WO2019038967A1 - 発光セラミックス及び波長変換装置 - Google Patents

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呉竹　悟志
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株式会社村田製作所
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    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Definitions

  • the present invention relates to a luminescent ceramic and a wavelength converter using the luminescent ceramic.
  • luminescent ceramics which emit light of a different wavelength from the irradiated light when irradiated with light.
  • the luminescent ceramic described in Patent Document 1 below contains ABO W (wherein A contains at least one selected from the group consisting of La, Y, Gd, Yb and Lu, and B consists of Zr, Sn and Hf).
  • Heat treatment in a reducing atmosphere of a ceramic that contains at least one member selected from the group and Bi and W is a positive number for maintaining electrical neutrality). It is obtained by doing.
  • Patent Document 2 describes that when the phosphor is exposed to light with high energy density for a long time, the light emission amount gradually decreases.
  • the light-emitting ceramic ABO W disclosed in Patent Document 1 the light deteriorates when being used for a long time.
  • the light emission amount gradually decreases.
  • An object of the present invention is to provide a luminescent ceramic and a wavelength conversion device in which light degradation hardly occurs.
  • the luminescent ceramic according to the present invention preferably has 3X + 4Y + 5Z of 6.92 or more. In this case, not only photodegradation is unlikely to occur, but also deliquescent.
  • Z is preferably 0.02 or more, more preferably 0.05 or more. In this case, photodegradation is even less likely to occur.
  • the luminescent ceramic according to the present invention preferably contains Bi in an amount of 5 mol% or less based on 100 mol% of the above-mentioned general formula M1 x M2 Y M3 Z O W.
  • the molar content of the element is a ratio to 100 mol% of M1 x M2 Y M3 Z 0 W unless otherwise specified.
  • a wavelength converter according to the present invention comprises a luminescent ceramic constructed according to the present invention, and a light source for irradiating the luminescent ceramic with ultraviolet light.
  • the term "luminescent ceramic" in the present application absorbs at least a part of the energy of the irradiated light, and the wavelength of the light different from the wavelength of the light irradiated with the absorbed energy It refers to ceramics that radiate as light.
  • the present invention it is possible to provide a luminescent ceramic and a wavelength conversion device having the luminescent ceramic, which are less likely to cause photodegradation even when exposed to light up to excitation light.
  • FIG. 1 shows No. 1 prepared in the experimental example. 1 and No. 1 It is a figure which shows the XRD diffraction pattern of 4 luminescent ceramics.
  • FIG. 1 and No. 1 It is a figure which shows a time-dependent change of the luminescent intensity at the time of using 5 luminescent ceramics.
  • FIG. 17 and No. It is a figure which shows the XRD diffraction pattern of 18 luminescent ceramics.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram showing a wavelength converter according to an embodiment of the present invention.
  • the luminescent ceramic according to the present invention is obtained by firing a ceramic material having the above composition ratio and then heat treating it in a reducing atmosphere.
  • the luminescent ceramic of the present invention is a ceramic, it is easy to manufacture as compared to a single crystal luminescent material.
  • the ceramic material may be fired in a powdery state, or may be fired after being formed into a predetermined shape.
  • the luminescent ceramic is obtained by heat treatment in a reducing atmosphere.
  • the luminescent ceramic may be in the form of powder, and may be dispersed in resin, glass or the like. Any form of powder or dispersed in resin or glass can be used as a material for producing an element having a wavelength conversion function.
  • the luminescent ceramic M1 x M2 Y M3 Z O W of the present invention is a pyrochlore type compound.
  • the peak of (311) or (331) which is a superlattice peak is visible in X-ray diffraction, it is a pyrochlore type compound.
  • 3X + 4Y + 5Z is preferably 6.92 or more. In that case, since the luminescent ceramic does not have deliquescent properties, it is possible to provide a luminescent ceramic suitable for a wavelength converter or the like.
  • Z in the above general formula is 0.02 or more, more preferably 0.05 or more, in which case photodegradation is more difficult to occur.
  • the compound 100 mol% represented by the general formula M1 x M2 Y M3 Z O W Bi is contained more than 0.01 mol%. It is preferable that Bi is contained 0.05 mol% or more. Thereby, the quantum yield of light emission can be further enhanced. Preferably, Bi is contained in a proportion of 5 mol% or less. Thereby, the quantum yield of light emission can be further enhanced. More preferably, Bi is contained in a range of 3 mol% or less, more preferably 1 mol% or less.
  • the light transmittance at a wavelength of 450 nm to 800 nm when the thickness is 1 mm is preferably 50%. More preferably, it is 60% or more, more preferably 70% or more. Thereby, the light transmitting property is further enhanced, and it is possible to provide a luminescent ceramic more suitable for a wavelength conversion device, illumination and the like.
  • the emission quantum yield obtained when the excitation light is irradiated is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and 60% or more. Is more preferred.
  • a ceramic raw material powder is formed into a predetermined shape to obtain an unfired ceramic molded body as a ceramic material.
  • the unfired ceramic compact is fired in an atmosphere containing oxygen. Thereby, a ceramic M1 x M2 Y M3 Z O W is obtained.
  • Firing atmosphere to obtain a ceramic M1 x M2 Y M3 Z O W is preferably an oxygen concentration of 98 vol% or more.
  • the firing temperature (maximum temperature) can be, for example, about 1500 ° C. or more and about 1800 ° C. or less.
  • the firing temperature (maximum temperature) holding time in the firing step can be, for example, about 5 hours or more and about 100 hours or less.
  • the obtained ceramic M1 x M2 Y M3 Z O W is heat-treated in a reducing atmosphere.
  • the reducing atmosphere is not particularly limited, and, for example, an H 2 / H 2 O atmosphere can be used.
  • the temperature (maximum temperature) in the heat treatment is, for example, preferably 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and more preferably 900 ° C. or more and 1100 ° C. or less.
  • the holding time at the heat treatment temperature (maximum temperature) can be, for example, about 1 hour or more and about 100 hours or less.
  • the light transmittance in the wavelength of 400 nm or more and 600 nm or less of the luminescent ceramic is enhanced by the heat treatment. Holes generated at the time of firing become a color center and absorb light having a wavelength of 400 nm or more and 600 nm or less. On the other hand, it is considered that the hole which has become the color center is neutralized by the electrons supplied from the oxygen side before reduction by the heat treatment in the reducing atmosphere, whereby the light transmittance is enhanced.
  • M1 is represented by x M2 Y M3 Z O W, M1, M2, other than M3 and O, inevitably impurities mixed, i.e. may contain inevitable impurities.
  • unavoidable impurities include SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 and the like.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram showing a wavelength converter according to an embodiment of the present invention.
  • the wavelength conversion device 6 is used for illumination and the like, and includes a wavelength conversion unit 1 and a light source 2.
  • the wavelength converter 1 is made of the luminescent ceramic of the present invention.
  • the light source 2 emits ultraviolet light.
  • a light source 2 is provided on the substrate 4.
  • a reflector 3 is disposed on the substrate 4 so as to surround the light source 2 and to surround the optical axis of the ultraviolet light emitted from the light source 2.
  • the wavelength conversion unit 1 is fixed to the light emission side end of the reflector 3 and is opposed to the light source 2 at a position separated from the light source 2. For example, an LED or the like can be used as the light source 2.
  • excitation light is emitted from the light source 2 toward the wavelength conversion unit 1. A part of the excitation light is reflected by the reflector 3 and reaches the wavelength conversion unit 1. The wavelength conversion unit 1 is excited by the excitation light and emits light.
  • the wavelength conversion device 6 has been described, the wavelength conversion device of the present invention is not limited to the wavelength conversion device 6 shown in FIG. 4, and a wavelength conversion portion made of the luminescent ceramic of the present invention and this luminescent ceramic
  • the light source may emit light in various forms of the wavelength converter.
  • the obtained calcined product was placed in a ball mill together with water and an organic dispersant, and wet ground for 12 hours.
  • the obtained pulverized material it was molded by a wet molding method to have a disk-like shape with a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm.
  • the obtained molded product was pressed into a powder having the same composition as the molded product, and fired at a temperature of 1700 ° C. for 20 hours under an oxygen atmosphere (about 98 vol% oxygen concentration).
  • an oxygen atmosphere about 98 vol% oxygen concentration
  • the obtained sintered body was cut by a crystal cutter so as to have a rectangular plate shape of 5 mm square ⁇ 1.2 mm thick.
  • the rectangular plate-like sintered body obtained by cutting was heat-treated in an N 2 / H 2 / H 2 O mixed gas atmosphere (oxygen partial pressure: 1.7 ⁇ 10 ⁇ 13 MPa).
  • the temperature during the heat treatment, ie, the maximum temperature was 1000 ° C., and the holding time at 1000 ° C. was 3 hours. Both surfaces of the heat treated rectangular plate-like sintered body were mirror-polished so as to form a substrate having a thickness of 0.5 mm, and used as a sample for evaluation.
  • M1 is a trivalent ion
  • M2 is a tetravalent ion
  • M3 is a pentavalent ion
  • the total charge of these cations is not inconsistent with the general formula A 2 B 2 O 7 of the pyrochlore type compound, X
  • Each value of Y and Z is set.
  • FIG. 1 and sample no. 7 shows an XRD diffraction pattern of 4. As apparent from FIG. 1 and sample no. It turns out that all of 4 are substantially pyrochlore structure single phase. In FIG. 1 and sample no. Although the result of 4 is shown representatively, it is confirmed that it is a pyrochlore structure single phase also about other samples.
  • the emission quantum yield at an excitation wavelength of 365 nm was measured using an absolute PL quantum yield measurement apparatus (manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., product number: C9920-02). The results are shown in Table 1 below.
  • each sample had transparency.
  • the linear transmittance at 700 nm of each sample was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, part number: UV-2500PC). The linear transmittances are also shown in Table 1 below.
  • the obtained sample for evaluation was irradiated with a He-Cd laser with a wavelength of 325 nm and an output of 10 mW for 120 minutes using a photoluminescence measurement apparatus (manufactured by Nishishin Shoji Co., Ltd.).
  • the time-dependent change of luminescence intensity obtained from the sample at this time was measured.
  • the monitoring wavelength of the emission intensity was 580 nm.
  • the time-dependent change of the luminescence intensity of 5 is shown.
  • the decrease in emission intensity was particularly remarkable in a few minutes after the start of light irradiation, and the decrease decreased with time and showed a tendency to saturate.
  • the photodegradation of each sample was evaluated by the relative luminescence intensity.
  • the relative luminescence intensity refers to the ratio of the luminescence intensity after 120 minutes irradiation to the luminescence intensity immediately after the irradiation.
  • the relative luminescence intensities measured in this manner are shown together in Table 1 below.
  • the quantum yield was 80% or more
  • the linear transmittance was 70% or more. That is, sample no. 1 is a luminescent ceramic having high transparency and excellent light transmittance. However, the relative luminescence intensity is less than 0.7. In No. 1, photodegradation is remarkable.
  • sample No. 5 containing Ta as a pentavalent ion, Z 0.005 to 0.200. 3 to sample No. In 7, the relative luminescence intensity is 0.75 or more. That is, it is understood that light deterioration can be suppressed. Also, for sample no. 3 to sample No. The composition of No. 7 is compared with sample No. As compared with the composition of No. 1, except for the presence or absence of Ta, sample No. 3 to sample No. In No. 7, La is large and Zr is small.
  • Z is preferably in the range of more than 0.002 and less than 0.400, and more preferably in the range of 0.005 or more and 0.200 or less. In that case, the quantum yield and the light transmittance are good, and light degradation can be effectively suppressed.
  • Example 2 In the same manner as in Experimental Example 1, the sample Nos. 1 to 3 shown in Tables 2, 3 and 4 below are shown. 15 to sample No. 42 evaluation samples were obtained.
  • sample No. 17 and sample no. As shown in the XRD diffraction pattern shown in FIG. 3 of 18, when the total charge is 6.900 or less, unreacted La remains in the sample. Therefore, it is not preferable because the sample exhibits deliquescent properties. Therefore, it is desirable that 3X + 4Y + 5Z, which is the total charge of the cation, is preferably 6.92 or more.
  • the total charge is preferably 7.02 or less.
  • Sample No. shown in Table 3 19 to sample No. 22 shows the results when pentavalent ions use Nb, Sb, or a combination of Ta, Nb and Sb. As apparent from Table 3, it can be seen that the photodegradation can be effectively suppressed even when Nb or Sb is used or when a combination of these pentavalent ions is used.
  • the sample numbers in Table 4 23 to sample No. Item 42 shows the results when various elements are used as the elements of M1, M2 and M3, or when these elements are used in combination.
  • M1 is other than La
  • M2 is other than Zr
  • Z is 0.005 or more and 0.200 or less
  • photodegradation is caused. Can be suppressed more effectively.
  • the total charge that is, 3X + 4Y + 5Z, be 6.92 or more, whereby it is possible to suppress the photodegradation more effectively.
  • 3X + 4Y + 5Z is 7.02 or less, the photodegradation is effectively suppressed.

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Abstract

光劣化が生じ難い、発光セラミックスを提供する。　一般式Ｍ１ＸＭ２ＹＭ３ＺＯＷ（ただし、Ｍ１は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｚｒ、Ｓｎ及びＨｆからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｍ３は、Ｔａ、Ｎｂ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＷは、電気的中性を保つための正の数）１００モル％に対し、Ｂｉが０．０１モル％以上含有されている、パイロクロア型化合物からなる発光セラミックスであって、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２．０とした場合に、０．００５≦Ｚ≦０．２であり、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが７．０２以下である、発光セラミックス。

Description

発光セラミックス及び波長変換装置
　本発明は、発光セラミックス及び発光セラミックスを用いた波長変換装置に関する。
　従来、光が照射されると、照射された光と異なる波長の光を出射する発光セラミックスが知られている。下記の特許文献１に記載の発光セラミックスは、ＡＢＯＷ（但し、ＡはＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂ及びＬｕからなる群から選ばれた少なくとも一種を含み、Ｂは、Ｚｒ，Ｓｎ及びＨｆからなる群から選ばれた少なくとも一種と、Ｂｉとを含み、Ｗは電気的中性を保つための正の数である。）で表されるパイロクロア型化合物を主成分とするセラミックスを還元雰囲気中において熱処理することにより得られている。
　また、下記の特許文献２には、蛍光体が、エネルギー密度の高い光に長時間さらされると、発光量が徐々に低下することが記載されている。
ＷＯ２０１４／１１９４１６　Ａ１ 特開２０１２－６２３９４号公報
　特許文献２に記載されているように、蛍光体は、エネルギー密度の高い光に長時間さらされると、発光量が徐々に低下する。この現象は、光劣化あるいは光退色と呼ばれている。照明用途などでは、長期間にわたり、常に一定の発光量や発光色が要求される。従って、このような光劣化が生じないことが求められる。
　特許文献１に記載の発光セラミックスＡＢＯＷにおいても、長期間使用していると光劣化が生じる。特に、波長が短く、かつエネルギー密度の高い光にさらされると、発光量が徐々に低下するという問題があった。
　本発明の目的は、光劣化が生じ難い、発光セラミックス及び波長変換装置を提供することにある。
　本発明に係る発光セラミックスは、一般式Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷ（ただし、Ｍ１は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｚｒ、Ｓｎ及びＨｆからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｍ３は、Ｔａ、Ｎｂ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＷは、電気的中性を保つための正の数）１００モル％に対し、Ｂｉが０．０１モル％以上含有されている、パイロクロア型化合物からなる発光セラミックスであって、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２．０とした場合に、０．００５≦Ｚ≦０．２であり、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが７．０２以下である。
　本発明に係る発光セラミックスは、好ましくは、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが、６．９２以上である。この場合には、光劣化が生じ難いだけでなく、潮解性を有しない。
　本発明に係る発光セラミックスは、好ましくは、Ｚが０．０２以上、より好ましくは、０．０５以上である。この場合には、光劣化がより一層生じ難い。
　本発明に係る発光セラミックスは、上記一般式Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷ１００モル％に対し、前記Ｂｉが５モル％以下の割合で含有されていることが好ましい。
　なお、本明細書において、元素の含有量モル％は、特に明記されていない限り、Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷ１００モル％に対する割合である。
　本発明に係る波長変換装置は、本発明に従って構成されている発光セラミックスと、前記発光セラミックスに紫外線を照射する光源とを備える。
　なお、本願で言う「発光セラミックス」とは、紫外線などの光を照射した際に、照射した光のエネルギーの少なくとも一部を吸収し、その吸収したエネルギーを照射した光の波長とは異なる波長の光として放射するセラミックスのことをいう。
　本発明によれば、励起光までの光にさらされたとしても、光劣化が生じ難い、発光セラミックス及び該発光セラミックスを有する波長変換装置を提供することができる。
図１は、実験例で用意したＮｏ．１及びＮｏ．４の発光セラミックスのＸＲＤ回折パターンを示す図である。 図２は、Ｎｏ．１及びＮｏ．５の発光セラミックスを用いた場合の発光強度の経時変化を示す図である。 図３は、Ｎｏ．１７及びＮｏ．１８の発光セラミックスのＸＲＤ回折パターンを示す図である。 図４は、本発明の一実施形態としての波長変換装置を示す概略構成図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の詳細及び本発明の具体的な実施形態を説明する。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　本発明に係る発光セラミックスは、一般式Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷ（ただし、Ｍ１は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｚｒ、Ｓｎ及びＨｆからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｍ３は、Ｔａ、Ｎｂ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＷは、電気的中性を保つための正の数）１００モル％に対し、Ｂｉが０．０１モル％以上含有されている、パイロクロア型化合物からなる発光セラミックスであって、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２．０とした場合に、０．００５≦Ｚ≦０．２であり、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが７．０２以下である。
　本発明に係る発光セラミックスは、上記組成比を有するセラミックス材料を焼成し、しかる後、還元雰囲気中において熱処理することにより得られる。
　本発明の発光セラミックスは、セラミックスであるため、単結晶の発光材料に比べて、製造が容易である。上記焼成において、上記セラミックス材料は、粉末状のまま焼成されてもよいし、一旦所定形状に成形した後に焼成されてもよい。いずれにおいても還元雰囲気中において熱処理されることで発光セラミックスが得られる。発光セラミックスは粉末状でもよく、樹脂やガラスなどに分散されていてもよい。粉末状や樹脂もしくはガラスに分散された状態のいずれの形態も、波長変換機能を有する素子を作製するための素材として利用することができる。
　本発明の発光セラミックスＭ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷは、パイロクロア型化合物である。本発明では、Ｘ線回折において超格子ピークである（３１１）あるいは（３３１）のピークが見える限り、パイロクロア型化合物とする。
　本発明に係る発光セラミックスでは、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚは６．９２以上であることが好ましい。その場合には、発光セラミックスが潮解性を有しないため、波長変換装置などに好適な発光セラミックスを提供することができる。
　また、好ましくは、上記一般式におけるＺは０．０２以上、より好ましくは０．０５以上であり、その場合には、光劣化がより一層生じ難い。
　本発明においては、上記一般式Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷで表される化合物１００モル％に対し、Ｂｉが０．０１モル％以上含有されている。Ｂｉは０．０５モル％以上含有されていることが好ましい。それによって、発光の量子収率をより一層高くすることができる。Ｂｉは、好ましくは、５モル％以下の割合で含有されている。それによって、発光の量子収率をより一層高くすることができる。より好ましくは、Ｂｉは３モル％以下、さらに好ましくは、１モル％以下の範囲で含まれる。
　なお、本発明に係る発光セラミックスを得るには、Ｂｉ源としては、Ｂｉ２Ｏ３を用いることが好ましい。
　また、本発明に係る発光セラミックスでは、厚みが１ｍｍであるときの波長４５０ｎｍ～８００ｎｍにおける光透過率は５０％であることが好ましい。より好ましくは、６０％以上、さらに好ましくは、７０％以上である。それによって、透光性がより一層高められ、波長変換装置や照明等により一層適した発光セラミックスを提供することができる。
　また、本発明に係る発光セラミックスでは、励起光が照射されたときに得られる発光量子収率は、４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。
　（発光セラミックスの製造方法）
　本発明の発光セラミックスの製造方法を説明する。
　まず、セラミックス原料粉末を所定の形状となるように成形し、セラミックス材料としての未焼成のセラミックス成形体を得る。次に、未焼成のセラミックス成形体を、酸素を含む雰囲気中において焼成する。それによって、セラミックスＭ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷを得る。
　セラミックスＭ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷを得るための焼成雰囲気は、酸素濃度が９８体積％以上であることが好ましい。焼成温度（最高温度）は、例えば、１５００℃以上、１８００℃以下程度とすることができる。焼成工程における焼成温度（最高温度）保持時間は、例えば、５時間以上、１００時間以下程度とすることができる。
　次に、得られたセラミックスＭ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷを還元雰囲気中において熱処理する。それによって、上記発光セラミックスが得られる。上記還元雰囲気は、特に限定されず、例えば、Ｈ２／Ｈ２Ｏ雰囲気を用いることができる。熱処理に際しての温度（最高温度）は、例えば、８００℃以上、１２００℃以下であることが好ましく、９００℃以上、１１００℃以下であることがより好ましい。また、熱処理温度（最高温度）における保持時間は、例えば、１時間以上、１００時間以下程度とすることができる。
　発光セラミックスの波長４００ｎｍ以上、６００ｎｍ以下における光透過率は、上記熱処理により高められる。焼成に際して生じたホールはカラーセンターとなり、波長４００ｎｍ以上、６００ｎｍ以下といった波長の光を吸収する。これに対して、上記還元雰囲気中における熱処理により、カラーセンターとなっていたホールが還元前の酸素サイドから供給された電子により中和され、それによって光透過率が高められると考えられる。
　本発明に係る発光セラミックスは、Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷで表されるが、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＯ以外の、不可避的に混入する不純物、すなわち不可避不純物が含まれていてもよい。不可避不純物の例としては、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。
　（波長変換装置の実施形態）
　図４は、本発明の一実施形態としての波長変換装置を示す概略構成図である。
　波長変換装置６は、照明などに用いられ、波長変換部１と光源２とを含む。波長変換部１は、本発明の発光セラミックスからなる。光源２は紫外線を発する。基板４上に光源２が設けられている。光源２の周囲を囲みつつ、光源２から出射される紫外線の光軸を囲むように、リフレクタ３が基板４上に配置されている。波長変換部１は、リフレクタ３の光出射側端部に固定されており、光源２と離隔された位置で光源２に対して対向されている。光源２としては、例えば、ＬＥＤなどを用いることができる。
　駆動に際しては、光源２から励起光を波長変換部１に向かって照射する。励起光の一部がリフレクタ３によって反射され、波長変換部１に到達する。波長変換部１は、励起光により励起され、発光する。
　なお、波長変換装置６について説明したが、本発明の波長変換装置は、図４に示した波長変換装置６に限定されるものではなく、本発明の発光セラミックスからなる波長変換部とこの発光セラミックスに光を出射する光源とを有する様々な形態の波長変換装置であってもよい。
　（実験例）
　次に本発明の発光セラミックスの実験例を述べることにより、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
　以下、本発明の具体的な実験例を挙げることにより、本発明をより具体的に説明する。
　（実験例１）
　原料として、Ｌａ（ＯＨ）３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３及びＢｉ２Ｏ３を用意した。これらの原料を、下記の表１のモル比で示す組成となるように秤量し、ボールミルで２０時間湿式混合した。得られた混合物を乾燥させた後、１３００℃で３時間仮焼し、仮焼物を得た。得られた仮焼物を、水及び有機分散剤とともにボールミルに入れ、１２時間湿式粉砕した。得られた粉砕物を用い、湿式成形法により、直径３０ｍｍ及び厚さ５ｍｍの円盤状の形状となるように成形した。得られた成形物を、該成形物と同じ組成からなる粉体にうずめ、酸素雰囲気下（約９８体積％酸素濃度）で、１７００℃の温度にて２０時間焼成した。それによって焼結体を得た。
　得られた焼結体を、クリスタルカッターにより、５ｍｍ角×厚さ１．２ｍｍの矩形板状の形状となるように切断した。切断により得られた矩形板状の焼結体を、Ｎ２／Ｈ２／Ｈ２Ｏ混合ガス雰囲気（酸素分圧：１．７×１０－１３ＭＰａ）中において、熱処理した。熱処理に際しての温度、すなわち最高温度は１０００℃とし、１０００℃における保持時間は３時間とした。上記熱処理された矩形板状の焼結体の両面を、厚みが０．５ｍｍの基板となるよう鏡面研磨し、評価用のサンプルとした。
　上記のようにして、下記の表１に示すＮｏ．１～Ｎｏ．１４のサンプルを得た。なお、表１における仕込み組成比はモル比である。また、このモル比は、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２．０となるよう規格化されている。
　また、Ｍ１は３価イオン、Ｍ２は４価イオン、Ｍ３は５価イオンであるため、これらのカチオンの全電荷がパイロクロア型化合物の一般式Ａ２Ｂ２Ｏ７と矛盾しないように、Ｘ、Ｙ及びＺの各値を設定している。実験例１では、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚ＝７．０またはその付近を満たすように、Ｘ，Ｙ，Ｚの各値を設定した。
　また、上記評価用のサンプルを得るにあたり、途中で得られた仮焼物の組成を基準に用いたＸＲＦ組成分析を行った。その結果、狙いどおりの組成の焼結体が得られており、組成中に成分の顕著な揮発がなかったことを確認した。
　また、得られた評価用サンプルについて、ＸＲＤ分析を行った。図１は、サンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．４のＸＲＤ回折パターンを示す。図１から明らかなように、サンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．４のいずれも、ほぼパイロクロア構造単相であることがわかる。図１では、サンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．４の結果を代表的に示したが、他のサンプルについてもほぼパイロクロア構造単相であることが確認されている。
　また、得られた各サンプルについて、絶対ＰＬ量子収率測定装置（株式会社浜松ホトニクス社製、品番：Ｃ９９２０－０２）を用い、励起波長３６５ｎｍにおける発光量子収率を測定した。結果を下記の表１に示す。
　また、各サンプルは、透明性を有していた。各サンプルの直線透過率を、紫外可視分光光度計（株式会社島津製作所社製、品番：ＵＶ－２５００ＰＣ）を用い、７００ｎｍにおける直線透過率を測定した。下記の表１に、直線透過率を併せて示す。
　（光劣化の評価）
　得られた評価用のサンプルについて、フォトルミネッセンス測定装置（西進商事株式会社製）を用い、波長３２５ｎｍ及び出力１０ｍＷのＨｅ－Ｃｄレーザーをサンプル表面に１２０分間照射した。この際のサンプルから得られる発光強度の経時変化を測定した。発光強度のモニタリング波長は、５８０ｎｍとした。図２に、測定結果の例として、サンプルＮｏ．１及びサンプルＮｏ．５の発光強度の経時変化を示す。図２から明らかなように、発光強度の低下は、光照射開始後数分間において特に著しく、その後時間とともに低下量は小さくなり、飽和する傾向を示した。本実験例では、相対発光強度により各サンプルの光劣化を評価した。ここで、相対発光強度とは、照射直後の発光強度に対する、１２０分照射後の発光強度の割合をいう。このようにして測定された相対発光強度を下記の表１に併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から、Ｚ＝０であるサンプルＮｏ．１では、量子収率が８０％以上であり、かつ直線透過率が７０％以上であった。すなわち、サンプルＮｏ．１は、透明度が高く、光透過率に優れた発光セラミックスである。しかしながら、相対発光強度は０．７未満であり、サンプルＮｏ．１では、光劣化が顕著に生じている。
　他方、５価イオンとしてＴａを、Ｚ＝０．００５～０．２００含有しているサンプルＮｏ．３～サンプルＮｏ．７では、いずれも相対発光強度は０．７５以上である。すなわち、光劣化を抑制し得ることがわかる。また、サンプルＮｏ．３～サンプルＮｏ．７の組成を、サンプルＮｏ．１の組成と比較すると、Ｔａの有無以外に、サンプルＮｏ．３～サンプルＮｏ．７では、Ｌａが多く、Ｚｒが少なくなっている。
　もっとも、サンプルＮｏ．９及びサンプルＮｏ．１０の結果から、組成中のＬａやＺｒの構成比率を変化させただけでは、光劣化の特性に効果がないことがわかる。従って、上記結果から、５価イオンＴａを用いることが、光劣化の抑制に効果的であることがわかる。
　また、サンプルＮｏ．２の結果から、Ｚが０．００２以下になると、光劣化の抑制効果が小さくなり、好ましくないことがわかる。また、サンプルＮｏ．８の結果から、Ｚが０．４００以上では、量子収率や光透過率が低下するため、好ましくないことがわかる。従って、好ましくは、Ｚは０．００２より多く、０．４００未満の範囲であることが望ましく、さらに好ましくは、０．００５以上、０．２００以下である。その場合には、量子収率及び光透過率が良好であり、かつ光劣化を効果的に抑制することができる。
　また、サンプルＮｏ．１１及びサンプルＮｏ．１２の結果から明らかなように、５価イオンのＴａを使用したことによる光劣化の抑制の度合いは、Ｂｉの仕込み量が増減しても影響されないことがわかる。
　サンプルＮｏ．１３及びサンプルＮｏ．１４の結果から明らかなように、Ｂｉ含有割合を、Ｍ１ＸＭ２ＹＭ３ＺＯＷ１００モル％に対し、Ｂｉ含有割合が０．０３００モル％であるサンプルＮｏ．１３や０．０５００モル％であるサンプルＮｏ．１４においても、上述したサンプルＮｏ．４、１１及び１２に比べ量子収率は若干低下しているものの、相対発光強度は十分な値を示していることがわかる。
　（実験例２）
　実験例１と同様にして、下記の表２、表３及び表４に示すサンプルＮｏ．１５～サンプルＮｏ．４２の評価用サンプルを得た。
　得られた各評価用サンプルについて、実験例１と同様に、量子収率、直線透過率及び相対発光強度を求めた。結果を下記の表２、表３及び表４に示す。なお、表２、表３及び表４における仕込み組成比はモル比であり、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２．０となるように規格化した値である。また、実験例１と同様に、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚ＝７．０またはその付近を満足するようにＸ、Ｙ及びＺの各値を設定した。下記の表２、表３及び表４に、Ｘ、Ｙ及びＺの値も併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２におけるサンプルＮｏ．１５～サンプルＮｏ．１８では、５価イオンとしてＴａにおいてＺ＝０．０５０とした場合のカチオンの全電荷すなわち３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが７．０００からずれた場合の結果が示されている。サンプルＮｏ．１５の結果から、全電荷が７．０４０以上になると、量子収率や直線透過率が低下するため好ましくない。サンプルＮｏ．１８の結果から明らかなように、全電荷が６．９００では、量子収率及び直線透過率は高く、光劣化も少ない。もっとも、サンプルＮｏ．１７及びサンプルＮｏ．１８の図３に示したＸＲＤ回折パターンに示されているように、全電荷が６．９００以下となると、サンプル中に未反応のＬａが残存する。そのため、サンプルが潮解性を示すため、好ましくない。よって、カチオンの全電荷である３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚは、好ましくは、６．９２以上であることが望ましい。
　また、上記全電荷は、７．０２以下であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示したサンプルＮｏ．１９～サンプルＮｏ．２２では、５価イオンが、Ｎｂ、Ｓｂ、あるいはＴａ、Ｎｂ及びＳｂの組み合わせを用いた場合の結果が示されている。表３から明らかなように、Ｎｂ、Ｓｂを用いた場合でも、あるいはこれらの５価イオンの元素の組み合わせを用いた場合においても、光劣化を効果的に抑制し得ることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４のサンプルＮｏ．２３～サンプルＮｏ．４２では、Ｍ１、Ｍ２及びＭ３の元素として、様々な元素を用いた場合、あるいはこれらの元素を組み合わせて用いた場合の結果を示す。表４から明らかなように、Ｍ１がＬａ以外の場合、Ｍ２がＺｒ以外の場合、Ｍ３がＴａ以外の場合であっても、Ｚが０．００５以上、０．２００以下であれば、光劣化をより一層効果的に抑制し得ることがわかる。また、全電荷、すなわち３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが、６．９２以上であることが好ましく、それによって光劣化をより一層効果的に抑制し得ることがわかる。また、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが、７．０２以下であれば、光劣化が効果的に抑制されていることがわかる。
１…波長変換部
２…光源
３…リフレクタ
４…基板
６…波長変換装置

Claims (6)

  1. 　一般式Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷ（ただし、Ｍ１は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｚｒ、Ｓｎ及びＨｆからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｍ３は、Ｔａ、Ｎｂ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＷは、電気的中性を保つための正の数）１００モル％に対し、Ｂｉが０．０１モル％以上含有されている、パイロクロア型化合物からなる発光セラミックスであって、
    　Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２．０とした場合に、０．００５≦Ｚ≦０．２であり、３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが７．０２以下である、発光セラミックス。
  2. 　３Ｘ＋４Ｙ＋５Ｚが、６．９２以上である、請求項１に記載の発光セラミックス。
  3. 　Ｚが０．０２以上である、請求項１または２に記載の発光セラミックス。
  4. 　Ｚが０．０５以上である、請求項３に記載の発光セラミックス。
  5. 　前記一般式Ｍ１ｘＭ２ＹＭ３ＺＯＷ１００モル％に対し、前記Ｂｉが５モル％以下の割合で含有されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の発光セラミックス。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の発光セラミックスと、
    　前記発光セラミックスに紫外線を照射する光源と、
    　を備える波長変換装置。
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