JP2008075073A - 蛍光体薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
基板上に形成されたABO3, A2BO4、A3B2O7の(ただしA,B,Oサイトには欠損があってもよい。)金属組成式で表され、AがCa, Sr, Ba, BがTi, Zr,より選ばれる元素を少なくとも一つずつ用いた酸化物にCe, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luが少なくとも一つ添加され、またこれに加えてAl, Ga, Inのうち一つ以上が添加されていてもよい有機金属薄膜または金属酸化物膜に室温で紫外ランプを照射後、400℃以下の温度に保持し紫外レーザを照射する。結晶化後、膜を酸化処理することを特徴とする蛍光体薄膜の製造方法。
【選択図】図4
Description
その作製には、蛍光体原料を電気炉で1100〜1400℃で1〜6時間焼成し微粒子を作製している。また、SrをCaに変えることでSrTiO3:Pr,Al蛍光体よりも長寿命を有し且つ低速電子線でも高輝度で発光する酸化物系蛍光体、および蛍光表示装置が開発されている。(特許文献2)
しかしながら、従来の蛍光体薄膜は、得られた微粒子とバインダーを混ぜてスクリーン印刷技術を用いて蛍光体膜を作製しているため、電子線照射によるガスの放出により高い発光効率を維持できない問題があった。このような問題の解決法の一つとして、ガラス基板上に希土類系蛍光体薄膜を直接製造することで特性の改善が検討されているが、通常結晶化温度が高いため、ガラス基板などに作製できない問題があった。(非特許文献1)
これまでにある種の金属酸化物膜を作製する方法として、金属有機酸塩ないし有機金属化合物MmRn(ただしM=Si、Ge、Sn、Pbの4b族元素、Cr、Mo、Wの6a族元素、Mn、Tc、Reの7a族元素:R=CH3、C2H5、C3H7、C4H9などのアルキル基、あるいはCH3COO−、C2H5COO−、C3H7COO−、C4H9COO−などのカルボキシル基、あるいはCOのカルボニル基:m、nは整数)を可溶性溶媒に溶かし、あるいは液体のものはそのまま、該溶液を基板上に分散塗布した後、酸素雰囲気下でエキシマレーザを照射することを特徴とする、エキシマレーザによる金属酸化物および金属酸化物薄膜の製造方法は知られている。(特許文献3)
ここでは、金属有機化合物を溶媒に溶解させて溶液状とし、これを基板に塗布した後に、乾燥させ、波長400nm以下のレーザ光、例えば、ArF、KrF、XeCl、XeF、F2から選ばれるエキシマレーザを用いて照射することにより基板上に金属酸化物を形成することを特徴とする金属酸化物の製造方法が記載され、波長400nm以下のレーザ光の照射を、複数段階で行い、最初の段階の照射は金属有機化合物を完全に分解させるに至らない程度の弱い照射で行い、次に酸化物にまで変化させることができる強い照射を行うことも記載されている。また、金属有機化合物が異なる金属からなる2種以上の化合物であり、得られる金属酸化物が異なる金属からなる複合金属酸化物であって、金属有機酸塩の金属が、鉄、インジウム、錫、ジルコニウム、コバルト、鉄、ニッケル、鉛から成る群から選ばれるものであることも知られている。
ここでは、被塗布物の表面に形成された薄膜に対して光を照射する光源が、ArFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、XeClエキシマレーザ、XeFエキシマレーザ、YAGレーザの3倍波光またはYAGレーザの4倍波光が用いられ、被塗布物の表面に塗布される前駆体塗布液が、Laのアルカノールアミン配位化合物と、Mnのカルボン酸塩と、Mの金属またはアルコキシドとを、炭素数が1〜4である一級アルコール中で混合させ反応させて調整することが記載されている。
また、本発明は、組成式M2[An-1BnO3n+1] (nは自然数。ただしM,A,B,Oサイトには欠損があってもよい。)で表される、通称Dion-Jacobson相において、MはNa, K, Rb, Cs, H、AはCa, Sr, Ba, La, Lu、BはTi, Zr, Nb, Taより選ばれる元素を少なくとも一つずつ用いた金属酸化物に、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ybが少なくとも一つ添加された組成式を持つ蛍光体物質及び、当該金属酸化物を形成することができる有機金属塩の薄膜を基板上に形成し、25〜500℃の温度に保持し、基板上の金属酸化物、又は有機金属塩の薄膜に紫外レーザを照射しつつ、結晶化を行うことにより、基板上に金属酸化物形成することを特徴とする金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法である。
さらに、本発明は、組成式M[An-1BnO3n+1] (nは自然数。ただしM,A,B,Oサイトには欠損があってもよい。)で表される、通称Ruddlesden-Popper相において、MはNa, K, Rb, Cs, H、AはCa, Sr, Ba, La, Lu、BはTi, Zr, Nb, Taより選ばれる元素を少なくとも一つずつ用いた金属酸化物に、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ybが少なくとも一つ添加された組成式を持つ蛍光体物質及び、当該金属酸化物を形成することができる有機金属塩の薄膜を基板上に形成し、25〜500℃の温度に保持し、基板上の金属酸化物、又は有機金属塩の薄膜に紫外レーザを照射しつつ、結晶化を行うことにより、基板上に金属酸化物形成することを特徴とする金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法である。
さらにまた、本発明においては、この蛍光体金属酸化物薄膜及び製造方法により製造された蛍光体膜にレーザ光を照射し、表面形状の起伏を大きくさせて蛍光強度を増大させることを特徴とする蛍光体金属酸化物薄膜の製造方法とすることができる。
また、本発明においては、金属酸化物又は有機金属塩にさらに、Al, Ga, Inから選ばれる一つ以上の元素を含む金属酸化物又は有機金属塩を添加することができる。
さらに、本発明においては、金属酸化物又は有機金属塩の薄膜を、MBE,真空蒸着、CVD、化学溶液法(塗布熱分解法、スプレー法)のいずれかにより作製することができる。
又、本発明においては、有機金属塩中の有機化合物を、β−ジケトナト、炭素数6以上の長鎖のアルコキシド、ハロゲンを含んでもよい有機酸塩から選ぶことができる。
また、本件発明では、紫外光として400nm以下のパルスレーザを用いることができる。
さらに、本発明では、金属酸化物又は有機金属塩の薄膜に紫外ランプを照射した後、200℃〜400℃以下の温度で紫外線レーザを照射することができる。
また、本発明では、金属酸化物又は有機金属塩の薄膜を400℃で加熱後、200℃〜400℃以下の温度で紫外線レーザを照射することができる。
さらにまた、本発明では、金属酸化物又は有機金属塩の薄膜を室温でアブレーションが起こらない周波数とフルエンスの組み合わせからなる条件で紫外レーザを照射後、フルエンス30mJ/cm2以上のレーザ光を複数のフルエンスで照射することができる。
また、本発明では、レーザ照射により得られた金属酸化物膜を酸化性溶液による酸化処理、又は、酸化雰囲気下での熱処理による酸化処理、又は溶液中及び酸化性雰囲気中での紫外線照射による酸化処理、又は、酸素プラズマを用いた酸化処理をすることができる。
さらに、本発明は、金属酸化物が、(Ca1-x-ySrxBay)3(Ti1-zZrz)2O7 (Ca1-x-ySrxBay)2(Ti1-zZrz)O4、0≦x+y≦1, 0≦x<1,0≦y≦1,0≦z≦1の金属組成式を母材とし、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luを少なくとも一つ添加することができる。
また、本発明は、上記金属酸化物が、さらに、Al, Ga, Inから選ばれる一つ以上の元素を含むことができる。
目的に応じて、所定の工程途中や各工程の前後を選ぶことが出来る。また、金属の有機化合物溶液を基板にスピンコートし、溶媒除去のため恒温槽中130℃で乾燥後、レーザチャンバ内の試料ホルダーに試料を装着し、室温でレーザ照射することもできる。
また、あらかじめ、In2O3,SnO2,ZnOおよび金属などの導電物質を微量含んだ薄膜にも効果的である。
金属有機化合物を塗布し乾燥させた膜および本焼成初期膜のそれぞれに対してレーザ照射し、さらにこれらレーザ照射膜に対して適切な熱処理を施すことにより例えばCaCaTiO3:Pr膜を作製した場合について述べると次の効果が確認された。
1.CaTiO3:Pr膜を生成する金属有機化合物の溶液を支持体上に塗布、乾燥後、金属の有機化合物中の有機成分を400℃で熱分解させる仮焼成を行った後に、400℃以下の温度でレーザ光を照射することにより、低温で結晶化が促進されることが判明した。
図3に塗布熱分解法および光照射法により作製した膜のフォトルミネッセンスを測定した結果を示す。図からわかるように、400℃で熱処理したものでは全く発光は観測されていないが、レーザ照射した場合は室温でも発光している。レーザ照射時の温度が高いほど発光強度が高くなるが、レーザ照射後の膜を酸化処理することで、2倍以上発光強度が上昇することを見出した(図4)。
さらに本発明は、支持体として,有機基板、ガラス基板、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、ランタンアルミネート(LaAlO3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ランタンストロンチウムタンタルアルミニウム((LaxSr1-x)(AlxTa1-x)O3)、ネオジムガレート(NdGaO3)、イットリウムアルミネート(YAlO3)単結晶、酸化アルミニウム(Al2O3)、イットリア安定化ジルコニア((Zr,Y)O2, YSZ)基板から選ばれる1種等を用いることが出来る。
本発明の実施例で使用した基板は、
石英基板および無アルカリガラス基板であり、原料溶液は、
2エチルヘキサン酸ストロンチウム溶液に2エチル-1ヘキサノラートTi溶液を用いた。およびに2エチルヘキサン酸プラセオジムを用いた。紫外光照射は、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、XeClエキシマレーザを用いた。
C1溶液を石英基板に4000rpm;10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2;20Hz;5分照射した。このようにして作製した膜について照射部のみ紫外励起による高い発光強度を示した。
C2溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折よりCa2TiO4:Pr膜の生成が認められた。このようにして作製した膜について照射部のみCaTiO3:Prと同程度の紫外励起による高い発光強度を示した。
C3溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折よりCa3Ti2O7:Pr膜の生成がみとめられた。このようにして作製した膜について照射部のフォトルミネッセンス強度はCaTiO3:Pr膜の6倍を示した。
S1溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折よりSrTiO3:Pr膜の生成がみとめられた。このようにして作製した膜について照射部のみ発光した。
S2溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折よりSrTiO3:Pr,Al膜の生成がみとめられた。このようにして作製した膜について照射部のみ発光した。
S3溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折よりSr2TiO4:Pr膜の生成がみとめられた。このようにして作製した膜について照射部のみ発光した。
S4溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折よりSr3Ti2O7:Pr膜の生成がみとめられた。このようにして作製した膜について照射部のみ発光した。
S5溶液を石英基板に4000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その後、基板温度を250℃に保ち、大気中で248nmのパルスレーザをフルエンス:80mJ/cm2; 20Hz; 5分照射した結果、X線回折より(Ca,Sr)3Ti2O7:Pr膜の生成がみとめられた。また、このようにして作製した膜について照射部のみ発光した。
C1溶液を石英基板に3000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その結果、生成膜は発光しなかった。
C1溶液を無アルカリガラスに3000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その結果、生成膜は発光しなかった。
C1溶液をITO/石英基板に3000rpm; 10秒間でスピンコートし、400℃で10分間加熱した。その結果、生成膜は発光しなかった。
Claims (14)
- AがCa, Sr, Baより選ばれるアルカリ土類金属元素であり、 BがTi, Zr,より選ばれる金属元素であり、ABO3, A2BO4、A3B2O7の組成式で表される金属酸化物に、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luからなる群れより選ばれる元素を少なくとも一つ添加した金属酸化物、又は当該金属酸化物を形成することができる有機金属塩の薄膜を基板上に形成し、25〜500℃の温度に保持し、基板上の金属酸化物、又は有機金属塩の薄膜に紫外レーザを照射しつつ、結晶化を行うことにより、基板上に金属酸化物形成することを特徴とする金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 組成式M2[An-1BnO3n+1] (nは自然数。ただしM,A,B,Oサイトには欠損があってもよい。)で表される、通称Dion-Jacobson相において、MはNa,K,Rb,Cs,H、AはCa, Sr, Ba, La, Lu、BはTi, Zr, Nb, Taより選ばれる元素を少なくとも一つずつ用いた金属酸化物に、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ybが少なくとも一つ添加された組成式を持つ蛍光体物質及び、当該金属酸化物を形成することができる有機金属塩の薄膜を基板上に形成し、25〜500℃の温度に保持し、基板上の金属酸化物、又は有機金属塩の薄膜に紫外レーザを照射しつつ、結晶化を行うことにより、基板上に金属酸化物形成することを特徴とする金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 組成式M[An-1BnO3n+1] (nは自然数。ただしM,A,B,Oサイトには欠損があってもよい。)で表される、通称Ruddlesden-Popper相において、MはNa, K, Rb, Cs, H、AはCa, Sr, Ba, La, Lu、BはTi, Zr, Nb, Taより選ばれる元素を少なくとも一つずつ用いた金属酸化物に、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ybが少なくとも一つ添加された組成式を持つ蛍光体物質及び、当該金属酸化物を形成することができる有機金属塩の薄膜を基板上に形成し、25〜500℃の温度に保持し、基板上の金属酸化物、又は有機金属塩の薄膜に紫外レーザを照射しつつ、結晶化を行うことにより、基板上に金属酸化物形成することを特徴とする金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 請求項1〜3に記載した蛍光体金属酸化物薄膜及びその製造方法により製造された蛍光体膜にレーザ光を照射し、表面形状の起伏を大きくさせて蛍光強度を増大させることを特徴とする蛍光体金属酸化物薄膜の製造方法。
- 金属酸化物又は有機金属塩にさらに、Al, Ga, Inから選ばれる一つ以上の元素を含む金属酸化物又は有機金属塩を添加することを特徴とする請求項1〜3に記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 金属酸化物又は有機金属塩の薄膜を、MBE、真空蒸着、CVD、化学溶液法(塗布熱分解法、スプレー法)のいずれかにより作製することを特徴とする請求項1〜3又は請求項5に記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 有機金属塩中の有機化合物が、β−ジケトナト、炭素数6以上の長鎖のアルコキシド、ハロゲンを含んでもよい有機酸塩から選ばれる1種である請求項1〜3又は請求項6のいずれか一つに記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 紫外光が400nm以下のパルスレーザである請求項1〜3又は請求項7のいずれかひとつに記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 金属酸化物又は有機金属塩の薄膜に紫外ランプを照射した後、200℃〜400℃以下の温度で紫外線レーザを照射することを特徴とする請求項1〜3又は請求項8のいずれかひとつに記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 金属酸化物又は有機金属塩の薄膜を400℃で加熱後、200℃〜400℃以下の温度で紫外線レーザを照射することを特徴とする請求項1〜3又は請求項9のいずれかひとつに記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 金属酸化物又は有機金属塩の薄膜を室温でアブレーションが起こらない周波数とフルエンスの組み合わせからなる条件で紫外レーザを照射後、フルエンス30mJ/cm2以上のレーザ光を複数のフルエンスで照射することを特徴とする請求項1〜3又は請求項8のいずれかひとつに記載した蛍光体金属酸化物薄膜の製造方法。
- レーザ照射により得られた金属酸化物膜を酸化性溶液による酸化処理、又は、酸化雰囲気下での熱処理による酸化処理、又は溶液中及び酸化性雰囲気中での紫外線照射による酸化処理、又は、酸素プラズマを用いた酸化処理を特徴とする蛍光体金属酸化物薄膜の製造方法。
- 金属酸化物が、(Ca1-x-ySrxBay)3(Ti1-zZrz)2O7 (Ca1-x-ySrxBay)2(Ti1-zZrz)O4、0≦x+y≦1, 0≦x<1,0≦y≦1,0≦z≦1の金属組成式を母材とし、Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luが少なくとも一つ添加される請求項1に記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
- 金属酸化物が、さらに、Al, Ga, Inから選ばれる一つ以上の元素を含むことを特徴とする請求項13に記載した金属酸化物蛍光体薄膜の製造方法。
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