(57)【要約】【課題】蛍光強度の優れた蛍光体ＹＰＯ4：Ｎｄを合成する。【解決手段】Ｎｄ（ネオジム）を固相反応によってＹＰＯ4（リン酸イットリウム）にドープさせた蛍光体ＹＰＯ4：Ｎｄを合成する。混合プロセス（工程）において、混合後のＮｄ濃度が０．５ｍｏｌ％以上２．０ｍｏｌ％以下となるように原材料紛体を混合する。そして焼成プロセスでは、１２００℃以上１７００℃以下である大気雰囲気下で所定時間焼成する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＰＯ4：Ｎｄの原材料紛体を混合し、混合紛体を焼成してＹＰＯ4：Ｎｄを合成する蛍光体の製造方法であって、
混合プロセスにおいて、混合後のＮｄ濃度が０．５ｍｏｌ％以上２．０ｍｏｌ％以下となるように混合し、
焼成プロセスにおいて、１２００℃以上１７００℃以下である大気雰囲気下で所定時間焼成することを特徴とする蛍光体の製造方法。
【請求項２】
焼成プロセスにおいて、１４００℃以上１６００℃以下である大気雰囲気下で焼成することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
混合プロセスにおいて、混合後のＮｄ濃度が０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下となるように混合することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ＹＰＯ4：Ｎｄの原材料紛体が、アンモニアのリン酸塩から成る紛体を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光体の製造方法。
【請求項５】
前記ＹＰＯ4：Ｎｄの原材料紛体が、Ｙ2Ｏ3あるいはＹ2（ＣＯ3）3・ｎＨ2Ｏを含む紛体と、ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4あるいは（ＮＨ4）2ＨＰＯ4を含む紛体と、Ｎｄ2Ｏ3あるいはＮｄ（ＯＨ）3を含む紛体とから成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蛍光体の製造方法。
【請求項６】
波長１７２ｎｍを含む狭帯域の紫外光を放射するように、放電管内に希ガスを封入する工程と、
請求項１乃至５のいずれかに記載された蛍光体の製造方法によって製造された蛍光体を、放電管表面にコーティングする工程と
を含むことを特徴とするエキシマランプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を放射する蛍光体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長２００ｎｍ以下の紫外光（紫外線）を放射（発光）するＵＶ−Ｃ蛍光体の１つとして、リン酸イットリウム（ＹＰＯ４）にネオジム（Ｎｄ）をドープさせた蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄが知られている。蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄに波長１７２ｎｍのエキシマ光（励起光）を照射すると、１９０ｎｍ付近のピーク波長をもつ紫外光が放射される。エキシマランプなどの放電管内面に蛍光体ＹＰＯ4：Ｎｄをコーティングすることによって、光化学反応、殺菌、有機物の分解などに適した放電ランプを提供することができる。
【０００３】
ＹＰＯ４：Ｎｄの製造方法（以下、合成方法ともいう）として、フラックス（融剤）を利用した固相反応法が知られている（非特許文献１参照）。そこでは、ＹＰＯ4：Ｎｄの原材料となるＹ２Ｏ３、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、Ｎｄ２Ｏ３を混合し、フラックスとしてフッ化リチウム（ＬｉＦ）加え、加熱する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"Temperature-dependent spectra of YPO4:Me(Me=Ce, Pr, Nd, Bi)"  T. Justel et al., Journal of Luminescence 106(2003)225-233
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１のような融剤を用いた固相反応法では、融剤を除去するためのＨＮＯ3等溶媒を用いるので環境負荷が大きく、蛍光体の製造が煩雑で作業効率が悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の蛍光体の製造方法（合成方法）は、融剤を用いずに優れた蛍光強度（発光強度）を得ることができる製造方法であって、出願人が新たに見出した。
【０００７】
その合成方法は、ＹＰＯ４：Ｎｄの原材料紛体を混合し、混合紛体を焼成してＹＰＯ４：Ｎｄを合成する蛍光体の製造方法であって、混合プロセスにおいて、混合後のＮｄ濃度が０．５ｍｏｌ％以上２．０ｍｏｌ％以下となるように混合し、焼成プロセスにおいて、１２００℃以上１７００℃以下である大気雰囲気下で所定時間焼成する。
【０００８】
原材料紛体は、蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの合成に用いることが可能な様々な紛体材料によって構成することが可能であり、リン化合物から成る（あるいはリン化合物を含む）紛体と、イットリウム化合物（あるいはイットリウム化合物を含む）紛体と、ネオジム化合物から成る（あるいはネオジム化合物を含む）紛体とから成る原材料紛体を混合すればよい。
【０００９】
従来の蛍光体の合成方法では、焼成温度をおよそ１０００℃付近に設定することを前提とし、それ以上高くすると蛍光体の形態変化によって形状維持が困難になると考えられていた。しかしながら本発明では、固相反応法において、混合紛体のＮｄ濃度が０．５ｍｏｌ％以上２．０ｍｏｌ％以下という条件において焼成温度を１２００℃〜１７００℃の範囲にすることで、融剤を用いずに同様に優れた蛍光強度をもつ蛍光体を得ることができた。
【００１０】
このようなＮｄ濃度が、焼成温度範囲になるのは、以下のように推測される。すなわち、Ｎｄ濃度が２．０ｍｏｌ％よりも大きいと、非輻射遷移および波長３００ｎｍ〜４００ｎｍにおける広帯域の光の強度割合が増加する一方、０．５ｍｏｌ％より小さいとＮｄ混合の効果が得にくいためと考えられる。また、Ｎｄ濃度を上記条件にして焼成温度が１２００℃よりも低いと混合紛体における固相反応が不十分である一方、１７００℃よりも高いと結晶性が悪くなって発光が弱くなるためと考えられる。
【００１１】
焼成プロセスでは、１４００℃以上１６００℃以下の大気雰囲気下で焼成することが望ましい。一方、混合プロセスでは、混合紛体におけるＮｄ濃度が０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下の範囲になるように混合するのが望ましい。なお、焼成時間は、紛体の総量、焼成に用いる機器、器具の性能などによって定めればよい。
【００１２】
ＹＰＯ４：Ｎｄの原材料紛体としては、リン化合物から成る紛体の場合、アンモニアのリン酸塩（リン酸水素塩）から成る紛体を用いることが可能である。例えば、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（リン酸二水素アンモニウム）、あるいは（ＮＨ４）２ＨＰＯ４（リン酸水素二アンモニウム）から成る（あるいは含む）紛体を適用することが可能である。また、イットリウム化合物から成る（あるいは含む）紛体の場合、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、あるいはＹ２（ＣＯ３）３・ｎＨ２Ｏ（炭酸イットリウムｎ水和物）から成る（あるいは含む）紛体を適用可能であり、ネオジム化合物から成る（あるいは含む）紛体の場合、Ｎｄ２Ｏ３（酸化ネオジム）、あるいはＮｄ（ＯＨ）３（水酸化ネオジム）から成る（あるいは含む）紛体を適用することが可能である。
【００１３】
このような合成方法によって製造される蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄは、リン酸イットリウム鉱型の結晶構造を形成している。そして、波長１７２ｎｍの励起光によって１９０ｎｍ付近のピーク波長をもつ狭帯域の紫外光を発光する。したがって、光化学反応、殺菌、有機物分解などに適した放電ランプ（特に、殺菌処理などに使用されるエキシマランプ）に適用することができる。
【００１４】
本発明の他の態様であるエキシマランプの製造方法は、波長１７２ｎｍを含む狭帯域の紫外光を放射するように、放電管内に希ガス（例えば、Ｘｅを含む）を封入する工程と、上記蛍光体の製造方法（合成方法）によって得られた蛍光体を、放電管表面にコーティングする工程とを含む。放電管、封止管の製造工程などは、従来周知の工程に従って行えばよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蛍光強度の優れた蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄを合成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】異なるＮｄ濃度で合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度のグラフ（横軸波長）を示した図である。
【図１Ｂ】異なるＮｄ濃度で合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度のグラフ（横軸Ｎｄ濃度）を示した図である。
【図２Ａ】焼成温度を変化させて合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度のグラフ（横軸波長）を示した図である。
【図２Ｂ】焼成温度を変化させて合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度のグラフ（横軸温度）を示した図である。
【図３Ａ】実施例と比較例の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄそれぞれの発光強度のグラフ（横軸波長）を示した図である。
【図３Ｂ】実施例と比較例の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄそれぞれの発光強度のグラフ（横軸温度）を示した図である。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
本実施例の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄは、リン酸イットリウム鉱型の結晶構造を形成し、以下の手法によって製造される。
【００１９】
Ｙ２Ｏ３（純度 ９９．９％、高純度化学研究所製）、 ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（純度純度 ９９．０％、関東化学製）、 Ｎｄ２Ｏ３（純度 ９９．９％、高純度化学研究所製）を、 Ｎｄ濃度が０．５ｍｏｌ％〜２．０ｍｏｌ％の範囲の割合となるように混合する。メノウ乳鉢を用いて混合粉砕し、アルミナるつぼに充填してアルミナ蓋を被せる。そして、箱型電気炉にセッティングし、大気雰囲気下において１０００℃〜１７００℃の範囲で数時間（ここでは３時間）焼成し、蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄを合成する。
【００２０】
合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄに波長１７２ｎｍの励起光を照射すると、１９０ｎｍ付近をピーク波長とする狭帯域の紫外光が得られる。本実施例の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄが従来の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄと比べ、少なくとも同レベルの発光強度をもつことを調べるため、実験を行った。
【００２１】
最初に、Ｎｄ濃度を本実施例の範囲（０．５ｍｏｌ％〜２．０ｍｏｌ％）を広げて０．５〜１０．０ｍｏｌ％の範囲で変化させた場合の蛍光体の発光強度を計測した。次に、焼成温度を本実施例の範囲（１４００℃〜１７００℃）を広げて１０００℃〜１７００℃の範囲で変えた場合の蛍光体の発光強度を計測した。そして、上記非特許文献１に記載された合成方法によって得られる蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度と、本実施例の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度とを比較した。以下、図を用いて説明する。
【００２２】
＜実験１＞
実験１では、Ｎｄ濃度を０．５〜１０ｍｏｌ％の範囲となるように原材料紛体を混合し、各Ｎｄ濃度での発光強度を計測した。焼成温度は１６００℃に設定した。また、励起光の光源には、ピーク波長（１７２ｎｍ）のＸｅエキシマランプを用いた。
【００２３】
図１Ａ、１Ｂは、異なるＮｄ濃度で合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度のグラフを示した図である。図１Ａでは、横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が発光強度（任意単位（arbitrary unit）  以下、（ａ．ｕ．）と称す）を表し、各Ｎｄ濃度におけるスペクトル特性を示している。一方、図１Ｂでは、横軸がＮｄ濃度（ｍｏｌ％）を表す。
【００２４】
図１Ａ、１Ｂに示すように、Ｎｄ濃度が０．５〜２．０ｍｏｌ％の範囲において発光強度が０．７（ａ．ｕ．）以上となる（ラインＳ１〜Ｓ３参照）。特に、Ｎｄ濃度が０．５〜１．０ｍｏｌ％の範囲にある場合、発光強度が０．８（ａ．ｕ．）となる（ラインＳ１、Ｓ２参照）。なお、相対的な発光強度において、０．８は測定器に依存した値である。発光強度の値自体は測定器、測定手法などによって変わるが、Ｎｄ濃度の違いによる発光強度の相対的な差（比）は同じように生じる。
【００２５】
＜実験２＞
実験２では、Ｎｄ濃度を１．０ｍｏｌ％と定め、燃焼温度を１０００℃〜１７００℃の範囲で変えながら焼成し、そのときの発光強度を計測した。それ以外の実験条件については、実験１と同じである。
【００２６】
図２Ａ、２Ｂは、焼成温度を変化させて合成した蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄの発光強度のグラフを示した図である。図２Ａでは、横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が発光強度（ａ．ｕ．）を表し、各焼成温度におけるスペクトル特性を示している。一方、図２Ｂでは、横軸が焼成温度（℃）を表す。
【００２７】
図２Ａ、２Ｂに示すように、焼成温度が１２００℃〜１７００℃の範囲において発光強度が０．７を超えて０．８（ａ．ｕ．）以上となる（ラインＬ３〜Ｌ８参照）。特に、１４００℃〜１６００℃の範囲において優れた発光強度が得られ、１６００℃付近で最も高い発光強度が得られている。なお、焼成温度１１００℃では発光が弱いことが明らかになった。これは、従来当業者が想定していた焼成温度では本発明の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄを合成できないことを示している。
【００２８】
＜実験３＞
実験３では、非特許文献１に記載された固相反応法によって蛍光体ＹＰＯ4：Ｎｄを合成するとともに、本実施例の合成手法に基づいて蛍光体ＹＰＯ４：ＮｄをＮｄ濃度１．０ｍｏｌ％、焼成温度１０００℃、１６００℃で合成し、メノウ乳鉢を用いて粉末化した。そして、発光強度を互いに比較した。
【００２９】
比較例である蛍光体ＹＰＯ4：Ｎｄは、上述した非技術文献１に記載されている固相反応法によって合成した。具体的には、Ｎｄ重量濃度（ｗｔ％）が２．０、３．０、５．０となるように、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を加え、さらに、フラックスとしてＬｉＦを投入し、メノウ乳鉢を用いて混合して１０００℃で加熱した。その後、メノウ乳鉢を用いて粉末化し、４倍稀釈した硝酸で洗浄してＬｉＦを除去した後、超純水で洗浄した。なお、Ｎｄ濃度は１．０ｍｏｌ％としている。
【００３０】
図３Ａ、３Ｂは、実施例と比較例の蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄそれぞれの発光強度のグラフを示した図である。図３Ａでは、横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が発光強度（ａ．ｕ．）を表す。
【００３１】
図３Ａ、３Ｂで示すように、焼成温度１６００℃で合成した場合、従来の合成方法と同等の発光強度が得られる(ラインＫ２とラインＭ１〜Ｍ３参照)。これは、図１Ａ、１Ｂ、図２Ａ、２Ｂに示す実験結果を踏まえると、比較例（従来）の合成方法で得られた蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄと同程度の発光強度をもつ蛍光体ＹＰＯ４：Ｎｄが、固相反応法において、Ｎｄ濃度０．５ｍｏｌ％以上２．０ｍｏｌ％以下、焼成温度１２００℃以上１７００℃以下の範囲で合成することにより得られることを示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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