DE10201684A1 - Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung sowie eine Edelgasentladungslampe - Google Patents

Abstract

Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung, welcher repräsentiert ist durch eine Zusammensetzungsformel (La¶1-x-y¶Ce¶x¶Tb¶y¶)PO¶4¶, worin x und y Zahlen sind, die jeweils 0 x 0,2 und 0,05 y 0,3 erfüllen, und welcher Licht emittiert, wenn er mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm bestrahlt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Va­ kuumultraviolettstrahlung, welcher eine Lichtemission hoher Bildleuchtdich­ te (Luminanz) aufweist, wenn er mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm bestrahlt wird, und welcher gegenüber ei­ ner Verschlechterung der Emissionsluminanz durch einen Anstieg der Tempe­ ratur (Temperaturquenchen bzw. Temperaturlöschung) weniger anfällig ist, sowie eine Edelgasentladungsleuchtstofflampe (Edelgaslampe), welche gegen­ über der Verschlechterung der Luminanz im Laufe der Zeit weniger anfällig ist, worin ein solcher Leuchtstoff als eine fluoreszierende Schicht bzw. Leuchtstoffschicht verwendet wird.

Diskussion des Hintergrunds

Eine Edelgaslampe ist eine Leuchtstofflampe mit einem Edelgas, wie Xe, Ar oder Xe-Ar, welches anstelle von Quecksilber eingeschlossen ist, so daß eine fluoreszierende Schicht im Inneren zur Abgabe von Licht durch Vakuumultra­ violettbestrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm angeregt wird, welche durch Entladung eines solchen Edelgases abgestrahlt wird. Mit einer Leuchtstofflampe, in der Quecksilber eingeschlossen ist, verändert sich der Sättigungsdampfdruck des Quecksilbers aufgrund eines Wechsels in der Um­ gebungstemperatur und der Oberflächentemperatur der Röhre, wodurch der Emissionsoutput (Emissionsleistung) der fluoreszierenden Schicht sich deut­ lich ändert. Auf der anderen Seite ist bei einer Edelgaslampe die Änderung in der Gasdichte aufgrund eines Temperaturunterschiedes gering, wodurch es unverzüglich aufleuchten gelassen werden kann und ein konstanter Emissi­ onsoutput erhalten werden kann. Darüber hinaus wird Quecksilber als eine gesundheitsschädliche Substanz nicht verwendet, und keine Umweltver­ schmutzung resultiert aus dem Gebrauch bzw. der Beseitigung einer solchen Lampe. Dementsprechend wird sie momentan weit verbreitet als eine Licht­ quelle bei informationsbezogenen Ausstattungen verwendet, wie als eine Lichtquelle zum Aus- bzw. Ablesen von Faksimile oder als Rücklicht bzw. von hinten einfallendes Licht für eine Flüssigkristallanzeige.

Die Edelgaslampe erfordert nicht nur eine hohe Luminanz, sondern muß ebenso einen geringen Abfall des Lichtstroms aufgrund eines Anstiegs der Umgebungstemperatur aufweisen, wenn sie als eine Lichtquelle zum Ablesen eines Manuskripts oder Faksimile verwendet wird. Dementsprechend ist es für einen Leuchtstoff, welcher als eine fluoreszierende Schicht einer Edelgas­ lampe verwendet wird, nicht nur erforderlich, Licht mit hoher Effizienz/ho­ hem Wirkungsgrad unter Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung mit ei­ ner Wellenlänge von mindestens 200 nm zu emittieren bzw. abzustrahlen, sondern ebenso ein geringes Temperaturquenchen aufzuweisen, d. h. einen niedrigen Abfall in der Emissionsluminanz aufgrund eines Anstiegs der Tem­ peratur.

Als Leuchtstoffe für Edelgaslampen werden momentan beispielsweise ein grün-emittierender Leuchtstoff, wie Zn₂SiO₄ : Mn, LaPO₄ : Ce, Tb oder Y₂SiO₅ : Tb, ein blau-emittierender Leuchtstoff, wie BaMgAl₁₀O₁₇ : Eu oder (Ba, Sr) MgAl₁₀O₁₇ : Eu, Mn, und ein rot-emittierender Leuchtstoff Y₂O₃ : Eu oder (Y, Gd)BO₃ : Eu verwendet. Unter diesen Leuchtstoffen ist ein Lanthanphos­ phat-Leuchtstoff (LaPO₄ : Ce, Tb) besonders hervorragend dahingehend, daß die Emissionsluminanz unter Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung hoch ist. Wenn jedoch dieser Leuchtstoff als eine fluoreszierende Schicht für eine Lampe verwendet wird, tritt ein deutliches Temperaturquenchen auf, wenn er einer Wärmebehandlung, wie einer Sinter- bzw. Härtungsbehand­ lung, in dem Verfahren zur Herstellung der fluoreszierenden Schicht unterzo­ gen wird, und er weist den Nachteil auf, daß bei einem kontinuierlichen An­ lassen der Lampe, da die Temperatur der Lampe steigt, der Lichtstrom der Lampe sinkt und die Emissionsluminanz abnimmt. Daher bestand in dieser Hinsicht der Bedarf an einer Verbesserung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde unter den oben genannten Umständen ge­ macht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Lanthanphos­ phat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung vorzusehen, bei dem kein Temperaturquenchen auftritt und die Emissionsluminanz nicht wesentlich sinkt, auch wenn die Temperatur steigt, sowie eine Edelgaslampe, bei der die Temperaturabhängigkeit des Lichtstroms gering ist.

Um das oben genannte Ziel zu verwirklichen, hat der Erfinder die Wechsel­ wirkung zwischen der Zusammensetzung des Lanthanphosphat-Leuchtstoffs, welcher bisher verwendet wurde, und dem Temperaturquenchen des Leucht­ stoffs detailliert untersucht. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, daß es möglich ist, das Temperaturquenchen durch Einstellen der Konzentration des Aktivators, insbesondere Cer (Ce), deutlich zu reduzieren und eine Edelgas­ lampe zu erhalten, bei der der Abfall des Lichtstroms aufgrund eines Tempe­ raturanstiegs der Lampe im Laufe der Zeit durch Verwendung solch eines Leuchtstoffs als eine fluoreszierende Schicht gering ist. Die vorliegende Erfin­ dung wurde vervollständigt auf der Basis dieser Erkenntnis.

Somit kann das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden durch die Verwirklichung der folgenden Zusammensetzung bzw. des folgenden Aufbaus.

• 1. Ein Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung, wel­ cher repräsentiert ist durch eine Zusammensetzungsformel gemäß (La_1-x-yCe_xTb_y)PO₄, worin x und y Zahlen sind, welche jeweils 0 ≦ x ≦ 0,2 sowie 0,05 ≦ y ≦ 0,3 erfüllen, und welcher Licht emittiert, wenn er mit Vakuumultravi­ olettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm bestrahlt wird.
• 2. Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach Punkt (1), worin x eine Zahl ist, welche 0 ≦ x ≦ 0,15 erfüllt.
• 3. Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach den obigen Punkten (1) oder (2), worin die Wellenlänge der Vakuumultravio­ lettstrahlung 172 nm beträgt.
• 4. Ein Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung, wel­ cher Lanthanphosphat (LaPO₄) als eine Matrix sowie Terbium (Tb) oder Cer (Ce) und Terbium (Tb) als einen Aktivator umfaßt, und dessen Emissionslu­ minanz bei 150°C nach einer Sinterbehandlung bei 800°C innerhalb von 20 Minuten unter Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellen­ länge von maximal 200 nm innerhalb eines Bereiches von 100 bis 80% der Emissionsluminanz des Leuchtstoffs bei 25°C vor der Sinterbehandlung liegt.
• 5. Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach Punkt (4), welcher repräsentiert ist durch eine Zusammensetzungsformel ge­ mäß (La_1-x-yCe_xTb_y)PO₄, worin x und y Zahlen sind, welche jeweils 0 ≦ x ≦ 0,2 und 0,05 ≦ y ≦ 0,3 erfüllen.
• 6. Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach den obigen Punkten (4) oder (5), worin die Wellenlänge der Vakuumultravio­ lettstrahlung 172 nm beträgt.
• 7. Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach mindestens einem der Punkte (1) bis (6), worin die mittlere Teilchengröße des obigen Leuchtstoffs von 0,5 bis 3,0 µm reicht.
• 8. Eine Edelgasentladungsleuchtstofflampe, umfassend eine lichttransparen­ te Rohreinfassung mit einer fluoreszierenden Schicht, die an deren Innen­ wand ausgebildet ist, und ein in der Einfassung eingeschlossenes bzw. ver­ siegeltes Edelgas, so daß die fluoreszierende Schicht zum Emittieren von Licht durch Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm angeregt wird, welche durch Entladung des Edelgases abgestrahlt wird, worin die fluoreszierende Schicht hergestellt ist aus dem Lanthanphos­ phat-Leuchtstoff zur Vakuumultraviolettstrahlung, wie er in mindestens ei­ nem der Punkte (1) bis (7) definiert ist.
• 9. Die Edelgasentladungsleuchtstofflampe gemäß Punkt (8), worin das Edel­ gas Xenon (Xe) umfaßt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches die Wechselbeziehung zwischen der Ce- Konzentration in dem Leuchtstoff und der Emissionsluminanz verdeutlicht, wenn ein Lanthanphosphat-Leuchtstoff mit Ultraviolett- oder Vakuumultravi­ olettstrahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen angeregt wird.

Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Temperaturabhängigkeit der Emissi­ onsluminanz zeigt, wenn der Lanthanphosphat-Leuchtstoff der vorliegenden Erfindung mit Vakuumultraviolettstrahlung angeregt wird.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Ce-Konzentrationsabhängigkeit von dem Luminanz-erhaltenden Verhältnis nach der Sinterbehandlung des Lanthan­ phosphat-Leuchtstoffs gegenüber vor der Sinterbehandlung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden in derselben Weise wie konventionelle Lanthanphosphat-Leuchtstoffe, außer dass die Leuchtstoff­ ausgangsmaterialien derartig gemischt und eingestellt werden, daß die Ce- Konzentration in dem Aktivator ein vorbestimmtes Niveau aufweist.

Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff der vorliegenden Erfindung kann nämlich durch ein Verfahren hergestellt werden, wie 1) ein Verfahren (Trockenverfah­ ren), worin eine Ausgangsmaterialmischung, umfassend ein Oxid von La oder eine La-Verbindung, wie ein Nitrat, Sulfat, Halogenid oder Hydroxid von La, welches zur Umwandlung in ein Oxid von La bei einer hohen Temperatur in der Lage ist, ein Oxid von Ce oder eine Ce-Verbindung, wie ein Nitrat, Sulfat, Halogenid oder Hydroxid von Ce, welches zur Umwandlung in ein Oxid von Ce bei einer hohen Temperatur in der Lage ist, ein Oxid von Tb oder eine Tb-Ver­ bindung, wie ein Nitrat, Sulfat, Halogenid oder Hydroxid von Tb, fähig zur Unwandlung zu einem Oxid von Tb bei einer hohen Temperatur, und eine Phosphorverbindung, welche leicht bei einer hohen Temperatur eine Phos­ phorsäurequelle darstellen kann, wie primäres Ammoniumphosphat {(NH₄) H₂PO₄} oder sekundäres Ammoniumphosphat {(NH₄)₂HPO₄}, in einen hitzebe­ ständigen Behälter gepackt wird und einmal oder mehrmals bei einer Tempe­ ratur von 500 bis 1400°C in einer Argongasatmosphäre, einer Stickstoffgasat­ mosphäre oder einer reduzierenden Atmosphäre, wie Stickstoffgas, welches einen geringen Anteil an Wasserstoffgas enthält, oder einer Kohlenstoffdisul­ fidatmosphäre, gebrannt wird, oder 2) ein Verfahren (Naßverfahren), worin eine wäßrige Lösung mit den oben genannten stöchiometrischen Mengen der jeweiligen Oxide von La, Ce und Tb oder der jeweiligen Verbindungen von La, Ce und Tb, wie Nitrate, Sulfate, Halogenide oder Hydroxide, mit einer Phos­ phorverbindung, wie Phosphorsäure, in der oben genannten stöchiometri­ schen Menge oder in einem leichten Überschuß der oben genannten stöchio­ metrischen Menge in einer Lösung umgesetzt wird, welche derartig eingestellt ist, daß der pH ungefähr 1 bis 2 ist, wobei ein Präzipitat von gemischten Phosphaten von La, Ce und Tb gebildet wird, und solch ein Präzipitat wird von 500 bis 800°C gebrannt bzw. gesintert, um eine Vorstufe des Lanthan­ phosphat-Leuchtstoffs herzustellen, welche anschließend bei einer Tempera­ tur von 900 bis 1400°C in einer neutralen Atmosphäre oder in einer reduzie­ renden Atmosphäre calciniert wird. In dem Fall, wenn die Herstellung durch das oben genannte Trockenverfahren 1) durchgeführt wird, können die Aus­ gangsmaterialien, d. h. eine La-Verbindung, eine Ce-Verbindung und eine Tb- Verbindung, eingangs unter Bildung einer Lösung aufgelöst werden, enthal­ tend La, Ce und Tb. Anschließend wird Oxalsäure, Ammoniak oder ähnliches zugesetzt, um Oxalate, Hydroxide oder ähnliches co-auszufällen, welche an­ schließend unter Erhalt der co-ausgefällten Oxide von La, Ce und Tb calci­ niert werden. Ein gemischtes Material, welches solche co-ausgefällten Oxide und eine Phosphorverbindung umfaßt, kann gebrannt werden. Des weiteren kann in beiden Verfahren zum Zeitpunkt des Brennens bzw. Sinterns der Ausgangsmaterialverbindungen eine Alkalimetallverbindung oder eine Borver­ bindung als ein Flußmittel bzw. Zuschlag zu den zu sinternden Ausgangsma­ terialverbindungen zugesetzt werden. Weiterhin ist das Verfahren zur Herstel­ lung des Lanthanphosphat-Leuchtstoffs der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben genannten Verfahren begrenzt, und der Leuchtstoff kann durch ein jedes konventionelles Verfahren hergestellt werden, solange die Konzentration von Ce als ein Aktivator innerhalb des Bereichs der oben genannten stöchio­ metrischen Menge liegt.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Konzentration von Ce als einem Aktivator eines Leuchtstoffs und der Emissi­ onsluminanz (relativer Wert) in Bezug auf einen Lanthanphosphat-Leuchtstoff {(La_1-x-yCe_xTb_0,15)PO₄} zeigt, worin die Konzentration von Tb 15 mol% (y = 0,15) als ein Beispiel beträgt. In Fig. 1 zeigen die Kurven A, B und C Fälle, worin die Anregungswellenlängen jeweils 146 nm, 172 nm und 254 nm betra­ gen. Darüber hinaus kann in Fig. 1 in den Messungen der Kurven A, B und C der relative Vergleich der jeweiligen Anregungsintensitäten nicht vorgenom­ men werden. Dementsprechend kann im Hinblick auf die Kurven A, B und C der relative Vergleich der relativen Luminanzen zwischen denselben Kurven gemacht werden, während der relative Vergleich der Luminanzen zwischen den einzelnen Kurven nicht vorgenommen werden kann.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, hängt die Emissionsluminanz dieses Lanthan­ phosphat-Leuchtstoffs stark von der Ce-Konzentration (Kurve C) ab, wenn er mit ultravioletter Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm angeregt wird. Wenn er allerdings mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm angeregt wird, ist die Abhängigkeit der Emissionslumi­ nanz von der Ce-Konzentration gering (Kurven A und B). Als Grund dafür wird angenommen, daß bei der Anregung mit ultravioletter Strahlung mit ei­ ner Wellenlänge von 254 nm Ce diese ultraviolette Strahlung absorbiert und die Energie an Tb weitergibt, wobei durch den Energieübergang von Ce nach Tb ein sichtbares Licht emittiert wird. Die Emissionsluminanz hängt daher stark von der Ce-Konzentration ab, während bei der Anregung mit Vakuum­ ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm Tb direkt zur Emission von sichtbarem Licht angeregt wird, wobei es eine entsprechen­ de Emissionsintensität in Abhängigkeit von der Konzentration von Tb zeigt, auch wenn Ce nicht anwesend ist. Die Abhängigkeit der Emissionsluminanz von der Ce-Konzentration ist gering, solange die Konzentration von Tb sich zu der Zeit nicht ändert.

Ferner wird deutlich, daß bei der Anregung mit ultravioletter Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm, wenn die Ce-Konzentration größer als unge­ fähr 10 mol% bezogen auf den Leuchtstoff wird, die Emissionsluminanz sich schlagartig verbessert, und innerhalb eines bestimmten Ce-Konzentrationsbe­ reichs steigt die Emissionsluminanz mit einem Anstieg der Konzentration von Ce, während bei einer Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm die Abhängigkeit der Emissionsluminanz von der Ce-Konzentration relativ gering ist. Insbesondere bei Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm wird die Emissionsluminanz am größten, wenn die Ce-Konzentration bei einem gerin­ gen Gehalt von nicht mehr als ungefähr 20 mol% liegt.

Wie oben erwähnt, wird bei dem vorliegenden Lanthanphosphat-Leuchtstoff das Phänomen des Temperaturquenchens deutlich beobachtet, wenn er einer Sinter- bzw. Brennbehandlung unterzogen wird, und die Emissionsluminanz nimmt mit einem Anstieg der Temperatur des Leuchtstoffs zusammen mit dem Anstieg der Umgebungstemperatur ab. Wenn solch ein Leuchtstoff als fluoreszierende Schicht einer Leuchtstofflampe verwendet wird, neigt die Emissionsluminanz dementsprechend zu einen Abfall, da die Temperatur der fluoreszierenden Schicht durch das Leuchten der Lampe ansteigt.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Emissionsluminanz und der Temperatur des Leuchtstoffs zeigt (die Tempera­ turabhängigkeit der Emissionsluminanz), wenn ein Lanthanphosphat- Leuchtstoff {(La_0,7Ce_0,15Tb_0,15)PO₄} mit einer Ce-Konzentration eines Aktiva­ tors von 15 mol% (x = 0,15) und einer Tb-Konzentration von 15 mol% (y = 0,15) erhitzt und bei dem jeweiligen vorbestimmten Temperaturen gehalten wird. Die Emissionsluminanzen wurden bei den entsprechenden Temperaturen je­ weils gemessen. In Fig. 2 stellt die Kurve A eine Zustand des Leuchtstoffs vor der Sinterbehandlung nach der Herstellung dar, und die Kurven B und C repräsentieren Zustände des Leuchtstoffs, welche anfänglich einer 20-minüti­ gen Sinterbehandlung bei Temperaturen von jeweils 500°C und 800°C nach der Herstellung unterzogen wurden. Darüber hinaus stellt die Kurve D einen Zustand da, worin die Messungen in Bezug auf den Lanthanphosphat- Leuchtstoff vorgenommen wurden, welcher in der abgezogenen Fluoreszenz­ schicht einer gebrauchten und abgezogenen Edelgaslampe enthalten ist.

Es wird deutlich aus Fig. 2, daß bei dem Lanthanphosphat-Leuchtstoff {(La_0,7Ce_0,15Tb_0,15)PO₄} (Kurve A), welcher nach der Herstellung keiner Sinter­ behandlung unterzogen wurde, kein Abfall in der Emissionsluminanz auftritt, sogar wenn die Temperatur des Leuchtstoffs ansteigt. Somit wird kein Tempe­ raturquenchen beobachtet. Währenddessen steigt in dem Zustand des Lant­ hanphosphat-Leuchtstoffs {(La_0,7Ce_0,15Tb_0,15)PO₄} (Kurve B und C), welcher anfänglich einer Sinterbehandlung unterzogen worden ist, die Luminanz im Vergleich mit der Emissionsluminanz bei Raumtemperatur abrupt, wenn die Temperatur des Leuchtstoffs mindestens ungefähr 150°C beträgt, im Ver­ gleich mit der Emissionsluminanz bei Raumtemperatur. Somit ist das Tempe­ raturquenchen deutlich.

Darüber hinaus erscheint dieses Phänomen des Temperaturquenchens in ähnlicher Weise ebenso, wenn der Lanthanphosphat-Leuchtstoff als eine fluo­ reszierende Schicht in einer Edelgaslampe verwendet wird, wie aus Kurve D in Fig. 2 ersichtlich ist.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die Wechselwirkung zwischen der Ce-Konzentration und dem Luminanz-erhaltenden Verhältnis nach dem Sintern der Lanthanphosphat-Leuchtstoffe {(La_1-x-0,15Ce_xTb_0,15)PO₄} zeigt, worin die Tb-Konzentrationen allesamt 15 mol% (y = 0,15) betragen und nur die Ce-Konzentrationen (x) unterschiedlich sind, welche anfänglich einer 20- minütigen Sinterbehandlung bei 800°C unterzogen wurden.

In der Fig. 3 ist das Luminanz-erhaltende Verhältnis der Ordinate ein nu­ merischer Wert für die Emissionsluminanz des jeweiligen Leuchtstoffs nach der Sinterbehandlung, gemessen bei 25°C und 150°C unter Anregung mit Va­ kuumultraviolettstrahlung von 172 nm und dargestellt durch den relativen Prozentanteil der Emissionsluminanz, wenn der jeweilige Leuchtstoff vor der Sinterbehandlung bei 25°C gemessen wurde. Kurve A repräsentiert einen Zu­ stand, wo der jeweilige Leuchtstoff nach der Sinterbehandlung bei 25°C ge­ messen wurde. Kurve B repräsentiert einen Zustand, wo der jeweilige Leuchtstoff nach der Sinterbehandlung auf 150°C erhitzt und gemessen wur­ de.

Aus Fig. 3 wird deutlich, daß bei dem Lanthanphosphat-Leuchtstoff, wel­ cher einer 20-minütigen Sinterbehandlung bei 800°C unterzogen wurde, das Luminanz-erhaltende Verhältnis nach der Sinterbehandlung von 100 bis 80% des Leuchtstoffs reicht, welcher keiner Sinterbehandlung unterzogen wurde (siehe Kurve B), wenn die Ce-Konzentration maximal ungefähr 20 mol% be­ trägt (0 ≦ x ≦ 0,2) und wenn die Temperatur des Leuchtstoffs 150°C beträgt. So­ mit ist das Temperaturquenchen extrem gering. Insbesondere wenn die Ce- Konzentration maximal ungefähr 15 mol% (0 ≦ x ≦ 0,15) beträgt, ist ein Abfall des Luminanz-erhaltenden Verhältnisses nach der Sinterbehandlung in der­ selben Weise gering wie zur Zeit bei normaler Temperatur (25°C) (Kurve A), sogar wenn die Temperatur des Leuchtstoffs auf 150°C ansteigt, und der Un­ terschied ist im wesentlichen 0. In Fig. 3 wird der Lanthanphosphat- Leuchtstoff mit einer Tb-Konzentration von 15 mol% (y = 0,15) als ein Beispiel gezeigt, allerdings wird die Beziehung zwischen der Ce-Konzentration und dem Grad des Temperaturquenchens als dem Fall der Fig. 3 ähnlich bestä­ tigt, sogar wenn die Tb-Konzentration unterschiedlich war.

Aus diesen Ergebnissen folgt, daß bei dem Lanthanphosphat-Leuchtstoff der vorliegenden Erfindung die Ce-Konzentratlon des Aktivators bevorzugt inner­ halb eines Bereichs von 0 bis 20 mol% (0 ≦ x ≦ 0,20), besonders bevorzugt in­ nerhalb eines Bereichs von 0 bis 15 mol% (0 ≦ x ≦ 0,15), liegt, bei dem die Emis­ sionsluminanz hoch ist und der Grad des Temperaturquenchens gering ist bei der Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von ma­ ximal 200 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 172 nm. Darüber hi­ naus liegt aus der Sicht der Emissionsluminanz die Tb-Konzentration des Co- Aktivators bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 5 bis 30 mol% (0,05 ≦ x ≦ 0,30).

Im folgenden wird die Edelgaslampe der vorliegenden Erfindung näher be­ schrieben.

Die Edelgaslampe der vorliegenden Erfindung entspricht konventionellen Edelgasentladungslampen, außer daß die fluoreszierende Schicht, welche auf der Innenwand der Glasröhre ausgebildet ist, aus dem oben beschriebenen Lanthanphosphat-Leuchtstoff der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Sie wird nämlich in einer solchen Weise hergestellt, daß der Lanthanphosphat- Leuchtstoff der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Bindemittel, wie Nitrocellulose oder Ethylenoxid, in einem Lösungsmittel, wie Wasser oder Bu­ tylacetat, unter Erhalt einer Leuchtstoffaufschlämmung dispergiert wird, die man in eine lichtdurchlässige dünne Röhre fließen läßt, welche z. B. aus Glas hergestellt ist, und welche auf der Innenwand der Röhre beschichtet wird, ge­ folgt vom Trocknen und anschließendem Sintern bei einer Temperatur von 400°C bis 600°C unter Bildung einer fluoreszierenden Schicht. Anschließend wird ein Elektrodenpaar an vorbestimmten Positionen befestigt, wonach das Innere der Röhre evakuiert wird. Anschließend wird ein Edelgas, wie Xenon (Xe), Argon (Ar) oder Helium-Neon (He-Ne), in die Röhre eingefüllt, gefolgt vom Verschließen der beiden Enden der Röhre. Wie bei einer konventionellen Edel­ gaslampe können die Elektroden an beiden Enden der Röhre, innerhalb und außerhalb der Röhre oder außen an der Röhre befestigt sein.

Bei dem Lanthanphosphat-Leuchtstoff, welcher als fluoreszierende Schicht der Edelgaslampe der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es bevor­ zugt, einen Lanthanphosphat-Leuchtstoff mit einem Teilchendurchmesser unterhalb des konventionellen zu verwenden, wodurch der Lichtstrom der er­ hältlichen Edelgaslampe ansteigt und eine Lampe erhalten werden kann, die eine Emission einer höheren Luminanz zeigt.

Dementsprechend ist es bei dem in der Edelgaslampe der vorliegenden Erfin­ dung zu verwendenden Leuchtstoff besonders bevorzugt, einen Lanthanphos­ phat-Leuchtstoff der vorliegenden Erfindung mit einem Teilchendurchmesser von ungefähr 0,8 bis 3,0 µm einzusetzen, dargestellt durch eine mittlere Teil­ chengröße, die beispielsweise durch ein Luftpermeationsverfahren bzw. Luft­ durchlässigkeitsverfahren unter Verwendung eines Feingutsichters (Subsieve Sizer) gemessen wird.

Bei der so hergestellten Edelgaslampe der vorliegenden Erfindung neigt der Grad des Temperaturquenchens des Leuchtstoffs in der fluoreszierenden Schicht zu kleinen Werten, sogar nach der Sinterbehandlung unter Bildung der fluoreszierenden Schicht der Lampe, wodurch kein Abfall des Lichtflusses der Lampe auftritt, auch nicht wenn die Temperatur der Röhrenwand durch kontinuierliches Leuchten ansteigt.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele detaillierter beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfin­ dung in keiner Weise auf die spezifischen Beispiele begrenzt ist.

Beispiel 1

Es wurden 0,425 mol Lanthanoxid (La₂O₃) und 0,0375 mol Tetraterbiumhep­ taoxid (Tb₄O₇) durch eine Säure gelöst, und Oxalsäure wurde unter Erhalt der co-ausgefällten Oxalate von La und Tb zugesetzt, welche bei 1000°C unter Erhalt der co-ausgefällten Oxide von La und Tb calciniert wurden. Es wurden 167,0 g dieser co-ausgefällten Oxide und 132,1 g Diammoniumhydrogenphos­ phat {(NH₄)₂HPO₄} sorgfältig gemischt, anschließend in einen Aluminattiegel gegeben und an Luft bei 700°C zwei Stunden lang calciniert. Das erhaltene calcinierte Produkt (Vorstufe) wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, und 2,4 g Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇) und 24 g Borsäure (H₃BO₃) wurden als Zu­ schläge zugesetzt, gefolgt von ausreichendem Mischen. Die Mischung wurde in einen Quarztiegel gegeben und bei einer Temperatur von 1200°C zwei Stunden lang in einer reduzierenden Atmosphäre, zusammengesetzt aus ei­ nem gemischten Gas aus Stickstoff und Wasserstoff, gebrannt. Das erhaltene calcinierte Produkt wurde gepulvert, gewaschen, getrocknet und gesiebt, so daß ein Lanthanphosphat-Leuchtstoff nach Beispiel 1 erhalten wurde, reprä­ sentiert durch die Zusammensetzungsformel (La_0,85Tb_0,15)PO₄ mit einem mitt­ leren Teilchendurchmesser von 2,8 µm, wie durch einen Feingutsichter be­ stimmt wurde.

Dieser Lanthanphosphat-Leuchtstoff gemäß Beispiel 1 wurde mit Vakuumult­ raviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm bei Raumtemperatur von 25°C bestrahlt, und gleichzeitig wurde die Emissionsluminanz gemessen, wo­ bei sich eine Emissionsluminanz von 109,1% eines herkömmlichen Leucht­ stoffs ergab (der Leuchtstoff des folgenden Vergleichsbeispiels 1), gemessen unter denselben Bedingungen.

Darüber hinaus wurde dieser Lanthanphosphat-Leuchtstoff aus Beispiel 1 ei­ ner 20-minütigen Sinter- bzw. Brennbehandlung bei 800°C an Luft unterzo­ gen, und anschließend wurde er in ähnlicher Weise mit Vakuumultraviolett­ strahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm bestrahlt und dessen Emissions­ luminanz gemessen, wobei sich eine Emissionsluminanz von 99,8% des Leuchtstoffs nach Beispiel 1 vor der Brennbehandlung ergab. Somit zeigt sich kein wesentlicher Abfall der Emissionsluminanz durch das Brennen.

Weiterhin wurde der obige Lanthanphosphat-Leuchtstoff aus Beispiel 1, wel­ cher der Brennbehandlung unterzogen worden ist, in einen zylindrischen Edelstahlbehälter mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Tiefe von 5 mm gepackt. Dieser Behälter wurde auf 150°C erhitzt und dort gehal­ ten. Ferner wurde in diesem Zustand Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm darauf gestrahlt, wobei die Emissionsluminanz ge­ messen wurde. Diese betrug 99,9% der Emissionsluminanz bei Raumtempe­ ratur von 25°C vor der Brennbehandlung (das Luminanz-erhaltende Verhält­ nis von 99,9% nach der Brennbehandlung). Somit wurde kein wesentliches Temperaturquenchen bei einem Erhitzen auf 150°C beobachtet.

Anschließend wurden 30 Gew.-Teile des Lanthanphosphat-Leuchtstoffs aus Beispiel 1, 200 Gew.-Teile Butylacetat, enthaltend 1, 1% Nitrocellulose, und 0,7% eines Bindemittels von Borattyp sorgfältig gemischt unter Erhalt einer Leuchtstoffaufschlämmung. Diese Leuchtstoffaufschlämmung wurde auf die Innenoberfläche einer Glasröhre mit einem Innendurchmesser von ungefähr 6,5 mm aufgetragen und einer 20-minütigen Sinter- bzw. Brennbehandlung bei 800°C unterzogen, gefolgt von Trocknen, woraufhin Xe mit einem Versie­ gelungsdruck von 10 kP eingeschlossen wurde und Elektroden befestigt wur­ den, so daß eine Edelgaslampe gemäß Beispiel 1 mit 30 W erhalten wurde.

Die Emissionsluminanz nach 2 Sekunden ab dem Einschalten bzw. Beleuch­ ten dieser Edelgaslampe aus Beispiel 1 betrug 102,2% der Emissionslumi­ nanz nach 2 Sekunden ab dem Einschalten der Edelgaslampe des folgenden Vergleichsbeispiels 1, welche in derselben Weise hergestellt wurde. Nebenbei betrug die Emissionsluminanz nach drei Minuten ab dem Einschalten, wenn die Temperatur innerhalb der Lampe nach dem Einschalten der Lampe auf eine vorbestimmte Temperatur angestiegen war und der Entladungszustand des eingeschlossenen Gases sich im wesentlichen stabilisiert hatte, 97,5% der Emissionsluminanz nach 2 Sekunden ab dem Einschalten. Somit war der Abfall der Luminanz am Anfang des Leuchtens aufgrund eines Anstiegs der Temperatur innerhalb der Lampe nach dem Leuchten sehr gering.

Beispiel 2

Ein Lanthanphosphat-Leuchtstoff nach Beispiel 2, repräsentiert durch eine Zusammensetzungsformel (La_0,80Ce_0,05Tb_0,15)PO₄ und mit einer mittleren Teilchengröße von 2,6 µm, gemessen durch einen Feingutsichter, wurde in derselben Weise wie der Leuchtstoff in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 0,40 mol Lanthanoxid (La₂O₃), 0,0375 mol Tetraterbiumheptaoxid (Tb₄O₇) und 0,05 mol sekundäres Ceroxid (CeO₂) durch eine Säure gelöst wurden. Oxal­ säure wurde zugesetzt unter Erhalt der co-ausgefällten Oxalate von La, Ce und Tb.

Dieser Lanthanphosphat-Leuchtstoff des Beispiels 2 wurde mit Vakuumultra­ violettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm bei Raumtemperatur von 25°C bestrahlt, und die Emissionsluminanz wurde gemessen, wobei sich eine Emissionsluminanz von 111,0% eines herkömmlichen Lanthanphosphat- Leuchtstoffs (der Leuchtstoff des folgenden Vergleichsbeispiels 1) ergab, ge­ messen unter denselben Bedingungen.

Weiterhin wurde der Lanthanphosphat-Leuchtstoff des Beispiels 2 einer 20- minütigen Sinter- bzw. Brennbehandlung bei 800°C an Luft unterzogen. An­ schließend wurde er in ähnlicher Weise mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm bestrahlt, und dessen Emissionsluminanz wur­ de gemessen, wobei sich eine Emissionsluminanz von 95,1% des Leuchtstoffs des Beispiels 2 vor der Brennbehandlung ergab. Somit war der Abfall der Emissionsluminanz durch das Brennen sehr gering.

Darüber hinaus wurde die Emissionsluminanz bei 150°C, wenn der obige Lanthanphosphat-Leuchtstoff des Beispiels 2, der der Brennbehandlung un­ terzogen wurde, mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm bestrahlt wurde, in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen, wo­ bei sie 98,8% der Emissionsluminanz bei Raumtemperatur von 25°C vor der Brennbehandlung betrug (das Luminanz-erhaltende Verhältnis von 98,8% nach der Brennbehandlung). Somit war der Grad des Temperaturquenchens beim Erhitzen auf 150°C sehr gering.

Anschließend wurde eine Edelgaslampe des Beispiels 2 in der gleichen Weise wie die Edelgaslampe des Beispiels 1 hergestellt, außer daß der Leuchtstoff des Beispiels 2 eingesetzt wurde anstelle des Leuchtstoffs des Beispiels 1.

Die Emissionsluminanz nach 2 Sekunden ab dem Einschalten bzw. Beleuch­ ten dieser Edelgaslampe betrug 102,8% der Emissionsluminanz nach 2 Se­ kunden ab dem Einschalten der Edelgasentladungsleuchtstofflampe des fol­ genden Vergleichsbeispiels 1. Nebenbei betrug die Emissionsluminanz nach drei Minuten ab dem Einschalten dieser Lampe 96,1% der Emissionslumi­ nanz nach 2 Sekunden ab dem Einschalten. Somit war der Abfall der Lumi­ nanz am Anfang des Leuchtens aufgrund z. B. eines Anstiegs der Temperatur in der Lampe nach dem Leuchten sehr gering.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Lanthanphosphat-Leuchtstoff, repräsentiert durch eine Zusammenset­ zungsformel (La_0,55Ce_0,30Tb_0,15)PO₄ mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 3,5 µm, gemessen durch einen Feingutsichter, wurde in derselben Weise wie der Leuchtstoff in Beispiel 2 hergestellt, außer daß 0,275 mol Lanthano­ xid (La₂O₃), 0,0375 mol Tetraterbiumheptaoxid (Tb₄O₇) und 0,30 mol sekun­ däres Ceroxid (CeO₂) durch eine Säure gelöst wurden, und es wurde Oxalsäu­ re zugesetzt unter Erhalt der co-ausgefällten Oxalate von La, Ce und Tb.

Dieser Lanthanphosphat-Leuchtstoff des Vergleichsbeispiels 1 wurde einer 20-minütigen Sinter- bzw. Brennbehandlung an Luft unterzogen und an­ schließend in gleicher Weise mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wel­ lenlänge von 172 nm bestrahlt. Die Emissionsluminanz wurde gemessen, wo­ bei sich eine Emissionsluminanz von 88,1% des Leuchtstoffs des Vergleichs­ beispiels 1 vor der Brennbehandlung ergab. Somit wurde ein deutlicher Abfall der Emissionsluminanz durch das Brennen beobachtet.

Darüber hinaus wurde der obige Leuchtstoff des Vergleichsbeispiels 1, der ei­ ner Brennbehandlung unterzogen wurde, mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm in derselben Weise wie in Beispiel 1 be­ strahlt, wobei die Emissionsluminanz bei 150°C gemessen wurde und als Er­ gebnis 61,4% der Emissionsluminanz bei Raumtemperatur von 25°C vor der Brennbehandlung gefunden wurde (das Luminanz-erhaltende Verhältnis von 61,4% nach der Brennbehandlung). Somit wurde ein deutliches Temperatur­ quenchen beobachtet.

Anschließend wurde eine Edelgaslampe des Vergleichsbeispiels 1 in derselben Weise wie die Edelgaslampe des Beispiels 1 hergestellt, außer daß der Leuchtstoff des Vergleichsbeispiels 1 anstelle des Leuchtstoffs des Beispiels 1 verwendet wurde. Die Emissionsluminanz nach 3 Minuten ab dem Einschal­ ten der Edelgaslampe des Vergleichsbeispiels 1 betrug 80,1% der Luminanz nach 2 Sekunden ab dem Einschalten. Somit war der Abfall der Luminanz an dem Anfang des Leuchtens aufgrund z. B. eines Anstiegs der Temperatur in der Lampe nach dem Leuchten sehr groß.

Der Lanthanphosphat-Leuchtstoff zur Vakuumultraviolettstrahlung der vor­ liegenden Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau weist eine geringe Temperaturabhängigkeit der Emissionsluminanz unter Anregung mit Vaku­ umultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm, insbe­ sondere einer Wellenlänge von 172 nm, auf, sogar wenn er einen Leuchtstoff darstellt, der einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, im Vergleich mit ei­ nem konventionellen Lanthanphosphat-Leuchtstoff. Außerdem ist das Tempe­ raturquenchen gering, und er zeigt eine Emission höherer Luminanz bzw. Bildleuchtdichte. Durch Verwendung eines solchen Leuchtstoffs als fluores­ zierende Schicht in einer Edelgaslampe ist es möglich, eine stabilisierte Edel­ gaslampe zu erhalten, bei der der Abfall der Luminanz im Laufe der Zeit und am Anfang des Leuchtens aufgrund eines Anstiegs der Temperatur der Röh­ renoberfläche oder der Umgebungstemperatur zur Zeit des Leuchtens gering ist.

Die Gesamtoffenbarung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-49435, eingereicht am 19. Januar 2001, einschließlich Beschreibung, Ansprüchen, Zeichnungen und Zusammenfassung, ist hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen.

Claims (7)

1. Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung, welcher re­ präsentiert ist durch eine Zusammensetzungsformel (La_1-x-yCe_xTb_y)PO₄, worin x und y Zahlen sind, die jeweils 0 ≦ x ≦ 0,2 und 0,05 ≦ y ≦ 0,3 erfüllen, und wel­ cher Licht emittiert, wenn er mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wel­ lenlänge von maximal 200 nm bestrahlt wird.

2. Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach An­ spruch 1, worin x eine Zahl darstellt, welche 0 ≦ x ≦ 0,15 erfüllt.

3. Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach An­ spruch 1 oder 2, worin die Wellenlänge der Vakuumultraviolettstrahlung 172 nm beträgt.

4. Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung, welcher Lanthanphosphat (LaPO₄) als eine Matrix sowie Terbium (Tb) oder Cer (Ce) und Terbium (Tb) als Aktivator umfaßt, und dessen Emissionsluminanz bei 150°C nach einer 20-minütigen Sinterbehandlung bei 800°C unter Anregung mit Vakuumultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm innerhalb eines Bereichs von 100 bis 80% der Emissionsluminanz des Leuchtstoffs bei 25°C vor der Sinterbehandlung liegt.

5. Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuumultraviolettstrahlung nach An­ spruch 4, welcher durch eine Zusammensetzungsformel (La_1-x-yCe_xTb_y)PO₄ repräsentiert ist, worin x und y ganze Zahlen sind, die jeweils 0 ≦ x ≦ 0,2 und 0,05 ≦ y ≦ 0,3 erfüllen.

6. Edelgasentladungsleuchtstofflampe, umfassend eine röhrenförmige licht­ durchlässige Einfassung mit einer fluoreszierenden Schicht, die an deren In­ nenwand gebildet ist, und ein in der Einfassung eingeschlossenes Edelgas, so daß die fluoreszierende Schicht zur Emission von Licht durch Vakuumultravi­ olettstrahlung mit einer Wellenlänge von maximal 200 nm angeregt wird, wel­ che durch Entladung des Edelgases abgestrahlt wird, worin die fluoreszieren­ de Schicht hergestellt ist aus dem Lanthanphosphat-Leuchtstoff für Vakuum­ ultraviolettstrahlung, wie er in mindestens einem der Ansprüche 1-5 definiert ist.

7. Edelgasentladungsleuchtstofflampe gemäß Anspruch 6, worin das Edelgas Xenon (Xe) umfaßt.