プラズマディスプレイパネル用蛍光体
【課題】蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰ用蛍光体を提供する。
【解決手段】可視光を反射する酸化物粒子により構成された反射率の大きいコア部１１と、コア部１１を覆い可視光の所定波長を透過させる波長選択層１２と、波長選択層１２を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層１３とにより構成した蛍光体１０により、輝度、発光効率、色再現範囲、コントラストに優れたＰＤＰを実現する。
【解決手段】可視光を反射する酸化物粒子により構成された反射率の大きいコア部１１と、コア部１１を覆い可視光の所定波長を透過させる波長選択層１２と、波長選択層１２を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層１３とにより構成した蛍光体１０により、輝度、発光効率、色再現範囲、コントラストに優れたＰＤＰを実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマディスプレイパネル用蛍光体に関し、特に高発光効率、高コントラストを実現する蛍光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマディスプレイパネル（以下ＰＤＰと記載する）を含む家庭用テレビ全般を取巻く状況として、環境負荷低減が求められ、その低消費電力化が必須課題となっている。一方で、ＰＤＰの長所を最大限に生かすには、更なる高コントラスト化と高臨場感の実現が不可欠である。
【０００３】
ＰＤＰは、電気エネルギーを真空紫外線（ピーク波長１４７ｎｍ、１７２ｎｍ）に変換し、さらに蛍光体で、可視光（波長３８０ｎｍ〜７６０ｎｍ）に変換することによって、画像表示を行うことを特徴とする画像表示装置である。その表示性能は、輝度、発光効率、色再現範囲、コントラストなどの指標で表現され、中でも、蛍光体の性能が、これらの表示性能を大きく左右している。ＰＤＰでの低消費電力化を実現する上での蛍光体に求められる性能指標は、発光効率の向上である。そのアプローチとして、蛍光体自体のバルクの輝度向上と、蛍光体層からの光取出し効率の向上が求められる。また、高コントラストと高臨場感を実現する上で蛍光体に求められる性能指標は、色再現領域の拡大であり、青色、緑色、赤色の色純度を高める必要がある。
【０００４】
一般的に、ＰＤＰに用いられている蛍光体は、固相法、液相法で合成された粒子であり、複数の酸化物の固溶体で構成されている。このような、ＰＤＰ用蛍光体の輝度効率を高める方法として、蛍光体粒子の表面に、蛍光体粒子の屈折率より低い屈折率を有するコーティング層を設ける例が特許文献１に開示されている。また、ＰＤＰ用蛍光体の色純度（コントラスト）を高める方法として、蛍光体粒子の表面に着色顔料をコーティングする例が特許文献２に開示されている。さらに、ＰＤＰ用蛍光体の輝度効率、色純度の向上を高める方法として、３層構成の超微粒子蛍光体が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２５２４０号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／５１９５号
【特許文献３】特開２００５−１３９３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の蛍光体では、蛍光体が白色のままであるため、非発光時の画面が黒色の場合には外光の映りこみより画面が白くなりコントラストや色純度が低下するという課題があった。また、特許文献２に記載の蛍光体では、各色の蛍光体に各色に応じた色の顔料がコートされているために、外光の映りこみによるコントラスト（色純度）の低下は低減されるが、輝度が低下するという課題があった。
【０００７】
また、特許文献３に記載の３層構成の蛍光体粒子をＰＤＰに用いる場合には、次のような課題がある。すなわち、波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの高エネルギーの励起光が被覆層で吸収され、発光部である半導体層まで到達する励起エネルギー到達率が低くなる。その結果、超微粒子蛍光体の輝度が低下するという課題がある。さらに、特許文献３に記載の蛍光体では、中間層として有機材料層を用いているために、熱プロセスによる劣化の影響をうけやすいといった課題も有している。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決して、蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰ用蛍光体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】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明のＰＤＰ用蛍光体は、可視光を反射するコア部と、コア部を覆い可視光の所定波長を透過させる波長選択層と、波長選択層を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層とにより構成されている。
【００１０】
このような構成の蛍光体によれば、蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰを実現できる。
【００１１】
さらに、コア部は、酸化物粒子により構成されるとともに、反射率が発光層の反射率よりも大きいことが望ましい。このような構成によれば、熱プロセスによる影響がなく、可視光の取出し効率を向上させることができる。
【００１２】
さらに、波長選択層は、無機材料により構成され、青色を発光する発光層に対しては、４５０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることが望ましい。このような構成によれば、青色の色純度を向上させることができる。
【００１３】
さらに、波長選択層は、無機材料により構成され、緑色を発光する発光層に対しては、５５５±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることが望ましい。このような構成によれば、緑色の色純度を向上させることができる。
【００１４】
さらに、波長選択層は、無機材料により構成され、赤色を発光する発光層に対しては、７６０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることが望ましい。このような構成によれば、赤色の色純度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明のＰＤＰ用蛍光体によれば、蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の合成プロセスを示す図である。
【図３】ＰＤＰの放電セルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明におけるＰＤＰ用蛍光体の一実施の形態について図面とともに詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態）
以下、実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の構成、発光の原理、各機能層の材料、合成プロセス、効果の順で説明する。図１は、実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の構成を示す断面図である。図１に示すように、蛍光体１０は、可視光を反射するコア部１１と、コア部１１を覆い可視光の所定波長を透過させる波長選択層１２と、波長選択層１２を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層１３とにより構成されている。
【００１９】
このように構成された蛍光体１０における発光の原理を説明する。ＰＤＰ用途として用いる蛍光体１０から取出される発光色は、赤色、緑色、青色が必要である。発光色を決める層は、最表面層である発光層１３である。発光層１３は、励起光である真空紫外線を吸収し、発光中心に伝達する母体結晶と、伝達された励起エネルギーを３原色である可視光に変換する発光中心からなる。
【００２０】
蛍光体１０から取出される発光は、発光層１３から取出される発光１４、１５と外光反射光１６の３種類あり、高発光効率化、高色純度化のためには、これらの発光１４、１５と外光反射光１６を効率的に外部に取出すことが重要である。
【００２１】
まず、発光層１３から直接取出される発光１４について説明する。ＰＤＰの放電セル内での放電で生成された真空紫外線（ピーク波長１４７ｎｍ、１７２ｎｍ）が、蛍光体１０の最表層の発光層１３を励起する。真空紫外線は、エネルギーが高く、発光層１３に進入後、急速に吸収されて数１０ｎｍ程度進入したところで大きく減衰する。その過程において、発光層１３を形成する母体材料に真空紫外線が吸収されて、発光中心に伝達される。そして、発光中心で可視光に変換されて、蛍光体１０の発光層１３表面から発光１４が放出される。
【００２２】
次に、発光層１３からの蛍光体１０の内部側へ向う発光１５について説明する。発光層１３から内部側へ向う発光１５は、まず、波長選択層１２において所定の波長帯域のみを透過する。波長選択層１２を通過すると同時に、所定の色純度の良い波長帯域のみが取出される。このようにして波長選択された発光１５は、最内殻のコア部１１に到達して反射され、同時に、進行方向を外部側に変換される。そして、再度、波長選択層１２、発光層１３を通過して、蛍光体１０より取出される。したがって、発光１５は、波長選択層１２において、所定の波長帯域を通過しているために色純度が極めてよく、発光１４に重畳されて蛍光体１０より取出される。その結果、全体の発光の色純度と発光効率を高めることができる。
【００２３】
次に、外光反射光１６について説明する。外光が入射されると、一部は発光層１３で反射されて取出される。これは、従来の外光反射と特に変わらない。しかし、その一部は発光層１３を通過し波長選択層１２において所定の波長帯域に選択され、コア部１１で反射されて外部に取出される。したがって、外光反射光１６は、波長選択層１２において所定の波長帯域を通過しているので、色純度が極めてよく、発光１４、１５に重畳されて、蛍光体１０より取出される。その結果、全体の発光の色純度と発光効率をさらに高めることができる。
【００２４】
このように、実施の形態における蛍光体１０によれば、光取出し効率、コントラストと色純度を高めることを実現できる。さらに、蛍光体１０を小粒子にしなくとも反射率を上げることができる。
【００２５】
次に、蛍光体１０を構成するコア部１１、波長選択層１２、および発光層１３のそれぞれの機能と材料について詳細を説明する。コア部１１は、発光層１３から内部側に発せれた発光１５もしくは、外光反射光１６を、蛍光体１０の外側方向に変換する機能を有する。材料としては化学的に安定な材料が好ましく、また、その反射率が少なくとも発光層１３の反射率よりも大きい金属酸化物であることが望ましい。このような点から、材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＭｏＯ３、ＷＯ３から選択された少なくとも一つの酸化物を含有していることが望ましい。また、粒子径は、特に指定はないが０．５μｍ以下が好ましい。
【００２６】
なお、コア部１１は、発光層１３からコア部１１側に発せられた発光１５もしくは、外光反射光１６を発光層１３の方向に変換する機能を有し、３８０ｎｍから７６０ｎｍを含む可視光波長領域を反射する機能を有する。このようにすることによって、発光効率を向上させることができる。
【００２７】
また、波長選択層１２は、発光層１３から蛍光体１０の内殻側に発せられた発光１５、もしくは外光反射光１６の所定の波長帯域を選択して、コア部１１に通過させる機能を有する。その結果、波長選択層１２を通過した発光の色純度を向上させる機能を有する。波長選択層１２の材料としては、蛍光体１０の最外殻の発光層１３が形成する際に高温プロセスにさらされるため、有機材料ではなく無機材料が好ましい。例えば、赤色にはＦｅ２Ｏ３を、緑色にはＣｏＯ−ＺｎＯ−ＭｇＯを、また、青色にはＣｏＯ・２Ａｌ２Ｏ３などを用いることが望ましい。
【００２８】
波長選択層１２は、赤色発光の発光層１３に対しては７６０±５ｎｍにピークを持つ可視光を透過させ、緑色発光の発光層１３に対しては５５５±５ｎｍにピークを持つ可視光を通過させ、さらに、青色発光の発光層１３に対しては４５０±５ｎｍにピークを持つ可視光を通過させるようにしている。また、それぞれの半値幅は、発光層１３の発光の半値幅よりも小さくなるようにしている。このようにすることによって、それぞれ赤色、緑色、青色の色純度を向上させることができる。
【００２９】
また、発光層１３は、放電によって生成された真空紫外励起光を所望の可視光に変換する機能を有する。発光層１３は、真空紫外線を吸収し、効率よく発光中心へエネルギーを伝達する機能を有する母体結晶と、伝達されたエネルギーを可視光に変換する発光中心から構成される。真空紫外線は１４７ｎｍ、１７２ｎｍをピークとする波長帯域を有する。可視光は、赤色と緑色と青色の光の３原色であり、それぞれのピーク波長を７６０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍ近辺に有している。
【００３０】
このような発光層１３を構成する材料として、赤色にはＹＢＯ３：Ｅｕ、（Ｙ、Ｇｄ）（Ｐ、Ｖ）Ｏ４：Ｅｕやその混合体などが用いられ、緑色には、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｍｎ、（Ｙ、Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、（Ｙ、Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ、Ｇｄ）Ａｌ３（ＢＯ３）４：Ｔｂやその混合体などが用いられる。また、青色には、ＢａＡｌＭｇ１０Ｏ１７：Ｅｕなどが用いられる。これらの材料としては、上記波長でのピークを有する３原色蛍光体であれば上記材料には限らない。
【００３１】
次に、このような蛍光体１０を作製する合成プロセスについて説明する。図２は、実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の合成プロセスを示す図である。合成プロセスは、大きくは、蛍光体１０の最内殻のコア部１１を合成するステップＳ１と、中間層である波長選択層１２をコア部１１に被覆合成するステップＳ２と、最表面層である発光層１３を被覆合成するステップＳ３とにより構成されている。
【００３２】
まず、ステップＳ１について説明する。ステップＳ１では、コア部１１を合成することを目的とする。例えば、コア部１１の材料をＡｌ２Ｏ３とする場合を例として説明する。硝酸アルミナ０．２モル水溶液を作製し、供給管２０よりアトマイザー２１のタンク２２に供給する。アトマイザー２１を周波数６０Ｈｚ程度で振動させて、Ａｌ２Ｏ３水溶液の液滴２３をアトマイザー２１内に満たす。一方で、液滴２３を次のプロセス以降に順次送り込むために、キャリアガスを供給管２４から送り込む。キャリアガスとしてはＮ２を使用する。キャリアガスは、原料との相互作用の発生しないガスであればＮ２に限らない。
【００３３】
液滴２３はキャリアガスで焼成炉２５へ連続的に送られる。焼成炉２５の温度は１５００℃としている。液滴２３が焼成炉２５を通過する間に水分が蒸発し、真球に近い０．５μｍ程度のＡｌ２Ｏ３微粒子を合成することができる。なお、粒子径は、アトマイザー２１を振動させる周波数や出発材料の水溶液の濃度、さらにはそのＰＨ濃度などで調整できる。また、合成された微粒子の結晶性は、水溶液のＰＨ濃度、焼成炉２５の昇温温度、あるいはその保持温度などで調整することができる。
【００３４】
ステップＳ１で合成されたコア部１１は、キャリアガスに運ばれて、供給管２６を通過して、ステップＳ２に連続的に搬送される。ステップＳ２では、蛍光体１０の中間層となる波長選択層１２をコア部１１に被覆する。
【００３５】
このステップＳ２では、発光層１３が赤色を発光する蛍光体１０を例としてその材料について説明する。例えば、硝酸第二鉄水溶液０．０２モルを、供給管２７よりアトマイザー２８に供給する。ステップＳ１と同様の方法で、アトマイザー２８内で硝酸第二鉄水溶液の液滴２９を発生させ、アトマイザー２８内を液滴２９の雰囲気で満たす。そして、この液滴２９中にステップＳ１で合成されたコア部１１を通過させる。
【００３６】
その結果、コア部１１の表面に硝酸第二鉄溶液の液滴２９を付着させることができる。その後、連続的に焼成炉３０を通過させることにより、コア部１１の表面に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）よりなる波長選択層１２を形成することができる。焼成炉３０の保持温度は、１４００℃とし、コア部１１を形成する際の焼成温度よりも低温であることが望ましい。なお、波長選択層１２の膜厚、膜密度は、アトマイザー２８の振動周波数、出発材料の水溶液の濃度、ＰＨ濃度などで調整できる。また、波長選択層１２の結晶性は、水溶液のＰＨ濃度や焼成炉３０の昇温温度、保持温度などで調整することができる。
【００３７】
ステップＳ２で波長選択層１２が被覆されたコア部１１は、キャリアガスに運ばれて、供給管３１を通過して、ステップＳ３に連続的に搬送される。ステップＳ３では、波長選択層１２上にさらに発光層１３を被覆する。
【００３８】
このステップＳ３でも、発光層１３が赤色を発光する蛍光体１０を例としてその材料について説明する。発光層１３をＹＢＯ３：Ｅｕで形成する場合には、硝酸イットリウム・ホウ酸・硝酸ユーロピウムの混合水溶液を原料とする。これらの混合水溶液を供給管３２より、アトマイザー３３に供給する。ステップＳ１、ステップＳ２と同様に、アトマイザー３３内をこれらの水溶液の液滴３４で満たす。そして、液滴３４の雰囲気中をステップＳ２で合成した波長選択層１２で覆われたコア部１１が通過するようにしている。
【００３９】
その結果、波長選択層１２の表面にこれらの混合水溶液の液滴３４を付着させることができる。その後、連続的に焼成炉３５を通過させることにより、波長選択層１２の表面に、イットリウム・ボレート・ユーロピウムの発光層１３を形成することができる。焼成炉３５の保持温度は１１００℃とし、波長選択層１２を形成する際の焼成温度よりも低温であることが望ましい。なお、発光層１３の膜厚、膜密度は、アトマイザー３３の振動周波数、出発材料の水溶液の濃度、ＰＨ濃度などで調整できる。また、発光層１３の結晶性は、水溶液のＰＨ濃度、焼成炉３５の昇温温度、保持温度などで調整することができる。
【００４０】
このようにして、ステップＳ１からステップＳ３までの経路で、赤色を発光する蛍光体１０を合成することができる。同様にして、緑色発光、青色発光の蛍光体１０を合成することができる。最後に、分級を目的としたフィルター３６を通過させて、蛍光体１０の粒度分布を調整する。
【００４１】
以上の合成プロセスは基本プロセスであり、例えば、焼成時にガス種を変更したり、還元雰囲気にしたり、表面の劣化抑制を目的として表面修飾プロセスを追加してもよい。
【００４２】
以上の合成プロセスで赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を作製し、画面サイズが４２インチクラスのフルハイビジョンテレビ用のＰＤＰを作製した。図３はこのようなＰＤＰ５０の放電セルを示す断面図である。行電極５１を形成した前面基板５２とアドレス電極５３が取り付けられた背面基板５４とを対向配置している。背面基板５４には、アドレス電極５３を覆って下地誘電体層５５が形成され、さらに下地誘電体層５５上に放電セルとなる放電空間５６を仕切る隔壁５７が形成されている。放電空間５６の隔壁５７側面と下地誘電体層５５上に、前述の蛍光体１０を積層した蛍光体層５８が形成されている。蛍光体層５８は各色の放電セルに対応してアドレス電極５３毎に、順番に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層が形成されている。
【００４３】
また、蛍光体層５８は、前述の蛍光体１０を印刷工法などによって塗布し焼成することによって形成される。
【００４４】
蛍光体１０の材料を変えたＰＤＰ５０を作製し、点灯評価してその輝度とコントラストを測定した。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１には、実施の形態における実施例１から実施例４として、コア部１１、波長選択層１２、発光層１３を有しその材料組成を変えた蛍光体１０を用いた場合について示し、比較例１として従来のコア部１１と波長選択層１２のない蛍光体を用いた場合について示している。なお、輝度とコントラストについては比較例１の輝度あるいはコントラストを１として、その相対値として示している。
【００４７】
表１より、実施の形態における実施例１〜４の蛍光体を用いたＰＤＰ５０の、輝度とコントラストを、従来の蛍光体を用いたＰＤＰよりも高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明のＰＤＰ用蛍光体によれば、可視光の取出し効率と色純度（コントラスト）を大幅に向上でき、ＰＤＰを用いた画像表示装置などに有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 蛍光体
１１ コア部
１２ 波長選択層
１３ 発光層
１４，１５ 発光
１６ 外光反射光
２０，２４，２６，２７，３１，３２ 供給管
２１，２８，３３ アトマイザー
２２ タンク
２３，２９，３４ 液滴
２５，３０，３５ 焼成炉
３６ フィルター
５０ ＰＤＰ
５１ 行電極
５２ 前面基板
５３ アドレス電極
５４ 背面基板
５５ 下地誘電体層
５６ 放電空間
５７ 隔壁
５８ 蛍光体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマディスプレイパネル用蛍光体に関し、特に高発光効率、高コントラストを実現する蛍光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマディスプレイパネル（以下ＰＤＰと記載する）を含む家庭用テレビ全般を取巻く状況として、環境負荷低減が求められ、その低消費電力化が必須課題となっている。一方で、ＰＤＰの長所を最大限に生かすには、更なる高コントラスト化と高臨場感の実現が不可欠である。
【０００３】
ＰＤＰは、電気エネルギーを真空紫外線（ピーク波長１４７ｎｍ、１７２ｎｍ）に変換し、さらに蛍光体で、可視光（波長３８０ｎｍ〜７６０ｎｍ）に変換することによって、画像表示を行うことを特徴とする画像表示装置である。その表示性能は、輝度、発光効率、色再現範囲、コントラストなどの指標で表現され、中でも、蛍光体の性能が、これらの表示性能を大きく左右している。ＰＤＰでの低消費電力化を実現する上での蛍光体に求められる性能指標は、発光効率の向上である。そのアプローチとして、蛍光体自体のバルクの輝度向上と、蛍光体層からの光取出し効率の向上が求められる。また、高コントラストと高臨場感を実現する上で蛍光体に求められる性能指標は、色再現領域の拡大であり、青色、緑色、赤色の色純度を高める必要がある。
【０００４】
一般的に、ＰＤＰに用いられている蛍光体は、固相法、液相法で合成された粒子であり、複数の酸化物の固溶体で構成されている。このような、ＰＤＰ用蛍光体の輝度効率を高める方法として、蛍光体粒子の表面に、蛍光体粒子の屈折率より低い屈折率を有するコーティング層を設ける例が特許文献１に開示されている。また、ＰＤＰ用蛍光体の色純度（コントラスト）を高める方法として、蛍光体粒子の表面に着色顔料をコーティングする例が特許文献２に開示されている。さらに、ＰＤＰ用蛍光体の輝度効率、色純度の向上を高める方法として、３層構成の超微粒子蛍光体が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２５２４０号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／５１９５号
【特許文献３】特開２００５−１３９３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の蛍光体では、蛍光体が白色のままであるため、非発光時の画面が黒色の場合には外光の映りこみより画面が白くなりコントラストや色純度が低下するという課題があった。また、特許文献２に記載の蛍光体では、各色の蛍光体に各色に応じた色の顔料がコートされているために、外光の映りこみによるコントラスト（色純度）の低下は低減されるが、輝度が低下するという課題があった。
【０００７】
また、特許文献３に記載の３層構成の蛍光体粒子をＰＤＰに用いる場合には、次のような課題がある。すなわち、波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの高エネルギーの励起光が被覆層で吸収され、発光部である半導体層まで到達する励起エネルギー到達率が低くなる。その結果、超微粒子蛍光体の輝度が低下するという課題がある。さらに、特許文献３に記載の蛍光体では、中間層として有機材料層を用いているために、熱プロセスによる劣化の影響をうけやすいといった課題も有している。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決して、蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰ用蛍光体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】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明のＰＤＰ用蛍光体は、可視光を反射するコア部と、コア部を覆い可視光の所定波長を透過させる波長選択層と、波長選択層を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層とにより構成されている。
【００１０】
このような構成の蛍光体によれば、蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰを実現できる。
【００１１】
さらに、コア部は、酸化物粒子により構成されるとともに、反射率が発光層の反射率よりも大きいことが望ましい。このような構成によれば、熱プロセスによる影響がなく、可視光の取出し効率を向上させることができる。
【００１２】
さらに、波長選択層は、無機材料により構成され、青色を発光する発光層に対しては、４５０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることが望ましい。このような構成によれば、青色の色純度を向上させることができる。
【００１３】
さらに、波長選択層は、無機材料により構成され、緑色を発光する発光層に対しては、５５５±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることが望ましい。このような構成によれば、緑色の色純度を向上させることができる。
【００１４】
さらに、波長選択層は、無機材料により構成され、赤色を発光する発光層に対しては、７６０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることが望ましい。このような構成によれば、赤色の色純度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明のＰＤＰ用蛍光体によれば、蛍光体粒子の発光効率、可視光の取出し効率を高め、さらに色純度を向上させたＰＤＰを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の合成プロセスを示す図である。
【図３】ＰＤＰの放電セルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明におけるＰＤＰ用蛍光体の一実施の形態について図面とともに詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態）
以下、実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の構成、発光の原理、各機能層の材料、合成プロセス、効果の順で説明する。図１は、実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の構成を示す断面図である。図１に示すように、蛍光体１０は、可視光を反射するコア部１１と、コア部１１を覆い可視光の所定波長を透過させる波長選択層１２と、波長選択層１２を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層１３とにより構成されている。
【００１９】
このように構成された蛍光体１０における発光の原理を説明する。ＰＤＰ用途として用いる蛍光体１０から取出される発光色は、赤色、緑色、青色が必要である。発光色を決める層は、最表面層である発光層１３である。発光層１３は、励起光である真空紫外線を吸収し、発光中心に伝達する母体結晶と、伝達された励起エネルギーを３原色である可視光に変換する発光中心からなる。
【００２０】
蛍光体１０から取出される発光は、発光層１３から取出される発光１４、１５と外光反射光１６の３種類あり、高発光効率化、高色純度化のためには、これらの発光１４、１５と外光反射光１６を効率的に外部に取出すことが重要である。
【００２１】
まず、発光層１３から直接取出される発光１４について説明する。ＰＤＰの放電セル内での放電で生成された真空紫外線（ピーク波長１４７ｎｍ、１７２ｎｍ）が、蛍光体１０の最表層の発光層１３を励起する。真空紫外線は、エネルギーが高く、発光層１３に進入後、急速に吸収されて数１０ｎｍ程度進入したところで大きく減衰する。その過程において、発光層１３を形成する母体材料に真空紫外線が吸収されて、発光中心に伝達される。そして、発光中心で可視光に変換されて、蛍光体１０の発光層１３表面から発光１４が放出される。
【００２２】
次に、発光層１３からの蛍光体１０の内部側へ向う発光１５について説明する。発光層１３から内部側へ向う発光１５は、まず、波長選択層１２において所定の波長帯域のみを透過する。波長選択層１２を通過すると同時に、所定の色純度の良い波長帯域のみが取出される。このようにして波長選択された発光１５は、最内殻のコア部１１に到達して反射され、同時に、進行方向を外部側に変換される。そして、再度、波長選択層１２、発光層１３を通過して、蛍光体１０より取出される。したがって、発光１５は、波長選択層１２において、所定の波長帯域を通過しているために色純度が極めてよく、発光１４に重畳されて蛍光体１０より取出される。その結果、全体の発光の色純度と発光効率を高めることができる。
【００２３】
次に、外光反射光１６について説明する。外光が入射されると、一部は発光層１３で反射されて取出される。これは、従来の外光反射と特に変わらない。しかし、その一部は発光層１３を通過し波長選択層１２において所定の波長帯域に選択され、コア部１１で反射されて外部に取出される。したがって、外光反射光１６は、波長選択層１２において所定の波長帯域を通過しているので、色純度が極めてよく、発光１４、１５に重畳されて、蛍光体１０より取出される。その結果、全体の発光の色純度と発光効率をさらに高めることができる。
【００２４】
このように、実施の形態における蛍光体１０によれば、光取出し効率、コントラストと色純度を高めることを実現できる。さらに、蛍光体１０を小粒子にしなくとも反射率を上げることができる。
【００２５】
次に、蛍光体１０を構成するコア部１１、波長選択層１２、および発光層１３のそれぞれの機能と材料について詳細を説明する。コア部１１は、発光層１３から内部側に発せれた発光１５もしくは、外光反射光１６を、蛍光体１０の外側方向に変換する機能を有する。材料としては化学的に安定な材料が好ましく、また、その反射率が少なくとも発光層１３の反射率よりも大きい金属酸化物であることが望ましい。このような点から、材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＭｏＯ３、ＷＯ３から選択された少なくとも一つの酸化物を含有していることが望ましい。また、粒子径は、特に指定はないが０．５μｍ以下が好ましい。
【００２６】
なお、コア部１１は、発光層１３からコア部１１側に発せられた発光１５もしくは、外光反射光１６を発光層１３の方向に変換する機能を有し、３８０ｎｍから７６０ｎｍを含む可視光波長領域を反射する機能を有する。このようにすることによって、発光効率を向上させることができる。
【００２７】
また、波長選択層１２は、発光層１３から蛍光体１０の内殻側に発せられた発光１５、もしくは外光反射光１６の所定の波長帯域を選択して、コア部１１に通過させる機能を有する。その結果、波長選択層１２を通過した発光の色純度を向上させる機能を有する。波長選択層１２の材料としては、蛍光体１０の最外殻の発光層１３が形成する際に高温プロセスにさらされるため、有機材料ではなく無機材料が好ましい。例えば、赤色にはＦｅ２Ｏ３を、緑色にはＣｏＯ−ＺｎＯ−ＭｇＯを、また、青色にはＣｏＯ・２Ａｌ２Ｏ３などを用いることが望ましい。
【００２８】
波長選択層１２は、赤色発光の発光層１３に対しては７６０±５ｎｍにピークを持つ可視光を透過させ、緑色発光の発光層１３に対しては５５５±５ｎｍにピークを持つ可視光を通過させ、さらに、青色発光の発光層１３に対しては４５０±５ｎｍにピークを持つ可視光を通過させるようにしている。また、それぞれの半値幅は、発光層１３の発光の半値幅よりも小さくなるようにしている。このようにすることによって、それぞれ赤色、緑色、青色の色純度を向上させることができる。
【００２９】
また、発光層１３は、放電によって生成された真空紫外励起光を所望の可視光に変換する機能を有する。発光層１３は、真空紫外線を吸収し、効率よく発光中心へエネルギーを伝達する機能を有する母体結晶と、伝達されたエネルギーを可視光に変換する発光中心から構成される。真空紫外線は１４７ｎｍ、１７２ｎｍをピークとする波長帯域を有する。可視光は、赤色と緑色と青色の光の３原色であり、それぞれのピーク波長を７６０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍ近辺に有している。
【００３０】
このような発光層１３を構成する材料として、赤色にはＹＢＯ３：Ｅｕ、（Ｙ、Ｇｄ）（Ｐ、Ｖ）Ｏ４：Ｅｕやその混合体などが用いられ、緑色には、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｍｎ、（Ｙ、Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、（Ｙ、Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ、Ｇｄ）Ａｌ３（ＢＯ３）４：Ｔｂやその混合体などが用いられる。また、青色には、ＢａＡｌＭｇ１０Ｏ１７：Ｅｕなどが用いられる。これらの材料としては、上記波長でのピークを有する３原色蛍光体であれば上記材料には限らない。
【００３１】
次に、このような蛍光体１０を作製する合成プロセスについて説明する。図２は、実施の形態におけるＰＤＰ用蛍光体の合成プロセスを示す図である。合成プロセスは、大きくは、蛍光体１０の最内殻のコア部１１を合成するステップＳ１と、中間層である波長選択層１２をコア部１１に被覆合成するステップＳ２と、最表面層である発光層１３を被覆合成するステップＳ３とにより構成されている。
【００３２】
まず、ステップＳ１について説明する。ステップＳ１では、コア部１１を合成することを目的とする。例えば、コア部１１の材料をＡｌ２Ｏ３とする場合を例として説明する。硝酸アルミナ０．２モル水溶液を作製し、供給管２０よりアトマイザー２１のタンク２２に供給する。アトマイザー２１を周波数６０Ｈｚ程度で振動させて、Ａｌ２Ｏ３水溶液の液滴２３をアトマイザー２１内に満たす。一方で、液滴２３を次のプロセス以降に順次送り込むために、キャリアガスを供給管２４から送り込む。キャリアガスとしてはＮ２を使用する。キャリアガスは、原料との相互作用の発生しないガスであればＮ２に限らない。
【００３３】
液滴２３はキャリアガスで焼成炉２５へ連続的に送られる。焼成炉２５の温度は１５００℃としている。液滴２３が焼成炉２５を通過する間に水分が蒸発し、真球に近い０．５μｍ程度のＡｌ２Ｏ３微粒子を合成することができる。なお、粒子径は、アトマイザー２１を振動させる周波数や出発材料の水溶液の濃度、さらにはそのＰＨ濃度などで調整できる。また、合成された微粒子の結晶性は、水溶液のＰＨ濃度、焼成炉２５の昇温温度、あるいはその保持温度などで調整することができる。
【００３４】
ステップＳ１で合成されたコア部１１は、キャリアガスに運ばれて、供給管２６を通過して、ステップＳ２に連続的に搬送される。ステップＳ２では、蛍光体１０の中間層となる波長選択層１２をコア部１１に被覆する。
【００３５】
このステップＳ２では、発光層１３が赤色を発光する蛍光体１０を例としてその材料について説明する。例えば、硝酸第二鉄水溶液０．０２モルを、供給管２７よりアトマイザー２８に供給する。ステップＳ１と同様の方法で、アトマイザー２８内で硝酸第二鉄水溶液の液滴２９を発生させ、アトマイザー２８内を液滴２９の雰囲気で満たす。そして、この液滴２９中にステップＳ１で合成されたコア部１１を通過させる。
【００３６】
その結果、コア部１１の表面に硝酸第二鉄溶液の液滴２９を付着させることができる。その後、連続的に焼成炉３０を通過させることにより、コア部１１の表面に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）よりなる波長選択層１２を形成することができる。焼成炉３０の保持温度は、１４００℃とし、コア部１１を形成する際の焼成温度よりも低温であることが望ましい。なお、波長選択層１２の膜厚、膜密度は、アトマイザー２８の振動周波数、出発材料の水溶液の濃度、ＰＨ濃度などで調整できる。また、波長選択層１２の結晶性は、水溶液のＰＨ濃度や焼成炉３０の昇温温度、保持温度などで調整することができる。
【００３７】
ステップＳ２で波長選択層１２が被覆されたコア部１１は、キャリアガスに運ばれて、供給管３１を通過して、ステップＳ３に連続的に搬送される。ステップＳ３では、波長選択層１２上にさらに発光層１３を被覆する。
【００３８】
このステップＳ３でも、発光層１３が赤色を発光する蛍光体１０を例としてその材料について説明する。発光層１３をＹＢＯ３：Ｅｕで形成する場合には、硝酸イットリウム・ホウ酸・硝酸ユーロピウムの混合水溶液を原料とする。これらの混合水溶液を供給管３２より、アトマイザー３３に供給する。ステップＳ１、ステップＳ２と同様に、アトマイザー３３内をこれらの水溶液の液滴３４で満たす。そして、液滴３４の雰囲気中をステップＳ２で合成した波長選択層１２で覆われたコア部１１が通過するようにしている。
【００３９】
その結果、波長選択層１２の表面にこれらの混合水溶液の液滴３４を付着させることができる。その後、連続的に焼成炉３５を通過させることにより、波長選択層１２の表面に、イットリウム・ボレート・ユーロピウムの発光層１３を形成することができる。焼成炉３５の保持温度は１１００℃とし、波長選択層１２を形成する際の焼成温度よりも低温であることが望ましい。なお、発光層１３の膜厚、膜密度は、アトマイザー３３の振動周波数、出発材料の水溶液の濃度、ＰＨ濃度などで調整できる。また、発光層１３の結晶性は、水溶液のＰＨ濃度、焼成炉３５の昇温温度、保持温度などで調整することができる。
【００４０】
このようにして、ステップＳ１からステップＳ３までの経路で、赤色を発光する蛍光体１０を合成することができる。同様にして、緑色発光、青色発光の蛍光体１０を合成することができる。最後に、分級を目的としたフィルター３６を通過させて、蛍光体１０の粒度分布を調整する。
【００４１】
以上の合成プロセスは基本プロセスであり、例えば、焼成時にガス種を変更したり、還元雰囲気にしたり、表面の劣化抑制を目的として表面修飾プロセスを追加してもよい。
【００４２】
以上の合成プロセスで赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を作製し、画面サイズが４２インチクラスのフルハイビジョンテレビ用のＰＤＰを作製した。図３はこのようなＰＤＰ５０の放電セルを示す断面図である。行電極５１を形成した前面基板５２とアドレス電極５３が取り付けられた背面基板５４とを対向配置している。背面基板５４には、アドレス電極５３を覆って下地誘電体層５５が形成され、さらに下地誘電体層５５上に放電セルとなる放電空間５６を仕切る隔壁５７が形成されている。放電空間５６の隔壁５７側面と下地誘電体層５５上に、前述の蛍光体１０を積層した蛍光体層５８が形成されている。蛍光体層５８は各色の放電セルに対応してアドレス電極５３毎に、順番に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層が形成されている。
【００４３】
また、蛍光体層５８は、前述の蛍光体１０を印刷工法などによって塗布し焼成することによって形成される。
【００４４】
蛍光体１０の材料を変えたＰＤＰ５０を作製し、点灯評価してその輝度とコントラストを測定した。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１には、実施の形態における実施例１から実施例４として、コア部１１、波長選択層１２、発光層１３を有しその材料組成を変えた蛍光体１０を用いた場合について示し、比較例１として従来のコア部１１と波長選択層１２のない蛍光体を用いた場合について示している。なお、輝度とコントラストについては比較例１の輝度あるいはコントラストを１として、その相対値として示している。
【００４７】
表１より、実施の形態における実施例１〜４の蛍光体を用いたＰＤＰ５０の、輝度とコントラストを、従来の蛍光体を用いたＰＤＰよりも高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明のＰＤＰ用蛍光体によれば、可視光の取出し効率と色純度（コントラスト）を大幅に向上でき、ＰＤＰを用いた画像表示装置などに有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 蛍光体
１１ コア部
１２ 波長選択層
１３ 発光層
１４，１５ 発光
１６ 外光反射光
２０，２４，２６，２７，３１，３２ 供給管
２１，２８，３３ アトマイザー
２２ タンク
２３，２９，３４ 液滴
２５，３０，３５ 焼成炉
３６ フィルター
５０ ＰＤＰ
５１ 行電極
５２ 前面基板
５３ アドレス電極
５４ 背面基板
５５ 下地誘電体層
５６ 放電空間
５７ 隔壁
５８ 蛍光体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を反射するコア部と、前記コア部を覆い前記可視光の所定波長を透過させる波長選択層と、前記波長選択層を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層とにより構成されたことを特徴とするプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項２】
前記コア部は、酸化物粒子により構成されるとともに、反射率が前記発光層の反射率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項３】
前記波長選択層は、無機材料により構成され、青色を発光する前記発光層に対しては、４５０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項４】
前記波長選択層は、無機材料により構成され、緑色を発光する前記発光層に対しては、５５５±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項５】
前記波長選択層は、無機材料により構成され、赤色を発光する前記発光層に対しては、７６０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項１】
可視光を反射するコア部と、前記コア部を覆い前記可視光の所定波長を透過させる波長選択層と、前記波長選択層を覆い真空紫外線により励起されて可視光を発光する発光層とにより構成されたことを特徴とするプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項２】
前記コア部は、酸化物粒子により構成されるとともに、反射率が前記発光層の反射率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項３】
前記波長選択層は、無機材料により構成され、青色を発光する前記発光層に対しては、４５０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項４】
前記波長選択層は、無機材料により構成され、緑色を発光する前記発光層に対しては、５５５±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【請求項５】
前記波長選択層は、無機材料により構成され、赤色を発光する前記発光層に対しては、７６０±５ｎｍにピークを有する可視光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル用蛍光体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９０３０４（Ｐ２０１１−１９０３０４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５７１７（Ｐ２０１０−５５７１７）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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