紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源、以及紫外光产生用靶的制造方法

IPC分类号 : C09K11/00,C09K11/08,C09K11/80,H01J63/06

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CN201380055584.6

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专利摘要

一种紫外光产生用靶，其具备透射紫外光的基板、和设置在基板上接受电子束而产生紫外光的发光层。发光层包含为粉末状或粒状的添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体。发光层的紫外发光峰值波长为300nm以下。

权利要求

1.一种紫外光产生用靶，其特征在于：

具备：

透射紫外光的基板；和

设置在所述基板上、接受电子束而产生紫外光的发光层，

所述发光层包含含稀土类的铝石榴石晶体，该发光层的紫外发光峰值波长为300nm以下，所述含稀土类的铝石榴石晶体为粉末状或粒状、且添加有活化剂。

2.如权利要求1所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述含稀土类的铝石榴石晶体的表面被通过热处理而熔融且再固化后的结晶熔融层覆盖。

3.如权利要求2所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

通过所述结晶熔融层，所述含稀土类的铝石榴石晶体彼此、以及所述含稀土类的铝石榴石晶体与所述基板相互熔接。

4.如权利要求1～3中任一项所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述活化剂为稀土类元素。

5.如权利要求1～3中任一项所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述含稀土类的铝石榴石晶体为LuAG，所述活化剂为Sc、La和Bi中的至少一种。

6.如权利要求1～3中任一项所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述含稀土类的铝石榴石晶体为YAG，所述活化剂为Sc和La中的至少一种。

7.如权利要求1～6中任一项所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述发光层的厚度为0.5μm以上且30μm以下。

8.如权利要求1～7中任一项所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述含稀土类的铝石榴石晶体的中位径为0.5μm以上且30μm以下。

9.如权利要求1～8中任一项所述的紫外光产生用靶，其特征在于：

所述基板由蓝宝石、石英或水晶构成。

10.一种电子束激发紫外光源，其特征在于：

具备：

权利要求1～9中任一项所述的紫外光产生用靶；和

对所述紫外光产生用靶施加电子束的电子源。

11.一种紫外光产生用靶的制造方法，其特征在于：

使含稀土类的铝石榴石晶体沉积在透射紫外光的基板上，对所述含稀土类的铝石榴石晶体进行热处理，由此将所述含稀土类的铝石榴石晶体的表面熔融，并再固化而形成结晶熔融层，所述含稀土类的铝石榴石晶体为粉末状或粒状、并添加有活化剂且紫外发光峰值波长为300nm以下。

12.如权利要求11所述的紫外光产生用靶的制造方法，其特征在于：

所述热处理的温度为1400℃以上且2000℃以下。

说明书

技术领域

本发明的一个方面涉及紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源以及紫外光产生用靶的制造方法。

背景技术

专利文献1记载了作为PET装置所使用的闪烁体的材料，使用含有镨(Pr)的单晶。另外，专利文献2记载了有关照明系统的技术，该照明系统将从发光二极管射出的光的波长通过荧光体进行变换而实现白色光。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2006/049284号小册子

专利文献2：日本特表2006－520836号公报

发明内容

发明所要解决的课题

一直以来，作为紫外光源，使用水银氙气灯或氘灯等的电子管。但是，这些紫外光源的发光效率低，为大型、另外在稳定性和寿命方面还存在问题。另外，使用水银氙气灯的情况下，担心由于水银而对环境的影响。另一方面，作为其他的紫外光源，有具有通过对靶照射电子束而激发紫外光的结构的电子束激发紫外光源。电子束激发紫外光源被期待作为活用高的稳定性的光测量领域、活用低耗电性的杀菌或消毒用、或者利用高的波长选择性的医疗用光源或生物化学用光源。另外，电子束激发紫外光源还具有比水银灯等的消耗电力小的优点。

另外，近年来，开发出了能够输出波长360nm以下的紫外区域的光的发光二极管。但是，从这样的发光二极管的输出光强度仍旧小，而且在发光二极管难以进行发光面的大面积化，因此存在用途受限的问题。相对于此，电子束激发紫外光源能够产生足够强度的紫外光，另外，通过增大照射到靶的电子束的直径，能够输出大面积且具有均匀的强度的紫外光。

然而，在电子束激发紫外光源中，也要求紫外光产生效率的进一步的提高。本发明的一个方面的目的在于提供能够提高紫外光产生效率的紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源以及紫外光产生用靶的制造方法。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶具备透射紫外光的基板、和设置在基板上接受电子束而产生紫外光的发光层，发光层包含为粉末状或粒状的、且添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体，该发光层的紫外发光峰值波长为300nm以下。

本发明人考虑在紫外光产生用靶中使用添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体。但是在如现有技术文献所记载的方法下，判明了难以得到足够的紫外光产生效率。相对于此，由本发明人进行的试验和研究的结果发现，将添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体制成粉末状或粒状，将其成型为膜状，由此能够显著提高紫外光产生效率。即，根据本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶，由于发光层包含为粉末状或粒状、且添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体，所以能够有效地提高紫外光产生效率。

另外，紫外光产生用靶的含稀土类的铝石榴石晶体的表面也可以被通过热处理而熔融且再固化后的结晶熔融层覆盖。由此，含稀土类的铝石榴石晶体彼此、以及含稀土类的铝石榴石晶体与基板互相熔接，因此不使用粘合剂也能够得到发光层的足够的机械的强度，且能够提高发光层与基板的结合强度，抑制发光层的剥离。

另外，紫外光产生用靶的活化剂可以为稀土元素。另外，紫外光产生用靶的含稀土类的铝石榴石晶体可以为LuAG，活化剂为钪(Sc)、镧(La)和铋(Bi)中的至少一种。另外，紫外光产生用靶的含稀土类的铝石榴石晶体可以为YAG，活化剂为Sc和La中的至少一种。通过这些中的任意一个，能够合适地实现紫外发光峰值波长为300nm以下的发光层。

另外，紫外光产生用靶的发光层的厚度可以为0.5μm以上30μm以下。根据由本发明人进行的试验和研究，在上述发光层具有这样的厚度的情况下，能够更加有效地提高紫外光产生效率。

另外，紫外光产生用靶的含稀土类的铝石榴石晶体的中位径可以为0.5μm以上30μm以下。根据由本发明人进行的试验和研究，在上述发光层具有这样的粒径的情况下，能够更加有效地提高紫外光产生效率。

另外，紫外光产生用靶可以通过结晶熔融层，含稀土类的铝石榴石晶体彼此、以及含稀土类的铝石榴石晶体与基板被相互熔接。

另外，紫外光产生用靶的基板可以由蓝宝石、石英或水晶构成。由此，紫外光能够透射基板，且还能够耐受发光层的热处理时的温度。

另外，本发明的一个方面涉及的电子束激发紫外光源具备上述任意一种紫外光产生用靶、和对紫外光产生用靶施加电子束的电子源。根据该电子束激发紫外光源，通过具备上述任意一种紫外光产生用靶，能够提高紫外光产生效率。

另外，本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶的制造方法，使为粉末状或粒状的添加活化剂且紫外发光峰值波长为300nm以下的含稀土类的铝石榴石晶体沉积在透射紫外光的基板上，对含稀土类的铝石榴石晶体进行热处理，由此将含稀土类的铝石榴石晶体的表面熔融，使其再固化而形成结晶熔融层。根据该紫外光产生用靶的制造方法，通过结晶熔融层，含稀土类的铝石榴石晶体彼此、以及含稀土类的铝石榴石晶体与基板被相互熔接，因此不使用粘合剂也能够得到发光层的足够的机械的强度，且能够提高发光层与基板的结合强度，抑制发光层的剥离。在该制造方法中，可以将热处理的温度设在1400℃以上2000℃以下。

发明的效果

根据本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源和紫外光产生用靶的制造方法，能够提高紫外光产生效率。

附图说明

图1是表示一个实施方式涉及的电子束激发紫外光源的内部构成的示意图。

图2是表示紫外光产生用靶的构成的侧面图。

图3是表示本实施方式的发光层22所能够使用的、添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体的具体例的图表。

图4是表示对由本实施例制作的、具备包含粉末状或粒状的La:LuAG单晶的发光层的紫外光产生用靶照射电子束而得到的紫外光的光谱的图。

图5是表示对由本实施例制作的、具备包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层的紫外光产生用靶照射电子束而得到的紫外光的光谱的图。

图6是重叠表示包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层的发光光谱和该发光层的杀菌效果曲线的图。

图7是表示利用粘合剂形成的发光层的发光强度、以及通过热处理形成的发光层(Pr:LuAG)的发光强度的经时变化的图。

图8是表示将包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层与上述同样地进行了热处理时的发光强度的经时变化的图。

图9是拍摄活化剂为Sc时的、热处理后的活性层的晶粒(Sc：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图10是拍摄活化剂为Sc时的、热处理后的活性层的晶粒(Sc：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图11是拍摄活化剂为Sc时的、热处理后的活性层的晶粒(Sc：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图12是拍摄活化剂为Sc时的、热处理后的活性层的晶粒(Sc：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图13是拍摄活化剂为La时的、热处理后的活性层的晶粒(La：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图14是拍摄活化剂为La时的、热处理后的活性层的晶粒(La：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图15是拍摄活化剂为La时的、热处理后的活性层的晶粒(La：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图16是拍摄活化剂为La时的、热处理后的活性层的晶粒(La：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图17是拍摄活化剂为Bi时的、热处理后的活性层的晶粒(Bi：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图18是拍摄活化剂为Bi时的、热处理后的活性层的晶粒(Bi：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图19是拍摄活化剂为Bi时的、热处理后的活性层的晶粒(Bi：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图20是拍摄活化剂为Bi时的、热处理后的活性层的晶粒(Bi：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。

图21是拍摄将包含Pr:LuAG晶粒的发光层剥离后的蓝宝石基板的表面的SEM照片。

图22是拍摄将包含Pr:LuAG晶粒的发光层剥离后的蓝宝石基板的表面的SEM照片。

图23是表示第三实施例中、对在各基板上制作的发光层照射电子束时的、电流量与紫外光的峰值强度的关系的图。

图24是表示第四实施例中的发光层的厚度与紫外光的峰值强度的关系的图。

图25是表示第五实施例中的Pr:LuAG晶体的中位径与紫外光的峰值强度的关系的图。

图26是表示对由第六实施例制作的紫外光产生用靶照射电子束而得到的紫外光的光谱的图。

图27在纵轴表示峰值强度、横轴表示发光层厚度(对数刻度)的图上绘制测定结果得到的图。

图28是横轴(对数刻度)表示用膜厚除以中位径得到的值的图。

图29是示意性地表示在基板上沉积的Pr:LuAG晶粒的图。

图30是第七实施例中的Pr:LuAG晶体的中位径与紫外光的峰值强度的关系的图。

具体实施方式

下面，一边参照附图，一边详细说明本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源和紫外光产生用靶的制造方法的实施方式。此外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的符号，省略重复说明。

图1是表示本实施方式涉及的电子束激发紫外光源10的内部构成的示意图。如图1所示，在该电子束激发紫外光源10中，在被真空排气后的玻璃容器(电子管)11的内部的上端侧，配置有电子源12和引出电极13。而且，如果在电子源12与引出电极13之间，从电源部16施加适当的引出电压，则被高电压加速的电子束EB就从电子源12射出。电子源12能够使用例如射出大面积的电子束的电子源(例如碳纳米管等的冷阴极、或者热阴极)。

另外，在容器11的内部的下端侧，配置有紫外光产生用靶20。紫外光产生用靶20例如被设定为接地电位，对电子源12从电源部16施加负的高电压。由此，从电子源12射出的电子束EB被照射到紫外光产生用靶20。紫外光产生用靶20接受该电子束EB而被激发，产生紫外发光峰值波长为300nm以下的紫外光UV。

图2是表示紫外光产生用靶20的构成的侧面图。如图2所示，紫外光产生用靶20具备基板21、设置在基板21上的发光层22、和设置在发光层22上的铝膜23。基板21为由透射紫外光(特别是波长300nm以下的光)的材料构成的板状的部件，在一个例子中，由蓝宝石(Al₂O₃)、石英(SiO₂)或水晶(氧化硅的结晶、rock crystal)构成。基板21具有主面21a和背面21b。基板21的适合的厚度为0.1mm以上10mm以下。

发光层22受到图1所示的电子束EB而被激发，产生紫外发光峰值波长为300nm以下的紫外光UV。发光层22包含为粉末状或粒状的、添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体。作为含稀土类的铝石榴石晶体，例如适合为Lu₃Al₅O₁₂(LuAG)或Y₃Al₅O₁₂(YAG)。另外，作为活化剂优选稀土类元素。含稀土类的铝石榴石晶体为LuAG时，活化剂优选为钪(Sc)、镧(La)和铋(Bi)中的至少一种。含稀土类的铝石榴石晶体为YAG时，活化剂优选为Sc和La中的至少一种。

图3是表示本实施方式的发光层22中能够使用的添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体的具体例的图表。图3记载了对应于各活化剂和各母材的组合的紫外发光峰值波长(单位：nm)。如图3所示，作为添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体的例子，可以列举La:LuAG、Sc:LuAG、Bi:LuAG、La:YAG和Sc:YAG。此外，这些紫外发光峰值波长根据活化剂的浓度变动。

这里，发光层22所含的含稀土类的铝石榴石晶体既可以为单晶或多晶的任意以一种，也可以双方混合存在。另外，既可以混合存在不同种类的含稀土类的铝石榴石晶体(例如LuAG和YAG)，也可以混合存在不同种类的活化剂(例如La、Sc和Bi中的至少2种)。

从后述的实施例可知，在本实施方式的发光层22中，含稀土类的铝石榴石晶体的表面被通过热处理而熔融且再固化后的结晶熔融层覆盖。另外，发光层22的优选的厚度为0.5μm以上30μm以下。另外，发光层22的优选的中位径为0.5μm以上30μm以下。另外，含稀土类的铝石榴石晶体所含的活化剂的浓度优选为0.05原子百分比以上2.0原子百分比以下，如果为0.1原子百分比以上1.0原子百分比以下则更优选。

对于通过本实施方式得到的效果进行说明。从后述的各实施例可知，发现将添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体制成粉末状或粒状，通过将其成型为膜状，能够比使用板状的含稀土类的铝石榴石晶体时更显著地提高紫外光产生效率。在本实施方式的紫外光产生用靶20中，由于发光层22包含为粉末状或粒状的添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体，能够有效地提高紫外光产生效率。此外，这样的作用被认为是因为通过将添加有活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体制成粉末状或粒状，该含稀土类的铝石榴石晶体和电子束的反应面积增大以及光提取效率增大。

另外，如本实施方式的紫外光产生用靶20那样，含稀土类的铝石榴石晶体的表面优选被通过热处理而熔融且再固化后的结晶熔融层覆盖。由此，从后述的实施例可知，含稀土类的铝石榴石晶体彼此、以及含稀土类的铝石榴石晶体与基板21相互熔接，因此不使用粘合剂而能够得到发光层22的足够的机械的强度，且能够提高发光层22与基板21的结合强度，抑制发光层22的剥离。

另外，本实施方式的发光层22能够通过将粉末状或粒状的含稀土类的铝石榴石晶体沉积在基板21上等的方法而形成，因此能够容易地制作具有大的面积的紫外光产生用靶20。

另外，如本实施方式那样，基板22优选由蓝宝石、石英或水晶构成。由此，紫外光能够透射基板21，且基板21也能够耐受发光层22的热处理时的温度。

另外，如本实施方式那样，含稀土类的铝石榴石晶体可以为LuAG，活化剂可以为Sc、La和Bi中的至少一种。或者，含稀土类的铝石榴石晶体可以为YAG，活化剂为Sc和La中的至少一种。通过这些之中的任意一种，能够合适地实现紫外发光峰值波长为300nm以下的发光层22。

(第一实施例)

接着，对于上述实施方式的第一实施例进行说明。在本实施例中，首先，准备2张直径12mm、厚度2mm的蓝宝石基板。接着，准备La:LuAG单晶基板和Sc:LuAG单晶基板，使用研钵将这些单晶基板粉碎，由此将La:LuAG单晶和Sc:LuAG单晶制成粉末状或粒状。接着，使粉末状或粒状的La:LuAG单晶通过沉降法沉积在一个蓝宝石基板上，由此形成发光层。另外，使粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶通过沉降法沉积在另一个蓝宝石基板上，由此形成另一个发光层。然后，在这些发光层之上形成有机膜(硝基纤维素)，在该有机膜上蒸镀铝膜。最后，通过进行烧制，将有机膜分解使其气化，制成发光层与铝膜相接的结构。烧制后的各发光层的厚度为10μm。

图4是表示对由本实施例制作的、具备包含粉末状或粒状的La:LuAG单晶的发光层的紫外光产生用靶照射电子束而得到的紫外光的光谱的图。另外，图5是表示对由本实施例制作的、具备包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层的紫外光产生用靶照射电子束而得到的紫外光的光谱的图。其中，在这些图中，将电子束的加速电压设为10kV，将电子束的强度(电流量)设为50μA，将电子束的直径设为2mm。

对板状的La:LuAG单晶和板状的Sc:LuAG单晶照射同样的电子束时、紫外发光峰值波长处的强度约为0.2(单位与图4和图5共通)。从图4和图5可知，在本实施方式的包含粉末状或粒状的La:LuAG单晶的发光层、以及包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层中，与板状的La:LuAG单晶和Sc:LuAG单晶相比较，通过电子束的照射产生的紫外光的峰值强度格外增大(即发光效率格外提高)。另外，这样的效果可以认为在与La:LuAG单晶或Sc:LuAG单晶相同的添加活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体、例如Bi:LuAG单晶、La:YAG单晶和Sc:YAG单晶中也可以同样得到。

另外，图6是重叠表示包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层的发光光谱(图谱G11)和该发光层的杀菌效果曲线(图谱G12)的图。此外，在该图6中，还一并表示了通过现有的水银灯的杀菌线(波长253.7nm)G13。如该图所示，Sc:LuAG单晶在遍及200nm～300nm的宽的波长范围具有有效的杀菌效果。另外，现有的水银灯的杀菌线在杀菌时并不是最优的波长，因此根据包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层，能够比现有的水银灯更效果地进行杀菌。

(第二实施例)

接着，对于上述实施方式的第二实施例进行说明。在本实施例中，说明利用粘合剂的发光层的形成、和不利用粘合剂而通过热处理的发光层的形成。

＜利用粘合剂的发光层的形成＞

首先，准备直径12mm、厚度2mm的蓝宝石基板。接着，准备作为活化剂添加有Pr的含稀土类的铝石榴石晶体Pr:LuAG单晶基板，使用研钵将该Pr:LuAG单晶基板粉碎，由此制作粉末状或粒状的Pr:LuAG单晶。

然后，将粉末状或粒状的Pr:LuAG单晶、纯水、以及作为粘合剂材料的硅酸钾(K₂SiO₃)水溶液和乙酸钡水溶液混合，将该混合液涂布在蓝宝石基板上，通过沉降法使Pr:LuAG单晶和粘合剂材料沉积在蓝宝石基板上，形成发光层。接着，在发光层之上形成有机膜(硝基纤维素)，在该有机膜上通过真空蒸镀形成铝膜。最后，将发光层在大气中以350℃烧制，由此将有机膜分解使其气化，制成发光层与铝膜相接的结构。

＜通过热处理的发光层的形成＞

首先，准备直径12mm、厚度2mm的蓝宝石基板。接着，准备作为活化剂分别添加了Pr、Sc、La和Bi的4个LuAG单晶基板，使用研钵，将这些单晶基板粉碎，由此制成粉末状或粒状。

然后，对于作为活化剂分别包含Pr、Sc、La和Bi的粉末状或粒状的LuAG单晶，在溶剂(乙醇)中混合，将其混合液涂布在蓝宝石基板上后，使溶剂干燥。这样操作使粉末状或粒状的单晶沉积在蓝宝石基板上，形成发光层。接着，在被减压的气氛中，进行该发光层的热处理(1600℃)。该热处理为了使粉末状或粒状的单晶的表面熔融，制成将晶粒彼此以及晶粒与蓝宝石基板的表面相互熔接的结构，由此提高发光层的附着力而进行。然后，在发光层之上形成有机膜(硝基纤维素)，在该有机膜上通过真空蒸镀形成铝膜。最后，将发光层在大气中以350℃进行烧制，由此将有机膜分解使其气化，制成发光层与铝膜接触的结构。

图7是表示利用粘合剂所形成的发光层的发光强度、以及通过热处理所形成的发光层(Pr:LuAG)的发光强度的经时变化的图。在图7中，纵轴表示被归一化的发光强度(初期值为1.0)，横轴以对数刻度表示电子束照射时间(单位：小时)。另外，图谱G81表示利用粘合剂所形成的发光层的图，图谱G82表示通过热处理所形成的发光层(Pr:LuAG)的图。其中，在图谱G81和G82中，将电子束的加速电压设为10kV，将电子束的强度(电流量)设为200μA。

如图7所示，不利用粘合剂而通过热处理形成发光层的情况(图谱G82)，比利用粘合剂的情况(图谱G81)，发光强度的经时变化(发光强度降低)更小。在发光层之中，除了Pr:LuAG晶体以外，还包含粘合剂材料。如果对该发光层照射强能量的电子束，则会引起温度的上升或X射线的产生，由于高温或X射线的影响，会发生粘合剂材料的变质或分解。可以认为由于附着于晶体表面而变质的粘合剂材料吸收来自晶体的紫外光，所以放射到外部的光量降低。

相对于此，通过热处理形成发光层的情况下，可以认为由于发光层不含粘合剂材料，所以不发生粘合剂材料的变质或分解，紫外光的透射率可以比较的长时间地维持。因此，希望通过热处理形成发光层。

图8是表示对包含粉末状或粒状的Sc:LuAG单晶的发光层与上述同样地进行热处理时的发光强度的经时变化的图。其中在该图中，将电子束的加速电压设为10kV，将电子束的强度(电流量)设为200μA，将电子束的直径设为2mm。如图8所示，即使在活化剂为Sc时，也与图7的图谱G82同样，发光强度的经时变化(发光强度低下)与图7的图谱G81相比较格外地小。即可以认为，由于发光层不含粘合剂材料，所以可以抑制与紫外光不同的能量线的发生，另外由于也不产生粘合剂材料的劣化，所以基板的损伤被降低，紫外光的透射率可以比较的长时间地维持。另外，如图8所示，在本实施例中，能够实现200小时以上的寿命，进而可以预期1000小时以上的寿命。这样的效果可以认为在与Pr:LuAG单晶或Sc:LuAG单晶相同的添加活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体、例如La:LuAG单晶、Bi:LuAG单晶、La:YAG单晶和Sc:YAG单晶中也可以同样得到。

这里，图9～图12是拍摄活化剂为Sc时的、热处理后的活性层的晶粒(Sc：LaAG晶粒)的状态的电子显微镜(SEM)照片。另外，图13～图16是拍摄活化剂为La时的、热处理后的活性层的晶粒(La：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。另外，图17～图20是拍摄活化剂为Bi时的、热处理后的活性层的晶粒(Bi：LaAG晶粒)的状态的SEM照片。在这些图中，(a)表示热处理前的状态，(b)表示与(a)相同部位的热处理后的状态。另外，图9～图20的放大倍率为5000倍。

参照图9～图20可知，在热处理后的晶粒中，与热处理前相比较，表面熔融且再固化。换而言之，在热处理后的发光层中，通过热处理而熔融并再固化的结晶熔融层覆盖着晶粒的表面。然后，通过相邻的晶粒的结晶熔融层彼此相互熔接，晶粒彼此相互牢固地结合，因此不使用上述的粘合剂，能够增强发光层的机械的强度。

另外，上述的结晶熔融层有助于晶粒与基板的结合。这里，图21和图22是拍摄将包含Pr:LuAG晶粒的发光层后的蓝宝石基板的表面的SEM照片。在这些图中，(a)表示将通过热处理所形成的发光层剥离的情况，(b)表示将利用粘合剂所形成的(没有进行热处理)发光层剥离的情况。此外，在本实施例中，通过使用Bemcot(注册商标)用力擦拭发光层，来除去发光层。

参照图21(a)和图22(a)，将通过热处理所形成的发光层剥离时，无法完全除去Pr:LuAG晶体，在蓝宝石基板的表面残留有Pr:LuAG晶体的结晶熔融层。另一方面，参照图21(b)和图22(b)，将利用粘合剂所形成的(没有进行热处理)发光层剥离时，能够完全除去Pr:LuAG晶体，仅拍摄到蓝宝石基板的表面。从这些SEM照片，可以认为在通过热处理所形成的发光层中，通过结晶熔融层与基板表面熔接，Pr:LuAG晶粒和基板被更加牢固地结合，抑制了发光层的剥离。

此外，在本实施例中，将对发光层的热处理的温度设为1600℃，热处理的温度优选为1400℃以上，另外优选为2000℃以下。通过热处理的温度为1400℃以上，能够以足够的厚度形成晶粒表面的结晶熔融层，提高晶粒彼此以及晶粒与基板的附着力，有效地防止电子束照射时的发光层的剥离。另外，通过热处理的温度为2000℃以下，能够抑制晶体结构的变化，防止发光效率的降低。另外，能够防止基板(特别是蓝宝石基板)的变形。

另外，如上所述的关于机械的强度的效果可以认为在与Pr:LuAG单晶相同的添加活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体、例如La:LuAG单晶、Sc:LuAG单晶、Bi:LuAG单晶、La:YAG单晶和Sc:YAG单晶中也可以同样得到。

(第三实施例)

接着，对上述实施方式的第三实施例进行说明。在本实施例中，为了调查由紫外光产生用靶的基板材料造成的影响，准备合成石英基板和蓝宝石基板。作为合成石英基板，准备直径18.6mm、厚度1.2mm的基板。另外，作为蓝宝石基板，准备直径18mm、厚度0.43mm的基板。然后，在这些基板上，利用与第一实施例同样的方法，制作包含粉末状或粒状的Pr:LuAG单晶的发光层和铝膜。

图23是表示对在各基板分别制作的发光层照射电子束时的、电流量与紫外光的峰值强度的关系的图。在图23中，图谱G21是关于在合成石英基板上制作的发光层的图。另外，图谱G22是关于在蓝宝石基板上制作的发光层的图。如图23所示，在合成石英基板上制作的发光层当电流量增大时，发光强度的增加率降低。相对于此，在蓝宝石基板上制作的发光层即使电流量增大，增加率也不降低，显示良好的直线性。这样的结果被认为是由于蓝宝石基板的热传导性优于合成石英基板的缘故。

此外，本实施例的上述结果可以认为即使在与Pr:LuAG单晶相同的添加活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体、例如La:LuAG单晶、Sc:LuAG单晶、Bi:LuAG单晶、La:YAG单晶和Sc:YAG单晶中也同样。

(第四实施例)

接着，对上述实施方式的第四实施例进行说明。在本实施例中，通过与第一实施例同样的方法制作紫外光产生用靶，对发光层的厚度与紫外光的峰值强度的关系进行实验。即，以各种厚度，使粉末状或粒状的Pr:LuAG晶体沉积来制作发光层，测量对这些发光层照射电子束而产生的紫外光的峰值强度之后，使用SEM观察这些发光层的断面，由此测定厚度。图24是表示作为其结果的发光层的厚度与紫外光的峰值强度的关系的图。其中，图中的曲线G31为近似曲线。另外，图24中，将电子束的加速电压设为10kV，将电子束的强度(电流量)设为50μA，将电子束的直径设为2mm。

参照图24，在发光层的厚度低于某个程度的值(约12μm)时，发光层越厚，则紫外光的峰值强度越大，发光效率越高。但是，如果发光层的厚度超过该值，则紫外光的峰值强度反而降低。另外，从该图可知，为了得到足够实用的紫外光强度(发光效率)，优选发光层的厚度为0.5μm以上30μm以下，如果为6μm以上20μm以下则更优选。

此外，本实施例的上述结果可以认为在与Pr:LuAG单晶相同的添加活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体、例如La:LuAG单晶、Sc:LuAG单晶、Bi:LuAG单晶、La:YAG单晶和Sc:YAG单晶中也同样。

(第五实施例)

接着，对上述实施方式的第五实施例进行说明。在本实施例中，对发光层所含的粉末状或粒状的Pr:LuAG晶体的中位径与紫外光的峰值强度的关系进行实验。即，使粉末状或粒状的Pr:LuAG晶体沉积，在多个基板上制作发光层，测量对这些发光层照射电子束而产生的紫外光的峰值强度。其中，发光层所含的Pr:LuAG晶体的中位径在沉积到基板上之前使用粒度分布计测定。图25是表示作为其结果的Pr:LuAG晶体的中位径与紫外光的峰值强度的关系的图。其中，图中的曲线G41为近似曲线。另外，在图25中，将电子束的加速电压设为10kV，将电子束的强度(电流量)设为70μA，将电子束的直径设为2mm。

参照图25可知，Pr:LuAG晶体的中位径越大，则紫外光的峰值强度越大，发光效率越高。但是如果Pr:LuAG晶体的中位径超过1.6μm，则紫外光的峰值强度的增加率被抑制得较小。另外，从该图可知，如果Pr:LuAG晶体的中位径为0.5μm以上，则可以得到足够实用的紫外光强度(发光效率)。如果Pr:LuAG晶体的中位径小于0.5μm，则被认为由于以下的理由(1)～(3)而发光效率降低。(1)在发光层发光的光被Pr:LuAG晶粒散射，但如果Pr:LuAG晶体的中位径小于0.5μm，则由晶粒的散射增加，因此透射发光层所输出的光的比例降低。(2)在Pr:LuAG晶粒的表面附近，与粒子内部相比较，缺陷密度更高，因此粒子表面附近的发光效率比粒子内部的发光效率低。而且，如果Pr:LuAG晶体的体积的总和一定，则Pr:LuAG晶粒的粒径越小，则Pr:LuAG晶体的表面积越大。因此，如果Pr:LuAG晶体的中位径小于0.5μm，则缺陷密度高、发光效率低的部分的比例变多，发光效率降低。(3)如果Pr:LuAG晶体的中位径小于0.5μm，则电子束照射时的放热效率降低，因此Pr:LuAG晶体的温度升高，发光效率降低。

此外，Pr:LuAG晶体的中位径优选为30μm以下。通过Pr:LuAG晶体的中位径为30μm以下，使Pr:LuAG晶体沉积在基板上时，能够抑制Pr:LuAG晶体的从基板的剥离。

另外，本实施例的上述结果可以认为在与Pr:LuAG单晶相同的添加活化剂的含稀土类的铝石榴石晶体、例如La:LuAG单晶、Sc:LuAG单晶、Bi:LuAG单晶、La:YAG单晶和Sc:YAG单晶也同样。

(第六实施例)

接着，对上述实施方式的第六实施例进行说明。在本实施例中，首先，制作含有0.7原子百分比的Pr的多晶板。接着，将该多晶板使用研钵粉碎，由此制作粉末状或粒状的Pr:LuAG多晶。接着，通过利用沉降法使该粉末状或粒状的Pr:LuAG多晶沉积在合成石英基板上，形成发光层。然后，在该发光层之上形成有机膜(硝基纤维素)，在该有机膜上蒸镀铝膜。最后，进行烧制，由此将有机膜分解使其气化，制成发光层与铝膜相接的结构。烧制后的发光层的厚度为10μm。

图26的图谱G51是表示对由本实施例制作的紫外光产生用靶照射电子束而得到的紫外光的光谱的图。此外，图26中用于比较，一并表示了图谱G52。图谱G52是对在表面蒸镀了铝膜的Pr:LuAG多晶板照射电子束而得到的紫外光的光谱。参照图26可知，在包含粉末状或粒状的Pr:LuAG多晶的本实施例的发光层中，与Pr:LuAG多晶板相比较，通过电子束的照射产生的紫外光的峰值强度格外增大(即发光效率格外提高)。

(第七实施例)

接着，对上述实施方式的第七实施例进行说明。在本实施例中，在发光层所含的粉末状或粒状的Pr:LuAG晶体的中位径具有各种值时，对于发光层的厚度与紫外光的峰值强度的关系进行了实验。即，使中位径为0.5μm、1.0μm、6.5μm和30μm的Pr:LuAG晶体分别沉积，在各中位径中制作厚度不同的多个发光层，测量对这些发光层照射电子束而发生的紫外光的峰值强度。此外，发光层所含的Pr:LuAG晶体的中位径在沉积在基板上之前使用粒度分布计测定。

图27是在纵轴表示峰值强度且横轴表示发光层厚度(对数刻度)的图上将其结果绘制得到的图。另外，图28是在横轴(对数刻度)表示将膜厚除以中位径得到的值(即、Pr:LuAG晶粒的叠层数)的图，图中的曲线G61、G62和G63分别为中位径0.5μm、1.0μm和6.5μm的近似曲线。另外，图29(a)～图29(c)是示意性地表示在基板21上沉积的Pr:LuAG晶粒22a的图。

参照图27和图28可知，峰值强度变高(即发光效率升高)的厚度根据Pr:LuAG晶体的中位径而不同。即，Pr:LuAG晶体的中位径为0.5μm时，紫外光的峰值强度最高的厚度为3μm，此时的叠层数为6层(图29(a))。而且，可以得到足够实用的峰值强度的厚度的范围为0.5μm以上5μm以下。另外，Pr:LuAG晶体的中位径为1.0μm时，紫外光的峰值强度最高的厚度为3μm，此时的叠层数为3层(图29(b))。而且，可以得到足够实用的峰值强度的厚度的范围为1μm以上10μm以下。另外，Pr:LuAG晶体的中位径为6.5μm时，紫外光的峰值强度最高的厚度为10μm，此时的叠层数约为1.5层(图29(c))。而且，可以得到足够实用的峰值强度的厚度的范围为3μm以上30μm以下。

如上所述，Pr:LuAG晶体的中位径越小，则发光层变厚时的发光效率的降低越明显。这被认为是由于Pr:LuAG晶粒的叠层数越增加，则发光层中的紫外光的透射率越低的缘故。另外，在任意一种中位径下，如果发光层的厚度比某个值薄，则发光效率也降低。这被认为是由于如果发光层的厚度变薄，则由Pr:LuAG晶体的基板表面的包覆率降低的缘故。此外，在任意一种中位径下，紫外光的峰值强度最高时的包覆率都为100％。

另外，图30是表示本实施例中的Pr:LuAG晶体的中位径与紫外光的峰值强度的关系的图。参照图30，在Pr:LuAG晶体的中位径低于6.5μm时，中位径越大，则紫外光的峰值强度越大，发光效率越高。但是，如果中位径超过6.5μm，则紫外光的峰值强度反而降低。从该图可知，用于提高紫外光的发光效率的Pr:LuAG晶体的中位径的适合的范围为0.5μm以上100μm以下。但是如果中位径超过30μm，则由于Pr:LuAG晶体的颗粒与基板的附着力弱而剥离，所以实用的中位径的适合的范围为0.5μm以上30μm以下。

本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源以及紫外光产生用靶的制造方法不限于上述的实施方式，能够进行其他各种变形。例如，在上述实施方式和各实施例中，在发光层之上蒸镀铝膜，但在上述实施方式和各实施例中也可以省略铝膜。此外，铝膜发挥作为防静电用的导电膜的功能，也可以设为铝以外的导电膜。

工业上的可利用性

根据本发明的一个方面涉及的紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源以及紫外光产生用靶的制造方法，能够提高紫外光产生效率。

符号说明

10…电子束激发紫外光源、11…容器、12…电子源、13…引出电极、16…电源部、20…紫外光产生用靶、21…基板、21a…主面、21b…背面、22…发光层、23…铝膜、EB…电子束、UV…紫外光。

紫外光产生用靶、电子束激发紫外光源、以及紫外光产生用靶的制造方法专利购买费用说明