JP2015074684A

JP2015074684A - 蛍光薄膜の製造方法

Info

Publication number: JP2015074684A
Application number: JP2013210442A
Authority: JP
Inventors: 大作後藤; Daisaku Goto; 雄太松嶋; Yuta Matsushima; 茜佐藤; Akane Sato
Original assignee: Yamagata University NUC; Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Yamagata University NUC; Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】蛍光粒子が均一に配置される蛍光薄膜の製造方法を提供する。
【解決手段】バナジン酸アンモニウム水溶液とテトラアンミン亜鉛錯体水溶液とを混合させた蛍光薄膜製造溶液に基板８を浸す（対象物浸し工程）。次に、基板８が浸されている蛍光薄膜製造溶液からアンモニアを蒸発させる（蒸発工程）。次に、基板８を焼結炉に入れてバナジン酸亜鉛を焼結させる（焼結工程）。
【選択図】図１

Description

本発明は、無機蛍光物質を用いた蛍光薄膜の製造方法に関する。

従来、特定の波長を有する光を照射することにより蛍光する無機蛍光物質が周知である。この無機蛍光物質を、基板の表面に文字や図柄を呈する薄膜状に付着させ、当該基板への光を照射すると、基板に文字や図柄が表示される。

ところで、蛍光薄膜は、特許文献１に開示されるスパッタリング法によって製造される方法が知られている。詳述すると、低ガス圧雰囲気のアルゴンガス内でプラズマ放電を起こし、イオン化した高速のアルゴンガスの原子を、蛍光物質の一つであるマンガン賦活の硫化亜鉛の粒子に衝突させる。当該衝突によってマンガン賦活の硫化亜鉛原子がはじき飛ばされることにより基板に衝突し、これに付着することにより当該基板の表面にバナジン酸亜鉛の蛍光薄膜が製造される。

特開２０１０−２２９２７８号公報

スパッタリング法では、蛍光体を構成する原子を衝突によってはじき飛ばすので、蛍光原子がはじき飛ばされる方向の調整が難しい。このため、当該方法によって製造された蛍光薄膜では、蛍光粒子が不規則に配置されやすい。蛍光粒子が不規則に配置される場合、蛍光薄膜表面に凹凸が生じている。このため、特定の波長を有する光を当てなくても、蛍光薄膜表面の凹凸による外乱光の乱反射によって、文字や図柄を視認できる状況が発生することがある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、蛍光粒子が均一に配置される蛍光薄膜の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、蛍光薄膜の製造方法は、揮発物質が溶けている溶媒に無機蛍光物質を溶かして生成される蛍光薄膜製造溶液に、蛍光薄膜を形成する対象物の表面を浸す対象物浸し工程と、前記蛍光薄膜製造溶液から前記揮発物質を蒸発させて前記対象物の表面に前記無機蛍光物質を薄膜状に析出させる蒸発工程と、前記対象物の表面に薄膜状に析出した前記無機蛍光物質を焼結させる焼結工程と、を備えることを要旨とする。

この蛍光薄膜の製造方法によれば、蒸発工程において揮発物質が蒸発することにより、揮発物質とイオン結合していた無機蛍光物質が析出する。当該析出は、蛍光薄膜製造溶液と接している対象物の表面において生じるので、当該対象物の表面に無機蛍光物質が薄膜状に付着する。これにより、対象物の表面に作られる蛍光薄膜において蛍光物質は均一に配置される。なお、対象物の表面に付着した無機蛍光物質は、焼結工程を経ることにより光が当てられて蛍光する結晶構造となる。従って、この製造方法によって製造された蛍光薄膜では、外乱光が乱反射しにくくなる。

上記蛍光薄膜の製造方法において、前記蒸発工程は、前記蛍光薄膜製造溶液の蒸発速度が一定となる環境下で行うことが好ましい。
この蛍光薄膜の製造方法によれば、蒸発工程において蛍光薄膜製造溶液から揮発物質が蒸発する速度が一定となる。これにより、無機蛍光物質の析出速度が一定となるので、蛍光薄膜の厚みが均一になりやすい。このため、より蛍光薄膜において外乱光が乱反射しにくくなる。

上記蛍光薄膜の製造方法において、揮発物質が溶けている溶媒に第１の波長を有する光が照射されると蛍光する第１の無機蛍光物質が溶かして生成される第１の蛍光薄膜製造溶液を用いた前記対象物浸し工程、前記蒸発工程、及び前記焼結工程を実施した後、揮発物質が溶けている溶媒に第２の波長を有する光が照射されると蛍光する第２の無機蛍光物質が溶かして生成される第２の蛍光薄膜製造溶液を用いた前記対象物浸し工程、前記蒸発工程、及び前記焼結工程を実施することが好ましい。

この蛍光薄膜の製造方法によれば、複数の蛍光薄膜を対象物の表面に形成することができる。複数の蛍光薄膜を構成する第１及び第２の無機蛍光物質は、それぞれ、均一に配置されているので、外乱光が乱反射しにくい。また、照射する波長を変化させることにより、蛍光する蛍光薄膜を変化させることができる。

本発明の蛍光薄膜の製造方法によれば、蛍光粒子が均一に配置されるという効果がある。

蛍光薄膜製造装置の概略構成を示す正面図。（ａ）は基板の正面図、（ｂ）は基板の断面図。（ａ）は基板の正面図、（ｂ）は基板の断面図。蛍光薄膜の製造工程を示すフローチャート。

以下、蛍光薄膜の製造方法を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
＜蛍光薄膜製造装置の概略構成＞
図１に示すように、蛍光薄膜製造装置１は、後述する方法により生成される蛍光薄膜製造溶液が満たされるケース２と、ケース２の開口部を覆うラップ３と、を備えている。ケース２の内周面には、棒状部材４を支持する支持部５が設けられている。ラップ３には、多数の通気孔６があけることが可能とされている。

なお、棒状部材４には、吊下部材７を介して石英からなる透明の基板８が蛍光薄膜製造溶液の中に浸されるように吊り下げ可能とされている。
＜蛍光薄膜の製造工程＞
次に、蛍光薄膜の製造工程について図４のフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは蛍光粒子としてバナジン酸亜鉛（Ｚｎ_３（ＶＯ_４）_２）を採用する。また、図２（ａ）に示すように、基板８の表面は、文字「Ｔ」をかたどるテープ９が張り付けられているものとする。さらに、蛍光薄膜製造装置１は、気圧、温度、湿度等が一定に管理された環境下にあるもとする。

まず、図４に示すように、例えばビーカー等の２つの容器のそれぞれにアンモニア水を生成する（ステップＳ１）。次に、一方の容器のアンモニア水に五酸化バナジウムを、他方の容器のアンモニア水に塩化亜鉛を、それぞれ溶解させ、バナジン酸アンモニウム水溶液と、テトラアンミン亜鉛錯体水溶液と、を生成する（ステップＳ２）。次に、バナジン酸アンモニウム水溶液及びテトラアンミン亜鉛錯体水溶液をケース２に入れて、これらを混合する（ステップＳ３）。当該２つの水溶液の混合により前述した蛍光薄膜製造溶液が生成される。

また、蛍光薄膜製造溶液では、次の（式１）で示される化学反応が生じている。（式１）に示すように、蛍光薄膜製造溶液中には、テトラアンミン亜鉛イオンと、ピロバナジン酸イオンと、水酸化物イオンとが共存している。

次に、（式１）の化学反応が生じている蛍光薄膜製造溶液の中に基板８を入れる（ステップ４）。ここでは、図１に示すように、蛍光薄膜製造溶液の中に基板８の全体が浸るように当該基板８を吊り下げる。

次に、図４に示すように、ラップ３に通気孔６をあける（ステップＳ５）。これにより、当該通気孔６を介してケース２の内部から外部に気体（ここでは、アンモニア）が移動可能となる。すなわち、アンモニア（ＮＨ_３）の蒸発がはじまる。これにより、蛍光薄膜製造溶液中において亜鉛イオンとイオン結合するアンモニアが減るので、（式１）の左辺から右辺への化学反応が活発化する。

（式１）に示すように、アンモニアの蒸発により、亜鉛イオンは、ピロバナジン酸イオンと水酸化物イオンとの協働で生じるオルトバナジン酸イオンと結合してバナジン酸亜鉛となり、このバナジン酸亜鉛が析出する。ここで、基板８の表面及びテープ９の表面は、蛍光薄膜製造溶液と接しているので、当該表面が核生成部位として作用する。すなわち、バナジン酸亜鉛の析出は、蛍光薄膜製造溶液全域の中でも基板８の表面で生じやすい不均質核生成となる。これにより、基板８の表面及びテープ９の表面の全体には、薄膜状のバナジン酸亜鉛が付着する。そして、蛍光薄膜製造溶液から基板８を取り出して、当該基板８からテープ９を剥がすことにより、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、基板８には「Ｔ」字状を呈するバナジン酸亜鉛の薄膜が形成される。

次に、図４に示すように、バナジン酸亜鉛を付着させた基板８を図示しない炉に入れてバナジン酸亜鉛を焼結させる（ステップＳ６）。これにより、バナジン酸亜鉛の結晶構造が特定の波長の光を照射すると蛍光する構造となる。以上の工程を経て、基板８の表面にバナジン酸亜鉛の蛍光薄膜が形成される。

なお、ステップＳ４が対象物浸し工程に、ステップＳ５が蒸発工程に、ステップＳ６が焼結工程に、それぞれ相当する。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）まず、基板８を蛍光薄膜製造溶液に浸した（対象物浸し工程）。次に、基板８が浸されている蛍光薄膜製造溶液中のアンモニアを蒸発させた（蒸発工程）。アンモニアの蒸発によってアンモニウムイオンとイオン結合していた亜鉛がオルトバナジン酸イオンと結合してバナジン酸亜鉛となり、このバナジン酸亜鉛が基板８の表面に薄膜状に析出する。次に、基板８を図示しない焼結炉に入れてバナジン酸亜鉛を焼結させた（焼結工程）。これにより、基板８の表面には、バナジン酸亜鉛が均一に配置された蛍光薄膜が製造される。これにより、蛍光薄膜において外乱光が乱反射しにくくなる。

（２）光薄膜製造装置１を、気圧、温度、湿度等が一定に管理された環境下においた。従って、蛍光薄膜製造溶液からアンモニアが蒸発する速度が一定となる。これにより、バナジン酸亜鉛が析出する速度が一定となるので、基板８の表面に製造される蛍光薄膜の厚みが均一になりやすい。このため、より、蛍光薄膜において外乱光が乱反射しにくくなる。

（３）基板８を石英からなる透明基板とした。これにより、バナジン酸亜鉛が反応する光を基板８に照射させると、何もないように見えるところに、蛍光する文字や図柄（ここでは文字「Ｔ」）を表示させることができる。

（３）蛍光薄膜製造装置１にケース２の開口部を覆うラップ３を設けた。これにより、ケース２の内部に不純物が入りにくくなる。従って、蛍光薄膜にも不純物が混じりにくくなる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、異なる波長の光に反応する無機蛍光物質を溶かした蛍光薄膜製造溶液を複数用意して、その蛍光薄膜製造溶液の数だけ対象物浸し工程、蒸発工程、焼結工程を実施するようにしてもよい。

例えば、第１の無機蛍光物質としてバナジン酸亜鉛（Ｚｎ_３（ＶＯ_４）_２）を、第２の無機蛍光物質としてバナジン酸亜鉛と反応する光の波長が異なる酸化亜鉛（ＺｎＯ）を、採用する場合について説明する。

まず、上記実施形態の対象物浸し工程、蒸発工程、焼結工程の各工程を実施する。すると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、基板８には、バナジン酸亜鉛による「Ｔ」字状の蛍光薄膜Ａが製造される。

次に、「Ｔ」字状の蛍光薄膜Ａが製造された基板８に、図３（ａ）に示すように、文字「Ｋ」をかたどるテープ９を貼り付けて、対象物浸し工程、蒸発工程、焼結工程の各工程を実施する。なお、蒸発工程と焼結工程との間でテープ９をはがす。これにより、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、蛍光薄膜Ａの上に蛍光薄膜Ｂが製造される。

このように、基板８には、異なる波長の光に反応する蛍光薄膜Ａと蛍光薄膜Ｂとが形成されるので、照射する波長を変化させることにより、基板に表示する文字を変化させることができる。

・上記実施形態において、例えば、電卓等に採用されるデジタル数字のように複数のセグメントに分割するように蛍光薄膜を製造してもよい。このように製造すれば、セグメント毎に特定の波長の光を照射させたり照射させなかったりすることにより、基板の表示を変化させることができる。

・上記実施形態において、石英からなる透明の基板８に代えて、有色基板を採用してもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態の（１）及び（２）に示す効果を得ることができる。

・上記実施形態において、基板８は吊り下げられて蛍光薄膜製造溶液の中に浸されたが、蛍光薄膜製造溶液に浸されていればよいので、ケース２に置かれるようにしてもよい。
・上記実施形態において、基板８は、その全体が蛍光薄膜製造溶液に浸されたが、蛍光薄膜を付着させたい表面だけ蛍光薄膜製造溶液に浸すようにしてもよい。

・上記実施形態において、ケース２の開口部を覆うものは容易に通気孔６を開けることができるラップに限らない。予め通気孔６が形成された蓋であってもよい。
・上記実施形態において、ラップ３を省略してもよい。

・上記実施形態では、バナジン酸アンモニウム水溶液とテトラアンミン亜鉛錯体水溶液とを混合して蛍光薄膜製造溶液を生成したが、他の方法で蛍光薄膜製造溶液を生成するようにしてもよい。

・上記実施形態では、アンモニア水に塩化亜鉛を溶解させて、テトラアンミン亜鉛錯体水溶液を生成したが、塩化亜鉛に限らず亜鉛を含む可溶性塩をアンモニア水に溶解させれば、テトラアンミン亜鉛錯体水溶液を生成することができる。

・上記実施形態及び上記別例では、無機蛍光物質としてバナジン酸亜鉛、酸化亜鉛を採用したが、他の無機蛍光物質を採用してもよい。
・上記実施形態において、バナジン酸亜鉛の溶媒としてアンモニア水を採用したが、バナジン酸亜鉛が溶け、且つ、揮発性の高い溶液であればこれ以外であってもよい。

・上記実施形態において、蛍光薄膜製造装置１は、気圧、温度、湿度等が一定に管理された環境下にあるもとしたが、溶媒（ここではアンモニア水）が蒸発する速度を限りなく一定に近づけるためであるので、必ずしも気圧、温度、湿度等の環境が一定でなくてもよい。

１…蛍光薄膜製造装置、２…ケース２、３…ラップ、６…通気孔、８…基板。

Claims

揮発物質が溶けている溶媒に無機蛍光物質を溶かして生成される蛍光薄膜製造溶液に、蛍光薄膜を形成する対象物の表面を浸す対象物浸し工程と、
前記蛍光薄膜製造溶液から前記揮発物質を蒸発させて前記対象物の表面に前記無機蛍光物質を薄膜状に析出させる蒸発工程と、
前記対象物の表面に薄膜状に析出した前記無機蛍光物質を焼結させる焼結工程と、を備える蛍光薄膜の製造方法。
請求項１に記載の蛍光薄膜の製造方法において、
前記蒸発工程は、前記蛍光薄膜製造溶液の蒸発速度が一定となる環境下で行う蛍光薄膜の製造方法。
請求項１又は２に記載の蛍光薄膜の製造方法において、
揮発物質が溶けている溶媒に第１の波長を有する光が照射されると蛍光する第１の無機蛍光物質が溶かして生成される第１の蛍光薄膜製造溶液を用いた前記対象物浸し工程、前記蒸発工程、及び前記焼結工程を実施した後、揮発物質が溶けている溶媒に第２の波長を有する光が照射されると蛍光する第２の無機蛍光物質が溶かして生成される第２の蛍光薄膜製造溶液を用いた前記対象物浸し工程、前記蒸発工程、及び前記焼結工程を実施する蛍光薄膜の製造方法。