專利名稱：一種pdp用稀土紅色發(fā)光材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料的組成和制備方法。
背景技術(shù)：
等離子體平板顯示(PDP)作為一種新型大屏幕、超薄顯示方式，出現(xiàn)于二十世紀(jì)后期；目前已經(jīng)成為最重要的大屏幕、超薄顯示方式之一。等離子體平板顯示(PDP)器件(如彩色電視等)用熒光粉的發(fā)光過程，是通過低壓稀有氣體或其混合氣體在一定電壓下電離成氣體離子和電子形成的等離子體，氣體離子和電子相互碰撞結(jié)合發(fā)出真空紫外(VUV)光，真空紫外(VUV)光激發(fā)熒光粉發(fā)光。等離子體源發(fā)出的真空紫外(VUV)光與氣體的成份、組成及壓強有關(guān)，目前廣泛采用的氙(Xe)基稀有氣體混合氣體等離子體產(chǎn)生的真空紫外(VUV)光主要在147納米(nm)和172納米(nm)。
目前用于等離子體平板顯示(PDP)器件的熒光粉中，紅粉主要是(Y，Gd)BO3:Eu3+，綠粉主要是Zn2SiO4:Mn2+，籃粉主要是BaMgAl10O17:Eu2+。
用于等離子體平板顯示(PDP)器件的熒光粉必須首先滿足一些基本條件如，熒光粉在147nm或172nm的真空紫外(VUV)光激發(fā)下有較強的發(fā)光強度，且色坐標(biāo)適當(dāng)、色純度好。目前的紅色熒光粉多是稀土離子Eu3+激活的熒光粉；對于這類熒光粉，要獲得較好的色純度和適當(dāng)?shù)纳鴺?biāo)，通常要求Eu3+離子以位于約610納米(nm)的電子躍遷5D0-7F2為主。而目前用于等離子體平板顯示(PDP)器件中的紅色熒光粉(Y，Gd)BO3:Eu3+的主發(fā)射線為位于592nm的5D0-7F1躍遷，所以其色坐標(biāo)不適當(dāng)、色純度不好。RGB(紅綠藍)三基色中任何一種的色純度都會影響等離子體平板顯示(PDP)器件的整機顯示效果。
2002年，Y.Zhang等(Journal of Alloys and Compounds 333(2002)72-75)研究了Na2O-Y2O3-B2O3體系在900℃時的等溫相圖并報導(dǎo)了一類新的硼酸鹽Na3Ln(BO3)2(Ln＝Y(jié)，Gd)的晶體結(jié)構(gòu)；此前，類似化合物Na3Ln(BO3)2(Ln＝La，Nd)，Veronique Jubera等在2001年(Solid State Sciences 3(2001)469-475)也曾經(jīng)有過報導(dǎo)。但是，未見到有關(guān)該體系或類似體系中稀土離子發(fā)光性質(zhì)，特別是真空紫外(VUV)光激發(fā)下發(fā)光性質(zhì)的報道。因此，本發(fā)明主要致力于基于M3R(BO3)2(M＝堿金屬離子；R＝稀土離子)的新型適于等離子體平板顯示(PDP)用稀土紅色發(fā)光材料的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料的組成和制備方法。
本發(fā)明等離子體平板顯示用的稀土紅色發(fā)光材料，其特征為具有如下的化學(xué)組成表示式M3R1-x-y(BO3)2:Eux·Lny，其中合成基質(zhì)M3R(BO3)2所選的原料為堿金屬碳酸鹽(M2CO3)、稀土氧化物(R2O3)、硼酸(H3BO3)，基質(zhì)原料的摩爾系數(shù)比為M2CO3∶R2O3∶H3BO3＝3∶1∶4。M為堿金屬離子Li+、Na+、K+中的一到三種，R為基質(zhì)材料中的另一種陽離子，選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Y、Tb、Dy、Ho或Er中，Eu為主激活離子；Ln為輔助激活離子，其選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Y、Tb、Dy、Ho或Er中的一種元素；x、y為相應(yīng)摻雜元素相對R原子所占的摩爾百分比系數(shù)，0.005≤x≤0.10，0.001≤y≤0.10。
本發(fā)明所選的基質(zhì)材料為M3R(BO3)2。主要發(fā)光離子是Eu3+，輔助激活離子為一種三價金屬離子。在真空紫外(VUV)光激發(fā)下，當(dāng)該基質(zhì)材料吸收一定的能量以后，可以將能量傳遞給輔助激活劑和Eu3+，同時輔助激活劑也向Eu3+離子轉(zhuǎn)移能量。最后，由Eu3+產(chǎn)生紅色發(fā)射。
測定本發(fā)明的PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料在611nm監(jiān)測下的激發(fā)光譜，發(fā)現(xiàn)該熒光粉在147nm和172nm均有較強的吸收，且這兩個波長的吸收強度基本相等，表明該熒光粉與目前PDP器件廣泛采用的氙(Xe)基稀有氣體混合氣體等離子體產(chǎn)生的真空紫外(VUV)光波長吻合較好，可以實現(xiàn)PDP器件中的高效激發(fā)。附

圖1(a)給出了在172nm的真空紫外光激發(fā)下該熒光粉的發(fā)光光譜。作為對比，目前使用的商品PDP紅色熒光粉(Y，Gd)BO3:Eu3+在172nm真空紫外光激發(fā)下的發(fā)射光譜示于圖1(b)。對比圖1(a，b)可見，本發(fā)明的新型PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料的最強發(fā)射線為位于611nm的5D0-7F2躍遷。目前PDP中使用的(Y，Gd)BO3:Eu3+以位于592nm附近的5D0-7F1躍遷產(chǎn)生的橙紅色發(fā)射為主發(fā)射線，所以本發(fā)明的新型PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料的色純度和色坐標(biāo)比(Y，Gd)BO3:Eu3+的色純度和色坐標(biāo)有所提高和改善。同時，對比本發(fā)明的新型紅色PDP發(fā)光材料的化學(xué)式M3R(BO3)2與目前使用的(Y，Gd)BO3的化學(xué)式，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的熒光粉還可節(jié)約稀土、降低成本。
本發(fā)明的新型PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料按以下步驟通過高溫固相法合成按基質(zhì)原料的摩爾系數(shù)比為M2CO3∶R2O3∶H3BO3＝3∶1∶4，按比例稱取原料，按摻雜摩爾分數(shù)0.005≤x≤0.10，稱取Eu2O3；按摻雜摩爾分數(shù)0.00≤y≤0.10，稱取Ln離子的氧化物，Ln選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho或Er中的一種元素；充分研磨并混合均勻后，在空氣氣氛中，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度300～600℃預(yù)燒結(jié)3～6小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，700～1200℃燒結(jié)6～24小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到產(chǎn)品。原料也可不預(yù)燒。
本發(fā)明制備方法簡單，制得的發(fā)光材料在真空紫外光激發(fā)下有強的位于611nm的紅色發(fā)射，比(Y，Gd)BO3:Eu位于592nm的橙紅色發(fā)射色純度好；同時，這種熒光粉還比(Y，Gd)BO3節(jié)約稀土，可以降低熒光粉成本。此處通過以下實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，但是，這并不意味著本發(fā)明的內(nèi)容局限于本文所述的細節(jié)。
具體實施例方式
實施1稱取碳酸鋰(Li2CO3)0.55g，三氧化二釓(Gd2O3)0.86g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)6小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，700℃燒結(jié)24小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施2稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釓(Gd2O3)0.86g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)6小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施3稱取碳酸鉀(K2CO3)1.04g，三氧化二釓(Gd2O3)0.86g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)6小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，1000℃燒結(jié)10小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施4稱取碳酸鋰(Li2CO3)0.55g，三氧化二釔(Y2O3)0.54g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，700℃燒結(jié)24小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施5稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釔(Y2O3)0.54g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施6稱取碳酸鉀(K2CO3)1.04g，三氧化二釔(Y2O3)0.54g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)6小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，900℃燒結(jié)10小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施7稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釔(Y2O3)0.54g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.02g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施8稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釓(Gd2O3)0.86g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.03g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)6小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施9稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釔(Y2O3)0.52g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，三氧化二釤(Sm2O3)0.01g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施10稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.64g，碳酸鉀(K2CO3)0.21g，三氧化二釓(Gd2O3)0.86g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，三氧化二釤(Sm2O3)0.01g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施11稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.64g，碳酸鉀(K2CO3)0.21g，三氧化二釔(Y2O3)0.54g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，三氧化二釤(Sm2O3)0.005g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施12稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釔(Y2O3)0.52g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，三氧化二釹(Nd2O3)0.01g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施13稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釓(Gd2O3)0.84g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.03g，三氧化二釹(Nd2O3)0.01g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施14
稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釔(Y2O3)0.52g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，三氧化二鉺(Er2O3)0.02g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施15稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二釓(Gd2O3)0.84g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.03g，三氧化二鉺(Er2O3)0.02g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，800℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施16稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.79g，三氧化二鑭(La2O3)0.77g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)3小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，900℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施17稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.71g，碳酸鉀(K2CO3)0.10g，三氧化二鑭(La2O3)0.77g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.04g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，分兩步燒結(jié)首先，在較低溫度400℃預(yù)燒結(jié)3小時，冷至室溫，取出再次充分研磨并混合均勻，900℃燒結(jié)8小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
實施18稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.71g，碳酸鉀(K2CO3)0.10g，三氧化二鑭(La2O3)0.77g，硼酸(H3BO3)0.64g，三氧化二銪(Eu2O3)0.03g，三氧化二釤(Sm2O3)0.01g，于瑪瑙研缽中充分研磨并混合均勻后，1000℃燒結(jié)6小時。將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到樣品。
權(quán)利要求
1.一種等離子體平板顯示用的稀土紅色發(fā)光材料，其特征為具有如下的化學(xué)組成表示式M3R1-x-y(BO3)2:Eux·Lny，其中合成基質(zhì)M3R(BO3)2所選的原料為堿金屬碳酸鹽(M2CO3)、稀土氧化物(R2O3)、硼酸(H3BO3)，基質(zhì)原料的摩爾系數(shù)比為M2CO3∶R2O3∶H3BO3＝3∶1∶4。M為堿金屬離子Li+、Na+、K+中的一到三種，R為基質(zhì)材料中的另一種陽離子，選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Y、Tb、Dy、Ho或Er中，Eu為主激活離子；Ln為輔助激活離子，其選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Y、Tb、Dy、Ho或Er中的一種元素；x、y為相應(yīng)摻雜元素相對R原子所占的摩爾百分比系數(shù)，0.005≤x≤0.10，0.001≤y≤0.10。
2.一種制備權(quán)利要求1的等離子體平板顯示用的稀土紅色發(fā)光材料的方法，其特征是按權(quán)利要求1所述的組成和比例稱取相應(yīng)的原料，加入一定量的助熔劑，充分研磨并混合均勻后，取出再次充分研磨并混合均勻，700～1200℃燒結(jié)6～24小時，將樣品取出研磨，然后用沸騰的去離子水洗滌過濾并烘干，最終得到產(chǎn)品。
3.一種制備權(quán)利要求1的等離子體平板顯示用的稀土紅色發(fā)光材料的方法，其特征是所用的原料加入一定量的助熔劑，充分研磨并混合均勻后，取出再次充分研磨并混合均勻，先在空氣氣氛中預(yù)燒結(jié)，溫度300～600℃，時間3～6小時，冷至室溫，然后再進行燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PDP(等離子體平板顯示)用稀土紅色發(fā)光材料及其制備方法，其主要的化學(xué)組成為M
文檔編號C09K11/77GK1712490SQ20051003551
公開日2005年12月28日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者梁宏斌, 蘇鏘, 周景仁, 田梓峰, 林惠紅 申請人:中山大學(xué)