JP6955656B2 - Method for producing ultraviolet-emitting phosphor, ultraviolet-emitting device, and ultraviolet-emitting phosphor - Google Patents

Method for producing ultraviolet-emitting phosphor, ultraviolet-emitting device, and ultraviolet-emitting phosphor Download PDF

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Description

本発明は、希土類アルミニウムガーネットをベースとした紫外発光蛍光体と、それを備えた紫外発光デバイス及び紫外発光蛍光体の作製方法に関するものである。 The present invention relates to an ultraviolet emitting phosphor based on rare earth aluminum garnet, an ultraviolet emitting device provided with the ultraviolet emitting phosphor, and a method for producing an ultraviolet emitting phosphor.

水銀を使わない深紫外域UVB(凡そ280〜320nm)およびUVC(凡そ200〜280nm)の波長領域の光源開発は、国が進める水銀フリー化に沿う急務の事項である。水銀ランプに代わる水銀フリー光源として、窒化物半導体の発光ダイオードが積極的に研究されているが、窒化ガリウムのバンドギャップで決まる365nmより短波長では高輝度発光は実現できていないのが実情である。これは、発光ダイオードは発光の活性層材料よりも大きなバンドギャップ材料でサンドイッチした構造を作らねばならないが、深紫外域で発光を得るためには最大のバンドギャップをもつ窒化アルミニウムでサンドイッチしてもキャリアの閉じ込めは不十分であり、また、大きなバンドギャップ材料に対してすぐれたオーミック電極材料がないことから、発光効率は極端に落ちてしまうという要因から実現が困難となっている。
また、ルテチウムアルミニウムガーネット結晶(LuAl12;以下、LuAGと表記)に代表されるこれまでの紫外発光蛍光体は、光源応用するには発光輝度が低く、様々なアプリケーションで求められる波長での発光を実現することは困難であった。
The development of light sources in the deep ultraviolet UVB (approximately 280 to 320 nm) and UVC (approximately 200 to 280 nm) wavelength regions that do not use mercury is an urgent matter in line with the progress of mercury-free activities by the government. Nitride semiconductor light emitting diodes are being actively studied as a mercury-free light source to replace mercury lamps, but the reality is that high-intensity light emission has not been realized at wavelengths shorter than 365 nm, which is determined by the band gap of gallium nitride. .. This is because the light emitting diode must be constructed by sandwiching it with a bandgap material that is larger than the active layer material of light emission, but even if it is sandwiched with aluminum nitride having the maximum bandgap in order to obtain light emission in the deep ultraviolet region. Carrier confinement is inadequate, and there is no excellent ohmic electrode material for large bandgap materials, which makes it difficult to achieve due to the factor that the luminous efficiency drops extremely.
In addition, conventional ultraviolet emitting phosphors represented by lutetium aluminum garnet crystals (Lu 3 Al 5 O 12 ; hereinafter referred to as LuAG) have low emission brightness for light source application, and have wavelengths required for various applications. It was difficult to realize the light emission in.

本発明者の一人は、高輝度な紫外光源デバイスを提供すべく、窒化アルミニウムをホスト材料としてガドリニウム(Gd)希土類イオンを添加した紫外発光蛍光体結晶を有するアノード基板を備えた紫外光源デバイスを既に提案している(特許文献1を参照)。発光中心となるガドリニウムイオンが高含有率になると濃度消光によって発光強度が低下するという問題を克服すべく、提案した紫外光源デバイスにおける紫外発光蛍光体結晶は、スパッタリング装置内の真空チャンバー内部の残留ガス中の水成分を積極的に除去し、この水分除去された雰囲気下で、窒化アルミニウムをホスト材料として希土類金属イオンを添加し結晶化させることにより、窒化アルミニウム中に、高含有量のガドリニウムイオンをドープさせている。 One of the present inventors has already provided an ultraviolet light source device having an anode substrate having an ultraviolet emitting phosphor crystal in which aluminum nitride is used as a host material and gadolinium (Gd) rare earth ions are added in order to provide a high-brightness ultraviolet light source device. It has been proposed (see Patent Document 1). In order to overcome the problem that the emission intensity decreases due to concentration quenching when the content of gadrinium ion, which is the center of emission, becomes high, the ultraviolet emission phosphor crystal in the proposed ultraviolet light source device is a residual gas inside the vacuum chamber in the sputtering apparatus. By positively removing the water component in the aluminum nitride and crystallizing it by adding rare earth metal ions using aluminum nitride as a host material in this water-removed atmosphere, a high content of gadolinium ions can be obtained in the aluminum nitride. Dope.

また一方で、紫外光発生効率を高める紫外光発生用ターゲットが知られている(特許文献2,3を参照)。特許文献2,3に開示された紫外線発生用ターゲットは、紫外光を透過する基板と、電子線を受けて紫外光を発生する発光層を備え、この発光層が希土類含有アルミニウムガーネット結晶を含むもので、例えば、LuAGやYAG(Yttrium Aluminum Garnet)に対して、ランタン(La)やスカンジウム(Sc)の賦活剤が添加された紫外光発生用材料が開示されている。特許文献2,3の実施例では、LaとScを共添加するものはなく、LaとScをそれぞれ賦活剤として添加させた場合の発光ピーク波長が示されているだけで、LaとScを共添加することにより発光中心波長を制御し、かつ、高輝度化を図るといった着想はない。 On the other hand, a target for generating ultraviolet light that enhances the efficiency of generating ultraviolet light is known (see Patent Documents 2 and 3). The ultraviolet ray generating target disclosed in Patent Documents 2 and 3 includes a substrate that transmits ultraviolet light and a light emitting layer that receives an electron beam to generate ultraviolet light, and the light emitting layer contains a rare earth-containing aluminum garnet crystal. So, for example, a material for generating ultraviolet light to which an activator of lanthanum (La) or scandium (Sc) is added to LuAG or YAG (Yttrium Aluminum Garnet) is disclosed. In the examples of Patent Documents 2 and 3, there is no one in which La and Sc are co-added, and only the emission peak wavelength when La and Sc are added as activators is shown, and La and Sc are co-added. There is no idea of controlling the emission center wavelength and increasing the brightness by adding it.

また、放射線検出用LuAG結晶材料の製造方法が知られている(特許文献4を参照)。特許文献4では、LuAG結晶材料において、Luの一部にLaやScなどの少なくとも1種以上の希土類元素を置換した材料を用いることが開示されているが、特許文献4の実施例では、LuAGにCeを添加した材料が示されているが、LaとScを共添加することにより発光中心波長を制御し、かつ、高輝度化を図るといった着想はない。 Further, a method for producing a LuAG crystal material for radiation detection is known (see Patent Document 4). Patent Document 4 discloses that a LuAG crystal material in which at least one or more rare earth elements such as La and Sc are substituted is used as a part of Lu, but in the examples of Patent Document 4, LuAG is used. Although the material to which Ce is added is shown, there is no idea of controlling the emission center wavelength and increasing the brightness by co-adding La and Sc.

また、非特許文献1には、LuAGに対してLa又はScを添加した材料が開示されているが、LaとScを共添加することにより発光中心波長を制御し、かつ、高輝度化を図るといった着想はない。非特許文献2には、Y−LuAG(Y−Lu−Al−Garnets)にLa又はScを添加した材料が示されているが、LaとScを共添加することにより発光中心波長を制御し、かつ、高輝度化を図るといった着想はない。非特許文献3,4には、LuAGにScを添加した材料が示されているが、LaとScを共添加することにより発光中心波長を制御し、かつ、高輝度化を図るといった着想はない。 Further, Non-Patent Document 1 discloses a material in which La or Sc is added to LuAG, but by co-adding La and Sc, the emission center wavelength is controlled and the brightness is increased. There is no such idea. Non-Patent Document 2 discloses a material in which La or Sc is added to Y-LuAG (Y-Lu-Al-Garnets), but the emission center wavelength is controlled by co-adding La and Sc. Moreover, there is no idea of increasing the brightness. Non-Patent Documents 3 and 4 show materials in which Sc is added to LuAG, but there is no idea of controlling the emission center wavelength and increasing the brightness by co-adding La and Sc. ..

再表2009/031584号公報Re-table 2009/031584 Gazette 特開2014−84402号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-84402 特開2014−86255号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-86255 特開2006−16251号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-16251

"Luminescence of Sc3+ and La3+ isoelectronic impurities in Lu3Al5O12 single-crystal films", Yu. V. Zorenko, Optics and Spectroscopy, April 2006, Volume 100, Issue 4, pp 572-580."Luminescence of Sc3 + and La3 + isoelectronic impurities in Lu3Al5O12 single-crystal films", Yu. V. Zorenko, Optics and Spectroscopy, April 2006, Volume 100, Issue 4, pp 572-580. "Novel UV-emitting single crystalline film phosphors grown by LPE method", Y.Zorenko et al., Radiation Measurements, 45 (2010), pp 444-448."Novel UV-emitting single crystalline film phosphors grown by LPE method", Y.Zorenko et al., Radiation Measurements, 45 (2010), pp 444-448. "Luminescence of undoped and Ce3+ -doped Lu(Sc,Y)AG crystalsl., V. Babin et al., Journal of Luminescence, 122-123 (2007), pp 332-334."Luminescence of undoped and Ce3 + -doped Lu (Sc, Y) AG crystals l., V. Babin et al., Journal of Luminescence, 122-123 (2007), pp 332-334. "SCINTILLATION PROPERTIES OF LU3Al5-xSCx012 CRYSTALS", N. N. RYSKIN et al., JOURNAL OF PHYSICS CONDENSED MATTER 6 (1994), pp 10423-10434."SCINTILLATION PROPERTIES OF LU3Al5-xSCx012 CRYSTALS", N.N. RYSKIN et al., JOURNAL OF PHYSICS CONDENSED MATTER 6 (1994), pp 10423-10434.

上述したように、従来の紫外発光蛍光体は、光源応用するには発光輝度が低く、様々なアプリケーションで求められる波長での発光を実現することは困難であった。
上記状況に鑑みて、本発明は、希土類アルミニウムガーネット結晶をベースとした紫外発光蛍光体を用いて、高輝度と発光中心波長の制御性を同時に実現できる紫外発光デバイスを提供することを目的とする。
As described above, the conventional ultraviolet-emitting phosphor has a low emission brightness for application as a light source, and it is difficult to realize light emission at a wavelength required by various applications.
In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide an ultraviolet emitting device capable of simultaneously realizing high brightness and controllability of the emission center wavelength by using an ultraviolet emitting phosphor based on a rare earth aluminum garnet crystal. ..

上記課題を解決すべく、本発明の紫外発光蛍光体は、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、0≦x≦1、0<y≦1、ZはB,Ga,In,Tl)をベースとして、発光中心を形成する2種以上のLu,Y以外の遷移元素イオンが少なくとも共添加された紫外発光蛍光体であって、励起光を照射し、該励起光の照射により励起されて紫外光を発光することを特徴とする。
共添加する遷移元素イオンの各添加量は、240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長になるように添加比率が調製され、xとyの少なくとも一方をパラメータとして発光中心波長および輝度が調製されることが好ましい。
In order to solve the above problems, the ultraviolet luminescent phosphor of the present invention is a rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (however, 0 ≦ x ≦ 1, 0). <Y≤1, Z is an ultraviolet emitting phosphor based on B, Ga, In, Tl) to which at least two or more transition element ions other than Lu and Y forming a light emitting center are co-added. It is characterized in that it irradiates excitation light and is excited by the irradiation of the excitation light to emit ultraviolet light.
The addition ratio of each of the transition element ions to be co-added is adjusted so as to reach the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm, and the emission center wavelength and the emission center wavelength and at least one of x and y are used as parameters. It is preferable that the brightness is adjusted.

本発明の紫外発光蛍光体によれば、紫外域における発光スペクトルの広帯域化と、ホスト結晶のバンドギャップ制御による高効率励起を実現し、高輝度化を図ることができる。また、広帯域発光中心の特性を生かして、発光中心を形成する2種以上のLu,Y以外の遷移元素イオンの組み合わせを変更し、添加比率を調製することにより、発光中心波長を制御できると共に、濃度消光による限界濃度を超えて、高含有量の遷移元素イオンをドープさせ、高輝度化を実現できる。
240〜400nmの範囲の紫外域を発光中心とすることで、滅菌・殺菌能力に優れた紫外発光蛍光体を得ることが可能となる。毒性の強いテトラクロロダイオキシン類の光分解、DNA分解を利用した殺菌応用や,光触媒応用など様々なアプリケーションで求められる波長での発光を実現できる。
According to the ultraviolet-emitting phosphor of the present invention, it is possible to realize high-efficiency excitation by widening the emission spectrum in the ultraviolet region and controlling the band gap of the host crystal to increase the brightness. In addition, the emission center wavelength can be controlled by changing the combination of two or more types of transition element ions other than Lu and Y that form the emission center and adjusting the addition ratio by taking advantage of the characteristics of the broadband emission center. Higher brightness can be achieved by doping a high content of transition element ions beyond the limit concentration due to concentration quenching.
By setting the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm as the emission center, it is possible to obtain an ultraviolet luminescent phosphor having excellent sterilization and sterilization ability. It is possible to realize light emission at the wavelength required for various applications such as photodecomposition of highly toxic tetrachlorodioxins, sterilization application using DNA decomposition, and photocatalyst application.

本発明の紫外発光蛍光体において、アルミニウム(Al)の組成を、B、Ga、In、或は、Tlに一部置換させて、発光中心波長および輝度を調製する。すなわち、(Lu1−x(Al1−y12において、パラメータyを制御として発光中心波長および輝度を調製し、目的とする発光中心波長および輝度を実現する。アルミニウムの組成を他の第13族元素である、ボロン(B)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)で置き換えることにより、発光中心波長および輝度を制御することができる。
ここで、xやyをパラメータとして変化させると、発光中心波長および輝度が変化する。これは、ホスト結晶であるガーネット結晶のバンドギャップが変化することに起因する。例えば、プラズマ励起を用いる場合、励起波長は147nmと172nmであるが、励起波長172nmは、ホスト結晶であるガーネット結晶のバンドギャップに近いことから励起効率が低い。そのため、xやyのパラメータを制御してバンドギャップを小さくすると、励起効率が上がり、輝度が向上するのである。
In the ultraviolet emitting phosphor of the present invention, the composition of aluminum (Al) is partially replaced with B, Ga, In, or Tl to prepare the emission center wavelength and the brightness. That is, in (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 , the emission center wavelength and the brightness are adjusted by controlling the parameter y, and the target emission center wavelength and the brightness are realized. By substituting the composition of aluminum with other Group 13 elements, boron (B), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl), the emission center wavelength and brightness can be controlled.
Here, when x and y are changed as parameters, the emission center wavelength and the brightness change. This is due to the change in the bandgap of the garnet crystal, which is the host crystal. For example, when plasma excitation is used, the excitation wavelengths are 147 nm and 172 nm, but the excitation wavelength of 172 nm is low because it is close to the band gap of the garnet crystal which is the host crystal. Therefore, if the band gap is reduced by controlling the parameters of x and y, the excitation efficiency is increased and the brightness is improved.

本発明の紫外発光蛍光体における希土類アルミニウムガーネット結晶は、(Lu1−x(Al1−y12(但し、0<x<1、0<y≦1、ZはB,Ga,In,Tl)であることが好ましい。LuAl12(LuAG)結晶でも、YAl12(YAG)結晶でもなく、LuとYが混在した希土類アルミニウムガーネット結晶をベースとすることにより、発光中心を形成する2種以上のLu,Y以外の遷移元素イオンに加わるひずみを変化させて発光中心波長をシフトさせることができる。 The rare earth aluminum garnet crystal in the ultraviolet luminescent phosphor of the present invention is (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where 0 <x <1, 0 <y ≦ 1, Z). Is preferably B, Ga, In, Tl). Neither Lu 3 Al 5 O 12 (LuAG) crystals nor Y 3 Al 5 O 12 (YAG) crystals, but two or more types that form a light emitting center based on a rare earth aluminum garnet crystal in which Lu and Y are mixed. It is possible to shift the emission center wavelength by changing the strain applied to the transition element ions other than Lu and Y.

本発明の紫外発光蛍光体において、共添加する遷移元素イオンは希土類イオンであり、ガドリニウム(Gd)、ユウロピウム(Eu)、ジプシロシウム(Dy)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、サマリウム(Sm)、イットリウム(Y)、ネオジウム(Nd)、テルビウム(Tb)、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、スカンジウム(Sc)、プロメチウム(Pm)、およびホルミウム(Ho)からなる群より選択される1種のイオンである。
なお、3価の希土類金属イオンのGd3+イオンの内核電子遷移(4f軌道電子遷移)が効率よく約310nmのナローバンド紫外発光をする。
In the ultraviolet-emitting phosphor of the present invention, the transition element ion to be co-added is a rare earth ion, and gadolinium (Gd), ytterbium (Eu), ytterbium (Dy), lanthanum (La), terbium (Ce), and samarium (Sm). , Yttrium (Y), Neodymium (Nd), Terbium (Tb), Placeozim (Pr), Elbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb), Scandium (Sc), Promethium (Pm), and Holmium (Ho) ) Is one kind of ion selected from the group consisting of.
The inner core electronic transition (4f orbital electronic transition) of the Gd 3+ ion of the trivalent rare earth metal ion efficiently emits narrow band ultraviolet light of about 310 nm.

より好ましくは、共添加する遷移元素イオンは、LaイオンとScイオンであり、各々の添加量は、280〜320nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長になる添加比率で、かつ、濃度消光が生じる限界近傍の添加量である。
希土類アルミニウムガーネット結晶をベースにして、LaとScイオンの添加比率で、発光中心波長を制御すると共に、LaとScイオンのそれぞれ単独イオンの場合の濃度限界の添加量を超えて、両イオンの合計添加量を増やして輝度を制御する。
LaとScイオンは発光中心を形成するが、これらの原子に加わるひずみなどが変化すると発光中心波長がシフトする。特に、Scイオンの場合、最外殻軌道が3d軌道であり、Laイオンの5d軌道に比べてイオン中心に近く、周辺原子の入れ替えによる発光中心波長シフトの効果が大きい。
また、Yの添加量を増大することによって、(Lu1−x(Al1−y12結晶をベースとし、励起エネルギーの高効率吸収を制御することができる。
More preferably, the transition element ions to be co-added are La ion and Sc ion, and the addition amount of each is an addition ratio and a concentration at which the target emission center wavelength is obtained in the ultraviolet region in the range of 280 to 320 nm. It is the amount of addition near the limit where quenching occurs.
Based on the rare earth aluminum garnet crystal, the emission center wavelength is controlled by the addition ratio of La and Sc ions, and the sum of both ions exceeds the concentration limit addition amount in the case of each single ion of La and Sc ions. The brightness is controlled by increasing the amount added.
La and Sc ions form the emission center, but the emission center wavelength shifts when the strain applied to these atoms changes. In particular, in the case of Sc ions, the outermost shell orbital is a 3d orbital, which is closer to the ion center than the 5d orbital of La ions, and the effect of shifting the emission center wavelength by exchanging peripheral atoms is large.
Further, by increasing the amount of Y added, it is possible to control the high-efficiency absorption of excitation energy based on the (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 crystals.

本発明の紫外発光蛍光体において、希土類アルミニウムガーネット結晶が、(Lu1−xAl12(但し、0<x<1)であり、共添加する遷移元素イオンは、ランタン(La)イオンとスカンジウム(Sc)イオンであり、各々の添加量は、280〜320nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長になる添加比率で、かつ、濃度消光が生じる限界近傍の添加量であることが好ましい態様である。 In the ultraviolet luminescent phosphor of the present invention, the rare earth aluminum garnet crystal is (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (where 0 <x <1), and the transition element ion to be co-added is lanthanum (Lutetium). La) ion and scandium (Sc) ion, each of which has an addition ratio of the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 280 to 320 nm, and an addition amount near the limit where concentration quenching occurs. Is a preferred embodiment.

別の観点によれば、本発明の紫外発光蛍光体は、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、0≦x≦1、0<y≦1、ZはB,Ga,In,Tl)をベースとして、発光中心を形成する1種以上のLu,Y以外の遷移元素イオンが少なくとも添加された蛍光体であって、添加された遷移元素イオンは、Lu又はYの希土類サイトと、Al又はZの第13族元素サイトの両サイトに置換されており、励起光を照射し、該励起光の照射により励起されて紫外光を発光することを特徴とする。 According to another viewpoint, the ultraviolet luminescent phosphor of the present invention is a rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (provided that 0 ≦ x ≦ 1, 0). <Y≤1, Z is a phosphor to which at least one or more transition element ions other than Lu and Y forming a light emitting center are added based on B, Ga, In, Tl). The transition element ions are replaced by both Lu or Y rare earth sites and Al or Z Group 13 element sites, and are irradiated with excitation light, and are excited by the irradiation of the excitation light to emit ultraviolet light. It is characterized by doing.

添加する遷移元素イオンの添加量は、240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長になるように添加量が調製され、xとyの少なくとも一方をパラメータとして発光中心波長および輝度が調製されることが好ましい。
本発明の紫外発光蛍光体によれば、紫外域における発光スペクトルの広帯域化と、ホスト結晶のバンドギャップ制御による高効率励起を実現し、高輝度化を図ることができる。また、広帯域発光中心の特性を生かして、発光中心を形成する2種以上のLu,Y以外の遷移元素イオンの置換サイトを制御することにより、発光中心波長を制御できると共に、濃度消光による限界濃度を超えて、高含有量の遷移元素イオンをドープさせ、高輝度化を実現できる。
The amount of the transition element ion to be added is adjusted so as to reach the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm, and the emission center wavelength and the brightness are adjusted with at least one of x and y as parameters. It is preferably prepared.
According to the ultraviolet-emitting phosphor of the present invention, it is possible to realize high-efficiency excitation by widening the emission spectrum in the ultraviolet region and controlling the band gap of the host crystal to increase the brightness. In addition, the emission center wavelength can be controlled by controlling the substitution sites of two or more types of transition element ions other than Lu and Y that form the emission center by utilizing the characteristics of the broadband emission center, and the limit concentration due to concentration quenching can be controlled. It is possible to achieve high brightness by doping with a high content of transition element ions.

本発明の紫外発光蛍光体においても、アルミニウム(Al)の組成を、B、Ga、In、或は、Tlに一部置換させて、発光中心波長および輝度を調製できる。すなわち、(Lu1−x(Al1−y12において、パラメータyを制御として発光中心波長および輝度を調製し、目的とする発光中心波長および輝度を実現する。xやyをパラメータとして変化させると、発光中心波長および輝度が変化するのは、ホスト結晶であるガーネット結晶のバンドギャップが変化することに起因する。 Also in the ultraviolet emitting phosphor of the present invention, the emission center wavelength and the brightness can be adjusted by partially substituting the composition of aluminum (Al) with B, Ga, In, or Tl. That is, in (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 , the emission center wavelength and the brightness are adjusted by controlling the parameter y, and the target emission center wavelength and the brightness are realized. When x and y are changed as parameters, the emission center wavelength and the brightness change because the band gap of the garnet crystal, which is the host crystal, changes.

本発明の紫外発光蛍光体において、希土類アルミニウムガーネット結晶が(Lu1−xAl12(但し、x=0又は1)であり、添加された遷移元素イオンは、Lu又はYの希土類サイトとAlサイトの両サイトに置換されたことが好ましい。
ここで、添加する遷移元素イオンは、Laイオン又はScイオンであり、各々の添加量は、280〜340nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長になる添加比率で、かつ、濃度消光が生じる限界近傍の添加量である。
LaとScイオンは発光中心を形成するが、これらの原子に加わるひずみなどが変化すると発光中心波長がシフトする。特に、Scイオンの場合、最外殻軌道が3d軌道であり、Laイオンの5d軌道に比べてイオン中心に近く、周辺原子の入れ替えによる発光中心波長シフトの効果が大きい。
In the ultraviolet emitting phosphor of the present invention, the rare earth aluminum garnet crystal is (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (where x = 0 or 1), and the added transition element ion is Lu or Y. It is preferable that the site is replaced with both the rare earth site and the Al site.
Here, the transition element ions to be added are La ions or Sc ions, and the amount of each added is at an addition ratio that becomes the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 280 to 340 nm, and the concentration quenching is achieved. It is the amount of addition near the limit that occurs.
La and Sc ions form the emission center, but the emission center wavelength shifts when the strain applied to these atoms changes. In particular, in the case of Sc ions, the outermost shell orbital is a 3d orbital, which is closer to the ion center than the 5d orbital of La ions, and the effect of shifting the emission center wavelength by exchanging peripheral atoms is large.

次に、本発明の紫外発光デバイスについて説明する。
本発明の紫外発光デバイスは、本発明の紫外発光蛍光体と、紫外発光蛍光体に対して励起光を照射させる励起光照射手段を備えるものである。
Next, the ultraviolet light emitting device of the present invention will be described.
The ultraviolet light emitting device of the present invention includes the ultraviolet light emitting phosphor of the present invention and the excitation light irradiation means for irradiating the ultraviolet light emitting phosphor with excitation light.

また、本発明の紫外発光デバイスは、励起光を照射させる手段は、プラズマ放電による紫外光が励起光となって、本発明の紫外発光蛍光体に対して照射されるものであることでもよい。 Further, in the ultraviolet emitting device of the present invention, the means for irradiating the excitation light may be one in which the ultraviolet light generated by the plasma discharge becomes the excitation light and is irradiated to the ultraviolet emitting phosphor of the present invention.

また、本発明の紫外発光デバイスは、本発明の紫外発光蛍光体が薄膜であり、この薄膜を有するアノード基板と、電界電子放出材料を有するカソード基板と、アノード基板とカソード基板とを対向して配設させ、基板間の空隙を真空雰囲気に保持させるスペーサと、アノード基板とカソード基板の間に電界を印加させる電圧回路とを少なくとも有する。そして、アノード基板とカソード基板の間の空隙を真空チャネル領域とし、基板間に電界を印加することにより電界電子放出材料からの電子を紫外発光蛍光体の薄膜に注入させて、紫外発光蛍光体から紫外光を発光させる。
カソード電極を構成する熱フィラメントや冷陰極材料などの電子放出材料に電圧が印加されると、電界放出により電子が発生し真空中に放たれる。この電子がアノード電極に引き寄せられて進み、アノード電極を構成する紫外発光蛍光体の薄膜に衝突する。電子が衝突することにより紫外発光蛍光体の薄膜は電子エネルギーを光エネルギーに変換して発光することとなる。
Further, in the ultraviolet emitting device of the present invention, the ultraviolet emitting phosphor of the present invention is a thin film, and the anode substrate having the thin film, the cathode substrate having the electric field electron emitting material, and the anode substrate and the cathode substrate facing each other. It has at least a spacer that is arranged and holds a gap between the substrates in a vacuum atmosphere, and a voltage circuit that applies an electric field between the anode substrate and the cathode substrate. Then, the gap between the anode substrate and the cathode substrate is set as a vacuum channel region, and electrons from the field electron emitting material are injected into the thin film of the ultraviolet emitting phosphor by applying an electric field between the substrates, and the ultraviolet emitting phosphor is used. It emits ultraviolet light.
When a voltage is applied to an electron emitting material such as a hot filament or a cold cathode material constituting a cathode electrode, electrons are generated by field emission and emitted into a vacuum. These electrons are attracted to the anode electrode and proceed, and collide with the thin film of the ultraviolet emitting phosphor constituting the anode electrode. When the electrons collide, the thin film of the ultraviolet emitting phosphor converts the electron energy into light energy and emits light.

次に、本発明における紫外発光蛍光体の作製方法について説明する。
本発明の紫外発光蛍光体の作製方法は、上述の本発明の紫外発光蛍光体の作製方法であって、以下の(S1)〜(S6)のステップを備える。
(S1)240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長を決定するステップ
(S2)発光中心を形成する2種以上の遷移元素イオンの添加比率を調製して発光中心波長を制御するステップ
(S3)発光中心を形成する2種以上の遷移元素イオンの各添加量の合計添加量が、各イオンの濃度消光による限界濃度以上になるように調製して輝度を制御するステップ
(S4)パラメータxとyの少なくとも一方を調製して発光中心波長および輝度を制御するステップ
(S5)希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、添加比率と合計添加量が調製された2種以上の遷移元素イオンを共添加するステップ
(S6)焼成し、アニール処理するステップ
Next, a method for producing an ultraviolet emitting phosphor in the present invention will be described.
The method for producing an ultraviolet emitting phosphor of the present invention is the above-mentioned method for producing an ultraviolet emitting phosphor of the present invention, and includes the following steps (S1) to (S6).
(S1) Step of determining the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm (S2) The emission center wavelength is controlled by adjusting the addition ratio of two or more transition element ions forming the emission center. Step (S3) A step (S4) of controlling the brightness by adjusting the total addition amount of each addition amount of two or more kinds of transition element ions forming the emission center to be equal to or more than the limit concentration due to the concentration extinction of each ion. Step of controlling emission center wavelength and brightness by preparing at least one of parameters x and y (S5) Two or more transition element ions for which the addition ratio and total addition amount have been prepared are coexisted with respect to the rare earth aluminum garnet crystal. Step of addition (S6) Step of firing and annealing

特に、希土類アルミニウムガーネット結晶が、(Lu1−xAl12(但し、0<x<1)であり、発光中心を形成する2種の遷移元素イオンは、ランタン(La)イオンとスカンジウム(Sc)イオンである構成を備える紫外発光蛍光体の作製方法では、以下の(S1a)〜(S6a)のステップを備える。
(S1a)240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長を決定するステップ
(S2a)発光中心を形成するランタン(La)イオンとスカンジウム(Sc)イオンの添加比率を調製して発光中心波長を制御するステップ
(S3a)ランタン(La)イオンとスカンジウム(Sc)イオンの各添加量の合計添加量が、各イオンの濃度消光による限界濃度以上になるように調製して輝度を制御するステップ
(S4a)パラメータxを調製し、イットリウム(Y)イオンの添加量を調製して発光中心波長および輝度を制御するステップ
(S5a)希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、添加比率と合計添加量が調製されたランタン(La)イオンとスカンジウム(Sc)イオンを共添加するステップ
(S6a)焼成し、アニール処理するステップ
In particular, the rare earth aluminum garnet crystal is (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (where 0 <x <1), and the two transition element ions forming the emission center are lanthanum (La). A method for producing an ultraviolet emitting phosphor having a structure of an ion and a scandium (Sc) ion includes the following steps (S1a) to (S6a).
(S1a) Step of determining the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm (S2a) The addition ratio of the lanthanum (La) ion and the scandium (Sc) ion forming the emission center is adjusted to determine the emission center. Step to control the wavelength (S3a) Step to control the brightness by adjusting the total addition amount of each addition amount of lanthanum (La) ion and scandium (Sc) ion to be equal to or more than the limit concentration due to the concentration quenching of each ion. (S4a) Parameter x is prepared, the amount of yttrium (Y) ion added is adjusted, and the emission center wavelength and the brightness are controlled. (S5a) The addition ratio and the total amount added are prepared for the rare earth aluminum garnet crystal. Step of co-adding lanthanum (La) ion and scandium (Sc) ion (S6a) Step of quenching and annealing

別の観点によれば、本発明の紫外発光蛍光体の作製方法は、上述の本発明の紫外発光蛍光体の作製方法であって、以下の(S1b)〜(S6b)のステップを備える。
(S1b)240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長を決定するステップ
(S2b)発光中心を形成する1種以上の遷移元素イオンの添加量が、イオンの濃度消光による限界濃度以上になるように調製して発光中心波長を制御するステップ
(S3b)添加された遷移元素イオンが、Lu又はYの希土類サイトと、Al又はZの第13族元素サイトの少なくとも何れかのサイトに置換するように、Lu又はYの希土類イオンの含有量と、Al又はZの含有量を制御するステップ
(S4b)パラメータxとyの少なくとも一方を調製して発光中心波長および輝度を制御するステップ
(S5b)希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、添加量が調製された1種以上の遷移元素イオンを添加するステップ
(S6b)焼成し、アニール処理するステップ
According to another viewpoint, the method for producing an ultraviolet emitting phosphor of the present invention is the above-mentioned method for producing an ultraviolet emitting phosphor of the present invention, which comprises the following steps (S1b) to (S6b).
(S1b) Step of determining the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm (S2b) The amount of one or more transition element ions forming the emission center is equal to or greater than the limit concentration due to ion concentration extinction. Step of controlling the emission center wavelength (S3b) The added transition element ion is replaced with at least one of the rare earth site of Lu or Y and the 13th group element site of Al or Z. (S4b) A step of controlling the content of the rare earth ion of Lu or Y and the content of Al or Z (S4b) A step of adjusting at least one of the parameters x and y to control the emission center wavelength and the brightness (S5b). ) Step of adding one or more transition element ions whose addition amount has been adjusted to rare earth aluminum garnet crystals (S6b) Step of firing and annealing

特に、希土類アルミニウムガーネット結晶が、(Lu1−xAl12(但し、x=0又は1)であり、発光中心を形成する遷移元素イオンがLaイオン又はScイオンである構成を備える紫外発光蛍光体の作製方法では、以下の(S1c)〜(S6c)のステップを備える。
(S1c)240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長を決定するステップ
(S2c)発光中心を形成するLaイオン又はScイオンの添加量が、イオンの濃度消光による限界濃度以上になるように調製して発光中心波長を制御するステップ
(S3c)添加されたLaイオン又はScイオンが、Lu又はYの希土類サイトと、Al又はZの第13族元素サイトの少なくとも何れかのサイトに置換するように、Lu又はYの希土類イオンの含有量と、Al又はZの含有量を制御するステップ
(S4c)パラメータxを調製して発光中心波長および輝度を制御するステップ
(S5c)希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、添加量が調製されたLaイオン又はScイオンを添加するステップ
(S6c)焼成し、アニール処理するステップ
In particular, the rare earth aluminum garnet crystal is (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (where x = 0 or 1), and the transition element ion forming the emission center is La ion or Sc ion. The method for producing an ultraviolet emitting phosphor comprising the following steps (S1c) to (S6c).
(S1c) Step of determining the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm (S2c) The amount of La ion or Sc ion forming the emission center becomes equal to or more than the limit concentration due to the ion concentration quenching. (S3c) The added La ion or Sc ion is replaced with at least one of the rare earth site of Lu or Y and the group 13 element site of Al or Z. Step (S4c) to control the content of rare earth ions of Lu or Y and the content of Al or Z (S4c) Step to control the quenching center wavelength and brightness (S5c) Rare earth aluminum garnet crystal. (S6c) A step of adding La ions or Sc ions whose addition amount has been prepared (S6c) A step of quenching and annealing.

本発明よれば、希土類アルミニウムガーネット結晶をベースとした紫外発光蛍光体を用いて、高輝度と発光中心波長の制御性を同時に実現できる。 According to the present invention, high brightness and controllability of the emission center wavelength can be realized at the same time by using an ultraviolet emitting phosphor based on a rare earth aluminum garnet crystal.

紫外発光デバイスにおける紫外発光蛍光体の作製方法の処理フロー(1)Processing flow of a method for producing an ultraviolet emitting phosphor in an ultraviolet emitting device (1) 紫外発光デバイスにおける紫外発光蛍光体の作製方法の処理フロー(2)Processing flow of a method for producing an ultraviolet emitting phosphor in an ultraviolet emitting device (2) 紫外発光蛍光体の試料作製フローSample preparation flow for ultraviolet luminescent phosphor 実施例1の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(発光スペクトル)Photoluminescence measurement result (emission spectrum) of the ultraviolet emitting phosphor of Example 1 実施例1の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(積分強度)Photoluminescence measurement result (integral intensity) of the ultraviolet emitting phosphor of Example 1 比較例1の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(発光スペクトル)Photoluminescence measurement result (emission spectrum) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 1 比較例1の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(積分強度)Photoluminescence measurement result (integral intensity) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 1 比較例2の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(発光スペクトル)Photoluminescence measurement result (emission spectrum) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 2 比較例2の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(積分強度)Photoluminescence measurement result (integral intensity) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 2 実施例1、比較例1、比較例2の紫外発光蛍光体の発光スペクトルの比較グラフComparison graph of emission spectra of ultraviolet-emitting phosphors of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. 実施例1,2,3の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(発光スペクトル)Photoluminescence measurement results (emission spectrum) of the ultraviolet-emitting phosphors of Examples 1, 2 and 3. 実施例1,2,3の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(積分強度)Photoluminescence measurement results (integral intensity) of the ultraviolet emitting phosphors of Examples 1, 2 and 3. 比較例3の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(発光スペクトル)Photoluminescence measurement result (emission spectrum) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 3 比較例3の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(積分強度)Photoluminescence measurement result (integral intensity) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 3 比較例4の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(発光スペクトル)Photoluminescence measurement result (emission spectrum) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 4 比較例5の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果(積分強度)Photoluminescence measurement result (integral intensity) of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 5 実施例1,2,3の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(X線回折スペクトル)Results of X-ray diffraction measurement of the ultraviolet-emitting phosphors of Examples 1, 2 and 3 (X-ray diffraction spectrum) 実施例1,2,3の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(回折ピークシフト)X-ray diffraction measurement results (diffraction peak shift) of the ultraviolet emitting phosphors of Examples 1, 2 and 3. 比較例1,2の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(X線回折スペクトル)Results of X-ray diffraction measurement of the ultraviolet-emitting phosphors of Comparative Examples 1 and 2 (X-ray diffraction spectrum) 比較例1,2の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(回折ピークシフト)X-ray diffraction measurement results (diffraction peak shift) of the ultraviolet emitting phosphors of Comparative Examples 1 and 2. 比較例1,3,5の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(X線回折スペクトル)Results of X-ray diffraction measurement of the ultraviolet-emitting phosphors of Comparative Examples 1, 3 and 5 (X-ray diffraction spectrum) 比較例1,3,5の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(回折ピークシフト)X-ray diffraction measurement results (diffraction peak shift) of the ultraviolet emitting phosphors of Comparative Examples 1, 3 and 5 比較例2,4,6の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(X線回折スペクトル)Results of X-ray diffraction measurement of the ultraviolet-emitting phosphors of Comparative Examples 2, 4 and 6 (X-ray diffraction spectrum) 比較例2,4,6の紫外発光蛍光体のX線回折測定結果(回折ピークシフト)X-ray diffraction measurement results (diffraction peak shift) of the ultraviolet emitting phosphors of Comparative Examples 2, 4 and 6 紫外発光デバイスの構成模式図(1)Schematic diagram of the structure of the ultraviolet light emitting device (1) 紫外発光デバイスの構成模式図(2)Schematic diagram of the structure of the ultraviolet light emitting device (2) 実施例8の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Example 8 比較例8aの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 8a 比較例8bの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 8b 実施例9の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Example 9 比較例9aの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 9a 比較例9bの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結Photoluminescence measurement of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9b 実施例11の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Example 11 比較例11aの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 11a 比較例11bの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 11b 実施例12の紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Example 12 比較例12aの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 12a 比較例12bの紫外発光蛍光体のフォトルミネッセンス測定結果Photoluminescence measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 12b 実施例10のPLE測定結果のグラフであり、(1)母体結晶の変化,(2)置換サイトの変化,(3)置換元素の変化を示す。It is a graph of the PLE measurement result of Example 10, and shows (1) the change of a parent crystal, (2) the change of a substitution site, and (3) the change of a substitution element.

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to the following examples and illustrated examples, and many modifications and modifications can be made.

(紫外発光蛍光体の作製方法)
本発明の紫外発光デバイスにおける紫外発光蛍光体の作製方法について説明する。図1は、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、0≦x≦1、0<y≦1、ZはB,Ga,In,Tl)をベースとして、発光中心を形成する2種以上のLu,Y以外の希土類イオンが少なくとも共添加された紫外発光蛍光体の作製方法の処理フローを示している。
(Method for producing ultraviolet luminescent phosphor)
A method for producing an ultraviolet emitting phosphor in the ultraviolet emitting device of the present invention will be described. FIG. 1 shows a rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, Z is B, Ga, In. , Tl) is used as a base, and the processing flow of a method for producing an ultraviolet emitting phosphor to which at least two or more rare earth ions other than Lu and Y forming a light emitting center are co-added is shown.

まず、240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長を決定する(ステップS01)。例えば、皮膚治療の用途に用いる装置のアプリケーションの場合、一般的には280〜320nmの波長域の紫外線UVBを用いることが知られているが、仮に305nmの紫外光が皮膚損傷治癒に最も効果的であるならば、発光中心波長を305nmに決定する。そして、ベースとなる希土類アルミニウムガーネット結晶に含有されているLu,Y以外で、共添加する少なくとも2種の希土類イオンの添加比率を調製して発光中心波長を制御する(ステップS02)。例えば、発光中心波長が305nmになるように、Gd、Eu、Dy、La、Ce、Sm、Nd、Tb、Pr、Er、Tm、Yb、Sc、Pm、およびHoの中から、共添加する2種以上の希土類イオンを選択し、それらの添加比率を調製する。 First, the target emission center wavelength is determined in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm (step S01). For example, in the case of applications of devices used for skin treatment applications, it is generally known to use ultraviolet UVB in the wavelength range of 280 to 320 nm, but tentatively, ultraviolet light of 305 nm is the most effective for healing skin damage. If so, the emission center wavelength is determined to be 305 nm. Then, the emission center wavelength is controlled by adjusting the addition ratio of at least two kinds of rare earth ions to be co-added other than Lu and Y contained in the base rare earth aluminum garnet crystal (step S02). For example, co-adding from Gd, Eu, Dy, La, Ce, Sm, Nd, Tb, Pr, Er, Tm, Yb, Sc, Pm, and Ho so that the emission center wavelength becomes 305 nm 2 Select rare earth ions above the species and adjust their addition ratio.

次に、共添加する少なくとも2種の希土類イオンの各添加量の合計添加量が、濃度消光が生じる限界近傍の添加量となるように調製して輝度を制御する(ステップS03)。この時、各々の希土類イオンの濃度消光による限界濃度となる添加量を予め求めておく。各添加量の合計添加量が、各イオンの限界濃度となる添加量を超えるように調製する。これにより、高含有量の希土類イオンをドープさせ、高輝度化を実現する。また、(Lu1−x(Al1−y12におけるパラメータx又はy、或は、パラメータx及びyを調製して発光中心波長および輝度を制御する(ステップS04)。そして、ベースとなる希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、添加比率と合計添加量に調製された少なくとも2種の希土類イオンを共添加する(ステップS05)。その後、焼成し、1400〜1700℃で約10時間、アニール処理を行い、紫外発光蛍光体結晶を得る(ステップS06)。
これにより、希土類アルミニウムガーネット結晶をベースとして、少なくとも2種の希土類イオンが共添加された紫外発光蛍光体結晶が得られることになる。
Next, the brightness is controlled by adjusting the total addition amount of each of at least two rare earth ions to be co-added to be near the limit at which concentration quenching occurs (step S03). At this time, the amount of addition, which is the limit concentration due to the concentration quenching of each rare earth ion, is obtained in advance. The total addition amount of each addition amount is adjusted so as to exceed the addition amount which is the limit concentration of each ion. As a result, a high content of rare earth ions is doped to realize high brightness. Further, the parameters x or y in (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 or the parameters x and y are prepared to control the emission center wavelength and the brightness (step S04). ). Then, at least two kinds of rare earth ions prepared in the addition ratio and the total addition amount are co-added to the base rare earth aluminum garnet crystal (step S05). Then, it is calcined and annealed at 1400 to 1700 ° C. for about 10 hours to obtain an ultraviolet emitting phosphor crystal (step S06).
As a result, an ultraviolet luminescent phosphor crystal obtained by co-adding at least two kinds of rare earth ions based on the rare earth aluminum garnet crystal can be obtained.

特に、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−xAl12(但し、0<x<1)をベースとして、発光中心を形成するランタン(La)とスカンジウム(Sc)の2種の希土類イオンが共添加された紫外発光蛍光体結晶について図2のフローを参照して説明する。
図2は、紫外発光デバイスにおける紫外発光蛍光体の作製方法の処理フローを示している。図1のフローと同様に、紫外域で目標とする発光中心波長を決定し(ステップS11)、LaとScイオンの添加比率を調製して発光中心波長を制御する(ステップS12)。また、LaとScイオンの各添加量の合計添加量が、濃度消光が生じる限界近傍の添加量となるように調製して輝度を制御する(ステップS13)。そして、パラメータxを調製し、Yイオンの添加量を調製して輝度を制御する(ステップS14)。調整された添加量のYイオンとLuイオンを含有する希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、添加比率と合計添加量に調製されたLaとScイオンを共添加する(ステップS15)。その後、焼成し、1400〜1700℃で約10時間、アニール処理を行い、紫外発光蛍光体結晶を得る(ステップS16)。
In particular, there are two types of rare earth aluminum garnet crystals (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (however, based on 0 <x <1), lanthanum (La) and scandium (Sc) that form a light emitting center. An ultraviolet emitting phosphor crystal to which rare earth ions are co-added will be described with reference to the flow of FIG.
FIG. 2 shows a processing flow of a method for producing an ultraviolet emitting phosphor in an ultraviolet emitting device. Similar to the flow of FIG. 1, the target emission center wavelength is determined in the ultraviolet region (step S11), and the addition ratio of La and Sc ions is adjusted to control the emission center wavelength (step S12). Further, the brightness is controlled by adjusting the total addition amount of each of La and Sc ions to be an addition amount near the limit at which concentration quenching occurs (step S13). Then, the parameter x is prepared, the amount of Y ion added is adjusted, and the brightness is controlled (step S14). La and Sc ions prepared in the addition ratio and the total addition amount are co-added to the rare earth aluminum garnet crystal containing the adjusted addition amount of Y ion and Lu ion (step S15). Then, it is calcined and annealed at 1400 to 1700 ° C. for about 10 hours to obtain an ultraviolet emitting phosphor crystal (step S16).

本実施例では、LuAl12(LuAG)結晶をベースとして、LaイオンとScイオンが共添加された紫外発光蛍光体を用いる紫外発光デバイスについて説明する。
図3は、紫外発光蛍光体の試料作製フローを示している。紫外発光蛍光体の試料の作製は、Lu、Al、La、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量し(ステップS31)、アルミナ乳鉢を用いて粉末を混合し(ステップS32)、その後、アニール処理を行った(ステップS33)。アニール処理は、電気炉を用いて大気中で行い、アニール温度は1600℃で、アニール時間は10時間であった。なお、Laは潮解性があるため、電気炉でアルミナるつぼを用いて1時間アニール処理を行ってから測り取った。
In this example, an ultraviolet emitting device using an ultraviolet emitting phosphor based on a Lu 3 Al 5 O 12 (LuAG) crystal and co-added with La ion and Sc ion will be described.
FIG. 3 shows a sample preparation flow of an ultraviolet emitting phosphor. To prepare a sample of an ultraviolet luminescent phosphor , each raw material powder of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , and Sc 2 O 3 is weighed based on a chemical ratio (step S31), and an alumina mortar is prepared. The powder was mixed using the above (step S32), and then an annealing treatment was performed (step S33). The annealing treatment was carried out in the air using an electric furnace, the annealing temperature was 1600 ° C., and the annealing time was 10 hours. Since La 2 O 3 is deliquescent, it was measured after being annealed in an electric furnace using an alumina crucible for 1 hour.

紫外発光蛍光体の試料の光学特性評価は、フォトルミネッセンス(PhotoLuminescence:以下、PLと表記)測定により行った。なお、PL測定は、励起光源としてキセノンエキシマランプを用い、励起波長を172nm(7.2eV)、測定温度を室温として測定した。 The optical characteristics of the ultraviolet-emitting phosphor sample were evaluated by photoluminescence (hereinafter referred to as PL) measurement. In the PL measurement, a xenon excimer lamp was used as the excitation light source, the excitation wavelength was 172 nm (7.2 eV), and the measurement temperature was room temperature.

下記表1は、実施例1の紫外発光蛍光体の試料作製条件を示したものである。共添加するLaイオンとScイオンの添加量を、各々0.6、0.8、1.0、1.2(原子%)となるように調製し、作製する紫外発光蛍光体Lu3−a−bLaScAl12(但し、0<a,b<3)が10gになるように、Lu、Al、La、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。 Table 1 below shows the sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor of Example 1. The amount of La ion and Sc ion to be co-added is adjusted to be 0.6, 0.8, 1.0, and 1.2 (atomic%), respectively, and the ultraviolet luminescent phosphor Lu 3-a is produced. -B La a Sc b Al 5 O 12 (however, 0 <a, b <3) is 10 g, and each raw material of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , Sc 2 O 3 The powder was weighed based on the chemical ratio.

Figure 0006955656
Figure 0006955656

下記表2は、比較例1の紫外発光蛍光体の試料作製条件を示したものである。比較例1の紫外発光蛍光体として、LuAl12(LuAG)結晶をベースとして、Laイオンのみが添加された紫外発光蛍光体を用いた。添加するLaイオンの添加量を、0.8、1.0、1.2,1.4(原子%)となるように調製し、比較例1の紫外発光蛍光体Lu3−aLaAl12(但し、0<a<3)が10gになるように、Lu、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。 Table 2 below shows the sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 1. As the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 1, an ultraviolet luminescent phosphor based on a Lu 3 Al 5 O 12 (LuAG) crystal to which only La ions were added was used. The amount of La ions to be added was adjusted to be 0.8, 1.0, 1.2, 1.4 (atomic%), and the ultraviolet luminescent phosphor Lu 3-a La a Al of Comparative Example 1 was added. The raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 were weighed based on the ratio of chemical quantities so that 5 O 12 (where 0 <a <3) was 10 g.

Figure 0006955656
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下記表3は、比較例2の紫外発光蛍光体の試料作製条件を示したものである。比較例2の紫外発光蛍光体として、LuAl12(LuAG)結晶をベースとして、Scイオンが添加された紫外発光蛍光体を用いた。添加するScイオンの添加量を、1.1、1.3,1.5、1.7(原子%)となるように調製し、比較例2の紫外発光蛍光体Lu3−bScAl12(但し、0<b<3)が10gになるように、Lu、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。 Table 3 below shows the sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 2. As the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 2, an ultraviolet luminescent phosphor added with Sc ions based on a Lu 3 Al 5 O 12 (LuAG) crystal was used. The amount of Sc ions to be added was adjusted to be 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and the ultraviolet emitting phosphor Lu 3-b Sc b Al of Comparative Example 2 was added. The raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so that 5 O 12 (where 0 <b <3) was 10 g.

Figure 0006955656
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なお、比較例1および比較例2のアニール処理の条件として、アニール温度は1500℃、アニール時間は10時間で、電気炉を用いて大気中で行った。 As the conditions for the annealing treatment of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the annealing temperature was 1500 ° C., the annealing time was 10 hours, and the annealing treatment was carried out in the atmosphere using an electric furnace.

図4および図5は、実施例1の紫外発光蛍光体のPL測定結果を示し、図4はPLスペクトル、図5はその積分強度を示している。また、図6および図7は、比較例1の紫外発光蛍光体のPL測定結果を示し、図6はPLスペクトル、図7はその積分強度を示している。また、図8および図9は、比較例2の紫外発光蛍光体のPL測定結果を示し、図8はPLスペクトル、図9はその積分強度を示している。 4 and 5 show the PL measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Example 1, FIG. 4 shows the PL spectrum, and FIG. 5 shows the integrated intensity thereof. 6 and 7 show the PL measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 1, FIG. 6 shows the PL spectrum, and FIG. 7 shows the integrated intensity thereof. 8 and 9 show the PL measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 2, FIG. 8 shows the PL spectrum, and FIG. 9 shows the integrated intensity thereof.

比較例1の紫外発光蛍光体のPL測定結果から、LuAGに関するLaの添加濃度依存性がわかる。積分強度は1.2(原子%)で最大になっている(図7参照)。添加量が1.4(原子%)になると発光強度が下がっているが、これは濃度消光に起因するものと推察する。なお、Laの添加量が増えると結晶構造が悪くなるが、La=1.2(原子%)のとき発光強度が最大となっているのは、結晶構造悪化による発光の低下より、La発光中心の増加割合の方が多かったためであると推察する。 From the PL measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 1, the dependence of La added concentration on LuAG can be understood. The integrated intensity is maximum at 1.2 (atomic%) (see FIG. 7). When the addition amount is 1.4 (atomic%), the emission intensity decreases, which is presumed to be due to the concentration quenching. Although the crystal structure deteriorates as the amount of La added increases, the maximum emission intensity when La = 1.2 (atomic%) is due to the decrease in emission due to the deterioration of the crystal structure. It is presumed that this is because the rate of increase was higher.

また、PLスペクトルから、いずれの添加量の場合でも、ピーク波長は280nmでありシフトは確認できなかった(図6参照)。なお、図6のPLスペクトル中の全てに、330nm辺りでスペクトル形状が乱れているが、この乱れは測定装置によるものであり、前後のスペクトルの変化から330nm近辺も滑らかにスペクトルは変化していると推察する。また、図7のPLスペクトルにおいて、PL強度は規格化していない。他の図のPLスペクトルも同様である。 Further, from the PL spectrum, the peak wavelength was 280 nm regardless of the amount of addition, and no shift could be confirmed (see FIG. 6). In all of the PL spectra in FIG. 6, the spectrum shape is disturbed around 330 nm, but this disturbance is due to the measuring device, and the spectrum changes smoothly around 330 nm due to the change in the spectrum before and after. I guess. Further, in the PL spectrum of FIG. 7, the PL intensity is not standardized. The same applies to the PL spectra in the other figures.

また、比較例2の紫外発光蛍光体のPL測定結果から、LuAGに関するScの添加濃度依存性がわかる。積分強度は1.5(原子%)で最大になっている(図9参照)。添加量が1.7(原子%)になると発光強度が若干下がっているが、これも濃度消光に起因するものと推察する。なお、Scの添加量が増えると結晶構造が悪くなるが、Sc=1.5(原子%)のとき発光強度が最大となっているのは、結晶構造悪化による発光の低下より、Sc発光中心の増加割合の方が多かったためであると推察する。 Further, from the PL measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 2, the dependence of Sc on LuAG on the addition concentration can be seen. The integrated intensity is maximum at 1.5 (atomic%) (see FIG. 9). When the addition amount reaches 1.7 (atomic%), the emission intensity decreases slightly, but it is presumed that this is also due to the concentration quenching. Although the crystal structure deteriorates as the amount of Sc added increases, the maximum emission intensity when Sc = 1.5 (atomic%) is due to the decrease in emission due to the deterioration of the crystal structure. It is presumed that this is because the rate of increase was higher.

また、PLスペクトルから、添加量が増大するとともに、ピークは290nmから300nmにシフトし、スペクトル幅が増大していることがわかる(図8参照)。Scの最外殻が3dであるため、周辺の原子の影響を受けやすいことに起因すると推察する。一方、比較例1のLaの場合、5d軌道が最外殻なので周辺の影響をあまり受けず、スペクトル幅も比較的小さく、添加濃度による依存性が現れなかったものと推察する。 Further, from the PL spectrum, it can be seen that as the addition amount increases, the peak shifts from 290 nm to 300 nm, and the spectrum width increases (see FIG. 8). Since the outermost shell of Sc is 3d, it is presumed that it is easily affected by surrounding atoms. On the other hand, in the case of La of Comparative Example 1, since the 5d orbital is the outermost shell, it is presumed that the influence of the surroundings is not so much, the spectrum width is relatively small, and the dependence due to the addition concentration does not appear.

なお、Lu、La、Scのイオン半径は、La(0.116 nm) > Lu(0.097 nm) > Sc(0.087 nm)の順になっており、3種のイオンの内、Scはイオン半径が最も小さい。イオン半径の小さなScの濃度が大きくなると、イオン半径の大きなLuの影響を受けやすくなり、ScイオンはLuイオンに引っ張られて遷移エネルギーが小さくなる。すなわち発光中心波長が低エネルギー側(長波長側)にシフトするのである。 The ionic radii of Lu, La, and Sc are in the order of La (0.116 nm)> Lu (0.097 nm)> Sc (0.087 nm), and Sc has the smallest ionic radius among the three types of ions. When the concentration of Sc having a small ionic radius increases, it becomes more susceptible to the influence of Lu having a large ionic radius, and Sc ions are pulled by Lu ions to reduce the transition energy. That is, the emission center wavelength shifts to the low energy side (long wavelength side).

実施例1の紫外発光蛍光体のPL測定結果から、LuAGに対するLa,Scの共添加濃度依存性がわかる。LuAGに対してLa1.0(原子%)とSc1.0(原子%)の合計添加濃度2.0(原子%)の時に、積分強度は最大になっている(図5参照)。上述の如く、比較例1(Laのみ添加)の場合、最大積分強度はLa添加濃度が1.2(原子%)であり、比較例2(Scのみ添加)の場合、最大積分強度はSc添加濃度が1.5(原子%)であった。これに対して、実施例1の場合、La,Scの共添加濃度が合計2.0(原子%)で最大になっていた。すなわち、La,Scの共添加の場合、最大積分強度の添加量がLaのみ添加やScのみ添加よりも増大していることがわかる。実施例1(La,Scの共添加)の最大積分強度(図5参照)は、比較例1(Laのみ添加)の最大積分強度よりも大きくなっている(図7参照)。このことから、濃度消光を示す添加濃度限界が、共添加によって向上していることがわかる。 From the PL measurement results of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 1, the dependence of the co-addition concentration of La and Sc with respect to LuAG can be seen. The integrated intensity is maximized when the total addition concentration of La1.0 (atomic%) and Sc1.0 (atomic%) is 2.0 (atomic%) with respect to LuAG (see FIG. 5). As described above, in the case of Comparative Example 1 (only La added), the maximum integrated intensity is La added concentration of 1.2 (atomic%), and in the case of Comparative Example 2 (only Sc added), the maximum integrated intensity is Sc added. The concentration was 1.5 (atomic%). On the other hand, in the case of Example 1, the co-addition concentration of La and Sc was the maximum at 2.0 (atomic%) in total. That is, in the case of co-addition of La and Sc, it can be seen that the addition amount of the maximum integrated strength is larger than that of the addition of only La or only Sc. The maximum integrated intensity (see FIG. 5) of Example 1 (co-addition of La and Sc) is larger than the maximum integrated intensity of Comparative Example 1 (added only La) (see FIG. 7). From this, it can be seen that the addition concentration limit indicating concentration quenching is improved by co-addition.

なお、比較例2(Scのみ添加)の最大積分強度(図9参照)が、実施例1(LaとScの共添加)の最大積分強度(図5参照)よりも大きくなっているが、これは、PLスペクトルの発光強度の絶対値が測り方によって多少の誤差が生じるためであると推察する(今回の発光強度の測定では積分球を用いた測定は行っていない)。積分強度に関するグラフの縦軸は、あくまでも相対強度の位置付けで解釈すべきである。また、Scのみの添加の場合、LaとScの共添加の場合よりも、発光中心波長がより長波長側にシフトし、PLスペクトルが殺菌効果のない長波長側へ広がっていることが確認でき(図4、図8参照)、これも積分強度が大きくなっている原因と推察する。 The maximum integrated intensity (see FIG. 9) of Comparative Example 2 (added only Sc) is larger than the maximum integrated intensity (see FIG. 5) of Example 1 (co-added La and Sc). It is presumed that this is because the absolute value of the emission intensity of the PL spectrum has some error depending on the measurement method (the measurement using the integrating sphere was not performed in the measurement of the emission intensity this time). The vertical axis of the graph regarding integrated strength should be interpreted as the position of relative strength. Further, it can be confirmed that when only Sc is added, the emission center wavelength is shifted to the longer wavelength side and the PL spectrum is expanded to the longer wavelength side where there is no bactericidal effect, as compared with the case where La and Sc are co-added. (See FIGS. 4 and 8), it is presumed that this is also the cause of the large integral strength.

また、PLスペクトルは、比較例1(Laのみ添加)と比較例2(Scのみ添加)のそれぞれのスペクトル幅の中間程度であり、添加量が増大するとともに、280nmから290nmにシフトしていることがわかった(図4参照)。これから、LaとScイオンの添加量を調製することで、紫外発光蛍光体の発光中心波長を制御できることがわかる。また、実施例1のようにLaとScを共添加することにより、比較例1や比較例2のようにLa又はScをそれぞれ単独で添加するよりも、合計添加量を増大させることができ、発光強度を大きくできる。すなわち、高輝度化と同時に発光中心波長の制御性を実現できるのである。 Further, the PL spectrum is about halfway between the spectrum widths of Comparative Example 1 (added only La) and Comparative Example 2 (added only Sc), and the amount of addition increases and the spectrum shifts from 280 nm to 290 nm. Was found (see FIG. 4). From this, it can be seen that the emission center wavelength of the ultraviolet emitting phosphor can be controlled by adjusting the addition amounts of La and Sc ions. Further, by co-adding La and Sc as in Example 1, the total addition amount can be increased as compared with the case where La or Sc are added alone as in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. The emission intensity can be increased. That is, it is possible to realize controllability of the emission center wavelength at the same time as increasing the brightness.

図10は、実施例1(La,Scの共添加)、比較例1(Laのみ添加)、比較例2(Scのみ添加)のそれぞれのPLスペクトルの比較を示している。ピーク波長のシフト、スペクトル幅の変化が明確に確認できる。 FIG. 10 shows a comparison of the PL spectra of Example 1 (co-addition of La and Sc), Comparative Example 1 (addition of La only), and Comparative Example 2 (addition of Sc only). The shift of the peak wavelength and the change of the spectrum width can be clearly confirmed.

本実施例では、(Lu1−xAl12(但し、0<x<1)(以下、LuYAGと表記)結晶をベースとして、LaイオンとScイオンが共添加された紫外発光蛍光体を用いる紫外発光デバイスについて説明する。 In this embodiment, (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (however, 0 <x <1) (hereinafter referred to as LuYAG) crystal is used as a base, and La ion and Sc ion are co-added to ultraviolet rays. An ultraviolet light emitting device using a light emitting phosphor will be described.

下記表4は、実施例2の紫外発光蛍光体の試料作製条件を示したものである。共添加するLaイオンとScイオンの添加量を、各々1.0(原子%)となるように調製し、作製する紫外発光蛍光体(Lu1−x3−a−bLaScAl12(但し、0<x<1、0<a,b<3)が10gになるように、Lu、Al、La、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。 Table 4 below shows the sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor of Example 2. The amount of La ion and Sc ion to be co-added is adjusted to 1.0 (atomic%), respectively, and the ultraviolet luminescent phosphor (Lu x Y 1-x ) 3-ab La a Sc is produced. b Al 5 O 12 (however, 0 <x <1, 0 <a, b <3) is 10 g, and each of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , and Sc 2 O 3 . The raw material powder was weighed based on the chemical ratio.

Figure 0006955656
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下記表5は、比較例3の紫外発光蛍光体の試料作製条件を示したものである。比較例3の紫外発光蛍光体として、(Lu1−xAl12(LuYAG)結晶をベースとして、Laイオンのみが1.2(原子%)添加された紫外発光蛍光体を用いた。ここで、前述の比較例1のデータで示した通り、Laイオンが1.2(原子%)添加される場合は、比較例1で最大積分強度を示すLaの添加量である。
パラメータxを調製し、添加するYイオンの添加量を、0,2,5,8,11,13.8(原子%)となるように調製し、比較例3の紫外発光蛍光体(Lu1−x3−aLaAl12(但し、0<a<3)が10gになるように、Lu、Al、La、Yの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。
Table 5 below shows the sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 3. As the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 3, an ultraviolet luminescent phosphor based on a (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (Lu YAG) crystal to which only La ions were added by 1.2 (atomic%). Using. Here, as shown in the data of Comparative Example 1 described above, when 1.2 (atomic%) of La ions are added, it is the addition amount of La showing the maximum integrated intensity in Comparative Example 1.
The parameter x is prepared, the amount of Y ions to be added, and prepared so that the 0,2,5,8,11,13.8 (atomic%), ultraviolet-emitting phosphor of Comparative Example 3 (Lu x Y 1-x ) 3-a La a Al 5 O 12 (However, so that 0 <a <3) becomes 10 g, Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 Each raw material powder was weighed based on the chemical ratio.

Figure 0006955656
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下記表6は、比較例4の紫外発光蛍光体の試料作製条件を示したものである。比較例4の紫外発光蛍光体として、(Lu1−xAl12(LuYAG)結晶をベースとして、Scイオンのみが1.5(原子%)添加された紫外発光蛍光体を用いた。ここで、前述の比較例2のデータで示した通り、Scイオンが1.5(原子%)添加される場合は、比較例2で最大積分強度を示すScの添加量である。
パラメータxを調製し、添加するYイオンの添加量を、0,2,5,8,11,13.5(原子%)となるように調製し、比較例4の紫外発光蛍光体(Lu1−x3−bScAl12(但し、0<b<3)が10gになるように、Lu、Al、La、Yの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。
Table 6 below shows the sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 4. As the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 4, an ultraviolet luminescent phosphor based on a (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (Lu YAG) crystal to which only 1.5 (atomic%) of Sc ions was added. Using. Here, as shown in the data of Comparative Example 2 described above, when 1.5 (atomic%) of Sc ions are added, it is the amount of Sc added showing the maximum integrated intensity in Comparative Example 2.
The parameter x was prepared, and the amount of Y ion to be added was adjusted to be 0,2,5,8,11,13.5 (atomic%), and the ultraviolet luminescent phosphor (Lu x) of Comparative Example 4 was prepared. Y 1-x ) 3-b Sc b Al 5 O 12 (However, Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 so that 0 <b <3) becomes 10 g. Each raw material powder was weighed based on the chemical ratio.

Figure 0006955656
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なお、実施例2、比較例3および比較例4のアニール処理の条件として、アニール温度は1600℃、アニール時間は10時間で、電気炉を用いて大気中で行った。 As the conditions for the annealing treatment of Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the annealing temperature was 1600 ° C. and the annealing time was 10 hours, and the annealing treatment was carried out in the atmosphere using an electric furnace.

図11および図12は、実施例2の紫外発光蛍光体のPL測定結果を示し、図11はPLスペクトル、図12はその積分強度を示している。また、図13および図14は、比較例3の紫外発光蛍光体のPL測定結果を示し、図13はPLスペクトル、図14はその積分強度を示している。また、図15および図16は、比較例4の紫外発光蛍光体のPL測定結果を示し、図15はPLスペクトル、図16はその積分強度を示している。 11 and 12 show the PL measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Example 2, FIG. 11 shows the PL spectrum, and FIG. 12 shows the integrated intensity thereof. 13 and 14 show the PL measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 3, FIG. 13 shows the PL spectrum, and FIG. 14 shows the integrated intensity thereof. 15 and 16 show the PL measurement results of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 4, FIG. 15 shows the PL spectrum, and FIG. 16 shows the integrated intensity thereof.

比較例3の紫外発光蛍光体のPL測定結果から、LuYAGに関するYの添加濃度依存性がわかる。積分強度はYの添加濃度11(原子%)で最大になっている(図14参照)。また、積分強度はYの添加濃度13.8(原子%)になると発光強度が下がっていることがわかる。
また、PLスペクトルから、Yの添加濃度が変化しても、ピーク波長は280nmでありシフトは確認できなかった(図13参照)。
From the PL measurement results of the ultraviolet-emitting phosphor of Comparative Example 3, the dependence of Y on LuYAG on the addition concentration can be seen. The integrated intensity is maximized at an added concentration of Y of 11 (atomic%) (see FIG. 14). Further, it can be seen that the integrated intensity decreases when the Y addition concentration reaches 13.8 (atomic%).
Further, from the PL spectrum, even if the Y addition concentration changed, the peak wavelength was 280 nm and no shift could be confirmed (see FIG. 13).

また、比較例4の紫外発光蛍光体のPL測定結果から、LuYAGに対するYの添加濃度依存性がわかる。積分強度はYの添加濃度0.5(原子%)で最小になり、Yの添加濃度13.5(原子%)で最大になっている(図16参照)。
また、PLスペクトルから、Yの添加濃度が増加とともに、ピークは290nmから300nmにシフトし、スペクトル幅も増大していることがわかる(図15参照)。
なお、Lu、Y、Scのイオン半径は、Y(0.102 nm) > Lu(0.097 nm) > Sc(0.087 nm)の順になっており(参照データベース:NIMS物質・材料データベース http://mits.nims.go.jp/)、3種のイオンの内、Yはイオン半径が最も大きい。Yの添加によって、イオン半径の大きなYの濃度が大きくなると、イオン半径の小さなScは影響を受けやすくなり、ScイオンはYイオンに引っ張られて遷移エネルギーが小さくなる。すなわち発光中心波長が低エネルギー側(長波長側)にシフトするのである。
Further, from the PL measurement result of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 4, the dependence of the addition concentration of Y on LuYAG can be understood. The integrated intensity is minimized at an added concentration of Y of 0.5 (atomic%) and maximized at an added concentration of Y of 13.5 (atomic%) (see FIG. 16).
Further, from the PL spectrum, it can be seen that as the addition concentration of Y increases, the peak shifts from 290 nm to 300 nm, and the spectrum width also increases (see FIG. 15).
The ionic radii of Lu, Y, and Sc are in the order of Y (0.102 nm)> Lu (0.097 nm)> Sc (0.087 nm) (reference database: NIMS National Institute for Materials Science http://mits.nims). .go.jp/) Of the three types of ions, Y has the largest ionic radius. When the concentration of Y having a large ionic radius increases due to the addition of Y, Sc having a small ionic radius becomes easily affected, and Sc ions are pulled by Y ions to reduce the transition energy. That is, the emission center wavelength shifts to the low energy side (long wavelength side).

実施例2の紫外発光蛍光体のPL測定結果から、LuYAGに関するYの添加濃度依存性がわかる(図11参照)。Y添加とともに285nmから305nmへピークシフトし、強度も強くなっていた。
これから、Yの添加量を調製することで、紫外発光蛍光体の発光中心波長を制御できることがわかる。また、実施例1と同様、LaとScを共添加することにより、比較例3や比較例4のようにLa又はScをそれぞれ単独で添加するよりも、合計添加量を増大させることができ、発光強度を大きくできる。実施例2の紫外発光蛍光体は、実施例1と同様、高輝度化と同時に発光中心波長の制御性を実現できるのである。
From the PL measurement results of the ultraviolet-emitting phosphor of Example 2, the dependence of Y on LuYAG on the addition concentration can be seen (see FIG. 11). With the addition of Y, the peak shifted from 285 nm to 305 nm, and the intensity became stronger.
From this, it can be seen that the emission center wavelength of the ultraviolet emitting phosphor can be controlled by adjusting the amount of Y added. Further, as in Example 1, by co-adding La and Sc, the total addition amount can be increased as compared with the case where La or Sc are added alone as in Comparative Example 3 and Comparative Example 4. The emission intensity can be increased. Similar to Example 1, the ultraviolet-emitting phosphor of Example 2 can realize controllability of the emission center wavelength at the same time as increasing the brightness.

上記の実施例1,2では、LuAl12(LuAG)結晶、(Lu1−xAl12(但し、0<x<1)(LuYAG)結晶をベースとして、LaイオンとScイオンが共添加された紫外発光蛍光体について説明したが、YAl12(YAG)結晶をベースとして、LaイオンとScイオンが共添加された紫外発光蛍光体を用いることができる。
一例として、YAG結晶をベースとして、LaイオンとScイオンがそれぞれ1.0(原子%)共添加された紫外発光蛍光体のPL測定結果を図11、図12に示す。上述した通り、図11はPLスペクトル、図12はその積分強度を示している。
In Examples 1 and 2 above, the Lu 3 Al 5 O 12 (LuAG) crystal and the (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (where 0 <x <1) (LuYAG) crystal are used as the base. Although the ultraviolet luminescent phosphor to which La ion and Sc ion are co-added has been described, an ultraviolet luminescent phosphor to which La ion and Sc ion are co-added is used based on a Y 3 Al 5 O 12 (YAG) crystal. Can be done.
As an example, FIGS. 11 and 12 show PL measurement results of an ultraviolet luminescent phosphor to which 1.0 (atomic%) La ion and Sc ion are added, respectively, based on a YAG crystal. As described above, FIG. 11 shows the PL spectrum, and FIG. 12 shows the integrated intensity.

上記の実施例1,2,3の紫外発光蛍光体の試料の結晶構造評価は、X線回折(X‐ray diffraction:以下、XRDと表記)測定により行った。なお、XRD測定は、θ−2θ測定とし、CuKα線(0.1541nm)を用いた。
実施例1,2,3の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を図17および図18に示す。図17はXRDスペクトル、図18はLuAG(実施例1)に対する回折ピークのシフトを示している。また、比較例1,2の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を図19および図20に示す。また、比較例1,3,5の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を図21および図22に示す。また、比較例2,4,6の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を図23および図24に示す。ここで、比較例5は、YAG結晶をベースとしてLaイオンのみ1.2(原子%)添加した試料であり、比較例6は、YAG結晶をベースとしてScイオンのみ1.5(原子%)添加した試料である。図19,21,23はXRDスペクトル、図20,22,24はLuAGに対する回折ピークのシフトを示している。なお、図18,20,22,24は、JCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)データとの角度シフトを比較したものである。
The crystal structure evaluation of the samples of the ultraviolet-emitting phosphors of Examples 1, 2 and 3 described above was carried out by X-ray diffraction (hereinafter referred to as XRD) measurement. The XRD measurement was θ-2θ measurement, and CuKα ray (0.1541 nm) was used.
The XRD measurement results of the UV-emitting phosphor samples of Examples 1, 2 and 3 are shown in FIGS. 17 and 18. FIG. 17 shows the XRD spectrum, and FIG. 18 shows the shift of the diffraction peak with respect to LuAG (Example 1). In addition, the XRD measurement results of the UV-emitting phosphor samples of Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIGS. 19 and 20. In addition, the XRD measurement results of the UV-emitting phosphor samples of Comparative Examples 1, 3 and 5 are shown in FIGS. 21 and 22. In addition, the XRD measurement results of the UV-emitting phosphor samples of Comparative Examples 2, 4 and 6 are shown in FIGS. 23 and 24. Here, Comparative Example 5 is a sample in which only La ions are added by 1.2 (atomic%) based on YAG crystals, and Comparative Example 6 is a sample in which only Sc ions are added by 1.5 (atomic%) based on YAG crystals. This is a sample. 19 and 21 and 23 show the XRD spectrum, and FIGS. 20, 22 and 24 show the shift of the diffraction peak with respect to LuAG. Note that FIGS. 18, 20, 22, and 24 compare the angle shifts with the JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) data.

下記表7に示すように、La,Y,Lu,Sc及びAlのそれぞれのイオン半径は、La(0.116nm) > Y(0.102nm) > Lu(0.097nm) > Sc(0.087nm)>Al(0.054nm)である(参照データベース:NIMS物質・材料データベース http://mits.nims.go.jp/)。
実施例1(LuAGをベース)、実施例2(LuYAGをベース)、実施例3(YAGをベース)を対比すると、Yの添加が大きくなる実施例2,3では、Yの添加とともに格子面間隔が広がり、回折ピークが低角度側にシフトしていることが、図18のグラフから確認できる。これは、十二面体サイトの歪が生じているものと推察する。イオン半径差や不純物により回折ピークのシフトが生じているといえるであろう。
また、実施例2(LuYAGをベース)のXRD測定結果から、Yの添加量が増えるとLuAGからYAGにホスト結晶が変化していくような特性を示すことがわかる。
As shown in Table 7 below, the ionic radii of La, Y, Lu, Sc and Al are La (0.116 nm)> Y (0.102 nm)> Lu (0.097 nm)> Sc (0.087 nm)> Al ( 0.054 nm) (Reference database: NIMS Materials and Materials Database http://mits.nims.go.jp/).
Comparing Example 1 (based on LuAG), Example 2 (based on LuYAG), and Example 3 (based on YAG), the addition of Y is large. In Examples 2 and 3, the lattice spacing is increased with the addition of Y. It can be confirmed from the graph of FIG. 18 that the diffraction peak is widened and the diffraction peak is shifted to the low angle side. It is inferred that this is due to the distortion of the dodecahedron site. It can be said that the shift of the diffraction peak is caused by the difference in ionic radius and impurities.
Further, from the XRD measurement results of Example 2 (based on LuYAG), it can be seen that the host crystal changes from LuAG to YAG as the amount of Y added increases.

Figure 0006955656
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比較例1(LuAGをベースとしてLaのみ添加)、比較例2(LuAGをベースとしてScのみ添加)の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を対比すると、図20のグラフから、La添加では格子面間隔が広がり回折ピークが低角度側にシフトし、一方、Sc添加では逆に格子面間隔は縮まり回折ピークが高角度側にシフトしていることがわかる。 Comparing the XRD measurement results of the ultraviolet emitting phosphor samples of Comparative Example 1 (only La was added based on LuAG) and Comparative Example 2 (only Sc was added based on LuAG), from the graph of FIG. 20, the lattice was added when La was added. It can be seen that the surface spacing is widened and the diffraction peak is shifted to the low angle side, while when Sc is added, the lattice plane spacing is narrowed and the diffraction peak is shifted to the high angle side.

比較例1(LuAGをベースとしてLaのみ添加)、比較例3(LuYAGをベースとしてLaのみ添加)、比較例5(YAGをベースとしてLaのみ添加)の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を対比すると、Yの添加とともに格子面間隔が広がり、回折ピークが低角度側にシフトしていることが、図22のグラフから確認できる。 The XRD measurement results of the ultraviolet emitting phosphor samples of Comparative Example 1 (only La added based on LuAG), Comparative Example 3 (only La added based on LuYAG), and Comparative Example 5 (only La added based on YAG) are shown. By comparison, it can be confirmed from the graph of FIG. 22 that the lattice spacing increases with the addition of Y and the diffraction peak shifts to the low angle side.

比較例2(LuAGをベースとしてScのみ添加)、比較例4(LuYAGをベースとしてScのみ添加)、比較例6(YAGをベースとしてScのみ添加)の紫外発光蛍光体の試料のXRD測定結果を対比すると、Yの添加とともに格子面間隔が広がり、回折ピークが低角度側にシフトしていることが、図24のグラフから確認できる。 The XRD measurement results of the ultraviolet emitting phosphor samples of Comparative Example 2 (only Sc added based on LuAG), Comparative Example 4 (only Sc added based on LuYAG), and Comparative Example 6 (only Sc added based on YAG) are shown. By comparison, it can be confirmed from the graph of FIG. 24 that the lattice spacing increases with the addition of Y and the diffraction peak shifts to the low angle side.

上記の実施例1,2で説明したように、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−xAl12(但し、0≦x≦1)をベースとして、LaイオンとScイオンが共添加された紫外発光蛍光体では、LaとScイオンの添加比率で、発光中心波長を制御すると共に、LaとScイオンのそれぞれ単独イオンの場合の濃度限界の添加量を超えて、両イオンの合計添加量を増やして輝度を制御することがわかる。さらに、パラメータxを調製し、Yの添加量を調製することで、紫外発光蛍光体の発光中心波長を制御できる。
さらに、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−xAl12のアルミニウム(Al)の組成を、B、Ga、In、或は、Tlに一部置換させて、発光中心波長および輝度を調製できる。すなわち、(Lu1−x(Al1−y12(但し、0≦x≦1、0<y≦1、ZはB,Ga,In,Tl)において、さらに置換組成Zの選定およびパラメータyを制御として発光中心波長および輝度を調製し、目的とする発光中心波長および輝度を実現するのである。
As described in Examples 1 and 2 above, La ions and Sc ions are coexisting based on the rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 1). In the added ultraviolet emitting phosphor, the emission center wavelength is controlled by the addition ratio of La and Sc ions, and the total amount of both ions exceeds the addition amount of the concentration limit in the case of each single ion of La and Sc ions. It can be seen that the brightness is controlled by increasing the addition amount. Further, by preparing the parameter x and adjusting the amount of Y added, the emission center wavelength of the ultraviolet emitting phosphor can be controlled.
Furthermore, the composition of aluminum (Al) of rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 is partially replaced with B, Ga, In, or Tl to partially replace the emission center wavelength and brightness. Can be prepared. That is, in (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, Z is B, Ga, In, Tl). The emission center wavelength and the brightness are adjusted by controlling the selection of the substitution composition Z and the parameter y, and the target emission center wavelength and the brightness are realized.

図25に紫外発光デバイスの構造模式図の一例を示す。励起光源2は、上述の実施例に示した紫外発光蛍光体1を励起する励起光を生成する光源である。励起光源2は、α線、β線、γ線、X線、紫外線、可視光あるいは電磁波の放射源である。各種の放射線発生手段、放電光発生手段、固体発光素子などが該当し、例えば、プラズマ放電装置、発光ダイオード(LED)、エレクトロルミネッセンス(EL)素子、半導体レーザーを含むレーザー光発生装置を好適に用いることができる。
図25において、出力光4は、励起光源2が放出する励起光3によって、紫外発光蛍光体1が励起されて放つ蛍光である。
なお、図25では、紫外発光蛍光体1の出力光4の照射方向は、励起光3が紫外発光蛍光体1を照射する方向と同じ方向である構造の紫外発光デバイスであるが、それ以外にも、励起光3が紫外発光蛍光体1を照射する方向とは逆方向に紫外発光蛍光体1の出力光4が放射される構造でも構わない。
FIG. 25 shows an example of a schematic structural diagram of the ultraviolet light emitting device. The excitation light source 2 is a light source that generates excitation light that excites the ultraviolet emitting phosphor 1 shown in the above-described embodiment. The excitation light source 2 is a radiation source of α-rays, β-rays, γ-rays, X-rays, ultraviolet rays, visible light or electromagnetic waves. Various radiation generating means, discharge light generating means, solid-state light emitting element, etc. are applicable, and for example, a laser light generating device including a plasma discharge device, a light emitting diode (LED), an electroluminescence (EL) element, and a semiconductor laser is preferably used. be able to.
In FIG. 25, the output light 4 is fluorescence emitted by exciting the ultraviolet emitting phosphor 1 by the excitation light 3 emitted by the excitation light source 2.
In FIG. 25, the irradiation direction of the output light 4 of the ultraviolet emitting phosphor 1 is the same direction as the direction in which the excitation light 3 irradiates the ultraviolet emitting phosphor 1, but the ultraviolet emitting device has a structure other than that. However, the structure may be such that the output light 4 of the ultraviolet emitting phosphor 1 is emitted in the direction opposite to the direction in which the excitation light 3 irradiates the ultraviolet emitting phosphor 1.

図26に紫外発光デバイスの構造模式図の一例を示す。本実施例の紫外発光デバイスは、シリコン(Si)基板18と、Si基板18上に低温成長させたSiドープ窒化アルミニウム(AlN)薄膜17と、石英ガラス基板12と、上述の実施例の紫外発光蛍光体の薄膜11と、スペーサ15と、電圧回路16とから構成される。SiドープAlN薄膜17が電界電子放出材料になる。 FIG. 26 shows an example of a schematic structural diagram of the ultraviolet light emitting device. The ultraviolet light emitting device of this embodiment includes a silicon (Si) substrate 18, a Si-doped aluminum nitride (AlN) thin film 17 grown on the Si substrate 18 at a low temperature, a quartz glass substrate 12, and the ultraviolet light emitting device of the above-described embodiment. It is composed of a thin film 11 of a phosphor, a spacer 15, and a voltage circuit 16. The Si-doped AlN thin film 17 serves as a field electron emitting material.

ここで、Si基板18上に低温成長させたSiドープAlN薄膜17はエミッタを形成する。また、Si基板18とSiドープAIN薄膜17はカソード電極19(陰極)を形成し、石英ガラス基板12と紫外発光蛍光体薄膜11はアノード電極13(陽極)を形成し、スペーサ15を挟んで対向する。カソード電極19とアノード電極13の間の空隙は高真空雰囲気に保持される。
アノード電極13とカソード電極19の間の空隙を真空チャネル領域として、電極間に電界を印加することにより電子放出材料であるSiドープAlN薄膜17からの電子を紫外発光蛍光体薄膜11に注入させて発光させる。
なお、カソード電極19とアノード電極13の間にグリッドを挿入して、放出電流を制御することも可能である。カソード電極19とアノード電極13の間にグリッドを挿入する3極方式を採用することでもよい。
Here, the Si-doped AlN thin film 17 grown at a low temperature on the Si substrate 18 forms an emitter. Further, the Si substrate 18 and the Si-doped AIN thin film 17 form a cathode electrode 19 (cathode), and the quartz glass substrate 12 and the ultraviolet emitting phosphor thin film 11 form an anode electrode 13 (anode) and face each other with the spacer 15 interposed therebetween. do. The gap between the cathode electrode 19 and the anode electrode 13 is maintained in a high vacuum atmosphere.
The void between the anode electrode 13 and the cathode electrode 19 is used as a vacuum channel region, and an electric field is applied between the electrodes to inject electrons from the Si-doped AlN thin film 17, which is an electron emitting material, into the ultraviolet emitting phosphor thin film 11. Make it emit light.
It is also possible to control the emission current by inserting a grid between the cathode electrode 19 and the anode electrode 13. A three-pole system in which a grid is inserted between the cathode electrode 19 and the anode electrode 13 may be adopted.

本実施例では、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、x=1、y=1)、すなわち、LuAl12をベースとして、発光中心を形成するLu以外の遷移元素イオンのScイオンが添加された蛍光体であって、添加されたScイオンは、Luの希土類サイトと、Alの第13族元素サイトの両サイトに置換された紫外発光蛍光体(実施例8)の発光特性について説明する。
また、比較例として、LuAl12をベースとしてScイオンが添加された蛍光体であって、添加されたScイオンは、Luの希土類サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例8a)の発光特性と、LuAl12をベースとしてScイオンが添加された蛍光体であって、添加されたScイオンは、Alの第13族元素サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例8b)の発光特性について説明する。
In this embodiment, the rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where x = 1, y = 1), that is, Lu 3 Al 5 O 12 is used. As a base, it is a phosphor to which Sc ion of a transition element ion other than Lu forming a light emitting center is added, and the added Sc ion is both a rare earth site of Lu and a group 13 element site of Al. The emission characteristics of the ultraviolet emitting phosphor (Example 8) substituted with will be described.
Further, as a comparative example, it is a phosphor to which Sc ion is added based on Lu 3 Al 5 O 12 , and the added Sc ion is an ultraviolet emitting phosphor in which only the rare earth site of Lu is substituted (Comparative example). 8a) emission characteristics and a phosphor to which Sc ions have been added based on Lu 3 Al 5 O 12 , and the added Sc ions are ultraviolet emission fluorescence in which only the Group 13 element sites of Al are substituted. The emission characteristics of the body (Comparative Example 8b) will be described.

まず、紫外発光蛍光体の試料の作製手順について説明する。図3のフローに示すように、紫外発光蛍光体の試料の作製は、Lu、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量し(ステップS31)、アルミナ乳鉢を用いて粉末を混合し(ステップS32)、その後、混合した粉末に対してアニール処理を行った(ステップS33)。アニール処理は、電気炉を用いて大気中で行い、アニール温度は1600℃、アニール時間は10時間、昇温温度は4時間の条件で行った。 First, a procedure for preparing a sample of an ultraviolet emitting phosphor will be described. As shown in the flow of FIG. 3, in the preparation of the ultraviolet luminescent phosphor sample , each raw material powder of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 is weighed based on the stoichiometric ratio (step S31). ), The powder was mixed using an alumina mortar (step S32), and then the mixed powder was annealed (step S33). The annealing treatment was carried out in the atmosphere using an electric furnace under the conditions of an annealing temperature of 1600 ° C., an annealing time of 10 hours, and a temperature rise temperature of 4 hours.

紫外発光蛍光体の試料作製条件を説明する。
実施例8の紫外発光蛍光体の試料は、添加するScイオンの添加量が2.6、2.8、3.0、3.2、3.4(原子%)となるように調製し、またLu側サイトとAl側サイトの両サイトに置換されるように、Lu、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、置換されるAl側サイトにScが1.5(原子%)置換されるようにし、Lu側サイトに1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)置換されるようにした。すなわち、Alを1.5(原子%)だけ少なくし、Luを1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)だけ少なくし、そして、Scが2.6、2.8、3.0、3.2、3.4(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量することによって、ScイオンをLu側サイトとAl側サイトの両サイトに置換させた。
The sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor will be described.
The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 8 was prepared so that the amount of Sc ions added was 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4 (atomic%). Further, the raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so as to be replaced by both the Lu side site and the Al side site. Here, Sc is substituted by 1.5 (atomic%) at the Al side site to be substituted, and 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atom) is substituted at the Lu side site. %) It was made to be replaced. That is, Al is reduced by 1.5 (atomic%), Lu is reduced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%), and Sc is 2. Sc ions are replaced with both Lu-side and Al-side sites by weighing each raw material powder so as to increase by 6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4 (atomic%). I let you.

比較例8aの紫外発光蛍光体の試料は、添加するScイオンの添加量が1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)となるように調製し、またLu側サイトにのみ置換されるように、Lu、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Lu側サイトにのみ1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるように、Luを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Scが1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 8a was prepared so that the amount of Sc ions to be added was 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and the Lu side site. The raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on stoichiometric ratios so that they were replaced only by. Here, Lu is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 so that only the Lu side site is replaced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Each raw material powder was weighed to reduce by (atomic%) and increase Sc by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%).

比較例8bの紫外発光蛍光体の試料は、添加するScイオンの添加量が1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)となるように調製し、またAl側サイトにのみ置換されるように、Lu、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Al側サイトにのみ1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)置換されるように、Alを1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)だけ少なくし、そして、Scが1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 8b was prepared so that the amount of Sc ions to be added was 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%). Further, the raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so as to be substituted only at the Al side site. Here, Al is 1.1, 1.3, 1.5 so that only the site on the Al side is substituted with 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%). Each raw material is reduced by 1.7, 1.9 (atomic%) and increased by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atom%) of Sc. The powder was weighed.

実施例8と比較例8a,8bの紫外発光蛍光体の試料を纏めると下記の通りである。
8−1)実施例8の紫外発光蛍光体の試料・・・(LuSc)(AlSc)Gと表記
添加したSc(Lu側サイトとAl側サイトの両方に置換)は、
2.6、2.8、3.0、3.2、3.4(原子%)の5種類
但し、Al側サイトに、Scが1.5(原子%)置換されるように計量。
8−2)比較例8aの紫外発光蛍光体の試料・・・(LuSc)AlGと表記
添加したSc(Lu側サイトにのみ置換)は、
1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)の4種類
8−3)比較例8bの紫外発光蛍光体の試料・・・Lu(AlSc)と表記
添加したSc(Al側サイトにのみ置換)は、
1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)の5種類
The samples of the ultraviolet luminescent phosphors of Example 8 and Comparative Examples 8a and 8b are summarized below.
8-1) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 8 ... (LuSc) (AlSc) G The added Sc (replaced with both the Lu-side site and the Al-side site) is
5 types of 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4 (atomic%) However, weighed so that Sc is replaced by 1.5 (atomic%) at the Al side site.
8-2) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 8a ... (LuSc) Notated as AlG The added Sc (replaced only at the Lu side site) is
Four types of 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) 8-3) Sample of ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 8b ... Notated as Lu (AlSc) Added Sc (Al) Replace only on the side site)
Five types of 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%)

ここで、Lu,Sc,Alのそれぞれのイオン半径は、Lu(0.097nm) > Sc(0.087nm)>Al(0.054nm)である。 Here, the ionic radii of each of Lu, Sc, and Al are Lu (0.097 nm)> Sc (0.087 nm)> Al (0.054 nm).

実施例8と比較例8a,8bの紫外発光蛍光体の試料の発光特性について説明する。
実施例8の紫外発光蛍光体のPL測定結果を図27に、比較例8aの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図28に、比較例8bの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図29に示す。それぞれのPL測定結果において、(1)はPLスペクトル、(2)はPLピーク波長、(3)は(420)面X線回折ピークシフト、(4)は積分強度を示している。
なお、XRD測定は、θ−2θ測定とし、CuKα線(0.1541nm)を用いた。フォトルミネッセンス(PL)測定は、励起光源としてキセノンエキシマランプを用い、励起波長を172nm(7.2eV)、測定温度を室温として測定した。
The emission characteristics of the samples of the ultraviolet-emitting phosphors of Example 8 and Comparative Examples 8a and 8b will be described.
The PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 8 is shown in FIG. 27, the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 8a is shown in FIG. 28, and the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 8b is shown in FIG. 29. show. In each PL measurement result, (1) shows the PL spectrum, (2) shows the PL peak wavelength, (3) shows the (420) plane X-ray diffraction peak shift, and (4) shows the integrated intensity.
The XRD measurement was θ-2θ measurement, and CuKα ray (0.1541 nm) was used. For photoluminescence (PL) measurement, a xenon excimer lamp was used as an excitation light source, the excitation wavelength was 172 nm (7.2 eV), and the measurement temperature was room temperature.

図27の測定結果、特に図27(2)のグラフから、実施例8の紫外発光蛍光体の試料において、Scの添加量が増加すればPLピーク波長がほぼ線形に長波長側へシフトしていることがわかる。Scの添加量が2.8(原子%)の場合には、PLピークは321(nm)であり、Scの添加量が3.4(原子%)の場合には、PLピークは328(nm)であった。また、図27(4)のグラフから、Scの添加量が2.8と3.0(原子%)の場合には、積分強度が4.1×10以上であることが確認できた。 From the measurement results of FIG. 27, particularly from the graph of FIG. 27 (2), in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Example 8, the PL peak wavelength shifts substantially linearly to the long wavelength side as the amount of Sc added increases. You can see that there is. When the amount of Sc added is 2.8 (atomic%), the PL peak is 321 (nm), and when the amount of Sc added is 3.4 (atomic%), the PL peak is 328 (nm). )Met. Further, from the graph of FIG. 27 (4), when the addition amount of Sc is 2.8 to 3.0 (atomic%), it was confirmed integrated intensity is 4.1 × 10 6 or more.

一方、比較例8aの紫外発光蛍光体の試料では、図28の測定結果から、実施例8の試料と同様に、Scの添加量に応じてPLピーク波長がほぼ線形に長波長側へシフトしているが、Scの添加量が1.1(原子%)の場合には、PLピークは297(nm)であり、Scの添加量が1.7(原子%)の場合には、PLピークは303(nm)であった。また、図28(4)のグラフから、Scの添加量が1.1から1.5(原子%)の場合には、積分強度が増加し、1.5(原子%)の時にピーク値(4.0×10未満)となり、1.7(原子%)では減少していることが確認できた。1.7(原子%)で積分強度が減少するのは濃度消光によって発光強度が低下するためであり、限界濃度に達していることがわかる。 On the other hand, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 8a, from the measurement result of FIG. 28, the PL peak wavelength was substantially linearly shifted to the long wavelength side according to the amount of Sc added, as in the sample of Example 8. However, when the amount of Sc added is 1.1 (atomic%), the PL peak is 297 (nm), and when the amount of Sc added is 1.7 (atomic%), the PL peak is. Was 303 (nm). Further, from the graph of FIG. 28 (4), when the addition amount of Sc is 1.1 to 1.5 (atomic%), the integrated intensity increases, and when it is 1.5 (atomic%), the peak value ( 4.0 × 10 than 6), and was confirmed to be decreased in 1.7 (atomic%). It can be seen that the integrated intensity decreases at 1.7 (atomic%) because the emission intensity decreases due to concentration quenching, and the limit concentration is reached.

また、比較例8bの紫外発光蛍光体の試料では、図29の測定結果から、実施例8の試料と同様に、Scの添加量に応じてPLピーク波長が長波長側へシフトしているが、Scの添加量が1.1(原子%)の場合には、PLピークは308(nm)であり、Scの添加量が1.9(原子%)の場合には、PLピークは313(nm)であった。また、図28(4)のグラフから、Scの添加量が1.1から1.7(原子%)の場合には、積分強度が増加あるいは一定であり、1.7(原子%)の時にピーク値(4.0×10未満)となり、1.9(原子%)では減少していることが確認できた。1.9(原子%)で積分強度が減少するのは濃度消光によって発光強度が低下するためであり、限界濃度に達していることがわかる。 Further, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 8b, from the measurement result of FIG. 29, the PL peak wavelength is shifted to the long wavelength side according to the amount of Sc added, as in the sample of Example 8. , When the addition amount of Sc is 1.1 (atomic%), the PL peak is 308 (nm), and when the addition amount of Sc is 1.9 (atomic%), the PL peak is 313 (Atomic%). nm). Further, from the graph of FIG. 28 (4), when the addition amount of Sc is 1.1 to 1.7 (atomic%), the integrated intensity is increased or constant, and when it is 1.7 (atomic%). peak values (4.0 × 10 than 6), and to be decreased in 1.9 (atomic%) was confirmed. It can be seen that the integrated intensity decreases at 1.9 (atomic%) because the emission intensity decreases due to concentration quenching, and the limit concentration is reached.

以上から、実施例8の紫外発光蛍光体の試料の場合には、Lu側サイトとAl側サイトの両方にScを置換させることにより、Lu側サイトまたはAl側サイトの単独のサイトに置換させた場合と比べて、濃度消光の限界濃度以上のScを添加させて積分強度(発光強度)を高めることができた。また、PLピーク波長の観点からは、Lu側サイト単独で置換させた場合に、PLピークは297(nm)〜303(nm)、Al側サイト単独で置換させた場合に、PLピークは308(nm)〜313(nm)であり、Lu側サイトとAl側サイトの両方にScを置換させることにより、PLピークは321(nm)〜328(nm)にシフトさせることができた。すなわち、Scイオンの置換サイトを制御することによって、PLピーク波長を、297(nm)〜328(nm)、約30nmもシフトさせることができた。 From the above, in the case of the sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 8, by substituting Sc in both the Lu side site and the Al side site, it was replaced with a single site of the Lu side site or the Al side site. Compared with the case, it was possible to increase the integrated intensity (emission intensity) by adding Sc at a concentration equal to or higher than the limit concentration of concentration quenching. From the viewpoint of the PL peak wavelength, the PL peak is 297 (nm) to 303 (nm) when the Lu side site is replaced alone, and the PL peak is 308 (the PL peak) when the Al side site is replaced alone. It was nm) to 313 (nm), and the PL peak could be shifted from 321 (nm) to 328 (nm) by substituting Sc at both the Lu side site and the Al side site. That is, by controlling the Sc ion substitution site, the PL peak wavelength could be shifted by 297 (nm) to 328 (nm), or about 30 nm.

本実施例では、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、x=0、y=1)、すなわち、YAl12をベースとして、発光中心を形成するY以外の遷移元素イオンのScイオンが添加された蛍光体であって、添加されたScイオンは、Yの希土類サイトと、Alの第13族元素サイトの両サイトに置換された紫外発光蛍光体(実施例9)の発光特性について説明する。
また、比較例として、YAl12をベースとしてScイオンが添加された蛍光体であって、添加されたScイオンは、Yの希土類サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例9a)の発光特性と、YAl12をベースとしてScイオンが添加された蛍光体であって、添加されたScイオンは、Alの第13族元素サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例9b)の発光特性について説明する。
In this embodiment, the rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where x = 0, y = 1), that is, Y 3 Al 5 O 12 is used. As a base, it is a phosphor to which Sc ion of a transition element ion other than Y forming a light emitting center is added, and the added Sc ion is both a rare earth site of Y and a group 13 element site of Al. The emission characteristics of the ultraviolet emitting phosphor (Example 9) substituted with will be described.
Further, as a comparative example, it is a phosphor to which Sc ion is added based on Y 3 Al 5 O 12 , and the added Sc ion is an ultraviolet emitting phosphor in which only the rare earth site of Y is substituted (Comparative example). 9a) emission characteristics and a phosphor to which Sc ions have been added based on Y 3 Al 5 O 12 , and the added Sc ions are ultraviolet emission fluorescence in which only the Group 13 element sites of Al are substituted. The emission characteristics of the body (Comparative Example 9b) will be described.

まず、紫外発光蛍光体の試料の作製手順について説明する。図3のフローに示すように、紫外発光蛍光体の試料の作製は、Y、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量し(ステップS31)、アルミナ乳鉢を用いて粉末を混合し(ステップS32)、その後、混合した粉末に対してアニール処理を行った(ステップS33)。アニール処理は、電気炉を用いて大気中で行い、アニール温度は1600℃、アニール時間は10時間、昇温温度は4時間の条件で行った。 First, a procedure for preparing a sample of an ultraviolet emitting phosphor will be described. As shown in the flow of FIG. 3, in the preparation of the ultraviolet luminescent phosphor sample , each raw material powder of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 is weighed based on the stoichiometric ratio (step S31). ), The powder was mixed using an alumina mortar (step S32), and then the mixed powder was annealed (step S33). The annealing treatment was carried out in the atmosphere using an electric furnace under the conditions of an annealing temperature of 1600 ° C., an annealing time of 10 hours, and a temperature rise temperature of 4 hours.

紫外発光蛍光体の試料作製条件を説明する。
実施例9の紫外発光蛍光体の試料は、添加するScイオンの添加量が2.6、2.8、3.0、3.2(原子%)となるように調製し、またY側サイトとAl側サイトの両サイトに置換されるように、Y、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、置換されるAl側サイトにScが1.5(原子%)置換されるようにし、Y側サイトに1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるようにした。すなわち、Alを1.5(原子%)だけ少なくし、Yを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Scが2.6、2.8、3.0、3.2(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量することによって、ScイオンをY側サイトとAl側サイトの両サイトに置換させた。
The sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor will be described.
The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 9 was prepared so that the amount of Sc ions added was 2.6, 2.8, 3.0, 3.2 (atomic%), and the Y-side site. The raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so as to be replaced by both the sites on the Al side and the site on the Al side. Here, Sc is substituted by 1.5 (atomic%) at the Al-side site to be substituted, and 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) is substituted at the Y-side site. It was to so. That is, Al is reduced by 1.5 (atomic%), Y is reduced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and Sc is 2.6, 2. Sc ions were substituted at both the Y-side site and the Al-side site by weighing each raw material powder so as to increase by 8, 3.0, 3.2 (atomic%).

比較例9aの紫外発光蛍光体の試料は、添加するScイオンの添加量が1.3、1.5、1.7(原子%)となるように調製し、またY側サイトにのみ置換されるように、Y、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Y側サイトにのみ1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるように、Yを1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Scが1.3、1.5、1.7(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9a was prepared so that the amount of Sc ions to be added was 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and was substituted only at the Y-side site. As described above, the raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio. Here, Y is reduced by 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) so that only the Y-side site is replaced by 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Then, each raw material powder was weighed so that Sc increased by 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%).

比較例9bの紫外発光蛍光体の試料は、添加するScイオンの添加量が1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)となるように調製し、またAl側サイトにのみ置換されるように、Y、Al、Scの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Al側サイトにのみ1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)置換されるように、Alを1.1、1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)だけ少なくし、そして、Scが1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9b was prepared so that the amount of Sc ions added was 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%), and the site on the Al side. The raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Sc 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so that they were replaced only with. Here, Al is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 so that only the site on the Al side is replaced by 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%). Each raw material powder was weighed to reduce by 1.9 (atomic%) and increase Sc by 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atom%).

実施例9と比較例9a,9bの紫外発光蛍光体の試料を纏めると下記の通りである。
9−1)実施例9の紫外発光蛍光体の試料・・・(YSc)(AlSc)Gと表記
添加したSc(Y側サイトとAl側サイトの両方に置換)は、
2.6、2.8、3.0、3.2(原子%)の4種類
但し、Al側サイトに、Scが1.5(原子%)置換されるように計量。
9−2)比較例9aの紫外発光蛍光体の試料・・・(YSc)AlGと表記
添加したSc(Y側サイトにのみ置換)は、
1.3、1.5、1.7(原子%)の3種類
9−3)比較例9bの紫外発光蛍光体の試料・・・Y(AlSc)と表記
添加したSc(Al側サイトにのみ置換)は、
1.3、1.5、1.7、1.9(原子%)の4種類
The samples of the ultraviolet luminescent phosphors of Example 9 and Comparative Examples 9a and 9b are summarized below.
9-1) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 9 ... (YSc) (AlSc) G The added Sc (replaced with both the Y-side site and the Al-side site) is
4 types of 2.6, 2.8, 3.0, 3.2 (atomic%) However, weighed so that Sc is replaced by 1.5 (atomic%) at the Al side site.
9-2) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9a ... (YSc) Notated as AlG The added Sc (replaced only at the Y side site) is
Three types of 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) 9-3) Sample of ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9b ... Notated as Y (AlSc) Added Sc (only on Al side site) Replacement)
4 types of 1.3, 1.5, 1.7, 1.9 (atomic%)

ここで、Y,Sc,Alのそれぞれのイオン半径は、Y(0.102nm) > Sc(0.087nm)>Al(0.054nm)である。 Here, the ionic radii of Y, Sc, and Al are Y (0.102 nm)> Sc (0.087 nm)> Al (0.054 nm).

実施例9と比較例9a,9bの紫外発光蛍光体の試料の発光特性について説明する。
実施例9の紫外発光蛍光体のPL測定結果を図30に、比較例9aの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図31に、比較例9bの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図32に示す。それぞれのPL測定結果において、(1)はPLスペクトル、(2)はPLピーク波長、(3)は(420)面X線回折ピークシフト、(4)は積分強度を示している。測定方法は、実施例8と同じである。
The emission characteristics of the samples of the ultraviolet-emitting phosphors of Example 9 and Comparative Examples 9a and 9b will be described.
The PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 9 is shown in FIG. 30, the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9a is shown in FIG. 31, and the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 9b is shown in FIG. show. In each PL measurement result, (1) shows the PL spectrum, (2) shows the PL peak wavelength, (3) shows the (420) plane X-ray diffraction peak shift, and (4) shows the integrated intensity. The measuring method is the same as in Example 8.

図30の測定結果、特に図30(2)のグラフから、実施例9の紫外発光蛍光体の試料は、Scの添加量が増加すればPLピーク波長がほぼ線形に長波長側へシフトしていることがわかる。Scの添加量が2.6(原子%)の場合には、PLピークは329(nm)であり、Scの添加量が3.2(原子%)の場合には、PLピークは333(nm)であった。また、図27(4)のグラフから、Scの添加量が2.6〜3.2(原子%)の全てで、積分強度が大凡4.7×10以上であることが確認できた。 From the measurement results of FIG. 30, especially from the graph of FIG. 30 (2), in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Example 9, the PL peak wavelength shifts substantially linearly to the long wavelength side as the amount of Sc added increases. You can see that there is. When the amount of Sc added is 2.6 (atomic%), the PL peak is 329 (nm), and when the amount of Sc added is 3.2 (atomic%), the PL peak is 333 (nm). )Met. Further, from the graph of FIG. 27 (4), the addition amount of Sc is in all 2.6 to 3.2 (atomic%), integrated intensity was confirmed to be at approximately 4.7 × 10 6 or more.

一方、比較例9aの紫外発光蛍光体の試料では、図31の測定結果から、実施例9の試料と同様に、Scの添加量に応じてPLピーク波長がほぼ線形に長波長側へシフトしているが、Scの添加量が1.3(原子%)の場合には、PLピークは314(nm)であり、Scの添加量が1.7(原子%)の場合には、PLピークは319(nm)であった。また、図31(4)のグラフから、Scの添加量が1.3から1.5(原子%)の場合には、積分強度が増加し、1.5(原子%)の時にピーク値(4.1×10未満)をとることが確認できた。 On the other hand, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 9a, the PL peak wavelength was substantially linearly shifted to the long wavelength side according to the amount of Sc added, as in the sample of Example 9, from the measurement result of FIG. However, when the amount of Sc added is 1.3 (atomic%), the PL peak is 314 (nm), and when the amount of Sc added is 1.7 (atomic%), the PL peak is. Was 319 (nm). Further, from the graph of FIG. 31 (4), when the addition amount of Sc is 1.3 to 1.5 (atomic%), the integrated intensity increases, and when it is 1.5 (atomic%), the peak value ( to take a 4.1 × 10 less than 6) it was confirmed.

また、比較例9bの紫外発光蛍光体の試料では、図32の測定結果から、実施例9の試料と同様に、Scの添加量に応じてPLピーク波長が長波長側へシフトしているが、Scの添加量が1.3(原子%)の場合には、PLピークは314(nm)であり、Scの添加量が1.9(原子%)の場合には、PLピークは318(nm)であった。また、図32(4)のグラフから、Scの添加量が1.3から1.9(原子%)の場合には、積分強度は増加しており、1.9(原子%)の時にピーク値(3.7×10未満)となっていることが確認できた。 Further, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 9b, from the measurement result of FIG. 32, the PL peak wavelength is shifted to the long wavelength side according to the amount of Sc added, as in the sample of Example 9. , When the addition amount of Sc is 1.3 (atomic%), the PL peak is 314 (nm), and when the addition amount of Sc is 1.9 (atomic%), the PL peak is 318 (Atomic%). nm). Further, from the graph of FIG. 32 (4), when the addition amount of Sc is 1.3 to 1.9 (atomic%), the integrated intensity is increased and peaks at 1.9 (atomic%). it was confirmed that the a value (less than 3.7 × 10 6).

以上から、実施例9の紫外発光蛍光体の試料の場合には、Y側サイトとAl側サイトの両方にScを置換させることにより、Y側サイトまたはAl側サイトの単独のサイトに置換させた場合と比べて、濃度消光の限界濃度以上のScを添加させて積分強度(発光強度)を高めることができた。また、PLピーク波長の観点からは、Y側サイト単独で置換させた場合に、PLピークは314(nm)〜319(nm)、Al側サイト単独で置換させた場合に、PLピークは314(nm)〜318(nm)であり、Lu側サイトとAl側サイトの両方にScを置換させることにより、PLピークは329(nm)〜333(nm)にシフトさせることができた。すなわち、Scイオンの置換サイトを制御することによって、PLピーク波長を、314(nm)〜333(nm)、約20nmもシフトさせることができた。 From the above, in the case of the sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 9, by substituting Sc in both the Y-side site and the Al-side site, it was replaced with a single site of the Y-side site or the Al-side site. Compared with the case, it was possible to increase the integrated intensity (emission intensity) by adding Sc at a concentration equal to or higher than the limit concentration of concentration quenching. From the viewpoint of the PL peak wavelength, the PL peak is 314 (nm) to 319 (nm) when the Y-side site is replaced alone, and the PL peak is 314 (nm) when the Al-side site is replaced alone. It was nm) to 318 (nm), and the PL peak could be shifted from 329 (nm) to 333 (nm) by substituting Sc for both the Lu side site and the Al side site. That is, by controlling the Sc ion substitution site, the PL peak wavelength could be shifted by 314 (nm) to 333 (nm), or about 20 nm.

本実施例では、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、x=1、y=1)をベース、すなわち、LuAl12をベースとして、発光中心を形成するLu以外の遷移元素イオンのLaイオンが添加された蛍光体であって、添加されたLaイオンは、Luの希土類サイトと、Alの第13族元素サイトの両サイトに置換された紫外発光蛍光体(実施例10)の発光特性について説明する。
また、比較例として、LuAl12をベースとしてLaイオンが添加された蛍光体であって、添加されたLaイオンは、Luの希土類サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例10a)の発光特性と、LuAl12をベースとしてLaイオンが添加された蛍光体であって、添加されLaイオンは、Alの第13族元素サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例10b)の発光特性について説明する。
In this embodiment, the rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where x = 1, y = 1) is the base, that is, Lu 3 Al 5 O. It is a phosphor to which La ion of a transition element ion other than Lu forming a light emitting center is added based on 12, and the added La ion is a rare earth site of Lu and a group 13 element site of Al. The emission characteristics of the ultraviolet emitting phosphor (Example 10) substituted with both sites will be described.
Further, as a comparative example, it is a phosphor to which La ion is added based on Lu 3 Al 5 O 12 , and the added La ion is an ultraviolet emitting phosphor in which only the rare earth site of Lu is substituted (Comparative example). A phosphor to which La ion is added based on the emission characteristics of 10a) and Lu 3 Al 5 O 12 , and the added La ion is an ultraviolet emission phosphor in which only the Group 13 element site of Al is substituted. The emission characteristics of (Comparative Example 10b) will be described.

まず、紫外発光蛍光体の試料の作製手順について説明する。図3のフローに示すように、紫外発光蛍光体の試料の作製は、Lu、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量し(ステップS31)、アルミナ乳鉢を用いて粉末を混合し(ステップS32)、その後、混合した粉末に対してアニール処理を行った(ステップS33)。アニール処理は、電気炉を用いて大気中で行い、アニール温度は1600℃、アニール時間は10時間、昇温温度は4時間の条件で行った。 First, a procedure for preparing a sample of an ultraviolet emitting phosphor will be described. As shown in the flow of FIG. 3, in the preparation of the ultraviolet luminescent phosphor sample , each raw material powder of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 is weighed based on the stoichiometric ratio (step S31). ), The powder was mixed using an alumina mortar (step S32), and then the mixed powder was annealed (step S33). The annealing treatment was carried out in the atmosphere using an electric furnace under the conditions of an annealing temperature of 1600 ° C., an annealing time of 10 hours, and a temperature rise temperature of 4 hours.

紫外発光蛍光体の試料作製条件を説明する。
実施例10の紫外発光蛍光体の試料は、添加するLaイオンの添加量が2.4、2.6、2.8、3.0(原子%)となるように調製し、またLu側サイトとAl側サイトの両サイトに置換されるように、Lu、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、置換されるAl側サイトにLaが1.3(原子%)置換されるようにし、Lu側サイトに1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるようにした。すなわち、Alを1.3(原子%)だけ少なくし、Luを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Laが2.4、2.6、2.8、3.0(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量することによって、LaイオンをLu側サイトとAl側サイトの両サイトに置換させた。
The sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor will be described.
The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 10 was prepared so that the amount of La ions added was 2.4, 2.6, 2.8, and 3.0 (atomic%), and the Lu side site. The raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so as to be replaced by both the sites on the Al side and the sites on the Al side. Here, La is substituted 1.3 (atomic%) at the Al-side site to be substituted, and 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) is substituted at the Lu-side site. It was to so. That is, Al is reduced by 1.3 (atomic%), Lu is reduced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and La is 2.4, 2. La ions were replaced with both Lu-side sites and Al-side sites by weighing each raw material powder so as to increase by 6, 2.8 and 3.0 (atomic%).

比較例10aの紫外発光蛍光体の試料は、添加するLaイオンの添加量が1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)となるように調製し、作製する紫外発光蛍光体LuAl12が同量になるようにし、またLu側サイトにのみ置換されるように、Lu、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Lu側サイトにのみ1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるように、Luを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Laが1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 10a is prepared and prepared so that the amount of La ions added is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Chemical quantity theory of each raw material powder of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 so that the phosphor Lu 3 Al 5 O 12 has the same amount and is replaced only at the Lu side site. Weighed based on the ratio. Here, Lu is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 so that only the Lu side site is replaced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Each raw material powder was weighed to reduce by (atomic%) and increase La by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%).

比較例10bの紫外発光蛍光体の試料は、添加するLaイオンの添加量が1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)となるように調製し、またAl側サイトにのみ置換されるように、Lu、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Al側サイトにのみ1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるように、Alを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Laが1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 10b was prepared so that the amount of La ion added was 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and the site on the Al side. The raw material powders of Lu 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 were weighed based on stoichiometric ratios so that they were replaced only by. Here, Al is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 so that only the site on the Al side is substituted with 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Each raw material powder was weighed to reduce by (atomic%) and increase La by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%).

実施例10と比較例10a,10bの紫外発光蛍光体の試料を纏めると下記の通りである。
10−1)実施例10の紫外発光蛍光体の試料・・・(LuSc)(AlLa)Gと表記
添加したLa(Lu側サイトとAl側サイトの両方に置換)は、
2.4、2.6、2.8、3.0(原子%)の4種類
但し、Al側サイトに、Laが1.3(原子%)置換されるように計量。
10−2)比較例10aの紫外発光蛍光体の試料・・・(LuLa)AlGと表記
添加したLa(Lu側サイトにのみ置換)は、
1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)の4種類
10−3)比較例10bの紫外発光蛍光体の試料・・・Lu(AlLa)と表記
添加したLa(Al側サイトにのみ置換)は、
1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)の4種類
The samples of the ultraviolet luminescent phosphors of Example 10 and Comparative Examples 10a and 10b are summarized below.
10-1) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 10 ... (LuSc) (AlLa) G The added La (replaced with both the Lu-side site and the Al-side site) is
4 types of 2.4, 2.6, 2.8 and 3.0 (atomic%) However, weighed so that La is replaced by 1.3 (atomic%) at the Al side site.
10-2) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 10a ... (LuLa) Notated as AlG The added La (replaced only at the Lu side site) is
Four types of 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) 10-3) Sample of ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 10b ... Notated as Lu (AlLa) Added La (Al) Replace only on the side site)
4 types of 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%)

ここで、La,Lu,Alのそれぞれのイオン半径は、La(0.116nm)>Lu(0.097nm) >Al(0.054nm)である。 Here, the ionic radii of each of La, Lu, and Al are La (0.116 nm)> Lu (0.097 nm)> Al (0.054 nm).

実施例10と比較例10a,10bの紫外発光蛍光体の試料の発光特性について説明する。
実施例10の紫外発光蛍光体のPL測定結果を図33に、比較例10aの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図34に、比較例10bの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図35に示す。それぞれのPL測定結果において、(1)はPLスペクトル、(2)は積分強度を示している。測定方法は、実施例8と同じである。なお、実施例8と異なり、PLピーク波長および(420)面X線回折ピークシフトは差が僅かであったことから割愛した。
The emission characteristics of the samples of the ultraviolet-emitting phosphors of Example 10 and Comparative Examples 10a and 10b will be described.
The PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 10 is shown in FIG. 33, the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 10a is shown in FIG. 34, and the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 10b is shown in FIG. 35. show. In each PL measurement result, (1) shows the PL spectrum and (2) shows the integrated intensity. The measuring method is the same as in Example 8. Unlike Example 8, the difference between the PL peak wavelength and the (420) plane X-ray diffraction peak shift was small, so it was omitted.

図33の測定結果のグラフから、実施例10の紫外発光蛍光体の試料において、Laの添加量が増加してもPLピーク波長は295nm付近であった。また、図33(2)のグラフから、Laの添加量が2.8の場合に、積分強度が1.56×10とピークになることが確認できた。 From the graph of the measurement result of FIG. 33, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Example 10, the PL peak wavelength was around 295 nm even if the amount of La added was increased. Further, from the graph of FIG. 33 (2), the addition amount of La is in the case of 2.8, the integrated intensity was confirmed to become 1.56 × 10 6 and peak.

一方、比較例10aの紫外発光蛍光体の試料では、図34の測定結果から、Laの添加量が増加してもPLピーク波長は285nm付近であった。また、図34(4)のグラフから、Laの添加量が1.5の場合に、積分強度が1.42×10とピークになることが確認できた。Laの添加量が1.7(原子%)で積分強度が減少するのは濃度消光によって発光強度が低下するためであり、限界濃度に達していることがわかる。 On the other hand, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 10a, the PL peak wavelength was around 285 nm even if the amount of La added increased, from the measurement result of FIG. 34. Further, from the graph of FIG. 34 (4), the amount of La is in the case of 1.5, the integrated intensity was confirmed to become 1.42 × 10 6 and peak. It can be seen that the reason why the integrated intensity decreases when the amount of La added is 1.7 (atomic%) is that the emission intensity decreases due to the concentration quenching, and the limit concentration is reached.

また、比較例10bの紫外発光蛍光体の試料では、図35の測定結果から、Laの添加量が増加してもPLピーク波長は300nm付近であった。また、図36(4)のグラフから、Laの添加量が1.3〜1.5の場合に、積分強度が2.8×10とピークになることが確認できた。Laの添加量が1.7(原子%)で積分強度が減少するのは濃度消光によって発光強度が低下するためであり、限界濃度に達していることがわかる。 Further, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 10b, from the measurement result of FIG. 35, the PL peak wavelength was around 300 nm even if the amount of La added was increased. Further, from the graph of FIG. 36 (4), the amount of La is in the case of 1.3 to 1.5, the integrated intensity was confirmed to become 2.8 × 10 6 and peak. It can be seen that the reason why the integrated intensity decreases when the amount of La added is 1.7 (atomic%) is that the emission intensity decreases due to the concentration quenching, and the limit concentration is reached.

以上から、実施例10の紫外発光蛍光体の試料の場合には、Lu側サイトとAl側サイトの両方にLaを置換させることにより、Lu側サイトまたはAl側サイトの単独のサイトに置換させた場合と比べて、濃度消光の限界濃度以上のLaを添加させて積分強度(発光強度)を高めることができた。また、PLピーク波長の観点からは、Lu側サイト単独で置換させた場合に、PLピークは285nm、Al側サイト単独で置換させた場合に、PLピークは300nであり、Lu側サイトとAl側サイトの両方にLaを置換させることにより、PLピークは295nmにシフトさせることができた。すなわち、Laイオンの置換サイトを制御することによって、PLピーク波長を、285(nm)〜300(nm)、約15nmもシフトさせることができた。 From the above, in the case of the sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 10, by substituting La for both the Lu side site and the Al side site, it was replaced with a single site of the Lu side site or the Al side site. Compared with the case, it was possible to increase the integrated intensity (emission intensity) by adding La having a concentration equal to or higher than the limit concentration of concentration quenching. From the viewpoint of the PL peak wavelength, the PL peak is 285 nm when the Lu side site is replaced alone, and the PL peak is 300 n when the Al side site is replaced alone, and the Lu side site and the Al side are replaced. By substituting La for both sites, the PL peak could be shifted to 295 nm. That is, by controlling the substitution site of La ion, the PL peak wavelength could be shifted by 285 (nm) to 300 (nm), or about 15 nm.

本実施例では、希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、x=0、y=1)をベースとして、すなわち、YAl12をベースとして、発光中心を形成するY以外の遷移元素イオンのLaイオンが添加された蛍光体であって、添加されたLaイオンは、Yの希土類サイトと、Alの第13族元素サイトの両サイトに置換された紫外発光蛍光体(実施例11)の発光特性について説明する。
また、比較例として、YAl12をベースとしてLaイオンが添加された蛍光体であって、添加されたLaイオンは、Yの希土類サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例11a)の発光特性と、YAl12をベースとしてLaイオンが添加された蛍光体であって、添加されたLaイオンは、Alの第13族元素サイトのみに置換された紫外発光蛍光体(比較例10b)の発光特性について説明する。
In this embodiment, the rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (where x = 0, y = 1) is used as a base, that is, Y 3 Al 5 It is a phosphor to which La ion of a transition element ion other than Y forming a light emitting center is added based on O 12, and the added La ion is a rare earth site of Y and a group 13 element site of Al. The luminescence characteristics of the ultraviolet luminescent phosphor (Example 11) substituted with both of these sites will be described.
Further, as a comparative example, it is a phosphor to which La ion is added based on Y 3 Al 5 O 12 , and the added La ion is an ultraviolet emitting phosphor in which only the rare earth site of Y is substituted (Comparative example). 11a) emission characteristics and a phosphor to which La ions are added based on Y 3 Al 5 O 12 , and the added La ions are ultraviolet emission fluorescence in which only the Group 13 element sites of Al are substituted. The emission characteristics of the body (Comparative Example 10b) will be described.

まず、紫外発光蛍光体の試料の作製手順について説明する。図3のフローに示すように、紫外発光蛍光体の試料の作製は、Y、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量し(ステップS31)、アルミナ乳鉢を用いて粉末を混合し(ステップS32)、その後、混合した粉末に対してアニール処理を行った(ステップS33)。アニール処理は、電気炉を用いて大気中で行い、アニール温度は1600℃、アニール時間は10時間、昇温温度は4時間の条件で行った。 First, a procedure for preparing a sample of an ultraviolet emitting phosphor will be described. As shown in the flow of FIG. 3, in the preparation of the ultraviolet luminescent phosphor sample, the raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 are weighed based on the stoichiometric ratio (step S31). ), The powder was mixed using an alumina mortar (step S32), and then the mixed powder was annealed (step S33). The annealing treatment was carried out in the atmosphere using an electric furnace under the conditions of an annealing temperature of 1600 ° C., an annealing time of 10 hours, and a temperature rise temperature of 4 hours.

紫外発光蛍光体の試料作製条件を説明する。
実施例11の紫外発光蛍光体の試料は、添加するLaイオンの添加量が2.4、2.6、2.8、3.0(原子%)となるように調製し、またY側サイトとAl側サイトの両サイトに置換されるように、Y、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、置換されるAl側サイトにLaが1.3(原子%)置換されるようにし、Y側サイトに1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるようにした。すなわち、Alを1.3(原子%)だけ少なくし、Yを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Laが2.4、2.6、2.8、3.0(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量することによって、LaイオンをY側サイトとAl側サイトの両サイトに置換させた。
The sample preparation conditions for the ultraviolet luminescent phosphor will be described.
The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 11 was prepared so that the amount of La ions added was 2.4, 2.6, 2.8, and 3.0 (atomic%), and the Y-side site was also added. The raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so as to be replaced by both the sites on the Al side and the sites on the Al side. Here, La is substituted 1.3 (atomic%) at the Al-side site to be substituted, and 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) is substituted at the Y-side site. It was to so. That is, Al is reduced by 1.3 (atomic%), Y is reduced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and La is 2.4, 2. La ions were replaced with both Y-side sites and Al-side sites by weighing each raw material powder so as to increase by 6, 2.8 and 3.0 (atomic%).

比較例11aの紫外発光蛍光体の試料は、添加するLaイオンの添加量が1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)となるように調製し、またY側サイトにのみ置換されるように、Y、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Y側サイトにのみ1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるように、Yを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Laが1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 11a was prepared so that the amount of La ion added was 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atoichiometry), and the Y-side site was also added. Raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 were weighed based on stoichiometric ratios so that they were replaced only by. Here, Y is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 so that only the Y-side site is replaced by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Each raw material powder was weighed to reduce by (atomic%) and increase La by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%).

比較例11bの紫外発光蛍光体の試料は、添加するLaイオンの添加量が1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)となるように調製し、またAl側サイトにのみ置換されるように、Y、Al、Laの各原料粉末を化学量論比に基づいて秤量した。ここで、Al側サイトにのみ1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)置換されるように、Alを1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)だけ少なくし、そして、Laが1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)増加するように、各原料粉末を秤量した。 The sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 11b was prepared so that the amount of La ion added was 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%), and the site on the Al side. The raw material powders of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and La 2 O 3 were weighed based on the stoichiometric ratio so that they were replaced only with. Here, Al is 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 so that only the site on the Al side is substituted with 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%). Each raw material powder was weighed to reduce by (atomic%) and increase La by 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%).

実施例11と比較例11a,11bの紫外発光蛍光体の試料を纏めると下記の通りである。
11−1)実施例11の紫外発光蛍光体の試料・・・(YSc)(AlLa)Gと表記
添加したLa(Y側サイトとAl側サイトの両方に置換)は、
2.4、2.6、2.8、3.0(原子%)の4種類
但し、Al側サイトに、Laが1.3(原子%)置換されるように計量。
11−2)比較例11aの紫外発光蛍光体の試料・・・(YLa)AlGと表記
添加したLa(Y側サイトにのみ置換)は、
1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)の4種類
11−3)比較例11bの紫外発光蛍光体の試料・・・Y(AlLa)と表記
添加したLa(Al側サイトにのみ置換)は、
1.1、1.3、1.5、1.7(原子%)の4種類
The samples of the ultraviolet luminescent phosphors of Example 11 and Comparative Examples 11a and 11b are summarized below.
11-1) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 11 ... (YSc) (AlLa) G The added La (replaced with both the Y-side site and the Al-side site) is
4 types of 2.4, 2.6, 2.8 and 3.0 (atomic%) However, weighed so that La is replaced by 1.3 (atomic%) at the Al side site.
11-2) Sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 11a ... (YLa) Notated as AlG The added La (replaced only at the Y side site) is
Four types of 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%) 11-3) Sample of ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 11b ... Notated as Y (AlLa) Added La (Al) Replace only on the side site)
4 types of 1.1, 1.3, 1.5, 1.7 (atomic%)

ここで、La,Y,Alのそれぞれのイオン半径は、La(0.116nm)>Y(0.102nm) >Al(0.054nm)である。 Here, the ionic radii of each of La, Y, and Al are La (0.116 nm)> Y (0.102 nm)> Al (0.054 nm).

実施例11の紫外発光蛍光体のPL測定結果を図36に、比較例11aの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図37に、比較例11bの紫外発光蛍光体のPL測定結果を図38に示す。それぞれのPL測定結果において、(1)はPLスペクトル、(2)は積分強度を示している。測定方法は、実施例8と同じである。なお、実施例9と異なり、PLピーク波長および(420)面X線回折ピークシフトは差が僅かであったことから割愛した。 The PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 11 is shown in FIG. 36, the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 11a is shown in FIG. 37, and the PL measurement result of the ultraviolet luminescent phosphor of Comparative Example 11b is shown in FIG. 38. show. In each PL measurement result, (1) shows the PL spectrum and (2) shows the integrated intensity. The measuring method is the same as in Example 8. Unlike Example 9, the difference between the PL peak wavelength and the (420) plane X-ray diffraction peak shift was small, so it was omitted.

図36の測定結果のグラフから、実施例11の紫外発光蛍光体の試料において、Laの添加量が増加してもPLピーク波長は287nm付近であった。また、図36(2)のグラフから、積分強度が1.50×10〜1.60×10であり、Laの添加量が2.4(原子%)から増加するにつれて積分強度が減少することが確認できた。これは積分強度のピークは2.4(原子%)未満に存在するからであると推察する。 From the graph of the measurement result of FIG. 36, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Example 11, the PL peak wavelength was around 287 nm even if the amount of La added was increased. Further, from the graph of FIG. 36 (2), integrated intensity is 1.50 × 10 6 ~1.60 × 10 6 , the integrated intensity as the added amount of La is increased from 2.4 (atomic%) is reduced I was able to confirm that. It is inferred that this is because the peak of the integrated intensity exists below 2.4 (atomic%).

一方、比較例11aの紫外発光蛍光体の試料では、図37の測定結果から、Laの添加量が増加してもPLピーク波長は287nm付近であった。また、図37(4)のグラフから、Laの添加量が1.5(原子%)の場合に、積分強度が1.80×10とピークになることが確認できた。Laの添加量が1.7(原子%)で積分強度が減少するのは濃度消光によって発光強度が低下するためであり、限界濃度に達していることがわかる。 On the other hand, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 11a, the PL peak wavelength was around 287 nm even if the amount of La added increased, from the measurement result of FIG. 37. Further, from the graph of FIG. 37 (4), the amount of La is the case of the 1.5 (atomic%), integrated intensity was confirmed to become 1.80 × 10 6 and peak. It can be seen that the reason why the integrated intensity decreases when the amount of La added is 1.7 (atomic%) is that the emission intensity decreases due to the concentration quenching, and the limit concentration is reached.

また、比較例11bの紫外発光蛍光体の試料では、図38の測定結果から、Laの添加量が増加してもPLピーク波長は287nm付近であった。また、図38(4)のグラフから、Laの添加量が1.1(原子%)で積分強度が1.80×10と高く、1.3(原子%)以上で積分強度が1.65×10であり、発光強度が低下し積分強度が減少することが確認できた。YAGにLaを添加した時は、Laのイオン半径がAlのイオン半径の2倍以上あるため、LaがAl側サイトを置換したY(AlLa)Gの場合では、Laを添加するとたちまち発光強度が減衰することになる。これはLaのイオン半径が置換サイトのAlのイオン半径よりも大き過ぎて、Laを過剰に添加すると無輻射中心を作るためと推察する。 Further, in the sample of the ultraviolet emitting phosphor of Comparative Example 11b, from the measurement result of FIG. 38, the PL peak wavelength was around 287 nm even if the amount of La added was increased. Further, from the graph of FIG. 38 (4), the amount of La is 1.1 integrated intensity (atomic%) as high as 1.80 × 10 6, the integrated intensity at 1.3 (atomic%) or more is 1. It was 65 × 106 , and it was confirmed that the emission intensity decreased and the integrated intensity decreased. When La is added to YAG, the ionic radius of La is more than twice the ionic radius of Al. Therefore, in the case of Y (AlLa) G in which La replaces the Al side site, the emission intensity immediately increases when La is added. It will be attenuated. It is presumed that this is because the ionic radius of La is too large than the ionic radius of Al at the substitution site, and excessive addition of La creates a non-radiative center.

実施例11の紫外発光蛍光体の試料の場合においても、Y側サイトとAl側サイトの両方にLaを置換させることにより、Y側サイトまたはAl側サイトの単独のサイトに置換させた場合と比べて、濃度消光の限界濃度以上のLaを添加させて積分強度(発光強度)を高めることができるが、Al側サイトにLaが1.3(原子%)置換されるようにしたため、Al側サイトに過剰に添加されることになり(Al側サイトにLaを置換する最適濃度は1.1(原子%)以下であると推察)、積分強度(発光強度)を高める結果に至らなかった。 Even in the case of the sample of the ultraviolet luminescent phosphor of Example 11, by substituting La for both the Y-side site and the Al-side site, it is compared with the case where it is replaced with a single site of the Y-side site or the Al-side site. Therefore, the integrated intensity (emission intensity) can be increased by adding La above the limit concentration of concentration quenching, but since La is replaced by 1.3 (atomic%) at the Al side site, the Al side site. (It is presumed that the optimum concentration for substituting La on the Al side site is 1.1 (atomic%) or less), and the result of increasing the integrated intensity (emission intensity) was not reached.

図39はPLE測定結果のグラフであり、PLE測定は、励起光波長(励起エネルギー)を変化させながらPLスペクトルを測定する。図39において、横軸は励起波長であり、縦軸はPL強度を示している。
図39(1)のグラフは、ベースとなる希土類アルミニウムガーネット結晶として、実施例1のLuAG,実施例2のLuYAG、実施例3のYAGを用いて、発光中心を形成する遷移元素イオンのScイオン1.5(原子%)が添加された蛍光体を作製して、それらをPLE測定した結果を示している。図39(1)のグラフでは、LuAGにScイオン1.5(原子%)を添加したもの“(LuSc)AlG,Sc=1.5at%”の吸収端が短波長側にあり、YAGにScイオン1.5(原子%)を添加したもの“(YSc)AlG,Sc=1.5at%”の吸収端が長波長側にあり、LuYAGにScイオン1.5(原子%)を添加したもの“(LuYSc)AlG,Sc=1.5at%”の吸収端が短波長側と長波長側にそれぞれに存在していることがわかる。このことは、LuAGにYを添加するにつれて、吸収端が長波長化し、Luを完全にYで置き換えたものが最も長波長側に吸収端を持ち、長波長励起効率が向上することが確認できたことになる。
FIG. 39 is a graph of the PLE measurement result, and in the PLE measurement, the PL spectrum is measured while changing the excitation light wavelength (excitation energy). In FIG. 39, the horizontal axis represents the excitation wavelength and the vertical axis represents the PL intensity.
The graph of FIG. 39 (1) shows the Sc ion of the transition element ion forming the emission center using LuAG of Example 1, LuYAG of Example 2, and YAG of Example 3 as the base rare earth aluminum garnet crystal. The results of PLE measurement of phosphors to which 1.5 (atomic%) have been added are shown. In the graph of FIG. 39 (1), the absorption end of “(LuSc) AlG, Sc = 1.5 at%” obtained by adding Sc ion 1.5 (atomic%) to LuAG is on the short wavelength side, and Sc in YAG. The absorption end of "(YSc) AlG, Sc = 1.5 at%" to which ion 1.5 (atomic%) is added is on the long wavelength side, and Sc ion 1.5 (atom%) is added to LuYAG. It can be seen that the absorption ends of "(LuYSc) AlG, Sc = 1.5 at%" exist on the short wavelength side and the long wavelength side, respectively. This confirms that as Y is added to LuAG, the absorption end becomes longer in wavelength, and the one in which Lu is completely replaced with Y has the absorption end on the longest wavelength side, and the long wavelength excitation efficiency is improved. It means that.

図39(2)のグラフは、上述の実施例8の比較例8aの(LuSc)AlGと比較例8bのLu(AlSc)において、Scイオン1.5(原子%)を添加した蛍光体のPLE測定結果を示している。比較例8aの(LuSc)AlGと比較例8bのLu(AlSc)は、それぞれScの置換サイト(Lu又はAl)を変化させたものである。
図39(2)のグラフから、イオン半径の小さなScがイオン半径の大きなLuサイトに入ると、LuAGホスト結晶は圧縮応力を受けて吸収端が短波長化する。LuAGホスト結晶が圧縮応力を受けていることは、図28(3)のX線回折ピークシフトより明らかである。一方、Scよりイオン半径の小さなAlサイトに入った場合、図29(3)のX線回折ピークシフトから平均格子定数が膨張していることを示すが、吸収端は長波長化せず、逆に短波長化している。LuAGはガーネット結晶で、Luを含む酸素のカゴとAlを含む酸素のカゴの集合体であり、発光しているのはScを含む酸素のカゴである。Scがより小さなAlサイトに入ると、Scを含むカゴは膨張し、そのためその隣にあるLuを含むカゴは圧迫され圧縮されると推察する(人が小さな部屋に閉じ込められて隙間で風船が膨らむ感じと似ている)。ScがAlを置き換えるとバンド端がより短波長化したことから、Luを含むカゴが吸収端エネルギーを決めていると結論できる。すなわち、吸収端の制御には希土類サイトの置換が重要と結論付けることができる。したがって、LuをYで置き換えると図39(1)のグラフに示すように、効果的にバンド端が動くのであろう。
The graph of FIG. 39 (2) shows the PLE of the phosphor to which Sc ion 1.5 (atomic%) was added in (LuSc) AlG of Comparative Example 8a and Lu (AlSc) of Comparative Example 8b described above. The measurement result is shown. The (LuSc) AlG of Comparative Example 8a and the Lu (AlSc) of Comparative Example 8b are obtained by changing the substitution sites (Lu or Al) of Sc, respectively.
From the graph of FIG. 39 (2), when Sc having a small ionic radius enters the Lu site having a large ionic radius, the LuAG host crystal receives compressive stress and the absorption end has a shorter wavelength. It is clear from the X-ray diffraction peak shift of FIG. 28 (3) that the LuAG host crystal is subjected to compressive stress. On the other hand, when entering the Al site having an ionic radius smaller than Sc, it is shown that the average lattice constant expands from the X-ray diffraction peak shift in FIG. The wavelength has been shortened to. LuAG is a garnet crystal, which is an aggregate of an oxygen basket containing Lu and an oxygen basket containing Al, and it is the oxygen basket containing Sc that emits light. When Sc enters the smaller Al site, the basket containing Sc expands, so it is speculated that the basket containing Lu next to it is compressed and compressed (a person is trapped in a small room and a balloon inflates in the gap). Similar to the feeling). Since the wavelength of the band end became shorter when Sc replaced Al, it can be concluded that the basket containing Lu determines the absorption end energy. That is, it can be concluded that the replacement of rare earth sites is important for the control of the absorption edge. Therefore, if Lu is replaced with Y, the band end will move effectively as shown in the graph of FIG. 39 (1).

図39(3)のグラフは、上述の実施例8の比較例8aの(LuSc)AlGと実施例10の比較例10aの(LuLa)AlGにおいて、それぞれScイオン1.5(原子%)と1.2(原子%)を添加した蛍光体のPLE測定結果を示している。比較例8aの(LuSc)AlGと比較例10aの(LuLa)AlGは、置換サイトLuの置換元素(Sc,La)を変化させたものである。
図39(3)のグラフから、同じ希土類サイトを置換する場合は、イオン半径の小さなScがイオン半径の大きなLuサイトに入ると、LuAGホスト結晶は圧縮応力を受けて(図28(3)のX線回折ピークシフトより明らか)吸収端が短波長化するのに対して、Luよりイオン半径の大きなLaがLuサイトに入ると、逆にLuAGホスト結晶は引っ張り応力を受けて吸収端が長波長化することが確認できた。
The graph of FIG. 39 (3) shows Sc ions 1.5 (atomic%) and 1 in (LuSc) AlG of Comparative Example 8a of Example 8 and (LuLa) AlG of Comparative Example 10a of Example 10 described above, respectively. The PLE measurement result of the phosphor to which .2 (atomic%) was added is shown. The (LuSc) AlG of Comparative Example 8a and the (LuLa) AlG of Comparative Example 10a are obtained by changing the substitution elements (Sc, La) of the substitution site Lu.
From the graph of FIG. 39 (3), when replacing the same rare earth site, when Sc having a small ionic radius enters the Lu site having a large ionic radius, the LuAG host crystal receives compressive stress (FIG. 28 (3)). (Clear from X-ray diffraction peak shift) The absorption end has a shorter wavelength, whereas when La with an ionic radius larger than Lu enters the Lu site, the LuAG host crystal receives tensile stress and the absorption end has a longer wavelength. It was confirmed that it became.

本発明の紫外発光蛍光体とそれを用いた紫外発光デバイスは、水銀レス化が急がれる現在の工業用装置や分析装置類への利用可能性がある。また、環境・医療現場における殺菌・滅菌装置,色素による細胞選別、表面分析、蛍光分析や、環境汚染物質の分解・除去装置、水質管理システム等の極めて広範囲の応用分野広範囲な利用が期待できる。 The ultraviolet-emitting phosphor of the present invention and an ultraviolet-emitting device using the same have potential for use in current industrial equipment and analyzers for which mercury-free operation is urgently needed. In addition, it can be expected to be widely used in an extremely wide range of application fields such as sterilization / sterilization equipment in the environment / medical field, cell selection by dye, surface analysis, fluorescence analysis, decomposition / removal equipment for environmental pollutants, and water quality management system.

1 紫外発光蛍光体
2 励起光源
3 励起光
4 出力光
11 紫外発光蛍光体薄膜
12 石英ガラス基板
13 アノード電極
15 スペーサ
16 電圧回路
17 SiドープAlN薄膜
18 Si基板
19 カソード電極
1 Ultraviolet emitting phosphor 2 Excitation light source 3 Excitation light 4 Output light 11 Extraviolet emitting phosphor thin film 12 Quartz glass substrate 13 Anode electrode 15 Spacer 16 Voltage circuit 17 Si-doped AlN thin film 18 Si substrate 19 Cathode electrode

Claims (5)

希土類アルミニウムガーネット結晶(Lu1−x(Al1−y12(但し、0<x≦1、0<y≦1、ZはB,Ga,In,Tl)をベースとして、発光中心を形成するLaイオンとScイオンが共添加された蛍光体であって、
各々の添加量は、280〜320nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長になる添加比率で、かつ、濃度消光が生じる限界近傍の添加量であり、
Laイオン又はScイオンをそれぞれ単独で添加する添加量よりも、LaイオンとScイオンの合計添加量が大きく、
起光の照射により励起されて紫外光を発光することを特徴とする紫外発光蛍光体。
Rare earth aluminum garnet crystal (Lu x Y 1-x ) 3 (Al y Z 1-y ) 5 O 12 (However, 0 < x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, Z is B, Ga, In, Tl) As a base, it is a phosphor to which La ion and Sc ion forming a light emitting center are co-added.
Each addition amount is an addition ratio that reaches the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 280 to 320 nm, and is an addition amount near the limit at which concentration quenching occurs.
The total amount of La ion and Sc ion added is larger than the amount of La ion or Sc ion added alone.
UV-emitting phosphor, characterized in that is excited by irradiation of the excitation light to emit ultraviolet light.
上記の希土類アルミニウムガーネット結晶が、Lu Al12 あり、
添加されたLaイオンとScイオンは、LuサイトとAlサイトの両サイトに置換されたことを特徴とする請求項に記載の紫外発光蛍光体。
Said rare earth aluminum garnet crystal, a Lu 3 Al 5 O 12,
The ultraviolet luminescent phosphor according to claim 1 , wherein the co- added La ion and Sc ion are substituted with both Lu site and Al site.
請求項1又は2の紫外発光蛍光体と、
前記紫外発光蛍光体に対して励起光を照射させる励起光照射手段、
を備え、
前記励起光照射手段は、プラズマ放電による紫外光が励起光となって前記紫外発光蛍光体に対して照射されるものであることを特徴とする外発光デバイス。
The ultraviolet luminescent phosphor according to claim 1 or 2,
Excitation light irradiation means for irradiating the ultraviolet emitting phosphor with excitation light,
With
The ultraviolet light emitting device is characterized in that the ultraviolet light generated by plasma discharge becomes excitation light and is irradiated to the ultraviolet emitting phosphor.
請求項1又は2の紫外発光蛍光体が薄膜であり、
上記薄膜を有するアノード基板と、
電界電子放出材料を有するカソード基板と、
前記アノード基板と前記カソード基板とを対向して配設させ、基板間の空隙を真空雰囲気に保持させるスペーサと、
前記アノード基板と前記カソード基板の間に電界を印加させる電圧回路とを少なくとも有し、
前記アノード基板と前記カソード基板の間の空隙を真空チャネル領域とし、基板間に電界を印加することにより前記電界電子放出材料からの電子を前記紫外発光蛍光体の薄膜に注入させて、前記紫外発光蛍光体から紫外光を発光させることを特徴とする紫外発光デバイス。
The ultraviolet emitting phosphor of claim 1 or 2 is a thin film, and the ultraviolet emitting phosphor is a thin film.
With the anode substrate having the above thin film,
A cathode substrate having a field electron emission material and
A spacer in which the anode substrate and the cathode substrate are arranged so as to face each other and the gap between the substrates is maintained in a vacuum atmosphere.
It has at least a voltage circuit for applying an electric field between the anode substrate and the cathode substrate.
The gap between the anode substrate and the cathode substrate is set as a vacuum channel region, and electrons from the electric field electron emitting material are injected into the thin film of the ultraviolet emitting phosphor by applying an electric field between the substrates, and the ultraviolet emitting light is emitted. An ultraviolet light emitting device characterized by emitting ultraviolet light from a phosphor.
請求項の紫外発光蛍光体の作製方法であって、
1)240〜400nmの範囲の紫外域で目標とする発光中心波長を決定するステップと、
2)発光中心を形成するLaイオンとScイオンの添加比率を調製して前記発光中心波長を制御するステップと、
3)LaイオンとScイオンの各添加量の合計添加量が、Laイオン又はScイオンをそれぞれ単独で添加する添加量よりも大きく、かつ、各イオンの濃度消光による限界濃度以上になるように調製するステップと、
4)パラメータxを調製して前記発光中心波長および輝度を制御するステップと、
5)希土類アルミニウムガーネット結晶に対して、上記添加比率と合計添加量が調製されたLaイオンとScイオンを共添加するステップと、
6)焼成し、アニール処理するステップ、
を備えることを特徴とする紫外発光蛍光体の作製方法。
The method for producing an ultraviolet luminescent phosphor according to claim 1.
1) Steps to determine the target emission center wavelength in the ultraviolet region in the range of 240 to 400 nm, and
2) A step of adjusting the addition ratio of La ion and Sc ion forming the emission center to control the emission center wavelength, and
3) Prepare so that the total addition amount of each of La ion and Sc ion is larger than the addition amount of La ion or Sc ion added alone, and is equal to or more than the limit concentration due to the concentration quenching of each ion. the method comprising the steps of,
4) A step of preparing the parameter x to control the emission center wavelength and the brightness.
5) To the rare earth aluminum garnet crystal, the step of co-adding La ion and Sc ion for which the above addition ratio and total addition amount have been prepared, and
6) Baking and annealing steps,
A method for producing an ultraviolet-emitting phosphor, which comprises the above.
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