JP2007119618A - Inorganic phosphor and method for producing the same - Google Patents

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Hideki Hoshino
秀樹 星野
Kazuyoshi Goan
一賀 午菴
Kazuya Tsukada
和也 塚田
Naoko Furusawa
直子 古澤
Hisahiro Okada
尚大 岡田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particulate, monodispersed inorganic phosphor which is stable, shows no deterioration in the luminous intensity and exerts a favorable luminous efficiency, and a method for producing the same. <P>SOLUTION: In the method for producing the inorganic phosphor, a precursor is formed by mixing a solution containing a compound (e.g. silicon dioxide) serving as a parent with a solution containing a metal element (e.g. Zn, Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, Zr, Al, Ga, La, Ce, Eu, Tb) that forms the phosphor by reacting with the parent when burned, and spray-firing of a precursor dispersion is performed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、無機蛍光体(以下、単に蛍光体ともいう)の製造方法及び無機蛍光体に関し、更に詳しくは、該製造方法で得られた無機蛍光体が微粒子で、且つ、単分散化された球状蛍光体の無機蛍光体に関する。   The present invention relates to a method for producing an inorganic phosphor (hereinafter, also simply referred to as phosphor) and an inorganic phosphor, and more specifically, the inorganic phosphor obtained by the production method is fine particles and monodispersed. The present invention relates to an inorganic phosphor of a spherical phosphor.

従来の無機蛍光体は、個々の粒子が2〜10μm程度の扁平形状、あるいは不規則な多面形状のものが一般的であり、また、その表面には凹凸が多いのが一般的である。   Conventional inorganic phosphors generally have a flat shape with individual particles of about 2 to 10 μm or an irregular multi-face shape, and the surface is generally rough.

無機蛍光体を用いた発光装置の一つに受像管がある。受像管は蛍光体を多層に塗布して構成される蛍光体層を有し、この蛍光体層中の蛍光体に、加速された電子が散乱あるいは吸収されることにより、蛍光体から光が発生する。   One type of light emitting device using an inorganic phosphor is a picture tube. The picture tube has a phosphor layer formed by applying phosphors in multiple layers, and light is generated from the phosphor by accelerating electrons scattered or absorbed by the phosphors in the phosphor layer. To do.

近年の情報化社会の進展により、受像管にはハイビジョン用ブラウン管や高精細ディスプレイ管に象徴される更なる大画面化、高コントラスト化、高精細化が期待されている。   With the progress of the information society in recent years, the picture tube is expected to have a larger screen, higher contrast, and higher definition as symbolized by a high-definition CRT and a high-definition display tube.

また、バイオテクノロジーの分野に於いては、従来からウィルスや酵素の反応の研究あるいは臨床検査に、蛍光体を標識として用い、紫外線照射したときに発する蛍光を光学顕微鏡あるいは光検出器で測定する方法がとられている。   Also, in the field of biotechnology, a method of measuring fluorescence emitted by ultraviolet irradiation with an optical microscope or photodetector in the past for research of viruses and enzymes, or for clinical tests, using phosphors as labels. Has been taken.

このような方法としては、例えば、抗原−抗体蛍光法などが、広く知られている。この方法では、蛍光を発する有機蛍光体が結合した抗体(これを特異的結合物質と呼ぶ)が用いられる。抗原−抗体反応は非常に選択性が高いため、蛍光強度分布から抗原の位置を知ることができる。近年、市場の広がりと伴って更なる高発光化、高安定化が期待されている。   As such a method, for example, an antigen-antibody fluorescence method is widely known. In this method, an antibody (referred to as a specific binding substance) bound with an organic fluorescent substance that emits fluorescence is used. Since the antigen-antibody reaction is very selective, the position of the antigen can be known from the fluorescence intensity distribution. In recent years, higher light emission and higher stability are expected with the expansion of the market.

しかしながら、従来の蛍光体を用いて、例えば受像管の蛍光体層を構成する場合、蛍光体は緻密な配列構造をなすことができず、蛍光体層中に占める蛍光体の密度が低くなってしまう。所定の輝度を得るためには、蛍光体層に一定量以上の蛍光体を含ませなければならないが、蛍光体層が厚くすると、蛍光体から発する光の散乱が大きくなるために、受像管の解像度が低下してしまう。逆に、蛍光体層の厚さを薄くすると、蛍光体の量が不足して発光強度が低下してしまう。   However, when a phosphor layer of a picture tube is formed using a conventional phosphor, for example, the phosphor cannot form a dense array structure, and the density of the phosphor in the phosphor layer is low. End up. In order to obtain a predetermined luminance, the phosphor layer must contain a certain amount of phosphor. However, if the phosphor layer is thick, scattering of light emitted from the phosphor increases, The resolution will be reduced. Conversely, if the thickness of the phosphor layer is reduced, the amount of the phosphor is insufficient and the light emission intensity is reduced.

これらの特性を両立、達成する一つの手段として、微粒子で、且つ単分散化された無機蛍光体が求められている。   As one means for achieving and achieving both of these characteristics, there is a demand for finely divided and monodispersed inorganic phosphors.

バイオテクノロジーの分野に於いては、近年、1μm程度より小さいものを観測し、より精密な抗体分布を研究したいとする要求が強い。そしてこれを実現するためには、電子顕微鏡に頼らざるを得ない状況にある。   In the field of biotechnology, in recent years, there has been a strong demand for studying more precise antibody distribution by observing objects smaller than about 1 μm. In order to achieve this, it is necessary to rely on an electron microscope.

電子顕微鏡による観察では、検体の電子線反射率あるいは透過率の差を利用して像を観察する。このため、電子顕微鏡で抗体を観察する場合、現時点では原子量の大きい鉄やオスミウムを含む分子、または1〜100nm程度の大きさの金コロイドが抗体の標識として用いられている。   In observation with an electron microscope, an image is observed using the difference in electron beam reflectance or transmittance of the specimen. For this reason, when an antibody is observed with an electron microscope, a molecule containing iron or osmium having a large atomic weight or a gold colloid having a size of about 1 to 100 nm is currently used as a label for the antibody.

例えば、金コロイドを標識として用いる場合、抗体にプロテインAと金コロイドとの複合体を結合させる。この抗体は、抗原−抗体反応により対応する抗原に結合するので、検体上の金コロイドの位置を測定することにより、抗原の局在部位を明らかにすることができる。   For example, when gold colloid is used as a label, a complex of protein A and gold colloid is bound to the antibody. Since this antibody binds to the corresponding antigen by an antigen-antibody reaction, the location of the antigen can be clarified by measuring the position of the gold colloid on the specimen.

さらに、複数種の抗体に大きさの異なる2種類以上の金コロイドを結合させれば、複数の抗原を同時に観察することも可能である。しかしながらこの方法では、測定時にコロイドが重なる可能性もあり、コロイド数を測定するだけでは定量的な判定が困難であるという欠点を有している。   Furthermore, if two or more types of gold colloids having different sizes are bound to a plurality of types of antibodies, a plurality of antigens can be observed simultaneously. However, this method has a drawback that colloids may overlap at the time of measurement, and quantitative determination is difficult only by measuring the number of colloids.

また、上述した有機蛍光体を標識として用い、カソードルミネッセンス像を観察することも困難である。すなわち、有機蛍光体は、元来発光効率が低いことに加えて、電子線照射により染料の分子結合が容易に破壊されて発光能力が低下するため、一度の走査で著しく発光が弱まり、実用に耐えるものではない。また、これら有機蛍光体は、保存時の安定性にも欠け、劣化を生じる。有機物分子からなる蛍光体としては、分子状の有機蛍光体染料の他にも、数十nmの粒径を有し赤色、緑色または青色の発光を呈するポリスチレン球が知られているが、上記と全く同様な問題がある。   It is also difficult to observe the cathodoluminescence image using the above-described organic phosphor as a label. In other words, in addition to the low luminous efficiency inherently, organic phosphors are easily broken due to electron beam irradiation, and the light emission ability is reduced by a single scan. It does not endure. These organic phosphors also lack stability during storage and cause deterioration. In addition to molecular organic fluorescent dyes, polystyrene spheres having a particle size of several tens of nm and emitting red, green, or blue light are known as phosphors composed of organic molecules. There are exactly the same problems.

これに対して、無機蛍光体は、紫外線照射ならびに電子線照射に安定で劣化が少ない。しかしながら、従来の蛍光体は通常2〜10μmの大きさであるため、抗原−抗体反応用の蛍光体としてそのまま用いることはできない。そこで粒径を小さくするために、蛍光体を粉砕する、あるいは酸でエッチングすること等が考えられるが、これらの方法では個々の粒子表面を覆う非発光層の占める割合が多くなるため発光効率が著しく低下してしまう。   On the other hand, inorganic phosphors are stable to ultraviolet irradiation and electron beam irradiation and have little deterioration. However, since conventional phosphors are usually 2 to 10 μm in size, they cannot be used as they are for the antigen-antibody reaction. In order to reduce the particle size, it is conceivable to pulverize the phosphor or etch it with an acid. However, in these methods, the ratio of the non-light emitting layer covering the surface of each particle increases, so that the luminous efficiency is improved. It will drop significantly.

これらの特性を両立、達成する一つの手段として、微粒子で、且つ単分散化された無機蛍光体が求められている。   As one means for achieving and achieving both of these characteristics, there is a demand for finely divided and monodispersed inorganic phosphors.

例えば特許文献1には、微粒子蛍光体の製造方法として、共沈を利用した微粒子蛍光体の製造方法が開示されている。共沈を利用した液相反応で賦活剤がドープされたナノサイズの蛍光体粒子を形成すると共に、前記液相反応中にアクリル酸、メタクリル酸等の有機酸を添加している。   For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a fine particle phosphor using coprecipitation as a method for producing the fine particle phosphor. Nanosized phosphor particles doped with an activator are formed by a liquid phase reaction utilizing coprecipitation, and an organic acid such as acrylic acid or methacrylic acid is added during the liquid phase reaction.

これにより、前記蛍光体粒子の表面に有機酸が被覆され、蛍光体粒子表面の欠陥が減り、発光効率の向上を可能としている。   As a result, the surface of the phosphor particles is coated with an organic acid, and defects on the surface of the phosphor particles are reduced, thereby improving luminous efficiency.

しかしながら、上記技術は、有機酸を粒子表面に被覆している為、紫外線照射ならびに電子線照射した際に、大幅に発光強度が劣化してしまい、安定化に問題があった。   However, since the above technique coats the organic acid on the particle surface, there is a problem in stabilization because the emission intensity is greatly deteriorated when irradiated with ultraviolet rays and electron beams.

例えば特許文献2には、球状蛍光体の製造方法として、粒形が球状またはほぼ球状の酸化二酸化珪素を基体とした球状蛍光体の製造方法が開示されている。球状ポリメチルシルセスキオキ酸と酸化亜鉛と炭酸マンガンとの粉末混合物を加熱焼成して固相反応により球状の珪酸亜鉛蛍光体を作製する。これにより、緻密な蛍光体層が形成されて発光特性の向上を可能としている。   For example, Patent Document 2 discloses a method for producing a spherical phosphor based on silicon oxide dioxide having a spherical or almost spherical particle shape as a method for producing a spherical phosphor. A spherical zinc silicate phosphor is produced by a solid phase reaction by heating and firing a powder mixture of spherical polymethylsilsesquioxy acid, zinc oxide and manganese carbonate. As a result, a dense phosphor layer is formed to improve the light emission characteristics.

しかしながら、上記技術は、固相法で作製されたものであり、単分散化することは可能であるが、ナノメーターオーダーまで微粒化した蛍光体を作製することは困難であった。   However, the above technique is produced by a solid phase method and can be monodispersed, but it is difficult to produce a phosphor that is atomized to the nanometer order.

例えば特許文献3には、蛍光体の製造方法として、液相法を用いたZn2SiO4:Mn蛍光体を製造する蛍光体の製造方法が開示されている。アニオン性コロイダルシリカを用いて前駆体を作製することにより、シリカ粒子の表面に水酸化亜鉛が被覆することにより微粒子蛍光体を達成している。 For example, Patent Document 3 discloses a phosphor manufacturing method for manufacturing a Zn 2 SiO 4 : Mn phosphor using a liquid phase method as a phosphor manufacturing method. By producing a precursor using anionic colloidal silica, the surface of the silica particles is coated with zinc hydroxide to achieve a fine particle phosphor.

しかしながら、上記技術は、実質的には、一旦乾燥された前駆体をロータリーキルン等の焼成炉を用いて蛍光体を作製する為、乾燥、焼成時に凝集、融着が起こり、ナノメーターオーダーの単分散化した蛍光体を得ることは困難であった。   However, in the above technology, the precursor once dried is produced by using a baking kiln such as a rotary kiln, so that aggregation and fusion occur during drying and firing. It has been difficult to obtain a phosphor that has been converted into a phosphor.

従って、微粒子で単分散化され、発光強度の劣化が無く安定で、且つ、発光効率の良い無機蛍光体の製造方法が求められていた。
特開平10−310770号公報 特開平9−278446号公報 特開2004−292804号公報
Therefore, there has been a demand for a method for producing an inorganic phosphor that is monodispersed with fine particles, is stable with no deterioration in light emission intensity, and has high light emission efficiency.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-310770 Japanese Patent Laid-Open No. 9-278446 JP 2004-292804 A

微粒子で、且つ単分散化され発光強度の劣化が無く安定で、且つ、発光効率の良い無機蛍光体及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inorganic phosphor that is finely dispersed, monodispersed, stable without deterioration of emission intensity, and having high emission efficiency, and a method for producing the same.

本発明の上記目的は以下の構成により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following configurations.

1.母核となる化合物を含む溶液と、焼成することにより母核と反応して蛍光体を構成しうる金属元素を含む溶液とを混合して前駆体を形成し、前駆体分散液を噴霧焼成することを特徴とする無機蛍光体の製造方法。   1. A precursor is formed by mixing a solution containing a compound serving as a mother nucleus and a solution containing a metal element that can react with the mother nucleus by firing to form a phosphor, and spray firing the precursor dispersion. The manufacturing method of the inorganic fluorescent substance characterized by the above-mentioned.

2.母核となる化合物の粒子表面に、前記金属元素と特異的に接触する機能を持っていることを特徴とする前記1に記載の無機蛍光体の製造方法。   2. 2. The method for producing an inorganic phosphor according to 1 above, wherein the particle surface of the compound serving as a mother nucleus has a function of specifically contacting the metal element.

3.母核となる化合物の粒径が1〜100nmであることを特徴とする前記1又は2に記載の無機蛍光体の製造方法。   3. 3. The method for producing an inorganic phosphor according to 1 or 2 above, wherein the compound serving as a mother nucleus has a particle size of 1 to 100 nm.

4.母核となる化合物の形状が球状またはほぼ球状であることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。   4). 4. The method for producing an inorganic phosphor according to any one of items 1 to 3, wherein the shape of the compound serving as a mother nucleus is spherical or almost spherical.

5.母核となる化合物の分散度が15%以下であることを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。   5. 5. The method for producing an inorganic phosphor according to any one of 1 to 4, wherein the dispersity of the compound serving as a mother nucleus is 15% or less.

6.前記噴霧焼成の焼成温度を少なくとも二段階に制御して行うことを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。   6). 6. The method for producing an inorganic phosphor according to any one of 1 to 5, wherein a firing temperature of the spray firing is controlled in at least two stages.

7.母核となる化合物が二酸化珪素であることを特徴とする前記1〜6のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。   7). 7. The method for producing an inorganic phosphor according to any one of 1 to 6, wherein the compound serving as a mother nucleus is silicon dioxide.

8.前記二酸化珪素の粒子表面のシラノール基密度が4〜9個/nm2であることを特徴とする前記1〜7のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 8). 8. The method for producing an inorganic phosphor according to any one of 1 to 7, wherein a density of silanol groups on the surface of the silicon dioxide particles is 4 to 9 / nm 2 .

9.前記金属元素がZn、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Zr、Al、Ga、La、Ce、EuおよびTbから選ばれる少なくとも1種の金属元素であることを特徴とする前記1〜8のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。   9. Wherein the metal element is at least one metal element selected from Zn, Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, Zr, Al, Ga, La, Ce, Eu, and Tb. 9. The method for producing an inorganic phosphor according to any one of 8 above.

10.前記1〜9のいずれかに1項に記載の無機蛍光体の製造方法により製造されることを特徴とする無機蛍光体。   10. 10. An inorganic phosphor produced by the method for producing an inorganic phosphor according to any one of 1 to 9 above.

即ち、本発明者等は、上記記載の問題点を種々検討した結果、蛍光体の製造方法において、請求項に記載のように、母核となる化合物を含む溶液と、焼成することにより母核と反応して蛍光体を構成しうる金属元素を含む溶液とを混合して前駆体を形成し、焼成することにより、従来の製造法では成し得なかった、微粒子で単分散化された蛍光体を提供することが出来ることを見出した。   That is, as a result of various investigations on the above-described problems, the present inventors, in the method for producing a phosphor, as described in the claims, a solution containing a compound serving as a mother nucleus and firing the mother nucleus by firing. Fluorescence monodispersed with fine particles that could not be achieved by conventional manufacturing methods by forming a precursor by mixing with a solution containing a metal element that can form a phosphor by reacting with a phosphor. I found that I can provide a body.

本発明による無機蛍光体の製造方法及び無機蛍光体は、微粒子で、且つ単分散化され、発光強度の劣化が無く安定で、且つ、発光効率の良い優れた効果を有する。   The method for producing an inorganic phosphor and the inorganic phosphor according to the present invention are fine particles and monodispersed, have no deterioration in emission intensity, are stable, and have an excellent effect of good emission efficiency.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

先ず、本発明の無機蛍光体の製造方法について説明する。   First, the method for producing the inorganic phosphor of the present invention will be described.

《前駆体を作製する工程》
本発明の蛍光体の製造方法においては、母核となる化合物を含む溶液と、焼成することにより母核と反応して蛍光体を構成しうる金属元素を含む溶液とを混合して前駆体を形成し、得られた前駆体分散液を噴霧焼成することを必須としている。
<< Process for producing precursor >>
In the method for producing a phosphor of the present invention, a precursor is prepared by mixing a solution containing a compound serving as a mother nucleus and a solution containing a metal element that can react with the mother nucleus by firing to constitute the phosphor. It is essential that the precursor dispersion thus formed is spray-fired.

ここで言う母核とは、蛍光体を形成する上でコアとなる粒子のことを示し、母核となる化合物粒子の表面に、母核と反応して蛍光体を構成しうる金属元素が被覆されてシェル状となることで前駆体が形成される。   The mother nucleus as used herein refers to a particle that becomes the core in forming the phosphor, and the surface of the compound particle that serves as the mother nucleus is coated with a metal element that can react with the mother nucleus to form the phosphor. Then, the precursor is formed by forming a shell shape.

本発明の蛍光体の製造方法においては、母核となる化合物に特に限定はなく、使用される溶液に対して実質的に不溶であればいかなるものでも良く、酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、二酸化珪素等が好適に用いられるが、特に二酸化珪素(シリカ)が好ましく用いられる。シリカとしては、気相法シリカ、湿式シリカ、コロイダルシリカ等があげられる。   In the method for producing the phosphor of the present invention, the compound serving as a mother nucleus is not particularly limited, and any compound may be used as long as it is substantially insoluble in the solution used. Aluminum oxide, titanium oxide, barium titanate Silicon dioxide or the like is preferably used, but silicon dioxide (silica) is particularly preferably used. Examples of the silica include gas phase method silica, wet silica, colloidal silica, and the like.

本発明の蛍光体の製造方法においては、母核となる化合物の粒子表面に、前記金属元素と特異的に接触する機能を持っていることが好ましい。該特異的に接触する接触する機能(以下、単に機能という)は特に限定はなく、物理的又は化学的な機能のどちらでも良いが、好ましくは化学的な機能をもっていることが好ましい。例えば、二酸化珪素(シリカ)の粒子表面に化学的な機能として持つものは、二酸化珪素(シリカ)のシラノール基のことを言い、該シラノール基が多く存在することが好ましい。具体的には、シラノール基密度が4〜9個/nm2、更に好ましくは7〜9個/nm2である。 In the method for producing a phosphor of the present invention, it is preferable that the surface of the particle of the compound serving as a mother nucleus has a function of specifically contacting the metal element. The specific contact function (hereinafter simply referred to as function) is not particularly limited and may be either a physical or chemical function, but preferably has a chemical function. For example, what has a chemical function on the particle surface of silicon dioxide (silica) refers to a silanol group of silicon dioxide (silica), and it is preferable that many silanol groups exist. Specifically, the silanol group density is 4 to 9 / nm 2 , more preferably 7 to 9 / nm 2 .

シラノール基密度の測定は、シリカを110℃〜1200℃の温度で灼熱し、揮散した減量分をシラノール基密度に換算して求めたものである。   The measurement of the silanol group density is obtained by heating the silica at a temperature of 110 ° C. to 1200 ° C. and converting the reduced weight to a silanol group density.

本発明の蛍光体の製造方法においては、母核となる化合物の粒径が1〜100nmであることが好ましい。より好ましくは2〜70nm、更に好ましくは5〜50nmである。1nm未満であると、金属元素が粒子表面に均一に接触させることが困難であり、100nmを超えると所望の効果が得られにくくなる。   In the method for producing the phosphor of the present invention, the particle size of the compound serving as a mother nucleus is preferably 1 to 100 nm. More preferably, it is 2-70 nm, More preferably, it is 5-50 nm. When the thickness is less than 1 nm, it is difficult for the metal element to be in uniform contact with the particle surface. When the thickness exceeds 100 nm, it is difficult to obtain a desired effect.

ここで粒経とは、電子顕微鏡(例えば、日立製作所(株)製S−900等)を用いて、粒子300個の平均粒経を測定した平均値を言う。本発明においては、母核となる化合物の形状が、球状若しくはほぼ球状であることが好ましく、詳しくは最大径と最小径との比が1.0〜1.2、より好ましくは1.0〜1.1の範囲にあることが好ましい。最大径と最小径との比が1.2を超えると、例えば受像管の蛍光体層を構成する場合、蛍光体層中に占める蛍光体の密度の低下や層厚が不均一になりやすく所望の特性が得られない。   Here, the particle size means an average value obtained by measuring an average particle size of 300 particles using an electron microscope (for example, S-900 manufactured by Hitachi, Ltd.). In the present invention, the shape of the compound serving as the mother nucleus is preferably spherical or almost spherical. Specifically, the ratio of the maximum diameter to the minimum diameter is 1.0 to 1.2, more preferably 1.0 to 1.2. It is preferable to be in the range of 1.1. When the ratio of the maximum diameter to the minimum diameter exceeds 1.2, for example, when a phosphor layer of a picture tube is formed, it is desirable that the phosphor density in the phosphor layer is reduced and the layer thickness tends to be uneven. The characteristics cannot be obtained.

本発明の蛍光体においては、母核となる化合物は単分散であることが好ましい。ここで言う単分散とは、下記式で求められる単分散度が15%以下の場合を示す。本発明において、単分散度としては10%以下が更に好ましく、1から5%が特に好ましい。   In the phosphor of the present invention, the compound serving as a mother nucleus is preferably monodispersed. The monodispersion here refers to a case where the monodispersity obtained by the following formula is 15% or less. In the present invention, the monodispersity is more preferably 10% or less, particularly preferably 1 to 5%.

単分散度=(粒径の標準偏差/粒径の平均値)×100
本発明の蛍光体の製造方法においては、蛍光体の構成元素を含む原料はあらかじめ溶解し、混合しておくことが好ましい。原料は使用される溶媒に対して溶解できれば特に制限されるものではないが、水を用いることが環境上の理由等から好ましい。水の場合の原料としては、例えば、塩化物、硝酸塩、硫酸塩などが好ましく使用される。
Monodispersity = (standard deviation of particle size / average value of particle size) × 100
In the phosphor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the raw materials containing the constituent elements of the phosphor are dissolved and mixed in advance. The raw material is not particularly limited as long as it can be dissolved in the solvent used, but it is preferable to use water for environmental reasons. As a raw material in the case of water, for example, chloride, nitrate, sulfate and the like are preferably used.

更に、これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。原料の組み合わせや濃度は、水に溶解し、混合した際に反応して沈殿や析出を起こさないものであれば何でもよく、あらかじめ目的組成となるように調製すればよい。   Furthermore, these may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. Any combination or concentration of raw materials may be used as long as it dissolves in water and does not react and cause precipitation or precipitation when mixed, and may be prepared in advance so as to have a target composition.

本発明における金属元素とは、焼成することにより無機蛍光体を構成しうるものであればいかなるものでもよく、Zn、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Zr、Al、Ga、La、Ce、EuおよびTbから選ばれる少なくとも1種の金属元素であることが好ましい。   The metal element in the present invention may be any element as long as it can constitute an inorganic phosphor by firing. Zn, Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, Zr, Al, Ga, La, It is preferably at least one metal element selected from Ce, Eu and Tb.

例えば、最も一般的な蛍光体であるZn2SiO4:Mnを製造する場合は、Zn、Mnを含むものを用いればよい。但し、上述したように、前記金属元素は、使用される溶液に溶解するものでなければならず、母核となる化合物を含む溶液と混合された際に、母核粒子の表面に特異的に接触した後、シェル状に析出することが必須である。 For example, when manufacturing Zn 2 SiO 4 : Mn, which is the most common phosphor, a material containing Zn and Mn may be used. However, as described above, the metal element must be dissolved in the solution to be used, and when mixed with a solution containing a compound serving as a mother nucleus, the metal element specifically adheres to the surface of the mother nucleus particle. After contact, it is essential to deposit into a shell.

その際、有機酸または水酸化アルカリ等の沈殿剤を使用すると、母核粒子の表面以外においても金属元素を含む粒子が析出してしまい、所望の粒径・形状の前駆体が得られない。   At this time, if a precipitating agent such as an organic acid or alkali hydroxide is used, particles containing a metal element are deposited on the surface other than the surface of the mother core particles, and a precursor having a desired particle size and shape cannot be obtained.

本発明の製造方法において、母核となる化合物を含む溶液と、焼成することにより無機蛍光体を構成しうる金属元素を含む溶液との混合方法は、いかなる方法でもよく、例えば撹拌による混合方法が制御しやすく、低コストであるので好ましい。   In the production method of the present invention, the mixing method of the solution containing the compound serving as the mother nucleus and the solution containing the metal element that can constitute the inorganic phosphor by firing may be any method, for example, a mixing method by stirring. It is preferable because it is easy to control and low cost.

また、混合方法としては、バッチ式、連続式、外部循環混合等どのような方法でもよく、例えば、母核となる化合物を含む溶液を母液とし、母液を撹拌しながらその中にもう一方の溶液を添加する方法、あるいは母液を外部循環させ、外部循環経路中にもうけた混合器にもう一方の液を添加する方法などが好ましい。また溶液の添加位置は母液表面でも母液中でもどちらでもよく、より均一な混合という観点から母液中が好ましい。更に撹拌レイノルズ数は、1000以上、好ましくは3000以上、より好ましくは5000以上で撹拌すること均一混合という観点から好ましい。   The mixing method may be any method such as batch type, continuous type, and external circulation mixing. For example, a solution containing a compound serving as a mother nucleus is used as a mother liquor, and the other solution is stirred in the mother liquor. Or a method in which the mother liquor is externally circulated and the other liquid is added to a mixer provided in the external circulation path. The addition position of the solution may be either on the mother liquor surface or in the mother liquor, and is preferably in the mother liquor from the viewpoint of more uniform mixing. Further, the stirring Reynolds number is preferably 1000 or more, preferably 3000 or more, more preferably 5000 or more, from the viewpoint of uniform mixing.

また、混合を行う場合の溶液温度は、50℃以下、好ましくは30℃以下、より好ましくは10℃以下で行うことが好ましい。   In addition, the temperature of the solution when mixing is 50 ° C. or lower, preferably 30 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or lower.

本発明の製造方法において、母核となる化合物を含む溶液と、焼成することにより無機蛍光体を構成しうる金属元素を含む溶液とを混合したものから、不溶な塩類の除去を行うことが好ましい。除去方法としては、特に限定はないが各種膜分離法が好適に用いられる。   In the production method of the present invention, it is preferable to remove insoluble salts from a solution containing a compound serving as a mother nucleus and a solution containing a metal element capable of constituting an inorganic phosphor by firing. . The removal method is not particularly limited, but various membrane separation methods are preferably used.

本発明の製造方法において、無機蛍光体の前駆体分散液を噴霧焼成することが必須である。通常使用されている箱型炉やロータリーキルン等による焼成方法では焼成時に凝集、融着が起こり、所望の粒径・形状の蛍光体が得られない。
噴霧焼成とは、溶液、スラリーなどを超音波ノズル等の手段により高温炉内に噴霧し、瞬時に熱分解、反応、合成又は焙焼等を行わせて、微小粉末を得る方法で、シリカ粒子の製造等に利用されているものである。
In the production method of the present invention, it is essential to spray-fire the inorganic phosphor precursor dispersion. In a commonly used firing method using a box furnace, a rotary kiln or the like, aggregation and fusion occur during firing, and a phosphor having a desired particle size and shape cannot be obtained.
Spray firing is a method in which fine particles are obtained by spraying a solution, slurry, etc. into a high-temperature furnace by means such as an ultrasonic nozzle and instantaneously performing thermal decomposition, reaction, synthesis, or roasting. Used in the manufacture of

本発明においては、前駆体分散液の焼成温度、時間ガス雰囲気等に特に限定はなく、蛍光体の種類に応じて適宜選択できるが、焼成温度を少なくとも二段階に制御して行うことが好ましい態様である。より好ましくは噴霧直後に低温域での焼成を行い、段々に高温域で焼成することが好ましい。ここで言う低温域とは200〜700℃を示し、高温域とは500℃以上を示す。   In the present invention, the firing temperature of the precursor dispersion, the time gas atmosphere and the like are not particularly limited and can be appropriately selected according to the type of the phosphor, but it is preferable that the firing temperature is controlled at least in two stages. It is. More preferably, it is preferable to perform firing in a low temperature range immediately after spraying, and gradually fire in a high temperature range. Here, the low temperature region indicates 200 to 700 ° C., and the high temperature region indicates 500 ° C. or higher.

本発明の製造方法において作製された蛍光体は、母核となる化合物とほぼ同等の粒径及び形状を維持した粒径及び形状であることが必須である。   It is essential that the phosphor produced by the production method of the present invention has a particle size and shape that maintain substantially the same particle size and shape as the compound serving as the mother nucleus.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, the embodiment of this invention is not limited to these.

実施例1
(蛍光体1−1の調製)
下記の組成を有する混合水溶液A及びBを調製した。
Example 1
(Preparation of phosphor 1-1)
Mixed aqueous solutions A and B having the following composition were prepared.

(混合水溶液A)
硝酸亜鉛 (Zn(NO32・6H2O) 1270g
硝酸マンガン (Mn(NO32・6H2O) 194g
純水 8233g
(混合水溶液B)
コロイダルシリカ(SiO2) 693g
(25nm、シラノール基密度3、球状粒子、固形分濃度20質量%)
純水 −8640g
図1の装置を用いて、A液及びB液をそれぞれ4000ml/minの一定流量で角度が30°で口径が3mmの混合器に送液して前駆体分散液を得た。
(Mixed aqueous solution A)
Zinc nitrate (Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 1270g
Manganese nitrate (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 194g
8233g of pure water
(Mixed aqueous solution B)
Colloidal silica (SiO 2 ) 693g
(25 nm, silanol group density 3, spherical particles, solid content concentration 20% by mass)
Pure water -8640g
Using the apparatus of FIG. 1, liquid A and liquid B were each fed to a mixer having a constant flow rate of 4000 ml / min, an angle of 30 °, and a diameter of 3 mm to obtain a precursor dispersion.

次に、得られた前駆体分散液を遠心分離機に投入し、電気伝導度が20μS/cmになるまで副次物の離別を行った後、脱水し、100℃で静置乾燥して乾燥済前駆体を得た。   Next, the obtained precursor dispersion is put into a centrifuge, and after separation of by-products until the electric conductivity reaches 20 μS / cm, it is dehydrated, dried by standing at 100 ° C. and dried. A finished precursor was obtained.

(焼成工程による蛍光体作製)
乾燥済前駆体を1300℃で2時間、窒素雰囲気中で焼成して蛍光体1−1を得た。
(Phosphor production by firing process)
The dried precursor was baked at 1300 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain phosphor 1-1.

(蛍光体1−2の調製)
蛍光体1−1の作製において、シラノール基密度が8であるコロイダルシリカを使用すること以外は同様の方法で蛍光体1−2を作製した。
(Preparation of phosphor 1-2)
In the production of phosphor 1-1, phosphor 1-2 was produced in the same manner except that colloidal silica having a silanol group density of 8 was used.

(蛍光体1−3の調製)
蛍光体1−2の作製において得られた前駆体分散液を、UF膜を使用して電気伝導度が20μS/cmになるまで副塩を除去した。
(Preparation of phosphor 1-3)
By using a UF film, the secondary salt was removed from the precursor dispersion obtained in the preparation of the phosphor 1-2 until the electric conductivity reached 20 μS / cm.

その後、スラリー状のまま、窒素雰囲気中、1リットル/時間の噴霧速度で炉内に噴霧して焼成を行った。このとき、炉内温度は1100℃で運転を行った。   Then, it was fired by spraying into the furnace at a spray rate of 1 liter / hour in a nitrogen atmosphere in the form of a slurry. At this time, operation was performed at a furnace temperature of 1100 ° C.

(蛍光体1−4の調製)
蛍光体1−3の作製において、噴霧焼成炉内の温度を、噴霧ノズル側の炉内温度(炉体長さの1/2)を350℃に、残りの1/2の長さを1100℃に調整して運転を行った。
(Preparation of phosphor 1-4)
In the production of the phosphor 1-3, the temperature in the spray firing furnace is set to 350 ° C. in the furnace temperature on the spray nozzle side (1/2 of the furnace body length), and the remaining half length is set to 1100 ° C. Adjusted and operated.

(蛍光体の評価)
得られた蛍光体1−1から1−4を、上述した方法を用いて粒径及び分散度を測定した。また、発光強度及び発光強度の劣化を以下の方法で評価した。結果を表1に示す。
(Evaluation of phosphor)
The obtained phosphors 1-1 to 1-4 were measured for particle size and degree of dispersion using the method described above. Further, the emission intensity and the deterioration of the emission intensity were evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1.

Figure 2007119618
Figure 2007119618

表1より、本発明が優れていることがわかる。   Table 1 shows that the present invention is superior.

本発明の蛍光体の前駆体分散液を製造する装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the apparatus which manufactures the precursor dispersion liquid of the fluorescent substance of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 蛍光体焼成分散液
2 攪拌機
1 Phosphor firing dispersion 2 Stirrer

Claims (10)

母核となる化合物を含む溶液と、焼成することにより母核と反応して蛍光体を構成しうる金属元素を含む溶液とを混合して前駆体を形成し、前駆体分散液を噴霧焼成することを特徴とする無機蛍光体の製造方法。 A precursor is formed by mixing a solution containing a compound serving as a mother nucleus and a solution containing a metal element that can react with the mother nucleus by firing to form a phosphor, and spray firing the precursor dispersion. The manufacturing method of the inorganic fluorescent substance characterized by the above-mentioned. 母核となる化合物の粒子表面に、前記金属元素と特異的に接触する機能を持っていることを特徴とする請求項1に記載の無機蛍光体の製造方法。 The method for producing an inorganic phosphor according to claim 1, wherein the surface of the particle of the compound serving as a mother nucleus has a function of specifically contacting the metal element. 母核となる化合物の粒径が1〜100nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の無機蛍光体の製造方法。 The method for producing an inorganic phosphor according to claim 1 or 2, wherein the compound serving as a mother nucleus has a particle size of 1 to 100 nm. 母核となる化合物の形状が球状またはほぼ球状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 The method for producing an inorganic phosphor according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape of the compound serving as a mother nucleus is spherical or almost spherical. 母核となる化合物の分散度が15%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 The method for producing an inorganic phosphor according to any one of claims 1 to 4, wherein the dispersity of the compound serving as a mother nucleus is 15% or less. 前記噴霧焼成の焼成温度を少なくとも二段階に制御して行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 The method for producing an inorganic phosphor according to any one of claims 1 to 5, wherein a firing temperature of the spray firing is controlled in at least two stages. 母核となる化合物が二酸化珪素であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 The method for producing an inorganic phosphor according to any one of claims 1 to 6, wherein the compound serving as a mother nucleus is silicon dioxide. 前記二酸化珪素の粒子表面のシラノール基密度が4〜9個/nm2であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 Method of producing an inorganic phosphor according to claim 1, wherein the silanol group density on the particle surfaces of the silicon dioxide is 4-9 pieces / nm 2. 前記金属元素がZn、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Zr、Al、Ga、La、Ce、EuおよびTbから選ばれる少なくとも1種の金属元素であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の無機蛍光体の製造方法。 The metal element is at least one metal element selected from Zn, Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, Zr, Al, Ga, La, Ce, Eu, and Tb. The manufacturing method of the inorganic fluorescent substance of any one of -8. 請求項1〜9のいずれかに1項に記載の無機蛍光体の製造方法により製造されることを特徴とする無機蛍光体。 An inorganic phosphor produced by the method for producing an inorganic phosphor according to claim 1.
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