DE112019006244T5

DE112019006244T5 - UV-emittierender Leuchtstoff, Verfahren zum Herstellen desselben und UV-Anregungs-Lichtquelle

Info

Publication number: DE112019006244T5
Application number: DE112019006244.1T
Authority: DE
Inventors: Norio Ichikawa; Kohei IKEDA
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-08-26
Also published as: JP7313817B2; US20220025258A1; JP2020097639A; CN113227319A; WO2020129916A1

Abstract

Eine UV-Anregungs-Lichtquelle 10A umfasst einen Leuchtstoff 14. Der Leuchtstoff 14 enthält SCxY1-xPO4-Kristalle (0 < x < 1) und erzeugt beim Empfangen von UV-Licht einer ersten Wellenlänge UV-Licht einer zweiten Wellenlänge, die größer ist als die erste Wellenlänge. Ein Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffs 14 schließt einen ersten Schritt, in dem ein Gemisch hergestellt wird, das ein Oxid von Y, ein Oxid von Sc, Phosphorsäure und eine Flüssigkeit enthält, einen zweiten Schritt, in dem die Flüssigkeit verdampft wird, sowie einen dritten Schritt ein, in dem das Gemisch gebrannt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen UV-emittierenden Leuchtstoff, ein Verfahren zum Herstellen desselben sowie eine UV-Anregungs-Lichtquelle.
Technischer Hintergrund
Patentdokument 1 offenbart eine Methode, die sich auf ein Element bezieht, das UV-Licht unter Verwendung einer Excimer-Entladungseinrichtung erzeugt. Dieses Element enthält eine Entladungs-Röhre, eine Entladungseinrichtung und ein lichtemittierendes Material. Die Entladungs-Röhre weist einen mit einer Gasfüllung gefüllten Entladungs-Raum auf und ist wenigstens teilweise durchlässig für UV-Licht. Die Entladungseinrichtung bewirkt eine Excimer-Entladung in dem Entladungs-Raum und hält diese aufrecht. Das lichtemittierende Material schließt einen phosphoreszierenden Körper mit einem Muttergitter (maternal lattice), dargestellt durch die allgemeine Formel (Y_1-x-y-zLu_xSc_yA_z) PO₄. Dabei gilt 0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1, 0 <z < 0,05, und ist A ein Aktivator, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Wismut, Praseodym und Neodym besteht.
Liste der Anführungen
Patentdokumente
[Patentliteratur 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-536282
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Herkömmlicherweise sind UV-Lichtquellen für optische Messung, Sterilisierung, Desinfektion, medizinische Zwecke oder Biochemie eingesetzt worden. Bei UV-Lichtquellen gibt es beispielsweise neben solchen, die durch Excimer-Entladung erzeugtes UV-Licht ausgeben,, oder dergleichen, auch solche, die UV-Licht mit einer Wellenlänge ausgeben, die länger ist als die des UV-Lichts, das durch Strahlen eines Leuchtstoffs mit durch Excimer-Entladung erzeugtem UV-Licht angeregt wird, oder dergleichen. Darüber hinaus wird bei einer solchen UV-Lichtquelle beispielsweise ein für UV-Anregung geeigneter Leuchtstoff benötigt, der eine Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet, wie sie in Patentdokument 1 beschrieben ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen UV-emittierenden Leuchtstoff, der für UV-Anregung eingesetzt werden kann und eine Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet, ein Verfahren zum Herstellen desselben sowie eine UV-Anregungs-Lichtquelle zu schaffen.
Lösung des Problems
Um die oben genannten Probleme zu lösen, enthält ein UV-emittierender Leuchtstoff gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung SC_xY_1-xPO₄ -Kristalle (wobei 0 < x < 1) und empfängt UV-Licht mit einer ersten Wellenlänge, um UV-Licht mit einer zweiten Wellenlänge zu erzeugen, die größer ist als die erste Wellenlänge. Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Herstellen eines UV-emittierenden Leuchtstoffs gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines der oben erwähnten UV-emittierenden Leuchtstoffe, das einen ersten Schritt, in dem ein Gemisch gefertigt wird, das ein Oxid von Yttrium (Y), ein Oxid von Scandium (Sc), Phosphorsäure oder eine Phosphorsäure-Verbindung sowie eine Flüssigkeit enthält, einen zweiten Schritt, in dem die Flüssigkeit verdampft wird, und einen dritten Schritt einschließt, in dem das Gemisch gebrannt wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen UV-emittierenden Leuchtstoff, der für UV-Anregung eingesetzt werden kann und eine Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet, ein Verfahren zum Herstellen desselben sowie eine UV-Anregungs-Lichtquelle zu schaffen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer UV-Anregungs-Lichtquelle 10A zeigt, die einen UV-emittierenden Leuchtstoff gemäß einer Ausführungsform enthält, und einen Querschnitt darstellt, der eine Mittelachse derselben einschließt.
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten UV-Anregungs-Lichtquelle 10A entlang Linie II-II, die einen Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse darstellt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer UV-Anregungs-Lichtquelle 10B zeigt und einen Querschnitt darstellt, der eine Mittelachse derselben einschließt.
4 ist eine Querschnittsansicht der in 3 gezeigten UV-Anregungs-Lichtquelle 10B entlang Linie IV-IV, die einen Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer UV-Anregungs-Lichtquelle 10C zeigt und einen Querschnitt darstellt, der eine Mittelachse derselben einschließt.
6 ist eine Querschnittsansicht der in 5 gezeigten UV-Anregungs-Lichtquelle 10C entlang Linie VI-VI, die einen Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das jeden Prozess eines Verfahrens zum Herstellen eines Leuchtstoffs 14 zeigt.
8 ist eine Darstellung, die schematisch eine in einer Ausführungsform eingesetzte Experimentiervorrichtung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine in einer Ausführungsform erzielte Beziehung zwischen einer Brenntemperatur und einer Lichtemissions-Intensität darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein in einer Ausführungsform erzieltes Lichtemissions-Spektrum für jede Brenntemperatur darstellt.
11 ist ein Diagramm, das eine in einer Ausführungsform erzielte Beziehung zwischen einer Bestandteil-Konzentration von Sc neben P und O und einer Lichtemissions-Intensität darstellt.
12 ist eine Tabelle, die numerische Werte zeigt, auf denen 11 basiert.
13 ist ein Diagramm, das ein Lichtemissions-Spektrum für jede Sc-Konzentration darstellt.
14 ist ein Diagramm, das ein Lichtemissions-Spektrum für jede Sc-Konzentration darstellt.
15 ist ein Diagramm, das eine mit einem Röntgen-Diffraktometer unter Verwendung von CuKa-Strahlen gemessene Beugungsintensitäts-Wellenform jeder Probe mit einer anderen Brenntemperatur darstellt.
16 ist ein vergrößertes und überlagernd dargestelltes Diagramm einer Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform nahe der <200>-Ebene (nahe 2θ/θ=26°) der Beugungsintensitäts-Wellenform bei jeder in 15 gezeigten Brenntemperatur.
17 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Brenntemperatur und der Beugungs-Peak-Intensität der <200>-Ebene darstellt.
18 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform, die der <200>-Ebene entspricht, und der Brenntemperatur darstellt.
19 ist eine Tabelle, die numerische Werte zeigt, auf denen 18 basiert.
20 ist ein Diagramm, das ein bei einem Vergleichsbeispiel erzieltes Lichtemissions-Spektrum für jede Brenntemperatur zeigt.
21 ist ein Diagramm, in dem ein Lichtemissions-Spektrum G11 eines SC:YPO₄-Kristalls mit einer Brenntemperatur von 1600 °C und ein Lichtemissions-Spektrum G12 für den Fall weiterer Zugabe von Bi zu dem SC:YPO₄-Kristall mit der gleichen Brenntemperatur überlagernd dargestellt sind.
22 ist ein Diagramm, das Ergebnisse von Messung von Lichtemissions-Spektren bei Anregung von Proben zeigt, die jeweils unter Einsatz eines Flüssigphasen-Verfahrens und eines Festphasen-Verfahrens hergestellt wurden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein UV-emittierender Leuchtstoff gemäß einer Ausführungsform enthält SC_xY_1-xPO₄-Kristalle (wobei 0 < x < 1) und empfängt UV-Licht mit einer ersten Wellenlänge, um UV-Licht mit einer zweiten Wellenlänge zu erzeugen, die größer ist als die erste Wellenlänge. Gemäß einem vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment kann, wenn der UV-emittierende Leuchtstoff mit einer derartigen Zusammensetzung mit dem UV-Licht mit der ersten Wellenlänge (z. B. ungefähr 172 nm) bestrahlt wird, UV-Licht mit einer Wellenlänge angeregt werden, die länger ist als die des UV-Lichts (insbesondere ungefähr 240 nm). Daher ist es möglich, einen UV-emittierenden Leuchtstoff zu schaffen, der für UV-Anregung eingesetzt werden kann und die Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet.
Bei dem oben erwähnten UV-emittierenden Leuchtstoff kann der molare Zusammensetzungsanteil x von Sc 0,02 oder mehr und 0,6 oder weniger betragen. Dem vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment zufolge, kann, wenn eine Konzentration von Sc in einem derartigen Bereich liegt, die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden.
Bei dem oben erwähnten UV-emittierenden Leuchtstoff kann eine Halbwertsbreite einer Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform einer <200>-Ebene, gemessen mit einem Röntgen-Diffraktometer unter Verwendung von CuKa-Strahlen, 0,25° oder weniger betragen. Dem vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment zufolge kann in diesem Fall die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden.
Des Weiteren ist ein Verfahren zum Herstellen eines UV-emittierenden Leuchtstoffs gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zum Herstellen eines der oben erwähnten UV-emittierenden Leuchtstoffe, das einen ersten Schritt, in dem ein Gemisch gefertigt wird, das ein Oxid von Yttrium (Y), ein Oxid von Scandium (Sc), Phosphorsäure oder eine Phosphorsäure-Verbindung sowie eine Flüssigkeit enthält, einen zweiten Schritt, in dem die Flüssigkeit verdampft wird, und einen dritten Schritt einschließt, in dem das Gemisch gebrannt wird. Ein derartiges Herstellungsverfahren eignet sich zum Herstellen des oben erwähnten UV-emittierenden Leuchtstoffs. Darüber hinaus kann den vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experimenten zufolge mit einem derartigen Flüssigphasen-Verfahren (auch als Lösungs-Verfahren bezeichnet) die Emissions-Intensität von UV-Licht im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem einfach ein Pulver aus einem Oxid von Y, einem Oxid von Sc und Phosphorsäure (oder einer Phosphorsäure-Verbindung) gemischt und gebrannt wird (ein Festphasen-Verfahren), weiter erhöht werden.
In dem ersten Schritt des oben erwähnten Herstellungsverfahrens kann ein Anteil des Oxids von Sc an dem Gemisch ohne die Phosphorsäure und die Phosphorsäure-Verbindung 1,2 Masse-% oder mehr und 47,8 Masse-% oder weniger betragen. Dem vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment zufolge kann, wenn Sc einen derartigen Anteil an dem Gemisch hat, die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden.
In dem dritten Schritt des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens kann eine Brenntemperatur 1050 °C oder mehr betragen. Dem vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment zufolge kann in diesem Fall die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden.
Des Weiteren enthält eine UV-Anregungs-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform einen der oben genannten UV-emittierenden Leuchtstoffe und eine Lichtquelle, die einen UV-emittierenden Leuchtstoff mit UV-Licht einer ersten Wellenlänge bestrahlt. Mit dieser UV-Anregungs-Lichtquelle ist es, wenn einer der oben genannten UV-emittierenden Leuchtstoffe integriert wird, möglich, eine UV-Lichtquelle zu schaffen, die ein lichtemittierendes Material enthält, das für UV-Anregung geeignet ist und eine Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet.
(Details von Ausführungsformen)
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines UV-emittierenden Leuchtstoffs, eines Verfahrens zum Herstellen desselben sowie einer UV-Anregungs-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Des Weiteren werden bei der Beschreibung der Zeichnungen die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und auf wiederholte Beschreibung derselben wird verzichtet.
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer UV-Anregungs-Lichtquelle 10A zeigt, die einen UV-emittierenden Leuchtstoff gemäß einer Ausführungsform enthält, und einen Querschnitt darstellt, der eine Mittelachse derselben einschließt. 2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten UV-Anregungs-Lichtquelle 10A entlang Linie II-II, die einen Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse zeigt. Die UV-Anregungs-Lichtquelle 10A schließt, wie in 1 und 2 gezeigt, einen auf Vakuum ausgepumpten Behälter 11, eine im Inneren des Behälters 11 angeordnete Elektrode 12, eine Vielzahl außerhalb des Behälters 11 angeordneter Elektroden 13, sowie einen an einer Innenfläche des Behälters 11 angeordneten UV-emittierenden Leuchtstoff 14 (im Folgenden einfach als Leuchtstoff bezeichnet) ein.
Der Behälter 11 hat eine Form, beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form. Ein Ende und das andere Ende des Behälters 11 in Richtung seiner Mittelachse sind halbkugelförmig geschlossen, und ein Innenraum 15 des Behälters 11 ist hermetisch abgedichtet. Ein Bestandteil des Materials des Behälters 11 ist beispielsweise Quarzglas. Darüber hinaus ist das Material, aus dem der Behälter 11 besteht, nicht auf Quarzglas beschränkt, sofern es sich um ein Material handelt, das UV-Licht durchlässt, das von dem Leuchtstoff 14 ausgegeben wird. Beispielsweise ist in dem Innenraum 15 Xenon (Xe) als ein Entladungs-Gas eingeschlossen.
Die Elektrode 12 ist beispielsweise ein Streifen aus Metall (metal striatum) und wird von der Außenseite des Behälters 11 in den Innenraum 15 eingeführt. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist die Elektrode 12 spiralförmig gebogen und erstreckt sich von einer Position nahe an dem einen Ende zu einer Position nahe an dem anderen Ende des Behälters 11 in dem Innenraum 15. Die Elektrode 12 ist, wie in 2 gezeigt, in einem Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse des Behälters 11 in einer Mitte des Innenraums 15 angeordnet. Die Elektroden 13 sind beispielsweise Metallfolien, die an einer Außenwandfläche des Behälters 11 haften. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel sind vier Elektroden 13 vorhanden. Die vier Elektroden 13 erstrecken sich in der Richtung der Mittelachse des Behälters 11 und sind in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung des Behälters 11 angeordnet.
Zwischen der Elektrode 12 und den Elektroden 13 wird eine Hochfrequenzspannung angelegt, und in einem Raum zwischen der Elektrode 12 und den Elektroden 13 (d. h. dem Innenraum 15 des Behälters 11) wird ein Entladungs-Plasma erzeugt. Das Entladungs-Gas ist, wie oben beschrieben, in dem Innenraum 15 eingeschlossen, so dass, wenn das Entladungs-Plasma erzeugt wird, das Entladungs-Gas Excimer-Licht emittiert und Vakuum-UV-Licht erzeugt wird. Wenn das Entladungs-Gas Xe ist, beträgt eine Wellenlänge des erzeugten Vakuum-UV-Lichts 172 nm.
Der Leuchtstoff 14 ist in einer Schichtform über der gesamten Innenwandfläche des Behälters 11 angeordnet. Der Leuchtstoff 14 schließt Oxid-Kristalle ein, die Seltenerd-Elemente enthalten, denen ein Aktivator zugesetzt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Aktivator Scandium (Sc). Weiterhin sind die Oxid-Kristalle, die Seltenerd-Elemente enthalten, Oxide von Yttrium (Y) und Phosphor (P), d.h. YPO₄ (Yttriumphosphat). Das heißt, der Leuchtstoff 14 enthält SC_xY_1-xPO₄-Kristalle (wobei 0 < x < 1), und in einer Ausführungsform besteht er aus SC_xY_1-xPO₄-Kristallen. Der Leuchtstoff 14 wird durch das in dem Innenraum 15 erzeugte Vakuum-UV-Licht angeregt und erzeugt UV-Licht mit einer Wellenlänge, die größer ist als die des Vakuum-UV-Lichts (z. B. 241 nm). Das von dem Leuchtstoff 14 erzeugte UV-Licht durchläuft den Behälter 11 und wird über Zwischenräume zwischen der Vielzahl von Elektroden 13 von dem Behälter 11 nach außen ausgegeben. Das heißt, die Elektrode 12, die Elektroden 13 und das Entladungs-Gas in dem Innenraum 15 bilden eine Lichtquelle, die den Leuchtstoff 14 mit UV-Licht einer ersten Wellenlänge (z.B. 172 nm) bestrahlt. Dann empfängt der Leuchtstoff 14 das UV-Licht mit der ersten Wellenlänge und erzeugt UV-Licht mit einer zweiten Wellenlänge (z. B. 241 nm), die größer ist als die erste Wellenlänge. Eine Schichtdicke des Leuchtstoffs 14 beträgt beispielsweise 0,1 µm oder mehr und 1 mm oder weniger.
Wie in den Beispielen dargestellt, die weiter unten beschrieben werden, kann ein molarer Anteil von Sc an der Zusammensetzung ohne die Bestandteile P und O, d. h. ein Zusammensetzungsanteil x von Sc, 0,02 oder mehr oder 0,6 oder weniger betragen. Das heißt, eine Konzentration von Sc (die im Folgenden der Einfachheit halber als Sc-Konzentration bezeichnet werden kann) in den Bestandteilen ohne P und O kann 2 Mol-% oder mehr oder 60 Mol-% oder weniger betragen. In diesem Fall kann die Emissions-Intensität von UV-Licht (d. h. Effizienz von Umwandlung der Energie von UV-Licht mit einer ersten Wellenlänge in UV-Licht mit einer zweiten Wellenlänge) deutlich erhöht werden. Als Alternative dazu kann der Anteil x von Sc 0,03 oder mehr, 0,04 oder mehr, oder 0,05 oder mehr betragen. Das heißt, die Sc-Konzentration kann 3 Mol-% oder mehr, 4 Mol-% oder mehr oder 5 Mol-% oder mehr betragen. Bei einem derartigen Konzentrationsniveau kann die Emissions-Intensität von UV-Licht mit zunehmender Konzentration weiter erhöht werden. Des Weiteren kann der Anteil x von Sc 0,5 oder weniger, 0,4 oder weniger, oder 0,3 oder weniger betragen. Das heißt, die Sc-Konzentration kann 50 Mol-% oder weniger, 40 Mol-% oder weniger oder 30 Mol-% oder weniger betragen. Bei einem derartigen Konzentrationsniveau kann die Emissions-Intensität von UV-Licht mit abnehmender Konzentration weiter erhöht werden.
Ein Kristallisationsgrad des Leuchtstoffs 14 ändert sich entsprechend einer Sintertemperatur. Wie in den folgenden Beispielen gezeigt, kann eine Halbwertsbreite einer Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform der <200>-Ebene des Leuchtstoffs 14, gemessen mit einem Röntgen-Diffraktometer (XRD) unter Verwendung von CuKa-Strahlen (einer Wellenlänge von 1,54 Ä), 0,25° oder weniger betragen. Auch in diesem Fall kann die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden. Als Alternative dazu kann diese Halbwertsbreite 0,20° oder weniger, 0,18° oder weniger oder 0,16° oder weniger betragen. In diesem Fall kann die Emissions-Intensität von UV-Licht weiter erhöht werden.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer anderen UV-Anregungs-Lichtquelle 10B zeigt, die einen UV-emittierenden Leuchtstoff enthält, und einen Querschnitt darstellt, der eine Mittelachse derselben einschließt. 4 ist eine Querschnittsansicht der in 3 gezeigten UV-Anregungs-Lichtquelle 10B entlang Linie IV-IV, die einen Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse darstellt. Die UV-Anregungs-Lichtquelle 10B schließt, wie in 3 und 4 gezeigt, einen Behälter 11, eine Elektrode 12, eine Vielzahl von Elektroden 13 sowie einen Leuchtstoff 14 ein. Ein Unterschied zwischen der UV-Anregungs-Lichtquelle 10B und der oben erwähnten UV-Anregungs-Lichtquelle 10A besteht in einer Form des Behälters 11 und der Elektrode 12.
Das heißt, der Behälter 11 der UV-Anregungs-Lichtquelle 10B hat eine aus zwei Zylindem bestehende Form und umfasst einen äußeren zylindrischen Teil 11a sowie einen inneren zylindrischen Teil 11b. Ein Spalt zwischen dem inneren zylindrischen Teil 11b und dem äußeren zylindrischen Teil 11a ist an beiden Enden des Behälters 11 in der Richtung der Mittelachse geschlossen und bildet den luftdicht abgeschlossenen Innenraum 15. Des Weiteren ist die Elektrode 12 im Inneren des inneren zylindrischen Teils 11b angeordnet. Die Elektrode 12 ist beispielsweise eine Metallschicht, die an einer Innenwandfläche des inneren zylindrischen Teils 11b ausgebildet ist. Die Elektrode 12 erstreckt sich von einer Position nahe an einem Ende bis zu einer Position nahe an dem anderen Ende des inneren zylindrischen Teils 11 b.
5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer anderen UV-Anregungs-Lichtquelle 10C zeigt, die einen UV-emittierenden Leuchtstoff enthält, und einen Querschnitt darstellt, der eine Mittelachse derselben einschließt. 6 ist eine Querschnittsansicht der in 5 gezeigten UV-Anregungs-Lichtquelle 10C entlang Linie VI-VI, die einen Querschnitt senkrecht zu der Mittelachse darstellt. Die UV-Anregungs-Lichtquelle 10C schließt, wie in 5 und 6 gezeigt, einen Behälter 11, eine Elektrode 12, eine Elektrode 13 sowie einen Leuchtstoff 14 ein. Ein Unterschied zwischen der UV-Anregungs-Lichtquelle 10C und der oben erwähnten UV-Anregungs-Lichtquelle 10A besteht in einer Ausführung der Elektroden 12 und 13.
Das heißt, die Elektrode 12 der UV-Anregungs-Lichtquelle 10C ist außerhalb des zylindrischen Behälters 11 angeordnet. Bei einem Beispiel ist die Elektrode 12 eine Metallschicht, die an einer Außenwandfläche des Behälters 11 ausgebildet ist. Des Weiteren ist die Elektrode 13 an der Außenwandfläche des Behälters 11 an einer Position angeordnet, die der Elektrode 12 zugewandt ist, wobei sich die Mittelachse dazwischen befindet. Die Elektroden 12 und 13 erstrecken sich in einer Richtung der Mittelachse desselben.
Auch bei den oben erwähnten UV-Anregungs-Lichtquellen 10B und 10C wird beim Anlegen einer Hochspannung zwischen den Elektroden 12 und 13 ein Entladungs-Plasma in dem Innenraum 15 des Behälters 11 ausgebildet. Dann emittiert das Entladungs-Gas Excimer-Licht, und Vakuum-UV-Licht wird erzeugt. Der Leuchtstoff 14 wird durch das in dem Innenraum 15 erzeugte Vakuum-UV-Licht angeregt und erzeugt UV-Licht mit einer Wellenlänge, die größer ist als die des Vakuum-UV-Lichts. Das von dem Leuchtstoff 14 erzeugte UV-Licht durchläuft den äußeren zylindrischen Teil 11a des Behälters 11 und wird über einen Zwischenraum zwischen der Vielzahl von Elektroden 13 oder einen Zwischenraum zwischen den Elektroden 12 und 13 zur Außenseite des Behälters 11 ausgegeben.
7 ist ein Flussdiagramm, das jeden in einem Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffs 14 eingeschlossenen Prozess zeigt. Zunächst wird in einem ersten Schritt S11 ein Gemisch gefertigt, das ein Oxid von Y (Y₂O₃), ein Oxid von Sc (Sc₂O₃), Phosphorsäure (H₃PO₄) oder eine Phosphorsäure-Verbindung (z.B. Ammoniumdihydrogenphosphat (NH₄H₂PO₄)) und eine Flüssigkeit (z.B. reines Wasser) enthält. Dabei werden das Oxid von Y, das Oxid von Sc und die Phosphorsäure in die in dem Behälter enthaltene Flüssigkeit gegeben und ausreichend gerührt. Eine zum Rühren erforderliche Zeit beträgt beispielsweise 24 Stunden. Dadurch werden die Phosphorsäure und jedes Oxid in dem Behälter miteinander zur Reaktion gebracht und gealtert.
In diesem ersten Schritt S11 kann ein Anteil des Oxids von Sc an dem Gemisch 1,2 Masse-% oder mehr und 47,8 Masse-% oder weniger betragen. So kann der geeignete Leuchtstoff 14, bei dem eine Konzentration von Sc in den Bestandteilen ohne P und O 2 Mol-% oder mehr und 60 Mol-% oder weniger beträgt (d.h. ein Zusammensetzungsanteil x von Sc beträgt 0,02 oder mehr und 0,6 oder weniger) gefertigt werden. Als Alternative dazu kann der Anteil des Oxids von Sc an dem Gemisch 1,9 Masse-% oder mehr, 2,5 Masse-% oder mehr oder 3,1 Masse-% oder mehr betragen. Des Weiteren kann der Anteil des Oxids von Sc an dem Gemisch 37,9 Masse-% oder weniger, 28,9 Masse-% oder weniger oder 20,7 Masse-% oder weniger betragen.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt S12 das oben beschriebene Gemisch erhitzt, um die Flüssigkeit zu verdampfen. Auf diese Weise wird ein pulverförmiges Gemisch gefertigt, das durch Entfemen der Flüssigkeit aus dem oben beschriebenen Gemisch gewonnen wird. Bei einem Beispiel liegt die Temperatur zum Erhitzen im Bereich von 100 bis 300 °C und liegt eine Zeit zum Erhitzen im Bereich von 1 bis 5 Stunden.
Anschließend wird in einem dritten Schritt S13 das Gemisch gebrannt (wärmebehandelt). Im Einzelnen wird das in einen Tiegel gegebene Gemisch zunächst in einem Wärmebehandlungsofen (z. B. einen Elektroofen) platziert. Danach wird das Gemisch an Luft wärmebehandelt und anschließend gebrannt. Die Brenntemperatur liegt dabei beispielsweise bei 1050 °C oder darüber und 1700 °C oder darunter. Eine Brenndauer liegt beispielsweise im Bereich von 1 bis 100 Stunde/n. Dadurch kommt es zum Kristallisieren der Bestandteile des Gemischs. Die Brenntemperatur kann beispielsweise auch bei 1100 °C oder darüber, 1200 °C oder darüber, 1300 °C oder darüber, 1400 °C oder darüber oder 1500 °C oder darüber liegen. In einer Ausführungsform beträgt die Brenntemperatur 1600 °C. In dem Temperaturbereich von 1600 °C oder darunter nimmt ein Kristallisationsgrad des Leuchtstoffs 14 mit steigender Brenntemperatur zu, und kann die Emissions-Intensität von UV-Licht weiter erhöht werden.
Anschließend wird in einem vierten Schritt S14 das gebrannte Gemisch in Form einer Schicht an der Innenwandfläche des Behälters 11 angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt kann das pulverförmige Gemisch unverändert auf die Innenwandfläche des Behälters 11 aufgebracht werden, oder es kann ein Sedimentations-Verfahren eingesetzt werden. Das Sedimentations-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem das pulverförmige Gemisch in eine Flüssigkeit, beispielsweise Alkohol, gegeben wird, das Gemisch in der Flüssigkeit mit Hilfe von Ultraschallwellen oder dergleichen dispergiert wird, sich das Gemisch von selbst an der Innenwandfläche des Behälters 11, angeordnet an einem Bodenabschnitt der Flüssigkeit, absetzt und dann getrocknet wird. Beim Einsatz eines derartigen Verfahrens kann das Gemisch mit gleichmäßiger Dichte und Dicke an der Innenwandfläche des Behälters 11 aufgebracht werden. Auf diese Weise wird der Leuchtstoff 14 an der Innenwandfläche des Behälters 11 ausgebildet.
Anschließend, kann in einem fünften Schritt S15 der Leuchtstoff 14 erneut gebrannt (wärmebehandelt) werden. Dieses Brennen erfolgt an Luft, um den Alkohol ausreichend zu verdampfen und die Adhäsion zwischen dem Behälter 11 und dem Gemisch sowie zwischen den Gemischen zu verstärken. Die Brenntemperatur beträgt dabei beispielsweise 1100 °C, und die Brenndauer beträgt beispielsweise 2 Stunden.
Außerdem wird das Gemisch, wie oben beschrieben, an der Innenwandfläche des Behälters 11 aufgebracht, nachdem das Gemisch gebrannt wurde, das Gemisch vor dem Brennen kann aber auch gebrannt werden, nachdem das Gemisch an der Innenwandfläche des Behälters 11 aufgebracht wurde. In diesem Fall kann das Gemisch an der Innenwandfläche des Behälters 11 unter Einsatz des oben beschriebenen Sedimentations-Verfahrens aufgebracht werden, oder es kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem mit einer organischen Substanz als einem Bindemittel gemischt wird, das Gemisch aufgebracht wird und dies dann gebrannt wird, um es zu entfernen.
Im Folgenden werden Effekte beschrieben, wie sie mit dem Leuchtstoff 14, dem Verfahren zum Herstellen desselben sowie den UV-Anregungs-Lichtquellen 10A bis 10C der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden, wie sie oben beschrieben sind. Der Leuchtstoff 14 enthält, wie oben beschrieben, die SC_xY_1-xPO₄ -Kristalle (wobei 0 < x < 1). Einem vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten und weiter unten beschriebenen Experiment zufolge kann, wenn der Leuchtstoff 14 mit einer derartigen Zusammensetzung mit Vakuum-UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von beispielsweise 172 nm bestrahlt wird, UV-Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 240 nm (in dem Experiment 241 nm) angeregt werden. Daher ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Leuchtstoff 14 zu schaffen, der für UV-Anregung eingesetzt werden kann und eine Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet.
Das Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffs 14 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt, wie in 7 gezeigt, des Weiteren den ersten Schritt S11, in dem das Gemisch gefertigt wird, das das Oxid von Y, das Oxid von Sc, die Phosphorsäure und die Flüssigkeit enthält, den zweiten Schritt S12, in dem das Gemisch erhitzt wird, um die Flüssigkeit zu verdampfen, sowie den dritten Schritt S13 ein, in dem das Gemisch gebrannt wird. Dieses Herstellungsverfahren eignet sich zum Herstellen des Leuchtstoffs 14. Darüber hinaus kann, wie in den weiter unten beschriebenen Beispielen gezeigt wird, bei Einsatz eines derartigen Flüssigphasen-Verfahrens (auch als Lösungs-Verfahren bezeichnet) die Emissions-Intensität von UV-Licht im Vergleich zu dem Verfahren weiter erhöht werden, bei dem das Oxid von Y, das Oxid von Sc und das auf Phosphorsäure basierende Pulver lediglich gemischt und gebrannt werden (Festphasen-Verfahren),.
Die Konzentration von in dem YPO₄ -Kristall enthaltenen Sc kann, wie oben beschrieben, 2 Mol-% oder mehr und 60 Mol-% oder weniger betragen. Aus diesem Grund kann auch in dem ersten Schritt S11 der Anteil des Oxids von Sc an dem Gemisch 1,2 Masse-% oder mehr und 47,8 Masse-% oder weniger betragen. Dem weiter unten beschriebenen, vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment zufolge, kann, wenn die Konzentration von Sc in einem derartigen Bereich liegt, die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden.
Wie oben beschrieben, kann die Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform der <200>-Ebene, gemessen mit einem Röntgen-Diffraktometer unter Verwendung von CuKa-Strahlen, 0,25° oder weniger betragen. Aus diesem Grund kann des Weiteren in dem dritten Schritt S13 die Brenntemperatur auf 1050 °C oder höher eingestellt werden. Dem weiter unten beschriebenen, vom Autor der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Experiment zufolge kann in diesem Fall die Emissions-Intensität von UV-Licht deutlich erhöht werden.
Des Weiteren schließen die UV-Anregungs-Lichtquellen 10A bis 10C gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Leuchtstoff 14 und die Lichtquelle (die Elektroden 12 und 13 sowie das Entladungs-Gas) ein, die den Leuchtstoff 14 mit UV-Licht bestrahlt. Mit diesen UV-Anregungs-Lichtquellen 10 À 10C ist es, wenn der Leuchtstoff integriert wird, möglich, eine UV-Lichtquelle zu schaffen, die ein lichtemittierendes Material enthält, das für UV-Anregung geeignet ist und eine Zusammensetzung hat, die sich von einer herkömmlichen Zusammensetzung unterscheidet.
(Erstes Beispiel)
Im Folgenden wird ein erstes Beispiel der oben dargestellten Ausführungsform beschrieben. Der Autor der vorliegenden Offenbarung hat unter Einsatz des im Folgenden beschriebenen Verfahrens eine Vielzahl von Proben (Sc: YPO₄) als den Leuchtstoff 14 gefertigt. Zunächst wurden Y₂O₃, SC₂O₃, und H₃PO₄ mit reinem Wasser gemischt, um eine Vielzahl von Gemischen herzustellen. Dabei unterschieden sich die Anteile von SC₂O₃ in jedem Gemisch jeweils voneinander, so dass die Konzentration von Sc in den Bestandteilen ohne P und O jeder Probe 0 Mol-%, 2 Mol-%, 5 Mol-%, 8 Mol-%, 10 Mol-%, 12 Mol-%, 15 Mol-%, 20 Mol-%, 40 Mol-%, 60 Mol-%, 80 Mol-% bzw. 100 Mol-% betrug. Anschließend wurde jedes Gemisch über 24 Stunden so gerührt, das Y₂O₃, Sc₂O₃, und H₃PO₄ miteinander reagieren konnten und alterten. Dann wurde das Gemisch erhitzt, um das reine Wasser zu verdampfen und ein pulverförmiges Gemisch zu erhalten. Anschließend wurde das Gemisch an Luft gebrannt. Dabei wurde die Probe mit einer Sc-Konzentration von 5 Mol-% weiter in eine Vielzahl von Proben aufgeteilt, von denen eine nicht gebrannt wurde und die anderen Proben bei 800 °C, 1000 °C, 1100 °C, 1200 °C, 1400 °C, 1500 °C, 1600 °C bzw. 1700 °C gebrannt wurden. Des Weiteren wurde für die 2-Mol-%-, 8-Mol-%-, 10-Mol-%-, 12-Mol-%-, 15-Mol-%- und 20-Mol-%-Proben unter den Proben mit anderen Sc-Konzentrationen die Brenntemperatur auf 1600 °C festgelegt. Für die 0-Mol-%-, 40-Mol-%- sowie die 60-Mol-%-Proben wurde die Brenntemperatur auf 1400 °C und 1600 °C festgelegt, und für die 80-Mol-%- sowie die 100-Mol-%-Proben wurde die Brenntemperatur auf 1400 °C festgelegt. Die Brenndauer betrug 2 Stunden. Anschließend wurden die Proben mit dem oben erwähnten Sedimentations-Verfahren in Form einer Schicht auf scheibenförmige Quarz-Substrate aufgebracht. Anschließend wurden sie bei 1100 °C über 2 Stunden an Luft gebrannt.
8 ist eine Darstellung, die schematisch eine Experimentiervorrichtung zeigt, die bei den vorliegenden Beispielen eingesetzt wurde. Diese Vorrichtung 30 schließt eine UV-Lichtquelle 32 ein, die so angeordnet ist, dass sie einer Probe 35 auf einem Quarz-Substrat 34 zugewandt ist. Die UV-Lichtquelle 32 ist eine Excimer-Lampe (hergestellt von Hamamatsu Photonics), bei der Xe, das als ein Entladungs-Gas dient, in einem Glasbehälter eingeschlossen ist. Eine Emissions-Wellenlänge der UV-Lichtquelle 32 beträgt 172 nm. Von dieser UV-Lichtquelle 32 wurde die Probe 35 auf dem Quarz-Substrat 34 mit UV-Licht UV1 bestrahlt. Ein Ende eines Lichtwellenleiters 36 liegt einer Rückseite des Quarz-Substrats 34 gegenüber (einer Fläche, die einer Fläche gegenüberliegt, an der die Probe 35 angeordnet ist), und das andere Ende des Lichtwellenleiters 36 ist mit einem Spektraldetektor 37 verbunden (Photonic Multi-Analyzer PMA-12, Modell Nr. C10027-01, hergestellt von Hamamatsu Photonics). Neben dem durch Anregen der Probe 35 mit dem UV-Licht UV1 erzeugten UV-Licht UV2 wurde das durch das Quarz-Substrat 34 durchgelassene UV-Licht UV2 über den Lichtwellenleiter 36 in den Spektraldetektor 37 eingeleitet und wurde die Messung durchgeführt.
9 ist ein Diagramm, das eine mit der Vorrichtung 30 erzielte Beziehung zwischen der Brenntemperatur und der Lichtemissions-Intensität zeigt. Des Weiteren ist 10 ein Diagramm, das ein mit der Vorrichtung 30 für jede Brenntemperatur erzieltes Lichtemissions-Spektrum zeigt. Wie aus 9 und 10 ersichtlich wird, ist die Lichtemissions-Intensität am höchsten, wenn die Brenntemperatur 1600 °C beträgt, und nimmt die Lichtemissions-Intensität allmählich zu, wenn die Brenntemperatur bis auf 1600 °C steigt. Insbesondere wird die Lichtemissions-Intensität von 1000 °C bis 1100 °C deutlich erhöht. Das heißt, wenn die Brenntemperatur auf 1050 °C oder darüber eingestellt wird, kann die Lichtemissions-Intensität deutlich erhöht werden. Auch wird, obwohl die Lichtemissions-Intensität abnimmt, wenn die Brenntemperatur 1600 °C übersteigt, ausreichende Lichtemissions-Intensität selbst dann erzielt, wenn die Brenntemperatur 1700 °C beträgt.
11 ist ein Diagramm, das eine mit der Vorrichtung 30 erzielte Beziehung zwischen der Konzentration von Sc in den Bestandteilen ohne P und O und der Lichtemissions-Intensität zeigt. Außerdem ist in der Figur o eine Darstellung für einen Fall, in dem die Brenntemperatur 1600 °C beträgt, und ist Δ eine Darstellung für einen Fall, in dem die Brenntemperatur 1400 °C beträgt. 12 ist eine Tabelle, die numerische Werte zeigt, auf denen 11 basiert. Des Weiteren sind 13 und 14 Diagramme, die mit der Vorrichtung 30 erzielte Lichtemissions-Spektren für jede Sc-Konzentration zeigen. Wie aus 11 und 14 ersichtlich wird, ist die Lichtemissions-Intensität am höchsten, wenn die Sc-Konzentration 5 Mol-% beträgt, und wird eine relativ hohe Lichtemissions-Intensität im Bereich von 2 Mol-% bis 60 Mol-% erzielt. Im Bereich über 40 Mol-% nimmt die Lichtemissions-Intensität jedoch allmählich ab, wenn die Sc-Konzentration zunimmt.
Im Folgenden werden Ergebnisse von Untersuchung einer Beziehung zwischen der Brenntemperatur und Kristallinität der Proben beschrieben. 15 ist ein Diagramm, das eine mit einem Röntgen-Diffraktometer unter Verwendung von CuKa-Strahlen gemessene Beugungsintensitäts-Wellenform aller Proben (bei der die Sc-Konzentration 5 Mol-% beträgt) mit unterschiedlichen Brenntemperaturen zeigt. In der Figur ist auch die Brenntemperatur dargestellt, die jeder Beugungsintensitäts-Wellenform entspricht. Des Weiteren steht eine in der Figur gezeigte Vielzahl numerischer Werte A für eine Kristallebenenausrichtung, die einem Peak jeder Beugungsintensitäts-Wellenform entspricht. In 15 ist zu erkennen, dass eine schwache Beugungslinie auftritt, wenn die Brenntemperatur 400 °C überschreitet. Darüber hinaus wird die Beugungslinie mit steigender Brenntemperatur deutlicher und nimmt die Intensität des Beugungs-Peaks zu.
16 ist ein vergrößertes und überlagernd dargestelltes Diagramm der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform nahe der <200>-Ebene (nahe 2θ/θ=26°) der Beugungsintensitäts-Wellenform bei jeder in 15 gezeigten Brenntemperatur. Des Weiteren ist 17 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Brenntemperatur und der Beugungs-Peak-Intensität der <200>-Ebene zeigt. Aus 17 ist zu ersehen, dass die Beugungs-Peak-Intensität der <200>-Ebene mit zunehmender Brenntemperatur allmählich zunimmt, jedoch bei einer Brenntemperatur von ungefähr 1100 °C Sättigung beginnt und bei einer Brenntemperatur von ungefähr 1200 °C vollständige Sättigung eintritt.
Des Weiteren ist 18 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform, die der <200>-Ebene entspricht, und der Brenntemperatur zeigt. 19 ist eine Tabelle, die numerische Werte zeigt, auf denen 18 basiert. Aus 18 und 19 ist zu ersehen, dass die Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform der <200>-Ebene mit zunehmender Brenntemperatur allmählich kleiner wird, bei einer Brenntemperatur um 1400 °C herum jedoch Sättigung eintritt. Die Halbwertsbreite beträgt dabei etwa 0,16°. Darüber hinaus ist aus 18 zu ersehen, dass die Halbwertsbreite, wenn die Brenntemperatur 1050 °C beträgt, 0,25° beträgt, und wenn die Brenntemperatur 1100 °C beträgt, ungefähr 0,2° beträgt.
Obwohl sich die Beugungs-Peak-Intensität in Abhängigkeit von Bestrahlungsbedingungen, beispielsweise einer Röntgenstrahl-Intensität und einer Bestrahlungszeit, ändert, ist die Halbwertsbreite des Beugungsintensitäts-Peaks ein qualitativer Wert, der entsprechend der Kristallinität bestimmt wird und somit nicht von den Bedingungen der Röntgenbestrahlung abhängig ist. Das heißt, die Brenntemperatur beim Fertigen der Proben kann durch die Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform ersetzt werden, und die Brenntemperatur zum Zeitpunkt des Fertigens der Proben kann ermittelt werden, indem die Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform gemessen wird. Die Halbwertsbreite der Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform der <200>-Ebene in dem in der obigen Ausführungsform beschriebenen Leuchtstoff 14 entspricht der Brenntemperatur in dem dritten Schritt S13 beim Herstellen des Leuchtstoffs 14.
(Erstes Vergleichsbeispiel)
Im Folgenden wird ein Vergleichsbeispiel zu der oben dargestellten Ausführungsform beschrieben. Der Autor der vorliegenden Offenbarung fertigte eine Vielzahl von Proben, denen zusätzlich zu Sc als Aktivator Bi zugesetzt wurde, und untersuchte deren Lichtemissions-Eigenschaften. Darüber hinaus sind ein Herstellungsverfahren und eine Experimentiervorrichtung, bis auf die Tatsache, dass dem Material Bi₂O₃ zugesetzt wurde, die gleichen wie in der oben dargestellten Ausführungsform. Jedoch betrug eine Konzentration von Sc in Bestandteilen ohne P und O 5 Mol-% und betrug eine Konzentration von Bi 0,5 Mol-%. Des Weiteren betrug die Brenntemperatur jeder Probe 1000 °C, 1200 °C, 1400 °C und 1600 °C. 20 ist ein Diagramm, das ein in den vorliegenden Beispielen erzieltes Lichtemissions-Spektrum für jede Brenntemperatur darstellt. Aus 20 ist zu ersehen, dass die Proben UV-Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 240 nm auch dann emittieren, wenn Bi zugesetzt ist. Darüber hinaus ist zu ersehen, dass die Lichtemissions-Intensität mit zunehmender Brenntemperatur zunimmt, und die maximale Lichtemissions-Intensität bei 1600 °C erzielt wird.
Es treten jedoch die im Folgenden aufgeführten Unterschiede zwischen dem Fall, in dem Bi zugesetzt ist, und dem Fall auf, in dem Bi nicht zugesetzt ist. 21 ist ein Diagramm, in dem ein Lichtemissions-Spektrum G11 eines SC:YPO₄-Kristalls mit einer Brenntemperatur von 1600 °C und ein Lichtemissions-Spektrum G12 für den Fall weiterer Zugabe von Bi zu dem SC:YPO₄-Kristall mit der gleichen Brenntemperatur überlagernd dargestellt sind. Unter Bezugnahme auf 21 wird ersichtlich, dass Peak-Intensitäten des gleichen Grades erzielt werden, jedoch auch eine Halbwertsbreite einer Peak-Wellenform des Lichtemissions-Spektrums G11 größer ist als eine Halbwertsbreite einer Peak-Wellenform des Lichtemissions-Spektrums G12. Das heißt, die Gesamtmenge an Licht, die durch Integrieren dieser Lichtemissions-Spektren G11 und G12 emittiert wird, ist bei dem Sc:YPO₄-Kristall, dem Bi nicht zugesetzt ist, größer als in dem Fall, in dem dem SC:YPO₄-Kristall Bi zugesetzt wird.
(Zweites Beispiel)
Im Folgenden wird ein zweites Beispiel der oben dargestellten Ausführungsform beschrieben. Der Autor der vorliegenden Offenbarung fertigte jeweils unter Einsatz des Flüssigphasen-Verfahrens und des Festphasen-Verfahrens eine Vielzahl von Proben (SC:YPO₄) als den Leuchtstoff 14.
<Herstellung im Flüssigphasen-Verfahren>
Um 2 g SC:YPO₄ mit 5 Mol-% zu fertigen, wurden 0,038 g SC₂O₃-Pulver und 1,181 g Y₂O₃-Pulver abgewogen. Diese wurden H₃PO₄ (flüssig) beigemischt, um ein Gemisch zu fertigen. Anschließend wurde das Gemisch durch Erhitzen in einem Elektroofen (1600 °C an Luft) gebrannt.
<Herstellung im Festphasen-Verfahren>
Um 2 g Sc:YO₄ mit 5 Mol-% zu fertigen, wurden 0,038 g Sc₂O₃-Pulver, 1,181 g Y₂O₃-Pulver und 1,266 g NH₄H₂PO₄-Pulver abgewogen. Diese wurden gemischt, um ein Gemisch zu fertigen, das dann durch Erhitzen in einem Elektroofen (1600 °C an Luft) gebrannt wurde.
Anschließend wurde jeweils eine mit dem Flüssigphasen-Verfahren und dem Festphasen-Verfahren gefertigte Probe in Form einer Schicht auf ein Quarz-Substrat aufgebracht, und dieses wurde mit einer Xe-Lampe (Wellenlänge 172 nm) angeregt, um ein Lichtemissions-Spektrum zu messen. 22 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse darstellt. In der Figur zeigt eine Kurve G1 mit dem Flüssigphasen-Verfahren erzielte Ergebnisse und zeigt eine Kurve G2 mit dem Festphasen-Verfahren erzielte Ergebnisse. Wie in der Figur dargestellt ist, waren bei dem Flüssigphasen-Verfahren sowohl ein Peak-Wert der Lichtemissions-Intensität als auch eine Gesamtmenge der Lichtemission größer als bei dem Festphasen-Verfahren.
Der UV-emittierende Leuchtstoff, das Verfahren zum Herstellen des UV-emittierenden Leuchtstoffs und die UV-Anregungs-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die Beispiele der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt und sollen durch die Ansprüche repräsentiert werden und alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Schutzumfangs äquivalent zu den Ansprüchen einschlie-ßen.
Obwohl in der oben dargestellten Ausführungsform die Excimer-Lampe als Lichtquelle für die Bestrahlung des UV-emittierenden Leuchtstoffs mit UV-Licht beispielhaft angeführt ist, ist die Lichtquelle nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene andere lichtemittierende Vorrichtungen eingesetzt werden, die in der Lage sind, UV-Licht auszugeben. Des Weiteren schließt, obwohl in der oben dargestellten Ausführungsform der Sc_xY_1-xPO₄-Kristall, der kein Bi enthält, beispielhaft angeführt ist, dies nicht aus, dass im Rahmen der Gewährleistung der Effekte der oben dargestellten Ausführungsform eine geringe Menge an Bi zugesetzt wird.
Bezugszeichenliste

10A, 10B, 10C: UV-Anregungs-Lichtquelle
11: Behälter
12, 13: Elektrode
14: UV-emittierender Leuchtstoff
30: Vorrichtung
32: UV-Lichtquelle
34: Quarz-Substrat
35: Probe
36: Lichtwellenleiter
37: Spektraldetektor
UV1, UV2: UV-Licht

Claims

UV-emittierender Leuchtstoff, der SC_xY_1-xPO₄ -Kristalle (0<x<1) enthält und UV-Licht mit einer ersten Wellenlänge empfängt, um UV-Licht mit einer zweiten Wellenlänge zu erzeugen, die größer ist als die erste Wellenlänge.
UV-emittierender Leuchtstoff nach Anspruch 1, wobei ein molarer Anteil x von Sc an der Zusammensetzung 0,02 oder mehr und 0,6 oder weniger beträgt.
UV-emittierender Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Halbwertsbreite einer Beugungsintensitäts-Peak-Wellenform einer <200>-Ebene, gemessen mit einem Röntgen-Diffraktometer unter Verwendung von CuKa-Strahlen, 0,25° oder weniger beträgt.
Verfahren zum Herstellen des UV-emittierenden Leuchtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: einen ersten Schritt, in dem ein Gemisch gefertigt wird, das ein Oxid von Yttrium (Y), ein Oxid von Scandium (Sc), Phosphorsäure oder eine Phosphorsäure-Verbindung sowie eine Flüssigkeit enthält; einen zweiten Schritt, in dem die Flüssigkeit verdampft wird; und einen dritten Schritt, in dem das Gemisch gebrannt wird.
Verfahren zum Herstellen des UV-emittierenden Leuchtstoffs nach Anspruch 4, wobei in dem ersten Schritt ein Anteil des Oxids von Sc an dem Gemisch ohne die Phosphorsäure und die Phosphorsäure-Verbindung 1,2 Masse-% oder mehr und 47,8 Masse-% oder weniger beträgt.
Verfahren zum Herstellen des UV-emittierenden Leuchtstoffs nach Anspruch 4 oder 5, wobei in dem dritten Schritt eine Brenntemperatur auf 1050 °C oder höher eingestellt wird.
UV-Anregungs-Lichtquelle, die umfasst: den UV-emittierenden Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3; sowie eine Lichtquelle, die den UV-emittierenden Leuchtstoff mit UV-Licht der ersten Wellenlänge bestrahlt.