JP3232548B2 - 残光性蛍光体 - Google Patents
残光性蛍光体Info
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- coactivator
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Description
に蓄光蛍光体に利用できるユーロピウムで付活され、特
定元素で共付活されたアルミン酸塩残光性蛍光体に関す
る。
を照射すると、暗所で比較的長い時間残光をもつものが
あり、この現象を何回も繰り返すことができることから
蓄光蛍光体と呼ばれる。近年、社会生活が高度化し複雑
さが増すとともに、防災に関する関心が一層高まり、特
に、暗所で光る蓄光蛍光体の防災分野での利用が広がり
つつある。また、最近は蓄光蛍光体をプラスチックに混
入して、プレート、シートなどに加工することにより、
多方面に用途が広がりつつある。
蛍光体が使用されてきたが、必ずしも十分満足されてい
なかった。それはこの蛍光体が次のような本質的な欠点
を有しているためである。一つは、そのりん光輝度(残
光の輝度)が数十時間にわたって確認できるほど高くな
いこと。もう一つは、紫外線により光分解し蛍光体結晶
表面にコロイド状亜鉛金属を析出し外観が黒色に変色
し、りん光輝度が著しく低下する問題がある点である。
このような劣化は高温高湿の条件下で特に起こりやす
く、通常この欠点を改善するのにZnS:Cu蛍光体の
表面には耐光処理を施してあるが完全に防止することは
難しい。その為、ZnS:Cu蛍光体は屋外など直射日
光にさらされるような場所に用いることを避けなければ
ならない。
させることにより、残光性を示すことが最近報告されて
いる。("Rare earth effect in nonrioactivenight lu
minous phosphor ZnS:Pb,Cu" Hunan Shifan Daxue,Zira
n Kexue XuebaoVol.14,No.1,page47-51 1991,X May and
M.Hong,(Acta ScientiariumNaturalium Univ.Normalis
Hunanensis))
体に希土類元素を含有させることにより、残光性を示す
ことが報告されている。("Study on effect of rare e
arthin blue-purple night-luminous phosphor CaS:Bi,
Cu" Hunan Shifan Daxue,Ziran Kexue XuebaoVol.15,N
o.2,page145-148,1992, X Mao, S.Lian and Z.Wu (Huna
n Normal Univ.,Hunan,CHN))
上既に述べたような欠点を持ち、屋外での使用はできな
いことが容易に想像できる。
l2O4で表される化合物で、Mはカルシウム、ストロ
ンチウム、バリウムからなる群から選ばれる少なくとも
1つ以上の金属元素からなる化合物を母結晶にした蓄光
性蛍光体が特開平7−11250号に開示されている。
この蛍光体は上述した硫化亜鉛蛍光体の本質的な欠点を
解決したとしている。また、この蛍光体の母体は米国特
許公報2392814号、米国特許公報3294699
号で既に知られているものである。
ペクトルの発光を示し、調製条件及び母体結晶の構造に
影響され、例えば母体結晶がアルミネート、ガレート、
ボレート或いはアルミニウムガレートであるかにより、
紫外域から黄色までの広い範囲で発光することは一般的
に知られている。
においてZnS:Cu蛍光体を上回る性能の蓄光蛍光体
が得られているが、実用段階においては種々の用途があ
り、それに応じた特性改善の要望がある。その中でも特
に残光輝度の改善、或いは残光色の多様化については強
い要求がある。
解決する目的で、残光性蛍光体の結晶成長を促進し、結
晶を安定化させる成分元素について鋭意検討した結果、
特定量のホウ素を母体のアルミネートのアルミニウムの
一部を置換して含有させ、さらに特定の共付活剤を導入
することで課題が解決できることを見い出し本発明を完
成させるに至った。
のユーロピウムで付活されたアルミン酸塩蛍光体におい
て、その化学組成式が下記の範囲にあることを特徴とす
る。 (M1-p-qEupQq)O・n(Al1-mBm)2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 0.5≦n≦3.0 0.0001≦m≦0.5 0.0001≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはMg、Ca、Sr、Ba、及び
Znからなる2価金属の群より選ばれた少なくとも1種
であり、Qは共付活剤でありMn、Zr、Nb、Pr、
Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及
びLuからなる群より選ばれた少なくとも1種である。
整することで、蛍光色及び残光色を選択することができ
る。
光の残光性蛍光体を作製する場合、次のような組成範囲
に選択する。すなわち、2価のユーロピウムで付活され
たアルミン酸塩蛍光体において、その化学組成式が下記
の範囲にある結晶構造が単斜晶系を主体とする残光性蛍
光体とする。 (M1-p-qEupQq)O・n(Al1-mBm)2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 0.5≦n≦1.5 0.0001≦m≦0.5 0.0001≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはSrが70モル%以上である。
光の残光性蛍光体を作製する場合、次のような組成範囲
に選択する。すなわち、2価のユーロピウムで付活され
たアルミン酸塩蛍光体において、その化学組成式が下記
の範囲にあり、結晶構造が単斜晶系を主体とすることを
特徴とする残光性蛍光体とする。 (M1-p-qEupQq)O・n(Al1-mBm)2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 0.5≦n≦1.5 0.0001≦m≦0.5 0.0001≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはCaが70モル%以上である。
発光の残光性蛍光体を作製する場合、次のような組成範
囲に選択する。すなわち、2価のユーロピウムで付活さ
れたアルミン酸塩蛍光体において、その化学組成式が下
記の範囲にあり、結晶構造が斜方晶系を主体とすること
を特徴とする残光性蛍光体とする。 (M1-p-qEupQq)O・n(Al1-mBm)2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 1.5≦n≦3.0 0.0001≦m≦0.5 0.0001≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはSrが70モル%以上である。
発光の残光性蛍光体は、特に、次のような組成範囲に選
択することが発光輝度、残光輝度の点で好ましい。すな
わち、2価のユーロピウムで付活されたアルミン酸塩蛍
光体において、その化学組成式が下記の範囲にあり、結
晶構造が斜方晶系を主体とすることを特徴とする残光性
蛍光体とする。 (M1-p-qEupQq)O・n(Al1-mBm)2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 1.7≦n≦1.8 0.0001≦m≦0.5 0.0001≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはSrである。
よび共付活剤は、蛍光色および残光輝度に大きく影響す
る。実用上、それぞれ次に示すような範囲に調整する。
1モルに対し、母体のSrを0.0001モル以上、
0.5モル以下置換する範囲に調整する。なぜなら0.
0001モルより少ないと光吸収が悪くなり、その結果
残光輝度が低くなり、逆に、0.5モルよりも多くなる
と、濃度消光を起こし残光輝度が低下するからだ。pの
さらに好ましい範囲は0.001≦p≦0.06のであ
り、この範囲で残光輝度がさらに高くなる。
は残光性を示すようになる。共付活剤としてMn、Z
r、Nb、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、及びLuからなる群より選ばれた少く
とも一種が有効である。
の場合に残光性向上に効果的であり、Dy濃度qの最適
濃度範囲は0.0005以上、0.03以下の範囲であ
る。
の場合に残光輝度向上に特に効果があり、Nd濃度qの
最適範囲は0.0005以上、0.03以下の範囲であ
る。
共付活剤を付活することにより相乗効果を発揮する。
合、第2の共付活剤のMn濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは0.
0005以上、0.02以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のTm濃度qの好ましい範囲は0.
0003以上、0.02以下で、更に好ましいのは0.
0004以上、0.01以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のLu濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは0.
0004以上、0.04以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のNb濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.08以下で、更に好ましいのは0.
0003以上、0.04以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のYb濃度qの好ましい範囲は0.
0002以上、0.04以下で、更に好ましいのは0.
0003以上、0.01以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のZr濃度qの好ましい範囲は0.
002以上、0.70以下である。
合、第二の共付活剤のEr濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.03以下である。更に好ましいのは
0.0005以上、0.02以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のPr濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.04以下である。更に好ましいのは
0.0005以上、0.03以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のTm濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは0.
0005以上、0.02以下の範囲である。
合、第2の共付活剤のPr濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは0.
0005以上、0.02以下の範囲である。
場合、第2の共付活剤のHo濃度qの好ましい範囲は
0.0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは
0.0005以上、0.02以下の範囲である。
場合、第2の共付活剤のDy濃度qの好ましい範囲は
0.0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは
0.0005以上、0.02以下の範囲である。
は、アルミニウムの一部をホウ素で置換することによ
り、残光特性はさらに大きく改善される。ホウ素はアル
ミニウムの総モル数の0.0001モルから0.5モル
置換する範囲が適当であり、より好ましくは、0.00
5モルから0.25モルになる範囲であり、最も好まし
いのは、0.05モル付近である。ホウ素を導入するに
は、アルミニウムをそれに見合う量だけ差し引いて仕込
むことが好ましい。
ばSrO、MgO、Al2O3、Eu 2O3のような金属酸
化物、或いはCaCO3、SrCO3、BaCO3のよう
な高温で焼成することで容易に酸化物になるような化合
物を選択する。このような化合物として炭酸塩の他には
硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物などがある。また、ホウ
素化合物としてはホウ酸あるいはアルカリ土類のホウ酸
塩が使用でき、特に、ホウ酸が好ましい。
9.9%以上であることが好ましく、99.99%以上
であることがさらに好ましい。
200℃以上1600℃以下の温度範囲で焼成し、焼成
品を粉砕、篩することで本発明の残光性蛍光体が得られ
る。尚、原料の混合比率は、目的の組成を得る為の理論
量を混合することで決定できる。
のEuによる強い発光を呈するが、2価のEuは可視光
から紫外域の広範囲に吸収があり、従って、自然光のよ
うな広範囲な波長域で励起され高効率の発光(蛍光)を
示す。また、共付活剤として、Mn、Zr、Nb、P
r、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b、及びLuからなる群より選ばれた少なくとも1種を
蛍光体母体にドープさせることで残光現象が現れる。
含有することで、アルミネートの結晶性を良好にし、発
光中心と捕獲中心を安定化させることで残光時間、残光
輝度の改善に有効に働いていると推定できる。また、ホ
ウ素は同時にフラックスとして働き蛍光体の結晶成長を
促進する効果を有する。一般に、アルミネート蛍光体の
フラックスとして、アルカリ金属化合物、アルカリ土類
化合物あるいはハロゲン化物を使用するが、表1に示す
ように、これらをフラックスとして使用しても残光輝度
向上に効果がない。
モル数とアルミナ及びホウ酸の総モル数がほぼ1:1す
なわちn=1である場合、X線回折により解析した結
果、結晶構造はSrAl2O4型の単斜晶系となり、波長
520nmにピークのある緑色発光を示す。
成した場合、表2に示すようにホウ素の置換が1モル%
程度の低濃度では、仕込み組成から生成すべきSrAl
4O7の構造を示すが、ホウ素がこれよりも高濃度では、
実施例5、13のようにSr 4Al14O25とSrAl12
O19の混合物となる。すなわち、ホウ素を含有すること
により、結晶構造が変化し、残光性が改善されている。
90nmの青緑色発光が最も強くなり、X線回折の結
果、原料仕込み量から期待される通りのSr4Al14O
25単品を得る。
2モル、Al2O3を0.988モル、Eu2O3を0.0
15モル、Dy203を0.0075モル、Tm203を
0.0015モル、及びH3BO3を0.024モルセラ
ミックポットに入れ、ボールミルにより十分に混合し混
合原料(以下原料生粉という)を得る。次に、原料生粉
をアルミナルツボに入れ、還元雰囲気のマッフル炉中
で、1400℃で5時間焼成し蛍光体焼成品を得る。次
に焼成品を粉砕し、200メッシュの篩を通し、本発明
の(Sr0.952Eu0.03Dy0.015Tm0.003)O・(Al0.988B0.012)2O
3蛍光体を得た。
囲において励起発光し、ブラックライト、殺菌灯によっ
ても励起され発光する。それで、高圧水銀灯、低圧水銀
蒸気放電灯にも応用できる。ここでは、JIS K 5120の蓄
光顔料の試験方法に従い評価した。
0.5g加え、試料をすりつぶさないように注意して十
分練り合わせたものを、アルミニウム板に試料が100
mg/cm2以上の厚さになるように塗り、乾燥したものを試
験片とした。この試験片は、蛍光色、残光輝度、及び耐
光性の試験に用いる。
の紫外線を試料に当て、蛍光を分光光度計によりスペク
トル分布を求め、CIE表色系の色度を算出した。蛍光
色度はx=0.270、y=0.586で、視感度の高
い緑色系を呈し、蓄光蛍光体として優れた基本特性を有
することが明らかである。
中、蓄光安全標識板のりん光輝度の測定方法を参考に次
のように行った。試験片を暗所に3時間以上外光を遮断
した状態で保管した後、試験片に常用光源D65の光を2
00ルクスの照度で4分間照射し、照射を止めてから2
0分後の残光輝度を、(Sr0.952Eu0.03Dy0.015)O・2(Al0.
95B0.05)2O3蛍光体の残光輝度を100%とした相対値
として測定した。本発明の蛍光体の残光輝度は180%
であった。結果を表3にまとめる。
発光塗料の耐光性の試験方法を参考に次のように行っ
た。先ず、劣化源として300Wの高圧水銀灯の光を試
験片に20cm離し100時間照射した後、暗所に1時
間以上外光を遮断した状態で保管し、その後常用光源D
65の光を200ルクスの照度で4分間照射し、照射を止
めてから5分後の残光輝度を測定する。次に高圧水銀灯
による照射してない基準品の5分後の残光輝度に対する
相対値として維持率を求め、この結果を耐光性を評価し
た。この値が大きい方が耐光性が良いことになる。従来
のZnS:Cu蛍光体の残光輝度が23%で、高圧水銀
灯の照射により著しく低下しているのに対して、本発明
の(Sr0.952Eu0.03Dy0.015Tm0.003)O・(Al0.988B0.012)2O
3蛍光体の残光輝度は96%とほとんど劣化せず極めて
耐光性に優れ、太陽光下に放置されるような屋外での長
時間の使用にも十分耐えることが明らかである。
表3に示す残光性蛍光体を作製し、色度、残光輝度を測
定した。耐光性試験についてはすべて95%以上であっ
た。アルミニウムの一部をホウ素で置換することで、残
光輝度が著しく改善されている。
原料としてTm203を0.0015モル混合する代わり
にZr205を0.350モル混合し、SrCO3量を補
正して混合し、HBO3を0.050モル混合する以外
は実施例1と同様にして同じ方法で、焼成し、処理し、
(Sr0.255Eu0.03Dy0.015Zr0.700)O・(Al0.950B0.050)2O3
蛍光体を得た。本蛍光体の蛍光色はx=0.153、y
=0.315の青色発光を示し、20分後の残光輝度は
実施例1と同基準に対し63%であった。このようにZ
rの増加とともに蛍光色は緑色から青色に変化する。ま
た、Zrの増加とともに残光輝度は低下するが、それで
も従来のZnS:Cu蛍光体の9.5倍の残光輝度があ
る。また、耐光性試験については92%を示した。
て表3に示す残光性蛍光体を作製し、色度、残光輝度を
測定した。耐光性試験についてはすべて95%以上であ
った。
O3を0.955モル、Al2O3を0.922モル、E
u2O3を0.0075モル、Nd203を0.015モ
ル、及びH3BO3を0.097モルをセラミックポット
に入れ、ボールミルにより2時間混合し原料生粉を得
る。次に、原料生粉をアルミナルツボに入れ、還元雰囲
気下1400℃で5時間焼成し蛍光体焼成品を得、次に
焼成品を粉砕し、200メッシュの篩を通し、本発明の
(Ca0.955Eu0.015Nd0.03)O・0.97(Al0.95B0.05)2O3蛍光体
を得た。色度、残光輝度を同様に測定し結果を表4に示
した。色純度の高い青色発光を呈し、耐光試験の結果9
6%であった。
て表4に示す残光性蛍光体を作製し、色度、残光輝度を
測定した。耐光性試験についてはすべて95%以上であ
った。
r、Ba、及びZnからなる2価金属の群より選ばれた
少なくとも1種であり、Qは共付活剤でありMn、Z
r、Nb、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、及びLuからなる群より選ばれた少な
くとも1種である。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
付活硫化亜鉛蛍光体では実現できなかった残光の高輝度
化、耐光性を達成できる。その為、屋外など直射日光に
さらされるような場所に用いることができるようになる
等、蓄光蛍光体の多方面への応用が期待できる。
により、発光色は青色、青緑色、緑色と多様に変化させ
ることができる。
の安定化、粒子成長を促進でき、その結果として残光の
高輝度化が図れる。
わせにより、残光輝度をさらに高輝度化でき、特にZr
を第二の共付活剤に選択した場合、発光色調も変化させ
ることができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 2価のユーロピウムで付活されたアルミ
ン酸塩蛍光体において、その化学組成式が下記の範囲に
あることを特徴とする残光性蛍光体。 (M1−p−qEupQq)O・n(Al1−mBm)
2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.51.5 ≦n≦3.0 0.0001≦m≦0.50.0002 ≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはMg、Ca、Sr、Ba、及び
Znからなる2価金属の群より選ばれた少なくとも1種
であり、Qは共付活剤であり、Zr、Nb、Pr、N
d、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及び
Luからなる群より選ばれた少なくとも1種である。 - 【請求項2】 2価のユーロピウムで付活されたアルミ
ン酸塩蛍光体において、その化学組成式が下記の範囲に
あり、その結晶構造が斜方晶系を主体とすることを特徴
とする請求項1に記載の残光性蛍光体。 (M1−p−qEupQq)O・n(Al1−mBm)
2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 1.5≦n≦3.0 0.0001≦m≦0.50.0002 ≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはSrが70モル%以上である。 - 【請求項3】 2価のユーロピウムで付活されたアルミ
ン酸塩蛍光体において、その化学組成式が下記の範囲に
あり、その結晶構造が斜方晶系であることを特徴とする
請求項1に記載の残光性蛍光体。 (M1−p−qEupQq)O・n(Al1−mBm)
2O3 0.0001≦p≦0.5 0.0001≦q≦0.5 1.7≦n≦1.8 0.0001≦m≦0.50.0002 ≦p+q≦0.75 ただし、組成式中のMはSrである。
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