JP4219518B2 - ユーロピウム付活複合酸化物蛍光体 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光体に関する。更に詳細には紫外線、電子線、X線等の電磁波、特に紫外線による励起により、高輝度の青色発光を呈するユーロピウム付活複合酸化物蛍光体に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、金属の酸化物、硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物等を母体結晶とし、紫外線、電子線、X線等の電磁波による励起によって近紫外光〜可視光の発光を呈する種々の蛍光体が開発され、蛍光ランプ、CRT、PDP等のディスプレイ、放射線増感紙、屋内外装飾用の蛍光性タイル等に幅広く実用されているが、蛍光体の用途の多様化、高機能化に伴い、より高輝度でそれぞれの使用環境下において化学的に安定な蛍光体が求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、各種励起下において高輝度に発光する、化学的に安定な新しい蛍光体を提供することを目的とする。
【0004】
【課題が解決するための手段】
本発明者等は上記目的を達成するため、比較的化学的に安定で耐久性も良好である、種々の酸化物の無機結晶について、これに希土類元素を付活する試みを行った結果、アルカリ土類金属元素、第III族及びIV族元素の各酸化物で構成される特定組成の複合酸化物結晶にはランタニド元素、特に2価ユーロピウム元素が付活剤として効率よくドープされ、これを紫外線や電子線で励起すると高輝度の青色発光を呈することを見いだし、本発明に至った。
【0005】
即ち、本発明は以下の構成を有する。
(1)下記組成式で表されることを特徴とするユーロピウム付活複合酸化物蛍光体。
6(M1−x,Eux)O・yR2O3・2AO2
(但し、式中、MはCa、Sr及びBaの群から選択された一種以上のアルカリ土類金属元素であり、RはGa、Al及びInの群から選択された一種以上の金属元素であり、AはSi及びGeの中から選択された1種以上の金属元素であり、x及びyはそれぞれ、1×10−3≦x≦2×10−1及び9<y≦11の範囲の数である。)
【0006】
(2)上記のx及びyがそれぞれ、5×10−3≦x≦1×10−1及び9<y≦10の範囲の数であることを特徴とする上記(1)に記載のユーロピウム付活複合酸化物蛍光体。
(3)上記MがSrであり、RはAlであり、AがSiであることを特徴とする上記(1)ないし(2)項に記載のユーロピウム付活複合酸化物蛍光体。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の蛍光体は次のようにして製造される。
1)M元素の、酸化物もしくは炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物等、
高温で容易にM元素の酸化物に変わり得るM元素の化合物
2)R元素の、酸化物もしくは炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物等、
高温で容易にR元素の酸化物に変わり得るR元素の化合物
3)A元素の酸化物、もしくは炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物等、
高温で容易にA元素の酸化物に変わり得るA元素の化合物
4)Eu元素の酸化物もしくは炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物等、
高温で容易にEu元素の酸化物に変わり得るEu元素の化合物
【0008】
の上記4種類の蛍光体原料を化学量論的に、6(M1−x,Eux)O・yR2O3・2AO2(式中、MはCa、Sr及びBaの群から選択された一種以上のアルカリ土類金属元素であり、RはGa、Al及びInの群から選択された一種以上のIII族元素であり、AはSi及びGeの内から選択された1種以上のIV族元素であり、x及びyはそれぞれ1×10−3≦x≦2×10−1及び9<y≦11の範囲の数である。以下、同様である)となるような割合で秤取し、ボールミルなどの混合機を用いて充分混合するとか、各蛍光体原料の混合の均一度合をあげるため、水またはエチルアルコールなどと共に上記1)〜4)の各蛍光体原料を湿式で充分混合し、その後、乾燥するなどして本発明の蛍光体の原料混合物を得る。
【0009】
なお、これらの蛍光体原料混合物には、結晶成長を促進させ、発光輝度の向上のため、該原料混合物中にはその1〜10重量%のアルカリ金属やアルカリ土類金属のハロゲン化物、アンモニウム塩とか硼素化合物等の比較的低融点化合物を融剤として添加、混合しておいても良い。
【0010】
これらの蛍光体原料混合物をアルミナルツボ等の耐熱容器に充填し、空気、アルゴン、窒素などの不活性ガス、もしくは水素を含有する窒素ガスなどの還元性雰囲気中で焼成する。特に、1〜5%の水素を含有する不活性ガスを用いて焼成すると、付活剤であるEuをEu+2イオンの状態に保持したままで母体結晶中にドープされ易く、より青色発光強度が大の蛍光体が得られるので好ましい。なお、上記蛍光体原料混合物は、予めペレット状等に加圧成型しておき、そのペレットを耐熱容器に詰めて焼成し、焼成後粉砕しても良い。
【0011】
焼成は、原料の充填量により異なるが、1000℃〜1700℃の温度で2時間〜50時間行へば良く、得られる蛍光体の発光輝度の点で、1100℃〜1650℃で5時間〜30時間行うのがより好ましい。焼成は1回でもよいが、一度焼成を終えた焼成物を、順次その焼成温度を上げて複数回焼成、冷却、粉砕する工程を繰り返すのが発光輝度の点で好ましい。
【0012】
次に、この焼成物は冷却後、粉砕、水洗、乾燥、篩い分けを行い、例えば、6(Sr,Eu)O・10Al2O3・2SiO2、6(Sr,Eu)O・11Al2O3・2SiO2、6(Ca,Sr,Eu)O・10Al2O3・2SiO2、(Ba,Sr,Eu)O・10Al2O3・2SiO2、6(Sr,Eu)O・10(Al,Ga)2O3・2SiO2、6(Ca,Eu)O・10(Al,Ga)2O3・2SiO2、6(Sr,Eu)O・10(Al,In)2O3・2SiO2、6(Ca,Eu)O・10(Al,In)2O3・2SiO2、6(Sr,Eu)O・10Al2O3・2(Si,Ge)O2、6(Ca,Sr,Eu)O・10(Al,Ga)2O3・2SiO2等、その組成式が{6(M1−x,Eux)O・yR2O3・2AO2}である、発明の蛍光体を得ることが出来る。
【0013】
本発明の蛍光体において、組成{6(M1−x,Eux)O・yR2O3・2AO2}中のR2O3成分のモル数(y値)を9よりも少なくするか、もしくは逆にR2O3成分を過剰にしてy値を11よりも多くすると得られる蛍光体の発光輝度はいずれも暫減し、発光輝度の点で蛍光体成分中のR2O3成分のモル数(y値)は9<y≦11の範囲とするのが良く、更に9<y≦10の範囲の数とするのがより好ましい。上記組成式となるようにして蛍光体原料を調合して焼成することによって得られた本発明の蛍光体母体結晶中には、場合によっては、例えば、M6R18A2O37などの特定組成の主結晶相にR2O3成分の結晶相が混在していることが確認されることがあるが、その場合にも主結晶相である、M6R18A2O37なる結晶相中に化学量論的にM6R18A2O37なる組成よりもやや過剰量のR2O3成分の結晶相が混在した、組成{6(M1−x,Eux)O・yR2O3・2AO2}とした方が高輝度の蛍光体が得られる。
【0014】
図1はM、R及びAがそれぞれSr、Al及びSiであり、y値が10である組成式が6(Sr0.99,Eu0.01)O・10Al2O3・2SiO2である本発明の蛍光体のX線回折線図を例示するものであるが、図1からわかる通り付活剤であるEuの添加量は微量なのでEuに由来するX線回折線は観察されないが、母体結晶はSr6Al18Si2O37の結晶を主相とし、これとAl2O3との2相が混在していて、この蛍光体の場合も、主結晶相であるSr6Al18Si2O37に過剰なAl2O3が存在した状態で蛍光体を構成することが蛍光体の輝度を高める上で有効である。これは、M、R及びAがそれぞれSr、Al及びSi以外の金属元素を表す、本発明の蛍光体についても同様であることが確認されている。
【0015】
また、本発明の蛍光体において、付活剤元素であるEuの量(x値)は、構成する金属元素の種類及び過剰量の成分中のR2O3成分のモル数(y値)にかかわらず、得られる蛍光体の発光輝度の点でほぼ1×10−3≦x≦2×10−1、より好ましくは5×10−3≦x≦1x10−2とするのが良い。
なお、本発明の蛍光体は金属元素のM、R及びAがそれぞれSr、Al及びSiである場合に特に高輝度の蛍光体が得られる。
【0016】
図2は組成式が6(Sr0.99,Eu0.01)O・10Al2O3・2SiO2である本発明の蛍光体を、加速電圧15kVの電子線で励起した時の発光スペクトルを例示したもので、図2からわかるようにこの蛍光体は電子線励起により高輝度の青色発光を示した。また、この蛍光体は波長254nmの紫外線、波長146nmの真空紫外線及びX線管電圧80kVのX線で励起した時も、電子線で励起した場合と同様の発光スペクトル分布を有する青色発光を示した。
【0017】
なお、本発明の蛍光体において、母体を構成する元素M、R及びAがSr,Al及びSi以外である場合にも発光強度に大小はあるものの、発光スペクトル分布は図2に例示したものと類似のスペクトル分布を有する青色発光を示した。
【0018】
上述のようにして得られた本発明の蛍光体は紫外線、電子線,X線等の電磁波を反復照射しても、特に組成的にも発光強度にも大きな変化はなく、化学的に安定であることが確認された。
【0019】
【実施例】
次に、実施例により本発明を説明する。
(参考例1)
SrCO3 175.4g
Al2O3 183.6g
SiO2 24.0g
Eu2O3 2.1g
上記各蛍光体原料を秤取し、攪拌型混合機にて充分混合した。この混合物をアルミナ性の耐熱容器に堅く充填し、ガス雰囲気型電気炉にて焼成した。焼成はアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中で1600℃で24時間焼成した。この焼成物を粉砕し、篩い分けを行って組成が6(Sr0.99,Eu0.01)O・9Al2O3・2SiO2の蛍光体を得た。この蛍光体を15kVの電子線で励起した時、青色発光を呈した。この蛍光体は電子線励起時の外に、紫外線励起やX線励起においても同様に電子線で励起した場合と同様に青色発光を呈した。
【0020】
(実施例1)各蛍光体原料の中、183.6gのAl2O3ではなく204.0gのAl2O3を用いた以外は比較例1と同様にして、組成が6(Sr0.99,Eu0.01)O・10Al2O3・2SiO2の蛍光体を得た。
得られた蛍光体のX線回折線図は図1の通りであり、この蛍光体を15kVの電子線で励起した時、図2に示す発光スペクトルの青色発光を呈した。この蛍光体は15kVの電子線、紫外線励起、X線励起のいずれの励起下においても青色発光を呈した。この蛍光体の発光輝度は、いずれの励起においても、比較例1の蛍光体に比べて、約30%高い、明るい青色発光を示した。
【0021】
(実施例2)
CaCO3 36.0g
SrCO3 120.4g
Al2O3 142.8g
Ga2O3 112.4g
SiO2 24.0g
Eu2O3 4.2g
蛍光体原料として上記各原料を秤取し、その混合物を、1%の水素(H2)ガスを含有するアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中で1650℃で20時間焼成した以外は比較例1と同様にして、組成が6(Ca0.3,Sr0.68,Eu0.02)O・10(Al0.7,Ga0.3)2O3・2SiO2の蛍光体を得た。
この蛍光体を15kVの電子線で励起した時、青色発光を呈した。この蛍光体は電子線励起時の外に、紫外線励起やX線励起においても同様に電子線で励起した場合と同様に青色発光を呈した。
【0022】
(実施例3)
SrCO3 175.4g
Al2O3 204.0g
SiO2 12.0g
GeO2 21.7g
Eu2O3 2.1g
蛍光体原料として上記各原料を秤取し、その混合物を、1%の水素(H2)ガスを含有するアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中で1650℃で20時間焼成した以外は実施例1の蛍光体と同様にして、組成が6(Sr0.99,Eu0.01)O・10Al2O3・2(Si0.5,Ge0.5)O2の蛍光体を得た。
この蛍光体を15kVの電子線で励起した時、青色発光を呈した。この蛍光体は電子線励起時の外に、紫外線励起やX線励起においても同様に電子線で励起した場合と同様に青色発光を呈した。
【0023】
(実施例4)
SrCO3 146.1g
Al2O3 119.0g
In2O3 138.8g
SiO2 20.0g
Eu2O3 1.8g
NH4F 5.0g
蛍光体原料として上記各原料を秤取し、その混合物を、1%の水素(H2)ガスを含有するアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中で1600℃で22時間焼成して、組成が6(Sr0.99,Eu0.01)O・10(Al0.7,In0.3)2O3・2SiO2の蛍光体を得た。この蛍光体は電子線励起、紫外線励起やX線励起において青色発光を呈した。
【0024】
【発明の効果】
本発明の蛍光体は上記の構成を採用することにより、紫外線、電子線、X線等の電磁波による励起に対して、高輝度の青色発光する新規な蛍光体を提供することが出来た。
【0025】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の蛍光体の粉末X線回折線図を例示するグラフである。
【図2】 本発明の蛍光体の発光スペクトルを例示するグラフである。
Claims (3)
- 下記組成式で表されることを特徴とするユーロピウム付活複合酸化物蛍光体。
6(M1−x,Eux)O・yR2O3・2AO2
(但し、式中、MはCa、Sr及びBaの群から選択された一種以上のアルカリ土類金属元素であり、RはGa、Al及びInの群から選択された一種以上の金族元素であり、AはSi及びGeの中から選択された1種以上の金属元素であり、x及びyはそれぞれ、1×10−3≦x≦2×10−1及び9<y≦11の範囲の数である。) - 上記のx及びyがそれぞれ、5×10−3≦x≦1×10−1及び9<y≦10の範囲の数であることを特徴とする請求項1に記載のユーロピウム付活複合酸化物蛍光体。
- 上記MがSrであり、RはAlであり、AがSiであることを特徴とする請求項1ないし2項に記載のユーロピウム付活複合酸化物蛍光体。
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