[发明专利]生产量子分裂磷光体和新的组合物的方法

说明书

本发明首次揭示出来并且还原于实践，工作是在美国政府与NIST的合同下进行，合同号是0670 NANB 3H1372。政府应该对本发明享有某些n权力。

本发明涉及生产量子分裂磷光体和新的组合物的方法。具体地说，本发明涉及一个主晶格受三价镨离子(Pr⁺³)活化，在主晶格内产生量子分裂。更具体地说，本发明涉及获得量子分裂磷光体的规则。

量子分裂一般被描述成是由荧光过剩单位的量子效应引起一种紫外光转换成两种可见光的过程。量子分裂物质是作为需要产生光的应用中的理想磷光体。合适的量子分裂物质原则上可以制成很强光的光源。

以前，量子分裂是在氟化物中呈现的，已经表明一种在YF₃基质中含有0.1％三价镨离子的物质在用185nm的幅射激发时，对于每个吸收的紫外光(uv)量子可以产生一个以上的可见光量子。测得这种物质的量子效率是145％±15％，这样就有了更多的剩余单位。

用三价镨离子产生量子分裂的严格的条件已经在基于氟化物的材料中成功地得到应用。近来，用三价镨离子活化的氧化物主晶格中的量子分裂被申请者们揭示出来，该氧化物的分子式是La_1-xPrMgB₅O₁₀，这里0＜X≤0.20(美国专利申请号NO.08/367,634)，以及Sr_1-xPr_xAl_12-xMg_xO₁₉，这里0＜X≤0.2(美国专利申请号08/367,637)。

生产量子分裂磷光体以及新的组合物的方法是很需要的，也需要用+3价态的镨离子(Pr⁺³)活化主体从而在主晶格中产生量子分裂的方法。还需要获得用三价镨离子活化主晶格产生量子分裂磷光体的规则。

本发明满足了这些需要，提供了用三价镨离子活化主晶格生产量子分裂磷光体的方法，该方法由下列几步构成：将三价镨离子加入主晶格中，使其4f5d能带的能量位置是在¹S₀能态以上，使三价镨离子4f5d能带和¹S₀能态低于主晶格传导能带的位置；选择主晶格中三价镨的对称位置，以便使致于磷光体产生最大的量子效应。主晶格可以是例如氧化物，如铝酸盐或硼酸盐。其他的氧化物，只要在主晶格中使镨离子处于三价状态又符合上述条件的，都可以设想作为量子分裂磷光体。主晶格的又一例子可以是符合上述三价镨离子的规定的氟化物的主体，进一步的例子是氧化物及卤化物的混合物例如卤氧化物。

其次，本发明另一方面是主晶格用三价镨离子活化的量子分裂磷光体，其中保持Pr⁺³-配体键的共价键性，使得三价镨离子的4f5d能带水平的引力中心(重力)是位于¹S₀水平以上，而且主晶格有一个大于约5eV的带隙。

第三，本发明包括了被三价镨离子活化的氧化物主晶格的量子分裂磷光体的特定组合物，其中，三价镨离子到氧键距必须超过大约2.561埃()，量子分裂才会出现。

第四，本发明也阐明了被三价镨离子活化的氟化物主晶格的量子分裂磷光体的组合物，其中三价镨离子到氟化物的键距必须超过大约2.28埃。

本发明的其他益处分别在说明书及所附的权利要求中表明。

本发明一般地涉及新的量子分裂磷光体，在主晶格中有三价镨离子作为活化剂。如果遵循一定的规则，量子分裂磷光体可得到进一步发展。成功地获得被三价镨离子活化的量子分裂磷光体的规则是：三价镨离子的能带4f5d必须位于¹S₀能态以上，主晶格的带隙应该是高的，以至于三价镨离子能带4f5d和¹S₀能态位于主晶格传导能带下面；如果主晶格为三价镨离子提供了正确的对称位置，则会产生量子分裂磷光体。例如，已经发现在YF₃中的Y⁺³对称位置对于产生高量子效率看来是适宜的。