DE2739436A1

DE2739436A1 - Leuchtstoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2739436A1
Application number: DE19772739436
Authority: DE
Inventors: Roderick Gorden Lester Barnes
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1977-09-01
Publication date: 1978-03-09
Also published as: FR2363618A1; SE7709514L; IT1087152B; US4122370A; SE425915B; JPS5330487A; NL7709621A; CA1099909A

Description

WM..HELK43 & KILIAN

PATENTANWÄLTE

DR. ROU= E. WILHELMS DR. HELMUT KILIAN

8OOO MÜNCHEN

TtLiTFON «Οββ» *74O 73* TELEX 6234Ο7 lm*>-d) TELEORAMME PATRANS MÖNCHEN

P 655

JOHNSON, MATTHEY & CO., LIMITED
London, ECIN 8EE, England

Leuchtstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Priorität: 02. SEPTEMBER 1976 - Großbritannien - Nr. 36401/76 19. JANUAR 1977 - Großbritannien - Nr. 2108/77

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If

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtstoff. 5

Leuchtstoffe, oft als "Phosphore" bekannt, sind chemische Verbindungen, die als Folge einer Anregung durch, meist im ultravioletten Bereich des Spektrums liegende, elektromagnetische Strahlung oder durch Kathodenstrahlen Licht emittieren, das typischerweise im sichtbaren Bereich des Spektrums liegt. Die genaue chemische Natur eines Phosphors bestimmt solche Eigenschaften wie die Wellenlänge der emittierten Strahlung und die Zeit, für die die Emission nach Beendigung der Anregung fortdauert.

Phosphore sind für die Beschichtung der Leuchtschirme von Kathodenstrahlröhren besonders brauchbar und finden als solche beispielsweise in der Fernsehindustrie Anwendung. Für gewisse Anwendungsgebiete, zu denen beispielsweise das Radar gehört, ist es wünschenswert, daß der Phosphor eine lange Nachleuchtdauer hat, d.h. nach Beendigung der Anregung für eine Zeit zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten sichtbare Strahlung weiter emittiert. Ein ähnlicher Phosphor mit einer kürzeren Nachleuchtdauer, beispielsweise mehreren 10 Sekunden, könnte ganz allgemein beispielsweise in flackerfreien Anzeigevorrichtungen Verwendung finden.

Für andere Anwendungsgebiete ist es wünschenswert, daß ein Phosphor eine vorgegebene Nachleuchtdauer zeigt, im Gegensatz zu einem Phosphor, der eine definierte Minimalemissionszeit hat. Beispielsweise braucht man

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für ein Nahbereichsradar einen Phosphor, der während der Emissionszeit eine deutlich sichtbare Anzeige ergibt, jedoch vor dem nächstfolgenden Abtastvorgang rasch abklingt.
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Außerdem ist es wünschenswert, daß das durch den Phosphor emittierte Licht in den grünen Bereich des Spektrums fällt, insbesondere über ein Dand, welches sich aus dem blau-grünen in den gelb-grünen Bereich erstreckt. Ein Grund hierfür besteht darin, daß das menschliche Auge in diesem Wellenlängenband besonders empfindlich ist.

Es ist ferner wünschenswert, daß die Phosphore der Anregung, der sie unterworfen werden, standhalten. Dies heißt mit anderen Worten, daß sie eine gute "Ausbrennfestigkeit" haben sollen.

Ein Phosphor mit geeigneter Ausbrennfestigkeit weist ein Gitter aus Magnesium- oder Zinkfluorid auf, welches mit Mangan aktiviert ist. Bekannte Phosphore dieser Art neigen jedoch dazu, mit ihrer Emission auf den orangen Bereich des Spektrums beschränkt zu sein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Phosphor zu schaffen, welcher eine vorgegebene oder lange Abklingzeit hat und der vorherrschend im grünen oder im gelbgrünen Bereich des Spektrums emittiert.

Ferner soll der Phosphor nach der Erfindung auch eine verbesserte Ausbrennfestigkeit aufweisen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leuchtstoff gelöst, welcher ein Seltenerdfluorid-Grundmaterial, welches mit Mangan aktiviert ist, aufweist.

Mit "Seltenerde" ist hier eines oder mehrere der Elemente Scandium, Yttrium und der Elemente mit Ordnungszahlen von 57 bis einschließlich 71 gemeint. Unter diesen ist die Verwendung von Sc, Y, La, Gd und/oder Lu bevorzugt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Leuchtstoff ein Seltenerdfluorid-Grundmaterial ( mit obiger Definition für "Seltenerde") welches mit Mangan und einem oder mehreren der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Cer, Silizium, Germanium und Zinn aktiviert ist.

Erfindungsgemäße Phosphore können durch die allgemeine Formel REF3:xMn,yM dargestellt werden, wobei RE eine oder mehrere Seltenerdelemente obiger Definition darstellt und M einen Koaktivator darstellt, der eines oder mehrere der Elemente Ti, Zr, Hf, Ce, Si, Ge und Sn umfaßt. Mangan und, sofern vorhanden, der Koaktivator ersetzen eine geringfügige Menge des Seltenerdelements, weshalb eine Alternativformel

RE₍₁__x__y)Mn_xM_yF₂

lautet, wobei χ tpyischerweise zwischen 0,001 und 0,05 liegt, für y 0$y$0,1 gilt und ζ ungefähr gleich 3 ist.

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Die folgenden Beispiele geben die Herstellung erfindungsgemäßer Phosphore wieder.

BEISPIEL 1

26,93 g Scandiuraoxid werden in ungefähr 200 ml mäßig konzentrierter Salzsäure aufgelöst. Die Lösung wird mit einer Mangansulfat-Lösung, die 0,108 g Mangan enthält, kombiniert und mit einer Ammoniumcarbonat-Lösung bis zur Zugabe eines geringen Überschusses behandelt, wobei sich ein pH-Wert von ungefähr 8 ergibt. Das sich ergebende Präzipitat wird digeriert, abgefiltert und gewaschen und danach mit ungefähr 250 ml mäßig verdünnter Flußsäure behandelt. Nach dem Eindampfen bis zur Trockne wird das Produkt mit ungefähr 40 ml konzentrierter Flußsäure behandelt und erneut bis zur Trockne eingedampft. Danach wird es mit ungefähr 4,5 g Ammoniumfluorid gemischt und in einem geschlossenen Platintiegel bei 900° ungefähr eine halbe Stunde gebrannt, wobei sich ein Phosphor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer nominellen Zusammensetzung von Scq 995MnQ qo5^F2 995 ergibt.

BEISPIEL 2
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11,43 g Yttriumoxid werden in ungefähr 55 ml mäßig konzentrierter Salzsäure aufgelöst. Die Lösung wird mit einer Manganchlorid-Lösung, welche 0,057 g Mangan enthält, kombiniert und mit einer Ammoniumcarbonat-Lösung bis zur Zugabe eines geringen Überschusses behandelt, wobei sich ein pH-Wert von ungefähr 8 ergibt. Das sich ergebende Präzipitat wird digeriert, abgefil-

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tert und gewaschen und dann zusammen mit 0,050 g Titan mit ungefähr 100 ml mäßig verdünnter Flußsäure behandelt. Nach dem Eindampfen bis zur Trockne wird das Produkt mit ungefähr 10 ml konzentrierter Flußsäure behandelt und erneut bis zur Trockne eingedampft. Danach wird es mit ungefähr 1,5 g Ammoniumfluorid vermischt und in einem geschlossenen Platintiegel bei 850° ungefähr eine halbe Stunde gebrannt, wobei sich ein Phosphor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer nominellen Zusammensetzung von Υο,θδ^Ο,ΟΙ^Ο,ΟΙ¹^ ergibt.

BEISPIEL 3

8,32 g Scandiumoxid und 5,88 g Yttriumoxid werden in 100 ml mäßig konzentrierter Salzsäure aufgelöst. Die Lösung wird mit einer Mangansulfat-Lösung, welche 0,048 g Mangan enthält, kombiniert und mit einer Ammoniumcarbonat-Lösung bis zur Zugabe eines geringen Überschusses behandelt, wobei sich ein pH-Wert von ungefähr 8 ergibt. Das sich ergebende Präzipitat wird digeriert, abgefiltert und gewaschen und dann mit ungefähr 100 ml mäßig verdünnter Flußsäure behandelt. Nach dem Eindampfen bis zur Trockne wird das Produkt mit ungefähr 15 ml konzentrierter Flußsäure behandelt und erneut bis zur Trockne eingedampft. Danach wird es mit ungefähr 2 g Ammoniumfluorid gemischt und in einem geschlossenen Platintiegel bei 850° C ungefähr eine Stunde gebrannt, wobei sich ein Phosphor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer nominellen Zusammensetzung von ^Sc0,695^Y0,3^Mn0,005^F2,995 ergibt.

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Erfindungsgemäße Phosphore können nach bekannten Verfahren beispielsweise auf den Schirmträger einer Kathodenstrahlröhre aufgebracht werden. Beispielsweise können eine wässerige Suspension des Phosphors, ein Binder, wie etwa Kaliumsilikat, und ein anorganischer Elektrolyt, wie etwa Bariumnitrat, so bereitet werden, daß sich der Phosphor auf dem Substrat absetzt und auf diesem haften bleibt.

Die erfindungsgemäßen Phosphore fluoreszieren bei Anregung durch Kathodenstrahlen im grünen bzw. gelbgrünen Bereich des Spektrums. Die Nachleuchtdauer ist vergleichbar mit denjenigen und in manchen Fällen besser als diejenigen bekannter Phosphore. Die Ausbrennfestigkeit wird bei Verwendung von Titan als Coaktivator zu Mangan verbessert.·

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Claims

JOHNSON, MATTHEY C CO., LTD. P 655 PATENTANSPRÜCHE

1. Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet* daß er ein

Seltenerdfluorid-Grundmaterial, welches mit Mangan aktiviert ist, umfaßt. . _r

2. Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Seltenerdfluorid-Grundmaterial, welches mit Mangan und wenigstens einem der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Cer, Silizium, Germanium und Zinn aktiviert ist, umfaßt, wobei Seltenerde ein Element wie Scandium, Yttrium und die Elemente mit Ordnungszahlen zwischen 57 und einschließlich 71 bezeichnet.

_r

3. Leuchtstoff nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die allgemeine Formel

REFo:xMn,yM 20

wobei RE eines oder mehrere der Seltenerdelemente und M den Koaktivator darstellt, F ein Fluorid ist, χ Werte zwischen 0,001 und 0,05 hat und für y 0£y{0,1 gilt.

4. Leuchtstoff nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die allgemeine Formel

wobei M den Koaktivator darstellt, F ein Fluorid ist, χ einen Wert zwischen 0,001 und 0,05 hat, für y ,1 gilt und ζ ungefähr gleich 3 ist.

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ORIGINAL INSPECTED ;;·

JOHNSON, MATTHEY % CO., Llϋ. Ρ 655

3b

5. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Scandiumoxid und/oder Yttriumox id in mäßig konzentrierter Salzsäure aufgelöst werden, daß die Lösung mit einer Lösung von Manganchlorid kombiniert und mit einer Lösung von Ammoniumcarbonat bis zur Zugabe eines geringen Überschusses behandelt wird, wobei sich ein pH-Wert von ungefähr 8 ergibt, daß das entstandene Präzipitat digeriert, abgefiltert und gewaschen und danach mit Flußsäure behandelt wird, daß das Produkt nach dem Eindampfen bis zur Trockne erneut mit Flußsäure behandelt und wieder bis zur Trockne eingedampft wird, und daß das Produkt dann mit Ammoniumfluorid gemischt in einem geschlossenen Platintiegel gebrannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Präzipitat nach dem Waschen zusammen mit Titan mit der Flußsäure behandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Präzipitat nach dem Waschen zusammen mit Zirkon, Hafnium, Cer, Silizium, Germanium oder Zinn mit der Flußsäure behandelt wird.

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