JP2003292951A - 減衰期間の長い発光粉末及びその調製方法 - Google Patents
減衰期間の長い発光粉末及びその調製方法Info
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- C09K11/625—Chalcogenides with alkaline earth metals
Abstract
提供する。 【解決手段】式xRO.(1−x)Al2O3:aEu
2O3:bMの減衰期間の長い発光粉末組成物(Rは、
Sr、Ca、Mg及びBaからなる群より選択されるア
ルカリ土類金属であり;Al2O3は単相であり;M
は、Pr、La、Ce、Dy、Sm及びNdからなる群
より選択され;0.2≦x≦0.8;0.001≦a≦
0.05;且つ0.001≦b≦0.1)。
Description
光粉末に関する。本発明は特に、減衰期間の長い発光粉
末の調製方法に関する。
い燐光物質としても知られる減衰期間の長い発光粉末
は、1秒間又はそれ未満程度の短時間にわたって比較的
大きいエネルギーの照射によって励起させた後で、数秒
間から数時間までの非常に長い期間にわたって可視光領
域の光を放出する独自の性質を有する。これらの燐光体
の用途はほぼ無限である。例えば、広域にわたる電力停
止又は一時的な電力の停止の間の非常用標識及び低レベ
ルの照明避難システム、軍事的用途、織物の印刷及び織
物繊維、照明器具及びスイッチ、出口表示看板、電子機
器デジタルパッド等を挙げることができる。
の長い発光粉末は、既知である(例えばインド国特許出
願等445/DEL/99号明細書参照)。これらの硫
化物燐光体は十分に明るいが、減衰時間が数分間から数
時間程度のみである。
い減衰時間が好ましい。この要求は一般に、トリチウム
(H−3)及びプロメチウム(Pm−147)のような
放射性同位体によって達成される。安全性及び環境的な
考慮から、放射性元素を伴わずに、数時間、好ましくは
10時間超の減衰時間を有する発光粉末がかなり必要と
されている。
に迅速に減衰し、その後で弱い光を長期間にわたって維
持する希土類で活性化させたアルミン酸アルカリ土類燐
光体が開示されている。これは、Pallila F
C、Levine A K及びTomtus M Rが
J.Electrochem.Soc.、115、p.
624(1968年)で開示している。活性化剤/補助
活性化剤及び他の成分を導入すること、及びそれらの調
製工程を変更することによって、この分類の発光材料の
燐光特性を改良するために、かなりの努力が行われてき
た。
4号明細書で、(Sr:Eu)アルミネート、(Sr:
Eu)酸化物:n(Al:B:Dy)酸化物(n=1〜
8)からなる錯組成物を開示している。この発明では、
「n」の値の選択に依存して、減衰時間が40〜60時
間超であることを開示している。更に、彼らは、酸化ア
ルミニウムを、α及びγ相の混合物として得なければな
らないことを教示しており、好ましくはα相の最少量が
少なくとも50%であるべきであることを教示してい
る。ここでは更に、成分間の固体状態反応を効果的に行
うために使用するフラックス材料に本質的に起因するホ
ウ素成分が存在しなければならないことを開示してい
る。存在するホウ素の量は、組成物中のアルミニウムモ
ル量をによって制御して、0.001〜0.35モル%
に制御すべきである。nの変化は、異なる波長の発光を
もたらし、例えばn=1では、緑色の発光がもたらさ
れ、n=2では青色の発光がもたらされる。開示されて
いる発明は、合成のために、るつぼの炭素粉末中に混合
材料を埋め込んでいる。開示されている発明は、マトリ
ックス中の全アルミニウム含有率に対して少量のホウ素
を制御する問題を避けることができない。他の欠点は、
γタイプの酸化アルミニウムに対してαタイプの酸化ア
ルミニウムの量を制御して、明るさ及び減衰時間を調節
する必要があることである。更に、大量の炭素を、還元
剤として使用し、空気と焼成混合物との接触を防いでい
る。混合物は、炭素粉末中に埋め込んでいる。これは、
望ましくないパラメータであると考えられる。ここで言
及されている全てのパラメータが、特許請求されている
ような良好な明るさと長い減衰時間の望ましい再現可能
な特性を有する蛍光体粉末をもたらすわけではないであ
ろう。
83号明細書の他の開示では、開示されている燐光体粉
末は、MO:(n−x){aAl2O3 α+(1−a)
Al 2O3 γ}:xB2O3Rである。この開示は上記
のHaoの特許明細書による開示と大きく異なるもので
はなく、同じ酸化アルミニウム相の混合物を使用してい
る。しかしながら、組成物がわずかに複雑になってお
り、上記の発明の「n」が(n−x)に代わっており、
またアルカリ土類金属が酸化物MOに代わっている。従
ってHao等によるこの開示には、上述の’614号明
細書と同じ困難性が存在する。
(Fu等)は、組成RO:a(Al1 −xGax)2O
3:b(Y1−yScy)2O2:cB2O3:dEu
2+:eMnの他の錯体系を開示している。この開示で
は、Y及びScがSi及びGeによって置換された同様
な組成物の特性を扱っており、最終的な組成はRO:a
(Al1−xGax)2O3:b(Si1−yGey)
O2:cEu2+:dM nである。これら2つの組成物
も複雑な特性を有し、注意深く処理して、パラメータ
a、b、c及びdの値を制御しなければならない。焼成
はアルミニウム容器で行っており、これは組成物の化学
量論量に望ましくない変化をもたらし、それによって望
ましくない減衰特性をもたらすことがある。また燐光体
は、約24時間の減衰時間を有することを特徴としてい
る。ここで使用する還元雰囲気は、水素と窒素の混合で
ある。還元ガス雰囲気における水素の存在は、その危険
な性質のために非常に注意深く扱わなければならず、こ
のことによって製造コストが増加する。このことに加え
て、組成物の非常に複雑な性質は、製造コストに加えて
かなり低い収率によって、燐光体の産業的な使用に深刻
な制限を課す。
号明細書は、組成MkAl2O4:2xEu2+2yR
3+の緑色の発光を有する減衰時間の長い燐光体を開示
している。この特許明細書では、燐光体のα及びβ相の
調製を開示しており、また約650℃からの急冷が、明
かりの減衰時間が長いかなり良好な燐光体をもたらすこ
とを特許請求している。ここでは、13Wの蛍光源によ
って励起させたときに、減衰が16時間よりも長いこと
を特許請求している。急冷工程は、空気中において行う
ことが特許請求されている。これは、高温の材料と空気
との接触を避けることを教示する’614号特許明細書
とは対称的である。従って、’911号特許明細書で開
示されている650℃の温度の急冷は、’614号明細
書とは明らかに矛盾するもでのである。上記の従来技術
の開示は一般に、高温の水素ガスの使用を伴うものであ
り、これは、酸素含有化合物の存在下では爆発の可能性
があるので非常に危険である。準備する組成物及びプロ
セスの数も多い。従って従来技術で開示されている減衰
時間が長い発光粉末は、均一なものではなく、部分的に
発光しており、また凝集していて、幅広い粒度分布を有
し、不均一な明かりをもたらすものである。
は、減衰時間が長い発光粉末を提供することである。
する減衰期間の長い発光粉末の調製方法を提供すること
である。
し且つ粒度分布が狭い減衰期間の長い発光粉末を提供す
ることである。本発明のまた更に他の目的は、励起エネ
ルギーが小さい減衰期間の長い発光粉末を提供すること
である。
できる減衰期間の長い発光粉末を提供することである。
O.(1−x)Al2O3:aEu2O3:bMの減衰
期間の長い発光粉末を提供することである。ここで、R
は、Sr、Ca、Mg及びBaからなる群より選択され
るアルカリ土類金属であり、Al2O3は、単相であ
り、Mは、Pr、La、Ce、Dy、Sm及びNdから
なる群より選択され、0.2≦x≦0.8;0.001
≦a≦0.05;且つ0.001≦b≦0.1である。
属は、少なくとも99.9%の純度の塩である。
ウムは、独立のα及びγ相である。
ムとアルカリ土類金属酸化物との比は重量に関して2
0;80〜80:20である。
9.9%の純度の塩である。
2O3:aEu2O3:bMの減衰期間の長い発光粉末
の調製方法に関する。ここで、Rは、Sr、Ca、Mg
及びBaからなる群より選択されるアルカリ土類金属で
あり;Al2O3は、単相であり;Mは、Pr、La、
Ce、Dy、Sm及びNdからなる群より選択され;
0.2≦x≦0.8;0.001≦a≦0.05;且つ
0.001≦b≦0.1である。この調製方法は、アル
カリ土類金属塩、活性化剤としてのEu、共活性化剤、
フラックス材料、及び還元剤を完全に混合して均一にす
ること、この混合物を磨砕すること、そして磨砕した混
合物を900〜1,500℃の温度で、不活性ガスを流
しながら、10分〜24時間の期間にわたって焼成する
こと、不活性ガスを流しながら焼成した混合物をゆっく
りと500℃の温度まで冷却すること、高温の混合焼成
体を素速く取り出して約25℃にすること、得られた冷
却された材料を磨砕すること、そしてふるい分けによっ
て、100μm以下の粒度の減衰期間の長い発光粉末を
得ることを含む。
属塩は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、
バリウム及びそれらの混合の炭酸塩及びアルミン酸塩か
らなる群より選択される。
塩は、少なくとも99.9%の純度である。
加熱によって酸化物に転化可能な、ユーロピウムの化合
物及び任意のそれらの混合から選択される。
とも99.9%の純度である。
は、加熱によって酸化物に転化可能な、ランタン、セリ
ウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリ
ウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジス
プロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、及び
イッテルビウムの化合物、並びにそれらの任意の混合か
らなる群より選択される。
少なくとも99.9%の純度である。
ウ酸及び酸化ホウ素から選択される。
末及び炭素の有機化合物から選択される。
合物は、尿素、セルロース、糖及びデンプンからなる群
より選択される。
ック、炭素及び耐熱性材料で作られた焼成ボートで行
う。
及びアルゴンから選択される。
ールミルで行う。
2O3:aEu2O3:bMの組成の本発明の発光粉末
は、150時間超の長い持続性を有する。ここで、R
は、Sr、Ca、Mg及びBaのようなアルカリ土類金
属であり;Al2O3は、独立の相(α、γ)であり;
Mは、Pr、La、Ce、Dy、Sm及びNdを含み;
0.2≦x≦0.8;0.001≦a≦0.05;且つ
0.001≦b≦0.1である。これは、紫外光から可
視光の範囲の放射を受けて、使用する組成に依存した波
長の光を放出する。得られる発光粉末は、良好な結晶性
であり、自由流れ性を示し、且つ粒度分布が5〜70μ
mで狭い。
であることの利点は、デバイスの製造において、粉末を
バインダーと混合すると、非常に均一なコーティングが
得られることである。所望の色の印及び表示ディスプレ
イは、組成の選択によって得ることができる。そのよう
な粉末の用途の可能性は限りがない。そのような用途の
例としては、出口表示板、非常用表示、及び低レベル照
明避難系、消防士の装備、屋外用経路表示、繊維製品の
印刷及び繊維製品用繊維等を挙げることができる。本発
明に関する方法は、用途及びデバイス用途の様式に依存
して、ホスト材料を、単独の又は2若しくはそれよりも
多くの混合で、100μm未満の粒度で99.9%の純
度の、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及び
バリウムのアルミン酸塩から選択することを含む。活性
化剤は、単独の又は2若しくはそれよりも多くの混合
の、ランタノイド系列の希土類活性化剤から選択する。
これらは、減衰期間の長い発光粉末の必要とされる発光
色に基づいて100〜10,000ppmで99.9%
の純度の、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリ
ニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エ
ルビウム、ツリウム、及びイッテルビウムの化合物でよ
い。本発明では、選択される活性化剤は好ましくはEu
である。ストロンチウムのアルミン酸塩を、加熱によっ
て酸化可能なユーロピウム塩に加える。ここに、好まし
くはホウ酸であるホウ素化合物の形のフラックスを加え
る。フラックスの使用は、発光粉末を与える混合物の固
体状態反応を促進する。還元剤は、炭素又は炭素の有機
化合物の形で加える。この有機化合物は好ましくは、デ
ンプン、尿素、糖、セルロースを含む。本発明で選択さ
れる還元剤は特に、木炭及び尿素である。
される。混合された粉末は、セラミック/カーボン/任
意の他の耐熱性材料の容器に充填して、セラミックの閉
鎖容器に入れる。これら両方は1,600℃まで加熱す
ることができ、気体を通さない。混合物は、窒素及びア
ルゴンのような不活性ガスの混合物を含有する気体雰囲
気において、900〜1,500℃の温度に加熱する。
焼成の期間は、10分〜24時間である。成分の配合に
よって、ホスト材料の粒子に活性化剤が均一に分散す
る。900〜1,500℃の温度の上述のガス雰囲気に
おける高温焼成は、ホスト材料を作り、活性化剤を溶解
及び拡散させ、粒子を焼結させ、且つ再結晶化を起こさ
せる。そのようにして得た焼成材料を磨砕し、更にふる
い分けして、発光粉末を必要とする用途に必要とされる
望ましい粒度にする。
衰期間について新しい。この新しさは、焼成の間に混合
物中で炭素還元剤を使用する本発明の工程に起因するも
のである。
が、本発明の範囲を限定するものではない。
い純度の10gのアルミン酸ストロンチウム(SrAl
2O4)粉末を得る。これに、0.17gの酸化ユーロ
ピウム(Eu2O3)、0.362gの酸化ジスプロシ
ウム(Dy2O 3)、1gのホウ酸、及び1gの尿素
(これら全ての純度が99.9%又はそれよりも高い)
を加え、完全に混合し、そして磨砕する。上述の組成物
は、蓋のあるグラファイト容器に充填し、この容器を、
加熱装置のセラミックの閉鎖容器に入れる。閉鎖容器の
雰囲気は、窒素雰囲気である。温度は1,100℃に上
昇させる。この温度は12時間にわたって維持する。材
料は、窒素雰囲気において室温まで迅速に冷却する。焼
成した材料は磨砕し、ふるいに掛けて、緑色の光を放出
する減衰期間の長い発光材料の粉末を得る。
い純度の10gの炭酸ストロンチウム(SrCO3)粉
末を得る。これに、7.26gの酸化アルミニウム(A
l2O3)、0.2324gの酸化ユーロピウム(Eu
2O3)、0.510gの酸化ジスプロシウム(Dy2
O3)、1.5gのホウ酸、及び0.2gの炭素粉末
(これら全ての純度が99.9%)を加え、完全に混合
し、そして磨砕する。上記の組成物を蓋のあるグラファ
イト容器に満たし、この容器を、加熱装置のセラミック
の閉鎖容器に入れる。閉鎖容器の雰囲気は、体積につい
て10:1の割合の窒素とアルゴンの混合雰囲気であ
る。温度は1,200℃に上昇させる。この温度は8時
間にわたって維持する。材料は、窒素雰囲気において室
温まで迅速に冷却する。焼成した材料は磨砕し、ふるい
に掛けて、緑色の光を放出する減衰期間の長い発光材料
の粉末を得る。
い純度の10gの炭酸カルシウム(CaCO3)粉末を
得る。これに、8.35gの酸化アルミニウム(Al2
O3)、0.25gの酸化ユーロピウム(Eu
2O3)、1.40gの酸化ネオジム(Nd2O3)、
1.5gの酸化ホウ素、及び1.2gのカルボヒドラジ
ド粉末(これら全ての純度が99.9%又はそれよりも
高い)を加え、完全に混合し、そして磨砕する。上記の
組成物を蓋のあるグラファイト容器に満たし、この容器
を、加熱装置のセラミックの閉鎖容器に入れる。閉鎖容
器の雰囲気は、体積について10:1の割合の窒素とア
ルゴンとの混合雰囲気である。温度は1,400℃に上
昇させる。この温度は8時間にわたって維持する。材料
は、窒素雰囲気において室温まで冷却する。焼成した材
料は磨砕し、ふるいに掛けて、青色の光を放出する減衰
期間の長い発光材料の粉末を得る。
い純度の10gの炭酸ストロンチウム(SrCO3)粉
末を得る。これに、5.1gの酸化アルミニウム(Al
2O3)、0.6gの酸化ユーロピウム(Eu
2O3)、0.34gの酸化ジスプロシウム(Dy2O
3)、1.0gの酸化ホウ素、及び2.0gの炭素粉末
(これら全ての純度が99.9%又はそれよりも高い)
を加え、完全に混合し、そして磨砕する。上記の組成物
を蓋のある高純度アルミナ容器に満たし、この容器を、
加熱装置のセラミックの閉鎖容器に入れる。閉鎖容器の
雰囲気は、窒素雰囲気である。温度は1,000℃に上
昇させる。この温度は15時間にわたって維持する。材
料は、窒素雰囲気において室温まで冷却する。焼成した
材料は磨砕し、ふるいに掛けて、黄色〜オレンジ色の光
を放出する減衰期間の長い材料の粉末を得る。
す。 2.成分の数が少ないことによって、方法が比較的困難
ではない。
5)
属は、少なくとも99.9%の純度である。
9.9%の純度である。
Claims (18)
- 【請求項1】 式xRO.(1−x)Al2O3:aE
u2O3:bMの減衰期間の長い発光粉末組成物(R
は、Sr、Ca、Mg及びBaからなる群より選択され
るアルカリ土類金属であり;Al2O3は単相であり;
Mは、Pr、La、Ce、Dy、Sm及びNdからなる
群より選択され;0.2≦x≦0.8;0.001≦a
≦0.05;且つ0.001≦b≦0.1)。 - 【請求項2】 前記アルカリ土類金属が、少なくとも9
9.9%の純度の塩である、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】 前記単相酸化アルミニウムが、独立のα
及びγ相である、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項4】 前記酸化アルミニウムと前記アルカリ土
類金属酸化物との重量比が、20:80〜80:20あ
る、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項5】 Mが少なくとも99.9%の純度の塩で
ある、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項6】 アルカリ土類金属塩、活性化剤としての
Eu塩、共活性化剤、フラックス材料、及び還元剤を完
全に混合して均一にし、ここで前記アルカリ土類金属塩
がアルミン酸塩ではない場合には、前記アルカリ土類金
属塩と共にアルミナを加えること、この混合物を磨砕す
ること、そして磨砕した混合物を900〜1,500℃
の温度で、不活性ガスを流しながら、10分〜24時間
の期間にわたって焼成すること、不活性ガスを流しなが
ら焼成した混合物をゆっくりと500℃の温度まで冷却
すること、高温の混合焼成体を素速く取り出して約25
℃にすること、得られた冷却された材料を磨砕するこ
と、そしてふるい分けによって、100μm以下の粒度
の減衰期間の長い発光粉末を得ることを含む、式xR
O.(1−x)Al2O3:aEu2O3:bMの減衰
期間の長い発光粉末の調製方法(Rは、Sr、Ca、M
g及びBaからなる群より選択されるアルカリ土類金属
であり;Al2O3は、単相であり;Mは、Pr、L
a、Ce、Dy、Sm及びNdからなる群より選択さ
れ;0.2≦x≦0.8;0.001≦a≦0.05;
且つ0.001≦b≦0.1)。 - 【請求項7】 前記アルカリ金属塩が、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びそれらの混
合の、炭酸塩及びアルミン酸塩からなる群より選択され
る、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記アルカリ土類金属が、少なくとも9
9.9%の純度である、請求項6に記載の方法。 - 【請求項9】 前記活性化剤が、加熱によって酸化物に
転化可能な、ユーロピウムの化合物及び任意のそれらの
混合から選択される、請求項6に記載の方法。 - 【請求項10】 活性化剤がなくとも99.9%の純度
である、請求項6に記載の方法。 - 【請求項11】 前記共活性化剤が、加熱によって酸化
物に転化可能な、ランタン、セリウム、プラセオジム、
ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、
ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウ
ム、エルビウム、ツリウム、及びイッテルビウムの化合
物、並びにそれらの任意の混合からなる群より選択され
る、請求項6に記載の方法。 - 【請求項12】 前記共活性化剤が少なくとも99.9
%の純度である、請求項6に記載の方法。 - 【請求項13】 前記フラックスがホウ酸及び酸化ホウ
素から選択される、請求項6に記載の方法。 - 【請求項14】 前記還元剤が炭素粉末及び炭素の有機
化合物から選択される、請求項6に記載の方法。 - 【請求項15】 前記炭素の有機化合物が、尿素、セル
ロース、糖及びデンプンからなる群より選択される、請
求項14に記載の方法。 - 【請求項16】 前記焼成を、セラミック、炭素及び耐
熱性材料で作られた焼成ボートで行う、請求項6に記載
の方法。 - 【請求項17】 前記不活性ガスが窒素及びアルゴンか
ら選択される、請求項6に記載の方法。 - 【請求項18】 前記反応体の混合をボールミルで行
う、請求項6に記載の方法。
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