JPWO2012017949A1 - 珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN3系蛍光体、Sr2Si5N8系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN3系蛍光体及びLa3Si6N11系蛍光体、及びその製造方法 - Google Patents

珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN3系蛍光体、Sr2Si5N8系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN3系蛍光体及びLa3Si6N11系蛍光体、及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレー(FED)、プラズマディスプレーパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、発光ダイオード(LED)等に使用できる、より高輝度の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN3系蛍光体、Sr2Si5N8系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN3系蛍光体及びLa3Si6N11系蛍光体、及びその製造方法を提供する。本発明は、珪素元素と窒素元素とを含有し、酸素元素を構成元素としない珪窒化物蛍光体を製造するための原料として使用する結晶質窒化珪素粉末であって、酸素含有量が0.2〜0.9wt%であることを特徴とする珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN3系蛍光体、Sr2Si5N8系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN3系蛍光体及びLa3Si6N11系蛍光体、及びその製造方法に関する。

Description

本発明は、ディスプレイ、液晶用バックライト、蛍光ランプ、白色発光ダイオード等に使用される蛍光強度が改善された珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体及びLaSi11系蛍光体、及びその製造方法に関する。
近年、青色ダイオードが実用化されたことを受け、このダイオードを発光源とする白色発光ダイオードの開発研究が盛んに行われている。白色発光ダイオードは軽量で、水銀を使用せず、長寿命であることから、今後、需要が急速に拡大することが予測されている。通常白色光発光ダイオードは、セリウムで付活されたYAG(YAl12:Ce)粉末とエポキシ樹脂の混合物のペーストを青色発光素子に塗布したものが採用されている(特許文献1)。
しかし、YAG:Ceの蛍光の色が、CIE色度座標で、x=0.41、y=0.56付近にあり、460nmの青色励起光と混色した場合、青色発光ダイオードの色座標とYAGの色座標を結ぶ線上で色調を制御するため、白色ではなく緑青色の混ざった白色になる。このため、赤色の不足した白色しか実現できないという問題が生じる。この色調の悪さを解決するためにYAG:Ce蛍光体粉末に赤色を発する別の蛍光体粉末を混ぜて、色調を制御している。
ところが、青色光を吸収し赤色の蛍光を放出する蛍光体の報告は非常に少ない。具体例としては、非特許文献1に、ユーロピウム(Eu)で付活されたBaSiが報告されている。また、最近、BaSiの光出力を上回るEuで付活されたCaAlSiNが見出された(非特許文献2)。また、特許文献2には、平均粒径0.5μm、酸素含有量0.93wt%の結晶質窒化珪素粉末を原料に使用し、CaAlSiNの組成比率およびサイトを置換して蛍光特性を制御している例が開示されている。
さらに、希土類元素を付活したASi結晶構造蛍光体として、非特許文献3に、MSi(M=Ca,Sr,Ba,Zn;x、y、zは種々の値)を母体とする蛍光体、特許文献3に、MSi:Eu(M=Ca,Sr,Ba,Zn;z=2/3x+4/3y)を母体とする蛍光体などの赤色に発光するものが知られているが、青色の可視光での励起では赤色の発光強度は十分でなかった。
また、近年、近紫外から青色の発光ダイオードを励起源とする白色発光ダイオードが盛んに検討されるようになり、この励起波長に対し強く黄色の発光する蛍光体が求められている。黄色発光体としては、従来、YAl12:Ceが広く使用されていたが、特許文献4に記載のように、LaSi11も知られているようになっている。
これら窒化物蛍光体は、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレー(FED)、プラズマディスプレーパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、白色発光ダイオード(LED)などに使用でき、輝度低下の少ない蛍光体として期待されている。
特開2000−208815号公報 特許第3837588号公報 米国特許第6682663号公報 特開2010−70773号公報
Journal of Physics and Chemistry of Solids 61巻 (2000年)2001〜2006ページ 第65回応用物理学会学術講演会、講演予稿集 1283ページ 「On new rare−earth doped M−Si−Al−O−N materials」J.W.H.van Krevel著、TU Eindhoven 2000、ISBN 90−386−2711−4
しかしながら、これら窒化物蛍光体の蛍光強度は、未だ十分ではなく、より高輝度の蛍光体が期待されている。そこで、本発明は、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレー(FED)、プラズマディスプレーパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、発光ダイオード(LED)等に使用できる、より高輝度の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体及びLaSi11系蛍光体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、特定の結晶質窒化珪素粒子からなる粉末を原料として用いることにより、蛍光強度に優れたCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体及びLaSi11系蛍光体が製造できることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は、珪素元素と窒素元素とを含有し、酸素元素を構成元素としない珪窒化物蛍光体を製造するための原料として使用する結晶質窒化珪素粉末であって、酸素含有量が0.2〜0.9wt%であることを特徴とする珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末に関する。
また本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、CaAlSiN系蛍光体を製造する方法であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、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、ユウロピウム源となる物質とを、一般式(EuCa1−x)AlSiNになるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするCaAlSiN系蛍光体の製造方法に関する。
さらに、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたCaAlSiN系蛍光体であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、Ca粉末と、AlN粉末と、EuN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuCa1−x)AlSiNで表されるCaAlSiN系蛍光体に関する。
また、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、SrSi系蛍光体を製造する方法であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ストロンチウム源となる物質と、ユウロピウム源となる物質とを、一般式(EuSr1−xSiになるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするSrSi系蛍光体の製造方法に関する。
さらに、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたSrSi系蛍光体であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、窒化ストロンチウム粉末と、窒化ユウロピウム粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuSr1−xSiで表されるSrSi系蛍光体に関する。
また、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体を製造する方法であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ストロンチウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユウロピウム源となる物質と、アルミニウム源となる物質とを、一般式(EuSrCa)AlSiN、(ただし、x+y+z=1)になるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体の製造方法に関する。
さらに、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いた(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、Sr粉末と、Ca粉末と、EuN粉末と、AlN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuSrCa)AlSiN、(ただし、x+y+z=1)で表される(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体に関する。
また、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、LaSi11系蛍光体を製造する方法であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ランタン源となる物質と、セリウム源となる物質とを、一般式(CeLa1−X)Si11になるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするLaSi11系蛍光体の製造方法に関する。
さらに、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたLaSi11系蛍光体であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、LaN粉末と、CeN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(CeLa1−X)Si11で表されるLaSi11系蛍光体に関する。
以上のように、本発明によれば、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレー(FED)、プラズマディスプレーパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、発光ダイオード(LED)等に使用できる、より高輝度の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末並びにそれを用いたCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体及びLaSi11系蛍光体、及びその製造方法を提供することができる。
図1は実施例1の結晶質窒化珪素の粒子を示す走査型電子線顕微鏡写真である。 図2は実施例4の結晶質窒化珪素の粒子を示す走査型電子線顕微鏡写真である。
本発明に係る珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末は、珪素元素と窒素元素とを含有し、酸素元素を構成元素としない珪窒化物蛍光体であり、具体的には、CaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、及びLaSi11系蛍光体を製造するための原料として使用する結晶質窒化珪素粉末である。また、結晶質窒化珪素としては、α型窒化珪素が好ましい。
本発明に係る珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末において、窒化珪素粉末の酸素含有量は、0.2〜0.9wt%である。従来の蛍光体原料としての窒化珪素粉末の酸素含有量は、1.0〜2.0wt%であり、本発明のように、酸素含有量の少ない窒化珪素粉末を蛍光体原料に用いることにより、従来の蛍光体よりも蛍光強度の高い珪窒化物蛍光体を得ることができる。窒化珪素粉末中の酸素含有量は、好ましくは、0.2〜0.8wt%、さらに好ましくは、0.2〜0.4wt%である。酸素含有量を0.2wt%以下にする事は製造上難しく、酸素含有量が0.9wt%以上では蛍光特性の顕著な向上が認められないので、好ましくない。なお、酸素含有量の測定は、LECO社製酸素窒素同時分析装置で測定した。
また、本発明において、窒化珪素粉末の平均粒子径は、1.0〜12μmが好ましい。CaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体を製造するための原料として使用する場合、さらに好ましくは、2.0〜12μmである。また、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、及びLaSi11系蛍光体を製造するための原料として使用する場合、さらに好ましくは1.0〜8μmである。平均粒子径が1.0μm未満では酸素含有量が増加する傾向があり、蛍光特性の効果が小さくなる。平均粒子径が12μmを超えると、製造が難しく実用的ではない。なお、平均粒子径は、次のようにして走査型電子顕微鏡写真から粒子径を測定した。即ち具体的には、走査型電子顕微鏡像写真内に円を描き、その円に接する個々の粒子について、粒子に内接する最大の円を定め、その円の直径をその粒子の径とし、それらの粒子の径の平均をとることにより粒子の平均粒子径を算出した。対象とする測定粒子の数は、約50〜150個になるようにした。
また、本発明において、窒化珪素粉末の比表面積は、0.2〜4.0m/gが好ましい。CaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体を製造するための原料として使用する場合、さらに好ましくは、0.2〜3.0m/gである。また、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、及びLaSi11系蛍光体を製造するための原料として使用する場合、さらに好ましくは0.3〜3.0m/gである。窒化珪素粉末の比表面積を0.2m/g未満にする事は製造上難しく実用的ではなく、素子化する上で不都合を生じる。比表面積が4.0m/gを超えると、蛍光特性の効果が小さくなるので、0.2〜4.0m/gが好ましい。なお、比表面積は、島津社製フローソーブ2300型比表面積測定装置(窒素ガス吸着法によるBET法)で測定した。
本発明に係る珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末は、含窒素シラン化合物および/または非晶質(アモルファス)窒化珪素粉末を熱分解して得ることができる。含窒素シラン化合物としては、シリコンジイミド(Si(NH))、シリコンテトラアミド、シリコンニトロゲンイミド、シリコンクロルイミド等が挙げられる。これらは、公知方法、例えば、四塩化珪素、四臭化珪素、四沃化珪素等のハロゲン化珪素とアンモニアとを気相で反応させる方法、液状の前記ハロゲン化珪素と液体アンモニアとを反応させる方法などによって製造される。
また、非晶質窒化珪素粉末は、公知方法、例えば、前記含窒素シラン化合物を窒素又はアンモニアガス雰囲気下に1200〜1460℃の範囲の温度で加熱分解する方法、四塩化珪素、四臭化珪素、四沃化珪素等のハロゲン化珪素とアンモニアとを高温で反応させる方法などによって製造されたものが用いられる。非晶質窒化珪素粉末及び含窒素シラン化合物の平均粒子径は、通常、0.003〜0.05μmである。
前記含窒素シラン化合物、非晶質窒化珪素粉末は、加水分解し易く、酸化され易い。したがって、これらの原料粉末の秤量は、不活性ガス雰囲気中で行う。本材料は、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した公知の方法により、非晶質窒化珪素粉末に混入する金属不純物は10ppm以下に低減される。また、非晶質窒化珪素粉末を得るための加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.0〜2.0vol%の範囲で制御できる。加熱分解時の雰囲気中の酸素濃度を、例えば、100ppm以下、好ましくは10ppm以下などに規定して、低酸素含有量の非晶質窒化珪素粉末を得る。非晶質窒化珪素粉末の酸素含有量が低いほど、得られる結晶質窒化珪素粉末の酸素含有量も低くなる。
次に、含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化珪素粉末を1300〜1700℃の範囲、窒素又はアンモニアガス雰囲気下で焼成して結晶質窒化珪素粉末を得る。焼成の条件(温度と昇温速度)を制御することで、粒子径を制御する。本発明の場合、低酸素の結晶質窒化珪素粉末を得るためには、含窒素シラン化合物から非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の窒素ガス雰囲気焼成に同時含有させる酸素を制御する必要がある。大きな粒子径の結晶質窒化珪素粉末を得るためには、非晶質窒化珪素粉末から結晶質窒化珪素粉末を焼成する際、40℃/hr以下のようなゆっくりとした昇温が必要である。このようにして得られた結晶質窒化珪素粉末は図2に示すように、大きな一次粒子がほぼ単分散の状態にあり、凝集粒子、融着粒子はほとんどない。得られた結晶質窒化珪素粉末は金属不純物100ppm以下の高純度粉末である。また、この結晶質窒化珪素粉末を酸洗浄するなど化学的処理をする事で低酸素の結晶質窒化珪素粉末が得られる。このようにして、本発明に係る酸素含有量が0.2〜0.9wt%の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を得ることができる。
また、このようにして得られた窒化珪素粉末は、金属シリコンの直接窒化法により製造された窒化珪素粉末と違って、強力な粉砕を必要とせず、そのため、不純物量が100ppm以下ときわめて少ないという特徴がある。本発明に係る窒化珪素粉末に含まれる不純物(Al、Ca、Fe)は、100ppm以下、好ましくは、20ppm以下とすることで、蛍光強度の高い蛍光体が得られる。
次に、本発明に係る珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、珪窒化物蛍光体を製造する方法について説明する。
まず、珪窒化物蛍光体が、CaAlSiN系蛍光体である場合について説明する。本発明に係るCaAlSiN系蛍光体は、CaAlSiNを基本構造とし、Caの一部をEuなどの賦活元素で置換した蛍光体をいう。本発明に係るCaAlSiN系蛍光体の製造方法は、酸素含有量が0.2〜0.9wt%の前記窒化珪素粉末と、AlNなどのアルミニウム源となる物質と、Caなどのカルシウム源となる物質と、EuNなどのユウロピウム源となる物質とを一般式(EuCa1−x)AlSiNになるように混合し、0.05〜100MPaの窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする。
アルミニウム源となる物質としては、窒化アルミニウム(AlN)以外に、金属アルミニウムが挙げられる。カルシウム源となる物質としては、Ca以外に、金属カルシウムが挙げられる。ユウロピウム源となる物質としては、EuN以外に、金属ユウロピウムが挙げられる。
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体は、発光源としてEu元素以外にMn、Ce、Pr、Nd、Sm、Ybでも発光するが、Euを含むことが好ましく、Euであることが望ましい。
得られるCaAlSiN系蛍光体は、一般式(EuCa1−x)AlSiNで表される蛍光体であり、CaAlSiNのCaの一部がEuで置換されている。その置換量xは特に限定されないが、通常、0<x<0.1である。
一般的には、原料としては、窒化珪素(Si)、窒化カルシウム(Ca)、窒化ユウロピウム(EuN)、窒化アルミニウム(AlN)が好適に用いられる。原料の作製方法としては、最終的に前記窒化物を得ることができる方法であれば、如何なる方法でも採用することができる。ここでは、代表的な原料の作製方法について述べる。
Caは、金属カルシウムを直接窒化して作製することができる。金属カルシウムを、カーボン、または、窒化ホウ素の坩堝に入れ600〜900℃で加熱し、窒化して作る。また、窒化カルシウムは市販もされており、市販品(例えば、アルドリッチ製)を利用しても良い。
EuNも金属ユウロピウムの直接窒化によって得ることができる。金属ユウロピウムを、窒素ボックス中で鑢を用いて微粒にして、カーボン製、または窒化ホウ素製の坩堝に入れる。これを焼成炉に入れ、窒素雰囲気中で600〜900℃で加熱し、窒化を行う。EuNの一部は、Euで置換されていてもよい。
AlNについては、直接窒化法またはアルミナの還元窒化法が採用されるが、高純度のAlNが、広く市販されているのでそれを用いても良い。例えば、トクヤマ製AlN(F、Eグレード)などを利用することができる。
次に、珪窒化物蛍光体が、SrSi系蛍光体である場合について説明する。本発明に係るSrSi系蛍光体は、ASi結晶構造を持った結晶で、AサイトにSrが存在し、Euなどの希土類付活元素が固溶した蛍光体をいう。また、AサイトにCa、Baが一部固溶していてもよい。本発明に係るSrSi系蛍光体の製造方法は、酸素含有量が0.2〜0.9wt%の前記窒化珪素粉末と、Srなどのストロンチウム源となる物質と、EuNなどのユウロピウム源となる物質とを一般式(EuSr1−xSiになるように混合し、0.05〜100MPaの窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする。
ストロンチウム源となる物質としては、窒化ストロンチウム(Sr、SrN)以外に、金属ストロンチウムが挙げられる。ユウロピウム源となる物質としては、窒化ユウロピウム以外に、金属ユウロピウム、酸化ユウロピウムが挙げられる。
Sr元素以外にCa、BaでもASi結晶構造を構成するが、Srを含むことが好ましく、Srであることが望ましい。
本発明に係るSrSi系蛍光体は、発光源としてEu元素以外にMn、Ce、Pr、Nd、Sm、Ybでも発光するが、Euを含むことが好ましく、Euであることが望ましい。
得られるSrSi系蛍光体は、一般式(EuSr1−xSiで表される蛍光体であり、SrSiのSrの一部がEuで置換されている。その置換量xは特に限定されないが、通常、0.01<x<0.2である。
一般的には、原料としては、窒化珪素(Si)、窒化ストロンチウム(Sr)、窒化ユウロピウム(EuN)が好適に用いられる。原料の作製方法としては、最終的に前記窒化物を得ることができる方法であれば、如何なる方法でも採用することができる。
次に、珪窒化物蛍光体が、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体である場合について説明する。本発明に係る(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体は、CaAlSiN蛍光体のCaサイトの一部Srで置き換わったものであり、さらに、一部がEuなどの希土類付活元素Mで置換された蛍光体をいう。本発明に係る(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体の製造方法は、平均粒子径が1.0〜12μmであり、酸素含有量が0.2〜0.9wt%の前記窒化珪素粉末と、Srなどのストロンチウム源となる物質と、Caなどのカルシウム源となる物質と、EuNなどのユウロピウム源となる物質と、ALNなどのアルミニウム源となる物質とを一般式(EuSrCa)AlSiNになるように混合し、0.0〜100MPaの窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする。
ストロンチウム源となる物質としては、窒化ストロンチウム(Sr)以外に、金属ストロンチウムが挙げられる。カルシウム源となる物質としては、窒化カルシウム(Ca)以外に、金属カルシウムが挙げられる。ユウロピウム源となる物質としては、窒化ユウロピウム(EuN)以外に、金属ユウロピウムが挙げられる。アルミナ源となる物質としては窒化アルミニウム(AlN)以外に、金属アルミニウムが挙げられる。
本発明に係る(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体は、発光源としてEu元素以外にCe、Pr、Nd、Sm、Ybでも発光するが、Euを含むことが好ましく、Euであることが望ましい。
得られる(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体は、一般式(MSrCa)AlSiNで表される蛍光体であり、x+y+z=1、0.1≦y≦0.8である。(Sr,Ca)AlSiNの(Sr,Ca)の一部が発光源となるEuなどの稀土類元素Mで置換されている。その置換量xは特に限定されないが、通常、0.002≦x≦0.03である。
一般的には、原料としては、窒化珪素(Si)、窒化ストロンチウム(Sr)、窒化カルシウム(Ca)、窒化ユウロピウム(EuN)、窒化アルミニウム(AlN)が好適に用いられる。原料の作製方法としては、最終的に前記窒化物を得ることができる方法であれば、如何なる方法でも採用することができる。
次に、珪窒化物蛍光体が、LaSi11系蛍光体である場合について説明する。本発明に係るLaSi11系蛍光体は、Laの一部が、Ceなどの希土類付活元素で置換された蛍光体をいう。本発明に係るLaSi11系蛍光体の製造方法は、酸素含有量が0.2〜0.9wt%の前記結晶質窒化珪素粉末と、LaNなどのランタン源となる物質と、CeNなどのセリウム源となる物質とを一般式(CeLa1−X)Si11になるように混合し、0.05〜100MPaの窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする。
ランタン源となる物質としては、窒化ランタン(LaN)以外に、金属ランタンが挙げられる。セリウム源となる物質としては、窒化セリウム以外に、金属セリウム、酸化セリウムが挙げられる。
本発明に係るLaSi11系蛍光体は、発光源としてCe元素以外にY、Nd、Sm、Euでも発光するが、Ceを含むことが好ましく、Ceであることが望ましい。
得られるLaSi11系蛍光体は、一般式(CeLa1−X)Si11で表される蛍光体であり、LaSi11のLaの一部がCeで置換されている。その置換量xは特に限定されないが、通常、0.001<x<1.0である。
一般的には、原料としては、窒化珪素(Si)、窒化ランタン(LaN)、窒化セリウム(CeN)が好適に用いられる。原料の作製方法としては、最終的に前記窒化物を得ることができる方法であれば、如何なる方法でも採用することができる。
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体の製造方法において、前記した各出発原料を混合する方法については、特に制約は無く、それ自体公知の方法、例えば、乾式混合する方法、原料各成分と実質的に反応しない不活性溶媒中で湿式混合した後に溶媒を除去する方法などを採用することができる。混合装置としては、V型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミル、媒体攪拌ミルなどが好適に使用される。
出発原料の混合物は、1気圧の窒素含有不活性ガス雰囲気中1400〜1800℃、好ましくは1500〜1700℃で焼成され、目的とする蛍光体が得られる。焼成温度が1400℃よりも低いと、所望の蛍光体の生成に長時間の加熱を要し、実用的でない。また、生成粉末中における蛍光体の生成割合も低下する。焼成温度が1800℃を超えると、カルシウム、ユウロピウム、ストロンチウム、ランタン、セリウムの蒸発が著しくなり明るい蛍光体を得ることができない。
出発原料混合粉末を、加圧窒素ガス雰囲気下1600〜2000℃、好ましくは1600〜1900℃の温度範囲で焼成することもできる。この場合には、窒素ガス加圧により、カルシウム、ユウロピウム、及びセリウムの蒸発、Siの昇華分解が抑制され、短時間で所望の蛍光体を得ることができる。窒素ガス圧を高くすることで焼成温度を上げることができるが、例えば5気圧の窒素ガス加圧下では1600〜1850℃、10気圧の窒素ガス加圧下では1600〜2000℃で焼成することができる。
粉末混合物の焼成に使用される加熱炉については、とくに制約は無く、例えば、高周波誘導加熱方式または抵抗加熱方式によるバッチ式電気炉、ロータリーキルン、流動化焼成炉、プッシャ−式電気炉などを使用することができる。
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体の製造方法において、焼成後に、酸を含む溶液中で洗浄処理を施すことが好ましい。さらに、焼成後に、窒素、アンモニア、水素から選ばれる1種又は2種以上の雰囲気下で、300〜1000℃の温度範囲で、加熱処理することが好ましい。このようにして得られた一般式(EuCa1−x)AlSiNで表されるCaAlSiN系蛍光体、一般式(EuSr1−xSiで表されるSrSi系蛍光体、一般式(MSrCa)AlSiNで表される(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体(Mは発光源でありEuなどの稀土類元素が用いられる。発光源となる稀土類元素Mとしては、Eu元素以外にCe、Pr、Nd、Sm、Ybが挙げられるが、Euを含むことが好ましく、Euであることが望ましい。)、一般式(CeLa1−X)Si11で表されるLaSi11系蛍光体(Ceは発光源であり、Ce元素以外にY、Nd、Sm、Euでも発光するが、Ceを含むことが好ましく、Ceであることが望ましい。)は、従来の窒化珪素粉末を原料にして得られた蛍光体と比較して、蛍光強度の優れた蛍光体である。
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体は、上記のようにして得られた蛍光体であり、より具体的には、上記の窒化珪素粉末とCa粉末とAlN粉末とEuN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られたCaAlSiN系蛍光体、上記の窒化珪素粉末とSr粉末とEuN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られたSrSi系蛍光体、上記の窒化珪素粉末とSr粉末とCa粉末とEuN粉末とAl粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られた(Sr,Ca)の一部がEuで置換された(Sr,Ca)AlSiN蛍光体、上記の窒化珪素粉末とLaN粉末とCeN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られたLaの一部がCeで置換されたLaSi11蛍光体が挙げられる。
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体は、公知の方法でエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の透明樹脂と混練されてコーティング剤が製造される。これを、励起光を発する発光ダイオードに塗布して光変換型の発光ダイオードを形成し、照明器具として利用される。また、本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体を含む薄い板を形成し、励起源となる発光ダイオードの光を吸収するように配置して、光変換型の発光ダイオードを作製、照明器具として利用することもできる。励起源となる発光ダイオードの波長は、珪窒化物蛍光体の特性を生かすために300〜500nmの波長の光を発するものが望ましく、好ましくは、300〜470nmの紫外から青色の波長の光が望ましい。本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、及び(Sr,Ca)AlSiN蛍光体は、赤色の蛍光を発するが、他の色を発する蛍光体、例えば、黄色を発する蛍光体、橙色を発する蛍光体、緑色を発する蛍光体、青色を発する蛍光体と混ぜて使用することも可能である。これらの蛍光体と混ぜると、本発明の蛍光体によって、放出される光の赤色の成分が増え、色調の制御が可能となる。また、本発明に係るLaSi11系蛍光体は、黄色の蛍光を発するが、他の色を発する蛍光体、例えば、緑色を発する蛍光体、橙色を発する蛍光体、赤色を発する蛍光体、青色を発する蛍光体と混ぜて使用することも可能である。これらの蛍光体と混ぜると、本発明の蛍光体によって、放出される光の黄色の成分が増え、色調の制御が可能となる。
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体と励起源とを用いて、画像表示装置を作製することも可能である。この場合、励起源として、発光ダイオードだけではなく、電子線、電場、真空紫外線、紫外線を発する光源も採用される。本発明に係る珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて製造された珪窒化物蛍光体はこれらの励起源に対し輝度低下がないという特徴を有している。このようにして、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレー(FED)、プラズマディスプレーパネル(PDP)、陰極線管(CRT)に適用される。
以下では、具体的例を挙げ、本発明を更に詳しく説明する。
まず、本実施例において、粉末の比表面積は、島津社製フローソーブ2300型比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着法によるBET法で測定した。酸素含有量は、LECO社製酸素窒素同時分析装置で測定した。平均粒子径は、走査型電子顕微鏡写真から粒子径を測定した。具体的には、走査型電子顕微鏡像写真内に円を描き、その円に接した約150個の個々の粒子について、粒子に内接する最大の円を定め、その円の直径をその粒子の径とし、それらの粒子の径の平均をとることにより粒子の平均粒子径を算出した。
(結晶質窒化珪素粉末の作製)
(実施例1)
はじめに、本発明に必要な結晶質窒化珪素粉末を作製した。その方法は次の通りである。
四塩化珪素濃度が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/cm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/cmの粉体嵩密度(見掛け密度)を有する非晶質窒化珪素粉末を得た。本材料は、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、非晶質窒化珪素粉末に混入する金属不純物は10ppm以下に低減された。また、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.4vol%で導入した。
この非晶質窒化珪素粉末を炭素製の坩堝に入れて、室温から1100℃までを1時間、1100℃から1400℃までを50℃/hr、1400℃から1500℃まで1時間で昇温し、1500℃で1時間保持することで、実施例1に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。
得られた結晶質窒化珪素粉末の粒子を図1に示す。比表面積は10m/g、平均粒子径は0.2μm、酸素含有量が0.89wt%であった。
蛍光X線による不純物分析を行った結果、Alは0ppm、Caは16ppm、Feは16ppmと不純物量は非常に微量であった。
(実施例2)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.2vol%で導入した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、実施例2に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は10m/g、平均粒子径は0.2μm、酸素含有量が0.72wt%であった。
(実施例3)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.001vol%以下で導入した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、実施例3に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は10m/g、平均粒子径は0.2μm、酸素含有量が0.60wt%であった。
(実施例4)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.5vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の1100℃から1400℃まで20℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、実施例4に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末は、α型窒化珪素粉末であり、その粒子を図2に示す。比表面積は1.0m/g、平均粒子径は3.0μm、酸素含有量が0.72wt%であった。
(実施例5)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.0006vol%以下で導入した。それ以外は実施例4と同じ方法によって、実施例5に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は1.0m/g、平均粒子径は3.0μm、酸素含有量が0.34wt%であった。
(実施例6)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.6vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の1100℃から1400℃まで10℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、実施例6に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は0.3m/g、平均粒子径は8.0μm、酸素含有量が0.75wt%であった。
(実施例7)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.0005vol%以下で導入した。それ以外は実施例6と同じ方法によって、実施例7に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は0.3m/g、平均粒子径は8.0μm、酸素含有量が0.29wt%であった。
(実施例8)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.5vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の温度は、1100℃から1400℃まで40℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、実施例8に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は3.0m/g、平均粒子径は1.0μm、酸素含有量が0.73wt%であった。
(実施例9)
実施例8で使用した結晶質窒化珪素粉末の比表面積が3.0m/g、平均粒子径は1.0μm、酸素含有量が0.73wt%を、更にフッ酸:結晶質窒化珪素=0.5g:1.0gになる酸溶液に入れてボールミル混合した後、水洗洗浄することで、実施例9に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の酸素含有量は、0.53wt%に低減した。
(実施例10)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.0006vol%以下で導入した。それ以外は実施例8と同じ方法によって、実施例10に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は3.0m/g、平均粒子径は1.0μm、酸素含有量が0.33wt%であった。
(比較例1)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を1.3vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の温度は、1100℃から1400℃まで50℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、比較例1に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は10m/g、平均粒子径は0.2μm、酸素含有量が1.34wt%であった。
(比較例2)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を2.0vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の温度は、1100℃から1400℃まで40℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、比較例2に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は3.0m/g、平均粒子径は1.0μm、酸素含有量が1.65wt%であった。
(比較例3)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を1.8vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の温度は、1100℃から1400℃まで20℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、比較例3に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は1.0m/g、平均粒子径は3.0μm、酸素含有量が1.55wt%であった。
(比較例4)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を1.6vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の温度は、1100℃から1400℃まで10℃/hrでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、比較例4に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は0.3m/g、平均粒子径は8.0μm、酸素含有量が1.42wt%であった。
(比較例5)
シリコンジイミドを加熱して非晶質窒化珪素粉末を得るときの、加熱炉に流通させる窒素ガス中の酸素濃度を0.4vol%で導入した。非晶質窒化珪素粉末を焼成する際の温度は、1100℃から1400℃まで50℃/hでゆっくりと昇温した。それ以外は実施例1と同じ方法によって、比較例5に係る結晶質窒化珪素粉末を作製した。得られた結晶質窒化珪素粉末の比表面積は10m/g、平均粒子径は0.2μm、酸素含有量が0.93wt%であった。
(CaAlSiN蛍光体の作製)
(実施例11〜20、比較例6〜9)
実施例1〜10、比較例1〜4に係る結晶質窒化珪素粉末を用いて、実施例11〜20、比較例6〜9に係る珪窒化物蛍光体を作製した。具体的には、組成が窒素ボックス中でEu0.008Ca0.992AlSiNになるように、窒化珪素粉末と窒化アルミニウム粉末と窒化カルシウム粉末と窒化ユウロピウム粉末を秤量した。これらの原料を窒素ガス雰囲気中で振動ミルにより1時間混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製坩堝に入れた。つぎに、坩堝を、雰囲気加圧型の電気炉にセットした。油回転ポンプにより真空とした後、純度が99.999%の窒素を導入して圧力を0.8MPaとし、1000℃まで1時間、1200℃まで1時間、1800℃まで2時間の計4時間で1800℃まで昇温し、1800℃で10時間保持し、その後、炉冷し、坩堝を取り出した。合成した試料を軽く粉砕し、粉末X線回折測定(XRD)を行った。その結果、Caの一部がEuで置換された、CaAlSiN蛍光体であることを確認した。
この粉末をめのう乳鉢・乾式粉砕機・湿式粉砕機を用いて粉砕した。所定の粒径にした後、日本分光社製、積分球付のFP−6500を用いて、励起450nmとして、蛍光特性を評価した。
表1には、原料の結晶質窒化珪素粉末の比表面積、酸素含有量、および、比較例6の蛍光強度を100とした時の、得られたCaAlSiN系蛍光体の蛍光相対強度を示した。
(SrSi系蛍光体の作製)
(実施例21〜29、比較例10〜13)
実施例1及び3〜10、比較例1〜4に係る結晶質窒化珪素粉末を用いて、実施例21〜29、比較例10〜13に係る珪窒化物蛍光体を作製した。具体的には、組成が窒素ボックス中でEu0.06Sr1.94Siになるように、窒化珪素粉末と窒化ストロンチウム粉末と窒化ユウロピウム粉末を秤量した。これらの原料を窒素ガス雰囲気中で振動ミルにより1時間混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製坩堝に入れた。つぎに、坩堝を、雰囲気加圧型の電気炉にセットした。油回転ポンプにより真空とした後、純度が99.999%の窒素を導入して圧力を0.8MPaとし、1000℃まで1時間、1200℃まで1時間、1600℃まで2時間の計4時間で1600℃まで昇温し、1600℃で6時間保持し、その後、炉冷し、坩堝を取り出した。合成した試料を軽く粉砕し、粉末X線回折測定(XRD)を行った。その結果、Srの一部がEuで置換された、SrSi系蛍光体であることを確認した。
この粉末をめのう乳鉢・乾式粉砕機・湿式粉砕機を用いて粉砕した。所定の粒径にした後、日本分光社製、積分球付のFP−6500を用いて、励起450nmとして、蛍光特性を評価した。
表2には、原料の結晶質窒化珪素粉末の比表面積、酸素含有量、および、比較例10の蛍光強度を100とした時の、得られたSrSi系蛍光体の蛍光相対強度を示した。
((Sr,Ca)AlSiN系蛍光体の作製)
(実施例30〜36、比較例14〜18)
実施例4〜10、比較例1〜5に係る結晶質窒化珪素粉末を用いて、実施例30〜36、比較例14〜18に係る珪窒化物蛍光体を作製した。具体的には、組成が窒素ボックス中でEu0.008Sr0.7936Ca0.1984AlSiNになるように、窒化珪素粉末と窒化ストロンチウム粉末と窒化カルシウム粉末と窒化ユウロピウム粉末と窒化アルミニウム粉末を秤量した。これらの原料を窒素ガス雰囲気中で振動ミルにより1時間混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製坩堝に入れた。つぎに、坩堝を、雰囲気加圧型の電気炉にセットした。油回転ポンプにより真空とした後、純度が99.999%の窒素を導入して圧力を0.8MPaとし、1000℃まで1時間、1200℃まで1時間、1800℃まで2時間の計4時間で1800℃まで昇温し、1800℃で6時間保持し、その後、炉冷し、坩堝を取り出した。合成した試料を軽く粉砕し、粉末X線回折測定(XRD)を行った。その結果、(Sr,Ca)の一部がEuで置換された、(Sr,Ca)AlSiN蛍光体であることを確認した。
この粉末をめのう乳鉢・乾式粉砕機・湿式粉砕機を用いて粉砕した。所定の粒径にした後、日本分光社製、積分球付のFP−6500を用いて、励起450nmとして、蛍光特性を評価した。
表3には、原料の結晶質窒化珪素粉末の比表面積、酸素含有量、および、比較例18の蛍光強度を100とした時の、得られた(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体の蛍光相対強度を示した。
(実施例37)
実施例4に係る結晶質窒化珪素粉末(比表面積は1.0m/g、平均粒子径は3.0μm、酸素含有量が0.72wt%)を用いて、窒素ボックス中でEu0.002Sr0.7936Ca0.2044AlSiNになるように、窒化珪素粉末と窒化ストロンチウム粉末と窒化カルシウム粉末と窒化ユウロピウム粉末と窒化アルミニウム粉末を秤量した。それ以外は実施例30〜36と同じ方法によって、(Sr,Ca)の一部がEuで置換された、(Sr,Ca)AlSiN蛍光体を作製した。結果を表4に示す。
(実施例38)
組成比率がEu0.03Sr0.7936Ca0.1764AlSiNになるように、窒化珪素粉末と窒化ストロンチウム粉末と窒化カルシウム粉末と窒化ユウロピウム粉末と窒化アルミニウム粉末を秤量した。それ以外は実施例30〜36と同じ方法によって、(Sr,Ca)の一部がEuで置換された、(Sr,Ca)AlSiN蛍光体を作製した。結果を表4に示す。
(実施例39)
組成比率がEu0.008Sr0.1Ca0.892AlSiNになるように、窒化珪素粉末と窒化ストロンチウム粉末と窒化カルシウム粉末と窒化ユウロピウム粉末と窒化アルミニウム粉末を秤量した。それ以外は実施例30〜36と同じ方法によって、(Sr,Ca)の一部がEuで置換された、(Sr,Ca)AlSiN蛍光体を作製した。結果を表4に示す。
(実施例40)
組成比率がEu0.008Sr0.5Ca0.492AlSiNになるように、窒化珪素粉末と窒化ストロンチウム粉末と窒化カルシウム粉末と窒化ユウロピウム粉末と窒化アルミニウム粉末を秤量した。それ以外は実施例30〜36と同じ方法によって、(Sr,Ca)の一部がEuで置換された、(Sr,Ca)AlSiN蛍光体を作製した。結果を表4に示す。
(LaSi11蛍光体の作製)
(実施例41〜47、比較例19〜23)
実施例4〜10、比較例1〜5に係る結晶質窒化珪素粉末を用いて、実施例41〜47、比較例19〜23に係る珪窒化物蛍光体を作製した。具体的には組成が窒素ボックス中でCe0.1La2.9Si11になるように、窒化珪素粉末と窒化ランタン粉末と窒化セリウム粉末を秤量した。これらの原料を窒素ガス雰囲気中で振動ミルにより1時間混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製坩堝に入れた。つぎに、坩堝を、雰囲気加圧型の電気炉にセットした。油回転ポンプにより真空とした後、純度が99.999%の窒素を導入して圧力を0.8MPaとし、1000℃まで1時間、1200℃まで1時間、1950℃まで3時間の計5時間で1950℃まで昇温し、1950℃で2時間保持し、その後、炉冷し、坩堝を取り出した。合成した試料を軽く粉砕し、粉末X線回折測定(XRD)を行った。その結果、Laの一部がCeで置換された、LaSi11蛍光体であることを確認した。
この粉末をめのう乳鉢・乾式粉砕機・湿式粉砕機を用いて粉砕した。所定の粒径にした後、日本分光社製、積分球付のFP−6500を用いて、励起450nmとして、蛍光特性を評価した。
表5には、原料の結晶質窒化珪素粉末の比表面積、酸素含有量、および、比較例23の蛍光強度を100とした時の、得られたLaSi11系蛍光体の蛍光相対強度を示した。
【0005】
窒化珪素粉末と、ストロンチウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユウロピウム源となる物質と、アルミニウム源となる物質とを、一般式(EuSrCa)AlSiN、(ただし、x+y+z=1)になるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体の製造方法に関する。
[0018]
さらに、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いた(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、Sr粉末と、Ca粉末と、EuN粉末と、AlN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuSrCa)AlSiN、(ただし、x+y+z=1)で表される(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体に関する。
[0019]
また、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、LaSi11系蛍光体を製造する方法であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ランタン源となる物質と、セリウム源となる物質とを、一般式(CeLa1−xSi11になるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするLaSi11系蛍光体の製造方法に関する。
[0020]
さらに、本発明は、上記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたLaSi11系蛍光体であって、前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、LaN粉末と、CeN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(CeLa1−xSi11で表されるLaSi11系蛍光体に関する。
発明の効果
[0021]
以上のように、本発明によれば、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレー(FED)、プラズマディスプレーパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、発光ダイオード(LED)等に使用できる、より高
【0012】
2000℃で焼成することを特徴とする。
[0048]
ストロンチウム源となる物質としては、窒化ストロンチウム(Sr)以外に、金属ストロンチウムが挙げられる。カルシウム源となる物質としては、窒化カルシウム(Ca)以外に、金属カルシウムが挙げられる。ユウロピウム源となる物質としては、窒化ユウロピウム(EuN)以外に、金属ユウロピウムが挙げられる。アルミナ源となる物質としては窒化アルミニウム(AlN)以外に、金属アルミニウムが挙げられる。
[0049]
本発明に係る(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体は、発光源としてEu元素以外にCe、Pr、Nd、Sm、Ybでも発光するが、Euを含むことが好ましく、Euであることが望ましい。
[0050]
得られる(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体は、一般式(MSrCa)AlSiNで表される蛍光体であり、x+y+z=1、0.1≦y≦0.8である。(Sr,Ca)AlSiNの(Sr,Ca)の一部が発光源となるEuなどの稀土類元素Mで置換されている。その置換量xは特に限定されないが、通常、0.002≦x≦0.03である。
[0051]
一般的には、原料としては、窒化珪素(Si)、窒化ストロンチウム(Sr)、窒化カルシウム(Ca)、窒化ユウロピウム(EuN)、窒化アルミニウム(AlN)が好適に用いられる。原料の作製方法としては、最終的に前記窒化物を得ることができる方法であれば、如何なる方法でも採用することができる。
[0052]
次に、珪窒化物蛍光体が、LaSi11系蛍光体である場合について説明する。本発明に係るLaSi11系蛍光体は、Laの一部が、Ceなどの希土類付活元素で置換された蛍光体をいう。本発明に係るLaSi11系蛍光体の製造方法は、酸素含有量が0.2〜0.9wt%の前記結晶質窒化珪素粉末と、LaNなどのランタン源となる物質と、CeNなどのセリウム源となる物質とを一般式(CeLa1−xSi11になるように混合し、0.05〜100MPaの窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする。
【0013】
[0053]
ランタン源となる物質としては、窒化ランタン(LaN)以外に、金属ランタンが挙げられる。セリウム源となる物質としては、窒化セリウム以外に、金属セリウム、酸化セリウムが挙げられる。
[0054]
本発明に係るLaSi11系蛍光体は、発光源としてCe元素以外にY、Nd、Sm、Euでも発光するが、Ceを含むことが好ましく、Ceであることが望ましい。
[0055]
得られるLaSi11系蛍光体は、一般式(CeLa1−xSi11で表される蛍光体であり、LaSi11のLaの一部がCeで置換されている。その置換量xは特に限定されないが、通常、0.001<x<1.0である。
[0056]
一般的には、原料としては、窒化珪素(Si)、窒化ランタン(LaN)、窒化セリウム(CeN)が好適に用いられる。原料の作製方法としては、最終的に前記窒化物を得ることができる方法であれば、如何なる方法でも採用することができる。
[0057]
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体の製造方法において、前記した各出発原料を混合する方法については、特に制約は無く、それ自体公知の方法、例えば、乾式混合する方法、原料各成分と実質的に反応しない不活性溶媒中で湿式混合した後に溶媒を除去する方法などを採用することができる。混合装置としては、V型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミル、媒体攪拌ミルなどが好適に使用される。
[0058]
出発原料の混合物は、1気圧の窒素含有不活性ガス雰囲気中1400〜1800℃、好ましくは1500〜1700℃で焼成され、目的とする蛍光体が得られる。焼成温度が1400℃よりも低いと、所望の蛍光体の生成に長時間の加熱を要し、実用的でない。また、生成粉末中における蛍光体の生成割合も低下する。焼成温度が1800℃を超えると、カルシウム、ユウロピウム、ストロンチウム、ランタン、セリウムの蒸発が著しくなり明るい蛍光体を得ることができない。
【0014】
[0059]
出発原料混合粉末を、加圧窒素ガス雰囲気下1600〜2000℃、好ましくは1600〜1900℃の温度範囲で焼成することもできる。この場合には、窒素ガス加圧により、カルシウム、ユウロピウム、及びセリウムの蒸発、Siの昇華分解が抑制され、短時間で所望の蛍光体を得ることができる。窒素ガス圧を高くすることで焼成温度を上げることができるが、例えば5気圧の窒素ガス加圧下では1600〜1850℃、10気圧の窒素ガス加圧下では1600〜2000℃で焼成することができる。
[0060]
粉末混合物の焼成に使用される加熱炉については、とくに制約は無く、例えば、高周波誘導加熱方式または抵抗加熱方式によるバッチ式電気炉、ロータリーキルン、流動化焼成炉、プッシャー式電気炉などを使用することができる。
[0061]
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体の製造方法において、焼成後に、酸を含む溶液中で洗浄処理を施すことが好ましい。さらに、焼成後に、窒素、アンモニア、水素から選ばれる1種又は2種以上の雰囲気下で、300〜1000℃の温度範囲で、加熱処理することが好ましい。このようにして得られた一般式(EuCa1−x)AlSiNで表されるCaAlSiN系蛍光体、一般式(EuSr1−xSiで表されるSrSi系蛍光体、一般式(MSrCa)AlSiNで表される(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体(Mは発光源でありEuなどの稀土類元素が用いられる。発光源となる稀土類元素Mとしては、Eu元素以外にCe、Pr、Nd、Sm、Ybが挙げられるが、Euを含むことが好ましく、Euであることが望ましい。)、一般式(CeLa1−xSi11で表されるLaSi11系蛍光体(Ceは発光源であり、Ce元素以外にY、Nd、Sm、Euでも発光するが、Ceを含むことが好ましく、Ceであることが望ましい。)は、従来の窒化珪素粉末を原料にして得られた蛍光体と比較して、蛍光強度の優れた蛍光体である。
[0062]
本発明に係るCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr

Claims (12)

  1. 珪素元素と窒素元素とを含有し、酸素元素を構成元素としない珪窒化物蛍光体を製造するための原料として使用する結晶質窒化珪素粉末であって、
    酸素含有量が0.2〜0.9wt%であることを特徴とする珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末。
  2. 平均粒子径が1.0〜12μmであることを特徴とする請求項1記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末。
  3. 比表面積が0.2〜4.0m/gであることを特徴とする請求項1又は2記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末。
  4. 珪窒化物蛍光体がCaAlSiN系蛍光体、SrSi系蛍光体、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体、又はLaSi11系蛍光体であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末。
  5. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、CaAlSiN系蛍光体を製造する方法であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、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、ユウロピウム源となる物質とを、一般式(EuCa1−x)AlSiNになるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするCaAlSiN系蛍光体の製造方法。
  6. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたCaAlSiN系蛍光体であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、Ca粉末と、AlN粉末と、EuN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuCa1−x)AlSiNで表されるCaAlSiN系蛍光体。
  7. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、SrSi系蛍光体を製造する方法であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ストロンチウム源となる物質と、ユウロピウム源となる物質とを、一般式(EuSr1−xSiになるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするSrSi系蛍光体の製造方法。
  8. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたSrSi系蛍光体であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、窒化ストロンチウム粉末と、窒化ユウロピウム粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuSr1−xSiで表されるSrSi系蛍光体。
  9. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体を製造する方法であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ストロンチウム源となる物質と、カルシウム源となる物質と、ユウロピウム源となる物質と、アルミニウム源となる物質とを、一般式(EuSrCa)AlSiN、(ただし、x+y+z=1)になるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とする(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体の製造方法。
  10. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いた(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、Sr粉末と、Ca粉末と、EuN粉末と、AlN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(EuSrCa)AlSiN、(ただし、x+y+z=1)で表される(Sr,Ca)AlSiN系蛍光体。
  11. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いて、LaSi11系蛍光体を製造する方法であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、ランタン源となる物質と、セリウム源となる物質とを、一般式(CeLa1−X)Si11になるように混合し、0.05MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することを特徴とするLaSi11系蛍光体の製造方法。
  12. 請求項1乃至3いずれか記載の珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末を用いたLaSi11系蛍光体であって、
    前記珪窒化物蛍光体用窒化珪素粉末と、LaN粉末と、CeN粉末との混合粉末を、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得られる、一般式(CeLa1−X)Si11で表されるLaSi11系蛍光体。
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