本发明涉及一种基于稀土磷酸盐的化合物在等离子体系统中 作为发光体的用途。

等离子体系统(荧光屏和灯)成为正在发展的新的显示和照 明技术的一部分。一个实例就是用较轻和较大尺寸的平面荧光屏 代替当前使用的电视荧光屏，这种替换正在由于等离子体平板的 使用而得到解决。

在等离子体系统中，导入容器中的气体在放电作用下离子 化，在此过程中释放了高能电磁辐射，光子直接作用在发光材料 上。

为了更有效，这种发光材料应该是一种能在等离子体发射范 固内产生吸收并且能在可见光范围内以最高的可能效率和合适的 颜色发射出可见光的发光体。

本发明的目的就是提供这样一种发光体材料。

为达到此目的，根据本发明，这种在等离子体系统中作为发 光体的材料是基于至少掺杂一种稀土元素的钇、镧、钆或镥的磷 酸盐的化合物，所说的稀土元素是选自由铽、镨、铕、钸组成的 一组的元素。

在阅读了下面的描述后本发明的其它特征，细节和优点会更 加清晰明了。

本发明涉及在相应的等离子体系统条件下作为发光体的上述 化合物的用途。在本发明的范围内，此术语是指所有的使用气体 的系统，所说的气体在离子化后可发射至少相当于波长为10- 200nm的属远紫外区的辐射。

所提到的此类系统包括等离子体灯和荧光屏。

根据本发明，所使用的化合物是由钇、镧、钆或镥的各类磷 酸盐基体组成的。

可能会使用几种类型的磷酸盐。它们是正磷酸盐，分子式为 LnPO4，Ln代表上述的元素之一。也可以使用偏磷酸盐，分子式 为LnP3O9，或五磷酸盐，分子式为LnP5O14。

上述类型的基体至少掺杂一种稀土元素，所说的稀土元素选 自由铽、镨、铕和钸组成一组的元素。

根据所要求的发射光颜色选择所说的稀土元素。

稀土元素掺杂量，以相对于磷酸盐中总的稀土元素含量的原 子百分数表示(稀土掺杂物/稀土掺杂物+Ln)，通常在10-50 ％之间，更具体的是在20-45％之间。

根据本发明的一个具体的实施方案，所使用的磷酸盐是磷酸 镧。

根据本发明的另一个具体的实施方案，稀土掺杂物是铽和钸 的混合物。与钸相比，铽占主要比例，更具体地，Tb/Ce+Tb的 原子比至少为80％。例如，下式给出了一种产品的分子式：

    La0.76Tb0.22Ce0.02PO4

根据本发明的另一个变化形式，使用具有特定粒径分布的磷 酸盐可能是有利的。

因此，磷酸盐的平均尺寸可以在1-20μm之间，更具体的是 在2-6μm之间。

另外，它们的分散指数(dispersion index)应小于0.5，更 具体的是小于0.4。

平均颗粒直径用CILAS型(CILAS HR850)激光粒径仪测 量。

通常分散指数I由下式决定 $I=\frac{{\phi }_{84}-{\phi }_{16}}{2{\phi }_{50}}$ 其中：-φ84是指84％的颗粒的直径小于φ84的颗粒直径

  -φ16是指16％的颗粒的直径小于φ16的颗粒直径

  -φ50是颗粒的平均粒径

所用的磷酸盐，更具体的是正磷酸盐，应该具有单斜晶形。

本发明范围内所用的磷酸盐能用任何已知的方法获得。下面 将描述一种具体的方法，但不意味着任何限制。

此方法是通过控制pH值使(I)号溶液与(II)号溶液发 生反应而实现直接沉淀，(I)号溶液含有稀土元素的可溶盐， 这些元素具有所获产品所需分子式的化学计量比。(II)号溶液 含有磷酸根离子。

稀土元素的可溶盐溶液逐渐地和持续地加入到含磷酸根离子 的溶液中。

含磷酸根离子的溶液的起始pH值小于2，优选的是在1-2 之间。

随后，把沉淀介质的pH值调至小于2，优选的是在1-2之 间

术语“控制pH”指的是沉淀介质的pH值保持为一个确定常 数或大体上为常数，这是通过如下方法获得的，即在向含有磷酸 根离子的溶液中加入含可溶性稀土盐的溶液的同时，加入碱性化 合物或缓冲溶液。介质pH值的最大变化范围应在固定的给定值的 0.5个pH单位之内，更优选的是在固定的给定值的0.1个pH值单 位之内。所说的固定的给定值最好与含磷酸根离子溶液的起始pH 值(小于2)相一致。

如下所述，最好通过加碱性化合物来调节所说的pH值。

所说的沉淀反应优选的是在含水的介质中，在一定温度下进 行。温度不是关键因素，最好在室温(15℃-25℃)到100℃ 之间。所说的沉淀在搅拌反应介质时进行。

在I号溶液中，稀土盐的浓度可在较宽的范围内变动。因此， 总的稀土浓度可在0.01mol/l-3mol/l之间。

特别指出的是，可溶性稀土盐是指可溶于含水介质中的盐， 例如硝酸盐，氯化物，醋酸盐，羧酸盐或其混合物。根据本发明， 优选的盐是硝酸盐。

用来与稀土盐溶液反应的磷酸根离子应由纯的化合物或溶液 中的化合物提供，如磷酸，碱金属磷酸盐，或其它金属元素的磷 酸盐，只要这种元素能和与稀土元素结合的阴离子形成可溶物。

根据一个优选的实施方案，磷酸根离子以铵的磷酸盐的形式 加入，因为铵阳离子会在随后的锻烧过程中分解，因此可能获得 高纯稀土磷酸盐。在这些铵的磷酸盐中，磷酸一氢铵或磷酸二氢 铵是用于实现本发明的优选的化合物。

磷酸根离子的量应使得在两种溶液中的PO4/Ln的摩尔比大 于1，最好在1.1-3之间。

上面已经指出，含磷酸根离子的溶液起始pH值(即稀土盐溶 液加入之前)应该小于2，优选的是在1-2之间。因此，如果 所用的溶液本身没有达到这个pH值，那么就应把pH值调到所需 合适的值，即通过加碱(如起始溶液为磷酸，加氨溶液)或加酸 (如起始溶液为磷酸一氢铵，加硝酸)来实现。

随后，当含一种稀土盐或多种盐的溶液加入后，沉淀介质的 pH值逐渐减小。因此，需要同时在介质加入碱，目的就是保持沉 淀介质的pH值为所需的恒定工作值，即小于2，优选的是在1 -2之间。

作为实例可提到的合适的碱性化合物是金属氢氧化物 (NaOH，KOH，Ca(OH)2…)或NH4OH，或任何其它加入反应 介质后其组分不会与介质中所含的一种物种化合而形成沉淀且能 调节沉淀介质的pH值的碱性化合物。

沉淀步骤结束后，磷酸盐沉淀物可直接获得，可用任何本身 已知的方法回收，尤其是简单过滤。然后清洗回收的产品，如用 水来清洗，其目的是除去其中可能的杂质，尤其是吸附的硝酸盐 和/或氨基团。

然后，把所获得的沉淀物进行热处理，温度通常在600℃以 上，最好是在900℃-1200℃之间。这样的热处理或锻烧会获得 具有发光特性的产品。同样可在还原气氛(如氢)或中性气氛(如 Ar)或其混合气氛或非还原气氛下，尤其是氧化气氛(如空气中)， 进行锻烧。

本发明范围内所用的磷酸盐也可用熟料法(chamotte process)获得。在这种情形下，所用的工艺是形成各种稀土元素 氧化物的混合物或用一种混合的稀土氧化物，并在磷酸一氢铵中 煅烧使该混合物或混合氧化物磷酸化。

为了进一步提高发光性能，可把所说的磷酸盐在助熔剂中进 行热处理。

特别地提到合适的助熔剂是氟化锂，氯化锂，氯化钾，氯化 铵，氧化硼和磷酸铵，当然，合适的助熔剂还不只这些。助熔剂 与需处理的混合磷酸盐混合，再把此混合物加热至1000℃以上， 通常的温度在1000℃-1200℃之间，选用的气氛应适合于稀土 元素的性质，如对钸或铽用还原气氛。处理之后，清洗然后漂洗 所得的产品，以便获得无团聚的发光体。

如上所指出的，已描述过的磷酸盐系化合物在等离子体系统 中使用的波长范围内的电磁激活下具有发光性质。

由于这个原因，它们能在这些系统中用作发光体，更一般地 说，它们可以结合在这些系统的生产中。这些发光体可按照众所 周知的技术来使用，如通过丝网印刷，电泳或沉积进行淀积。

下面给出一个实施例。

实施例： 磷酸盐的制备

分子式为La0.55Ce0.30T0.15PO4的产品制备在上文中已经给 出。分子式为La0.88Tb0.12PO4，La0.83Tb0.17PO4，La0.70Tb0.30PO4和 La0.78Tb0.22PO4等其它磷酸盐，用同样方法通过调整采用的反应物 配比来制备。

配制500ml总浓度为1.5mol/l的稀土硝酸盐溶液，它具有如 下组成：La(NO3)3 0.825mol/l；Ce(NO3)3 0.45mol/l以及Tb(NO3)30.225mol/l；把它们在1小时内加入到500ml的H3PO4溶液中， 此H3PO4溶液预先通过加氨水调节pH值到1.4，并且加热到60 ℃。

磷酸/稀土的摩尔比为1.15。沉淀过程中的pH值通过加氨水 溶液调至1.4。

沉淀步骤完成后，反应介质继续在60℃下保持1个小时。

然后通过过滤回收沉淀物，水洗后再在空气中于60℃干燥。 产品外观是白色粉末(类似滑石)，由大约250nm的致密聚集体 组成3-6μm的颗粒(团聚体)，它们本身通过尺寸在30-150nm 的初晶的团聚形成。然后，此粉末在1150℃空气中进行热处理。

X射线分析表明，产品是具有单斜晶体结构的正磷酸盐。它 由约250nm的致密晶粒组成，团聚成尺寸为3-6μm的球形颗 粒。通过超声波简单的除团聚后测得的CILAS粒径分布为具有非 常窄的粒径分布，其φ50为4.5μm，这是因为其分散指数小于0.4。

磷酸盐的性能 其性能可用两种方法来评价。

A-粉末在8mm直径的圆柱形腔体内手工压块，然后在室温 下放入真空为10-6乇的容器中。由同步辐射产生的波长在150 -350nm之间的电磁发射作为激活源。效率值分别对应于在可见 光范围内发射的光子数与160nm的入射光子数之比和与200nm的 入射光子数之比。     产    品 200nm处的效率％  160nm处的效率％     La0.88Tb0.12PO4     60     72     La0.83Tb0.17PO4     65     76     La0.78Tb0.22PO4     70     85     La0.55Ce0.30Tb0.15PO4     70     85

B-用含He-Ne型气体的等离子体荧光屏检测室来评价产 品性能。光输出效率用光度计测量，把它与Mn掺杂的硅酸锌的 光输出效率相比，硅酸锌的值任意给定为100。     产    品     光输出效率     La0.83Tb0.17PO4     125     La0.78Tb0.22PO4     134     La0.70Tb0.30PO4     120

可见该产品的光输出效率优于现有技术中所用的掺杂的硅酸 锌所得到的光输出效率。