(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体に対し、可視および紫外発光する放電管の紫外光成分を照射して、可視光に変換することにより可視光量を増大させる光源であって、
該半導体超微粒子分散マトリックスが、一般式：Ｘn−Ｓｉ（ＯＲ）4-n（式中、Ｘは、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基、フェニル基又はアミノプロピル基であり、Ｒは、メチル基又はエチル基であり、ｎは１，２又は３である）で表される有機アルコキシシランから形成されるマトリックス中に半導体超微粒子を保持してなるものであることを特徴とする光源。
【請求項２】
放電管が超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプまたはメタルハライドランプである請求項１に記載の光源。
【請求項３】
半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体が、放電管のガラス壁面に塗布されている請求項１に記載の光源。
【請求項４】
半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体が、放電管から出射された光を導く光学系の反射面またはレンズに塗布されている請求項１に記載の光源。
【請求項５】
放電管の紫外域の輝線のうち最も強度の大きい波長λでのマトリックス中の超微粒子のモル吸光係数をε（リットル／モル  センチメートル）とし、マトリックス中の超微粒子の濃度をｃ（モル／リットル）とし、マトリックスの厚みをＬ（センチメートル）としたときに、εｃＬが
０．７＜εｃＬ＜５
の範囲内にある超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体を用いる請求項１に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光光源の高輝度化に関し、より詳細には、蛍光(フォトルミネッセンス)を発する半導体超微粒子を用いて、可視光量を効率よく増大させる光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人類の文明は、火の利用から始まったとされている。文明の発達にあかりは欠かせないものであり、あかりもまた、文明の発達とともに進化してきた。すなわち、当初はたいまつなどが用いられたものと推測され、その後、発光エネルギー源を変えつつ、ろうそく、石油ランプ、ガス灯、電球と次第に進歩して来た。60年近く前に蛍光灯が発明された後も、より便利で太陽光に近い色合いが得られる光源を求めて種々の改良の努力が続けられている。最近の約10年は、さらに省エネルギー化に対する要求が強くなり、また情報関連技術の進歩に伴って、プロジェクター、液晶などのバックライトとして、輝度がより高く、かつより安価な光源が求められている。
【０００３】
現在、可視光へのエネルギー変換効率が最も高いのは、放電ランプと呼ばれる光源である。蛍光灯も放電ランプの一種である。このランプでは、ガラス管球内に封入された金属を含むガスが放電により電子励起された後、金属の電子準位のエネルギー差に相当する可視または紫外域のフォトンを放出する。このため、黒体輻射の原理で赤外光を多量に放出するハロゲンランプなどの電球と比べて、熱の放出が大変少なく、可視光へのエネルギー変換効率が高い。
【０００４】
この放電ランプでは、発光波長は、金属ガスのエネルギー準位で決まる。特に強い光が得られる高圧水銀ランプでは、300nm付近と365nmに大変強い輝線が表れる。これらの輝線に対応する紫外光は、このまま放出されると有害なだけで、輝度の向上には結びつかない。このため、ランプのガラス壁を２重とし、その外側のガラス壁の内面に蛍光体を塗布して、紫外光を可視光に変換する方法が採られてきた。このための塗布材料としては、光吸収を担う無機系マトリックスとそこからのエネルギーを受け取って発光する希土類蛍光体とが用いられる。この希土類蛍光体においては、発光寿命は長くてもおよそ１ミリ秒程度である。このため、特に大型のランプで励起光強度が強い場合には、吸収飽和という現象が起きて、すべての希土類が励起状態に上げられてしまい、発光量が増えなくなるので、紫外光を効率よく可視光に変換することができない。また、無機系マトリックスの光吸収端の位置(光を吸収し始める位置)を細かく制御することも、難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、可視光量を増大させることを目的として作られる放電管の紫外発光部分を今までよりも効率良く、しかも、人の目に優しい調光の要素を考えて、可視光に変換する技術を提供することを主な目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術の問題点を考慮しつつ、研究を重ねた結果、新しいタイプの蛍光体として、半導体超微粒子分散マトリックスを完成した。そして、この新規な蛍光体を使用する場合には、上記従来技術の問題点を解消乃至大幅に軽減しうることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、下記の光源を提供するものである。
１．半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体に対し、可視および紫外発光する放電管の紫外光成分を照射して、可視光に変換することにより可視光量を増大させる光源。
２．放電管が超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプまたはメタルハライドランプである上記項１に記載の光源。
３．半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体が、放電管のガラス壁面に塗布されている上記項１に記載の光源。
４．半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体が、放電管から出射された光を導く光学系の反射面またはレンズに塗布されている上記項１に記載の光源。
５．半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体が、ケイ素を含む上記項1に記載の光源。
６．放電管の紫外域の輝線のうち最も強度の大きい波長λでのマトリックス中の超微粒子のモル吸光係数をε(リットル/モル センチメートル）とし、マトリックス中の超微粒子の濃度をｃ(モル/リットル)とし、マトリックスの厚みをL(センチメートル)としたときに、εｃLが
0.７＜εｃL＜5
の範囲内にある超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体を用いる上記項１に記載の光源。
【０００８】
【発明の実施の形態】
半導体超微粒子は、うまく表面処理を施すと、高効率の発光を示すことが最近見出され、注目されている。この半導体超微粒子は、II-VI族化合物が代表的なものであり、直径は数nmである。これらは、いわゆる量子サイズ効果を示す。このため、粒径によって発光色が変わり、粒子が小さいほどバンドギャップが広がって、短波長の発光を示す。例えば、セレン化カドミウムの場合には、紫外光照射により、直径2nm程度の粒子は青色の発光を示し、直径5nm程度の粒子は赤色の発光を示す。また、発光波長は、半導体超微粒子材料によっても変化する。これらの半導体超微粒子の発光では、発光寿命はおよそ10ナノ秒程度である。このため、前記の希土類系の蛍光体と比較すると、励起光を5桁も素早く必要な光に変換し、再び光を吸収し、放出できるので、著しく輝度を高くできる。但し、このような超微粒子は粒径が小さいために比表面積が大きく、このため表面処理により表面欠陥を減らして無輻射失活を抑えることが、発光効率に大きく寄与する。この表面処理法には、硫黄を含む化合物が通常用いられている。例えば、チオール系などの有機界面活性剤、硫化亜鉛などが代表的なものである。さらに、この様な半導体超微粒子は、粒径を変えることにより、吸収端(光を吸収し始める位置)の波長を細かく調整でき、またバンドギャップより波長の短い(エネルギーの高い)1つの波長の光を照射すれば、粒径に応じて、種々の発光色が得られるという大きな利点がある。
【０００９】
しかしながら、これらの半導体超微粒子は溶液のままでは不安定であり、工学材料としての実用性に欠けている。
【００１０】
本発明者は、最近の研究の結果、ゾル-ゲル法を用いてこの様な半導体超微粒子をガラス系マトリックス中に安定に保持する技術を開発することに成功した。本発明においては、この様に安定化された半導体超微粒子分散マトリックスを蛍光体として使用する。以下においては、安定化された半導体超微粒子分散マトリックスを単に蛍光体と呼ぶことがある。
【００１１】
以下、この新規な蛍光体を構成する半導体超微粒子およびマトリックス、ならびに放電管について、順次説明する。
１．半導体超微粒子
本発明においては、マトリックス中に分散固定された半導体超微粒子は、後述する放電管からの発光を受けて紫外光および可視光をそれよりも長い可視光に変換する蛍光体としての機能を発揮する。半導体超微粒子としては、直接遷移を示すII-VI族半導体であって、可視領域で発光するもの、例えば、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、テルル化亜鉛、テルル化カドミウムなどが挙げられる。
【００１２】
この様な半導体超微粒子は、現在コロイド法によって作製されており、水溶液から作るものと非水溶媒から作るものの２種類がある。この半導体超微粒子としては、水に単分散するものを用いることが好ましい。この様な超微粒子を用いることにより、水を使用する通常のゾル-ゲル法で適切な条件下にマトリックスを作製するに際し、凝集を生じることなく、半導体超微粒子を固体マトリックス中に単分散させることができる。半導体超微粒子の発光効率は、100％に近い程好適であるが、現実には数％程度であることが多い。発光効率が低すぎる場合には、発光強度が十分に得られないので、実用上の観点からは、3％以上であることが望ましい。
【００１３】
この水に単分散する半導体超微粒子は、ガオら(ジャーナル  オブ  フィジカル  ケミストリー、ビー、102巻、8360ページ(1998))に記載されている水溶液法によって作製できる。この方法では、pHを11.4に調整した過塩素酸カドミウム水溶液に界面活性剤としてチオグリコリック酸を加え、不活性雰囲気下でテルル化水素またはテルル化水素ナトリウムを導入した後、還流することにより、テルル化カドミウム超微粒子を作製する。さらに、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、テルル化亜鉛、テルル化カドミウムなどの半導体超微粒子も、超微粒子の組成に対応する材料を使用して、同様の手法により作製できる。なお、これらの化学的組成の異なる半導体を使用する場合には、化学的組成に応じて他の界面活性剤を使用することにより、発光効率を向上させることができる。例えば、セレン化亜鉛半導体超微粒子の調製に際しては、チオグリコリック酸に代えて、チオグリセロールを使用することが好ましい。これら作製法の詳細については、発明者らの最近の文献(村瀬ら、インターナショナル  ジャーナル  オブ  モダーン  フィジクス  ビー、15巻、3881ページ（2001年）)に詳しい記述がある。
【００１４】
水に単分散する半導体超微粒子のもう一つの作製法として、有機溶媒中でII族金属原子を含む有機金属化合物を熱分解した後、表面改質する方法がある。この方法は、国際公開WO  00/17655およびWO  00/17656に詳述されている。この方法では、まず有機金属法によって超微粒子を作製する。即ち、有機リン化合物(具体的には、トリオクチルリン酸、トリオクチルリン酸オキサイドなどのアルキル基とリンとが直接化学結合している物質)に有機金属化合物（ジメチルカドミウムなどアルキル基と金属とが直接化学結合している物質）を300℃程度の高温下で注入して、半導体超微粒子を得る。さらに、必要に応じて、その表面を硫化亜鉛など別の半導体で覆う。次いで、チオールなどの疎水性のより高い基とカルボキシル基などの親水性のより高い基とを併せて有する分子を表面に結合させることにより、水に単分散する半導体超微粒子を作製することができる。このようにして作製した超微粒子は、前述の水溶液から作製したものと同様に取り扱うことができる。
【００１５】
これらの半導体超微粒子の粒径は、通常数nmである。その発光色は、粒径によって決まり、粒径が小さいほど短波長の発光を示す。半導体超微粒子の粒径が小さすぎる場合には、比表面積が非常に大きくなり、表面欠陥を十分に除去できなくなる。これに対し、粒径が大きすぎる場合には、粒子間隔が狭くなりすぎて、固体マトリックス中に半導体超微粒子を高濃度分散させることが困難となる。本発明においては、これらの点を総合的に考慮して、半導体超微粒子の粒径を直径1.5〜5nmの範囲内とする。
【００１６】
半導体超微粒子の粒径は、還流時間によって制御することができる。単色で発光する超微粒子を得るためには、還流時間を一定に制御し、その粒径分布の分散の標準偏差が、粒径の平均値に対して20％以下となる様に調整すればよい。粒径分布の分散の標準偏差が20％を超える場合には、各種の発光が混ざり合って、光源で求められる色調を得難くなるので、好ましくない。
２．マトリックス
マトリックスは、半導体超微粒子を安定に保持するためのものである。この様なマトリックスとしては、ケイ素を含み、ガラス網目構造が発達したものが有利である。また、超微粒子の表面状態を維持するためには、ゾル-ゲル法を用いて形成させることが有利である。このため、発明者は、このゾル-ゲル法として、逆ミセルを利用したもの、ストーバー法によるものなどを試みてきた。しかしながら、蛍光発光効率を保ちながら、半導体超微粒子の濃度を十分に高めるには、限界があった。そこで、マトリックス形成材料の探索を鋭意行った結果、有機アルコキシシランと総称される一群の化合物が、マトリックス形成材料として好適であることを見出した。この有機アルコキシシランとは、ケイ素を含む骨格構造をもち、そのケイ素が有する４つの結合手の少なくとも１つが、アルコキシド結合ではない有機化合物であり、一般式Xn-Si(OR)4-n(n=1,2,3)で表される。この一般式で表される有機化合物中でも、n=1のものが多く知られている。官能基Xとしては、ビニル基(CH2CH-)、エポキシ基(CCOの３員環を有するもの)、アミノ基(NH2-)、メタクリル基(CH2C(CH3)CO-O-CnH2n-)、メルカプト基(SHCnH2n-)、フェニル基(C6H5-)などが例示される。アルコキシド基(-OR)としては、メトキシ基(-OCH3)、エトキシ基(-OC2H5)などが例示される。
【００１７】
これらの有機アルコキシシランは、アルコキシド基の加水分解および縮重合という通常のゾル-ゲル反応におけると同様の反応により、ガラス網目構造((-O-Si-)n)が生成するとともに、上記Xで示した官能基が半導体超微粒子表面と結合を作り、安定化する。このため、超微粒子は、凝集することなく、また表面状態が大きく変わることなく、マトリックス中に固定されるという利点がある。その結果、マトリックス中の半導体超微粒子の分散濃度を5×10-4〜1×10-2モル/リットルという好適な範囲まで高めることができる。しかしながら、この分散濃度が10-2モル/リットルを超えると、蛍光の輝度が上昇しなくなる。これは、すでに希土類蛍光体においても濃度消光として知られている現象で、超微粒子に吸収されたエネルギーが蛍光として放出される前に隣接する超微粒子に次々に移動し、発光に使われなくなるためである。
【００１８】
３．放電管
放電管は、動作温度で気体となる物質を封入し、電極間で放電を行わせることにより、電磁波を発生させる電子管である。ここでは、電磁波として可視光（波長400-800nm）および紫外光（波長200-400nm）の両方を発生するものを対象とする。放電管として、より具体的には、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが挙げられる。
【００１９】
低圧水銀ランプは、封入された水銀の圧力が1Pa程度（1気圧=約105Pa）である。このランプのガラス壁面に希土類などの蛍光体を塗布したものが、既存の蛍光灯である。このランプでは、図１に示す様に、可視光として主に405、436、546、577、579nmの光を放出し、紫外光として主に254、313、365nmの光を放出する。このうち、254nmの発光が最も強い。
【００２０】
高圧水銀ランプは、水銀圧300kPa程度で、図２に示す様に、主に可視光として441、547、570nmの光を放出し、紫外光として297、313、365、398nmを放出する。このうち、365nmの発光が最も強い。
【００２１】
超高圧水銀ランプは、水銀圧2MPa程度で、図３に示す様に、主に可視光として406、435、546、578nmの光を放出し、紫外光として313、334、365nmの光を放出し、連続光成分を多く持つ。365nmの発光が最も強い。
【００２２】
メタルハライドランプは、数kPaのハロゲン化金属と数百kPaの水銀との混合ガスで、一例として図4に示す様に、400nmに近い紫外光成分を含む。
【００２３】
本発明においては、紫外光成分を可視光成分に加えて全体として目に優しい可視光になるように変換する。このため、半導体超微粒子の濃度、粒径、マトリックスの膜厚、設置場所などを適宜選択する。
【００２４】
放電管では、管内の金属のエネルギー準位に対応した輝線(スペクトル上で鋭いスパイク状の線となる発光)が表れることが多い。これらの輝線のうち、最も強度の大きい波長λでのマトリックス中の超微粒子のモル吸光係数をε(リットル/モル センチメートル)とし、マトリックス中の超微粒子の濃度をｃ(モル/リットル)とし、厚みをL(センチメートル)としたときに、εｃLが
0.７＜εｃL＜5
を満足する様に、これらの条件を定めることが好適であることが判明した。
【００２５】
このεｃLは光学濃度と呼ばれることがある。このうち、εは半導体超微粒子の種類、粒径および励起波長によって決まる。この値が大きすぎる場合には、表面にある粒子のみが励起光を吸収してそれ以外の粒子が光らなくなるのに対し、この値が小さすぎる場合には、粒子が十分に光を吸収できなくなる。このため、εは1×105〜4×106リットル/モル センチメートル程度の値とすることが好ましく、さらに好適には4×105〜2×106リットル/モル センチメートル程度の値となる様に半導体超微粒子の種類と励起波長とを選択する。例えば、半導体超微粒子としてテルル化カドミウムを選択し、粒径3nmで緑色発光を示すときには、励起波長は360〜500nm程度が好適となる。また、超微粒子の濃度ｃが低すぎる場合には、紫外光への変換量が小さくなるのに対し、高すぎる場合には、超微粒子同士が相互作用をして発光効率が低下する。このため、超微粒子の濃度ｃは5×10-4〜1×10-2モル/リットル程度とすることが好ましく、実用的には、1×10-3〜5×10-3モル/リットル程度とすることがより好ましい。上記の値を満足するεおよびｃを考慮すると、マトリックスの厚さLは、通常200nm〜1mm程度の範囲となるが、製造の容易さ、剥がれ難さなどの観点から、1〜10μm程度が好適である。
【００２６】
蛍光体における光吸収の割合ｒは、ランベルト-ベールの法則により
r = 1−10-ecL
と書ける。従って、最も強い輝線の80％より多く、かつ、約99.999％未満が超微粒子に吸収されて可視光に変換されるように、蛍光体を設計するのが好都合である。さらに、残りの紫外線を全部吸収させて人間を守るために、蛍光体から出た光の通り道に紫外線カットフィルターの役目をするもの（例えば、ガラス製UVフィルター；旭テクノガラス(株)製、“UV-35”などが市販されている）を置くことも有効である。
【００２７】
このようにして形成されるマトリックスは、全体として基本的にガラスの性質を示すものであり、機械的特性、耐熱性、化学的安定性などの諸特性に優れている。さらに、内包された半導体超微粒子は、外部雰囲気から遮断されているため耐光性に優れ、経時安定性にも極めて優れている。
【００２８】
このような半導体超微粒子分散マトリックス(蛍光体)は、放電管のガラス面に塗布してもよいし、放電管から出射された光を導く光学系の反射面またはレンズに塗布しても良い。或いは、本発明の蛍光体は、必要に応じて、2箇所以上に塗布しても良い。
【００２９】
例えば、本発明蛍光体を放電管のガラス面に塗布する場合には、全体として光源が点光源に近くなるので、集光しやすいという大きな利点が得られる半面で、光源から発する熱によって劣化が幾分早くなるという不利な点もある。従って、具体的な用途に応じて、塗布すべき箇所を適宜選択すればよい。
【００３０】
このような紫外光変換能を有する蛍光体を備えた放電管は、液晶バックライト、プロジェクターランプ、集魚灯などの光源として、極めて有用である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明において使用する半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体は、紫外発光成分を効率良く可視光に変換させることができるので、可視および紫外発光する光源の可視光量を増大させることができる。
【００３２】
また、マトリックス中に分散させる超微粒子の粒径を変えることにより、吸収端の位置を細かく調整することができるので、可視発光の色合いを変え、調光することができる。
【００３３】
さらに、本発明で使用する半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体は、高価な希土類元素を使わなくて済むので、安価に製造できるという利点もある。
【００３４】
また、本発明で使用する蛍光体は、マトリックス部分にケイ素を含み、ガラス網目が発達しており、本質的にガラスの性質を示すので、耐光性に優れている。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
ガオら、ジャーナル  オブ  フィジカル  ケミストリー、102巻、8360ページ(1998)による方法に従って、以下の手法により、II-VI族半導体であるテルル化カドミウム超微粒子を作製した。
【００３６】
即ち、アルゴンガス雰囲気下、界面活性剤としてのチオグリコリック酸（HOOCCH2SH）の存在下でpH11.4に調整した過塩素酸カドミウム水溶液(濃度0.013モル/リットル)を激しく攪拌しながら、NaHTe溶液を加えた。このとき、カドミウム、テルルおよびチオグリコリック酸のモル比は、最適値とされる1:0.47:2.43に設定し、反応の始まる前の水溶液の量は60cm3とした。これにより、テルル化カドミウムのクラスターが生成し、さらにこの水溶液を大気雰囲気中で30時間還流することで、粒子を成長させた。このとき、紫外光励起での発光波長は610nmで赤色の発光を示した。透過電子顕微鏡での観察から、平均の粒子径は5.1nmであった。
【００３７】
この方法で作製したテルル化カドミウム超微粒子は、水に対して良好な単分散性を示すことが確認できた。すなわち、上記で得られた水溶液を蒸留し、水を除去して、テルル化カドミウムの粉末状超微粒子を分取した後、再び水に溶解することにより、当初と同様の単分散状態の水溶液を得ることができた。
【００３８】
超微粒子の粒径は還流時間で決まり、10nm以下の粒径では、粒径が大きくなるほどいわゆる“量子サイズ効果”により、発光色は長波長側へシフトした。還流時間が30分間の場合は、超微粒子の発光は波長540nmの緑色であった。
【００３９】
赤色発光を示す原液を3ミリリットル取り出し、水1ミリリットルとエタノール１ミリリットルとの混合液に加えた後、アミノ基を官能基として有する有機アルコキシシランの１種である3-アミノプロピルトリメトキシシラン(APS)１ミリリットルと均一に混合した。得られた混合溶液は、室温で静置することにより、徐々に加水分解および縮合重合というゾル-ゲル反応が進み、７時間程度でゲル状となった。
【００４０】
使用した高圧水銀ランプにおいては、図２に示すスペクトル分布の様に、もともと青色付近（441nm）と緑黄色付近（547nmおよび570nm）に強い輝線があるので、半導体超微粒子分散マトリックスからなる蛍光体を用いて、赤色のみを得ることを目標とした。
【００４１】
すなわち、上記の手法により調製したAPS分散ゲルを高圧水銀ランプのガラス管壁に刷毛で塗布した後、4日間放置して硬化させた。この状態でランプを点灯させると、放電管から直接出てくる青色および緑黄色の光と半導体超微粒子から出てくる赤色の光とが混じって、白色の発光が得られた。このとき、テルル化カドミウムナノ粒子の365nmでの吸光係数εは、約106リットル/モル  センチメートル(粒子１個あたりの吸光係数で、構成原子１個あたりの吸光係数ではない)であり、塗布層の厚みを約0.6mmとすることにより、εｃL=0.72となり、80％以上の紫外光が可視光に変換された。
実施例２
青色発光をする超微粒子としてセレン化亜鉛超微粒子を作製した。まず、水60ミリリットルに過塩素酸亜鉛を溶解し、さらに界面活性剤としてチオグリセロールを溶解した水溶液を調製した。次いで、アルミニウムセレナイドを硫酸に投入し、発生するセレン化水素を上記の水溶液に導いた。反応液中の亜鉛:セレン:チオグリセロールのモル比は、1:0.47:1.7とした。反応液を攪拌しつつ還流すると、蛍光強度が増加した。これは、波長約420nmにピーク波長がある青色の発光を示し、蛍光量子収率として約４％と見積もられた。これらの方法は、発明者らの既報の文献（村瀬ら、インターナショナル  ジャーナル  オブ  モダーン  フィジクス  ビー、15巻、3881ページ（2001年））に記載された方法と同様の方法である。
【００４２】
調製したセレン化亜鉛超微粒子を用いて、実施例１と同様の方法でAPS中に分散させて、ゲルを作製した。また、緑色および赤色発光を示すものは、実施例1と同様の方法で調製したテルル化カドミウム超微粒子を使用した。
【００４３】
図１に示すスペクトル分布を有する低圧水銀ランプを用意し、光の進行方向から順に赤色発光テルル化カドミウム(粒径5nm)、緑色発光テルル化カドミウム(粒径3nm)および青色発光セレン化亜鉛(粒径2nm)の超微粒子分散マトリックスをそれぞれ塗布し、乾燥する工程を繰り返した。これにより、白色発光が得られた。超微粒子は、短波長側へ行くほど吸光係数が大きくなる。この特性を利用して、もともと存在する可視光発光は部分的にしか波長変換しない状態で、紫外光のみを効率よく可視光に変換することができた。
実施例３
図３に示すスペクトル分布を持つ超高圧水銀ランプを用いるとともに、有機金属法と呼ばれる公知の方法で作製したセレン化カドミウム超微粒子を用いて、紫外光を可視光に変換させた。
【００４４】
有機金属法は、バべンディーら、ジャーナル  オブ  フィジカル  ケミストリー、ビー、101巻、9463ページ(1997年)に記載されている。具体的には、トリオクチル  フォスフィン  セレナイドとジメチルカドミウムとをトリオクチル  フォスフィン  オキサイド中で熱分解した後、熱分解生成物の表面をチオールの一種である（SH(CH2)nCOONa, n>8）で表される分子で置換して、水に単分散させた。セレン化カドミウム超微粒子の粒径は約3nmで、発光の量子収率は20％と大きかった。
【００４５】
このセレン化カドミウム超微粒子をローリルメタクリレートモノマーとトリオクチルフォスフィンおよびメルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPS)の混合物に対し、5体積％となるように混合した後、重合剤（エチレングリコール  ジメタクリレート）と開始剤（アゾビスイソブチロニトリル）を添加して、マトリックス前駆体溶液を作製した。トリオクチルフォスフィンとMPSとは、超微粒子の分散性を向上させるために、添加した。このとき、前駆体溶液中のセレン化カドミウム超微粒子の濃度ｃは約8×10-3モル／リットル、発光効率は約10％であった。
【００４６】
高圧水銀ランプの紫外域輝線のうち、最も強度の大きい波長λは365nmである。上記で合成したセレン化カドミウム超微粒子のこの波長λでのモル吸光係数ε(粒子１個あたりの吸光係数で、構成原子１個あたりの吸光係数ではない)は、6×105リットル/モル  センチメートルであった。そこで、高圧水銀ランプのガラス壁に上記で調製したマトリックス前駆体溶液を塗布し、70℃程度に加熱し、重合反応を進ませて固化した。このとき、膜厚Lを約４μmとなるように調整した。このとき、εｃL=1.9となり、実際、波長365nmの輝線は、約1％に減少していたので、予想通りの値となった。
実施例４
図４に示すスペクトル分布を持つメタルハライドランプの場合は、400nm以下の紫外光成分の割合が少ない。そこで、実施例1で作製した直径5nmの赤色発光を示すテルル化カドミウムを分散したゲルをメタルハライドランプの表面に塗布した後、ゾル-ゲル反応を進行させてガラス薄膜を形成した。このときの膜厚は約1mm、光学濃度εｃLは約0．75であった。その結果、短波長成分ほど効率よく赤色に変換され、全体として調光の効果が達成されて、元のランプに比べて温かみのある発光が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】低圧水銀ランプのスペクトルを示す図面である。
【図２】高圧水銀ランプのスペクトルを示す図面である。
【図３】超高圧水銀ランプのスペクトルを示す図面である。
【図４】メタルハライドランプのスペクトルを示す図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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