JP3428352B2 - 耐湿性の改善された赤外励起発光体及びその製造方法 - Google Patents

耐湿性の改善された赤外励起発光体及びその製造方法

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JP3428352B2 JP06754697A JP6754697A JP3428352B2 JP 3428352 B2 JP3428352 B2 JP 3428352B2 JP 06754697 A JP06754697 A JP 06754697A JP 6754697 A JP6754697 A JP 6754697A JP 3428352 B2 JP3428352 B2 JP 3428352B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外励起によって
可視光を発光する、表面をフッ素化された発光体、およ
びフッ素処理による赤外励起発光体の耐湿性改善方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】現在、光通信の光源として半導体レーザ
が実用化されているが、光通信で用いる半導体レーザー
は石英ファイバでの光損失が少ない波長1.33μm、
1.55μmを発振するように構成されている。またデ
ジタルオーディオやレーザプリンタなどでも波長780
nm程度の半導体レーザが広く利用されている。他方、
波長780nm以上の赤外光は目に見えないため、レー
ザ光を可視光領域で利用できるように短波長のレーザ発
振素子の開発が進められている。ところが現在実用化さ
れている半導体レーザの波長は650nm程度の赤色レ
ーザ光であり、これより波長の短い緑色や青色のレーザ
光を発振する発光素子は実用化されていない。
【0003】そこで、アップコンバージョン現象を利用
し赤外半導体レーザ光を青・緑色に変換するアップコン
バージョンレーザの開発が期待されている。アップコン
バージョンとは励起波長よりも波長の短い光を放出する
現象を云い、希土類イオンの中にこの発光特性を有する
ものがある。これは希土類イオンが2つ以上のフォトン
によって励起され、励起光よりも大きなエネルギーを有
する発光を生じるものである。
【0004】この種の発光素子として、YLiF4 :E
rなどのフッ化物単結晶体あるいはZBLANガラスに
代表される重金属フッ化物ガラスなどの材料を用いたも
の(Wilfried Lenth他、Optics & Photonics News, 3,
[3], pp.3-15(1992))、希土類塩化物材料(特開平7-97
572 )などが報告されており、その中でも特に希土類塩
化物材料は光変換効率が優れ発光強度が極めて高いた
め、利用価値は高く注目を集めている。
【0005】しかし、塩化物、特に希土類塩化物蛍光体
は潮解性(吸湿性)が高く、表面処理を施さずに大気中
に放置すると直ちに吸湿して劣化するため、これを保護
するための表面処理を施す必要がある。
【0006】一般に、耐湿性を向上させるための表面処
理方法としては、フッ化物ガラスに代表される無機フッ
化物では、イオン注入やイオンめっき、PVDやCVD
により酸化物や耐湿性のより高いフッ化物層で表面被覆
する手法が取られている。
【0007】これに対し、無機塩化物や無機臭化物、無
機ヨウ化物などのフッ化物に比べて格段に深刻な潮解性
をもつ材料では、蒸着などで耐湿性の高い酸化物や硫化
物、フッ化物等の無機物で表面コートしたり、高分子溶
液に含浸後乾燥して表面被覆する手法が取られている。
【0008】しかし、これらの手法は全て母体材料を他
の材料で表面コートする方法であり、被覆のむらが出来
やすく耐湿性改善効果が不十分であることや、汎用性に
乏しいなどの問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、潮解
性の大きな赤外励起発光体の表面層のみを直接フッ素化
することにより、耐湿性の大幅に向上した赤外励起発光
体および耐湿性改善を目的とした表面処理方法を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、赤外励起発光体をガス状フッ素化剤で表
面処理することにより耐湿性が大幅に改善されることを
見出し、本発明の耐湿性を改善された赤外励起発光体お
よび耐湿性改善を目的とした表面処理方法を完成するに
至った。ここに、本発明は以下の通りである。
【0011】 (1)次の一般式で表される赤外励起発
光体を母体とし、前記母体の表面にガス状フッ素化剤と
の反応によるフッ化物層を有することを特徴とする赤外
励起発光体。 R1X R2(1-X) BaZ Cl3+2Z (R1は希土類元素、0.01<x≦1、R2はR1以
外の希土類元素、1<z<4) (2)上記(1)に記載の一般式において、R1がE
r、Tm、Ho、Nd、PrまたはDyから選択される
1種または2種以上の希土類元素であることを特徴とす
る上記(1)に記載の赤外励起発光体。 (3)上記(1)に記載の一般式において、R2がY
b、Gd、Y、Lu、Ce、LaまたはEuから選択さ
れる1種または2種以上の希土類元素であることを特徴
とする上記(1)または(2)に記載の赤外励起発光
体。 (4)表面のフッ化物層が1μmから100μmである
ことを特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれかに
記載の赤外励起発光体。 (5)上記(1)記載の一般式で表される赤外励起発光
体をガス状フッ素化剤で表面処理することを特徴とする
上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の赤外励起発
光体の製造方法。 (6)圧力1〜760Torrのガス状フッ素化剤で表
面処理することを特徴とする上記(5)に記載の赤外励
起発光体の製造方法。 (7)ガス状フッ素化剤がフッ素ガスまたはフッ化水素
ガスであることを特徴とする上記(5)または(6)に
記載の赤外励起発光体の製造方法。
【0012】以下、本発明の構成をその作用とともに詳
しく説明する。本発明に用いるガス状フッ素化剤は、特
に限定されず赤外励起発光体の表面を均一にフッ素化で
きるものであればよい。一般的なガス状フッ素化剤とし
ては、フッ素ガス(F2 )、フッ化水素(HF)、三フ
ッ化塩素(ClF3 )、四フッ化硫黄(SF4 )、三フ
ッ化ボロン(BF3 )、四フッ化ゲルマニウム(GeF
4 )、五フッ化ヒ素(AsF5 )等が知られているが、
反応性の高さや汎用性の観点からF2 やHFが好まし
い。
【0013】本発明によって得られる赤外励起発光体表
面のフッ化物層の膜厚は耐湿性向上効果と発光特性、特
に発光強度のバランスから決定され、好ましくは1〜1
00μm、より好ましくは1〜50μmに制御されるの
が良い。フッ化物層膜厚が1μm以下だと耐湿性改善が
不十分となりやすく、発光体は潮解性が大きいため大気
中での取扱が難しく、100μm以上では発光体の光学
特性、特に発光強度が低下しやすく、且つ母体とフッ化
物層間で剥離が確認される場合もある。
【0014】 また本発明の赤外励起発光体は、次の一
般式で表される複合塩化物である。 R1X R2(1-X) BaZ Cl3+2Z (R1は希土類元素、0.01<x≦1、R2はR1以
外の希土類元素、1<z<4)上記一般式において、R
1の希土類元素は発光源であり、代表的にはEr、T
m、Hoが挙げられ、この他にNd、Pr、Dyなどが
含まれる。これらの中では、Er、Tm、Ho、Ndが
好ましい。これらの希土類元素は赤外光が照射されたと
きに、そのイオンのエネルギー準位が基底準位から励起
準位へと段階的に遷移し、この遷移エネルギーによって
可視光を発光する。なお、R1は1種に限らず2種以上
含有しても良い。
【0015】上記一般式において、発光源であるR1の
量比は0.01<x≦1が好ましい。x<0.01では
発光源の含有量が少なすぎ発光強度は不十分である。ま
たこの発光源R1は単独でも発光するので、発光補助物
質R2は必ずしも含有しなくても良い。R2で示される
R1以外の希土類元素は発光補助物質であり、代表的に
はY、Gd、Yb、Lu、La、Ce、Euなどが用い
られ、これらの中では、Yb、Gdが好ましい。これら
の希土類元素を単独で含有するものは赤外光を照射して
も発光せず、従って上記R1と共に用いられる。R2の
発光補助物質は主に発光強度を高めるために用いられ
る。
【0016】上記一般式以外の赤外励起発光体として
は、塩化物ガラス系発光体等が使用できる。
【0017】本発明のフッ素化する際の赤外励起発光体
の形態は特に限定されず、単結晶体や多結晶体などのバ
ルク体であっても、粉末状であっても良い。但し、反応
性や発光体の応用の多様性を鑑みると、粉末状のものが
好ましい。バルク体を粉砕して粉末状にする場合には、
空気中の水分による潮解を防ぐために、乾燥したArや
2 などの不活性ガス中で粉砕をする必要がある。
【0018】本発明で採用される表面処理方法は、処理
後の被処理物の取扱を考えた場合、湿式法では被処理物
を乾燥した後に凝集の解砕過程が必要となり、その際に
材料の表面に形成されたフッ化物層が破壊される恐れが
ある。一方乾式法では、以上のような表面処理後の過程
が必要でないため、乾式法が好ましい。この乾式表面処
理方法は、母体材料の表面処理を均一に行えれば良く、
バッチ方式でもフッ素化ガス・フロー方式であっても良
い。バッチ方式では、反応系内を予め真空排気してお
き、所定の分圧のフッ素化ガスを系内に導入する。また
ガスフロー方式では、予めN2 などの不活性ガスを系内
に流してパージしておき、フッ素化ガスをフローさせ
る。その際フッ素化ガスを乾燥したArやN2 などの不
活性ガスで希釈して用いても良い。
【0019】反応時間や温度、フッ素化ガス圧力(分
圧)等のフッ素化処理条件は特に限定されず、表面処理
方法や赤外励起発光体の形態、特に比表面積に依存し、
所望のフッ化物層膜厚を得られるように決定する。しか
し、一般的にはフッ素化ガス圧力(分圧)は好ましくは
1〜760Torr、より好ましくは1〜100Tor
rで表面処理を施すのが、反応進行度すなわち膜厚の制
御が容易であり好ましい。
【0020】フッ素化ガスで処理された、赤外励起発光
体表面のフッ化物層の膜厚は、処理後に断面研磨を行
い、断面のフッ素元素の分布により評価した。
【0021】また発光強度は、処理直後の発光体に50
mWの半導体レーザ(波長650〜980nm)を照射
し、目視にて発光が十分確認可能なものを○、処理前か
ら発光強度の低下が判るものを△、発光の確認が極めて
困難または確認不可能なものを×として定性的に評価し
た。
【0022】赤外励起発光体の耐湿性は以下のようにし
て評価した。すなわち水分を約200ppm含有したエ
タノール50ml中にフッ素化処理後の発光体0.5g
を含浸し、上記で用いたのと同様の半導体レーザを用い
て発光させ、発光が目視で確認できなくなるまでの時間
で評価した。尚、この方法は厳密には耐水性の評価方法
であるが、30℃/70%の高温高湿条件下で得られた
結果との対応が得られたため、上記方法を耐湿性評価方
法として採用した。
【0023】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明の範囲はその要旨を越えない限り、実施
例に限定されるものではない。
【0024】実施例1〜18 、比較例1〜8(バッチ
方式)について説明する。反応系内に表1に示す赤外励
起発光体1.0gを投入し系内を真空に保った後、表1
に示すフッ素化処理条件でフッ素化赤外励起発光体を得
た。得られた発光体の表面のフッ化物層の膜厚、処理直
後の発光強度、及び発光体の耐湿性を上記のように評価
した結果を処理条件と併せて示す。
【0025】
【表1】
【0026】実施例19〜33 、比較例9〜13(フ
ッ素化ガス・フロー方式)について説明する。反応系内
に表2に示す赤外励起発光体1.0gを投入し系内をN
2 ガスで30分かけて完全にパージした後、表2に示す
フッ素化処理条件でフッ素化赤外励起発光体を得た。
尚、実施例24では、粉砕媒体であるZrO2ビーズを
用いて粉砕を行いながらフッ素化処理を行った。得られ
た発光体表面のフッ化物層の膜厚、処理直後の発光強
度、及び発光体の耐湿性を上記のように評価した結果を
処理条件と併せて示す。
【0027】
【表2】
【0028】
【発明の効果】表1及び表2から判るように、本発明に
よれば、F2 やHF等のようなフッ素化ガスで耐湿性の
極めて低い複合塩化物である赤外励起発光体を表面処理
することにより、処理前では15分程度であった耐湿性
が1週間以上と大きく改善されることが判る。
【0029】これに対応し、表1及び表2に示した比較
例では、あるものは表面のフッ素化が不十分で耐湿性改
善の効果が不十分であり、またあるものはフッ素化しす
ぎて発光強度が極端に低下し、視認性が悪く実用性に乏
しかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−134442(JP,A) 特開 平7−97572(JP,A) 特開 平6−299147(JP,A) 特開 昭53−131987(JP,A) 特開 平7−78683(JP,A) 特開 平6−80901(JP,A) 特開 平4−16524(JP,A) 特開 平6−306356(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 11/00 - 11/89 C01F 1/00 - 17/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の一般式で表される赤外励起発光体
    を母体とし、前記母体の表面にガス状フッ素化剤との反
    応によるフッ化物層を有することを特徴とする赤外励起
    発光体。 R1X R2(1-X) BaZ Cl3+2Z (R1は希土類元素、0.01<x≦1、R2はR1以
    外の希土類元素、1<z<4)
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の一般式において、R
    1がEr、Tm、Ho、Nd、PrまたはDyから選択
    される1種または2種以上の希土類元素であることを特
    徴とする請求項1に記載の赤外励起発光体。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の一般式において、R
    2がYb、Gd、Y、Lu、Ce、LaまたはEuから
    選択される1種または2種以上の希土類元素であること
    を特徴とする請求項1または2に記載の赤外励起発光
    体。
  4. 【請求項4】 表面のフッ化物層が1μmから100
    μmであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
    かに記載の赤外励起発光体。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の一般式で表される赤外
    励起発光体をガス状フッ素化剤で表面処理することを特
    徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の赤外励起
    発光体の製造方法。
  6. 【請求項6】 圧力1〜760Torrのガス状フッ
    素化剤で表面処理することを特徴とする請求項5に記載
    の赤外励起発光体の製造方法。
  7. 【請求項7】 ガス状フッ素化剤がフッ素ガスまたは
    フッ化水素ガスであることを特徴とする請求項5または
    6に記載の赤外励起発光体の製造方法。
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