JP2002528563A - 発光材料 - Google Patents

発光材料

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Abstract

(57)【要約】 本発明はエルビウム、ガドリニウム及び希土類元素と遷移金属との双方又はいずれか一方から選ばれた活性剤を具えている発光材料に関するものである。充分短い波長を有する放射線による励起に際して、該発光材料が量子カッターとして働き且つ１００％以上の量子効率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、無機結晶質化合物から成る基本格子を有する発光材料に関するもの
で、該材料は少なくとも１モル％のガドリニウム、少なくとも 0.1モル％の遷移
金属と希土類元素との群から選ばれた活性剤、及び少なくとも 0.1モル％の増感
剤を具えている。
【０００２】 この種類の発光材料はオランダ国特許出願第186707号から既知である。この既
知の発光材料においては、増感剤が鉛、アンチモン及びビスマスの群から選ばれ
て、且つ活性剤はマンガン、テルビウム及びジスプロシウムの群から選ばれる。
この無機結晶質化合物及び増感剤とガドリニウムとの濃度は、活性剤がその材料
内に存在しないが増感剤とガドリニウムとのみを具える場合には、その材料が約
254nmの波長での紫外線による励起に際して、 310nm〜315nm の範囲内のガドリ
ニウムの特性ライン発光を有する。言い換えると、その材料の励起に際して、増
感剤からガドリニウムへのエネルギー伝達が行われる。既知の発光材料における
ように、その材料が増感剤とガドリニウムとに加えて、活性剤を具える場合は、
エネルギーの効率的伝達が、その活性剤の比較的低い濃度においてさえも、ガド
リニウムからその活性剤へも行われる。その活性剤のそのような低い濃度がその
発光材料を比較的安価にする。その上、その活性剤のそのような低濃度において
は、少ししか濃度消失がないので、高い光束が得られる。しかしながら、その既
知の発光材料の欠点は、量子効率が唯一の可視光子が各励起紫外線光子に対して
発生されることで制限されることである。
【０００３】 比較的高い量子効率を有する発光材料を提供することが本発明の目的である。
【０００４】 本発明によると、冒頭文節に記載された発光材料は、それ故に、その増感剤が
エルビウムであること、及び活性化されないが増感のみされる場合に、その材料
が 100nm〜195nm の波長範囲における波長での紫外線による励起に際して、 310
nm〜315nm の範囲内のガドリニウムの特性ライン発光を有することを特徴として
いる。その材料が増感剤とガドリニウムとのみを除いていかなる活性剤をも具え
ない場合には、ガドリニウムの特性ライン発光の存在は、エネルギー伝達が励起
に際してエルビウムからガドリニウムへ行われることを意味する。
【０００５】 本発明による発光材料が約 150nmの紫外線により励起された場合に、可視光が
増感剤によると同時に活性剤により発生されることがわかった。これは、その発
光材料内に存在し且つ紫外線光子を吸収してしまったEr3+イオンの少なくとも一
部が２ステップで励起エネルギーを伝達すると言う事実の結果である。Er3+イオ
ンの2F7/2 レベル、又は4f105dレベルが励起放射線により励起される。共振エネ
ルギー伝達によって、Er3+イオンにより吸収された前記のエネルギーの一部が、
Er3+イオンの雰囲気内に置かれたGd3+イオンの6Dj レベル又は6Ijレベルが励起
されるように、ガドリニウムへ伝達される。Er3+イオンに残っているエネルギー
は、緑の光子を放射しながらEr3+イオンが4S3/2 レベルから基本状態へ後退する
ことで、主として伝達される。Gd3+イオンに存在するエネルギーは多数のGd3+イ
オンを介するエネルギー移行によって活性剤イオンへ伝達される。そのエネルギ
ーは活性剤イオンへ伝達され、そのイオンは続いて可視光子を放射しながら基本
状態へ後退する。励起光子の少なくとも一部分が２個の可視光子に変換されるの
で、本発明による発光材料により、 100％以上の量子効率を達成することが可能
である。ガドリニウムによる効率的なエネルギー伝達によって、増感剤と活性剤
との濃度は、増感剤イオンが活性剤ンオンから空間的に分離されるように選択さ
れ得るので、増感剤‐活性剤対における相互緩和による消失が防止され、且つ量
子効率が比較的高い。
【０００６】 活性剤がマンガン、サマリウム、ユウロピウム、ガドリウム、テルビウム、ジ
スプロシウム、ホルミウム及びツリウムの群からの元素のうちの一つ以上を具え
ている、本発明による発光材料に対して満足な結果が見出された。
【０００７】 好適には、エルビウムの濃度が 0.1モル％〜５モル％の範囲内にあり、且つ活
性剤の濃度が 0.1モル％〜１モル％の範囲内にある。
【０００８】 エルビウム、ガドリニウム及び１個又は複数個の活性剤に加えて、イットリウ
ム、スカンジウム及びランタンの群から選ばれた少なくとも一つの元素をも具え
ている、本発明による発光材料に対して満足な結果が得られた。これら三つの元
素は比較的安価だから、その発光材料はこれらの元素の一つ以上の使用により、
比較的安価であり得る。その発光材料の吸収バンドの最大の位置は、これらの元
素により影響されることが見出されたので、これらの元素の１個以上の附加が、
励起源の発光バンドとの発光材料の吸収バンドの良好な重複を得ることを可能に
する。弗素の存在が、その発光材料の好適な吸収作用が得られるような方法で、
Er3+イオンの4f105dレベルの位置に影響することがわかった。
【０００９】 基本格子が、ガドリニウムがイットリウム、スカンジウム及びランタンの群か
ら選ばれた少なくとも一つの元素により部分的に置き換えられ得るLiGdF4により
構成される、本発明による発光材料により満足な結果が達成された。
【００１０】 本発明による発光材料は、放電ランプ、もっと詳細にはキセノンを具えている
気密ガス容器を設けられた放電ランプの発光スクリーンに用いるのに非常に適し
ている。キセノン放電が、本発明による発光材料を励起するのに非常に適してい
る波長領域における比較的多くの紫外線を発生する。
【００１１】 本発明のこれらの局面が以下に記載される実施例から明らかになり、本発明の
その他の局面が以下に記載される実施例を参照して解明されるであろう。
【００１２】 0.140グラムのErF3、 8.754グラムのGdF3、 0.027グラムのTbF3及び 1.079グ
ラムのLiF が乳鉢内でドライブレンドされた。その粉が次に高周波加熱されたブ
リッジマン装置内へ導入され、且つ連続的に融点以上まで加熱され且つゆっくり
冷却された。その粉の純度がＸ線回折によりチェックされ、結果として生じる粉
は結晶学的に純粋であるように見えた。その粉の光学的測定が真空紫外線内での
測定のために適合された分光蛍光計により実行された。それぞれ145nmと273nmと
の波長における放射線による励起のもとで、図１に示された発光スペクトルが得
られた。放射された光の波長が水平軸上にnmでプロットされている。放射線強度
が垂直軸上に任意の単位でプロットされている。 145nmの波長を有する放射線に
よる励起の場合には、Er3+イオンが4f11状態から4f105d1 状態まで励起される。
その粉の発光スペクトルは青スペクトル内に多数のラインを有し、そのスペクト
ルはTb3+イオンの5D3 レベルからの発光に基いている。更にその上、緑領域での
発光スペクトルは5D4レベルからTb3+イオンへの発光と対応する多数のラインを
示している。多数のラインがまた4S3/2レベルからのEr3+発光から発生する発光
スペクトル内に見える。紫外線においては、Gd3+発光が 311nmにおいて観察され
る。この発光スペクトルが、励起されたEr3+イオンがGd3+イオンへのエネルギー
伝達に際して4S3/2レベルへ、又はこのレベルの直接上のレベルへ、4f105dレベ
ルから後退する。後者の場合には、その4S3/2レベルへの迅速な緩和がある。そ
のEr3+イオンが緑の光子を放射しながら基本状態へその4S3/2レベルから後退す
る。Gd3+イオンに存在するエネルギーは、多数のGd3+イオンを介するエネルギー
移行によってTb3+イオンへ輸送される。そのTb3+イオンがエネルギーを吸収し、
且つ続いて緑の光を放射しながら基本状態まで後退する。
【００１３】 273nmの波長での放射線による励起の場合には、Er3+イオンの4f105dレベルは
励起されない。そのGd3+イオンは4f7 (6IJ )状態へ、4f7 (8S7/2)から励起され
る。そのエネルギーは続いてTbへ及びErへもわずかに伝達される。その発光スペ
クトルは 145nmの波長における放射線による励起に際するのと同じラインを有す
る。このスペクトル内の異なるEr及びTb放射線の測定された強度比率が、 145nm
の波長における放射線による励起の場合のように、Er3+イオンの4f105dレベルが
励起されず、且つエネルギー伝達がErからTbへ行われない場合における比率を表
現する。それは 273nm励起に対する 145nm励起におけるEr(4S3/2)発光の増加か
ら計算され得て、 145nm励起におけるErイオンのそのパーセントは、Gdへそのエ
ネルギーの一部のみを伝達するので、それはその4S3/2レベル又はそれの直接上
のレベルへ後退する。これは用いられるLiGdF4格子に対して約30％になるように
見える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ Ｆターム(参考） 4H001 CA02 CA04 CA07 CF01 XA03 XA09 XA21 XA39 XA57 XA64 XA68 YA25 YA62 YA63 YA64 YA65 YA66 YA67 YA68 YA69 5C043 AA02 CC16 DD28 EB04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無機結晶質化合物から成る基本格子を有する発光材料であって、
    該材料が少なくとも１モル％のガドリニウム、少なくとも0.1モル％の遷移金属
    と希土類との群から選ばれた活性剤、及び少なくとも0.1モル％の増感剤を具え
    ている発光材料において、 前記増感剤がエルビウムであり、活性化されないが増感されるのみの場合は、
    前記発光材料が、 100nm〜195nm の波長範囲内の波長における紫外線による励起
    に際して 310nm〜315nm の範囲内のガドリニウムの特性ライン発光を有すること
    を特徴とする発光材料。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の発光材料において、前記活性剤がマンガン、サマ
    リウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウ
    ム及びツリウムの群からの一つ以上の元素を具えていることを特徴とする発光材
    料。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の発光材料において、前記テルビウムの濃度
    が 0.1モル％〜５モル％の範囲内になるように選ばれることを特徴とする発光材
    料。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の発光材料において、前記活性
    剤の濃度が 0.1モル％〜１モル％の範囲において選ばれることを特徴とする発光
    材料。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載の発光材料において、該材料が
    イットリウム、スカンジウム及びランタンの群から選ばれた少なくとも一つの元
    素をも具えていることを特徴とする発光材料。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載の発光材料において、該材料が
    弗素を具えていることを特徴とする発光材料。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の発光材料において、前記基本
    格子が、ガドリニウムがイットリウム、スカンジウム及びランタンの群から選ば
    れた少なくとも一つの元素により部分的に置き換えられ得るLiGdF4により構成さ
    れていることを特徴とする発光材料。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項記載の発光材料を具えている発光ス
    クリーン。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の発光スクリーンを設けられた放電ランプ。
  10. 【請求項１０】 キセノンを具えている気密ランプ容器を設けられた、請求項９
    記載の放電ランプ。
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