JP2007046004A - Method for producing nitride phosphor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は窒化物蛍光体に関する。 The present invention relates to a nitride phosphor.
蛍光体は、青色光を発するLEDと蛍光体とを組合せてなる白色LEDなどの可視光励起発光素子、近紫外線〜青紫色光を発するLEDと蛍光体とを組み合わせてなる近紫外線〜青紫色光励起発光素子、液晶用バックライトおよび蛍光灯などの紫外線励起発光素子、プラズマディスプレイパネルおよび希ガスランプなどの真空紫外線励起発光素子、ブラウン管やFED(Field Emission Display)などの電子線励起発光素子、X線撮像装置などのX線励起発光素子、無機ELディスプレイなどの電界励起発光素子等のさまざまな発光素子に用いられている。 The phosphor is a visible light excitation light emitting element such as a white LED that combines a blue light emitting LED and a phosphor, a near ultraviolet light to blue violet light excitation light emitting that combines a near ultraviolet to blue violet light emitting LED and a phosphor. Ultraviolet-excited light-emitting elements such as elements, liquid crystal backlights and fluorescent lamps, vacuum ultraviolet-excited light-emitting elements such as plasma display panels and rare gas lamps, electron-beam-excited light-emitting elements such as cathode ray tubes and field emission displays (FEDs), and X-ray imaging It is used for various light emitting elements such as an X-ray excited light emitting element such as an apparatus and an electric field excited light emitting element such as an inorganic EL display.
例えば、近紫外線〜青紫色光を発するLEDと蛍光体とを組み合わせてなる近紫外線〜青紫色光励起発光素子としては、近紫外線〜青紫色光を発する発光素子の発光面に、該発光素子の発する光により励起され波長変換を行える蛍光体を配置されてなり、各種の色の発光を示す発光素子(例えば、特許文献1参照。)、あるいは目視により白色である発光を示す発光素子(例えば、特許文献2参照。)が提案されている。 For example, as a near-ultraviolet to blue-violet light excitation light-emitting element formed by combining an LED that emits near-ultraviolet to blue-violet light and a phosphor, the light-emitting element emits light on a light-emitting surface of the light-emitting element that emits near-ultraviolet to blue-violet light. A phosphor that is excited by light and capable of wavelength conversion is arranged, and emits light of various colors (see, for example, Patent Document 1), or a light-emitting element that emits white light by visual observation (for example, a patent). Reference 2) has been proposed.
この発光素子に用いられる蛍光体としては、赤色蛍光体としてY2O3:Euが、緑色蛍光体としてZn0.6Cd0.4S:Agが、青色蛍光体として(Sr、Ca)10(PO4)6Cl2:Euが、黄色蛍光体としてY3Al5O12:Ceが(例えば、特許文献1参照。)、黄色蛍光体としてEu付活αサイアロンであるEu0.5Si9.75Al2.25N15.25O0.75が提案されている。 As phosphors used in the light emitting element, Y 2 O 3 : Eu is used as a red phosphor, Zn 0.6 Cd 0.4 S: Ag is used as a green phosphor, and (Sr, Ca) 10 (PO 4 ) is used as a blue phosphor. 6 Cl 2 : Eu, Y 3 Al 5 O 12 : Ce as a yellow phosphor (see, for example, Patent Document 1), and Eu-activated α-sialon as a yellow phosphor, Eu 0.5 Si 9.75 Al 2.25 N 15.25 O 0.75 has been proposed.
しかしながら、いずれの蛍光体も輝度はいまだ十分ではなかった。
また、白色LEDは100℃近く、あるいはそれ以上の温度で使用されるため、熱的、化学的安定性も求められるが、この温度特性を十分に満たしているものはなかった。
実用化されている蛍光体は大部分が酸化物であるが、最近窒化物蛍光体の開発が行われている。窒化物は同じ典型元素の酸化物と比べると共有結合性が強く、バンドギャップが狭くなる傾向があり、硫化物と類似している。しかしながら、硫化物と比較すると機械的に強固で、化学的にも安定である。これらの特性は白色LED用蛍光体としてのポテンシャルが高いことを示している。また、窒化物は酸化物と比較してバンドギャップが狭く、導電性が高いため、FED用蛍光体としても優れている。
しかしながら、窒化物蛍光体が未だに実用化されていない一因は、従来の製法では、1800℃程度の高温、1GPa程度の高圧が要求されるという合成の困難さにある。
本発明の目的は、電子線、近紫外〜青色光により励起することができ、高い輝度を示す蛍光体の、新規で、工業的に有用な製造方法を提供することにある。
However, the brightness of any phosphor is still insufficient.
In addition, since white LEDs are used at temperatures close to 100 ° C. or higher, thermal and chemical stability are also required, but none of them satisfy this temperature characteristic sufficiently.
Most of the phosphors in practical use are oxides, but recently nitride phosphors have been developed. Nitride has a stronger covalent bond than the oxide of the same typical element, tends to have a narrow band gap, and is similar to sulfide. However, it is mechanically strong and chemically stable compared to sulfides. These characteristics indicate that the potential as a phosphor for white LED is high. Nitride is also excellent as a phosphor for FED because it has a narrower band gap and higher conductivity than an oxide.
However, one of the reasons why nitride phosphors have not yet been put to practical use is the difficulty in synthesis in which the conventional manufacturing method requires a high temperature of about 1800 ° C. and a high pressure of about 1 GPa.
An object of the present invention is to provide a novel and industrially useful production method of a phosphor that can be excited by an electron beam or near ultraviolet to blue light and exhibits high luminance.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、アルカリ金属をフラックスとして用いることにより、上記課題を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be achieved by using an alkali metal as a flux, and have completed the present invention.
すなわち本発明は、〔1〕式M1 aM2 bNc(ただし、M1は、Mg、Ca、Sr、BaおよびZnからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、M2は、Al、GaおよびInからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、c=(2a/3)+bであり、0≦aかつ0<bである。)で示される化合物からなる母結晶に、付活剤として希土類金属、Cr、Mn及びZnからなる群より選ばれる1種以上が含有されてなる窒化物蛍光体を製造するにあたり、反応容器内に、アルカリ金属あるいはアルカリ金属とアルカリ金属窒化物、M1、M2、付活剤を仕込み、窒素を含む気体中で製造することを特徴とする窒化物蛍光体の製造方法に係るものである。
また、本発明は、〔2〕窒化物蛍光体出発原料の合計モル数MSとアルカリ金属のモル数MAとのモル比MA/MSが2〜5であることを特徴とする〔1〕記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔3〕アルカリ金属がNaまたはNaとLiの混合物であることを特徴とする〔1〕または〔2〕記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔4〕アルカリ金属窒化物がLi3Nであることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔5〕窒素を含む気体の圧力が1MPa〜20MPaであることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔6〕製造時の最高温度が600℃〜850℃であることを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔7〕前記〔6〕記載の最高温度から所定温度まで冷却する速度が5℃/時間〜200℃/時間であることを特徴とする〔6〕記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔8〕M2がGaであることを特徴とする〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔9〕M1がCa、SrおよびBaからなる群から選択される1つ以上の元素であり、M2がGaであることを特徴とする〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔10〕M1がCa、SrおよびBaからなる群から選択される1つ以上の元素であり、M2がGaであり、不活剤がMn、Zn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybからなる群から選択される1つ以上の元素であることを特徴とする〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔11〕M1がCa、SrおよびBaからなる群から選択される1つ以上の元素であり、M2がGaであり、不活剤がMn、Zn、Ce、Eu、Tb、Ho、Er、Tm、Ybからなる群から選択される1つ以上の元素であることを特徴とする〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔12〕不活剤の含有量が前記モル量a+bに対して、0.00001以上0.3以下であることを特徴とする〔1〕〜〔11〕のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法、
〔13〕窒化物半導体を用いてなる白色発光装置であって、近紫外線〜青色光の波長の光を発し、窒化物半導体からなるLEDと、〔1〕〜〔12〕のいずれかに記載の方法により製造された窒化物蛍光体とを有することを特徴とする白色発光装置、
に係るものである。
That is, the present invention provides [1] formula M 1 a M 2 b N c ( however, M 1 is, Mg, Ca, Sr, at least one element selected from the group consisting of Ba and Zn, M 2 is , One or more elements selected from the group consisting of Al, Ga, and In, c = (2a / 3) + b, and 0 ≦ a and 0 <b) In addition, when producing a nitride phosphor containing at least one selected from the group consisting of rare earth metals, Cr, Mn and Zn as an activator, an alkali metal or an alkali metal and an alkali metal are contained in the reaction vessel. The present invention relates to a method for producing a nitride phosphor, which is charged with nitride, M 1 , M 2 , and an activator, and is produced in a gas containing nitrogen.
The present invention is also characterized in that [2] the molar ratio M A / M S of the total number of moles M S of the nitride phosphor starting material and the number of moles M A of the alkali metal is 2 to 5. 1] A method for producing a nitride phosphor according to the above
[3] The method for producing a nitride phosphor according to [1] or [2], wherein the alkali metal is Na or a mixture of Na and Li,
[4] The method for producing a nitride phosphor according to any one of [1] to [3], wherein the alkali metal nitride is Li 3 N;
[5] The method for producing a nitride phosphor according to any one of [1] to [4], wherein the pressure of the gas containing nitrogen is 1 MPa to 20 MPa,
[6] The method for producing a nitride phosphor according to any one of [1] to [5], wherein the maximum temperature during production is 600 ° C. to 850 ° C.,
[7] The method for producing a nitride phosphor according to [6], wherein the cooling rate from the maximum temperature described in [6] to a predetermined temperature is 5 ° C./hour to 200 ° C./hour,
[8] The method for producing a nitride phosphor according to any one of [1] to [7], wherein M 2 is Ga.
[9] is one or more elements M 1 is selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, and wherein the M 2 is Ga [1] to of any one of [8] Manufacturing method of nitride phosphor,
[10] M 1 is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, M 2 is Ga, and the inactive agent is Mn, Zn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb The method for producing a nitride phosphor according to any one of [1] to [8], wherein the nitride phosphor is one or more elements selected from the group consisting of Dy, Ho, Er, Tm, and Yb,
[11] M 1 is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, M 2 is Ga, and the inactive agent is Mn, Zn, Ce, Eu, Tb, Ho, Er The method for producing a nitride phosphor according to any one of [1] to [8], wherein the nitride phosphor is one or more elements selected from the group consisting of Tm, Yb,
[12] The nitride phosphor according to any one of [1] to [11], wherein the content of the inactive agent is 0.00001 or more and 0.3 or less with respect to the molar amount a + b. Manufacturing method,
[13] A white light emitting device using a nitride semiconductor, emitting light having a wavelength of near ultraviolet to blue light, and an LED made of a nitride semiconductor, and any one of [1] to [12] A white light emitting device comprising: a nitride phosphor manufactured by the method;
It is related to.
本発明の窒化物蛍光体の製造方法によると、従来よりも低温、低圧の条件で窒化物蛍光体を製造することができるので、本発明は工業的に極めて有用である。 According to the method for producing a nitride phosphor of the present invention, the nitride phosphor can be produced under conditions of lower temperature and lower pressure than in the prior art, so that the present invention is extremely useful industrially.
本発明の窒化物蛍光体の製造方法の実施形態を詳細に説明する。
GaN単結晶成長方法として提案されているアルカリ金属をフラックスとして用いる方法は、多くの場合Naを用いるため、Naフラックス法と呼ばれている。融液法が6GPa、2200℃、金属Gaを用いた溶液法が1〜2GPa、1600℃という高温高圧を必要とするのと比べ、Naフラックス法は、10MPa、800℃程度でGaN単結晶を製造できる。Naの役割は、Na−Ga混合融液中に窒素が溶解しやすくすることと考えられている。
An embodiment of the method for producing a nitride phosphor of the present invention will be described in detail.
A method using an alkali metal as a flux proposed as a GaN single crystal growth method is called Na flux method because Na is often used. Compared with the melt method requiring 6GPa, 2200 ° C, and the solution method using metal Ga requiring high temperature and high pressure of 1-2GPa, 1600 ° C, the Na flux method produces a GaN single crystal at about 10MPa and 800 ° C. it can. The role of Na is considered to facilitate the dissolution of nitrogen in the Na—Ga mixed melt.
Naフラックス法は、GaNやアルカリ土類金属等を加えたM3GaN(M3はアルカリ土類金属)の合成には適している。しかしながら、Naフラックス法は結晶成長法であるため、付活剤として希土類元素などをNaフラックスに共存させても、希土類元素などが偏析し、均一な組成にならないので好ましくないと考えられ、これらに希土類元素などをドーピングする試みは行われていなかった。
また、Naフラックス法は、窒化物の大きな単結晶を作製することを目的としており、本来、粉末状の蛍光体を作製するという発想自体もなかった。
しかしながら、驚くべきことに、付活剤としての希土類元素などを含む原料をNaフラックスに共存させることにより、付活剤としての希土類元素などを含む窒化物を好適に製造できることを本発明者らは見出した。
The Na flux method is suitable for the synthesis of M 3 GaN (M 3 is an alkaline earth metal) to which GaN, alkaline earth metal, or the like is added. However, since the Na flux method is a crystal growth method, it is considered undesirable even if rare earth elements or the like coexist in the Na flux as activators because the rare earth elements segregate and do not have a uniform composition. Attempts to dope rare earth elements have not been made.
The Na flux method is intended to produce a single crystal having a large nitride, and originally there was no idea of producing a powdery phosphor.
However, surprisingly, the present inventors have found that a nitride containing a rare earth element as an activator can be suitably produced by allowing a raw material containing a rare earth element as an activator to coexist in the Na flux. I found it.
本発明の窒化物蛍光体の好ましい製造方法を図1により説明する。
まず、出発原料であるM1、M2、付活剤として希土類金属、Cr、Mn及びZnからなる群より選ばれる1種以上をルツボ3に入れる。ルツボ材質はBN、アルミナ、ニオブなどが用いられる。これに所定量のアルカリ金属を加えた後、反応容器1内にルツボをセットし、窒素ガスを導入して容器内圧力を5MPa程度の所定圧力にする。
ここで、アルカリ金属と出発原料のモル比については、出発原料の合計モル数をMS、アルカリ土類金属のモル数をMAとすると、MA/MSが2〜5が好ましく、2.5〜3.2がより好ましく、最も好ましくは3である。
A preferred method for producing the nitride phosphor of the present invention will be described with reference to FIG.
First, M 1 and M 2 as starting materials, and one or more selected from the group consisting of rare earth metals, Cr, Mn and Zn as activators are put in the
Here, regarding the molar ratio between the alkali metal and the starting material, if the total number of moles of the starting material is M S and the number of moles of the alkaline earth metal is M A , M A / M S is preferably 2-5. 0.5 to 3.2 is more preferable, and 3 is most preferable.
次にルツボをヒーター6で加熱し、600℃〜850℃の温度で24時間程度保持する。ルツボの温度は図のようにルツボ付近に熱電対をセットすることにより測定できる。温度を上げると反応容器内圧力は6MPa程度になる。
保持温度と圧力により合成される窒化物の形態が決まる。圧力が1MPaを下回ると、窒化物蛍光体を合成することが難しいので好ましくない。圧力は高い分には大きな問題はないが、反応容器の耐圧、製造コストを考えると20MPa程度までが好ましい。
また、温度が600℃より低くても窒化物を合成することが難しいので好ましくない。温度が850℃より高いと、Naの沸点が883℃であるため、Naの揮発する量が増えるので、好ましくない。600℃〜850℃の温度で1〜20MPaの圧力であれば、窒化物蛍光体を好適に合成できる。製造条件により微細な粉末になったり、板状、柱状の単結晶になったりする。大きめの単結晶になった場合は、単結晶蛍光体としてレーザー用材料としても使用できるし、粉砕して粉末蛍光体としても使っても良い。
Next, the crucible is heated by the
The form of nitride synthesized is determined by the holding temperature and pressure. When the pressure is less than 1 MPa, it is not preferable because it is difficult to synthesize a nitride phosphor. Although there is no big problem for the high pressure, it is preferably up to about 20 MPa in view of the pressure resistance of the reaction vessel and the production cost.
Further, even if the temperature is lower than 600 ° C., it is not preferable because it is difficult to synthesize nitride. When the temperature is higher than 850 ° C., the boiling point of Na is 883 ° C., and thus the amount of Na volatilizing increases, which is not preferable. If the pressure is 1 to 20 MPa at a temperature of 600 ° C. to 850 ° C., a nitride phosphor can be suitably synthesized. Depending on the production conditions, it becomes a fine powder, or it becomes a plate or columnar single crystal. When a large single crystal is formed, it can be used as a laser material as a single crystal phosphor, or it can be crushed and used as a powder phosphor.
所定の温度で保持した後、室温まで冷却する。冷却速度は、5℃/時間〜200℃/時間が好ましく、6℃〜100℃がより好ましい。冷却速度が速いと、窒化されずに残留する金属が多くなり、収率が下がる。冷却速度が遅いと、スループットが落ちる。窒化物蛍光体粉末の合成は単結晶育成と異なり、大型の粒子を作る必要がないため、冷却速度は比較的早くできる。冷却方法は、一定速度でもよいし、ある程度の温度までは遅い冷却速度とし、その後冷却速度を早くする方法等が挙げられる。 After holding at a predetermined temperature, it is cooled to room temperature. The cooling rate is preferably 5 ° C./hour to 200 ° C./hour, more preferably 6 ° C. to 100 ° C. If the cooling rate is high, more metal remains without being nitrided, and the yield decreases. If the cooling rate is slow, the throughput decreases. Unlike the single crystal growth, the synthesis of the nitride phosphor powder does not require the production of large particles, so that the cooling rate can be made relatively fast. The cooling method may be a constant rate, a method of slowing the cooling rate to a certain temperature, and then increasing the cooling rate.
冷却終了後、反応容器からルツボを取り出す。Na等のアルカリ金属が残留している場合は、エタノール等で洗い流せば、窒化物蛍光体が得られる。窒化物蛍光体が大気中の水分等と反応するようであれば、反応容器はアルゴンガスを満たしたグローボックスで開放する。アルカリ金属の洗浄は液体アンモニアを使用すればよい。 After cooling, remove the crucible from the reaction vessel. If an alkali metal such as Na remains, the nitride phosphor can be obtained by washing with ethanol or the like. If the nitride phosphor reacts with moisture or the like in the atmosphere, the reaction vessel is opened with a glow box filled with argon gas. Liquid ammonia may be used for washing the alkali metal.
次に、本発明で製造する窒化物蛍光体の好ましい形態について説明する。
窒化物蛍光体は、式(1)
M1 aM2 bNc (1)
で示される化合物からなる母結晶に、付活剤として希土類金属元素、Cr、MnおよびZnからなる群から選ばれる1種以上が含有されてなることを特徴とし、この蛍光体が近紫外〜青色の波長範囲の光により励起され、高い輝度を示す蛍光体となる。
Next, a preferred embodiment of the nitride phosphor produced according to the present invention will be described.
The nitride phosphor has the formula (1)
M 1 a M 2 b N c (1)
Wherein the phosphor comprises a near-ultraviolet to blue-colored phosphor containing at least one selected from the group consisting of rare earth metal elements, Cr, Mn and Zn as an activator. It becomes a phosphor exhibiting high luminance when excited by light in the above wavelength range.
本発明における蛍光体の付括剤は、Zn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybからなる群から選ばれる1種以上が好ましく、Zn、Ce、Eu、Tb、Ho、Er、Tmからなる群より選ばれる1種以上がより好ましい。 The phosphor binder in the present invention is preferably at least one selected from the group consisting of Zn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb. Zn, Ce, Eu, One or more selected from the group consisting of Tb, Ho, Er, and Tm is more preferable.
本発明における蛍光体中の付活剤の含有量は、式(1)におけるM1とM2の合計のモル量a+bに対して0.00001以上0.3以下の範囲が好ましく、0.0001以上0.1以下の範囲がより好ましく、0.0005以上0.01以下の範囲がさらに好ましい。 The content of the activator in the phosphor in the present invention is preferably in the range of 0.00001 or more and 0.3 or less with respect to the total molar amount a + b of M 1 and M 2 in the formula (1). The range of 0.1 to 0.1 is more preferable, and the range of 0.0005 to 0.01 is more preferable.
M1は2族の金属元素であり、Mg、Ca、Sr、BaおよびZnからなる群より選ばれる1種以上が挙げられ、好ましくはCa、SrおよびBaからなる群より選ばれる1種以上である。そして、M2は3族の金属元素であり、Al、GaおよびInからなる群より選ばれる1種以上が挙げられ、好ましくはGaおよびInからなる群より選ばれる1種以上であり、より好ましくはGaである。
M 1 is a Group 2 metal element, and includes at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn, preferably at least one selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba is there. M 2 is a
前記式(1)のa、b、cには、c=(2a/3)+bの関係があり、0≦aかつ0<bである。そして、M1とM2のモル比a/bは0以上2以下が好ましく、0以上1.5以下がより好ましい。 In the formula (1), a, b, and c have a relationship of c = (2a / 3) + b, and 0 ≦ a and 0 <b. The molar ratio a / b between M 1 and M 2 is preferably 0 or more and 2 or less, and more preferably 0 or more and 1.5 or less.
前記の好ましい態様のうち、M1がCa、SrおよびBaからなる群より選ばれる1種以上であるM21であり、M2がGaおよびInからなる群より選ばれる1種以上のM22であり、付活剤L21が、Zn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybからなる群より選ばれる1種以上であり、0≦aかつ0<bであり、a/bが0以上2以下の範囲であり、さらに付活剤の含有量xが0.0001×(a+b)以上0.1×(a+b)以下の範囲である場合に、下記(2)式により示される化合物からなる窒化物蛍光体が好ましい。ただし、pはL21のうち2価のもののモル数をuとすると、L21のうち3価のものは1−uモルなので、p=(2u/3)+(1−u)である。
M21 aM22 bNc・xL21Np (2)
Among the above preferred embodiment, M 1 is Ca, an M 21 is at least one selected from the group consisting of Sr and Ba, at least one M 22 that M 2 is selected from the group consisting of Ga and In Yes, the activator L 21 is at least one selected from the group consisting of Zn, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and 0 ≦ a and 0 <b Yes, when a / b is in the range of 0 to 2, and the activator content x is in the range of 0.0001 × (a + b) to 0.1 × (a + b), the following (2 A nitride phosphor comprising a compound represented by the formula is preferred. However, when p is the number of moles of a divalent one of L 21 , p is (2u / 3) + (1-u) because the trivalent one of L 21 is 1-u mole.
M 21 a M 22 b N c · xL 21 N p (2)
さらに、前記式(2)で示される化合物からなり、M21がCaおよびSrからなる群より選ばれる1種以上であり、M22がGaであり、付活剤Lが、Zn、Ce、Eu、Tb、Ho、Er、Tm、Ybからなる群より選ばれる1種以上であり、0≦aかつ0<bであり、a/bが0以上1以下の範囲であり、さらにxが0.0005×(a+b)以上0.01×(a+b)以下の範囲である場合(ただし、pはL21のうち2価のもののモル数をuとすると、L21のうち3価のものは1−uモルなので、p=(2u/3)+(1−u)である。)がさらに好ましい。 Furthermore, it consists of a compound represented by the formula (2), M 21 is one or more selected from the group consisting of Ca and Sr, M 22 is Ga, and the activator L is Zn, Ce, Eu. , Tb, Ho, Er, Tm, and Yb, 0 ≦ a and 0 <b, a / b is in the range of 0 to 1, and x is 0. 0005 × (a + b) or 0.01 × (a + b) if it is the range (However, p is the number of moles of divalent ones of L 21 and u, as trivalent of L 21 1- Since it is u mol, p = (2u / 3) + (1-u)) is more preferable.
なお、本発明における蛍光体は、実質的に窒化物であれば、不純物程度である2重量%程度の酸素を含有していてもよい。 In addition, if the fluorescent substance in this invention is substantially nitride, it may contain about 2 weight% of oxygen which is an impurity grade.
このような本発明における蛍光体のうち、360nm〜480nmの間に励起スペクトルのピークを持つ蛍光体は、近紫外〜青色の波長範囲の光により効率よく励起され、高い輝度を示すので好ましく、特に近紫外〜青色の波長範囲の光を発する窒化物半導体からなるLEDと組合せれば、高い輝度を示す発光装置となる。 Among such phosphors according to the present invention, a phosphor having an excitation spectrum peak between 360 nm and 480 nm is preferable because it is efficiently excited by light in the near ultraviolet to blue wavelength range and exhibits high luminance. When combined with an LED made of a nitride semiconductor that emits light in the near-ultraviolet to blue wavelength range, a light-emitting device exhibiting high luminance is obtained.
次に、窒化物蛍光体を励起するための近紫外〜青色を発光する発光素子の具体例について説明する。基本的には発光素子は、基板上にn型の化合物半導体結晶層、化合物半導体結晶からなる発光層、p型の化合物半導体結晶層を積層した構造を有する。n型層とp型層の間に発光層を配置することで、駆動電圧の低い高効率の発光素子とすることができる。n型層と発光層の間、発光層とp型層の間には、必要に応じて組成、伝導性、ドーピング濃度の異なるいくつかの層を挿入してもよい。例えば、一般式InxGayAlzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、X+Y+Z=1)で表わされる互いに組成の異なる層を少なくとも2層積層した層を導入してもよい。該層にはn型及び/またはp型不純物をドーピングしてもよい。 Next, a specific example of a light emitting element that emits near ultraviolet to blue light for exciting the nitride phosphor will be described. Basically, a light-emitting element has a structure in which an n-type compound semiconductor crystal layer, a light-emitting layer made of a compound semiconductor crystal, and a p-type compound semiconductor crystal layer are stacked on a substrate. By disposing the light-emitting layer between the n-type layer and the p-type layer, a highly efficient light-emitting element with a low driving voltage can be obtained. If necessary, several layers having different compositions, conductivity, and doping concentrations may be inserted between the n-type layer and the light-emitting layer and between the light-emitting layer and the p-type layer. For example, a layer in which at least two layers having different compositions represented by the general formula In x Ga y Al z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, X + Y + Z = 1) are stacked. It may be introduced. The layer may be doped with n-type and / or p-type impurities.
次に発光層について説明する。バンド端発光による発光素子を実現するためには、発光層に含まれる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的には、Si、Geと2族元素の各元素について、いずれもその濃度が1017cm-3以下である場合が好ましい。バンド端発光の場合、発光色は発光層の3族元素の組成で決まる。発光層は単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造としてもよい。発光層の膜厚は5Å以上300Å以下が好ましい。さらに好ましくは、10Å以上90Å以下である。膜厚が5Åより小さいかまたは300Åより大きいと該化合物半導体を用いて発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
Next, the light emitting layer will be described. In order to realize a light emitting element using band edge light emission, the amount of impurities contained in the light emitting layer must be kept low. Specifically, it is preferable that each of Si, Ge, and Group 2 elements has a concentration of 10 17 cm −3 or less. In the case of band edge emission, the emission color is determined by the composition of the
発光層に注入された電荷を効率的に再結合させるためには、発光層をこれよりバンドギャップの大きな層で挟んだいわゆるダブルヘテロ構造を好適に用いることができる。以下、発光層に接する発光層よりもバンドギャップの大きな層を電荷注入層と記すことがある。電荷注入層と発光層とのバンドギャップの差は0.1eV以上であることが好ましい。電荷注入層と発光層のバンドギャップの差が0.1eVより小さい場合、発光層へのキャリアの閉じ込めが充分でなく、発光効率が低下する。より好ましくは0.3eV以上である。ただし、電荷注入層のバンドギャップが5eVを越えると電荷注入に必要な電圧が高くなるため、電荷注入層のバンドギャップは5eV以下が好ましい。電荷注入層の厚さは、10Å以上、5000Å以下が好ましい。電荷注入層の厚さが5Åより小さくても、5000Åより大きくても、発光効率が低下するため好ましくない。更に好ましくは10Å以上2000Å以下である。
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
In order to efficiently recombine the charges injected into the light emitting layer, a so-called double heterostructure in which the light emitting layer is sandwiched between layers having a larger band gap can be preferably used. Hereinafter, a layer having a larger band gap than the light emitting layer in contact with the light emitting layer may be referred to as a charge injection layer. The difference in band gap between the charge injection layer and the light emitting layer is preferably 0.1 eV or more. When the difference in band gap between the charge injection layer and the light emitting layer is smaller than 0.1 eV, the carriers are not sufficiently confined in the light emitting layer, and the light emission efficiency is lowered. More preferably, it is 0.3 eV or more. However, if the band gap of the charge injection layer exceeds 5 eV, the voltage required for charge injection becomes high. Therefore, the band gap of the charge injection layer is preferably 5 eV or less. The thickness of the charge injection layer is preferably 10 to 5000 mm. Even if the thickness of the charge injection layer is smaller than 5 mm or larger than 5000 mm, the luminous efficiency is lowered, which is not preferable. More preferably, it is 10 to 2000 cm.
While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and further includes meanings equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to the following Example.
実施例1
式M1 aM2 bNcの蛍光体を以下のように合成した。アルゴンガスを満たしたグローボックス中で、M1としてSrを、M2としてGaを、不活剤としてEuを用い、それぞれのモル比がSr:Ga:Eu=0.1:3:0.01となるようBN製のルツボに仕込んだ。次にアルカリ金属としてNaをMA/MS=2.5となるように秤量し、ルツボに入れた。ここでMSは出発原料の合計モル数を、MAはアルカリ金属のモル数である。ルツボを反応容器にセットし、窒素ガスで容器内を4MPaに加圧した後、15時間かけて760℃に昇温した。昇温により反応容器内圧力は5.5MPaとなった。この状態で24時間保持した後、冷却速度6.6℃/時間で100時間かけて100℃まで冷却し、電気炉への通電を終了した。室温まで冷却した反応容器からルツボを取り出し、残留したNaをエタノールで洗い流すことにより窒化物蛍光体を得た。
得られた蛍光体は、高さが1mm程度の柱状結晶が主体で、色はやや赤みがかった透明であった。この蛍光体に発光素子から発せられるピーク波長400nmの光を照射すると明瞭な赤色の発光を示した。結晶をメノウ乳鉢で粉砕し、発光特性を測定したのが図2である。近紫外から450nm程度までの励起スペクトルを持ち、特に400nmに強い吸収がみられた。発光スペクトルは622nm付近に鋭いピークを持つ赤色発光が見られた。
Example 1
A phosphor of formula M 1 a M 2 b N c was synthesized as follows. In glove box filled with argon gas, the Sr as M 1, a Ga as M 2, using Eu as Fukatsuzai, the respective molar ratio of Sr: Ga: Eu = 0.1: 3: 0.01 The BN crucible was charged. Next, Na as an alkali metal was weighed so that M A / M S = 2.5, and placed in a crucible. Here, M S is the total number of moles of starting materials, and M A is the number of moles of alkali metal. A crucible was set in the reaction vessel, and the inside of the vessel was pressurized to 4 MPa with nitrogen gas, and then heated to 760 ° C. over 15 hours. The pressure inside the reaction vessel became 5.5 MPa as the temperature rose. After maintaining in this state for 24 hours, cooling was performed to 100 ° C. over 100 hours at a cooling rate of 6.6 ° C./hour, and energization to the electric furnace was terminated. The crucible was taken out from the reaction vessel cooled to room temperature, and the remaining Na was washed away with ethanol to obtain a nitride phosphor.
The obtained phosphor was mainly a columnar crystal having a height of about 1 mm, and its color was slightly reddish and transparent. When this phosphor was irradiated with light having a peak wavelength of 400 nm emitted from the light emitting element, clear red light emission was exhibited. The crystal was pulverized in an agate mortar and the luminescence characteristics were measured as shown in FIG. It has an excitation spectrum from near ultraviolet to about 450 nm, and particularly strong absorption was observed at 400 nm. In the emission spectrum, red emission having a sharp peak around 622 nm was observed.
実施例2
実施例と同様に、式M1 aM2 bNcのM1としてCaを、M2としてGaを、不活剤としてCeを用い、それぞれのモル比がCa:Ga:Ce=0.1:3:0.05となるようにBN製のるつぼに仕込んだ。次にアルカリ金属としてNaをMA/MS=2.5となるように秤量し、同様にして窒化物蛍光体を得た。
得られた蛍光体は高さが1mm程度の柱状結晶が主体で、色はやや青みがかった透明であった。この蛍光体に紫外線ランプから発せられるピーク波長365nmの光を照射すると明瞭な青色の発光を示した。結晶をメノウ乳鉢で粉砕し、発光特性を測定したのが図3である。近紫外から400nm程度までの励起スペクトルを持ち、発光スペクトルは480nm付近にピークを持つブロードな青色発光が見られた。
Example 2
Similar to the embodiment, the Ca as M 1 of formula M 1 a M 2 b N c , Ga as M 2, using Ce as Fukatsuzai, the respective molar ratio of Ca: Ga: Ce = 0.1 : 3: It charged to the crucible made from BN so that it might be set to 0.05. Next, Na as an alkali metal was weighed so that M A / M S = 2.5, and a nitride phosphor was obtained in the same manner.
The obtained phosphor was mainly composed of columnar crystals having a height of about 1 mm, and the color was transparent with a slight bluish tinge. When this phosphor was irradiated with light having a peak wavelength of 365 nm emitted from an ultraviolet lamp, clear blue light emission was exhibited. The crystals were pulverized in an agate mortar and the luminescence characteristics were measured as shown in FIG. A broad blue emission having an excitation spectrum from near ultraviolet to about 400 nm and a peak in the vicinity of 480 nm was observed in the emission spectrum.
実施例3
実施例1と同様に、式M1 aM2 bNcのM1としてSrを、M2としてGaを、不活剤としてYbを用い、それぞれのモル比がSr:Ga:Yb=0.1:3:0.01となるようBN製のるつぼに仕込んだ。次にアルカリ金属としてNaをMA/MS=2.5となるように秤量し、同様にして窒化物蛍光体を得た。
得られた蛍光体は、高さが1mm程度の柱状結晶が主体で、色はやや黄色っぽい透明であった。この蛍光体に紫外線ランプから発せられるピーク波長365nmの光を照射すると明瞭な黄色の発光を示した。結晶をメノウ乳鉢で粉砕し、発光特性を測定したのが図4である。近紫外から400nm程度までの励起スペクトルを持ち、発光スペクトルは550nm付近にピークを持つブロードな黄色発光が見られた。
Example 3
As in Example 1, the Sr as M 1 of formula M 1 a M 2 b N c , Ga as M 2, with Yb as Fukatsuzai, the respective molar ratio of Sr: Ga: Yb = 0. A BN crucible was charged so that the ratio was 1: 3: 0.01. Next, Na as an alkali metal was weighed so that M A / M S = 2.5, and a nitride phosphor was obtained in the same manner.
The obtained phosphor was mainly composed of columnar crystals having a height of about 1 mm, and the color was slightly yellowish and transparent. When this phosphor was irradiated with light having a peak wavelength of 365 nm emitted from an ultraviolet lamp, clear yellow light emission was exhibited. The crystals were pulverized in an agate mortar and the luminescence characteristics were measured as shown in FIG. A broad yellow light emission having an excitation spectrum from near ultraviolet to about 400 nm and a peak in the vicinity of 550 nm was observed.
実施例4
実施例1と同様に、式M1 aM2 bNcのM1としてSrを、M2としてGaを、不活剤としてEuを用い、それぞれのモル比がSr:Ga:Eu=3:2:0.05となるようにBN製のるつぼに仕込んだ。次にアルカリ金属として、NaをMA/MS=2.5となるように秤量し、同様にして窒化物蛍光体を得た。
得られた蛍光体は、高さが1mm程度の柱状結晶、一辺が0.5mm程度の6角板状結晶などで、色は黄色っぽい透明であった。この蛍光体は空気中で水分を吸収しながら分解するので、空気に触れないように走査型電子顕微鏡の試料室にセットし、電子線励起による発光(CL:カソードルミネッセンス)を測定した。
その結果を図5に示す。発光スペクトルは525nm付近にブロードなピークを持つ緑色発光が見られた。
Example 4
As in Example 1, the Sr as M 1 of formula M 1 a M 2 b N c , Ga as M 2, using Eu as Fukatsuzai, the respective molar ratio of Sr: Ga: Eu = 3: 2: A BN crucible was charged so that the ratio was 0.05. Next, as an alkali metal, Na was weighed so that M A / M S = 2.5, and a nitride phosphor was obtained in the same manner.
The obtained phosphor was a columnar crystal having a height of about 1 mm, a hexagonal plate crystal having a side of about 0.5 mm, and the like, and the color was yellowish and transparent. Since this phosphor decomposes while absorbing moisture in the air, it was set in the sample chamber of a scanning electron microscope so as not to touch the air, and light emission (CL: cathode luminescence) by electron beam excitation was measured.
The result is shown in FIG. In the emission spectrum, green emission having a broad peak around 525 nm was observed.
実施例5
実施例1と同様に、式M1 aM2 bNcのM1としてBaを、M2としてGaを、不活剤としてEuを用い、それぞれのモル比がBa:Ga:Eu=3:2:0.02となるようにBN製のるつぼに仕込んだ。次にアルカリ金属として、NaをMA/MS=2.5となるように秤量し、同様にして窒化物蛍光体を得た。
得られた蛍光体は、高さが1mm程度の柱状結晶、一辺が0.5mm程度の6角板状結晶などで、色は黄色っぽい透明であった。この蛍光体は空気中で水分を吸収しながら分解するので、空気に触れないように走査型電子顕微鏡の試料室にセットし、カソードルミネッセンスを測定した。
その結果を図6に示す。発光スペクトルは445nm付近にブロードなピークを持つ青色発光が見られた。
Example 5
As in Example 1, a Ba as M 1 of formula M 1 a M 2 b N c , Ga as M 2, using Eu as Fukatsuzai, the respective molar ratio of Ba: Ga: Eu = 3: 2: Charged to a crucible made of BN to be 0.02. Next, as an alkali metal, Na was weighed so that M A / M S = 2.5, and a nitride phosphor was obtained in the same manner.
The obtained phosphor was a columnar crystal having a height of about 1 mm, a hexagonal plate crystal having a side of about 0.5 mm, and the like, and the color was yellowish and transparent. Since this phosphor decomposes while absorbing moisture in the air, it was set in the sample chamber of the scanning electron microscope so as not to touch the air, and the cathodoluminescence was measured.
The result is shown in FIG. In the emission spectrum, blue emission having a broad peak around 445 nm was observed.
1・・・反応容器
2・・・ルツボサポート
3・・・ルツボ
4・・・融液
5・・・熱電対
6・・・電気炉
7・・・レギュレーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction container 2 ...
Claims (13)
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---|---|---|---|---|
TWI391471B (en) * | 2008-11-21 | 2013-04-01 | Univ Nat Cheng Kung | Preparation method of nitride fluorescent powder |
TWI487998B (en) * | 2010-08-09 | 2015-06-11 | Delta Electronics Inc | Illumination system and projector using the same |
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- 2005-08-12 JP JP2005234316A patent/JP2007046004A/en active Pending
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