CN103210057A - 发光材料和包括这种发光材料的发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光材料，其包括选自包括下述的群组的成份：(Y1-xLux)9LiSi6O26:Ln或/和AE5(PO4)3F:Ln,A，其中Ln为三价稀土金属，AE为二价碱土金属，并且A为一价碱金属，0.0<x<1.0。当由UV光谱范围中的光激发时，该发光材料具有在UV-C范围中的发射峰。本发明还提供包括所述发光材料的发光器件以及使用所述发光器件用于消毒或净化空气、水或表面的方法。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料，特别是涉及用于发射UV辐射的发光器件的发光材料的领域。
背景技术
UV辐射源已经发现了许多应用领域，诸如光谱学、美容皮肤护理、医学皮肤护理、消毒或净化水和空气、聚合物硬化、光化学、表面固化以及晶片加工。
许多上述应用领域需要深UV辐射，即UV-C(200-280nm)或者甚至VUV辐射(100-200nm)，其中快速切换循环以及针对温度变化的不变性是期望的特征。
低压Hg放电灯当前被广泛地用作UV辐射源，并且它们具有由两条线(即，在185和254nm)主导的发射光谱。然而，增加Hg蒸气压会导致从深UV延伸到深红色光谱范围的几乎连续的光谱。此外，Hg的应用暗示着对温度的强烈依赖以及对快速切换循环的敏感。
十多年来，电介质阻挡(DB)稀有气体准分子放电的应用被认为是发射UV的辐射源发展的可替换放电构思。Xe准分子放电例如主要发射172nm辐射，并且包括Xe作为填充气体的DB驱动石英灯表现出高于30%的插座效率。由于所发射的172nm(VUV)光子具有足够高能量使任何类型的有机键裂开，基于Xe准分子放电的石英灯被广泛用于清洗晶片表面。使用一种或若干种VUV到UV-C降频转换磷光体的荧光Xe准分子放电灯对于消毒或净化目的是特别令人感兴趣的。
目前应用的用于这些Xe、Ne或Xe/Ne准分子灯的UV发光材料仍具有一些缺点，例如包括：
低的转换效率，
低的光化学稳定性，
低的化学稳定性，
低的与杀菌作用曲线的光谱交叠。
因此存在这样的需要，即，发展一种用于将来自比如荧光Xe准分子放电灯的UV辐射转换为可以比如在消毒或净化领域中更恰当使用的辐射光谱的可替换发光材料。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于发射UV辐射的发光器件的可替换发光材料。
本发明的另一目的是提供一种包括发光材料的发光器件，该器件表现出具有非常适合杀菌作用光谱的光谱功率分布的强且高效的UVC发射。
本发明的又一目的是提供一种包括发光器件的系统，该系统可以使用由发光器件发射的光来消毒或净化空气或水等。
根据本发明的实施例，提供一种发光材料，其包括选自包括下述的群组的成份：(Y1-xLux)9LiSi6O26:Ln或/和AE5(PO4)3F:Ln,A，其中Ln为三价稀土金属，AE为二价碱土金属，并且A为一价碱金属，0.0≤x≤1.0。
根据优选实施例，Ln选自包括下述的群组：三价Pr、Nd或其混合物。AE选自包括下述的群组：二价Ca、Sr、Ba或其混合物。A选自包括下述的群组：一价Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物。
当由具有在UV光谱范围中，优选地在VUV或UVC范围中的激发光谱的光激发时，该发光材料具有在UVC(即200-280nm)范围中的发射峰。具有这种激发光谱的光可以使用Hg或稀有气体放电灯实现，比如，发射峰在大约185nm的汞齐灯，发射峰在大约254nm的低压Hg放电灯，发射峰在大约265nm的中压Hg放电灯以及发射峰在大约172nm的Xe、Ne或Xe/Ne准分子灯。可替换地，比如(Al,Ga)N LED灯的新发展的LED灯，或者其它类型的现有灯，以及甚至尚待发展的某些新类型的灯可以用作光源以提供激发光谱，只要这种灯可以发射使发光材料发射UV-C所需的适当激发光谱。
令人惊奇地发现，上文提出的发光材料表现出具有非常适合杀菌作用光谱的光谱功率分布的强且高效的UVC发射。
根据本发明的另一实施例，提供一种发光器件，其能够发射第一UV光谱范围中的第一光，并且包括上文提出的发光材料至少其一以吸收至少部分的第一UV光并且发射第二UV光谱范围中的第二光，该第二UV光谱范围不同于第一UV光谱范围。
已经发现对于宽的应用范围，特别是对于杀菌剂应用，这种发光器件具有下述优点中至少其一：
效率提高，这是由于相对于该应用的作用曲线的发射光谱被优化以及由于发光材料的再吸收更少；
UVC输出的稳定性提高并且发光器件的运行寿命因而提高；
效率对温度的依赖更小。
根据优选实施例，该发光器件包括设有放电容器的放电灯，该放电容器包括具有放电维持成分的气体填充物，并且该放电容器的壁的至少部分涂覆有该发光材料。可替换地，该放电灯包括Hg或稀有气体放电灯。可替换地，该发光器件包括比如(Al,Ga)N LED灯的新发展的LED灯，或者已经现有的灯类型，或者甚至尚待发展的新类型的灯。对于LED灯，该发光材料可以配置成穹顶以覆盖LED芯片或涂覆在比如透镜或灯泡的光学部件上。
根据本发明的另一实施例，提供了一种包括上文提出的发光器件至少其一的系统，该系统还包括能够使由发光器件发射的光照射待消毒对象的单元。经由借助由发光器件发射的光进行光化学加工，此系统可以用于杀菌剂应用，比如消毒或净化空气、水或表面。这种单元例如可以是光导装置，将来自发光器件的光传输到表面使得该光可以直接照射该表面从而消毒所述表面。可替换地，这种单元可包括抽吸器件，其配置成将某些空气抽到系统中，使得光可以直接照射空气从而净化该空气。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种杀菌剂应用方法，其包括使由上文提出的发光器件至少其一发射的光照射待消毒对象的步骤。
可替换地，该方法可以用于消毒或净化空气、水或表面。因而，通过使由上述发光器件发射的光照射空气、水或表面，该空气、水或表面可以被消毒。
已经发现，由于UV-C发射具有非常适合杀菌作用光谱的光谱功率分布，所提出的系统和方法具有良好杀菌效果。
附图说明
本发明的上述和其它目的和特征将通过参考附图对实施例各种方面的下述详细描述而显见。
图1示出根据本发明的第一示例性发光材料的XRD图样(示例I：Ca5(PO4)3F:Pr3+(l%)Na+(l%))；
图2示出根据本发明的第一发光材料的激发光谱(左光谱)、发射光谱(右光谱)和反射光谱(右上光谱)(示例I)；
图3示出第一发光材料(示例I)的发射光谱和杀菌作用的期望光谱之间的比较；
图4示出根据本发明的第二示例性发光材料的XRD图样(示例II：Sr5(PO4)3F:Pr3+(1%)Na+(1%))；
图5示出根据本发明的第二发光材料(示例II)的激发光谱(左光谱)、发射光谱(右光谱)和反射光谱(右上光谱)；
图6示出第二发光材料(示例II)的发射光谱和杀菌作用曲线的期望光谱之间的比较；
图7示出根据本发明的第三示例性发光材料的XRD图样(示例III：Y9LiSi6O26:Pr3+(1%))；
图8示出根据本发明的第三发光材料(示例III)的激发光谱(左光谱)、发射光谱(右光谱)和反射光谱(右上光谱)；
图9示出根据本发明的第四示例性发光材料的XRD图样(示例IV：Ba5(PO4)3F:Pr3+(l%)Na+(l%))；
图10示出根据本发明的第四发光材料(示例IV)的激发光谱(左光谱)、发射光谱(右光谱)和反射光谱(右上光谱)。
具体实施方式
下文给出的对实施例的详细描述将主要集中于发光材料的示例。至于本发明中提出的发光器件、系统和方法，现有技术已经给出有用的描述并且可以参考现有相关论文或产品。
示例I
示例I是指Ca5(PO4)3F:Pr3+(l%)Na+(l%)，其可以按下述方式制作。
开始材料1.009克CaCO3、4.0004克CaHPO4.2H2O、0.32克纳米尺度CaF2以及0.076克PrF3和0.016克NaF被研磨0.5小时。混合物随后在大约1100℃在氮气下退火1小时。最后，该材料被研磨并且被筛滤通过36μm筛子。
图1示出示例I的材料的XRD图样。图2示出示例I的材料的激发光谱(左光谱)、发射光谱(右光谱)和反射光谱(右上光谱)。图3示出示例I的材料的发射光谱(在该图以及下文提到的相同类型的其它图中，沿着波长具有较窄延伸的曲线)和杀菌作用的期望光谱之间的比较。Ca5(PO4)3F:Pr,Na的发射最大值在大约245nm，这表现出与杀菌作用曲线的良好交叠。可以清楚地看出，此材料是在用于UV-C辐射的放电灯中使用的出色材料。
示例II
示例II是指Sr5(PO4)3F:Pr3+(l%)Na+(1%)，其可以按下述方式制作。
开始材料5.036克SrCO3、2.675克(NH4)2HPO4.2H2O、0.487克纳米尺度SrF2以及0.076克PrF3和0.016克NaF被研磨0.5小时。混合物随后在大约1100℃在氮气下退火1小时。最后，材料被研磨并且被筛滤通过36μm筛子。
Sr5(PO4)3F:Pr,Na的发射最大值在大约240nm，这也表现出与杀菌作用曲线的良好交叠。从图4-6可以清楚看出，此材料是在用于UV-C辐射的放电灯中使用的出色材料。
示例III
示例III是指Y9LiSi6O26:Pr3+(1%)，其可以按下述方式制作。
开始材料4.000克Y2O3、0.147克Li2CO3、1.433克纳米尺度SiO2和0.061克Pr6O11被悬浮在乙醇中并且材料被磨碎直至溶剂完全蒸发。之后，干燥的材料在1000℃在CO下烧制6小时，并且随后被磨碎以及在1100℃在CO下烧制6小时。最后，材料被研磨并且被筛滤通过36μm筛子。从图7-8可以清楚看出，此材料是在用于UV-C辐射的放电灯中使用的出色材料。
示例IV
示例IV是指Ba5(PO4)3F:Pr3+(l%)Na+(l%)，其可以按下述方式制作。
开始材料5.036克BaCO3、2.675克(NH4)2HPO4.2H2O、0.487克纳米尺度BaF2以及0.076克PrF3和0.016克NaF被研磨0.5小时。混合物随后在1100℃在氮气下退火1小时。最后，材料被研磨并且被筛滤通过36μm筛子。从图9-10可以清楚看出，此材料是在用于UV-C辐射的放电灯中使用的出色材料。
上述实施例仅仅是本发明的优选实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和达成对所公开实施例的其它变型。这些变型也应被认为是在本发明的范围内。在权利要求和说明书中，使用动词"包括"及其变形不排除其它元件或步骤，并且不定冠词"一"("a"或"an")不排除多个。
Claims (10)
1.一种发光材料，其包括选自包括下述的群组的成份：(Y1-xLux)9LiSi6O26:Ln或/和AE5(PO4)3F:Ln,A，其中Ln为三价稀土金属，AE为二价碱土金属，并且A为一价碱金属，0.0≤x≤1.0。
2.根据权利要求1的发光材料，其中Ln选自包括下述的群组：三价Pr、Nd或其混合物。
3.根据权利要求1的发光材料，其中AE选自包括下述的群组：二价Ca、Sr、Ba或其混合物。
4.根据权利要求1的发光材料，其中A选自包括下述的群组：一价Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物。
5.根据权利要求1的发光材料，其中当由具有在UV光谱范围中的激发光谱的光激发时，该发光材料具有在UVC范围中的发射峰。
6.一种发光器件，该发光器件能够发射第一UV光谱范围中的第一光，该发光器件包括根据权利要求1至5中任意一项的发光材料以吸收至少部分的第一UV光并且发射第二UV光谱范围中的第二光，该第二UV光谱范围不同于第一UV光谱范围。
7.根据权利要求6的发光器件，其中该发光器件包括设有放电容器的放电灯，该放电容器包括具有放电维持成分的气体填充物，并且该放电容器的壁的至少部分涂覆有该发光材料。
8.根据权利要求6的发光器件，其中该放电灯包括Hg或稀有气体放电灯，或/和LED灯。
9.一种包括根据权利要求6至8中任意一项的发光器件的系统，该系统还包括能够使由该发光器件发射的光照射待消毒对象的单元。
10.一种应用杀菌剂的方法，包括使由根据权利要求6至8中任意一项的发光器件发射的光照射待消毒对象的步骤。
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