[发明专利]频率下转换超薄背板光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率下转换超薄背板光源，具体涉及一种基于稀土材料的频率下转换超薄背板光源，适用于光照明和显示系统。

背景技术

随着光学技术的发展和纳米材料的应用，基于发光材料的光学器件正受到越来越多的关注。全彩光的产生是光学材料在可见光范围的重要研究内容之一，纳米材料的复合可见光输出特性在光显示、激光及用于生物标记的光电器件中都有非常重要的应用。目前，对于光照明及显示技术来说，最重要的挑战在于设计出更新、更轻便、更有效的全彩发光器件。已有的研究表明，通过采用组合各单色荧光稀土离子获得的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)发光材料阵列可以很好地满足上述的技术要求，然而，该类器件成本高，限制了其在显示器中的大规模使用。从上个世纪末叶开始，人们开始致力于研究和开发用于新型光照明及显示器件的光源。通过基于频率下转换的稀土掺杂纳米微晶磷光体，将紫外光及蓝光转化成可见光辐射的白光源技术已经得到发展。然而，该类发光源具有制备成本高、不容易形成大面积平板器件等不足和缺陷。

目前，对掺杂稀土元素的发光玻璃或发光晶体的研究已经有许多成果，特别是镧系元素离子在紫外光激励下的频率下转换荧光效应，例如，Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Nd³⁺等稀土离子在紫外光照射下在可见光范围内都有不同程度的发光。B.C.Joshi对于共掺Eu³⁺和Tb³⁺锌磷酸盐中的非辐射能量转移效应和离子间相互作用进行了一定的研究(“Enhance Eu³⁺emission by non-radiative energy transferfrom Tb³⁺in zinc phosphate glass”，Journal of Non-Crystalline Solids，pp.217-220，no180，1995)。在Cheng-jun Duan等人的研究中，无论是单掺或共掺Eu³⁺、Tb³⁺、Tm³⁺三种离子的发光晶体在紫外或X光激励下都表现出良好的荧光特性(“Luminescence properties of Eu³⁺，Tb³⁺or Tm³⁺activated Ca₄GdO(BO₃)₃underX-ray and UV excitation”，Optical Materials，pp.956-961，no28，2006)。此外在D.Ananias等人的研究中，掺镧系元素的Na₃LnSi₃O₉晶体的白光辐射也备受关注(“Unusual full-color phosphors：Na3LnSi3o9”，Optical Materials，pp.582-586，no.28，2006)。然而，对于Tm/Tb/Eu共掺的稀土晶体材料在可见光范围的频率下转换发光，从440nm到620nm波长范围内的研究仍不尽完善。由于稀土材料在光照明及显示方面的广阔应用前景，研究多稀土离子掺杂的频率下转换发光器件成为光照明及显示器件研究的主要方向。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种频率下转换超薄背板光源，通过掺杂铥、铽和铕三种稀土离子，将紫外光及蓝光转化成复合可见光输出，扩展稀土材料在光学领域的应用范围。

为实现上述目的，本发明设计的频率下转换超薄背板光源，包括一个掺杂三种稀土离子的发光玻璃平板或发光晶体平板，以及多个位于平板两侧的激发源。三种稀土离子分别为铥离子、铽离子和铕离子，其各自在发光玻璃平板或发光晶体平板中的掺杂浓度范围分别是：铥离子为0.25×10²⁴～2×10²⁴个/立方米，铽离子为0.1×10²⁴～1.5×10²⁴个/立方米，铕离子为0.1×10²⁴～2×10²⁴个/立方米。激发源的激发光中心波长为350～360nm，激发光的功率范围为300～700mW。本发明频率下转换超薄背板光源将紫外及蓝光范围的激发光(如350～360nm发光二极管的辐射光)转化为强度均衡的红、绿、蓝三色光，然后复合成可见白光输出。