JP2003138257A - 高輝度金属酸化物蛍光構造体、その製造方法及び製造装置 - Google Patents

高輝度金属酸化物蛍光構造体、その製造方法及び製造装置

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JP2003138257A
JP2003138257A JP2001341286A JP2001341286A JP2003138257A JP 2003138257 A JP2003138257 A JP 2003138257A JP 2001341286 A JP2001341286 A JP 2001341286A JP 2001341286 A JP2001341286 A JP 2001341286A JP 2003138257 A JP2003138257 A JP 2003138257A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 輝度が大幅に改善されたウイスカーを有する
金属酸化物蛍光構造体、及びその製造方法ならびに製造
装置を提供する。 【解決手段】 円近似断面径が0.01〜100μm
で、円近似断面径に対する長さの比が1以上である金属
酸化物のウイスカーを有する金属酸化物構造体におい
て、ウイスカーがウイスカーを構成する母材とは異なる
元素を含む賦活剤を含有するとともに高輝度蛍光特性を
有することを特徴とする金属酸化物蛍光構造体である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は輝度が大幅に改善さ
れたウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体、その製
造方法及び製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】金属酸化物は、セラミックコンデンサ
ー、アクチュエーター、光波長変換素子、レーザー発振
素子、冷陰極素子等の電子材料や光材料、抗菌、防汚効
果等を目的とする表面改質剤、気相や液相やその両方の
相における触媒やその担体等幅広い用途に使用されてい
る。そして、これらの用途に使用する金属酸化物として
は、容積当たりの表面積が大きいものが求められてい
る。本発明者らは、加熱された基材表面に気化された金
属化合物をキャリアガスとともに大気圧開放下で吹き付
けることによって、狭い面積に多数のウイスカーを有す
る金属酸化物構造体が得られることを見出し、先に提案
した。(特開2000−58365号公報等)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】プラズマディスプレイ
パネルや蛍光灯には、微粒子からなる蛍光体を利用し、
ここから得られる発光を利用して、動画や照明を提供し
ている。これらの微粒子はバインダーで発光素子内壁に
固定されているので、バインダーで覆われている箇所の
発光効率が劣るという欠点を有している。さらに、発光
に寄与する賦活剤の添加量をある一定値以上にすると、
逆に発光効率が落ちるといった現象(濃度消光)が見ら
れる。これまでこのような問題点があり、蛍光体の発光
効率はほぼ頭打ちになっている。本発明は、これらの従
来技術の問題点を解消して、輝度が大幅に改善されたウ
イスカーを有する金属酸化物蛍光構造体、及びその製造
方法ならびに製造装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、次のような構成をとるものである。 1.円近似断面径が0.01〜100μmで、円近似断
面径に対する長さの比が1以上である金属酸化物のウイ
スカーを有する金属酸化物構造体において、ウイスカー
がウイスカーを構成する母材とは異なる元素を含む賦活
剤を含有することにより高輝度蛍光特性を有することを
特徴とする金属酸化物蛍光構造体。 2.ウイスカーが金属酸化物面上の10μm×10μm
の面積当たり0.1〜10000個の密度で存在するこ
とを特徴とする1に記載の金属酸化物蛍光構造体。 3.ウイスカーが母材中に賦活剤を均一に分散した状態
で含有することを特徴とする1又は2に記載の金属酸化
物蛍光構造体。 4.ウイスカーがウイスカーの長軸方向に沿って一貫し
た性状を有することを特徴とする1〜3のいずれかに記
載の金属酸化物蛍光構造体。 5.ウイスカーを構成する母材元素および賦活剤に含ま
れる異種元素が、周期律表において水素を除く1族、2
族、ホウ素を除く13族、炭素を除く14族、窒素とリ
ンと砒素を除く15族及び3,4,5,6,7,8,
9,10,11,12族から選ばれる少なくとも一種の
金属を含むものであることを特徴とする1〜4のいずれ
かに記載の金属酸化物蛍光構造体。 6.金属がY,Eu,Tb,Tm,Ba,Ca,Mg,
Al,Mn,Zn,Si,Sr,Ga,Yb,Cr,C
e,Pb及びWから選ばれたものであることを特徴とす
る5に記載の金属酸化物蛍光構造体。 7.有機物質、無機物質、金属から選ばれる材料でウイ
スカーの間を充填したことを特徴とする1〜6のいずれ
かに記載の金属酸化物蛍光構造体。 8.気化させた金属酸化物ウイスカー母材構成元素を含
むガスと気化させた母材とは異なる元素を含むガスを、
キャリアガスとともに均一に混合した後に、大気圧開放
下に加熱された基材表面に吹き付けて基材表面に円近似
断面径が0.01〜100μmで、円近似断面径に対す
る長さの比が1以上である金属酸化物のウイスカーを有
する金属酸化物構造体を堆積することを特徴とする1〜
7のいずれかに記載の金属酸化物蛍光構造体の製造方
法。 9.さらに、得られた金属酸化物蛍光構造体のウイスカ
ーの間を有機物質、無機物質、金属から選ばれる材料で
充填することを特徴とする8に記載の金属酸化物蛍光構
造体の製造方法。 10.酸化物ウイスカーを構成する母材の気化器、該母
材とは異なる元素の気化器、気化させた母材及び母材と
は異なる元素をキャリアガスとともに均一に混合する原
料混合器、混合原料ガスを噴出するノズル及び基材加熱
台を有することを特徴とする1〜7のいずれかに記載の
金属酸化物蛍光構造体の製造装置。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明におけるウイスカーとは、
円近似断面径が0.01〜100μm(平均値:以下同
様)で、円近似断面径に対する長さの比(アスペクト比)
が1以上である略棒状の構造を有するものを意味する。
また、ウイスカーの長さとは、ウイスカーが面上から実
質的に突起する位置(基部)から先端部までの長さを意味
し、円近似断面径はウイスカーの長さの1/2の位置に
おいて測定する。この円近似断面径は、例えば画像解析
等による従来公知の方法で断面積を求め、得られた面積
を円周率πで除したものの平方根の2倍の値で表され
る。
【0006】ウイスカーの円近似断面径が、0.01未
満の場合には、成長したウイスカーを得ることが困難で
あり、100μmを超えた場合には、表面積増加による
所望の特性を得ることが難しくなる。この円近似断面径
は、0.05〜50μm、特に0.1〜10μmとする
ことが好ましい。ウイスカーの長さは、使用する用途に
より任意に選択されるが、通常は0.1〜1000μm
(平均値)、好ましくは1〜500μmである。また、ア
スペクト比は1以上、好ましくは5以上であり、アスペ
クト比が小さすぎるとウイスカーによる表面積増加の効
果が現れない。
【0007】ウイスカーは、10μm×10μmの面積
当たり0.1〜10000個、特に1〜1000個の割
合で密集状に存在することが好ましい。この割合が小さ
い場合には、ウイスカーによる表面積増加の効果が乏し
く、大きすぎる場合には成長したウイスカーを得ること
が困難となる。ウイスカーの形状としては、根元部分か
ら先端部分まで径が変わらないもの、根元部分からある
距離まで径が変わらないもの、ウイスカーの根元部分の
径が小さく先端部に行くにつれ一度径が大きくなった後
再度径が少しずつ減少していくもの、ウイスカーの根元
部分から先端部分に行くにつれ径が少しずつ減少してい
くもの、先端近くのある距離から角錐又は角錐台や円錐
又は円錐台や半球のような形状を取っているもの等、及
びこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは角柱
状、あるいは、ウイスカーの根元部分の径が小さく一旦
径が大きくなった後角柱状の形状を取るもの等である。
角柱状の場合、具体的な形状は結晶構造により異なる
が、例えば、金属酸化物が酸化亜鉛の場合は六角柱、酸
化イットリウムの場合は四角柱あるいは六角柱、酸化チ
タンの場合は四角柱となることが多い。また、それ以外
の多角形の断面形状を持つ角柱であっても差し支えな
い。一本の角柱の中で、向かい合った面同士が相互に平
行でなくてもよい。
【0008】本発明のウイスカーを有する金属酸化物蛍
光構造体は、ウイスカーがウイスカーを構成する母材と
は異なる元素を含む賦活剤を含有することによって得ら
れる高輝度特性を有することを特徴とする。本発明のウ
イスカー中では、賦活剤が原子レベルで母材を構成する
元素を置換して、均一に分散した状態で存在することに
よって、高輝度特性を発揮するものと思われる。賦活剤
をウイスカーを構成する母材中に均一に分散させずに、
偏在させて析出させると所望の蛍光特性を得ることがで
きない。このような構造を有するウイスカーは、例えば
図1に示す装置を使用して、気化させた金属酸化物ウイ
スカー母材構成元素を含むガスと気化させた母材とは異
なる元素を含むガスを、キャリアガスとともに均一に混
合した後に、大気圧開放下に加熱された基材表面に吹き
付けて基材表面に金属酸化物構造体を堆積することによ
って得ることができる。
【0009】図1は、本発明の金属酸化物蛍光構造体を
製造する装置の一例を示す模式図である。この製造装置
1は、キャリアガスとなる窒素ガス供給源2,2、金属
酸化物ウイスカーを構成する母材の気化器3、該母材と
は異なる元素の気化器4、気化させた母材及び異種元素
をキャリアガスとともに均一に混合する原料混合器5、
混合原料ガスを噴出するノズル9及び基材10の加熱台
11を具備する。金属酸化物ウイスカーを構成する母材
及び該母材とは異なる元素は、それぞれ気化器3及び4
で加熱気化され、窒素ガスとともに原料混合器5内の原
料混合溜6に送られ、ヒーター7の外周に設けられたコ
イル状加熱混合器8によりキャリアガスとともに均一に
混合される。均一に混合された原料ガスは、ノズル9か
ら大気圧開放下にヒーター12を有する加熱台11上で
加熱された基材10の表面に吹き付けられて、基材表面
に金属酸化物ウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体
を形成する。
【0010】本発明でウイスカー母材及び該母材とは異
なる元素からなる高輝度蛍光構造を構成する金属酸化物
としては、金属種が、周期律表において水素を除く1
族、2族、ホウ素を除く13族、炭素を除く14族、窒
素とリンと砒素を除く15族及び3、4、5、6、7、
8、9、10、11、12族に属する各元素の酸化物が
挙げられる。金属種としては、例えば、Li,Na,
K,Rb,Cs,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,A
l,Ga,In,Tl,Si,Ge,Sn,Pb,S
b,Bi,Po,Sc,Y,La,Th,Ce,Pr,
Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,E
r,Tm,Yb,Lu,Ti,Zr,Hf,V,Nb,
Ta,Cr,Mo,W,Mn,Tc,Re,Fe,R
u,Os,Co,Rh,Ir,Ni,Pd,Pt,C
u,Ag,Au,Zn,Cd,Hg等が挙げられ、これ
らのなかでも、好ましくはLi,Na,K,Rb,C
s,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Al,Ga,I
n,Ti,Si,Ge,Sn,Pb,Sb,Bi,S
c,Y,La,Ce,Th,Ti,Zr,V,Nb,T
a,Cr,Mo,W,Mn,Re,Fe,Ru,Os,
Co,Rh,Ir,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,A
u,Zn,Cd,Hg,Eu,Tb,Tm、Ybであ
り、さらに好ましくは、Li,K,Mg,Ca,Sr,
Ba,Al,In,Si,Sn,Pb,Th,Y,C
e,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,M
n,Fe,Co,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Z
n,Ga,W,Eu,Tb,Tm,Ybが挙げられる。
最も好ましいの金属種としては、Y,Eu,Tb,T
m,Ba,Ca,Mg,Al,Mn,Zn,Si,S
r,Ga,Yb,Cr,Ce,Pb及びWが例示され
る。これらの金属種は、単独で又は2種以上を組合わせ
て使用することができる。
【0011】好ましい金属酸化物としては、例えば、E
u:Y,Tb:Y,Tm:Y,E
u:BaMgAl1017,Mn:ZnSiO
Zn:ZnO,Tb:MgAl1119,Ce:Mg
Al1119,CaWO,Pb:CaWO,Mg
WO,Mn:MgGa,Eu:SrAl14
25,Cr:YAl12,Yb:YSiO
等が挙げられる。
【0012】本発明の金属酸化物蛍光構造体において、
ウイスカー母材及び該母材とは異種元素から成る高輝度
構造を構成する原料となる金属化合物は、目的とする構
造体の金属酸化物中の金属を有し、酸素、水等の大気中
に含まれる化合物と反応して酸化物を形成するものが好
ましい。しかしながら、金属化合物を吹き付ける雰囲気
に、例えばオゾン等の通常大気中に存在しない物質を供
給・存在させ、これらと反応して酸化物を形成するもの
であっても良い。
【0013】この様な金属化合物として、例えば、金属
又は金属類似元素の原子にアルコールの水酸基の水素が
金属で置換されたアルコキシド類、金属または金属類似
元素の原子にアセチルアセトン、エチレンジアミン、ビ
ピペリジン、ビピラジン、シクロヘキサンジアミン、テ
トラアザシクロテトラデカン、エチレンジアミンテトラ
酢酸、エチレンビス(グアニド)、エチレンビス(サリ
チルアミン)、テトラエチレングリコール、アミノエタ
ノール、グリシン、トリグリシン、ナフチリジン、フェ
ナントロニン、ペンタンジアミン、ピリジン、サリチル
アルデヒド、サリチリデンアミン、ポルフィリン、チオ
尿素などから選ばれる配位子を1種あるいは2種以上有
する各種の錯体、配位子としてカルボニル基を有するF
e,Cr,Mn,Co,Ni,Mo,V,W,Ruなど
の各種金属カルボニル、更に、カルボニル基、アルキル
基、アルケニル基、フェニルあるいはアルキルフェニル
基、オレフィン基、アリール基、シクロブタジエン基を
はじめとする共役ジエン基、シクロペンタジエニル基を
はじめとするジエニル基、トリエン基、アレーン基、シ
クロヘプタトリエニル基をはじめとするトリエル基など
から選ばれる配位子を1種あるいは2種以上有する各種
の金属化合物、ハロゲン化金属化合物を使用することが
できる。また、その他の金属錯体も使用することができ
る。この中でも、金属アセチルアセトナート化合物、金
属アルコキシド化合物等がより好ましく用いられる。
【0014】本発明における錯体としては、金属にβ−
ジケトン類、ケトエステル類、ヒドロキシカルボン酸類
またはその塩類、各種のシッフ塩基類、ケトアルコール
類、多価アミン類、アルカノールアミン類、エノール性
活性水素化合物類、ジカルボン酸類、グリコール類、フ
ェロセン類などの配位子が1種あるいは2種以上結合し
た化合物が挙げられる。
【0015】本発明において、ウイスカーの母材を構成
する元素とウイスカーに蛍光特性を付与する賦活剤とな
る異種元素との割合は任意であるが、通常は母材を構成
する元素に対して少量(0.1〜20原子%程度)の異種
元素を存在させる。本発明のウイスカー蛍光構造体にお
いては、異種元素が母材を構成する金属酸化物に対する
一般的な濃度消光限界(通常3原子%以下)以上の量で
存在するときでも、濃度消光を起こすことなく高輝度を
保つ。
【0016】本発明のウイスカーを有する金属酸化物蛍
光構造体を製造する際の基材としては、例えば、ソーダ
ライムガラス等の無機ガラス、ステンレス鋼等の金属、
シリコン等の半導体結晶、及び酸化アルミニウム、酸化
マグネシウム、チタン酸ストロンチウム等の金属酸化物
が挙げられる。この場合の結晶は、一種以上の単結晶で
あっても、多結晶であっても、非晶部と結晶部を同時に
有する一種以上の半結晶性物質であっても、また、これ
らの混合物であってもよい。
【0017】本発明では、ウイスカー母材を構成する原
料化合物と、該母材とは異種元素の賦活剤となる原料化
合物をそれぞれ加熱気化させたガスをキャリアガスとと
もに均一に混合した後に、大気圧開放下に加熱された基
材表面に吹き付けて目的とするウイスカーを有する金属
酸化物蛍光構造体を製造する。キャリアガスとしては、
使用する金属化合物と反応するものでなければ、特に限
定はされない。具体例として、窒素ガスやヘリウム、ネ
オン、アルゴン等の不活性ガス、炭酸ガス、有機弗素ガ
ス、あるいはヘプタン、ヘキサン等の有機物質等が挙げ
られる。これらのうちで安全性、経済性の上から不活性
ガスが好ましい。窒素ガスが経済性の面より最も好まし
い。
【0018】また、金属酸化物蛍光構造体が形成される
基材の温度は、基材近傍及び表面で金属酸化物が形成さ
れる温度であれば特に限定されないが、基材表面に吹き
付ける原料ガスの温度よりも高い温度に設定することが
好ましく、通常は100〜700℃に設定される。本発
明で、ウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体を形成
するのに必要な反応時間は、原料の種類や反応条件、目的
とする構造体の用途等に応じて適宜選択される。
【0019】本発明では、通常ウイスカーが密集状に形
成された金属酸化物蛍光構造体が得られるが、各々のウ
イスカーの間には空隙が存在する。したがって、その構
造体は、使用する形態等によっては使用時に変形が起こ
る可能性がある。すなわち物理的応力により、多くのウ
イスカーがなぎ倒されたような状況になる可能性があ
る。これを防ぐために、蛍光を妨げない物質、例えば熱
可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、シアノアク
リレートのような瞬間接着剤等の有機物質、ガラス、セ
ラミック等の無機物質でウイスカーの間を充填固定する
こともできる。
【0020】ウイスカーの間を充填固定する為に用いら
れる熱可塑性樹脂としては、低、中、高密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重
合体(以下「SAN樹脂」と略記する)、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン共重合体(以下「ABS樹脂」
と略記する)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカー
ボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレン
テレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリメチル
メタアクリレート、ポリエーテルイミド、ポリスルホ
ン、ポリエステルイミド、ポリアリレート、ポリフェニ
レンサルファイト、スチレン−ブダジエン共重合体及び
その水素添加組成物等、及びこれら2種類以上の組み合
わせのポリマーブレンド及び共重合体、例えば、ポリカ
ーボネートとアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン
共重合体、ポリフェニレンエーテルとポリスチレン等が
挙げられる。
【0021】また、ウイスカーの間を充填固定する為に
用いられる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、DF
K樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリ
(P−ヒドロキシ安息香酸)、ポリウレタン、マレイン
酸樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂などが挙げられる。
ウイスカーを固定する為に用いられるエラストマーとし
ては、天然ゴムやブタジエンゴム、シリコーンゴム、ポ
リイソプレンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピ
レンゴム、ブチルゴム、イソブチレンゴム、スチレン・
ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンブロ
ック共重合体ゴム、アクリルゴム、アクリロニトリル・
ブタジエンゴム、塩酸ゴム、クロロスルホン化ポリエチ
レンゴム、多硫化ゴム等の合成ゴム、等が挙げられる。
その他ポリテトラフルオロエチレン、石油樹脂、アルキ
ド樹脂等も用いることができる。
【0022】本発明で得られるウイスカーを有する金属
酸化物蛍光構造体は、蛍光表示管、EL素子、レーザー
発振素子、陰極線ディスプレイ、プラズマディスプレ
イ、蛍光灯、平面蛍光灯、信号機等に使用することがで
きる。
【0023】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに説明する
が、以下の具体例は本発明を限定するものではない。 (実施例1)図1の大気開放型CVD装置を使用し、以
下の手順によりシリコン単結晶基板(001)面上に、
Eu:Yウイスカー密集構造体を作製した。金属
酸化物ウイスカーを構成する母材の気化器3内にY(C
1119 (C1119=DPM)を、ま
た異種元素の気化器4内にEu(DPM) を仕込ん
だ。母材の気化器3を220℃に、また異種元素の気化
器4を200℃に加熱し、それぞれ流量1.21/mi
n及び流量0.5〜1.15l/minの窒素ガスによ
り原料混合器5に輸送した。原料混合器5内のコイル状
加熱混合器8により220℃に加熱された原料ガスは、
ノズル9から加熱台11上で650℃に加熱された厚さ
0.5mmのシリコン単結晶(001)面に、大気圧開
放下に吹き付けた。スリット9と基板10の距離は1.
5cmであった。原料ガスは大気中で熱分解し、Eu:
ウイスカーとしてシリコン単結晶基板上に堆積
した。この例におけるウイスカーの長さは10μm、ウ
イスカーの円近似断面径は1.5μmで、ウイスカー中
のEuの含有量は0.6〜13原子%であった。図2
に、Eu含有量5原子%のYウイスカーを、基材
表面に水平方向から観察した走査型電子顕微鏡像を示
す。
【0024】(比較例1)加熱台11上における基材の
加熱温度を550℃に加熱したほかは、実施例1と同様
にしてシリコン単結晶基板上に、実施例1と同様の寸法
を有するEu:Y 蛍光性金属酸化物構造体を堆積
した。この例で得られる金属酸化物構造体は連続膜であ
り、ウイスカー構造を有しない。図3にEu含有量5原
子%のY連続膜を、基材表面に水平方向から観察
した走査型電子顕微鏡像を示す。
【0025】(紫外線励起蛍光試験)実施例1で得られ
たウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体及び比較例
1で得られた蛍光体連続膜に対して、波長254nmの
紫外線を照射して蛍光試験を行った。両方の金属酸化物
蛍光構造体から、波長612nmを中心とする赤色蛍光
が得られた。図4に、Eu含有量に対する波長612n
mにおける蛍光強度を示す。実施例1のウイスカーを有
する金属酸化物蛍光構造体の発光強度と、比較例1の連
続膜を有する金属酸化物蛍光構造体の発光強度は、それ
ぞれEu添加量3原子%までほぼ同じであったが、それ
以降でウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体の発光
強度はEu添加量にしたがって増加し、10原子%では
連続膜を有する金属酸化物蛍光構造体のそれの3倍に達
した。
【0026】(樹脂埋めこみ試験)実施例1で得られた
ウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体のウイスカー
間の空隙にエポキシ樹脂を注入し、金属酸化物蛍光構造
体ウイスカーを含有する厚さ10μmのエポキシ樹脂膜
を作製した。この金属酸化物蛍光構造体に波長254n
mの紫外線を照射して蛍光試験を行ったところ、この金
属酸化物蛍光構造体から、波長612nmを中心とする
赤色蛍光が得られた。金属酸化物蛍光構造体ウイスカー
を含有するエポキシ樹脂膜の発光強度と、比較例1の連
続膜を有する金属酸化物蛍光構造体の発光強度は、それ
ぞれEu添加量3原子%までほぼ同じであったが、それ
以降で金属酸化物蛍光構造体ウイスカーを含有するエポ
キシ樹脂膜の発光強度はEu添加量にしたがって増加
し、10原子%では連続膜を有する金属酸化物蛍光構造
体のそれの1.5倍に達した。
【0027】(実施例2)図1の大気開放型CVD装置
を使用し、以下の手順によりシリコン単結晶基板(00
1)面上に、Tb:Yウイスカー密集構造体を作
製した。金属酸化物ウイスカーを構成する母材の気化器
3内にY(C1119 (C1119=D
PM)を、また異種元素の気化器4内にTb(DPM)
を仕込んだ。母材の気化器3を220℃に、また異種
元素の気化器4を200℃に加熱し、それぞれ流量1.
21/min及び流量0.5〜1.15l/minの窒
素ガスにより原料混合器5に輸送した。原料混合器5内
のコイル状加熱混合器8により220℃に加熱された原
料ガスは、ノズル9から加熱台11上で650℃に加熱
された厚さ0.5mmのシリコン単結晶(001)面
に、大気圧開放下に吹き付けた。スリット9と基板10
の距離は1.5cmであった。原料ガスは大気中で熱分
解し、Tb:Yウイスカーとしてシリコン単結晶
基板上に堆積した。この例におけるウイスカーの長さは
10μm、ウイスカーの円近似断面径は1.5μmで、
ウイスカー中のTbの含有量は0.6〜13原子%であ
った。
【0028】(比較例2)加熱台11上における基材の
加熱温度を550℃に加熱したほかは、実施例2と同様
にしてシリコン単結晶基板上に、実施例2と同様の寸法
を有するTb:Y 蛍光性金属酸化物構造体を堆積
した。この金属酸化物構造体は連続膜であり、ウイスカ
ー構造を有しない。
【0029】(紫外線励起蛍光試験)実施例2で得られ
たウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体及び比較例
2で得られた蛍光体連続膜に対して、波長254nmの
紫外線を照射して蛍光試験を行った。両方の金属酸化物
蛍光構造体から、波長484nmと542nmを中心と
する緑色蛍光が得られた。図5に、Tb含有量に対する
波長612nmにおける蛍光強度を示す。実施例2のウ
イスカーを有する金属酸化物蛍光構造体の発光強度と、
比較例2の連続膜を有する金属酸化物蛍光構造体の発光
強度は、それぞれTb添加量1原子%までほぼ同じであ
ったが、それ以降でウイスカーを有する金属酸化物蛍光
構造体の発光強度はTb添加量にしたがって増加し、1
0原子%では連続膜を有する金属酸化物蛍光構造体のそ
れの3倍に達した。
【0030】(樹脂埋めこみ試験)実施例2で得られた
ウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体のウイスカー
間の空隙にエポキシ樹脂を注入し、金属酸化物蛍光構造
体ウイスカーを含有する厚さ10μmのエポキシ樹脂膜
を作製した。この金属酸化物蛍光構造体に波長254n
mの紫外線を照射して蛍光試験を行ったところ、この金
属酸化物蛍光構造体から、波長484nmと542nm
を中心とする緑色蛍光が得られた。金属酸化物蛍光構造
体ウイスカーを含有するエポキシ樹脂膜の発光強度と、
比較例2の連続膜を有する金属酸化物蛍光構造体の発光
強度は、それぞれTb添加量1原子%までほぼ同じであ
ったが、それ以降で金属酸化物蛍光構造体ウイスカーを
含有するエポキシ樹脂膜の発光強度はTb添加量にした
がって増加し、10原子%では連続膜を有する金属酸化
物蛍光構造体のそれの1.5倍に達した。
【0031】(実施例3)図1の大気開放型CVD装置
を使用し、実施例1と同様の手順によりシリコン単結晶
基板(001)面上に、実施例1と同じ寸法で同じ賦活
剤濃度のEu:Y ウイスカー密集構造体を作製し
た。
【0032】(比較例3)図1の大気開放型CVD装置
を使用し、比較例1と同様の手順によりシリコン単結晶
基板(001)面上に、実施例1と同じ寸法で同じ賦活
剤濃度のEu:Y蛍光性金属酸化物構造体を作製
した。この金属酸化物構造体は連続膜であり、ウイスカ
ー構造を有しない。
【0033】(電子線励起蛍光試験)実施例3で得られ
たウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体及び比較例
3で得られた蛍光体連続膜に対して、加速電圧1kVの
電子線を照射して蛍光試験を行った。両方の金属酸化物
蛍光構造体から、波長612nmを中心とする赤色蛍光
が得られた。実施例3のウイスカーを有する金属酸化物
蛍光構造体の発光強度と、比較例3の連続膜を有する金
属酸化物蛍光構造体の発光強度は、それぞれEu添加量
3原子%までほぼ同じであったが、それ以降でウイスカ
ーを有する金属酸化物蛍光構造体の発光強度はEu添加
量にしたがって増加し、10原子%では連続膜を有する
金属酸化物蛍光構造体のそれの3倍に達した。
【0034】(実施例4)図1の大気開放型CVD装置
を使用し、実施例2と同様の手順によりシリコン単結晶
基板(001)面上に、実施例2と同じ寸法で同じ賦活
剤濃度のTb:Y ウイスカー密集構造体を作製し
た。
【0035】(比較例4)図1の大気開放型CVD装置
を使用し、比較例2と同様の手順によりシリコン単結晶
基板(001)面上に、実施例2と同じ寸法で同じ賦活
剤濃度のTb:Y 蛍光性金属酸化物構造体を作製
した。この金属酸化物構造体は連続膜であり、ウイスカ
ー構造を有しない。
【0036】(電子線励起蛍光試験)実施例4で得られ
たウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体及び比較例
4で得られた蛍光体連続膜に対して、加速電圧1kVの
電子線を照射して蛍光試験を行った。両方の金属酸化物
蛍光構造体から、波長484nmと542nmを中心と
する緑色蛍光が得られた。実施例4のウイスカーを有す
る金属酸化物蛍光構造体の発光強度と、比較例4の連続
膜を有する金属酸化物蛍光構造体の発光強度は、それぞ
れTb添加量1原子%までほぼ同じであったが、それ以
降でウイスカーを有する金属酸化物蛍光構造体の発光強
度はTb添加量にしたがって増加し、10原子%では連
続膜を有する金属酸化物蛍光構造体のそれの3倍に達し
た。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、濃度消光現象を生じず
に、輝度が大幅に改善されたウイスカーを有する金属酸
化物蛍光構造体を、簡単に製造することが可能となる。
高輝度蛍光特性を有するウイスカー金属酸化物蛍光構造
体は新規であり、蛍光表示管、EL素子、レーザー発振
素子、陰極線ディスプレイ、プラズマディスプレイ、蛍
光灯、信号機等の広汎な用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属酸化物蛍光構造体を製造する装置
の1例を示す模式図である。
【図2】実施例1で得られたウイスカーを有する金属酸
化物蛍光構造体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図3】比較例1で得られた連続膜を有する金属酸化物
蛍光構造体の走査型電子顕微鏡写真である。
【図4】実施例1及び比較例1で得られた金属酸化物蛍
光構造体における、Eu含有量と発光強度の関係を示す
図である。
【図5】実施例2及び比較例2で得られた金属酸化物蛍
光構造体における、Tb含有量と発光強度の関係を示す
図である。
【符号の説明】
1 金属酸化物蛍光構造体の製造装置 2 窒素ガス供給源 3 母材の気化器 4 異種元素の気化器 5 原料混合器 6 原料混合溜 7,12 ヒーター 8 コイル状加熱混合器 9 ノズル 10 基材 11 加熱台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09K 11/59 C09K 11/59 11/62 11/62 11/64 11/64 11/68 11/68 11/78 CPB 11/78 CPB CPM CPM CPN CPN CPR CPR CQC CQC 11/79 11/79 11/80 11/80 C30B 29/62 C30B 29/62 E (72)発明者 佐藤 裕子 新潟県長岡市上富岡町字長峰1603番地1 長岡技術科学大学内 Fターム(参考) 4G076 AA02 AB11 BA04 DA11 4G077 AA04 BB10 DB01 DB08 EA02 EA03 EB01 ED06 HA02 HA20 TH02 TK01 4H001 CA02 CF01 XA08 XA12 XA13 XA14 XA20 XA24 XA25 XA30 XA31 XA38 XA39 XA56 XA58 XA63 XA65 XA69 XA70 XA74 XA82 YA12 YA13 YA14 YA20 YA24 YA25 YA30 YA31 YA38 YA39 YA56 YA58 YA63 YA65 YA69 YA70 YA74 YA82

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円近似断面径が0.01〜100μmで、
    円近似断面径に対する長さの比が1以上である金属酸化
    物のウイスカーを有する金属酸化物構造体において、ウ
    イスカーがウイスカーを構成する母材とは異なる元素を
    含む賦活剤を含有することにより、高輝度蛍光特性を有
    することを特徴とする金属酸化物蛍光構造体。
  2. 【請求項2】ウイスカーが金属酸化物面上の10μm×
    10μmの面積当たり0.1〜10000個の密度で存
    在することを特徴とする請求項1に記載の金属酸化物蛍
    光構造体。
  3. 【請求項3】ウイスカーが母材中に賦活剤を均一に分散
    した状態で含有することを特徴とする請求項1又は2に
    記載の金属酸化物蛍光構造体。
  4. 【請求項4】ウイスカーがウイスカーの長軸方向に沿っ
    て一貫した性状を有することを特徴とする請求項1〜3
    のいずれかに記載の金属酸化物蛍光構造体。
  5. 【請求項5】ウイスカーを構成する母材元素および賦活
    剤に含まれる異種元素が、周期律表において水素を除く
    1族、2族、ホウ素を除く13族、炭素を除く14族、
    窒素とリンと砒素を除く15族及び3,4,5,6,
    7,8,9,10,11,12族から選ばれる少なくと
    も一種の金属を含むものであることを特徴とする請求項
    1〜4のいずれかに記載の金属酸化物蛍光構造体。
  6. 【請求項6】金属がY,Eu,Tb,Tm,Ba,C
    a,Mg,Al,Mn,Zn,Si, Sr,Ga,Y
    b,Cr,Ce,Pb及びWから選ばれたものであるこ
    とを特徴とする請求項5に記載の金属酸化物蛍光構造
    体。
  7. 【請求項7】有機物質、無機物質、金属から選ばれる材
    料でウイスカーの間を充填したことを特徴とする請求項
    1〜6のいずれかに記載の金属酸化物蛍光構造体。
  8. 【請求項8】気化させた金属酸化物ウイスカー母材構成
    元素を含むガスと気化させた母材とは異なる元素を含む
    ガスを、キャリアガスとともに均一に混合した後に、大
    気圧開放下に加熱された基材表面に吹き付けて基材表面
    に円近似断面径が0.01〜100μmで、円近似断面
    径に対する長さの比が1以上である金属酸化物のウイス
    カーを有する金属酸化物蛍光構造体を堆積することを特
    徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の金属酸化物蛍
    光構造体の製造方法。
  9. 【請求項9】さらに、得られた金属酸化物蛍光構造体の
    ウイスカーの間を有機物質、無機物質、金属から選ばれ
    る材料で充填することを特徴とする請求項8に記載の金
    属酸化物蛍光構造体の製造方法。
  10. 【請求項10】金属酸化物ウイスカーを構成する母材の
    気化器、該母材とは異なる元素の気化器、気化させた母
    材及び母材とは異なる元素をキャリアガスとともに均一
    に混合する原料混合器、混合原料ガスを噴出するノズル
    及び基材加熱台を有することを特徴とする請求項1〜7
    のいずれかに記載の金属酸化物蛍光構造体の製造装置。
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