(57)【要約】【課題】  簡易かつ低コストで材料の蛍光体用としての物性を評価する。【解決手段】  蛍光体物性評価方法は、情報処理装置における、材料の蛍光体用としての物性を評価する蛍光体物性評価方法であって、材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付ステップ（Ｓ０３〜Ｓ０４）と、予め情報処理装置に記憶されている、電子状態を示す情報と蛍光体用としての物性との間の関係式に基づいて、電子状態情報受付ステップにおいて入力が受け付けられた情報に対して演算を行い材料の蛍光体用としての物性を評価する評価ステップと、を有する（Ｓ０４）。【選択図】  図２
2007071762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報処理装置における、材料の蛍光体用としての物性を評価する蛍光体物性評価方法であって、
前記材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付ステップと、
予め前記情報処理装置に記憶されている、前記電子状態を示す情報と前記蛍光体用としての物性との間の関係に基づいて、前記電子状態情報受付ステップにおいて入力が受け付けられた情報に対して演算を行い前記材料の蛍光体用としての物性を評価する評価ステップと、
を有する蛍光体物性評価方法。
【請求項２】
前記情報処理装置には、材料の結晶組成を示す情報と当該材料の結晶構造を示す情報とを対応付けて格納した結晶構造データベースが接続されており、
前記材料の結晶組成を示す情報の入力を受け付ける組成情報受付ステップと、
前記結晶構造データベースに格納された情報を参照して、前記組成情報受付ステップにおいて受け付けられた前記材料の結晶組成を示す情報から前記材料の結晶構造を特定する結晶構造特定ステップと、
前記結晶構造特定ステップにおいて特定された前記材料の結晶構造を示す情報に基づいて、電子状態計算を行い当該材料の電子状態を算出して、当該算出された電子状態を示す情報を前記電子状態情報受付ステップにおける入力とする電子状態算出ステップと、
を更に有する請求項１に記載の蛍光体物性評価方法。
【請求項３】
前記材料の蛍光体用としての前記物性は、励起波長であり、
前記電子状態情報受付ステップにおける入力となる前記材料の電子状態を示す情報は、電子状態計算により算出されたエネルギーギャップであり、
前記評価ステップにおける関係は、前記電子状態計算により算出されたエネルギーギャップと予め定められた係数との積が前記励起波長を評価するためのエネルギーギャップとなる関係である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体物性評価方法。
【請求項４】
前記材料の蛍光体用としての前記物性は、劣化特性であり、
前記電子状態情報受付ステップにおける入力となる前記材料の電子状態を示す情報は、体積弾性率であり、
前記評価ステップにおける関係は、前記体積弾性率と予め定められた係数との積が劣化特性の値となる関係である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体物性評価方法。
【請求項５】
前記材料の蛍光体用としての前記物性は、温度特性であり、
前記電子状態情報受付ステップにおける入力となる前記材料の電子状態を示す情報は、前記材料の結晶格子の基準振動エネルギーを示す情報であり、
前記評価ステップにおける関係は、前記基準振動エネルギーを示す情報を用いて前記材料の温度毎に算出される、熱励起される基準振動の割合と、前記温度特性と、の間の予め定められた所定の関係である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体物性評価方法。
【請求項６】
材料の蛍光体用としての物性を評価する蛍光体物性評価装置であって、
前記材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付手段と、
前記電子状態を示す情報と前記蛍光体用としての物性との間の関係を予め記憶している共に、当該記憶している関係に基づいて、前記電子状態情報受付手段により入力が受け付けられた情報に対して演算を行い前記材料の蛍光体用としての物性を評価する評価手段と、
を備える蛍光体物性評価装置。
【請求項７】
情報処理装置に、材料の蛍光体用としての物性を評価する処理をさせる蛍光体物性評価プログラムであって、
前記情報処理装置に、
前記材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付処理と、
予め前記情報処理装置に記憶されている、前記電子状態を示す情報と前記蛍光体用としての物性との間の関係に基づいて、前記電子状態情報受付ステップにおいて入力が受け付けられた情報に対して演算を行い前記材料の蛍光体用としての物性を評価する評価処理と、
を実行させる蛍光体物性評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の蛍光体用としての物性を評価する蛍光体物性評価方法、蛍光体物性評価装置及び蛍光体物性評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体は、プラズマディスプレイ用途やＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子用発光材料として重要である。これら蛍光体の大きな特徴は、紫外〜真空紫外領域の光が励起光として用いられたときに可視光発光が得られることである。そのため蛍光体用の材料としては、結晶構造が安定なものが求められており、酸化物材料、窒化物材料、及び酸窒化物材料等の母結晶材料が多く使用されている。蛍光体は、これらの母結晶材料に、少なくとも一種類以上の発光する元素を付活して製造される。
【０００３】
これらの材料が蛍光体用として適当であるかどうかを、母結晶の組成や結晶構造のみから判断することは難しい。従って、これらの材料が蛍光体用として適当であるかどうかは、蛍光体用としての物性を評価することにより行われる。蛍光体用としての物性としては、具体的には例えば、紫外〜真空紫外領域の光での光励起の応答性、劣化に対する強度、及び温度特性等がある。従来、これらの物性の評価は、蛍光体を合成した後、物性測定の実験を行うことにより行われていた。例えば、下記の非特許文献１及び２には、実測により評価された物性が記載されている。
【非特許文献１】蛍光体同学会編集，『蛍光体ハンドブック』，オーム社，１９８７年，ｐ．３３４
【非特許文献２】吉松ら，「青色発光ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋蛍光体を用いた試作ＰＤＰパネルの発光特性」，電子情報通信学会技術研究報告ＥＩＤ２００１−４６，ｐ．２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように蛍光体を合成して物性測定の実験を行うことによる蛍光体物性評価方法は、手間がかかり、コスト的にも問題となっていた。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、簡易かつ低コストで材料の蛍光体用としての物性を評価することができる蛍光体物性評価方法、蛍光体物性評価装置及び蛍光体物性評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、材料の電子状態と材料の蛍光体用としての物性との間に関係があることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明に係る蛍光体物性評価方法は、情報処理装置における、材料の蛍光体用としての物性を評価する蛍光体物性評価方法であって、材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付ステップと、予め情報処理装置に記憶されている、電子状態を示す情報と蛍光体用としての物性との間の関係に基づいて、電子状態情報受付ステップにおいて入力が受け付けられた情報に対して演算を行い材料の蛍光体用としての物性を評価する評価ステップと、を有することを特徴とする。ここで、電子状態を示す情報には電子状態計算の結果により得られる情報が含まれる。また、材料の蛍光体用としての物性には、材料から生成される蛍光体の物性が含まれる。
【０００８】
本発明に係る蛍光体物性評価方法では、入力された電子状態を示す情報から情報処理装置における情報処理により、材料の蛍光体用としての物性を評価することができる。従って、本発明に係る蛍光体物性評価方法によれば、物性の評価のために蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての物性を評価することができる。
【０００９】
情報処理装置には、材料の結晶組成を示す情報と当該材料の結晶構造を示す情報とを対応付けて格納した結晶構造データベースが接続されており、材料の結晶組成を示す情報の入力を受け付ける組成情報受付ステップと、結晶構造データベースに格納された情報を参照して、組成情報受付ステップにおいて受け付けられた材料の結晶組成を示す情報から材料の結晶構造を特定する結晶構造特定ステップと、結晶構造特定ステップにおいて特定された材料の結晶構造を示す情報に基づいて、電子状態計算を行い当該材料の電子状態を算出して、当該算出された電子状態を示す情報を電子状態情報受付ステップにおける入力とする電子状態算出ステップと、を更に有することが望ましい。この構成によれば、入力を材料の結晶組成を示す情報とすることができ、物性の評価を更に簡易に行うことができる。
【００１０】
材料の蛍光体用としての物性は、励起波長であり、電子状態情報受付ステップにおける入力となる材料の電子状態を示す情報は、電子状態計算により算出されたエネルギーギャップであり、評価ステップにおける関係は、電子状態計算により算出されたエネルギーギャップと予め定められた係数との積が励起波長を評価するためのエネルギーギャップとなる関係である、ことが望ましい。この構成によれば、蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての励起波長を評価することができる。
【００１１】
材料の蛍光体用としての物性は、劣化特性であり、電子状態情報受付ステップにおける入力となる材料の電子状態を示す情報は、体積弾性率であり、評価ステップにおける関係は、体積弾性率と予め定められた係数との積が劣化特性の値となる関係である、ことが望ましい。この構成によれば、蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての劣化特性を評価することができる。
【００１２】
材料の蛍光体用としての物性は、温度特性であり、電子状態情報受付ステップにおける入力となる材料の電子状態を示す情報は、材料の結晶格子の基準振動エネルギーを示す情報であり、評価ステップにおける関係は、基準振動エネルギーを示す情報を用いて材料の温度毎に算出される、熱励起される基準振動の割合と、温度特性と、の間の予め定められた所定の関係である、ことが望ましい。この構成によれば、蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての温度特性を評価することができる。
【００１３】
ところで、本発明は、上記のように蛍光体物性評価方法の発明として記述できる他に、以下のように蛍光体物性評価装置及び蛍光体物性評価プログラムの発明としても記述することができる。これらはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。
【００１４】
本発明に係る蛍光体物性評価装置は、材料の蛍光体用としての物性を評価する蛍光体物性評価装置であって、材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付手段と、電子状態を示す情報と蛍光体用としての物性との間の関係を予め記憶している共に、当該記憶している関係に基づいて、電子状態情報受付手段により入力が受け付けられた情報に対して演算を行い材料の蛍光体用としての物性を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る蛍光体物性評価プログラムは、情報処理装置に、材料の蛍光体用としての物性を評価する処理をさせる蛍光体物性評価プログラムであって、情報処理装置に、材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付処理と、予め情報処理装置に記憶されている、電子状態を示す情報と蛍光体用としての物性との間の関係に基づいて、電子状態情報受付ステップにおいて入力が受け付けられた情報に対して演算を行い材料の蛍光体用としての物性を評価する評価処理と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、物性の評価のために蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての物性を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面とともに本発明に係る蛍光体物性評価方法、蛍光体物性評価装置及び蛍光体物性評価プログラムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１に本実施形態に係る蛍光体物性評価装置１０を示す。蛍光体物性評価装置１０は、材料の蛍光体用としての物性を評価するための情報処理装置である。物性の評価は、蛍光体物性評価装置１０において、蛍光体物性評価方法が実行されることにより行われる。蛍光体物性評価装置１０たる情報処理装置は、具体的には、ワークステーションやＰＣ（Personal Computer）等が相当する。蛍光体物性評価装置１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等のハードウェアにより構成されており、これらの構成要素がプログラム等により動作することにより後述する蛍光体物性評価装置１０としての機能が発揮される。
【００１９】
図１に示すように、蛍光体物性評価装置１０は、組成情報受付部１１と、結晶構造データベース１２と、結晶構造特定部１３と、電子状態算出部１４と、評価部１５と、入力装置１６とを備える。
【００２０】
組成情報受付部１１は、蛍光体用としての物性の評価対象である材料の結晶組成を示す情報の入力を受け付ける組成情報受付手段である。情報の入力は、入力装置１６から行われる。結晶組成を示す情報としては、具体的には例えば、材料の結晶を構成する元素及びその構成比である。入力が受け付けられた結晶組成を示す情報は、結晶構造特定部１３に送信される。
【００２１】
結晶構造データベース１２は、材料の結晶組成を示す情報と当該材料の結晶構造を示す情報とを対応付けて格納したものである。具体的には例えば、Inorganic Crystal Structure Databaseのような市販のようなものを用いることができる。なお、結晶構造データベース１２は、必ずしも蛍光体物性評価装置１０に備えられている必要はなく、例えばＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークで蛍光体物性評価装置１０に接続されて蛍光体物性評価装置１０からデータが参照されることができればよい。
【００２２】
結晶構造特定部１３は、結晶構造データベース１２に格納された情報を参照して、組成情報受付部１１から送信された材料の結晶組成を示す情報から材料の結晶構造を特定する結晶構造特定手段である。結晶構造の特定は、具体的には、結晶組成をキー情報として結晶構造データベース１２に対して検索を行い、結晶構造データベース１２に格納された結晶に関する格子定数や原子位置の座標データ等の材料の結晶構造を示す情報を取得することにより行われる。ここで、材料の結晶構造を示す情報として原子位置の座標データが取得される場合、通常、その座標データは結晶格子の空間対称性を考慮したものであるため、単位格子に含まれるすべての原子座標を与えるものではない。取得された材料の結晶構造を特定する情報は、電子状態算出部１４に送信される。
【００２３】
電子状態算出部１４は、結晶構造特定部１３により特定された材料の結晶構造を示す情報に基づいて、電子状態計算を行い当該材料の電子状態を算出して、当該算出された電子状態を示す情報を評価部１５に入力とする電子状態算出手段である。電子状態計算は従来から種々の方法が知られており、それらの方法を用いることができる。電子状態算出部１４には、電子状態計算を行うためのアルゴリズムやパラメータ等を予め記憶させておく。電子状態算出部１４により算出される電子状態は、評価部１５による物性の評価に用いられるものである。具体的には例えば、結晶の安定構造、電子状態、バンドギャップ、体積弾性率、及び格子振動の基準振動エネルギー等が相当する。より具体的には後述する。
【００２４】
評価部１５は、電子状態算出部１４から材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける電子状態情報受付手段である。また、評価部１５は、電子状態又は電子状態から導出される値と蛍光体用としての物性との間の関係に基づいて、受け付けられた情報に対して演算を行い、材料の蛍光体用としての物性を評価する評価手段でもある。上記の関係は、式又は条件等として、評価部１５により予め記憶されている。関係、及び評価方法についての具体的な内容については後述する。なお、本実施形態では、材料の電子状態を示す情報は電子状態算出部１４から入力されることとしているが、ネットワーク等により蛍光体物性評価装置１０に接続された外部装置、又は蛍光体物性評価装置１０に備えられる入力装置等から入力されることとしてもよい。その場合、蛍光体物性評価装置１０では、入力された材料の電子状態を示す情報に基づいて、物性の評価のみが行われる（結晶構造の特定、及び電子状態の算出等は行われない）。
【００２５】
入力装置１６は、ユーザにより用いられる、組成情報受付部１１に情報を入力するための装置である。具体的には、キーボード等の装置が相当する。
【００２６】
引き続いて、図２のフローチャートを用いて、本実施形態に係る蛍光体物性評価方法（蛍光体物性評価装置１０において実行される処理）を説明する。まず、ユーザが入力装置１６を用いて、蛍光体用としての物性の評価対象である材料の結晶組成を示す情報の入力を行う。この入力は、結晶組成を示す情報がユーザにより直接入力されてもよいし、予め結晶組成を示す情報を蛍光体物性評価装置１０に格納しておきそれをユーザが指定することにより行われてもよい。入力がなされると、組成情報受付部１１により結晶組成を示す情報が受け付けられる（Ｓ０１、組成情報受付ステップ）。入力が受け付けられた結晶組成を示す情報は、結晶構造特定部１３に送信される。
【００２７】
続いて、結晶構造特定部１３により、入力された結晶組成を示す情報から、材料の結晶構造が特定される（Ｓ０２、結晶構造特定ステップ）。この特定は、上述したように、結晶構造特定部１３が結晶構造データベース１２を参照することにより行われる。このステップにより得られた材料の結晶構造を示す情報は、電子状態算出部１４に送信される。なお、上述したように得られた結晶構造を示す情報が単位格子に含まれるすべての原子座標を与えるものではなく、電子状態算出部１４ですべての原子座標が必要である場合は、電子状態算出部１４への送信前に全ての原子座標を示す情報を取得しておく。
【００２８】
全ての原子座標を示す情報の取得は、例えば、結晶構造描画ソフトを用いて行うことができる。結晶構造描画ソフトとしては、例えば既存のプログラム・パッケージである、Ball and SticksやCrystalDesigner等を用いることができる。また、結晶構造をユーザに確認するため、上記の結晶構造描画ソフトを用いて、蛍光体物性評価装置１０が備える表示装置（図示せず）に材料の結晶構造を表示することとしてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、上記のように情報処理で材料の結晶構造を示す情報を特定することとしているが、ユーザにより例えば文献記載のデータを参照する等して、結晶構造を示す情報が入力されることとしてもよい。その場合は、蛍光体物性評価装置１０では、これ以降に説明する処理のみが行われる。
【００３０】
続いて、電子状態算出部１４により、材料の結晶構造を示す情報に基づいて、電子状態計算を行い当該材料の電子状態を算出して、当該算出された電子状態を示す情報を評価部１５に入力する（Ｓ０３、電子状態算出ステップ）。
【００３１】
続いて、評価部１５により、電子状態を示す情報の電子状態算出部１４からの入力を受け付け、当該電子状態を示す情報に対して演算を行い材料の蛍光体用としての物性を評価する（Ｓ０４、電子状態情報受付ステップ及び評価ステップ）。なお、上述したように本実施形態では、電子状態を示す情報は電子状態算出部１４により算出されているが、ユーザにより入力されることとしてもよい。その場合は、蛍光体物性評価装置１０では、電子状態情報受付ステップ及び評価ステップのみが行われる。評価結果の情報は、例えば、蛍光体物性評価装置１０が備える表示装置（図示せず）に出力されユーザに参照される等する。
【００３２】
上述したように本実施形態によれば、物性の評価のために蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての物性を評価することができる。なお、蛍光体に用いられる材料の結晶構造は複雑なものが多く、しかも単位格子中に含まれる原子数が多いことから、従来、蛍光体に用いられる材料についての電子状態計算を実施した例はほとんど無かった。従って、電子状態計算の結果から蛍光体用としての様々な物性を評価する試みは、これまでなされておらず、そのような手法も存在していなかった。
【００３３】
また、本実施形態のように、結晶組成を示す情報を蛍光体物性評価装置１０に対する入力とし、結晶構造の特定、及び電子状態の算出を行って物性の評価を行うこととすれば、より簡易な入力で物性の評価を更に簡易に行うことができる。
【００３４】
続いて、各実施形態として、評価する蛍光体用としての物性毎に、実施例と併せて説明する。
【００３５】
［第１実施形態］
第１実施形態は、材料の蛍光体用としての物性として、励起波長を評価する場合を示す。
【００３６】
蛍光体用の材料に要求される光学的特性のうち、励起波長を有する励起光に対してどの程度の吸収感度を示すかという光吸収特性は、適切な吸収感度を有するか否かを判断する上で重要な特性である。蛍光体の励起光としては、一般に紫外〜真空紫外領域の波長を有する光が用いられることが多い。特に希ガスのプラズマ発光を利用する蛍光体においては、波長１４７ｎｍ及び１７２ｎｍの光が利用されることから、これらの励起波長の光に対する蛍光体用の材料の光吸収特性を予め知ることは、材料開発を行う上で極めて重要となる。
【００３７】
しかしながら、従来、選定した蛍光体用の材料候補が励起光に対して適切な光学特性を有するか否かを、結晶組成や結晶構造から事前に評価することは極めて困難であった。また、類似の結晶構造でも、構成元素が異なることで光学特性が大きく変化することがあるが、これらを明らかにするために全ての材料候補について蛍光体を合成した後、励起スペクトルを測定するのは実用的ではない。
【００３８】
材料物質が、ある波長の光を吸収するかどうかは、その材料物質のバンドギャップの大きさでほぼ決定される。結晶の電子状態計算では、結晶中の電子が取りうる波動関数の運動量に対して電子のエネルギー値を計算する。ここで得られた電子のエネルギー分布を調べることで、その結晶のバンドギャップを見積もることができる。電子のエネルギー分布は、例えば電子波動関数の運動量に対して電子のエネルギー値をプロットしたバンド図や、あるいは電子のエネルギー値に対して、そのエネルギー値を取りうる電子状態の数密度をプロットした状態密度分布図などから知ることができる。このような電子のエネルギー分布において、特に半導体や絶縁体のような材料物質では、電子のエネルギー分布が存在しない領域があり、これをバンドギャップという。
【００３９】
但し、一般的に電子状態計算で求めたバンドギャップは実測のバンドギャップと厳密には一致しないことが知られている。特に、固体結晶の電子状態計算の基礎的理論となっている密度汎関数理論では、バンドギャップを過小評価する傾向を示すことが知られており、光吸収特性を評価する際には注意が必要である。
【００４０】
本実施形態では、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において算出される電子状態を示す情報は、励起波長に対応するエネルギーギャップである。また、評価部１５に記憶されている関係は、電子状態計算により算出されるエネルギーギャップと励起波長を評価するためのエネルギーギャップとの間の関係式であり、
励起波長を評価するためのエネルギーギャップ＝電子状態計算により算出されるエネルギーギャップ×所定の係数
という式である。
【００４１】
評価ステップ（Ｓ０４）では、上記の関係式に基づいて、励起波長を評価するためのエネルギーギャップを求め、当該エネルギーギャップから励起波長を評価する。上記の所定の係数は、既知の材料についての励起波長の実測値と計算値とから求められる。なお、上記の関係式は本願発明者の研究の結果により見出されたものである。以下に、具体例を述べる。
【００４２】
上記の所定の係数は次のように求められる。まず、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）における方法と同様に、以下のように既知の材料のエネルギーギャップを求める。エネルギーギャップは、電子状態計算から得られる状態密度の計算結果から導出される。状態密度の計算には、各種の理論的方法に基づいた計算プログラムを用いることができ、例えば、ＶＡＳＰやＣＡＳＴＥＰに代表される市販のプログラム・パッケージを用いることができる。状態密度の計算は、結晶構造データベース１２に格納されている実測の格子定数や原子座標の構造パラメータを用いて実施してもよい。また、状態密度の計算は、実測の構造パラメータを初期値として構造最適化計算を実施した後、得られた安定構造について実施することが好ましい。図３に状態密度を図示する。図３において、横軸は電子軌道のエネルギーを表し、縦軸はそのエネルギーを取りうる電子状態の数密度を表す。また、エネルギーが０ｅＶの位置をフェルミレベルという。
【００４３】
蛍光体用の材料の励起波長を評価するには、励起スペクトルの第一ピークに興味があるため、フェルミレベルから伝導バンドの第一ピーク位置までのエネルギーギャップを取る。具体的には例えば、まず、既存の青色蛍光体として知られる、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ（以下、ＢＡＭ蛍光体と略することがある）の母結晶材料であるＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７（以下、ＢＡＭ母結晶と略することがある）について状態密度を計算する。図３に示されるのは、このＢＡＭ母結晶の状態密度である。状態密度のデータから第一ピーク位置のエネルギー値（エネルギーギャップ）（図３において矢印で表す）を読み取ると、６．０ｅＶと求められる。一方、図４に示す、実測したＢＡＭ蛍光体の励起スペクトルから分かるように、第一ピークは１７２ｎｍ（≒エネルギーレベルに変換すると７．２ｅＶ）である。なお、図４において、横軸は励起光の波長であり、縦軸は強度である。これらより、計算値６ｅＶを実測値７．２ｅＶに補正するための上記の関係式における所定の係数は、７．２ｅＶ／６．０ｅＶ＝１．２と求められる。この係数と上記の関係式は、予め評価部１５に記憶させておく。この係数と上記の関係式を用いて、下記のように他の蛍光体用の材料のエネルギーギャップを補正して、励起波長を評価することができる。
【００４４】
まず、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において、上記と同様に電子状態計算によりエネルギーギャップを求める。続いて、評価ステップ（Ｓ０４）において、上記の関係式を用いて励起波長を評価するためのエネルギーギャップを導出し、このエネルギーギャップを波長に変換することにより励起波長を評価する。
【００４５】
例えば、ケイ酸塩蛍光体ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ（以下、ＣＭＳ蛍光体と略することがある）の母結晶材料であるＣａＭｇＳｉ２Ｏ６（以下、ＣＭＳ母結晶と略することがある）についての励起波長の評価を以下に示す。電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において計算された状態密度は、図５に示すようなものになる。この状態密度から、ＣＭＳ母結晶のエネルギーギャップは、７．０ｅＶと求められる。続いて、評価ステップ（Ｓ０４）において、上記の関係式を用いて励起波長を評価するためのエネルギーギャップを計算すると７．０ｅＶ×１．２＝８．４ｅＶとなる。このエネルギーギャップ８．４ｅＶを波長に変換して、ＣＭＳ母結晶の蛍光体用としての励起波長を１４８ｎｍと評価する。
【００４６】
また、蛍光体の励起波長の実測値の測定は、次のように行った。蛍光体が充填されたサンプルホルダーを真空槽内に設置し、０．５Ｐａ以下の真空に保持して、ＵＶ−２０１型真空紫外線励起発光分光評価装置（分光計器株式会社製）を用いて求めた。なお、光源は重水素ランプを用い、掃引速度は６０ｎｍ／ｍｉｎとした。図５に示すように、実測したＣＭＳ蛍光体の励起波長は、１４７ｎｍである。以上の結果を以下の表１に示す。
【表１】
2007071762.tif 000003
【００４７】
表１に示す結果は、本実施形態による方法で励起波長を評価することが可能であるということを示している。即ち、情報処理により材料の励起波長を評価することができる。従って、本実施形態によれば、蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての励起波長を評価することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
第２実施形態は、材料の蛍光体用としての物性として、劣化特性を評価する場合を示す。劣化特性とは、粉砕等の機械的ダメージによる蛍光体の発光特性の変化に関する特性である。劣化特性の値は、具体的には蛍光体の粉砕時輝度維持率である。
【００４９】
蛍光体の開発において、劣化しにくい材料を選定するための指針を得ることは、材料設計上極めて有用である。しかしながら、例えば、蛍光体の結晶粒子が解粉等のプロセスにより発光特性が著しく損なわれる場合があるが、材料の結晶組成や結晶構造自体から、このような劣化特性を評価することは難しい。
【００５０】
本実施形態では、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において算出される電子状態を示す情報は、結晶強度の情報、具体的には体積弾性率である。また、評価部１５に記憶されている関係は、電子状態計算により算出される体積弾性率と劣化特性を評価するための相対的結晶強度との間の関係式であり、
相対的結晶強度＝体積弾性率×所定の係数
という式である。
【００５１】
評価ステップ（Ｓ０４）では、上記の関係式に基づいて、劣化特性を評価するための相対的結晶強度が求められる。なお、上記の関係式は本願発明者の研究の結果により見出されたものである。また、これまで蛍光体用の材料の劣化特性を、体積弾性率のような結晶強度と関連付けて評価する試みは例がない。以下に、具体例を述べる。
【００５２】
上記の所定の係数は次のように求められる。まず、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）における方法と同様に、以下のように既知の材料物質の体積弾性率を求める。体積弾性率は、例えば結晶のセル体積を一様に変化させたときの全エネルギー変化から求められる。一般的には、単位格子のセル体積を±１％変化させて結晶のエネルギーを計算し、得られたエネルギー値をMurnaghanの式でフィッティングすることにより、結晶の体積弾性率を求める。結晶の全エネルギー計算には、第１実施形態で述べたのと同様に各種の理論的方法に基づいた計算プログラムを利用することができる。一方で、体積弾性率を求めた材料物質に係る蛍光体の粉砕時輝度維持率を実測により求めておく。
【００５３】
次に、蛍光体の劣化特性の実測方法について説明する。蛍光体の劣化特性の評価は、蛍光体を粉砕し、粉砕時輝度維持率で評価した（但し、粉砕時輝度維持率は、粉砕後の発光輝度／粉砕前の発光輝度×１００で計算される値である）。粉砕の条件は、蛍光体と粉砕メディアである２ｍｍφのＺｒＯ２ボールとを密閉容器に充填し、乾式ボールミルで３０分間粉砕することで行った。
【００５４】
算出された体積弾性率、実測された劣化特性、及び上記関係式から、所定の係数を求める。例えば、ＣＭＳ母結晶の算出された体積弾性率が１８３（ＧＰａ）、実測された粉砕時輝度維持率が１００であった場合、所定の係数の値は（１００／１８３）となる。この係数と上記の関係式は、予め評価部１５に記憶させておく。この係数と上記の関係式を用いて、下記のように他の蛍光体用の材料の体積弾性率から劣化特性の値である粉砕時輝度維持率を評価することができる。
【００５５】
まず、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において、上記と同様に電子状態計算により体積弾性率を求める。続いて、評価ステップ（Ｓ０４）において、上記の関係式を用いて、相対的結晶強度の値を粉砕時輝度維持率の値とみなして、粉砕時輝度維持率を評価する。
【００５６】
例えば、母結晶材料ＢａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９の蛍光体ＢａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９：Ｅｕ用としての粉砕時輝度維持率の評価を以下に示す。電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において計算された母結晶材料ＢａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９の体積弾性率は、１５２（ＧＰａ）である。上記の関係式を用いて、体積弾性率から相対的結晶強度を導出すると、１５２×（１００／１８３）＝８３となる。なお、実測した蛍光体ＢａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９：Ｅｕの粉砕時輝度維持率は８３である。以上の結果を以下の表２に示す。
【表２】
2007071762.tif 000004
【００５７】
表２に示す結果は、驚くべきことに本実施形態による方法で劣化特性の値である粉砕時輝度維持率を評価することが可能であるということを示している。即ち、情報処理により材料の劣化特性を評価することができる。従って、本実施形態によれば、蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての劣化特性を評価することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
第３実施形態は、材料の蛍光体用としての物性として、温度特性を評価する場合を示す。温度特性とは、一般的に蛍光体の温度上昇に伴い発光強度が低下する傾向をいう。そのため、温度特性に優れた蛍光体が好ましく、この特性を予め知ることは材料設計上重要である。しかしながら、蛍光体の温度上昇に伴う発光強度の低下は、低温になれば回復することが知られているが、その詳細は明らかではない。
【００５９】
そこで本願発明者らは、この変化は蛍光体の化学的変化によるものではなく、結晶の格子振動が関連しているものと考え、電子状態計算に基づく格子振動の計算結果を用いて材料の蛍光体用としての温度特性変化を評価する方法を発明した。即ち、本実施形態においては、温度特性を測定する温度領域において、熱励起の影響を受けやすい基準振動の割合から、材料の蛍光体用としての温度特性変化を評価する。
【００６０】
本実施形態では、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において算出される電子状態を示す情報は、材料の結晶格子の基準振動エネルギーを示す情報である。材料の結晶格子の基準振動エネルギーを示す情報は、電子状態計算に基づく格子振動計算から求められるものである。また、評価部１５に記憶されている関係は、材料の結晶格子の基準振動エネルギーを示す情報と温度特性との間の所定の関係であり、以下の条件により定義される。
【００６１】
基準振動エネルギーをνｉ（ｉ＝１〜Ｎ：Ｎは基準振動の数）とする。この時、以下の式（１）により基準振動エネルギー和の比Ｒｖｅ（Ｔ）が求められる。
【数１】
2007071762.tif 000005
式（１）において、ｈはプランク定数、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは温度をそれぞれ表す。式（１）において分母の和は、基準振動の数Ｎまでをとる。一方、分子の和の上限Ｎ´は、温度特性の測定温度Ｔに対応する波動エネルギーν（Ｔ）以下のエネルギー領域に含まれる、全ての基準振動の数をとる。温度Ｔに対応する波動エネルギーν（Ｔ）は、ν（Ｔ）＝Ｔ／１．４４３３から換算する。
【００６２】
Ｒｖｅ（Ｔ）は、温度Ｔのエネルギーで熱励起される基準振動の割合を表し、Ｒｖｅ（Ｔ）の温度変化が大きいほど結晶格子が熱振動の影響を受けやすいことを示す。即ち、Ｒｖｅ（Ｔ）を、温度特性の値として用いることができる。具体的には、次の値を温度特性の値として用いることができる。
【００６３】
３点の所定の温度（Ｔ０、Ｔ１及びＴ２）それぞれに対して、基準振動エネルギー和の比Ｒｖｅ（Ｔ）（Ｒｖｅ（Ｔ０）、Ｒｖｅ（Ｔ１）及びＲｖｅ（Ｔ２））を求める。これらの値から、指標値として１−（Ｒｖｅ（Ｔ０）−Ｒｖｅ（Ｔｉ））（ｉ＝０，１，２）の値を求める。図６に示すように、上記の式により求められた指標値を、隣り合った温度との間の点を結ぶことにより、温度変化に対する指標値の変化が求められる。このように導出した、温度変化に対する指標値の変化が、本実施形態で評価する温度特性に相当する。上記において、温度Ｔ０が、温度特性評価における基準温度となっている。なお、上記の関係は本願発明者の研究の結果により見出されたものである。また、結晶格子の基準振動エネルギーを示す情報と温度特性との間の関係を示す上述した式及びルールに関しては、温度特性の評価に用いるため予め評価部１５に記憶させておく。また、上記では指標値の変化は３点の温度における基準振動エネルギー和の比Ｒｖｅ（Ｔ）から求めたが、４点以上の複数の温度における値から求めることとしてもよい。
【００６４】
本実施形態における具体例を、ＣＭＳ母結晶を例にとって説明する。表３に、電子状態算出ステップ（Ｓ０３）において算出され評価ステップ（Ｓ０４）での入力として用いる基準振動エネルギーのデータの一部を示す。
【表３】
2007071762.tif 000006
表３に示すように、式（１）における分母の和の上限Ｎは１２０である。また、上記の所定の温度Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ、２５℃（２９８Ｋ），６０℃（３３３Ｋ），１００℃（３７３Ｋ）とする。２５℃は２０８ｃｍ−１の基準振動エネルギーに対応することから、表３より式（１）における分子の和の上限Ｎ´は１７となる。
【００６５】
これらの値から、評価ステップ（Ｓ０４）において、Ｒｖｅ（２５℃）の値を式（１）により計算する。同様に、Ｒｖｅ（６０℃），Ｒｖｅ（１００℃）の値についても計算する。計算結果を表４に示す。
【表４】
2007071762.tif 000007
計算した値から、上述した指標値である１−（Ｒｖｅ（Ｔ０）−Ｒｖｅ（Ｔｉ））を求める。求めた点をつなぎ合わせて温度変化に対する指標値の変化を求め、この変化を本実施形態で評価する温度特性とする。上記のように評価されたＣＭＳ母結晶の温度特性を図６に示す。また、図６には、同様の方法で評価した母結晶材料Ｓｒ２ＭｇＳｉ２Ｏ７（ＡＫＮ）の温度特性も併せて示す。
【００６６】
温度特性は、ある温度（基準温度）における発光強度に対する温度変化に応じた発光強度の変化として実験的には評価される。図７に上記の蛍光体に関して実測した温度特性を示す。図７は、温度が２５℃のときの材料の輝度を１００としたときの、温度変化に応じた輝度維持率を示したものである。図６と図７とを比較するとほぼ同様の形状となっており、本実施形態による方法で温度特性を評価することが可能であることを示している。即ち、情報処理により材料の温度特性を評価することができる。従って、本実施形態によれば、蛍光体を実際に合成して物性測定を行う必要がなく、簡易かつ低コストに材料の蛍光体用としての温度特性を評価することができる。
【００６７】
引き続いて、上述した一連の材料の蛍光体用としての物性を評価する処理を情報処理装置に実行させるための蛍光体物性評価プログラムを説明する。図８に示すように、蛍光体物性評価プログラム３１は、情報処理装置が備える記録媒体３０に形成されたプログラム格納領域３０ａ内に格納されている。
【００６８】
蛍光体物性評価プログラム３１は、物性の評価処理を統括的に制御するメインモジュール３１ａと、材料の電子状態を示す情報の入力を受け付ける処理を情報処理装置に実行させる電子状態情報受付モジュール３１ｂと、予め情報処理装置に記憶されている、電子状態を示す情報と蛍光体用としての物性との間の関係に基づいて、入力が受け付けられた情報に対して演算を行い材料の蛍光体用としての物性を評価する処理を情報処理装置に実行させる評価モジュール３１ｃとを備えて構成される。電子状態情報受付モジュール３１ｂ及び評価モジュール３１ｃを実行させることにより実現される機能は、蛍光体物性評価装置１０が備える評価部１５の機能と同様である。
【００６９】
なお、蛍光体物性評価プログラム３１は、その一部若しくは全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る蛍光体物性評価装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る蛍光体物性評価方法を示すフローチャートである。
【図３】ＢＡＭ母結晶の状態密度を示すグラフである。
【図４】ＢＡＭ蛍光体及びＣＭＳ蛍光体の励起スペクトルを示すグラフである。
【図５】ＣＭＳ母結晶の状態密度を示すグラフである。
【図６】第３実施形態において評価された母結晶材料の温度特性の例を示す図である。
【図７】実測された蛍光体の温度特性の例を示す図である。
【図８】本発明に係る蛍光体物性評価プログラムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…蛍光体物性評価装置、１１…組成情報受付部、１２…結晶構造データベース、１３…結晶構造特定部、１４…電子状態算出部、１５…評価部、１６…入力装置、３０…記録媒体、３０ａ…プログラム格納領域、３１…蛍光体物性評価プログラム、３１ａ…メインモジュール、３１ｂ…電子状態情報受付モジュール、３１ｃ…評価モジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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