(57)【要約】      （修正有）【課題】製造過程における劣化を抑制でき、優れた耐劣化性及び発光強度を有する紫外線発光蛍光体の提供。【解決手段】紫外線発光蛍光体として、イットリウム元素、スカンジウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素から構成される蛍光体［（Ｙ1−XＳｃX）ＡｌＯ3（但し、０＜X＜１）で表される]であって、真空紫外線又は電子線の照射により励起されて紫外線を発光する紫外線発光蛍光体。また、紫外線発光蛍光体を用いた発光素子、発光装置。前記組成式のＸが０．００７≦Ｘ≦０．５０である紫外線発光螢光体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリウム元素、スカンジウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素から構成される蛍光体であって、真空紫外線又は電子線の照射により励起されて紫外線を発光することを特徴とする
紫外線発光蛍光体。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外線発光蛍光体において、
一般式（Ｙ1−XＳｃX）ＡｌＯ3（但し、０＜ｘ＜１）であることを特徴とする
紫外線発光蛍光体。
【請求項３】
請求項２に記載の紫外線発光蛍光体において、
０．００７≦ｘ≦０．５０であることを特徴とする
紫外線発光蛍光体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線発光蛍光体を用いることを特徴とする
発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子を備えることを特徴とする
発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を発光する紫外線発光蛍光体に関し、特に優れた耐劣化性及び発光強度を有する紫外線発光蛍光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、紫外線の用途は、医療分野や光触媒分野等の様々な分野に拡大しており、紫外線発光分野は、産業的な価値が高まっている。紫外線は、DNAとの相互作用が強く、インフルエンザウイルスやノロウイルスあるいはカンジタ等の真菌類の殺菌や無害化に有効であり、遺伝子の耐性化を伴わないクリーン殺菌として水や動植物の殺菌、病院や家庭での空気殺菌や器具殺菌に有効であるばかりでなく、難分解物質の分解や化学物質の合成等への応用、医療応用など広い分野での活用が期待されている。このような産業上の高いニーズを背景として、紫外線発光を呈することのできる発光体の開発及び改良が進められている。
【０００３】
紫外線発光を呈する発光体としては、現在のところ、主に水銀を使用した水銀ランプが使用されている。この理由は、水銀ランプが、低コストで製造できることや、高エネルギーの発光が簡易に得られるためである。
【０００４】
しかし、水銀ランプは、発光波長を可変とする制御ができず、また寿命も短い等の問題が指摘されてきた。それに加えて、現在では、水銀は自然環境に与える負荷が大きいことが問題視されてきており、環境保護の観点から、今後は、水銀の製造が禁止される法的規制の施行も予定されている。このような背景から、水銀を使用しない（水銀フリーの）紫外線発光光源の開発が早急に求められている。
【０００５】
従来の水銀を使用しない紫外線発光を呈する光源としては、例えば、ＺｎＡｌ2Ｏ４蛍光体に電子線を励起源として照射して、紫外線を発光させるものが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】井口ら、信学技報、５−８頁、社団法人 電子情報通信学会、２０１１年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の紫外線を発光させる蛍光体（例えば、ＺｎＡｌ2Ｏ４）では、還元雰囲気下での焼成が要求されることから、製造過程におけるランプの工程（５００〜７００℃での大気焼成）での工程劣化が著しいという課題がある。その劣化の影響もあり、従来の紫外線発光蛍光体は、紫外線の発光量が不十分なものとなり、実用化に要求される発光強度までは到達できていないという状況である。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、製造過程における劣化を抑制でき、優れた耐劣化性及び発光強度を有する紫外線発光蛍光体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、極めて高い発光強度の紫外線を発光する新たなタイプの紫外線発光蛍光体を見出した。さらに、当該紫外線発光蛍光体が、工程劣化が極めて小さいという優れた特徴を備えているという優れた特性も見出し、本発明を導き出した。
【００１０】
即ち、本願に開示する紫外線発光蛍光体として、イットリウム元素、スカンジウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素から構成される蛍光体であって、真空紫外線又は電子線の照射により励起されて紫外線を発光する紫外線発光蛍光体が提供される。また、本願に開示する紫外線発光蛍光体を用いることを特徴とする発光素子も提供される。また、本願に開示する発光素子を備える発光装置も提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る紫外線発光蛍光体のＸ線回折結果を示す。
【図２】本発明の実施例１に係る紫外線発光蛍光体のＸ線回折結果を示す。
【図３】本発明の実施例１に係る紫外線発光蛍光体のＸ線回折結果を示す。
【図４】本発明の実施例１に係る紫外線発光蛍光体による紫外線発光についての発光強度スペクトルの結果を示す。
【図５】本発明の実施例１に係る紫外線発光蛍光体による紫外線発光についての発光積分強度をイットリウム元素（Ｙ）の配合割合（１−ｘ）ごとにプロットしたグラフを示す。
【図６】本発明の実施例２に係る紫外線発光蛍光体及び比較例（蛍光体ZnAl2O4及びYAlO3:Pr）の耐劣化性評価に関する発光強度スペクトルの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願に開示する紫外線発光蛍光体は、イットリウム元素、スカンジウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素から構成される蛍光体であって、真空紫外線又は電子線の照射により励起されて紫外線を発光する紫外線発光蛍光体であれば、特に限定はされない。
【００１３】
励起源は、特に限定されないが、真空紫外線又は電子線を用いることができる。真空紫外線とは、波長２００ｎｍ以下の紫外線を指し、例えば、波長１４７ｎｍの紫外線や、波長１７２ｎｍの紫外線等を用いることができる。
【００１４】
本願に開示する紫外線発光蛍光体は、このような真空紫外線又は電子線の照射によって、各種の波長域の紫外線を発光することができる。また、還元雰囲気下での焼成が要求されないことから、従来の紫外線発光蛍光体に比べて極めて高い耐久性が得られる。
【００１５】
本願に開示する紫外線発光蛍光体は、イットリウム元素（Ｙ）、アルミニウム元素（Ａｌ）、スカンジウム元素（Ｓｃ）から構成される蛍光体であれば特に限定されないが、その一例として、一般式（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3（但し、０＜ｘ＜１）として表すことができる。
【００１６】
この紫外線発光蛍光体（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3は、スカンジウム元素（Ｓｃ）の配合割合が比較的少ないほうが、強い発光強度が得られやすく、その一方で、少な過ぎると十分な発光が得られ難くなる傾向にある。このような観点から、０．００７≦ｘ≦０．５０であることがより好ましい。さらに強いピーク波長を有する発光が得られやすいという観点からは、０．００７≦ｘ≦０．４０であることがより好ましい。
【００１７】
実際に、本発明者は、イットリウム元素（Ｙ）の配合割合（１−ｘ）が０．６０を超えると（即ち、ｘが０．４０より小さい場合）、紫外線発光についての発光積分強度（ａ．ｕ．）が飛躍的に向上することを確認している（後述の実施例参照）。さらに、イットリウム元素（Ｙ）の配合割合（１−ｘ）が０．６０を超えると、本願に係る紫外線発光蛍光体のピーク波長が約３００ｎｍから徐々に短波長化することも確認している。即ち、この紫外線発光蛍光体（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3は、より好ましくは、０．００７≦ｘ≦０．４０であり、その場合には、ピーク波長が約３００ｎｍよりも短波長の紫外光が得られると共に、その発光積分強度も飛躍的に向上するという優れた特性を発揮することができる。
【００１８】
本願に係る紫外線発光蛍光体は、発光される紫外光を利用する用途であれば、その用途は特に限定されないが、このような短波長の紫外光が高い発光強度で得られるという点から、例えば、殺菌用途（殺菌ランプ等）として利用することができる。このことから、本願に係る紫外線発光蛍光体は、殺菌用途として従来から主に使われている水銀ランプに代替可能な光源になり得る。
【００１９】
例えば、この紫外線発光蛍光体（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3は、上述の殺菌用途に特化して利用する場合には、殺菌用途に好適なピーク波長が約３００ｎｍ以下という短波長が得られる点で、０．００７≦ｘ≦０．４であることが好ましく、さらに殺菌用途により好適なピーク波長が約２９０ｎｍ以下という短波長が得られる点で、０．００７≦ｘ≦０．２５であることがより好ましく、例えば、強い殺菌能力が要求される用途では、ピーク波長が約２６０ｎｍ〜約２７０ｎｍ以下という短波長が得られる点で、０．００７≦ｘ≦０．１０であることがさらに好ましい。即ち、本願に係る紫外線発光蛍光体は、殺菌用途に適する約３００ｎｍ以下（特に、２６０ｎｍ〜２７０ｎｍ）の発光ピークを示す紫外光を発光できるという優れた特性を有する。
【００２０】
このように、本願に開示する紫外線発光蛍光体は、真空紫外線を照射することによって、高い発光強度が得られるという優れた効果のみならず、さらに、還元雰囲気下での焼成が要求されないことから、従来の紫外線発光蛍光体に比べて極めて高い耐久性が得られるものであり、実際に、工程劣化し難いという優れた特性も確認されている（後述の実施例参照）。
【００２１】
本願に係る紫外線発光蛍光体が、上記の優れた効果を奏するメカニズムは未だ詳細には解明されていないが、蛍光体を構成するイットリウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素の各元素から構成される原子の物理的配置に対して、スカンジウム元素が好適に適合して発光中心として発光を有意に促進する構成が得られ、強い紫外光を発光する構造的要因が内在しているものと推察される。即ち、真空紫外線又は電子線が照射されることによって、原子レベルで紫外線帯域の光を特異的に発光するエネルギーレベルに遷移しやすくなっているものと推察される。
【００２２】
蛍光体を構成するイットリウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素の各元素から構成される原子の物理的配置によって、スカンジウム元素が原子レベルで価数変化し難い状況を維持していることが考えられ、それによって、外部からの熱や化学変化に対して劣化し難い状況を形成していることが推察される。
【００２３】
本願に係る紫外線発光蛍光体を得る方法としては、各構成元素を含む化合物（例えば、酸化物）を原料に用いて、所望とする蛍光体の組成となるような化学量論的な割合で混合する。例えば、この原料としては、酸化アルミニウム(Al2O3)及び酸化イットリウム（Y2O3）、酸化スカンジウム（Sc2O3）の各粉末を用いることができる。
【００２４】
本願に係る紫外線発光蛍光体は、この原料を混合して得られた粉体を大気雰囲気下で高温焼成することにより得られる。この高温焼成は、大気雰囲気下において温度１０００℃〜１３５０℃で、３０分〜１０時間行うことによって、紫外線発光蛍光体を得ることができる。
【００２５】
このようにして得られる紫外線発光蛍光体の用途は多岐にわたる。例えば、本願に係る紫外線発光蛍光体が発光する紫外光を用いて、各種の殺菌対象物に対して殺菌を行うことによって、紫外線による残留物や環境ダメージが抑制されたクリーンな殺菌を行うことができる。また、この紫外光を用いることによって、難分解物質（例えばホルムアルデヒド及びPCBなど）の分解処理を行うことや、新規な化学物質の合成（例えば光触媒物質など） を行うこともできる。また、この紫外光を用いることによって、難治性疾患（例えばアトピー性皮膚炎など）の治療及び院内感染の予防などの各種の医療分野への応用も可能となる。
【００２６】
また、このような紫外線発光蛍光体を含む各種の発光素子として利用することができる。また当該発光素子を備える発光装置として利用することもできる。
【００２７】
本発明の特徴を更に明らかにするため、以下に実施例を示すが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
（１−１）蛍光体の製造
原材料に原材料に酸化アルミニウム(Al2O3)及び酸化イットリウム（Y2O3）、酸化スカンジウム（Sc2O3）を用いて所望とする蛍光体の組成となるような化学量論的な割合で混合した。混合した粉体を大気雰囲気下で１３００℃で５時間焼成した。
【００２９】
（１−２）蛍光体の同定
上記で得られた焼結体（Ｓｃの配合比率ｘ：０．００７、０．０２、０．１０、０．２５、０．３０、０．４０、０．５０、０．７５）の各々に対して、線源がＦｅＫαのＸ線回折装置で取得したＸ線回折結果を図１〜図３に示す。図１〜図３で得られたピーク値から、いずれの焼結体においても、確かに（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3（但し、０＜ｘ＜１）が結晶化していることが確認された。特に、このＸ線回折結果から、Ｓｃ配合比率が０．０２以下の場合の主生成物の結晶構造は、ＹＡｌＯ３相（空間群Ｐｎｍａ)であることが確認された。また、Ｓｃ配合比率が０．１以上の場合の生成物の結晶構造については、２θが２０°以下のピークが検出されており、これはＹＡｌＯ３相（空間群Ｐ６３/ｍｍｃ)であることが確認された。また、Ｓｃ配合比率が０．１０以上の場合の生成物の結晶構造については、これら２種類のＹＡｌＯ３相（空間群Ｐｎｍａ及びＰ６３/ｍｍｃ)が混在していることが確認された。
【００３０】
（１−３）発光強度の測定
上記で得られた蛍光体に対して、励起波長１４６ｎｍの重水素ランプＬ１８３５（浜松ホトニクス社製）を光源とする真空紫外線を照射し、この照射により得られた発光についての発光強度スペクトルの結果を図４に示す。図４の発光強度スペクトルのグラフでは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に発光強度（発光積分強度）（ａ．ｕ．）を示している。また、この発光強度スペクトルの結果に基づく発光積分強度を、イットリウム（Ｙ）の配合比率（１−ｘ）ごとにプロットしたグラフを図５に示す。
【００３１】
図４の結果から、本実施例に係る紫外線発光蛍光体（Ｙ１−ＸＳｃＸ）ＡｌＯ３は、いずれも、真空紫外線励起によって、紫外領域の発光が得られたことが確認された。このうち、特に、０．００７≦ｘ≦０．５０の蛍光体では、より強いピーク波長が確認された。さらに、このうち、０．００７≦ｘ≦０．４０の蛍光体では、さらに鋭いピーク波長が確認された。
【００３２】
また、図５の結果からも、本実施例に係る紫外線発光蛍光体（Ｙ１−ＸＳｃＸ）ＡｌＯ３は、いずれも、真空紫外線励起によって、紫外領域の発光が得られたことが確認された。特に、イットリウム元素（Ｙ）の配合割合（１−ｘ）が０．６０を超えた時点で（即ち、ｘが０．４０より小さくなった時点で）、紫外線発光についての発光積分強度（ａ．ｕ．）が飛躍的に向上していることが確認されたと同時に、ピーク波長が約３００ｎｍから徐々に短波長化したことも確認された。
【００３３】
即ち、本実施例における紫外線発光蛍光体（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3は、特に限定されないが、０．００７≦ｘ≦０．５０の場合にはより強いピーク波長が確認され、さらに、０．００７≦ｘ≦０．４０の場合には、ピーク波長が約３００ｎｍよりも短波長の強い紫外光が得られると同時に、その発光積分強度も飛躍的に向上するという優れた特性を発揮することが確認された。
【００３４】
（実施例２）
（２−１）耐劣化性評価
上記の実施例１で得られた紫外線発光蛍光体（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3に対して、耐劣化性評価（耐久性評価）を行った。なお、比較例として、従来から知られている蛍光体ZnAl2O4及びYAlO3:Prに対しても耐久性評価を行った。（サンプル：比較例(ZnAl2O4)、比較例（YAlO3:Pr）、本実施例（（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3））
【００３５】
混合比について蛍光体：溶媒＝１：１として、ガラス瓶内で５分間撹拌して混合し、得られた混合液をアルミナ皿に流し拡げた。大気雰囲気下において７００℃で３０分焼成後、得られた粉末を薬さじで回収した。回収した粉を測定用フォルダーに詰めて、重水素ランプL1835（浜松ホトニクス社製）を光源に用いて、励起波長146nmにおける発光スペクトルを励起用真空紫外分光システム（日本分光社製）を測定装置として用いて発光スペクトル測定し評価を行った。
【００３６】
得られた発光スペクトルを図６に示すと共に、この発光スペクトルから積分強度を算出した場合の強度変化を以下の表に示す。
【００３７】
【表１】
2017101122.tif 000003
【００３８】
得られた結果から明らかなように、比較例ZnAl2O4及びYAlO3:Prは低下が見られたが、本実施例（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3は低下は見られず、寧ろ、強度が高められたことが確認された。この違いの原因としては、熱及び有機溶媒に対する影響の受け易さの違いが考えられる。即ち、本実施例（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3は、比較例の蛍光体よりも、熱及び有機溶媒に対しても、極めて安定であることが示された。また、他の観点からは、本実施例に係る蛍光体（Ｙ1−xＳｃx）ＡｌＯ3においては、Scの価数変化が生じ難い状況が形成されていることが推察され、それによって、様々な外的要因に対する耐劣化性が強化されていることが考えられる。
【図１】
2017101122.tif 000004
【図２】
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【図３】
2017101122.tif 000006
【図４】
2017101122.tif 000007
【図５】
2017101122.tif 000008
【図６】
2017101122.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月27日(2017.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリウム元素、スカンジウム元素、アルミニウム元素、及び酸素元素から構成される蛍光体であって、一般式（Ｙ１−ＸＳｃＸ）ＡｌＯ３（但し、０＜ｘ＜１）で表され、真空紫外線又は電子線の照射により励起されて紫外線を発光することを特徴とする
紫外線発光蛍光体。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外線発光蛍光体において、
０．００７≦ｘ≦０．５０であることを特徴とする
紫外線発光蛍光体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の紫外線発光蛍光体を用いることを特徴とする
発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の発光素子を備えることを特徴とする
発光装置。