980148154
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者吉田功, 浜田弘喜, 詹姆斯·亞歷山大·羅伯特·斯蒂勒斯 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社, 伊菲雷知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司