Способ получения устойчивых к влаге частиц электролюминисцентного фосфора, устройство для его осуществления и частица фосфора

Изобретение предназначено для химической промышленности. В реакционный сосуд 10а, окруженный средством обогрева 30а, подают предшественник нитридного покрытия при помощи инертного газа - азота. В качестве предшественника используют металлоорганические нитриды, содержащие алюминий, галлий или олово. Предшественник подают по трубопроводу 32, открытому по всей длине. Сореагент, например безводный аммиак, подают из нижней части сосуда 10а через пористый стеклянный диск 12а. Сосуд 10а заполнен электролюминесцентным фосфором (ZuS·Cu). При нагреве сосуда 10а до 150-225°С происходит осаждение нитридного покрытия на частицы фосфора, находящиеся в псевдоожиженном состоянии. Фосфор, имеющий неоксидное покрытие, имеет высокую яркость через 100 ч использования при высокой влажности. Изобретение обеспечивает получение таких фосфоров в коммерческом количестве. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область изобретения

Изобретение относится к способу получения устойчивых к влаге частиц электролюминесцентного фосфора, устройству для его осуществления и частице фосфора. Более конкретно, изобретение относится к электролюминесцентным фосфорам, обработанным для обеспечения влагостойких свойств. В частности, изобретение относится к электролюминесцентным фосфорам, обладающим значительно пониженными свойствами впитывания влаги и значительно увеличенными сроком службы и эффективностью.

Предпосылки изобретения

Обработанные фосфоры известны из патентов США №№ 4585673; 4825124; 5080928; 5118529; 5156885; 5220243; 5244750 и 5418062. На основании некоторых из вышеуказанных патентов известно, что для нанесения защитного покрытия можно использовать покрывающий предшественник и кислород. См., например, патенты США №№ 5244750 и 4585673. Согласно некоторым другим из вышеуказанных патентов процесс обработки включает химическое осаждение паров для нанесения защитного покрытия посредством гидролиза. Также указывается, что химическое осаждение паров при атмосферном давлении можно использовать для нанесения тонких пленок покрытия из нитрида алюминия, полученного из предшественников гексакис(диметиламидо)диалюминия и безводного аммиака, на субстраты из кремния, стеклообразного углерода и стекла. См., например, "Нанесение пленок из нитрида алюминия методом химического осаждения паров при атмосферном давлении при температуре 200-250°С", Gordon et al., Journal Material Resources, том 6, № 1, январь 1991, и "Нанесение тонких пленок из нитрида алюминия методом химического осаждения паров", Gordon et al., Journal Material Resources, том 7, № 7, июль 1992. См. также патенты США №№ 5139825 и 5178911, Gordon, в которых также описаны переходные металлические нитриды и другие металлические нитриды, например, галлия и олова соответственно. В патенте США №5856009 описан высокотемпературный процесс (например, 300-700°С) для нанесения покрытия из нитрида кремния на предварительно нанесенное на частицы фосфора теплостойкое покрытие. Заявка на патент США S.N. 09/175787, поданная 10/20/98 (включенная в данное описание в качестве ссылки), в которой заявлен приоритет временной заявки S.N. 60/072510, поданной 01/12/98, раскрывает способ нанесения нитридного покрытия, использующий обладающий высокой реакционной способностью гексакис(диметиламидо)диалюминий, который было трудно получать в коммерческих количествах. Обеспечение способа получения влагостойких электролюминесцентных фосфоров было бы значительным достижением в данной области техники. Еще большим достижением было бы обеспечение способа, осуществляемого в отсутствие воды или водяного пара. Дальнейшим достижением в данной области техники было бы повышение эффективности и срока службы таких фосфоров, полученных таким способом. И следующим достижением в данной области техники было бы обеспечение электролюминесцентного фосфора с неоксидным покрытием, таким как, например, покрытие из нитрида металла, нанесенное непосредственно на частицы фосфора при низкой температуре, например около 100°С, так чтобы эксплуатационные характеристики фосфора не ухудшались. И еще одним достижением в данной области техники было бы обеспечение способа, использующего обладающие высокой реакционной способностью материалы, обеспечивающего выход фосфора с нанесенным покрытием в коммерческом количестве.

Описание изобретения

Задачей изобретения, следовательно, является устранение недостатков предшествующего уровня техники.

Другой задачей изобретения является улучшение работы влагостойких фосфоров.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение способа получения влагостойких фосфоров, который не использует воду или водяной пар, или кислород.

И еще одной задачей изобретения является обеспечение способа и установки для получения коммерческих количеств фосфоров с нанесенным нитридным покрытием, при этом в таком способе и установке используют материалы, обладающие высокой реакционной способностью.

Указанные задачи достигаются в одном аспекте изобретения посредством получения частиц фосфора с нанесенным на них покрытием из нитрида металла. Такое покрытие может быть конформным поверхности частиц. Под конформным подразумевают такое покрытие, которое соответствует контуру поверхности отдельных частиц.

Задачи изобретения достигаются также созданием способа получения влагостойких частиц электролюминесцентного фосфора, который включает стадии введения инертного газа в реакционный сосуд, в который загружены частицы фосфора; нагревания реакционного сосуда до температуры реакции; введения в реакционный сосуд предшественника нитридного покрытия таким способом, чтобы избежать ограничивающих реакций; введения сореагента в реакционный сосуд и поддержания потока инертного газа, потока сореагента и подачи предшественника в течение времени, достаточного для того, чтобы сделать частицы фосфора влагостойкими.

Задачи изобретения также достигаются созданием способа получения влагостойких фосфоров, который включает стадии введения в реакционный сосуд инертного газа; загрузки в реакционный сосуд частиц фосфора; нагревания реакционного сосуда до температуры реакции; введения в реакционный сосуд предшественника нитридного покрытия таким образом, чтобы избежать ограничивающих реакций; введения в реакционный сосуд сореагента и поддержания потока инертного газа, потока сореагента и подачи предшественника в течение времени, достаточного для нанесения покрытия на частицы фосфора.

Частицы фосфора с нитридным покрытием, полученные таким способом, обладают прекрасными рабочими характеристиками и высокими показателями яркости в лампах после 100 часов использования в условиях высокой влажности (например, >95%) и могут быть получены в реальных коммерческих количествах, например партиями по 50 кг.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет схему способа нанесения покрытия на фосфоры в соответствии с предшествующим уровнем техники и фиг.2 представляет схему способа по изобретению.

Предпочтительный способ осуществления изобретения

Для лучшего понимания настоящего изобретения, наряду с другими и дополнительными его задачами, преимуществами и возможностями, делается ссылка на следующее описание и прилагаемую формулу изобретения, которые следует рассматривать вместе с вышеуказанными чертежами.

В способе воплощения изобретения по предшествующему уровню техники, показанном на фиг.1, реакцию нанесения покрытия осуществляли в реакционном сосуде с псевдоожиженным при помощи газа слоем, включающим грубопористую стеклянную трубку 10 с внешним диаметром 1 дюйм (2,54 см), вмонтированный газорассеивающий стеклянный диск 12 и окруженном нагревателем 30 для поддержания температуры реакции. Используемый фосфор 16 представлял собой электролюминесцентный фосфор типа 723 (ZnS:Cu), коммерчески доступный от фирмы Osram Sylvania Inc., Towanda PA, и этот фосфор псевдоожижался посредством инжектирования инертного газа, такого как азот, из подачи 18. Нитридные покрытия (которые могут содержать некоторые количества водорода, а также нитрида алюминия) получали путем взаимодействия безводного аммиака и гексакис(диметиламидо)диалюминия (Al₂(N(СН₃)₂)₆. Однако нет причины отрицать то, что можно также использовать и другие металлоорганические нитриды, особенно, например, те, которые содержат галлий или олово. Алюминийнитридный предшественник, который получали от фирмы Strem Chemicals, Newburyport, МА, включал барботер из нержавеющей стали. Барботер поддерживали при температуре 100°С и предшественник направляли в реакционный сосуд при помощи носителя, представляющего собой очищенный азот из подачи 22. Увлекаемый предшественник азота направляли вверх по распределителю 12 из фриттового стекла по линиям, поддерживаемым при температуре на 20-30°С выше температуры барботера. Безводный аммиачный сореагент 24, коммерчески доступный от фирмы Matheson Chemicals, Gloucester, МА, пропускали через установку 26 контролирования потока массы перед поступлением в псевдоожиженный слой по установленной в центре стеклянной трубке 27, имеющей наконечник 28 из фриттового стекла. Безводный аммиак перед его поступлением в слой разбавляли очищенным азотом. Азотный носитель дополнительно очищали посредством пропускания через очиститель Centorr, а затем через газоочиститель Matheson Nanochem. Аммиак также пропускали через очиститель Nanochem.

Система для прохождения газа была выполнена из труб и фиттингов из нержавеющей стали. Для соединения стеклянных частей реактора с частями трубопровода для газа использовали уплотнения, соединяющие стекло с металлом.

Такой способ хорошо работал, как это описано, в установке для небольших количеств фосфора, например порядка 40 грамм или около этого. Однако при попытках увеличить производительность до коммерческого уровня (когда количества выражены в кг), возникали проблемы.

Проблему определяли, как возникающую из-за высокой реакционной способности нитридного предшественника, в данном случае гексакис(диметиламидо)диалюминия. Этот материал реагирует с грубопористым диском из фриттового стекла, покрывая нитридами внутренние стороны его пор. Это особенно имеет место при повышенных температурах реакционного сосуда, порядка 150-225°С. В течение очень короткого периода времени поры диска забиваются, останавливая необходимую реакцию нанесения нитридного покрытия на суспендированные частицы фосфора.

Решение этой проблемы осуществлялось посредством создания устройства и способа, показанных на фиг.2. Представленный на фиг.2 реакционный сосуд 10а, который может быть сосудом из нержавеющей стали с диаметром больше 10 дюймов (15,4 см), окруженным подходящим устройством обогрева 30а для доведения реакционного сосуда до температуры нанесения покрытия между 150 и 225°С, содержит предшественник покрытия, введенный в сосуд так, чтобы избежать ограничивающих реакций. В иллюстрируемом варианте это осуществляют посредством захвата предшественника азотом из подачи 22а и переноса захваченного предшественника из верхней части реакционного сосуда 10а по трубопроводу 32, открытому по всей его длине и не имеющему наконечник из фриттового стекла. Сореагент, являющийся в данном случае разбавленным безводным аммиаком, можно подавать из нижней части сосуда 10a и пропускать через пористый стеклянный диск 12а. Первоначальную подачу инертного газа, которым также может быть азот и который используют для первоначального псевдоожижения частиц фосфора, можно также осуществлять из нижней части сосуда 10а через диск 12а.

Таким образом, посредством подачи предшественника нитридного покрытия так, чтобы избежать ограничивающих реакций, получают покрытые нитридом фосфоры в коммерческих количествах экономным способом.

Несмотря на то, что было показано и описано то, что в настоящее время считается предпочтительным вариантом воплощения изобретения, специалистам будет понятно, что возможны различные изменения и модификации без отступления от сущности изобретения, как это определено в прилагаемой формуле изобретения.

1. Способ получения устойчивых к влаге частиц электролюминесцентного фосфора, включающий введение инертного газа в реакционный сосуд, снабженный пористым диском на одном конце, загрузку в указанный реакционный сосуд частиц фосфора, нагревание реакционного сосуда до температуры реакции и введение предшественника нитридного покрытия в реакционный сосуд так, чтобы он проходил мимо диска, а также введение в этот реакционный сосуд сореагента, причем потоки инертного газа, сореагента и предшественника поддерживают в течение времени, достаточного для того, чтобы сделать частицы фосфора влагостойкими.

2. Устройство для получения устойчивых к влаге частиц электролюминесцентных фосфоров с нитридным покрытием в коммерческих количествах с использованием псевдоожиженного слоя, включающее реакционный сосуд, имеющий размер, обеспечивающий получение коммерческих количеств фосфора, на первом конце которого расположен пористый газорассеивающий диск для, по меньшей мере, первой подачи инертного газа и первоначального псевдоожижения фосфора, при этом устройство снабжено средством для подачи предшественника нитридного покрытия, расположенным на втором конце реакционного сосуда на расстоянии от его первого конца, а также средствами подачи носителя для переноса предшественника и подачи сореагента через диск.

3. Частица фосфора, отличающаяся тем, что она получена способом по п.1.