JPH07119415B2 - テルビウム−テルル酸化物及びその製造方法 - Google Patents

テルビウム−テルル酸化物及びその製造方法

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JPH07119415B2
JPH07119415B2 JP63295765A JP29576588A JPH07119415B2 JP H07119415 B2 JPH07119415 B2 JP H07119415B2 JP 63295765 A JP63295765 A JP 63295765A JP 29576588 A JP29576588 A JP 29576588A JP H07119415 B2 JPH07119415 B2 JP H07119415B2
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    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は優れた蛍光特性を有する希土類−テルル酸化物
を有効成分とする蛍光材料、及び新規な希土類−テルル
酸化物をその製造方法に関する。
従来の技術 従来、化合物結晶に付活イオンとして希土類イオンを置
換固溶させたものが、高演色性、高輝度蛍光体や固体レ
ーザ材料などとして用いられている。こうした固溶体で
は、母体結晶の種類にあまりよらず、希土類イオンの示
す蛍光が観測できることが特徴であるが、蛍光効率を向
上させるためには希土類イオンの濃度を高くする必要が
ある。しかし一方で、イオン濃度を増加してゆくと、イ
オン間での相互作用が起こり始め、励起されたエネルギ
ーが期待する蛍光とならずに他の遷移過程へ漏れてい
く、いわゆる蛍光の「濃度消光」が顕著となる。このた
めこの種の蛍光体では、希土類イオンの濃度はせいぜい
2〜3モル%までであり、濃度がこれより高くなると発
光効率が著しく低下する。そのうえ、母体結晶へ一定の
低い濃度のイオンを均質に固溶することは、技術的にも
難しい。例えばガーネットやアルミナなど母体結晶とす
る大出力レーザ材料の開発には、希土類イオンの添加に
伴う結晶の完全性や、均質性がしばしば問題となってい
る。
そこで、最近の光情報関連技術の急速な進歩に伴って要
請されている、平面表示用材料や記録媒体として、ある
いは光源として実用的な蛍光体や発光体となる、新しい
希土類純粋蛍光体の開発は不可欠と考えられ、希土類イ
オンを組成とした、発光効率の高い化合物の開発が検討
されてきた。NdP5O14、LiNd4P4O12などは、こうした背
景からは見出された化合物として知られている。しかし
ながらこれらリン酸塩系の化合物の場合、湿度に対する
安定性や耐熱性などに問題があり、実用的な開発段階に
至っていないのが実情である。
一方、これまで希土類−テルル酸化物、特にR2Te4O
11(Rは希土類元素)の組成を有する化合物は、M.J.Re
dman等のJournal of the Less−Common Metals 16p.40
7−p.413(1968)、N.V.Ovcharenko等の、Optico−Mekh
ani−cheskaya Prom p.37−p.40(1971)、V.V.Safo
nov等のRussian Journal of Inorganic Chemistry 25
(3)p.482−p.483(1980)等に報告があり、弱い蛍光
特性を示すものであることが知られているが、希土類元
素としてテルビウムを含むR2Te4O11型の化合物とその蛍
光特性については報告されていない。又、C.Parada等の
Inorganica Chimica Acta 111p.197−p.199(1986)に
はLn2Te4O11(Ln=Ce、Pr、Tb)で表わされる化合物が
示されているが、蛍光特性についての記述はない。
発明が解決しようとする課題 本発明は、上述の要請に応え、製造が容易で、優れた発
光特性と安定性を有し、かつ希土類イオン濃度の高い、
新規な希土類化合物蛍光材料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 本発明は、化学式(Y1-xTbx2Te4-yO11-2y(但し0.01
≦x≦1、0≦y≦0.25)で表わされるテルビウム−テ
ルル酸化物を有効成分とする蛍光材料である。又本発明
は、化学式Tb2Te4-yO11-2y(但し0<y≦0.25)で表わ
されるテルビウム−テルル酸化物、あるいはTbの一部を
イットリウム(Y)で置換した、化学式(Y1-xTbx2Te
4-yO11-2y(但し0.01≦x<1、0≦y≦0.25)で表わ
されるテルビウム−テルル酸化物である。
又本発明は、(a)Te又はTe酸化物と、(b)Tb又はTb
酸化物と、所望により(c)Y又はY酸化物とを、ほぼ
化学量論比で混合し、熱処理して反応させることを特徴
とする、上記テルビウム−テルル酸化物の製造方法を提
供する。
作用 Tb2Te4O11は格子定数a=1.25nm、b=0.512nm、c=1.
61nm、β=106℃の単斜晶系に属する結晶構造を有す
る。実施例1に示す表1は、この化合物の粉末X線回折
の結果を示したものであるが、Tb2Te4-yO11-2yにおいて
も0<y≦0.25の範囲で同じ結晶構造をとることが確認
された。y>0.25ではこの結晶形を保持し得ず、六方晶
系のTb2TeO6を生成するものと考えらる。尚、Tb2Te4-yO
11-2yの一部をYで置換した(Y1-xTbx2Te4-yO11-2y
形の化合物も、同様の結晶構造をとる。
上記一般式で示される化合物は、いずれも高効率の緑色
蛍光体であって、約33モル%の高い希土類イオン濃度を
有するにもかかわらず、極めて高い蛍光強度を示し、例
えばTb2Te4O11の発光強度は、前述の文献に記載されて
いるTbを含まないR2Te4O11化合物に比べて10倍以上であ
る。
第1図は、励起光に波長375nmの紫外線を用いて測定さ
れたTb2Te4-yO11-2yの発光スペクトルである。各ピーク
は図中に示したとおり、それぞれ5D47F65D47F5
5D47F4の各エネルギー遷移に帰属するものと考えられ
る。
Tbの一部をYで置換した化合物も又強い発光を示し、そ
の強度は置換量に応じて変化する。第2図は、式(Y1-x
Tbx2Te4-yO11-2y(0.01≦x≦1)で示されるY置換
体において、Tb3+の濃度xが変化したときの、波長約55
0nmの蛍光(5D47F5遷移に対応する)の強度の変化を
示したものである。横軸がTbのモル分率、縦軸が相対発
光強度である。この図から明らかな通り、この蛍光はTb
3+イオン濃度に関して濃度消光を起こさず、Tb3+イオン
濃度xが高くなるほど強度が大きくなる。これは母結晶
中に付活イオンとしてのTb3+を置換固溶させた従来の付
活型蛍光体が、濃度消光のためTb3+濃度2〜3%で強度
が最大となり、それより濃度が高くなると発光効率が極
端に低下するのに比べて、特異な性質である。
又耐湿性も良好であり、この点において公知の純粋蛍光
体であるリン酸塩系の希土類化合物と比較して優れてい
る。
本発明のテルビウム−テルル酸化物は、各成分金属又は
その酸化物の固相反応により製造される。酸化物原料と
しては、TbやYの場合、三二酸化物、四七酸化物など、
Teの場合はTeO2などを使用する。各原料はほぼ化学量論
比、即ち金属の原子比でおよそTe:Tb:Y=4:2x:2(1−
x)の比率となるように混合する。これらの原料を反応
させるには、例えばボールミルなどを用いて混合し、乾
燥、粉砕した後、成分間の反応が行われるのに十分な温
度、時間をかけて熱処理を行う。反応温度は650℃以
上、望ましくは750〜850℃程度であり、反応時間は温度
にもよるが、3〜40時間だ適当である。
例えばTb4O7とTeO2を熱処理すると、次の反応式に示す
反応が起こるものと考えられる。
1/2Tb4O7+4TeO2→Tb2Te4O11+1/4O2 熱処理温度が比較的高温であると、時間の経過とともに
TeO2が脱離する。
Tb2Te4O11→Tb2Te4-yO11-2y+yTeO2 従って熱処理条件により、完全な(Y1-xTbx)2Te4O11
形の酸化物から、若干のTeO2が欠損した酸化物(Y1-xTb
x)2Te4-yO11-2y(0.01≦x≦1、0<y≦0.25)が得
られる。尚、熱処理が高温、長時間に及ぶとTb2TeO6
どに分解するので、反応条件を適切に選択する必要があ
る。
本発明の化合物は、単結晶にすると発光強度が飛躍的に
向上する。単結晶の育成は、通常のフラックス法などで
行う。
本発明のテルビウム−テルル酸化物を、蛍光材料として
用いるには、成形体や粉末として、あるいは付活性担体
粉末に担持させたり、塗料化して基体上に塗布し、蛍光
体被膜として実用に供する。他の顔料等と混合してもよ
い。
実施例 実施例1 TeO2とTb4O7をモル比でほぼ8:1となるように混合し、エ
タノールを加えてボールミル中で湿式混合し、乾燥、粉
砕した。得られた粉末を、アルミナ製るつぼに入れ、抵
抗加熱炉により空気中750℃で約12時間焼成を行って、
白色の粉末を得た。
この粉末について、エネルギー分散型X線マイクロアナ
ライザー及び誘導結合プラズマ発光分光による化学組成
分析と、粉末X線回折による結晶相の解析を行ったとこ
ろ、式Tb2Te4O11に対応する化合物であった。結晶形
は、格子定数がa=1.25nm、b=0.512nm、c=1.61n
m、β=106゜で、単斜晶系に属する。この化合物の粉末
X線回折の結果を表1に示す。
次にこの化合物の発光特性を調べた。この化合物に、励
起源としてキセノンランプにより波長375nmの紫外線を
照射したところ、緑色の蛍光を発した。発光スペクトル
を第1図に示す。
実施例2 TeO2とTb4O7をほぼ9:1のモル比で混合し、実施例1と同
様にして800℃で約24時間焼成を行って、白色の粉末を
得た。
生成物は元素分析及びX線回折により式Tb2Te4-yO11-2y
に対応する化合物であることが確認され、X線回折パタ
ーンは、実施例1と同じ結晶形を示した。
この化合物は、実施例1と同様強い蛍光を示した。蛍光
スペクトルの形は実施例1とほぼ同一であった。
実施例3 実施例2で得られたTb2Te4-yO11-2yの粉末に、フラック
スとして10重量%の塩化リチウムを加えてペレットに成
形し、700℃で3日間溶融し、徐冷して直径2〜3μm
程度の大きさの六角板状結晶を得た。これを種結晶にし
て、更にTb2Te4-yO11-2yの粉末と10重量%の塩化リチウ
ムの混合物を700℃で6日間溶融し、次いで炉内徐冷を
行って、直径約10μmの六角板状のTb2Te4-yO11-2y単結
晶を得た。
蛍光強度は550nmの発光波長で、実施例2の約4倍であ
った。
実施例4 TeO2、Tb4O7及びY2O3を原料として用い、TbとYの合計
とTeとの原子比をほぼ1:2とし、TbとYの原子比を1:0〜
0.01:0.99まで種々変化させて混合し、それぞれ750℃で
3時間熱処理して反応させた。
得られた化合物は(Y1-xTbx2Te4-yO11-2y(xは0.01
≦x≦1の範囲でYとTeの混合比によって決まる。)で
あることが確認された。結晶形は実施例1と同一であっ
た。
この化合物のTb3+の比率が変化したときの、波長550nm
の蛍光の強度の変化を調べ、第2図に示した。
尚、このY置換体の発光スペクトルの形は第1図とほぼ
同形であるが、x<0.1では400〜450nm付近に5D3順位か
らの発光が観測される。波長375nmの紫外線で励起され
た(Y0.99Tb0.012Te4-yO11-2yの発光スペクトルを、
第3図に示した。
発明の効果 本発明の蛍光材料は、優れた発光特性を有しており、従
来の化合物結晶にTb3+イオンを置換固溶させたものに比
べて、Tb3+イオンが高濃度であるにも拘らず発光効率が
高く、しかも少量のイオンを均一に固溶させる困難が解
消され、均質な化合物が容易に製造できる特徴がある。
又安定性も優れており、種々のランプ用や固体レーザ、
光センサ、光記録材料等の光関連材料としての用途が期
待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、波長375nmの紫外線で励起されたTb2Te4O11
発光スペクトルである。第2図は(Y1-xTbx2Te4-yO
11-2yで表わされる化合物において、Tb3+の比率が変化
したときの波長550nmにおける蛍光強度の変化を示した
ものであり、第3図は(Y0.99Tb0.012Te4-yO11-2y
発光スペクトルである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学式(Y1-xTbx2Te4-yO11-2y(但し0.0
    1≦x≦1、0≦y≦0.25)で表わされるテルビウム−
    テルル酸化物を有効成分とする蛍光材料。
  2. 【請求項2】化学式Tb2Te4-yO11-2y(但し0<y≦0.2
    5)で表わされるテルビウム−テルル酸化物。
  3. 【請求項3】化学式(Y1-xTbx2Te4-yO11-2y(但し0.0
    1≦x<1、0≦y≦0.25)で表わされるテルビウム−
    テルル酸化物。
  4. 【請求項4】(a)Te又はTe酸化物と、(b)Tb又はTb
    酸化物と、(c)Y又はその酸化物とをほぼ化学量論比
    で混合し、熱処理して反応させることを特徴とする、請
    求項3に記載されたテルビウム−テルル酸化物の製造方
    法。
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