JP2543825B2 - 蓄光性蛍光体 - Google Patents
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Description
外で主に夜間表示用として利用可能な耐候性に優れると
共に、極めて長時間の残光特性を有する新規の蓄光性蛍
光体に関するものである。
外部刺激を停止すると速やかにその発光は減衰するが、
まれに紫外線等で刺激した後その刺激を停止した後もか
なりの長時間(数10分〜数時間)に渡り残光が肉眼で
認められるものがあり、これらを通常の蛍光体とは区別
して蓄光性蛍光体あるいは燐光体と呼んでいる。
(紫青色発光),CaSrS:Bi(青色発光),Zn
S:Cu(緑色発光),ZnCdS:Cu(黄色〜橙色
発光)等の硫化物蛍光体が知られているが、これらのい
ずれの硫化物蛍光体も、化学的に不安定であったり、耐
光性に劣るなど実用面での問題点が多い。現在市場でも
っぱら用いられる硫化亜鉛系蓄光性蛍光体(ZnS:C
u)も、特に湿気が存在すると紫外線により光分解して
黒変したり輝度低下するため、屋外で直接日光に曝され
るような用途での使用は困難であり、夜光時計や避難誘
導標識、屋内の夜間表示等その用途は限定されていた。
いる場合であっても、肉眼でその時刻を認識可能な残光
時間は約30分から2時間程度であり、実用的には、蛍
光体に放射性物質を添加しそのエネルギーで刺激して常
時発光する自発光性の夜光塗料を用いざるを得ないのが
現状であった。
述のごとき現状に鑑み、市販の硫化物系蛍光体に比べて
遥かに長時間の残光特性を有し、更には化学的にも安定
であり、かつ長期にわたり耐光性に優れる蓄光性蛍光体
の提供を目的としたものである。
化物系蛍光体とは全く異なる新規の蓄光性蛍光体材料と
してユウロピウム等を賦活したアルカリ土類金属のアル
ミン酸塩に着目し、種々の実験を行った結果、この蓄光
性蛍光体材料が、市販の硫化物系蛍光体に比べて遥かに
長時間の残光特性を有し、更には酸化物系であることか
ら化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れることが確
認でき、従来の問題点がことごとく解消でき、放射能を
含有しなくとも1晩中視認可能な夜光塗料あるいは顔料
として、様々な用途に適用可能な長残光の蓄光性蛍光体
を提供することが可能となることが明らかとなったもの
である。
項1記載のものは、MAl2 O4 で表わされる化合物
で、Mは、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから
なる群から選ばれる少なくとも1つ以上の金属元素から
なる化合物を母結晶にすると共に、賦活剤としてユウロ
ピウムをMで表わす金属元素に対するモル%で0.002 %
以上20%以下添加し、さらに共賦活剤としてセリウム、
プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム、ジ
スプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イ
ッテルビウム、ルテチウムからなる群の少なくとも1つ
以上の元素をMで表わす金属元素に対するモル%で0.00
2 %以上20%以下添加したことを特徴とする。
であるものの、特に効果に優れたものであり、SrAl
2 O4 で表わされる化合物を母結晶にすると共に、賦活
剤としてユウロピウムをSrに対するモル%で0.002 %
以上20%以下添加し、さらに共賦活剤としてジスプロシ
ウムをSrに対するモル%で0.002 %以上20%以下添加
したことを特徴とする。
り、SrAl2 O4 で表わされる化合物を母結晶にする
と共に、賦活剤としてユウロピウムをSrに対するモル
%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共賦活剤とし
てネオジムをSrに対するモル%で0.002 %以上20%以
下添加したことを特徴とする。請求項4も、請求項1に
含まれる概念であり、SrAl2 O4 で表わされる化合
物を母結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムを
Srに対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さ
らに共賦活剤としてサマリウムをSrに対するモル%で
0.002 %以上20%以下添加したことを特徴とする。
り、SrAl2 O4 で表わされる化合物を母結晶にする
と共に、賦活剤としてユウロピウムをSrに対するモル
%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共賦活剤とし
てセリウム、プラセオジム、テルビウム、ホルミウム、
エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムか
らなる群の少なくとも1つ以上の元素をSrに対するモ
ル%で0.002 %以上20%以下添加したことを特徴とす
る。
るものの、特に効果に優れたものであり、CaAl2 O
4 で表わされる化合物を母結晶にすると共に、賦活剤と
してユウロピウムをCaに対するモル%で0.002 %以上
20%以下添加し、さらに共賦活剤としてネオジム、サマ
リウム、ジスプロシウム、ツリウムからなる群の少なく
とも1つ以上の元素をCaに対するモル%で0.002 %以
上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光体。
り、CaAl2 O4 で表わされる化合物を母結晶にする
と共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに対するモル
%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共賦活剤とし
てセリウム、プラセオジム、テルビウム、ホルミウム、
エルビウム、イッテルビウム、ルテチウムからなる群の
少なくとも1つ以上の元素をCaに対するモル%で0.00
2 %以上20%以下添加したことを特徴とする。
なる共賦活材を用いたものであり、CaAl2 O4 で表
わされる化合物を母結晶にすると共に、賦活剤としてユ
ウロピウムをCaに対するモル%で0.002 %以上20%以
下添加し、さらに共賦活剤としてランタン、ガドリニウ
ムからなる群の少なくとも1つ以上の元素をCaに対す
るモル%で0.002 %以上20%以下添加したことを特徴と
する。
り、CaAl2 O4 で表わされる化合物を母結晶にする
と共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに対するモル
%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共賦活剤とし
てネオジムと、ランタン、ジスプロシウム、ガドリニウ
ム、ホルミウム、エルビウムからなる群の少なくとも1
つ以上の元素とをCaに対するモル%で0.002 %以上20
%以下添加したことを特徴とする。
あり、CaAl2 O4 で表わされる化合物を母結晶にす
ると共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに対するモ
ル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共賦活剤と
してネオジムと、セリウム、プラセオジム、サマリウ
ム、テルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウ
ムからなる群の少なくとも1つ以上の元素とをCaに対
するモル%で0.002 %以上20%以下添加したことを特徴
とする。
あり、BaAl2 O4 で表わされる化合物を母結晶にす
ると共に、賦活剤としてユウロピウムをBaに対するモ
ル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共賦活剤と
してネオジム、サマリウムからなる群の少なくとも1つ
以上の元素をBaに対するモル%で0.002 %以上20%以
下添加したことを特徴とする。
たは2記載の蓄光性蛍光体の、母結晶中にマグネシウム
を添加したことを特徴とする。また、請求項13記載の
ものは、請求項2記載の蓄光性蛍光体の、母結晶中にカ
ルシウム、バリウムのいずれか一方を添加したことを特
徴とする。
は、フラックスとしてたとえば硼酸を 1〜10重量%の範
囲で添加することができる。ここで添加量が、 1重量%
以下であるとフラックス効果がなくなるし、10重量%を
越えると固化し、その後の粉砕、分級作業が困難とな
る。
材及び共賦活材を添加した本発明の実施例を、金属元素
(M)の種類、賦活剤としてのユウロピウムの濃度ある
いは共賦活剤の種類及び濃度を種々変更した場合につい
て、順次説明する。ただこのような本発明の実施例を説
明するのにあたって、最初に、金属元素(M)としてス
トロンチウムを用い、賦活剤としてユウロピウムを用い
るものの、共賦活剤を用いない場合の蓄光性蛍光体につ
いて説明する。 [SrAl2 O4 :Eu蛍光体の合成とその特性] 試料1−(1) 試薬特級の炭酸ストロンチウム146.1 g(0.99モル)お
よびアルミナ102 g(1モル)に賦活剤としてユウロピ
ウムを酸化ユウロピウム(Eu2 O3)で 1.76g(0.005
モル)添加し、更にフラックスとしてたとえば硼酸を
5g(0.08モル)添加し、ボールミルを用いて充分に混
合した後、この試料を電気炉を用いて窒素−水素混合ガ
ス(97:3)気流中(流量:0.1 リットル毎分)で、1300
℃、1時間焼成した。その後室温まで約1時間かけて冷
却し、得られた化合物粉体をふるいで分級し100メッ
シュを通過したものを蛍光体試料1−(1) とした。
XRD(X線回折)により解析した結果を示した。回折
ピークの特性から得られた蛍光体はSrAl2 O4 であ
ることが明らかとなった。図2には本蛍光体の励起スペ
クトル及び刺激停止後の残光の発光スペクトルを示し
た。
520nmの緑色の発光であることが明らかとなった。
次にこのSrAl2 O4 :Eu蛍光体の残光特性を市販
品で緑色に発光するZnS:Cu蓄光性蛍光体(根本特
殊化学(株)製:品名GSS,発光ピーク波長:530
nm)の残光特性と比較して測定した結果を、図3およ
び表2に示した。
を内径8mmのアルミ製試料皿に秤り取り(試料厚さ:
0.1g/cm2 )、約15時間暗中に保管して残光を
消去した後、D65標準光源により200 ルックスの明るさ
で10分間刺激し、その後の残光を光電子増倍管を用い
た輝度測定装置で計測したものである。図3から明らか
なように、このSrAl2 O4 :Eu蛍光体の残光は極
めて大きくその減衰もゆるやかであり,経過時間ととも
にZnS:Cu蓄光性蛍光体との残光強度差が大きくな
ることが分かる。また図中に、肉眼で充分に認識可能な
発光強度のレベル(約0.3mCd/m2 の輝度に相
当)を破線で示したが、このSrAl2 O4 :Eu蛍光
体の残光特性から約24時間後でもその発光が認識可能
であると推定される。実際に刺激後15時間経過したこ
のSrAl2 O4 :Eu蛍光体を肉眼で観察したところ
その残光を充分に確認することができた。
後10分、30分および100分後の残光強度をZn
S:Cu蓄光性蛍光体の強度に対する相対値で示した。
この表からこのSrAl2 O4 :Eu蛍光体の残光輝度
は10分後でZnS:Cu蓄光性蛍光体の2.9 倍であり
100分後では17倍であることが分かる。さらにこのS
rAl2 O4 :Eu蛍光体を光刺激した際の室温から2
50℃までの熱発光特性(グローカーブ)をTLDリー
ダー(KYOKKO TLD-2000 システム)を用いて調査した結
果を図4に示した。図から本蛍光体の熱発光は約40
℃、90℃、130℃の3つのグローピークからなり約
130℃のピークがメイングローピークであることが分
かる。図中の破線で示したZnS:Cu蓄光性蛍光体の
メイングローピークが約40℃であることに照らして、
このSrAl2 O4 :Eu蛍光体の50℃以上の高温に
相当する深い捕獲準位が残光の時定数を大きくし、長時
間にわたる蓄光特性に寄与していると考えられる。
せた表1で表した配合比のSrAl2 O4 :Eu蛍光体
試料(試料1−(2) 〜(7) )を調整した。
した結果を、1−(1) の残光特性を調査した結果と共
に、表2中に示した。この表2から、Euの添加量が
0.005〜0.1モルの範囲であると、10分後の輝
度を含めてZnS:Cu蓄光性蛍光体よりも残光特性に
優れていることがわかる。ただEuの添加量が0.00
002モルの場合、あるいは0.2モルの場合であって
も、刺激停止後30分以上経過することによって、Zn
S:Cu蓄光性蛍光体よりも大きい輝度を有するように
なることもわかる。
び濃度クエンチングによる残光特性の低下を考慮する
と、Euを0.2モル(20モル%)以上にすることに
余り意味がないこととなる。逆に、残光特性から判断す
ると、Euが0.00002モル(0.002モル%)
から0.0001モル(0.01モル%)の間では、1
0分後輝度でZnS:Cu蓄光性蛍光体よりも輝度で劣
るものの、刺激停止後30分以上経過することによっ
て、ZnS:Cu蓄光性蛍光体よりも大きい輝度が得ら
れることから、賦活剤として用いるEuの添加効果が明
らかである。
物系であることから、従来の硫化物系蓄光性蛍光体に比
べて化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れるもので
ある(表23及び24参照)。
(M)としてストロンチウムを用い、賦活剤としてユウ
ロピウムを用い、更に共賦活剤としてジスプロシウムを
用いた場合の蓄光性蛍光体について、実施例1として説
明する。 実施例1.SrAl2 O4 :Eu、Dy蛍光体の合成と
その特性 試料2−(1) 試薬特級の炭酸ストロンチウム144.6 g(0.98モル)お
よびアルミナ102 g(1モル)に賦活剤としてユウロピ
ウムを酸化ユウロピウム(Eu2 O3 )で1.76g(0 .00
5モル)を更に共賦活剤としてジスプロシウムを酸化ジ
スプロシウム(Dy2O3)で1.87g(0.005 モル)添加
し、更にフラックスとしてたとえば硼酸を 5g(0.08モ
ル)添加し、ボールミルを用いて充分に混合した後、こ
の試料を電気炉を用いて窒素−水素混合ガス(97:3)気
流中(流量:0.1リットル毎分)で、1300℃、1時間
焼成した。その後室温まで約1時間かけて冷却し、得ら
れた化合物粉体をふるいで分級し100メッシュを通過
したものを蛍光体試料2−(1) とした。
で調査した結果を図5および表4の試料2−(1) に示し
た。図5から明らかなように、本発明によるSrAl2
O4 :Eu,Dy蛍光体の残光輝度、特にその残光初期
時の輝度はZnS:Cu蓄光性蛍光体と比較して極めて
高く、またその減衰の時定数も大きいことから、画期的
な高輝度蓄光性蛍光体であることが分かる。図中に示し
た視認可能な残光強度レベルとこのSrAl2 O4 :E
u,Dy蛍光体の残光特性から約16時間後でもその発
光を識別可能である。
分後の残光強度をZnS:Cu蓄光性蛍光体の強度に対
する相対値で示しているが、表から本発明によるSrA
l2O4 :Eu,Dy蛍光体の残光輝度は10分後でZ
nS:Cu蓄光性蛍光体の12.5倍であり100分後では
37倍であることが分かる。さらに本発明によるSrAl
2 O4 :Eu,Dy蛍光体を光刺激した際の室温から2
50℃までの熱発光特性(グローカーブ)を調査した結
果を図6に示した。図6および図4から、共賦活剤とし
て添加したDyの作用により熱発光のメイングローピー
ク温度が130℃から90℃に変化したことが分かる。
この90℃の温度に相当する捕獲準位からの大きな発光
が、SrAl2 O4 :Eu蛍光体と比較して、その残光
初期時に高い輝度を示す原因と考えられる。
させた表3で表した配合比のSrAl2 O4 :Eu,D
y蛍光体試料(試料2−(2) 〜(7) )を調整した。
した結果を、2−(1) の残光特性を調査した結果と共
に、表4に示した。この表4から、共賦活剤としてのD
yの添加量は、10分後輝度を含めてZnS:Cu蓄光
性蛍光体よりもはるかに優れていることを基準とする
と、0.005〜0.1モルが最適であることがわか
る。ただDyの添加量が0.00002モルの場合であ
っても、刺激停止後30分以上経過することによって、
ZnS:Cu蓄光性蛍光体よりも大きい輝度を有するよ
うになることから、賦活剤及び共賦活剤として用いたE
u及びDyの添加効果が明らかである。またDyが高価
であることから、経済性及び濃度クエンチングによる残
光特性の低下を考慮すると、Dyを0.2モル(20モ
ル%)以上にすることに余り意味がないこととなる。
は酸化物系であることから、従来の硫化物系蓄光性蛍光
体に比べて化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れる
ものである(表23及び24参照)。
ムを用い、賦活剤としてユウロピウムを用い、更に共賦
活剤としてネオジムを用いた場合の蓄光性蛍光体につい
て、実施例2として説明する。 実施例2.SrAl2 O4 :Eu、Nd蛍光体の合成と
その特性 試料3−(1) 〜(7) 前述と同様の方法で、ネオジムの濃度を変化させた表5
で示した配合比のSrAl2 O4 :Eu、Nd系蛍光体
試料(試料3−(1) 〜(7) )を調整した。
調査した結果を、表6に示した。
加量が0.005〜0.2モルの範囲であると、10分
後の輝度を含めてZnS:Cu蓄光性蛍光体よりも残光
特性に優れていることがわかる。ただNdの添加量が
0.00002モルの場合であっても、刺激停止後60
分程度を経過することによって、ZnS:Cu蓄光性蛍
光体よりも大きい輝度を有するようになることから、賦
活剤及び共賦活剤として用いたEu及びNdの添加効果
が明らかである。またNdが高価であることから、経済
性及び濃度クエンチングによる残光特性の低下を考慮す
ると、Ndを0.2モル(20モル%)以上にすること
に余り意味がないこととなる。
は酸化物系であることから、従来の硫化物系蓄光性蛍光
体に比べて化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れる
ものである(表24及び25参照)。さらに本発明によ
るSrAl2 O4 :Eu、Nd蛍光体を光刺激した際の
室温から250℃までの熱発光特性(グローカーブ)
を、試料3−(4) について調査した結果を図7に示し
た。図から共賦活剤としてNdを添加した蛍光体の熱発
光のメイングローピーク温度は約50℃であることが分
かる。次に、金属元素(M)としてストロンチウムを用
い、賦活剤としてユウロピウムを用い、更に共賦活剤と
して、セリウム、プラセオジム、サマリウム、テルビウ
ム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウ
ム、ルテチウムの元素のいずれかを用いた場合の蓄光性
蛍光体について、実施例3として説明する。
ては、ユーロピウム及びネオジムあるいはジスプロシウ
ムを用いた場合の例から、金属元素(M)に対して各々
0.01モル程度添加した場合に高い残光輝度が得られ
ることを考慮して、賦活剤のEu濃度1モル%(0.0
1モル)、共賦活剤の濃度1モル%(0.01モル)の
試料についてのみ例示した。 実施例3.SrAl2 O4 :Eu系蛍光体におけるその
他の共賦活剤の効果 既述の方法で、共賦活剤としてセリウム、プラセオジ
ム、サマリウム、テルビウム、ホルミウム、エルビウ
ム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムを添加した
蛍光体試料についてその残光特性を調査した結果を表7
に示した。
用いた市販のZnS:Cu蛍光体の残光特性と比較し
て、いずれのSrAl2 O4 :Eu系蛍光体試料も、刺
激停止後30分乃至100分以上の長時間を経過すると
残光特性が向上するので、充分実用レベルにあることが
分かる。なお、SrAl2 O4 :Eu系蛍光体は酸化物
系であることから、従来の硫化物系蓄光性蛍光体に比べ
て化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れるものであ
る(表23及び24参照)。
い、賦活剤としてユウロピウムを用いるものの、共賦活
剤を用いない場合の蓄光性蛍光体、及び金属元素として
カルシウムを用い、賦活剤としてユウロピウムを用い、
共賦活剤として、ランタン、セリウム、プラセオジム、
ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジ
スプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イ
ッテルビウム、ルテチウムからなる群の少なくとも1つ
の元素を用いた場合を、実施例4として説明する。 実施例4.CaAl2 O4 :Eu系蓄光性蛍光体の合成
とその特性 試薬特級の炭酸カルシウムおよびアルミナに賦活剤とし
てユウロピウムを酸化ユウロピウム(Eu2 O3)として
加えただけのもの、これに共賦活剤として、ランタン、
セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガド
リニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、
エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの
元素のいずれかをそれぞれその酸化物で添加したものに
対して、更にフラックスとしてたとえば硼酸を 5g(0.
08モル)添加し、ボールミルを用いて充分に混合した
後、この試料を電気炉を用いて窒素−水素混合ガス(9
7:3)気流中(流量:0.1リットル毎分)で、1300
℃、1時間焼成した。その後室温まで約1時間かけて冷
却し、得られた化合物粉体をふるいで分級し100メッ
シュを通過したものを蛍光体試料5−(1) 〜(39)とし
た。
解析の結果を図8に示した。図からこの蛍光体は、単斜
晶系のCaAl2 O4 結晶からなることが明らかとなっ
た。次に、代表例として共賦活剤にネオジム、サマリウ
ム、ジスプロシウム、トリウムを用いた試料5−(10)、
5−(16)、5−(22)及び5−(28)について、その熱発光
特性(グローカーブ)を調査した結果を図9及び図10
に示した。いずれも50℃以上の高温域にグローピーク
があることから、これらの蛍光体が長い残光特性を有す
ることが示唆されている。さらに試料についてその残光
の発光スペクトルを測定したところ、図11で示したよ
うにいずれの蛍光体もその発光ピーク波長は約442n
mの青色発光であった。
蓄光性蛍光体のCaSrS:Bi(商品名BA−S:根
本特殊化学(株)製 発光波長454nm)を標準とし
てそれぞれの残光特性を相対的に比較調査した結果を表
8乃至表13に示した。表8からCaAl2 O4 :Eu
蛍光体については、Euが0.01モル(1.0モル
%)の場合、残光初期時の輝度は低いものの100分後
で市販標準品とほぼ同等に近い輝度が得られるものがあ
り、更に表9乃至表13に示すように、共賦活剤を添加
することにより大きく増感され、いずれの共賦活剤を用
いても充分実用性の高い蛍光体を得ることができた。特
にNd、SmおよびTmについてはその添加効果が極めて大き
く市販品より一桁以上明るい超高輝度の青色発光の蓄光
性蛍光体が得られることが明かであり画期的な蛍光体と
いえる。図12にはこのNd、SmおよびTmを共賦活するこ
とにより得られた高輝度蛍光体の長時間に亘る残光特性
を調査した結果を示した。
シウムを用い、賦活剤としてユウロピウムを用いるもの
の、共賦活剤を用いない場合の蓄光性蛍光体として、5
−(1) 〜(6) に示した蓄光性蛍光体の残光特性について
表8に示した。
い、賦活剤としてユウロピウムを用い、共賦活剤として
ネオジムを用いた場合の蓄光性蛍光体として、5−(7)
〜(12)に示した蓄光性蛍光体の残光特性を表9に示し
た。
い、賦活剤としてユウロピウムを用い、共賦活剤として
サマリウムを用いた場合の蓄光性蛍光体として、5−(1
3)〜(18)に示した蓄光性蛍光体の残光特性を表10に示
した。
い、賦活剤としてユウロピウムを用い、共賦活剤として
ジスプロシウムを用いた場合の蓄光性蛍光体として、5
−(19)〜(24)に示した蓄光性蛍光体の残光特性を表11
に示した。
い、賦活剤としてユウロピウムを用い、共賦活剤として
ツリウムを用いた場合の蓄光性蛍光体として、5−(25)
〜(30)に示した蓄光性蛍光体の残光特性を表12に示し
た。
活剤としてユウロピウムを用い、共賦活剤としてランタ
ン、セリウム、プラセオジム、ガドリニウム、テルビウ
ム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチ
ウムの元素のいずれかを用いた場合の蓄光性蛍光体とし
て、5−(31)〜(39)に示した蓄光性蛍光体の残光特性を
まとめて表13に示した。
光体では、賦活剤としてのユーロピウム及び他の共賦活
剤は共に、1モル%づつ添加したものである。
い、賦活剤としてユウロピウムを用い、共賦活剤として
ネオジムを用いるものの、同時に他の共賦活剤も添加し
た場合を実施例5として説明する。 実施例5.CaAl2 O4 :Eu,Nd系蓄光性蛍光体
の合成とその特性 試薬特級の炭酸カルシウムおよびアルミナに賦活剤とし
てユウロピウムを酸化ユウロピウム(Eu2 O3)として
加え、これに共賦活剤としてネオジムを加えたもの、及
び、更に他の共賦活剤として、ネオジム以外のランタ
ン、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウ
ム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビ
ウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの元素の
いずれかをそれぞれその酸化物で添加したものに、フラ
ックスとしてたとえば硼酸を 5g(0.08モル)添加し、
ボールミルを用いて充分に混合した後、この試料を電気
炉を用いて窒素−水素混合ガス(97:3)気流中(流量:
0.1リットル毎分)で、1300℃、1時間焼成した。そ
の後室温まで約1時間かけて冷却し、得られた化合物粉
体をふるいで分級し100メッシュを通過したものを蛍
光体試料6−(1) 〜(40)とした。
Nd:1モル%、他の共賦活剤:1モル%として、各種
蛍光体試料を調整して、10分後輝度、30分後輝度及び10
0 分後輝度を測定した。その結果を、6−(1) 〜(12)と
して、表14に示す。
る共賦活剤の中で、残光輝度が特に優れるものとして
は、ランタン、ジスプロシウム、ガドリニウム、ホルミ
ウム、エルビウム等であることが確認された。そこで次
ぎに、Eu:1モル%、Nd:1モル%とした上で、ラ
ンタンの濃度を、0.2モル%から20モル%に変えて
実験を行った。その結果を、6−(13)〜(18)として、表
15に示す。
モル%とした上で、ジスプロシウムの濃度を、0.2モ
ル%から20モル%に変えて実験を行った。その結果
を、6−(19)〜(24)として、表16に示す。
モル%とした上で、ガドリニウムの濃度を、0.2モル
%から20モル%に変えて実験を行った。その結果を、
6−(25)〜(29)として、表17に示す。
で、ホルミウムの濃度を、0.2モル%から20モル%
に変えて実験を行った。その結果を、6−(30)〜(34)と
して、表18に示す。
で、エルビウムの濃度を、0.2モル%から10モル%
に変えて実験を行った。その結果を、6−(35)〜(40)と
して、表19に示す。
種混合すると、残光輝度が向上するものがあることが確
認された。また更に、その場合、Eu:1モル%、N
d:1モル%とした上で、他の共賦活剤も1モル%程度
添加した場合が、最も優れた残光特性を示すことも確認
された。次に金属元素(M)としてバリウムを用い、賦
活剤としてユウロピウムを用い、更に共賦活剤としてネ
オジムあるいはサマリウムを用いた場合の蓄光性蛍光体
について、実施例6として説明する。 実施例6.BaAl2 O4 :Eu系蛍光体 ここでは、Euを0.5 モル%添加した上で、更にNdあ
るいはSmを各々1モル%添加したものを、7−(1) ,
(2) として示す。
としてネオジムを用いたものの、励起スペクトル及び刺
激停止後30分を経過した後の残光の発光スペクトルを
示した。更に図14には、共賦活剤としてサマリウムを
用いたものの、励起スペクトル及び刺激停止後30分を
経過した後の残光の発光スペクトルを示した。
500nmで緑色の発光であることから、表20には、
その残光特性を市販品で緑色に発光するZnS:Cu蓄
光性蛍光体(根本特殊化学(株)製:品名GSS,発光
ピーク波長:530nm)と比較して、刺激停止後10
分、30分および100分後の残光強度を相対値で示し
た。
NdはZnS:Cu蓄光性蛍光体よりも刺激停止後30
分程度は残光輝度に優れていることがわかる。またBa
Al2 O4 :Eu,SmはZnS:Cu蓄光性蛍光体よ
りも若干残光輝度が劣る結果が得られた。しかしながE
uあるいは他の共賦活剤を添加せず、BaAl2 O4結
晶のみで実験した結果、蛍光及び残光がまったく認めら
れないことが確認されているので、Eu及びNdあるい
はSm添加による賦活効果が得られることは明らかであ
る。
化物系であることから、従来の硫化物系蓄光性蛍光体に
比べて化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れるもの
である(表23及び24参照)。次に金属元素(M)と
して、カルシウムとストロンチウムとの混合物を用いた
場合について、実施例7として説明する。 実施例7.SrX Ca1-X Al2 O4 系蓄光性蛍光体の
合成とその特性 試薬特級の炭酸ストロンチウムと炭酸カルシウムをそれ
ぞれ比率を変えて調合しその試料にアルミナを加え、さ
らに賦活剤としてユウロピウムを、共賦活剤としてセリ
ウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テルビウ
ム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウ
ム、イッテルビウム、ルテチウムのいずれかの元素を添
加したものに、フラックスとして例えば硼酸を 5g(0.0
8 モル)添加し、既述の方法によりでSrX Ca1-X A
l2 O4 系蛍光体試料を合成した。
Ca0.5 Al2 O4 :Eu,Dy蛍光体(Eu1モル
%、Dy1モル%添加)の残光の発光スペクトルを調査
した結果を図15に示した。図からSrの一部がCaに
置換されるとその発光スペクトルは短波長側にシフト
し、SrAl2 O4 系蛍光体による発光とCaAl2 O
4系蛍光体の発光の中間色の残光を得られることが明か
となった。
びDyをそれぞれ1モル%添加したSrX Ca1-X Al
2 O4 系蛍光体試料の残光特性を調査した結果を図16
に示した。この図16からいずれの蛍光体についても図
中の破線で示した市販標準品と比較して同等以上の優れ
た残光特性を有する実用性の高い蓄光性蛍光体が得られ
ることが分かる。次に金属元素(M)として、ストロン
チウムとバリウムとの混合物を用いた場合について、実
施例8として説明する。 実施8.SrX Ba1-X Al2 O4 系蓄光性蛍光体の合
成とその特性 試薬特級の炭酸ストロンチウムと炭酸バリウムをそれぞ
れ比率を変えて調合しその試料にアルミナを加え、さら
に賦活剤としてユウロピウムを、共賦活剤としてセリウ
ム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テリビウ
ム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウ
ム、イッテルビウム、ルテチウムのいずれかの元素を添
加したものに、フラックスとして例えば硼酸を 5g(0.0
8 モル)添加し、既述の方法によりSrX Ba1-X Al
2 O4 系蛍光体試料を合成した。
モル%、Dyを1モル%添加して調整したSrX Ba
1-X Al2 O4 系蛍光体試料の残光特性を調査した結果
を図17に示した。この図17からいずれの蛍光体につ
いても図中の破線で示した市販標準品と比較して同等以
上の優れた残光特性を有する実用性の高い蓄光性蛍光体
が得られることが分かる。次に金属元素(M)として、
ストロンチウムとマグネシウムとの混合物を用いた場合
について、実施例9として説明する。 実施例9.SrX Mg1-X Al2 O4 系蓄光性蛍光体の
合成とその特性 試薬特級の炭酸ストロンチウムと炭酸マグネシウムをそ
れぞれ比率を変えて調合しその試料にアルミナを加え、
さらに賦活剤としてユウロピウムを、共賦活剤としてセ
リウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、テリビ
ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
ウム、イッテルビウム、ルテチウムのいずれかの元素を
添加したものに、フラックスとして例えば硼酸を 5g
(0.08 モル)添加し、既述の方法によりSrX Mg1-X
Al2 O4 系蛍光体試料を合成した。得られた蛍光体の
代表特性としてEuを1モル%、Dyを1モル%添加し
て調整したSrX Mg1-X Al2 O4 系蛍光体試料の残
光特性を調査した結果を図18に示した。
シウムが0.1/0.9の場合を除いて、いずれの蛍光
体についても図中の破線で示した市販標準品と比較して
同等以上の優れた残光特性を有する実用性の高い蓄光性
蛍光体が得られることが分かる。次に金属元素(M)と
して、複数の金属元素を用い、かつ賦活剤としてユウロ
ピウムを用い、更には共賦活剤を2種類用いた場合につ
いて、実施例10として説明する。 実施例10.Ca1-X SrX Al2 O4 :Eu、Nd,
X蛍光体の合成とその特性 試薬特級の炭酸ストロンチウムと炭酸カルシウムをそれ
ぞれ比率を変えて調合しその試料にアルミナを加え、さ
らに賦活剤としてユウロピウム1モル%を、共賦活剤と
してネオジム1モル%を加え、更に他の共賦活剤とし
て、ジスプロシウム、ホルミウムの元素のいずれかを1
モル%添加したものに、フラックスとして例えば硼酸を
5g(0.08 モル)添加し、既述の方法によりでCa1-X
SrX Al2 O4 :Eu、Nd,X系蛍光体試料11−
(1) 〜(6) を合成し、その残光特性を調査した。試薬特
級の炭酸ストロンチウムと炭酸カルシウムをそれぞれ比
率を変えて調合しその試料にアルミナを加え、さらに賦
活剤としてユウロピウム1モル%を、共賦活剤としてネ
オジム1モル%を加え、更に他の共賦活剤として、ジス
プロシウムを1モル%添加したものを11−(1) 〜(3)
として、表21に示す。
カルシウムをそれぞれ比率を変えて調合しその試料にア
ルミナを加え、さらに賦活剤としてユウロピウム1モル
%を、共賦活剤としてネオジム1モル%を加え、更に他
の共賦活剤として、ホルミウムを1モル%添加したもの
を11−(4) 〜(6) として、表22に示す。
が、カルシウム及びストロンチウムからなる複数の金属
元素(M)を用い、賦活剤としてユウロピウムを添加
し、かつ複数の共賦活剤を添加した場合であっても、1
0分後輝度を含めて、CaSrS:Biに比べて優れて
いることが確認できた。 実施例11.耐湿特性試験 本発明により得られた蓄光性蛍光体の耐湿特性を調査し
た結果を表23に示した。
℃、95%RHに調湿した恒温恒湿槽中に500時間放
置しその前後における輝度変化を測定した。表から、い
ずれの組成の蛍光体も湿度に対してほとんど影響を受け
ず安定であることが分かる。
った結果を硫化亜鉛系蛍光体の結果と比較して表24に
示した。この試験は、JIS規格に従い、試料を飽和湿
度に調湿した透明容器内に入れ300Wの水銀灯下30
cmの位置で3時間、6時間及び12時間光照射し、そ
の後の輝度変化を測定した。
極めて安定であることが分かる。
種々の製品の表面に塗布して使用することもできるが、
プラスチック、ゴムあるいはガラス等に混入して使用す
ることもできる。更に、従来から使用されていた、硫化
物系蓄光性蛍光体に置き換えるて、例えば各種計器、夜
光時計の文字盤、安全標識板等の用途に用いると、その
長時間の高輝度残光特性から、極めて優れたものとな
る。
光特性を有することに加えて、酸化物系であることから
化学的にも安定であり、かつ耐光性に優れる点から、従
来の用途に加えて、新たに下記のような用途が考えられ
る。 乗り物の表示:飛行機、船、自動車、自転車、鍵あるい
は鍵穴 標識の表示:道路交通標識、車線表示、ガードレールへ
の表示、漁業用ブイ山道等の案内表示、門から玄関への
案内表示、ヘルメットへの表示 屋外の表示:看板、建物等の表示、自動車の鍵穴表示 屋内の表示:電気器具のスイッチ類 文房具類:筆記具、夜光インキ類、地図、星座表 おもちゃ類:ジグソーパズル 特殊な利用:スポーツ用ボール (時計等に用いる)液晶用のバックライト 放電管に使用するアイソトープの代替え
ら知られている硫化物系蛍光体とは全く異なる新規の蓄
光性蛍光体材料に関するものであり、市販の硫化物系蛍
光体と比べても遥かに長時間、高輝度の残光特性を有
し、更には酸化物系であることから化学的にも安定であ
り、かつ耐光性に優れたものである。
Dにより解析した結果を示したグラフである。
と刺激停止後30分を経過した後の発光スペクトルとを
示したグラフである。
n:S蛍光体の残光特性と比較した結果を示したグラフ
である。
したグラフである。
をZn:S蛍光体の残光特性と比較した結果を示したグ
ラフである。
性を示したグラフである。
性を示したグラフである。
RDにより解析した結果を示したグラフである。
としてネオジムあるいはサマリウムを用いた蛍光体の熱
発光特性を示したグラフである。
剤としてジスプロシウムあるいはトリウムを用いた蛍光
体の熱発光特性を示したグラフである。
5分を経過した後の発光スペクトルを示したグラフであ
る。
Al2 O4 :Eu,Nd蛍光体の残光特性をZn:S蛍
光体の残光特性と比較した結果を示したグラフである。
ペクトルと刺激停止後30分を経過した後の発光スペク
トルとを示したグラフである。
ペクトルと刺激停止後30分を経過した後の発光スペク
トルとを示したグラフである。
光体の発光スペクトルを示したグラフである。
体の残光特性をZn:S蛍光体及びCaSrS:Bi蛍
光体の残光特性と比較したグラフである。
体の残光特性をZn:S蛍光体の残光特性と比較したグ
ラフである。
体の残光特性をZn:S蛍光体の残光特性と比較したグ
ラフである。
Claims (13)
- 【請求項1】 MAl2 O4 で表わされる化合物で、M
は、カルシウム、ストロンチウム、バリウムからなる群
から選ばれる少なくとも1つ以上の金属元素からなる化
合物を母結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウム
をMで表わす金属元素に対するモル%で0.002 %以上20
%以下添加し、さらに共賦活剤としてセリウム、プラセ
オジム、ネオジム、サマリウム、テルビウム、ジスプロ
シウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテル
ビウム、ルテチウムからなる群の少なくとも1つ以上の
元素をMで表わす金属元素に対するモル%で0.002 %以
上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項2】 SrAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをSrに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてジスプロシウムをSrに対するモル%で0.
002 %以上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍
光体。 - 【請求項3】 SrAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをSrに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてネオジムをSrに対するモル%で0.002 %
以上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項4】 SrAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをSrに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてサマリウムをSrに対するモル%で0.002
%以上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光
体。 - 【請求項5】 SrAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをSrに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてセリウム、プラセオジム、テルビウム、ホ
ルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ル
テチウムからなる群の少なくとも1つ以上の元素をSr
に対するモル%で0.002 %以上20%以下添加したことを
特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項6】 CaAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてネオジム、サマリウム、ジスプロシウム、
ツリウムからなる群の少なくとも1つ以上の元素をCa
に対するモル%で0.002 %以上20%以下添加したことを
特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項7】 CaAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてセリウム、プラセオジム、テルビウム、ホ
ルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウムか
らなる群の少なくとも1つ以上の元素をCaに対するモ
ル%で0.002 %以上20%以下添加したことを特徴とする
蓄光性蛍光体。 - 【請求項8】 CaAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてランタン、ガドリニウムからなる群の少な
くとも1つ以上の元素をCaに対するモル%で0.002 %
以上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項9】 CaAl 2 O 4 で表わされる化合物を母
結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをCaに
対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに共
賦活剤としてネオジムと、ランタン、ジスプロシウム、
ガドリニウム、ホルミウム、エルビウムからなる群の少
なくとも1つ以上の元素とをCaに対するモル%で0.00
2 %以上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光
体。 - 【請求項10】 CaAl 2 O 4 で表わされる化合物を
母結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをCa
に対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し、さらに
共賦活剤としてネオジムと、セリウム、プラセオジム、
サマリウム、テルビウム、ツリウム、イッテルビウム、
ルテチウムからなる群の少なくとも1つ以上の元素とを
Caに対するモル%で0.002 %以上20%以下添加したこ
とを特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項11】 BaAl 2 O 4 で表わされる化合物を
母結晶にすると共に、賦活剤としてユウロピウムをBa
に対するモル%で0.002 %以上20%以下添加し 、さらに
共賦活剤としてネオジム、サマリウムからなる群の少な
くとも1つ以上の元素をBaに対するモル%で0.002 %
以上20%以下添加したことを特徴とする蓄光性蛍光体。 - 【請求項12】 母結晶中にマグネシウムを添加したこ
とを特徴とする請求項1または2記載の蓄光性蛍光体。 - 【請求項13】 母結晶中にカルシウム、バリウムのい
ずれか一方を添加したことを特徴とする請求項2記載の
蓄光性蛍光体。
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