DE2234968C3

DE2234968C3 - Leuchtstoffmaterial auf der Grundlage von Cer (UI) aktiviertem Yttriumsilikat

Info

Publication number: DE2234968C3
Application number: DE722234968A
Authority: DE
Inventors: Tsuneyo Sumita; Minoru Watanabe
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1971-07-16
Filing date: 1972-07-17
Publication date: 1979-03-08
Also published as: JPS5029713B1; DE2234968A1; DE2234968B2; GB1336518A

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Leuchtstoffmaterial auf der Grundlage von Cer(III) aktiviertem Yttriumsilikat, das gekennzeichnet ist durch eine mit Cer(III) aktivierte Matrix, die Lutetium- und Yttriumsilikat enthält, wobei das Molverhältnis der Rohmaterialien von Lutetiumoxyd zu Yttriumoxyd zu Siliciumdioxyd zu Cer(III)-chlorid-heptahydrat Ix: 2(1 - x): 3 :0,04 beträgt, worin χ eine ganze Zahl zwischen 0,05 und 0,8 bedeutet. jo

Dieses Leuchtstoffmaterial kann beispielsweise bei Lichtpunktabtast- und elektronischen Videoaufzeichnungsvorrichtungen verwendet werden.

Leuchtmassenmaterialien dieser Art, die bis heute bekannt sind, umfassen beispielsweise Calcium-Magnesiumsilicat, das mit Cer aktiviert ist, und Yttriumsilicat, das ebenfalls mit Cer aktiviert ist. Für diese Leuchtmassematerialien besteht das praktische Bedürfnis, daß sie für eine sehr kurze Zeit ein Nachleuchten beibehalten sollen und daß sie eine deutliche Lumineszenz anzeigen.

Alle bekannten Leuchtstoffmaterialien besitzen die Nachteile, daß sie, wenn sie praktisch als leuchtender Bildschirm verwendet werden, beispielsweise in einem Lichtpunktabtaster, durch Bestrahlung mit Elektronenstrahlen in ihrer Qualität nachteilig beeinflußt werden. Es besteht daher ein großer Bedarf für Leuchtstoffmassen, die fähig sind, eine intensive Lumineszenz zu emittieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffmaterial läßt sich nun eine wesentlich lichtstärkere bzw. hellere Lumineszenz als mit den bekannten Leuchtstoffmaterialien erzielen.

Das erfindungsgemäße Leuchtstoffmaterial zeigt nun während extrem kurzer Zeit ein Nachleuchten und es besitzt einen lumineszierenden Bereich, der sich von den ultravioletten Strahlen zu den kürzeren Wellenstrahlen des sichtbaren Lichts erstreckt und der beispielsweise in gutem Einklang steht mit der S-4-photoelektrischen Oberfläche, was eine hohe Lumineszenzwirksamkeit anzeigt. Das erfindungsgemäße Leuchtstoffmaterial ist somit nicht nur für die Verwendung in Lichtpunktabtastern und elektronischen Videoaufzeichnungsvorrichtungen geeignet, sondern ebenfalls für fluoreszierende Lampen für spezielle Anwendungen und für Röntgenröhren.

In der Zeichnung ist ein Kurvendiagramm des Lumineszenzspektrums dargestellt, das von einem erfindungsgemäßen Leuchtstoffmaterial emittiert wird.

Das erfindungsgemäße Leuchtstoffmaterial wird hergestellt, indem man zuerst Lutetiumoxyd, Kieselsäureanhydrid und Yttriumoxyd als Rohmaterialien mit Verbindungen des Cer(III) a's |\ktivieiiingsmittel vermischt Verbindungen von Cer(l'II) umfassen beispielsweise Cer(lll)-chlorid, Cer(lil)-hydroxyd und Cer(IIl)-nitrat. Die Mischung wird dann mehrere Stunden bei einer bestimmten Temperatur in einer reduzierend wirkenden oder sauerstofffreien Atmosphäre gebrannt. Das so hergestellte Leuchtstoffmaterial wird dann weiter mehrere Stunden bei dieser Temperatur gebrannt wobei man das gewünschte Produkt erhält

Wird das Leuchtstoffmaterial, das aus Cer-aktiviertem Lutetium-Yttriumsilicat auf erfindungsgemäße Weise hergestellt wurde, durch Elektronenstrahlen oder ultraviolette Strahlen, die beispielsweise Wellenlängen von 3650 Ä und 2537 Λ besitzen, angeregt, so emittiert es eine intensive bläulichviolette Lumineszenz.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Das Violverhältnis, in dem Lutetiumoxyd und Yttriumoxyd in diesem Beispiel 1 vermischt wurden, entspricht dem Fall, wo der Koeffizient χ der Molverhältnisse 0,4 beträgt, wobei der Koeffizient χ in der späteren Tabelle angegeben wird.

Die folgenden Materialien wurden in den angegebenen Teilen verwendet.

Lutetiumoxyd (LU2O3)
Yttriumoxyd (Y₂O₃)
Wasserfreie Kieselsäure (SiO₂)
Cer(III)-chlorid-heptahydrat
(CeCIj ■ 7 H₂O)

637 g 5,42 g 3,60 g

038 g

Die obigen Materialien wurden durch Zugabe von destilliertem Wasser gut vermischt. Nachdem man die Masse getrocknet hatte, wurde sie in einen Siliciumdioxyd-Schmelztiegel gegeben und mit einem Deckel 4 Stunden bei einer Temperatur von 1350° C gebrannt, wobei man eine geringe Menge an Kohlenstoffpulver auf die Oberfläche der gemischten Masse gestreut hatte. Danach wurde die Masse abgekühlt und weitere 3 Stunden auf ähnliche Weise bei einer Temperatur von 1350° C gebrannt. Wurde ein Leuchutoffmaterial hergestellt aus Cer-aktiviertem Lutetium-Yttriumsilicat, erhalten gemäß den obenerwähnten Bedingungen, mit Elektronenstrahlen (Beschleunigungsspannung bzw. Anodenspannung 10 kV, Stromdichte 1 μΑ/cm²) bestrahlt, dann emittierte die erfindungsgemäße Masse eine starke bläulichviolette Lumineszenz.

Man fand, daß die Intensität der Lumineszenz um 151% höher war, wie in der Spalte χ = 0,4 in Tabelle III, die später gegeben wird, gezeigt wird, als die Lumineszenz eines bekannten Cer-aktivierten Calcium-Magnesiumsilicat-Leuchtstoffs (bezeichnet als Nr. P-16 von Joint Electron! Device Engineering Council). Das erfindungsgemäße Material besitzt, wie aus Tabelle I ersichtlich ist, im wesentlichen das gleiche Lumineszenzspektrum wie die bekannten Leuchtstoffmaterialien ähnlicher Art. Die Eigenschaften des Spektrums sind in der Zeichnung dargestellt. Die folgende Tabelle I zeigt die Peak-Werte des Lumineszenzspektrums und die Lumineszenz-Grenzwerte auf der Seite mit längeren Wellen der bekannten Leuchtstoffmaterialien und der erfindungsgemäßen Leuchtstoffmaterialien.

Tabelle I

Lumineszenz- Eigenschaften
Elektronenstrahlen

nach Anregung durch

Leuchtstoffmaterialien	Peak-Werte	Lumi
	(nm) d.	neszenz-
	Lumi-	Grenzwerte
	neszeuz-	auf d Seite
	spektrums	d. längeren
		Wellen

Cer- Lutetiumsilicat 388 485

akti- Lutetium-Yttrium- 394 520
viert silicat

Calcium-Magne- 391 465

siumsilicat (P-16)

Yttriumsilicat 395 532

Das Molverhältnis, in dem die Rohmaterialien des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs miteinander vermischt werden, ist in der folgenden Tabelle Ii angegeben.

Tabelle Il

Molverhältnis der Rohmaterialien

Rohmaterial

Molverhältnis

Lutetiumoxyd 2x

Yttriumoxyd 2(1 -*)

Kieselsäureanhydrid (Siliciumdioxyd) 3

Cer(III)-chlorid-heptahydrat 0,04

In Tabelle II bedeutet
als 0, aber kleiner als 1 ist.

χ eine Zahl, die größer

Beispiel 2

Proben von Leuchtstoffmaterialien wurden hergestellt, indem man die gleiche Reihenfolge der Stufen wie in Beispiel 1 beschrieben durchführte, wobei man aber die Werte des Koeffizienten x. der in der vorhergehenden Tabelle II angegeben ist und der das Molverhältnis bezeichnet, auf 1,0,8,0,6,0,4,0,2,0,1,0,05 und 0 änderte. Wenn Af 1 bedeutet, wurde das Leuchtstoffrnaterial nur aus Lutetiumoxyd allein hergestellt Bedeutet χ 0, wurde das Leuchtstoffmaterial nur allein aus Yttriumoxyd hergestellt. Daraus folgt, daß diese Leuchtstoffmaterialien nur als Vergleichsbeispiele hergestellt wurden.

Die Leuchtstoffproben, die hergestellt wurden, indem man die Werte des Koeffizienten x, wie oben beschrieben, änderte, wurden mit Elektronenstrahlen angeregt (Anodenspannung 10 kV, Stromdichte 1 μΑ/cm²) und außerdem mit ultravioletten Strahlen (3650 Ä) angeregt. Die Lumineszenzintensität der Proben wurde mit einer S-4-Photokathode für jeden Anregungszustand gemessen, und die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen III und IV dargestellt.

Tabelle HI

Lumineszenzeigenschaften nach der Anregung mit Elektronenstrahlen

Wert von Relative Lumineszenzx intensität im Vergleich

mit P-16-Leuchtstoff

(o/o)

Peakwert des Lumineszenzspektrums

(nm)

0,8

0,6

0,4

0,2

0,05

136
143
146
151
131
128
123
87

388
392
393
394
394
394
394
395

Aus den in den Tabellen III und IV angegebenen Werten kann man allgemein ableiten, daß die erfindungsgemäßen Leuchtstoffmaterialien bessere Lumineszenzeigenschaften besitzen, als Vergleichsproben aus Cer-aktiviertem Lutetiumsilicat (x = 3) und Cer-aktiviertem Yttriumsilicat (x = 0). Wurde ein erfindungsgemäßes Leuchtstoffmaterial, das durch Vermischen der Rohmaterialien in einem Molverhältnis, bei dem der Koeffizient χ 0,4 betrug, auf erfindungsgemäße Weise hergestellt, so zeigte dies, wenn es durch Elektronenstrahlen angeregt wurde, wie aus Tabelle III ersichtlich ist, eine Lumineszenzintensität, die um 151% höher war als die eines bekannten Leuchtstoffmateriais P-16. Aus den Tabellen III und IV ist ersichtlich, daß die Werte des Koeffizienten χ vorzugsweise im Bereich zwischen 0,05 und 0,8 liegen, d. h. daß das Molverhältnis von Lutetiumsilicat zu Yttriumsilicat in dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffmateria! wünschenswerterweise größer als 0,05, aber kleiner oder gleich 4 ist.

Tabelle	IV	intensität im Vergleich	Anregung mit ultra-
Lumineszenzeigenschaften nach d.	mit P-16-Leuchtstoff
violetter	(%)	Peakwert des Lumi
ι Strahlen	350	neszenzspektrums
45 Werte von Relative Lumineszenz-	457
X	449	(nm)
	476	388
	435	401
50 1	410	399
0,8	350	401
0,6	302	400
0,4		400
0,2	400
55 0,1	400
0,05
0

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Leuchtstoffmaterial auf der Grundlage von Cer(III) aktiviertem Yttriumsilikat, gekennzeichnet durch eine mit Cer(III) aktivierte Matrix, die Lutetium- und Yttriumsilikat enthält, wobei das Molverhältnis der Rohmaterialien von Lutetiumoxyd zu Yttriumoxyd zu Siliciumdioxyd zu Cer(IH)-chlorid-heptahydrat 2x: 2(1 -x) : 3 :0,04 beträgt, worin χ eine ganze Zahl zwischen 0,05 und 0,8 bedeutet.

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