JP5854051B2 - 酸窒化物蛍光体粉末及びその製造方法 - Google Patents
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Description
一般式:
CaxEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
で表されるEuにより賦活された、Ca含有α型サイアロン蛍光体は、実用に値する高輝度な蛍光体は開発されていなかった。
組成式:
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
(ただし、式中、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1)
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、焼成して得られる蛍光体であり、該蛍光体はα型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末とすることで、450nmの波長の光により励起されて、ピーク波長が595nmから605nmの広い波長域で蛍光を発し、その際の外部量子効率が好適な、酸窒化物蛍光体粉末が得られることを見出し、本発明に至った。
組成式:
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
(ただし、式中、x1、x2、y、zは、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1)
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、焼成して得られ、
α型サイアロンと窒化アルミニウムとを含むことを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末に関する。
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦1.00
であることを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末に関する。
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
であることを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末に関する。
1.70<x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.05、
0≦z≦0.30
であることを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末に関する。
1.70<x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.05、
0≦z≦0.10
であることを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末に関する。
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
であり、ピーク波長が602nm〜605nmの波長域にある蛍光を発し、その際の外部量子効率が60%以上であることを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末に関する。
1.37≦x1≦2.60、さらには1.70≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30、さらには0≦z≦0.10
である酸窒化物蛍光体粉末を製造するための原料として使用する結晶質窒化ケイ素粉末であることを特徴とする前記酸窒化物蛍光体粉末製造用窒化ケイ素粉末に関する。
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
(ただし、式中、x1、x2、y、zは、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1)
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、不活性ガス雰囲気中、1500〜2000℃の温度範囲で焼成することにより、前記一般式で表される酸窒化物焼成物を得る第1工程と、
前記酸窒化物焼成物を、不活性ガス雰囲気中、1100〜1600℃の温度範囲で熱処理する第2工程と、
を有することを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末の製造方法に関する。
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
である酸窒化物蛍光体粉末の製造方法であることを特徴とする酸窒化物蛍光体粉末の前記製造方法に関する。
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
で表される酸窒化物蛍光体において、
0<x1≦3.40、0.05≦x2≦0.20、4.0≦y≦7.0、0≦z≦1で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、焼成して得られる蛍光体であり、該蛍光体はα型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末とすることにより、450nmの波長の光により励起されることで、ピーク波長が595nmから605nmの広い波長域で蛍光を発する新規な酸窒化物蛍光体粉末が提供される。この新規な酸窒化物蛍光体粉末は、好適には、450nmの波長の光により励起されて発する蛍光の外部量子効率が特に大きいという特徴を有し、高効率な酸窒化物蛍光体粉末であることができる。また、本発明は、その酸窒化物蛍光体粉末の製造に好適に用いることができる窒化ケイ素粉末、及びその酸窒化物蛍光体粉末の製造方法が提供される。
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
で表される酸窒化物蛍光体において、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、焼成して得られる、α型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末とすることにより、450nmの波長の光により励起されることで、ピーク波長が595nmから605nmの広い波長域で蛍光を発する酸窒化物蛍光体粉末に関し、とりわけ、その発光の際の外部量子効率が特に大きい、酸窒化物蛍光体粉末に関するものである。
組成式:
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
において、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、焼成して得られる、α型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末である。
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦1.00
である。
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
である。
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.05、
0≦z≦0.10
である。
α型サイアロンと窒化アルミニウム以外の結晶相は含まないことが好ましい。含まれる可能性があるその他の結晶相としては、α型窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどが挙げられ、その含有量は1質量%以下が好ましい。
7.93Å≦a=b≦7.99Å、
5.75Å≦c≦5.80Å
の範囲であることが好ましい。α型サイアロン結晶相の格子定数が、前記範囲外である場合には、外部量子効率が小さくなる。
7.96Å≦a=b≦7.99Å、
5.77Å≦c≦5.80Å
の範囲であることがより好ましい。この範囲内にある場合には、より外部量子効率が大きくなる。
3.11Å≦a=b≦3.12Å、
4.97Å≦c≦4.99Å
の範囲であることが好ましい。窒化アルミニウム結晶相の格子定数が、前記範囲内である場合には、外部量子効率がより大きくなる。
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
において、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、ユーロピウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、アルミニウム源となる物質とを混合し、不活性ガス雰囲気中、1500〜2000℃の温度範囲で焼成することにより得られる。好ましくは、得られた焼成物を、さらに、不活性ガス雰囲気中、1100〜1600℃の温度範囲で熱処理する。
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
において、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1
で表される酸窒化物蛍光体粉末である。
窒化ケイ素と窒化ユーロピウム、窒化アルミニウム、窒化カルシウムを、表1の酸窒化物の設計組成となるように窒素パージされたグローブボックス内で秤量し、乾式の振動ミルを用いて混合して、混合粉末を得た。原料の結晶質窒化ケイ素粉末の比表面積、平均粒子径及び酸素量は、それぞれ、0.3m2/g、8.0μm及び0.29質量%であった。得られた混合粉末を窒化ケイ素製のるつぼに入れて、黒鉛抵抗加熱式の電気炉に仕込み、電気炉内に窒素を流通させながら、常圧を保った状態で、1725℃まで昇温した後、1725℃で12時間保持して、酸窒化物焼成物を得た。
さらに、熱処理前後の酸窒化物蛍光体粉末の光反射率を測定した。結果を表3に示す。
<光反射率の評価方法>
分光蛍光光度計(日本分光社製FP―6500)に積分球を組み合わせた測定装置を用いて光反射率を測定した。具体的には、入射光と同波長の反射光の強度を測定する同期走査測定を行い、反射基準(標準白板)の反射率を100%とし、試料粉末の反射率を標準白板に対する相対反射率として光反射率を測定した。300〜800nmまでの拡散反射率の測定を行い、蛍光スペクトルにおけるピーク波長の光の反射率を求めた。
また、粒子表面の非晶質層の厚みは本発明の実施例ではすべて1nm以下であった。
酸窒化物蛍光体粉末が表1の設計組成になるように、実施例2〜11に係る原料粉末を秤量し混合したこと以外は、実施例1と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。得られた酸窒化物蛍光体粉末の蛍光特性、平均粒子径、比表面積、生成結晶相および含有量、格子定数を実施例1と同様の方法で測定した。その結果を、表1および表2に記載した。原料の結晶質窒化ケイ素粉末の比表面積、平均粒子径及び酸素量は、それぞれ、0.3m2/g、8.0μm及び0.29質量%であった。また、実施例2及び8の粉末X線回折パターンを図1及び2に示している。図1及び2より、生成結晶相はα型サイアロン相と窒化アルミニウム相であることが分かる。
原料の結晶質窒化ケイ素粉末の比表面積、平均粒子径及び酸素量を、実施例12は、2.5m2/g、1.5μm及び0.53質量%と、実施例13は、10.0m2/g、0.2μm及び0.89質量%とした以外は、実施例1と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。得られた酸窒化物蛍光体粉末の蛍光特性、平均粒子径、比表面積、生成結晶相および含有量、格子定数を実施例1と同様の方法で測定した。その結果を、表1および表2に記載した。酸窒化物蛍光体粉末の比表面積、平均粒子径が、1.20m2/g、8.9μmである実施例13に対して、酸窒化物蛍光体粉末の比表面積が、0.2〜0.6m2/gで、且つ、平均粒子径が10.0〜20.0μmである実施例1および12の外部量子効率が大きくなっていることが分かる。
酸窒化物蛍光体粉末が表1の設計組成になるように、比較例1〜13に係る原料粉末を秤量し混合したこと以外は、実施例1と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。得られた酸窒化物蛍光体粉末の蛍光特性、平均粒子径、比表面積、生成結晶相および含有量、格子定数を実施例1と同様の方法で測定した。その結果を、表1および表2に記載した。また、比較例5の粉末X線回折パターンを図3に示している。図3より、生成結晶相はα型サイアロン相のみであることが分かる。
はじめに、本発明の酸窒化物蛍光体粉末製造用結晶質窒化ケイ素粉末を作製した。その方法は次の通りである。
四塩化ケイ素濃度が50vol%のトルエンの溶液を液体アンモニアと反応させ、粉体嵩密度(見掛け密度)0.13g/cm3のシリコンジイミドを作製し、これを窒素ガス雰囲気下、1150℃で加熱分解して、0.25g/cm3の粉体嵩密度(見掛け密度)を有する非晶質窒化ケイ素粉末を得た。なお、シリコンジイミドの加熱分解操作においては、同操作に使用する加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度が0.0005vol%以下になるように、加熱炉に窒素ガスを導入した。得られた非晶質窒化ケイ素粉末に混入する金属不純物は、反応容器材質および粉末取り扱い機器における粉末と金属との擦れ合い状態を改良する公知の方法により、10ppm以下に低減された。
シリコンジイミドを加熱分解して非晶質窒化ケイ素粉末を得る際に、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度が0.6vol%になるように、加熱炉に窒素ガスを導入したこと以外は、実施例1と同じ方法によって、結晶質窒化ケイ素粉末を作製した。得られた結晶質窒化ケイ素粉末の比表面積は0.3m2/g、平均粒子径は8.0μm、酸素量は0.75質量%であった。
シリコンジイミドを加熱分解して非晶質窒化ケイ素粉末を得る際に、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度が0.0006vol%以下になるように、加熱炉に窒素ガスを導入したことと、非晶質窒化ケイ素を焼成する際の1100℃から1400℃までの昇温速度を20℃/hとした以外は、実施例1と同じ方法によって、結晶質窒化ケイ素粉末を作製した。この場合の比表面積は1.0m2/g、平均粒子径は3.0μm、酸素量は0.34質量%であった。
シリコンジイミドを加熱分解して非晶質窒化ケイ素粉末を得る際に、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度が0.5vol%以下になるように、加熱炉に窒素ガスを導入したこと以外は、実施例23と同じ方法によって、結晶質窒化ケイ素粉末を作製した。得られた結晶質窒化ケイ素の比表面積は1.0m2/g、平均粒子径は3.0μm、酸素量は0.72質量%であった。
シリコンジイミドを加熱分解して非晶質窒化ケイ素粉末を得る際に、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度が0.0006vol%以下になるように、加熱炉に窒素ガスを導入したことと、非晶質窒化ケイ素を焼成する際の1100℃から1400℃までの昇温速度を35℃/hとしたこと以外は、実施例21と同じ方法によって、結晶質窒化ケイ素粉末を作製した。比表面積は2.5m2/g、平均粒子径は1.5μm、酸素量は0.53質量%であった。
シリコンジイミドを加熱分解して非晶質窒化ケイ素粉末を得る際に、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度が0.5vol%以下になるように、加熱炉に窒素ガスを導入したこと以外は、実施例25と同じ方法によって、結晶質窒化ケイ素粉末を作製した。得られた結晶質窒化ケイ素の比表面積は2.5m2/g、平均粒子径は1.5μm、酸素量は0.73質量%であった。
酸窒化物焼成物の熱処理条件を表4に示すように変更したこと以外は、実施例21と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。得られた酸窒化物蛍光体粉末の蛍光特性を実施例21と同様の方法で測定した。その結果を、実施例27に係る、それぞれの酸窒化物蛍光体粉末の原料の窒化ケイ素粉末の酸素量、平均粒子径、比表面積の測定結果、また、それぞれの酸窒化物蛍光体粉末のD50及び比表面積の測定結果と併せて、表4に示す。
酸窒化物蛍光体粉末が表4の設計組成になるように、原料粉末を秤量し混合したこと以外は、実施例21と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。得られた酸窒化物蛍光体粉末の蛍光特性を実施例21と同様の方法で測定した。その結果を、実施例28〜29に係る、それぞれの酸窒化物蛍光体粉末の原料の結晶質窒化ケイ素粉末の酸素量、平均粒子径、比表面積の測定結果、また、それぞれの酸窒化物蛍光体粉末のD50及び比表面積の測定結果と併せて、表4に示す。
酸窒化物蛍光体粉末が表4の設計組成になるように、比較例21に係る結晶質窒化ケイ素粉末を含む原料粉末を秤量し混合したこと以外は、実施例21と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。
酸窒化物蛍光体粉末が表4の設計組成になるように、原料粉末を秤量し混合したこと以外は、実施例21と同様の方法で酸窒化物蛍光体粉末を得た。得られた酸窒化物蛍光体粉末の蛍光特性を実施例21と同様の方法で測定した。その結果を、酸窒化物蛍光体粉末の原料の窒化ケイ素粉末の酸素量、平均粒子径、比表面積の測定結果、また、酸窒化物蛍光体粉末のD50及び比表面積の測定結果と併せて、表4に示す。
Claims (16)
- 組成式:
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
(ただし、式中、x1、x2、y、zは、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1)
で表され、α型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末。 - 前記x1、x2、y、zは、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.5≦y≦5.5、
0≦z≦1
であることを特徴とする請求項1記載の酸窒化物蛍光体粉末。 - 前記x1、x2、y、zが、
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
であることを特徴とする請求項2記載の酸窒化物蛍光体粉末。 - 前記x1、x2、y及びzが、
1.70≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.05、
0≦z≦0.10
であることを特徴とする請求項3記載の酸窒化物蛍光体粉末。 - 前記組成式において、窒化アルミニウムの含有量が、0質量%より大きく32質量%より小さいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸窒化物蛍光体粉末。
- 450nmの波長の光により励起されて発する蛍光の外部量子効率が60%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のα型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末。
- 光反射率が80%以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のα型サイアロンと窒化アルミニウムとを含む酸窒化物蛍光体粉末。
- 酸窒化物蛍光体粉末を構成するα型サイアロン結晶相の格子定数が、7.93Å≦a=b≦7.99Å、5.75Å≦c≦5.80Åの範囲であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の酸窒化物蛍光体粉末。
- レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した粒度分布曲線における50%径(D50)が10.0〜20.0μmであり、かつ、比表面積が0.2〜0.6m2/gであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の酸窒化物蛍光体粉末。
- 粒子表面の非晶質層が2nm未満であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の酸窒化物蛍光体粉末。
- 450nmの波長の光により励起されることで、ピーク波長が595nm〜605nmの波長域にある蛍光を発し、その際の外部量子効率が60%以上であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の酸窒化物蛍光体粉末。
- 前記x1、x2、y、zが、
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
であり、ピーク波長が602nm〜605nmの波長域にある蛍光を発し、その際の外部量子効率が60%以上であることを特徴とする請求項11に記載の酸窒化物蛍光体粉末。 - 組成式:
Cax1Eux2Si12−(y+z)Al(y+z)OzN16−z
(ただし、式中、x1、x2、y、zは、
0<x1≦3.40、
0.05≦x2≦0.20、
4.0≦y≦7.0、
0≦z≦1)
で表される組成となるように、ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質とを混合し、焼成することを特徴とする、α型サイアロンと窒化アルミニウムを含む酸窒化物蛍光体粉末の製造方法。 - ケイ素源となる物質と、アルミニウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユーロピウム源となる物質との前記混合物を、不活性ガス雰囲気中、1500〜2000℃の温度範囲で焼成することにより、前記一般式で表される酸窒化物焼成物を得る第1工程と、
前記酸窒化物焼成物を、不活性ガス雰囲気中、1100〜1600℃の温度範囲で熱処理する第2工程と、
を有することを特徴とする、請求項13に記載の酸窒化物蛍光体粉末の製造方法。 - 前記ケイ素源となる物質が窒化ケイ素粉末であり、前記窒化ケイ素粉末の酸素含有量が0.2〜0.9質量%であり、平均粒子径が1.0〜12.0μmであり、比表面積が0.2〜3.0m2/gであることを特徴とする請求項13または14に記載の酸窒化物蛍光体粉末の製造方法。
- 前記x1、x2、y、zが、
1.37≦x1≦2.60、
0.16≦x2≦0.20、
4.50≦y≦5.50、
0≦z≦0.30
である酸窒化物蛍光体粉末の製造方法であることを特徴とする請求項15に記載の酸窒化物蛍光体粉末の製造方法。
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