JP2003238952A

JP2003238952A - 蛍光体の製造方法

Info

Publication number: JP2003238952A
Application number: JP2002041073A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Hoshikawa; 浩介星河; Kenichi Honda; 健一本多
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高い発光効率と優れた色純度をあわせ持つ三
価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体を製造することを可能
にする製造方法を提供する。【解決手段】酸化亜鉛と希土類化合物を含む蛍光体原
材料を還元雰囲気中で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光表示管などの
発光装置（発光デバイス）に使用する三価希土類含有酸
化亜鉛蛍光体およびその製造方法に関する。また、本発
明は、上記蛍光体を用いた発光デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、発光デバイス用の蛍光体とし
て、ＺｎＳ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどの三価希土類
を含有する蛍光体が知られている。ここでの三価希土類
含有とは、三価希土類元素を発光中心とする発光スペク
トルが見られることとする。

【０００３】一方、三価希土類元素を添加しない酸化亜
鉛は、自己付活蛍光体として知られている。自己付活酸
化亜鉛蛍光体は、母体構成元素と同じ亜鉛を付活剤とす
るため、慣習的にＺｎＯ：Ｚｎと書かれる。近年、プラ
ズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、蛍光表示管（ＶＦ
Ｄ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥ
Ｄ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬ
Ｄ）などの、新しい発光デバイスの開発が活発に行われ
ており、それに使用するための高い発光効率と優れた色
純度を併せ持つ蛍光体材料が求められている。蛍光体材
料において三価希土類元素を発光中心とする場合には、
色純度の良い発光を得ることが可能である。例えば、赤
色に発光するＣａＳ：Ｅｕ、緑色に発光するＺｎＳ：Ｔ
ｂ、青色に発光するＳｒＳ：Ｃｅなどが良く知られてい
る。また、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＣａＳのように周期律表の
２族元素と６族元素を組み合わせた化合物は蛍光体母体
として優れた性質を持っていると考えられている。した
がって、三価希土類元素を含有する酸化亜鉛は優れた蛍
光体としての可能性を持っていると考えられるが、その
工業的な製造法は確立されていない。なお、酸化亜鉛母
体への三価希土類元素の添加を試みた実験は報告されて
いる。例えば酸化亜鉛とＥｕＣｌ３の混合物を真空中ま
たは大気中で焼成する方法（Ｙ．Ｋ．Ｐａｒｋ，ｅｔ．
ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（１９
９８）６６８．）では、三価ユーロピウムからの赤色発
光が見られている。また、酸化亜鉛、Ｃｅ２（Ｃ２Ｏ
４）３、およびＴｂ２Ｏ３粉末の混合物を１０００℃で
大気焼成する方法（Ｌ．Ｎ．Ｔｒｉｐａｔｈｉ，ｅｔ．
ａｌ．，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．Ａ５７（１９８
０）Ｋ１３７．）、酸化亜鉛にＣｅ２Ｏ３またはＮｄ２
Ｏ３を混合し１１５０℃で大気焼成した方法（Ｓ．Ｂｈ
ｕｓｈａｎ，ｅｔ．ａｌ．，Ｃｒｙｓｔ．Ｒｅｓ．Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ．，２２（１９８７）Ｋ２３）なども報告さ
れている。以上のように、三価希土類元素を含有する酸
化亜鉛蛍光体を製造する方法としては、酸素と不活性ガ
スを混合した酸素雰囲気、不活性ガスのみの中性雰囲
気、大気中、または真空中での焼成が一般的な方法とし
て行われてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の三
価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体の製造方法では、三価
希土類元素を酸化亜鉛蛍光体母体中に十分拡散させるこ
とが困難であるため、作製された蛍光体において、三価
希土類元素の発光強度が弱く、高い発光効率を得ること
ができない。また、三価希土類元素の発光強度が弱いた
めに、酸化亜鉛母体からの微弱な発光の影響を受けて、
色純度が悪いという問題も生じている。このように、従
来の製造方法では、高い発光効率と優れた色純度をあわ
せ持つ三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体を製造するこ
とができなかった。本発明の目的は、高い発光効率と優
れた色純度をあわせ持つ三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍
光体を製造することを可能にする製造方法を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の三価希土類元素
含有酸化亜鉛蛍光体の製造方法は、前述の目的を達成す
るために、酸化亜鉛と三価希土類化合物との混合物を含
む原材料を還元雰囲気中で焼成することを特徴とするも
のである。還元雰囲気を得る手段として、水素、一酸化
炭素の少なくとも一種を含むガスを用いる方法、あるい
は、炭素、硫黄、硫化亜鉛の少なくとも一種を原材料と
ともに加熱する方法がある。この製造方法により、高い
発光効率と優れた色純度をあわせ持つ三価希土類元素含
有酸化亜鉛蛍光体の製造が可能になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の三価希土類含有酸
化亜鉛蛍光体の製造方法は、酸化亜鉛と三価希土類元素
化合物とを含む蛍光体原料を還元雰囲気中で焼成するこ
とを特徴としている。これにより、酸性雰囲気や中性雰
囲気では化学的に安定な酸化亜鉛母体中への三価希土類
元素の拡散が進行するようになり、高い発光効率と優れ
た色純度をあわせ持つ酸化亜鉛蛍光体が得られるという
作用を有する。次に請求項２記載の前記製造方法は、水
素、一酸化炭素の少なくとも一種を含むガスを還元雰囲
気として用いることを特徴とする。これにより蛍光体原
料を均一に還元雰囲気中で反応させることができるとい
う作用を有する。

【０００７】次に請求項３記載の前記製造方法は、炭
素、硫黄、硫化亜鉛の少なくとも一種を原材料とともに
加熱することを特徴とする。これにより単純な装置で所
望の還元雰囲気中を得ることができ、低コストで蛍光体
を製造することができるという作用を有する。

【０００８】次に請求項４記載の前記製造方法は、三価
希土類元素としてＥｕ、Ｃｅの少なくとも一種と用いる
ことを特徴とする。これにより、色純度の良い蛍光体を
作製することができるという作用を有する。

【０００９】次に請求項５記載の前記製造方法は、蛍光
体原料を還元ガス流中で焼成することを特徴とする。こ
れにより蛍光体原料を均一に還元雰囲気中で反応させる
ことができるという作用を有する。次に請求項６記載の
前記製造方法は、炭素、硫黄、硫化亜鉛の少なくとも一
種を蛍光体原料とともに密閉容器中で焼成することを特
徴とする。これにより単純な装置で所望の還元雰囲気中
を得ることができ、低コストで蛍光体を製造することが
できるという作用を有する。

【００１０】次に請求項７記載の前記製造方法は、最終
焼成を還元雰囲気とする焼成工程にて行うことを特徴と
する。これにより酸化亜鉛母体の結晶性向上と三価希土
類元素の拡散を両立する焼成を行うことができるという
作用を有する。

【００１１】次に請求項８記載の発光デバイスは、前記
三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体を用いることを特徴
とする。これにより高い発光効率と優れた色純度をあわ
せ持つ発光デバイスの実現が可能になるという作用を有
する。

【００１２】（実施の形態１）以下に本発明の請求項１
から５に記載された発明の実施の形態について、説明す
る。本実施例では、ユーロピウムを希土類元素として添
加することにより、三価ユーロピウム含有酸化亜鉛蛍光
体を製造した。

【００１３】図１は還元作用を持つガス流中で焼成を行
う場合の製造装置の図である。図１の三価希土類元素含
有酸化亜鉛蛍光体の製造装置の一形態を示す図におい
て、１は蛍光体原料、２はアルミナボート、３はガス供
給源、４はガス流量計、５はガス排気装置、６は加熱装
置である。ユーロピウム化合物と酸化亜鉛を混合し、蛍
光体原料とした。混合物をアルミナボートに充填し、焼
成炉にて焼成する。焼成工程においては、体積比を９
５：５とするアルゴンガスと水素ガスの混合ガスを流量
１０ｃｍ３／ｍｉｎで供給しながら、１１００℃にて１
時間焼成した。焼成後、蛍光体試料をアルミナボートか
ら取り出して、粉末の凝集が強い場合は、粉砕を行っ
た。比較のため、Ａｒ中での焼成を同様にして行った。
相対発光輝度は、水銀ランプを光源とする波長２５４ｎ
ｍの紫外線を励起光としたときの発光輝度から測定し
た。

【００１４】得られたユーロピウム含有酸化亜鉛蛍光体
の発光特性を図２に示す。還元ガスとＡｒのどちらで焼
成した場合も、ユーロピウム濃度３〜１５％において高
い発光輝度が得られたが、還元ガスを用いた場合にはＡ
ｒを用いた場合に比べておよそ５倍の高い発光輝度が得
られた。

【００１５】（実施の形態２）本実施例では、セリウム
を添加した三価セリウム含有酸化亜鉛蛍光体を製造し
た。

【００１６】図３は密閉容器内で焼成を行う場合の製造
装置の図である。図中において、１は蛍光体原料、６は
加熱装置、７は内部坩堝、８は外部坩堝、９は二重坩
堝、１０はふた、１１は無機接着剤、１２は炭素粉末で
ある。酸化セリウムと酸化亜鉛を混合し、蛍光体原料と
した。二重坩堝の内部坩堝に蛍光体原料を、外部坩堝に
炭素粉末をそれぞれ充填し、焼成炉にて１１００℃、２
時間の焼成を行った。

【００１７】その後蛍光体試料を取り出して、粉末の凝
集が強い場合は、粉砕を行った。比較のため、炭素粉末
を充填しない焼成を同様にして行った。相対発光輝度
は、水銀ランプを光源とする波長２５４ｎｍの紫外線を
励起光としたときの発光輝度から測定した。

【００１８】得られた三価セリウム含有酸化亜鉛蛍光体
の発光特性を図４に示す。炭素粉末を用いた場合も用い
なかった場合も、セリウム濃度３〜１５％において高い
発光輝度が得られたが、炭素粉末を用いた場合には用い
ない場合に比べ２倍以上の高い発光輝度が得られた。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明の三価希土類含有
酸化亜鉛蛍光体の製造方法は、酸化亜鉛母体中へ希土類
元素を効果的に拡散させることができ、その結果、高い
発光効率と優れた色純度をあわせ持つ三価希土類含有酸
化亜鉛蛍光体を作製することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体の
製造装置の一形態を示す図

【図２】本発明の実施例で用いた製造方法によるユーロ
ピウム含有酸化亜鉛蛍光体、および従来の製造方法で製
造したユーロピウム含有酸化亜鉛蛍光体の、蛍光体発光
輝度と希土類元素濃度の関係を示す図

【図３】本発明の三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体の
製造装置の一形態を示す図

【図４】本発明の実施例で用いた製造方法によるセリウ
ム含有酸化亜鉛蛍光体、および従来の製造方法で製造し
たセリウム含有酸化亜鉛蛍光体の、発光輝度と希土類元
素濃度の関係を示す図

【符号の説明】

１蛍光体原料２アルミナボート３ガス供給源４ガス流量計５ガス排気装置６加熱装置７内部坩堝８外部坩堝９二重坩堝１０ふた１１炭素粉末

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化亜鉛と希土類元素化合物を含む蛍光
体原料を還元雰囲気中にて焼成することを特徴とする三
価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の蛍光体製造方法におい
て、還元雰囲気として水素、一酸化炭素の少なくとも一
種を含むガスを用いることを特徴とする三価希土類元素
含有酸化亜鉛蛍光体の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の蛍光体製造方法におい
て、炭素、硫黄、硫化亜鉛の少なくとも一種を原材料と
ともに加熱することを特徴とする三価希土類元素含有酸
化亜鉛蛍光体の製造方法。
【請求項４】請求項１に記載の蛍光体製造方法におい
て、三価希土類元素をＥｕ，Ｃｅの少なくとも一種を用
いることを特徴とする三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光
体の製造方法。
【請求項５】請求項１に記載の蛍光体製造方法におい
て、蛍光体原料を還元ガス流中で焼成することを特徴と
する三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体の製造方法。
【請求項６】請求項１に記載の蛍光体製造方法におい
て、炭素、硫黄、硫化亜鉛の少なくとも一種を蛍光体原
料とともに密閉容器中で焼成することを特徴とする三価
希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体の製造方法。
【請求項７】酸化亜鉛と希土類元素化合物を含む蛍光
体原料を焼成するにあたり、最終焼成を還元雰囲気とす
ることを特徴とする三価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体
の製造方法。
【請求項８】請求項1〜７のいずれかに記載された三
価希土類元素含有酸化亜鉛蛍光体を用いた発光デバイ
ス。