JP7296563B2 - 発光装置並びにそれを用いた電子機器及び検査方法 - Google Patents
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Description
(Gd1-xLax)3(Ga1-y-zScyCrz)2Ga3O12 (I)
(式中、x、y及びzは、0<x<1、0<y≦0.60、0<z<0.2を満たす。)
励起光を放射する光源と、蛍光体を含む波長変換体とを組み合わせてなる発光装置は、通常、励起光のエネルギーが増加するにつれて、蛍光体から発せられる蛍光の強度(輝度)が増加する。ただ、励起光のエネルギーが所定値を上回った場合、蛍光体から発せられる蛍光の出力が飽和し、蛍光の強度が増加し難くなる。このような、蛍光体から発せられる蛍光の出力飽和は、蛍光体の発光寿命に依存すると考えられている。
[数1]
E=hν=h×c/λ
h:プランク定数、E:光エネルギー、ν:光の振動数、c:光の速さ、λ:光の波長
そして、最低励起一重項状態の電子がさらに吸収する励起光のエネルギーE1が小さければ、励起準位から伝導帯(CB)に遷移する恐れが小さくなると考えられる。つまり、励起光のピーク波長のエネルギーE1と、発光(蛍光)のピーク波長のエネルギーE2との和(E1+E2)が、蛍光体の母体を構成する結晶のバンドギャップエネルギー(Eg)よりも小さければ、励起状態吸収が生じる恐れが小さくなると考えられる。
光源2は、一次光6を放射する発光素子である。そして、一次光6は、レーザー光であることが好ましい。これにより、第一の蛍光体4に高密度のスポット光を照射する仕様になるため、高出力の点光源とすることが容易で、固体照明の産業利用の範囲を広げる発光装置となる。
図5から図8に示すように、波長変換体3,3Aは、一次光6の受光により、一次光6よりも長波長の蛍光を放射する。図5及び図6に示す波長変換体3,3Aは、正面3aで一次光6を受光し、背面3bから蛍光を放射する構成となっている。これに対し、図7及び図8に示す波長変換体3,3Aは、正面3aで一次光6を受光し、同じ正面3aで蛍光を放射する構成となっている。
(Gd1-xLax)3(Ga1-y-zScyCrz)2Ga3O12 (I)
なお、式(I)中、x、y及びzは、0<x<1、0<y≦0.60、0<z<0.2を満たす。
(Gd1-xLax)3(Ga1-y-zScyCrz)2Ga3O12 (I)
(式中、x、y及びzは、0<x<1、0<y≦0.60、0<z<0.2を満たす。)
このような蛍光体は、賦活剤としてCr3+を用いているため、高エネルギー密度のレーザー光を高効率で近赤外光に変換することができ、さらにレーザー光を利用した場合であっても蛍光出力が飽和し難い。さらに、当該蛍光体は、770nm付近の光成分が多い蛍光を放つことができるため、例えば蛍光イメージング法に好適な発光装置を得ることが可能となる。
次に、本実施形態に係る電子機器について説明する。本実施形態に係る電子機器は、本実施形態に係る発光装置1,1A,1B,1Cのいずれかを備える。発光装置1,1A,1B,1Cは、上述のように、大きな治療効果を期待することができ、センシングシステムの小型化等が容易である。本実施形態に係る電子機器は上述の発光装置を備えるため、医療機器やセンシング機器用に用いると、大きな治療効果やセンシングシステムの小型化等を期待することができる。
次に、本実施形態に係る検査方法について説明する。上述のように、発光装置1,1A,1B,1Cを備える電子機器は、検査装置として利用することもできる。すなわち、本実施形態に係る検査方法は、発光装置1,1A,1B,1Cを利用することができる。これにより、操作性に優れ、高精度でコンパクトな検査方法を提供することが可能になる。
次に、本実施形態に係る医療装置について説明する。具体的には、医療装置の一例として、発光装置を備えた内視鏡、及び当該内視鏡を用いた内視鏡システムについて説明する。
(実施例1-1)
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例1-1で使用する酸化物蛍光体を合成した。実施例1-1の蛍光体は、(Al0.99,Cr0.01)2O3の組成式で表される酸化物蛍光体である。また、実施例1-1の蛍光体は、Cr3+賦活蛍光体である。
水酸化酸化アルミニウム(AlOOH):純度2N5、河合石灰工業株式会社製
酸化クロム(Cr2O3):純度3N、株式会社高純度化学研究所製
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例1-2で使用する酸化物蛍光体を合成した。実施例1-2の蛍光体は、Gd3(Ga0.97,Cr0.03)5O12の組成式で表される酸化物蛍光体である。また、実施例1-2の蛍光体は、Cr3+賦活蛍光体である。
酸化ガドリニウム(Gd2O3):純度3N、和光純薬工業株式会社製
酸化ガリウム(Ga2O3):純度4N、和光純薬工業株式会社製
酸化クロム(Cr2O3):純度3N、株式会社高純度化学研究所製
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例1-3で使用する酸化物蛍光体を合成した。実施例1-3の蛍光体は、(Ga0.99,Cr0.01)2O3の組成式で表される酸化物蛍光体である。また、実施例1-3の蛍光体は、Cr3+賦活蛍光体である。
酸化ガリウム(Ga2O3):純度4N、和光純薬工業株式会社製
酸化クロム(Cr2O3):純度3N、株式会社高純度化学研究所製
参考例1-1の酸化物蛍光体として、(Y,Ce)3Al5O12の組成式で表される蛍光体を使用した。参考例1-1の蛍光体は、Ce3+賦活蛍光体である。なお、当該蛍光体は、根本特殊化学株式会社製、品番Y996を使用した。
参考例1-2の酸化物蛍光体として、(Sr,Ca,Eu)AlSiN3の組成式で表される蛍光体を使用した。参考例1-2の蛍光体は、Eu2+賦活蛍光体である。なお、当該蛍光体は、三菱ケミカル株式会社製、品番BR-102Cを使用した。
(発光寿命測定)
実施例1-1~1-3及び参考例1-1~1-2の蛍光体の発光寿命(1/e減衰時間)を、発光寿命測定装置(浜松ホトニクス株式会社製、Quantaurus-Tau小型発光寿命測定装置)により測定した。発光寿命の測定結果を表3及び図11に示す。
次に、実施例1-1~1-3の蛍光体の蛍光スペクトルを、量子収率測定装置(絶対PL量子収率測定装置C9920-02、浜松ホトニクス株式会社製)を用いて測定し、蛍光ピーク波長を求めた。なお、蛍光スペクトル測定時の励起波長は450nm(E1=2.76eV)とした。実施例1-1~1-3の蛍光体の蛍光ピーク波長、及び当該蛍光ピーク波長のエネルギー換算値(E2)を表4に示す。表4では、さらに、ピーク波長が450nmである励起光のエネルギー換算値(E1)と、実施例1-1~1-3の蛍光体における蛍光ピーク波長のエネルギー換算値(E2)との和(E1+E2)を合わせて示す。また、表4では、実施例1-1~1-3の蛍光体を構成する母体結晶のバンドギャップエネルギー(Eg)も合わせて示す。
次に、実施例1-1~1-3及び参考例1-1~1-2の蛍光体を用いて波長変換デバイスを作成し、各蛍光体の蛍光出力飽和特性を評価した。具体的には、まず、蛍光体の充填率が40vol%となるように、各実施例及び参考例の蛍光体粉末と封止材を乳鉢および乳棒を用いて混合し、蛍光体ペーストを作製した。なお、封止材は、小西化学工業株式会社製、ポリシルセスシキオキサン(RSiO1.5)、グレード:SR-13を使用した。
(参考例2-1)
固相反応を利用する調製手法を用いて、参考例2-1で使用する酸化物蛍光体を合成した。参考例2-1の蛍光体は、(Gd0.75La0.25)3(Ga0.97Cr0.03)2Ga3O12の組成式で表される酸化物蛍光体である。また、参考例2-1の蛍光体は、Cr3+賦活蛍光体である。
酸化ガドリニウム(Gd2O3):純度3N、和光純薬工業株式会社製
酸化ランタン(La2O3):純度4N、和光純薬工業株式会社製
酸化ガリウム(Ga2O3):純度4N、和光純薬工業株式会社製
酸化クロム(Cr2O3):純度3N、株式会社高純度化学研究所製
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例2-1で使用する酸化物蛍光体を合成した。実施例2-1の蛍光体は、(Gd0.75La0.25)3(Ga0.90Sc0.07Cr0.03)2Ga3O12の組成式で表される酸化物蛍光体である。また、実施例2-1の蛍光体は、Cr3+賦活蛍光体である。
酸化ガドリニウム(Gd2O3):純度3N、和光純薬工業株式会社製
酸化ランタン(La2O3):純度4N、和光純薬工業株式会社製
酸化ガリウム(Ga2O3):純度4N、和光純薬工業株式会社製
酸化スカンジウム(Sc2O3):純度4N、信越化学工業株式会社製
酸化クロム(Cr2O3):純度3N、株式会社高純度化学研究所製
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例2-2、実施例2-3、実施例2-4及び参考例2-2で使用する酸化物蛍光体を合成した。実施例2-2、実施例2-3及び実施例2-4の蛍光体は、各々、(Gd0.75La0.25)3(Ga0.75Sc0.22Cr0.03)2Ga3O12、(Gd0.75La0.25)3(Ga0.50Sc0.47Cr0.03)2Ga3O12、(Gd0.75La0.25)3(Ga0.38Sc0.59Cr0.03)2Ga3O12の組成式で表される酸化物蛍光体である。参考例2-2の蛍光体は、(Gd0.75La0.25)3(Ga0.25Sc0.72Cr0.03)2Ga3O12の組成式で表される酸化物蛍光体である。また、実施例2-2、実施例2-3、実施例2-4及び参考例2-2の蛍光体は、いずれもCr3+賦活蛍光体である。
(結晶構造解析)
実施例2-1~2-4及び参考例2-1~2-2の蛍光体の結晶構造を、X線回折装置(デスクトップX線回折装置MiniFlex(登録商標)、株式会社リガク製)を用いて評価した。
次に、実施例2-1~2-4及び参考例2-1~2-2の蛍光体の蛍光スペクトル及び内部量子効率を、量子収率測定装置(絶対PL量子収率測定装置C9920-02、浜松ホトニクス株式会社製)を用いて評価した。図17では、実施例2-1~2-4及び参考例2-1~2-2の蛍光体の蛍光スペクトルを示す。なお、蛍光スペクトル測定時の励起波長は450nmとした。また、図17において、蛍光スペクトルは、いずれも発光ピークを1として規格化して示している。
2 光源
3,3A 波長変換体
4 第一の蛍光体
6 一次光
7 第一の波長変換光
8 第二の蛍光体
9 第二の波長変換光
Claims (15)
- 光エネルギー密度が0.5W/mm2を超える一次光を放射する光源と、
前記一次光を吸収して前記一次光よりも長波長の第一の波長変換光に変換する第一の蛍光体と、
を備え、
前記第一の蛍光体の母体となる化合物は、種類が異なる複数の単純酸化物を端成分としてなる複合酸化物であり、前記単純酸化物は、金属元素が一種類である酸化物であり、
前記第一の蛍光体は、組成式が以下の一般式(I)で表される蛍光体であり、
(Gd 1-x La x ) 3 (Ga 1-y-z Sc y Cr z ) 2 Ga 3 O 12 (I)
(式中、x、y及びzは、0<x<1、0<y≦0.60、0<z<0.2を満たす。)
前記一次光のピーク波長のエネルギー換算値をE1電子ボルトとし、前記第一の波長変換光の蛍光ピーク波長のエネルギー換算値をE2電子ボルトとしたとき、前記単純酸化物の結晶のバンドギャップエネルギーはE1とE2との和よりも大きい、発光装置。 - 前記単純酸化物の結晶のバンドギャップエネルギーは4.6eV以上である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記第一の波長変換光は、遷移金属イオンの電子エネルギー遷移に基づく蛍光を含み、
前記遷移金属イオンはCr3+である、請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記第一の蛍光体において、母体となる前記化合物の結晶におけるカチオン元素は、3価の価数をとる元素のみからなる、請求項3に記載の発光装置。
- 前記一次光は、380nm以上435nm未満の波長範囲内に発光ピークを持つ紫色光、又は、435nm以上470nm未満の波長範囲内に発光ピークを持つ青色光である、請求項1から4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記一次光はレーザー光である、請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第一の波長変換光は、700nm以上1000nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを持つ近赤外光である、請求項1から6のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記一次光を吸収して、前記一次光よりも長波長でかつ前記第一の波長変換光とは異なる第二の波長変換光に変換する第二の蛍光体をさらに備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 医療用光源又は医療用照明装置である、請求項1から8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 蛍光イメージング法又は光線力学療法に使用される医療用発光装置である、請求項1から8のいずれか一項に記載の発光装置。
- センシングシステム用光源又はセンシングシステム用照明システムである、請求項1から8のいずれか一項に記載の発光装置。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載の発光装置を備える、電子機器。
- 情報認識装置、分別装置、検知装置、又は検査装置のいずれかである、請求項12に記載の電子機器。
- 前記検査装置は、医療用検査装置、農畜産業用検査装置、漁業用検査装置、又は工業用検査装置のいずれかである、請求項13に記載の電子機器。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の発光装置を利用する、検査方法。
Applications Claiming Priority (3)
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JP2019098537 | 2019-05-27 | ||
PCT/JP2020/017164 WO2020241119A1 (ja) | 2019-05-27 | 2020-04-21 | 発光装置並びにそれを用いた電子機器及び検査方法 |
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