[发明专利]改进量子分裂的氧化物基荧光物,生产方法及其设计准则

说明书

按照联邦政府能源部的合同，所述合同的合同号为DE-FC26-99FT40632，首先构想出本发明，即将本发明付诸实施以履行其合同。美国联邦政府可拥有这个发明的一定权利。

相关申请的相互参照

本专利申请涉及于2001年5月18日申请的、专利申请号为09/681670(代理案卷号为RD-28075)，发明名称为“改进量子分裂的以氧化物为主要成分的荧光物质及其生产方法”的申请。

技术领域

本发明涉及以氧化物为主要成分的材料，它们的一种应用是作为荧光物质。更具体地，这些荧光物质是掺杂Pr³⁺和Mn²⁺的氧化物，用真空紫外(“VUV”)辐射照射时有量子分裂现象。本发明还涉及这样的量子分裂荧光物质的生产方法，以及设计这样的量子分裂荧光物质的准则。

背景技术

单个紫外(“UV”)光子转变成两个可见光子称之为量子分裂，所述转变的结果是发光量子效率超过整体。量子分裂材料非常有前途的应用是用作照明(例如荧光灯)的荧光物质。合适的量子分裂荧光物质因比较高的总发光输出，在原则上可以生产亮得多的荧光光源，因为这种物质可以将目前在市售荧光灯中使用的传统荧光物质还没有有效吸收的这部分UV辐射转换成可见光。此前已证明在以氟化物为主要成分和以氧化物为主要成分的材料中有量子分裂。一种在YF₃基体中含有0.1％Pr³⁺的材料曾显示出，用波长185nm的辐射激发时，每个吸收的UV光子可产生一个以上的可见光子。测定这种材料的量子效率是140％，因此大大超过整体。但是，以氟化物为主要成分的复合物的稳定性不足以允许它们在荧光灯中作为荧光物质使用，因为人们知道它们与在提供UV辐射这样的灯中使用的汞蒸汽发生反应，生成没有量子分裂的材料。另外，生产以氟化物为主要成分的材料存在一个很大的实际挑战，因为它涉及使用大量高反应性的有毒的氟基材料。

这些申请人近来公开了以氧化物为主要成分的量子分裂材料。US5552082公开了用Pr³⁺离子活化的硼酸镧镁。US55714151公开了用Pr³⁺离子活化的铝酸锶镁，而电荷用Mg²⁺离子补偿。这些材料发射谱的最大峰在约405nm处，该峰是量子分裂的特征峰。但是，这些材料在波长小于350nm的UV光区内还有很强的发射。这部分发射降低了总可见光的输出，否则，该输出还可以更高些。因此，希望提供以氧化物为主要成分的量子分裂的荧光物质，它在可见光区具有比现有技术的量子分裂材料更高的量子效率。还希望通过使用具有更高量子效率的量子分裂荧光物质，提供更节能的光源。也希望提供具有高量子分裂性能材料的生产方法与指导这种材料设计的准则。

发明内容

本发明提供掺杂至少Pr³⁺和Mn²⁺离子的以氧化物为主要成分的荧光物质，用VUV辐射照射时该荧光物质有量子分裂。这里使用的VUV辐射是波长小于约215nm的辐射。本发明的氧化物荧光物质是铝或硼的氧化物，它们的正电荷反离子选自周期表第IIA族和IIIA族。本发明的荧光物质可以用于汞蒸汽放电灯，提供节能光源。

在本发明的一个方面，以氧化物为主要成分的荧光物质是铝酸锶，其中锶可以用钙部分或全部取代，该荧光物质掺杂了至少Pr³⁺和Mn²⁺。本发明这种以氧化物为主要成分的荧光物质的组成可用Sr_1-xCa_xAl_xO₁₉：Pr³⁺，Mn²⁺表示，式中0≤x≤1。在这种约定中，冒号后的元素是荧光物质中的活化剂。

在本发明的另一个方面，以氧化物为主要成分的荧光物质除Pr³⁺和Mn²⁺外还掺杂了Gd³⁺。

在本发明的另一个方面，以氧化物为主要成分的荧光物质掺杂了La³⁺和Mg²⁺离子，这些离子用来补偿电荷和使晶格中的空位数最小。