场致发射白光的方法及其装置
技术领域
本发明属于微电子学技术领域，涉及一种发射白光的方法及其装置，尤其涉及一种基于场发射器件的场致发射白光的方法及其装置。
背景技术
在实用光源领域，目前较为普遍使用的光源为：白炽灯，荧光灯和发光二极管(LED，light emitting diode)。但是白炽灯发光效率较低；荧光灯管发光效率高，但含有对人体及环境有害的汞，污染环境；LED体积小、反应速度快、节能环保，但价格偏高、大功率LED发光效率较低。
场发射光源器件显示出了获得绿色生态照明的另一条途径。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，场发射光源在大功率、大面积照明方面更具优势，在大功率光源方面成为LED的强有力的竞争者。
当前，场发射白光光源主要是利用阴极射线激发红、绿、蓝(R、G、B)三色荧光粉来复合产生白光，这样的光源构件具有显色指数高的优点，但是，该种材料组成的光源构件难以满足红、绿、蓝三种荧光粉同时具有较高阴极射线发光性能的要求，因此其中任何一种荧光材料的阴极射线发光效率不高均会导致光源的整体效率不高。并且，由红、绿、蓝发光材料组成的体系由于不同材料具有不同的老化特性，经阴极射线长时间辐照之后出现白光的色坐标发生明显偏移的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的发光方法中，由红、绿、蓝(R、G、B)三色荧光粉构成的场发射白光光源发光效率不高、色坐标容易发生偏移、易老化等问题，提供一种不易老化、不易出现色坐标明显偏移、光源效率高的场致发射白光的方法。
本发明还要解决的技术问题在于，针对现有技术装置中，是通过阴极射线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、光源效率下降的场致发射白光的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种场致发射白光的方法，包括：阴极射线激发激发蓝色阴极射线发光材料和黄色阴极射线发光材料的混合物，发出蓝光和黄光，所产生的处于黄色阴极射线发光材料的光致发光激发谱的有效区域内的蓝光再激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
场致发射白光的方法中，所述蓝色阴极射线发光材料和黄色阴极射线发光材料的质量比为0.5～10∶1。
场致发射白光的方法中，所述蓝色阴极射线发光材料优选为发射光谱波峰在420～490nm的蓝色发光材料。
场致发射白光的方法中，所述蓝色阴极射线发光材料最优选为Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、Sr2CeO4、ZnS:Ag、ZnS:Tm、ZnS:Zn、AlN:Eu中的一种；
或者是La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1；
或者是由Y、Gd、Lu、Sc部分或完全取代La的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1。
场致发射白光的方法中，所述黄色阴极射线发光材料优选为激发光谱在420～490nm内的黄色发光材料。
场致发射白光的方法中，所述黄色阴极射线发光材料最优选是以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉。
场致发射白光的方法中，所述以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉优选为RE3(Al，Ga)5O12:Ce，RE为Y、Tb、Gd、Lu、La中的至少一种。
其中，Y2SiO5:Ce是指以Ce为激活剂的Y2SiO5发光材料，其余SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、ZnS:Zn、AlN:Eu的含义与此相同，La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm是指以Tm为激活剂的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3发光材料。
一种场致发射白光的装置，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，在与阴极板组件相对的透明基板侧面依次设有透明阳极、发光材料层，透明阳极贴合在透明基板上，所述的发光材料层含有蓝色阴极射线发光材料与黄色阴极射线发光材料的混合物。
发光装置中，所述黄色阴极射线发光材料为以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉。
发光装置中，所述以Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉为RE3(Al，Ga)5O12:Ce，RE为Y、Tb、Gd、Lu、La中的至少一种。
发光装置中，所述蓝色阴极射线发光材料为在阴极射线激发下产生光谱波峰在420～490nm的蓝色发光材料。
发光装置中，所述蓝色阴极射线发光材料为Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、Sr2CeO4、ZnS:Ag、ZnS:Tm、ZnS:Zn、AlN:Eu中的一种；
或者是La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1；
或者是由Y、Gd、Lu、Sc部分或完全取代La的La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm，其中0＜x≤0.1，0≤y≤1。
本发明采用阴极射线激发激发蓝色阴极射线发光材料和黄色阴极射线发光材料的混合物，产生蓝光和黄光，处于黄色阴极射线发光材料的光致发光激发谱的有效区域内的蓝光再进一步激发黄色阴极射线发光材料发射出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合后形成白光。本发明使用了较少种类的发光材料，只是蓝色阴极射线发光材料和黄色阴极射线发光材料的组合，器件整体老化特性基本取决于这二种材料的老化性质，因此，只要选用稳定性能较佳的二种发光材料就可以有效降低光源器件的老化问题，并且由于阴极射线的穿透深度有限，不能被阴极射线激发到的黄色阴极射线发光材料可以被蓝色阴极射线发光材料发出的蓝光进一步激发，提高了发光效率。
其中，蓝色阴极射线发光材料的发光光谱波峰位于420～490nm，具有较佳的阴极射线发光性能；黄色阴极射线发光材料的光致激发光谱在420～490nm内，蓝色阴极射线发光材料的阴极射线发光峰刚好处于黄色阴极射线发光材料光致发光激发谱的有效区域内，实现了蓝光向黄光的部分光转换。
场致发射白光的装置中，在与阴极板组件相对的透明基板侧面依次设有透明阳极、发光材料层，透明阳极贴合在透明基板上，而透明阳极的表面设置了蓝色阴极射线发光材料和黄色阴极射线发光材料混合的发光材料层，该发光层在阴极射线激发下，蓝色阴极射线发光材料发出蓝光，由于蓝光在黄色阴极射线发光材料中的穿透深度要远远的大于阴极射线在黄色阴极射线发光材料中的穿透深度，因此，不能被阴极射线激发到的黄色阴极射线发光材料也可以被蓝光进行激发而发光。所以，黄色阴极射线发光材料在被阴极射线激发发出黄光的同时还能被发出的蓝光高效激发而发出黄光，提高了黄色阴极射线发光材料的发光能力，发光材料层所发出的黄光与剩余的蓝光进而复合形成白光，提高了整体器件的发光效率。
其中，蓝色阴极射线发光材料选择能够发射出发光光谱波峰在420～490nm光的蓝色发光材料，例如：Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、Sr2CeO4、ZnS:Ag、ZnS:Tm、ZnS:Zn、AlN:Eu、La(1-x)Ga(1-y)AlyO3:xTm(其中0＜x≤0.1，0≤y≤1，另外，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。
黄色阴极射线发光材料要满足其激发光谱在420～490nm范围内，能够被发出的蓝光高效激发。Ce为激活剂的稀土石榴石体系荧光粉是比较合适的黄色阴极射线发光材料，满足化学式RE3(Al，Ga)5O12:Ce，稀土元素RE可以从Y，Tb，Gd，Lu，La中选择，尤其是当RE＝Y或Tb，分别对应YAG:Ce和TAG:Ce。
将上述蓝色阴极射线发光材料与黄色阴极射线发光材料按照一定比例进行混合，通过丝网印刷或旋涂方式涂敷在透明阳极上，在阴极射线激发下而能够发出白光，通过调整两种阴极射线发光材料的比例，就可以得到不同色坐标的白光。
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是实施例1的阴极射线发光光谱；
图2是实施例2的阴极射线发光光谱；
图3是实施例3的阴极射线发光光谱；
图4是实施例4的阴极射线发光光谱；
图5是实施例5的阴极射线发光光谱；
图6是实施例6的阴极射线发光光谱；
图7是本发明中场致发射白光光源装置示意图；
阴极射线发光光谱图采用的测试条件为：激发电压5kV，束流8微安。
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1：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.99GaO3:0.01Tm和黄色阴极射线发光材料YAG:Ce的混合物，两者的质量比是5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。其发射光谱见图1，光谱波峰在蓝光区域460nm左右和黄光区域535nm左右，两者复合可以实现产生白光。
实施例2：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.99GaO3:0.01Tm和黄色阴极射线发光材料YAG:Ce的混合物，两者的质量比是4∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。其发射光谱见图2，光谱波峰在蓝光区域460nm左右和黄光区域535nm左右，两者复合可以实现产生白光。
实施例3：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.99GaO3:0.01Tm和黄色阴极射线发光材料YAG:Ce的混合物，两者的质量比是3∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。其发射光谱见图3，光谱波峰在蓝光区域460nm左右和黄光区域535nm左右，两者复合可以实现产生白光。
实施例4：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料ZnS:Ag和黄色阴极射线发光材料YAG:Ce的混合物，两者的质量比是1∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。其发射光谱见图4，光谱波峰在蓝光区域450nm左右和黄光区域535nm左右，两者复合可以实现产生白光。
实施例5：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料ZnS:Ag和黄色阴极射线发光材料YAG:Ce的混合物，两者的质量比是1.2∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。其发射光谱见图5，光谱波峰在蓝光区域450nm左右和黄光区域535nm左右，两者复合可以实现产生白光。
实施例6：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料ZnS:Ag和黄色阴极射线发光材料YAG:Ce的混合物，两者的质量比是0.5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。其发射光谱见图6，光谱波峰在蓝光区域450nm左右和黄光区域535nm左右，两者复合可以实现产生白光。
实施例7：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料Y2SiO5:Ce和黄色阴极射线发光材料Gd3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是9.8∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光进一步激发黄色阴极射线发光材料发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例8：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料ZnS:Tm和黄色阴极射线发光材料Lu3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是10∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例9：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料ZnS:Zn和黄色阴极射线发光材料La3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是2∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例10：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.9Ga0.5Al0.5O3:0.1Tm和黄色阴极射线发光材料Lu3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是10∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例11：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.98AlO3:0.02Tm和黄色阴极射线发光材料La3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是6.5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例12：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.95Ga0.7Al0.3O3:0.05Tm和黄色阴极射线发光材料Y3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是8.4∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例13：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.92GaO3:0.08Tm和黄色阴极射线发光材料Tb3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是7.6∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例14：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料Y0.93Ga0.4Al0.6O3:0.07Tm和黄色阴极射线发光材料Gd3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是9.1∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例15：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.71Gd0.25Ga0.4Al0.6O3:0.04Tm和黄色阴极射线发光材料Gd3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是6.8∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例16：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料La0.12Lu0.83Ga0.7Al0.3O3:0.05Tm和黄色阴极射线发光材料Gd3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是5.3∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例17：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料Sc0.94Ga0.8Al0.2O3:0.06Tm和黄色阴极射线发光材料Gd3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是4.5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例18：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料AlN:Eu和黄色阴极射线发光材料Gd3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是2.5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例19：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料SrGa2S4:Ce和黄色阴极射线发光材料Tb3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是2.5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例20：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料Sr2CeO4和黄色阴极射线发光材料Y3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是4.8∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例21：一种场致发射白光的方法，阴极射线激发蓝色阴极射线发光材料Y0.9Ga0.4Al0.6O3:0.1Tm和黄色阴极射线发光材料Tb3(Al，Ga)5O12:Ce的混合物，两者的质量比是2.5∶1，发出蓝光和黄光，所产生的蓝光激发未发光的黄色阴极射线发光材料进一步发出黄光，蓝光和两次激发产生的黄光复合生成白光。
实施例22、如图7所示，一种产生白光的发光装置，包括阴极板组件101、与阴极板组件101相对间隔设置的阳极板组件102，将二者密封连接在一起的支撑体6，阴极板组件、阳极板组件、支撑体6构成一个真空空间，其中阴极板组件101包括阴极板1，多个电子发射体2有规则的排列形成在阴极板1上；所述阳极板组件102包括透明基板5，透明基板5为玻璃基板，在与阴极板组件101相对的透明基板5侧面依次设有透明阳极4、发光材料层3，透明阳极4直接贴合在透明基板5上，透明阳极4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5上形成的，发光材料层3是将蓝色阴极射线发光材料与黄色阴极射线发光材料按照一定比例进行混合，通过丝网印刷或旋涂方式涂敷在透明阳极4的表面形成的。
蓝色阴极射线发光材料可以选择La0.99GaO3:0.01Tm、Y2SiO5:Ce、SrGa2S4:Ce、ZnS:Ag、ZnS:Tm、ZnS:Zn、AlN:Eu；La0.99Ga0.5Al0.5O3:0.01Tm、La0.9GaO3:0.1Tm、La0.98AlO3:0.02Tm、La0.92Ga0.6Al0.4O3:0.08Tm、La0.6Y0.33Ga0.4Al0.6O3:0.07Tm、Gd096Ga0.35Al0.65O3:0.04Tm或La0.2Lu0.75Ga0.8Al0.2O3:0.05Tm等。
黄色阴极射线发光材料可以选择Y3Al5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、Gd3Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce、La3Al5O12:Ce、Y3Ga5O12:Ce、Y3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce、Y3(Al0.5，Ga0.5)5O12:Ce、Y3(Al0.1，Ga0.9)5O12:Ce、(Y0.9，Gd0.1)3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce、(Y0.5，Gd0.5)3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce或(Y0.1，Gd0.9)3(Al0.9，Ga0.1)5O12:Ce等。
蓝色阴极射线发光材料与黄色阴极射线发光材料混合的质量比为0.5～10∶1。