紫外发光荧光体及其制造方法、以及紫外线激发光源

技术领域

本公开涉及一种紫外发光荧光体及其制造方法、以及紫外线激发光源。

背景技术

在专利文献1中，公开了与通过准分子放电装置产生紫外光的元件相关的技术。该元件具备放电管、放电装置以及发光材料。放电管具有以气体填充物充满的放电空间，相对于紫外光至少部分透明。放电装置在放电空间内引起准分子放电，并维持放电空间内的准分子放电。发光材料包含具有通式(Y

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2008-536282号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

一直以来，紫外线光源被用作光学测量、杀菌·消毒用、或者医疗用或生物化学用。紫外线光源除了输出例如通过准分子放电等产生的紫外光的光源以外，还有通过对荧光体照射由准分子放电等产生的紫外光而被激发并输出比该紫外光长的波长的紫外光的光源。而且，在这样的紫外线光源中，要求具有与例如专利文献1所记载的现有的组成不同的组成的紫外激发的有用的荧光体。本公开的目的在于提供一种具有与现有的组成不同的组成的紫外激发有用的紫外发光荧光体及其制造方法、以及紫外线激发光源。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述的技术问题，本公开的一个实施方式的紫外发光荧光体包含Sc

发明的效果

根据本公开的一个实施方式，能够提供一种具有与现有的组成不同的组成的紫外激发有用的紫外发光荧光体及其制造方法、以及紫外线激发光源。

附图说明

图1是表示具备一个实施方式涉及的紫外发光荧光体的紫外线激发光源10A的结构的截面图，并且表示包含中心轴线的截面。

图2是沿着图1所示的紫外线激发光源10A的II-II线的截面图，并且表示与中心轴线垂直的截面。

图3是表示紫外线激发光源10B的结构的截面图，并且表示包含中心轴线的截面。

图4是沿着图3所示的紫外线激发光源10B的IV-IV线的截面图，并且表示与中心轴线垂直的截面。

图5是表示紫外线激发光源10C的结构的截面图，并且表示包含中心轴线的截面。

图6是沿着图5所示的紫外线激发光源10C的VI-VI线的截面图，并且表示与中心轴线垂直的截面。

图7是表示荧光体14的制造方法中的各工序的流程图。

图8是概略地表示在实施例中使用的实验装置的图。

图9是表示在一个实施例中得到的烧成温度与发光强度的关系的曲线图。

图10是表示在实施例中得到的每个烧成温度的发光光谱的曲线图。

图11是表示在实施例中得到的在除P和O以外的成分中Sc所占的浓度与发光强度的关系的曲线图。

图12是表示成为图11的基础的数值的图表。

图13是表示每个Sc浓度的发光光谱的曲线图。

图14是表示每个Sc浓度的发光光谱的曲线图。

图15是表示通过使用了CuKα射线的X射线衍射仪测得的烧成温度互不相同的各试样的衍射强度波形的曲线图。

图16是将图15所示的各烧成温度的衍射强度波形中的(200)面附近(2θ/θ＝26°附近)的衍射强度峰波形放大并重叠表示的曲线图。

图17是表示烧成温度与(200)面的衍射峰强度的关系的曲线图。

图18是表示与(200)面对应的衍射强度峰波形的半峰宽与烧成温度的关系的曲线图。

图19是表示成为图18的基础的数值的图表。

图20是表示在比较例中得到的每个烧成温度的发光光谱的曲线图。

图21是将烧成温度设定为1600℃的Sc:YPO

图22是表示对分别使用液相法和固相法制作的试样进行激发而测量发光光谱的结果的曲线图。

具体实施方式

一个实施方式涉及的紫外发光荧光体包含Sc

在上述紫外发光荧光体中，Sc的摩尔组成比x也可以为0.02以上且0.6以下。根据本公开的发明人的实验，在Sc的浓度处于这样的范围内的情况下，能够显著地提高紫外光的发光强度。

在上述紫外发光荧光体中，通过使用了CuKα射线的X射线衍射仪测定的(200)面的衍射强度峰波形的半峰宽也可以为0.25°以下。根据本公开的发明人的实验，在该情况下，能够显著地提高紫外光的发光强度。

此外，一个实施方式涉及的紫外发光荧光体的制造方法是制造上述任一种紫外发光荧光体的方法，并且包括：制作包含钇(Y)的氧化物、钪(Sc)的氧化物、磷酸或磷酸化合物、以及液体的混合物的第一工序；使液体蒸发的第二工序；及对混合物进行烧成的第三工序。根据这样的制造方法，能够适当地制作上述的紫外发光荧光体。此外，根据本公开的发明人的实验，通过这样的液相法(也称为溶液法)，与仅混合Y的氧化物、Sc的氧化物和磷酸(或磷酸化合物)的粉末并进行烧成的方法(固相法)相比，能够进一步提高紫外光的发光强度。

在上述制造方法的第一工序中，也可以将除磷酸和磷酸化合物以外的Sc的氧化物的混合比例设定为1.2质量％以上且47.8质量％以下。根据本公开的发明人的实验，在Sc为这样的混合比例的情况下，能够显著地提高紫外光的发光强度。

在上述的制造方法的第三工序中，也可以将烧成温度设定为1050℃以上。根据本公开的发明人的实验，在该情况下，能够显著地提高紫外光的发光强度。

此外，一个实施方式涉及的紫外线激发光源具备上述任一种紫外发光荧光体、和对紫外发光荧光体照射具有第一波长的紫外光的光源。根据该紫外线激发光源，通过具备上述任一种紫外发光荧光体，能够提供具备具有与现有的组成不同的组成的紫外激发有用的发光材料的紫外线光源。

(实施方式的详细内容)

以下，一边参照附图一边详细地说明本公开的紫外发光荧光体及其制造方法、以及紫外线激发光源的实施方式。需要说明的是，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

图1是表示具备一个实施方式涉及的紫外发光荧光体的紫外线激发光源10A的结构的截面图，并且表示包含中心轴线的截面。图2是沿着图1所示的紫外线激发光源10A的II-II线的截面图，并且表示与中心轴线垂直的截面。如图1以及图2所示，紫外线激发光源10A具备：真空排气的容器11；配置于容器11的内部的电极12；配置于容器11的外部的多个电极13；以及配置于容器11的内表面的紫外发光荧光体(以下，简称为荧光体)14。

容器11具有大致圆筒状的形状。容器11的中心轴方向上的一端及另一端被封闭成半球状，容器11的内部空间15被气密地密封。容器11的构成材料例如是石英玻璃。需要说明的是，容器11的构成材料只要是使从荧光体14输出的紫外光透过的材料，则不限于石英玻璃。在内部空间15中封入有例如氙(Xe)作为放电气体。

电极12例如是金属制的线条体，从容器11的外部导入内部空间15。在图1及图2所示的例子中，电极12弯曲成螺旋状，在内部空间15中从靠近容器11的一端的位置延伸至靠近另一端的位置。如图2所示，电极12在与容器11的中心轴线垂直的截面中配置于内部空间15的中央。电极13例如是与容器11的外壁面紧贴的金属膜。在图1及图2所示的例子中，设置有4个电极13。4个电极13分别沿容器11的中心轴方向延伸，相互在容器11的圆周方向上等间隔地排列。

在电极12与电极13之间施加高频电压，在电极12与电极13之间的空间、即容器11的内部空间15形成放电等离子体。如上所述，由于在内部空间15中封入有放电气体，因此，如果产生放电等离子体，则放电气体进行准分子发光，产生真空紫外光。在放电气体为Xe的情况下，产生的真空紫外光的波长为172nm。

荧光体14遍及容器11的内壁面的整个面膜状地配置。荧光体14包含添加了活化剂的含有稀土元素的氧化物晶体。在本实施方式中，活化剂为钪(Sc)。此外，含有稀土元素的氧化物结晶是钇(Y)及磷(P)的氧化物、即YPO

如后述的实施例所示，Sc在除P和O以外的成分中所占的摩尔组成比、即Sc的组成x也可以为0.02以上，也可以为0.6以下。换而言之，Sc在除P和O以外的成分中所占的浓度(以下，有时简称为Sc浓度)也可以为2mol％以上，也可以为60mol％以下。在该情况下，能够显著地提高紫外光的发光强度(换而言之，相对于具有第一波长的紫外光的能量，向具有第二波长的紫外光的转换效率)。或者，Sc的组成x也可以为0.03以上，也可以为0.04以上，或者也可以为0.05以上。换而言之，Sc浓度也可以为3mol％以上，也可以为4mol％以上，或者也可以为5mol％以上。在这样的浓度水平下，浓度越大，越能够进一步提高紫外光的发光强度。此外，Sc的组成x也可以为0.5以下，也可以为0.4以下，或者也可以为0.3以下。换而言之，Sc浓度也可以为50mol％以下，也可以为40mol％以下，或者也可以为30mol％以下。在这样的浓度水平下，浓度越小，越能够进一步提高紫外光的发光强度。

荧光体14的结晶化程度根据烧结温度而变化。如后述的实施例所示，通过使用了CuKα射线(波长

图3是表示具备紫外发光荧光体的其他紫外线激发光源10B的结构的截面图，并且表示包含中心轴线的截面。图4是沿着图3所示的紫外线激发光源10B的IV-IV线的截面图，并且表示与中心轴线垂直的截面。如图3及图4所示，紫外线激发光源10B具备容器11、电极12、多个电极13及荧光体14。该紫外线激发光源10B与上述紫外线激发光源10A的不同点在于容器11及电极12的形状。

即，紫外线激发光源10B的容器11呈双重圆筒状，包括外侧圆筒部11a和内侧圆筒部11b。内侧圆筒部11b与外侧圆筒部11a的间隙在中心轴方向上的容器11的两端被封闭，构成被气密地密封的内部空间15。此外，电极12配置在内侧圆筒部11b的内侧。例如，电极12是形成于内侧圆筒部11b的内壁面的金属膜。电极12从靠近内侧圆筒部11b的一端的位置延伸至靠近另一端的位置。

图5是表示具备紫外发光荧光体的其他紫外线激发光源10C的结构的截面图，并且表示包含中心轴线的截面。图6是沿着图5所示的紫外线激发光源10C的VI-VI线的截面图，并且表示与中心轴线垂直的截面。如图5以及图6所示，紫外线激发光源10C具备容器11、电极12、电极13以及荧光体14。该紫外线激发光源10C与上述紫外线激发光源10A的不同点在于电极12、13的形态。

即，紫外线激发光源10C的电极12配置在圆筒状的容器11的外侧。在一个例子中，电极12是形成于容器11的外壁面上的金属膜。此外，电极13在容器11的外壁面上配置于隔着中心轴线与电极12相对的位置。电极12、13沿着中心轴方向延伸。

在上述的紫外线激发光源10B、10C中，如果在电极12与电极13之间施加高电压，则也在容器11的内部空间15形成放电等离子体。然后，放电气体进行准分子发光，产生真空紫外光。荧光体14被在内部空间15产生的真空紫外光激发，产生波长比该真空紫外光长的紫外光。从荧光体14产生的紫外光透过容器11的外侧圆筒部11a，从多个电极13的间隙或电极12、13的间隙向容器11的外部输出。

图7是表示荧光体14的制造方法所包括的各工序的流程图。首先，在第一工序S11中，制作含有Y的氧化物(Y

在该第一工序S11中，也可以将Sc的氧化物的混合比例设定为1.2质量％以上且47.8质量％以下。由此，能够适当地制作Sc在除P和O以外的成分中所占的浓度为2mol％以上且60mol％以下(即Sc的组成x为0.02以上且0.6以下)的荧光体14。或者，也可以将Sc的氧化物的混合比例设定为1.9质量％以上，可以为2.5质量％以上，也可以为3.1质量％以上。此外，也可以将Sc的氧化物的混合比例设定为37.9质量％以下，也可以为28.9质量％以下，也可以为20.7质量％以下。

接着，在第二工序S12中，对上述混合物进行加热而使液体蒸发。由此，制作从上述混合物中除去液体后的粉末状的混合物。在一个例子中，加热温度在100～300℃的范围内，加热时间在1～5小时的范围内。

接着，在第三工序S13中，进行混合物的烧成(热处理)。具体而言，首先，将放入坩埚的混合物设置于热处理炉(例如电炉)内。然后，在大气中进行混合物的热处理，对它们进行烧成。此时的烧成温度例如为1050℃以上，且为1700℃以下。烧成时间例如在1～100小时的范围内。由此，混合物的构成材料结晶化。需要说明的是，烧成温度例如也可以为1100℃以上，也可以为1200℃以上，也可以为1300℃以上，也可以为1400℃以上，也可以为1500℃以上。在一个实施例中，烧成温度为1600℃。1600℃以下的温度范围内，烧成温度越高，荧光体14的结晶化的程度越高，能够进一步提高紫外光的发光强度。

接着，在第四工序S14中，将烧成后的混合物层状地配置在容器11的内壁面上。此时，可以直接将粉末状的混合物置于容器11的内壁面上，也可以使用沉淀法。沉淀法是在醇等液体中投入粉末状的混合物，使用超声波等使混合物在液体内分散，使混合物自然沉淀于配置在液体的底部的容器11的内壁面上之后，使其干燥的方法。通过使用这样的方法，能够以均匀的密度和厚度使混合物堆积在容器11的内壁面上。这样，荧光体14形成在容器11的内壁面上。

接着，在第五工序S15中，也可以再次进行荧光体14的烧成(热处理)。该烧成是为了使醇充分地蒸发的目的、以及增加容器11与混合物及混合物彼此的附着力的目的而在大气中进行的。此时的烧成温度例如为1100℃，烧成时间例如为2小时。

需要说明的是，在上述的说明中，在混合物烧成之后使该混合物堆积于容器11的内壁面上，但也可以在使烧成前的混合物堆积于容器11的内壁面上之后进行混合物的烧成。在该情况下，混合物在容器11的内壁面上的堆积可以通过上述的沉淀法进行，也可以是与作为粘合剂的有机物混合并进行涂布之后，进行烧成而将它们除去的方法。

对以上说明的本实施方式的荧光体14及其制造方法、以及由紫外线激发光源10A～10C得到的效果进行说明。如上所述，荧光体14包含Sc

此外，如图7所示，本实施方式的荧光体14的制造方法包括：制作包含Y的氧化物、Sc的氧化物、磷酸、以及液体的混合物的第一工序S11；对该混合物进行加热而使液体蒸发的第二工序S12；以及对混合物进行烧成的第三工序S13。根据这样的制造方法，能够适当地制作荧光体14。此外，如后述的实施例所示，通过这样的液相法(也称为溶液法)，与仅混合Y的氧化物、Sc的氧化物和磷酸的粉末进行烧成的方法(固相法)相比，能够进一步提高紫外光的发光强度。

如上所述，YPO

如上所述，通过使用了CuKα射线的X射线衍射仪测定的(200)面的衍射强度峰波形的半峰宽可以为0.25°以下。此外，为此，在第三工序S13中，也可以将烧成温度设定为1050℃以上。根据后述的本公开的发明人的实验，在这样的情况下，能够显著地提高紫外光的发光强度。

此外，本实施方式的紫外线激发光源10A～10C具备荧光体14和对荧光体14照射紫外光的光源(电极12、13及放电气体)。根据该紫外线激发光源10A～10C，通过具备荧光体14，能够提供具备具有与现有的组成不同的组成的紫外激发有用的发光材料的紫外线光源。

(第一实施例)

在此，对上述实施方式的第一实施例进行说明。本公开的发明人通过如下所述的方法，实际制作作为荧光体14的多个试样(Sc:YPO

图8是概略地表示在本实施例中使用的实验装置的图。该装置30具备与石英基板34上的试样35相对配置的紫外线光源32。紫外线光源32是作为放电气体的Xe被封入玻璃容器内的准分子灯(浜松光子学制造)。紫外线光源32的发光波长为172nm。从该紫外线光源32向石英基板34上的试样35照射紫外光UV1。使光纤36的一端与石英基板34的背面(与配置有试样35的面相反的面)相对，将光纤36的另一端与分光检测器37(浜松光子学制造，Photonic Multi-Analyzer PMA-12，型号C10027-01)连接。将通过紫外光UV1激发试样35而产生的紫外光UV2中的透过石英基板34的紫外光UV2经由光纤36导入分光检测器37，进行测量。

图9是由装置30得到的表示烧成温度与发光强度的关系的曲线图。此外，图10是由装置30得到的表示每个烧成温度的发光光谱的曲线图。由图9和图10可知，烧成温度为1600℃时发光强度最大，直至1600℃为止烧成温度越高、发光强度越逐渐变大。特别是，从1000℃到1100℃，发光强度显著增大。即，通过使烧成温度为1050℃以上，能够显著提高发光强度。需要说明的是，烧成温度超过1600℃时，发光强度降低，但即使在烧成温度为1700℃的情况下，也能够得到充分的发光强度。

图11是由装置30得到的表示在除P和O以外的成分中Sc所占的浓度与发光强度的关系的曲线图。需要说明的是，图中的○是烧成温度为1600℃时的图表，△是烧成温度为1400℃时的图表。图12是表示成为图11的基础的数值的图表。此外，图13及图14是由装置30得到的表示每个Sc浓度的发光光谱的曲线图。由图11～图14可知，在Sc浓度为5mol％时，发光强度最大，在从2mol％到60mol％的范围内，可以得到比较高的发光强度。但是，在大于40mol％的范围内，Sc浓度越高，发光强度越逐渐减少。

在此，对调查烧成温度与试样的结晶性的关系的结果进行说明。图15是表示通过使用了CuKα射线的X射线衍射仪测得的烧成温度互不相同的各试样(Sc浓度为5mol％)的衍射强度波形的曲线图。在图中一并记载有与各衍射强度波形对应的烧成温度。此外，图中记载的多个数值A表示与各衍射强度波形的峰对应的晶面取向。参照图15可知，在烧成温度超过400℃的附近，衍射线稍微出现。并且，烧成温度越高，衍射线越逐渐变得明显，衍射峰强度越增大。

图16是将图15所示的各烧成温度的衍射强度波形中的(200)面附近(2θ/θ＝26°附近)的衍射强度峰波形放大并重叠表示的曲线图。此外，图17是表示烧成温度与(200)面的衍射峰强度的关系的曲线图。参照图17可知，烧成温度越高，(200)面的衍射峰强度越逐渐增大，但在烧成温度1100℃附近开始饱和，在烧成温度1200℃附近完全饱和。

此外，图18是表示与(200)面对应的衍射强度峰波形的半峰宽与烧成温度的关系的曲线图。此外，图19是表示成为图18的基础的数值的图表。参照图18和图19可知，烧成温度越高，(200)面的衍射强度峰波形的半峰宽越逐渐变窄，但是在烧成温度1400℃附近饱和。此时的半峰宽约为0.16°。此外，参照图18可知，烧成温度为1050℃时的半峰宽为0.25°，烧成温度为1100℃时的半峰宽为约0.2°。

衍射峰强度取决于X射线的强度、照射时间等照射条件而变化，但由于衍射强度峰波形的半峰宽是根据结晶性确定的定性的值，因此，不依赖于X射线的照射条件。即，试样制作时的烧成温度能够置换为衍射强度峰波形的半峰宽，通过测定衍射强度峰波形的半峰宽，能够知道试样制作时的烧成温度。在上述实施方式中叙述的荧光体14中的(200)面的衍射强度峰波形的半峰宽与制作荧光体14时的第三工序S13的烧成温度对应。

(第一比较例)

接着，对上述实施方式的比较例进行说明。本公开的发明人作为活化剂除了添加Sc以外，还添加了Bi，制作多个试样，对其发光特性进行了调查。需要说明的是，制作方法和实验装置除了对材料添加Bi

但是，在添加Bi的情况和不添加Bi的情况下，存在如下的差异。图21是将烧成温度设定为1600℃的Sc:YPO

(第二实施例)

接着，对上述实施方式的第二实施例进行说明。本公开的发明人分别使用液相法和固相法，实际制作作为荧光体14的多个试样(Sc:YPO

＜利用液相法的制作＞

为了制作2克5mol％的Sc:YPO

＜利用固相法的制作＞

为了制作2克5mol％的Sc:YPO

接着，将分别使用液相法和固相法制作的试样以膜状涂布于石英基板上，利用Xe灯(波长172nm)激发该试样，测量发光光谱。图22是表示其测量结果的曲线图。在该图中，曲线G1表示利用液相法的结果，曲线G2表示利用固相法的结果。如该图所示，在液相法中，发光强度的峰值和整体的发光量均大于固相法。

本公开的紫外发光荧光体及其制造方法、以及紫外线激发光源并不限定于上述的实施方式的例示，而是由权利要求书示出，意图包括与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

在上述实施方式中，作为向紫外发光荧光体照射紫外光的光源，例示了准分子灯，但光源并不限定于此，能够利用能够输出紫外光的其他各种发光装置。此外，在上述实施方式中，例示了不含Bi的Sc

符号的说明：

10A、10B、10C…紫外线激发光源，11…容器，12、13…电极，14…紫外发光荧光体，30…装置，32…紫外线光源，34…石英基板，35…试样，36…光纤，37…分光检测器，UV1、UV2…紫外光。