JP5702903B2 - Luminescent material, scintillator including the luminescent material, X-ray detection element including the scintillator, and X-ray detector including the X-ray detection element - Google Patents
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Description
本発明は、発光材料、この発光材料を含むシンチレータ、このシンチレータを備えたX線検出素子、このX線検出素子を備えたX線検出器、この発光材料を用いた画像表示装置、およびこの発光材料を用いた光源に関する。 The present invention relates to a luminescent material, a scintillator including the luminescent material, an X-ray detection element including the scintillator, an X-ray detector including the X-ray detection element, an image display device using the luminescent material, and the light emission The present invention relates to a light source using a material.
近年、X線CT(Computed Tomography)の高速化、高精細化に伴い、応答速度が速く、より感度の高いX線検出器が求められている。現在用いられているX線検出器は、X線を光に変換するシンチレータと、光を電気信号に変換する受光素子とを結合したものが主流である。このため、応答速度が速く、より感度の高いX線検出器を実現するためにはシンチレータの特性を向上させることが必要であり、シンチレータを構成する発光材料の発光特性を向上する必要がある。応答速度が速いX線検出器を実現するためには、残光時間の短い発光材料が必要であり、例えば発光強度が10%にまで減衰する残光時間が10μs以下であることが望ましい。また感度の高いX線検出器を実現するためには、発光効率が高いことも必要であるが、発光材料の発光スペクトルと受光素子の感度スペクトルのマッチングが高いことが望ましい。 In recent years, with an increase in the speed and definition of X-ray CT (Computed Tomography), an X-ray detector having a higher response speed and higher sensitivity is required. Currently used X-ray detectors are mainly combined with a scintillator that converts X-rays into light and a light-receiving element that converts light into an electrical signal. For this reason, in order to realize an X-ray detector having a high response speed and higher sensitivity, it is necessary to improve the characteristics of the scintillator, and it is necessary to improve the light emission characteristics of the light emitting material constituting the scintillator. In order to realize an X-ray detector with a high response speed, a light emitting material with a short afterglow time is required. For example, it is desirable that the afterglow time when the emission intensity attenuates to 10% is 10 μs or less. In order to realize a highly sensitive X-ray detector, it is necessary that the light emission efficiency be high, but it is desirable that the emission spectrum of the light emitting material matches the sensitivity spectrum of the light receiving element.
現在、X線検出器の受光素子としては主にシリコンフォトダイオードが用いられており、この分光感度分布のピークは近赤外域にあることから、発光材料の波長も650nm以上の深赤色領域から近赤外領域にあることが望ましい。 At present, silicon photodiodes are mainly used as the light receiving elements of X-ray detectors, and the peak of this spectral sensitivity distribution is in the near infrared region, so the wavelength of the light emitting material is also close to the deep red region of 650 nm or more. It is desirable to be in the infrared region.
公知のX線検出器用シンチレータとしては、NaI:Tlからなる単結晶シンチレータ、CdWO4からなる単結晶シンチレータ、Gd2O2S:Prからなるセラミックシンチレータなどが挙げられる。これらのシンチレータの残光時間はいずれも10μs未満であるので応答速度の速いX線検出器用には好適である。しかし、発光ピーク波長がそれぞれ415nm、470nm、510nmであって、シリコンフォトダイオードとのマッチングを考えると不十分である。この他、(Y,Gd)2O3:Euからなるセラミックシンチレータが知られている。このシンチレータは、発光ピーク波長が610nmであり上述のシンチレータに比べて波長が大きくなっているが、シリコンフォトダイオード用には、まだ不十分である上、残光時間が1ms以上であり、応答速度の速いX線検出器用には不適である。なお、記号(Y,Gd)はY(イットリウム)とGd(ガドリニウム)の混晶を意味する。 Known scintillators for X-ray detectors include single crystal scintillators made of NaI: Tl, single crystal scintillators made of CdWO 4 , ceramic scintillators made of Gd 2 O 2 S: Pr, and the like. Since the afterglow time of these scintillators is less than 10 μs, it is suitable for an X-ray detector having a high response speed. However, the emission peak wavelengths are 415 nm, 470 nm, and 510 nm, respectively, which is insufficient when considering matching with a silicon photodiode. In addition, a ceramic scintillator made of (Y, Gd) 2 O 3 : Eu is known. This scintillator has an emission peak wavelength of 610 nm and a wavelength larger than that of the above-mentioned scintillator. However, it is still insufficient for a silicon photodiode, and the afterglow time is 1 ms or more. This is not suitable for a fast X-ray detector. The symbol (Y, Gd) means a mixed crystal of Y (yttrium) and Gd (gadolinium).
残光時間が短い発光材料を得る手段の一つとして許容遷移による発光を示すEu2+を発光中心として用いることが考えられる。非特許文献1にはEu2+を発光中心として用いた発光材料のリストが示されている。このリストに記載された、発光波長が650nm以上である発光材料はCaOやCaSなどの水と反応しやすい化学的に不安定な物質かまたは合成が難しい窒化物に限られている。 As one of means for obtaining a light emitting material having a short afterglow time, it is conceivable to use Eu 2+ that exhibits light emission by allowable transition as a light emission center. Non-Patent Document 1 shows a list of light emitting materials using Eu 2+ as a light emission center. Luminescent materials having an emission wavelength of 650 nm or more described in this list are limited to chemically unstable substances that easily react with water, such as CaO and CaS, or nitrides that are difficult to synthesize.
また、蛍光体は照明、ディスプレイ、医療機器などの各分野で機器の性能を左右する重要な材料として用いられている。ここで、蛍光体とは発光材料の一部を指し、以下の文章においては、同義とみなせる。例えば照明分野では、蛍光ランプや近年技術進展が著しい白色LEDなどのデバイスにおいて蛍光体が効率、演色性などの性能を大きく左右する。ディスプレイ分野では、プラズマディスプレイパネル(PDP)やフィールドエミッションディスプレイ(FED)などの自発光型ディスプレイデバイスにおいて蛍光体の発光特性が画像表示性能を大きく支配する。また液晶ディスプレイのような非発光型のディスプレイにおいては、バックライトが表示性能を大きく左右し、したがってバックライトに用いられる蛍光体は液晶ディスプレイの画像表示性能を大きく左右するといって過言ではない。このように発光を利用した各種機器において、蛍光体はそれらの左右する重要な材料となるため、より優れた発光特性の蛍光体が求められている。 In addition, phosphors are used as important materials that influence the performance of devices in various fields such as lighting, displays, and medical devices. Here, the phosphor refers to a part of the light emitting material, and can be regarded as synonymous in the following text. For example, in the lighting field, the phosphor greatly affects the performance such as efficiency and color rendering in a device such as a fluorescent lamp and a white LED whose technological progress has been remarkable in recent years. In the display field, the light emission characteristics of phosphors dominate image display performance in self-luminous display devices such as plasma display panels (PDP) and field emission displays (FED). In a non-light-emitting display such as a liquid crystal display, it is not an exaggeration to say that the backlight greatly affects the display performance, and therefore the phosphor used for the backlight greatly affects the image display performance of the liquid crystal display. Thus, in various devices using light emission, since the phosphor becomes an important material that affects them, a phosphor having more excellent light emission characteristics is demanded.
このような要請により、これまでさまざまな発光材料が開発され、一部は蛍光体として実用化されている。主要な蛍光体は例えば非特許文献2など、さまざまな文献に紹介されているが、以下にその例を示す。電子線での励起の代表的なディスプレイデバイスとして直視型の陰極線管(CRT)を挙げることができる。これに用いられる代表的な蛍光体は、青色発光蛍光体がZnS:Ag,ClまたはZnS:Ag,Al、緑色発光蛍光体がZnS:Cu,Al、赤色発光蛍光体がY2O2S:Euである。これらの蛍光体は、直視型CRTのような比較的エネルギー密度の低い電子線での励起では高効率に発光するが、同じ電子線での励起でもエネルギー密度が高い場合には飽和のために発光効率が低下してしまう。このため、投写型CRTのようにエネルギー密度の高い電子線で励起される場合には、緑色発光蛍光体としてY2SiO5:Tb、赤色発光蛍光体としてY2O3:Euなど高エネルギー密度の電子線励起下で高輝度に発光する蛍光体が用いられている。ところが青色発光蛍光体に関しては、高エネルギー密度の電子線での励起下でZnS蛍光体より高輝度で発光色も優れた蛍光体は知られていない。
In response to such demands, various light emitting materials have been developed so far, and some of them are put into practical use as phosphors. Major phosphors have been introduced in various documents such as Non-Patent
ディスプレイ分野では、近年CRTに代わりフラットパネルディスプレイが多用されるようになってきており、電子線励起でもFEDあるいはSED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display)が注目されている。これらにおいては、蛍光体は直視型CRTに比べて高いエネルギー密度の電子線で励起されるため、輝度飽和の少ない蛍光体が求められ、特に青色蛍光体はFEDあるいはSEDの励起条件下でZnS蛍光体より高輝度の蛍光体の出現が待たれている。液晶ディスプレイのバックライトに最も一般的に用いられている光源は冷陰極蛍光ランプであり、これに用いられる代表的な蛍光体としては青色発光のBaMgAl10O17:Eu(BAM)、緑色発光のLaPO4:Ce,Tb、および赤色発光のY2O3:Euを混合したものが挙げられる。 In the display field, in recent years, flat panel displays have been frequently used in place of CRTs, and attention is paid to FED or SED (Surface-Conduction Electron-Emitter Display) for electron beam excitation. In these, since the phosphor is excited by an electron beam having a higher energy density than the direct-view type CRT, a phosphor with less luminance saturation is required. In particular, the blue phosphor is ZnS fluorescent under FED or SED excitation conditions. The appearance of phosphors with higher brightness than the body is awaited. The light source most commonly used for the backlight of the liquid crystal display is a cold cathode fluorescent lamp. As a typical phosphor used for this, blue light emitting BaMgAl 10 O 17 : Eu (BAM), green light emitting A mixture of LaPO 4 : Ce, Tb and Y 2 O 3 : Eu that emits red light may be mentioned.
一方、最近は白色LED光源をバックライトに用いる試みもなされている。白色LED光源で代表的なものは、青色発光ダイオード(LED)と、黄色発光の(Y,Gd)3Al5O12:Ce蛍光体とを組み合わせたものである。液晶ディスプレイの色再現域をより広くしたいという要請からは、光源とカラーフィルタと組み合わせたときに色度図上で赤青緑の表示色が作る三角形の面積が大きいことが望ましい。したがって、バックライト光源に用いられる蛍光体にはこれらを満足するような発光スペクトルを持つことが要求され、より広い色再現域を実現できる蛍光体の出現が待たれる。また、製造上の観点からは、複数の蛍光体を混合して白色を得るよりも、一種類の蛍光体で白色光を得られる方が光源のスペクトル管理が簡便であり、一種類で白色に発光する蛍光体の出現が望ましい。上述の例のように、さまざまな蛍光体が公知になっているものの、個々の蛍光体の用途ではそれぞれの要求に応じより優れた発光特性を持つ蛍光体の出現が待たれている。
上述のように、従来のシンチレータには残光時間が短くかつ発光波長が長いという条件をともに満たすものがなかった。 As described above, there is no conventional scintillator that satisfies the conditions that the afterglow time is short and the emission wavelength is long.
また、上述のように、公知の発光材料では特性が不十分な用途も多く、新規な蛍光体材料の出現が待たれる。例えば、高エネルギー密度電子線励起下でZnS蛍光体より高輝度でありしかも発光色も優れた青色発光蛍光体や液晶ディスプレイのカラーフィルタと組み合わせたときにより広い色再現域を実現できるバックライト光源を可能にする白色蛍光体などである。 In addition, as described above, there are many uses where the characteristics of known light-emitting materials are insufficient, and the appearance of new phosphor materials is awaited. For example, a backlight light source capable of realizing a wider color gamut when combined with a blue light-emitting phosphor or a color filter of a liquid crystal display, which has higher luminance than a ZnS phosphor under high energy density electron beam excitation and excellent emission color. Such as white phosphors that make possible.
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、残光時間が10μs以下と短く、かつ発光波長が650nm以上である発光材料、この発光材料からなるシンチレータ、このシンチレータを備えたX線検出素子、このX線検出素子を備えたX線検出器を提供するととともに、高エネルギー密度の電子線での励起下でZnS蛍光体より高輝度でありしかも発光色も優れ、より広い色再現域を実現できる発光材料、この発光材料を用いた画像表示装置、およびこの発光材料を用いた光源を提供することを目的する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a light emitting material having a short afterglow time of 10 μs or less and an emission wavelength of 650 nm or more, a scintillator made of the light emitting material, and an X equipped with the scintillator A line detection element and an X-ray detector equipped with the X-ray detection element are provided. At the same time, it is brighter and brighter than ZnS phosphor under excitation with a high energy density electron beam, and has a wider color reproduction. An object of the present invention is to provide a luminescent material capable of realizing a light emitting region, an image display device using the luminescent material, and a light source using the luminescent material.
本発明の第1の態様による発光材料は、AがNa、K、Rb、Csのうちの少なくとも一つの元素を表し、RがY、La、Gd、Luのうちの少なくとも一つ元素を表す場合に、組成がARS2:Euで表される材料を含むことを特徴とする。 In the light emitting material according to the first aspect of the present invention, A represents at least one element of Na, K, Rb, and Cs, and R represents at least one element of Y, La, Gd, and Lu. And a material whose composition is represented by ARS 2 : Eu.
また、本発明の第2の態様によるシンチレータは、上記記載の発光材料から構成されることを特徴とする。 A scintillator according to the second aspect of the present invention is characterized by being made of the above-described light emitting material.
また、本発明の第3の態様によるX線検出素子は、上記記載のシンチレータと、前記シンチレータからの光を受光するシリコンフォトダイオードとを備えたことを特徴とする。 An X-ray detection element according to the third aspect of the present invention includes the scintillator described above and a silicon photodiode that receives light from the scintillator.
また、本発明の第4の態様によるX線検出器は、マトリクス状に配列された複数個の上記記載のX線検出素子と、各列に対応して設けられ、同一列の前記X線検出素子の出力に接続された信号線と、を備えていることを特徴とする。 An X-ray detector according to the fourth aspect of the present invention is provided with a plurality of X-ray detection elements described above arranged in a matrix and corresponding to each column, and the X-ray detection in the same column. And a signal line connected to the output of the element.
また、本発明の第5の態様による発光材料は、AがNa、K、Rb、Csのうちの少なくとも一つの元素を表し、RがY、La、Gd、Luのうちの少なくとも一つ元素を表す場合に、母体の組成がARS2で表されることを特徴とする。 In the luminescent material according to the fifth aspect of the present invention, A represents at least one element of Na, K, Rb, and Cs, and R represents at least one element of Y, La, Gd, and Lu. When represented, the composition of the matrix is represented by ARS 2 .
また、本発明の第6の態様による画像表示装置は、第1の基板と、前記第1の基板上に設けられた、赤、緑、青の光をそれぞれ発する赤色発光画素、緑色発光画素、青色発光画素と、前記第1の基板の前記各画素が設けられた面に対向するように配置された第2の基板と、前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面上に、前記各画素に対応して設けられ、対応する画素に電子線を発する複数の電子線源と、を備え、前記青色発光画素は、Biで付活した第5の態様による発光材料を有することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image display device comprising: a first substrate; a red light emitting pixel, a green light emitting pixel, which is provided on the first substrate and emits red, green, and blue light, respectively; A blue light emitting pixel, a second substrate disposed to face the surface of the first substrate on which the respective pixels are provided, and a surface of the second substrate facing the first substrate. A plurality of electron beam sources provided corresponding to the pixels and emitting electron beams to the corresponding pixels, wherein the blue light emitting pixel has a light emitting material according to the fifth aspect activated by Bi. It is characterized by.
また、本発明の第7の態様による光源は、BiとPrで付活された第5の態様の発光材料と、この発光材料にピーク波長が400nm以下の光を照射し、前記発光材料を励起する発光素子と、を備えていることを特徴とする。 The light source according to the seventh aspect of the present invention excites the light emitting material of the fifth aspect activated by Bi and Pr, and the light emitting material is irradiated with light having a peak wavelength of 400 nm or less to excite the light emitting material. And a light emitting element.
本発明によれば、残光時間が10μs以下と短く、かつ発光波長が650nm以上でシリコンフォトダイオードの感度スペクトルとのマッチングが良好な発光材料、この発光材料を含むシンチレータ、このシンチレータを備えたX線検出素子、およびこのX線検出素子を備えたX線検出器を提供することができる。また、高エネルギー密度の電子線での励起下でZnS蛍光体より高輝度でありしかも発光色も優れ、より広い色再現域を実現できる発光材料、この発光材料を用いた画像表示装置、およびこの発光材料を用いた光源を提供することができる。 According to the present invention, the afterglow time is as short as 10 μs or less, the emission wavelength is 650 nm or more, and the matching with the sensitivity spectrum of the silicon photodiode is good, the scintillator including the light emitting material, and the X equipped with the scintillator A line detection element and an X-ray detector including the X-ray detection element can be provided. In addition, a light-emitting material that is brighter than a ZnS phosphor under excitation with an electron beam with a high energy density, has an excellent emission color, and can realize a wider color reproduction range, an image display device using the light-emitting material, and this A light source using a light-emitting material can be provided.
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described.
本実施形態の発光材料は、組成がNaYS2:Euで表される。この発光材料はNaYS2の母体にEuを添加したものである。本発明者が知る限り、この組成式で表される蛍光体は知られていない。さらに本発明者は、この蛍光体が通常のEu付活蛍光体とは異なる特異な発光を示すことを見出した。 The composition of the luminescent material of the present embodiment is represented by NaYS 2 : Eu. This luminescent material is obtained by adding Eu to a NaYS 2 matrix. As far as the present inventor is aware, the phosphor represented by this composition formula is not known. Furthermore, the present inventor has found that this phosphor exhibits a specific light emission different from that of a normal Eu-activated phosphor.
通常、Yなど希土類元素を含む母体にEuを添加した場合、Euは+3価の形で存在し、Eu3+に特有の610nm〜630nm付近にピークを持つ線状の発光スペクトルを示す。 Usually, when Eu is added to a base material containing a rare earth element such as Y, Eu exists in a + 3-valent form, and shows a linear emission spectrum having a peak in the vicinity of 610 nm to 630 nm, which is characteristic of Eu 3+ .
一方、BaやSrなどアルカリ土類金属を含む母体にEuを添加した場合、Euはしばしば+2価の形で存在し、Eu2+に特有のバンドスペクトルを示すことが知られている。 On the other hand, when Eu is added to a matrix containing an alkaline earth metal such as Ba or Sr, it is known that Eu often exists in a + 2-valent form and shows a band spectrum peculiar to Eu 2+ .
ところがNaYS2の母体にEuを添加した場合には、母体に希土類元素を含み、アルカリ土類金属を含まないにもかかわらず、+2価のEuに特有のバンドスペクトルを示すことを本発明者は見出した。さらにこの蛍光体はEu2+の発光の中では最も長波長域の発光を示すことも本発明者は見出した。この理由は不明であるが、母体にアルカリ土類金属を含まないにもかかわらずEu2+の発光を示すこととこの発光が最も長波長域にあることとはなんらかの因果関係がある可能性もある。 However, when Eu is added to the NaYS 2 matrix, the present inventor shows that a band spectrum peculiar to + 2-valent Eu is exhibited even though the matrix contains rare earth elements and does not contain alkaline earth metal. I found it. Furthermore, the present inventor has also found that this phosphor exhibits light emission in the longest wavelength region among the light emission of Eu 2+ . The reason for this is unknown, but there is a possibility that there is some causal relationship between the fact that the emission of Eu 2+ is present in the longest wavelength range even though the matrix does not contain an alkaline earth metal. .
次に、本実施形態による発光材料の製造方法を説明する。 Next, the method for manufacturing the light emitting material according to the present embodiment will be described.
まず、原料としてNa2S、Y2S3、Eu2O3を1.05:0.997:0.003のモル比、具体的重量としてはそれぞれ20.49g、68.29g、0.264gを秤量し、混合した。これをカーボン製のるつぼに充填し、硫化水素雰囲気で1000℃、1.5時間の焼成を行った。焼成後の体色はピンク色を呈している。これを乳鉢により粉砕し、水洗、乾燥を経て粉体の発光材料を得た。水洗時にも発光材料の顕著な溶解や分解はなかった。 First, Na 2 S, Y 2 S 3 and Eu 2 O 3 as raw materials have a molar ratio of 1.05: 0.997: 0.003, and specific weights are 20.49 g, 68.29 g, and 0.264 g, respectively. Were weighed and mixed. This was filled in a carbon crucible and fired at 1000 ° C. for 1.5 hours in a hydrogen sulfide atmosphere. The body color after firing is pink. This was pulverized with a mortar, washed with water, and dried to obtain a powdery luminescent material. There was no significant dissolution or decomposition of the luminescent material even when washed with water.
粉体の発光材料をX線回折によって分析したところ、NaYS2が生成していることを確認し、この発光材料がNaYS2:Euであることを確認できた。この発光材料を加速電圧10kVの電子線パルスで励起し、残光特性を評価したところ、発光強度が10%に低下する残光時間は7μsであり、10μs以下の十分短い残光時間であることが確認できた。 When the luminescent material of the powder was analyzed by X-ray diffraction, it was confirmed that NaYS 2 was formed, and it was confirmed that this luminescent material was NaYS 2 : Eu. When this luminescent material was excited by an electron beam pulse with an acceleration voltage of 10 kV and the afterglow characteristics were evaluated, the afterglow time for the emission intensity to drop to 10% was 7 μs, and it was a sufficiently short afterglow time of 10 μs or less. Was confirmed.
次に、この粉体の発光材料をタングステン陽極、管電圧120kV、30mm厚のAlフィルタ使用の条件でX線を照射したときの発光スペクトルを測定した。この測定結果によれば、図1に示すように約690nmにピークを持つ長波長のバンド状発光を示すことがわかった。この発光スペクトルの波長を光子エネルギーに換算して表示した場合の発光スペクトルを図2に示す。なお、換算は、hをプランク定数とし、cを光速とし、λを光りの波長とすると、光子エネルギー=hc/λの換算式を用いて行った。図2からわかるように、本実施形態の発光材料の発光スペクトルの半値幅は0.28eVであった。 Next, an emission spectrum was measured when the powdered luminescent material was irradiated with X-rays under the conditions of using a tungsten anode, a tube voltage of 120 kV, and a 30 mm thick Al filter. According to this measurement result, it was found that long-wave band emission having a peak at about 690 nm as shown in FIG. The emission spectrum when the wavelength of this emission spectrum is converted into photon energy and displayed is shown in FIG. The conversion was performed using a conversion formula of photon energy = hc / λ, where h is the Planck constant, c is the speed of light, and λ is the wavelength of light. As can be seen from FIG. 2, the full width at half maximum of the emission spectrum of the luminescent material of this embodiment was 0.28 eV.
次に、Gd2O2S:Prからなる既存の発光材料を比較例とする。すると、この比較例の発光材料Gd2O2S:Prからなるシンチレータは、発光スペクトルが図3に示すように約510nmに主ピークを持ち、線状の発光を示す。 Next, an existing light emitting material made of Gd 2 O 2 S: Pr is used as a comparative example. Then, the scintillator made of the light emitting material Gd 2 O 2 S: Pr of this comparative example has a main peak at about 510 nm as shown in FIG. 3, and exhibits linear light emission.
本実施形態および比較例のそれぞれの発光材料の発光スペクトルから、シリコンフォトダイオードと組み合わせた場合に、それぞれの発光材料が単位エネルギーの発光を放出したときにシリコンフォトダイオードから得られる電流信号の強度の比を算出した。すると、比較例の発光材料であるGd2O2S:Prの電流信号の強度を100とした場合、本実施形態の発光材料であるNaYS2:Euの電流信号の強度は125となり、比較例に比べて高いことがわかった。 From the emission spectrum of each light emitting material of the present embodiment and the comparative example, when combined with a silicon photodiode, the intensity of the current signal obtained from the silicon photodiode when each light emitting material emits light of unit energy. The ratio was calculated. Then, when the intensity of the current signal of Gd 2 O 2 S: Pr, which is the light emitting material of the comparative example, is 100, the intensity of the current signal of NaYS 2 : Eu, which is the light emitting material of the present embodiment, is 125. It was found to be higher than
シンチレータはその使われ方から単結晶やセラミックスなどのバルク体であることが望ましい。しかし、本実施形態の発光材料は粉体である。粉体の発光材料を原料に用いて焼結によりシンチレータを得る技術として、特開昭62−275072号公報に示された金属カプセルを用いた熱間静水圧プレス法によるシンチレータの製造法が知られている。この方法は硫黄を成分として含む発光材料からシンチレータを得るのに適している。この方法を用いて、本実施形態に係るシンチレータを作成する。まず、本実施形態のNaYS2:Euからなる粉体発光材料、約60gをプレス成型によって円筒形にし、これをモリブデン箔で覆い、タンタル製の円筒形カプセルに封入した。ついでアルゴンガスを用いて2000気圧、1200℃、3時間の熱間静水圧プレスを施した後、カプセルを剥離し、NaYS2:Euのセラミックシンチレータ材料を得た。このシンチレータ材料を縦と横がX線検出器などの用途から要請されるサイズに、厚さがX線を十分吸収できる厚さ(例えば1〜3mm)になるように切断する。本実施形態においては、縦約4mm、横約1mm、厚さ2mmになるように切断し、その後、研磨加工を施してシンチレータを作製した。 The scintillator is preferably a bulk body such as a single crystal or ceramics because of its usage. However, the luminescent material of this embodiment is a powder. As a technique for obtaining a scintillator by sintering using a light emitting material of powder as a raw material, a method of manufacturing a scintillator by a hot isostatic pressing method using a metal capsule disclosed in JP-A-62-275072 is known. ing. This method is suitable for obtaining a scintillator from a light emitting material containing sulfur as a component. Using this method, the scintillator according to the present embodiment is created. First, about 60 g of a powder luminescent material made of NaYS 2 : Eu of this embodiment was made into a cylindrical shape by press molding, covered with molybdenum foil, and sealed in a cylindrical capsule made of tantalum. Then, after applying a hot isostatic press for 3 hours at 2000 atmospheric pressure and 1200 ° C. using argon gas, the capsule was peeled off to obtain a ceramic scintillator material of NaYS 2 : Eu. This scintillator material is cut into a size (for example, 1 to 3 mm) that can sufficiently absorb X-rays in the vertical and horizontal sizes required for applications such as an X-ray detector. In the present embodiment, the scintillator was manufactured by cutting to a length of about 4 mm, a width of about 1 mm, and a thickness of 2 mm, followed by polishing.
なお、本実施形態では熱間静水圧プレス処理の温度を1000℃程度まで低下させることもできるため、タンタル製カプセルの代わりに、より融点の低い鉄製のカプセルなどを用いることも可能である。 In this embodiment, since the temperature of the hot isostatic pressing can be lowered to about 1000 ° C., iron capsules having a lower melting point can be used instead of tantalum capsules.
次に、図4に示すように、上述のように作製されたシンチレータ11と、このシンチレータ11からの光を受光するシリコンフォトダイオード12とを、光学的に透明な接着材、例えばエポキシ樹脂系接着材13を用いて接着し、検出素子10を作製した。
Next, as shown in FIG. 4, the
続いて、図5に示すように、検出素子10を基板21上にマトリクス状に配置した本実施形態に係るX線検出器20を作製した。作製された本実施形態に係るX線検出器20は、図5に示すように、同一列の検出素子10の出力は同一の信号線22を介して外部に出力されるように構成されている。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
一方、比較例のGd2O2S:Prからなる発光材料についても本実施形態と同様の形状のシンチレータを作製し、シリコンフォトダイオードに接着して、検出素子を形成し、これらの検出素子を基板上にマトリクス状に配置することで、比較例のX線検出器を形成した。 On the other hand, a scintillator having the same shape as that of the present embodiment is also produced for the light emitting material made of Gd 2 O 2 S: Pr of the comparative example, and bonded to a silicon photodiode to form detection elements. The X-ray detector of the comparative example was formed by arranging in a matrix on the substrate.
両者のX線検出器にタングステン陽極、管電圧120kV、30mm厚のAlフィルタ使用の条件でX線を照射したときのフォトダイオード出力を比較すると、比較例のX線検出器に対し、本実施形態のX線検出器は110%の感度を示した。
Comparing the photodiode output when both X-ray detectors were irradiated with X-rays under the conditions of using tungsten anode,
また、本実施形態のX線検出器にパルス状のX線を照射し減衰特性を測定したところ、出力が10%に減衰する残光時間は10μs以下であることが確認できた。 Further, when the attenuation characteristic was measured by irradiating the X-ray detector of this embodiment with pulsed X-rays, it was confirmed that the afterglow time when the output was attenuated to 10% was 10 μs or less.
以上説明したように、本実施形態によれば、残光時間が10μs以下と短く、かつ発光波長が650nm以上でシリコンフォトダイオードの感度スペクトルとのマッチングが良好な発光材料、この発光材料を含むシンチレータおよびこのシンチレータを備えたX線検出器を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the afterglow time is as short as 10 μs or less, the light emitting wavelength is 650 nm or more, and the matching with the sensitivity spectrum of the silicon photodiode is good, and the scintillator including this light emitting material And an X-ray detector provided with this scintillator can be provided.
第1実施形態においては、母体としてNaYS2を用いた場合を示した。しかし、AをNa、K、Rb、Csの少なくとも一つの元素とし、RをY、La、Gd、Luの少なくとも一つの元素とすると、組成がARS2:Euで表される発光材料であっても第1実施形態と同様の効果を奏することができる。これらの発光材料はARS2の母体にEuを添加したものである。これらの発光材料の発光スペクトルの半値幅は0.25eV〜0.35eVである。また、添加するEuの濃度が高すぎると発光効率が低下してしまうため、Euの添加量はおおよそ3モル%以下であることが望ましい。さらに好ましいEu添加量は0.01モル%〜1モル%である。 In the first embodiment, showing a case of using the Nays 2 as a matrix. However, when A is at least one element of Na, K, Rb, and Cs and R is at least one element of Y, La, Gd, and Lu, the composition is a light emitting material represented by ARS 2 : Eu. The same effect as the first embodiment can be obtained. These light emitting materials are obtained by adding Eu to the base of ARS 2 . The FWHM of the emission spectrum of these luminescent materials is 0.25 eV to 0.35 eV. Further, if the concentration of Eu to be added is too high, the light emission efficiency is lowered. Therefore, the amount of Eu added is desirably about 3 mol% or less. A more preferable Eu addition amount is 0.01 mol% to 1 mol%.
なお、一般に、ARS2で表される母体は立方晶系または六方晶系の結晶構造をとるが、本発明者は、この中で発光を示すものは六方晶系のもののみであることを見出した。上記AとRの組み合わせの中では、発光を示すものは、AがNaでありRがY、Gd、Luのいずれかであるか、またはAがK、Rb、Csの少なくとも一つでありRはY、La、Gd、Luのいずれかの場合である。母体がNaLaS2などの結晶構造がNaCl型の立方晶系のものでは、後述するように発光が認められないかまたは発光強度が非常に弱く、実用的ではない。 In general, the matrix represented by ARS 2 has a cubic or hexagonal crystal structure, but the present inventor has found that only the hexagonal crystal exhibits light emission. It was. Among the combinations of A and R, those that exhibit light emission are those in which A is Na and R is Y, Gd, or Lu, or A is at least one of K, Rb, and Cs, and R Is one of Y, La, Gd, and Lu. When the base material is a crystal structure of NaCl type such as NaLaS 2 , light emission is not recognized or the light emission intensity is very weak as described later, which is not practical.
上記発光材料のうちNaGdS2:Euの発光材料を第2実施形態として説明する。 Among the light emitting materials, a light emitting material of NaGdS 2 : Eu will be described as a second embodiment.
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による発光材料は、以下のように形成される。
まず、原料としてNa2S、Gd2S3、Eu2O3をそれぞれ20.49g、102.4g、0.264gを秤量し、硫化水素雰囲気中で1000℃、3時間の焼成により本実施形態の発光材料を得た。得られた発光材料はやはりピンクの体色を示していた。本実施形態の発光材料を加速電圧10kVの電子線パルスで励起し、残光特性を評価したところ、発光強度が10%に低下する残光時間は7μsであり、10μs以下の十分短い残光時間であることが確認できた。
(Second Embodiment)
The light emitting material according to the second embodiment of the present invention is formed as follows.
First, 20.49 g, 102.4 g, and 0.264 g of Na 2 S, Gd 2 S 3 , and Eu 2 O 3 were weighed as raw materials, respectively, and fired at 1000 ° C. for 3 hours in a hydrogen sulfide atmosphere. A luminescent material was obtained. The obtained luminescent material still showed a pink body color. When the afterglow characteristic was evaluated by exciting the light emitting material of the present embodiment with an electron beam pulse having an acceleration voltage of 10 kV, the afterglow time when the emission intensity decreased to 10% was 7 μs, and a sufficiently short afterglow time of 10 μs or less. It was confirmed that.
また、本実施形態の発光材料に、タングステン陽極、管電圧120kV、30mm厚のAlフィルタ使用の条件でX線を照射したときの発光スペクトルを測定すると、図6に示すように約750nmにピークを持ち、十分長波長のバンド状発光を示すことがわかった。この発光スペクトルの光子エネルギーに換算したときの半値幅は0.29eVであった。この発光スペクトルから、シリコンフォトダイオードと組み合わせたときに、本実施形態の発光材料が単位エネルギーの発光を放出したときにシリコンフォトダイオードから得られる電流の信号強度を計算した。すると、第1実施形態で説明した比較例の発光材料であるGd2O2S:Prの場合を100とした場合、本実施形態の発光材料であるNaGdS2:Euは132となり、比較例に比べて高いことがわかった。 In addition, when the emission spectrum when the X-ray was irradiated to the luminescent material of this embodiment under the conditions of using a tungsten anode, a tube voltage of 120 kV, and a 30 mm thick Al filter was used, a peak was observed at about 750 nm as shown in FIG. It was found to show band-like light emission with a sufficiently long wavelength. The full width at half maximum when converted to photon energy in this emission spectrum was 0.29 eV. From this emission spectrum, when combined with a silicon photodiode, the signal intensity of the current obtained from the silicon photodiode when the luminescent material of the present embodiment emitted light of unit energy was calculated. Then, assuming that the case of Gd 2 O 2 S: Pr, which is the light emitting material of the comparative example described in the first embodiment, is 100, NaGdS 2 : Eu, which is the light emitting material of the present embodiment, is 132, which is a comparative example. It turned out to be expensive.
以上説明したように、本実施形態によれば、残光時間が10μs以下と短く、かつ発光波長が650nm以上でシリコンフォトダイオードの感度スペクトルとのマッチングが良好な発光材料を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a light emitting material having a short afterglow time of 10 μs or less, an emission wavelength of 650 nm or more, and a good matching with the sensitivity spectrum of the silicon photodiode.
なお、第1および第2実施形態で説明した発光材料の他に、NaYS2:Euについて、Eu2O3の比を0.01にしたものと0.001にした発光材料を試作した。前者は発光ピークが約700nmにシフトし、後者は約690nmといずれも長波長の発光を示した。 In addition to the light emitting material described in the first and second embodiments, a light emitting material in which the ratio of Eu 2 O 3 was set to 0.01 and 0.001 was manufactured for NaYS 2 : Eu. In the former, the emission peak shifted to about 700 nm, and in the latter, about 690 nm, both of which showed long wavelength emission.
これに対して、原料としてLi2S、Y2S3、Eu2O3を1.05:0.997:0.003の比で秤量し混合したもの、およびNa2S、La2S3、Eu2O3を1.05:0.997:0.003の比で秤量し混合したものをそれぞれ硫化水素雰囲気中で1000℃、3時間の焼成を行った試料を作製した。これらを乳鉢で粉砕した後、水洗しようとしたが、水分により一部溶解してしまう兆候が見られたため、未洗浄の粉体を評価した。加速電圧10kVの電子線励起で上記NaYS2:Eu粉体と発光強度を比較したところ発光エネルギーは両者ともNaYS2:Euの1%未満でしかなかった。 In contrast, Li 2 S, Y 2 S 3 , Eu 2 O 3 as raw materials were weighed and mixed at a ratio of 1.05: 0.997: 0.003, and Na 2 S, La 2 S 3 , Eu 2 O 3 was weighed and mixed at a ratio of 1.05: 0.997: 0.003, and samples were fired at 1000 ° C. for 3 hours in a hydrogen sulfide atmosphere. After these were pulverized in a mortar and then tried to wash with water, there was an indication that they were partially dissolved by moisture, so unwashed powder was evaluated. When the emission intensity was compared with the NaYS 2 : Eu powder by electron beam excitation at an acceleration voltage of 10 kV, the emission energy was only less than 1% of NaYS 2 : Eu.
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態による発光材料は母体組成がARS2で表される。ここで、AはNa、K、Rb、Csの少なくとも一つの元素を表し、RはY、La、Gd、Luの少なくとも一つ元素を表す。また、付活元素としては、希土類元素であるCe、Pr、Eu、Tb、遷移金属であるMn、Cu、2個のs電子を持つイオンになりTl+のような遷移による発光を示すIn、Sn、Sb、Bi等を選択できる。なお、付活元素とは発光中心とするためにドープした元素を指している。一般に、付活元素の濃度は最適な値があり、それより多すぎても少なすぎても発光効率などの発光特性が低下することが知られている。この最適な濃度は母体や付活元素イオンの種類によっても異なるが、おおよそ0.01モル%〜10モル%の範囲内であることが多い。文献(P. Dorenbos: J. Lumin. 91 (2000) pp.155-176)ではCeをドープしたNaYS2、すなわちNaYS2:Ceが示されているが、発光することは示されていない。したがって、この文献においては意図したNaYS2:Ceなる物質が得られていない可能性があると考えられる。本発明者が知る限り、他の元素の組み合わせも含めて母体組成がARS2で表される発光材料は知られていない。
(Third embodiment)
The light emitting material according to the third embodiment of the present invention has a matrix composition represented by ARS 2 . Here, A represents at least one element of Na, K, Rb, and Cs, and R represents at least one element of Y, La, Gd, and Lu. In addition, as the activator element, rare earth elements Ce, Pr, Eu, Tb, transition metals Mn, Cu, ions having two s electrons, and light emission by transition such as Tl + , Sn, Sb, Bi, etc. can be selected. Note that the activator element refers to an element doped to make the emission center. In general, the concentration of the activator element has an optimum value, and it is known that the light emission characteristics such as the light emission efficiency decrease if the concentration is too much or too little. This optimum concentration varies depending on the type of the matrix and the activator ion, but is often within the range of about 0.01 mol% to 10 mol%. The literature (P. Dorenbos: J. Lumin. 91 (2000) pp.155-176) shows Ce-doped NaYS 2 , ie NaYS 2 : Ce, but does not show any emission. Therefore, it is considered that the intended substance NaYS 2 : Ce may not be obtained in this document. As far as the present inventor is aware, a light-emitting material having a matrix composition represented by ARS 2 including a combination of other elements is not known.
前述したように、ARS2で表される母体は立方晶系または六方晶系の結晶構造をとるが、本発明者は、Eu以外の付活元素についても、この結晶構造中で強い発光を示すものは六方晶系のもののみであることを見出した。上記AとRの組み合わせの中では、発光を示すものは、AがNaでありRがY、Gd、Luのいずれかであるか、またはAがK、Rb、Csの少なくとも一つでありRはY、La、Gd、Luのいずれかの場合である。NaLaS2など、母体の結晶構造が立方晶系のNaCl型のものでは、発光が認められないかまたは発光強度が非常に弱く、実用的ではない。 As described above, the matrix represented by ARS 2 has a cubic or hexagonal crystal structure, but the present inventor also shows strong light emission in this crystal structure with respect to an activating element other than Eu. It was found that the thing was only a hexagonal one. Among the combinations of A and R, those that exhibit light emission are those in which A is Na and R is Y, Gd, or Lu, or A is at least one of K, Rb, and Cs, and R Is one of Y, La, Gd, and Lu. When the base crystal structure such as NaLaS 2 is a cubic NaCl type, light emission is not observed or the light emission intensity is very weak, which is not practical.
本実施形態の蛍光体材料は、構成金属元素の硫化物や酸化物などその他化合物を、硫化水素など硫黄を含む雰囲気中で焼成することで合成できるが、焼成時の雰囲気制御が重要である。酸素を含む雰囲気中で焼成すると容易に酸化されてしまうため、酸素を極力含まない雰囲気での焼成が必要である。また、原料中に酸化物など酸素を含むものを用いる場合には、酸素を除去するため硫化水素など還元性の雰囲気で焼成することが必要になる。また、焼成温度の制御も重要である。焼成温度が高すぎると母体を構成するアルカリ金属が揮散してしまったり、結晶構造が立方晶系に転移してしまうこともありえるため、発光強度が著しく低下することが起こりうる。好ましい焼成温度の上限は母体構成元素の組み合わせにもよるが、本発明者の知見によればおおよそ1200℃である。 The phosphor material of the present embodiment can be synthesized by firing other compounds such as sulfides and oxides of constituent metal elements in an atmosphere containing sulfur such as hydrogen sulfide. However, controlling the atmosphere during firing is important. Since it is easily oxidized when fired in an atmosphere containing oxygen, firing in an atmosphere containing as little oxygen as possible is necessary. In addition, when an oxygen-containing material such as an oxide is used, it is necessary to perform firing in a reducing atmosphere such as hydrogen sulfide in order to remove oxygen. Also, the control of the firing temperature is important. If the firing temperature is too high, the alkali metal constituting the matrix may be volatilized or the crystal structure may be transferred to a cubic system, so that the emission intensity may be significantly reduced. Although the upper limit of the preferable firing temperature depends on the combination of the matrix constituent elements, it is approximately 1200 ° C. according to the knowledge of the present inventor.
付活元素としてMn、Cu、In、Sn、Sb、またはBiを用いた場合、これらは母体構成元素の組み合わせに応じたバンドスペクトルの発光を示す。特に付活元素がBiで母体がNaYS2のものは、電子線励起用の代表的蛍光体であるZnS:Ag,Clに匹敵する発光色が得られ、高エネルギー密度の電子線での励起下ではZnS:Ag,Clを上回る輝度が実現できることを本発明者達は見出した。 When Mn, Cu, In, Sn, Sb, or Bi is used as the activator element, these exhibit light emission in a band spectrum corresponding to the combination of the matrix constituent elements. In particular, when the activator is Bi and the base is NaYS 2 , an emission color comparable to that of ZnS: Ag, Cl, which is a representative phosphor for electron beam excitation, is obtained, and under excitation with a high energy density electron beam. Then, the present inventors have found that a luminance exceeding ZnS: Ag, Cl can be realized.
また、付活元素としてCeを用いた場合、やはり母体構成元素の組み合わせに応じたバンドスペクトルの発光を示すが、概してCe3+イオンの発光としては異常に長波長の橙色〜赤色の発光を示す。 In addition, when Ce is used as the activator element, emission of a band spectrum corresponding to the combination of the matrix constituent elements is also exhibited, but as a general emission of Ce 3+ ions, abnormally long wavelength orange to red emission is exhibited.
また、付活元素としてPrを用いた場合には、Pr3+イオンの3P0準位からの遷移に特有の500nm付近および670nm付近にピークを持つ発光示す。付活元素としてTbを用いた場合には、Tb3+イオンに特有の550nm付近に主ピークを持つ発光示す。 In addition, when Pr is used as the activator element, light emission having peaks near 500 nm and 670 nm peculiar to the transition from the 3 P 0 level of Pr 3+ ions is exhibited. When Tb is used as the activating element, light emission having a main peak in the vicinity of 550 nm peculiar to Tb 3+ ions is exhibited.
また、付活元素としてEuを用いた場合には、第1実施形態で説明したように、母体に+3価の希土類元素を含むにもかかわらず、+2価のEuに特有のバンドスペクトルを示す。アルカリ土類金属を含む母体にEuを添加した場合には、Euはしばしば+2価の形で存在し、Eu2+に特有のバンドスペクトルを示すことが知られている。しかし、アルカリ土類金属を含まない母体でEu2+に特有の発光が観測されることは極めて珍しい現象である。 In addition, when Eu is used as the activating element, as described in the first embodiment, a band spectrum peculiar to +2 valent Eu is exhibited even though the base material contains +3 valent rare earth element. It is known that when Eu is added to a matrix containing an alkaline earth metal, Eu often exists in a + 2-valent form and exhibits a band spectrum specific to Eu 2+ . However, it is an extremely rare phenomenon that light emission peculiar to Eu 2+ is observed in a matrix that does not contain an alkaline earth metal.
また、上述の付活元素を2種以上同時に用いることも可能である。例えばNaYS2にBiとPrをドープすることにより、440nm付近、500nm付近、および670nm付近にピークを持つ発光が得られる。 It is also possible to use two or more of the above-mentioned activation elements at the same time. For example, when NaYS 2 is doped with Bi and Pr, light emission having peaks at around 440 nm, around 500 nm, and around 670 nm can be obtained.
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態による画像表示装置を、図7を参照して説明する。図7は、本実施形態の画像表示装置の断面図の一部分である。本実施形態の画像表示装置は、前面ガラス基板31と、このガラス基板31の一方の面上に形成された、青色発光画素32、緑色発光画素33、および赤色発光画素34と、各画素間に設けられたブラックマトリックス35と、画素を被覆するアルミニウム薄膜36と、ガラス基板31に対向するように設けられた裏面基板37と、この裏面基板37のガラス基板31に対向する面上に、各画素に対向するように設けられた電子線源38とを備えている。これらの電子線源38は、SCE(Surface-Conduction Electron-Emitter)である。これらの電子線原8から電子を対向する画素に発射すると、電子を入射された画素が発光する。この光をガラス基板31の画素が形成された面と反対側の面から人が見ることになる。本実施形態の画像表示装置においては、青色発光画素32に塗布される青色蛍光体として、母体がARS2で付活元素がBiであるARS2:Biが用いられている。なお、本実施形態においては、緑色発光画素33に塗布される緑色発光蛍光体として例えばY2SiO5:Tbが用いられ、赤色発光画素34に塗布される赤色発光蛍光体として例えばY2O3:Euが用いられる。
(Fourth embodiment)
Next, an image display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a part of a cross-sectional view of the image display apparatus of the present embodiment. The image display device according to the present embodiment includes a
このように、本実施形態においては、従来の青色蛍光体、例えばZnS:Ag,Cl蛍光体の代わりにARS2:Bi蛍光体を用いているので、高輝度すなわち高エネルギー密度の励起条件下でも発光効率の低下の少ない高輝度の青色発光を得ることができる。なお従来のZnS:Ag,ClやZnS:Ag,Al等の青色蛍光体と同等の発光色を得るためには、母体としてNaYS2を選択することが好適である。 Thus, in this embodiment, since the ARS 2 : Bi phosphor is used instead of the conventional blue phosphor, for example, the ZnS: Ag, Cl phosphor, even under the excitation condition of high luminance, that is, high energy density. High-luminance blue light emission with little decrease in luminous efficiency can be obtained. In order to obtain an emission color equivalent to that of a conventional blue phosphor such as ZnS: Ag, Cl or ZnS: Ag, Al, it is preferable to select NaYS 2 as a base material.
なお、本実施形態の変形例の画像表示装置として、図8に示すように、青色発光画素32と、前面ガラス基板31との間に青色を選択的に透過させるフィルタ層40を設けてもよい。なお、緑色発光画素33と前面ガラス基板31との間に緑色を選択的に透過させるフィルタ層40を設け、赤色発光画素34と前面ガラス基板31との間に赤色を選択的に透過させるフィルタ層40を設けるようにしてもよい。
As an image display device according to a modification of the present embodiment, a
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態による光源を図20に示す。本実施形態の光源は、ARS2:Bi,Pr蛍光体と、発光素子として近紫外発光ダイオードとを組み合わせた光源である。ここで近紫外発光ダイオードとはピーク波長がおよそ400nmより短波長の発光ダイオード(LED)である。本実施形態の光源は、この近紫外発光ダイオード60をセラミック・パッケージ(外囲器)73内に配置されたサブマウント76上にフリップチップ実装し、ARS2:Bi,Pr蛍光体材料を分散させた樹脂72で封止した構成となっている。本実施形態の光源においては、凹部を有するセラミック・パッケージ73の上記凹部の底部を貫通するように設けられたリード電極77上にサブマウント76が形成されている。このサブマウント76上に一対のバンプ75が設けられ、この一対のバンプ75に、発光ダイオード60の一対の電極68、69が接続されるように、発光ダイオード60がフリップチップ実装されている。バンプ75の材料としては、金属バンプやはんだを使用するが、金バンプを用いると好ましい。バンプ75とリード電極77は金線等の導電性ワイヤなどでサブマウント76の内部を貫通して接合し電気的導通を取る。リード電極77は電気伝導性が良いことが求められる。リード電極77の材料としては、鉄、銅、銅の合金等や、これらに銀、アルミニウム、金等の金属メッキが施されたものが使用できる。
(Fifth embodiment)
Next, the light source by 5th Embodiment of this invention is shown in FIG. The light source of the present embodiment is a light source that combines an ARS 2 : Bi, Pr phosphor and a near-ultraviolet light emitting diode as a light emitting element. Here, the near ultraviolet light emitting diode is a light emitting diode (LED) having a peak wavelength shorter than about 400 nm. In the light source of this embodiment, the near-ultraviolet light-emitting
また、セラミック・パッケージ73と発光ダイオード60を気密封止するため樹脂72などで接着されている。樹脂72中には、上記発光ダイオード60が発光する光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光するARS2:Bi,Pr蛍光体が分散されている。
In addition, the
この構成により、発光ダイオード60から放出された光の一部は、蛍光体が分散された封止樹脂72を通過する際に蛍光体により波長変換される。この波長変換された光と、波長変換されずに封止樹脂72を通過した光との混色により、より広い色再現域を実現することが可能な白色光が得られる。
With this configuration, a part of the light emitted from the
本実施形態の光源を液晶ディスプレイのバックライトとして用いた場合、色再現域をより広くするためには、蛍光体の青色発光成分のピーク波長が短いことが望ましく、母体としてNaYS2を選択することが好適である。 When the light source of this embodiment is used as a backlight of a liquid crystal display, it is desirable that the peak wavelength of the blue light emitting component of the phosphor is short in order to further widen the color reproduction range, and NaYS 2 should be selected as the base material. Is preferred.
なお、本実施形態の光源においては、発光素子の一対の電極68、69は同じ側に形成されていたが、例えば図21に示すように、反対側に形成された電極68、69を備えた発光素子60Aを用いてもよい。この場合、電極68はボンディングワイヤ78を介してパッド75に電気的に接続される。なお、n側電極68は、n型GaNからなる基板にコンタクトされる。また、n側電極68とp側電極69とを上下逆の配置としてもよい。
In the light source of this embodiment, the pair of
また、本実施形態においては、発光素子として発光ダイオードを例にとって説明したが、発光素子が半導体レーザ素子であってもよい。
以下に、第3乃至第5実施形態の実施例を詳細に説明する。
In the present embodiment, the light emitting diode is described as an example of the light emitting element. However, the light emitting element may be a semiconductor laser element.
Examples of the third to fifth embodiments will be described in detail below.
(実施例1)
原料としてNa2S、Y2S3、Bi2O3を1.1:0.999:0.001のモル比、具体的重量としてはそれぞれ21.5g、68.3g、0.116gを秤量し、混合した。これをカーボン製のるつぼに充填し、硫化水素雰囲気で1000℃、1.5時間の焼成を行った。これを乳鉢により粉砕し、水洗、乾燥を経て実施例1の、NaYS2:Biからなる粉体蛍光体材料を得た。バリウム塩の水溶液と水ガラスを用いる沈降法によりガラス基板上に上記蛍光体の蛍光面を形成した。次に、有機フィルムを形成し、アルミニウム蒸着、ベーキングを経て、裏面にアルミニウム薄膜を形成した蛍光面を作製した。
Example 1
Na 2 S, Y 2 S 3 , and Bi 2 O 3 as raw materials have a molar ratio of 1.1: 0.999: 0.001, and specific weights are 21.5 g, 68.3 g, and 0.116 g, respectively. And mixed. This was filled in a carbon crucible and fired at 1000 ° C. for 1.5 hours in a hydrogen sulfide atmosphere. This was pulverized with a mortar, washed with water, and dried to obtain a powder phosphor material made of NaYS 2 : Bi of Example 1. The phosphor screen of the phosphor was formed on a glass substrate by a sedimentation method using an aqueous solution of barium salt and water glass. Next, an organic film was formed, and after passing through aluminum vapor deposition and baking, a phosphor screen having an aluminum thin film formed on the back surface was produced.
また、比較例として同様にして公知の蛍光体ZnS:Ag,Clの蛍光面を作製した。これらの蛍光面を加速電圧10kV、パルス幅約100μs、電流密度約5mA/cm2のパルス駆動電子線にて励起し、輝度を測定したところ、実施例1の蛍光体の蛍光面は比較例の蛍光体の蛍光面に対し136%という高い輝度を示した。また実施例1の蛍光体を用いた蛍光面の発光スペクトルは図9に示すようであり、発光色の色度は(0.154,0.096)で十分青色発光蛍光体として使用可能なものであった。 Further, as a comparative example, a phosphor screen of a known phosphor ZnS: Ag, Cl was prepared in the same manner. When these phosphor screens were excited by a pulse drive electron beam having an acceleration voltage of 10 kV, a pulse width of about 100 μs and a current density of about 5 mA / cm 2 , and the luminance was measured, the phosphor screen of the phosphor of Example 1 was a comparative example. The brightness was as high as 136% with respect to the phosphor screen of the phosphor. Also, the emission spectrum of the phosphor screen using the phosphor of Example 1 is as shown in FIG. 9, and the chromaticity of the emission color is (0.154, 0.096), which can be used as a blue light emitting phosphor. Met.
次に、実施例1の蛍光体を、図7に示す第4実施形態の画像表示装置の青色発光画素32に塗布したディスプレイパネルを作製した。また、比較のために、青色発光画素32に塗布する青色蛍光体として比較例のZnS:Ag,Clからなる蛍光体を用いたディスプレイパネルを作製し、実施例1の蛍光体を用いたディスプレイパネルと比較例の蛍光体を用いたディスプレイパネルに対して、最大輝度の駆動条件で青色を表示したときの輝度を比較した。この比較結果によると、実施例1の蛍光体を用いたディスプレイパネルは、比較例の蛍光体を用いたディスプレイパネルよりも120%の輝度が得られた。
Next, a display panel in which the phosphor of Example 1 was applied to the blue
(実施例2)
原料としてNa2S、Y2S3、Bi2O3、Pr6O11を1.05:0.996:0.001:0.003のモル比、具体的重量としてはそれぞれ20.5g、68.3g、0.129、0.766gを秤量し、混合した。これをカーボン製のるつぼに充填し硫化水素雰囲気で1000℃、1.5時間の焼成を行った。これを乳鉢により粉砕し、水洗、乾燥を経て実施例2の、NaYS2:Bi,Prからなる粉体蛍光体材料を得た。これをピーク波長約385nmの近紫外LEDで励起して発光スペクトルを測定したところ、図10に示すような発光スペクトルが得られた。
(Example 2)
Na 2 S, Y 2 S 3 , Bi 2 O 3 , Pr 6 O 11 as raw materials in a molar ratio of 1.05: 0.996: 0.001: 0.003, specific weights of 20.5 g, 68.3 g, 0.129, and 0.766 g were weighed and mixed. This was filled in a carbon crucible and fired at 1000 ° C. for 1.5 hours in a hydrogen sulfide atmosphere. This was pulverized with a mortar, washed with water, and dried to obtain a powder phosphor material made of NaYS 2 : Bi, Pr of Example 2. When this was excited with a near-ultraviolet LED having a peak wavelength of about 385 nm and an emission spectrum was measured, an emission spectrum as shown in FIG. 10 was obtained.
次に、近紫外LED素子上に実施例2の蛍光体を分散した樹脂層を形成し、白色LED光源を作製した。この光源と液晶ディスプレイに用いられる青、緑、赤の各カラーフィルタとを組み合わせたときのxy色度図上での表示色を測定してみると、図11に示すように、青が(0.12,0.21)、緑が(0.16,0.61)、赤が(0.61,0.28)であった。色度図上でこの青緑赤が作る三角形52の面積を代表的な規格であるNTSCの三角形51の面積と比べると63%という数値であった。一方、既存の蛍光体を用いた冷陰極蛍光ランプを光源に用いた場合は、この三角形54の面積はNTSCの三角形51の53%であった。また青色LEDと黄色発光蛍光体を組み合わせるタイプの市販の白色LEDを光源に用いてみたところこの三角形53の面積はNTSCの三角形51の49%であった。すなわち、実施例2の蛍光体を用いた光源はバックライトとして用いた場合の色再現域が既存の光源より広くなりうることがわかった。
Next, the resin layer which disperse | distributed the fluorescent substance of Example 2 was formed on the near ultraviolet LED element, and the white LED light source was produced. When the display color on the xy chromaticity diagram when this light source and the blue, green and red color filters used in the liquid crystal display are combined is measured, as shown in FIG. .12, 0.21), green was (0.16, 0.61), and red was (0.61, 0.28). On the chromaticity diagram, the area of the
このほか、表1に示す実施例3〜実施例13の蛍光体を作製した。これらに波長254nmの紫外線を照射すると、表に記載した発光色が観測された。
実施例3、5、6、7、8、9、11、および12の蛍光体をそれぞれ、波長254nmの紫外光で励起した場合の発光スペクトルを図12乃至図19に示す。 FIGS. 12 to 19 show emission spectra when the phosphors of Examples 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11, and 12 are excited with ultraviolet light having a wavelength of 254 nm, respectively.
以上説明したように、高エネルギー密度の電子線での励起下でZnS蛍光体より高輝度でありしかも発光色も優れ、液晶ディスプレイのカラーフィルタと組み合わせたときに、より広い色再現域を実現できる蛍光体、この蛍光体を用いた画像表示装置、およびこの蛍光体を用いた光源を提供することができる。 As described above, it is brighter than ZnS phosphors under excitation with an electron beam with a high energy density and has excellent emission color, and a wider color gamut can be realized when combined with a color filter of a liquid crystal display. A phosphor, an image display device using the phosphor, and a light source using the phosphor can be provided.
10 X線検出素子
11 シンチレータ
12 シリコンフォトダイオード
13 接着層
20 X線検出器
21 基板
22 信号線
31 前面ガラス基板
32 青色発光蛍光体を塗布した青色発光画素
33 緑色発光画素
34 赤色発光画素
35 ブラックマトリックス
36 アルミニウム薄膜
37 裏面基板
38 電子源
41 前面ガラス基板
42 青色光を選択的に透過させるフィルタ層
43 本発明の青色発光蛍光体を塗布した蛍光体層
44 ブラックマトリックス
45 アルミニウム薄膜
51 CIE色度図上でNTSC規格の色再現域を示した三角形
52 実施例2の蛍光体を用いた白色LED光源と液晶ディスプレイ用カラーフィルタを組み合わせた場合の色再現域を示した三角形
53 青色LEDと黄色発光蛍光体を組み合わせるタイプの市販の白色LEDと液晶ディスプレイ用カラーフィルタを組み合わせた場合の色再現域を示した三角形
54 既存の蛍光体を用いた冷陰極蛍光ランプと液晶ディスプレイ用カラーフィルタを組み合わせた場合の色再現域を示した三角形
60 発光素子
60A 発光素子
68 n側電極
69 p側電極
72 樹脂
73 セラミック・パッケージ
75 バンプ
76 サブマウント
77 リード電極
78 ボンディングワイヤ
10
Claims (6)
各列に対応して設けられ、同一列の前記X線検出素子の出力に接続された信号線と、
を備えているX線検出器。 A plurality of X-ray detection elements according to claim 5 arranged in a matrix;
A signal line provided corresponding to each column and connected to the output of the X-ray detection element in the same column;
An X-ray detector comprising:
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