Étude des processus d'absorption et de transfert d'énergie au sein de matériaux inorganiques luminescents dans le domaine UV et VUV

• Auteur / Autrice : Alexandre Mayolet
• Direction : Jean-Claude Krupa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique nucléaire (Orsay, Essonne ; 1956-2019)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Michel Genet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrans à plasma

Phosphates

Terres rares

Transfert d'énergie

Borates

Mots clés libres

Rendement quantique

Efficacité Quantique

Spectroscopie VUV

Résumé

Le but de ce travail est de trouver un matériau photoluminescent présentant une émission verte, un rendement quantique de luminescence élevé et une faible rémanence. Ll doit pouvoir être mis en œuvre dans les Panneaux à Plasma couleur développés par la société Thomson-TTE-TIV. Un spectrophotomètre VUV mis au point à l'IPN d'Orsay, utilisant le rayonnement synchrotron issu de l'anneau de stockage SUPER-ACQ, rend possible la mesure simultanée des spectres d'excitation de la luminescence et de réflectivité diffuse des composés inorganiques polycristallins. Ce dispositif expérimental nous permet également de déterminer le rendement quantique d'émission du luminophore sur l'ensemble du domaine d'énergie UV-VUV. La synthèse chimique des matériaux ortho- et métaborate de terres rares et ortho- et métaphosphate de terres rares dopés avec des ions lanthanides : trivalents cérium, praséodyme, europium et terbium, a été effectuée. La variation de l'énergie des seuils des mécanismes d'excitation de la luminescence en fonction de la nature et de la structure du réseau hôte est discutée. Nous déterminons notamment l'influence de l'effet néphélauxétique et de l'intensité du champ cristallin sur l'énergie des transitions inter-configurationnelles f-d. La variation du rendement quantique d'émission de l'ion dopant est interprétée dans le modèle de "l'exciton piégé sur le centre impureté". La comparaison des propriétés spectroscopiques des ions cérium et terbium trivalents dans les matrices Y(AG)G permet de mettre en évidence la participation de l'état d'auto-ionisation du centre luminescent qui joue un rôle primordial sur la probabilité des processus de désexcitation non radiatif et donc sur l'efficacité du luminophore. C'est le pouvoir oxydo-réducteur de la matrice d'accueil qui impose au centre luminescent l'énergie de cet état. Dans le modèle des courbes de coordonnées de configuration du centre luminescent, la probabilité de désexcitation non radiative de l'état d'auto-ionisation directement vers l'état fondamental est d'autant plus faible que cet état se situe à haute énergie et que son couplage avec les vibrations du réseau hôte est faible.

The aim of this work is to find a green emitting phosphor showing a high quantum efficiency and a short decay time which can be used in the color Plasma Display Panels developed by Thomson-TTE-TIV company. A VUV spectrophotometer built at IPN Orsay, using the synchrotron radiation from the SUPER-ACQ storage ring as an excitation source, allow us the simultaneous recordings of the luminescence excitation and diffuse reflectivity spectra of the inorganic compounds in the UV-VUV range. In addition, this experimental set-up enable us to determine the luminescence quantum efficiency of phosphors in the whole energy range of investigation. The chemical synthesis of rare-earth ortho- and metaborate and rare-earth ortho­ and metaphosphate doped with trivalent lanthanide ions cerium, praseodymium, europium and terbium have been made. The energy variation of the tresholds of the luminescence excitation mechanisms in function of the nature and the structure of the host matrix is discussed. We have determined the influence of the nephelauxetic effect and the crystal field intensity on the energy of the f-d inter-configurational transitions. The variation of the luminescence quantum efficiency of the dopant ion is interpreted through the "impurity bound exciton" model. The systematic comparison of the cerium and terbium trivalent ions spectroscopic properties in the Y(AG)G host lattice series stands to reason that the self-ionized state of the luminescent center plays an important role in the rate of the non radiative relaxation. It is the redox power of the host matrix which imposes to the luminescent center, the energy of this state. In the configurational coordinate model of the luminescent center, the non radiative de-excitation probability associated with the self-ionized state is lowered when this state is situated at high energy and when its coupling with the vibrational modes of the host is weak.