JP2005075863A

JP2005075863A - 導電性ナノ粒子蛍光体及びその合成方法

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Publication number: JP2005075863A
Application number: JP2003305112A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Hirakawa; 正明平川; Naoki Tsukahara; 尚希塚原; Minao Nakano; 美尚中野; Chizuru Koakutsu; 千鶴小圷; Osamu Miura; 治三浦; Hirohiko Murakami; 村上　　裕彦
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】低加速電圧でも十分な発光輝度が得られ、かつ、表面でチャージアップが生じない蛍光体及びその合成方法の提供。
【解決手段】ナノ粒子蛍光体の母体酸化物であるＹ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、等から選ばれた少なくとも一種の酸化物に導電性酸化物を混合してなる。ナノ粒子蛍光体作製時に、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等から選ばれた少なくとも一種の導電性酸化物となり得る物質を加えて焼成されてなる。このナノ粒子の粒径は３００ｎｍ以下であり、導電性酸化物となり得る物質は１〜４０％加えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電性が付与されたナノ粒子蛍光体、すなわち、ナノイサイズの導電性粒子蛍光体及びその合成方法に関する。

現在のカソードレイチューブ（陰極線管：ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等に用いられている蛍光体は、粒径数ミクロン程度（例えば、３〜１０μｍ）の粒子が主流になっている。これらの蛍光体をフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）に用いることは問題がある。ＦＥＤでは、その構造から放出される電子が低加速電圧である。そのため、従来の蛍光体を用いた場合、電子の侵入深度が浅く、電子が十分に発光部まで到達できずに、発光輝度が得られないといった問題が生じてしまう。また、蛍光体を通過できない電子は、蛍光体表面でチャージアップしてしまい、発光輝度が得られなくなるといったデメリットが生じてしまう。

ところで、発光材料の表面に導電性材料をコーティングして表面帯電の防止等を図った蛍光体粒子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この蛍光体は発光ナノ粒子に導電性膜やバリア膜をコーティングしてその特性を改善している。
特表２００３−５１１５４８号公報(特許請求の範囲)

従来の蛍光体を低加速電圧で用いると、電子の侵入深度が浅いため、蛍光体の粒径が数ミクロンもあると十分に電子が発光部まで到達できずに、発光輝度が得られない。また、蛍光体を通過できない電子は、蛍光体表面でチャージアップしてしまう。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、低加速電圧でも十分な発光輝度が得られ、かつ、蛍光体表面でチャージアップもしない導電性ナノ粒子蛍光体及びその合成方法を提供することにある。

本発明の導電性ナノ粒子蛍光体は、ナノ粒子蛍光体の母体酸化物に導電性酸化物が混合してなることを特徴とする。

また、本発明の導電性ナノ粒子蛍光体は、ナノ粒子蛍光体作製時に、導電性酸化物となり得る物質を加えて焼成されてなることを特徴とする。

以上のように構成されたナノ粒子蛍光体は、低加速電圧で所望の発光輝度を得ることができると共に、その表面でチャージアップが生じることもない。この蛍光体は、蛍光体表面に導電性膜がコーティングされるわけではなく、母体酸化物に導電性酸化物となる物質を混ぜているので、１工程で作製できる。

このナノ粒子の粒径は、３００ｎｍ以下であることを特徴とする。３００ｎｍを超えると電子の侵入深度が浅くなり電子が発光部まで十分に到達できず、所望の発光輝度が得られないという問題がある。

前記導電性酸化物となり得る物質は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｓｍ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｌａ及びＴｉから選ばれた少なくとも一種の金属を含む化合物であることを特徴とする。

前記蛍光体の母体酸化物は、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３、及びＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。

前記導電性酸化物となり得る物質が１〜４０ｗｔ％加えられてなることを特徴とする。１ｗｔ％未満であると導電性が付与できず、４０ｗｔ％を超えると付活物質に電子がとどきにくくなり、発光が弱まる。

本発明のナノ粒子蛍光体の合成方法は、共沈法、ゾルゲル法、又は逆ミセル法によるナノ粒子蛍光体の合成方法において、ナノ粒子蛍光体の母体酸化物の原料に導電性酸化物となり得る物質を加えて溶解させ、その後大気中で焼成して導電性が付与されたナノ粒子蛍光体を作製することを特徴とする。

この合成方法において、蛍光体の母体酸化物、導電性酸化物となり得る物質、得られたナノ粒子の粒径などは、上記の通りである。

本発明によれば、蛍光体をナノ粒子化することと共に導電性付与を行うことで、低加速電圧で用いる際の電子侵入深度が浅くなることによる発光輝度の減少、及び蛍光体表面でのチャージアップを防止することができる。そのため、このナノ粒子蛍光体は、ＦＥＤのような低加速電圧での使用に耐えることができるという効果を奏する。また、本発明の合成方法によれば、このような特性を有するナノ粒子蛍光体を１工程で得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係わるナノ粒子蛍光体の実施の形態について説明する。

本発明のナノ粒子蛍光体は、例えば、Journal of Electrochemical Society 149, H72-75(2002)に記載の共沈法、Materials Letters 48, 342-346(2001)に記載のゾルゲル法及びJournal of Electrochemical Society 147, 3139-3142(2000)に記載の逆ミセル法で、既知の反応条件下で合成することができる。例えば、ゾルゲル法では、ゲル化剤としてグリシン、クエン酸、アスパラギン酸、グルタミン酸などを用いることができる。

本発明における母体酸化物であるＹ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３、及びＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の原料としては、大気中焼成によりこの酸化物を生成し得る公知の化合物、例えばこれら金属の硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、アルコキシドなどを用いることができる。また、導電性酸化物となり得る物質としては、大気中焼成によりこの酸化物を生成し得る公知の化合物、例えばＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｓｍ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｌａ及びＴｉの硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、アルコキシドなどを用いることができる。

本発明によれば、上記大気中焼成の温度は、所望の酸化物が生成できる温度であれば良く、例えば７００〜１６００℃程度で十分である。

また、母体酸化物は、例えば酸化イットリウムなどに付活材としてランタノイド元素を付活したものであってもよい。このランタノイド元素は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムから選ばれた少なくとも一種であればよい。この場合、大気中焼成により酸化物を生成し得る化合物、例えば硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、アルコキシドなどを用いて焼成すればよい。

次に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

硝酸イットリウム０．１７９２ｇ、硝酸ユウロピウム０．０１２３ｇ及び硝酸亜鉛０．０１５５ｇ(Ｙ：Ｅｕ：Ｚｎ＝８５：５：１０(ｍｏｌ比))とグリシン０．０４１３ｇ(前記硝酸塩合計と等ｍｏｌ)とにＨ_２Ｏを加え５．０ｇとした。この混合物を８０℃で加熱しながら溶解させた。その後、大気中１０００℃で１時間焼成した。回収したサンプルのＳＥＭ写真を図１に示す。この図から明らかなように、得られた導電性ナノ粒子蛍光体は粒径５０ｎｍの粒子であった。

この導電性付与したサンプル（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ＿Ｚｎ２５％）と市販のＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕとを用いて、公知の方法に従って低加速電圧（ｋＶ）での発光輝度（ｃｄ／ｍ^２）を測定した（図２）。この図から明らかなように、加速電圧２ｋＶまではどちらも差はないが、１．５ｋＶ以下に落としていくと、導電性付与したサンプルの方が高輝度を示した。また、本実施例で得られたナノ粒子蛍光体はその表面でのチャージアップもなかった。

従って、本実施例で得られたナノ粒子蛍光体は、低加速電圧でも高輝度を示し、かつ、チャージアップもなかっため、ＦＥＤ等において十分使用に耐えうることがわかる。

上記実施例における蛍光体母体酸化物及び導電性酸化物となり得る物質以外のものを用いた場合も、上記実施例の操作と同様に行えば、また、公知の共沈法、ゾルゲル法及び逆ミセル法のいずれを用いても、目的とするナノ粒子蛍光体を合成することができた。

本発明のナノ粒子蛍光体によれば、電子が十分に発光部まで到達し、低加速電圧でも十分な発光輝度が得られ、かつ、蛍光体表面でチャージアップしないので、ＦＥＤ等のように電子が低加速電圧で放出されるディスプレイ分野で蛍光体として有用である。

本発明のナノ粒子蛍光体のＳＥＭ写真。本発明及び従来の蛍光体について、加速電圧と輝度との関係を示すグラフ。

Claims

ナノ粒子蛍光体の母体酸化物に導電性酸化物が混合してなることを特徴とする導電性ナノ粒子蛍光体。
ナノ粒子蛍光体作製時に、導電性酸化物となり得る物質を加えて焼成されてなることを特徴とする請求項１記載の導電性ナノ粒子蛍光体。
前記ナノ粒子の粒径が、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ナノ粒子蛍光体。
前記導電性酸化物となり得る物質が、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｓｍ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｌａ及びＴｉから選ばれた少なくとも一種の金属を含む化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ナノ粒子蛍光体。
前記蛍光体の母体酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３、及びＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導電性ナノ粒子蛍光体。
前記導電性酸化物となり得る物質が、１〜４０％加えられてなることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の導電性ナノ粒子蛍光体。
共沈法、ゾルゲル法、又は逆ミセル法によるナノ粒子蛍光体の合成方法において、ナノ粒子蛍光体の母体酸化物の原料に導電性酸化物となり得る物質を加えて溶解させ、その後大気中で焼成して導電性が付与されたナノ粒子蛍光体を作製することを特徴とする導電性ナノ粒子蛍光体の合成方法。
前記導電性酸化物となり得る物質が、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｓｍ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｌａ及びＴｉから選ばれた少なくとも一種の金属を含む化合物であり、前記蛍光体の母体酸化物が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３、及びＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２から選ばれた少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする請求項７記載の導電性ナノ粒子蛍光体の合成方法。
前記ナノ粒子の粒径が、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７又は８記載の導電性ナノ粒子蛍光体の合成方法。
前記導電性酸化物となり得る物質を１〜４０％加えることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の導電性ナノ粒子蛍光体の合成方法。