[发明专利]新的长衰变无机发光材料

说明书

技术领域

本发明涉及包括稀土元素活化的铝酸锶的长衰变无机发光材料(phosphor)以及制备它们的方法。

背景技术

具有稀土元素(RE)掺杂剂的铝酸锶自从1990年已在手表应用中被用作余辉磷光材料，并且已经取代了先前的氚+无机发光材料结合物。两种物相已显示出适合该应用的性能：Eu²⁺/Dy³⁺掺杂的SrAl₂O₄相，其在520nm(绿色)附近具有发光最大值；和较不经常使用的Eu²⁺/Dy³⁺掺杂的Sr₄Al₁₄O₂₅相，其在490nm(蓝色)附近具有发光最大值。虽然绿色发光相是广泛应用的，但蓝色发光材料在余辉(persistence)方面和在黑暗中感知强度方面显示出了优异的性能。

为评估长余辉无机发光材料的性能，主要考虑到完全充能的材料在黑暗中于一个给定的时间后——例如200或800分钟后——的发光强度。许多参数影响发光强度，其中包括在最终产品中存在的不同的铝酸锶相的比率，该比率与原材料的元素组成相关(例如Al/Sr的摩尔比、稀土元素/Sr的摩尔比和使用B作为合成中的熔剂(flux))。除了这些“固有”的特性外，粉末颗粒的形状和尺寸分布，以及粘合剂的类型和用量和无机发光材料层的最终厚度也影响发光强度。

此外，在发光强度对选择材料来说至关重要的同时，出于审美的考虑，材料在环境光下被感知到的日间颜色也是非常重要的。纯相Eu²⁺/Dy³⁺掺杂的Sr₄Al₁₄O₂₅无机发光材料具有独特的黄色，该颜色通常不适于审美。因此，通常添加着色剂修饰该颜色，以柔和黄色色调。添加这种稀释材料——其不是余辉无机发光材料——不可避免地降低了产品的磷光强度。

可获得大量关于磷光稀土元素掺杂的SrAl₂O₄和Sr₄Al₁₄O₂₅化合物的文献。在大多数文献中该化合物的特征在于原材料中的元素浓度，而不是在最终产品中的元素浓度。然而，原材料的化学组成确定了最终产品的化学组成，因为金属离子的比率明确地确定了氧含量，从而确定了最终产品的组成。然而，如果进行额外的处理(例如洗涤，其可以选择性地除去某些可溶相，从而改变分析的金属比率)，则原材料和最终产品之间可能会出现差异。

EP0622440A2似乎是关于基于MAl₂O₄的余辉无机发光材料(其中M代表二价的碱土金属离子)的第一项专利申请。有关于这种材料的更早的文献，但其是关于照明灯和显示器无机发光材料的应用。其主要的教导是使用两种稀土元素掺杂剂(例如，除Eu之外还有Dy)可显著增加余辉。在该文献中描述了在原材料中具有固定的化学计量比Al/Sr＝2.0的材料。

EP0710709A1涵盖具有较大范围x的组合物M_(1-x)Al₂O_(4-x)。提及了添加硼酸作为合成中的熔剂，以及掺杂Eu²⁺和宽范围的其他离子，包括Dy³⁺。通用组合物M_(1-x)Al₂O_(4-x)涵盖了SrAl₂O₄(X＝0)和Sr₄Al₁₄O₂₅(X＝0.429)材料。然而，所有给出的数据(X-射线、光谱)和实施例均针对基于SrAl₂O₄的无机发光材料。