JP2006096897A - Fluorescent material, method for producing the same and luminous device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、希土類イオンを含む蛍光材料とその製造方法とに関し、より詳細には、含有される希土類イオンへのエネルギー移動によって発光する蛍光材料と、その製造方法とに関する。 The present invention relates to a fluorescent material containing rare earth ions and a method for producing the same, and more particularly to a fluorescent material that emits light by energy transfer to the contained rare earth ions and a method for producing the same.
希土類イオンまたはランタノイド系(Ln)イオンを含有する蛍光材料の、エレクトロルミネッセンス素子、オプトエレクトロニクスおよびフラットパネルディスプレイ等の技術応用に大きな関心が寄せられている。 There is great interest in the technical applications of fluorescent materials containing rare earth ions or lanthanoid (Ln) ions, such as electroluminescent devices, optoelectronics and flat panel displays.
このような蛍光材料の1つに、希土類元素と配位子とを含む蛍光錯体がある。上記蛍光錯体は、希土類元素の塩(例えば、ユウロピウム、ネオジウム)と低分子配位子(例えばβ-ジケトン化合物)とを溶媒に混合し、塩基性化合物を加えてpHを調整することによ
って得られる。このような蛍光錯体では、配位子を励起することによって、配位子から希土類イオンへのエネルギー移動が生じ、希土類イオンによる強い蛍光が観察される。
One such fluorescent material is a fluorescent complex containing a rare earth element and a ligand. The fluorescent complex is obtained by mixing a rare earth element salt (eg, europium, neodymium) and a low molecular ligand (eg, β-diketone compound) in a solvent, and adding a basic compound to adjust the pH. . In such a fluorescent complex, when the ligand is excited, energy transfer from the ligand to the rare earth ion occurs, and strong fluorescence due to the rare earth ion is observed.
このような蛍光は、配位子を励起させればよいため、直接希土類イオンを励起する場合に比べて、有利である。なぜなら、希土類イオンに比べて配位子の方が広い波長範囲に吸収を有するため、励起波長に制限がないためである。しかしながら、このような蛍光錯体は有機物であるため、応用技術が制限される可能性がある。また、有機物は熱的に不安定であるといった問題も有する。 Such fluorescence is advantageous as compared with the case where the rare earth ions are directly excited because the ligand only needs to be excited. This is because the ligand has absorption in a wider wavelength range than the rare earth ions, and thus there is no limitation on the excitation wavelength. However, since such a fluorescent complex is an organic substance, application technology may be limited. In addition, organic substances have a problem that they are thermally unstable.
このような問題を克服するために、近年、希土類元素を含む無機半導体材料の開発が進んでいる(例えば、非特許文献1を参照。)。非特許文献1は、チタンイソプロポキシド溶液と、ユウロピウム硝酸塩溶液との混合溶液からゾル・ゲル法を用いて、種々のユウロピウム濃度を含有する酸化チタン(チタニア)を製造する技術を開示している。
In order to overcome such problems, in recent years, development of inorganic semiconductor materials containing rare earth elements has been advanced (see, for example, Non-Patent Document 1). Non-Patent
しかしながら、上記非特許文献1に記載されるユウロピウムを含有する酸化チタンは、酸化チタンからユウロピウムへのエネルギー移動による十分な蛍光は見られない。これは、ユウロピウムのドーピング仕込み量のうち、酸化チタンの結晶格子内に含まれるユウロピウム量よりも酸化チタンの表面に吸着したユウロピウム量の方が多く存在するためである。また、非特許文献1に記載する技術では、充分な発光強度が得られるのに必要な量のユウロピウムを酸化チタンの結晶格子内に含有させるのは困難である。
However, the titanium oxide containing europium described in
したがって、本発明の目的は、無機材料を用いたエネルギー移動型の蛍光材料およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an energy transfer type fluorescent material using an inorganic material and a method for producing the same.
本発明による少なくとも一対の半導体層および希土類イオン層を含む蛍光材料は、前記半導体層は、負電荷を有しており、前記希土類イオン層は、正電荷を有しており、少なくとも1種類の希土類イオンを含み、前記少なくとも一対の前記半導体層および前記希土類イオン層のそれぞれは、互いに隣接するように積層されており、前記半導体層の欠陥準位
のエネルギーEDと、前記少なくとも1種類の希土類イオンの励起状態のエネルギーERe
とは、関係ED>EReを満たし、これにより上記目的を達成する。
In the fluorescent material comprising at least a pair of semiconductor layers and a rare earth ion layer according to the present invention, the semiconductor layer has a negative charge, the rare earth ion layer has a positive charge, and at least one kind of rare earth Each of the at least one pair of the semiconductor layer and the rare earth ion layer including ions is stacked so as to be adjacent to each other, the defect level energy E D of the semiconductor layer, and the at least one kind of rare earth ions Excited state energy E Re
Satisfies the relationship E D > E Re and thereby achieves the above objective.
前記半導体層は、酸化チタンナノシート、酸化マンガンナノシート、酸化ニオブナノシート、酸化チタン・ニオブナノシート、ペロブスカイト型酸化ニオブナノシート、ペロブスカイト型酸化タンタルナノシート、および、ペロブスカイト型酸化チタンナノシートからなる群から選択されてもよい。 The semiconductor layer may be selected from the group consisting of titanium oxide nanosheets, manganese oxide nanosheets, niobium oxide nanosheets, titanium oxide / niobium nanosheets, perovskite type niobium oxide nanosheets, perovskite type tantalum oxide nanosheets, and perovskite type titanium oxide nanosheets. Good.
前記少なくとも1種類の希土類イオンは、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、および、Yb3+からなる群から選択されてもよい。 The at least one rare earth ion is Sm 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , and Yb 3+. May be selected from the group consisting of
前記希土類イオン層は、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、遷移金属イオン、水素イオン、および、アンモニウムイオンからなる群から選択されるイオンをさらに含んでもよい。
前記半導体層の厚さは、0.5nm〜2nmの範囲であってもよい。
The rare earth ion layer may further include ions selected from the group consisting of alkali metal ions, alkaline earth metal ions, transition metal ions, hydrogen ions, and ammonium ions.
The semiconductor layer may have a thickness in the range of 0.5 nm to 2 nm.
本発明による半導体層と希土類イオン層とを含む蛍光材料を製造する方法は、負電荷を有する前記半導体層を含有する懸濁液を生成する工程と、少なくとも1種類の希土類イオンを含有する反応溶液を調製する工程であって、前記半導体層の欠陥準位のエネルギーEDと、前記少なくとも1種類の希土類元素の励起状態のエネルギーEReとは、関係ED>EReを満たす、工程と、前記懸濁液と前記反応溶液とを混合する工程であって、前記半導体層上に前記少なくとも1種類の希土類イオンを含む、正電荷を有する前記希土類イオン層が形成される、工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。 A method for producing a fluorescent material comprising a semiconductor layer and a rare earth ion layer according to the present invention includes a step of producing a suspension containing the semiconductor layer having a negative charge, and a reaction solution containing at least one kind of rare earth ions. A defect level energy E D of the semiconductor layer and an excited state energy E Re of the at least one rare earth element satisfy the relationship E D > E Re ; A step of mixing the suspension and the reaction solution, wherein the rare earth ion layer having a positive charge and including the at least one kind of rare earth ions is formed on the semiconductor layer. This achieves the above object.
前記半導体層は、酸化チタンナノシート、酸化マンガンナノシート、酸化ニオブナノシート、酸化チタン・ニオブナノシート、ペロブスカイト型酸化ニオブナノシート、ペロブスカイト型酸化タンタルナノシート、および、ペロブスカイト型酸化チタンナノシートからなる群から選択されてもよい。 The semiconductor layer may be selected from the group consisting of titanium oxide nanosheets, manganese oxide nanosheets, niobium oxide nanosheets, titanium oxide / niobium nanosheets, perovskite type niobium oxide nanosheets, perovskite type tantalum oxide nanosheets, and perovskite type titanium oxide nanosheets. Good.
前記少なくとも1種類の希土類イオンは、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、および、Yb3+からなる群から選択されてもよい。 The at least one rare earth ion is Sm 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , and Yb 3+. May be selected from the group consisting of
前記調製する工程は、前記反応溶液にアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン遷移金属イオン、水素イオン、および、アンモニウムイオンからなる群から選択されるイオンをさらに添加する工程を包含してもよい。
前記半導体層の厚さは、0.2nm〜2nmの範囲であってもよい。
The step of preparing may include a step of further adding ions selected from the group consisting of alkali metal ions, alkaline earth metal ion transition metal ions, hydrogen ions, and ammonium ions to the reaction solution.
The thickness of the semiconductor layer may be in the range of 0.2 nm to 2 nm.
前記混合する工程は、前記反応溶液に前記懸濁液を0.5〜50ml/分の速度で加え、室温〜100℃の温度範囲において、1〜24時間保持してもよい。
前記混合する工程の後に、前記蛍光材料を洗浄し、乾燥させる工程をさらに包含してもよい。
In the mixing step, the suspension may be added to the reaction solution at a rate of 0.5 to 50 ml / min and held in a temperature range of room temperature to 100 ° C. for 1 to 24 hours.
After the step of mixing, a step of washing and drying the fluorescent material may be further included.
本発明による発光デバイスは、上記蛍光材料を用いることによって、上記目的を達成する。 The light emitting device according to the present invention achieves the above object by using the fluorescent material.
本発明による蛍光材料は、少なくとも一対の、半導体層、および、少なくとも1種類の希土類イオンを含む希土類イオン層を含む。半導体層は負電荷を有しており、希土類イオン層は、正電荷を有している。これにより、少なくとも一対の半導体層および希土類イオン層のそれぞれは、互いに隣接するように積層される。その結果、希土類イオンを高濃度
で含有させることができる。
半導体層の欠陥準位のエネルギーEDと、少なくとも1種類の希土類イオンの励起状態
のエネルギーEReとは、関係ED>EReを満たすため、半導体層に基づく励起光を照射す
ることによって、吸収エネルギーを容易に希土類イオンに移動させ、半導体層の欠陥準位に基づく蛍光ではなく、希土類イオンに基づく蛍光を容易に発生することができる。したがって、エネルギー移動を介した蛍光を高効率で発生し得る。また、本発明による蛍光材料は、有機物を用いていないため、熱的に安定である。この結果、本発明の蛍光材料を用いれば、長寿命のデバイスが得られ得る。
The fluorescent material according to the present invention includes at least a pair of semiconductor layers and a rare earth ion layer containing at least one kind of rare earth ions. The semiconductor layer has a negative charge, and the rare earth ion layer has a positive charge. Accordingly, at least the pair of semiconductor layers and the rare earth ion layer are laminated so as to be adjacent to each other. As a result, rare earth ions can be contained at a high concentration.
Since the energy E D of the defect level of the semiconductor layer and the energy E Re of the excited state of at least one rare earth ion satisfy the relationship E D > E Re , by irradiating excitation light based on the semiconductor layer, The absorption energy can be easily transferred to the rare earth ions, and the fluorescence based on the rare earth ions can be easily generated instead of the fluorescence based on the defect level of the semiconductor layer. Therefore, fluorescence via energy transfer can be generated with high efficiency. Moreover, since the fluorescent material according to the present invention does not use an organic substance, it is thermally stable. As a result, a device having a long lifetime can be obtained by using the fluorescent material of the present invention.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明による蛍光材料の模式図である。
本発明による蛍光材料100は、半導体層110と希土類イオン層120との組130を含む。半導体層110と希土類イオン層120とは隣接して積層されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of a fluorescent material according to the present invention.
The
半導体層110は、半導体の欠陥準位のエネルギーEDが、後述する希土類イオン層1
20の希土類イオンの励起状態のエネルギーEReより高くあり、かつ、負電荷を有せば、任意の材料を用いることができる。半導体層110は、好ましくは、酸化チタンナノシート、酸化マンガンナノシート、酸化ニオブナノシート、酸化チタン・ニオブナノシート、ペロブスカイト型酸化ニオブナノシート、および、ペロブスカイト型酸化チタンナノシートからなる群から選択される。
The
Any material can be used as long as it is higher than the excited
なお、本明細書において、酸化チタンナノシートは、Ti1-xO2(x<0.15)、Ti3O7、Ti4O9、および、Ti5O11を含む。また、酸化マンガンナノシートは、Mn
O2、Mn3O7、および、他の遷移金属が固溶したMn1ーδCoδO2(ここでδ<0.
5)、および、Mn1ーδFeδO2(ここでδ<0.2)を含む。酸化ニオブナノシートは、Nb6O17およびNb3O8を含む。酸化チタン・ニオブナノシートは、TiNbO5およびTi2NbO7を含む。ペロブスカイト型酸化ニオブナノシートは、Ca2Nb3O10、Sr2Nb3O10、および、Pb2Nb3O10を含む。ペロブスカイト型酸化タンタルナノシートは、Ca2Ta3O10、Sr2Ta3O10、および、Pb2Ta3O10を含む。ペロブスカイト型酸化チタンナノシートは、La2Ti3O10である。
In the present specification, the titanium oxide nanosheet includes Ti 1-x O 2 (x <0.15), Ti 3 O 7 , Ti 4 O 9 , and Ti 5 O 11 . In addition, manganese oxide nanosheets are Mn
Mn 1-δ Co δ O 2 in which O 2 , Mn 3 O 7 , and other transition metals are dissolved (where δ <0.
5) and Mn 1-δ Fe δ O 2 (where δ <0.2). The niobium oxide nanosheet contains Nb 6 O 17 and Nb 3 O 8 . The titanium oxide / niobium nanosheet contains TiNbO 5 and Ti 2 NbO 7 . The perovskite type niobium oxide nanosheet contains Ca 2 Nb 3 O 10 , Sr 2 Nb 3 O 10 , and Pb 2 Nb 3 O 10 . The perovskite tantalum oxide nanosheet contains Ca 2 Ta 3 O 10 , Sr 2 Ta 3 O 10 , and Pb 2 Ta 3 O 10 . The perovskite type titanium oxide nanosheet is La 2 Ti 3 O 10 .
半導体層110の厚さは、0.5nm〜2nmの範囲である。このような厚さを有する半導体層110は、分子的な側面を有している。
The thickness of the
希土類イオン層120は、半導体層110上に隣接しており、少なくとも1種類の希土類イオンを含む。希土類イオン層120は、正電荷を有している。これにより半導体層110が有する負電荷と引力によって互いに隣接し、積層構造が形成され得る。
The rare
このような積層構造により、半導体層110の有する電荷と希土類イオン層120の有する電荷との間で、実質的に電荷補償(電気的中性を満足)するように、半導体層110間に希土類イオンを含有させることができる。
With such a stacked structure, the rare-earth ions between the
したがって、従来に比べて確実に所望量の希土類イオンを半導体材料に含有させることができる。含有される希土類イオン濃度は、選択される半導体材料と希土類イオンとに依存し得る。 Therefore, a desired amount of rare earth ions can be reliably contained in the semiconductor material as compared with the conventional case. The concentration of rare earth ions contained may depend on the semiconductor material selected and the rare earth ions.
なお、本明細書において、実質的に「電荷補償(電気的中性を満足)する」とは、完全
に半導体層110と希土類イオン層120との間で電荷補償されていない(すなわち、電気的中性が満足されていない)が、それによってデバイスに及ぼす影響はないことを言う。また、半導体層110の層間隔Dは、選択された希土類イオンの直径およびナノシートの厚みに依存し、1〜3nmの範囲であり得る。
Note that in this specification, substantially “charge compensation (electric neutrality is satisfied)” means that charge compensation is not completely performed between the
希土類イオン層120に含まれる少なくとも1種類の希土類イオンの励起状態のエネルギーEReは、後述する、半導体層110の欠陥準位のエネルギーEDよりも低いことを満
たしている。詳細には、少なくとも1種類の希土類イオンは、その希土類イオンの励起準位と基底準位とのエネルギー差(f−f遷移)が可視光〜赤外域に存在するという条件を満たせばよい。少なくとも1種類の希土類イオンは、好ましくは、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、および、Yb3+からなる群から選択される。
The excited state energy E Re of at least one kind of rare earth ions contained in the rare
希土類イオン層120は、半導体層110と実質的に電荷補償(電気的中性を満足)するように、上述の希土類イオンを組み合わせて含んでもよい。この場合、含有される希土類イオンの種類に応じて、多種類の波長を有する発光を取り出すことができる。また、希土類イオン層120は、希土類イオンに加えて、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、遷移金属イオン、水素イオン、および、アンモニウムイオンからなる群から選択されるイオンをさらに含んでもよい。これにより、含有される希土類イオンの濃度を所望の濃度になるように調整してもよい。このように発光に寄与する希土類イオンの濃度を制御することによって、発光強度が制御され得る。
The rare
次に、本発明による蛍光材料の蛍光メカニズムを説明する。
図2は、本発明による蛍光材料の蛍光メカニズムを示す模式図である。
Next, the fluorescence mechanism of the fluorescent material according to the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the fluorescence mechanism of the fluorescent material according to the present invention.
半導体層110(図1)であるホストは、価電子帯(VB)と伝導帯(CB)とを有する。光を蛍光材料100(図1)に照射し、半導体層110のVBに存在する電子をCBに励起させる(実線A)。
The host which is the semiconductor layer 110 (FIG. 1) has a valence band (VB) and a conduction band (CB). Light is irradiated to the fluorescent material 100 (FIG. 1), and electrons existing in VB of the
従来の蛍光材料であれば、CBに励起した電子は、VBに直接遷移するか(点線B)、または、欠陥準位にトラップされた後、VBのホールと再結合するか(点線C)のいずれかによって、余ったエネルギーを蛍光として放出していた。 In the case of a conventional fluorescent material, whether electrons excited in CB directly transition to VB (dotted line B) or are trapped in a defect level and then recombined with VB holes (dotted line C). Either way, excess energy was emitted as fluorescence.
しかしながら、本発明による蛍光材料100では、CBに励起した電子は、VBに直接遷移することなく欠陥準位にトラップされた後、VBのホールと再結合することなく、希土類イオンの励起準位にエネルギー移動し得る(実線D)。
However, in the
このようなエネルギー移動は、ホストである半導体層と希土類イオンとが近接していることによって生じる。より詳細には、ホストである0.5〜2nmの厚さの半導体層110と希土類イオン層120中の希土類イオンとは、結晶格子レベルで混ざり合った状態にあるため、ホストの欠陥にトラップされた電子は容易に希土類イオンの励起準位にエネルギー移動することができる。
Such energy transfer is caused by the proximity of the host semiconductor layer and the rare earth ions. More specifically, since the
このように本発明による蛍光材料によれば、蛍光材料のホストとなる半導体層で吸収を生じる波長の光を、蛍光材料に照射することによって、容易に含有される希土類イオンに基づく蛍光を取り出すことができる。 As described above, according to the fluorescent material of the present invention, the fluorescent material is easily extracted by irradiating the fluorescent material with light having a wavelength that causes absorption in the semiconductor layer serving as the host of the fluorescent material. Can do.
蛍光材料に照射されるべき光は、半導体層で吸収が生じればよいので、その波長範囲は、希土類イオンにおける吸収の波長範囲に比べて十分広い。したがって、本発明の蛍光材料を用いて、デバイス設計する場合、光源の制約が小さく有利であり得る。 Since the light to be irradiated to the fluorescent material only needs to be absorbed in the semiconductor layer, its wavelength range is sufficiently wider than the wavelength range of absorption in rare earth ions. Therefore, when designing a device using the fluorescent material of the present invention, the limitation of the light source may be small and advantageous.
また、本発明による蛍光材料は、無機材料から構成されているため、従来の有機材料による蛍光材料を用いたデバイスに比べて、動作環境に対する耐性が大きく、デバイスを安定に動作させることができる。 In addition, since the fluorescent material according to the present invention is made of an inorganic material, it has a higher resistance to the operating environment than a device using a fluorescent material made of a conventional organic material, and can operate the device stably.
次に、本発明による蛍光材料の製造方法を説明する。
図3は、本発明による蛍光材料を製造する工程を示すフローチャートである。
Next, the manufacturing method of the fluorescent material according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing a process of manufacturing a fluorescent material according to the present invention.
各工程を説明する。
工程S310:半導体層を含有する懸濁液を生成する。半導体層は、半導体の欠陥準位のエネルギーEDが、後に生成される希土類イオン層に含有される希土類イオンの励起状
態のエネルギーEReより高くあり、かつ、負電荷を有していれば、任意の材料を用いることができる。半導体層は、好ましくは、酸化チタンナノシート、酸化マンガンナノシート、酸化ニオブナノシート、酸化チタン・ニオブナノシート、ペロブスカイト型酸化ニオブナノシート、および、ペロブスカイト型酸化チタンナノシートからなる群から選択される。
Each process will be described.
Step S310: A suspension containing the semiconductor layer is generated. If the semiconductor layer has a semiconductor defect level energy E D higher than the excited state energy E Re of the rare earth ions contained in the rare earth ion layer to be generated later, and has a negative charge, Any material can be used. The semiconductor layer is preferably selected from the group consisting of titanium oxide nanosheets, manganese oxide nanosheets, niobium oxide nanosheets, titanium oxide / niobium nanosheets, perovskite-type niobium oxide nanosheets, and perovskite-type titanium oxide nanosheets.
なお、本明細書において、酸化チタンナノシートは、Ti1-xO2(<0.15)、Ti3O7、Ti4O9、および、Ti5O11を含む。また、酸化マンガンナノシートは、MnO2、Mn3O7、および、他の遷移金属が固溶したMn1ーδCoδO2(ここでδ<0.5)、および、Mn1ーδFeδO2(ここでδ<0.2)を含む。酸化ニオブナノシートは、Nb6O17およびNb3O8を含む。酸化チタン・ニオブナノシートは、TiNbO5およびTi2NbO7を含む。ペロブスカイト型酸化ニオブナノシートは、Ca2Nb3O10、Sr2Nb3O10、および、Pb2Nb3O10を含む。ペロブスカイト型酸化タンタルナノシートは、Ca2Ta3O10、Sr2Ta3O10、および、Pb2Ta3O10を含む。ペロブスカイト型酸化チタンナノシートは、La2Ti3O10である。半導体層110の厚さは、0.5nm〜2nmの範囲である。
In the present specification, the titanium oxide nanosheet contains Ti 1-x O 2 (<0.15), Ti 3 O 7 , Ti 4 O 9 , and Ti 5 O 11 . In addition, the manganese oxide nanosheets are made of MnO 2 , Mn 3 O 7 , and Mn 1-δ Co δ O 2 (where δ <0.5) in which other transition metals are dissolved, and Mn 1-δ Fe δ O 2 (where δ <0.2) is included. The niobium oxide nanosheet contains Nb 6 O 17 and Nb 3 O 8 . The titanium oxide / niobium nanosheet contains TiNbO 5 and Ti 2 NbO 7 . The perovskite type niobium oxide nanosheet contains Ca 2 Nb 3 O 10 , Sr 2 Nb 3 O 10 , and Pb 2 Nb 3 O 10 . The perovskite tantalum oxide nanosheet contains Ca 2 Ta 3 O 10 , Sr 2 Ta 3 O 10 , and Pb 2 Ta 3 O 10 . The perovskite type titanium oxide nanosheet is La 2 Ti 3 O 10 . The thickness of the
なお、このような半導体層は、例えば、特許第1966650号および特許第2671949号に記載される技術を用いて製造され得るが、任意の方法によって得られた半導体層を採用することができる。
半導体層を分散媒に分散させて懸濁液を生成する。分散媒は、例えば、水であり得るが、半導体層および後述する希土類イオンのいずれもが可溶であれば任意の溶媒を用いることができる。ここで半導体層は、分散媒中で1層ずつ分散した状態で保持され得る。
In addition, although such a semiconductor layer can be manufactured using the technique described in patent 1966650 and patent 2671949, the semiconductor layer obtained by arbitrary methods is employable, for example.
The semiconductor layer is dispersed in a dispersion medium to generate a suspension. The dispersion medium can be, for example, water, but any solvent can be used as long as both the semiconductor layer and the rare earth ions described below are soluble. Here, the semiconductor layer can be held in a state of being dispersed one by one in the dispersion medium.
工程S320:少なくとも1種類の希土類イオンを含有する反応溶液を調整する。少なくとも1種類の希土類イオンは、その希土類イオンの励起準位と基底準位とのエネルギー差(f−f遷移)が可視光〜赤外域に存在するという条件を満たせばよい。少なくとも1種類の希土類イオンは、好ましくは、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、および、Yb3+からなる群から選択される。 Step S320: A reaction solution containing at least one kind of rare earth ions is prepared. At least one kind of rare earth ions may satisfy the condition that the energy difference (f-f transition) between the excited level and the ground level of the rare earth ions exists in the visible light to infrared region. The at least one rare earth ion is preferably Sm 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , and Yb Selected from the group consisting of 3+ .
これらから選択された希土類イオンを含む硝酸塩溶液、硫酸塩溶液、または、酢酸塩溶液は、工程S310で用いた半導体層の負電荷に対して実質的に電荷補償(電気的中性を満足)するように、希土類イオン濃度が調整され得る。なお、希土類イオンを含む溶液は、上記に限定されず、工程S310で調製された懸濁液に可溶であれば、任意の溶液を用いることができる。 The nitrate solution, sulfate solution, or acetate solution containing rare earth ions selected from these substantially compensates for the negative charge of the semiconductor layer used in step S310 (satisfying electrical neutrality). In this way, the rare earth ion concentration can be adjusted. Note that the solution containing rare earth ions is not limited to the above, and any solution can be used as long as it is soluble in the suspension prepared in step S310.
なお、希土類イオンに加えて、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、遷移金属イオン、水素イオン、および、アンモニウムイオンから選択されるイオンを反応溶液に加えてもよい。この場合、これら追加される金属イオンもまた、硝酸塩溶液、硫酸塩溶液
、または、酢酸塩溶液として追加され得るが、工程S310で調製された懸濁液に可溶であれば、任意の溶液を用いることができる。さらなる金属イオンを含有させることによって、希土類イオンの濃度を所望の濃度になるように調整してもよい。
In addition to rare earth ions, ions selected from alkali metal ions, alkaline earth metal ions, transition metal ions, hydrogen ions, and ammonium ions may be added to the reaction solution. In this case, these added metal ions can also be added as a nitrate solution, a sulfate solution, or an acetate solution, but any solution can be used as long as it is soluble in the suspension prepared in step S310. Can be used. By adding additional metal ions, the concentration of rare earth ions may be adjusted to a desired concentration.
工程S330:工程S310で生成されたコロイド懸濁液と、工程S320で調整された反応溶液とを混合する。反応溶液にコロイド懸濁液を手動にて、または、装置を用いて滴下して混合させてもよい。装置を用いる場合、0.5〜50ml/分の速度で反応溶液にコロイド懸濁液を加える。工程S330は、室温〜100℃の温度範囲において行われ、混合後、1時間〜24時間保持される。なお、本明細書において室温とは、10℃〜35℃の温度範囲を意図する。 Step S330: The colloidal suspension generated in Step S310 is mixed with the reaction solution prepared in Step S320. The reaction solution may be mixed with a colloidal suspension manually or dropwise using an apparatus. When using an apparatus, the colloidal suspension is added to the reaction solution at a rate of 0.5-50 ml / min. Step S330 is performed in a temperature range of room temperature to 100 ° C., and is maintained for 1 to 24 hours after mixing. In addition, in this specification, room temperature intends the temperature range of 10 degreeC-35 degreeC.
この間に、半導体層が希土類イオンを挟み込んで沈殿(フロキュレーション)する。このフロキュレーションは、半導体層が有する負電荷と、希土類イオンが有する正電荷との引力によって、自己組織化的に進行する。得られた沈殿物が、本発明による蛍光材料100(図1)である。沈殿物を濾過した後、任意の洗浄液(超純水等)を用いて洗浄し、乾燥してもよい。なお、工程S310と工程S320とは、任意の順番で行われ得る。 In the meantime, the semiconductor layer sandwiches rare earth ions and precipitates (flocculation). This flocculation proceeds in a self-organized manner by the attractive force between the negative charge of the semiconductor layer and the positive charge of the rare earth ions. The obtained precipitate is the fluorescent material 100 (FIG. 1) according to the present invention. After filtering the precipitate, the precipitate may be washed with an arbitrary washing solution (ultra pure water or the like) and dried. Note that step S310 and step S320 may be performed in any order.
このように本発明による方法によれば、ホストとなるコロイド懸濁液と、希土類イオンを含有する反応溶液とを作製し、これらを混合するだけで、容易に蛍光材料を得ることができる。また、半導体層と希土類イオンとが自己組織的に交互に積層するので、得られた蛍光材料に含まれる希土類イオンは、ホストの結晶格子内に取り込まれたことに相当し、電気的中性を満足する高濃度の希土類イオンを半導体層間に挿入することができる。これにより、図2を参照して説明した、ホストの欠陥準位から希土類イオンの励起準位への効率的なエネルギー移動が可能な蛍光材料を製造することができる。 Thus, according to the method of the present invention, a fluorescent material can be easily obtained simply by preparing a colloidal suspension serving as a host and a reaction solution containing rare earth ions and mixing them. In addition, since the semiconductor layers and the rare earth ions are alternately stacked in a self-organized manner, the rare earth ions contained in the obtained fluorescent material correspond to being incorporated into the crystal lattice of the host, and have an electrical neutrality. A satisfactory high concentration of rare earth ions can be inserted between the semiconductor layers. Thereby, the fluorescent material capable of efficient energy transfer from the defect level of the host to the excited level of the rare earth ions described with reference to FIG. 2 can be manufactured.
(実施の形態2)
図4は、本発明による蛍光材料を用いた表示装置の斜視図である。
表示装置400は、AC面放射型プラズマディスプレイ(PDP)である。表示装置400は、フロント部410とリア部420とを含む。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a perspective view of a display device using the fluorescent material according to the present invention.
The
フロント部410は、第1のガラス基板411と、第1のガラス基板411上に形成された表示電極412と、表示電極412上に形成された第1の誘電体層413と、第1の誘電体層413上に形成された保護層414とを含む。
The
リア部420は、第2のガラス基板421と、第2のガラス基板421上に形成されたアドレス電極422と、アドレス電極422上に形成された第2の誘電体層423と、第2の誘電体層423上に形成された隔壁424と、隔壁424間に配置された蛍光材料425とを含む。
The
第1のガラス基板411は、例えば、高ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスであり得る。第2のガラス基板421は、第1のガラス基板411と同じ材料であってもよいし、異なる材料(例えば、ソーダライムガラス)であってもよい。
The
表示電極412は、透明電極であり、例えば、Cr・Al膜、ITO膜であり得る。アドレス電極422は、表示電極112と同じ材料であってもよいし、異なる材料(例えば、Al)であってもよい。
The
第1の誘電体層413と第2の誘電体層423とは、例えば、ガラスから形成され得、コンデンサとして機能する。保護層414は、例えば、酸化マグネシウムであり得る。
The
隔壁424は、例えば、ガラスペーストであり得る。隔壁424は、所定の間隔で配置されており、これによりセル430が形成される。蛍光材料425は、実施の形態1で説明した本発明による蛍光材料である。なお、各セル430には、例えば、Xeを含む不活性ガスの混合ガスが封入されているが、本発明の蛍光材料425に含まれる半導体層110(図1)を励起させることができる波長を有する光を発する限り任意のガスを用いることができる。
The
このようにして形成されたPDP400の表示動作を説明する。
表示電極412とアドレス電極422との間にAC電圧を印加する。表示電極412とアドレス電極422とによって選択されたセル430に電圧が印加される。次いで、セル430内にはプラズマが発生する。この放電の際に放出される紫外線により蛍光材料425に含まれる半導体層110が励起される。半導体層110が励起された後、図2を参照して説明したようにエネルギー移動を生じて、蛍光材料425に含有される希土類イオンに基づく蛍光(可視光)が放出される。
A display operation of the
An AC voltage is applied between the
蛍光材料425から放出された蛍光は、保護層414、第1の誘電体層413、表示電極412および第1のガラス基板411を介して出射され、表示光として観察者(図示せず)によって認知される。
The fluorescence emitted from the
本発明による表示装置400は、実施の形態1で説明した蛍光材料を用いているため、有機材料からなる蛍光材料を用いた表示装置に比べて、動作の安定性が高く、かつ、動作環境に対する耐性を有し得る。
Since the
実施の形態2で説明したPDP400は、本発明の蛍光材料100、425を適用する一例に過ぎないことを理解されたい。本発明の蛍光材料100、425を、例えば、光増幅器、マイクロレーザ、テレビスクリーン、照明器具等の発光デバイスに適用してもよい。この場合も上述の効果を奏することができる。
It should be understood that the
次に、実施例を述べるが、本発明は実施例に限定されるものではないことに留意されたい。 Next, examples will be described, but it should be noted that the present invention is not limited to the examples.
Ti0.91O2ナノシートを水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液に分散させ、pH9
、0.4wt%、100cm3のコロイド懸濁液を作製した。Ti0.91O2ナノシートは、プロトン層状チタネートH0.7Ti1.825O4・H2Oを単層になるように剥離して合成した。用いたTi0.91O2ナノシートは、厚さ0.75nmであり、横方向の長さが0.1〜
1μmであった。反応溶液として0.1moldm-3のEuCl3・6H2O水溶液を100cm3調製した。
Disperse Ti 0.91 O 2 nanosheet in tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution,
A colloidal suspension of 0.4 wt%, 100 cm 3 was prepared. The Ti 0.91 O 2 nanosheet was synthesized by exfoliating proton layered titanate H 0.7 Ti 1.825 O 4 .H 2 O into a single layer. The used Ti 0.91 O 2 nanosheet has a thickness of 0.75 nm and a lateral length of 0.1 to 0.1 nm.
It was 1 μm. As a reaction solution, 100 cm 3 of 0.1 mold −3 EuCl 3 .6H 2 O aqueous solution was prepared.
次いで、室温にてコロイド懸濁液を反応溶液に攪拌しながら手動にてゆっくり添加した。コロイド懸濁液を滴下すると同時に、白い析出物が確認された。析出物を濾過し、超純水で洗浄した後、大気中で25℃、一晩乾燥させた。乾燥後に得られた粉末(以降では、Ti0.91O2/Euと称する)は白色であった。 The colloidal suspension was then slowly added manually to the reaction solution at room temperature with stirring. At the same time that the colloidal suspension was added dropwise, a white precipitate was observed. The precipitate was filtered, washed with ultrapure water, and then dried in the atmosphere at 25 ° C. overnight. The powder obtained after drying (hereinafter referred to as Ti 0.91 O 2 / Eu) was white.
図5は、実施例1で得られたTi0.91O2/EuのX線回折パターンを示す図である。
RINT 2000S粉末X線回析装置(Rigaku、Japan)を用いて得られたTi0.91O2/Euの構造評価を行った。X線回折装置の動作条件は、Cu−Kα線(
λ=0.15405nm)を用いて、40kV/40mA、1.5°2θ/分の走査速度であった。図5に示される丸は、それぞれ、8.2°および15°であり、これらの値より得られたTi0.91O2/EuにおいてTi0.91O2ナノシートが1.06nm(ナノシー
トの厚さを含む)の間隔で積層されていることを確認した。また、この値はEuイオンが希土類イオン層(図1の120)としてTi0.91O2ナノシート間に配置されていると考
えれば妥当である。
FIG. 5 is a view showing an X-ray diffraction pattern of Ti 0.91 O 2 / Eu obtained in Example 1.
The structure of Ti 0.91 O 2 / Eu obtained using a RINT 2000S powder X-ray diffraction apparatus (Rigaku, Japan) was evaluated. The operating conditions of the X-ray diffractometer are Cu-Kα rays (
(λ = 0.15405 nm), the scanning speed was 40 kV / 40 mA, 1.5 ° 2θ / min. The circles shown in FIG. 5 are 8.2 ° and 15 °, respectively. In Ti 0.91 O 2 / Eu obtained from these values, the Ti 0.91 O 2 nanosheet is 1.06 nm (including the thickness of the nanosheet). ) Was confirmed to be stacked at intervals. Further, this value is reasonable if it is considered that Eu ions are arranged between the Ti 0.91 O 2 nanosheets as a rare earth ion layer (120 in FIG. 1).
図5に示される三角および四角で示したピークは、それぞれ、48°および62°であり、Ti0.91O2ナノシートの2次元原子配列の周期を示す。より詳細には、これら48
°および62°は、0.38nm×0.30nmの2次元面心長方形格子に由来する20および02反射である。これらの結果より、得られた粉末において、2次元原子配列がTi0.91O2の原子配列を満たし、Ti0.91O2ナノシートが1.06nm間隔で積層していることが確認された。
The peaks indicated by triangles and squares shown in FIG. 5 are 48 ° and 62 °, respectively, indicating the period of the two-dimensional atomic arrangement of the Ti 0.91 O 2 nanosheet. More specifically, these 48
° and 62 ° are 20 and 02 reflections from a two-dimensional face-centered rectangular grid of 0.38 nm x 0.30 nm. These results, in the obtained powder, 2-dimensional atomic arrangement satisfies the atomic arrangement of the Ti 0.91 O 2, Ti 0.91 O 2 nanosheet was confirmed to be laminated with 1.06nm intervals.
図6は、実施例1で得られた粉末のTEM画像を示す図である。
JEM−3000F(JEOL、Japan)を用いて高解像度透過型電子顕微鏡によるTi0.91O2/Euの観察を行った。観察は、加速電圧300kVで行った。図6に示
されるように、Ti0.91O2/Euが層状のラメラ構造であることを確認した。またその
層間隔は、図5に示されるX線回折の結果と同様に約1nmであった。
6 shows a TEM image of the powder obtained in Example 1. FIG.
Ti 0.91 O 2 / Eu was observed with a high-resolution transmission electron microscope using JEM-3000F (JEOL, Japan). Observation was performed at an acceleration voltage of 300 kV. As shown in FIG. 6, it was confirmed that Ti 0.91 O 2 / Eu had a layered lamellar structure. The layer spacing was about 1 nm as in the X-ray diffraction results shown in FIG.
図7は、実施例1で得られたTi0.91O2/EuのEDSスペクトルを示す図である。
JEM−3000Fに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)を用いてTi0.91O2/Euの組成の同定を行った。図7に示されるように、主としてTi、OおよびE
uが検出された。また、各成分のスペクトル強度比よりEuの濃度を算出したところ、10%であった。このことは、得られたTi0.91O2/Euにおいて、Ti0.91O2 0.36-と
Eu3+とが実質的に電気的中性を満たしていることを示す。
FIG. 7 is a diagram showing an EDS spectrum of Ti 0.91 O 2 / Eu obtained in Example 1.
The composition of Ti 0.91 O 2 / Eu was identified using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) attached to JEM-3000F. As shown in FIG. 7, mainly Ti, O and E
u was detected. The Eu concentration calculated from the spectral intensity ratio of each component was 10%. This indicates that in the obtained Ti 0.91 O 2 / Eu, Ti 0.91 O 2 0.36- and Eu 3+ substantially satisfy electrical neutrality.
以上、図5〜図7の結果より、得られたTi0.91O2/Euは、図1に示されるような
、半導体層110(図1)としてTi0.91O2ナノシート、および、希土類イオン層12
0(図1)としてEu3+イオンを含む積層構造を有していることが分かった。
From the results shown in FIGS. 5 to 7, the obtained Ti 0.91 O 2 / Eu has a Ti 0.91 O 2 nanosheet as the semiconductor layer 110 (FIG. 1) and the rare earth ion layer 12 as shown in FIG.
0 (FIG. 1) was found to have a laminated structure containing Eu 3+ ions.
得られたTi0.91O2/Euの吸収スペクトルを、U−4000型分光光度計(Hit
achi、Japan)を用いて測定した。測定は、測定波長200nm〜700nmを拡散反射モードで行った。
得られたTi0.91O2/EuのPLスペクトルを、F−4500蛍光分光光度計(Hi
tachi、Japan)を用いて測定した。測定は、測定波長200nm〜750nmを蛍光モードで行った。
これらの結果を図8および図9に示し、後述する。
The absorption spectrum of the obtained Ti 0.91 O 2 / Eu was measured using a U-4000 type spectrophotometer (Hit
achi, Japan). The measurement was performed in a diffuse reflection mode at a measurement wavelength of 200 nm to 700 nm.
The PL spectrum of the obtained Ti 0.91 O 2 / Eu was measured by F-4500 fluorescence spectrophotometer (Hi
(tachi, Japan). The measurement was performed in a fluorescence mode at a measurement wavelength of 200 nm to 750 nm.
These results are shown in FIGS. 8 and 9 and will be described later.
(比較例1)
反応溶液として0.1moldm-3のHCl水溶液を100cm3調製した以外は、実
施例1と同様であるため、説明を省略する。比較例1で得られた粉末(以降では、Ti0.91O2/Hと称する)は、希土類イオンを含まない以外は、実施例1と同様であった。
得られたTi0.91O2/Hの吸収スペクトルおよび発光スペクトルを、それぞれ、U−
4000型分光光度計およびF−4500蛍光分光光度計を用いて測定した。測定条件は、実施例1と同様である。これらの結果を図8および図9に示し、後述する。
(Comparative Example 1)
For aqueous HCl 0.1 mol -3 as the reaction solution except that 100 cm 3 prepared the same as in Example 1, the description thereof is omitted. The powder obtained in Comparative Example 1 (hereinafter referred to as Ti 0.91 O 2 / H) was the same as Example 1 except that it did not contain rare earth ions.
The absorption spectrum and emission spectrum of the obtained Ti 0.91 O 2 / H are respectively represented by U-
Measurements were made using a 4000-type spectrophotometer and an F-4500 fluorescence spectrophotometer. The measurement conditions are the same as in Example 1. These results are shown in FIGS. 8 and 9 and will be described later.
図8は、実施例1で得られたTi0.91O2/Eu(a)と、比較例1で得られたTi0.91O2/H(b)の吸収スペクトルを示す図である。
図8において(a)および(b)のいずれにも約380nm近傍に強いUV吸収が確認された。このUV吸収から算出されるバンドギャップは、3.24eVであった。この値から、実施例1および比較例1で得られた粉末が、周知のアナターゼのバンドギャップ(3.18eV)およびルチル(3.03eV)と同様のバンドギャップを有するチタニア
であることを確認した。
FIG. 8 is a diagram showing absorption spectra of Ti 0.91 O 2 / Eu (a) obtained in Example 1 and Ti 0.91 O 2 / H (b) obtained in Comparative Example 1.
In FIG. 8, strong UV absorption was confirmed in the vicinity of about 380 nm in both (a) and (b). The band gap calculated from this UV absorption was 3.24 eV. From this value, it was confirmed that the powder obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was titania having a band gap similar to that of known anatase band gap (3.18 eV) and rutile (3.03 eV). .
図8(a)の吸収スペクトルは、380nmよりも長波長側に3つのピークを有する(挿入図を参照のこと)。一方図8(b)の吸収スペクトルは、380nmの吸収以外のピークは見られなかった。これら3つのピーク位置は、それぞれ、395nm、464nmおよび536nmであった。これらの3つのピークは、公知のEu3+による4f−4f内殻遷移に相当する。 The absorption spectrum of FIG. 8A has three peaks on the longer wavelength side than 380 nm (see inset). On the other hand, in the absorption spectrum of FIG. 8B, no peak other than the absorption at 380 nm was observed. These three peak positions were 395 nm, 464 nm, and 536 nm, respectively. These three peaks correspond to the known Eu 3+ 4f-4f core transition.
図9は、実施例1で得られたTi0.91O2/Eu(a)と、比較例1で得られたTi0.91O2/H(b)とのPLスペクトルを示す図である。
図9(a)の励起スペクトルは、380nmよりも長波長側に3つのピークを有した(ただし、図を明瞭にするため、500nmよりも長波長側のスペクトルを省略している)。これら3つのピーク位置は、それぞれ、395nm、464nmおよび536nm(図示せず)であり、上述した図8(a)に示される吸収スペクトルと一致した。励起光として波長395nmを有する光(Eu3+による吸収波長)をTi0.91O2/Euに照射させ
た場合の蛍光スペクトル(点線)は、Eu3+に特有の蛍光スペクトルを示した。詳細には、4つのピーク(590nm、612nm、653nmおよび693nm)が確認された。これらのピークは、それぞれ、5D0→7Fj(j=1〜4)遷移に起因する。この場合の蛍光は、Ti0.91O2/Eu内のEu3+を直接励起することによって得られる蛍光である
。
FIG. 9 is a diagram showing PL spectra of Ti 0.91 O 2 / Eu (a) obtained in Example 1 and Ti 0.91 O 2 / H (b) obtained in Comparative Example 1.
The excitation spectrum of FIG. 9A has three peaks on the longer wavelength side than 380 nm (however, for the sake of clarity, the spectrum on the longer wavelength side than 500 nm is omitted). These three peak positions were 395 nm, 464 nm, and 536 nm (not shown), respectively, and coincided with the absorption spectrum shown in FIG. The fluorescence spectrum (dotted line) in the case where Ti 0.91 O 2 / Eu was irradiated with light having a wavelength of 395 nm (absorption wavelength by Eu 3+ ) as excitation light showed a fluorescence spectrum peculiar to Eu 3+ . Specifically, four peaks (590 nm, 612 nm, 653 nm and 693 nm) were confirmed. These peaks are attributed to the 5 D 0 → 7 F j (j = 1 to 4) transition, respectively. The fluorescence in this case is fluorescence obtained by directly exciting Eu 3+ in Ti 0.91 O 2 / Eu.
励起光として波長250nmを有する光(ホストTi0.91O2による吸収波長)をTi0.91O2/Euに照射させた場合の蛍光スペクトル(実線)もまた、上述の場合と同様のEu3+に特有の蛍光スペクトルを示した。この場合の蛍光は、Ti0.91O2/Euのホスト
であるTi0.91O2を励起することによって得られる蛍光である。これにより、Ti0.91
O2/Euは、ホストであるTi0.91O2を励起させて、励起された電子が、Ti0.91O2
からEu3+へエネルギー移動することによって、Eu3+による蛍光が得られることを確認した。また、このようにして得られたEu3+の蛍光は、発光デバイスに応用するに十分な強度を有することを確認した。また、このような蛍光が赤色の発光であることを目視確認した。
Fluorescence spectrum (solid line) when Ti 0.91 O 2 / Eu is irradiated with light having a wavelength of 250 nm as excitation light (absorption wavelength by host Ti 0.91 O 2 ) is also characteristic of Eu 3+ as in the above case. The fluorescence spectrum of was shown. The fluorescence in this case is fluorescence obtained by exciting Ti 0.91 O 2 which is a host of Ti 0.91 O 2 / Eu. As a result, Ti 0.91
O 2 / Eu excites Ti 0.91 O 2 which is a host, and the excited electrons become Ti 0.91 O 2.
It was confirmed that Eu 3+ fluorescence was obtained by transferring energy from Eu 3+ to Eu 3+ . In addition, it was confirmed that the Eu 3+ fluorescence thus obtained has sufficient intensity for application to a light-emitting device. Further, it was visually confirmed that such fluorescence was red light emission.
図9(b)の励起スペクトル(点線)は、図8(b)に示される吸収スペクトルと同様に380nm以外のピークは見られなかった。励起光として波長250nmを有する光をTi0.91O2/Hに照射させた場合の蛍光スペクトル(実線)は、395nmに比較的弱
いピーク以外観察されなかった。このピークは、Ti0.91O2/Hの欠陥状態に起因して
おり、この結果は公知のTi0.91O2ナノシートの蛍光スペクトルに類似した。
In the excitation spectrum (dotted line) in FIG. 9B, no peak other than 380 nm was observed as in the absorption spectrum shown in FIG. No fluorescence spectrum (solid line) was observed except for a relatively weak peak at 395 nm when Ti 0.91 O 2 / H was irradiated with light having a wavelength of 250 nm as excitation light. This peak is attributed to the defect state of Ti 0.91 O 2 / H, and this result is similar to the fluorescence spectrum of a known Ti 0.91 O 2 nanosheet.
以上より、Ti0.91O2/Euは、Ti0.91O2を励起させるだけで十分な強度のEu3+による蛍光を容易に取り出すことができることを確認した。 From the above, it was confirmed that Ti 0.91 O 2 / Eu can easily extract fluorescence due to Eu 3+ having a sufficient intensity only by exciting Ti 0.91 O 2 .
このように本発明による蛍光材料によれば、蛍光材料のホストとなる半導体層で吸収を生じる波長の光を、蛍光材料に照射することによって、容易に含有される希土類イオンに基づく蛍光を取り出すことができる。照射光は、半導体層で吸収が生じればよいので、励起光の波長範囲は、希土類イオンにおける吸収の波長範囲に比べて広い。したがって、本発明の蛍光材料を用いて、デバイス設計する場合、光源の制約が小さく有利であり得る。本発明による蛍光材料は、ディスプレイデバイス、光増幅器、マイクロレーザ、テレビスクリーン、照明器具等に適用され得る。 As described above, according to the fluorescent material of the present invention, the fluorescence based on the rare earth ions contained therein can be easily taken out by irradiating the fluorescent material with light having a wavelength that causes absorption in the semiconductor layer serving as the host of the fluorescent material. Can do. Since the irradiation light only needs to be absorbed in the semiconductor layer, the wavelength range of the excitation light is wider than the wavelength range of absorption in the rare earth ions. Therefore, when designing a device using the fluorescent material of the present invention, the limitation of the light source may be small and advantageous. The fluorescent material according to the present invention can be applied to display devices, optical amplifiers, microlasers, television screens, lighting fixtures and the like.
100、425 蛍光材料
110 半導体層
120 希土類イオン層
130 半導体層と希土類イオン層との組
400 表示装置
410 フロント部
420 リア部
411 第1のガラス基板
412 表示電極
413 第1の誘電体層
414 保護層
421 第2のガラス基板
422 アドレス電極
423 第2の誘電体層
424 隔壁
430 セル
100, 425
Claims (13)
前記半導体層は、負電荷を有しており、
前記希土類イオン層は、正電荷を有しており、少なくとも1種類の希土類イオンを含み、
前記少なくとも一対の前記半導体層および前記希土類イオン層のそれぞれは、互いに隣接するように積層されており、
前記半導体層の欠陥準位のエネルギーEDと、前記少なくとも1種類の希土類イオンの
励起状態のエネルギーEReとは、関係ED>EReを満たす、蛍光材料。 A fluorescent material comprising at least a pair of semiconductor layers and a rare earth ion layer,
The semiconductor layer has a negative charge;
The rare earth ion layer has a positive charge and includes at least one kind of rare earth ions,
Each of the at least one pair of the semiconductor layer and the rare earth ion layer is laminated so as to be adjacent to each other,
The fluorescent material, wherein the energy E D of the defect level of the semiconductor layer and the energy E Re of the excited state of the at least one kind of rare earth ions satisfy the relationship E D > E Re .
負電荷を有する前記半導体層を含有する懸濁液を生成する工程と、
少なくとも1種類の希土類イオンを含有する反応溶液を調製する工程であって、前記半導体層の欠陥準位のエネルギーEDと、前記少なくとも1種類の希土類元素の励起状態の
エネルギーEReとは、関係ED>EReを満たす、工程と、
前記懸濁液と前記反応溶液とを混合する工程であって、前記半導体層上に前記少なくとも1種類の希土類イオンを含む、正電荷を有する前記希土類イオン層が形成される、工程と
を包含する、方法。 A method for producing a fluorescent material comprising a semiconductor layer and a rare earth ion layer,
Producing a suspension containing the semiconductor layer having a negative charge;
A step of preparing a reaction solution containing at least one kind of rare earth ions, wherein the defect level energy E D of the semiconductor layer and the excited state energy E Re of the at least one kind of rare earth element are related to each other. A process that satisfies E D > E Re ;
A step of mixing the suspension and the reaction solution, wherein the rare earth ion layer having a positive charge including the at least one kind of rare earth ions is formed on the semiconductor layer. ,Method.
A light emitting device using the fluorescent material according to claim 1.
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JP2004285812A JP4635250B2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Fluorescent material, method for producing the same, and light emitting device |
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