JP4258818B2 - 発光材料、発光体、および発光方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の[請求項1]にかかる発光材料は、ナトリウムからなる発光材料母材にニッケル超微粒子、チタン超微粒子、銀超微粒子、ステンレス超微粒子からなる群から選ばれる一種である金属ナノ粒子が添加されてなることを特徴とする。
この実施の形態では、本発明の原理的な構成および効果を確認するために行った実験例を図1を参照して説明する。
図中符号1はマントルヒータ2内に設置されたセラミック製ルツボであり、内部には液体ナトリウム3が満たされており、250℃〜350℃に維持され、不活性ガス下に置かれている。このルツボ1のほぼ中央には撹拌装置4の撹拌プロペラ4aが挿入され、側壁近くには温度測定用の熱電対5が挿入されている。さらにルツボ1内には内壁に沿って螺旋をなすように成形されたアルミニウム線6が酸素除去剤として設置されている。
前記第1の実施の形態では、添加するナノ粒子としてニッケル超微粒子を用いた。本第2の実施の形態では、添加するナノ粒子としてチタン超微粒子を用いた。チタン超微粒子を用いた以外は、前記第1の実施の形態と同様にしてナノ粒子分散ナトリウム発光材料を作成した。
このナノ粒子分散ナトリウム発光材料を前記第1の実施の形態と同様にして暗闇環境下でCCD撮像素子による測定を行った。その結果、前記第1の実施の形態と同様、同程度の発光を確認した。
この第3の実施の形態では、添加するナノ粒子として銀超微粒子を用いた。銀超微粒子を用いた以外は、前記第1の実施の形態と同様にしてナノ粒子分散ナトリウム発光材料を作成した。
このナノ粒子分散ナトリウム発光材料を前記第1の実施の形態と同様にして暗闇環境下でCCD撮像素子による測定を行った。その結果、前記第1の実施の形態と同様、同程度の発光を確認した。
この第4の実施の形態では、添加するナノ粒子としてステンレス超微粒子を用いた。ステンレス超微粒子を用いた以外は、前記第1の実施の形態と同様にしてナノ粒子分散ナトリウム発光材料を作成した。
このナノ粒子分散ナトリウム発光材料を前記第1の実施の形態と同様にして暗闇環境下でCCD撮像素子による測定を行った。その結果、前記第1の実施の形態と同様、同程度の発光を確認した。
この第5の実施の形態では、ナトリウム中へのナノ粒子分散によるナトリウム灯の高性能化を検証するために、ナトリウム灯を模擬したH型放電管を用いた発光管を作成し、発光させた。この発光に用いた装置の概略構成を図4に示した。
この第6の実施の形態では、例えば、前述のようにして得たナノ粒子分散ナトリウムを発光材料として用いたナトリウム灯(発光体)の構成を図5に示す。
ガラス製の外管40の内部に透光性アルミナセラミックス製の発光管41と金属部材42とが収納されている。前記発光管41の上下端には、放電を発生させるための電極41a、41bが装着されている。この発光管41の内部には、発光材料として、例えば、前記実施例1により調整されたナノ粒子分散ナトリウムとアルゴンガスが封入されている。この発光管41と外管40との間には窒素ガスが封入され、発光に伴う温度上昇から金属部材42の酸化を防ぐようになっている。
かかる構成のナトリウム灯と従来のナトリウム灯の違いは、発光材料としてナノ粒子分散ナトリウムが使用されているか、ナトリウム単体が使用されているかの点のみである。
前述の図5に示すランプ構造において、発光管内のナトリウムの代わりに水銀を封入すれば水銀灯になる。水銀灯の場合、発光管は石英ガラスで充分であるため、石英ガラス製である。この水銀灯においても水銀の中に少量のナノ粒子を分散させておけば、低励起で従来と同等以上の輝度が得られる。
また、図5のランプ構造において、発光材料母材として水銀の他にナトリウム(Na)やスカンジウム(Sc)などの金属ハロゲン化物質を封入すれば、メタルハライド灯になる。このメタルハライド灯においても発光材料母材の中に少量のナノ粒子を分散させておけば、低励起で従来と同等以上の輝度が得られる。
この第9の実施の形態では、放電電源を変えることでランプの構造を簡素化し、ランプの製造コストの低減化を図った点に特徴がある。
図7は、本実施の形態の蛍光灯(発光体)の一部切り欠いて示した側面図である。ガラス管(放電管もしくは蛍光管とも称する)60の両端には、2個の接触ピン61a,61a、62a,62aを有する口金61、62が設けられており、電極63のフィラメント64には電子放射遷移を盛んにするためのBa、Sr、Caなどの酸化物が被覆されている。また、管内には数mmHgのアルゴンガスが封入されており、管の内壁には1種もしくは数種の蛍光材料65が塗布されている。この蛍光材料65には蛍光材料全体の10〜100ppmのナノ粒子が分散されている。
この第11の実施の形態では、前述の図5に示すランプ構造において、発光管41内にはナトリウム単体を封入し、電極41a,41bにナノ粒子を添加しておく。電極に添加しておいたナノ粒子(金属粉末)は、放電によりプラズマ中に放出され、ナトリウム発光の消光剤となる酸素と反応することで、ナトリウムの発光強度が増大する。ナトリウムの酸化物NaOの解離エネルギーは65Kcal/molと低く、容易に解離して再度ナトリウムと反応することが予想されるが、例えば、ナノ粒子としてチタン超微粒子を用いた場合、TiOの解離エネルギーは156Kcal/molと高いので、解離しにくく、酸素が消光剤として機能しにくくなる。そのため、ナトリウムの発光が安定する。
周知のように、プラズマディスプレイの内面には、蛍光体がパターンにしたがって、積層されており、この多数の蛍光体近傍に電圧印加による放電を発生させ、この放電のエネルギーによって各蛍光体から蛍光を生じさせることによって、情報が表示されるようになっている。前記多数の蛍光体は、プラズマディスプレイの基板内面に形成された多数の隔壁によって区画されてなる複数の放電蛍光空間に蛍光体組成物を充填することによって、形成されている。本実施の形態では、前記蛍光体組成物中にその全量の10〜100ppmのナノ粒子が分散されている。
2 マントルヒータ
3 液体ナトリウム
4 撹拌装置
4a 撹拌プロペラ
5 熱電対
6 アルミニウム線(酸素除去剤)
10 発光領域
20 H型放電管
21 吸引管
22 真空ポンプ
23 圧力計
24 供給管
25 ルツボ
26 ヘリウムボンベ
27 流量計
28 温調器
29 スライダック
30 ネオントランス
31 分光器
32 オシロスコープ
40 ガラス製の外管
41 発光管
41a,41b 電極
42 金属部材
50 ガラス管
51,52 金属管
53 高周波電源
54 放電プラズマ
60 ガラス管(放電管もしくは蛍光管)
61a,62a 接触ピン
61,62 口金
63 電極
64 電極のフィラメント
65 蛍光材料
Claims (12)
- ナトリウムからなる発光材料母材にニッケル超微粒子、チタン超微粒子、銀超微粒子、ステンレス超微粒子からなる群から選ばれる一種である金属ナノ粒子が添加されてなる発光材料。
- 前記金属ナノ粒子が前記発光材料母材に均一に分散されていることを特徴とする請求項1に記載の発光材料。
- 前記金属ナノ粒子の添加・分散により低励起・高輝度発光特性を発揮することを特徴とする請求項1に記載の発光材料。
- 前記金属ナノ粒子の粒径が直径で1,000ナノメートル以下であることを特徴とする請求項1に記載の発光材料。
- ナトリウムからなる発光材料母材にニッケル超微粒子、チタン超微粒子、銀超微粒子、ステンレス超微粒子からなる群から選ばれる一種である金属ナノ粒子が添加されてなる発光材料を有することを特徴とする発光体。
- 前記金属ナノ粒子が前記発光材料母材に均一に分散されていることを特徴とする請求項5に記載の発光体。
- 前記金属ナノ粒子の添加・分散により低励起・高輝度発光特性を発揮することを特徴とする請求項5に記載の発光体。
- 前記金属ナノ粒子の粒径が直径で1,000ナノメートル以下であることを特徴とする請求項5に記載の発光体。
- 発光材料に所定の励起エネルギーを印加することにより発光させる発光方法において、
前記発光材料として、ナトリウムからなる発光材料母材にニッケル超微粒子、チタン超微粒子、銀超微粒子、ステンレス超微粒子からなる群から選ばれる一種である金属ナノ粒子を添加してなる発光材料を用いることを特徴とする発光方法。 - 前記金属ナノ粒子を前記発光材料母材に均一に分散させ発光材料とすることにより発光の高輝度化を図ることを特徴とする請求項9に記載の発光方法。
- 前記金属ナノ粒子を前記発光材料母材に均一に分散させ発光材料とすることにより発光に要する励起エネルギーの低減化を図ることを特徴とする請求項9に記載の発光方法。
- 前記ナノ粒子の粒径を直径で1,000ナノメートル以下とすることを特徴とする請求項9に記載の発光方法。
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