JPH03221586A - 光変換体 - Google Patents
光変換体Info
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- JPH03221586A JPH03221586A JP1713290A JP1713290A JPH03221586A JP H03221586 A JPH03221586 A JP H03221586A JP 1713290 A JP1713290 A JP 1713290A JP 1713290 A JP1713290 A JP 1713290A JP H03221586 A JPH03221586 A JP H03221586A
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Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ｅ産業上の利用分野］
本発明は二量子発光に用いる光変換体に関するものであ
る。
る。
従束の技術］
放り１源からの入射光を吸収励起し、入射光より長い波
長に変換して発光する光変換体としては木発明者による
特開昭６２−１７６０４４号、米国特許第４７１９３８
６号に示されるものが既にある。
長に変換して発光する光変換体としては木発明者による
特開昭６２−１７６０４４号、米国特許第４７１９３８
６号に示されるものが既にある。
この光変換体は一般の蛍光ランプに用いる蛍光体に対し
て高い発光効率を持ち得る新たな光変換体として期待さ
れているものである。
て高い発光効率を持ち得る新たな光変換体として期待さ
れているものである。
［発明が解決しようとする課題］
ところで光の原子構造〈励起準位）内での放出や吸収（
励起）はｒＰａｕ Ｉ ｉの排他律」という法則により
、原則的にはこの法則に基づいた範囲でしか起こり得な
いことが分かっており、大略言えば主量子数（ｎ）間で
１だけの違いのある系列単位でしか光遷移しえない。つ
まりｎ＝１．２゜３に対応してＳ、Ｐ、Ｄ、Ｆ・・・と
いうアルファヘットで系列が示されているが、Ｓと０間
や、Ｓと１間では起こりにくいということである。
励起）はｒＰａｕ Ｉ ｉの排他律」という法則により
、原則的にはこの法則に基づいた範囲でしか起こり得な
いことが分かっており、大略言えば主量子数（ｎ）間で
１だけの違いのある系列単位でしか光遷移しえない。つ
まりｎ＝１．２゜３に対応してＳ、Ｐ、Ｄ、Ｆ・・・と
いうアルファヘットで系列が示されているが、Ｓと０間
や、Ｓと１間では起こりにくいということである。
この遷移プロセスをＮａ原子の例で説明する。
原子状にＮａ原子が固定化された状態では水銀放電によ
って得られる２５４ｎｍの紫外光による光励起に対する
所望の二電子発光遷移は第６図に示すようになり、ｎＰ
−”ｎＳ又はｎ Ｐ −ｎ Ｄへはで示す非発光遷移も
原理上では考えられるが、気体下のように互いの衝突機
会がないと起こりにくいため、完全に孤立固定化された
状態では確率的に小であり、主に−で示す発光遷移によ
りｎＳ又はｎＤへ移る。しかし第６図により−・・・で
示している他の準位への発光遷移も起こり得るので、所
望とするｎＳ又はｎＤへの遷移は必ずしも１００％生起
するものではない。
って得られる２５４ｎｍの紫外光による光励起に対する
所望の二電子発光遷移は第６図に示すようになり、ｎＰ
−”ｎＳ又はｎ Ｐ −ｎ Ｄへはで示す非発光遷移も
原理上では考えられるが、気体下のように互いの衝突機
会がないと起こりにくいため、完全に孤立固定化された
状態では確率的に小であり、主に−で示す発光遷移によ
りｎＳ又はｎＤへ移る。しかし第６図により−・・・で
示している他の準位への発光遷移も起こり得るので、所
望とするｎＳ又はｎＤへの遷移は必ずしも１００％生起
するものではない。
従来例ではこの点についての配慮が為されておらず、最
も効率、確率の良い遷移条件が確立されていなかった。
も効率、確率の良い遷移条件が確立されていなかった。
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的と
するところは遷移確率を極めて高くして二電子発光が得
られる光変換体を提供するにある。
するところは遷移確率を極めて高くして二電子発光が得
られる光変換体を提供するにある。
［課題を解決するための手段］
本発明は放射源からの入射光を吸収励起し、入射光より
長い波長に変換して発光するものであって、可視光を透
過する中間介在物質中に少なくとも原子状の性質を有す
る発光原子が実質的に個々に独立して固定された光変換
体において、入射光に対応する発光原子の励起準位と、
同等のエネルギレベルにある隣接系列の励起準位とが若
干重畳するように相互にエネルギ準位をシフト若しくは
ブロード化したものである。
長い波長に変換して発光するものであって、可視光を透
過する中間介在物質中に少なくとも原子状の性質を有す
る発光原子が実質的に個々に独立して固定された光変換
体において、入射光に対応する発光原子の励起準位と、
同等のエネルギレベルにある隣接系列の励起準位とが若
干重畳するように相互にエネルギ準位をシフト若しくは
ブロード化したものである。
［作用］
而して本発明によれば隣接系列準位間が重畳されると、
遷移確率が零と考えた非発光遷移が重畳のため極めて大
きな確率で起こって容易に遷移することになり、重畳す
ることのない殆ど原子そのままの励起準位状態の場合と
比べてより高効率に二電子発光が得られることになる。
遷移確率が零と考えた非発光遷移が重畳のため極めて大
きな確率で起こって容易に遷移することになり、重畳す
ることのない殆ど原子そのままの励起準位状態の場合と
比べてより高効率に二電子発光が得られることになる。
［実施例］
以下本発明を実施例により説明する。
まず上述したＮａ原子そのもののＭ科する部分のエネル
ギ準位図は第１図（ａ）に示すように夫々が殆ど一本の
線で描き得るような飛びの幅が全くないか小の準位であ
る。
ギ準位図は第１図（ａ）に示すように夫々が殆ど一本の
線で描き得るような飛びの幅が全くないか小の準位であ
る。
本発明は適度に原子状（完全な原子状態ではなく隣接原
子、分子と何らかの結合をした化合物又は分子状態でも
勿論なく、極めて弱いファン・デル・ワールスカ程度で
相互にわずかの相互作用を持っている程度〉に設計加工
することにより、第１図（ｂ）のように隣接原子、分子
との若干のファン・デル・ワールス結合（分子間引力）
を起こさせ、これにより励起エネルギ順位を僅かだけシ
フト若しくはブロード化させ、対象とする励起準位ｎＰ
と、隣接系列の同等エネルギ励起準位（ｎＳ）−ｎＤ又
はｎＤ）を重畳させるものである。
子、分子と何らかの結合をした化合物又は分子状態でも
勿論なく、極めて弱いファン・デル・ワールスカ程度で
相互にわずかの相互作用を持っている程度〉に設計加工
することにより、第１図（ｂ）のように隣接原子、分子
との若干のファン・デル・ワールス結合（分子間引力）
を起こさせ、これにより励起エネルギ順位を僅かだけシ
フト若しくはブロード化させ、対象とする励起準位ｎＰ
と、隣接系列の同等エネルギ励起準位（ｎＳ）−ｎＤ又
はｎＤ）を重畳させるものである。
ここで本実施例の光変換体は例えばゾル・ゲル薄膜形成
法をベースにより形成されたものであり、以下ゾル・ゲ
ル薄膜形成法による光変換体の形成について簡単に説明
する。
法をベースにより形成されたものであり、以下ゾル・ゲ
ル薄膜形成法による光変換体の形成について簡単に説明
する。
まず所望発光原子の金属塩を適量混合した水をアルコー
ルと１＝１か、その前後の比率（体積比〉で混合し、こ
の混合液に母体物質の基たる基体母体化合物液（実施例
ではテトラエトキシシランを使弔。このテトラエトキシ
シランは母体物質となるシリカの基〉を等量比上と、発
光原子の塩の基？αを適量加える。
ルと１＝１か、その前後の比率（体積比〉で混合し、こ
の混合液に母体物質の基たる基体母体化合物液（実施例
ではテトラエトキシシランを使弔。このテトラエトキシ
シランは母体物質となるシリカの基〉を等量比上と、発
光原子の塩の基？αを適量加える。
この混合液を常温乃至はやや加温して数時間〜−昼夜撹
拌する。この撹拌工程により、ゾルが形成され、そのゾ
ルが形成された液を所望の基板（ランプのガラス管の内
面等）に塗布コーティングする。このコーティングされ
た基板をまず空気中の高温下で一次焼成させる。
拌する。この撹拌工程により、ゾルが形成され、そのゾ
ルが形成された液を所望の基板（ランプのガラス管の内
面等）に塗布コーティングする。このコーティングされ
た基板をまず空気中の高温下で一次焼成させる。
この過程で、微小サイズのポーラスを無数に持つアモル
ファスシリカからなる母体物質と、ポーラスの中に金属
塩が分解し、更に一酸化炭素や水素中の数１００℃〜１
０００℃の高温下で還元二次焼成させる。ここで焼成温
度の履歴は発光原子を含むポーラス空間が所望サイズに
なるように予め設定管理しておくのは勿論である。
ファスシリカからなる母体物質と、ポーラスの中に金属
塩が分解し、更に一酸化炭素や水素中の数１００℃〜１
０００℃の高温下で還元二次焼成させる。ここで焼成温
度の履歴は発光原子を含むポーラス空間が所望サイズに
なるように予め設定管理しておくのは勿論である。
而して、発光原子のみに還元されて、アモルファスシリ
カの微小ポーラスの中に孤絶して閉じ込められて固定化
された形の膜が形成される。
カの微小ポーラスの中に孤絶して閉じ込められて固定化
された形の膜が形成される。
ここで上述の形成プロセスで還元後の焼結温度を所望の
エネルギジフト度に対応した温度に調整する。焼結温度
は発光原子を閉じ込めているポーラス空間の径ｄを決め
るものであり、この径ｄは発光原子と隣接母体物質との
相互作用度、即ちエネルギシフト度を決める。
エネルギジフト度に対応した温度に調整する。焼結温度
は発光原子を閉じ込めているポーラス空間の径ｄを決め
るものであり、この径ｄは発光原子と隣接母体物質との
相互作用度、即ちエネルギシフト度を決める。
第２図は本実施例の光変換体Ｘの一部断面図を示してお
り、基板１に焼結された母体物質２内に発光原子３が孤
立的に固定されている。
り、基板１に焼結された母体物質２内に発光原子３が孤
立的に固定されている。
第３図は発光原子３とポーラス空間４との生成状態を示
すモデル図であり、第３図（ａ＞にように焼結温度が低
い場合にはポーラス空間４の径ｄが大きく、この場合第
４図（ａ）のようにエネルギシフト及びブロードは極め
て小さい。逆に焼結温度が高すぎると第３図（ｃ）に示
すように縮退し過ぎて径ｄが小さくなり、隣接母体物質
２との相互作用（分子間結合力）が強くなり、第４図（
Ｃ）のようにエネルギシフト及びブロードが大きくなり
過ぎる。第３図（ｂ）は焼結温度を適切に調整した場合
を示しており、この場合ポーラス空間４の径ｄが適度な
径となり、エネルギシフト及びブロードも第４図（ｂ）
に示すように所望域となる。尚第４図＜ａ）〜（ｃ）に
おいてＡは紫外光に対する吸収・励起すべき準位、Ｂは
上記準位Ａと隣接する系列の同等エネルギの単位、Ｃは
基底準位を夫々示す。ここで例えば準位ＡをＰ系列とす
れば、ＢはＳ系列又はＤ系列となる。
すモデル図であり、第３図（ａ＞にように焼結温度が低
い場合にはポーラス空間４の径ｄが大きく、この場合第
４図（ａ）のようにエネルギシフト及びブロードは極め
て小さい。逆に焼結温度が高すぎると第３図（ｃ）に示
すように縮退し過ぎて径ｄが小さくなり、隣接母体物質
２との相互作用（分子間結合力）が強くなり、第４図（
Ｃ）のようにエネルギシフト及びブロードが大きくなり
過ぎる。第３図（ｂ）は焼結温度を適切に調整した場合
を示しており、この場合ポーラス空間４の径ｄが適度な
径となり、エネルギシフト及びブロードも第４図（ｂ）
に示すように所望域となる。尚第４図＜ａ）〜（ｃ）に
おいてＡは紫外光に対する吸収・励起すべき準位、Ｂは
上記準位Ａと隣接する系列の同等エネルギの単位、Ｃは
基底準位を夫々示す。ここで例えば準位ＡをＰ系列とす
れば、ＢはＳ系列又はＤ系列となる。
尚最適な焼結温度の確認と調整の為には第５図に示すよ
うに予め事前に、焼結炉７で前処理が終了したき供試材
料を焼結することにより供試用光変換体Ｘを形成し、こ
の形成過程において可変波長レーザー５と分光計６とを
用いて、焼結温度と蛍光分光の強さの関係を観測して、
最適な焼結温度を決定すれば良い０例えば色素レーザー
等で紫外光を入射させると、ポーラス空間の径ｄが小さ
過ぎる或は大き過ぎるときは初段の励起が不十分のため
、所望の蛍光発光も不十分であるが、上記径ｄが適切な
径であれば強い発光となるためこの時の焼結温度を実際
の加工時の焼結温度として調節設定すると良い。
うに予め事前に、焼結炉７で前処理が終了したき供試材
料を焼結することにより供試用光変換体Ｘを形成し、こ
の形成過程において可変波長レーザー５と分光計６とを
用いて、焼結温度と蛍光分光の強さの関係を観測して、
最適な焼結温度を決定すれば良い０例えば色素レーザー
等で紫外光を入射させると、ポーラス空間の径ｄが小さ
過ぎる或は大き過ぎるときは初段の励起が不十分のため
、所望の蛍光発光も不十分であるが、上記径ｄが適切な
径であれば強い発光となるためこの時の焼結温度を実際
の加工時の焼結温度として調節設定すると良い。
尚ゾル・ゲル薄膜形成方法以外の方法で光変換体を形成
しても良く、これらの形成方法を用いた場合にも上述と
同様に事前の予備実験で最適条件をつかまえておき、こ
の条件に基づいて実際の加工を行えば良い。
しても良く、これらの形成方法を用いた場合にも上述と
同様に事前の予備実験で最適条件をつかまえておき、こ
の条件に基づいて実際の加工を行えば良い。
而してエネルギシフト及びブロード化させることにより
、励起準位と隣接系列の同等のエネルギ励起準位とを重
畳した光変換体では、遷移確率が零と考えられた非発光
遷移が、重畳のため極めて大きな確率て起きて例えば、
Ｎａ原子を発光原子として用いた場合には第６図に示す
ようにｎＰ→ｎＳ及びｎ Ｐ −＝ ｎ Ｄと遷移する
ことになって高効率に二量子発光が生起することになる
。
、励起準位と隣接系列の同等のエネルギ励起準位とを重
畳した光変換体では、遷移確率が零と考えられた非発光
遷移が、重畳のため極めて大きな確率て起きて例えば、
Ｎａ原子を発光原子として用いた場合には第６図に示す
ようにｎＰ→ｎＳ及びｎ Ｐ −＝ ｎ Ｄと遷移する
ことになって高効率に二量子発光が生起することになる
。
上記エネルギシフトは元々の発光原子自体が励起光と励
起準位がぴったり整合しない場合にも極めて有効に利用
できる。つまりエネルギシフトとフロートとにより励起
準位帯を励起光と略同じエネルギ準位に設定してその吸
収・励起確率を高めることがてきるのである。このよう
にすることによって利用し得る発光原子や励起光源の選
択の幅も広がってくることにな・る。
起準位がぴったり整合しない場合にも極めて有効に利用
できる。つまりエネルギシフトとフロートとにより励起
準位帯を励起光と略同じエネルギ準位に設定してその吸
収・励起確率を高めることがてきるのである。このよう
にすることによって利用し得る発光原子や励起光源の選
択の幅も広がってくることにな・る。
二発明力効果２
本発明は放射源からの入射光を吸収励起し、ｉ、射光よ
り長い波長に変換して発光するものてあって、可視光を
透過する中間介在物質中に少なくとも原子状の性質を有
する発光原子が実質的に個々に独立して固定された光変
換体において、入射光に対応する発光原子の励起準位と
、同等のエネルギレベルにある隣接系列の励起準位とが
若干重畳するように相互にエネルギ準位をシフト若しく
はブロード化したから、遷移確率が零と考えられた非発
光遷移が重畳のため極めて大きな確率で起こって容易に
遷移することになり、重畳することのない殆ど原子その
ままの励起準位状態の場合と比べてより高効率に二量子
発光が得られるという効果がある。
り長い波長に変換して発光するものてあって、可視光を
透過する中間介在物質中に少なくとも原子状の性質を有
する発光原子が実質的に個々に独立して固定された光変
換体において、入射光に対応する発光原子の励起準位と
、同等のエネルギレベルにある隣接系列の励起準位とが
若干重畳するように相互にエネルギ準位をシフト若しく
はブロード化したから、遷移確率が零と考えられた非発
光遷移が重畳のため極めて大きな確率で起こって容易に
遷移することになり、重畳することのない殆ど原子その
ままの励起準位状態の場合と比べてより高効率に二量子
発光が得られるという効果がある。
第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の詳細な説明するための
Ｎａ原子のエネルギ準位説明図、若干エネルギシフト及
びブロードした原子状Ｎａ原子のエネルギ準位説明図、
第２図は本発明の実施例の光変換体の断面図、第３図（
ａ）〜（ｃ）は同上の焼結温度調整説明用の光変化体の
生成状態モデル図、第４図（ａ ） 〜（ｃ ）は第３
１２！（ａ）〜（Ｃ〉に対応した同上の固定化し、た発
行原子のエネルギシフトモデル図、第５図は同上の焼結
温度調整設定説明図、第６図は水銀放電による紫外光の
励起でのＮａ原子の放射遷寝説明図である。 １は基板、２は母体物質、３は発光原子、Ｘは光変換体
である。
Ｎａ原子のエネルギ準位説明図、若干エネルギシフト及
びブロードした原子状Ｎａ原子のエネルギ準位説明図、
第２図は本発明の実施例の光変換体の断面図、第３図（
ａ）〜（ｃ）は同上の焼結温度調整説明用の光変化体の
生成状態モデル図、第４図（ａ ） 〜（ｃ ）は第３
１２！（ａ）〜（Ｃ〉に対応した同上の固定化し、た発
行原子のエネルギシフトモデル図、第５図は同上の焼結
温度調整設定説明図、第６図は水銀放電による紫外光の
励起でのＮａ原子の放射遷寝説明図である。 １は基板、２は母体物質、３は発光原子、Ｘは光変換体
である。
Claims (1)
- （１） 放射源からの入射光を吸収励起し、入射光より
長い波長に変換して発光するものであつて、可視光を透
過する中間介在物質中に少なくとも原子状の性質を有す
る発光原子が実質的に個々に独立して固定された光変換
体において、入射光に対応する発光原子の励起準位と、
同等のエネルギレベルにある隣接系列の励起準位とが若
干重畳するように相互にエネルギ準位をシフト若しくは
ブロード化したことを特徴とする光変換体。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017132A JP2656841B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 光変換体 |
| US07/643,183 US5227207A (en) | 1990-01-26 | 1991-01-18 | Photoconverter |
| GB9101275A GB2242063B (en) | 1990-01-26 | 1991-01-21 | Method for manufacturing photoconverter |
| FR9100850A FR2657619B1 (fr) | 1990-01-26 | 1991-01-25 | Procede pour fabriquer un element convertisseur transformant une lumiere d'une longueur d'onde donnee en une lumiere de longueur d'onde differente. |
| DE19914102190 DE4102190A1 (de) | 1990-01-26 | 1991-01-25 | Verfahren zur herstellung eines fotokonverters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017132A JP2656841B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 光変換体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03221586A true JPH03221586A (ja) | 1991-09-30 |
| JP2656841B2 JP2656841B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=11935508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017132A Expired - Fee Related JP2656841B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 光変換体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656841B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176044A (ja) * | 1984-11-24 | 1987-08-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 光変換体及びランプ |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP2017132A patent/JP2656841B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176044A (ja) * | 1984-11-24 | 1987-08-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 光変換体及びランプ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2656841B2 (ja) | 1997-09-24 |
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