一种适用于电子束激发的磷酸盐荧光材料的制作方法
【专利摘要】一种适用于电子束激发的磷酸盐荧光材料，其特征是化学组成表示为：M(Ln1-x-yRexNy)(PO3)4；其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+中的一种或多种元素的组合；Ln为基质中稀土元素，选自La3+、Gd3+、Y3+、Sc3+、Lu3+或Nd3+中的一种；Re为激活剂离子，选自Tb3+、Eu3+或Dy3+中的一种；N为敏化剂离子，选自Gd3+、Ce3+或Bi3+中的一种；x、y为摩尔系数，其中0.001≤x≤0.5，0.001≤y≤0.5。本发明提供的一种稀土掺杂的碱金属磷酸盐荧光材料，受电子束激发后，可发射绿、红、白色等多色荧光，具有较高的发光效率。
【专利说明】-种适用于电子束激发的磷酸盐荧光材料
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种适合电子束激发的荧光材料，特别涉及一种适用于场发射显示 器，各种通过电子、电浆激发的光电管，以及光源的荧光材料。
【背景技术】
[0003] 随着科技的发展和人民生活质量的提高，对显示器件的要求不断提高，平板显示 器因其特有的优点已进入人们的生活，高清晰度平板电视已经在取代传统的阴极射线管 (Cathode Ray Tube，CRT)电视。平板显示器有许多优点：薄型而轻巧，整机可做成便携式； 电压低、无 X射线辐射、没有闪烁抖动、不产生篮里，因而不会有碍健康；功耗低，可用电池 供电；大部分平板显示器的寿命比阴极射线管的长。平板显示器主要包括液晶显示器、等离 子体显示器、场致发射显示器、真空荧光显示器、平板型阴极射线管和发光二极管等。平板 显示器的军事、民用领域都有极其广泛的用途。
[0004] 场致发射显示器（FED, Field Emission Display)的理论最早是在1928年由 R. H. Eowler与L. W. Nordheim共同提出，不过真正以半导体制程技术研发出场发射电极元 件，开启运用场发射电子做为显示器技术，则是在1968年由C. A. Spindt提出，随后吸引后 续的研究者投入研发。场发射电极的应用是到1991年法国LETI CHENG公司在第四届国际 真空微电子会议上展出一款运用场发射电极技术制成的显示器成品之后，场发射电极技术 才真正被注意，并吸弓I Candescent、Pixtech、Micron、Ricoh、Motorola、Samsung、Philips 等公司投入，也使得FED加入众多平面显示器技术的行列。
[0005] FED继承了 CRT的亮度高、响应快、视角宽、色彩饱和度好等CRT的一系列优点，且 能量转换效率高，FED的能量转换效率可达20%以上，CRT效率< 1%，同时避免了 CRT的电 磁辐射和X射线辐射，实现了平板显示的轻薄结构，因而倍受人们重视。制备优良性能FED 的关键，一是场发射阴极阵列（Field Emissive Arrays, FEAs)的设计和制备；另一个是突 光材料的选择和制备。突光材料层的特性将决定场发射显不器的光色与发光效率，具有相 当的研发价值。目前的场发射显示器用荧光材料主要为硫化物系列(蓝粉ZnS:Ag，Cl ;绿粉 ZnS:Cu，Al和红粉Y2O2S = Eu)和氧化物系列（蓝粉Y2SiO5 = Ce ;绿粉Y3(Al, Ga)5012:Tb和红粉 Y2O3: Eu)。
[0006] USP6641756公开了一种低电压激发的硫化锌突光材料的制备方法。该突光材料的 化学组成为ZnS:Cu，Al。该发明通过碘化物助熔剂的使用，获得立方相的ZnS多晶体，具有 较高的发光强度。但硫化物本身的稳定性没有获得提高，在大束流电子束轰击下仍然容易 发生分解，并生成其他沉淀物覆盖在荧光粉表面，降低荧光材料的发光效率，缩短FED的使 用寿命。
[0007] B. K. Wagner 等报道了 FED 用绿色费光粉 Y, (Al, GahO1^Tb, Xingong Xu 等报道 了蓝绿色荧光粉Li2CaSiO4 = Eu2'氧化物系列荧光材料虽然在FED的工作条件下较为稳定， 但它们都是很好的绝缘体，在大束流攻击下，电荷会在荧光材料表面富积，影响发光效率， 并且氧化物系列材料的发光效率也不及硫化物系列。
[0008] 鉴于上述缺点，目前各方的研究方向均在开发新型荧光材料，使其能应用于FED 产业。
[0009] CN101002274 报道了 无汞荧光灯用白光发光材料 M(RE1Jyx) (PO3)4 (M=Li，Na, K， Rb, Cs, Re=La, Gd, Y，Lu)及其制备方法。该发光材料在真空紫外波段具有较强的吸收，在真 空紫外激发下，发出白光。但是关于该荧光粉在电子束激发下的发光性能还没有报道。
【发明内容】
[0010] 本发明提供一种稀土掺杂的碱金属磷酸盐荧光材料，受电子束激发后，可发射绿、 红、白色等多色荧光，具有较高的发光效率。
[0011] 本发明的电子束激发的磷酸盐荧光材料的化学组成表示为：M(Lni_x_yRe xNy) (PO3)4 ;其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K' Rb+或Cs+中的一种或多种元素的组合；Ln为基 质中稀土元素，选自La 3+、Gd3+、Y3+、Sc3+、Lu3+或Nd 3+中的一种；Re为激活剂离子，选自Tb3+、 Eu3+或Dy3+中的一种；N为敏化剂离子，选自Gd3+、Ce 3+或Bi3+中的一种；x、y为摩尔系数，其 中 0· 001 彡 X 彡 0· 5,0· 001 彡 y 彡 0· 5。
[0012] 本发明中的磷酸盐荧光材料，可以被电子束有效激发，发射出49(T620nm的绿光、 红光，以及蓝光和黄光组成的白光。
[0013] 本发明的一种优选方案的磷酸盐荧光材料，其中为了获得绿色发光，其化学组 成为M(LnmTb xNy) (PO3)4 ;其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+中的一种或多种 元素的组合；Ln为基质中稀土元素，选自La 3+、Gd3+、Y3+、Sc3+、Lu3+或Nd 3+中的一种；Tb3+ 为激活剂离子；N为敏化剂离子,选自Gd3+、Ce 3+或Bi3+中的一种；X、y为摩尔系数,其中 0. 001 ^ X ^ 0. 5,0. 001 ^ y ^ 0. 5〇
[0014] 本发明的一种优选方案的磷酸盐荧光材料，其中为了获得红色发光，其化学组 成为M(Ln 1^EuxNy) (PO3)4 ;其中M为碱金属离子：Li+，Na+，K+，Rb+或Cs+中的一种或多种 元素的组合；Ln为基质中稀土元素，选自La 3+、Gd3+、Y3+、Sc3+、Lu3+或Nd 3+中的一种；Eu3+ 为激活剂离子；N为敏化剂离子,选自Gd3+、Ce 3+或Bi3+中的一种；X、y为摩尔系数,其中 0. 001 ^ X ^ 0. 5,0. 001 ^ y ^ 0. 5〇
[0015] 本发明的一种优选方案的磷酸盐荧光材料，其中为了获得白色发光，其化学组 成为M(L ni_x_y2yxNy) (PO3)4 ;其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+中的一种或多种 元素的组合；Ln为基质中稀土元素，选自La 3+、Gd3+、Y3+、Sc3+、Lu3+或Nd 3+中的一种；Dy3+ 为激活剂离子；N为敏化剂离子,选自Gd3+、Ce 3+或Bi3+中的一种；X、y为摩尔系数,其中 0. 001 ^ X ^ 0. 5,0. 001 ^ y ^ 0. 5〇
[0016] 本发明中，利用离子间的能量传递，即当掺杂的离子被激发后，激发能可以从发光 体的某一离子传到另一离子，从而获得高亮度的荧光材料。本发明中的敏化剂离子N如GcU Ce、Bi等可以和激活剂Eu、Tb、Dy离子间发生高效的能量传递。
[0017] 本发明的磷酸盐荧光材料采用高温固相法合成，荧光材料中碱金属元素、稀土元 素、磷和氧元素的摩尔比为M: Ln: P: 0=1:1:4:12,所用原料为各元素的化合物,一般选用原 料中，M、Ln、Re的氧化物、碳酸盐、硝酸盐或草酸盐，P为五氧化二磷或者磷酸二氢铵、磷酸 氢二铵。
[0018] 合成方法为高温固相法，将各元素的原料按摩尔比称取，混合均匀，将混合物料在 氧化气氛下50(T90(TC烧结4~50小时，冷却后研磨，得到样品。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图I NaLa (PO3) 4的X射线衍射图。
[0020] 图2为具有绿色发光的实施例1的发射光谱。
[0021] 图3为具有红色发光的实施例8的发射光谱。
[0022] 图4为具有白色发光的实施例15的发射光谱。
【具体实施方式】
[0023] 本发明中所用原料，M、Ln、Re选用的是该元素的氧化物、碳酸盐、硝酸盐或草酸盐； P选用的是五氧化二磷、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵。
[0024] 本发明的磷酸盐荧光材料的合成方法是按摩尔比称取各原料，混合均匀后，置于 氧化铝坩埚中，于60(T80(TC烧结2(Γ50小时，经冷却，粉碎，过筛，即可获得所述的荧光材 料。
[0025] 本发明中的荧光材料的物相通过Ni过滤Cu Ka辐射的X射线粉末衍射仪检测， 荧光材料在电子束激发下的发射光谱由阴极射线激发装置测量完成，其中样品室真空度 l(T4Pa，电子束激发电压广5kV，电流1(Γ75μΑ。该阴极射线光谱通过光纤与分光光度计 (海洋光学QEB0388)连接的CO)(charge coupled device)摄像机记录。
[0026] 实施例f 7 按摩尔比称量碳酸锂、碳酸钠、氧化镧、氧化钆、氧化铈、磷酸二氢铵、氧化铽，充分混合 后，装入坩埚后，放入电炉中，于700°C保温20小时，冷却后经粉碎，球磨，筛分后即获得荧 光材料。
[0027] 表1实施例1~7的化学纟目成和相对亮度
【权利要求】
1. 一种适用于电子束激发的磷酸盐荧光材料，其特征是化学组成表示为： M(Lni_x_yRexNy) (P03)4 ;其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+中的一种或多种元素的 组合山11为基质中稀土元素，选自1^3+、6(13+、￥3+、5(3 3+、1^3+或制3+中的一种砌为激活剂离 子，选自Tb3+、Eu3+或Dy3+中的一种；N为敏化剂离子，选自Gd 3+、Ce3+或Bi3+中的一种；x、y 为摩尔系数，其中〇? 001彡x彡0? 5,0. 001彡y彡0? 5。
2. 根据根据权利要求1所述的磷酸盐荧光材料，其特征是化学组成为M(Lni_x_yTb xNy) (P〇3)4 ;其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+中的一种或多种元素的组合；Ln为 基质中稀土元素，选自La3+、Gd3+、Y3+、Sc3+、Lu 3+或Nd3+中的一种；Tb3+为激活剂离子；N为 敏化剂离子，选自Gd3+、Ce3+或Bi3+中的一种；x、y为摩尔系数，其中0. 001彡x彡0. 5， 0. 001 彡 y 彡 0. 5。
3. 根据权利要求1所述的磷酸盐荧光材料，其特征是化学组成为M(Lni_x_yE UxNy) (P03)4 ; 其中M为碱金属离子：Li+，Na+，K+，Rb+或Cs+中的一种或多种元素的组合；Ln为基质中稀土 元素，选自1^3+、6(13+、￥3+^3+、1^ 3+或制3+中的一种出113+为激活剂离子小为敏化剂离子，选 自Gd3+、Ce3+或Bi3+中的一种；x、y为摩尔系数，其中0? 001彡x彡0? 5,0. 001彡y彡0? 5。
4. 根据权利要求1所述的磷酸盐荧光材料，其特征是化学组成为M(Lni_x_y2y xNy) (P03)4 ; 其中M为碱金属离子：Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+中的一种或多种元素的组合；Ln为基质中稀土 元素，选自1^3+、6(13+、￥3+^3+、1^ 3+或制3+中的一种；0广为激活剂离子小为敏化剂离子，选 自Gd3+、Ce3+或Bi3+中的一种；x、y为摩尔系数，其中0? 001彡x彡0? 5,0. 001彡y彡0? 5。
【文档编号】C09K11/81GK104403669SQ201410622566
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月8日 优先权日:2014年11月8日
【发明者】王灵利, 倪海勇, 张秋红 申请人:广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)