JP2008248052A - Stress-induced light-emitting material for emitting ultraviolet ray, its manufacturing method, and its utilization - Google Patents

Stress-induced light-emitting material for emitting ultraviolet ray, its manufacturing method, and its utilization Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stress-induced light-emitting material showing the excellent light emitting characteristics, to be produced at a baking temperature lower than that of the conventional stress-induced light-emitting material, its manufacturing method, and its utilization, and to provide a stress-induced light emitting material showing high luminance light emitting characteristics of a wavelength shorter than 350 nm, its manufacturing method, and its utilization. <P>SOLUTION: The material has a structure represented by general formula MN(PO<SB>3</SB>)<SB>4</SB>, (wherein M is a monovalent metal ion and N is a trivalent metal ion) as the base structure, with at least a part of M or N in the general formula substituted by at least either one of a rare earth ion and a group III metal ion. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、応力発光材料およびその製造方法、並びにその利用に関するものであって、特に、従来の応力発光材料よりも低い焼成温度での製造が可能で、優れた発光特性を示す応力発光材料およびその製造方法、並びにその利用に関するものである。   The present invention relates to a stress-stimulated luminescent material, a method for producing the same, and use thereof, and in particular, a stress-stimulated luminescent material that can be produced at a firing temperature lower than that of a conventional stress-stimulated luminescent material and exhibits excellent luminescent properties. The present invention relates to the manufacturing method and use thereof.

従来から、外部から様々な刺激(外部刺激)を受けることによって、可視光を発光する現象(いわゆる蛍光現象)が知られている。このような蛍光現象を示す物質は、蛍光体と呼ばれ、ランプや照明灯、ブラウン管やプラズマディスプレイパネル等の各種ディスプレイ、および顔料等の様々な分野で用いられている。   Conventionally, a phenomenon of emitting visible light (so-called fluorescence phenomenon) by receiving various stimuli (external stimuli) from the outside is known. Substances exhibiting such a fluorescent phenomenon are called phosphors and are used in various fields such as lamps, illumination lamps, various displays such as cathode ray tubes and plasma display panels, and pigments.

また、外部刺激として、紫外線、電子線、X線、放射線、電界、または化学反応によって発光現象を示す物質(発光体)は、数多く知られている。また、近年、本発明者らは、摩擦、剪断力、衝撃力、振動等の機械的な外力を加えることによって生じた歪みにより発光する応力発光材料を見出しており、その評価方法および利用方法を開発している。   In addition, as external stimuli, many substances (luminous substances) that exhibit a luminescence phenomenon by ultraviolet rays, electron beams, X-rays, radiation, electric fields, or chemical reactions are known. In recent years, the present inventors have found a stress-stimulated luminescent material that emits light by strain generated by applying mechanical external force such as friction, shearing force, impact force, vibration, etc. We are developing.

具体的には、本発明者らは、(1)スピネル構造、コランダム構造、またはβアルミナ構造を有する応力発光体(特許文献1を参照)、(2)ケイ酸塩の応力発光体(特許文献2および3を参照)、(3)欠陥制御型アルミン酸塩の高輝度応力発光体(特許文献4を参照)、(4)エポキシ樹脂を含む複合材料および当該複合材料の塗布膜により作製した試験片に、圧縮、引張、摩擦、およびねじり等の機械的な力を加えることによって、応力分布を可視化評価する方法(特許文献4および5を参照)、(5)ウルツ鉱型構造と閃亜鉛鉱型構造とが共存する構造を有し、酸化物、硫化物、セレン化物、およびテルル化物を主成分として構成される高輝度メカノルミネッセンス材料(特許文献6を参照)等を開発している。さらに、最近、本発明者らは、アルミナケイ酸塩の高輝度応力発光体、およびアルミナケイ酸塩の高輝度応力紫外線発光体を開発した(特許文献7を参照)。   Specifically, the present inventors have (1) a stress luminescent material having a spinel structure, a corundum structure, or a β-alumina structure (see Patent Document 1), and (2) a silicate stress luminescent material (Patent Document). (See 2 and 3), (3) Defect-controlled aluminate high-intensity stress illuminant (see Patent Document 4), (4) Composite material containing epoxy resin and test made with coating film of composite material Method of visualizing and evaluating stress distribution by applying mechanical force such as compression, tension, friction and torsion to a piece (see Patent Documents 4 and 5), (5) Wurtzite structure and sphalerite A high-luminance mechanoluminescence material (see Patent Document 6), which has a structure that coexists with a mold structure and is composed mainly of oxides, sulfides, selenides, and tellurides, has been developed. Furthermore, the present inventors recently developed an alumina silicate high intensity stress illuminant and an alumina silicate high intensity stress ultraviolet illuminant (see Patent Document 7).

特許文献1〜4、6、および7に開示される応力発光体は、いずれも、肉眼でも確認できる程の輝度で、半永久的に繰り返し発光することが可能である。また、これらの応力発光体は、応力発光体を含む構造体における応力分布を測定するために用いることができる。上記応力分布の測定方法としては、例えば、(1)応力発光体を用いた、応力または応力分布の測定方法、(2)応力分布の測定システム(特許文献8を参照)、(3)機械的な外力を直接光信号に変換して伝達する発光ヘッド、(4)上記発光ヘッドを用いた遠隔スイッチシステム(特許文献9参照)等が挙げられる。
特開2000−119647公報(平成12年(2000)4月25日公開) 特開2000−313878公報(平成12年(2000)11月14日公開) 特開2003−165973公報(平成15年(2003)6月10日公開) 特開2001−49251公報(平成13年(2001)2月20日公開) 特開2003−292949公報(平成15年(2003)10月15日公開) 特開2004−43656公報(平成16年(2004)2月12日公開) 国際公開WO2006/109704 A1(2006年10月19日公開) 特開2001−215157公報(平成13年(2001)8月10日公開) 特開2004−77396公報(平成16年(2004)3月11日公開)
Each of the stress-stimulated luminescent materials disclosed in Patent Documents 1 to 4, 6, and 7 can emit light repeatedly semipermanently with a luminance that can be confirmed with the naked eye. Moreover, these stress light-emitting bodies can be used for measuring a stress distribution in a structure including the stress light-emitting body. Examples of the stress distribution measuring method include (1) a stress or stress distribution measuring method using a stress illuminant, (2) a stress distribution measuring system (see Patent Document 8), and (3) mechanical. For example, a light emitting head that directly converts an external force into an optical signal and transmits it, and (4) a remote switch system using the light emitting head (see Patent Document 9).
JP 2000-119647 A (released on April 25, 2000) JP 2000-313878 (released on November 14, 2000) JP 2003-165993 (published June 10, 2003) JP 2001-49251 A (published on February 20, 2001) JP 2003-292949 A (published on October 15, 2003) JP-A-2004-43656 (Released on February 12, 2004) International Publication WO2006 / 109704 A1 (released October 19, 2006) JP 2001-215157 A (published August 10, 2001) JP-A-2004-77396 (published on March 11, 2004)

特許文献1〜4、6、および7に開示されるように、数多くの応力発光材料が開発されているが、応力発光材料の発光色は、産業上利用される波長域を全て網羅するには至っていない。例えば、特許文献7には、波長350〜400nmの紫外線を発光する応力発光材料が開示されているものの、350nmよりも短波長の紫外線を発光する応力発光材料はこれまで見出されていない。また、応力発光材料は、原料を混合し、焼成することにより得られるが、その焼成温度は1000℃以上の高温であるため、製造に多くのエネルギーが必要である。したがって、従来にない波長域の発光を呈する応力発光材料や、従来の応力発光材料よりも低い焼成温度で製造できる応力発光材料の開発が求められている。   As disclosed in Patent Documents 1 to 4, 6, and 7, many stress-stimulated luminescent materials have been developed. The luminescent color of stress-stimulated luminescent materials covers all the wavelength ranges used in the industry. Not reached. For example, Patent Document 7 discloses a stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength of 350 to 400 nm, but no stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength shorter than 350 nm has been found so far. In addition, the stress-stimulated luminescent material is obtained by mixing raw materials and firing. However, since the firing temperature is a high temperature of 1000 ° C. or higher, much energy is required for production. Therefore, development of a stress-stimulated luminescent material that emits light in an unprecedented wavelength region and a stress-stimulated luminescent material that can be manufactured at a lower firing temperature than conventional stress-stimulated luminescent materials are required.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、従来の応力発光材料よりも低い焼成温度での製造が可能で、優れた発光特性を示す応力発光材料およびその製造方法、並びにその利用を提供することにある。また、第2の目的は、従来の応力発光材料よりも低い焼成温度での製造が可能であることに加えて、350nmよりも短波長の紫外線を発光する応力発光材料およびその製造方法、並びにその利用を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and a first object thereof is a stress-stimulated luminescent material which can be produced at a firing temperature lower than that of a conventional stress-stimulated luminescent material and exhibits excellent luminescent properties. It is in providing the manufacturing method and its utilization. In addition, the second object is that the production at a firing temperature lower than that of a conventional stress-stimulated luminescent material is possible, and the stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength shorter than 350 nm, its production method, and its To provide usage.

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、一般式MN(PO(式中、Mは1価の金属イオンであり、Nは3価の金属イオンである。)で表される構造を母体構造とし、上記一般式中のMまたはNの一部を希土類イオンまたはIII族金属イオンに置換することにより、従来よりも低い焼成温度で、高輝度発光特性を示す応力発光材料を製造できることを独自に見出した。さらに、上記希土類イオンまたはIII族金属イオンとして、特定の金属イオンを用いることにより、350nmよりも短波長の紫外線を発光することを見出した。本発明者らは、これら独自に見出した知見に基づき、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、産業上有用な以下の発明を包含する。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have expressed the general formula MN (PO 3 ) 4 (wherein M is a monovalent metal ion and N is a trivalent metal ion). A stress-stimulated luminescent material that exhibits high-luminance luminescence characteristics at a lower firing temperature than conventional by replacing a part of M or N in the above general formula with a rare earth ion or a group III metal ion as a base structure. Found that it can be manufactured. Furthermore, it has been found that by using a specific metal ion as the rare earth ion or group III metal ion, ultraviolet light having a wavelength shorter than 350 nm is emitted. Based on these unique findings, the present inventors have completed the present invention. That is, the present invention includes the following industrially useful inventions.

(1)下記一般式(a)
MN(PO・・・(a)
(式中、Mは1価の金属イオンであり、Nは3価の金属イオンである。)
で表される構造を母体構造とし、上記一般式(a)中のMまたはNの一部が、希土類イオンまたはIII族金属イオンの少なくとも一方によって置換されていることを特徴とする応力発光材料。
(1) The following general formula (a)
MN (PO 3 ) 4 (a)
(In the formula, M is a monovalent metal ion and N is a trivalent metal ion.)
A stress-luminescent material characterized in that the structure represented by the formula is a matrix structure, and a part of M or N in the general formula (a) is substituted with at least one of a rare earth ion or a group III metal ion.

(2)上記一般式(a)中のMはアルカリ金属イオンであり、Nは希土類イオン、Laイオン、またはYイオンであることを特徴とする(1)に記載の応力発光材料。   (2) The stress-stimulated luminescent material according to (1), wherein M in the general formula (a) is an alkali metal ion, and N is a rare earth ion, La ion, or Y ion.

(3)上記一般式(a)中のMはNaイオン、Kイオン、Rbイオン、またはCsイオンであり、NはCeイオン、Prイオン、Ndイオン、Pmイオン、Smイオン、Euイオン、Gdイオン、Tbイオン、Dyイオン、Hoイオン、Erイオン、Tmイオン、Ybイオンであることを特徴とする(1)に記載の応力発光材料。   (3) In the general formula (a), M is Na ion, K ion, Rb ion, or Cs ion, and N is Ce ion, Pr ion, Nd ion, Pm ion, Sm ion, Eu ion, Gd ion. Tb ion, Dy ion, Ho ion, Er ion, Tm ion, Yb ion, The stress luminescent material as described in (1) characterized by the above-mentioned.

(4)上記一般式(a)中のMはNaイオンであり、NはLaイオンであることを特徴とする(1)に記載の応力発光材料。   (4) The stress-stimulated luminescent material according to (1), wherein M in the general formula (a) is Na ion and N is La ion.

(5)上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンは、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびYbからなる群より選択される希土類のイオンであり、上記一般式(a)中、MまたはNの一部と置換されるIII族金属イオンは、Tlイオンであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の応力発光材料。   (5) Rare earth ions substituted for a part of M or N in the general formula (a) are Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and A rare earth ion selected from the group consisting of Yb, wherein the group III metal ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is a Tl ion (1) The stress-stimulated luminescent material according to any one of to (4).

(6)上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンは、Eu、Dy、Ce、およびTbからなる群より選択される希土類のイオンであり、上記一般式(a)中、MまたはNの一部と置換されるIII族金属イオンは、Tlイオンであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の応力発光材料。   (6) The rare earth ion substituted for a part of M or N in the general formula (a) is a rare earth ion selected from the group consisting of Eu, Dy, Ce, and Tb. The stress-stimulated luminescent material according to any one of (1) to (4), wherein the group III metal ion substituted with a part of M or N in a) is a Tl ion.

(7)上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンはCeイオンであり、上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換されるIII族金属イオンはTlイオンであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の応力発光材料。   (7) The rare earth ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is a Ce ion, and the Group III metal substituted with a part of M or N in the general formula (a) The stress luminescent material according to any one of (1) to (4), wherein the ions are Tl ions.

(8)上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンおよびIII族金属イオンの含有量が、0.1〜20mol%であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の応力発光材料。   (8) The content of rare earth ions and group III metal ions substituted for a part of M or N in the general formula (a) is 0.1 to 20 mol%, (1) to The stress-stimulated luminescent material according to any one of (7).

(9)紫外線を発光することを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の応力発光材料。   (9) The stress-stimulated luminescent material according to any one of (1) to (8), which emits ultraviolet rays.

(10)波長が350nmよりも短い紫外線を発光することを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の応力発光材料。   (10) The stress-stimulated luminescent material according to any one of (1) to (8), which emits ultraviolet rays having a wavelength shorter than 350 nm.

(11)組成式が、下記一般式(b)
Na1−xLa(PO・・・(b)
(式中、QはCeイオンまたはTlイオンであり、xは0.01≦x≦0.2を満たす数である。)
で表されることを特徴とする(1)に記載の応力発光材料。
(11) The composition formula is the following general formula (b)
Na 1-x Q x La (PO 3 ) 4 (b)
(In the formula, Q is Ce ion or Tl ion, and x is a number satisfying 0.01 ≦ x ≦ 0.2.)
The stress-stimulated luminescent material according to (1), which is represented by:

(12)(1)〜(11)のいずれかに記載の応力発光材料を製造するための製造方法であって、原料を混合し、大気中、200〜350℃で、1〜4時間焼成し、さらに、大気中、400〜600℃で、10〜40時間焼成することを特徴とする応力発光材料の製造方法。   (12) A production method for producing the stress-stimulated luminescent material according to any one of (1) to (11), wherein raw materials are mixed and fired at 200 to 350 ° C. for 1 to 4 hours in the air. Furthermore, the manufacturing method of the stress light-emitting material characterized by baking at 400-600 degreeC in air | atmosphere for 10 to 40 hours.

(13)(1)〜(11)のいずれかに記載の応力発光材料を成形してなる応力発光体。   (13) A stress luminescent material formed by molding the stress luminescent material according to any one of (1) to (11).

(14)(1)〜(11)のいずれかに記載の応力発光材料と高分子材料とを混合してなる応力発光体。   (14) A stress-stimulated luminescent material obtained by mixing the stress-stimulated luminescent material according to any one of (1) to (11) and a polymer material.

(15)1次元分散させて用いることを特徴とする(13)または(14)に記載の応力発光体。   (15) The stress-stimulated luminescent material as described in (13) or (14), wherein the stress-stimulated luminescent material is used by one-dimensional dispersion.

(16)上記応力発光材料が、2次元的に分布していることを特徴とする(13)または(14)に記載の応力発光体。   (16) The stress-stimulated luminescent material according to (13) or (14), wherein the stress-stimulated luminescent material is two-dimensionally distributed.

(17)上記応力発光材料が、3次元的に分布していることを特徴とする(13)または(14)に記載の応力発光体。   (17) The stress-stimulated luminescent material according to (13) or (14), wherein the stress-stimulated luminescent material is distributed three-dimensionally.

本発明にかかる応力発光材料は、以上のように、一般式MN(PO(式中、Mは1価の金属イオンであり、Nは3価の金属イオンである。)で表される構造を母体構造とし、上記一般式中のMまたはNの一部が希土類イオンまたはIII族金属イオンの少なくとも一方に置換されている。上記母体構造は、歪が生じやすい結晶構造である。それゆえ、機械的な外力の負荷により、上記母体構造が歪み、高輝度な発光を示すことができるという効果を奏する。また、本発明にかかる応力発光材料は、1000℃よりも低い温度での焼成により製造できるため、製造時の消費エネルギーを低減できるというという効果を奏する。 As described above, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention is represented by the general formula MN (PO 3 ) 4 (wherein M is a monovalent metal ion and N is a trivalent metal ion). And a part of M or N in the above general formula is substituted with at least one of rare earth ions or Group III metal ions. The parent structure is a crystal structure in which distortion is likely to occur. Therefore, there is an effect that the matrix structure is distorted by a load of a mechanical external force and can emit light with high luminance. In addition, since the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be manufactured by firing at a temperature lower than 1000 ° C., there is an effect that energy consumption at the time of manufacturing can be reduced.

本発明にかかる一実施形態について、図1〜図3に基づいて説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。   An embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3, but the present invention is not limited to this.

<I.応力発光材料>
本発明にかかる応力発光材料は、一般式(a)
MN(PO・・・(a)
(式中、Mは1価の金属イオンであり、Nは3価の金属イオンである。)
で表される構造を母体構造として、該一般式(a)中のMまたはNの一部が希土類イオンまたはIII族金属イオンの少なくとも一方に置換された構造を有する。上記母体構造は、その3次元結晶構造が機械的な外力の負荷により歪みやすい。そのため、上記構成によれば、機械的な外力の負荷により、母体構造の3次元結晶構造(空間)に歪みが生じ、強い発光を示す。なお、本明細書において、「応力発光」とは、摩擦力、せん断力、圧力、および張力等の機械的な外力による変形によって発光することが意図される。
<I. Stress Luminescent Material>
The stress-stimulated luminescent material according to the present invention has the general formula (a)
MN (PO 3 ) 4 (a)
(In the formula, M is a monovalent metal ion and N is a trivalent metal ion.)
And a structure in which a part of M or N in the general formula (a) is substituted with at least one of a rare earth ion or a group III metal ion. In the matrix structure, the three-dimensional crystal structure is likely to be distorted by a mechanical external force load. Therefore, according to the above configuration, the three-dimensional crystal structure (space) of the base structure is distorted by a mechanical external force load and exhibits strong light emission. In this specification, “stress light emission” is intended to emit light by deformation due to mechanical external force such as frictional force, shearing force, pressure, and tension.

さらに、本発明にかかる応力発光材料は、従来の応力発光材料よりも低い焼成温度、具体的には1000℃よりも低い焼成温度で製造することができる。それゆえ、少ないエネルギーで製造することができる。なお、本発明にかかる応力発光材料を製造する方法については後述するので、ここでは詳細な説明を省略する。   Furthermore, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be produced at a firing temperature lower than that of a conventional stress-stimulated luminescent material, specifically, a firing temperature lower than 1000 ° C. Therefore, it can be manufactured with less energy. In addition, since the method for producing the stress-stimulated luminescent material according to the present invention will be described later, detailed description thereof is omitted here.

また、本発明にかかる応力発光材料の母体構造の結晶構造は、機械的な外力以外によっても、歪ませることができる。具体的には、上記母体構造は、電場等、種々のエネルギーによって歪ませることができる。したがって、本発明にかかる応力発光材料は、応力発光以外の発光様式で、発光させることができる。つまり、本発明にかかる応力発光材料は、少なくとも応力発光を示せばよく、応力発光に加えて、その他の発光様式による発光を示すものであってもよい。   Moreover, the crystal structure of the host structure of the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be distorted by other than mechanical external force. Specifically, the matrix structure can be distorted by various energies such as an electric field. Therefore, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can emit light in a light-emitting mode other than stress-stimulated light emission. That is, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention only needs to exhibit at least stress luminescence, and may exhibit luminescence by other luminescence modes in addition to stress luminescence.

本発明にかかる応力発光材料において、希土類イオンおよびIII金属イオンは発光中心として機能するものである。発光材料では、発光中心の種類によって、発光材料の発光色が変化する。言い換えれば、本発明にかかる応力発光材料おいて、上記希土類イオンおよびIII族金属イオンの種類を変更することによって、発光色を変化させることができる。上記希土類イオンおよびIII族金属イオンは、発光中心となるものであればよいが、具体的には、例えば、希土類イオンとして、ユウロピウム(Eu)、ジプシロシウム(Dy)、ランタン(La)、ガドリニウム(Gd)、セリウム(Ce)、サマリウム(Sm)、イットリウム(Y)、ネオジウム(Nd)、テルビウム(Tb)、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、スカンジウム(Sc)、プロメチウム(Pm)、ホルミウム(Ho)、およびルテチウム(Lu)等の希土類のイオンを挙げることができる。   In the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, the rare earth ions and the III metal ions function as luminescent centers. In the luminescent material, the luminescent color of the luminescent material changes depending on the type of luminescent center. In other words, in the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, the luminescent color can be changed by changing the kind of the rare earth ions and the group III metal ions. The rare earth ions and the group III metal ions may be any one that can be a luminescent center. Specifically, for example, as rare earth ions, europium (Eu), dipsyrosium (Dy), lanthanum (La), gadolinium (Gd ), Cerium (Ce), samarium (Sm), yttrium (Y), neodymium (Nd), terbium (Tb), praseodymium (Pr), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), scandium (Sc) ), Promethium (Pm), holmium (Ho), and lutetium (Lu).

また、III族金属イオンとして、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、およびタリウム(Tl)等のIII族金属のイオンを挙げることができる。   Examples of the group III metal ion include group III metal ions such as aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl).

本発明にかかる応力発光材料においては、上記例示した希土類イオンおよびIII族金属イオンを単独で含んでいてもよいし、複数を組み合わせて含んでしてもよい。また、上記例示したもののうち、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびYbからなる群より選択される希土類のイオンおよび/またはTlイオンを含むことが好ましく、Eu2+、Tb3+、Dy3+、Ce3+、およびTlからなる群より選択される希土類イオンまたはIII族金属イオンを含むことがより好ましい。これらの希土類イオンまたはIII族金属イオンを含むことにより、高輝度の応力発光材料とすることができる。 The stress-stimulated luminescent material according to the present invention may contain the rare earth ions and group III metal ions exemplified above alone or in combination. Further, among those exemplified above, rare earth ions and / or Tl ions selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb. Preferably, it contains a rare earth ion or a group III metal ion selected from the group consisting of Eu 2+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ce 3+ , and Tl + . By containing these rare earth ions or group III metal ions, a high intensity stress luminescent material can be obtained.

さらに、上記例示した希土類イオンおよびIII族金属イオンのうち、Ce3+またはTlを含むことが好ましい。上記特許文献1〜4、6、および7に開示されるように、従来、350nm以上の波長領域(青色〜赤色の波長域)で強い発光を呈する応力発光材料は知られているが、それより短い発光波長域、すなわち、350nmよりも短波長の紫外線を発光する応力発光材料は得られていなかった。しかし、本発明にかかる応力発光材料において、例えば、Ce3+またはTlを発光中心金属イオンとして選択すれば、波長が350nmよりも短波長の紫外線を発光する高輝度応力発光材料を実現することができる。つまり、本発明によれば、上記母体構造の一部を、特定の希土類イオンまたはIII族金属イオンによって置換することにより、紫外線、好ましくは、350nmより短波長の紫外線を発光する応力発光材料を実現することができる。なお、本明細書において、「紫外線」とは、波長200〜400nmの領域、好ましくは波長200〜350nmの領域の放射が意図される。 Furthermore, it is preferable that Ce 3+ or Tl + is included among the rare earth ions and group III metal ions exemplified above. As disclosed in Patent Documents 1 to 4, 6, and 7, stress-stimulated luminescent materials that exhibit strong light emission in a wavelength region of 350 nm or more (blue to red wavelength region) have been known. A stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet rays having a short emission wavelength region, that is, a wavelength shorter than 350 nm has not been obtained. However, in the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, for example, if Ce 3+ or Tl + is selected as the luminescent central metal ion, a high-luminance stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength shorter than 350 nm can be realized. it can. That is, according to the present invention, a stress luminescent material that emits ultraviolet rays, preferably ultraviolet rays having a wavelength shorter than 350 nm, is realized by replacing a part of the base structure with a specific rare earth ion or group III metal ion. can do. In the present specification, “ultraviolet light” intends radiation in a wavelength range of 200 to 400 nm, preferably in a wavelength range of 200 to 350 nm.

また、上記希土類イオンおよびIII族金属イオンの含有量は、その具体的な数値については特に限定されるものではないが、該含有量は、一般的に発光材料の発光特性に影響を与える。したがって、上記含有量は、所望の発光特性が得られる範囲で設定されればよい。具体的には、上記母体構造の3次元構造が維持される範囲内で、上記希土類イオンおよびIII族金属イオンの含有量を設定することが好ましい。より具体的には、上記含有量は、0.1〜20mol%であることが好ましく、1〜15mol%であることがより好ましく、1〜10mol%であることが特に好ましい。なお、上記含有量が、0.1mol%未満の場合、効率的な発光が得られず、20mol%を越えると母体構造が乱れ、発光効率が低下する傾向がある。   Further, the specific values of the rare earth ions and group III metal ions are not particularly limited, but the contents generally affect the light emission characteristics of the light emitting material. Therefore, the content may be set within a range in which desired light emission characteristics can be obtained. Specifically, it is preferable to set the contents of the rare earth ions and the group III metal ions within a range in which the three-dimensional structure of the host structure is maintained. More specifically, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and particularly preferably 1 to 10 mol%. In addition, when the said content is less than 0.1 mol%, efficient light emission cannot be obtained, and when it exceeds 20 mol%, there exists a tendency for a host structure to be disturb | confused and for luminous efficiency to fall.

すなわち、本発明にかかる応力発光材料は、具体的には、例えば、組成式が下記一般式(b)〜(e)
1−xN(PO・・・(b)
1−x−yN(PO・・・(c)
MQ1−x(PO・・・(d)
MQ1−x−y(PO・・・(e)
(式中、Mは1価の金属イオンであり、Nは3価の金属イオンであり、QおよびRはそれぞれ独立して希土類イオンまたはIII族金属イオンであり、xは0.01≦x≦0.20を満たす数であり、yは0.01≦y≦0.20を満たす数である。)
のいずれかで表されうる。
That is, specifically, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention has, for example, a composition formula represented by the following general formulas (b) to (e).
M 1-x Q x N (PO 3 ) 4 (b)
M 1-xy Q x R y N (PO 3 ) 4 (c)
MQ x N 1-x (PO 3 ) 4 (d)
MQ x R y N 1-xy (PO 3 ) 4 (e)
Wherein M is a monovalent metal ion, N is a trivalent metal ion, Q and R are each independently a rare earth ion or a group III metal ion, and x is 0.01 ≦ x ≦ 0.2 is a number satisfying 0.20, and y is a number satisfying 0.01 ≦ y ≦ 0.20.)
It can be represented by either

上記一般式(a)〜(e)において、Mは1価の金属イオンであればよいが、具体的には、例えば、アルカリ金属イオンを挙げることができる。中でも、Naイオン、Kイオン、Rbイオン、またはCsイオンであることが好ましい。また、上記一般式(a)〜(e)中、Nは3価の金属イオンであればよいが、具体的には、例えば、希土類イオンを挙げることができる。中でも、Ceイオン、Prイオン、Ndイオン、Pmイオン、Smイオン、Euイオン、Gdイオン、Tbイオン、Dyイオン、Hoイオン、Erイオン、Tmイオン、Ybイオン、Laイオン、またはYイオンであることが好ましい。(M,N)の好ましい組み合わせとして、より具体的には、(Na,La)、(K,Yb)、(K,Ce)、(K,Gd)、(K,Bi)、(Na,Er)、(Na,Nd)、(Na,Bi)、(Na,Gd)、(Cs,Nd)、(Cs,Er)、(Cs,Gd)、(Cs,Er)、(Rb,Nd)、(Rb,Ho)、(Rb,Tm)、(Ag,Nd)、および(Ag,La)を挙げることができる。上記構成によれば、本発明にかかる応力発光材料の母体構造を応力により歪みやすい構造とすることができる。   In the general formulas (a) to (e), M may be a monovalent metal ion, and specific examples include alkali metal ions. Among these, Na ions, K ions, Rb ions, or Cs ions are preferable. In the general formulas (a) to (e), N may be a trivalent metal ion, and specific examples include rare earth ions. Among them, Ce ion, Pr ion, Nd ion, Pm ion, Sm ion, Eu ion, Gd ion, Tb ion, Dy ion, Ho ion, Er ion, Tm ion, Yb ion, La ion, or Y ion Is preferred. More specifically, as a preferable combination of (M, N), (Na, La), (K, Yb), (K, Ce), (K, Gd), (K, Bi), (Na, Er) ), (Na, Nd), (Na, Bi), (Na, Gd), (Cs, Nd), (Cs, Er), (Cs, Gd), (Cs, Er), (Rb, Nd), (Rb, Ho), (Rb, Tm), (Ag, Nd), and (Ag, La). According to the said structure, the base structure of the stress light-emitting material concerning this invention can be made into the structure which is easy to be distorted by stress.

本発明の好ましい一実施形態として、(M,N)=(Na,La)、すなわち、NaLa(POを母体構造とする応力発光材料を挙げることができる。以下、本発明にかかる応力発光材料の一実施形態として、NaLa(POを母体構造とする応力発光材料について、より詳細に説明する。 As a preferred embodiment of the present invention, (M, N) = (Na, La), that is, a stress-stimulated luminescent material having NaLa (PO 3 ) 4 as a base structure can be mentioned. Hereinafter, as an embodiment of the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, a stress-stimulated luminescent material having NaLa (PO 3 ) 4 as a base structure will be described in more detail.

NaLa(POの結晶構造は、空間群P2/nをとる(J. Zhu, W.-D. Cheng, D.-S. Wu, J. Solide State Sci., 6 (2006) 597を参照)。より詳しくは、図1に示すように、La−O−PによってLaO多面体と[(PO4−が結合している3次元フレームネットワーク構造で形成されている。このフレームワークの隙間にNaが位置している。NaはNa−O結合距離が2.416〜2.756Åである酸素原子6個に配位されている。一方、図3に示すように、La3+は8個の酸素原子によって囲まれており、La−O結合距離は2.441〜2.558Åである。つまり、NaLa(POでは、Laサイトよりも、Naサイトのほうが大きい。 The crystal structure of NaLa (PO 3 ) 4 takes the space group P2 1 / n (J. Zhu, W.-D. Cheng, D.-S. Wu, J. Solide State Sci., 6 (2006) 597. See). More specifically, as shown in FIG. 1, it is formed of a three-dimensional frame network structure in which a LaO 8 polyhedron and [(PO 3 ) 4 ] 4- are connected by La-OP. Na + is located in the gap of this framework. Na + is coordinated to six oxygen atoms having a Na—O bond distance of 2.416 to 2.756 Å. On the other hand, as shown in FIG. 3, La 3+ is surrounded by eight oxygen atoms, and the La—O bond distance is 2.441 to 2.558 Å. That is, in NaLa (PO 3 ) 4 , the Na site is larger than the La site.

また、[(PO4−の波状結合は、図2に示すように、a軸に沿ってPO四面体の頂点共有によって形成される(POにより構成されている。PO四面体において、P−Oの距離は1.475〜1.692Åの範囲で変動し、最も近い距離ではP−Oの結合は分断されているのに対して、最も長い距離では、P−Oは結合している。O−P−Oの角度は99.4〜119.6°であり、[(PO4−のP−O−Pの角度は131.5〜139.4°である。 Further, the wave - like coupling of [(PO 3 ) 4 ] 4- is composed of (PO 3 ) 4 formed by the vertex sharing of the PO 4 tetrahedron along the a-axis, as shown in FIG. In the PO 4 tetrahedron, the PO distance fluctuates in the range of 1.475 to 1.492 mm, and the PO bond is broken at the closest distance, whereas at the longest distance, the PO bond is broken. -O is bonded. The angle of O—P—O is 99.4 to 119.6 °, and the angle of P—O—P of [(PO 3 ) 4 ] 4− is 131.5 to 139.4 °.

NaLa(POにおいては、上述したように、Laサイトよりも、Naサイトのほうが大きい。そのため、本実施形態にかかる応力発光材料では、母体構造であるNaLa(POのNaの一部が希土類イオンまたはIII族金属イオンに置換されていることが好ましい。ただし、Laの一部が希土類イオンまたはIII族金属イオンに置換されているものであってもよい。上記希土類イオンまたはIII族金属イオン、およびその含有量については、上述した通りである。 In NaLa (PO 3 ) 4 , as described above, the Na site is larger than the La site. Therefore, in the stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment, it is preferable that a part of Na of the base structure NaLa (PO 3 ) 4 is substituted with rare earth ions or group III metal ions. However, a part of La may be substituted with rare earth ions or Group III metal ions. The rare earth ions or Group III metal ions and their contents are as described above.

本発明にかかる応力発光材料は、以上説示した構成を備えるため、機械的な外力の負荷により、高輝度な発光を呈することができる。また、本発明にかかる応力発光材料は、従来の応力発光材料よりも低温での焼成で製造することができる。したがって、製造に要する消費エネルギーを低減することができる。さらに、本発明にかかる応力発光材料は、上記母体構造を有するため、発光中心として特定の金属イオンを選択することにより、300〜600nm波長領域の応力発光材料を提供することができる。つまり、従来にはない350nmよりも短波長の紫外線を発光する応力発光材料を提供することができる。そのため、本発明にかかる応力発光材料は、発光体材料として幅広く用いることができる。特に、紫外線を発光する応力発光材料は、その発光色(青)を利用するだけではなく、例えば、紫外線エネルギーを励起エネルギーとして用いることも可能である。そのため、特定の発光色を呈する発光材料として用いることに加えて、より幅の広い用途に用いることができる。さらに、本発明にかかる応力発光材料の母体構造はリン酸塩であるため、環境汚染の要因となりにくい。そのため、例えば、自然環境中で用いる用途にも、好適に用いることができる。   Since the stress-stimulated luminescent material according to the present invention has the above-described configuration, it can exhibit high-luminance luminescence by applying a mechanical external force. The stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be manufactured by firing at a lower temperature than conventional stress-stimulated luminescent materials. Therefore, energy consumption required for manufacturing can be reduced. Furthermore, since the stress-stimulated luminescent material according to the present invention has the above-described host structure, it is possible to provide a stress-stimulated luminescent material having a wavelength region of 300 to 600 nm by selecting a specific metal ion as the luminescent center. That is, it is possible to provide a stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength shorter than 350 nm, which is not conventional. Therefore, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be widely used as a luminescent material. In particular, a stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet rays not only uses the luminescent color (blue) but also can use ultraviolet energy as excitation energy, for example. Therefore, in addition to using as a light emitting material exhibiting a specific light emission color, it can be used for a wider range of applications. Furthermore, since the matrix structure of the stress-stimulated luminescent material according to the present invention is a phosphate, it is unlikely to cause environmental pollution. Therefore, for example, it can be suitably used for applications used in a natural environment.

<II.応力発光材料の製造方法>
本発明にかかる応力発光材料の製造方法(以下、単に「本発明にかかる製造方法」ともいう)は、上述の本発明にかかる応力発光材料を製造するための製造方法である。具体的には、本発明にかかる応力発光材料を固相反応法により製造する方法であって、より具体的には、目的とする応力発光材料の組成となるように、原料を秤量し、焼成することにより、応力発光材料を製造する方法である。一般的に、応力発光材料製造において、焼成条件は得られる応力発光材料の物性に大きな影響を与える因子である。より詳しく説明すると、原料が焼成時に非晶質化(ガラス化)すると、所望の母体構造が形成されない。換言すると、機械的な外力により歪みが生じにくい結晶構造となる。このような構造となると、同じ組成であっても、機械的な外力により、結晶構造に歪みが生じないため、応力発光性を示さなくなる。つまり、得られる材料が応力発光性を示すためには、焼成により、機械的な外力により歪みが生じやすい結晶構造を有する母体構造が形成されることが前提となる。したがって、本発明にかかる製造方法においては、機械的な外力により歪みが生じやすい結晶構造を有する母体構造が形成される条件で、焼成を行う必要がある。例えば、焼成時に、急速な昇温または降温を行うと、所望の結晶性が得られにくくなる傾向がある。そのため、本発明にかかる応力発光材料の製造方法では、焼成時に、ゆっくり(段階的に)昇温および降温することが好ましい。より具体的には、焼成温度の昇温および降温は、1〜10℃/minの速度で、段階的に行うことが好ましい。
<II. Method for producing stress luminescent material>
The method for producing a stress-stimulated luminescent material according to the present invention (hereinafter also simply referred to as “manufacturing method according to the present invention”) is a method for producing the above-described stress-stimulated luminescent material according to the present invention. Specifically, it is a method for producing a stress-stimulated luminescent material according to the present invention by a solid-phase reaction method, and more specifically, the raw materials are weighed and fired so as to have the desired composition of the stress-stimulated luminescent material. This is a method for producing a stress-stimulated luminescent material. Generally, in the production of stress-stimulated luminescent materials, the firing conditions are factors that greatly affect the physical properties of the obtained stress-stimulated luminescent materials. More specifically, when the raw material is amorphized (vitrified) during firing, a desired base structure is not formed. In other words, the crystal structure is less likely to be distorted by a mechanical external force. With such a structure, even if the composition is the same, the crystal structure is not distorted due to a mechanical external force, so that it does not exhibit stress luminescence. That is, in order for the obtained material to exhibit stress luminescence, it is premised that a base structure having a crystal structure that is likely to be distorted by mechanical external force is formed by firing. Therefore, in the manufacturing method according to the present invention, it is necessary to perform firing under the condition that a base structure having a crystal structure that is likely to be distorted by a mechanical external force is formed. For example, if the temperature is rapidly raised or lowered during firing, the desired crystallinity tends to be difficult to obtain. For this reason, in the method for producing a stress-stimulated luminescent material according to the present invention, it is preferable that the temperature is raised and lowered slowly (stepwise) during firing. More specifically, it is preferable to raise and lower the firing temperature stepwise at a rate of 1 to 10 ° C./min.

焼成温度もまた、応力発光材料の物性に大きく影響を与える。したがって、上記焼成温度は、所望の結晶構造を有する母体構造が形成されるように、応力発光材料の組成に応じて設定することが好ましい。具体的には、400〜600℃とすることが好ましく、450〜600℃とすることがより好ましく、600℃とすることがさらに好ましい。上記焼成温度によれば、機械的な外力により歪みが生じやすい結晶構造を有する母体構造を形成することができる。それゆえ、高輝度の応力発光材料を製造することができる。また、従来の応力発光材料の焼成温度は、1000℃以上の高温であるが、本発明にかかる製造方法では、より低い焼成温度で応力発光材料を製造できる。そのため、製造設備コストや、製造に要する消費エネルギーを低減することができる。なお、焼成は、大気中で行うことが好ましい。   The firing temperature also greatly affects the physical properties of the stress luminescent material. Accordingly, the firing temperature is preferably set according to the composition of the stress-stimulated luminescent material so that a host structure having a desired crystal structure is formed. Specifically, the temperature is preferably 400 to 600 ° C, more preferably 450 to 600 ° C, and still more preferably 600 ° C. According to the firing temperature, it is possible to form a base structure having a crystal structure in which distortion is likely to occur due to mechanical external force. Therefore, a high-luminance stress luminescent material can be manufactured. Moreover, the firing temperature of the conventional stress-stimulated luminescent material is a high temperature of 1000 ° C. or higher. However, the production method according to the present invention can produce the stress-stimulated luminescent material at a lower firing temperature. Therefore, manufacturing equipment cost and energy consumption required for manufacturing can be reduced. In addition, it is preferable to perform baking in air | atmosphere.

また、焼成時間は、応力発光材料の組成および焼成温度に応じて、適宜変更されるものであり、特に限定されるものではないが、一般的には、10〜40時間の範囲で設定すればよい。   Further, the firing time is appropriately changed according to the composition of the stress-stimulated luminescent material and the firing temperature, and is not particularly limited, but is generally set within a range of 10 to 40 hours. Good.

さらに、本発明にかかる製造方法では、上記焼成温度で焼成する前に、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成温度は、150〜400℃とすることが好ましく、200〜350℃することが好ましい。さらに、仮焼成時間は、1〜4時間とすることが好ましい。このような仮焼成を行うことにより、得られる応力発光材料の収量を増加させることができる。つまり、応力発光材料の製造効率を向上させることができる。なお、仮焼成もまた、大気中で行うことが好ましい。   Furthermore, in the manufacturing method according to the present invention, it is preferable to perform preliminary firing before firing at the firing temperature. The pre-baking temperature is preferably 150 to 400 ° C, and preferably 200 to 350 ° C. Furthermore, it is preferable that the temporary baking time is 1 to 4 hours. By performing such preliminary firing, the yield of the stress-stimulated luminescent material obtained can be increased. That is, the production efficiency of the stress-stimulated luminescent material can be improved. In addition, it is preferable to perform temporary baking also in air | atmosphere.

本発明にかかる製造方法において、上記原料、すなわち、本発明にかかる応力発光材料の原料は、焼成によって本発明にかかる応力発光材料となるものであればよく、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、本発明にかかる応力発光材料の組成に応じて、アルカリ金属塩、希土類塩、リン酸塩、および発光中心となる金属の塩を原料として用いればよい。上記アルカリ金属塩、希土類塩、リン酸塩、および発光中心となる金属の塩は、いずれも、無機塩であっても、有機塩であってもよい。上記無機塩としては、酸化物、ハロゲン化物(例えば塩化物)、水酸化物、アンモニウム塩、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、および硝酸塩等を挙げることができる。また、上記有機塩としては、酢酸塩、およびアルコラート等を挙げることができる。上記原料の量は、製造する応力発光材料の組成に応じて、構成原子比に相当する割合の量を用いればよいが、上記母体構造を容易に歪ませるために、アルカリ金属イオンの格子欠陥を形成させることが有利である。そのため、母体構造の化学組成量論よりもアルカリ金属の組成は0.1〜20モル%の範囲内で減らすことが好ましい。また、上記原料には、ホウ酸、または塩化アンモニウム等のフラックス剤を含有させてもよい。   In the production method according to the present invention, the raw material, that is, the raw material of the stress luminescent material according to the present invention is not particularly limited as long as it becomes the stress luminescent material according to the present invention by firing. Specifically, for example, an alkali metal salt, a rare earth salt, a phosphate, and a salt of a metal serving as a light emission center may be used as a raw material in accordance with the composition of the stress luminescent material according to the present invention. Any of the alkali metal salts, rare earth salts, phosphates, and salts of the metal serving as the emission center may be inorganic salts or organic salts. Examples of the inorganic salt include oxides, halides (for example, chloride), hydroxides, ammonium salts, carbonates, phosphates, sulfates, nitrates, and the like. Examples of the organic salt include acetates and alcoholates. The amount of the raw material may be a proportion corresponding to the constituent atomic ratio according to the composition of the stress-stimulated luminescent material to be manufactured. In order to easily distort the matrix structure, the lattice defects of alkali metal ions are used. It is advantageous to form. Therefore, it is preferable to reduce the alkali metal composition within the range of 0.1 to 20 mol% rather than the chemical composition stoichiometry of the base structure. Further, the raw material may contain a fluxing agent such as boric acid or ammonium chloride.

本発明にかかる製造方法において、上記原料は、所望量を秤量した後、エタノール等を用いて、湿式混合することが好ましい。その後、上述した条件で、仮焼成および焼成を行うことが好ましい。   In the production method according to the present invention, the raw materials are preferably wet-mixed using ethanol or the like after weighing a desired amount. Then, it is preferable to perform temporary baking and baking on the conditions mentioned above.

<III.応力発光体>
本発明にかかる応力発光材料は、高輝度の発光を示す。また、その一実施形態として、従来得られなかった350nmよりも短波長の紫外線の強い発光を示す。したがって、本発明にかかる応力発光材料は、このような発光特性を利用して、様々な産業分野に用いることができる。本発明にかかる応力発光材料の利用形態は特に限定されるものではないが、例えば、上記応力発光材料を成形してなる応力発光体として用いることができる。また、本発明にかかる応力発光材料と高分子材料とを混合してなる応力発光体として用いることができる。したがって、本発明には、このような応力発光体が含まれる。以下、本発明にかかる応力発光体について説明する。
<III. Stress light emitter>
The stress-stimulated luminescent material according to the present invention exhibits high luminance light emission. In addition, as one embodiment, strong emission of ultraviolet rays having a wavelength shorter than 350 nm, which has not been obtained conventionally, is shown. Therefore, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be used in various industrial fields by utilizing such luminescent characteristics. Although the usage form of the stress-stimulated luminescent material according to the present invention is not particularly limited, for example, it can be used as a stress-stimulated luminescent material formed by molding the stress-stimulated luminescent material. Moreover, it can be used as a stress luminescent material obtained by mixing the stress luminescent material according to the present invention and a polymer material. Therefore, the present invention includes such a stress luminescent material. Hereinafter, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention will be described.

本発明にかかる応力発光体は、本発明にかかる応力発光材料を含有していればよく、その他の具体的な構成は特に限定されるものではない。例えば、他の無機材料または有機材料と混合し、複合材料からなる応力発光体とすることができる。より具体的には、例えば、応力発光材料と高分子材料とを混合して平板状に成形した構成とすることができる。応力発光材料と混合する高分子材料は特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂を挙げることができる。上記高分子材料の混合量は特に限定されるものではなく、例えば、応力発光材料を平板状に形成してその形状を維持できる程度の量を混合すればよい。また、上記高分子材料の混合条件も特に限定されるものではなく、公知の方法を用いればよい。このような構成によれば、上記複合材料は、本発明にかかる応力発光材料を含んでいるので、機械的な外力によって、この複合材料に歪を与えると、複合材料中の応力発光材料に歪が生じる。そして、この歪が励起エネルギーとなり、複合材料は発光する。   The stress-stimulated luminescent material according to the present invention only needs to contain the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, and other specific configurations are not particularly limited. For example, it can be mixed with other inorganic materials or organic materials to form a stress luminescent material made of a composite material. More specifically, for example, a configuration in which a stress light emitting material and a polymer material are mixed and formed into a flat plate shape can be employed. The polymer material mixed with the stress-stimulated luminescent material is not particularly limited, and examples thereof include a resin such as an epoxy resin. The amount of the polymer material to be mixed is not particularly limited. For example, the stress light emitting material may be formed in a flat plate shape and mixed in such an amount that the shape can be maintained. Moreover, the mixing conditions of the polymer material are not particularly limited, and a known method may be used. According to such a configuration, since the composite material includes the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, when the composite material is strained by a mechanical external force, the stress-stimulated luminescent material in the composite material is distorted. Occurs. This strain becomes excitation energy, and the composite material emits light.

本発明にかかる応力発光体は、一実施形態として、上記応力発光材料を微粒子に成形してなる応力発光体でありうる。上記応力発光材料を微粒子に成形する方法は、特に限定されるものではない。例えば、粉末状の応力発光材料を従来公知の方法を用いて、微粒子に成形すればよい。もちろん、この際、微粒子を形成するために必要な添加剤を、適宜加えてもよい。また、上記微粒子の粒径は特に限定されないが、100μm以下とすることが好ましく、1nm〜100μmとすることがより好ましい。本実施形態にかかる応力発光体は、該応力発光体の微粒子を、対象系に1次元分散させて、機械的な外力によって発光させ、その発光を利用する用途に用いることができる。なお、本明細書において、「1次元分散」とは、微粒子状のある物質が、他の均一な物質の中に散在する現象をいい、「1次元分散させる」とは、微粒子状のある物質(本発明における例としては、粒径が数nm〜100μmの応力発光微粒子)を、他の均一な物質の中に散在させることが意図される。また、本実施形態にかかる応力発光体は、応力発光材料が2次元的、または3次元的に分布した応力発光体(詳細は後述する)を製造するための材料として用いることもできる。   As one embodiment, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention can be a stress-stimulated luminescent material formed by molding the stress-stimulated luminescent material into fine particles. The method for forming the stress-stimulated luminescent material into fine particles is not particularly limited. For example, a powdered stress luminescent material may be formed into fine particles using a conventionally known method. Of course, at this time, additives necessary for forming the fine particles may be appropriately added. The particle size of the fine particles is not particularly limited, but is preferably 100 μm or less, and more preferably 1 nm to 100 μm. The stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment can be used for applications in which fine particles of the stress-stimulated luminescent material are dispersed one-dimensionally in a target system, light is emitted by a mechanical external force, and the light emission is utilized. In this specification, “one-dimensional dispersion” refers to a phenomenon in which a particulate material is dispersed in another uniform material, and “one-dimensional dispersion” refers to a particulate material. (As an example in the present invention, it is intended to disperse the stress-stimulated luminescent particles having a particle size of several nm to 100 μm) in other uniform substances. The stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment can also be used as a material for manufacturing a stress-stimulated luminescent material (details will be described later) in which the stress-stimulated luminescent material is distributed two-dimensionally or three-dimensionally.

本発明にかかる応力発光体は、一実施形態として、上記応力発光材料が2次元的に分散している応力発光体でありうる。本実施形態にかかる応力発光体としては、例えば、基板等の平面状の対象物に本発明にかかる応力発光材料をコーティングし、平面膜状に成形した実施形態を挙げることができる。本実施形態にかかる応力発光体を製造する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、粉末状の応力発光材料や微粒子状の応力発光材料(応力発光体)を、基板等の平面状の対象物の表面に、従来公知の方法でコーティングすることにより製造することができる。なお、成形時、製膜するために必要な添加剤を適宜加えてもよい。   The stress-stimulated luminescent material according to the present invention may be a stress-stimulated luminescent material in which the stress-stimulated luminescent material is dispersed two-dimensionally as one embodiment. Examples of the stress-stimulated luminescent material according to this embodiment include an embodiment in which a planar object such as a substrate is coated with the stress-luminescent material according to the present invention and molded into a planar film. The method for producing the stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment is not particularly limited. For example, a powdered stress-stimulated luminescent material or a fine-grained stress-stimulated luminescent material (stress luminescent material) is formed into a planar shape such as a substrate. It can manufacture by coating the surface of the target object by a conventionally well-known method. In addition, you may add suitably an additive required in order to form into a film at the time of shaping | molding.

また、本実施形態にかかる応力発光体は、本発明にかかる応力発光材料の母体構造を形成しうる化合物、例えば硝酸塩やハロゲン化物やアルコキシ化合物等と、発光中心となる金属を含有する化合物とを溶剤に溶解して調製した塗布液を、耐熱性基材の表面に塗布したのち、焼成することにより製造することもできる。上記耐熱性基材は特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、石英、シリコン、グラファイト、石英ガラスやバイコールガラス等の耐熱ガラス、アルミナや窒化ケイ素や炭化ケイ素やケイ化モリブデン等のセラミックス、ステンレス鋼のような耐熱鋼やニッケル、クロム、チタン、モリブデン等の耐熱性金属または耐熱性合金、サーメット、セメント、コンクリート等を挙げることができる。   In addition, the stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment includes a compound that can form the host structure of the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, such as a nitrate, a halide, an alkoxy compound, and the like, and a compound containing a metal serving as a luminescent center. It can also be produced by applying a coating solution prepared by dissolving in a solvent to the surface of the heat-resistant substrate, followed by baking. The heat-resistant substrate is not particularly limited. Specifically, for example, quartz, silicon, graphite, heat-resistant glass such as quartz glass and Vycor glass, alumina, silicon nitride, silicon carbide, molybdenum silicide, etc. Examples thereof include heat-resistant steels such as ceramics, stainless steel, heat-resistant metals or heat-resistant alloys such as nickel, chromium, titanium, and molybdenum, cermets, cements, and concretes.

本実施形態にかかる応力発光体は、例えば、応力発光材料を含有する膜(フィルム)に対して、機械的な外力を負荷することにより発光させ、該発光を利用する用途に用いることができる。また、このように、本発明にかかる応力発光材料を膜状に成形して用いることにより、少量の応力発光材料で大面積の発光を実現することができる。   The stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment can be used, for example, for light emission by applying a mechanical external force to a film (film) containing a stress-stimulated luminescent material and utilizing the light emission. In addition, as described above, by using the stress-stimulated luminescent material according to the present invention formed into a film, it is possible to realize light emission of a large area with a small amount of the stress-stimulated luminescent material.

また、本発明にかかる応力発光体は、一実施形態として、本発明にかかる応力発光材料が3次元的に分布している応力発光体でありうる。本実施形態にかかる応力発光体としては、例えば、本発明にかかる応力発光材料を3次元のネットワーク構造(例えば、立体的な構造物)にコーティングして立体膜状に成形した実施形態や、本発明にかかる応力発光材料を立体成形して立体構造物とした実施形態等を挙げることができる。本実施形態にかかる応力発光体を製造する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、めっきや鋳型等の従来公知の技術を用いて、本発明にかかる応力発光材料を3次元的に立体成形することにより、製造することができる。   Moreover, the stress light-emitting body concerning this invention can be a stress light-emitting body which the stress light-emitting material concerning this invention is distributed three-dimensionally as one Embodiment. Examples of the stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment include an embodiment in which a stress-stimulated luminescent material according to the present invention is coated on a three-dimensional network structure (for example, a three-dimensional structure) and formed into a three-dimensional film shape, Examples include a three-dimensional structure obtained by three-dimensionally molding the stress-stimulated luminescent material according to the invention. The method for producing the stress-stimulated luminescent material according to the present embodiment is not particularly limited. For example, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention is three-dimensionally used by using a conventionally known technique such as plating or a mold. It can be manufactured by three-dimensional molding.

以上説示した実施形態にかかる応力発光体において、応力発光材料として、紫外線発光特性を示す応力発光材料を用いれば、機械的な外力によって発生した紫外線を応力発光体に接触または近接する対象物に対して、物理的および/または化学的に作用させることができる。具体的には、紫外線は、短波長であるためエネルギーが高い。このため、応力紫外線発光材料の発光により得られる紫外線は、励起光として用いることができる。例えば、赤・黄・緑等の青とは異なる色の光を発光する発光材料であって、紫外線の光で発光し、かつ、応力で発光しない発光材料を、紫外線を発光する本発明の応力発光材料と混合して複合材料(発光体)とする。この複合材料に、応力を加えると、本発明にかかる応力発光材料のみが発光し、紫外線を放射する。そして、この放射された紫外線により、上記青とは異なる色の光を発光する発光材料を励起することができる。このような構成によれば、青から赤までの全ての色の発光体を発光させることができる。その結果、あらゆる発光色の応力発光体を実現することができる。   In the stress-stimulated luminescent material according to the embodiment described above, if a stress-stimulated luminescent material exhibiting ultraviolet luminescence characteristics is used as the stress-stimulated luminescent material, ultraviolet light generated by mechanical external force is applied to an object in contact with or close to the stressed luminescent material. Can act physically and / or chemically. Specifically, since ultraviolet rays have a short wavelength, energy is high. For this reason, the ultraviolet-ray obtained by light emission of a stress ultraviolet-ray luminescent material can be used as excitation light. For example, a light emitting material that emits light of a color different from blue, such as red, yellow, and green, and that emits light by ultraviolet light and does not emit light by stress, the stress of the present invention that emits ultraviolet light A composite material (light emitter) is formed by mixing with the light emitting material. When stress is applied to this composite material, only the stress-stimulated luminescent material according to the present invention emits light and emits ultraviolet rays. The emitted ultraviolet light can excite a light emitting material that emits light of a color different from that of blue. According to such a configuration, the light emitters of all colors from blue to red can be made to emit light. As a result, it is possible to realize stress-stimulated illuminants of all luminescent colors.

さらに、紫外線は、エネルギーが高いため、検出器による検出が容易である。このため、紫外線を発光する応力発光材料および応力発光体の発光強度を容易に検出することができる。さらに、紫外線は、蛍光灯等の照明器具から放出が少なく、その発光を計測する時に照明環境下でも干渉が少ない利点がある。   Furthermore, since ultraviolet rays have high energy, detection by a detector is easy. Therefore, it is possible to easily detect the light emission intensity of the stress luminescent material and the stress luminescent material that emit ultraviolet rays. Furthermore, ultraviolet rays are less emitted from lighting fixtures such as fluorescent lamps, and have an advantage of less interference even in an illumination environment when measuring the emitted light.

また、本発明にかかる応力発光体は、機械的な外力、例えば摩擦力、せん断力、衝撃力、振動、風力、超音波等を加えることによって発光する。この発光強度は、励起源となる機械的な外力の性質に依存するが、一般的には加えた機械的な作用力が大きいほど高くなる傾向がある。したがって、本発明にかかる応力発光体の発光強度を測定することによって、該応力発光体に加えられている機械的な外力を、無接触で測定することができる。つまり、本発明にかかる応力発光体によれば、応力状態を可視化することができる。このため、本発明の発光体は、応力検出器等、応力を検出するあらゆる分野に応用することができる。また、本発明にかかる応力発光体は、蓄光体、または、蛍光体としても利用できる。   In addition, the stress-stimulated luminescent material according to the present invention emits light by applying mechanical external force such as frictional force, shearing force, impact force, vibration, wind force, and ultrasonic wave. This emission intensity depends on the nature of the mechanical external force serving as an excitation source, but generally tends to increase as the applied mechanical action force increases. Therefore, by measuring the light emission intensity of the stress light emitter according to the present invention, the mechanical external force applied to the stress light emitter can be measured without contact. That is, according to the stress-stimulated luminescent material according to the present invention, the stress state can be visualized. For this reason, the light-emitting body of the present invention can be applied to all fields for detecting stress, such as a stress detector. The stress-stimulated luminescent material according to the present invention can also be used as a phosphorescent material or a phosphor.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明について、実施例および図4〜図15に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。   Although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and FIGS. 4-15, this invention is not limited to this. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention.

〔製造例1:NaLa(POの製造〕
NaLa(POの粉末試料合成には固相反応法を用いた。NaCl(99.5%)、La、および(NHHPO(98.5%)を秤量し、エタノールを用いて湿式混合した。得られた混合粉末を、大気中で、室温から900℃まで昇温速度10℃/minで加熱した。TG−DTAの測定の結果、400℃付近から結晶化されることがわかった(図示せず)。しかし、測定後、試料は非常に少なくなることがわかったため、本焼成の前に仮焼成を行うことにした。具体的には、大気中、350℃で4時間仮焼成後、700℃で10時間焼成し、NaLa(POの粉末試料を製造した。なお、昇温速度は、10℃/minとした。
[Production Example 1: Production of NaLa (PO 3 ) 4 ]
A solid phase reaction method was used to synthesize NaLa (PO 3 ) 4 powder sample. NaCl (99.5%), La 2 O 3 , and (NH 4 ) 2 HPO 4 (98.5%) were weighed and wet mixed with ethanol. The obtained mixed powder was heated in air from room temperature to 900 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. As a result of the measurement of TG-DTA, it was found that crystallization started from around 400 ° C. (not shown). However, since it was found that the number of samples became very small after the measurement, it was decided to perform preliminary baking before the main baking. Specifically, after calcining at 350 ° C. for 4 hours in the air, it was calcined at 700 ° C. for 10 hours to produce a NaLa (PO 3 ) 4 powder sample. The temperature rising rate was 10 ° C./min.

得られたNaLa(POの粉末試料について、上述の方法で結晶構造解析を行った。結晶構造解析は、CuKα線を用いた粉末X線回折(XRD)測定により得られたXRDパターンを用いて行った。その結果、図4(a)に示すように、単斜晶(空間群:P2/n)に帰属されており、目的のフレームネットワーク構造が形成されていることが確認された。 The obtained NaLa (PO 3 ) 4 powder sample was subjected to crystal structure analysis by the method described above. Crystal structure analysis was performed using an XRD pattern obtained by powder X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays. As a result, as shown in FIG. 4 (a), it was confirmed that the target frame network structure was formed because it belonged to a monoclinic crystal (space group: P2 1 / n).

さらに、得られたNaLa(POの粉末試料を用いて、NaLa(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。励起スペクトルおよび発光スペクトルは、分光蛍光光度計(JASCO FP−6600)を用い、室温にて測定した。その結果、図5(a)に示すように、NaLa(POの発光スペクトルにおいて、450nm、590nm付近に発光ピークがみられた。この結果は、J.Zhuら(J. Zhu, W.-D. Cheng, D.-S. Wu, J. Solide State Sci., 6 (2006) 597を参照)が報告しているNaLa(POの発光スペクトルとピーク位置が一致していた。このことから、目的の構造のNaLa(POが製造できたことを確認できた。 Further, by using the powder samples obtained NaLa (PO 3) 4, was measured excitation and emission spectra of NaLa (PO 3) 4. The excitation spectrum and emission spectrum were measured at room temperature using a spectrofluorometer (JASCO FP-6600). As a result, as shown in FIG. 5A, in the emission spectrum of NaLa (PO 3 ) 4 , emission peaks were observed in the vicinity of 450 nm and 590 nm. This result is reported in NaLa (PO) reported by J. Zhu et al. (See J. Zhu, W.-D. Cheng, D.-S. Wu, J. Solide State Sci., 6 (2006) 597). 3 ) The emission spectrum of 4 coincided with the peak position. From this, it was confirmed that NaLa (PO 3 ) 4 having the target structure could be produced.

〔実施例1:Na0.950.05La(PO(Q=Eu3+,Tb3+)の製造〕
応力発光材料である粉末試料合成には固相反応法を用いた。NaCl(99.5%)、La、(NHHPO(98.5%)、Eu(99.9%)、およびTb(99.9%)を組成比がNa0.950.05La(PO(Q=Eu,Tb)となるように秤量し、エタノールを用いて湿式混合した。得られた混合粉末を、空気中、350℃で4時間仮焼成後、700℃で10時間焼成し、Na0.95Eu0.05La(POおよびNa0.95Tb0.05La(POの粉末試料を製造した。
[Example 1: Production of Na 0.95 Q 0.05 La (PO 3 ) 4 (Q = Eu 3+ , Tb 3+ )]
A solid phase reaction method was used to synthesize a powder sample, which is a stress luminescent material. NaCl (99.5%), La 2 O 3, the (NH 4) 2 HPO 4 ( 98.5%), Eu 2 O 3 (99.9%), and Tb 4 O 7 (99.9%) composition ratio were weighed so that Na 0.95 Q 0.05 La (PO 3 ) 4 (Q = Eu, Tb), and wet-mixed with ethanol. The obtained mixed powder was calcined in air at 350 ° C. for 4 hours, and then calcined at 700 ° C. for 10 hours to obtain Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 and Na 0.95 Tb 0.05. A powder sample of La (PO 3 ) 4 was produced.

得られたNa0.95Eu0.05La(POおよびNa0.95Tb0.05La(POの粉末試料について、製造例1に記載の方法で、結晶構造解析を行った。その結果、図4(b)および(c)に示すように、いずれも単斜晶(空間群:P2/n)に帰属されており、目的のフレームネットワーク構造が形成されていることが確認された。なお、図4(b)は、Na0.95Eu0.05La(POのXRDパターンを示す図であり、図4(c)は、Na0.95Tb0.05La(POのXRDパターンを示す。 The obtained Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 and Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4 powder samples were analyzed for crystal structure by the method described in Production Example 1. went. As a result, as shown in FIGS. 4B and 4C, it is confirmed that both belong to the monoclinic crystal (space group: P2 1 / n) and the desired frame network structure is formed. It was done. 4B is a diagram showing an XRD pattern of Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 , and FIG. 4C is a diagram showing Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4 XRD patterns are shown.

次に、得られたNa0.95Eu0.05La(POおよびNa0.95Tb0.05La(POの粉末試料を用いて、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。その結果、図5(b)に示すように、Na0.95Eu0.05La(POの発光スペクトルでは、線状発光スペクトルを590nm、630nmの位置に確認できた。この発光は、Eu3+J’遷移による発光と考えられる。また、上記発光波長から分かるように、Na0.95Eu0.05La(POは、赤色の発光を呈した。Eu3+はf電子配置のf−f遷移であり、f電子による発光であるため、発光色は母体構造には影響されない。そのため、Na0.95Eu0.05La(POの発光色は赤色となったものと考えられる。 Next, using the obtained Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 and Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4 powder samples, the method described in Production Example 1 was performed. The excitation spectrum and emission spectrum were measured. As a result, as shown in FIG. 5B, in the emission spectrum of Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 , the linear emission spectrum was confirmed at the positions of 590 nm and 630 nm. This light emission is considered to be light emission due to the transition of Eu 3+ by 5 D J7 F J ′ . As can be seen from the emission wavelength, Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 emitted red light. Eu 3+ is an f 6 -f 6 transition in the f 6 electron configuration, and is emitted by f electrons, so the emission color is not affected by the host structure. Therefore, it is considered that the emission color of Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 is red.

一方、図5(c)に示すように、Na0.95Tb0.05La(POの発光スペクトルにおいても、Tb3+特有の線状発光スペクトルがみられた。Tb3+もf電子による発光であるため、発光色は母体構造に影響されない。そのため、母体構造をNaLa(POとするNa0.95Tb0.05La(POにおいても、550nmに最も強い発光バンドを持つの発光を呈したものと考えられる。なお、これは、の遷移確率が、電気双極子遷移と磁気双極子遷移との双方で最も大きいためと考えられている。 On the other hand, as shown in FIG. 5C, a linear emission spectrum peculiar to Tb 3+ was also observed in the emission spectrum of Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4 . Since Tb 3+ is also emitted by f electrons, the emission color is not affected by the host structure. Therefore, even in Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4 in which the base structure is NaLa (PO 3 ) 4 , emission of 5 D 47 F 5 having the strongest emission band at 550 nm was exhibited. It is considered a thing. This is considered to be because the transition probability of 5 D 47 F 5 is the largest in both the electric dipole transition and the magnetic dipole transition.

〔実施例2:Na0.950.05La(PO(Q=Ce3+,Tl,Dy3+)の製造〕
実施例1と同様に、応力発光材料である粉末試料合成には固相反応法を用いた。NaCl(99.5%)、La、(NHHPO(98.5%)、CeO(99.9%)、TlNO(99.9%)、およびDy(99.9%)を組成比がNa0.950.05La(PO(Q=Ce,Tl,Dy)となるように秤量し、エタノールを用いて湿式混合した。得られた混合粉末を、大気中、350℃で4時間仮焼後、大気中、700℃で10時間焼成した。しかし、この条件では、焼成中に溶けてしまい、生成物が硬くなって、膨張し、試料の回収が困難となった。そこで、焼成条件を変更し、上記混合粉末を、大気中、200℃で4時間仮焼後、大気中、600℃で40時間焼成して、Na0.95Ce0.05La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、およびNa0.95Dy0.05La(POの粉末試料を製造した。
[Example 2: Production of Na 0.95 Q 0.05 La (PO 3 ) 4 (Q = Ce 3+ , Tl + , Dy 3+ )]
As in Example 1, a solid phase reaction method was used for the synthesis of a powder sample, which is a stress-luminescent material. NaCl (99.5%), La 2 O 3, (NH 4) 2 HPO 4 (98.5%), CeO 2 (99.9%), TlNO 3 (99.9%), and Dy 2 O 3 (99.9%) was weighed so that the composition ratio was Na 0.95 Q 0.05 La (PO 3 ) 4 (Q = Ce, Tl, Dy), and wet-mixed using ethanol. The obtained mixed powder was calcined in the atmosphere at 350 ° C. for 4 hours and then calcined in the atmosphere at 700 ° C. for 10 hours. However, under these conditions, it melted during firing, the product became hard and expanded, making it difficult to recover the sample. Therefore, the firing conditions were changed, and the mixed powder was calcined at 200 ° C. for 4 hours in the air and then fired at 600 ° C. for 40 hours in the air to obtain Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ). 4 , powder samples of Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 and Na 0.95 Dy 0.05 La (PO 3 ) 4 were prepared.

得られたNa0.95Ce0.05La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、およびNa0.95Dy0.05La(POの粉末試料について、製造例1に記載の方法で、結晶構造解析を行った。図6(a)〜(c)に示すように、いずれも、グラフ下段に示すNaLa(POと回折ピークが一致していた。これにより、目的であるフレームワーク構造が形成されていることが確認できた。なお、図6(a)〜(c)は、それぞれ、Na0.95Ce0.05La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、およびNa0.95Dy0.05La(POのXRDパターンを示す。 Obtained Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95 Dy 0.05 La (PO 3 ) 4 powders The sample was subjected to crystal structure analysis by the method described in Production Example 1. As shown in FIGS. 6A to 6C, all of the diffraction peaks coincided with NaLa (PO 3 ) 4 shown in the lower part of the graph. As a result, it was confirmed that the target framework structure was formed. 6A to 6C show Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95, respectively. The XRD pattern of Dy 0.05 La (PO 3 ) 4 is shown.

次に、得られたNa0.95Ce0.05La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、およびNa0.95Dy0.05La(POの粉末試料を用いて、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。 Next, the obtained Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95 Dy 0.05 La (PO 3 ) Using the powder sample No. 4 , the excitation spectrum and the emission spectrum were measured by the method described in Production Example 1.

その結果、図7(a)に示すように、Na0.95Ce0.05La(POの発光スペクトルにおいて、308nmおよび327nmの2つのピークがみられた。また、励起スペクトルも294nm、252nm、および223nmに3つのピークがあり、分離していた。Ce3+の5d準位は3価希土類イオンの中で最も低い。しかし、4f励起準位(7/2 ,〜2000cm−1)との間隔が大きいので、一般に発光効率が高く、母体構造に依存して近紫外部から近赤外部まで、多彩な発光を示す。発光波長の母体構造に対する依存性は、Ce3+の5d準位の結晶場による分裂に起因するものである。Ce3+の5d励起状態のエネルギーレベルは大きく、5dと5dEに分裂する。そして、スピン軌道相互作用により5dはさらに分離する。また、4fの基底状態も5/2軌道と7/2軌道とに分離する。したがって、図7(a)に示す発光スペクトルは、5dに最低励起軌道から2つに分離した基底状態(5/27/2)へそれぞれ緩和するため、2つのピークからなる発光スペクトルとなったものと考えられる。 As a result, as shown in FIG. 7A, two peaks of 308 nm and 327 nm were observed in the emission spectrum of Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 . The excitation spectrum also had three peaks at 294 nm, 252 nm, and 223 nm, which were separated. The 3d level of Ce 3+ is the lowest among the trivalent rare earth ions. However, since the distance to the 4f excitation level ( 2 F 7/2 , ~ 2000 cm −1 ) is large, the emission efficiency is generally high, and various light emission from the near ultraviolet part to the near infrared part depends on the host structure. Show. The dependence of the emission wavelength on the host structure is due to the splitting of the Ce 3+ 5d level crystal field. The energy level of the 5d excited state of Ce 3+ is large and splits into 5d 2 T 2 and 5d 2 E. Then, 5d 2 T 2 is further separated by the spin orbit interaction. Also, the ground state of 4f is separated into 2 F 5/2 orbits and 2 F 7/2 orbits. Therefore, since the emission spectrum shown in FIG. 7A relaxes to the ground state ( 2 F 5/2 , 2 F 7/2 ) separated into two from the lowest excitation orbital at 5d 2 T 2 , It is thought that the emission spectrum is a peak.

また、Na0.95Tl0.05La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルは、幅の広いブロードなスペクトルであった。発光ピークは360nmであり、短波長発光を示すことがわかった。 Moreover, the excitation spectrum and emission spectrum of Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 were broad and broad spectra. The emission peak was 360 nm, which was found to show short wavelength emission.

さらに、Na0.95Dy0.05La(POの発光スペクトルは、477nm、486nm、および573nmにピークをもつ線状発光スペクトルを示した。これは、9/2から15/2への遷移、15/2から15/2から11/2への遷移による発光であると考えられる。また、470〜500nmと、570〜600nmとにピークをもっているため、Na0.95Dy0.05La(POの発光は、白色に近い発光色に見えることがわかった。 Further, the emission spectrum of Na 0.95 Dy 0.05 La (PO 3 ) 4 showed a linear emission spectrum having peaks at 477 nm, 486 nm, and 573 nm. This is considered to be light emission due to the transition from 4 F 9/2 to 6 H 15/2 and the transition from 6 H 15/2 to 6 F 15/2 to 6 F 11/2 . Also, because it has a 470~500Nm, peaks at 570~600Nm, emission of Na 0.95 Dy 0.05 La (PO 3 ) 4 was found to appear in the emission color close to white.

〔実施例3:NaLa(PO:Ce3+の製造〕
実施例1と同様に、応力発光材料である粉末試料合成には固相反応法を用いた。NaCl(99.5%)、La、(NHHPO(98.5%)、およびCeO(99.9%)を組成比がNa1−xCeLa(PO(0.01≦x≦0.20)となるように秤量し、エタノールを用いて湿式混合した。得られた混合粉末を、大気中、200℃で4時間仮焼後、大気中、150〜1000℃の範囲で10時間焼成して、Na1−xCeLa(PO(0.01≦x≦0.20)の粉末試料を製造した。
[Example 3: Production of NaLa (PO 3 ) 4 : Ce 3+ ]
As in Example 1, a solid phase reaction method was used for the synthesis of a powder sample, which is a stress-luminescent material. NaCl (99.5%), La 2 O 3 , (NH 4 ) 2 HPO 4 (98.5%), and CeO 2 (99.9%) have a composition ratio of Na 1-x Ce x La (PO 3 ) 4 (0.01 ≦ x ≦ 0.20) and weighed using ethanol. The obtained mixed powder was in the air, after 4 hours calcined at 200 ° C., in air and baked for 10 hours in the range of 150~1000 ℃, Na 1-x Ce x La (PO 3) 4 (0. A powder sample of 01 ≦ x ≦ 0.20) was produced.

その結果、Na0.90Ce0.10La(POにおいて、焼成温度を1000℃とすると、試料がるつぼに吸着する上、さらに蒸発する量が多く、試料の回収が困難となった。そこで、400℃、600℃、および900℃で10時間焼成して得たNa0.90Ce0.10La(POの粉末試料について、それぞれ、製造例1に記載の方法で結晶構造解析を行った。その結果得られた粉末X線回折パターンを図8(a)に示す。焼成温度が400℃および600℃の場合、NaLa(POの回折ピークと一致し、単一相が形成された。一方、焼成温度が900℃の場合には、NaLa(POの回折ピークとは一致しなかった。さらに詳細に解析した結果、焼成温度が900℃の場合、LaPの不純物相が形成されていることがわかった。つまり、900℃で10時間焼成すると、高温過ぎるため、目的の結晶構造が得られないことがわかった。 As a result, in Na 0.90 Ce 0.10 La (PO 3 ) 4 , when the firing temperature was 1000 ° C., the sample adsorbed to the crucible and further evaporated, making it difficult to collect the sample. . Therefore, Na 0.90 Ce 0.10 La (PO 3 ) 4 powder samples obtained by firing at 400 ° C., 600 ° C., and 900 ° C. for 10 hours were each subjected to the crystal structure by the method described in Production Example 1. Analysis was performed. The powder X-ray diffraction pattern obtained as a result is shown in FIG. When the calcination temperature was 400 ° C. and 600 ° C., it coincided with the diffraction peak of NaLa (PO 3 ) 4 and a single phase was formed. On the other hand, when the calcination temperature was 900 ° C., it did not coincide with the diffraction peak of NaLa (PO 3 ) 4 . As a result of further detailed analysis, it was found that when the firing temperature was 900 ° C., an impurity phase of LaP 3 O 9 was formed. In other words, it was found that when firing at 900 ° C. for 10 hours, the target crystal structure could not be obtained because the temperature was too high.

次に、上記各焼成温度で得られたNa0.90Ce0.10La(POの粉末試料を用いて、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。その結果、図8(b)に示すように、400℃および600℃の焼成温度で得られた試料では、励起スペクトルにおいて3つの励起帯がはっきりと観測された。一方、900℃の焼成温度で得られた試料では、励起スペクトルの明確な分裂は見えなかった。また、600℃の焼成温度で得られた試料が、最大の発光強度を示し、一方、900℃の焼成温度で得られた試料は、発光強度は非常に低くかった。さらに、400℃および600℃の焼成温度で得られた試料では、発光ピークが327nmであったのに対し、900℃の焼成温度で得られた試料では、発光ピークは322nmであり、短波長側へシフトしていた。 Next, an excitation spectrum and an emission spectrum were measured by the method described in Production Example 1 using a powder sample of Na 0.90 Ce 0.10 La (PO 3 ) 4 obtained at each of the above firing temperatures. As a result, as shown in FIG. 8B, in the samples obtained at the firing temperatures of 400 ° C. and 600 ° C., three excitation bands were clearly observed in the excitation spectrum. On the other hand, in the sample obtained at the firing temperature of 900 ° C., no clear splitting of the excitation spectrum was seen. Also, the sample obtained at the baking temperature of 600 ° C. showed the maximum light emission intensity, while the sample obtained at the baking temperature of 900 ° C. had a very low light emission intensity. Furthermore, in the samples obtained at the baking temperatures of 400 ° C. and 600 ° C., the emission peak was 327 nm, whereas in the sample obtained at the firing temperature of 900 ° C., the emission peak was 322 nm, and the shorter wavelength side Had shifted to.

また、焼成温度を600℃、焼成時間を10時間として得られた試料は、発光強度が高いことに加えて、試料の回収が容易であった。そのため、次に、焼成温度を600℃、焼成時間を10時間として、発光強度のCe3+添加量に対する依存性を検討した。 In addition, the sample obtained with a firing temperature of 600 ° C. and a firing time of 10 hours had high emission intensity, and the sample was easy to collect. Therefore, next, the firing temperature was set to 600 ° C., the firing time was set to 10 hours, and the dependence of the emission intensity on the amount of Ce 3+ added was examined.

Ce3+添加量を0.01at%、0.05at%、0.10at%、0.15at%、および0.20at%として、各Ce3+添加量の粉末試料を製造した。得られた粉末試料について、製造例1に記載の方法で結晶構造解析を行った。その結果、図9(a)に示すように、すべての試料において、不純物を含まないNaLa(POの単一相が形成された。 Powder samples of each Ce 3+ addition amount were manufactured with the Ce 3+ addition amount being 0.01 at%, 0.05 at%, 0.10 at%, 0.15 at%, and 0.20 at%. The obtained powder sample was subjected to crystal structure analysis by the method described in Production Example 1. As a result, as shown in FIG. 9A, a single phase of NaLa (PO 3 ) 4 containing no impurities was formed in all the samples.

次に、得られた粉末試料を用いて、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。その結果、図9(b)に示すように、5at%のCe3+を添加した試料において、最も強い発光を示した。また、Ce3+の添加量が5at%よりも増加すると、発光強度が減少した。さらに、Ce3+の添加量による励起スペクトルの形状の変化は見られず、3つの励起帯を持ち、294nmに最大励起波長を示した。さらに、発光スペクトルにおいても、Ce3+の添加量の変化によるシフトは見られず、発光ピークは327nmであった。 Next, the excitation spectrum and the emission spectrum were measured by the method described in Production Example 1 using the obtained powder sample. As a result, as shown in FIG. 9B, the sample to which 5 at% Ce 3+ was added showed the strongest light emission. In addition, when the addition amount of Ce 3+ increased from 5 at%, the emission intensity decreased. Further, no change in the shape of the excitation spectrum due to the addition amount of Ce 3+ was observed, and there were three excitation bands, and the maximum excitation wavelength was shown at 294 nm. Further, in the emission spectrum, no shift was observed due to the change in the amount of Ce 3+ added, and the emission peak was 327 nm.

以上の結果を踏まえて、焼成条件について、さらに検討を行った。具体的には、焼成時間を10時間とし、焼成温度を450℃、500℃、550℃、または600℃として、検討した。その結果、空気中、焼成時間10時間、焼成温度550℃で焼成した15at%Ce3+添加の試料において、PL強度(発光強度)の最大値を示すことがわかった。そこで、Na0.85Ce0.15La(POについて、製造例1に記載の方法で、結晶構造解析、並びに、励起スペクトルおよび発光スペクトル測定を行った。その結果、図10(a)に示すように、すべての回折ピークは単斜晶(空間群:P2/n)に帰属でき、不純物を含まない目的物質の単一相が形成されていることが確認できた。また、図10(b)に示すように、最大励起波長は294nmであった。さらに、327nmに強い発光ピークを持つ発光スペクトルが観測された。 Based on the above results, the firing conditions were further examined. Specifically, the firing time was 10 hours, and the firing temperature was 450 ° C, 500 ° C, 550 ° C, or 600 ° C. As a result, it was found that a sample with 15 at% Ce 3+ added, which was fired at a firing temperature of 550 ° C. in air for 10 hours, showed the maximum value of PL intensity (luminescence intensity). Therefore, Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 was subjected to crystal structure analysis, excitation spectrum and emission spectrum measurement by the method described in Production Example 1. As a result, as shown in FIG. 10A, all diffraction peaks can be attributed to monoclinic crystals (space group: P2 1 / n), and a single phase of the target substance containing no impurities is formed. Was confirmed. Further, as shown in FIG. 10B, the maximum excitation wavelength was 294 nm. Furthermore, an emission spectrum having a strong emission peak at 327 nm was observed.

このような発光特性をもつNa0.85Ce0.15La(POについて、応力発光評価を行った。評価試料として、Na0.85Ce0.15La(POの粉末試料0.5gとエポキシ樹脂4.5gとを混合し、サイズφ25×9mmに成形された円板状の複合ペレットを用いた。応力発光は、材料試験機を用いた応力発光測定装置を用いて評価した。試料への一軸圧縮は、荷重ゲージが備わった一般的な材料試験機を用いて評価した。応力発光の発光強度測定は、光電子倍増管(PHOTOMULTIPLIER TUBE)を通してフォトカウンターを用いて測定した。光電子倍増管は、Hamamatsu製のR585を主として用い、長波長側の測定の際には、Hamamatsu製のR649を用いた。評価方法としては、図10(b)の励起スペクトルに基づき、波長254nmの紫外線を照射することにし、波長254nmの紫外線を1分間照射後、1分間保持した試料に対して、一軸圧縮力を材料試験機により加え、その際の発光を光ファイバーにて測定した。圧縮応力は1000Nとし、三角波形の圧縮応力を印加した。また、光ファイバーと試料面との距離は通常の40mmよりも近くし、試料面から5mmの位置にセットした。応力発光評価結果を、図11に示す。図11において、左軸はフォトンカウンターが検出したカウント数を、右軸は圧縮応力の大きさを表す。図11に示すように、Na0.85Ce0.15La(POは、圧縮応力の増加とともに、発光強度が増加することが確認できた。 Stress emission evaluation was performed on Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 having such light emission characteristics. As an evaluation sample, 0.5 g of a powder sample of Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 and 4.5 g of an epoxy resin are mixed, and a disc-shaped composite pellet formed into a size φ25 × 9 mm is obtained. Using. Stress luminescence was evaluated using a stress luminescence measuring apparatus using a material testing machine. Uniaxial compression on the sample was evaluated using a common material testing machine equipped with a load gauge. The luminescence intensity of stress luminescence was measured using a photo counter through a photomultiplier tube (PHOTOMULTIPLIER TUBE). As the photomultiplier tube, R585 made by Hamamatsu was mainly used, and R649 made by Hamamatsu was used for the measurement on the long wavelength side. As an evaluation method, based on the excitation spectrum of FIG. 10B, ultraviolet light having a wavelength of 254 nm is irradiated, and after irradiating ultraviolet light having a wavelength of 254 nm for 1 minute, a uniaxial compressive force is applied to the sample held for 1 minute. It added with the test machine and the light emission in that case was measured with the optical fiber. The compressive stress was 1000 N, and a triangular waveform compressive stress was applied. In addition, the distance between the optical fiber and the sample surface was set to be closer than 40 mm, and 5 mm from the sample surface. The stress luminescence evaluation results are shown in FIG. In FIG. 11, the left axis represents the count number detected by the photon counter, and the right axis represents the magnitude of the compressive stress. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the emission intensity of Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 increased as the compressive stress increased.

〔実施例4:NaLa(PO:Tlの製造〕
実施例1と同様に、応力発光材料である粉末試料合成には固相反応法を用いた。NaCl(99.5%)、La、(NHHPO(98.5%)、およびTlNO(99.9%)を組成比がNa1−xTlLa(PO(0.01≦x≦0.20)となるように秤量し、エタノールを用いて湿式混合した。得られた混合粉末を、大気中、200℃で4時間仮焼後、大気中、150〜1000℃の範囲で10時間焼成して、Na1−xCeLa(PO(0.01≦x≦0.20)を製造した。
[Example 4: Production of NaLa (PO 3 ) 4 : Tl + ]
As in Example 1, a solid phase reaction method was used for the synthesis of a powder sample, which is a stress-luminescent material. NaCl (99.5%), La 2 O 3 , (NH 4 ) 2 HPO 4 (98.5%), and TlNO 3 (99.9%) have a composition ratio of Na 1-x Tl x La (PO 3 ) 4 (0.01 ≦ x ≦ 0.20) and weighed using ethanol. The obtained mixed powder was in the air, after 4 hours calcined at 200 ° C. in air, and then fired for 10 hours in the range of 150~1000 ℃, Na 1-x Ce x La (PO 3) 4 (0. 01 ≦ x ≦ 0.20).

その結果、Tlの添加量を増やすほど、過度に反応が進み、溶けやすくなる傾向を示した。Na0.90La0.10La(POにおいて、焼成温度を1000℃とすると、試料の回収ができなかった。そこで、400℃、600℃、および900℃で10時間焼成して得た粉末試料について、製造例1に記載の方法で結晶構造解析を行った。 As a result, as the amount of Tl + added was increased, the reaction proceeded excessively, and the tendency to be easily dissolved was shown. In Na 0.90 La 0.10 La (PO 3 ) 4 , when the firing temperature was 1000 ° C., the sample could not be recovered. Therefore, the crystal structure analysis was performed by the method described in Production Example 1 for the powder samples obtained by baking at 400 ° C., 600 ° C., and 900 ° C. for 10 hours.

その結果、図12(a)に示すように、焼成温度が400℃および600℃の場合には、NaLa(POの回折ピークと一致し、目的であるNaLa(POの単一相が形成された。一方、焼成温度が900℃の場合には、NaLa(POの回折ピークとは一致せず、実施例3と同様に、LaPの不純物相が形成されていることが確認できた。 As a result, as shown in FIG. 12A, when the firing temperature is 400 ° C. and 600 ° C., it coincides with the diffraction peak of NaLa (PO 3 ) 4 , and the target NaLa (PO 3 ) 4 is single. A phase was formed. On the other hand, when the firing temperature is 900 ° C., it does not coincide with the diffraction peak of NaLa (PO 3 ) 4 , and it can be confirmed that an impurity phase of LaP 3 O 9 is formed as in Example 3. It was.

次に、得られた粉末試料について、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。その結果、図12(b)に示すように、焼成温度の違いによる発光強度の変化はあまりなく、350nm付近に発光ピークを示した。また、発光スペクトルは幅の広いブロードなスペクトルを示した。中でも、焼成温度が600℃、焼成時間が10時間で得られた試料は、結晶性がよく、焼成後の回収率が高かった。   Next, with respect to the obtained powder sample, the excitation spectrum and the emission spectrum were measured by the method described in Production Example 1. As a result, as shown in FIG. 12B, there was not much change in the emission intensity due to the difference in the firing temperature, and an emission peak was shown in the vicinity of 350 nm. The emission spectrum was broad and broad. Among them, the sample obtained at a firing temperature of 600 ° C. and a firing time of 10 hours had good crystallinity and a high recovery rate after firing.

次に、1at%のTlを添加した試料を用いて、焼成温度を50℃ずつ下げて、具体的には、600℃、550℃、500℃、および450℃として、発光強度の焼成温度に対する依存性を検討した。その結果、図13(a)に示すように、いずれの焼成温度でも、全ての回折ピークがグラフ下部に示したNaLa(POの回折ピークと一致し、NaLa(PO:Tlの単一相が形成されたことが確認できた。 Next, using a sample to which 1 at% of Tl + is added, the firing temperature is lowered by 50 ° C., specifically, 600 ° C., 550 ° C., 500 ° C., and 450 ° C. Dependency was examined. As a result, as shown in FIG. 13A, all diffraction peaks coincide with the diffraction peak of NaLa (PO 3 ) 4 shown at the bottom of the graph at any firing temperature, and NaLa (PO 3 ) 4 : Tl. It was confirmed that a single phase was formed.

さらに、各焼成温度で得られた粉末試料について、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。その結果、図13(b)に示すように、500℃の焼成温度で得られた試料のみ、発光ピークの分裂がみられた。また、500℃の焼成温度で得られた試料の発光ピークは367nmであったが、その他の焼成温度で得られた試料の発光ピークは347nmであり、シフトはほとんどみられなかった。さらに、発光強度は、600℃の焼成温度で得られた試料で、最も高かった。   Furthermore, the excitation spectrum and the emission spectrum of the powder samples obtained at each firing temperature were measured by the method described in Production Example 1. As a result, as shown in FIG. 13 (b), only the sample obtained at the baking temperature of 500 ° C. exhibited splitting of the emission peak. Further, the emission peak of the sample obtained at the baking temperature of 500 ° C. was 367 nm, but the emission peak of the sample obtained at the other baking temperatures was 347 nm, and there was almost no shift. Furthermore, the emission intensity was highest in the sample obtained at a baking temperature of 600 ° C.

次に、焼成温度を600℃、焼成時間を10時間としたときの発光強度のTl添加量に対する依存性を検討した。 Next, the dependence of the emission intensity on the Tl + addition amount when the firing temperature was 600 ° C. and the firing time was 10 hours was examined.

Tl添加量を0.01at%、0.05at%、0.10at%、0.15at%、および0.20at%として、粉末試料を製造した。得られた粉末試料について、製造例1の方法で結晶構造解析を行った。その結果、図14(a)に示すように、いずれの組成においても、全ての回折ピークがNaLa(POの回折ピークと一致し、NaLa(PO:Tlの単一相が形成されることが確認できた。 Powder samples were prepared with Tl + addition levels of 0.01 at%, 0.05 at%, 0.10 at%, 0.15 at%, and 0.20 at%. The obtained powder sample was subjected to crystal structure analysis by the method of Production Example 1. As a result, as shown in FIG. 14A, all the diffraction peaks coincide with the diffraction peak of NaLa (PO 3 ) 4 in any composition, and a single phase of NaLa (PO 3 ) 4 : Tl + It was confirmed that was formed.

次に、各Tl添加量で得られた粉末試料を用いて、製造例1に記載の方法で、励起スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。その結果、図14(b)に示すように、発光ピークはTl添加量の増加とともに長波長側にシフトした。また、発光強度は、1at%のTlを添加した試料が最も強い発光を示した。さらに、最大励起波長は228.2nmであり、発光ピークは347.6nmであった。 Next, the excitation spectrum and the emission spectrum were measured by the method described in Production Example 1 using the powder samples obtained at each Tl + addition amount. As a result, as shown in FIG. 14B, the emission peak shifted to the longer wavelength side as the Tl + addition amount increased. In addition, the sample with 1 at% Tl + added showed the strongest emission. Furthermore, the maximum excitation wavelength was 228.2 nm and the emission peak was 347.6 nm.

焼成温度を600℃、焼成時間を10時間として、大気中で焼成したNa0.99Tl0.01La(POについて、応力発光評価を行った。評価試料として、Na0.99Tl0.01La(PO粉末試料0.5gとエポキシ樹脂4.5gを混合し、サイズφ25×9mmに成形された円板状の複合ペレットを用いた。応力発光は、材料試験機を用いた応力発光測定装置を用いて評価した。試料への一軸圧縮は、荷重ゲージが備わった一般的な材料試験機を用いて評価した。応力発光の発光強度測定は、光電子倍増管(PHOTOMULTIPLIER TUBE)を通してフォトカウンターを用いて測定した。光電子倍増管は、Hamamatsu製のR585を主として用い、長波長側の測定の際には、Hamamatsu製のR649を用いた。応力発光評価方法として、図14(b)の励起スペクトルに基づき、365nmではなく、254nmの紫外線を照射することにした。紫外線を1分間照射後、1分間保持した試料に対して、一軸圧縮応力を材料試験機により加え、その際の発光を光ファイバーにて測定した。圧縮応力は1000Nとし、三角波形の圧縮応力を印加した。また、光ファイバーと試料面の距離は試料面から5mmの位置にセットした。その結果、図示しないが、Na0.99Tl0.01La(POは、圧縮応力の増加とともに発光強度が増加することが確認できた。 Stress luminescence evaluation was performed on Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) 4 baked in the atmosphere at a baking temperature of 600 ° C. and a baking time of 10 hours. As an evaluation sample, a disk-like composite pellet formed by mixing 0.5 g of Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) 4 powder sample and 4.5 g of epoxy resin and molded into a size φ25 × 9 mm was used. . Stress luminescence was evaluated using a stress luminescence measuring apparatus using a material testing machine. Uniaxial compression on the sample was evaluated using a common material testing machine equipped with a load gauge. The luminescence intensity of stress luminescence was measured using a photo counter through a photomultiplier tube (PHOTOMULTIPLIER TUBE). As the photomultiplier tube, R585 made by Hamamatsu was mainly used, and R649 made by Hamamatsu was used for the measurement on the long wavelength side. As a stress luminescence evaluation method, it was decided to irradiate ultraviolet rays of 254 nm instead of 365 nm based on the excitation spectrum of FIG. A uniaxial compressive stress was applied to the sample held for 1 minute after being irradiated with ultraviolet rays for 1 minute, and the light emission at that time was measured with an optical fiber. The compressive stress was 1000 N, and a triangular waveform compressive stress was applied. The distance between the optical fiber and the sample surface was set at a position 5 mm from the sample surface. As a result, although not shown, it was confirmed that the emission intensity of Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) 4 increased with increasing compressive stress.

以上の実施例1〜4の結果から、NaLa(POを母体構造とする応力発光材料が製造できることが明らかとなった。NaLa(POを母体構造とする応力発光材料は、従来知られていないものである。また、400〜600℃という低い焼成温度で、応力発光材料を製造できることが明らかとなった。このような低い焼成温度で製造できる応力発光材料は、従来にはないものである。さらに、350nmよりも低波長の紫外線を発光する応力発光材料を製造できることが明らかとなった。このような低波長の紫外線を発光する応力発光材料は、従来知られていないものである。 From the results of Examples 1 to 4 above, it became clear that a stress-stimulated luminescent material having NaLa (PO 3 ) 4 as a base structure can be produced. A stress-stimulated luminescent material having NaLa (PO 3 ) 4 as a base structure is not conventionally known. Moreover, it became clear that a stress light-emitting material can be produced at a low firing temperature of 400 to 600 ° C. There is no conventional stress-stimulated luminescent material that can be produced at such a low firing temperature. Furthermore, it became clear that a stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength lower than 350 nm can be produced. Such a stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a low wavelength has not been known so far.

なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。   Note that the present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications are possible within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments and examples respectively. Embodiments and examples obtained by appropriately combining them are also included in the technical scope of the present invention. Moreover, all the academic literatures and patent literatures described in this specification are incorporated herein by reference.

以上のように、本発明は、NaLa(POを母体構造とするため、低い焼成温度で、高輝度発光特性を有する応力発光材料を提供することができる。さらに、発光中心の選択により、従来にない350nmよりも低波長の紫外線を発光する応力発光材料を提供することができる。したがって、本発明は、応力発光体として用いることができるだけではなく、応力発光材料や応力発光体を用いる産業分野、例えば、電子工学や、医療、化学、農業等の産業分野に幅広く応用することができる。 As described above, since the present invention uses NaLa (PO 3 ) 4 as a base structure, it is possible to provide a stress-stimulated luminescent material having high luminance luminescent characteristics at a low firing temperature. Furthermore, by selecting the emission center, a stress-stimulated luminescent material that emits ultraviolet light having a wavelength lower than 350 nm, which is not conventionally used, can be provided. Therefore, the present invention can be used not only as a stress-stimulated luminescent material but also widely applied in industrial fields using stress-stimulated luminescent materials and stress-stimulated luminescent materials, for example, industrial fields such as electronics, medicine, chemistry and agriculture it can.

図1は、NaLa(POの結晶構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the crystal structure of NaLa (PO 3 ) 4 . 図2は、NaLa(POの結晶構造において、[(PO4−の結合のモデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a bond model of [(PO 3 ) 4 ] 4− in the crystal structure of NaLa (PO 3 ) 4 . 図3は、NaLa(POの結晶構造において、La3+の配位結合の構造モデルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a structural model of La 3+ coordination bond in the crystal structure of NaLa (PO 3 ) 4 . 図4(a)〜(c)は、それぞれ、NaLa(PO、Na0.95Eu0.05La(PO、およびNa0.95Tb0.05La(POのXRDパターンを示す図である。4 (a)-(c) shows NaLa (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4, respectively. It is a figure which shows the XRD pattern. 図5(a)〜(c)は、それぞれ、NaLa(PO、Na0.95Eu0.05La(PO、およびNa0.95Tb0.05La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。5 (a)-(c) show NaLa (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Eu 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95 Tb 0.05 La (PO 3 ) 4, respectively. It is a figure which shows the excitation spectrum and emission spectrum of. 図6(a)〜(c)は、それぞれ、Na0.95Ce0.05La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、およびNa0.95Dy0.05La(POのXRDパターンを示す図である。FIGS. 6A to 6C show Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95 Dy 0, respectively. .05 is a diagram showing the XRD pattern of La (PO 3 ) 4 . 図7(a)〜(c)は、それぞれ、Na0.95Ce0.05La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、およびNa0.95Dy0.05La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIGS. 7A to 7C show Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.95 Dy 0, respectively. .05 is a diagram showing an excitation spectrum and an emission spectrum of La (PO 3 ) 4 . 図8(a)は、400℃、600℃、および900℃で焼成したNa0.90Ce0.10La(POのXRDパターンを示す図であり、図8(b)は、400℃、600℃、および900℃で焼成したNa0.90Ce0.10La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIG. 8A is a diagram showing an XRD pattern of Na 0.90 Ce 0.10 La (PO 3 ) 4 fired at 400 ° C., 600 ° C., and 900 ° C., and FIG. ° C., illustrates 600 ° C., and the excitation and emission spectra of the calcined Na 0.90 Ce 0.10 La (PO 3 ) 4 at 900 ° C.. 図9(a)は、600℃で焼成したNa0.99Ce0.01La(PO、Na0.95Ce0.05La(PO、Na0.90Ce0.10La(PO、Na0.85Ce0.15La(PO、およびNa0.80Ce0.20La(POのXRDパターンを示す図であり、図9(b)は、600℃で焼成したNa0.99Ce0.01La(PO、Na0.95Ce0.05La(PO、Na0.90Ce0.10La(PO、Na0.85Ce0.15La(PO、およびNa0.80Ce0.20La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIG. 9A shows Na 0.99 Ce 0.01 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.90 Ce 0.10 baked at 600 ° C. La (PO 3) 4, Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3) 4, and Na 0.80 Ce 0.20 La (PO 3 ) is a diagram showing a 4 XRD pattern, FIG. 9 (b ) Na 0.99 Ce 0.01 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Ce 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.90 Ce 0.10 La (PO 3 ) calcined at 600 ° C. FIG. 4 is a diagram showing excitation spectra and emission spectra of Na 4 , Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.80 Ce 0.20 La (PO 3 ) 4 . 図10(a)は、550℃で焼成したNa0.85Ce0.15La(POのXRDパターンを示す図であり、図10(b)は、550℃で焼成したNa0.85Ce0.15La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIG. 10A is a diagram showing an XRD pattern of Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 fired at 550 ° C., and FIG . 85 Ce 0.15 La (PO 3) is a diagram showing the excitation and emission spectra of four. 図11は、550℃で焼成したNa0.85Ce0.15La(POの応力発光応答曲線を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a stress luminescence response curve of Na 0.85 Ce 0.15 La (PO 3 ) 4 fired at 550 ° C. 図12(a)は、400℃、600℃、および900℃で焼成したNa0.90Tl0.10La(POのXRDパターンを示す図であり、図12(b)は、400℃、600℃、および900℃で焼成したNa0.90Tl0.10La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIG. 12A is a diagram showing an XRD pattern of Na 0.90 Tl 0.10 La (PO 3 ) 4 fired at 400 ° C., 600 ° C., and 900 ° C., and FIG. ° C., illustrates 600 ° C., and the excitation and emission spectra of the calcined Na 0.90 Tl 0.10 La (PO 3 ) 4 at 900 ° C.. 図13(a)は、450℃、500℃、550℃、および600℃で焼成したNa0.99Tl0.01La(POのXRDパターンを示す図であり、図13(b)は、450℃、500℃、550℃、および600℃で焼成したNa0.99Tl0.01La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIG. 13 (a) is a diagram showing an XRD pattern of Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) 4 baked at 450 ° C., 500 ° C., 550 ° C., and 600 ° C., and FIG. is, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, and 600 ° C. in calcined Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) is a diagram showing the excitation and emission spectra of four. 図14(a)は、600℃で焼成したNa0.99Tl0.01La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、Na0.90Tl0.10La(PO、Na0.85Tl0.15La(PO、およびNa0.80Tl0.20La(POのXRDパターンを示す図であり、図14(b)は、600℃で焼成したNa0.99Tl0.01La(PO、Na0.95Tl0.05La(PO、Na0.90Tl0.10La(PO、Na0.85Tl0.15La(PO、およびNa0.80Tl0.20La(POの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。FIG. 14 (a) shows that Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.90 Tl 0.10 baked at 600 ° C. FIG. 14 shows XRD patterns of La (PO 3 ) 4 , Na 0.85 Tl 0.15 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.80 Tl 0.20 La (PO 3 ) 4 , and FIG. ) Na 0.99 Tl 0.01 La (PO 3 ) 4 , Na 0.95 Tl 0.05 La (PO 3 ) 4 , Na 0.90 Tl 0.10 La (PO 3 ) calcined at 600 ° C. FIG. 4 is a diagram showing excitation spectra and emission spectra of Na 4 , Na 0.85 Tl 0.15 La (PO 3 ) 4 , and Na 0.80 Tl 0.20 La (PO 3 ) 4 .

Claims (17)

下記一般式(a)
MN(PO・・・(a)
(式中、Mは1価の金属イオンであり、Nは3価の金属イオンである。)
で表される構造を母体構造とし、
上記一般式(a)中のMまたはNの一部が、希土類イオンまたはIII族金属イオンの少なくとも一方によって置換されていることを特徴とする応力発光材料。
The following general formula (a)
MN (PO 3 ) 4 (a)
(In the formula, M is a monovalent metal ion and N is a trivalent metal ion.)
The structure represented by
A stress-stimulated luminescent material, wherein a part of M or N in the general formula (a) is substituted with at least one of a rare earth ion and a group III metal ion.
上記一般式(a)中のMはアルカリ金属イオンであり、Nは希土類イオンであることを特徴とする請求項1に記載の応力発光材料。   2. The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, wherein M in the general formula (a) is an alkali metal ion and N is a rare earth ion. 上記一般式(a)中のMはNaイオン、Kイオン、Rbイオン、またはCsイオンであり、NはCeイオン、Prイオン、Ndイオン、Pmイオン、Smイオン、Euイオン、Gdイオン、Tbイオン、Dyイオン、Hoイオン、Erイオン、Tmイオン、Ybイオン、Laイオン、またはYイオンであることを特徴とする請求項1に記載の応力発光材料。   In the general formula (a), M is Na ion, K ion, Rb ion, or Cs ion, and N is Ce ion, Pr ion, Nd ion, Pm ion, Sm ion, Eu ion, Gd ion, Tb ion. The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, wherein the stress luminescent material is Dy ion, Ho ion, Er ion, Tm ion, Yb ion, La ion, or Y ion. 上記一般式(a)中のMはNaイオンであり、NはLaイオンであることを特徴とする請求項1に記載の応力発光材料。   2. The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, wherein M in the general formula (a) is Na ion, and N is La ion. 上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンは、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびYbからなる群より選択される希土類のイオンであり、
上記一般式(a)中、MまたはNの一部と置換されるIII族金属イオンは、Tlイオンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の応力発光材料。
The rare earth ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is composed of Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb. A rare earth ion selected from the group,
5. The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, wherein the group III metal ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is a Tl ion.
上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンは、Eu、Dy、Ce、およびTbからなる群より選択される希土類のイオンであり、
上記一般式(a)中、MまたはNの一部と置換されるIII族金属イオンは、Tlイオンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の応力発光材料。
The rare earth ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is a rare earth ion selected from the group consisting of Eu, Dy, Ce, and Tb.
5. The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, wherein the group III metal ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is a Tl ion.
上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンはCeイオンであり、上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換されるIII族金属イオンはTlイオンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の応力発光材料。   The rare earth ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is a Ce ion, and the group III metal ion substituted with a part of M or N in the general formula (a) is Tl. It is an ion, The stress luminescent material of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 上記一般式(a)中のMまたはNの一部と置換される希土類イオンおよびIII族金属イオンの含有量が、0.1〜20mol%であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の応力発光材料。   8. The content of rare earth ions and group III metal ions substituted for a part of M or N in the general formula (a) is 0.1 to 20 mol%. 2. The stress-stimulated luminescent material according to item 1. 紫外線を発光することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の応力発光材料。   The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, which emits ultraviolet rays. 波長が350nmよりも短い紫外線を発光することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の応力発光材料。   The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, which emits ultraviolet rays having a wavelength shorter than 350 nm. 組成式が、下記一般式(b)
Na1−xLa(PO・・・(b)
(式中、QはCeイオンまたはTlイオンであり、xは0.01≦x≦0.2を満たす数である。)
で表されることを特徴とする請求項1に記載の応力発光材料。
The composition formula is the following general formula (b)
Na 1-x Q x La (PO 3 ) 4 (b)
(In the formula, Q is Ce ion or Tl ion, and x is a number satisfying 0.01 ≦ x ≦ 0.2.)
The stress-stimulated luminescent material according to claim 1, wherein
請求項1〜11のいずれか1項に記載の応力発光材料を製造するための製造方法であって、
原料を混合し、大気中、200〜350℃で、1〜4時間焼成し、
さらに、大気中、400〜600℃で、10〜40時間焼成することを特徴とする応力発光材料の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the stress-stimulated luminescent material according to any one of claims 1 to 11,
The raw materials are mixed and fired in the atmosphere at 200 to 350 ° C. for 1 to 4 hours.
Furthermore, the manufacturing method of the stress luminescent material characterized by baking at 400-600 degreeC in air | atmosphere for 10 to 40 hours.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の応力発光材料を成形してなる応力発光体。   The stress light-emitting body formed by shape | molding the stress luminescent material of any one of Claims 1-11. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の応力発光材料と高分子材料とを混合してなる応力発光体。   A stress-stimulated luminescent material obtained by mixing the stress-stimulated luminescent material according to claim 1 and a polymer material. 1次元分散させて用いることを特徴とする請求項13または14に記載の応力発光体。   The stress-stimulated luminescent material according to claim 13 or 14, wherein the stress luminescent material is used in a one-dimensionally dispersed manner. 上記応力発光材料が、2次元的に分布していることを特徴とする請求項13または14に記載の応力発光体。   The stress-stimulated luminescent material according to claim 13 or 14, wherein the stress-stimulated luminescent material is distributed two-dimensionally. 上記応力発光材料が、3次元的に分布していることを特徴とする請求項13または14に記載の応力発光体。   The stress-stimulated luminescent material according to claim 13 or 14, wherein the stress-stimulated luminescent material is distributed three-dimensionally.
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