JP2005068352A

JP2005068352A - ナノ薄膜蛍光体及びその合成方法

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Publication number: JP2005068352A
Application number: JP2003302962A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tsukahara; 尚希塚原; Masaaki Hirakawa; 正明平川; Minao Nakano; 美尚中野; Chizuru Koakutsu; 千鶴小圷; Osamu Miura; 治三浦; Hirohiko Murakami; 村上　　裕彦
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】低加速電圧でも十分な発光輝度が得られるナノ薄膜蛍光体及びその合成方法の提供。
【解決手段】酸化イットリウムにランタノイド元素が付活された蛍光体からなり、その膜厚が１μｍ以下である。この蛍光体は、３ｋＶ以下の低加速電圧で発光することができ、導電性を持たないものであっても良い。ＲＦスパッタリング法又はＥＢ蒸着法により得られたランタノイド元素付活酸化イットリウム前駆体を５００〜１０００℃の温度で大気焼成して得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナノ薄膜蛍光体及びその合成方法に関する。

最近のカソードレイチューブ（陰極線管：ＣＲＴ）等に用いられている蛍光体は、粒径数ミクロン程度（例えば、３〜１０μｍ）の粒子が主流になっている。今日、ディスプレイの薄型化が進んでいる中で、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）やフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が注目されている。ＦＥＤの主な特徴として、低消費電力が挙げられている。ＦＥＤのような低加速電圧で駆動するディスプレイでは従来の蛍光体を用いた場合、電子の侵入深度の関係から低加速電圧では十分に電子が発光部まで到達できずに、発光輝度が得られないといった問題が生じてしまう。また、通過できない電子は、蛍光体上でチャージアップしてしまい、発光輝度が得られなくなるといったデメリットが生じてしまう。

ところで、発光輝度が改善された蛍光体として、ランタン、イットリウムを含む発光蛍光体が知られている（例えば、特許文献１参照）。この発光蛍光体は硫化金属を必須成分として含み、硫化物スパッタターゲットを用いて薄膜形成されている。
特開平１０−１８３１１５号公報(特許請求の範囲)

上記したように、ＦＥＤは低加速電圧で駆動するために、蛍光体への電子線の侵入深度が非常に浅く、蛍光体の粒径が数ミクロンもあると電子が発光部まで行き届かず、十分な励起がされず、所望の輝度が得られない。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、低加速電圧でも十分な発光輝度が得られるナノ薄膜蛍光体及びその合成方法、特にＦＥＤに適したナノ薄膜蛍光体及びその合成方法を提供することにある。

本発明者らは、蛍光体のナノ薄膜化を行うことにより、低加速電圧でも電子線が十分に膜を通過でき、チャージアップを緩和できること、また、電子がこの膜を通過することから、この蛍光体は必ずしも導電性を持つ必要はないことを見い出し、本発明を完成するに至った。なお、このようなナノ薄膜は、粉末に比べて平坦性に優れているといった特徴を持っており、本発明のナノ薄膜蛍光体はＦＥＤ用の蛍光体として最適であると言える。

本発明のナノ薄膜蛍光体は、母材としての酸化イットリウムにランタノイド元素が付活されたものからなり、その膜厚が１μｍ以下、好ましくは１００〜３００ｎｍ程度以下であることを特徴とする。このナノ薄膜蛍光体では、膜厚が１μｍ以下であることから、電子が低加速電圧でも膜を十分に通過することができ、発光部分の励起が可能となる。

上記ランタノイド元素が、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、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、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。

上記ナノ薄膜蛍光体が、３ｋＶ程度以下の低加速電圧で発光することができるものであることを特徴とする。

上記ナノ薄膜蛍光体が、導電性を持たないものであることを特徴とする。導電性を付与しなくても電子は膜を通過することができるので、膜に帯電が起こらないという利点がある。

本発明のナノ薄膜蛍光体の合成方法は、母材としての酸化イットリウムにランタノイド元素が付活された前駆体を５００〜１０００℃の温度で大気焼成してナノ薄膜蛍光体を得ることを特徴とする。５００℃未満ではユウロピウムなどの拡散が十分に行われず、発光輝度が落ちてしまい、１０００℃を超えると透明電極膜とナノ薄膜蛍光体が反応してしまい、発光を示さなくなる。
上記前駆体は、母材としての酸化イットリウムを含む酸化物と付活剤としてのランタノイド酸化物とを用い、ＲＦスパッタリング法又はＥＢ蒸着法により合成されることを特徴とする。

上記合成方法において、ランタノイド元素は、上記の通りであり、また、得られたナノ薄膜蛍光体は、上記の通り低加速電圧で発光することができ、かつ導電性を持たないものであっても良い。

なお、本発明によれば、上述したような合成法で得られたナノ薄膜蛍光体は３ｋＶ程度の低加速電圧でも励起が可能である。

本発明によれば、扱いやすい酸化物を用いて同時に成膜プロセスで合成することにより、母材としての酸化イットリウムと付活材とをそれぞれ積層させる場合よりも付活材が十分に母材内に拡散されるので、低加速電圧でも十分な発光輝度が得られ、発光効率が十分高いナノ薄膜蛍光体、特にＦＥＤに適した蛍光体を合成することができる。そのため、膜厚１００ｎｍ以下でも低加速電圧で発光輝度が得られる。また、ナノ薄膜化することで蛍光体自身が導電性を必ずしも持っていなくても低加速電子線は膜を通過することができ、電子はアノード電極から抜けていき、帯電を妨げることができる。

以下、本発明に係わるナノ薄膜蛍光体の実施の形態について説明する。
本発明のナノ薄膜蛍光体は、母材としての酸化イットリウムにユウロピウム等のランタノイド元素が付活されたものであり、この添加量は、一般に約１ｗｔ％〜約１２ｗｔ％程度、好ましくは７．５ｗｔ％である。この範囲内の添加量を有する蛍光体であれば電子線による所望の発光を示し、特に添加量７．５ｗｔ％の蛍光体が高い発光輝度を示す。

本発明によれば、例えば、公知のＲＦスパッタリング法を用い、ターゲットとしして、酸化ユウロピウム等の酸化ランタノイドからなるターゲットと母材としての酸化イットリウムからなるターゲットとを同時に用いてスパッタ成膜して前駆体を得、この前駆体を大気中で焼成することにより、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ（ランタノイド元素）からなるナノ薄膜蛍光体を形成することができる。上記合成法については、以下の実施例でスパッタリング法を用いて同時合成を行っているが、ＥＢ蒸着法やガス中蒸着法でも良い。

上記した同時スパッタリングは、例えば、酸化イットリウムのスパッタターゲットの表面にそれより径の小さな酸化ユウロピウム等の酸化ランタノイドのスパッタターゲットを好ましくは複数個乗せたターゲット配置形状（例えば、図１参照）で同時にスパッタを行うものである。このターゲット形状は、特に制限はなく、本発明の目的を達成できるようなものであればよい。

従来、イットリウム及びユウロピウム等のランタノイド元素は空気中で容易に酸化してしまうので、油中で保存されているため、扱いが非常に困難であった。しかし、本発明では、母材であるイットリウムも付活材であるユウロピウム等も酸化物であることから、非常に扱いやすく、電子線にも非常に安定である。

また、従来、ナノ薄膜蛍光体を合成する場合、スパッタリング法やＥＢ蒸着法を用いて行う際に、母材と付活材とを交互に積層させて積層構造とすることがあった。しかし、積層すると、焼成時にユウロピウムが酸化イットリウムの内部に十分に拡散しないため、主に母材と付活材との界面のみが発光してしまい、発光輝度を落としてしまうといった問題があった。しかるに、本発明では、上記したように同時に成膜プロセスを実施することにより、母材内に均等に付活材が入り込み、焼成時に結晶性が上昇し、発光輝度が高くなる。また、本発明では透明電極基板上に直接形成でき、膜厚制御も比較的容易に行える。合成した前駆体薄膜を５００〜１０００℃で大気焼成することにより、所望のナノ薄膜蛍光体を得ることができる。本実施の形態では、蛍光体を合成するに際し、酸化イットリウムと酸化ユウロピウムとを用いて説明したが、上記ユウロピウムに限らず、上記したその他のランタノイド元素の酸化物でも同様にして合成可能である。

以下に、本発明を具体的に説明する実施例を挙げて詳細に説明する。

本発明の蛍光体薄膜の合成方法を用いてナノ薄膜蛍光体を作製した。
以下にＹ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体の合成工程を示す。まず、酸化イットリウムのスパッタターゲット（φ１００ｍｍ）上に酸化ユウロピウムターゲット（φ１０ｍｍ）を乗せ、同時にＲＦスパッタ成膜を行って、前駆体を得た。その時の各ターゲットの配置状態の一例を模式的に図１に示す。本実施例では、ユウロピウムは７．５ｗｔ％付活されている。次いで、この前駆体を電気炉に入れ、大気中５００℃で焼成した。５００℃まで３０分で上昇させ、そのまま６０分間保持した。その後、自然放冷で室温まで下げ、焼成された前駆体を取り出した。上記の方法で得られたＹ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体（膜厚約１００ｎｍ）に３ｋＶまでの電子線を照射した時に得られる加速電圧（ｋＶ）と輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を図２に示す。図２から、加速電圧３ｋＶでは２０ｃｄ／ｍ^２を上回った輝度を得ることができ、さらに低い加速電圧でも所望の輝度を得ることができることが分かる。また、その時の発光スペクトルを図３に示す。図３から、６１１ｎｍに赤色発光を示すピークが観察できる。

本発明の蛍光体薄膜の合成方法を用いてナノ薄膜蛍光体を作製した。
以下にＹ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体の合成工程を示す。まず、酸化イットリウムのＥＢターゲットを第１の坩堝に入れ、第１のＥＢ電源を用いて、また、酸化ユウロピウムターゲットを第２の坩堝に入れ、第２のＥＢ電源を用いて、同時に蒸着操作を行って、前駆体を得た。次いで、この前駆体を電気炉に入れ、大気中５００℃で焼成した。５００℃まで３０分で上昇させ、そのまま６０分間保持した。その後、自然放冷で室温まで下げ、焼成された前駆体を取り出した。上記の方法で得られたＹ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体（膜厚約１００ｎｍ）に３ｋＶまでの電子線を照射した時、実施例１のＲＦスパッタリング法で得られたナノ薄膜蛍光体と同等の発光スペクトルを示した。

本発明によれば、ナノ薄膜化することで蛍光体自身が導電性を必ずしも持っていなくても低加速電子線は膜を通過することができ、電子はアノード電極から抜けていき、帯電を妨げることができる。そのため、ナノ薄膜蛍光体は、ＦＥＤのみならず、高精細ＣＲＴのディスプレイにも応用の期待が持てる。

Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体合成において、前駆体を得る際のスタッパターゲットの配置を示す模式図。Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体に加速電圧３ｋＶまで電子線照射した時に得られた輝度と加速電圧との関係を示すグラフ。Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕナノ薄膜蛍光体に電子線を照射した時の発光スペクトル図。

Claims

母材としての酸化イットリウムにランタノイド元素が付活された蛍光体からなり、その膜厚が１μｍ以下であることを特徴とするナノ薄膜蛍光体。
上記ランタノイド元素が、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、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、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載のナノ薄膜蛍光体。
上記ナノ薄膜蛍光体が、３ｋＶ以下の低加速電圧で発光することができるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のナノ薄膜蛍光体。
上記ナノ薄膜蛍光体が、導電性を持たないものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノ薄膜蛍光体。
母材としての酸化イットリウムにランタノイド元素が付活された前駆体を５００〜１０００℃の温度で大気焼成してナノ薄膜蛍光体を得ることを特徴とするナノ薄膜蛍光体の合成方法。
上記前駆体を、母材としての酸化イットリウムを含む酸化物と付活剤としてのランタノイド酸化物とを用い、ＲＦスパッタリング法又はＥＢ蒸着法により合成することを特徴とする請求項５記載のナノ薄膜蛍光体の合成方法。
上記ランタノイド元素が、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、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、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項５又は６記載のナノ薄膜蛍光体の合成方法。
上記合成方法で得られたナノ薄膜蛍光体が、３ｋＶ以下の低加速電圧で発光することができるものであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のナノ薄膜蛍光体の合成方法。
上記合成方法で得られたナノ薄膜蛍光体が、導電性を持たないものであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のナノ薄膜蛍光体の合成方法。