[发明专利]蓄光材料及其制造方法以及蓄光显示元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种余辉谱带宽度窄、能够选择余辉波长、耐湿性及耐热性高且无光学各向异性的新型蓄光材料及其制造方法、以及采用该蓄光材料得到的蓄光显示元件。

背景技术

通过粒子、电子或光的相互作用而吸收能量从而被激发发光的材料称为发光材料，此外，将激发停止后还继续持续发光的现象称为余辉现象或蓄光现象，将产生余辉现象、蓄光现象的材料称为蓄光材料。蓄光材料由于即使激发源消失也可以发一会儿光，因此被用于道路的白色警戒线、应对灾害用的大厦紧急出口、避难诱导等标识类，此外，还一直期待在各种装饰(工艺品)或纤维等中的应用。

作为以往的蓄光材料，已知有用稀土类元素等赋活的铝复合氧化物蓄光材料(参照专利文献1～7)、氧化硅蓄光材料(参照专利文献8)、铝硅复合氧化物蓄光材料(参照专利文献9)、含氟铝复合氧化物(参照专利文献10)及氢氧化铝(参照专利文献11)等。此外，很早以来就知道硫化锌和硫化镉等硫化物。

专利文献1：美国专利第329466号

专利文献2：美国专利5376303号

专利文献3：中国专利公开CN1053807A号

专利文献4：日本专利2543825号

专利文献5：特开平8-151574号

专利文献6：特开2000-63823号

专利文献7：特开2000-63825号

专利文献8：特开平9-194833号

专利文献9：特开平11-61116号

专利文献10：特开2001-131544号

专利文献11：特开平11-302641号

非专利文献1：G.Blasse and A.Bril，Philips Rerch Reports.22，481-504(1967)

非专利文献2：G.C.Aumuller，W.Kostler，B.C.Graaier andR.Frey，Journal of Physics and Chemistry in Solids.55，767-772(1994)

非专利文献3：中原胜俨 著，“无机化合物·络合物词典”讲谈社1997

非专利文献4：堀内宏明 著，“蓄光材料的高性能化”Hikalo第13/1“北关东产官学研究会”发行

可是，以往广泛使用的铝复合氧化物系的蓄光材料，存在不能选择余辉波长，并且余辉谱带宽度较宽的问题。因此，不能实现采用余辉三原色的蓄光显示元件，限制了蓄光显示元件的应用。此外，铝复合氧化物系的蓄光材料还存在耐湿性及耐热性低、如果在高温多湿的环境下使用则寿命短的问题，用途受到限制。此外，由于铝复合氧化物系的蓄光材料具有母体晶体属于斜方晶系的晶体结构，因而存在具有光学各向异性、产生双折射的问题，例如，在将这些蓄光材料用于文字显示时，存在显示文字出现重影难看清的问题。

另一方面，很早以来，硫化锌或硫化镉等硫化物就被用作发光、蓄光材料。已经知道，硫化物由于具有属于立方晶系的晶体结构，因此不存在双折射，但是，多数硫化物如果在高温高湿的条件下用紫外光激发，则容易发生分解，硫化物的耐湿性、耐热性的改善实质上是很困难的。此外，硫化物可通过形成混晶而选择余辉波长，但不能避免形成混晶造成的晶体缺陷的增大，存在余辉时间短、余辉强度小等问题。

铝复合氧化物系的蓄光材料由铝酸锶母体晶体、和掺杂在母体晶体中的稀土类元素构成。掺杂在母体晶体中的稀土类元素置换锶，以2价离子的状态存在于母体晶体中。2价离子的稀土类元素在母体晶体中的基态为4f轨道，激发状态为5d轨道。5d轨道因其空间形状的原因，受周围的晶体场的影响，能级宽度变宽，并且能级发生变化。由于发光是通过能级宽度变宽的5d轨道和4f轨道间的电子跃迁而产生的，所以发光谱带宽度较宽，因此即使变化稀土类元素的种类，也不能使发光波长有充分大的变化。

为了得到余辉特性，需要从稀土类元素避让电子激发而形成的基态的空穴，使激发电子和空穴的再结合延迟，在铝复合氧化物系的蓄光材料中，通过掺杂第2稀土类元素来进行。即，伴随电子的激发而形成的空穴经由母体晶体的价电子带被第2稀土类元素捕获，该被捕获的空穴经历时间返回到原来的稀土类元素的4f轨道时，在5d轨道被激发的电子与返回到4f轨道的空穴再结合，由此发光，产生余辉现象。