Brevet FR2721940A1 — publié le 19960105

UTILISATION D'UN TANTALATE D'YTTRIUM. DE LUTECIUM OU DE GADOLINIUM DOPE EN LUMINESCENCE BASSE TENSION RHONE-POULENC CHIMIE La présente invention concerne l'utilisation nouvelle de tantalates dopé comme luminophore dans la luminescence basse tension. On sait dans le domaine de l'électronique que les tubes cathodiques fonctionnent en utilisant une énergie importante de l'ordre de 30000V. On souhaite par ailleurs dans ce type d'application utiliser des électrons a basse énergie, c'est a dire de l'ordre de 200 à 800V. C'est le cas des écrans avec effet de champ (FED: field emission display). Dans ce type de matériel, ce sont des micropointes métalliques qui émettent les électrons de basse énergie qui vont exciter un matériau luminophore placé sur l'écran. Ce matériau luminophore doit présenter deux propriétés essentielles. Il doit avoir tout d'abord des caractéristiques optiques suffisantes, il s'agit ici de ses propriétés de luminescence, il doit émettre d'une manière efficace dans la couleur recherchée. L'autre propriété nécessaire est la conductivité électrique. Le matériau doit en effet pouvoir évacuer les charges lorsqu'il est utilisé dans l'application mentionnée ci-dessus. Le problème réside dans la difficulté d'avoir un matériau réunissant ces deux propriétés à un niveau suffisant. En effet, I'efficacité lumineuse du matériau décroît avec le potentiel d'excitation. En outre, il existe un potentiel minimum d'excitation (Vamin) en deçà duquel le matériau ne présente plus de conductivité. Comme on cherche à utiliser une gamme de potentiel la plus basse possible, de l'ordre de 200 à 800V comme indiqué plus haut, on a donc besoin d'un matériau présentant un Vamin le plus bas possible tout en conservant une efficacité lumineuse suffisante. Le problème qui se pose apparaît donc comme la recherche d'un matériau présentant conjointement une efficacité lumineuse et une conductivité suffisantes dans une gamme de tension correspondant à l'application recherchée (200 800V). L'objet de l'invention est donc la recherche de produits présentant de telles caractéristiques. Dans ce but, l'invention concerne l'utilisation à titre de luminophore dans la fabrication de dispositifs mettant en oeuvre une luminescence basse tension d'un tantalate d'yttrium, de lutécium ou de gadolinium dopé. On s'est aperçu en effet que les tantalates du type mentionné ci-dessus étaient bien adaptés à une telle utilisation. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront encore plus complètement à la lecture de la description qui va suivre. Les tantalates utilisés dans le cadre de la présente invention sont des tantalates d'yttrium, de lutecium ou de gadolinium. En outre, ce sont des tantalates dopés. Le dopage peut se faire par substitution partielle soit sur l'atome de tantale, soit sur l'atome d'yttrium, de lutécium ou de gadolinium. Comme dopant substituant du tantale, on peut mentionner les éléments pentavalents comme par exemple le niobium. Par ailleurs, comme dopant substituant de l'yttrium, du lutécium ou du gadolinium on peut utiliser une terre rare luminescente dans le visible. Elle peut être choisie dans le groupe comprenant le praséodyme, I'europium, le terbium et le thulium. En outre, I'invention s'applique aussi à l'utilisation de tantalates mixtes dopés comprenant dans leur composition du tantale éventuellement dopé et, outre l'yttrium, le lutécium ou le gadolinium. au moins un autre élément choisi parmi ces trois éléments précités ainsi que le lanthane et l'europium et éventuellement au moins un élément dopant qui peut être choisi plus particulièrement parmi les terres rares luminescentes dans le visible. On peut citer comme exemple les tantalates mixtes d'yttrium - lutécium. La teneur en élément dopant et notamment en terre rare luminescente dans le visible est généralement d'au plus 20% et plus particulièrement d'au plus 15%. On utilise de préférence les produits présentant une structure monoclinique M'. A titre d'exemples, on aonne ci-dessous un certain nombre de tantalates utilisables dans le cadre de la présente invention. Comme luminophores bleus. on peut citer ceux de formule (1) YNbxTa1lxO4, x étant supérieur à 0 et au plus égai a 0.15; ceux de formule (2) LuNbxTal xO4, x étant supérieur à 0 et au plus égal à 0,2: ceux de formule (3) Y1 -yTmyTaO4, y étant supérieur à 0 et au plus égal à 0,03: on peut envisager aussi les solution solides des produits de formules (1) et (2) ou (1) et (3). Comme luminophores verts. on peut citer ceux de formule (4) Y1_yTbyTaO4, y étant au moins égal à 0,001 et au plus égal à 0,15; ceux de formule (5) Lul yTbyTaO4, y étant au moins égal à 0.001 et au plus égal à 0, 15; ceux de formule (6) GdlyTbyTaO4, y étant au moins égal à 0,001 et au plus égal à 0,15; ainsi que les solutions solides d'au moins deux des trois produits des formules (4) à (6). De préférence, les produits présentent une taille moyenne de particules d'au plus pm, de préférence d'au plus 5pm (Granulométrie CILAS). Les produits sont préparés par des procédés bien connus qui ne font pas l'objet de l'invention. Habituellement on procède par chamottage des oxydes des éléments rentrant dans la composition des produits en présence éventuellement d'un flux comprenant un alcalin comme le lithium ou un alcalino-terreux comme le baryum. L'invention concerne aussi les dispositifs mettant en oeuvre une luminescence basse tension et qui sont caractérisés en ce qu'ils comprennent un tantalate d'yttrium, de lutécium ou de gadolinium dopé du type décrit ci-dessus. Tout ce qui a été décrit plus haut au sujet de l'utilisation des tantalates s'applique par conséquent aux dispositifs de l'invention. Dans ces dispositifs, les tantalates sont disposés sur les écrans soumis à l'excitation de basse énergie. Cette mise en oeuvre des luminophores dans la fabrication des dispositifs à luminescence basse tension se fait aussi selon des techniques bien connus par exemple par dépôts sur les écrans par sérigraphie ou électrophorèse. L'invention s'applique plus particulièrement aux dispositifs comprenant un écran avec effet de champ. Des exemples vont maintenant être donnés. En ce qui concerne les propriétés de luminescence des produits qui sont données ci-dessous, celles-ci sont mesurées par cathodoluminescence basse tension du produit déposé sans liant sur un substrat transparent dans des conditions d'excitation de 1 pA/mm2 en courant continu. EXEMPLE 1 On utilise un tantalate d'yttrium comprenant du niobium de taille moyenne de 1 Opm et de formule YTa0ogg99Nb0o.0104. Le produit émet une luminescence bleue. Il présente une efficacité lumineuse de 0,2Lm/W à 400V et un Vamin inférieur à 200V. EXEMPLE 2 On utilise un tantalate de lutécium de formule LuTa0,99Nb0,01O4. Il présente une efficacité lumineuse de 0,12Lm/W a 400V et un Vamin inférieur à 200V. Ses coordonnées calorimétriques sont x=0.146 et y=0,069. Sa taille moyenne est de 5pm. REVENDICATIONS 1- Utilisation a titre de luminophore dans la fabrication ae dispositifs mettant en oeuvre une luminescence basse tension d'un tantalate d'yttrium, de lutécium ou de gadolinium dopé. 2- Utilisation selon la revendication 1. dans laquelle le tantalate utilisé est dopé par substitution partielle du tantale par du niobium. 3- Utilisation selon la revendication 1, dans laquelle le tantalate utilisé est dopé par substitution partielle de l'yttrium, du lutécium ou du gadolinium par une terre rare luminescente dans le visible. 4- Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle la terre rare luminescente dans le visible appartient au groupe comprenant le praséodyme, I'europium, le terbium et le thulium. - Utilisation selon l'une des revendications précédentes d'un tantalate mixte dopé comprenant dans sa composition du tantale éventuellement dopé et, outre l'yttrium, le lutécium ou le gadolinium, au moins un autre élément choisi parmi ces trois éléments précités ainsi que le lanthane et l'europium et éventuellement au moins un élément dopant qui peut être choisi plus particulièrement parmi les terres rares luminescentes dans le visible. 6- Dispositif mettant en oeuvre une luminescence basse tension, caractérisé en ce qu'il comprend un tantalate d'yttrium, de lutécium ou de gadolinium dopé. 7- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un tantalate dans lequel le tantalate utilisé est dopé par substitution partielle du tantale par du niobium. 8- Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un tantalate mixte dopé comprenant dans sa composition au tantale éventuellement dopé et, outre l'yttrium, le lutécium ou le gadolinium, au moins un autre élément choisi parmi ces trois éléments précités ainsi que le lanthane et l'europium et éventuellement au moins un élément dopant qui peut être choisi plus particulièrement parmi les terres rares luminescentes dans le visible. 9- Dispositif selon l'une des revendications 6 a 8, caractérisé en ce qu'il comprend un écran avec effet de champ.