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Die Erfindung betrifft einen weiß emittierenden nachleuchtenden Leuchtstoff, der als eine feste Lösung mit einer einkristallinen Phase gebildet werden kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
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Forscher haben versucht, einen weiß nachleuchtenden Leuchtstoff durch Vermengen eines blau nachleuchtenden Leuchtstoffes, eines grün nachleuchtenden Leuchtstoffes und eines rot nachleuchtenden Leuchtstoffes zu produzieren. Dieses Herangehen ist jedoch problematisch, weil jeder der nachleuchtenden Leuchtstoffe mit einer anderen Rate abklingt, was im Laufe der Zeit eine Farbänderung verursacht, wobei die Mischung von geringer Intensität und innerhalb des weißen Farbregimes nicht lange nachleuchtend ist.
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Leuchtstoffzusammensetzungen auf der Grundlage von (Ba, Sr, Ca) Al2O4:Eu+2, Dy+3 erzeugen, wie bekannt, eine lange nachleuchtende grüne Emissionsfarbe hoher Wirksamkeit. Auch Zusammensetzungen auf der Grundlage von (Ba, Sr, Ca) Al2O4:Eu+2, Nd+3 erzeugen, wie bekannt, eine lange nachleuchtende blaue Emissionsfarbe hoher Effizienz. Das Produzieren eines lange nachleuchtenden weißen Leuchtstoffes hoher Wirksamkeit bleibt jedoch schwer fassbar.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
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Die Erfindung betrifft einen nachleuchtenden Leuchtstoff, der die folgende Formel I aufweist: SraCabBacAl2-m-n-o-pOd: Euy, REz, Bm, Znn, Coo, Scp I worin a und b jeweils im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,7 liegen; c zwischen etwa 0 und etwa 0,1 liegt; 0,75 ≤ a + b + c + y + z ≤ 1,3 ist; y zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,1 liegt; RE irgendein Seltenerdelement allein oder in Kombination, im Besonderen eines oder beide von Dy3+ und Nd3+ und noch besonderer Dy3+ ist; z zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,15 liegt; m zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,30 liegt; n zwischen etwa 0 und etwa 0,10 liegt und im Besonderen zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,10, noch besonderer von etwa 0,005 bis etwa 0,10 ist; o zwischen etwa 0 und etwa 0,01 liegt; p zwischen etwa 0 und etwa 0,10 liegt und d im Bereich von etwa 3,945 bis etwa 4,075 liegt und im Besonderen 4 ist. Alle die tiefgestellten Variablen beschreiben molare Mengen. Die Oxidationszustände von Kobalt und Europium können 2+ sein, alle anderen Oxidationszustände der Elemente der Formel I sollten dem Fachmann in Anbetracht dieser Beschreibung augenscheinlich sein.
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Die Ladungskompensation kann durch überschüssige Sauerstoffionen in der Struktur oder durch Induzieren von Kationen-Leerstellen stattfinden. Wenn, z. B., Sr2+ durch Dy3+ ersetzt wird, dann kann die Ladungskompensation durch Einführen einer Sr2+-Ionenleerstelle durch den Prozess 2Dy3+→ 3Sr2+ []z erfolgen. Oder die Ladungskompensation kann durch den Prozess Sr1-zDuzAl2O4+z/2 erfolgen. In ähnlicher Weise kann, wenn Al3+ durch Co2+ ersetzt wird, die Ladungskompensation über SrAl2-oCooO4-o/2 erfolgen (worin der tiefgestellte Buchstabe, der Buchstabe o, nicht die Zahl 0 ist). Diese Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Arten der Ladungskompensation beschränkt.
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Wie erläutert, liegen a und b jeweils im Bereich von 0,3 bis etwa 0,7. Spezifischer kann a und b jeweils im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,6 liegen. Im Besonderen kann a im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,4 und b kann im Bereich von etwa 0,6 bis etwa 0,7 liegen. Die Variable a kann auch im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,5 liegen und b kann im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,6 liegen. Zusätzlich kann a im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,6 liegen und b kann im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,5 liegen. In einem Aspekt ist a etwa 0,3 und b etwa 0,7. In einem anderen Aspekt ist a etwa 0,4 und b ist etwa 0,6. In noch einem anderen Aspekt ist jedes von a und b etwa 0,5.
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Nachdem der nachleuchtende Leuchtstoff angeregt worden ist, erscheint er bei Abwesenheit von Umgebungslicht weiß. Formuliert gemäß Formel I kann ein einphasiges kristallines Material produziert werden, wie durch Röntgenstrahldiffraktometrie bestimmt.
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Wenn numerische Werte als ein Bereich in dieser Offenbarung angegeben sind, dann schließen diese die Endpunkte des Bereiches ein, so schließen z. B. Werte im Bereich von etwa 5 bis etwa 25 5 und 25 ein.
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Viele zusätzliche Merkmale, Vorteile und ein volleres Verstehen der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung. Es sollte klar sein, dass die obige kurze Beschreibung Ausführungsformen der Erfindung in breiten Begriffen beschreibt, während die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung Ausführungsformen enger beschreibt und spezifische Ausführungsformen präsentiert, die nicht als notwendige Beschränkungen der breiten Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, zu verstehen sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG:
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1 ist eine grafische Darstellung, die das Anregungsverhalten eines der Leuchtstoffe dieser Offenbarung (Sr0,46Eu0,01Dy0,03Ca0,5)Al1,9B0,1O4 zeigt;
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2 ist eine grafische Darstellung, die das Emissionsverhalten des Leuchtstoffes (Sr0,46Eu0,01Dy0,03Ca0,05)Al1,9B0,1O4 zeigt;
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3 zeigt eine Abklingkurve, die die relativ hohe Intensität über die Zeit für einen der nachleuchtenden Leuchtstoffe dieser Offenbarung (Sr0,46Eu0,01Dy0,03Ca0,5)Al1,9B0,1O4 zeigt;
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4 ist ein Farbartdiagramm von Proben der Formel SraEu0,01Dy0,03CabAl1,9B0,1O4 mit variierenden Konzentrationen von Sr und Ca, wie in Tabelle 1 beschrieben; und
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5 ist ein Röntgenstrahl-Diffraktiometriemuster für den Leuchtstoff Sr0,5Ca0,5A11,9B0,1O4
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
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Die Erfindung betrifft den nachleuchtenden Leuchtstoff der folgenden Formel I: SraCabBacAl2-m-n-pOd: Euy, REz, Bm, Znn, COo, Scp I worin a und b jeweils im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,7 liegen; c zwischen etwa 0 und etwa 0,1 liegt; 0,75 ≤ a + b + c + y + z ≤ 1,3 ist; y zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,1 liegt; RE ist eines oder beide von Dy3+ und Nd3+ und mehr im Besonderen Dy3+; z zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,15 liegt; m zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,30 liegt; n zwischen etwa 0 und etwa 0,10 liegt; o zwischen etwa 0 und etwa 0,01 liegt; p zwischen etwa 0 und etwa 0,10 liegt und d im Bereich von etwa 3,945 bis etwa 4,075 liegt. Ein Beispiel einer weiß nachleuchtenden Leuchtstoffformulierung, worin a und b jeweils etwa 0,50 sind, ist (Sr0,46Eu0,01Dy0,03Ca0,5)Al1,9B0,1O4. Der Leuchtstoff der Formel I kann bei Abwesenheit von Umgebungslicht weiß emittieren. Wann immer der erfindungsgemäße Leuchtstoff diskutiert wird, bezieht man sich auf den Leuchtstoff der Formel I, sofern aus dem Text nicht etwas anderes offensichtlich ist.
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Der Leuchtstoff der Formel kann durch das folgende Verfahren gebildet werden. Die sauerstoffhaltigen Ausgangsmaterial-Verbindungen, die zum Herstellen der Formulierung der Formel I benutzt werden, können in der Form von Oxiden, Carbonaten, Nitraten, Sulfaten, Phosphaten, Citraten, Carboxylaten und Kombinationen dieser Verbindungen vorliegen. In Zusammensetzungen, die Carboxylate umfassen, können die eingesetzten Carboxylate von ein bis fünf Kohlenstoffatome aufweisen, wie Formiate, Ethanoate, Propionate, Butyrate und Pentanoate. Diese Ausgangsverbindungen sind in Mengen (Gew.-%) vorhanden, die die feste Lösung der Formel I erzeugen können, die die angegebenen molaren Mengen von Atomen aufweist.
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Hinsichtlich der Einzelheiten, betreffend das folgende Verfahren, wird Bezug genommen auf US-Patentanmeldung Ser. Nr. 12/640,712 (entsprechend der veröffentlichten US-Anmeldung, Veröffentlichungsnummer US 2010/0136302). Die Mischung der Ausgangsmaterialien zum Herstellen des weiß nachleuchtenden Leuchtstoffes kann auch ein Flussmittel, wie Borsäure, Lithiumtetraborat, Lithiumcarbonat, Hydrogenborat, ein Alkalihydrogenborat oder eine Mischung dieser Verbindungen umfassen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Flussmittel eine Halogenidverbindung, wie ein Fluorid, von Europium, Neodym, den Erdalkalimetallen oder den Metallen der Gruppe 13 sein. Die Halogenidverbindung kann bis zu 10 Gew.-% der Mischung umfassen. Das Flussmittel kann auch ein Alkalihalogenid, wie Lithiumfluorid, Natriumfluorid oder andere Alkalihalogenide sein. Benutzt man ein Flussmittel, dann kann es erwünscht sein, das Produkt mit heißem Wasser zu waschen, um restliche lösliche Verunreinigungen zu entfernen, die von dem Flussmittel stammen.
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Die sauerstoffhaltigen Ausgangsverbindungen können mittels irgendeines mechanischen Verfahrens vermischt werden. In beispielhaften Ausführungsformen können solche Verfahren Rühren oder Vermengen der Pulver in einem Hochgeschwindigkeitsmischer oder einem Bandmischer oder Kombinieren und Pulverisieren der Pulver in einer Becher- bzw. Griffinmühle, Hammermühle oder Strahlmühle einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer Techniken benutzt werden kann, um eine gut vermengte Mischung von Pulvern herzustellen. Ist die Mischung nass, dann kann sie vor dem Erhitzen getrocknet werden. Das Trocknen kann bei Umgebungsatmosphäre oder unter einem Vakuum ausgeführt werden.
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Die Mischung von Oxidpulvern wird in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 900°C bis etwa 1700°C für eine genügende Zeit erhitzt, um die Mischung in einer feste Lösung des Leuchtstoffes umzuwandeln. So kann die Temperatur, z. B., in dem Bereich von etwa 1000°C bis etwa 1400°C liegen und im Besonderen etwa 1200°C sein. Das Erhitzen kann in einem ansatzweisen oder einem kontinuierlichen Verfahren ausgeführt werden, vorzugsweise unter Rühren oder Vermischen, um einen guten Gas-Feststoffkontakt zu fördern. Die erforderliche Heizzeit kann im Bereich von etwa einer Minute bis zu zehn Stunden liegen, was von der Menge der erhitzten Oxidmischung, dem Ausmaß des Kontaktes zwischen dem Feststoff und dem Gas der Atmosphäre und dem Grad des Vermischens abhängt, während die Mischung erhitzt wird. Die Mischung kann rasch auf die Endtemperatur gebracht und dort gehalten werden oder die Mischung kann mit einer geringeren Rate, wie von etwa 3°C/min bis etwa 200°C/min auf die Endtemperatur erhitzt werden. In beispielhaften Ausführungsformen wird die Temperatur in Raten von etwa 10°C/min bis etwa 100°C/min auf die Endtemperatur erhöht. Der Fachmann wird erkennen, dass die für die Synthese einer besonderen Leuchtstoffzusammensetzung erforderlichen Bedingungen von dem ausgewählten Leuchtstoff abhängen und innerhalb des Umfangs der obigen Bedingungen liegen.
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Das Glühen bzw. Erhitzen wird unter einer reduzierenden Atmosphäre ausgeführt, die solche Verbindungen, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Hydrazin oder eine Mischung dieser Verbindungen mit einem Inertgas, wie Stickstoff, Helium, Argon, Krypton, Xenon, einschließen kann.
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In einem Aspekt kann eine Mischung von Wasserstoff und Stickstoff, umfassend Wasserstoff in einer Menge von etwa 0,5 Vol.-% bis etwa 10 Vol.-% als ein reduzierendes Gas, benutzt werden. Eine besondere Atmosphäre, die benutzt werden kann, ist 1% H2 und 99% N2. In einem anderen Aspekt kann das reduzierende Gas Kohlenmonoxid sein, das in situ in der Glühkammer durch die Umsetzung zwischen Restsauerstoff und Kohlenstoffteilchen gebildet wird, die in der Glühkammer angeordnet sind. In noch einem anderen Aspekt wird die reduzierende Atmosphäre durch die Zersetzung von Ammoniak oder Hydrazin erzeugt. In beispielhaften Aspekten kann der Leuchtstoff nach dem Glühen in einer Propanol-Aufschlämmung kugelgemahlen werden, um Aggregate aufzubrechen, die sich während des Glühens bzw. Erhitzens gebildet haben können.
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Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe können zu Teilchen von etwa 1 bis 5 μm oder größer unter Anwendung von standardgemäßen Glühtechniken verarbeitet werden. Alternativ können Nanoteilchen unter Anwendung von Emulsionstechniken hergestellt werden.
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Das Einbeziehen der Leuchtstoffe in eine Matrix oder eine Schicht auf einem Substrat kann unter Anwendung von Standard-Verarbeitungstechniken für das ausgewählte Matrixmaterial erfolgen. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnten die Leuchtstoffe z. B. durch Vermischen einer Pulvermischung mit der Farbgrundmischung in eine Farbzusammensetzung eingearbeitet werden, als wären die Leuchtstoffe ein Trockenpigment. In anderen Ausführungsformen könnten die Leuchtstoffe in ein Lösungsmittel gerührt werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, bevor man sie in die Farbgrundmischung einarbeitet. Die Farbe ist ein Gegenstand.
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Die erfindungsgemäßen nachleuchtenden Leuchtstoffe können in einer Anzahl von Anwendungen eingesetzt werden, die Langzeitlicht an Stellen erfordern, die keine Energiequelle für ein Beleuchten mit Strom aufweisen. Eine Kunststoffmatrix kann eingebettete Teilchen eines nachleuchtenden Leuchtstoffes umfassen. Andererseits können die Leuchtstoffteilchen in die Kunststoffmatrix eines Filmes oder einer Oberflächenschicht eingearbeitet werden, die an dem Körper einer Struktur angebracht ist. Man nehme Bezug auf die US-Patentanmeldung Ser. Nr. 12/640,712 hinsichtlich einer Beschreibung einer Kunststoffmatrix mit eingebettetem Leuchtstoff oder einem Film oder einer Oberflächenschicht, die an dem Körper einer Struktur angebracht ist. Das Einbeziehen der Leuchtstoffteilchen in die Matrix oder Oberflächenschicht kann unter Anwendung normaler Kunststoff-Verarbeitungstechniken erfolgen. Solche Techniken könnten Kompressionsformen, Spritzformen, Folienformen, Filmblasen oder irgendeine andere Kunststoff-Verarbeitungstechnik einschließen, die ein trockenes Pulver in eine Kunststoffmatrix einarbeiten kann. Der Fachmann wird erkennen, dass das in diesen Techniken eingesetzte Kunststoffmatrixmaterial irgendein thermoplastisches Material mit genügend Durchsichtigkeit sein kann, um die Lichtübertragung durch dünne Schichten zu gestatten, einschließend, darauf jedoch nicht beschränkt, Polystyrol, hochschlagfestes Polystyrol (HIPS), Styrol-Butadien-Copolymere, Polycarbonat, Polyethylen, Polyurethan, Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenterephthalatglykol (PETG) und Polypropylen, neben anderen. Weiter können auch wärmegehärtete Materialien für die Kunststoffmatrix eingesetzt werden, einschließlich solcher Massen, wie bei Raumtemperatur vulkanisierte (RTV) Siliciummassen und Epoxymaterialien, neben anderen. Die Leuchtstoffe können in die wärmegehärteten Harze durch Vermischen des Leuchtstoffes mit einer der zwei Reaktionsteile eingearbeitet werden. Weiter muss die Matrix kein Kunststoff sein. Der Fachmann wird erkennen, dass die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe ebenso gut in Glas- oder Keramikmatrices eingearbeitet werden können. Die Leuchtstoffe können in eine Flüssigkeit, wie eine Farbe oder Harz, eingearbeitet werden, die die Matrix oder den Film auf einem Substrat bilden können.
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Den Teilchen des Leuchtstoffes kann es an Verträglichkeit mit der Matrix mangeln, was zu einer Agglomeration während des Verarbeitens führt. Dieser Effekt kann besonders schwer für kleinere Teilchen, wie Nanoteilchen, sein, wie unten erläutert. Für beide Arten von Leuchtstoffteilchen kann der Effekt vermindert werden durch Überziehen der Teilchen vor dem Einarbeiten in die Matrix. Der Überzug kann entweder kleine Molekülliganden oder polymere Liganden einschließen. Beispielhafte kleine Molekülliganden können Octylamin, Oleinsäure, Trioctylphosphinoxid oder Trialkoxysilan einschließen. Der Fachmann wird realisieren, dass andere kleine Molekülliganden zusätzlich oder anstelle der hier aufgeführten eingesetzt werden können. Die Teilchen können auch mit polymeren Liganden überzogen werden, die entweder von der Oberfläche aus synthetisiert oder zu der Oberfläche der Nanoteilchen hinzugefügt werden können. Eine Diskussion wachsender Polymerketten von der Oberfläche der Leuchtstoffteilchen aus und des Überziehens der Leuchtstoffteilchen mit einem Polymerüberzug ist in der 12/640,712-Anmeldung angegeben.
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Der erhitzte bzw. geglühte Leuchtstoff kann zum Bilden kleinerer Teilchen und zum Aufbrechen von Aggregaten gemahlen werden. Der endgültige Leuchtstoff kann dann in die Matrix eingearbeitet werden, um das Endprodukt zu bilden. Sind noch kleinere Teilchen erforderlich, dann können Mikroemulsionen eingesetzt werden, um Nanoteilchen zu erzeugen. Solche Nano-Leuchtstoffteilchen können eine Größe von etwa 900 nm bis 100 nm aufweisen oder noch kleiner sein. Eine Diskussion eines Mikroemulsionsprozesses auf Sol-Gel-Grundlage für die Bildung von Nanoteilchen eines Metalloxidleuchtstoffes ist in der 12/640,712-Anmeldung angegeben. Ein anderes Verfahren auf Mikroemulsionsgrundlage zum Bilden von Nanoteilchen des Metalloxidleuchtstoffes ist ebenfalls in der 12/640,712-Anmeldung diskutiert.
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Die Anregungs- und Emissionsspektren für einen weiß nachleuchtenden Leuchtstoff, der, wie hierin offenbart, hergestellt ist, sind in den 1 bzw. 2 gezeigt. Dieser Leuchtstoff hatte die folgende Zusammensetzung (Sr0,46E0,01Dy0,03Ca0,5)Al1,9B0,1O4. In dieser Figur ist ersichtlich, dass der Peak des Anregungsspektrums etwa 370 nm beträgt. Dies gestattet es Licht von Quellen, die eine Intensität in dieser Region aufweisen, wie Sonnenlicht oder Fluoreszenzlicht, den erfindungsgemäßen Leuchtstoff mit Energie zu laden. Ist der Leuchtstoff geladen, dann wird Energie zu den Aktivierungsstellen übertragen, wo sie durch Ionen im angeregten Zustand für lange Zeitdauern gehalten wird, bevor solche Ionen die Energie durch die Emission eines Photons verlieren. Das Spektrum des emittierten Lichtes erstreckt sich von etwa 400 bis etwa 700 nm mit einem Peak bei etwa 520 nm, was die blauen, grünen und roten Wellenlängen des Spektrums abdeckt und weißes Licht erzeugt.
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Die Nachleuchtzeit ist die Zeit, in der die Phosphoreszenz einer Probe nach Beendigung der Bestrahlung bis zu der Schwelle der Augenempfindlichkeit abnimmt. Diese Schwelle ist das Signalniveau der Emissionsintensität, die ein bloßes (d. h. nicht unterstütztes) Auge in der Dunkelheit klar sehen kann. Nachleuchtzeiten werden durch Messen der Phosphoreszenzintensität als eine Funktion der Zeit festgestellt. Der Begriff „lange nachleuchtender Leuchtstoff”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf Materialien mit Nachleuchtzeiten, die zwei Stunden übersteigen. Die Nachleuchtzeit der Leuchtstoffe der Formel I kann zwei oder mehr Stunden übersteigen. Es ist allgemein der Fall, dass Leuchtstoffe mit längeren Nachleuchtzeiten bevorzugter sind. Die Leuchtstoffe der Mischung oder der Schichtstruktur der drei Leuchtstoffe können Phosphoreszenz-Nachleuchtzeiten von mehr als etwa zwei Stunden zeigen.
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Das Nachleuchten von Leuchtstoffen, die gemäß den vorliegenden Techniken hergestellt sind, kann länger sein als bei früheren Leuchtstoffen. Eine Abklingkurve zeigt die Abklingzeit, d. h., die für den Leuchtstoff erforderliche Zeit, um nach Beendigung der Anregung das Emittieren von Licht zu beenden. Ein typischer Leuchtstoff kann ein Abklingen auf einer Zeitskala von Sekunden aufweisen.
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Im Gegensatz zu den Lumineszenz-Abklingkurven eines konventionellen Leuchtstoffes ist 3 gemäß dieser Offenbarung eine Abklingkurve von (Sr0,46Eu0,01Dy0,03Ca0,5)Al1,9B0,1O4 hergestellt. Aus dieser Abklingkurve ist ersichtlich, dass sehr viel mehr Energie in der äquivalenten Zeitdauer zurückgehalten werden kann, verglichen mit einem typischen Leuchtstoff; der Leuchtstoff kann für acht Stunden oder mehr nach Beendigung der ladenden Beleuchtung nachleuchten. Es ist zu bemerken, dass die für das Abklingen benutzte Skala typischerweise logarhitmisch ist und so der Wert der Emissionsintensität bei acht Stunden sehr schwach ist, verglichen mit der anfänglichen Intensität. Die verbleibende Intensität kann jedoch noch stark genug sein, um durch das menschliche Auge in einer vollständig dunklen Umgebung gesehen zu werden.
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BEISPIEL:
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Jede der in Tabelle 1 unten beschriebenen Proben wies B, Eu und Dy in den folgenden Mengen in Molen auf: B = 0,10, Eu = 0,01, Dy = 0,03, wobei die molaren Mengen von Sr und Ca, wie in der Tabelle beschrieben, variieren. Um jede der Formulierungen der Proben A bis I herzustellen, wurden Strontiumcarbonat, Europiumoxid, Dysprosiumoxid, Calciumcarbonat, Aluminiumoxid und Borsäure mechanisch in den geeigneten molaren Verhältnissen miteinander vermengt. Das Material wurde dann in einem Aluminiumoxidtiegel angeordnet und bei 1200°C für 5 Stunden in einer Atmosphäre von 1% Wasserstoff (Rest Stickstoff) gesintert. Dies erzeugte eine feste Lösung der Formulierung SraEu0,01Dy0,03CbAl1,9B0,1O4, worin a und b, wie in Tabelle 1 beschrieben, waren.
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4 ist ein x,y-Farbartdiagramm, das ein Standard-Farbdiagramm ist, in dem die Farbpunkte von dem Emissionsspektrum des Leuchtstoffes abgeleitet sind. In diesem Diagramm wurden die Farbartkoordinaten der Proben A bis I bei variierenden molaren Konzentrationen von Sr (Wert a) und Ca (Wert b) aufgetragen. Die molaren Sr, Ca-Konzentrationen in jeder Probe und die resultierenden Farbartkoordinaten, ccx und ccy, sind in Tabelle 1 unten gezeigt. Tabelle 1
| Probe | [Sr, Ca] | ccx | ccy |
| A | 0,1, 0,9 | 0,1828 | 0,1222 |
| B | 0,2, 0,8 | 0,2027 | 0,2270 |
| C | 0,3, 0,7 | 0,2198 | 0,3125 |
| D | 0,4, 0,6 | 0,2851 | 0,4535 |
| E | 0,5, 0,5 | 0,2817 | 0,4931 |
| F | 0,6, 0,4 | 0,2801 | 0,5141 |
| G | 0,7, 0,3 | 0,2668 | 0,5428 |
| H | 0,8, 0,2 | 0,2656 | 0,5573 |
| I | 0,9, 0,1 | 0,2735 | 0,5935 |
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Die Farbart der 4 zeigt das unerwartete Resultat, dass der nachleuchtende Leuchtstoff der Formel I in der Lage ist, bei Abwesenheit von Umgebungslicht im Falle der Proben C bis G eine weiße Farbe zu erzielen, wie beschrieben. In diesen Proben lag die Konzentration von Sr und Ca [Sr, Ca] in Molen im Bereich von 0,3, 0,7 bis 0,7, 0,3. Im Besonderen zeigten die Proben D ([Sr, Ca] = 0,4, 0,6) bis E ([Sr, Ca] = 0,5, 0,5) das beste weiße Nachleuchten. Es wurde erwartet, dass die Verbindungslinie zwischen der [Ca]-reichen Probe A ([Sr, Ca] = 0,1, 0,9) und der [Sr]-reichen Probe I ([Sr, Ca] = 0,9, 0,1) zwischen blau und grün linear sein würde. Tatsächlich zeigte eine Mischung der Ausgangsleuchtstoffe eine Emission unter nachleuchtenden Bedingungen zwischen blau und grün. Statt dessen war die Emissionsfarbe der festen Lösung dieser Beschreibung nicht linear mit [Sr, Ca] und die Verbindungslinie hatte eine Ausbuchtung und resultierte in einer Emission weißen Lichtes in Proben mit einem [Sr, Ca] zwischen Probe C ([Sr, Ca] = 0,3, 0,7) bis Probe G ([Sr, Ca] = 0,7, 0,3).
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5 ist ein Röntgenstrahl-Diffraktometermuster für den Leuchtstoff Sr0,5Ca0,5Al1,930,1O4, das zeigt, daß beim Formulieren des Leuchtstoffes, wie in Formel I beschrieben, in der in dieser Offenbarung beschriebenen Weise ein einphasiges kristallines Material erzeugt wird. Wären Eu, Nd, Dy in der Formulierung in den geringen Mengen vorhanden, die in Formel I angegeben sind, würde dies das XRD-Muster nicht beeinflussen.
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Im Allgemeinen können verschiedene Gegenstände, die unten und in der 12/640,712-Anmeldung erläutert sind, die Leuchtstoffe umfassen, einschließend leuchtende Materialien, wie Farben, Tinten, Kunststoffe, Harze, Keramiken und Gläser. Diese Materialien können in neuen Gegenständen, wie Spielzeug, Schmuck, Ornamenten, Schreibgeräten und Kleidung, eingesetzt werden. Die Leuchtstoffe können auch in irgendeiner Anwendung eingesetzt werden, die eine Langzeit-Lichtemission an Stellen benötigt, die keine Energiequelle für Strombeleuchtung aufweisen, insbesondere für das Beleuchten und die Signalgebung in Sicherheits-, Schutz- und Notausgangs-Anwendungen.
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Die Leuchtstoffe der Formel I können in zahlreiche Produkte eingearbeitet werden, die in Anwendungen mit wenig Licht benutzt werden, z. B., der vorderen Platte eines Autoradios oder in den Kontrollen, die an der Vorderplatte angebracht sind. Die geringe Toxizität der Leuchtstoffe der Formel I macht Anwendungen, wie Spielzeuge und andere kommerzielle oder Verbrauchsgüter, zu einer Möglichkeit. Weiter macht das lange Nachleuchten des Leuchtstoffes der Formel I ihn für Anwendungen in Sicherheitskleidung, wie harten Kopfbedeckungen, brauchbar, wo die Leuchtstoffe in den Körper oder in Klebezettel oder Abziehbilder eingebracht werden können, die auf die Seite aufgebracht werden, oder in Sicherheitskleidung mit Buchstaben, wobei der Leuchtstoff entweder in Fasern eingebracht werden kann, die das Gewebe der Bekleidung bilden, oder in die Buchstaben.
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Die Leuchtstoffe der Formel I können auch in Sicherheitszeichen und -Band zum Bilden von Informationszeichen bzw. -icons, wie Richtungspfeilen, Piktogrammen oder Text benutzt werden, wenn das phosphoreszierende Material die dominante Lichtquelle bei Entfernung von Umgebungslicht wird. Die Informationszeichen beginnen bei Versagen des umgebenden Beleuchtungssystems automatisch wahrnehmbar „zu glimmen” (zu lumineszieren). Die Zeichen können von einer visuell einfachen Form sein, wie Richtungspfeilen, die Personen in die richtige Richtung dirigieren, um zu dem nächsten Notausgang zu gelangen. Alternativ oder zusätzlich können Informationszeichen von solcher Art entfaltet werden, um wichtige Information anzugeben, wie Notfall-Evakuierungsinformation und -richtungen, die Stelle von Feuerlöschern und elektrischer Ausrüstung, Personal-Sicherheitsinformation und die Stelle von Rettungsflößen, Erste-Hilfe-Kästen, Kommunikationsterminals und andere Notfallausrüstung. Das phosphoreszierende Material kann auch benutzt werden, um die Außenlinien und Schnittlinien von Gebäudestrukturen, wie Wänden, Stufen usw. zu markieren. Informationszeichen können in dem Text irgendeiner geschriebenen Sprache(n) gebildet sein oder alternativ können sie mehrsprachig sein. Alternativ oder zusätzlich können die Informationszeichen irgendwelche internationalen Standardpiktogramme einschließen, die Information vollständig durch Außenlinie/Bereich übertragen und nicht auf Farbe oder Text beruhen. Jedes der vorerwähnten Informationszeichen kann in einer „positiven” oder „negativen” Weise gebildet werden, d. h., das Zeichen kann durch die Anwesenheit phosphoreszierenden Materials gegen einen Hintergrund definiert werden, der ohne Fotolumineszenz ist, oder das Zeichen kann durch die Abwesenheit von Fotolumineszenz gegen einen Hintergrund definiert werden, der phosphoreszierendes Material umfasst.
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Die Leuchtstoffe können auch in Beleuchtungssystemen für Notausgänge eingesetzt werden. Solche Beleuchtungssysteme können benutzt werden, um eine Beleuchtung in Treppenhäusern, auf Feuerleitern, in Hausfluren, Ausgängen und Fahrstühlen zu bieten und genügend Licht für den Fall eines Energieversagens zu liefern, um den sicheren und geordneten Ausgang aus dunklen Bereichen zu gestatten. Die Beleuchtungssysteme schließen eine Lichtquelle und mindestens einen Leuchtstoff der Formel I ein, der strahlungsmäßig mit der Lichtquelle gekoppelt ist. Strahlungsmäßig gekoppelt bedeutet, dass die Elemente so miteinander verbunden sind, dass die Strahlung von einem zum anderen übertragen wird. Geeignete Lichtquellen schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, Fluoreszenzröhren, kompakte Fluoreszenzlampen, LED-Lampen und Glühlampen ein. Der Leuchtstoff kann in direktem Kontakt mit der Lichtquelle stehen oder er kann physikalisch davon getrennt sein, doch ist er derart angeordnet, dass Licht genügender Energie auf den Leuchtstoff fällt, um ihn anzuregen. Der Leuchtstoff kann auf der Licht emittierenden Oberfläche der Lichtquelle direkt oder durch Überziehen und Trocknen einer Suspension des Leuchtstoffes aufgebracht sein. Die Oberfläche, auf der der Leuchtstoff angeordnet ist, ist typischerweise transparent, um zu gestatten, dass weißes Licht hindurchgeht. Obwohl eine Beschränkung nicht beabsichtigt ist, kann in einer Ausführungsform die mittlere Teilchengröße des Leuchtstoffes im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 20 μm liegen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Leuchtstoffe durch Überziehen einer Oberfläche einer Fluoreszenzröhre oder eines -kolbens aufgebracht sein. Die Leuchtstoffe können auf die innere oder äußere Oberfläche der Röhre aufgebracht sein. Der Leuchtstoff der Formel I kann in einer Fluoreszenzlampe eingesetzt sein, um weißes Licht zu erzeugen, das eine erwünschte korrelierte Farbtemperatur (CCT) und einen erwünschten Farbwiedergabeindex (CRI) aufweist. Der Leuchtstoff kann auf die Innenseite des Glaskolbens einer Fluoreszenzlampe mit oder ohne eine Sperrschicht zwischen dem Leuchtstoff und dem Glas aufgebracht sein. Der Leuchtstoff der Formel I kann auf die gesamte innere oder äußere Oberfläche der Röhre oder nur auf einen Bodenteil der inneren oder äußeren Oberfläche aufgebracht sein. In einem anderen Beispiel können die Leuchtstoffe in einem Film enthalten sein, der in einer Hülle gebildet ist, die die fluoreszierende Röhre umgibt.
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Andere Anwendungen schließen Feuersignalkästen eines Feuersystems ein. Der Feuersignalkasten hat sowohl einen visuellen Indikator und/oder ein solches Zeichen, in das mindestens einer der vorerwähnten Leuchtstoffe eingearbeitet ist oder auf er sich befindet. In ähnlicher Weise schließt ein Feuersignalkasten einen visuellen Indikator und/oder ein solches Zeichen ein. Der vorerwähnte Leuchtstoff ist in den Hintergrund eingearbeitet oder befindet sich darauf. Ein Kartenzugangsleser eines Sicherheitssystems schließt eine Hintergrundstruktur und eine Lesevorrichtung darauf ein. Entweder die Hintergrundstruktur und/oder die Lesevorrichtung enthält mindestens einen der vorerwähnten Leuchtstoffe eingearbeitet und/oder darauf.
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Der Fachmann wird klar erkennen, dass andere Gegenstände die Leuchtstoffe benutzen können, wie ein Sensor, eine Platte oder eine Zugangsvorrichtung, ein Klopfer, ein Feuersignalkasten, ein Zugangskartenleser oder Ähnliches. Andere Einsätze der Leuchtstoffe können Zusatzeinsätze zu den Feuer- und/oder Sicherheitssystemen einschließen. So kann z. B. ein Zeichen oder Index (Ausgangspfade, Ausgangszeichen usw.) mit Beziehung auf die Feuer- und/oder Sicherheitssysteme den Leuchtstoff benutzen. Um Insassen und/oder Notfallpersonal im Falle eines Notfalls zu unterstützen, kann zumindest einer der vorerwähnten Leuchtstoffe benutzt werden. So zeigen z. B. Ausgangspfade einen geeigneten Ausgang zu einem Ausgangs-Treppenhaus. Andere Zusatzgegenstände, die die Leuchtstoffe benutzen können, können einen Türknopf oder eine Panikstange, Treppenkantenprofile oder Setzstufen, Treppengeländer und Ähnliches einschließen.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, dass eine besondere Farbe (oder Gruppe oder ein Bereich von Farben) eingesetzt werden kann, um ein Indiz einer Funktion der besonderen Struktur bereitzustellen. So können z. B. die vorgenannten Punkte unter Einsatz eines grün kolorierten nachleuchtenden Leuchtstoffes und/oder von Leuchtstoffmischungen koloriert werden, die ein Anzeichen liefern, das im Falle eines Notfalls der Ausgang über das Treppenhaus erwünscht ist. Im Gegensatz dazu können der rot kolorierte nachleuchtende Leuchtstoff und/oder solche Leuchtstoffmischungen am oder im Pfad zum Fahrstuhl eingesetzt werden, um eine Andeutung anzugeben, dass im Falle eines Notfalls das Herausgehen mittels des Fahrstuhls nicht erwünscht ist. In dieser Weise wird eine verbesserte Sichtbarkeit von Sicherheits-Hardware (z. B. Feuer, Schutz) und Gebäudezugangs-Vorrichtungen bereitgestellt. Diese unterschiedlich kolorierten nachleuchtenden Leuchtstoffe würden zusätzlich zu dem weiß nachleuchtenden Leuchtstoff, als einen Teil der Struktur umfassend, eingesetzt werden.
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Es sind hierin nur wenige Beispiele von Gegenständen angegeben, die den Leuchtstoff der Formel I umfassen, und dies soll nicht den Leuchtstoff auf diese Anwendungen oder Verwendungen beschränken. Der Fachmann wird erkennen, dass ein lange nachleuchtender Leuchtstoff in einer großen Vielfalt von Anwendungen, über die oben aufgeführten hinaus, brauchbar sein kann. So kann das Material z. B. als ein Leuchtstoff in einer Kathodenstrahlröhre, in einer Plasma-Anzeigevorrichtung, in einer Flüssigkristallanzeige (LCD) benutzt werden. Die Leuchtstoffe können auch in einer LED-Lampe eingesetzt werden. Diese Verwendungen sollen lediglich beispielhaft und nicht erschöpfend sein. Diese und andere Gegenstände, die den Leuchtstoff umfassen können, sind detaillierter in der 12/640,712-Anmeldung beschrieben.
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Der nachleuchtende Leuchtstoff kann auf eine Struktur aufgebracht, in die Struktur integriert und/oder in einen Überzug auf der Struktur integriert sein. In einer Ausführungsform kann der Überzug eine Farbe sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Struktur aus einem Harz hergestellt sein. In ähnlicher Weise können die Leuchtstoffe in das Harz eingearbeitet sein.
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Viele Modifikationen und Variationen werden dem Fachmann im Lichte der vorhergehenden Offenbarung zugänglich sein. Es saute daher klar sein, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche anders ausgeführt werden kann, als spezifisch gezeigt und beschrieben.
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Diese Offenbarung charakterisiert einen nachleuchtenden Leuchtstoff mit der folgenden Formel I: SraCabBacAl2-m-n-o-pOd: Euy, REz, Bm, Znn, Coo, Scp I worin a und b jeweils im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,7 liegen; c zwischen etwa 0 und etwa 0,1 liegt; 0,75 ≤ a + b + c + y + z ≤ 1,3 ist; y zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,1 liegt; RE irgendein Seltenerdelement allein oder in Kombination ist; z zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,15 liegt; m zwischen etwa 0,0005 und etwa 0,30 liegt; n zwischen etwa 0 und etwa 0,10 liegt; a zwischen etwa 0 und etwa 0,01 liegt; p zwischen etwa 0 und etwa 0,10 liegt und d im Bereich von etwa 3,945 bis etwa 4,075 liegt. Nachdem der nachleuchtende Leuchtstoff angeregt worden ist, erscheint er bei Abwesenheit von Umgebungslicht weiß. Charakterisiert ist auch ein Gegenstand, der den Leuchtstoff einschließt.
