JP2006342336A - ＵＶＣ放射Ｓｒ（Ａｌ，Ｍｇ）１２Ｏ１９：Ｐｒ蛍光体およびこれを含むランプ - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線放射が改良された殺菌灯に使用するためのＳｒ（Ａｌ，Ｍｇ）₁₂Ｏ₁₉：Ｐｒ系ＵＶＣ放射蛍光体の提供。
【解決手段】ＵＶＣ放射Ｓｒ（Ａｌ，Ｍｇ）₁₂Ｏ₁₉：Ｐｒは、プラセオジムのモル量よりも過剰なマグネシウムを与えることにより蛍光体のＵＶＣ放射を増加することができる。該ＵＶＣ放射蛍光体は、式Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉（ここで、ｙ＞ｘ、0.01≦ｘ≦0.1、0.02≦Y≦O.15である）によって表される組成を有し、真空紫外線によって励起される無水銀殺菌灯を作製するために使用される。
【選択図】なし

Description

本発明はＵＶＣ放射蛍光体に関する。特に、本発明は、Ｓｒ（Ａｌ，Ｍｇ）₁₂Ｏ₁₉：Ｐｒ蛍光体のＵＶＣ放射の増加技術に関する。

量子分割（量子カッティング quantum-splitting）による蛍光体Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-xＭｇ_xＯ₁₉(ここで、０＜ｘ≦０．２)は、米国特許第５,５７１,４５１号に記載されている。Ｐｒ³⁺イオンの量子分割は、１を超える量子効率の蛍光体、すなわち、各ＵＶ光子に対して２つの可視光子を生じる蛍光体の製造が可能であるために重要である。上述の蛍光体において、等量のＡｌ³⁺をＭｇ²⁺と置換することにより、Ｓｒ²⁺の格子へＰｒ³⁺活性剤が挿入されて電荷を補償する。その量子分割の挙動ゆえに、この蛍光体の研究は、１８５ｎｍでの真空紫外線（ＶＵＶ）放射による刺激に応答する、約４００ｎｍでの可視発光に焦点を当てている。

米国特許第６，６１３,２４８号には、この系から放射される可視光線の量を増加することを目的とする代替的な組成物が記載されている。そこでは、上述の蛍光体は２５０〜３５０ｎｍの範囲でもかなりの量の紫外線放射を生じるが、この放射部分は、この放射部分がなければ高いはずの可視光線全体の出力を減少することが記載されている。
米国特許第５，５７１，４５１号明細書 米国特許第６，６１３，２４８号明細書 米国特許第６，３９８，９７０号明細書

本発明は、従来技術の研究とは異なり、殺菌灯に使用するためのＳｒ（Ａｌ，Ｍｇ）₁₂Ｏ₁₉：Ｐｒ系からの紫外線放射を改良することに焦点を当てる。特に、本発明は、蛍光体のＵＶＣ放射を増加することに関する。

紫外スペクトルは、一般に、ＵＶＡ(４００ｎｍ〜３２０ｎｍ)、ＵＶＢ(３２０ｎｍ〜２９０ｎｍ)およびＵＶＣ(２９０ｎｍ〜２００ｎｍ)の３つの範囲に分けられる。これらのうち、ＵＶＣの範囲は、主に殺菌用途において重要である。殺菌灯の必要性は、安全性に対する関心や、洪水のような天災の際に飲料水を得ることの必要性から近年増加している。加えて、ＵＶＣ放射ランプは、表面や空気の浄化、開放創の医療用滅菌、医用光線療法ならびにＵＶ感受性ポリマーおよび樹脂の光硬化工法など他の用途においての使用が知られる。

さらに、無水銀技術への関心の高まりから、無水銀主体の殺菌灯の開発が重要視されている。かかる水殺菌装置の種類の１つは、殺菌力のある範囲である２２０〜２８０ｎｍで放射する蛍光体が塗布されたＸeプラズマ主体のＶＵＶ励起ランプである。かかるランプは米国特許第６，３９８，９７０号に記載されている。このように、ＶＵＶ放射により励起されるＵＶＣ放射蛍光体を有することは有利である。

本発明者等は、プラセオジムよりも大きいモル量のマグネシウムで蛍光体を配合することにより、Ｓｒ（Ａｌ，Ｍｇ）₁₂Ｏ₁₉：Ｐｒ蛍光体のＵＶＣ放射が非常に増大され得ることを見出した。上述の従来技術の組成物ではＰｒとＭｇとのモル量の間に１：１の相関関係が要求されるのに対し、本発明の蛍光体では１より大きいＭｇ対Ｐｒのモル比が要求される。特に、本発明の蛍光体は、式：Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉（ここで、ｙ＞ｘ）によって表される組成を有する。

好ましくは、本発明の組成物は、０．０１≦ｘ≦０．１のｘ値と、０．０２≦ｙ≦０．１５のｙ値を有する。特に好ましくは、ｙ／ｘ比は、１＜ｙ／ｘ≦３の値を、さらに好ましくは１＜ｙ／ｘ≦２の値を有する。

さらなる側面において、本発明の蛍光体は、式：Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉
（ここで、０．０３≦ｘ≦０．０７、０．０６≦ｙ≦０．１および１．１≦ｙ／ｘ≦２．７、さらに好ましくは０．０４≦ｘ≦０．０７、０．０６≦ｙ≦０．０８および１．１≦ｙ／ｘ≦２．０）によって表される組成を有する。

本発明の蛍光体は、真空紫外線によって励起され、殺菌用途が可能であるＵＶＣ放射ランプを製造するための真空紫外線放射光源を組み合わせてよい。特に好ましくは、真空紫外線放射光源は、誘電体バリア放電ランプ内で形成されるＸeエキシマ放電である。この場合、本発明のＵＶＣ放射蛍光体を放電容器の内壁に塗布して、無水銀ＵＶＣ放射ランプを製造する。

他の及びさらなる目的、その利益および特性とともに、本発明をより理解するために、以下の発明の開示および添付の特許請求の範囲を図面と併せて参照されたい。

図１は、本発明によるＳｒ_0.95Ｐｒ_0.06Ａｌ_11.92Ｍｇ_0.08Ｏ₁₉蛍光体の２００ｎｍ〜３００ｎｍの発光スペクトルを示す。この蛍光体は、わずかに化学量論的に過剰（０．０１モル／蛍光体１モル）なＳｒで配合された。このスペクトルは、Deuterium光源を用いたActon SpectraPro-2500i モノクロメーター／分光器およびＶＭ−５０４真空モノクロメーターを使用して、１８５ｎｍ励起放射下で測定された。３つの放射ピークが観察され、Ｓｒ_0.95Ｐｒ_0.06Ａｌ_11.92Ｍｇ_0.08Ｏ₁₉蛍光体のＵＶＣ範囲における主要な放射ピークは２７４ｎｍで生じる。

図２は、一般に誘電体バリア放電ランプと称される種類のＶＵＶ励起装置を図示する。平たい長方形型装置が断面図で示される。放電容器１０は、ガラスなどの透明素材で構成され、周縁部で枠５により結合される前板３および裏板２からなる。放電容器１０は、希ガス、一般にはキセノン、または希ガスの混合物を収容していて、真空紫外線(ＶＵＶ)を放射する放電を発生するために使用される放電室１５を取り囲んでいる。裏板２は、操作中にアノードおよびカソードとして機能する複合ストリップ電極６を有する。少なくともいくつかの電極６'は、誘電体バリア層７で覆われている。さらに、誘電体バリア放電ランプの例は、米国特許第６，５６６，８１０号、同第６，２４６，１７１号および同第６，４６９，４３５号に記載されている。

殺菌灯は、前板３および裏板２の内面を、本発明のＵＶＣ放射蛍光体を含む蛍光体層１１で覆うことにより形成され得る。ＵＶＣ放射蛍光体は、プラズマからの少なくともいくつかのＶＵＶ放射を、殺菌目的に使用され得るＵＶＣ放射に変化させる。

Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉蛍光体は、適当な金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩およびハロゲン化物を完全に乾式混合し、次いで少なくとも１.５時間、約１５００℃〜約１６００℃の温度で７５％Ｈ₂−２５％Ｎ₂の還元性雰囲気中で、この混合物質を焼成することにより調製される。好ましい出発物質は、Ａｌ（ＯＨ）₃、ＭｇＯ、ＳｒＦ₂、ＳｒＣＯ₃およびＰｒ₄Ｏ₇が挙げられる。わずかに化学量論的に過剰（０．０１モル／蛍光体１モル）のストロンチウムがこの配合において好ましい。蛍光体は、ひとたび焼成したら、その時点でふるいにかけ分析するか、あるいはさらに水でおよび／または化学的に洗浄して粉砕する工程で処理し、それから乾燥させ、ふるいにかけ分析することができる。還元性雰囲気中での焼成が可能な状態である完全な混合物を調製するために、化学沈殿法も使用してよい。

表１は、さまざまなＰｒおよびＭｇ濃度で配合したいくつかの蛍光体試料のＵＶＣ光度を示す。２７４ｎｍ線の放射の相対積分強度は、２６５ｎｍ〜２９０ｎｍの範囲で測定された。表１における光度は、蛍光体試料（ここで、ｘ＝ｙ＝０．０１）と相対的に示される。測定するのに使用した分光計は、真空紫外線励起用のＸeランプ（Resonance社（カナダ、オンタリオ州、バリー）のＸｅＣＭ−Ｌ）を取り付けた窒素パージ試料室を有するように改善されたPerkin-Elmer LS-50B 型であった。ＶＵＶビーム経路から大気を排除しながら、試料粉体板を照明した。Ｘeランプは、１４７ｎｍできわめてシャープなＸe輝線を有し、１７３ｎｍ周辺では広範でそれほど強くないＸeエキシマバンド発光を有する。

表１の光度データは、Ｍｇのモル数がＰｒのモル数より大きい、すなわちｙ＞ｘである時に、２６５〜２９０ｎｍの範囲でのＵＶＣ放射が増加していることを示す。この結果は同じモル数、すなわち、ｘ＝ｙを要求する従来技術からは予測できない。

表１で最も光度の高い組成物（ｘ＝０.０４、ｙ＝０．０６）と同様の組成の４つの追加の試料を作製した。表１での試料を含む５試料すべての光度の平均値は、ｘ＝ｙ＝０．０１の組成物に対して１５７％であった。

高濃度のマグネシウムの効果は、同様のＰｒ濃度を含む各試料群内で、ｘ＝ｙにおいて相対光度１００％とするように表１に示されるデータを再規準化した場合に、より明らかに観察され得る。再規準化されたデータは、ｘ＝０.０４、０.０５、０．０６および０．０７である試料について表２に示される。

図３は、表２のデータのグラフである。試料（ここで、ｙ＞ｘ）に関して、相対光度はｘ＝ｙの試料の光度から急速に増加したのち、同光度に向かってゆっくり低下することを明らかに示す。さらに、表１および表２のデータは、ｙ＜ｘの時、相対光度が悪化することを示す。

各Ｐｒ濃度は、好ましいｙ／ｘ比の値の範囲を有する。ｘ＝０.０４について、好ましい範囲は１.５≦ｙ／ｘ≦２.５である。ｘ＝０.０５について、好ましい範囲は１.４≦ｙ／ｘ≦２.０である。ｘ＝０．０６について、好ましい範囲は１.２≦ｙ／ｘ≦１.７である。ｘ＝０．０７について、好ましい範囲は１．１≦ｙ／ｘ≦１.４である。

本発明の好ましい具体例と思われるものが示され記載されているが、添付の特許請求の範囲によって明確にされた本発明の範囲から逸脱せずにさまざまな変更や改良を行うことができることが当業者に理解されるであろう。

１８５ｎｍ励起下のＳｒ_0.95Ｐｒ_0.06Ａｌ_11.92Ｍｇ_0.08Ｏ₁₉蛍光体の発光スペクトルである。 本発明の蛍光体を含む無水銀殺菌灯の断面図である。 Ｐｒ系濃度についての相対ＵＶＣ光度に対するＭｇ濃度変化の効果を示したグラフである。

符号の説明

２ 裏板
３ 前板
５ 枠
６、６' 電極
７ 誘電体バリア層
１０ 放電容器
１１ 蛍光体層
１５ 放電室

Claims (25)

1. 式Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉（ここで、ｙ＞ｘである）によって表される組成を有するＵＶＣ放射蛍光体。
2. 前記組成において、０．０１≦ｘ≦０．１である請求項１の蛍光体。
3. 前記組成において、０．０２≦ｙ≦０．１５である請求項２の蛍光体。
4. 前記組成において、１＜ｙ／ｘ≦３である請求項１の蛍光体。
5. 前記組成において、０．０３≦ｘ≦０．０７、０．０６≦ｙ≦０．１および１．１≦ｙ／ｘ≦２．７である請求項１の蛍光体。
6. 前記組成において、０．０４≦ｘ≦０．０７、０．０６≦ｙ≦０．０８および１．１≦ｙ／ｘ≦２．０である請求項１の蛍光体。
7. 前記組成において、１＜ｙ／ｘ≦２である請求項１の蛍光体。
8. 前記組成において、ｘ＝０．０４および１．５≦ｙ／ｘ≦２．５である請求項１の蛍光体。
9. 前記組成において、ｘ＝０．０５および１．４≦ｙ／ｘ≦２．０である請求項１の蛍光体。
10. 前記組成において、ｘ＝０．０６および１．２≦ｙ／ｘ≦１．７である請求項１の蛍光体。
11. 前記組成において、ｘ＝０．０７および１．１≦ｙ／ｘ≦１．４である請求項１の蛍光体。
12. 真空紫外線放射光源を含む放電容器および放電容器の内壁上のＵＶＣ放射蛍光体からなり、前記ＵＶＣ放射蛍光体は、式Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉（ここで、ｙ＞ｘである）によって表される組成を有する、ＵＶＣ放射ランプ。
13. 前記真空紫外線放射光源はキセノンエキシマ放電である請求項１２のＵＶＣ放射ランプ。
14. 前記放電容器は、誘電体バリアで覆われた電極を有する請求項１３のＵＶＣ放射ランプ。
15. 前記組成において、０．０１≦ｘ≦０．１である請求項１２のＵＶＣ放射ランプ。
16. 前記組成において、０．０２≦ｙ≦０．１５である請求項１５のＵＶＣ放射ランプ。
17. 前記組成において、１＜ｙ／ｘ≦３である請求項１５のＵＶＣ放射ランプ。
18. 前記組成において、０．０３≦ｘ≦０．０７、０．０６≦ｙ≦０．１および１．１≦ｙ／ｘ≦２．７である請求項１２のＵＶＣ放射ランプ。
19. 前記組成において、０．０４≦ｘ≦０．０７、０．０６≦ｙ≦０．０８および１．１≦ｙ／ｘ≦２．０である請求項１２のＵＶＣ放射ランプ。
20. 前記蛍光体は、Ｓｒ０．０１モル／蛍光体１モルで、化学量論的に過剰のＳｒを配合した蛍光体である請求項１の蛍光体。
21. 前記蛍光体は、Ｓｒ０．０１モル／蛍光体１モルで、化学量論的に過剰のＳｒを配合した蛍光体である請求項１２のＵＶＣ放射ランプ。
22. （ａ）式Ｓｒ_1-xＰｒ_xＡｌ_12-yＭｇ_yＯ₁₉（ここで、ｙ＞ｘである）に従いストロンチウム源、アルミニウム源、マグネシウム源およびプラセオジム源の化学量論的な量の混合物を形成し、
    （ｂ）還元性雰囲気中で混合物を焼成してＵＶＣ放射蛍光体を形成する、
    ことからなるＵＶＣ放射蛍光体製造方法。
23. 前記混合物は、約１５００℃〜約１６００℃の温度で焼成される請求項２２記載の方法。
24. 前記混合物は、Ｓｒ０．０１モル／蛍光体１モルで、化学量論的に過剰のストロンチウムを含む請求項２２記載の方法。
25. 前記混合物は約１５００℃〜約１６００℃の温度で焼成される請求項２４記載の方法。

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