(57)【要約】【課題】  母体物質の種類を変えずに、青・赤・黄色の三原色で発光させることができるGdVO4の発光体材料、その製造方法及びそれを用いた発光素子を提供する。【解決手段】  化学式GdVO4に付活材を添加したGdVO4系発光材料及びそれを用いた発光素子、その製造方法及び発光素子。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式GdVO4に付活材を添加したGdVO4系発光材料。
【請求項２】
GdVO4発光材料が、単結晶又は多結晶のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のGdVO4系発光材料。
【請求項３】
付活材としてDy, Eu,を用いる請求項１又は請求項２に記載したGdVO4系発光材料。
【請求項４】
Gd2O3とV2O5を1 : 1に混合して、成型し、1000〜1300℃で焼成してGdVO4原料棒を作成し、GdVO4原料棒に付活剤をつけない部分または、溶剤に溶いたEu２O３及び／又はDy2O3粉末をスポット状に付着させた原料焼成体を作製し、この原料焼成体を用いて結晶炉において溶融させ、この溶融帯を原料焼成体方向に5〜10mm/hで走査させてゆくフローティングゾーン法による結晶育成を行う発光材料の製造方法。
【請求項５】
GdVO4結晶、GdVO4とDyからなる結晶、GdVO4とEuからなる結晶がひとつの結晶体に含まれる発光素子。
【請求項６】
Gd2O3とV2O5を1 : 1に混合して、成型し、1000〜1300℃で焼成してGdVO4原料棒を作成し、GdVO4原料棒に付活剤をつけない部分と溶剤に溶いたEu２O３、Dy2O3粉末をスポット状に付着させて、３つのゾーンを設けた原料焼成体を作製し、この原料焼成体を用いて結晶炉において溶融させ、この溶融帯を原料焼成体方向に5〜10mm/hで走査させてゆくフローティングゾーン法による結晶育成を行う発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、特定の希土類元素、特定の遷移元素及び特定の遷移元素（酸素を含む）から構成される発光材料に関するものであり、蛍光体材料、レーザー材料、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンス素子、放射線検出器等に応用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光材料は種々知られている。例えば、発光強度が強い希土類元素を含有するバナジウム酸イットリウム（特許文献１）や、Ｔｂ含有Ａｌ酸化物単結晶（特許文献２）などが知られている。
しかし、一種類の母体物質を利用しながら、系統的に、多数の色で発光させることが可能な発光物質を開発することは、行われていなかった。
【特許文献１】特開平０８−９１９９９号公報
【特許文献２】特開平０７−１４９５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高機能な発光物質を実現するため、本願発明者らが解決しようとする問題は、一種類の母体物質を利用しながら、多数の色で発光させる事が可能な蛍光物質を開発する事である。特に、母体物質の種類を変えずに、青・赤・黄色の三原色で発光させる事が可能な物質があれば、表示用の発光素子として高い利用価値があると考えられる。希土類元素は、発光物質の発光中心として優れており、また、希土類元素、遷移元素及びカルコゲン元素（酸素を含む）から構成される発光材料は、希土類元素を含むため発光物質として利用できる可能性を秘めていたが、GdVO4を母体とする物質群については、これまで発光物質としての系統的な調査・研究は行われていなかった。
本発明は、GdVO4を母体とする物質群とする発光材料、その製造方法及び発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これに対して、本願発明者らは、GdVO4について、発光物質としての特性を調査した結果、純粋なGdVO4は青色で発光し、その発光効率も非常に高いものである事実を発見した。さらに付活剤としてDyを添加した場合、及びEuを添加した場合、それぞれ赤色と黄色で発光し、その発光効率も非常に高いものである事実を発見した。
【発明の効果】
【０００５】
GdVO4単独、GdVO4にDyを添加した場合、GdVO4にEuを添加した場合、それぞれ青色、赤色と黄色で発光し、GdVO4系化合物ですべて三原色を作ることが出来る。したがって、GdVO4系化合物のみで、カラー表示することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のGdVO4系化合物は、単結晶又は多結晶のいずれかの結晶系で作成することが出来る。
上記発光材料の製造方法としては、まず、上記発光材料の構成元素を上記発光材料の化学量論比と同じモル比率で混合する。次に、その混合原料を融解又は溶解し、固化させてから成形する。ここで成形とは、インゴット状、薄膜状又は粉末状に加工することを意味する。混合原料を融解又は溶解させる前に、それをいったん焼結させても良い。また焼結させたものは、融解又は溶解させずに、そのまま成形しても良い。
上記焼結温度は、500℃〜1500℃であり、雰囲気は、酸素又は酸素及び酸素以外の少なくとも1種類以上の気体の混合気体である。また、必要に応じてバインダー（焼結助剤）を添加する。
【０００７】
上記融解又は溶融過程の雰囲気は、酸素又は酸素及び酸素以外の少なくとも1種類以上の気体の混合気体である。
本発明のGdVO4系化合物の結晶の製造は、チョクラルスキー法またはフローティングゾーン法により、融解又は溶解過程において、該材料の融液または溶液に該材料と同等もしくは類似の結晶構造を持つ物質を接触させて該材料の結晶を育成することもできる。
【０００８】
上記発光材料を基板に堆積する方法としては、真空蒸着法、MBE法、スパッタ法、反応性スパッタ法、CVD法又は、MOCVD法等により行うことができる。
また、上記発光材料の化学量論比を制御するために、該プロセス終了後に該元素の補充及び抜き取りを行ってもよい。
【０００９】
また、上記発光材料を利用し、発光材料に磁場、電場又は応力を作用させることによって発光の強度、波長、偏光方向を変化させて光源装置を作製することもできる。  
【００１０】
実施例には第１図に示すように、石英管１、集光用の回転楕円ミラー２、熱源にハロゲンランプまたはキセノンランプ３、監視窓４、レンズ５およびスクリーン６を備えた赤外線加熱方式の結晶成長炉を用い、フローティングゾーン法で単結晶を製造した。
【実施例１】
【００１１】
原料焼成体中に複数の異なる種類の付活材物質を濃度傾斜を付けて設けた原料焼成体を用いて、結晶中に連続して発光色の異なる三色発光単結晶を以下のように作製した。
Gd2O3とV2O5を1 : 1に混合し、ゴム管に充填し、静水圧で直径８ミリ長さ５０ミリの棒状に成型し、その後、1200℃で焼成し、GdVO4原料棒を作成する。GdVO4原料棒に付活剤をつけない部分と水に溶いたEu２O３、Dy2O3粉末を筆につけてスポットを設け、３つのゾーンを設けた。
すなわち、GdVO4原料焼成体の重さの約１％を付活剤とし、Eu２O３が赤発光、Dy2O3が黄発光する粉末として用意し、水に溶いて溶液を作成した。それを多孔質表面に筆または楊子でスポット状に塗布し、原料焼成体を作製する。この原料焼成体を用いて結晶炉において溶融させ、この溶融帯を原料焼成体方向に5〜10mm/hで走査させてゆくフローティングゾーン法による結晶育成を行うと、無色透明の単結晶が作製出来た。この単結晶に波長が254nm、365nmのブラックライトを照射すると、付活剤を塗布しなかった純粋のGdVO4部分は青発光、Eu２O３を塗布した部分は赤発光、Dy2O3を塗布した部分は黄発光した。すなわち、１本で三色発光するGdVO4単結晶が製造できた。
【００１２】
（発色テスト）
図２乃至図４は、GdVO4単結晶の温度を室温（絶対温度＝295K）に維持し、それにHe-Cdレーザーの光（波長＝325 nm）を照射した時に得られた発光を、スペクトルに分解した結果である。横軸は光の波長を表し（単位はnm）、縦軸はその波長の光の発光強度を表している。
まず図２は、純粋なGdVO4単結晶の発光スペクトルを表している。このスペクトルの特徴は、波長＝570nmの付近を中心とした幅の広い発光バンドが観察される事である。この試料の発光を肉眼で観察すると青色に見える原因は、このバンドの存在にある。また、この幅の広い発光バンドの発光機構は、VO43−という酸基からの発光であると考えられる。なお図２を見ると、その幅広い発光バンドの他に、何本かの鋭い発光線が観察される。それらはどれも、試料中に微量に存在している不純物元素からの発光であると考えられる。例えば、最も強い発光線は、波長＝575nmの付近に観察されるが、その不純物の種類はDyであると考えられる。
図３はEuをドープしたGdVO4単結晶の発光スペクトルを表している。このスペクトルの特徴は、何本かの鋭い発光線が観察される事である。これらの発光線は、どれも試料中に存在するEuからの発光であると考えられる。特に、最も強い発光線が、波長＝620nmの付近に観察されるが、この試料の発光を肉眼で観察すると赤色に見える原因は、この発光線の存在にある。
図４はDyをドープしたGdVO4単結晶の発光スペクトルを表している。このスペクトルの特徴は、何本かの鋭い発光線が観察される事である。これらの発光線は、どれも試料中に存在するDyからの発光であると考えられる。特に、最も強い発光線が、波長＝575nmの付近に観察されるが、この試料の発光を肉眼で観察すると 黄色に見える原因は、この発光線の存在にある。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明のLuVO4系化合物による発光材料は、すべて三原色を作ることが出来、これを表示装置に組み込めば、カラー表示することが出来る。
また、本発明の発光素子は、固体であることから、振動に対して強く、故障が少ない表示装置として用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】赤外線加熱方式の結晶成長炉の略図
【図２】純粋なGdVO4の発光スペクトル（青色発光）
【図３】EuをドープしたGdVO4の発光スペクトル（赤色発光）
【図４】DyをドープしたGdVO4の発光スペクトル（黄色発光）
【符号の説明】
【００１５】
１  石英管
２  集光用の回転楕円ミラー
３  熱源
４  監視窓
５  レンズ
６  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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