DE69924601T2

DE69924601T2 - Verfahren zur beschichtung eines lumineszenten materials

Info

Publication number: DE69924601T2
Application number: DE69924601T
Authority: DE
Inventors: Thomas JÜSTEL; Jacqueline Merikhi; Hans Nikol; R. Cornelis RONDA
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: EP1047750A1; CN1275153A; CN1218013C; WO2000011104A1; JP2002523551A; EP1047750B1; US6833160B2; US20020127329A1; US6472811B1; DE69924601D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung eines, ein Silicatwirtsgitter aufweisenden, lumineszierenden Materials mit einer Schicht aus einem Metalloxid M₂O₃, wobei ein Metall M aus der Gruppe, welcher Y, Al und La angehören, ausgewählt wird, wobei eine Verbindung von M durch Abscheidung aus einer wässrigen Lösung auf dem lumineszierenden Material aufgebracht wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein lumineszierendes Material, welches durch ein solches Verfahren vorgesehen wird, sowie auf eine Entladungslampe mit einem Lumineszenzschirm, welcher ein solches lumineszierendes Material aufweist.
Ein Verfahren, wie eingangs erwähnt, ist aus WO 96/05265 bekannt. Beschichtete, lumineszierende Materialien weisen in der, bei der Lampenherstellung verwendeten, wässrigen Suspension eine relativ hohe Stabilität sowie eine verbesserte Aufrechterhaltung der Lichtleistung auf. Nachteil des bekannten Verfahrens ist, dass viele lumineszierende Materialien (zum Beispiel Materialien mit einem Silicatwirtsgitter) bei den relativ geringen pH-Werten, bei welchen die homogene Abscheidung stattfindet, empfindlich gegen Hydrolyse sind. Zudem hat sich herausgestellt, dass die optischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Reflexionsvermögen und Quantenausbeute anderer lumineszierender Materialien, welche in Wasser nicht hydrolysieren, durch einen geringen pH-Wert nachteilig beeinträchtigt werden.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung eines lumineszierenden Materials mit einem Metalloxid durch homogene Abscheidung aus einer wässrigen Lösung vorzuzsehen, wobei eine Hydrolyse des lumineszierenden Materials und eine Verschlechterung seiner optischen Eigenschaften weitgehend zu verhindern sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass, in nachstehender Reihenfolge, eine wässrige Suspension des lumineszierenden Materials hergestellt wird, eine wässrige Lösung, welche eine komplexe Verbindung von M und einen Chelatbildner enthält, der aus der Gruppe, der organische Chelatbildner und Polyphosphate angehören, ausgewählt wird, der wässrigen Suspension beigemischt, das lumineszierende Material von der wässrigen Suspension getrennt und getrocknet sowie erhitzt wird.
Es hat sich gezeigt, dass der organische Chelatbildner die Abscheidung von M(OH)₃ verhindert. Infolgedessen kann die homogene Abscheidung bei einem relativ hohen pH-Wert stattfinden. Demnach werden eine Hydrolyse und ein Qualitätsverlust des lumineszierenden Materials wesentlich verhindert.
Gute Ergebnisse wurden mit Ethylendiamin, Trispyrazolylborat, Diglym, Benzoesäure, Kronenether, Polyphosphaten und Triazacyclononan als Chelatbildner erreicht. Darüber hinaus wurden mit Ethylendiamin-Tetraacetat gute Ergebnisse erzielt.
Gute Ergebnisse ergaben sich ebenfalls, wenn der pH-Wert der wässrigen Suspension im Bereich von 8–10 und der pH-Wert der wässrigen Lösung im Bereich von 6,5–7,5 lagen.
Lumineszierende Materialien, welche durch ein Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen werden, weisen typischerweise eine feinkörnige Beschichtung auf, die aus einer dünnen Schicht kugelförmiger M₂O₃ Nanopartikel mit einem geringeren Durchmesser als 30 nm besteht. Die Beschichtung kann von Beschichtungen, welche durch CVD aufgebracht wurden, durch SEM- oder TEM-Analyse unterschieden werden. Die Beschichtungseigenschaften können sich ebenfalls in makroskopischen Phosphormerkmalen, wie z.B. geringfügig verbesserter Lichtleistung durch eine sauberere Oberfläche mit einer größeren Streuung gegenüber Beschichtungen, die durch CVD aufgebracht werden, widerspiegeln.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für lumineszierende Beschichtungsmaterialien mit einem Silicatwirtsgitter, da diese lumineszierenden Materialien sehr leicht in einer wässrigen Lösung mit einem relativ geringen pH-Wert hydrolisieren. Darüber hinaus zeigte es sich, dass sich das Verfahren für die Beschichtung von BaSi₂O₅, aktiviert mit Blei, (Ba, Sr)₂MgSi₂O₇, aktiviert mit Blei, und Zn₂SiO₄, aktiviert mit Mangan, mit La₂O₃ sehr eignet.
Lumineszierende Materialien, welche mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der Erfindung beschichtet wurden, erwiesen sich bei Verwendung in dem Lumineszenzschirm einer Entladungslampe, insbesondere einer Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, als sehr geeignet.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von drei Ausführungsbeispielen dargestellt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird BaSi₂O₅, aktiviert mit Blei (BSP), mit La₂O₃ beschichtet. Einer Lösung aus 250 mg La₂O₃, gelöst in 50 ml demineralisiertem Wasser, werden 125 mg Ethylendiamin-Tetraacetat (EDTA) beigemischt. Der pH-Wert dieser Lösung wird durch Hinzufügen von Ba(OH)₂ auf etwa 7 eingestellt.
Weiteren 50 ml demineralisiertem Wasser wird Ba(OH)₂ beigemischt, bis der pH-Wert bei etwa 9,5 liegt. Danach werden 10 Gramm BSP zu dieser Lösung hinzugefügt. Die LA(EDTA)-Lösung wird der BSP-Suspension tropfenweise beigemischt. Nach Zugeben der gesamten LA(EDTA)-Lösung zu der BSP-Suspension wird der pH-Wert durch Beimischen von Ba(OH)₂ erneut auf etwa 9,5 eingestellt. Die Suspension wird dann zwei Stunden lang gerührt und das beschichtete BSP anschließend durch Filtration getrennt. Schließlich wird Phosphor mit alkalischem Wasser gewaschen, bei 80°C getrocknet und bei 900°C zwei Stunden lang gebrannt. Das Emissionsspektrum von beschichtetem BSP war mit diesem von unbeschichtetem BSP im Wesentlichen identisch (λmax. = 350 nm; FVMM = 38 nm). Auch die Reflexionskoeffizienten bei Strahlung von 254 nm und 350 nm waren nahezu identisch (20% bzw. 96% bei unbeschichtetem BSP und 19% bzw. 95% bei beschichtetem BSP). Überraschenderweise stellte es sich jedoch heraus, dass die Quantenausbeute des beschichteten BSPs bei 254 nm Strahlung 6% höher als diese von unbeschichtetem BSP ist (94% bzw. 88%).
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird (Ba, Sr)₂MgSi₂O₇, aktiviert mit Blei (SMS), mit La₂O₃ beschichtet. Das angewandte Beschichtungsverfahren ist mit dem oben für die Beschichtung von BSP beschriebenen Verfahren identisch, mit der Ausnahme, dass Sr(OH)₂ an Stelle von Ba(OH)₂ verwendet wurde. Die Emissionsspektren von beschichtetem und unbeschichtetem SMS sind im Wesentlichen identisch (λmax. = 360 nm; FVMM = 60 nm). Es zeigte sich, dass die Quantenausbeute von beschichtetem und unbeschichtetem SMS bei 254 nm Strahlung 75% beträgt. Die Reflexionskoeffizienten bei 254 nm und 350 nm Strahlung betrugen 8% bzw. 96% bei unbeschichtetem SMS und 95% bei beschichtetem SMS.
In einem dritten Ausführungsbeispiel wird Zn₂SiO₄, aktiviert mit Mangan (ZSM) mit La₂O₃ beschichtet. Das angewandte Beschichtungsverfahren ist mit dem oben für die Beschichtung von BSP beschriebenen Verfahren identisch, mit der Ausnahme, dass NaOH an Stelle von Ba(OH)₂ eingesetzt wurde. Die Emissionsspektren von beschichtetem und unbeschichtetem ZSM sind im Wesentlichen identisch (λmax. = 520 nm; FVMM = 41 nm). Es zeigte sich, dass die Quantenausbeute von beschichtetem und unbeschichtetem ZSM 79% bzw. 80% beträgt. Die Reflexionskoeffizienten bei 254 nm Strahlung betrugen 94% bzw. 93% bei unbeschichtetem ZSM bzw. beschichtetem ZSM.

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines, ein Silicatwirtsgitter aufweisenden, lumineszierenden Materials mit einer Schicht aus einem Metalloxid M₂O₃, wobei ein Metall M aus der Gruppe, welcher Y, Al und La angehören, ausgewählt wird, wobei eine Verbindung von M durch homogene Abscheidung aus einer wässrigen Lösung auf dem lumineszierenden Material aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass, in nachstehender Reihenfolge, eine wässrige Suspension des lumineszierenden Materials mit einem pH-Wert im Bereich von 8–10 hergestellt wird, eine wässrige Lösung, welche eine komplexe Verbindung von M und einen Chelatbildner enthält, der aus der Gruppe, der organische Chelatbildner und Polyphosphate angehören, ausgewählt wird, der wässrigen Suspension beigemischt, das lumineszierende Material von der wässrigen Suspension getrennt und getrocknet sowie erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Chelatbildner aus der Gruppe, welcher Ethylendiamin, Trispyrazolylborat, Diglym, Benzoesäure, Kronenether, Polyphosphate und Triazacyclononan sowie Ethylendiamin-Tetraacetat angehören, ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Chelatbildner aus Ethylendiamin-Tetraacetat besteht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der pH-Wert der wässrigen Lösung im Bereich von 6,5–7,5 liegt.
Lumineszierendes Material, versehen mit einer Schicht aus Metalloxid M₂O₃, wobei ein Metall M aus der Gruppe, der Y, Al und La angehören, ausgewählt wird, wobei nach einem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche vorgegangen wird.
Lumineszierendes Material nach Anspruch 5, welches BaSi₂O₅, aktiviert mit Blei, aufweist.
Lumineszierendes Material nach Anspruch 5, welches (Ba, Sr)₂MgSi₂O₇, aktiviert mit Blei, aufweist.
Lumineszierendes Material nach Anspruch 5, welches Zn₂SiO₄, aktiviert mit Mangan, aufweist.
Lumineszierendes Material nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei M durch La dargestellt ist.
Entladungslampe, ausgestattet mit einem Lumineszenzschirm, welcher lumineszierendes Material nach einem der Ansprüche 5–9 aufweist.
Entladungslampe nach Anspruch 10, wobei die Entladungslampe durch eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe dargestellt ist.