專(zhuān)利名稱(chēng)：熒光材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有由一種無(wú)機(jī)晶體化合物組成的基本晶格的熒光材料，這種材料包括至少1mol％釓、至少0.1mol％的一種選自過(guò)渡金屬和稀土元素的組的活化劑和至少0.1mol％的一種增感劑。
從荷蘭專(zhuān)利申請(qǐng)186707可以知道一種此類(lèi)的熒光材料。在已知的熒光材料中，增感劑選自鉛、銻和鉍組成的組，活化劑選自錳、鋱和鏑組成的組。無(wú)機(jī)晶體化合物以及增感劑和釓的濃度是這樣選擇的，即熒光材料在不含活化劑而只由增感劑和釓組成時(shí)，在大約254nm波長(zhǎng)的紫外線的輻照下，該材料具有釓的在310nm至315nm的范圍的特征線輻射。換言之，熒光材料處于激發(fā)狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)能量從增感劑到釓的轉(zhuǎn)移。如同在已知熒光材料中那樣，如果熒光材料除增感劑和釓之外還含有活化劑，則即使在活化劑濃度相對(duì)低的情況下，也出現(xiàn)能量從釓到活化劑的有效轉(zhuǎn)移。這種低濃度的活化劑可以使熒光材料的成本較低。此外，在這種低濃度的活化劑的情況下，較少濃度猝熄，從而可以獲得較大的光通量。但已知熒光材料有這樣的缺點(diǎn)，即對(duì)于各激發(fā)態(tài)紫外線光子只產(chǎn)生一個(gè)可見(jiàn)光子，因而量子效率受到限制。
本發(fā)明的目的是提供一種具有相對(duì)高的量子效率的熒光材料。
因此，根據(jù)本發(fā)明，如本文首段所述的熒光材料的特征在于，增感劑是鉺，并且，如果熒光材料只是增感而不被活化，則用波長(zhǎng)范圍在100nm至195nm的紫外線激發(fā)時(shí)，熒光材料具有釓的在310nm至315nm的范圍的特征線發(fā)射。若熒光材料不包含任何活化劑而只包含增感劑和釓，這意味著在激發(fā)狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)能量從鉺到釓的轉(zhuǎn)移。
已發(fā)現(xiàn)，如果根據(jù)本發(fā)明的熒光材料用大約150nm的紫外線激發(fā)時(shí)，不僅增感劑產(chǎn)生可見(jiàn)光，活化劑也產(chǎn)生可見(jiàn)光，這是由于熒光材料中存在一部分是Er3+離子的結(jié)果，這些離子吸收紫外線光子之后按兩個(gè)步驟轉(zhuǎn)移激發(fā)能量。激發(fā)輻射激發(fā)Er3+離子的2F7/2能級(jí)，或者4f105d能級(jí)。借助于諧振能量的轉(zhuǎn)移，被Er3+離子吸收的能量的一部分轉(zhuǎn)移到釓，使得位于Er3+離子周?chē)腉d3+離子的6Dj能級(jí)或6Ij能級(jí)受到激發(fā)。Er3+離子的剩余能量主要是在Er3+離子從4S3/2能級(jí)回落到基態(tài)的過(guò)程中轉(zhuǎn)移，同時(shí)發(fā)射出綠光子。處于Gd3+離子的能量借助經(jīng)許多Gd3+離子的能量遷移而傳遞到活化劑離子。能量轉(zhuǎn)移到活化劑離子，接著活化劑離子回落到基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出可見(jiàn)光子。由于至少一部分激發(fā)態(tài)光子轉(zhuǎn)換成兩個(gè)可見(jiàn)光子，因而采用根據(jù)本發(fā)明的熒光材料可使量子效率達(dá)到100％以上。由于釓的有效的能量轉(zhuǎn)移，因而增感劑和活化劑的濃度可以這樣地選擇，即使增感劑離子在空間中與活化劑離子分開(kāi)，從而避免了因增感劑-活化劑對(duì)中的交叉弛豫而引起的猝熄，因而量子效率較高。
已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的熒光材料，凡是活化劑由一種或多種選自錳、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥和銩組成的組的元素的，都能取得令人滿(mǎn)意的結(jié)果。
鉺的濃度最好在0.1mol％至5mol％的范圍，活化劑的濃度最好在0.1mol％至1mol％的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的熒光材料，除鉺、釓和一種或多種活化劑之外，還包含至少一種選自釔、鈧和鑭組成的組的元素，也能取得令人滿(mǎn)意的結(jié)果。這三種元素較便宜，因此采用一種或多種這些元素可以降低熒光材料的成本。還發(fā)現(xiàn)，熒光材料的吸收帶的峰值位置受到這些元素的影響，因而加入一種或多種這些元素可以使熒光材料的吸收帶與激發(fā)源的發(fā)射帶良好地重疊。此外還發(fā)現(xiàn)，氟會(huì)影響Er3+離子4f105d能級(jí)的位置，從而使得熒光材料達(dá)到良好的吸收表現(xiàn)。
采用根據(jù)本發(fā)明的熒光材料，其基本晶格由LiGdF4構(gòu)成，其中可以采用至少一種選自釔、鈧和鑭組成的組的元素來(lái)部分地代替釓，也取得令人滿(mǎn)意的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的熒光材料適用于放電燈特別是配備有充有氙氣的氣密燈殼的放電燈的熒光屏。氙放電產(chǎn)生較多的紫外線輻射，其波長(zhǎng)范圍非常適宜激發(fā)根據(jù)本發(fā)明的熒光材料。
從下面說(shuō)明的實(shí)施例可以清楚理解本發(fā)明的上述和其它方面。
將0.140克的ErF3、8.754克的GdF3、0.027克的TbF3和1.079克的LiF在研缽中干燥地混合。接著將粉料放入高頻加熱的布里奇曼(Bridgeman)裝置中連續(xù)加熱到溶點(diǎn)以上并慢慢冷卻。用X線衍射法檢測(cè)粉料的純度得出的粉料呈現(xiàn)為結(jié)晶純。利用適宜于真空紫外線條件下進(jìn)行測(cè)量的光譜熒光計(jì)對(duì)粉料進(jìn)行光學(xué)測(cè)定。在分別用145nm和273nm波長(zhǎng)的輻射進(jìn)行激發(fā)的情況下，得出

圖1所示的發(fā)射光譜。發(fā)射光的波長(zhǎng)以nm在橫坐標(biāo)軸上描出。輻射強(qiáng)度以任意單位(arbitrary units)在縱坐標(biāo)軸上描出。在用波長(zhǎng)為145nm的輻射激發(fā)的情況下，Er3+離子從41f11態(tài)激發(fā)到4f105d1態(tài)。粉料的發(fā)射光譜在藍(lán)色光譜區(qū)有若干線條，這表明發(fā)射是從Tb3+離子的5D3能級(jí)進(jìn)行的。此外，在發(fā)射光譜的綠色范圍還可以看到若干對(duì)應(yīng)于Tb3+離子的從5D4能級(jí)的發(fā)射的線條。在發(fā)射光譜中還可以看到若干線條是Er3+的從4S3/2能級(jí)的發(fā)射產(chǎn)生的。在紫外光譜中，在311nm處可以得到Gd3+的發(fā)射。此發(fā)射光譜表明，能量轉(zhuǎn)移到Gd3+離子時(shí)，激發(fā)態(tài)的Er3+離子從4f105d能級(jí)回落到4S3/2能級(jí)或到此能級(jí)之上的一個(gè)能級(jí)。在后者的情況下，對(duì)于4S3/2能級(jí)有快速弛豫現(xiàn)象。Er3+離子從4S3/2能級(jí)回落到基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出綠色光子。處于Er3+離子的能量借助于許多Gd3+離子的能量遷移而傳遞給Tb3+離子。Tb3+離子吸收能量，接著回落到基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出綠光。
在借助波長(zhǎng)273nm的輻射進(jìn)行激發(fā)的情況下，Er3+離子的4f105d能級(jí)不被激發(fā)。Gd3+離子從4f7(8S7/2)態(tài)激發(fā)至4F7(6IJ)態(tài)。接著，能量傳遞給Tb，小部分傳遞給Er。發(fā)射光譜的線條與借助145nm波長(zhǎng)的輻射激發(fā)時(shí)的一樣。所測(cè)得的Er和Tb在此光譜中的不同發(fā)射的強(qiáng)度比如同借助145nm波長(zhǎng)的輻射激發(fā)的那樣，表示在Er3+離子的4f105d能級(jí)不被激發(fā)并且能量不從Er傳遞至Tb的情況下的比值這可從Er(4S3/2)在145nm的激發(fā)態(tài)相對(duì)于145nm激發(fā)態(tài)的增加量而計(jì)算出來(lái)，Er離子在145nm激發(fā)態(tài)的百分比只是傳遞給Gd的能量的一部分，從而使其回落至4S3/2能級(jí)或其上的一個(gè)能級(jí)。這大致是所使用的LiGdF4晶格的30％。
權(quán)利要求
1．一種具有由一種無(wú)機(jī)晶體化合物組成的基本晶格的熒光材料，所述材料包括至少1mol％釓、至少0.1mol％的一種選自過(guò)渡金屬和稀土元素的組的活化劑和至少0.1mol％的一種增感劑，其特征在于，所述增感劑是餌，并且，如果所述熒光材料只是增光而不被活化，則用波長(zhǎng)范圍在100nm至195nm的紫外線激發(fā)時(shí)，所述熒光材料具有釓的310nm至315nm的范圍的特征線發(fā)射。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光材料，其特征在于，所述活化劑包括一種或多種選自錳、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥和銩組成的組的元素。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熒光材料，其特征在于，所述鉺的濃度選自0.1mol％至5mol％的范圍。
4．根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的熒光材料，其特征在于，所述活化劑的濃度選自0.1mol％至1mol％的范圍。
5．根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的熒光材料，其特征在于，所述材料還包括至少一種選自釔、鈧和鑭組成的組的元素。
6．根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的熒光材料，其特征在于，所述材料包含氟。
7．根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的熒光材料，其特征在于，所述基本晶格由LiGdF4構(gòu)成，其中釓可以部分地被至少一種選自釔、鈧和鑭組成的組的元素代替。
8．一種熒光屏，它包含根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的一種熒光材料。
9．一種放電燈，它配備有根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種熒光屏。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的放電燈，其特征在于，它配備有一個(gè)充有氙氣的氣密燈殼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熒光材料,它包括由鉺、釓和選自稀土元素和/或過(guò)渡金屬的活化劑。這種熒光材料被波長(zhǎng)足夠短的輻射激發(fā)時(shí),可以起到量子切割器的作用,其量子效率在100%以上。
文檔編號(hào)C09K11/08GK1287680SQ99801844
公開(kāi)日2001年3月14日 申請(qǐng)日期1999年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月19日
發(fā)明者R·T·維格, A·梅杰林克 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司