FR2857368A1 - Luminescent powders comprising red, green and blue lumiphores, useful in the preparation of plasma television screens - Google Patents
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Abstract
Description
Poudre luminescente Domaine technique de l'inventionLuminescent Powder Technical Field of the Invention
L'invention concerne une poudre luminescente dont la géométrie des grains permet une réduction de la masse en composé luminescent par rapport à une poudre traditionnelle. Cette poudre luminescente peut être utilisée dans des écrans de visualisation, des dispositifs de marquage ou de détection, des objets décoratifs. The invention relates to a luminescent powder whose grain geometry makes it possible to reduce the luminescent compound mass in comparison with a conventional powder. This luminescent powder can be used in display screens, marking or detection devices, decorative objects.
État de la technique Dans les écrans de visualisation à plasma, la structure de la dalle arrière comporte un substrat de verre sur lequel est déposé un réseau d'électrodes, une couche diélectrique recouverte par un réseau de barrières qui délimitent des motifs en matériaux luminophores. Ces motifs en matériaux luminophores sont souvent des bandes de quelques centaines de microns de largeur. Généralement trois types de matériaux luminophores rouges, verts et bleus sont utilisés pour reproduire l'ensemble des couleurs. Les matériaux luminophores aujourd'hui utilisés dans les écrans à plasma sont sous forme de poudre dont la granulométrie moyenne est de l'ordre de 1 à 5 microns. Il s'agit de grains denses, c'est-à-dire ne présentant qu'une très faible porosité. STATE OF THE ART In the plasma display screens, the structure of the rear slab comprises a glass substrate on which is deposited an array of electrodes, a dielectric layer covered by a network of barriers which delimit patterns in phosphor materials. These patterns in phosphor materials are often strips a few hundred microns wide. Generally three types of red, green and blue phosphor materials are used to reproduce all colors. The phosphor materials currently used in plasma screens are in the form of powder whose average particle size is of the order of 1 to 5 microns. It is dense grains, that is to say having a very low porosity.
Comme dans tout procédé de fabrication, on cherche dans la réalisation des écrans de visualisation à plasma à réduire autant que possible la consommation matière de façon à diminuer les coûts de production. Or dans les écrans de visualisation à plasma, les matériaux luminophores comptent pour 10 à 20% du coût matière. Il est donc important d'en réduire la consommation. As in any manufacturing process, it is sought in the realization of plasma display screens to reduce as much as possible the material consumption so as to reduce production costs. In plasma display screens, phosphor materials account for 10 to 20% of the material cost. It is therefore important to reduce consumption.
Cet objectif de réduction de coût se retrouve dans de nombreux secteurs 30 comme par exemple le marquage. This cost reduction objective is found in many sectors, such as marking.
Objet de l'invention L'invention a pour but d'apporter une solution à la réduction de la consommation matière des matériaux luminescents, en particulier photoluminescents, par l'utilisation de poudres luminescentes de géométries particulières. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a solution for reducing the material consumption of luminescent materials, in particular photoluminescent materials, by the use of luminescent powders of particular geometries.
L'invention a pour objet une poudre luminescente composée de grains creux 10 d'une composition luminescente, en particulier photoluminescente, et dont la dimension moyenne d'un grain est comprise entre 0,3 m et 8 m. The invention relates to a luminescent powder composed of hollow grains 10 of a luminescent composition, in particular photoluminescent, and whose average grain size is between 0.3 m and 8 m.
L'invention a également pour objet une poudre luminescente, en particulier photoluminescente, composée de particules dites inactives enrobées de nanoparticules d'une composition luminescente et dont la dimension moyenne des particules dites inactives est comprise entre 0,4 et 8 pm et la dimension moyenne des nanoparticules est comprise entre 3 et 100 nanomètres. The subject of the invention is also a luminescent powder, in particular a photoluminescent powder, composed of so-called inactive particles coated with nanoparticles of a luminescent composition and whose mean dimension of so-called inactive particles is between 0.4 and 8 μm and the average size. nanoparticles is between 3 and 100 nanometers.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une section d'une particule d'une poudre luminescente composée d'un grain creux à une cavité d'une composition luminophore selon l'invention. Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given as non-limiting examples, and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. a particle of a luminescent powder composed of a hollow grain with a cavity of a phosphor composition according to the invention.
- la figure 2 représente une section d'une particule d'une poudre luminescente composée d'un grain creux à deux cavités d'une composition luminophore selon l'invention. FIG. 2 represents a section of a particle of a luminescent powder composed of a hollow two-cavity grain of a phosphor composition according to the invention.
- la figure 3 représente une particule d'une poudre luminescente composée de d'une particule centrale inactive enrobée de nanoparticules luminescentes. Description de modes particuliers de réalisation. FIG. 3 represents a particle of a luminescent powder composed of an inactive central particle coated with luminescent nanoparticles. Description of particular embodiments.
io Selon l'invention, la poudre luminescente est composée de grains creux tels que représentés sur les figures 1 et 2, chacun étant constitué d'une enveloppe 1 délimitant une ou plusieurs cavités intérieures 2. Ces cavités intérieures sont en communication avec le milieu extérieur par l'intermédiaire d'un canal 3. Le diamètre extérieur moyen de l'enveloppe est compris entre 0,3 m et 8 m, préférentiellement entre 0,7 pm et 4 m. Pour un grain donné, le volume total des cavités contribue pour au moins 20% au volume du grain, et préférentiellement au moins 33%. Les grains sont de forme sphérique ou ovoïde. Selon l'invention, la poudre luminescente est en particulier une poudre photoluminescente. According to the invention, the luminescent powder is composed of hollow grains as represented in FIGS. 1 and 2, each consisting of an envelope 1 delimiting one or more inner cavities 2. These inner cavities are in communication with the external medium. via a channel 3. The mean outside diameter of the envelope is between 0.3 m and 8 m, preferably between 0.7 pm and 4 m. For a given grain, the total volume of the cavities contributes at least 20% to the grain volume, and preferably at least 33%. The grains are spherical or ovoid. According to the invention, the luminescent powder is in particular a photoluminescent powder.
Selon une variante de l'invention, la poudre est composée d'un mélange de grains denses, c'est-à-dire tels que les éventuelles cavités intérieures d'un grain aient un volume total inférieur à 20% du volume de ce grain, et de grains creux, avec au moins 25 % en nombre de grains creux. According to a variant of the invention, the powder is composed of a mixture of dense grains, that is to say such that the possible internal cavities of a grain have a total volume of less than 20% of the volume of this grain and hollow grains, with at least 25% by number of hollow grains.
Selon un développement de l'invention, la poudre luminescente possède une dispersion granulométrique telle que les grains dont le diamètre moyen est supérieur à deux fois le diamètre moyen constituent moins de 20% de la masse de l'ensemble des grains. According to a development of the invention, the luminescent powder has a particle size dispersion such that grains whose average diameter is greater than twice the average diameter constitute less than 20% of the mass of all grains.
L'invention a également pour objet une poudre luminescente, dont un grain est représenté en figure 3, composée de particules 4 inactives enrobées de nanoparticules 5 d'une composition luminescente. The subject of the invention is also a luminescent powder, a grain of which is represented in FIG. 3, composed of inactive particles 4 coated with nanoparticles 5 of a luminescent composition.
La dimension moyenne des particules inactives 4 est comprise entre 0,4 et 8 m. La composition de ces particules inactives est choisie parmi les composés céramiques, les verres minéraux et les polymères. Les composés céramiques sont par exemple des oxydes ou sulfures ou oxy-sulfures ou des phosphates de silicium, d'aluminium, de magnésium, de titane, de zirconium, purs ou en mélanges, sous forme cristallisée ou vitreuse. Ces compositions ne sont données qu'à titre d'exemple et ne sont pas limitatives, toute composition minérale pouvant convenir. Lorsqu'elle est composée d'un polymère, la composition des particules inactives peut être choisie en particulier parmi les latex, les polyoléfines, le polystyrène, les polycarbonates, etc. La dimension moyenne des nanoparticules luminescentes 5 est comprise entre 3 et 100 nanomètres. La composition de ces particules luminescentes est choisie parmi les composés luminescents minéraux ou organiques ou organiques enrobés d'une couche minérale. Les nanoparticules luminescentes ont une composition choisie parmi les compositions luminescentes, en particulier photoluminescentes. Les compositions photoluminescentes sont choisies parmi les oxydes simples comme l'oxyde d'europium, de lutécium, de gadolinium ou les oxydes dopés tels que l'oxyde d'yttrium dopé à l'europium ou les oxydes complexes dopés tels que le silicate de zinc dopé au manganèse, le titanate de calcium dopé au praséodyme ou des aluminates de bariummagnésium dopés à l'europium ou au manganèse. Ces compositions ne sont données qu'à titre d'exemple et ne sont pas limitatives, toute composition luminescente pouvant convenir. The average size of the inactive particles 4 is between 0.4 and 8 m. The composition of these inactive particles is chosen from ceramic compounds, mineral glasses and polymers. The ceramic compounds are for example oxides or sulfides or oxy-sulfides or phosphates of silicon, aluminum, magnesium, titanium, zirconium, pure or in mixtures, in crystalline or vitreous form. These compositions are given by way of example and are not limiting, any mineral composition may be suitable. When composed of a polymer, the composition of the inactive particles may be chosen in particular from latices, polyolefins, polystyrene, polycarbonates, etc. The average size of the luminescent nanoparticles 5 is between 3 and 100 nanometers. The composition of these luminescent particles is chosen from inorganic or organic or organic luminescent compounds coated with a mineral layer. The luminescent nanoparticles have a composition chosen from luminescent compositions, in particular photoluminescent compositions. The photoluminescent compositions are chosen from simple oxides such as europium oxide, lutetium oxide, gadolinium oxide or doped oxides such as europium doped yttrium oxide or doped complex oxides such as zinc silicate. doped with manganese, praseodymium-doped calcium titanate or barium-magnesium aluminates doped with europium or manganese. These compositions are given by way of example and are not limiting, any luminescent composition may be suitable.
Dans une variante particulière de réalisation, l'enrobage des particules inactives 4 est composé de plusieurs compositions de nanoparticules luminescentes 5, en particulier photoluminescentes. In a particular variant embodiment, the coating of the inactive particles 4 is composed of several compositions of luminescent nanoparticles 5, in particular photoluminescent nanoparticles.
Dans un développement de l'invention, les nanoparticules luminescentes 5 sont un mélange de plusieurs compositions luminescentes, chacune ayant sa propre longueur d'onde d'émission. In one development of the invention, the luminescent nanoparticles are a mixture of several luminescent compositions, each having its own emission wavelength.
Un exemple d'utilisation d'une poudre photoluminescente selon l'invention dans un dispositif de type écran de visualisation à plasma pour la télévision va être décrit plus en détail ci-dessous. An example of using a photoluminescent powder according to the invention in a plasma display screen device for television will be described in more detail below.
On dispose d'une dalle arrière de panneau à plasma telle que les barrières sont réalisées et en attente de dépôt des luminophores. Cet état et sa réalisation sont décrits dans de nombreux brevets sur les panneaux à plasma et sont connus de l'homme de l'art. Pour rappel, on obtient une telle dalle en déposant un réseau d'électrodes sur une dalle de verre. Les électrodes de ce réseau se terminent de chaque côté par un connecteur. La largeur typique des électrodes est de 150 pm et le pas typique est de 360 m. Ces valeurs peuvent varier selon la résolution du panneau à plasma à réaliser. Ce réseau d'électrodes est cuit à haute température (550 C environ) pour fixer le matériau d'électrode sur le substrat de verre. On dépose ensuite une couche d'un diélectrique qui est un verre à bas point de fusion qui est ensuite cuit à haute température (550 C environ). Les barrières sont des motifs parallèles aux électrodes, de largeur environ 80 pm et de hauteur environ 100 m. Elles sont réalisées par dépôt d'une couche épaisse d'un mélange (verre à bas point de fusion additionné d'un liant), séchage de cette couche, et dépôt et photolithographie d'une résine à la surface de la couche précédente. Cette résine sert de masque à l'opération d'enlèvement de la matière par sablage. Cette résine est enfin retirée et le réseau de barrières obtenu est cuit pour densifier le matériau et stabiliser le motif. Il existe de nombreuses variantes dans la réalisation d'une telle dalle qui ne sont pas décrites ici. There is a rear panel of plasma panel such that the barriers are made and waiting for phosphor deposit. This state and its realization are described in many patents on plasma panels and are known to those skilled in the art. As a reminder, we obtain such a slab by depositing an array of electrodes on a glass slab. The electrodes of this network are terminated on each side by a connector. The typical width of the electrodes is 150 μm and the typical pitch is 360 μm. These values may vary depending on the resolution of the plasma panel to achieve. This array of electrodes is fired at a high temperature (about 550 ° C) to fix the electrode material on the glass substrate. A layer of a dielectric is then deposited which is a low melting glass which is then fired at a high temperature (about 550 ° C.). The barriers are patterns parallel to the electrodes, about 80 μm wide and about 100 m high. They are produced by depositing a thick layer of a mixture (low melting point glass with added binder), drying of this layer, and deposition and photolithography of a resin on the surface of the preceding layer. This resin serves as a mask for the operation of removing the material by sanding. This resin is finally removed and the barrier network obtained is baked to densify the material and stabilize the pattern. There are many variants in the realization of such a slab that are not described here.
On procède alors au dépôt d'une couche contenant le matériau luminescent selon l'invention dans les canaux formés entre les barrières et destinés à recevoir le luminophore rouge. Pour cela on prépare une pâte par mélange d'un médium, par exemple un propanediol et d'une poudre de matériau luminescent. A layer containing the luminescent material according to the invention is then deposited in the channels formed between the barriers and intended to receive the red phosphor. For this purpose a paste is prepared by mixing a medium, for example a propanediol and a powder of luminescent material.
Ce matériau luminescent sera soit un matériau à grains creux, soit un matériau composé de particules inactives enrobées de nanoparticules d'une composition luminescente. This luminescent material will be either a hollow grain material or a material composed of inactive particles coated with nanoparticles of a luminescent composition.
Dans le cas d'un matériau à grains creux, le diamètre extérieur moyen des particules est de 1 m et 50% des grains présentent des cavités intérieures 2 dont le volume est compris pour un grain donné entre 30% et 50% du volume de ce grain, les autres grains présentant une porosité négligeable. Le matériau constituant les particules est de l'oxyde d'yttrium dopé à 6% molaire en oxyde d'europium Dans le cas d'un matériau composé de particules inactives enrobées de nanoparticules d'une composition luminescente, la diamètre moyen des particules inactives 4 est de 2 m et elles sont composées d'un verre de type borosilicate et les nanoparticules luminescentes 5 de taille moyenne 40 nanomètres forme une couche à la surface des particules 4. Le matériau constituant les nanoparticules luminescentes est de l'oxyde d'europium. In the case of a hollow grain material, the average outside diameter of the particles is 1 m and 50% of the grains have internal cavities 2 whose volume is included for a given grain between 30% and 50% of the volume of this material. grain, the other grains having negligible porosity. The material constituting the particles is 6% molar doped yttrium oxide in europium oxide. In the case of a material composed of inactive particles coated with nanoparticles of a luminescent composition, the average diameter of the inactive particles 4 The material constituting the luminescent nanoparticles is europium oxide and is composed of a borosilicate-type glass and the luminescent nanoparticles 5 of average size 40 nanometers form a layer on the surface of the particles 4. The material constituting the luminescent nanoparticles is europium oxide.
Cette pâte est ensuite déposée par sérigraphie, comme il est connu de le faire par l'homme de l'art, dans les canaux formés entre les barrières et destinés à recevoir le luminophore rouge. On forme une couche de 15 m d'épaisseur après séchage. This paste is then deposited by screen printing, as is known to those skilled in the art, in the channels formed between the barriers and intended to receive the red phosphor. A layer 15 m thick is formed after drying.
On dépose ensuite de la même façon les pâtes des matériaux luminophores vert et bleu. Le matériau luminophore vert est un silicate de zinc dopé au manganèse et le matériau luminophore bleu est un oxyde d'aluminiumbaryummagnésium dopé à l'europium. The pastes of the green and blue phosphor materials are then deposited in the same way. The green phosphor material is a manganese doped zinc silicate and the blue phosphor material is europium doped aluminum barium magnesium oxide.
La dalle arrière est alors cuite entre 400 C et 500 C pour éliminer les composants organiques. La dalle arrière est alors prête à être scellée avec la 25 dalle avant. The back slab is then fired at between 400 ° C. and 500 ° C. in order to eliminate the organic components. The back slab is then ready to be sealed with the front slab.
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- 2002-05-03 FR FR0205561A patent/FR2857368A1/en active Pending
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| QIANWANG CHEN ET AL: "Preparation and characterization of porous silicon powder", MATERIALS RESEARCH BULLETIN, FEB. 1998, ELSEVIER, USA, vol. 33, no. 2, pages 293 - 297, XP002228853, ISSN: 0025-5408 * |
| TAGHAVINIA N ET AL: "Growth of luminescent Zn2SiO4:Mnparticles inside oxidized porous silicon: emergence of yellow luminescence", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, vol. 237-239, April 2002 (2002-04-01), pages 869 - 873, XP004356221, ISSN: 0022-0248 * |
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