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Ecran luminescent.
La présente invention concerne un cran luminescent et une matière luminescente pouvant être utilisas, par exemple, dans les tubes à rayons cathodiques, les lampes à décharge en atmosphère gazeuse, les écrans de tubes à rayons x et les lasers.
Dans de nombreuses applications, il est désirable de disposer de matières luminescentes transformant en lumière visible une radiation électro-magnétique ou corpusculaire. Suivant l'application, on attachera plus d'importance à un spectre d'émission large ou à un spectre d'évission limité à une ou plusieurs bandes de longueurs d'onde. Mais dans toutes les
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applications, il est toujours désirable d'obtenir un rendement de transformation élevé. D'autres exigences que l'on peut avoir concernent la température à laquelle la matière luminescente est portée pendant l'utilisation et.le degr de saturation découlant d'une augmentation de l'intensité de la source d'excitation.
Un écran luminescent suivant la présente invention est caractérisa en ce qu'il comprend un phosphate ou borate activé à l'europium d'un ou plusieurs des métaux rares, lanthane, gadolinium ou yttrium.
Les matières luminescentes utilisées dans un écran suivant l'invention Mettent de le lumière rouge sous l'excitation d'une radiation ultra-violette ou corpusculaire, par exemple un bombardement d'électrons..L'analyse du spectre d'émission montre que cette émission de couleur rouge se compose principalement de quelques bandes très étroites dans trois domaines du spectre, notamment entre 584 et 596 m entre 608 et 615 m et entre 620 et 630 m/u. De nombreuses matières luminescentes émenttant de la lumière rouge sont déjà connues, mais leurs spectres se composent généralement de bandes plus larges. Dans certains cas, ceci peut être un avantage lorsqu'on délire Eclairer avec cette lumière luminescente des objets colorés et oue l'on veut obtenir une reproduction fidèle des couleurs.
Dans d'autres applications, au contraire, il est intéressant que l'émission de couleur rouge provienne de quelques bandes bien déterminées du spectre, par exemple dans,le cas de l'écran suivant la présente invention. Un écran conforme à la présente invention peut, par exemple, être @ utilise dans des lampes à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression devant produire des radiations rouges. Jusqu'ici, lorsqu'on désirait disposer d'une telle lampe à radiations rouges, il fallait avoir recours à l'emploi de couches filtrantes applicuées sur les lampes. De tels filtres introduisent, de par leur nature, une réduction d'intensité des radiations émises.
Les écrans et matières luminescentes suivant l'invention n'émettent que peu dans d'autres
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parties du spectre, l'émission étant concentrée dans les bandes précitées. L'énergie d'excitation reçue est utilisée de façon très efficace pour la transformation sous forme de radiations rouges.
Dans le cas de tubes à rnyons cathodiques pour la télévision en couleurs, un écran suivant l'invention offre l'avantage d'avoir une forte émission sur la longueur d'onde de 611 m comprise dans la bande de 608 à 615 m , le point de couleur correspondant à cette longueur d'onde coïncidant avec le point de couleur déterminé internationalement pour la composante rouge d'une image de télévision en couleur. De ce fait, le rendement lumineux de la matière suivant l'invention est supérieur à celui de la plupart des matières à luminescence rouge utilisées jusqu'ici, par exemple le sulfure de cadmium et de zinc activé à l'argent.
Les phosphates ou borates suivant la présente invention peuvent aussi être utilisas favorablement dans les lampes à décharge dans la vapeur de mercure à haute pression car ces matières peuvent compenser le manque de radiations rouges propre à ce genre de lampes. Un autre avantage 'important réside en ce que l'émission de lumière rouge est particulièrement bonne du point de vue dépendance des températures, en ce sens que le rendement des transformations d'énergie des matières luminescentes n'est que très légèrement moindre aux hautes températures rencontrées dans les lampes à décharge dans la vapeur de mercure à haute pression qu'à la température ambiante. Comme on le sait, les écrans luminescents peuvent atteindre des températures comprises entre
3500 C et 6000 C, dans cette dernière application.
On peut profiter de cette indépendance des Matières suivant l'invention vis-à-vis de la température pour rapprocher l'écran luminescent plus près du tube à décharge qu'il n'était possible jusqu'ici. Dans le cas d'une construction conventionnelle où l'écran se trouve sur une ampoule entourant le tube à décharge proprement dit, cette ampoule
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peut avoir des dimen@ions plus petites lorsqu'on applique la présente invention. De ce fait., on peut aussi utiliser une armature plus petite. , L'indépendance des matières de l'invention vis-à-vis des températures est intéressante aussi lorsqu'on applique la présente invention aux tubes à rayons cathodiques.
On peut notamment fortement augmenter l'intensité du faisceau électronique qui détermine, entre autres.,-la-température de l'écran.
Les borates ou phosphates suivant l'invention trouvent aussi une application très intéressante comme matière de laser, en premier lieu parce qu'ils présentent des pointes d'émission très étroites dans la partie rouge du spectre et aussi parce que ces matières peuvent être fondues relativement facilement et peuvent donc être mises ais4ment sous la forme voulue.
L'utilisation d'europium comme activant est connue pour le sulfure de strontium ou l'aluminate de strontium. La littéra- ture technique ne signale cependant pas que ces matières possèdent les propriétés favorables des matières suivant la présente ivention
Quoique la quantité d'europium introduite comme activant puisse varier dans de larges limites, l'expérience montre qu'on obtient le rendement quantique le meilleur lorsque la quantité d'europium introduite constitue de 0,5 à 10 % en moles de la quantité de phosphate ou de borate.
L'expérience'montre aussi que la proportion d'oxyde basique par rapport à l'anhydride dans les phosphates et boratès n'a que relativement peu d'influence sur l'émission, sur le rendement de transformation et sur l'indépendance de l'émission par rapport aux températures. En général, il est possible de préparer.,l'aide d'acide borique, des borates dans lesqules la proportion d'anhydride à l'oxyde basique est de 1, 2 ou 3.
On peut combiner deux ou trois des métaux rares dans les phosphates et borates suivant l'invention.
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L'utilisation d'oxyde de gadolinium en combinaison avec un des autres oxydes présente l'avantage supplémentaire que' l'excitation par les rayons ultra-violets de courte longueur d'onde est améliorée. De ce fait, des phosphates ou borates ; de lanthane et d'yttrium avec du gadolinium ont un rendement lumineux supérieur à celui des phosphates ou borates correspondants sans gadolinium. Si on utilise uniquement de l'oxyde de gadolinium, l'excitation est, par nature, déjà maximum.
La préparation des phosphates et borates de métaux rares suivent l'invention peut s'effectuer, par exemple, en mélangeant les oxydes des métaux rares et d'europium ou en mélangeant des compositions dont on tire les oxydes, par exemple des carbonates, avec la quantité voulue d'hydrophosphate d'ammonium ou d'acide borique, et en chauffent le tout dans une atmosphère oxydante, neutre ou légèrement réductrice. Les températures de chauffage peuvent être choisies entre 3000 C et 1.400 C. La durée de chauffage est généralement de Quelques heures ; il est parfois intéressant d'effectuer d'abord un traitement thermicue à basse température pendant quelques heures et d'effectuer ensuite un trai- tement thermique à une température considérablement supérieure.
Le tbaleau donn ci-après contient quelques exemples de matières convenant pour les applications précitées. Le tableau donne, entre autres, les proportions des différents oxydes, la quantité d'activant, le procède de préparation, le rendement lumineux et la dépendance par rapport'aux températures. Le tableau donne aussi l'absorption des rayons d'excitation ultra-violets de courte longueur d'onde pour laquelle on a mesuré le rendement lumineux. L'absorption des ultra-violets est mesurée d'une façon relative en donnant la valeur 100 à l'absorption ultra-violette
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d'un mélange d'un fluorochlorophosphate de calcium activ4 au manganèse et à l'atimoine et d'une cuantité égale de carbonate de calcium.
Les deux dernières colonnes du tableau donnent le rendement lumineux à respectivement 3500 C et 5000 C, par rapport au rendement lumineux à la température ambiante auouel on a donné la valeur 100. A titre de comparaison, il est bon de signaler que le rendement lumineux de la matière à luminescence rouge couramment utilisée en combinaison avec les lampes à décharge dans la vapeur de mercure à hute pression, à savoir le fluorogermanate de magnésium activa au manganèse, est de 80 % à 3500 C et de 30 % à 5000 C par rapport,au rendement lumineux de la même matière à le température ambiante.
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T A B L E A U
EMI7.1
<tb> Composition <SEP> en <SEP> moles <SEP> Europium <SEP> Traite.,rient <SEP> Rendement. <SEP> Absorption <SEP> Rendement
<tb> en <SEP> thermique <SEP> luineux <SEP> des <SEP> ultra- <SEP> lumineux
<tb> moles <SEP> de <SEP> 2 <SEP> heures <SEP> violets <SEP> par <SEP> rapport
<tb> chaque <SEP> fois <SEP> au <SEP> rendement
<tb> lumineux <SEP> à
<tb> temnérature
<tb> ambiante
<tb>
EMI7.2
Gd 2 03 La20J ¯Y20J 2 P<3- - ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯.¯...¯5Q C --50-Qq
EMI7.3
<tb> 0,95 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> 0,06 <SEP> 300+1200 <SEP> C <SEP> 24 <SEP> 59 <SEP> 78 <SEP> 66
<tb> 0,80 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 700+1200 <SEP> C <SEP> 93 <SEP> 79 <SEP> 91 <SEP> 77
<tb> 0,80 <SEP> - <SEP> 2,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 700+10000 <SEP> C <SEP> 59 <SEP> 80 <SEP> 96 <SEP> 90
<tb> 0,
80 <SEP> - <SEP> - <SEP> 3,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 700+ <SEP> 800 <SEP> C <SEP> 28 <SEP> 85 <SEP> 76 <SEP> 48
<tb> - <SEP> 0,80- <SEP> 2,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 700+1000 <SEP> C <SEP> 51 <SEP> 93 <SEP> 85 <SEP> 57
<tb> - <SEP> 0,80 <SEP> - <SEP> 3,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 700+ <SEP> 8000 <SEP> C <SEP> 35 <SEP> 82 <SEP> 80 <SEP> 47
<tb> - <SEP> - <SEP> 0,80 <SEP> 1,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 700+1200 <SEP> C <SEP> 52 <SEP> 44 <SEP> 131 <SEP> 99
<tb> 0,453 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> 0,40 <SEP> 500+1200 <SEP> C <SEP> 38 <SEP> 91 <SEP> 57 <SEP> 34
<tb> +1250 <SEP> C
<tb> - <SEP> - <SEP> 0,99 <SEP> 3,00 <SEP> - <SEP> 0,02 <SEP> 500+ <SEP> 600 <SEP> C <SEP> 13 <SEP> 74 <SEP> 117 <SEP> 71
<tb> + <SEP> 900 <SEP> C
<tb> 0,83 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> 0,02 <SEP> 700+1200 <SEP> C <SEP> 55 <SEP> 56 <SEP> 97 <SEP> 66
<tb> 0,90 <SEP> 1,00 <SEP> 0,
05 <SEP> 700+1200 C <SEP> 26 <SEP> 62 <SEP> 104 <SEP> 93
<tb> ¯¯¯¯ <SEP> +1250 <SEP> C
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