JP2005239960A - Method for producing phosphor fine particle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、蛍光体微粒子の製造方法に関し、特に、火炎法を用いた、特性の優れた蛍光体微粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing phosphor fine particles, and more particularly to a method for producing phosphor fine particles having excellent characteristics using a flame method.
現在、工業的に使用されている多くの微粒子(微粒子材料)は、固相法によって製造されている。固相法は、原料粉末を混合したものを焼成容器に入れた後、高温で長時間加熱することにより固相反応を起こさせ、それをボールミル等で微粉砕することにより製造する方法である。しかし、固相法には、粉砕プロセスが施されているため、製造された微粒子は形態が不規則で粒径分布も悪く、均一な微粒子を製造することは困難である。特に、電子材料のような多成分を含む材料(多成分系材料)の微粒子を製造する場合、不純物を含んでしまうという問題も生じる。 At present, many fine particles (particulate materials) used industrially are produced by a solid phase method. The solid phase method is a method in which a mixture of raw material powders is placed in a baking container, heated at a high temperature for a long time to cause a solid phase reaction, and then pulverized with a ball mill or the like. However, since the solid phase method is subjected to a pulverization process, the produced fine particles are irregular in shape and have a poor particle size distribution, and it is difficult to produce uniform fine particles. In particular, in the case of producing fine particles of a material containing multiple components (such as an electronic material) (multicomponent material), there is a problem that impurities are included.
そこで、固相法に代替しうる微粒子製造方法として、噴霧熱分解法による微粒子の製造方法が開発されている。噴霧熱分解法は、分子レベルで十分に混合された原料溶液を噴霧して微小液滴を形成した後、この微小液滴を熱分解合成炉に導入して加熱することにより熱分解合成を行って、化学的に均一な微粒子を製造する方法である。噴霧熱分解法は、反応時間が数秒と非常に短く、連続的に微粒子を製造することができ、また、これに用いられる熱分解合成炉等の装置がシンプルである等の利点がある。そのため、現在、熱分解合成炉(熱分解反応炉)として電気炉を用いた噴霧熱分解法による機能性微粒子の製造に関する研究が盛んに行われている。 Therefore, a method for producing fine particles by a spray pyrolysis method has been developed as a fine particle production method that can replace the solid phase method. In the spray pyrolysis method, the raw material solution mixed well at the molecular level is sprayed to form microdroplets, and then these microdroplets are introduced into a pyrolysis synthesis furnace and heated for thermal decomposition synthesis. This is a method for producing chemically uniform fine particles. The spray pyrolysis method has an advantage that the reaction time is as short as a few seconds, fine particles can be continuously produced, and the apparatus such as a pyrolysis synthesis furnace used for this is simple. For this reason, research on the production of functional fine particles by the spray pyrolysis method using an electric furnace as a pyrolysis synthesis furnace (pyrolysis reactor) is being actively conducted.
下記の特許文献1には、イットリウム、セリウムおよびアルミニウムを含有する水溶液を作成し、キャリアガスとともに前記水溶液を液滴状にして熱分解反応炉に導入するセリウム付活アルミン酸イットリウム蛍光体の製造方法が開示されている。
The following
しかしながら、上述したような従来の噴霧熱分解法による微粒子の製造方法では、特許文献1に示されるように、一度の加熱では結晶性が悪く、蛍光体として利用できる程度に粒径の揃った微粒子を生成するためには、再度加熱を行うことが必要である。このため、製造工程が2段階必要となり複雑であり、量産することの妨げとなり得る。また、従来の熱分解合成炉においては、空気中の熱伝達により微粒子を生成するため、エネルギー効率や生産性が低く、工業的に応用範囲を広げることが難しい。
However, in the conventional method for producing fine particles by the spray pyrolysis method as described above, as shown in
このような事情に対し、本出願人は、先に特願2003−358527号「微粒子の製造方法」(以下、これを、先願という)により、火炎法を用いる蛍光体微粒子の製造方法を提案している。この方法は、蛍光体原料物質を含有する原料溶液を液滴化させ、キャリアガスとともに前記液滴化させた原料溶液を火炎内に導入し、燃料ガスの流量を制御することにより前記火炎の温度を制御して、火炎中で微粒子を製造することを特徴とするものである。 In view of such circumstances, the present applicant previously proposed a method for producing phosphor fine particles using a flame method according to Japanese Patent Application No. 2003-358527 “Method for producing fine particles” (hereinafter referred to as the prior application). doing. In this method, a raw material solution containing a phosphor raw material is formed into droplets, the droplet-formed raw material solution is introduced into a flame together with a carrier gas, and the flow rate of the fuel gas is controlled to control the temperature of the flame. Is controlled to produce fine particles in a flame.
本発明は、この方法をさらに改良したものであり、その要点は、上述のような特徴を有する火炎法により製造された蛍光体微粒子は十分に実用的特性を有するものであるが、これをさらに再加熱(追加的な加熱)することにより、その蛍光体としての特性を飛躍的に向上させることができることを見出した点にある。 The present invention is a further improvement of this method. The main point is that the phosphor fine particles produced by the flame method having the above-mentioned characteristics have sufficiently practical characteristics. It is the point which discovered that the characteristic as the fluorescent substance can be improved drastically by reheating (additional heating).
すなわち、本発明の目的は、より粒径の小さい球形で均質な微粒子を製造することができるとともに、製造コストを抑えて、工業的な応用範囲を広げ量産化(スケールアップ)が容易な、前記先願に係る「微粒子の製造方法」をさらに改良した、特性がさらに向上した蛍光体微粒子を製造可能な、蛍光体微粒子の製造方法を提供することにある。 That is, the object of the present invention is to produce spherical and homogeneous fine particles having a smaller particle diameter, and suppress the production cost, expand the industrial application range, and facilitate mass production (scale-up). An object of the present invention is to provide a method for producing phosphor fine particles, which is a further improvement of the “method for producing fine particles” according to the prior application and can produce phosphor fine particles having further improved characteristics.
上記課題を解決するために、本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法は、蛍光体原料物質を含有する原料溶液を液滴化させ、キャリアガスとともに前記液滴化させた原料溶液を火炎内に導入し、燃料ガスの流量を制御することにより前記火炎の温度を制御して、火炎中で微粒子を生成し、生成した微粒子を再加熱処理することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a method for producing phosphor fine particles according to the present invention includes forming a raw material solution containing a phosphor raw material into droplets and putting the raw material solution into a flame together with a carrier gas in a flame. The temperature of the flame is controlled by introducing and controlling the flow rate of the fuel gas, fine particles are generated in the flame, and the generated fine particles are reheated.
本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法においては、前記蛍光体原料物質を含有する前記原料溶液の濃度を制御することにより、生成される前記微粒子の大きさを制御することが好ましい。また、超音波を利用して、前記原料溶液を液滴化させることが好ましい。 In the method for producing phosphor fine particles according to the present invention, it is preferable to control the size of the produced fine particles by controlling the concentration of the raw material solution containing the phosphor raw material. Moreover, it is preferable to make the said raw material solution into droplets using an ultrasonic wave.
また、本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法においては、前記火炎を、燃料としてのメタンと酸素の当量比が理論値の0.9以上であって、かつ、メタンの流量が所定範囲内にある状態で形成することが好ましい。さらに、前記火炎の温度は、1700℃〜4700℃の範囲に制御されることが好ましい。 Further, in the method for producing phosphor fine particles according to the present invention, the flame has an equivalent ratio of methane and oxygen as fuel of 0.9 or more of a theoretical value, and the flow rate of methane is within a predetermined range. It is preferable to form in a certain state. Furthermore, the temperature of the flame is preferably controlled in the range of 1700 ° C to 4700 ° C.
また、本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法においては、前記再加熱処理を、還元性雰囲気中で行うことが好ましい。ここで、前記還元性雰囲気としては、例えば、水素30%:アルゴン70%の混合ガスにより実現される雰囲気が好適に用い得る。
さらに、本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法においては、前記再加熱処理を、例えば電気炉を用いて、1200℃〜1400℃の温度範囲で行うことが好ましい。
In the method for producing phosphor fine particles according to the present invention, the reheating treatment is preferably performed in a reducing atmosphere. Here, as the reducing atmosphere, for example, an atmosphere realized by a mixed gas of 30% hydrogen: 70% argon can be suitably used.
Furthermore, in the method for producing phosphor fine particles according to the present invention, the reheating treatment is preferably performed in a temperature range of 1200 ° C. to 1400 ° C. using, for example, an electric furnace.
ここで、前記蛍光体原料物質は、バリウム及びマグネシウム及びアルミニウム及びユウロピウム、イットリウム及びユウロピウム、イットリウム及びアルミニウム及びテルビウム、または、ガドリニウム及びユウロピウムからなる群より選ばれるいずれか1種であることが好ましい。 Here, the phosphor raw material is preferably any one selected from the group consisting of barium, magnesium, aluminum, europium, yttrium, europium, yttrium, aluminum, terbium, or gadolinium, and europium.
上述のような構成を有する本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法によれば、前述の先願に係る方法による場合よりも、さらに蛍光体としての特性が向上した蛍光体微粒子を製造することができるという顕著な効果を奏するものである。 According to the method for producing phosphor fine particles according to the present invention having the above-described configuration, it is possible to produce phosphor fine particles having further improved characteristics as a phosphor as compared with the case of the method according to the previous application. There is a remarkable effect of being able to.
本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法は、火炎法を用いて製造した蛍光体微粒子を、再加熱してその特性をさらに向上させる方法を提供するものである。本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法(以下、単に、本発明に係る製造方法ともいう)は、前記先願に係る火炎法により製造した蛍光体原料物質を、その後、さらに電気炉等の加熱装置を用いて、所定の条件で再加熱処理することを特徴とする方法である。 The method for producing phosphor fine particles according to the present invention provides a method for further improving the characteristics of the phosphor fine particles produced by using the flame method by reheating. The method for producing phosphor fine particles according to the present invention (hereinafter also simply referred to as the production method according to the present invention) is a method of heating a phosphor raw material produced by the flame method according to the prior application, and further heating in an electric furnace or the like. In this method, reheating treatment is performed under a predetermined condition using an apparatus.
原料溶液の液滴化には、様々な方法が用いられる。例えば、加圧空気で原料溶液を吸い上げながら噴霧して液滴化させる方法、回転している円板上に原料溶液を一定速度で落下させて遠心力により液滴を形成する方法、原料溶液表面に高い電圧を印加して液滴を発生させる方法、超音波を利用して原料溶液を液滴化させる方法等が考えられる。 Various methods are used for forming droplets of the raw material solution. For example, a method of spraying raw material solution while sucking up the raw material solution with pressurized air, a method of dropping the raw material solution on a rotating disk at a constant speed to form droplets by centrifugal force, a raw material solution surface A method of generating a droplet by applying a high voltage to the substrate, a method of forming a raw material solution into a droplet using ultrasonic waves, and the like are conceivable.
ブラウン管(CRT、Cathode Ray Tube)、FED(Field Emission Displays、電界放出ディスプレイ)、PDP(Plasma Display Panels、プラズマディスプレイパネル)等のディスプレイの蛍光体に用いられる、サブミクロンからミクロンオーダーの粒径の揃った微粒子(すなわち、蛍光体微粒子、以下、単に微粒子という)の製造には、液滴径の比較的均一な液滴を形成できる超音波を利用して液滴化させる方法が好ましい。なお、このような超音波を利用して原料溶液を液滴化させてから火炎法を用いる微粒子の製造方法を、本明細書では、超音波噴霧火炎法という。 Sub-micron to micron order particle size used for display phosphors such as cathode ray tubes (CRTs), field emission displays (FEDs), and plasma display panels (PDPs) For producing fine particles (that is, phosphor fine particles, hereinafter simply referred to as fine particles), a method of forming droplets using ultrasonic waves capable of forming droplets having a relatively uniform droplet diameter is preferable. In addition, in this specification, the manufacturing method of microparticles | fine-particles which uses a flame method after making a raw material solution into droplets using such an ultrasonic wave is called an ultrasonic spray flame method.
また、上記のような微粒子の場合、その構成金属元素となる蛍光体原料物質の原料としては、水溶性であって、高温に加熱するときに酸化物や硫化物を生成し得る無機塩や有機金属化合物等を使用することができる。また、このような微粒子の構成金属元素となる蛍光体原料物質の酸化物を酸に溶解して使用することもできる。なお、微粒子を製造する場合、その構成金属元素の硝酸塩を使用することが好ましい。これは、硝酸塩の状態であれば構成金属元素はイオン化しているため、加熱により容易に分解して微粒子を生成するためである。 In the case of the fine particles as described above, the raw material of the phosphor raw material that is a constituent metal element is an inorganic salt or organic material that is water-soluble and can generate oxides and sulfides when heated to high temperatures. Metal compounds and the like can be used. Moreover, the oxide of the phosphor raw material used as the constituent metal element of such fine particles can be used by dissolving in an acid. In addition, when manufacturing microparticles | fine-particles, it is preferable to use the nitrate of the constituent metal element. This is because the constituent metal elements are ionized in the form of nitrate, so that they are easily decomposed by heating to produce fine particles.
キャリアガスとしては、空気、窒素、アルゴン、または水素等の使用が考えられるが、窒素、アルゴン、または、水素といった中性または還元性のガスが好ましく、特に、中性の窒素、アルゴンを用いることが好ましい。 As the carrier gas, use of air, nitrogen, argon, hydrogen, or the like can be considered, but neutral or reducing gas such as nitrogen, argon, or hydrogen is preferable, and in particular, neutral nitrogen, argon is used. Is preferred.
火炎の燃料ガスとしては、例えば、メタンおよび酸素が用いられるが、これらの物質には限定されず、他の燃料ガスを使用することも可能である。これらの燃料ガスの流量を制御することにより、火炎の温度は、1700℃〜4700℃の範囲に制御される。これは、従来の噴霧熱分解法において熱分解反応炉の加熱温度の範囲が約600℃〜約1900℃程度またはそれ以下の温度範囲であったことと比べて、より高温(具体的には、2倍以上の温度)で加熱できることとなる。なお、以下に述べる実施例(実験例)では、火炎の温度を3700℃前後の温度において変化させて、微粒子を製造している。 As the flame fuel gas, for example, methane and oxygen are used. However, the fuel gas is not limited to these materials, and other fuel gas may be used. By controlling the flow rate of these fuel gases, the flame temperature is controlled in the range of 1700 ° C to 4700 ° C. This is because the temperature range of the heating temperature of the pyrolysis reactor in the conventional spray pyrolysis method is a temperature range of about 600 ° C. to about 1900 ° C. or lower (specifically, It can be heated at a temperature of twice or more. In the examples (experimental examples) described below, fine particles are produced by changing the flame temperature at a temperature around 3700 ° C.
上記のようなキャリアガスとともに、液滴化させた原料溶液、すなわち液滴を、火炎内に直接導入し、火炎中で微粒子を生成する。このような本発明に係る蛍光体微粒子の製造方法では、火炎内で液滴を一度だけ加熱すればよい。これは、この方法による場合、火炎の中に液滴を直接導入して微粒子を加熱生成するため、従来にはなかった高温中で微粒子を生成することができ、結晶性のよい微粒子を製造することができるからである。 Together with the carrier gas as described above, the raw material solution that has been made into droplets, that is, droplets, are directly introduced into the flame to produce fine particles in the flame. In such a method for producing phosphor fine particles according to the present invention, the droplets need only be heated once in the flame. In this method, since the fine particles are heated by directly introducing the droplets into the flame, the fine particles can be produced at a high temperature which has not been conventionally obtained, and fine particles having good crystallinity are produced. Because it can.
また、本発明に係る製造方法では、蛍光体原料物質を含有する原料溶液の濃度、つまり、微粒子の構成元素である蛍光体原料物質の濃度を変える(制御する)ことにより、生成される微粒子の大きさ(粒径)を制御することが可能である。 In the production method according to the present invention, the concentration of the raw material solution containing the phosphor raw material, that is, the concentration of the phosphor raw material that is a constituent element of the fine particles is changed (controlled). It is possible to control the size (particle size).
本発明に係る製造方法は、その主たる部分である超音波噴霧火炎法において、従来の電気炉を用いた噴霧熱分解法よりも火炎の操作温度(制御温度)が上述のように高いため、熱容量が大きくなり、微粒子の生成量が多くなること、また、火炎の熱をそのまま利用するので生産コストが安価であること、および、工業的に利用できる範囲が広がり、量産化(スケールアップ)が容易であること等の利点を有する。 The manufacturing method according to the present invention is the main part of the ultrasonic spray flame method, because the operation temperature (control temperature) of the flame is higher as described above than the spray pyrolysis method using a conventional electric furnace. , The generation amount of fine particles increases, the heat of the flame is used as it is, the production cost is low, and the range that can be used industrially is widened, making mass production (scaling up) easy And so on.
具体的には、微粒子の生成量においては、従来の製造方法では、1時間に数グラム程度の微粒子が製造されていたことに比べて、本発明に係る製造方法では、例えば1時間に数100グラム程度(オーダー)の微粒子を製造することが可能となり、大幅に量産性を向上させることができる。 Specifically, in the production amount of fine particles, in the production method according to the present invention, for example, several hundreds per hour is produced in comparison with the conventional production method in which about several grams of fine particles are produced in one hour. Fine particles of the order of grams can be manufactured, and mass productivity can be greatly improved.
また、本発明に係る製造方法は、その追加的部分である再加熱処理方法において、火炎法により製造した微粒子を特別な条件で再加熱することにより、微粒子の蛍光特性(蛍光発光強度、以下、単に蛍光強度ともいう)を飛躍的に向上させることができる点で、大きな実用上の効果を奏するというものでもある。 Further, in the reheating treatment method which is an additional part of the production method according to the present invention, by reheating the fine particles produced by the flame method under special conditions, the fluorescence characteristics of the fine particles (fluorescence emission intensity, hereinafter, This also has a great practical effect in that it can dramatically improve the fluorescence intensity).
以下、本発明に係る製造方法を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて図面を参照して説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the drawings based on the embodiments.
以下に説明する実施例(実験例)では、前述のCRT、FED、およびPDPなどのディスプレイに青色蛍光体として利用されているBaMgAl10O17:Eu微粒子を、本発明に係る製造方法によって製造した。 In the examples (experimental examples) described below, BaMgAl 10 O 17 : Eu fine particles used as blue phosphors in the above-described displays such as CRT, FED, and PDP were manufactured by the manufacturing method according to the present invention. .
〔実施例〕
図1は、本発明の実施例に係る微粒子の製造方法に用いられる製造装置(実験装置)1の模式的な概略図である。本実施例に係る製造装置1は、超音波を利用して蛍光体原料物質を含有する原料溶液を噴霧して液滴化させる超音波噴霧器2と、火炎を生じさせるバーナー3と、生成された微粒子を捕集する静電捕集器4と、から構成される。
〔Example〕
FIG. 1 is a schematic diagram of a production apparatus (experimental apparatus) 1 used in the method for producing fine particles according to an embodiment of the present invention. The
蛍光体原料物質は、生成される微粒子の構成金属元素となる物質である。例えば、本実施例のBAMと呼ばれるBaMgAl10O17にEuがドープされたBaMgAl10O17:Eu微粒子を製造する場合、蛍光体原料物質は、バリウム(Ba)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、およびユウロピウム(Eu)である。そこで、蛍光体原料物質を含有する原料溶液として、超純水に硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2・6H2O)、硝酸アルミニウム(Al(NO3)2・9H2O)、および、硝酸ユウロピウム(Eu(NO3)3・6H2O)を溶解させたものを用いた。 The phosphor raw material is a substance that becomes a constituent metal element of the generated fine particles. For example, when producing BaMgAl 10 O 17 : Eu fine particles in which Eu is doped in BaMgAl 10 O 17 called BAM of this embodiment, the phosphor raw material is barium (Ba), magnesium (Mg), aluminum (Al ), And europium (Eu). Therefore, as a raw material solution containing a phosphor raw material, barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O), aluminum nitrate (Al (NO 3 )) in ultrapure water. ) 2 · 9H 2 O) and europium nitrate (Eu (NO 3 ) 3 · 6H 2 O) were used.
なお、本発明に係る製造方法を用いる場合、本実施例のBaMgAl10O17:Eu微粒子に限らず、他の微粒子も生成することができる。生成可能な他の微粒子として、例えば、Y2O3:Eu微粒子や、YAGと呼ばれるY3Al5O12にTbがドープされたY3Al5O12:Tbや、Gd2O3:Eu等が挙げられる。Y2O3:Eu微粒子を製造する場合、蛍光体原料物質は、イットリウム(Y)およびユウロピウム(Eu)である。
In the case of using the manufacturing method according to the present invention, the
また、例えば、Y3Al5O12:Tb微粒子を製造する場合、この微粒子の構成金属元素である蛍光体原料物質は、イットリウム(Y)、アルミニウム(Al)、およびテルビウム(Tb)である。また、Gd2O3:Eu微粒子を製造する場合、この微粒子の構成金属元素である蛍光体原料物質は、ガドリニウム(Gd)およびユウロピウム(Eu)である。 Further, for example, when producing Y 3 Al 5 O 12 : Tb fine particles, the phosphor raw material that is a constituent metal element of the fine particles is yttrium (Y), aluminum (Al), and terbium (Tb). Further, Gd 2 O 3: When producing the Eu particles, phosphor raw material is a metal element for the fine particles, a gadolinium (Gd) and europium (Eu).
本実施例では、蛍光体原料物質としてバリウム(Ba)及びマグネシウム(Mg)及びアルミニウム(Al)及びユウロピウム(Eu)を用いたが、他の蛍光体原料物質の例として、イットリウム(Y)およびユウロピウム(Eu)、イットリウム(Y)及びアルミニウム(Al)及びテルビウム(Tb)、または、ガドリニウム(Gd)及びユウロピウム(Eu)等を用いて他の微粒子を製造することが可能である。 In this example, barium (Ba), magnesium (Mg), aluminum (Al), and europium (Eu) were used as the phosphor raw material. However, as examples of other phosphor raw materials, yttrium (Y) and europium were used. Other fine particles can be produced using (Eu), yttrium (Y), aluminum (Al), terbium (Tb), gadolinium (Gd), europium (Eu), or the like.
超音波噴霧器2は、例えば圧電結晶からの超音波を利用してこの原料溶液を噴霧し液滴を形成する。超音波噴霧器2の上方にはバーナー3が設置されており、バーナー3の上部に火炎3eが生じる。バーナー3は、同軸中心を有する複数の円筒3a〜3dから構成されている。また、超音波噴霧器2およびバーナー3にはキャリアガスが送り込まれるようになっている。キャリアガスが送り込まれることにより、超音波噴霧器2で形成された液滴は、バーナー3の円筒3a内を通して、バーナー3の火炎3e中に直接導入される。キャリアガスとしては、例えば窒素(N2)が用いられる。なお、キャリアガスを送り込む配管8には、流量計9が取り付けられている。
The
図2に、バーナー3の拡大された概略図を示す。バーナー3は、上述のように同軸中心を有する複数の円筒3a〜3dから構成されている。図2(a)はバーナー3の同軸方向に垂直な方向の正面図であり、図2(b)はバーナー3の同軸方向に平行な方向の側面図である。円筒3aがバーナー3の最も中心に位置し、その周りが円筒3b、円筒3c、および円筒3dによりそれぞれ順に取り囲まれている。円筒3aの長さが最も長く、下方に突出しており、円筒3aの外側を順に取り囲む円筒3b、円筒3c、および円筒3dは、その長さが順次短くなるように構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged schematic view of the
バーナー3には、本実施例では2本の配管5a、5bが接続されており、これらの配管5a、5bを通じてバーナー3に燃料ガスが送り込まれる。燃料ガスとして、例えばメタン(CH4)および酸素(O2)が使用される。各配管5a、5bに取り付けられているマスフローコントローラ6a、6bにより、これらの燃料ガスの流量を変化させることができ、燃料ガスが制御される。燃料ガスが制御されることにより、バーナー3に生じる火炎3e中の温度が制御される。なお、燃料ガスが通る配管5a、5bには安全のため逆止弁が7a、7bが設けられている。
In the present embodiment, two
バーナー3において、円筒3aの外周を取り囲む円筒3b内には、配管5bによりメタン(CH4)が送り込まれる。円筒3bの外周を取り囲む円筒3c内には、配管5aにより酸素(O2)が送り込まれる。また、バーナー3の中心に位置する円筒3a内には、超音波噴霧器2で形成された液滴がキャリアガスである窒素とともに直接導入される。なお、円筒3cの外周を取り囲む円筒3d内は、予備用として設けられている。
In the
静電捕集器4は、高電圧発生装置4bにより印加された高電圧により生じる静電気力を用いて、バーナー3の火炎3e中で反応し生成された微粒子を本体4a内に捕集する。静電捕集器4は、捕集効率を良くするためにヒーター(図示せず)等により加熱されている。なお、火炎中で生成された微粒子と共に上昇したキャリアガス中のNOx等を吸引するために、ポンプ4dが設けられており、吸引されたガスは、冷却トラップ(cold trap)4c内に集められ、ポンプ4dを介して清浄ガスが排出される。
The electrostatic collector 4 collects the fine particles generated by the reaction in the
図3に、静電捕集器4により捕集された微粒子を再加熱するための再加熱装置として用いられる電気炉10の一構成例を示す。本構成例においては、再加熱用の電気炉10として、石川産業(株)製のレッドデビル14(商標)を用いた。この装置は、各種のガス雰囲気で高温(アルゴン雰囲気の場合、2200℃)処理が可能なものである。
FIG. 3 shows an example of the configuration of an
本構成例に用いる電気炉10は、蓋体12aを有する本体12の周囲および底面に加熱用のヒーター12cを配した処理室12bを中心とし、これに、この処理室12b内に所望の雰囲気を形成するためのガス導入管16と排気管18を備えたものである。なお、上記ガス導入管16にはガス流量調整用のマスフロー・コントローラ16aが、また、排気管18には排気調整バルブ18aがそれぞれ設けられている。
The
この電気炉10により再加熱を行う際には、処理対象微粒子を例えば坩堝14に入れて処理室12b内に置き、ヒーター12cによる加熱を開始し、これと前後して、ガス導入管16と排気管18を通して所望の雰囲気を形成するためのガスを所定量流して、図示されていない温度調整手段により処理室内の温度を所定温度に制御しつつ、処理対象微粒子の再加熱処理を行う。
When reheating is performed by the
ここで、上述の再加熱の処理温度は、処理後の微粒子の蛍光特性(蛍光強度)に大きく影響するので、複数水準(複数段階)に変えて実験するものとし、また、処理室内の雰囲気については、事前の実験であらかじめ求めた所定の還元性雰囲気としている。なお、この還元性雰囲気を形成するためのガス流量は、例えば1〜10L/min程度の範囲とすることが実用上有効である。 Here, since the reheating treatment temperature described above greatly affects the fluorescence characteristics (fluorescence intensity) of the treated fine particles, it is assumed that the experiment is performed by changing to a plurality of levels (multiple stages), and the atmosphere in the treatment chamber Is a predetermined reducing atmosphere obtained in advance by a prior experiment. In addition, it is practically effective that the gas flow rate for forming this reducing atmosphere is in a range of, for example, about 1 to 10 L / min.
次に、本実施例に係る製造方法について詳しく説明する。
まず、硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2・6H2O)、硝酸アルミニウム(Al(NO3)2・9H2O)、および、硝酸ユウロピウム(Eu(NO3)3・6H2O)を超純水に溶解させた原料溶液を、作成した。これらの原料溶液を、超音波噴霧器2により噴霧し液滴化させ、キャリアガスである窒素(N2)によりバーナー3の円筒3a内を通じて火炎3eの中心に直接導入した。
Next, the manufacturing method according to the present embodiment will be described in detail.
First, barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 2 .9H 2 O), and europium nitrate (Eu ( the NO 3) 3 · 6H 2 O ) a raw material solution obtained by dissolving in ultrapure water was prepared. These raw material solutions were sprayed by the
なお、ここでは、付活剤としてのユウロピウム(Eu)の含有率を8%,10%,12%,14%と4段階に変えて、その蛍光発光強度に及ぼす影響を検討している。これは、本実施例に係る製造方法においては、ユウロピウム(Eu)の含有率を従来の一般的な含有率である6%よりも多くすることが、蛍光特性(蛍光強度の向上)に及ぼす影響が推定されるためである。 Here, the effect on the fluorescence emission intensity is examined by changing the content of europium (Eu) as an activator into four stages of 8%, 10%, 12%, and 14%. This is because, in the manufacturing method according to the present example, the effect of increasing the content of europium (Eu) over 6%, which is the conventional general content, has an effect on fluorescence characteristics (improvement of fluorescence intensity). This is because is estimated.
火炎3eの燃料となる燃料ガスとして、メタン(CH4)および酸素(O2)を使用し、マスフローコントローラ6a、6bによりこれらの燃料ガスの流量を変化させて、火炎3eの温度制御を行った。具体的には、メタン(CH4)を1.5L/min、キャリアガスである窒素(N2)を2.0L/minで固定し、酸素(O2)の流量のみを変化させることによって、火炎3eの温度を制御した。ここでL/minはリットル/分:1分間に流れるガスの流量を表わす。
Methane (CH 4 ) and oxygen (O 2 ) were used as the fuel gas for the
バーナー3の火炎中で反応し生成した微粒子は、約200℃に加熱された静電捕集器4により捕集した。
次に、捕集した微粒子を、前述の再加熱用電気炉10を用いて、再加熱処理した。ここでの再加熱処理は、捕集した微粒子5グラムを坩堝14に入れて電気炉10の処理室12b内に置き、還元性雰囲気形成用のガス(水素30%、アルゴン70%の混合ガス)を5L/min流しつつ、炉内の温度を、1200℃、1300℃、1400℃の3段階に変えて行った。
Fine particles produced by reaction in the flame of the
Next, the collected fine particles were reheated using the above-described reheating
図4に、電気炉10において再加熱処理した後の、微粒子のSEM写真の一例を示す。図4に示す例は、温度1400℃で再加熱を行った場合に得られた微粒子のSEM写真の一例である。なお、例示は省略するが、再加熱処理における温度を、1200℃、1300℃、1400℃の3段階に変えたことによる、微粒子の形状,サイズ等には、特に目立った変化は見られない。
FIG. 4 shows an example of an SEM photograph of fine particles after the reheating treatment in the
図5に、前述のように、付活剤としてのユウロピウム(Eu)の含有率を8%,10%,12%,14%の4段階に変えた場合における蛍光強度の変化を、再加熱の前後の状況で示した。なお、ここでの再加熱温度は、1400℃としている。
図5に示されるように、ユウロピウム(Eu)の含有率を上述のように変化させた場合に、含有率10%〜12%の辺りに蛍光強度の極大値があるように見える。
In FIG. 5, as described above, the change in fluorescence intensity when the content of europium (Eu) as an activator is changed in four stages of 8%, 10%, 12%, and 14% is shown in FIG. Shown in the situation before and after. In addition, the reheating temperature here is 1400 degreeC.
As shown in FIG. 5, when the content rate of europium (Eu) is changed as described above, it appears that there is a maximum value of the fluorescence intensity around the content rate of 10% to 12%.
また、再加熱の前後では蛍光強度の絶対値は大きく変化する。この例では、相対値で、約3.5倍(ユウロピウム(Eu)の含有率12%の場合)〜約5倍(同、8%の場合)程度、蛍光強度の絶対値が上昇している。但し、上述の、ユウロピウム(Eu)の含有率に対して蛍光強度の極大値を有するという傾向は、そのまま維持されている。 In addition, the absolute value of the fluorescence intensity changes greatly before and after reheating. In this example, the absolute value of the fluorescence intensity is increased by about 3.5 times (when the europium (Eu) content is 12%) to about 5 times (when 8%). . However, the tendency of having the maximum value of the fluorescence intensity with respect to the europium (Eu) content is maintained as it is.
次に、図5の結果から、ここでは、ユウロピウム(Eu)の含有率を12%に固定して、前述のように、再加熱処理における温度を、1200℃、1300℃、1400℃の3段階に変えて微粒子を製造し、得られた微粒子の蛍光強度の変化を測定した。
結果は、図6に示すようになった。
Next, from the result of FIG. 5, here, the content rate of europium (Eu) is fixed to 12%, and as described above, the temperature in the reheating treatment is three stages of 1200 ° C., 1300 ° C., and 1400 ° C. Fine particles were produced in place of the above, and the change in fluorescence intensity of the obtained fine particles was measured.
The result was as shown in FIG.
すなわち、図6に示す通り、ユウロピウム(Eu)の含有率を12%とした場合、再加熱処理温度、1200℃,1300℃,1400℃の各条件で再加熱して得た微粒子の蛍光強度は、商品粒子のそれの約70%(再加熱温度1200℃の場合)〜約90%(同、1400℃の場合)となっている。ここで商品粒子とは、一般に商品として流通している粒子である。 That is, as shown in FIG. 6, when the europium (Eu) content is 12%, the fluorescence intensity of the fine particles obtained by reheating under the reheating treatment conditions of 1200 ° C., 1300 ° C., and 1400 ° C. is About 70% of the product particles (when the reheating temperature is 1200 ° C.) to about 90% (when the temperature is 1400 ° C.). Here, the product particles are particles that are generally distributed as products.
図6に示す結果からは、本発明に係る製造方法により製造された微粒子は、商品粒子にかなり近い蛍光特性(蛍光強度)を示すことが認められる。
この結果は、蛍光体微粒子については、従来から、その粒径が大きいほど蛍光強度が大きい特性を示すことが知られているが、本実施例に係る製造方法により製造した微粒子は、その粒径が商品粒子と比較して数分の一の大きさしかないことを考えると、著しい蛍光強度向上効果が得られたといえるものである。
From the results shown in FIG. 6, it can be seen that the fine particles produced by the production method according to the present invention exhibit fluorescence characteristics (fluorescence intensity) that are very close to those of commercial particles.
As a result, it has been known that phosphor fine particles have a characteristic that the fluorescence intensity increases as the particle diameter increases. However, the fine particles produced by the production method according to the present example Considering that there is only a fraction of the size of product particles, it can be said that a remarkable fluorescence intensity improvement effect was obtained.
すなわち、本実施例に係る製造方法により製造した微粒子は、その粒径が約1.0μm程度であるのに対して、図7にSEM写真として示すように、商品粒子の粒径は約5μm〜6μmであり、蛍光体を層(膜)状にして用いる場合の層(膜)中の微粒子の数を勘案すると、蛍光体層(膜)としての蛍光強度は、本実施例に係る製造方法により製造した微粒子を用いた場合、商品粒子を用いた場合の数倍程度に向上する可能性もある。 That is, the particle size of the fine particles produced by the production method according to this example is about 1.0 μm, whereas the particle size of the commercial particles is about 5 μm to about 5 μm as shown in the SEM photograph in FIG. Considering the number of fine particles in the layer (film) when the phosphor is used in the form of a layer (film), the fluorescence intensity as the phosphor layer (film) is determined by the manufacturing method according to this example. When the manufactured fine particles are used, there is a possibility that the number of times is improved several times as compared with the case of using commercial particles.
以上をまとめると、本実施例においては、ユウロピウム(Eu)の含有率を好ましい範囲に設定して、火炎法プラス再加熱という製造方法を適用してBAM微粒子を製造した場合、単体(個々の微粒子当たり、の意)では、従来の商品粒子の70%〜90%程度の蛍光強度を示す微粒子を得ることが可能であり、これを蛍光体層(膜)として用いる場合には、実に、従来の商品粒子を用いた場合の数倍の蛍光強度を示す蛍光体層(膜)を得ることが可能であるといえる。 In summary, in this example, when the content of europium (Eu) is set within a preferable range and a BAM fine particle is manufactured by applying a manufacturing method called flame method plus reheating, a simple substance (individual fine particles) In the mean of, it is possible to obtain fine particles having a fluorescence intensity of about 70% to 90% of conventional product particles, and when this is used as a phosphor layer (film), It can be said that it is possible to obtain a phosphor layer (film) that exhibits a fluorescence intensity several times that of product particles.
また、本実施例に係る製造方法により製造した微粒子を、前述のCRT、FED、PDP等のディスプレイに用いる場合は、その粒径が小さいために塗布や蒸着の際のムラを少なくでき、また、蛍光体層の薄膜化も可能である。 In addition, when the fine particles produced by the production method according to the present embodiment are used in the above-mentioned display such as CRT, FED, PDP, etc., the unevenness at the time of coating and vapor deposition can be reduced because the particle size is small, It is also possible to reduce the thickness of the phosphor layer.
以上、本発明に係る微粒子の製造方法について一実施形態を基に説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜の変更・改良を行ってもよいことはいうまでもない。 As mentioned above, although the manufacturing method of the microparticles | fine-particles based on this invention was demonstrated based on one embodiment, this invention is not limited to such embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it changes suitably. -Needless to say, improvements may be made.
1 製造装置
2 超音波噴霧器
3 バーナー
3a、3b、3c、3d 円筒
3e 火炎
4 静電捕集器
4a 本体
4b 高電圧発生装置
4c 冷却トラップ
4d ポンプ
5a、5b、8 配管
6a、6b マスフローコントローラ
7a、7b 逆止弁
8 キャリアガス送入配管
9 流量計
10 再加熱装置
12 本体
12a 蓋体
12b 処理室
12c ヒーター
14 坩堝
16 ガス導入管
16a マスフロー・コントローラ
18 排気管
18a 排気調整バルブ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
キャリアガスとともに前記液滴化させた原料溶液を火炎内に導入し、
燃料ガスの流量を制御することにより前記火炎の温度を制御して火炎中で微粒子を生成し、
生成した微粒子を再加熱処理することを特徴とする蛍光体微粒子の製造方法。 The raw material solution containing the phosphor raw material is made into droplets,
The raw material solution that has been made into droplets together with a carrier gas is introduced into the flame,
Controlling the temperature of the flame by controlling the flow rate of the fuel gas to produce fine particles in the flame,
A method for producing phosphor fine particles, wherein the produced fine particles are reheated.
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