JP5770298B2 - 発光物質と当該発光物質を有する発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光物質、特に、紫外線を放射する発光装置のための発光物質の分野に関する。
紫外線源は、分光学、美容皮膚治療、医学皮膚治療、水及び空気の消毒又は浄化、ポリマー硬化、光化学、表面硬化及びウエハー処理のような多くのアプリケーション領域を見出してきた。
上述のアプリケーション領域の多くは、濃い紫外線、すなわちＵＶＣ（２００―２８０nm）、又は、温度変化に対する不変性及び速い切換サイクルが所望の特徴である真空紫外放射（１００―２００nm）さえ必要とする。
低圧水銀放電ランプは、紫外線源として現在広く使われていて、これらは２本のライン、すなわち１８５nm及び２５４nmにより支配される放射スペクトルを持つ。しかしながら、Ｈｇ蒸気圧を増大することは、結果的に濃いＵＶから濃い赤のスペクトル範囲まで延在するほぼ連続のスペクトルになる。その上、Ｈｇの適用は、速い切換サイクルに対する感度及び温度にむしろ強く依存することを意味する。
１０年より長い間、誘電バリア（ＤＢ）希ガスエキシマ放電のアプリケーションは、ＵＶ発光放射線源の開発のための代替的放電概念と考えられていた。Ｘｅエキシマ放電は、例えば、主に１７２nm放射線を放射し、充填ガスとしてＸｅを有するＤＢ駆動石英ランプは３０％より大きい入力電力に対する光効率（wall plug efficiency）を示す。Ｘｅエキシマ放電に基づく石英ランプは、何れのタイプの有機結合も分解するために、放射された１７２nm（ＶＵＶ）光子の十分に高いエネルギーにより、ウエハー表面のクリーニングのために広く使われている。一つ以上のＶＵＶからＵＶーＣへのダウン変換蛍光体を使用している蛍光Ｘｅエキシマ放電ランプは、消毒又は浄化目的のために特に興味がある。
これらＸｅ、Ｎｅ又はＸｅ／Ｎｅエキシマランプのため現在適用されるＵＶ発光物質は、例えば、低い変換効率、低い光化学的安定性、低い化学的安定性、殺菌作用曲線との低いスペクトル重複を含む、幾つかの欠点を依然持つ。
従って、例えば蛍光Ｘｅエキシマ放電ランプから、例えば消毒又は浄化領域で、より適切に使用できる放射線スペクトルへ紫外線を変換するための代替の発光物質を開発するニーズがある。
本発明の目的は、紫外線を放射する発光装置のための代替の発光物質を提供することにある。
本発明の他の目的は、殺菌作用スペクトルによく適合するスペクトルパワー分布を持つ強くて効果的なＵＶＣ放射を示す、発光物質を有する発光装置を提供することにある。
更に本発明の他の目的は、空気又は水等を消毒又は浄化するために発光装置により放射される光を使用できる、発光装置を有するシステムを提供することにある。
本発明の実施例によると、（Ｙ１―ｘＬｕｘ）９ＬｉＳｉ６Ｏ２６：Ｌｎ及び／又はＡＥ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｌｎ，Ａを有するグループから選択される成分を有する発光物質であって、ここで、Ｌｎは、三価の希土類金属であり、ＡＥは、二価のアルカリ土類金属であり、Ａは、一価のアルカリ金属であり、０．０≦ｘ≦１．０である、発光物質が提供される。
好ましい実施例によると、Ｌｎは、三価のＰｒ、Ｎｄ又はこれらの混合物を有するグループから選択される。ＡＥは、二価のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ又はこれらの混合物を有するグループから選択される。Ａは、一価のＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ又はこれらの混合物を有するグループから選択される。
前記発光物質は、ＵＶスペクトル範囲、好ましくはＹＵＶ又はＵＶＣ範囲内の励起スペクトルを持つ光により励起されるとき、ＵＶＣ範囲（すなわち、２００−２８０ｎｍ）内に放射ピークを持つ。斯様な励起スペクトルを持つ光は、水銀又は希ガス放電ランプ、例えば、１８５nm程度の放射ピークを持つアマルガムランプ、２５４nm程度の放射ピークを持つ低圧水銀放電ランプ、２６５nm程度の放射ピークを持つ中圧水銀放電ランプ、及び１７２nm程度の放射ピークを持つＸｅ、Ｎｅ又はＸｅ／Ｎｅエキシマランプを使用して達成できる。代わりに、（Ａｌ，Ｇａ）ＮのＬＥＤランプのような新しく開発されたＬＥＤランプ、他のタイプの既存のランプ、及び、まだ開発中の幾つかの新しいタイプのランプは、発光物質がＵＶＣを放射するために必要である適当な励起スペクトルを斯様なランプが放射できる限り、励起スペクトルを出力するための光源として使用できる。
驚くべきことに、上記の提案された発光物質は、殺菌作用スペクトルによく適合するスペクトルパワー分布を持つ強くて効果的なＵＶＣ放射を示すことが分かった。
本発明の他の実施例によると、第１の紫外線の少なくとも一部を吸収し、第１のＵＶスペクトル範囲と異なる第２のＵＶスペクトル範囲内の第２の紫外線を放射するため、上記で提案された発光物質を有する、第１のＵＶスペクトル範囲内の第１の紫外線を放射できる、発光装置が提供される。
斯様な発光装置は、広範囲にわたるアプリケーションのために、特に殺菌アプリケーションのために、以下の利点の少なくとも一つを持つことが分かった：
−発光物質による少ない再吸収のため、またアプリケーションの動作曲線に関して最適化された放射スペクトルのため、改良された効率；
−ＵＶＣ出力の改良された安定性、よって、発光装置の改良された動作寿命；
−温度についての効率のより少ない依存性。
−発光物質による少ない再吸収のため、またアプリケーションの動作曲線に関して最適化された放射スペクトルのため、改良された効率；
−ＵＶＣ出力の改良された安定性、よって、発光装置の改良された動作寿命；
−温度についての効率のより少ない依存性。
好ましい実施例によると、前記発光装置は、放電維持成分を持つガス充填物を有する放電容器を具備する放電ランプを有し、前記放電容器の少なくとも壁の一部が前記発光物質で被覆されている。代わりに、前記放電ランプは、Ｈｇ又は希ガス放電ランプを有する。代わりに、発光装置は、（Ａｌ、Ｇａ）ＮのＬＥＤランプのような新しく開発されたＬＥＤランプ、又は既存のランプタイプ若しくは更に開発中の新しいタイプのランプを有する。ＬＥＤランプに対して、発光物質は、ＬＥＤチップをカバーするか、又はレンズ若しくはバルブのような光学部品に被覆されるドームとして設けられる。
本発明の他の実施例によると、上記で提案された発光装置の少なくとも一つを有するシステムであって、前記発光装置により放射された光により殺菌されるべき対象物を照射できるユニットを更に有するシステムが提供される。このシステムは、例えば空気、水又は表面の消毒又は浄化において、発光装置により放射される光の助けを借りた光化学物質処理を介した殺菌アプリケーションで使用できる。斯様なユニットは、光が表面を殺菌するために表面を直接照射できるように、例えば、発光装置から表面まで光を移送するための光ガイド手段である。代わりに、斯様なユニットは、光がその浄化のために空気を直接照射できるように、特定の空気をシステムへ流すように構成される吸入装置を有する。
本発明の他の実施例によると、上記で提案された発光装置により放射された光により殺菌されるべき対象物を照射するステップを有する、殺菌付与方法も提供される。
代わりに、当該方法は、空気、水若しくは表面の消毒又は浄化に使用できる。このように、上記発光装置により放射される光で空気、水又は表面を照射することにより、空気、水又は表面は、殺菌できる。
提案されたシステム及び方法が、殺菌作用スペクトルに良好に適合するスペクトルパワー分布を持つＵＶＣ放射のため、良好な殺菌効果を持つことが分かった。
本発明の上記及び他の目的並びに特徴は、添付の図面を参照して、実施例の様々な態様の以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
以下の実施例の詳細な説明は、発光物質の例に主に焦点を当てている。本発明で提案される発光装置、システム及び方法に関しては、以前の部分が有益な説明を与えていて、既存の関連文献又は製品が参照できる。
例Ｉ：
例Ｉは、以下のようにして作られるＣａ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ３＋（１％）Ｎａ＋（１％）を参照する。
開始材料１．００９ｇのＣａＣＯ３、４．０００４ｇのＣａＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．３２ｇのナノスケールＣａＦ２、及び０．０７６ｇのＰｒＦ３及び０．０１６ｇのＮａＦが、０．５時間粉砕された。混合は、その後１時間、窒素の下で、約１１００℃でアニールされた。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。
例Ｉは、以下のようにして作られるＣａ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ３＋（１％）Ｎａ＋（１％）を参照する。
開始材料１．００９ｇのＣａＣＯ３、４．０００４ｇのＣａＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．３２ｇのナノスケールＣａＦ２、及び０．０７６ｇのＰｒＦ３及び０．０１６ｇのＮａＦが、０．５時間粉砕された。混合は、その後１時間、窒素の下で、約１１００℃でアニールされた。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。
図１は、例Ｉの物質のＸＲＤパターンを示す。図２は、例Ｉの物質の励起スペクトル（左側のスペクトル）、放射スペクトル（右側のスペクトル）及び反射スペクトル（上の右側のスペクトル）を示す。図３は、例Ｉの放射スペクトル（以下の参照される同じタイプの他の図と同様に、図における波長に沿った比較的狭い伸展を持つ曲線）と殺菌作用の所望のスペクトルとの間の比較を示す。Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ，Ｎａの放射の最大は約２４５nmであり、これは、殺菌作用曲線と良好な重複部分を示す。この物質は、ＵＶＣ放射線用の放電ランプに用いられる優れた物質であることが明らか分かった。
例ＩＩ
例ＩＩは、以下のようにして作られるＳｒ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ３＋（１％）Ｎａ＋（１％）を参照する。
開始材料５．０３６ｇのＳｒＣＯ３、２．６７５ｇの（ＮＨ４）２ＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．４８７ｇのナノスケールのＳｒＦ２及び０．０７６ｇのＰｒＦ３及び０．０１６ｇのＮａＦが、０．５時間粉砕された。混合は、その後１時間、窒素の下で、約１１００℃でアニールされた。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。
例ＩＩは、以下のようにして作られるＳｒ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ３＋（１％）Ｎａ＋（１％）を参照する。
開始材料５．０３６ｇのＳｒＣＯ３、２．６７５ｇの（ＮＨ４）２ＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．４８７ｇのナノスケールのＳｒＦ２及び０．０７６ｇのＰｒＦ３及び０．０１６ｇのＮａＦが、０．５時間粉砕された。混合は、その後１時間、窒素の下で、約１１００℃でアニールされた。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。
Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ，Ｎａの放射最大は、約２４０nmであり、これも、殺菌作用曲線と良好な重複部分を示す。図４乃至図６から、この物質がＵＶＣ放射線用の放電ランプに用いられる優れた物質であることが明らかに分かった。
例ＩＩＩ：
例ＩＩＩは、以下のようにして作られるＹ９ＬｉＳｉ６Ｏ２６：Ｐｒ３＋（１％）を参照する。
開始材料４．０００ｇのＹ２Ｏ３、０１４７ｇのＬｉ２ＣＯ３、１．４３３ｇのナノスケールのＳｉＯ２及び０．０６１ｇのＰｒ６Ｏ１１は、エタノールに懸濁され、溶媒が完全に蒸発するまで、物質は、かき混ぜられた。その後、乾燥物質は、６時間、ＣＯの下で１０００℃で焼成され、その後かき混ぜられ、６時間、ＣＯの下で１１００℃で焼成された。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。図７及び図８から、この物質がＵＶＣ放射線用の放電ランプに用いられる優れた物質であることが明らかに分かった。
例ＩＩＩは、以下のようにして作られるＹ９ＬｉＳｉ６Ｏ２６：Ｐｒ３＋（１％）を参照する。
開始材料４．０００ｇのＹ２Ｏ３、０１４７ｇのＬｉ２ＣＯ３、１．４３３ｇのナノスケールのＳｉＯ２及び０．０６１ｇのＰｒ６Ｏ１１は、エタノールに懸濁され、溶媒が完全に蒸発するまで、物質は、かき混ぜられた。その後、乾燥物質は、６時間、ＣＯの下で１０００℃で焼成され、その後かき混ぜられ、６時間、ＣＯの下で１１００℃で焼成された。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。図７及び図８から、この物質がＵＶＣ放射線用の放電ランプに用いられる優れた物質であることが明らかに分かった。
例ＩＶ：
例ＩＶは、以下のようにして作られるＢａ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ３＋（１％）Ｎａ＋（１％）を参照する。
開始材料５．０３６ｇのＢａＣＯ３、２．６７５ｇの（ＮＨ４）２ＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．４８７ｇのナノスケールのＢａＦ２及び０．０７６ｇのＰｒＦ３及び０．０１６ｇのＮａＦが、０．５時間粉砕された。混合は、その後１時間、窒素の下で、約１１００℃でアニールされた。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。図９及び図１０から、この物質がＵＶＣ放射線用の放電ランプに用いられる優れた物質であることが明らかに分かった。
例ＩＶは、以下のようにして作られるＢａ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｐｒ３＋（１％）Ｎａ＋（１％）を参照する。
開始材料５．０３６ｇのＢａＣＯ３、２．６７５ｇの（ＮＨ４）２ＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．４８７ｇのナノスケールのＢａＦ２及び０．０７６ｇのＰｒＦ３及び０．０１６ｇのＮａＦが、０．５時間粉砕された。混合は、その後１時間、窒素の下で、約１１００℃でアニールされた。最後に、物質は、粉砕され、３６μｍの篩にかけられた。図９及び図１０から、この物質がＵＶＣ放射線用の放電ランプに用いられる優れた物質であることが明らかに分かった。
上記の実施例は、本発明の単なる好ましい実施例である。開示された実施例の他のバリエーションは、図面、詳細な説明及び添付の請求の範囲の学習から、請求された本発明を実施する際の当業者により理解され、遂行される。これらのバリエーションも、本発明の範囲内であるとみなされる。請求項及び説明において、動詞「有する」及びその派生語の使用は、他の要素又はステップを除外しないし、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。
Claims (7)
- （Ｙ１―ｘＬｕｘ）９ＬｉＳｉ６Ｏ２６：Ｌｎを有するグループから選択される成分を有する発光物質であって、ここで、Ｌｎが三価のＰｒ、Ｎｄ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、０．０≦ｘ≦１．０である、発光物質。
- 前記発光物質が、ＵＶスペクトル範囲内の励起スペクトルを持つ光により励起されるとき、ＵＶＣ範囲内に放射ピークを持つ、請求項１に記載の発光物質。
- 第１の紫外線の少なくとも一部を吸収し、第１のＵＶスペクトル範囲と異なる第２のＵＶスペクトル範囲内の第２の紫外線を放射するため、請求項１又は２に記載の発光物質を有する、第１のＵＶスペクトル範囲内の第１の紫外線を放射できる、発光装置。
- 前記発光装置は、放電維持成分を持つガス充填物を有する放電容器を具備する放電ランプを有し、前記放電容器の少なくとも壁の一部が前記発光物質で被覆されている、請求項３に記載の発光装置。
- 前記放電ランプが、Ｈｇ若しくは希ガス放電ランプ及び／又はＬＥＤランプを有する、請求項３に記載の発光装置。
- 前記発光装置により放射された光により殺菌されるべき対象物を照射できるユニットと、請求項３乃至５の何れか一項に記載の発光装置とを有する、システム。
- 請求項３乃至５の何れか一項に記載の発光装置により放射された光により殺菌されるべき対象物を照射するステップを有する、殺菌付与方法。
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