Люминофор Советский патент 1983 года по МПК C09K11/465 

Изобретение относится к технике люминесцирующих веществ, в частности к алклмнатным люминофоран, которое находят применение в светотехнике для изготовления люминесцентных ламп, экранов, а также в квантовой электронике и оптоэлектронике, например для твердотельных лазеров.

Известны люминофоры на основе соединений редкоземельных элементов, активированных европием, например типа , liOaS-Eu, , xEu. Достаточно эффективным известным люминофором из указанных является оксид иттрия, активированный, европием 1) Ей l.

Однако оксид иттрия является дорогостоящим, а современные методы-очистки его от различных примесей и, прежде всего от редкоземельных элементов , не обеспечивают требуемого качества этого люминофора.

Наиболее близким к.предложенному является люминофор на основе гексагонального алюмината металла, выбранного из группы, включающей редкоземельные металлы La, Се, ТЬ, Dy, и содержащий также.в составе МдО и/или ZnO, и/или ВеО в мольном количестве более нуля, но менее 0,6. Данный люминофор

содержит один или более активатор из группы элементов, включающей Ей, РЬ, Т1, Се, ТЬ, Dy. Европий в качестве активатора в составе люминофора используется в двухвалентном состоянии. Данный люминофор получают прокаливанием исходной шихты.соединений составлякздих компонентов в несколько стадий в течение примерно 6 ч при 120010 в контролируемой восстановительной атмосфере, получаемой прокачкой азотно-водородной смеси через рабочий объем печи ц2 .

15

Недостатком данного люминофора является малая концентрация активных ионов европия, определяющих в основном интенсивность свечения люминофора, которая находится преимуществен20но в. сине-голубой цветовой области. Кроме того, данный- люминофор имеет невысокую термо- и радиационную стабильность. Относительно низкая териюстабильность такого люминофора

25 (85%) обусловлена необратимым окислением ионов Еи до Е при нагре- вании на воздухе. Этим же частично обусловлена и невысокая температура половинного тушения люминесценции ().

30 Целью данного изобретения является повышение термостабильности и интенсивности красной люминесценции люминофора на основе гексагонсьпьного алюмината лантана и магния и/или цинка, активированного европием, и упрощение процесса его получения. Поставленная цель, достигается тем что люминофор на основе алюмината лантана и магния и/или цинка, активи чрованного европием,содержит европий в трехвалентном состоянии, сверхстехиометрический оксид алюминия при соотношении компонентов согласно следующей формуле в мольных долях: W°-f9 i°9 где ,0; 0,,(T; . Предлагаемый люминофор дает интенсивную оранжево-красную люминесцендйю с тах 611 нм. Егчэ люминесцентные и физические характеристики лучше известного, что обусловлено использованием в качестве активатора треХвгшент ного европия, имеющего высогчую термостабильность, а также введением допол нительно оксида алюминия, способствующего образованию более совершенных микрокристаплов гексаалюмината.Оксид алюминия в сверхстехиометрическом количестве способствует также более быстрому и полному твердофазно синтезу гексаалюмината, что существенно уменьшает время прокаливания шихты и в определенной мере снижает температуру прокаливания и таким образом упрощает процесс получения люминофор Кроме того, избытой увеличивает выход конечного продукта. Замена до 50% ионов магния ионами цинка существенно, не влияет на свойства люминофоров, но при этом монокристаллы гексаалю1ишната становятся более изометричными. . Добавка в шихтуоксида алюминия сверх стехиометрии несколько уменьшает яркость люминофора и концентрацию ионов европия, но при этом снижает его себестоимость и время прока ливания шихты. Введение в предлагаемый люминофор более 3 моль оксида алюминия приводи к дальнейшему спаду яркости, что обу ловлено разбавлением гексаалюмината слаболюминесцирующей фазой .oi.-Aljp . JCpoMe того, большой избыток окиси алюминия может привести к обра зованию других алюминатов, имеющих иной состав, структуру и свойства. Поэтому оптимошьным является введени избыточной окиси алюминия в количест ве 2-3 моль на формальную единицу лю минофора. Микрокристаллы люминофора La ,s,7.n 0, имеют форму правильных гексагональных пластин. Их размеры легко регулируются содержанием плавня в шихте. Так при 2-3 вес.% плавня АIF-j люминофор на 80-90% состоит из гексагональных пластинок размером 5-15 мкм и толщиной 1-2 мкм. 11ри 10-20 вес.% кристаллики увеличиваются До 70-100 мкм. Правильная гексагональная форма кристаллов, полученного люминофора, высокая концентрация активаторов, уэкополосный спектр возбуждения и люминесценции - все эти свойства открывают широкие возможности применения таких нокристаллов в новых направлениях интегральнрй оптики. В системе La, 0 возможно полное замещение ионов ланта на ионами европия и получение нового гексаалюмината EuMgAl . Структура спектра люминесценции обусловленная в основном переходами FV слабо зависит от вариаций состава предлагаемого люминофора. Область максимального фотовозбуждения 380-410 нм совпадает с коротковолновым краем спектра солнечной радиации в поверхности Земли. Эта часть солнечной энергии не используется современными фотоэлектрическими преобразователями, поэтому предлагается трансформировать ее в более длиноволновое излучение с помощью люминесцентных конверторов света. Спектрально-люминесцентные свойства предлагаемого люминофора позволяет рекомендовать его в качестве такого конвертора. Полученный люминофор дает яркое оранжево-красное свечение при возбуждении в области интенсивных линий ртутных ламп высокохчэ давления. Поэтому он может найти применение в качестве люминофора для ртутных ламп типа ДРЛ с улучшенной цветопередачей. Пример 1. Окислы лантана 77.4г, европия 4,4 г, магния 20,2 г, алюминия 280,4 г и фторид алюминия 11.5г перемеишвают в шаровой мельнице 3 ч. Полученную шихту прокаливают на воздухе при 4 ч. Получают люминофор, соответствующий формуле )f 19 П р и м е р 2. Окислы лантана 5,70 г, европия 2,64 г, магния 2,02 г, алюминия 28,04 г и фторид алюминия 1,15 г перемешивают в ступке из оргстек-; ла 2 ч. Прокаливают на воздухе при 2 ч. Полученный люминофор соответствует формуле l-a..-Eu .МдЛЬ С. . лт тО Пример 3. Окислы лантана 5,70 г, европия 2,64 г, магния 1,01 t, инка 2,03 г, алюминия 28,04 г и фтоид алюминия 0,90 г перемешивают в ступке из оргстекла 2,5 ч. Прокаливают при 1ч. Получают люминофор Ьоответствующий Формуле Lao;,Eup3 go 2 o, f П р и мё р 4. Окислы европия 8,80 г магния 2,02 г 28,04 г и фторид алюминия 4,00 г перемешивают в ступке 2 ч. Прокаливают при 120(f С 4 ч. Получают гексаалюминат ЕиМдАЦ 0 с максимальной концентрацией ионов Ей- , кристаллы которого имеют .форму гексагональных пластинок размером до.100 мкм. П р и мер 5. Окислы лантана 57,0 г, европия. 2(6,4 г, магния 20,2 г алюминия 433,0 фтЬ)риды лития 11,5 г и и алюминия 11,5 г перемешивают в шаровой мельнице 2 ч. Прокгшивакут при . 1,0 ч. Получают люминофор соответствующий формуле Мд А 0 + 3А Люминофоры, соответствующиеформул лам1 Lap,Eu Hg-AV Ar ; -Hg х кА 0,; LaJ..Eueg.MgAJ LaQf Mg. АЦ +2Af., получают ана яогичными способами. В табл,1 приведены светотехнические параметры и условия синтеза известного и предлагаемого ли шнофоров Технико-экономичёское преиму|цество данного изобретения 1определяется меньшей себестоимостью предлагаемого люминофора по сравнению с известишь при улучшенных характеристиках.его оранжево-красной люминесценции. По своим светотехническим характеристикам предложенный люминофор И14вет широкую техническую базу при нёння в качестве конвертора света, поЕКвиающего КПД фотоэлектрических преоОраэо- вателей, люминофора для ртутных ламп типа ДРЛ, конструктивного элемента мозаичныгГ экранов в интегральной оптике. Кристаллы полученного люминофора, как высококонцентрировааного материала со слоистой структурой и совершенной спайностью, могут найти также применение в качестве активных сред твердотельных микролазеров.

Известный LaMgAl ; Oj. Ей

450 Предлагаемый При меч а ни я. . .

В табл.2 представлены основною ,рактеристики люминофоров с оранжеТаблица I

1400

95

135

во-краснш4 свечением, имеющих извест.ный и предлагаемый составы. -В (600) , где В - исходная интенсивиость люминесценции при комнатной температуре; В.-- интенсивность после прогрева люминофора на воздухе при в течение 15 мин, . -TSU - лемпература, при которой В уменьша ется вдвое, В (УФ)-к100 где В - интенсивность после УФ-облучения в течение 10 ч. Вф.. ,.

Известный

(З мол.%() Предлагаемый

Та-б л и ц а 2

717

4,3