JPH09188543A - Eu2+含有青色発光ガラス - Google Patents

Eu2+含有青色発光ガラス

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JPH09188543A
JPH09188543A JP35296695A JP35296695A JPH09188543A JP H09188543 A JPH09188543 A JP H09188543A JP 35296695 A JP35296695 A JP 35296695A JP 35296695 A JP35296695 A JP 35296695A JP H09188543 A JPH09188543 A JP H09188543A
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JP
Japan
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mol
glass
proportion
20mol
blue light
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JP35296695A
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English (en)
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Kenei Kiyuu
建栄 邱
Kazuyuki Hirao
一之 平尾
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 紫外線,X線等の放射線励起により高効率で
青色発光する透明ガラスを提供する。 【構成】 全陽イオンに対するモル比率で50%以下の
Eu2+イオンを含むハロゲン化物系又はハロゲン燐酸塩
系のガラス組成をもつ。ハロゲン化物系では、陽イオン
の割合がEu2+0.001〜50%,Al3+10〜60
%,Mg2+,Ca2+,Sr2+及びBa2+の少なくとも1
種8〜70%,Y3+,La3+,Gd3+及びYb3+の少な
くとも1種0〜30%,Hf4+0〜20%,Li+ ,N
+ 及びK+ の少なくとも1種0〜20%であり、陰イ
オンの割合がCl- 0〜20%,F- 80〜100%で
ある。ハロゲン燐酸塩系では、陽イオンの割合がEu2+
0.001〜50%,Al3+10〜60%,P5+0.1
〜80%,Ma2+,Ca2+,Sr2+及びBa2+の少なく
とも1種8〜70%,Y3+,La3+,Gd3+及びYb3+
の少なくとも1種0〜30%,Hf4+0〜20%,Li
+ ,Na+ 及びK+ の少なくとも1種0〜20%であ
り、陰イオンの割合がO2-1〜95%,Cl- 0〜20
%,F- 5〜99%である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線レーザ,X線等
の放射線ビーム位置の確認,モード形状のパターン識
別,空間分布状態に用いられる光ディテクター,光パワ
ーメータ−用素子,イメージ表示センサー,紫外から青
色までの波長可変レーザ等として使用され、Eu2+含有
青色発光ガラスに関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】光情報技術の発展にとっ
て、紫外から青色までの波長可変レーザの開発,紫外光
や、X線等の放射線ビームの可視化変換表示,検出等が
重要になってきている。紫外域の固体波長変換レーザに
関して、近年、300nm付近の波長域のものとしてC
3+−YLF,Ce3+−LSAF等の結晶材料が開発さ
れ、実用段階に向かった研究が進められている。Ce3+
−YLF,Ce3+−LSAF等の場合、大きな寸法で良
質な結晶材料の作製が非常に困難である。また、青色域
の波長変換レーザに関しては、依然としてほとんど研究
されていない状況である。
【0003】紫外光やX線等の放射線ビームの可視化変
換表示や検出等では、Sr0.96Mg0.81Al5.440.02
10:Eu2+,Gd22 S:Tb3+,BaFCl:E
2+等の多結晶蛍光体が使用されている。しかし、これ
ら多結晶蛍光体の作製プロセスは、非常に困難である。
たとえば、Gd22 S:Tb3+蛍光体の製造にあたっ
ては、全部で10以上の工程を必要とし、生産所要時間
が長く、コストが非常に高くなる。また、後処理段階で
蛍光強度を向上させるため、粉砕及び分級を行い、可能
な限り適切な粒径に揃えなければならないので、収率が
非常に悪くなる。
【0004】また、蛍光体の使用方法として、蛍光面を
形成するために基板上に蛍光体を粉末状態で沈着又は塗
布する方法が採用されている。この場合、蛍光体粉末が
多面体形状を持つことから、蛍光面に凹凸が生じ、均一
な膜とするためには高精度の制御工程が必要となる。し
かも、均一な膜の形成がほとんど不可能である。また、
粉末粒子相互の充填が比較的粗であるとこ、面が凹凸状
であること等のために、発光した光の散乱が起こり、解
像度の向上に限界がある。本発明は、このような問題や
欠点を解消すべく案出されたものであり、実用的な耐久
性及び機械的強度をもち、発光効率が高い青色発光を可
能とし、可視域で透明なEu2+含有青色発光ガラスを提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のEu2+含有青色
発光ガラスは、その目的を達成するため、全陽イオンに
対する比率で50モル%以下のEu2+イオンを含むハロ
ゲン化物系又はハロゲン燐酸塩系のガラス組成をもち、
紫外線又は放射線照射により青色発光することを特徴と
する。ハロゲン化物系ガラス組成では、陽イオンの割合
がEu2+0.001〜50モル%,Al3+10〜60モ
ル%,Mg2+,Ca2+,Sr2+及びBa2+の少なくとも
1種8〜70モル%,Y3+,La3+,Gd3+及びYb3+
の少なくとも1種0〜30モル%,Hf4+0〜20モル
%,Li+ ,Na+ 及びK+ の少なくとも1種0〜20
モル%であり、陰イオンの割合がCl- 0〜20モル
%,F- 80〜100モル%である。
【0006】ハロゲン燐酸塩ガラス組成では、陽イオン
の割合がEu2+0.001〜50モル%,Al3+10〜
60モル%,P5+0.1〜80モル%,Ma2+,C
2+,Sr2+及びBa2+の少なくとも1種8〜70モル
%,Y3+,La3+,Gd3+及びYb3+の少なくとも1種
0〜30モル%,Hf4+0〜20モル%,Li+ ,Na
+及びK+ の少なくとも1種0〜20モル%であり、陰
イオンの割合がO2-1〜95モル%,Cl- 0〜20モ
ル%,F- 5〜99モル%である。この青色発光ガラス
は、不活性雰囲気又は還元性雰囲気で溶融し、必要に応
じて板状,ロッド状,ファイバー状に成形することによ
って製造される。
【0007】
【実施の形態】本発明に従った青色発光ガラスは、ハロ
ゲン化物系又はハロゲン燐酸塩系をベースにするが、何
れの系でもEu2+を必須との活性イオンとして含有して
いる。Eu2+の含有量は、ガラスを構成するガラスを構
成する全陽イオンに対し0.001〜50モル%の範囲
に調整される。Eu2+濃度が0.001モル%未満で
は、放射線の照射により発する蛍光の強度が弱い。逆
に、50モル%を超える濃度では濃度消光が発生し、蛍
光強度が落ちるばかりでなく、ガラスが結晶化し易く成
形特性も劣化する。発光効率と成形特性を総合的に判断
すると、Eu2+の濃度が0.05〜10モル%の範囲に
あることが好ましい。
【0008】ハロゲン化物系ガラスは、ガラス形成陽イ
オンとしてAl3+を10〜60モル%含有する。Al3+
濃度が10モル%未満又は60モル%を超えると、ガラ
スが結晶化し易くなる。Al3+の含有量は、20〜40
モル%の範囲が好ましい。ガラスの網目構造を補完する
作用を呈する二価の修飾イオンとして、Mg2+,C
2+,Sr2+及びBa2+の少なくとも1種を8〜70モ
ル%,好ましくは8〜60モル%含む。これら二価修飾
イオンの濃度が8モル%未満又は70モル%を超える
と、ガラスが結晶化し易くなる。ガラスの網目構造を補
完する作用を呈する三価の修飾イオンとしては、Y3+
La3+,Gd3+及びYb3+の少なくとも1種を0〜30
モル%,好ましくは0〜25モル%含む。これら三価修
飾イオンの濃度が30モル%を超えると、ガラスが結晶
化し易くなる。
【0009】ガラスの網目形成陽イオンとして、0〜2
0モル%,好ましくは0〜15モル%のHf4+を含む。
Hf4+の濃度が20モル%を超えると、ガラスが結晶化
し易くなる。ガラスの網目構造を補完する一価の修飾イ
オンとしては、Li+ ,Na+ 及びK+ の少なくとも1
種を0〜20モル%,好ましくは0〜10モル%含む。
一価修飾イオンの濃度が20モル%を超えると、ガラス
が結晶化し易くなる。他方、ガラス中に含まれる陰イオ
ンの割合は、Cl- 0〜20モル%,F- 80〜100
モル%に設定される。少量のCl- 添加によってガラス
の結晶化に対する安定性を上げることができるが、Cl
- の濃度が20モル%を超えるとガラスの化学的耐久性
が劣化し、またガラスが結晶化し易くなる。Cl- の好
ましい濃度範囲は0〜10モル%,F- の好ましい濃度
範囲は90〜100モル%である。
【0010】ハロゲン燐酸塩系では、前述した各種陽イ
オンの濃度に加え、P5+を0.1〜80モル%,好まし
くは5〜60モル%含有させることにより、ガラスの成
形性が改善される。P5+濃度が0.1モル%未満では、
ガラスの成形性を改善する効果が不十分である。逆に8
0モル%を超えるP5+濃度では、ガラスの化学的耐久性
が劣化する。ハロゲン燐酸塩系における陰イオンの割合
は、O2-1〜95モル%(好ましくは1〜50モル
%),Cl- 0〜20モル%(好ましくは0〜10モル
%),F- 5〜99モル%(好ましくは40〜99モル
%)の範囲に調整される。O2-は、ガラスの成形性及び
結晶化に対する安定性の向上に有効である。しかし、O
2-濃度が95モル%を超えると発光効率が悪くなり、1
モル%未満のO2-濃度では、ガラスの成形性を改善する
効果が不十分である。Cl- は発光効率の向上に有効で
あるが、その濃度が20モル%を超えると、ガラスが結
晶化し易くなる。F- は発光効率の向上に有効である
が、その濃度が5モル%未満では発光効率が悪くなる。
【0011】本発明に従ったEu2+含有青色発光ガラス
は、Eu23 ,EuF3 等のEu3+含有原料を用いて
ガラスを作製する場合、還元剤をバッチに添加して溶
融,成形する。場合によっては、還元性雰囲気中で溶融
し、成形する必要がある。Eu2+含有原料を使用する場
合でも、不活性雰囲気又は還元性雰囲気で溶融し、成形
することが好ましい。ガラス中にEu3+が残存すると、
たとえば394nmに強い吸収が発生すると共に、Eu
3+に起因する赤色発光が610nm付近に発生し、25
0nmの紫外線の励起時に青色発光がみられなくなる。
このEu2+含有青色発光ガラスは、優れたガラス成形能
をもち、容易に結晶化することなく、板状,ロッド状,
ファイバー状等の形状に成形できる。更に、マトリック
スの非線形光学効果が小さく、誘導断面積が大きいの
で、優れた青色発光効率が呈せられる。
【0012】
【実施例】
実施例1:陽イオンの割合がEu2+0.8モル%,Al
3+18.8モル%,Ca2+19.3モル%,Sr2+
7.8モル%,Ba2+7.7モル%,P5+27.9モル
%で、陰イオンの割合がO2-36モル%,F- 64モル
%の組成をもつガラスとなるように、高純度のEuF
3 ,AlF3 ,MgF2 ,CaF2 ,SrF2 ,BaF
2 及びAl(PO33 原料を使用し、N2 充填のグロ
ーブボックス中で秤量,混合した。配合物をグラシカー
ボンルツボに入れ、N2 +5体積%H2 雰囲気中で10
00℃で1時間溶融し、融液をガラス遷移温度Tg 近傍
に保持した後、ルツボごと冷却した。
【0013】得られたガラスを研磨し、紫外励起蛍光及
びX線励起蛍光を測定した。キセノンランプから分光し
た250nmの紫外光で励起したとき、図1の蛍光スペ
クトルにみられるように440nmに強い青色発光が観
測された。なお、500nmのピークは、250nmの
励起光の2倍光であり、測定系からのものである。図1
の発光ピーク440nmをモニターして励起発光スペク
トルを測定した結果を図2に示す。また、X線励起によ
っても、同様な青色発光が観測された。以上の結果か
ら、本実施例で得られたガラスは、200〜400nm
の幅広い範囲の光に対して青色発光することが確認され
た。
【0014】実施例2:陽イオンの割合がEu2+0.1
モル%,Al3+35モル%,Mg2+10モル%,Ca2+
20モル%,Sr2+10モル%,Ba2+10モル%,Y
3+14.9モル%で、陰イオンの割合がF- 100モル
%の組成をもつガラスとなるように、高純度のEuF
2 ,AlF3 ,CaF2 ,SrF2 ,BaF2 及びYF
3 原料を使用し、N2 充填のグローブボックス中で秤
量,混合した。配合物をグラシカーボンルツボに入れ、
2 雰囲気中で1000℃で1時間溶融し、融液をガラ
ス遷移温度Tg 近傍に保持した後、ルツボごと冷却し
た。得られたガラスを研磨し、紫外励起蛍光を測定し
た。キセノンランプから分光した250nmの紫外光で
励起したとき、図3の蛍光スペクトルにみられるように
360nmにEu2+のf−f遷移に起因する発光の外
に、400nmにEu2+のfd−f遷移に起因する強い
青色発光が観測された。
【0015】実施例3:陽イオンの割合がEu2+1モル
%,Al3+30モル%,Mg2+10モル%,Ca2+20
モル%,Sr2+10モル%,Ba2+10モル%,Y3+
0モル%,Gd3+2モル%,La3+2モル%,Hf4+
モル%で、陰イオンの割合がCl- 10モル%,F-
0モル%の組成をもつガラスとなるように、高純度のE
uF2 ,AlF3 ,MgF2 ,CaF2 ,SrF2 ,B
aF2 ,YF3 ,GdF3 ,LaF3 ,HfF4 ,Ba
Cl2 原料を使用し、N2 充填のグローブボックス中で
秤量,混合した。配合物をグラシカーボンルツボに入
れ、N2 +5体積%H2 雰囲気中で1000℃で1時間
溶融し、融液をガラス遷移温度Tg 近傍に保持した後、
ルツボごと冷却した。得られたガラスを研磨し、紫外励
起蛍光を測定した。キセノンランプから分光した250
nmの紫外光で励起したとき、410nmに強い青色発
光が観測された。
【0016】実施例4:陽イオンの割合がEu2+29.
3モル%,Al3+22.2モル%,Mg2+3.5モル
%,Ca2+11モル%,Sr2+7.3モル%,P5+
6.7モル%で、陰イオンの割合がO2-36モル%,F
- 64モル%の組成をもつガラスとなるように、高純度
のEuF2 ,AlF3 ,MgF2 ,CaF2 ,SrF
2 ,Al(PO33 原料を使用し、N2 充填のグロー
ブボックス中で秤量,混合した。配合物をグラシカーボ
ンルツボに入れ、N2 雰囲気中で1100℃で1時間溶
融し、融液を室温まで急冷した。得られたガラスを研磨
し、紫外励起蛍光を測定した。キセノンランプから分光
した250nmの紫外光で励起したとき、450nmに
強い青色発光が観測された。
【0017】実施例5:陽イオンの割合がEu2+0.2
モル%,Al3+22.9モル%,Ca2+7.2モル%,
Sr2+18.4モル%,B2+15.7モル%,Na+
2.6モル%,P 5+33モル%で、陰イオンの割合がO
2-47.2モル%,Cl- 2.8モル%,F- 50モル
%の組成をもつガラスとなるように、高純度のEuF
2 ,AlF3,CaF2 ,SrF2 ,NaF,BaCl2
,Al(PO33 原料を使用し、N2 充填のグロー
ブボックス中で秤量,混合した。配合物をグラシカーボ
ンルツボに入れ、N2 雰囲気中で1000℃で1時間溶
融し、融液を室温まで急冷した。得られたガラスを研磨
し、紫外励起蛍光を測定した。キセノンランプから分光
した250nmの紫外光で励起したとき、450nmに
強い青色発光が観測された。
【0018】実施例6:陽イオンの割合がEu2+0.2
モル%,Al3+38.8モル%,Ca2+19.4モル
%,Sr2+9.6モル%,B2+9.7モル%,Li+
4.9モル%,Na+ 4.9モル%,P5+2.9モル%
で、陰イオンの割合がO2-4モル%,F- 96モル%の
組成をもつガラスとなるように、高純度のEuF2 ,A
lF3 ,CaF2 ,SrF2 ,BaF2 ,LiF,Na
F,Al(PO33 原料を使用し、N2 充填のグロー
ブボックス中で秤量,混合した。配合物をグラシカーボ
ンルツボに入れ、N2 +50体積%H2 雰囲気中で11
00℃で1時間溶融し、融液を室温まで急冷した。得ら
れたガラスを研磨し、紫外励起蛍光を測定した。キセノ
ンランプから分光した250nmの紫外光で励起したと
き、420nmに強い青色発光が観測された。
【0019】実施例7:陽イオンの割合がEu2+0.4
モル%,Al3+16.9モル%,Ba2+8.1モル%,
+ 8.5モル%,P5+66.1モル%で、陰イオンの
割合がO2-89.2モル%,F- 10.8モル%の組成
をもつガラスとなるように、高純度のEuF2 ,AlF
3 ,BaF2 ,KF,KPO3 ,Ba(PO33 ,A
l(PO33 原料を使用し、N2 充填のグローブボッ
クス中で秤量,混合した。配合物をグラシカーボンルツ
ボに入れ、N2 +50体積%H2 雰囲気中で1200℃
で1時間溶融し、融液を室温まで急冷した。得られたガ
ラスを研磨し、紫外励起蛍光を測定した。キセノンラン
プから分光した250nmの紫外光で励起したとき、4
50nmに強い青色発光が観測された。
【0020】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のEu2+
含有青色発光ガラスは、マトリックスの非線形光学効果
が小さく、誘導断面積が大きいので、優れた青色発光効
率を呈し、紫外線,X線等の放射線照射によって360
〜480nmに蛍光を発する。また、優れたガラス成形
能をもち、容易に結晶化することなく板状,ロッド状,
ファイバー状等の適宜の形状に成形することができ、紫
外線レーザ,X線等の放射線ビーム位置の確認,モード
形状のパターン識別,空間分布状態に用いられる光ディ
スク,光パワーメータ用素子,イメージ表示センサー,
紫外から青色までの波長可変レーザ等として使用され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のガラスを250nmの紫外線励起
したときの蛍光スペクトル
【図2】 実施例1のガラスのピーク蛍光発光をモニタ
ーして測定した励起スペクトル
【図3】 実施例2のガラスを250nmの紫外線励起
したときの蛍光スペクトル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全陽イオンに対する比率で50モル%以
    下のEu2+イオンを含むハロゲン化物系又はハロゲン燐
    酸塩系のガラス組成をもち、紫外線又は放射線照射によ
    り青色発光することを特徴とするEu2+含有青色発光ガ
    ラス。
  2. 【請求項2】 ハロゲン化物系ガラス組成を構成する陽
    イオンの割合がEu2+0.001〜50モル%,Al3+
    10〜60モル%,Mg2+,Ca2+,Sr2+及びBa2+
    の少なくとも1種8〜70モル%,Y3+,La3+,Gd
    3+及びYb3+の少なくとも1種0〜30モル%,Hf4+
    0〜20モル%,Li+ ,Na+ 及びK+ の少なくとも
    1種0〜20モル%であり、陰イオンの割合がCl-
    〜20モル%,F- 80〜100モル%である請求項1
    記載のEu2+含有青色発光ガラス。
  3. 【請求項3】 ハロゲン燐酸塩ガラス組成を構成する陽
    イオンの割合がEu2+0.001〜50モル%,Al3+
    10〜60モル%,P5+0.1〜80モル%,Ma2+
    Ca2+,Sr2+及びBa2+の少なくとも1種8〜70モ
    ル%,Y3+,La3+,Gd3+及びYb3+の少なくとも1
    種0〜30モル%,Hf4+0〜20モル%,Li+ ,N
    + 及びK+ の少なくとも1種0〜20モル%であり、
    陰イオンの割合がO2-1〜95モル%,Cl- 0〜20
    モル%,F- 5〜99モル%である請求項1記載のEu
    2+含有青色発光ガラス。
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