[发明专利]发光硼酸盐、结合有此类硼酸盐的材料和制品以及它们的制造方法和设备以及在制品验证中的用途

说明书

优先权声明

本申请要求2011年11月15日提交的美国临时申请61/560,102号的权益。

技术领域

本发明大体上涉及辐射发射性化合物和它们用作防伪材料（security materials）的方法和装置。

背景

发光磷光体化合物是在该化合物被外部能源激发时能够发射出可检测量的处于红外、可见和/或紫外光谱内的辐射的化合物。典型的发光磷光体化合物包括至少基质(host)材料（例如晶格）、发射离子（例如稀土金属离子）和在一些情况下包括“敏化”离子（例如可以吸收能量并将能量转移至发光稀土金属离子的过渡金属离子或不同的稀土金属离子）。通过入射辐射被发射离子(或多种发射离子)吸收或被基质材料和/或敏化离子(或多种敏化离子)吸收、接着能量从基质材料/敏化离子(或多种敏化离子)转移至发射离子(或多种发射离子)，并由发射离子(或多种发射离子)辐射出所转移的能量，从而实现由磷光体化合物产生辐射。

磷光体化合物的所选组分可以使该化合物具有特定的发射性质，包括其激发能量的特定波长和该磷光体化合物的发射离子发出的较高光谱能量输出（“发射”）的特定光谱位置(或多个位置)。但是，并非每一离子在所有基质材料中都会产生发射。在许多实例中，具有发射潜力的辐射被猝灭，或者从吸收离子或基质材料向发射离子的能量转移如此差以致于几乎无法观察到辐射效应。在另一些基质材料中，辐射效应非常大且量子效率接近壹(unity)。

对于产生可观察到的发射的特定磷光体化合物，其发射中具有较高光谱能量含量（或发光输出）的光谱位置（或多个位置）（即其“光谱特征(spectral signature)”）可用于唯一地将该磷光体化合物与其它化合物识别开。该光谱特征主要归因于稀土离子(或多种稀土离子)。但是，由于基质材料对各种发射离子的影响（通常通过晶体场强度和分裂），可能存在光谱扰动。这也适用于所述发射的时间特性(temporal behavior)。

一些磷光体化合物的独特光谱性质使它们非常适用于验证或识别具有特殊价值或重要性的制品（例如纸币、护照、生物样品等）。相应地，已经将具有已知光谱特征的发光磷光体化合物结合到各种类型的制品中以增强检测此类制品的伪造品或赝品或者识别和追踪该制品的能力。例如，发光磷光体化合物已经以添加剂、涂层、和以印刷或其它方式施加的构件(feature)（可在验证或追踪制品的过程中对其进行分析）的形式结合到各种类型的制品中。

包括发光磷光体化合物的制品可使用专门设计的验证设备验证。更特别地，制造商可以将已知磷光体化合物（例如“验证用（authenticating）”磷光体化合物）结合到其“正宗(authentic)”物品中。配置用来检测此类制品的真实性的验证设备具有关于可吸收的激发能量的波长和与验证用磷光体化合物相关的发射的光谱性质的知识（例如已储存的信息和/或各种滤光器）。当供以待验证的样品制品时，验证设备使该制品暴露于具有与发光磷光体化合物的吸收特性的已知波长（其直接或间接导致所需发射）相对应的波长的激发能量下。该验证设备感测和表征该制品可能产生的任何发射的光谱参数。当检测到的发射的光谱信号在与验证用磷光体化合物相对应的检测装置验证参数范围（称作“检测参数空间”）内时，该制品可被认为是正宗的(authentic)。相反，当验证设备没有感测到预期在检测参数空间内的信号时，该制品可被认为是不正宗的（例如假冒或伪造制品）。

上述技术在检测和遏制相对不精细的伪造和假冒活动时是非常有效的。但是，具有适当资源和设备的个人可能能够使用光谱技术测定一些磷光体化合物的组分。然后可以复制该磷光体化合物并与赝品一起使用，由此损害特定的磷光体化合物本来可提供的验证益处。相应地，尽管已经开发出许多磷光体化合物以利于采用上述方式的制品验证，但仍希望开发可以使伪造和假冒活动更困难和/或可证实有益于识别和追踪具有特别意义的制品的更多化合物、与制品一起使用此类化合物的独特方式和制品验证技术。此外，基于后文的本发明详述和所附权利要求，并结合附图和发明背景，本发明的其它合意的特性和特征将变得显而易见。

概述

发光材料的一个实施方式包括硼酸盐、一种或多种稀土离子、和铬。该硼酸盐具有晶体结构并包括第一可替代元素和第二可替代元素。所述稀土离子替代所述第一可替代元素，并且选自钕和镱。所述铬替代所述第二可替代元素。