專利名稱：適合低操作電壓電子束激發(fā)的熒光粉體配方及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方及其制備方法，特別涉及一種適用于場發(fā)射顯示器，各種通過電子、電漿激發(fā)的光電管，以及光源的螢光粉體配方及其制備方法。
背景技術(shù)：
顯示器在現(xiàn)今生活中的重要性日益增加，除計算機或網(wǎng)絡(luò)外，電視機、手機、個人數(shù)字助理(PDA)、以及車用信息系統(tǒng)等，均需通過顯示器控制或傳遞訊息?；谄渲亓?、體積、及健康方面的理由，各產(chǎn)品采用平面顯示器的比率越來越高。1999年全球平面顯示器市場約為185億美元，此巨幅增長應歸功于液晶顯示器(LCD)的良好功能與低廉價格。而其它平面顯示器(flat panel display；FPD)均處于積極發(fā)展的階段，其用途包括等離子(電漿)與投影等大尺寸的家庭影音設(shè)備以及市場較大的移動電話與數(shù)字相機等。其可望在價格與性能上超越并取代液晶顯示器。未來顯示器的特性需求在于體積小、省電、高分辨率、反應迅速，而在制備方面則要求較高的合格率、以及批量生產(chǎn)容易等。
在眾多的顯示技術(shù)中，場發(fā)射顯示器(field emission display；FED)號稱是最有機會取代LCD的新技術(shù)。FED的技術(shù)原理非常類似傳統(tǒng)陰極射線管(cathode-ray tube；CRT)，F(xiàn)ED為薄型的陰極射線管。在結(jié)構(gòu)方面，CRT為由單一電子槍發(fā)射電子束撞擊磷光面板，并利用偏向板控制電子束方向，而FED卻并無偏向板，每一像素均由電子發(fā)射子(emitting tip)完成，整個FED由數(shù)十萬個主動冷發(fā)射子組成。雖然在外觀上，F(xiàn)ED類似薄型的CRT，但是FED的工作電壓(≤1kV)卻遠小于CRT所需的工作電壓(15～30kV)。
最先提出的場發(fā)射原理稱做Spindt type微尺寸數(shù)組，數(shù)組中的每一單元包括一微小圓孔及其中的金屬圓錐。然在基材上制作圓孔所需的微影技術(shù)與制作金屬錐的蒸鍍技術(shù)的尺寸限制，均限制了顯示器成品的大小(每邊400mm)，而且制作成本高。此外，Spindttype場發(fā)射子的尖端也容易因損耗而降低壽命。除Spindt type場發(fā)射子(field emitter)之外，產(chǎn)業(yè)界正尋求其它的具有特性優(yōu)良、容易批量生產(chǎn)制造、以及價格低廉的替代技術(shù)。早期文獻顯示以鉆石結(jié)構(gòu)的碳作為場發(fā)射子，所需的激活電壓極小，隨后研究發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的石墨或納米碳管也是良好的場發(fā)射材料，其中納米碳管(carbon nanotube；CNT)的特性尤為顯著，也最有機會實現(xiàn)商業(yè)化。
在納米碳管場發(fā)射器(CNT-FED)中另一重要部分為螢光材料層，螢光材料層的特性將決定場發(fā)射器的光色與放光效率，具有相當?shù)难邪l(fā)價值，且目前全世界在該方面的螢光粉研究仍屬萌芽階段。在相關(guān)專利方面，韓國三星公司自1998年起陸續(xù)申請十多篇關(guān)于低操作電壓螢光體的專利，并在專利中披露了多種螢光體配方，且均稱該螢光體應用于FED具有高效率的優(yōu)點，包括ZnS、(Zn，Cd)S、ZnS:Zn、ZnS:Ag、(Zn，Cd)S:Ag、Cl、ZnGa2O4、ZnGa2O4:Bi、SrTiO3:RE(RE為稀土元素)與Y2SiO5等螢光體(如美國專利第5068157、6152965、6322725、6416688、6440329、6641756、與2003197460號，歐洲專利第0882776、與1052276號，以及法國專利第2800509號)。另外日本雙葉公司(Futaba DenshiKoggo)也申請數(shù)篇關(guān)于低操作電壓螢光體的專利，其螢光體分別為SrTiO3:Pr、ZnGa2O4:Li、P、(Zn，Cd)S:Ag、Cl、與La2O2S:RE(RE為稀土元素)、螢光體(如美國專利第5619098、2002057229號與中國臺灣專利第464902號)。
目前商品化的FED所使用的螢光體大致為P22系列螢光體，其中藍光螢光體為ZnS:Ag、Cl，綠光螢光體為ZnS:Cu、Au、Al，以及紅光螢光體為Y2O2S:Eu。這些螢光體均為陰極射線管所用的螢光體，為使FED具有低操作電壓，應用于FED時，這些螢光體并未如CRT包覆鋁層，從而容易導致螢光體劣化、污染場發(fā)射源、降低真空度等情形產(chǎn)生而影響壽命，且P22系列螢光體均含硫，對于環(huán)境及氣候的穩(wěn)定性較氧化物差，也容易使FED的使用生命期縮短。此外，這些CRT用螢光體受低能量的電子撞擊時，其發(fā)光效率不佳。
鑒于上述缺點，目前各方的研究方向均朝向能被低操作電壓激發(fā)的氧化物螢光材料，致力于改善氧化物螢光材料的發(fā)光強度，使其能應用于FED產(chǎn)業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種螢光材料，其主體晶格為BaMgAl10O17氧化物，摻雜銪離子或同時摻雜銪與錳離子，受電子束激發(fā)后可得藍色或藍綠色的螢光。其光色純且發(fā)光強度高，與硫化物相比結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，除可適合用于FED的螢光材料之外，由于其光色純且發(fā)光強度高，還可應用于各種通過電子、電漿激發(fā)的光電管以及光源的螢光材料。
也即，本發(fā)明是通過下列技術(shù)手段而實現(xiàn)上述目的；其包括一種以BaMgAl10O17為主體晶格的螢光粉體配方，受低電壓激發(fā)源激發(fā)可產(chǎn)生藍色或藍綠色的螢光，其主體晶格材料配方是(Ba1-xEux)MgAl10O17或(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17(0.0001≤x≤0.5與0.0001≤y≤0.5或0.05≤x≤0.2與0.05≤y≤0.2)，該主體晶格材料配方通過固態(tài)反應法合成，其螢光粉體配方的制備方法包括下列步驟原料混合其原料包括鋇、銪、鎂、錳、與鋁元素，是還原自其金屬氧化物或其鹽類，再由一種或多種化合物組成鋇化合物、銪化合物、鎂化合物、錳化合物、以及鋁化合物，進行燒結(jié)；燒結(jié)需在還原氣環(huán)境(混合氫氣等的混合氣體環(huán)境)中以溫度1400～1800℃進行預燒結(jié)6～24小時此主體晶格材料配方也可通過共沉淀法、凝膠法、或微乳膠法所成群的方法形成。
該低電壓激發(fā)源選自納米碳管(carbon nanotube emitter；CNT)、表面?zhèn)鲗щ娮釉?surface conduction electron emitter；SED)、沖擊式表面電子源(ballistic electron surface emitter；BSD)、以及金屬絕緣體發(fā)射源(metal insulator metal emitter；MIM)等所成群的電子激發(fā)源；其激發(fā)源的電壓≤1kV，激發(fā)源是電漿激發(fā)源。


圖1中的(a)部分是根據(jù)本發(fā)明的實施例所制備的(Ba1-xEux)MgAl10O17(x＝0.1)樣品的X光粉末繞射圖譜。
圖1中的(b)部分為根據(jù)本發(fā)明的實施例所制備的(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17(x＝0.1，y＝0.08)樣品的X光粉末繞射圖譜。
圖1中的(c)部分為BaMgAl10O17的標準X光粉末繞射圖譜。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例所制備的(a)為(Ba1-xEux)MgAl10O17(x＝0.1)與(b)為(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17(x＝0.1，y＝0.08)樣品的光發(fā)射光譜圖。
圖3是將圖2的光發(fā)射光譜標定于CIE色度坐標圖。
具體實施例方式
實施例一將0.6274克的氧化鋇(BaO)、0.800克氧化銪(Eu2O3)、0.1833克氧化鎂(MgO)、與2.3173克氧化鋁(Al2O3)(即根據(jù)(Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17的比例)充分混合，以研缽加以研磨充分混合，將均勻的混合物置于氧化鋁坩堝中，之后將氧化鋁坩堝置入高溫爐在還原氣氛環(huán)境下以1650℃預燒結(jié)12小時，燒結(jié)過程的升溫及降溫速率均為5℃/min。燒結(jié)完畢后，以研缽加以研磨，使其成為顆粒均勻的粉末，即得成品。
實施例二將1.8947克的氧化鋇(BaO)、0.2416克氧化銪(Eu2O3)、0.5091克氧化鎂(MgO)、7.0000克氧化鋁(Al2O3)、與0.1263克碳酸錳(MnCO3)(即根據(jù)(Ba0.9Eu0.1)(Mg0.92Mn0.08)Al10O17的比例)充分混合，以研缽加以研磨充分混合，將均勻的混合物置于氧化鋁坩堝中，后將氧化鋁坩堝置入高溫爐在還原氣氛環(huán)境下以1650℃預燒結(jié)12小時，燒結(jié)過程的升溫及降溫速率均為5℃/min。燒結(jié)完成后，以研缽加以研磨，使其成為顆粒均勻的粉末，即得成品。
根據(jù)本發(fā)明實施例所制備的(Ba1-xEux)MgAl10O17(x＝0.1)與(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17(x＝0.1，y＝0.08)樣品，以X光粉末繞射儀鑒定其晶相純度，結(jié)果如圖1中的(a)與(b)所示。經(jīng)與圖1中的(c)的標準BaMgAl10O17化合物(JCPDS no26-0163)X光粉末繞射圖譜比較，可知本發(fā)明所披露的螢光體為單一相，具有六方晶格(hexagonal)的結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)為a＝b＝5.62，c＝8.781；α＝β＝90°，γ＝120°。
圖2為本發(fā)明的實施例所制備的(Ba1-xEux)MgAl10O17(x＝0.1)與(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17(x＝0.1，y＝0.08)樣品的光發(fā)射光譜圖。由結(jié)果可知，經(jīng)由低電壓的電子束激發(fā)，此兩種螢光體發(fā)射藍色及藍綠色的螢光。將發(fā)射光譜的數(shù)據(jù)以1931年由國際照明委員會(Commission Internationale de l’Eclairage，CIE)所制定的色度坐標圖(chromaticity diagram)的公式換算成該螢光體所代表的色度坐標，標示于圖3。其相當于x＝0.1481與y＝0.0659的藍光以及x＝0.1470與y＝0.2777的藍綠光，由色度坐標圖得知固定銪元素含量而增加錳元素的含量將使螢光體光色自藍色向綠色范圍移動，可通過改變摻雜離子的濃度而改變螢光體的發(fā)光光色。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，以BaMgAl10O17為主體晶格，受低電壓激發(fā)源激發(fā)可產(chǎn)生藍色或藍綠色的螢光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是(Ba1-xEux)MgAl10O17或(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17，其中0.0001≤x≤0.5以及0.0001≤y≤0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是(Ba1-xEux)MgAl10O17或(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17，其中0.05≤x≤0.2以及0.05≤y≤0.2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是通過共沉淀法所形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是通過凝膠法所形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是通過微乳膠法所形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述低電壓激發(fā)源選自納米碳管、表面?zhèn)鲗щ娮釉础_擊式表面電子源、及金屬絕緣體發(fā)射源等所成群的電子激發(fā)源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方，其特征在于所述激發(fā)源的電壓≤1kV。
9.一種用以制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合低操作電壓電子束激發(fā)的螢光粉體配方的制備方法，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是通過固態(tài)反應法合成，其包括下列步驟a.原料混合；b.燒結(jié)需在還原氣環(huán)境中，以溫度1400～1800℃進行預燒結(jié)6～24小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述原料混合是形成(Ba1-xEux)MgAl10O17或(Ba1-xEux)(Mg1-yMny)Al10O17的配方，其中包括鋇、銪、鎂、錳、與鋁元素，來源是選自其金屬氧化物或其鹽類，再在還原環(huán)境中進行燒結(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于所述鋇化合物、銪化合物、鎂化合物、錳化合物、及鋁化合物是由一種或多種化合物所組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于最佳的燒結(jié)是在還原氣環(huán)境、溫度1400～1800℃下進行預燒結(jié)10～15小時。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于另一最佳燒結(jié)是在還原氣環(huán)境、溫度1500～1700℃下進行預燒結(jié)10～15小時。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于燒結(jié)時的還原環(huán)境是混合氫氮的混合氣體環(huán)境。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述BaMgAl10O17為主體晶格，材料配方是通過選自共沉淀法、凝膠法、和微乳膠法的群組之一的制法形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適合低操作電壓電子束激發(fā)的熒光粉體配方及其制備方法，本發(fā)明的熒光材料以BaMgAl
文檔編號C09K11/64GK1680512SQ20041003087
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者劉如熹, 康佳正, 江慧宜 申請人:臺龍電子股份有限公司