JP2007169452A - Fluorescent substance and production method thereof, as well as light emitting device - Google Patents

Fluorescent substance and production method thereof, as well as light emitting device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent substance in which neither a brightness of an emitted light is lowered nor a color tone of an emitted light is changed due to the change in quality of the surface of the fluorescent substance or to the disorder of its structure; and a production method thereof; as well as a light emitting device comprising the fluorescent substance, such as a white light emitting diode (LED). <P>SOLUTION: A powder of this fluorescent substance is produced by a method comprising: coating the surface of a fluorescent substance having a composition formula: Sr<SB>4</SB>AlSi<SB>11</SB>O<SB>2</SB>N<SB>17</SB>:Eu(SrAl<SB>0.2</SB>Si<SB>2.7</SB>ON<SB>3.80</SB>:Eu) with SiO<SB>2</SB>; filling a BN crucible with the fluorescent substance; elevating the temperature of the crucible to 300°C in an ammonia atmosphere; maintaining the crucible at the temperature for 3 hours to subject the content of the crucible to a heat treatment; thereby obtaining a powder of the fluorescent substance having a SiO<SB>2</SB>film in the surface thereof which has been subjected to a heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ブラウン管(CRT)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイ(PDP)などのディスプレイや、半導体発光素子(以下、LEDと記載することがある。)、蛍光灯、蛍光表示管などの照明装置や、液晶バックライト等の発光器具に使用される、窒素を含有する蛍光体およびその製造方法、並びに例えばLEDと当該蛍光体とを組み合わせた白色LED照明を始めとする発光装置に関する。   The present invention includes a display such as a cathode ray tube (CRT), a field emission display (FED), a plasma display (PDP), a semiconductor light emitting element (hereinafter sometimes referred to as LED), a fluorescent lamp, a fluorescent display tube, etc. The present invention relates to a phosphor containing nitrogen and a method for producing the same used in a lighting device and a light-emitting device such as a liquid crystal backlight, and a light-emitting device including white LED lighting in which an LED and the phosphor are combined.

現在、照明装置として用いられている放電式蛍光灯や白熱電球などは、水銀などの有害な物質が含まれている、寿命が短いといった諸問題を抱えている。ところが、近年になって近紫外・紫外 〜 青色に発光する高輝度LEDが次々と開発され、そのLEDから発生する近紫外・紫外 〜 青色の光と、園波長域に励起帯を持つ蛍光体から発生する光とを混ぜ合わせて白色光を作りだし、その白色光を次世代の照明として利用できないかといった研究、開発が盛んに行われている。この白色LED照明が実用化されれば、電気エネルギーを光へ変換する効率が高く熱の発生が少ないこと、LEDと蛍光体から構成されているため、従来の白熱電球のように切れることがなく長寿命であること、水銀などの有害な物質を含んでいないこと、また照明装置を小型化できること、といった利点があり、理想的な照明装置が得られる。   Currently, discharge fluorescent lamps and incandescent bulbs used as lighting devices have various problems such as containing harmful substances such as mercury and short life. However, in recent years, high-intensity LEDs that emit light in the near ultraviolet / ultraviolet to blue have been developed one after another, and from near ultraviolet / ultraviolet to blue light generated from the LEDs and phosphors having an excitation band in the garden wavelength range. Research and development is actively conducted on whether white light can be produced by mixing with the generated light, and whether the white light can be used as next-generation lighting. If this white LED lighting is put to practical use, it will not break like a conventional incandescent light bulb because it has high efficiency in converting electrical energy into light and generates less heat, and it is composed of LEDs and phosphors. There are advantages that it has a long life, does not contain harmful substances such as mercury, and that the lighting device can be miniaturized, and an ideal lighting device can be obtained.

当該LEDと蛍光体から構成されている発光装置の場合においても、通常の蛍光灯などの発光装置と同様に、低い消費電力で高輝度な効率の良い装置が求められている。装置自体の効率を高くするには、励起源である半導体素子からの光の取り出し効率を高めることともに、励起源となる光を効率よく異なる波長に変換する蛍光体が求められ、特に半導体素子の発光波長である近紫外・紫外 〜 青色の発光に対して効率よく発光する蛍光体が求められている。   Even in the case of a light emitting device composed of the LED and a phosphor, an efficient device with low power consumption and high luminance is required as in a light emitting device such as a normal fluorescent lamp. In order to increase the efficiency of the device itself, it is necessary to increase the light extraction efficiency from the semiconductor element that is the excitation source, and to obtain a phosphor that efficiently converts the light that serves as the excitation source to a different wavelength. There is a demand for a phosphor that emits light efficiently with respect to light emission wavelengths of near-ultraviolet / ultraviolet to blue.

このため、効率良い蛍光体についての研究が現在盛んに行われており、従来からある酸化物系、硫化物系、燐酸系蛍光体のさらなる改善と共に、最近ではCa2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Eu、Ba2Si5N8:Eu、CaSrSi5N8:Eu、Ca2(Al,Si)5N8:Ceなどの窒化物蛍光体(特許文献1、2参照)、Sr2Si3Al2N8O2:Euなどの酸窒化物蛍光体(特許文献3参照)、など新しい組成の蛍光体が次々と開発されている。 For this reason, research on efficient phosphors has been actively conducted, and along with further improvements of conventional oxide, sulfide, and phosphoric acid phosphors, recently, Ca 2 Si 5 N 8 : Eu, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu, Ba 2 Si 5 N 8 : Eu, CaSrSi 5 N 8 : Eu, Ca 2 (Al, Si) 5 N 8 : Ce nitride phosphors (see Patent Documents 1 and 2) ), Phosphors having new compositions such as oxynitride phosphors such as Sr 2 Si 3 Al 2 N 8 O 2 : Eu (see Patent Document 3) have been developed one after another.

特表2003-515655号公報Special table 2003-515655 特開2004-244560号公報JP 2004-244560 A 国際公開第2004/055910 A1号パンフレットInternational Publication No. 2004/055910 A1 Pamphlet

しかし、従来の技術に係るこれら蛍光体は、近紫外・紫外 〜 緑色の励起光により励起された場合の発光効率が満足すべき水準になく、十分な発光強度および輝度が得られていない。さらに、従来の技術に係る蛍光体は、蛍光体自身が熱を蓄積した場合の発光効率の低下が大きいため、発光素子周辺に蛍光体を配置させた場合、当該発光素子から発生する熱により蛍光体の発光効率が低下すると伴に、当該蛍光体の色味の変化や輝度の低下を起こすといった問題点があった。また、従来の技術に係る蛍光体は、発光装置の製造工程等において大気中での熱処理工程がある場合、輝度の低下を起こすといった問題点があった。当該蛍光体が起こす、これら色味の変化や輝度の低下は、いずれも当該発光装置を汎用的な用途に使用する上での障害となる。   However, these phosphors according to the prior art do not have satisfactory light emission efficiency when excited by near ultraviolet / ultraviolet to green excitation light, and sufficient light emission intensity and luminance are not obtained. Furthermore, since the phosphor according to the prior art has a large decrease in light emission efficiency when the phosphor itself accumulates heat, when the phosphor is arranged around the light emitting element, the phosphor is generated by the heat generated from the light emitting element. As the luminous efficiency of the body decreases, there is a problem in that the color of the phosphor changes and the luminance decreases. In addition, the phosphor according to the prior art has a problem that the luminance is lowered when there is a heat treatment process in the air in the manufacturing process of the light emitting device. Any of these color changes and luminance reductions caused by the phosphors are obstacles to using the light-emitting device for general purposes.

本発明は、上述の課題を考慮してなされたものであり、その目的は、近紫外・紫外 〜 緑色の励起光により励起された場合の発光効率および輝度に優れた蛍光体、および、生産性を向上させることが可能な当該蛍光体の製造方法、並びに当該蛍光体を用いた白色LED照明を始めとする発光装置を提供することにある。特には、長時間の点灯や製造工程における熱処理を受けても、輝度の低下や、色味が変化することのない蛍光体、及び、その製造方法、並びに当該蛍光体を用いた白色LED照明を始めとする発光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its object is to provide a phosphor excellent in luminous efficiency and luminance when excited by near ultraviolet / ultraviolet to green excitation light, and productivity. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing the phosphor capable of improving the brightness, and a light emitting device including white LED illumination using the phosphor. In particular, a phosphor that does not decrease in brightness or change in color even after being subjected to long-time lighting or a heat treatment in the manufacturing process, a manufacturing method thereof, and a white LED illumination using the phosphor. An object of the present invention is to provide a light-emitting device including the beginning.

上述の課題を解決するため、本発明者らは、発光装置の長時間の点灯や、製造工程における熱処理により、製造された蛍光体や発光装置の輝度が低下し、色味が変化する原因を追求した。その結果、従来の技術に係る蛍光体は、酸化に対する耐性が不十分であっため、発光装置の長時間の点灯や発光装置の製造工程等において大気中での熱処理工程がある場合、大気中に含まれる酸素や樹脂やバインダー中の水分と、当該蛍光体とが反応し、当該蛍光体が輝度の低下を起こすのであるという機構に想到した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found the cause of the brightness of the manufactured phosphor and the light emitting device being lowered and the color being changed by long-time lighting of the light emitting device and heat treatment in the manufacturing process. Pursued. As a result, the phosphors according to the prior art have insufficient resistance to oxidation, so if there is a heat treatment process in the atmosphere in the long-time lighting of the light emitting device or the manufacturing process of the light emitting device, etc. The inventors have conceived a mechanism in which oxygen contained in water, moisture in a resin or a binder, and the phosphor react with each other to cause a decrease in luminance.

ここで本発明者らは、窒化物蛍光体粒子の表面にSiO2膜等の金属酸化膜を形成させることによって、大気中での熱処理工程における劣化を回避し、蛍光体の耐酸化性を向上させる構成に想到した。そして、当該構成によって、発光装置の長時間の点灯や製造工程における熱処理による、蛍光体や発光装置の輝度の低下や色味の変化を軽減出来た。さらに、本発明者らは、当該輝度低下や色味変化の更なる軽減を目指して研究を行い、製造工程における熱処理の際に加わる熱、発光装置として組み込まれた際に発光素子より与えられる熱によって、当該蛍光体の粒子を被覆しているSiO2膜等の金属酸化膜(以下、単に酸化膜と記載する場合がある。)中の酸素原子が、蛍光体粒子の表面から内部に侵入・拡散し、当該蛍光体粒子の極表面の組成が変化してしまうという新たな機構に想到した。そして、当該極表面の組成変化のため、蛍光体の発光強度や輝度が低下し、その結果、色味も変化してしまうのではないかという劣化機構に想到したものである。 Here, the present inventors formed a metal oxide film such as a SiO 2 film on the surface of the nitride phosphor particles, thereby avoiding deterioration in the heat treatment process in the air and improving the oxidation resistance of the phosphor. I came up with a configuration to make it happen. And by the said structure, the fall of the brightness | luminance of a fluorescent substance or a light-emitting device and the change of a color due to the lighting of a light-emitting device for a long time and the heat processing in a manufacturing process can be reduced. Furthermore, the present inventors have conducted research aimed at further reducing the luminance reduction and color change, and applied heat during the heat treatment in the manufacturing process, and heat given from the light emitting element when incorporated as a light emitting device. Oxygen atoms in a metal oxide film such as a SiO 2 film (hereinafter sometimes simply referred to as an oxide film) covering the phosphor particles enter the inside from the surface of the phosphor particles. A new mechanism has been conceived in which the composition of the phosphor particles diffuses and the surface composition of the phosphor particles changes. Then, due to the composition change of the extreme surface, the light emission intensity and luminance of the phosphor are lowered, and as a result, a deterioration mechanism is considered that the color may change.

本発明者らは以上の解明結果に基づき、蛍光体の粒子の表面を覆う酸化膜からの上述の劣化機構に伴う酸素の拡散量を考慮し、蛍光体組成に含まれる酸素量を、予め所定量より不足した状態で製造した後、当該蛍光体の粒子表面に酸化膜を作製し、一定の温度で熱処理するという構成に想到した。すると、蛍光体の作製後における酸化膜から蛍光体粒子表面へ向かって起こる酸素の拡散により、蛍光体粒子の組成が所定のものとなることで、当該蛍光体の発光強度の低下を抑制できる。加えて好ましいことに、上記熱処理により、蛍光体の粒子表面から酸化膜中に向かって窒素が拡散し、蛍光体粒子の表面に強固な酸化膜が形成される。この結果、当該強固な酸化膜の遮蔽効果により、更なる、大気中から蛍光体の粒子内部への酸素の拡散も抑えることが可能になることに想到した。   Based on the above elucidation results, the present inventors consider in advance the amount of oxygen diffused from the oxide film covering the surface of the phosphor particles and accompanying the above-described degradation mechanism, and determine the amount of oxygen contained in the phosphor composition in advance. After manufacturing in a state in which the amount was less than the fixed amount, an oxide film was formed on the surface of the phosphor particles, and a heat treatment was performed at a constant temperature. Then, due to the diffusion of oxygen that occurs from the oxide film toward the phosphor particle surface after the phosphor is produced, the phosphor particles have a predetermined composition, so that a decrease in the emission intensity of the phosphor can be suppressed. In addition, preferably, the heat treatment diffuses nitrogen from the phosphor particle surface into the oxide film, thereby forming a strong oxide film on the phosphor particle surface. As a result, it has been conceived that the diffusion effect of oxygen from the atmosphere into the phosphor particles can be further suppressed by the strong shielding effect of the oxide film.

即ち、上述の課題を解決するための第1の構成は、
金属酸化物を含み熱処理が施された被膜が表面に形成された蛍光体粒子を、含む蛍光体であって、
前記蛍光体粒子の組成式は、一般式MmAaBbOoNn:Zで表記され(M元素はII価の価数をとる1種類以上の元素であり、A元素はIII価の価数をとる1種類以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種類以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は1種類以上の付活剤である。)、且つ、2.5 ≦ (a + b)/m < 4.5 、0 < a/m < 0.5、2.0 < b/m < 4.0、0 ≦ o/m < 1.0、o < n 、n = 2/3m + a + 4/3b -2/3oであることを特徴とする蛍光体である。
That is, the first configuration for solving the above-described problem is:
A phosphor comprising phosphor particles having a metal oxide-containing heat-treated film formed on a surface thereof,
The composition formula of the phosphor particles is represented by the general formula MmAaBbOoNn: Z (M element is one or more elements having a valence of II, and A element is one or more of a valence of III. Element B, element B is one or more elements having a valence of IV, O is oxygen, N is nitrogen, and element Z is one or more activators.) , 2.5 ≤ (a + b) / m <4.5, 0 <a / m <0.5, 2.0 <b / m <4.0, 0 ≤ o / m <1.0, o <n, n = 2 / 3m + a + 4 It is a phosphor characterized by being / 3b -2 / 3o.

第2の構成は、
第1の構成に記載の蛍光体であって、
前記被膜の膜厚が、0.5 nm以上、100 nm以下であることを特徴とする蛍光体である。
The second configuration is
The phosphor according to the first configuration,
The phosphor has a film thickness of 0.5 nm or more and 100 nm or less.

第3の構成は、
第1または第2の構成に記載の蛍光体であって、
前記被膜に含まれる金属酸化膜は、Si、Ti、Zr、In、Snのいずれか1種類以上の金属元素を含むことを特徴とする蛍光体である。
The third configuration is
The phosphor according to the first or second configuration,
The metal oxide film included in the coating is a phosphor containing one or more metal elements of Si, Ti, Zr, In, and Sn.

第4の構成は、
第1から第3の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
前記一般式において、2.5 < (a + b)/m < 4.0、2.5 ≦ b/m ≦ 3.5、0 < o/m < 1.0であることを特徴とする蛍光体である。
The fourth configuration is
The phosphor according to any one of the first to third configurations,
In the above general formula, the phosphor is characterized by 2.5 <(a + b) / m <4.0, 2.5 ≦ b / m ≦ 3.5, and 0 <o / m <1.0.

第5の構成は、
第1から第4の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
M元素はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種類以上の元素であり、A元素はAl、Gaから選択される1種類以上の元素であり、B元素はSi、Geから選択される1種類以上の元素であり、Z元素はEu、Ce、Mnから選択される1種類以上の元素であることを特徴とする蛍光体である。
The fifth configuration is
The phosphor according to any one of the first to fourth configurations,
M element is one or more elements selected from Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, A element is one or more elements selected from Al and Ga, and B element is selected from Si and Ge The phosphor is characterized in that the element Z is one or more elements selected from Eu, Ce, and Mn.

第6の構成は、
第1から第5の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
M元素としてSr、A元素としてAl、B元素としてSiを含むことを特徴とする蛍光体である。
The sixth configuration is
The phosphor according to any one of the first to fifth configurations,
A phosphor containing Sr as an M element, Al as an A element, and Si as a B element.

第7の構成は、
第1から第6の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
当該蛍光体中に、酸素を0.1wt%以上、10.0wt%以下含有し、且つ、窒素を20.0wt%以上、50.0wt%以下含有することを特徴とする蛍光体である。
The seventh configuration is
The phosphor according to any one of the first to sixth configurations,
The phosphor contains oxygen in an amount of 0.1 wt% or more and 10.0 wt% or less and nitrogen in an amount of 20.0 wt% or more and 50.0 wt% or less.

第8の構成は、
第1から第7の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
当該蛍光体へ、波長250nmから500nmの範囲にある所定の励起光を照射した際の、25℃における発光スペクトル中の最大ピークの相対強度の値をBPとし、
当該蛍光体を300℃の大気中に6時間置いた後、25℃にもどし、前記の励起光を照射した際の、発光スペクトル中の前記最大ピークの相対強度の値をAPとしたとき、
(BP - AP)/ BP ≦ 0.05であることを特徴とする蛍光体である。
The eighth configuration is
The phosphor according to any one of the first to seventh configurations,
When the phosphor is irradiated with predetermined excitation light in the wavelength range of 250 nm to 500 nm, the value of the relative intensity of the maximum peak in the emission spectrum at 25 ° C. is BP,
When the phosphor is placed in an atmosphere of 300 ° C. for 6 hours and then returned to 25 ° C. and irradiated with the excitation light, the relative intensity value of the maximum peak in the emission spectrum is AP,
It is a phosphor characterized by (BP−AP) /BP≦0.05.

第9の構成は、
第1から第8の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
前記被膜に含まれる金属酸化物が、SiO2であることを特徴とする蛍光体である。
The ninth configuration is
The phosphor according to any one of the first to eighth configurations,
The phosphor is characterized in that the metal oxide contained in the coating is SiO 2 .

第10の構成は、
第1から第9の構成のいずれかに記載の蛍光体であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径(D50)が、1.0μm以上、20μm以下であることを特徴とする蛍光体である。
The tenth configuration is
The phosphor according to any one of the first to ninth configurations,
The phosphor has an average particle diameter (D50) of 1.0 μm or more and 20 μm or less.

第11の構成は、
第1から第10の構成のいずれかに記載の蛍光体の製造方法であって、
蛍光体の原料を焼成して蛍光体粒子を得る工程と、
前記蛍光体粒子を解砕する工程と、
水溶性の有機溶媒中に、前記解砕された蛍光体粒子と、オルガノシラン化合物と、水とを投入して混合した後に、ゲル化剤を投入して、表面に金属酸化物を含む被膜を有する蛍光体粒子を得る工程と、
表面に前記金属酸化物を含む被膜を有する蛍光体粒子を、1000℃以下200℃以上のアンモニアガスおよび/または窒素ガスの雰囲気中で熱処理して、金属酸化物を含み熱処理が施された被膜を有する蛍光体粒子を製造する工程と、を有すること特徴とする蛍光体の製造方法である。
The eleventh configuration is
A method for producing a phosphor according to any one of the first to tenth configurations,
A step of firing phosphor materials to obtain phosphor particles;
Crushing the phosphor particles;
In a water-soluble organic solvent, the pulverized phosphor particles, the organosilane compound, and water are added and mixed, and then a gelling agent is added to form a film containing a metal oxide on the surface. Obtaining phosphor particles having,
A phosphor particle having a coating containing the metal oxide on its surface is heat-treated in an atmosphere of ammonia gas and / or nitrogen gas at a temperature of 1000 ° C. or lower and 200 ° C. or higher to form a heat-treated coating containing the metal oxide. And a step of producing the phosphor particles having the phosphor.

第12の構成は、
第1から第10の構成のいずれかに記載の蛍光体と、発光部とを有することを特徴とする発光装置である。
The twelfth configuration is
A light-emitting device comprising the phosphor according to any one of the first to tenth configurations and a light-emitting portion.

第13の構成は、
第12の構成に記載の発光装置であって、
前記発光部とは、波長域250 nmから500 nmのいずれかの光を発光するものであることを特徴とする発光装置である。
The thirteenth configuration is
A light-emitting device according to a twelfth configuration,
The light emitting unit is a light emitting device that emits light in any wavelength range of 250 nm to 500 nm.

第14の構成は、
第12または第13の構成に記載の発光装置であって、
前記発光部としてLED(発光ダイオード)を用いることを特徴とする発光装置である。
The fourteenth configuration is
The light-emitting device according to the twelfth or thirteenth configuration,
An LED (light emitting diode) is used as the light emitting portion.

第1から第10の構成のいずれかに記載された蛍光体は、蛍光体粒子表面が、熱処理が施された緻密な酸化物で被膜されているため、蛍光体の温度上昇に伴う酸化などの変質を回避でき、且つ、外部からの酸素や水分を遮断することができる。このため、点灯や熱処理の際に加わる熱により生ずる組成の変化に起因する発光特性の低下を抑えることができる。   In the phosphor described in any one of the first to tenth configurations, the phosphor particle surface is coated with a dense oxide that has been subjected to heat treatment. Alteration can be avoided and oxygen and moisture from the outside can be blocked. For this reason, it is possible to suppress a decrease in light emission characteristics due to a change in composition caused by heat applied during lighting or heat treatment.

第11の構成に係る蛍光体の製造方法によれば、熱処理が施された金属酸化膜を表面に有する蛍光体粒子を含む蛍光体を、容易に高い生産性をもって製造することができる。   According to the phosphor manufacturing method according to the eleventh configuration, a phosphor including phosphor particles having a heat-treated metal oxide film on the surface can be easily manufactured with high productivity.

第12から第14の構成のいずれかに記載された発光装置は、耐久性に優れ、長時間の使用においても人間の視覚において顕著な輝度の低下がない、または、顕著な光の色味の変化が感じられない、優れた発光装置である。   The light-emitting device described in any one of the twelfth to fourteenth configurations has excellent durability, and there is no significant decrease in luminance in human vision even when used for a long time, or a remarkable light color. It is an excellent light-emitting device that does not feel change.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明者らが解明した、蛍光体が設置された発光装置における長時間の点灯に伴う熱や、蛍光体の製造工程における熱処理による熱により、表面に酸化膜を有する蛍光体粒子の輝度が低下するという劣化機構について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, the brightness of phosphor particles having an oxide film on the surface by heat generated by a long-time lighting in a light-emitting device in which the phosphor is installed or heat by heat treatment in the phosphor manufacturing process, which has been elucidated by the present inventors. Deterioration mechanism that lowers will be described.

当初、本発明者らは、蛍光体が設置された発光装置の発光時における、当該蛍光体の劣化機構の原因となる蛍光体表面の温度上昇を抑えることを考えた。そして、当該温度上昇を抑えるために、窒素を含む当該蛍光体粒子表面へ熱伝導率の低い酸化物の膜を設けることにより、表面の温度上昇による蛍光体粒子の変質を回避できること、および、外部から蛍光体粒子内部への酸素供給を遮断できることに想到した。中でも酸化物としてSiO2酸化膜を設けることにより、蛍光体粒子表面の温度上昇による変質を容易に回避できることに想到した。また、酸化膜としてSiO2以外であっても、ZrO2、TiO2等により同様な効果が得られることに想到した。そして、酸化膜としてInやSnの酸化物を用いた場合においては、当該酸化膜が導電性をも保有するため、ディスプレイ等に用いられる蛍光体のように電子が直接蛍光体表面に照射される用途において好ましい導電性酸化膜といえる。 Initially, the present inventors considered to suppress the temperature rise of the phosphor surface that causes a degradation mechanism of the phosphor during light emission of the light emitting device in which the phosphor is installed. And in order to suppress the temperature rise, by providing an oxide film with low thermal conductivity on the phosphor particle surface containing nitrogen, it is possible to avoid alteration of the phosphor particles due to the temperature rise of the surface, and external It was conceived that oxygen supply to the inside of the phosphor particles could be cut off from the inside. In particular, it was conceived that by providing a SiO 2 oxide film as an oxide, alteration of the phosphor particle surface due to temperature rise can be easily avoided. Moreover, even if the oxide film is other than SiO 2 , it has been conceived that the same effect can be obtained by using ZrO 2 , TiO 2 or the like. When an oxide of In or Sn is used as the oxide film, since the oxide film also has conductivity, electrons are directly irradiated on the phosphor surface like a phosphor used for a display or the like. It can be said that it is a preferable conductive oxide film in use.

しかしながら、本発明者らの更なる研究によると、上述したように蛍光体粒子の表面に酸化膜を設けても、温度上昇した時間が長期にわたると当該蛍光体の発光特性が劣化していた。
これは、当該蛍光体が設けられた発光装置中の発光素子から発生する発熱により、当該発光素子表面もしくは発光素子近傍に塗布された蛍光体の温度も、例えば200℃程度に上昇していると考えられ、また、発光装置の製造工程において、発光素子が熱処理を受ける場合にも蛍光体粒子の温度が上昇していると考えられる。そして、室温(25℃)では比較的安定であった表面に酸化膜を有する蛍光体は、長時間にわたる点灯や熱処理の際に加わる熱により蛍光体粒子表面の温度が上昇し、蛍光体粒子に被覆した酸化膜中の酸素原子が蛍光体表面から内部に侵入・拡散する。更には、大気中や樹脂中の酸素、有機物を含むバインダー中の水分などが、当該酸化膜を介して蛍光体粒子内部へ侵入・拡散するため、蛍光体粒子の表面組成が変化し当該蛍光体の発光強度や輝度が低下してしまう、という劣化機構に想到したのである。
However, according to further studies by the present inventors, even if an oxide film is provided on the surface of the phosphor particles as described above, the light emission characteristics of the phosphor deteriorated over a long period of time when the temperature rose.
This is because the temperature of the phosphor applied on the surface of the light emitting element or in the vicinity of the light emitting element rises to about 200 ° C., for example, due to heat generated from the light emitting element in the light emitting device provided with the phosphor. In addition, in the manufacturing process of the light emitting device, it is considered that the temperature of the phosphor particles is also increased when the light emitting element is subjected to heat treatment. A phosphor having an oxide film on a surface that was relatively stable at room temperature (25 ° C.) increases the temperature of the surface of the phosphor particles due to heat applied during lighting and heat treatment for a long time. Oxygen atoms in the coated oxide film enter and diffuse from the phosphor surface to the inside. Furthermore, oxygen in the air or resin, moisture in the binder containing organic matter, etc. penetrates and diffuses into the phosphor particles through the oxide film, so that the surface composition of the phosphor particles changes and the phosphor This has led to a deterioration mechanism in which the light emission intensity and brightness of the light source are reduced.

ここで、発光装置の製造工程における熱処理とは、蛍光体を発光素子等に付着させるために、当該蛍光体を有機材料である樹脂などの種々なバインダーと混合し、発光素子等に塗布した後、当該バインダーを硬化・または蒸発させるために熱処理を施すことをいう。熱処理条件としては、使用する樹脂や有機物により様々な条件が考えられるが、約100℃で数時間保持する程度のものである。従って、当該蛍光体に求められる耐熱劣化性能は、100℃の大気中に数時間保持した後の発光強度の低下率を評価するのでは足らないと考えられる。そして、当該発光素子温度が200℃程度まで上昇することや、当該蛍光体が部材として十分な耐久性を有しているか否かを評価することを考えれば、当該蛍光体を、300℃で6時間大気中に保持した後の発光強度の低下率を評価することが必要と考えられた。そして、当該評価において、発光強度の低下率の値が小さければ耐久性に優れた好ましい蛍光体と言える。   Here, the heat treatment in the manufacturing process of the light emitting device means that the phosphor is mixed with various binders such as a resin that is an organic material and applied to the light emitting element or the like in order to attach the phosphor to the light emitting element or the like. The heat treatment is performed to cure or evaporate the binder. Although various conditions can be considered as the heat treatment conditions depending on the resin or organic substance to be used, the conditions are such that the temperature is maintained at about 100 ° C. for several hours. Therefore, it is considered that the heat-resistant deterioration performance required for the phosphor is not sufficient to evaluate the rate of decrease in emission intensity after being kept in the atmosphere at 100 ° C. for several hours. Then, considering that the temperature of the light emitting element rises to about 200 ° C. and whether or not the phosphor has sufficient durability as a member, the phosphor is heated to 300 ° C. at 6 ° C. It was considered necessary to evaluate the rate of decrease in emission intensity after being kept in the atmosphere for a period of time. And in the said evaluation, if the value of the decreasing rate of emitted light intensity is small, it can be said that it is a preferable fluorescent substance excellent in durability.

ここで、本発明者らは、蛍光体の劣化機構の原因となる酸化膜自身から蛍光体粒子への酸素の拡散による発光効率の低下を防ぐためには、上述のように蛍光体表面を酸化膜で被覆する構成に加えて、酸化膜から蛍光体粒子へ拡散する酸素原子を蛍光体組成中に吸収してしまうことで無害化する構成に想到した。すなわち本発明者らは、蛍光体組成中の前記SiとAlとの存在量に注目し、予め、当該蛍光体に含まれるSi原子の一部をAl原子に置換しておいた後に、酸化膜で被覆し熱処理する構成に想到したものである。   Here, in order to prevent a decrease in luminous efficiency due to diffusion of oxygen from the oxide film itself to the phosphor particles, which causes the phosphor degradation mechanism, the present inventors apply the phosphor surface to the oxide film as described above. In addition to the structure coated with, an oxygen atom that diffuses from the oxide film to the phosphor particles is absorbed into the phosphor composition, resulting in a harmless structure. That is, the present inventors pay attention to the abundance of Si and Al in the phosphor composition, and after replacing a part of Si atoms contained in the phosphor with Al atoms in advance, the oxide film It is conceived that the structure is covered with heat treatment and heat-treated.

すなわち、蛍光体の表面を覆う酸化膜から蛍光体粒子への酸素の拡散量を考慮し、蛍光体の作成時に、予め、所定量のAlを添加することによって、当該蛍光体粒子中のSi原子の一部をAl原子に置換して、酸素が欠損した状態の蛍光体粒子を製造する。次に、当該酸素が欠損した状態の蛍光体粒子の表面に酸化膜を作製し、更に、熱処理を施す。すると、当該酸化膜から蛍光体粒子に向かっての酸素の拡散が起こるが、当該拡散した酸素は、前記酸素の欠損を解消することに消費され、蛍光体の発光強度の低下が回避できるのであると考えられる。   That is, in consideration of the amount of oxygen diffused from the oxide film covering the phosphor surface to the phosphor particles, by adding a predetermined amount of Al in advance during the creation of the phosphor, Si atoms in the phosphor particles A part of this is substituted with Al atoms to produce phosphor particles in a state where oxygen is deficient. Next, an oxide film is formed on the surface of the phosphor particles in which oxygen is deficient, and heat treatment is further performed. Then, diffusion of oxygen from the oxide film toward the phosphor particles occurs, but the diffused oxygen is consumed to eliminate the oxygen deficiency, and a decrease in the emission intensity of the phosphor can be avoided. it is conceivable that.

一方、上述した熱処理により、蛍光体粒子内の窒素原子が、蛍光体粒子内部から被膜である酸化膜中に拡散する。当該酸化膜中に拡散した窒素は酸化膜中において酸素を失った金属と反応し、金属窒化物を生成すると考えられる。ここで、一般に、金属窒化物は緻密で機械的に強固な膜であることから、当該酸化物膜中における金属窒化物の生成により、酸化膜を介して大気中から内部に侵入する酸素の拡散が抑えられるという好ましい効果を発揮する。   On the other hand, by the heat treatment described above, nitrogen atoms in the phosphor particles diffuse from the inside of the phosphor particles into the oxide film that is a coating. Nitrogen diffused in the oxide film is considered to react with a metal that has lost oxygen in the oxide film to form a metal nitride. Here, in general, since metal nitride is a dense and mechanically strong film, diffusion of oxygen entering the atmosphere from the atmosphere through the oxide film due to the formation of metal nitride in the oxide film. Exhibits a preferable effect of suppressing the above.

さらに、当該蛍光体粒子へ、アンモニアガスおよび/または窒素ガスの雰囲気中にて1000℃以下200℃以上の温度で熱処理を行い、当該蛍光体粒子及びその酸化膜に熱処理を施すことも好ましい構成である。当該雰囲気中での熱処理による場合も、酸化膜表面において窒素の拡散が起こり金属窒化物が生成することで、より強固で緻密な酸化膜が形成され、この結果、酸化膜を介して大気中から内部に侵入する酸素の拡散が抑えられるという好ましい効果を発揮する。   Further, it is preferable that the phosphor particles are heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or lower and 200 ° C. or higher in an atmosphere of ammonia gas and / or nitrogen gas, and the phosphor particles and the oxide film thereof are heat-treated. is there. Also in the case of the heat treatment in the atmosphere, diffusion of nitrogen occurs on the surface of the oxide film and metal nitride is generated, so that a stronger and denser oxide film is formed. As a result, from the atmosphere through the oxide film, It exhibits a preferable effect of suppressing the diffusion of oxygen entering the inside.

本発明が適用される蛍光体粒子の組成は、特に限定されるものではなく、多様な蛍光体粒子を含む蛍光体に対して適用することができる。もっとも、本発明は、長時間の点灯により、蛍光体表面の変質、輝度の低下、色味の変化といった問題を抱えている、窒素を含有する蛍光体粒子に対しては特に有効なものである。ここで、蛍光体の粒子形状は球状であっても良いし、板状、柱状であっても良く、特に限定はされない。   The composition of the phosphor particles to which the present invention is applied is not particularly limited, and can be applied to phosphors containing various phosphor particles. However, the present invention is particularly effective for phosphor particles containing nitrogen that have problems such as deterioration of the phosphor surface, reduction in luminance, and change in color due to long-time lighting. . Here, the particle shape of the phosphor may be spherical, plate-shaped, or columnar, and is not particularly limited.

本発明が、特に有効に適用される窒素を含有した蛍光体粒子の組成式は、MmAaBbOoNn:Zで表記され、M元素はII価の価数をとる元素であり、A元素はIII価の価数をとる元素であり、B元素はIV価の価数をとる元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は付活剤であり希土類元素、遷移金属元素から選択される元素である。   The composition formula of nitrogen-containing phosphor particles to which the present invention is particularly effectively applied is represented by MmAaBbOoNn: Z, where the M element is an element having a valence of II, and the A element is a valence of III. B element is an element having IV valence, O is oxygen, N is nitrogen, Z element is an activator and is selected from rare earth elements and transition metal elements Element.

組成式中のm、a、b、o、nの関係において、n > 0である窒素を含有する蛍光体であれば、本発明を好適に適用することができる。
例えば、一般式MmAaBbOoNn:Zで表記される蛍光体であって(M元素はII価の価数をとる1種類以上の元素であり、A元素はIII価の価数をとる1種類以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種類以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は1種類以上の付活剤である。)、2.5 ≦ (a + b)/m < 4.5 、0 < a/m < 0.5、2.0 < b/m < 4.0、0 ≦ o/m < 1.0、o < n 、n = 2/3m + a + 4/3b - 2/3oである蛍光体がある。
The present invention can be suitably applied to any phosphor containing nitrogen in which n> 0 in the relationship of m, a, b, o, and n in the composition formula.
For example, a phosphor represented by the general formula MmAaBbOoNn: Z (M element is one or more elements having a valence of II and A element is one or more elements having a valence of III B element is one or more elements having an IV valence, O is oxygen, N is nitrogen, and Z element is one or more activators.), 2.5 ≦ (a + b) / m <4.5, 0 <a / m <0.5, 2.0 <b / m <4.0, 0 ≤ o / m <1.0, o <n, n = 2 / 3m + a + 4 / 3b- There is a phosphor that is 2 / 3o.

ここで、上述の本実施形態に係る蛍光体粒子に含まれるM元素、A元素、B元素、およびZ元素についてさらに説明する。   Here, the M element, the A element, the B element, and the Z element contained in the phosphor particles according to the above-described embodiment will be further described.

前記M元素は、II価の価数をとる1種類以上の元素であるが、好ましくはMg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種類以上の元素である。   The M element is one or more elements having a valence of II, but preferably one or more elements selected from Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn.

前記A元素は、III価の価数をとる1種類以上の元素であるが、好ましくはAl、Gaから選択される1種類以上の元素である。   The element A is one or more elements having a valence of III, but is preferably one or more elements selected from Al and Ga.

前記B元素は、IV価の価数をとる1種類以上の元素であるが、好ましくはSi、Geから選択される1種類以上の元素である。   The element B is one or more elements having a valence of IV, preferably one or more elements selected from Si and Ge.

前記Z元素は、付活剤として作用する希土類元素または遷移金属元素から選択される少なくとも1種類以上の元素であるが、好ましくはEu、Ce、Mnから選択される1種類以上の元素である。   The Z element is at least one element selected from rare earth elements or transition metal elements that act as activators, but is preferably one or more elements selected from Eu, Ce, and Mn.

前記Z元素がEuを含むことによって、当該蛍光体は、近紫外・紫外から可視光(250 nm 〜 550 nm)の波長域の光に良好な励起帯を持ち、赤色(580 nm 〜 680 nm)の範囲にブロードなピークを持つ発光に優れた蛍光体となる。   When the Z element contains Eu, the phosphor has a good excitation band for light in the wavelength range from near ultraviolet / ultraviolet to visible light (250 nm to 550 nm), and red (580 nm to 680 nm). It becomes the fluorescent substance excellent in light emission which has a broad peak in the range.

これら、M元素、A元素、B元素、Z元素として挙げた好ましい元素については、これらの元素を選択することで、優れた特性の蛍光体が得られるだけでなく、原料の入手が容易で、環境負荷も小さいといった利点も有している。   For these preferable elements listed as M element, A element, B element, and Z element, by selecting these elements, not only a phosphor with excellent characteristics can be obtained, but also the acquisition of raw materials is easy, There is also an advantage that the environmental load is small.

また、上述した、一般式MmAaBbOoNn:Zで表記される蛍光体であって、2.5 ≦ (a + b)/m < 4.5 、0 < a/m < 0.5、2.0 < b/m < 4.0、0 ≦ o/m < 1.0、o < n 、n = 2/3m + a + 4/3b - 2/3oである蛍光体中には、酸素が1.0wt%以上、10.0wt%以下含有され、さらに窒素が20.0wt%以上、50.0wt%以下含有されている。   Further, the above-described phosphor represented by the general formula MmAaBbOoNn: Z, which is 2.5 ≦ (a + b) / m <4.5, 0 <a / m <0.5, 2.0 <b / m <4.0, 0 ≦ In the phosphor where o / m <1.0, o <n, n = 2 / 3m + a + 4 / 3b-2 / 3o, oxygen is contained in an amount of 1.0 wt% or more and 10.0 wt% or less, and nitrogen is further contained. Containing 20.0wt% or more and 50.0wt% or less.

特に、上述した一般式において、2.5 < (a + b)/m < 4.0、0 < a/m < 0.5、2.5 ≦ b/m ≦ 3.5、0 < o/m < 1.0であり、M元素にSrを使用している蛍光体粒子は、優れた発光特性が得られるものの、熱に対して非常に弱いという問題を抱えている為、本発明の適用により得られる効果が大きい。これは、Srを構成元素として含んでいる蛍光体粒子において、Srが水分に溶出し易い為、熱や水分などの外部要因により蛍光体表面が容易に変質したり、結晶構造が崩れてしまう為に、蛍光体の発光特性が大きく悪化してしまうからである。ここで、本発明を当該蛍光体に適用することで、当該蛍光体の変質を引き起こす上記外部要因が、金属酸化物の被膜によって抑制可能となるため当該蛍光体の変質を回避できる。更に、当該蛍光体粒子及びその金属酸化物の被膜に熱処理が施されることで、解砕工程等にて生じた蛍光体粒子表面の欠陥および歪みが除去されるため、外部からの熱による結晶構造の崩れを抑制でき、蛍光体における輝度の低下や色味の変化を、改善することができていると考えられる。   In particular, in the general formula described above, 2.5 <(a + b) / m <4.0, 0 <a / m <0.5, 2.5 ≦ b / m ≦ 3.5, 0 <o / m <1.0, Although the phosphor particles using the phosphor have excellent light emission characteristics, they have a problem that they are very weak against heat, so that the effect obtained by applying the present invention is great. This is because, in phosphor particles containing Sr as a constituent element, Sr easily elutes into moisture, so that the phosphor surface is easily altered or crystal structure is destroyed due to external factors such as heat and moisture. In addition, the light emission characteristics of the phosphor are greatly deteriorated. Here, by applying the present invention to the phosphor, the external factors causing the phosphor modification can be suppressed by the metal oxide film, so that the phosphor modification can be avoided. Furthermore, since the phosphor particles and the metal oxide coating are subjected to heat treatment, defects and distortions on the surface of the phosphor particles generated in the crushing process and the like are removed. It is considered that the collapse of the structure can be suppressed and the decrease in luminance and the change in color of the phosphor can be improved.

尚、本実施形態の蛍光体において、Z元素の添加量は、対応するM元素1モルに対して0.0001モル以上、0.5モル以下の範囲にあることが好ましい。Z元素の添加量が当該範囲にあると、過剰な付活剤の存在に起因する濃度消光や、過少なことに起因する発光効率の低下を回避することが可能となる。添加する元素や母体の構造(組成式の違い)により、Z元素の添加の最適量は若干異なるが、さらに好ましくは0.005モル以上、0.2モル以下の範囲である。   In the phosphor of this embodiment, the amount of Z element added is preferably in the range of 0.0001 mol or more and 0.5 mol or less with respect to 1 mol of the corresponding M element. When the amount of Z element added is in this range, it is possible to avoid concentration quenching due to the presence of an excessive activator and reduction in luminous efficiency due to an excessive amount. Depending on the element to be added and the structure of the matrix (difference in composition formula), the optimum amount of addition of Z element is slightly different, but more preferably in the range of 0.005 mol or more and 0.2 mol or less.

尚、本発明は上述の組成式を有する蛍光体だけではなく、公知の蛍光体組成であるCa2Si5N8:Eu、CaSrSi5N8:Eu、Sr2Si5N8:Euなどのシリコンナイトライド蛍光体系にも適用することが出来る。 The present invention is not limited to phosphors having the above-described composition formula, but also known phosphor compositions such as Ca 2 Si 5 N 8 : Eu, CaSrSi 5 N 8 : Eu, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu, etc. It can also be applied to a silicon nitride fluorescent system.

(本発明に係る蛍光体の製造方法)
ここで、本発明に係る蛍光体の製造方法について、本発明が好適に適用されるM元素がSr、B元素がSi、Z元素がEuであるSr4AlSi11(O2)N17:Eu (但し、Eu / (Sr + Eu) = 0.030である。)の組成を有する蛍光体粒子へSiO2被膜を形成した蛍光体の製造を一例として説明する。ただし、当該組成であるSr4AlSi11(O2)N17:Euは、原料混合比より算定した値を一般式MmAaBbOoNn:Zzを用いて表記した組成式である。従って、製造された蛍光体の組成比率が、当該組成式の組成比率から5%程度までの範囲でズレたとしても十分実用特性を有する蛍光体を得ることができる。特に、組成式中の酸素濃度については、後述する製造方法によって調整されるため、必ずしも当該表記の通りとはならない。また、Eu / (Sr + Eu)は、z / (m + z)を意味する。
(Method for producing phosphor according to the present invention)
Here, with respect to the method for producing a phosphor according to the present invention, the Sr 4 AlSi 11 (O 2 ) N 17 : Eu in which the M element is suitably applied to the present invention is Sr, the B element is Si, and the Z element is Eu. The production of a phosphor in which a SiO 2 film is formed on phosphor particles having the composition (Eu / (Sr + Eu) = 0.030) will be described as an example. However, Sr 4 AlSi 11 (O 2 ) N 17 : Eu, which is the composition, is a composition formula in which the value calculated from the raw material mixture ratio is expressed using the general formula MmAaBbOoNn: Zz. Therefore, even if the composition ratio of the manufactured phosphor is shifted within a range of about 5% from the composition ratio of the composition formula, a phosphor having sufficiently practical characteristics can be obtained. In particular, the oxygen concentration in the composition formula is adjusted according to the manufacturing method described later, and thus is not necessarily as described above. Eu / (Sr + Eu) means z / (m + z).

一般的に蛍光体は固相反応により製造されるものが多く、本実施形態の蛍光体の製造方法も固相反応によって得ることができる。しかし、製造方法はこれらに限定されるものではない。M元素、A元素、B元素の各原料は窒化物、酸化物、炭酸塩、水酸化物、塩基性炭酸塩などの市販されている原料でよいが、M元素については特に炭酸塩が好ましい。純度は高い方が好ましいことから、好ましくは2N以上、さらに好ましくは3N以上のものを準備する。各原料粒子の粒径は、一般的には、反応を促進させる観点から微粒子の方が好ましいが、原料の粒径、形状により、得られる蛍光体の粒径、形状も変化する。このため、最終的に得られる蛍光体に求められる粒径や形状に合わせて、近似の粒径を有する窒化物等の粉末状の原料を準備すればよい。Z元素も、原料として、市販の窒化物、酸化物、炭酸塩、水酸化物、塩基性炭酸塩、または単体金属を用いることが出来る。勿論、各原料の純度は高い方が好ましく、2N以上、さらに好ましくは3N以上のものを準備する。特に、M元素の原料として炭酸塩を使用した場合には、本実施形態の蛍光体の構成元素に含まれない元素を含む化合物を、フラックス(反応促進剤)として添加することなく、フラックス効果を得ることができるため好ましい構成である。   In general, many phosphors are produced by a solid-phase reaction, and the method for producing the phosphor of this embodiment can also be obtained by a solid-phase reaction. However, the manufacturing method is not limited to these. The raw materials for M element, A element, and B element may be commercially available raw materials such as nitrides, oxides, carbonates, hydroxides, basic carbonates, etc., but carbonates are particularly preferable for M elements. Since it is preferable that the purity is higher, a material having a purity of 2N or more, more preferably 3N or more is prepared. In general, the particle diameter of each raw material particle is preferably a fine particle from the viewpoint of promoting the reaction, but the particle diameter and shape of the obtained phosphor also vary depending on the particle diameter and shape of the raw material. For this reason, a powdery raw material such as a nitride having an approximate particle size may be prepared in accordance with the particle size and shape required for the finally obtained phosphor. As for the element Z, commercially available nitrides, oxides, carbonates, hydroxides, basic carbonates, or simple metals can also be used as raw materials. Of course, the purity of each raw material is preferably higher, and 2N or more, more preferably 3N or more is prepared. In particular, when carbonate is used as the raw material for the M element, the flux effect can be obtained without adding a compound containing an element not included in the constituent elements of the phosphor of the present embodiment as a flux (reaction accelerator). This is a preferable configuration because it can be obtained.

組成式Sr4AlSi11(O2)N17:Eu (但し、Eu / (Sr + Eu) = 0.030)の製造であれば、例えばM元素、A元素、B元素の原料として、それぞれSrCO3(3N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)を準備し、Z元素としては、Eu2O3(3N)を準備するとよい。これらの原料を、各元素のモル比がSr : Al : Si : Eu = 0.970 : 0.25 : 2.75 : 0.030となるように、各原料の混合比を、それぞれ、SrCO3を0.970 mol、AlNを0.25 mol、Si3N4を2.75/3 mol、Eu2O3を0.030/2 mol秤量し混合する。Sr原料として炭酸塩を使用したのは、炭酸塩など低融点の原料を使用した際には、原料自体がフラックスとして働き、反応が促進され、発光特性が向上するためである。 In the production of the composition formula Sr 4 AlSi 11 (O 2 ) N 17 : Eu (where Eu / (Sr + Eu) = 0.030), for example, SrCO 3 ( 3N), AlN (3N), and Si 3 N 4 (3N) are prepared, and Eu 2 O 3 (3N) is preferably prepared as the Z element. In these raw materials, the mixing ratio of each raw material was 0.970 mol for SrCO 3 and 0.25 mol for AlN so that the molar ratio of each element would be Sr: Al: Si: Eu = 0.970: 0.25: 2.75: 0.030. Then, weigh 2.75 / 3 mol of Si 3 N 4 and 0.030 / 2 mol of Eu 2 O 3 and mix them. The reason why carbonate is used as the Sr raw material is that when a low melting point raw material such as carbonate is used, the raw material itself acts as a flux, the reaction is promoted, and the light emission characteristics are improved.

また、原料として酸化物を使用した場合、フラックス効果を得るために、フラックスとして別の物質を添加してもよいが、その場合には当該フラックスが不純物となり、蛍光体の特性を悪化させる可能性があることに注意する必要がある。当該秤量・混合については、各原料元素の窒化物が水分の影響を受けやすいため、水分を十分取り除いた不活性雰囲気下のグローブボックス内での操作が好ましいが、大気中で行っても良い。混合方式は湿式、乾式どちらでも構わないが、湿式混合の溶媒として純水を用いると窒化物原料が酸化するため、適当な有機溶媒を選定する必要がある。装置としてはボールミルや乳鉢等を用いる通常のものでよい。   In addition, when an oxide is used as a raw material, another substance may be added as a flux in order to obtain a flux effect. In this case, the flux may become an impurity, which may deteriorate the characteristics of the phosphor. Note that there is. The weighing and mixing are preferably performed in the glove box under an inert atmosphere from which moisture has been sufficiently removed because the nitrides of the respective raw material elements are easily affected by moisture, but may be performed in the air. Either a wet method or a dry method may be used, but if pure water is used as a solvent for wet mixing, the nitride raw material is oxidized, and therefore an appropriate organic solvent must be selected. The apparatus may be a normal apparatus using a ball mill or a mortar.

混合が完了した原料をるつぼに入れ、希ガス等の不活性ガス、水素、アンモニア等の還元性ガスが含まれても良いが、窒素ガスを90%以上含むガス雰囲気中で1600℃以上、さらに好ましくは1700℃以上2000℃以下で30分以上保持して焼成する。焼成温度が1600℃以上であれば、固相反応が良好に進行して発光特性に優れた蛍光体を得ることが可能となる。また2000℃以下で焼成すれば、過剰な焼結や、融解が起こることを防止できる。尚、焼成温度が高いほど固相反応が迅速に進むため、保持時間を短縮出来る。一方、焼成温度が低い場合でも、当該温度を長時間保持することにより目的の発光特性を得ることが出来る。しかし、焼成時間が長いほど粒子成長が進み、粒子形状が大きくなるため、目的とする粒子サイズに応じて焼成時間を設定すればよい。   The mixed raw material is put into a crucible and may contain inert gas such as rare gas, reducing gas such as hydrogen and ammonia, but 1600 ° C or higher in a gas atmosphere containing 90% or more of nitrogen gas. Preferably, baking is performed at 1700 ° C. or more and 2000 ° C. or less for 30 minutes or more. When the firing temperature is 1600 ° C. or higher, it is possible to obtain a phosphor excellent in light emission characteristics through favorable solid-phase reaction. Further, if firing at 2000 ° C. or less, excessive sintering and melting can be prevented. In addition, since a solid-phase reaction advances rapidly, so that a calcination temperature is high, holding time can be shortened. On the other hand, even when the firing temperature is low, the desired light emission characteristics can be obtained by maintaining the temperature for a long time. However, the longer the firing time, the more the particle growth proceeds and the larger the particle shape. Therefore, the firing time may be set according to the target particle size.

当該焼成中の炉内圧力は0.5 MPa以下が好ましく、更に好ましくは0.1 MPa以下である。(本実施形態において、炉内圧力とは大気圧からの加圧分の意味である。)これは、0.5 MPa以下の圧力下で焼成することにより、粒子間の焼結が進み過ぎることを回避でき、焼成後の粉砕を容易化できるためである。尚、るつぼとしてはAl2O3るつぼ、Si3N4るつぼ、AlNるつぼ、サイアロンるつぼ、C(カーボン)るつぼ、BN(窒化ホウ素)るつぼなどの、上述のガス雰囲気中で使用可能なものを用いれば良いが、BNるつぼを用いると、るつぼからの不純物混入を回避することができ好ましい。 The furnace pressure during the firing is preferably 0.5 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or less. (In this embodiment, the furnace pressure means the amount of pressure from atmospheric pressure.) This avoids excessive sintering between particles by firing at a pressure of 0.5 MPa or less. This is because pulverization after firing can be facilitated. In addition, as the crucible, those that can be used in the above gas atmosphere such as Al 2 O 3 crucible, Si 3 N 4 crucible, AlN crucible, sialon crucible, C (carbon) crucible, BN (boron nitride) crucible are used. However, it is preferable to use a BN crucible because it can avoid contamination of impurities from the crucible.

また、焼成中は、上述のガス雰囲気を、例えば0.1 ml/min以上の流量で流した状態で焼成することが好ましい。これは、焼成中には原料からガスが発生するが、上述の窒素ガスを90%以上含むガス雰囲気を流動(フロー)させることにより、原料から発生したガスが炉内に充満して反応に影響を与えることを防止でき、この結果、蛍光体の発光特性の低下を防止できるからである。特に、原料に炭酸塩、水酸化物、塩基性炭酸塩を使用した際には、焼成中に原料が分解し酸化物になる際にガスが発生するため、焼成炉内の雰囲気をフローさせ、発生したガスを排気させることが好ましい。   Further, during firing, it is preferable to perform firing in a state where the above gas atmosphere is flowed at a flow rate of, for example, 0.1 ml / min or more. This is because gas is generated from the raw material during firing, but by flowing a gas atmosphere containing 90% or more of the nitrogen gas described above, the gas generated from the raw material fills the furnace and affects the reaction. This is because it is possible to prevent deterioration of the light emission characteristics of the phosphor. In particular, when carbonates, hydroxides, and basic carbonates are used as raw materials, gas is generated when the raw materials decompose and become oxides during firing, so the atmosphere in the firing furnace flows, It is preferable to exhaust the generated gas.

本実施の形態では原料を粉末のまま焼成することが好ましい。一般的な固相反応では、原料同士の接点における原子の拡散による反応の進行を考慮し、原料全体で均一な反応を促進させるために、原料をペレット状にして焼成することが多い。ところが、当該蛍光体原料の場合には、粉末のまま焼成することで、焼成後の解砕が容易であり、1次粒子の形状が理想的な球状となることから、粉末として扱い易いものとすることができ好ましい。更に、原料として、炭酸塩、水酸化物、塩基性炭酸塩を使用した場合には、焼成時の原料の分解によりCO2ガスなどが発生するが、原料が粉体であれば十分に抜けきってしまうので発光特性に悪影響を及ぼさないという観点からも、原料が粉体であることが好ましい。また、本実施形態の蛍光体は、発光特性の向上と共に、蛍光体粒子中に柱状の粒子形状をした粒子が観察される。これは、本実施形態の蛍光体の組成において、結晶成長が進んだ場合に柱状の粒子形状を取り易いためであり、当該柱状の粒子形状をした粒子は、優れた発光特性を発揮するものと考えられる。従って、発光特性の向上の観点から、蛍光体の1次粒子は、柱状粒子を含むものが好ましい。 In the present embodiment, it is preferable to fire the raw material as powder. In a general solid phase reaction, in consideration of the progress of the reaction due to the diffusion of atoms at the contact between the raw materials, the raw materials are often baked in the form of pellets in order to promote a uniform reaction throughout the raw materials. However, in the case of the phosphor raw material, it is easy to handle as a powder because it is easy to disintegrate after firing by firing it as powder and the primary particles have an ideal spherical shape. This is preferable. In addition, when carbonates, hydroxides, or basic carbonates are used as raw materials, CO 2 gas and the like are generated by decomposition of the raw materials during firing. Therefore, the raw material is preferably a powder from the viewpoint of not adversely affecting the light emission characteristics. In addition, in the phosphor of the present embodiment, particles having a columnar particle shape are observed in the phosphor particles as the light emission characteristics are improved. This is because in the composition of the phosphor of the present embodiment, it is easy to take a columnar particle shape when crystal growth proceeds, and the particle having the columnar particle shape exhibits excellent light emission characteristics. Conceivable. Therefore, from the viewpoint of improving the light emission characteristics, the primary particles of the phosphor preferably include columnar particles.

本蛍光体の組成の調整方法としては、原料混合時にAlを数%多めに秤量してもよいが、焼成時の調整によって酸素濃度を変化させる方が容易である。酸素濃度の調整方法には、蛍光体を焼成する炉(例えばバッチ炉、連続炉、加圧炉)や、各々により製造条件は異なるが、焼成温度、焼成時間または雰囲気流量によって調整すればよい。焼成温度を高くする、または焼成時間を長くする、または焼成時の雰囲気流量を多くすれば生成後の酸素濃度は低くなる。目的の酸素濃度は被膜する酸化膜の厚さ、生成後の熱処理温度、時間によって内部に拡散する酸素量に応じて適した数値を定めればよい。一般的には、酸化物の膜厚は0.5nm以上、100nm以下であり、蛍光粒子に対する酸化膜の占める体積比は数%以下であるため、蛍光体粒子において、当該蛍光体が目標とする組成式から求められる酸素量より、1%から2%削減した酸素量とする設定にすればよい。   As a method for adjusting the composition of this phosphor, Al may be weighed by a few percent at the time of mixing the raw materials, but it is easier to change the oxygen concentration by adjustment at the time of firing. The method for adjusting the oxygen concentration may be adjusted according to the firing temperature, firing time, or atmospheric flow rate although the production conditions differ depending on the furnace for firing the phosphor (for example, a batch furnace, a continuous furnace, or a pressure furnace). If the firing temperature is increased, the firing time is lengthened, or the atmospheric flow rate during firing is increased, the oxygen concentration after generation is lowered. The target oxygen concentration may be a numerical value suitable for the amount of oxygen diffusing inside depending on the thickness of the oxide film to be coated, the heat treatment temperature after generation, and the time. In general, the thickness of the oxide is 0.5 nm or more and 100 nm or less, and the volume ratio of the oxide film to the fluorescent particles is several percent or less. What is necessary is just to set it as the oxygen amount reduced by 1% to 2% from the oxygen amount calculated | required from a type | formula.

焼成が完了した後、焼成物をるつぼから取り出し、乳鉢、ボールミル等の粉砕手段を用いて、所定の平均粒径となるように粉砕し、組成式Sr4AlSi11(O2)N17:Eu (但し、Eu / (Sr + Eu) = 0.030)で示される蛍光体を製造することができる。得られた蛍光体はこの後必要に応じて、洗浄、分級、表面処理を行う。
M元素、A元素、B元素、Z元素として、他の元素を用いた場合、および付活剤であるEuの付活量を変更した場合にも、各原料の仕込み時の配合量を所定の組成比に合わせることで、上述したものと同様の製造方法により蛍光体を製造することができる。
After the firing is completed, the fired product is taken out from the crucible, and ground using a mortar, ball mill, or other pulverizing means so as to have a predetermined average particle size, and the composition formula Sr 4 AlSi 11 (O 2 ) N 17 : Eu (However, Eu / (Sr + Eu) = 0.030) can be produced. Thereafter, the obtained phosphor is washed, classified, and surface-treated as necessary.
When other elements are used as M element, A element, B element, and Z element, and when the activation amount of Eu as an activator is changed, the blending amount at the time of charging each raw material is set to a predetermined value. By adjusting to the composition ratio, the phosphor can be manufactured by the same manufacturing method as described above.

次に、蛍光体粒子の解砕工程について説明する。
焼成後の蛍光体粒子は、乳鉢、ボールミル、ジェットミル、サンプルミル、ローラーミル等を用いて解砕を行う。尚、後述する理由により、当該解砕は蛍光体粒子の平均粒子径が1.0μm以上、20μm以下となるように行うことが好ましい。
Next, the crushing process of the phosphor particles will be described.
The phosphor particles after firing are crushed using a mortar, ball mill, jet mill, sample mill, roller mill or the like. For the reasons described later, it is preferable to perform the crushing so that the average particle diameter of the phosphor particles is 1.0 μm or more and 20 μm or less.

次に、蛍光体粒子の表面に酸化膜を被膜する工程について説明する。酸化膜についてはSi、Ti、Zr、In、Snから構成される酸化膜が良いが、中でもSiO2膜を設けることが製法上安価、且つ容易で好ましい。ただし、SiO2以外においてもZrO2、TiO2等の酸化膜でも同様な効果が得られる。またInやSnの酸化膜とした場合は、当該酸化膜が、蛍光体表面を覆う以外に導電性を保有するため、ディスプレイ用など電子が直接蛍光体表面に照射される用途においては好ましい導電性酸化膜と言える。 Next, a process for coating the surface of the phosphor particles with an oxide film will be described. As the oxide film, an oxide film composed of Si, Ti, Zr, In, and Sn is preferable. However, providing an SiO 2 film is preferable because it is inexpensive and easy to manufacture. However, similar effects can be obtained even in the oxide film of ZrO 2, TiO 2, etc. In addition SiO 2. In addition, when an oxide film of In or Sn is used, the oxide film has conductivity in addition to covering the phosphor surface, so that it is preferable in applications where electrons are directly irradiated on the phosphor surface, such as for displays. It can be said that it is an oxide film.

蛍光体粒子表面にSiO2膜等の酸化膜を被膜する方法としては、所謂ゾル・ゲル法が好ましい。ゾル・ゲル法とは、まず蛍光体粒子表面に、コーティング物質の加水分解生成物を被着させた後、触媒などによって、当該加水分解生成物を縮合反応させる方法である。そこで本実施形態の場合、蛍光体粒子へのSiO2膜の被膜は、有機溶媒中で蛍光体粒子とオルガノシラン化合物と水とを混合し、ゾルの加水分解反応を行うことから始まる。 A so-called sol-gel method is preferred as a method of coating the surface of the phosphor particles with an oxide film such as a SiO 2 film. The sol-gel method is a method in which a hydrolysis product of a coating substance is first deposited on the surface of phosphor particles, and then the hydrolysis product is subjected to a condensation reaction with a catalyst or the like. Therefore, in the case of the present embodiment, the coating of the SiO 2 film on the phosphor particles starts by mixing phosphor particles, an organosilane compound, and water in an organic solvent and performing a sol hydrolysis reaction.

ここで、有機溶媒としては、加水分解反応を進行させるゾル媒体として機能させるために水溶性のものが好ましく、特に、メチルアルコール、エチルアルコール、およびイソプロピルアルコールなどのアルコール類が好ましい。   Here, the organic solvent is preferably water-soluble in order to function as a sol medium for proceeding the hydrolysis reaction, and particularly alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol are preferable.

オルガノシランとしては、一般式R14-aSi(OR2)aで表されるアルコキシシラン(但し、R1は1価の炭化水素基、R2は炭素数1から4の1価の炭化水素基、aは3から4の整数である。)が好ましく、中でも、テトラエトキシシラン(以下、TEOSと記載する。)、メチルトリメトキシシランが好ましい。 As the organosilane, an alkoxysilane represented by the general formula R1 4-a Si (OR2) a (where R1 is a monovalent hydrocarbon group, R2 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, a Is an integer of 3 to 4.) Among them, tetraethoxysilane (hereinafter referred to as TEOS) and methyltrimethoxysilane are preferable.

アルコキシシランの加水分解を蛍光体粒子表面にて行わせるために、当該有機溶媒中に、加水分解に供される純水と蛍光体粒子とを入れて攪拌し、蛍光体粒子を懸濁させておく。次に、当該懸濁溶液中へアルコキシシランを添加し攪拌する。その後、加水分解・縮合反応を促進させる触媒を添加し攪拌する。これによって、蛍光体粒子表面にSiO2ゲルを含む被膜が形成される。 In order to hydrolyze the alkoxysilane on the surface of the phosphor particles, pure water to be subjected to hydrolysis and the phosphor particles are put in the organic solvent and stirred, and the phosphor particles are suspended. deep. Next, alkoxysilane is added to the suspension and stirred. Thereafter, a catalyst for promoting the hydrolysis / condensation reaction is added and stirred. As a result, a coating film containing SiO 2 gel is formed on the surface of the phosphor particles.

加水分解・縮合反応を促進させるゲル化剤としては、塩酸、硫酸または燐酸などの酸でも良いが、均一で緻密なSiO2膜を得る観点からは、アルカリの方が好ましく、またアルカリの中でも、金属分を有しないアンモニアが好ましい。加えて、アンモニアを用いることで、均一で緻密なSiO2膜が良好に得られる上に、入手しやすく低コストであり、揮発除去が容易で不純物の残留が無いなどの多くのメリットがある。 As a gelling agent for promoting the hydrolysis / condensation reaction, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid may be used, but from the viewpoint of obtaining a uniform and dense SiO 2 film, an alkali is preferable. Ammonia without metal content is preferred. In addition, by using ammonia, a uniform and dense SiO 2 film can be obtained satisfactorily, and there are many advantages such as easy availability and low cost, easy volatilization removal, and no residual impurities.

ここで、加水分解反応に使用する反応槽としては、金属槽よりもセラミック反応槽やテフロン(登録商標)コートされた反応槽などを使用することが好ましい。これは、有機溶媒中で攪拌する際に、攪拌羽や反応槽壁が蛍光体粒子との衝突により削り取られ、発光強度を下げる不純物となって蛍光体粉末に混入する可能性があるからである。中でも、蛍光体中のFe,Ni,Co元素の濃度は100ppm以下であることが好ましい。   Here, as the reaction tank used for the hydrolysis reaction, it is preferable to use a ceramic reaction tank, a Teflon (registered trademark) -coated reaction tank, or the like, rather than a metal tank. This is because when stirring in an organic solvent, the stirring blade and the reaction vessel wall are scraped off by collision with the phosphor particles, and may be mixed into the phosphor powder as an impurity that lowers the emission intensity. . In particular, the concentration of Fe, Ni, Co element in the phosphor is preferably 100 ppm or less.

加水分解反応およびこれに続く縮合反応は、アンモニア水を添加した後、熟成させることによって進行させるのが望ましい。アンモニア水の添加速度は特に限定されないが、ゆっくり添加することで、蛍光体懸濁液のpHが一気に上昇することを回避し、蛍光体粒子に被覆されるSiO2膜等の酸化膜の構造が粗になってしまうことを回避できる。 It is desirable that the hydrolysis reaction and the subsequent condensation reaction proceed by aging after adding aqueous ammonia. The addition rate of the ammonia water is not particularly limited, but by slowly adding it, the pH of the phosphor suspension is avoided at once, and the structure of the oxide film such as SiO 2 film coated on the phosphor particles is reduced. It can avoid becoming coarse.

また、アンモニア水を添加する際には、連続的に添加することにより、コーティングされる蛍光体粒子同士の凝集を防止できる。これは、アンモニア水を連続的に添加し蛍光体懸濁液のpHを緩やかに上昇させることで、蛍光体粒子表面以外の懸濁液中でSiO2粒子が生成し、当該SiO2粒子が蛍光体粒子同士の凝集を誘発するバインダーとして働いてしまうという事態を回避できるからである。更に、当該蛍光体懸濁液のpHを緩やかに上昇させることで、蛍光体粒子表面にSiO2が不均一に生成してしまうことで表面が凸凹になり、当該蛍光体粒子同士が凝集しやすくなるといった事態を回避できる。また、アンモニア水添加完了後の、熟成時の液温は特に限定されないが、10℃ 〜 70℃、さらには40℃程度が好ましい。液温が10℃ 〜 70℃さらには40℃程度であるとSiO2膜等の酸化膜が粗になるのを回避することができる。熟成時間も特に限定されないが0.5hr 〜 5hrが好ましい。 Moreover, when adding ammonia water, aggregation of the fluorescent substance particles coated can be prevented by adding continuously. This is because by adding ammonia water continuously and gradually raising the pH of the phosphor suspension, SiO 2 particles are generated in the suspension other than the phosphor particle surface, and the SiO 2 particles are fluorescent. This is because the situation of acting as a binder that induces aggregation of body particles can be avoided. Furthermore, by gradually increasing the pH of the phosphor suspension, the surface of the phosphor particles is unevenly formed due to non-uniform generation of SiO 2 , and the phosphor particles tend to aggregate. Can be avoided. Moreover, the liquid temperature at the time of aging after completion of the addition of ammonia water is not particularly limited, but is preferably 10 ° C to 70 ° C, and more preferably about 40 ° C. When the liquid temperature is about 10 ° C. to 70 ° C. or about 40 ° C., it can be avoided that the oxide film such as the SiO 2 film becomes rough. The aging time is not particularly limited, but is preferably 0.5 hr to 5 hr.

以上の操作により得られる蛍光体粒子上のSiO2膜の膜厚、膜密度は、一般に、添加当初のアルコキシシラン量、純水量、蛍光体懸濁液液温、熟成時間などに依存する。そこで、これらアルコキシシラン量等を制御することによって、任意の膜厚、膜密度を有するSiO2ゲルの膜を蛍光体粒子表面に被着することができる。SiO2ゲルのコーティング膜の膜厚は400 nm以下、好ましくは100nm以下、より好ましくは20nm未満とすることで、コーティングされた蛍光体粒子が互いに凝集するのを回避できる。 The film thickness and film density of the SiO 2 film on the phosphor particles obtained by the above operations generally depend on the initial alkoxysilane amount, pure water amount, phosphor suspension liquid temperature, aging time, and the like. Therefore, by controlling the amount of alkoxysilane and the like, a SiO 2 gel film having an arbitrary film thickness and film density can be deposited on the phosphor particle surface. By setting the thickness of the SiO 2 gel coating film to 400 nm or less, preferably 100 nm or less, and more preferably less than 20 nm, the coated phosphor particles can be prevented from aggregating with each other.

次に、添加するアルコキシシラン量の調整による、SiO2ゲルのコーティング膜における膜厚の制御について説明する。 Next, control of the film thickness of the SiO 2 gel coating film by adjusting the amount of added alkoxysilane will be described.

まず、添加するアルコキシシラン量を(W1)、ねらいとするSiO2ゲルのコーティング膜の膜厚を(L)、BET法により求めた蛍光体粒子の比表面積を(S)、蛍光体粒子の仕込み量を(W3)とする。すると、添加された全蛍光体粒子の表面(S×W3)が膜厚(L)をもってSiO2ゲルコーティングされた場合、SiO2ゲルコーティングの体積 (V1)は、
V1 = S × W3 × L…(式1)
となる。
First, the amount of alkoxysilane to be added is (W1), the target SiO 2 gel coating film thickness is (L), the specific surface area of the phosphor particles determined by the BET method is (S), and the phosphor particles are charged. Let the amount be (W3). Then, when the surface of all the added phosphor particles (S × W3) is coated with SiO 2 gel with film thickness (L), the volume (V1) of SiO 2 gel coating is
V1 = S × W3 × L ... (Formula 1)
It becomes.

一方、SiO2ゲルコーティングの密度をρ(シリカゲル=2.0g/cm3の密度と同値)とすると、全蛍光体粒子の表面に生成するSiO2の重量(W2)は、
W2 = V1×ρ…(式2)
となる。
On the other hand, assuming that the density of the SiO 2 gel coating is ρ (silica gel = 2.0 g / cm 3 equivalent), the weight (W2) of SiO 2 generated on the surface of all phosphor particles is
W2 = V1 × ρ… (Formula 2)
It becomes.

従って、SiO2の分子量を(Mw2)、SiO2のモル量を(M1)としたとき、全蛍光体粒子の表面に生成するSiO2膜のモル量は、
M1 = W2/Mw2…(式3)
となる。
Therefore, when the molecular weight of SiO 2 is (Mw2) and the molar amount of SiO 2 is (M1), the molar amount of the SiO 2 film generated on the surface of all phosphor particles is
M1 = W2 / Mw2 ... (Formula 3)
It becomes.

ここで、アルコキシシランが例えばTEOSの場合、Si(OC2H5)4 1.0mol中に、Siは1.0mol存在していることから、Si(OC2H5)41.0molから生成するSiO2も1.0molである。すなわち、SiO2をM1モル生成するためにはTEOSもM1モル必要となるので、TEOSの分子量を(Mw1)とするとアルコキシシラン量(W1)は、
W1 = M1 × Mw1…(式4)
となる。
In the case of alkoxysilanes, for example TEOS, Si (OC 2 H 5 ) 4 in 1.0 mol, since Si is present 1.0 mol, SiO 2 generated from Si (OC 2 H 5) 4 1.0mol Is 1.0 mol. That is, since M1 mol of TEOS is also required to generate M1 mol of SiO 2 , when the molecular weight of TEOS is (Mw1), the amount of alkoxysilane (W1) is
W1 = M1 × Mw1 ... (Formula 4)
It becomes.

そして、式1〜式4より、
W1 = S × W3 × L ×ρ× Mw1/Mw2…(式5)
となり、ρ、Mw1、Mw2は定数、Sは測定値、W3は所定の設定値であることから、ねらいの膜厚値Lの値を式5に代入すれば、添加すべきアルコキシシラン量(W1)を求めることができる。
And from Formula 1 to Formula 4,
W1 = S x W3 x L x rho x Mw1 / Mw2 (Formula 5)
Since ρ, Mw1, and Mw2 are constants, S is a measured value, and W3 is a predetermined set value, if the desired film thickness value L is substituted into Equation 5, the amount of alkoxysilane to be added (W1 ).

また、式5を膜厚値Lについて解くと、
L=〔Mw2/(S×W3×ρ×Mw1)〕×W1…(式6)
が得られ、添加したアルコキシシラン量(W1)よりSiO2ゲルのコーティング膜厚の値(L)を算定することができる。
Further, when Equation 5 is solved for the film thickness value L,
L = [Mw2 / (S × W3 × ρ × Mw1)] × W1 (Formula 6)
The coating film thickness value (L) of the SiO 2 gel can be calculated from the amount of added alkoxysilane (W1).

さらに、SiO2ゲルのコーティング膜厚の値(L)を直接求める方法例として、透過電子顕微鏡(TEM)を用いた高倍率観察結果から求めることができる。 Furthermore, as an example of a method for directly obtaining the coating film thickness value (L) of the SiO 2 gel, it can be obtained from the result of high-magnification observation using a transmission electron microscope (TEM).

得られたSiO2ゲル膜がコーティングされた蛍光体粒子は、固・液分離により蛍光体懸濁液から単離される。固・液分離の方法としては濾過が一般的である。乾燥方法は温風乾燥、真空乾燥、スプレードライヤーなど一般的な方法でよい。 The obtained phosphor particles coated with the SiO 2 gel film are isolated from the phosphor suspension by solid / liquid separation. Filtration is common as a method for solid / liquid separation. The drying method may be a general method such as warm air drying, vacuum drying, or spray dryer.

次に、蛍光体粒子を熱処理する工程について説明する。
熱処理の条件として、熱処理温度は、粒子同士が焼結しない温度、及び、蛍光体が製品に組み込まれた際に曝される温度においても安定である安定相を形成できる温度に設定する必要がある。そして、当該熱処理温度は、本焼成の焼成温度1600℃以下であることが好ましく、より好ましくは1000℃以下、さらに好ましくは500℃以下であって、200℃以上である。熱処理時間は熱処理温度によっても変わってくるが、0.5時間以上であることが好ましい。
Next, the process of heat-treating the phosphor particles will be described.
As a condition for the heat treatment, the heat treatment temperature needs to be set to a temperature at which particles are not sintered and a temperature at which a stable phase can be formed which is stable even at a temperature exposed when the phosphor is incorporated into a product. . The heat treatment temperature is preferably 1600 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or lower, and 200 ° C. or higher. The heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature, but is preferably 0.5 hours or longer.

熱処理雰囲気としては、蛍光体表面が酸化すると表面構造が発光に適さない構造へと変化してしまうため、窒素を構成元素に含み、且つ酸素を含まない雰囲気ガス中で行うことが好ましく、中でも、アンモニアガス、窒素ガス、アンモニアガスおよび窒素ガスの混合ガス雰囲気が好ましい。尚、アンモニアガス雰囲気を用いる際は、アンモニアが腐食性ガスであるため、炉材質がアンモニアにより腐食されない炉を使用する必要がある。また、若干ではあるが、熱処理が施される蛍光体粒子からガスが発生する可能性もあるため、雰囲気ガスは流通させることが好ましい。当該熱処理により、表面酸化膜から蛍光体粒子への酸素の拡散、蛍光体粒子から表面酸化膜への窒素の拡散により耐久性に優れた蛍光体粒子を得ることができる。   As the heat treatment atmosphere, when the phosphor surface is oxidized, the surface structure is changed to a structure not suitable for light emission. Therefore, it is preferable to perform in an atmosphere gas containing nitrogen as a constituent element and not containing oxygen. A mixed gas atmosphere of ammonia gas, nitrogen gas, ammonia gas and nitrogen gas is preferable. In addition, when using ammonia gas atmosphere, since ammonia is corrosive gas, it is necessary to use the furnace whose furnace material is not corroded by ammonia. In addition, although there is a slight possibility that gas may be generated from the phosphor particles subjected to the heat treatment, it is preferable to circulate the atmospheric gas. By the heat treatment, phosphor particles having excellent durability can be obtained by diffusion of oxygen from the surface oxide film to the phosphor particles and diffusion of nitrogen from the phosphor particles to the surface oxide film.

こうして得られた、熱処理が施されたSiO2膜を表面に有し、自身も熱処理された蛍光体粒子は、未処理の蛍光体粒子に比べ、熱劣化、長時間の点灯による輝度低下・色味変化が抑制されたものとなる。 The thus obtained heat-treated SiO 2 film on the surface, and the phosphor particles that have been heat-treated themselves, compared with untreated phosphor particles, are heat-degraded, resulting in lower brightness and color due to prolonged lighting. Taste change is suppressed.

この結果、波長250 nmから500nmの範囲にある所定の励起光が照射された蛍光体の、25℃における発光スペクトル中の最大ピークの相対強度の値を発光強度をBPとし、前記蛍光体が300℃の大気中に6時間保持されて熱劣化された後に25℃に戻され、前記所定の励起光が照射された際の発光スペクトル中の最大ピークの相対強度の値を発光強度をAPとしたとき、熱処理が施されたSiO2膜が表面に設けられた蛍光体粒子を含む蛍光体は、当該熱劣化に対する変化率が、(BP - AP)/ BP ≦ 0.05となり、耐熱性に優れていることが判明した。 As a result, the relative intensity of the maximum peak in the emission spectrum at 25 ° C. of the phosphor irradiated with predetermined excitation light in the wavelength range of 250 nm to 500 nm is BP, and the phosphor is 300 It was kept in the atmosphere at ℃ for 6 hours and thermally deteriorated, then returned to 25 ℃, and the relative intensity of the maximum peak in the emission spectrum when irradiated with the predetermined excitation light was defined as the emission intensity as AP. When a phosphor containing phosphor particles provided with a heat-treated SiO 2 film on its surface, the rate of change with respect to the thermal degradation is (BP−AP) /BP≦0.05, which is excellent in heat resistance It has been found.

本実施形態の、熱処理が施されたSiO2被膜が設けられ、自身も熱処理が施された蛍光体粒子を含む蛍光体を粉体の形で用いる場合、当該蛍光体の粉体の平均粒径が20μm以下であることが好ましい。これは、蛍光体において発光は主に粒子表面で起こると考えられており、平均粒径が20μm以下であれば、粉体単位重量あたりの表面積を確保でき、輝度の低下を回避できるからである。さらに、当該粉体をペースト状として、発光素子等に塗布した場合には塗布密度を高めることができ、この観点からも輝度の低下を回避できるからである。通常、SiO2を加水分解・重合により粒子表面に被覆した場合には、粒子同士が凝集しやすく、被覆前の平均粒子径に比べて、被覆後の平均粒子径は大きく増加する場合が多い。しかし、上述の本実施形態の製造方法によれば、凝集がほとんどみられず、被覆前と被覆後の平均粒子径はほぼ等しい。更に、被覆後に熱処理した場合にも、処理温度が低温であるため凝集はほとんど見られない。つまり、被覆前の蛍光体粉末の平均粒子径を20μm以下とし、本実施形態の製造方法を適用すれば、粉体の平均粒径が20μm以下である当該蛍光体を容易に得ることが可能である。また、本発明者らの検討によると、詳細な理由は不明であるが、蛍光体粉体の発光効率の観点からは、蛍光体粉末の平均粒径が1μmより大きいことが好ましいことも判明した。以上のことより、本実施形態の蛍光体粉体の平均粒径は、1μm〜20μmであることが好ましい。 In the present embodiment, when the heat-treated SiO 2 coating is provided and the phosphor containing the heat-treated phosphor particles is used in the form of powder, the average particle diameter of the powder of the phosphor Is preferably 20 μm or less. This is because light emission is considered to occur mainly on the particle surface in the phosphor, and if the average particle size is 20 μm or less, a surface area per unit weight of the powder can be secured and a reduction in luminance can be avoided. . Furthermore, when the powder is applied as a paste to a light emitting element or the like, the application density can be increased, and from this point of view, a reduction in luminance can be avoided. Usually, when SiO 2 is coated on the particle surface by hydrolysis and polymerization, the particles tend to aggregate, and the average particle diameter after coating is often greatly increased compared to the average particle diameter before coating. However, according to the manufacturing method of this embodiment described above, aggregation is hardly observed, and the average particle diameters before and after coating are substantially equal. Further, even when heat treatment is performed after coating, since the treatment temperature is low, aggregation is hardly observed. That is, if the average particle diameter of the phosphor powder before coating is 20 μm or less and the production method of this embodiment is applied, the phosphor having an average particle diameter of 20 μm or less can be easily obtained. is there. Further, according to the study by the present inventors, although the detailed reason is unknown, it was also found that the average particle diameter of the phosphor powder is preferably larger than 1 μm from the viewpoint of the luminous efficiency of the phosphor powder. . From the above, the average particle size of the phosphor powder of the present embodiment is preferably 1 μm to 20 μm.

粉末状となった本実施形態の蛍光体を、波長域250 nmから550 nm、好ましくは波長域250 nmから500 nmのいずれかの光を発光する発光部と組み合わせることで、各種の照明装置やディスプレイ用バックライト装置等の発光装置を製造することができる。   By combining the phosphor of the present embodiment in powder form with a light emitting part that emits light in a wavelength range of 250 nm to 550 nm, preferably in a wavelength range of 250 nm to 500 nm, A light emitting device such as a display backlight device can be manufactured.

発光部として、例えば、紫外から青色の範囲で発光するLED発光素子、紫外光を発生する放電灯等を用いることができる。そして、本実施形態の蛍光体と他の蛍光体とを混合した混合物を当該LED発光素子と組み合わせた場合には、各種の照明装置やディスプレイ用バックライト装置等の発光装置を製造することができる。また、本実施形態の蛍光体と他の蛍光体とを混合した混合物を当該放電灯と組み合わせた場合にも、各種蛍光灯や照明装置やディスプレイ用バックライト装置等の発光装置を製造することができる。   As the light emitting unit, for example, an LED light emitting element that emits light in a range from ultraviolet to blue, a discharge lamp that generates ultraviolet light, and the like can be used. And when the mixture which mixed the fluorescent substance of this embodiment, and another fluorescent substance is combined with the said LED light emitting element, light-emitting devices, such as various illuminating devices and a backlight apparatus for a display, can be manufactured. . In addition, even when a mixture obtained by mixing the phosphor of this embodiment and another phosphor is combined with the discharge lamp, it is possible to manufacture various light emitting devices such as various fluorescent lamps, illumination devices, and display backlight devices. it can.

本実施形態の蛍光体と、当該LED発光素子またはHg放電灯との組み合わせ方法は公知の方法にて行えば良い。例えば、当該蛍光体を発光部に直接塗布する方法、当該蛍光体をシリコン等の樹脂に分散させた後、当該分散物を発光部に塗布する方法、当該蛍光体を樹脂などにより形成された透明基材等に塗布し、当該基材を発光部上部に配置する方法を採ることができる。   A combination method of the phosphor of this embodiment and the LED light emitting element or the Hg discharge lamp may be performed by a known method. For example, a method in which the phosphor is directly applied to the light emitting part, a method in which the phosphor is dispersed in a resin such as silicon, and then a dispersion is applied to the light emitting part. It can apply | coat to a base material etc. and the method of arrange | positioning the said base material on the light emission part upper part can be taken.

上述の発光装置において、LED発光素子、Hg放電灯等を発光させると、これらの発光部は所定波長の光を発光するが、この所定波長の光の一部または全部が励起源となり、当該蛍光体が前記所定波長と異なる波長で発光し、優れた耐久性、輝度を有する白色光を始めとした発光装置を得ることができる。   In the above-described light emitting device, when an LED light emitting element, an Hg discharge lamp, or the like emits light, these light emitting portions emit light of a predetermined wavelength, and part or all of the light of the predetermined wavelength serves as an excitation source, and the fluorescent light It is possible to obtain a light emitting device such as white light whose body emits light at a wavelength different from the predetermined wavelength and has excellent durability and luminance.

以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
(実施例1)
実施例1では、組成式がSrAl0.2Si2.7(O)N3.80:Eu (但し、Eu / (Sr + Eu) = 0.030)であり、熱処理が施されたSiO2膜が表面に設けられ、自身も熱処理が施された蛍光体粒子を含む蛍光体を製造した。製造方法としては、M元素、A元素、B元素の各原料として、それぞれ市販のSrCO3(3N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)を準備し、Z元素として、Eu2O3(3N)を準備する。これらの原料を、各元素のモル比がSr : Al : Si : Eu = 0.970 : 0.20 : 2.70 : 0.030となるように、各原料の混合比を、それぞれ、SrCO3を0.970 mol、AlNを0.20mol、Si3N4を2.70/3 mol、Eu2O3を0.030/2 mol秤量し、大気中にて回転ボールミルを用いて混合した。混合した原料をBNるつぼに入れ、窒素雰囲気中(フロー状態)、炉内圧0.05 MPaで1600℃まで15℃/minで昇温し、1600℃で6時間保持・焼成した後、1600℃から200℃まで1時間で冷却した。その後、焼成後の試料を大気中にて混合解砕し、混合解砕した試料を再びるつぼ内に入れ、窒素雰囲気中(フロー状態)、炉内圧0.05 MPaで1750℃まで15℃/minで昇温し、1750℃で12時間保持・本焼成した後、1750℃から200℃まで1時間で冷却した。その後、本焼成試料を大気中にて適当な粒径になるまで乳鉢を用いて混合解砕し、組成式Sr Al0.2Si2.7(O)N3.80:Eu (但し、Eu / (Sr + Eu) = 0.030)で示される蛍光体を得た。
Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely.
Example 1
In Example 1, the composition formula is SrAl 0.2 Si 2.7 (O) N 3.80 : Eu (where Eu / (Sr + Eu) = 0.030), and a heat-treated SiO 2 film is provided on the surface, In addition, a phosphor containing phosphor particles that had been heat-treated was manufactured. As a manufacturing method, M element, A element, as the raw material of the element B, respectively commercially available SrCO 3 (3N), AlN ( 3N), to prepare a Si 3 N 4 (3N), as the element Z, Eu 2 O Prepare 3 (3N). The mixing ratio of each raw material is 0.970 mol for SrCO 3 and 0.20 mol for AlN so that the molar ratio of each element is Sr: Al: Si: Eu = 0.970: 0.20: 2.70: 0.030. Then, 2.70 / 3 mol of Si 3 N 4 and 0.030 / 2 mol of Eu 2 O 3 were weighed and mixed in the atmosphere using a rotating ball mill. Put the mixed raw materials in a BN crucible, raise the temperature to 1600 ° C at 15 ° C / min in a nitrogen atmosphere (flow state) at 0.05 MPa, hold and fire at 1600 ° C for 6 hours, and then from 1600 ° C to 200 ° C Cooled in 1 hour. After that, the fired sample is mixed and pulverized in the air, and the mixed and crushed sample is put again in the crucible, and the temperature is increased to 1750 ° C at a furnace pressure of 0.05 MPa at 15 ° C / min in a nitrogen atmosphere (flow state). After heating and holding at 1750 ° C. for 12 hours and main firing, it was cooled from 1750 ° C. to 200 ° C. in 1 hour. Thereafter, the fired sample is mixed and pulverized in a mortar until the particle size becomes an appropriate particle size in the atmosphere, and the composition formula SrAl 0.2 Si 2.7 (O) N 3.80 : Eu (however, Eu / (Sr + Eu) = 0.030) was obtained.

得られた蛍光体試料を、イソプロピルアルコール500gと純水62.2gとの混合溶媒中に30g投入し、液温を40℃に維持して攪拌を続けながら、膜厚が5.0 nmとなるように前記計算式5より求めた0.541gのテトラエトキシシラン(TEOS、95%)を添加した。TEOSの添加の後、アンモニア水(21.83%)111.5gを45minにわたり連続添加し、さらに攪拌を60min継続して熟成を行った。得られた反応液から蛍光体粉末を濾過により分別した後、100℃で3時間以上乾燥させてSiO2膜を有する蛍光体粉末を得た。 30 g of the obtained phosphor sample was put into a mixed solvent of 500 g of isopropyl alcohol and 62.2 g of pure water, the liquid temperature was kept at 40 ° C., and stirring was continued, so that the film thickness became 5.0 nm. 0.541 g of tetraethoxysilane (TEOS, 95%) obtained from Formula 5 was added. After the addition of TEOS, 111.5 g of aqueous ammonia (21.83%) was continuously added over 45 min, and further aging was continued for 60 min. After separating the phosphor powder from the obtained reaction solution by filtration, the phosphor powder was dried at 100 ° C. for 3 hours or more to obtain a phosphor powder having a SiO 2 film.

次に、SiO2膜を有する蛍光体粉末を、BNるつぼに充填し、アンモニア雰囲気中で300℃まで10℃/minで昇温し、300℃で3時間保持し熱処理した。このようにして、熱処理が施されたSiO2膜が表面に設けられ、自身も熱処理が施された蛍光体粒子を得た。得られた蛍光体粒子の酸素濃度 3.74wt%であり、平均粒子径(D50)は 12.08μmであった。 Next, phosphor powder having an SiO 2 film was filled in a BN crucible, heated to 300 ° C. at 10 ° C./min in an ammonia atmosphere, and kept at 300 ° C. for 3 hours for heat treatment. In this way, a heat-treated SiO 2 film was provided on the surface, and phosphor particles that were also heat-treated were obtained. The obtained phosphor particles had an oxygen concentration of 3.74 wt% and an average particle size (D50) of 12.08 μm.

(比較例1)
比較例1では、蛍光体粒子及びそれに形成されたSiO2膜へ熱処理を施さない以外は、実施例1と同様の処理を行って、当該蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を得た。当該蛍光体粒子表面には、5nmのSiO2膜を形成したが、アンモニア中での熱処理は行っていない。作製した当該蛍光体粉末の酸素濃度は 3.64wt%であり、平均粒子径(D50)は 12.13μmであった。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a phosphor powder containing the phosphor particles was obtained by performing the same treatment as in Example 1 except that the phosphor particles and the SiO 2 film formed thereon were not subjected to heat treatment. A 5 nm SiO 2 film was formed on the phosphor particle surface, but heat treatment in ammonia was not performed. The phosphor powder thus produced had an oxygen concentration of 3.64 wt% and an average particle size (D50) of 12.13 μm.

(実施例2)
実施例2では、実施例1と同様の組成比・製造方法によって蛍光体粒子を製造し、得られた蛍光体粒子30gを、イソプロピルアルコール500gと純水62.2gとの混合溶媒中へ投入し、液温を40℃に維持して攪拌を続けながら、膜厚が20.0 nmとなるように前記計算式5より求めた2.020gのテトラエトキシシラン(TEOS、95%)を添加した。TEOSの添加の後、アンモニア水(21.83%)443.0gを45minにわたり連続添加し、さらに攪拌を60min継続して熟成を行った。得られた反応液から蛍光体粉末を濾過により分別した後、100℃で3時間以上乾燥させて蛍光体表面に20nmのSiO2膜を有する蛍光体粒子を得た。
次に、SiO2膜を有する蛍光体粒子を、BNるつぼに充填し、アンモニア雰囲気中で300℃まで10℃/minで昇温し、300℃で3時間保持し熱処理した。このようにして、熱処理が施されたSiO2膜が表面に設けられ、自身も熱処理が施された蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を得た。
当該蛍光体粉末の酸素濃度は 3.74wt%であり、平均粒子径(D50)は 12.10μmであった。
(Example 2)
In Example 2, phosphor particles are produced by the same composition ratio and production method as in Example 1, and 30 g of the obtained phosphor particles are put into a mixed solvent of 500 g of isopropyl alcohol and 62.2 g of pure water. While maintaining the liquid temperature at 40 ° C. and continuing stirring, 2.020 g of tetraethoxysilane (TEOS, 95%) obtained from the above formula 5 was added so that the film thickness was 20.0 nm. After the addition of TEOS, 443.0 g of ammonia water (21.83%) was continuously added over 45 min, and further aging was continued for 60 min. After the phosphor powder was separated from the resulting reaction solution by filtration, it was dried at 100 ° C. for 3 hours or more to obtain phosphor particles having a 20 nm SiO 2 film on the phosphor surface.
Next, phosphor particles having a SiO 2 film were filled in a BN crucible, heated to 300 ° C. at 10 ° C./min in an ammonia atmosphere, and kept at 300 ° C. for 3 hours for heat treatment. In this way, a phosphor powder containing phosphor particles that were provided with a heat-treated SiO 2 film on the surface and that was also heat-treated was obtained.
The phosphor powder had an oxygen concentration of 3.74 wt% and an average particle size (D50) of 12.10 μm.

(比較例2)
比較例2では、蛍光体粒子及びそれに形成されたSiO2膜へ熱処理を施さない以外は、実施例2と同様の処理を行って、当該蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を得た。当該蛍光体粒子表面には、20nmのSiO2膜を形成したが、アンモニア中での熱処理は行っていない。作製した当該蛍光体粉末の酸素濃度は 3.87wt%であり、平均粒子径(D50)は 12.18μmであった。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a phosphor powder containing the phosphor particles was obtained by performing the same treatment as in Example 2 except that the phosphor particles and the SiO 2 film formed thereon were not subjected to heat treatment. A 20 nm SiO 2 film was formed on the surface of the phosphor particles, but heat treatment in ammonia was not performed. The phosphor powder thus produced had an oxygen concentration of 3.87 wt% and an average particle size (D50) of 12.18 μm.

(比較例3)
比較例3では、蛍光体粉末の表面にSiO2膜を設けず、熱処理を施されない以外は、実施例1と同様の処理をして蛍光体粒子を得た。得られた蛍光体粒子を含む蛍光体粉末の酸素濃度は 3.34wt%であり、平均粒子径(D50)は 12.11μmであった。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, phosphor particles were obtained by the same treatment as in Example 1 except that the surface of the phosphor powder was not provided with an SiO 2 film and was not subjected to heat treatment. The obtained phosphor powder containing phosphor particles had an oxygen concentration of 3.34 wt% and an average particle diameter (D50) of 12.11 μm.

(比較例4)
比較例4では、実施例1の組成からAlを添加しない組成で蛍光体粒子を製造し、当該製造された蛍光体粒子表面にSiO2膜を設けて熱処理を施し、SiO2膜が設けられ、自身も熱処理が施された蛍光体粒子を製造した。製造方法としては、M元素、B元素の各原料として、それぞれ市販のSrCO3(3N)、Si3N4(3N)を準備し、Z元素としては、Eu2O3(3N)を準備する。これらの原料を、各元素のモル比がSr : Si : Eu = 0.970 : 2.70 : 0.030となるように、各原料の混合比を、それぞれ、SrCO3を0.970 mol、Si3N4を2.70/3 mol、Eu2O3を0.030/2 mol秤量し、大気中にて回転ボールミルを用いて混合した。混合した原料をBNるつぼに入れ、窒素雰囲気中(フロー状態)、炉内圧0.05 MPaで1600℃まで15℃/minで昇温し、1600℃で6時間保持・焼成した後、1600℃から200℃まで1時間で冷却した。その後、焼成後の試料を大気中にて混合解砕し、混合解砕した試料を再びるつぼ内に入れ、窒素雰囲気中(フロー状態)、炉内圧0.05 MPaで1750℃まで15℃/minで昇温し、1750℃で12時間保持・本焼成した後、1750℃から200℃まで1時間で冷却した。その後、本焼成試料を大気中にて適当な粒径になるまで乳鉢を用いて混合解砕し、目的の蛍光体粒子を得た。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, to produce a phosphor particle to the composition without the addition of Al from the composition of Example 1, subjected to a heat treatment to provide a SiO 2 film on the manufactured phosphor particle surface, SiO 2 film is provided, The phosphor particles themselves were also heat treated. As manufacturing methods, commercially available SrCO 3 (3N) and Si 3 N 4 (3N) are prepared as raw materials for M element and B element, respectively, and Eu 2 O 3 (3N) is prepared as Z element. . In these raw materials, the mixing ratio of each raw material was 0.970 mol for SrCO 3 and 2.70 / 3 for Si 3 N 4 so that the molar ratio of each element was Sr: Si: Eu = 0.970: 2.70: 0.030. mol, Eu 2 O 3 was weighed 0.030 / 2 mol, and mixed in the atmosphere using a rotating ball mill. Put the mixed raw materials in a BN crucible, raise the temperature to 1600 ° C at 15 ° C / min in a nitrogen atmosphere (flow state) at 0.05 MPa, hold and fire at 1600 ° C for 6 hours, and then from 1600 ° C to 200 ° C Cooled in 1 hour. After that, the fired sample is mixed and pulverized in the air, and the mixed and crushed sample is put again in the crucible, and the temperature is increased to 1750 ° C at a furnace pressure of 0.05 MPa at 15 ° C / min in a nitrogen atmosphere (flow state). After heating and holding at 1750 ° C. for 12 hours and main firing, it was cooled from 1750 ° C. to 200 ° C. in 1 hour. Thereafter, the fired sample was mixed and pulverized using a mortar until the particle size became an appropriate particle size in the air to obtain target phosphor particles.

この蛍光体粒子を含む蛍光体粉末30gを、イソプロピルアルコール500gと純水99.7gとの混合溶媒中に投入し、液温を40℃に維持して攪拌を続けながら、膜厚が5.0 nmとなるように前記計算式5より求めた0.867gのテトラエトキシシラン(TEOS、95%)を添加した。TEOSの添加の後、チューブポンプを用いて、アンモニア水(21.83%)178.8gを45minにわたり連続添加し、さらに攪拌を60min継続して熟成を行った。得られた反応液から蛍光体粉末を濾過により分別した後、100℃で3時間以上乾燥させてSiO2膜を有する蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を得た。 30 g of the phosphor powder containing the phosphor particles is put into a mixed solvent of 500 g of isopropyl alcohol and 99.7 g of pure water, and the film temperature becomes 5.0 nm while maintaining the liquid temperature at 40 ° C. and continuing stirring. As described above, 0.867 g of tetraethoxysilane (TEOS, 95%) obtained from Formula 5 was added. After the addition of TEOS, 178.8 g of ammonia water (21.83%) was continuously added over 45 min using a tube pump, and further aging was continued for 60 min. After separating the phosphor powder from the obtained reaction solution by filtration, the phosphor powder was dried at 100 ° C. for 3 hours or more to obtain a phosphor powder containing phosphor particles having a SiO 2 film.

次に、SiO2被覆された蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を、BNるつぼに充填し、アンモニア雰囲気中で300℃まで10℃/minで昇温し、300℃で3時間保持し熱処理した。このようにして、熱処理が施されたSiO2被膜が表面に設けられ、自身も熱処理が施された蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を得た。得られた蛍光体粉末の酸素濃度は 3.93wt%であり、平均粒子径(D50)は 10.22μmであった。 Next, phosphor powder containing phosphor particles coated with SiO 2 was filled in a BN crucible, heated to 300 ° C. at 10 ° C./min in an ammonia atmosphere, and heated at 300 ° C. for 3 hours. In this way, a phosphor powder containing phosphor particles that were provided with a heat-treated SiO 2 coating on the surface and that had been heat-treated was also obtained. The obtained phosphor powder had an oxygen concentration of 3.93 wt% and an average particle size (D50) of 10.22 μm.

(比較例5)
比較例5では、蛍光体粒子及びそのSiO2膜へ熱処理を施さない以外は、比較例4と同様の処理をしてSiO2膜を有する蛍光体粒子を含む蛍光体粉末を得た。得られた蛍光体粉末の酸素濃度は 4.00wt%であり、平均粒子径(D50)は 10.29μmであった。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a phosphor powder containing phosphor particles having a SiO 2 film was obtained by performing the same treatment as in Comparative Example 4 except that the phosphor particles and their SiO 2 film were not heat-treated. The obtained phosphor powder had an oxygen concentration of 4.00 wt% and an average particle size (D50) of 10.29 μm.

(比較例6)
比較例6では、蛍光体粒子の表面にSiO2膜を設けず、熱処理を施さない以外は、比較例4と同様の処理をして蛍光体粉末を得た。得られた蛍光体粉末の酸素濃度は 3.63wt%であり、平均粒子径(D50)は 10.16μmであった。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a phosphor powder was obtained by performing the same treatment as in Comparative Example 4 except that the surface of the phosphor particles was not provided with an SiO 2 film and heat treatment was not performed. The obtained phosphor powder had an oxygen concentration of 3.63 wt% and an average particle size (D50) of 10.16 μm.

(評価)
表1に、実施例1、2、および比較例1から6に係る蛍光体粉末の、平均粒径(D50)、酸素濃度(wt%)、25℃で波長460nmの励起光により励起したときの発光特性(ピーク波長(nm)、比較例3に係る蛍光体の発光強度を100と規格化した場合の相対発光強度、比較例3に係る蛍光体の輝度を100%と規格化した場合の輝度、色度(x,y))、当該蛍光体に300℃の熱をかけ、当該加熱時間0min時の発光強度を100と規格化したときの、加熱時間0min(0時間)から360min(6時間)経過後の相対発光強度、及びその変化率((BP-AP)/BP)を示す。
(Evaluation)
Table 1 shows the phosphor powders according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6 when excited with excitation light having an average particle diameter (D50), oxygen concentration (wt%), and a wavelength of 460 nm at 25 ° C. Luminescence characteristics (peak wavelength (nm), relative emission intensity when the emission intensity of the phosphor according to Comparative Example 3 is normalized to 100, and luminance when the intensity of the phosphor according to Comparative Example 3 is normalized to 100% , Chromaticity (x, y)), when the phosphor is heated to 300 ° C. and the emission intensity at the heating time of 0 min is normalized to 100, the heating time from 0 min (0 hour) to 360 min (6 hours) ) Shows the relative luminescence intensity after the lapse and its rate of change ((BP-AP) / BP).

尚、当該蛍光体の加熱による熱劣化測定は、次のようにしておこなった。
まず、測定対象の蛍光体試料を、25℃において波長460nmの光で励起して発光強度(BP)を測定した。次に、当該測定用の蛍光体粉末を1.0g秤量し、るつぼに入れ、マッフル炉を用いて大気中で300℃、6時間の加熱を行い、熱劣化後の試料を得た。そして、当該熱劣化後の試料に対し、25℃において波長460nmの光で励起して発光強度(AP)を測定し、熱劣化に伴う発光強度の変化率((BP-AP)/BP)を算出した。
In addition, the thermal deterioration measurement by heating of the phosphor was performed as follows.
First, the phosphor sample to be measured was excited with light having a wavelength of 460 nm at 25 ° C., and the emission intensity (BP) was measured. Next, 1.0 g of the phosphor powder for measurement was weighed, put into a crucible, and heated in the atmosphere at 300 ° C. for 6 hours using a muffle furnace to obtain a sample after thermal degradation. The sample after thermal degradation was excited with light at a wavelength of 460 nm at 25 ° C., and the emission intensity (AP) was measured. The rate of change in emission intensity due to thermal degradation ((BP-AP) / BP) Calculated.

実施例1、2、および、比較例1から3に係る蛍光体粉末の平均粒径はいずれもほぼ等しく、熱処理が施されたSiO2膜を設けたことによる、蛍光体粒子の凝集や焼結が生じていないことが解る。これは、実施例1に係る蛍光体粉末の処理条件を、SiO2被覆の反応速度を抑制する条件にしたこと、および、熱処理条件を、蛍光体粒子の焼結が起こらない温度域(200℃から1000℃)に設定した効果であると考えられる。比較例4、5の蛍光体粒子径も同様の効果により、比較例6の蛍光体粒子径と同程度であると考えられる。 The average particle diameters of the phosphor powders according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are almost equal, and the phosphor particles are aggregated and sintered by providing a heat-treated SiO 2 film. It can be seen that this does not occur. This is because the processing conditions of the phosphor powder according to Example 1 were set to the conditions for suppressing the reaction rate of SiO 2 coating, and the heat treatment conditions were set to a temperature range (200 ° C. at which phosphor particles did not sinter). To 1000 ° C). The phosphor particle diameters of Comparative Examples 4 and 5 are considered to be approximately the same as the phosphor particle diameter of Comparative Example 6 due to the same effect.

実施例1、2および比較例1、2に係る蛍光体粉末の酸素濃度は、蛍光体粒子表面にSiO2膜を施していることにより上昇していると考えられる。そこで、実施例1、2および比較例1、2に係る蛍光体粉末の酸素濃度を、比較例3に係る蛍光体粉末の酸素濃度と比較してみると、SiO2膜の被覆により蛍光体粉体の酸素濃度が上昇していることが判明した。加えて、実施例1、2および比較例1、2は、比較例3と比較して、発光強度が維持またはわずかであるが上昇している。これは、蛍光体表面に酸化被膜を作製し、蛍光体及びその酸化被膜に熱処理を施すことによって、酸化皮膜から蛍光体への酸素の拡散が起こり、この酸素の拡散によって蛍光体組成の均一化が起こったものであると考えられる。 It is considered that the oxygen concentrations of the phosphor powders according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are increased by applying the SiO 2 film to the phosphor particle surfaces. Therefore, when the oxygen concentration of the phosphor powder according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 is compared with the oxygen concentration of the phosphor powder according to Comparative Example 3, the phosphor powder is coated with the SiO 2 film. It turns out that the oxygen concentration of the body is rising. In addition, in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the emission intensity is maintained or slightly increased as compared with Comparative Example 3. This is because an oxide film is formed on the phosphor surface, and heat treatment is performed on the phosphor and its oxide film, so that oxygen diffuses from the oxide film to the phosphor, and the phosphor composition is made uniform by this oxygen diffusion. Is thought to have happened.

実施例1および比較例1と、実施例2および比較例2とでは、被覆した酸化膜の膜厚が異なるが、耐久性についての効果は変わらない。ただし、膜厚が過剰に厚いと蛍光体の発光特性の低下を招くため、酸化膜の膜厚は100nm以下、さらに好ましくは20nm以下が良い。   In Example 1 and Comparative Example 1, and in Example 2 and Comparative Example 2, the thickness of the coated oxide film is different, but the effect on durability is not changed. However, if the film thickness is excessively large, the light emission characteristics of the phosphor are deteriorated. Therefore, the thickness of the oxide film is preferably 100 nm or less, more preferably 20 nm or less.

次に、実施例1、2、比較例1〜3に係る蛍光体粉末を大気中で加熱させ、耐酸化性について評価した結果について説明する。表1の結果から解るように、実施例1、2、および比較例1、2、に係る蛍光体は、比較例3に係る蛍光体に比べて、熱による劣化に対しての変化率((BP-AP)/BP)の値で評価すると、発光強度の低下を10%以上抑えることができている。従って、本発明に係る蛍光体を用いた各種照明装置の製品化工程において、60min程度の熱処理工程があった場合でも、本発明に係る処理を行った蛍光体を用いた場合には、製品化工程における発光特性低下を回避できることが判明した。   Next, the results of heating the phosphor powders according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 in the air and evaluating the oxidation resistance will be described. As can be seen from the results in Table 1, the phosphors according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 have a rate of change ((( When evaluated by the value of (BP-AP) / BP), the decrease in emission intensity can be suppressed by 10% or more. Therefore, even if there is a heat treatment step of about 60 minutes in the commercialization process of various lighting devices using the phosphor according to the present invention, if the phosphor subjected to the process according to the present invention is used, it is commercialized. It has been found that it is possible to avoid a decrease in light emission characteristics in the process.

次に、比較例4から6に係る蛍光体粒子中にAlを含まない蛍光体粉末に関して、上述と同様な評価を行った。表1の結果から解るように、比較例4、5に係る蛍光体は、熱劣化に対しての変化率((BP-AP)/BP)の値において、比較例6に係る蛍光体に比べて発光強度の低下を10%以上抑えることができている。これは、表面に酸化膜を被覆する効果によるものであると考えられる。しかし、比較例4から6に係るAlを含まない蛍光体粉末は、実施例1、2、等のAlを含む蛍光体粉末に比べて、発光特性において発光強度の低下を起こしている。これは、比較例4から6に係るAlを含まない蛍光体粉末においては、蛍光体粒子内に酸化被膜からの酸素の拡散が起こった際、当該蛍光体粒子内にAlを含まないために組成の不均一が起こり、発光特性が低下した為と考えられる。   Next, the same evaluation as described above was performed on the phosphor powder not containing Al in the phosphor particles according to Comparative Examples 4 to 6. As can be seen from the results in Table 1, the phosphors according to Comparative Examples 4 and 5 are compared to the phosphor according to Comparative Example 6 in terms of the rate of change with respect to thermal degradation ((BP-AP) / BP). As a result, the decrease in emission intensity can be suppressed by 10% or more. This is considered to be due to the effect of covering the surface with an oxide film. However, the phosphor powder containing no Al according to Comparative Examples 4 to 6 causes a decrease in emission intensity in the emission characteristics as compared with the phosphor powder containing Al in Examples 1 and 2. This is because, in the phosphor powder not containing Al according to Comparative Examples 4 to 6, when oxygen diffuses from the oxide film in the phosphor particles, the phosphor particles do not contain Al. This is thought to be due to the non-uniformity of light emission and the deterioration of the light emission characteristics.

Figure 2007169452
Figure 2007169452

(実施例5)
発光部として窒化物半導体を有する青色光の発光素子(発光波長460.0 nm)を準備し、当該発光素子上へ、実施例1で得られた蛍光体粉体と、市販の黄色蛍光体(YAG:Ce)とを塗布して白色LEDを作製し、当該青色光の発光素子を発光させた。このとき、当該青色発光素子の発光スペクトルと、黄色蛍光体(YAG:Ce)と、実施例1に係る蛍光体の発光スペクトルとの混合をシミュレーションし、当該シミュレーション結果より色温度3000K相当の電球色が得られるように配合を求めた。当該白色LEDを発光させたときの、発光スペクトルを図1に示す。図1は、横軸に光の波長(nm)をとり、縦軸に発光強度をとったシミュレーション結果のグラフである。図1の結果から明らかなように、当該白色LED中の各蛍光体は、当該青色発光素子からの光により励起されて発光し、色温度3016Kの白色光を得ることができた。また、当該白色光の平均演色評価数(Ra)は91、R9は67、R15は91と演色性に十分優れたものであった。さらに、当該実施例1に係る蛍光体と黄色蛍光体の配合を変えることで、相関色温度の異なる白色LEDを得ることができた。
(Example 5)
A blue light emitting element (emission wavelength: 460.0 nm) having a nitride semiconductor as a light emitting part was prepared, and the phosphor powder obtained in Example 1 and a commercially available yellow phosphor (YAG: Ce) was applied to produce a white LED, and the blue light emitting element was caused to emit light. At this time, a mixture of the emission spectrum of the blue light-emitting element, the yellow phosphor (YAG: Ce), and the emission spectrum of the phosphor according to Example 1 is simulated, and a light bulb color corresponding to a color temperature of 3000 K is calculated from the simulation result. The formulation was determined so that FIG. 1 shows an emission spectrum when the white LED emits light. FIG. 1 is a graph of a simulation result in which the horizontal axis represents the wavelength of light (nm) and the vertical axis represents the emission intensity. As is clear from the results of FIG. 1, each phosphor in the white LED was excited by light from the blue light emitting element to emit light, and white light having a color temperature of 3016K could be obtained. Moreover, the average color rendering index (Ra) of the white light was 91, R9 was 67, and R15 was 91, which was sufficiently excellent in color rendering. Furthermore, white LEDs having different correlated color temperatures could be obtained by changing the composition of the phosphor according to Example 1 and the yellow phosphor.

実施例5に係る白色LEDの発光スペクトルを示すグラフである。10 is a graph showing an emission spectrum of a white LED according to Example 5.

Claims (14)

金属酸化物を含み熱処理が施された被膜が表面に形成された蛍光体粒子を、含む蛍光体であって、
前記蛍光体粒子の組成式は、一般式MmAaBbOoNn:Zで表記され(M元素はII価の価数をとる1種類以上の元素であり、A元素はIII価の価数をとる1種類以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種類以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は1種類以上の付活剤である。)、且つ、2.5 ≦ (a + b)/m < 4.5 、0 < a/m < 0.5、2.0 < b/m < 4.0、0 ≦ o/m < 1.0、o < n 、n = 2/3m + a + 4/3b - 2/3oであることを特徴とする蛍光体。
A phosphor comprising phosphor particles having a metal oxide-containing heat-treated film formed on a surface thereof,
The composition formula of the phosphor particles is represented by the general formula MmAaBbOoNn: Z (M element is one or more elements having a valence of II, and A element is one or more of a valence of III. Element B, element B is one or more elements having a valence of IV, O is oxygen, N is nitrogen, and element Z is one or more activators.) , 2.5 ≤ (a + b) / m <4.5, 0 <a / m <0.5, 2.0 <b / m <4.0, 0 ≤ o / m <1.0, o <n, n = 2 / 3m + a + 4 A phosphor characterized by being / 3b-2 / 3o.
請求項1に記載の蛍光体であって、
前記被膜の膜厚が、0.5 nm以上、100 nm以下であることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to claim 1,
The phosphor having a film thickness of 0.5 nm or more and 100 nm or less.
請求項1または2に記載の蛍光体であって、
前記被膜に含まれる金属酸化膜は、Si、Ti、Zr、In、Snのいずれか1種類以上の金属元素を含むことを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to claim 1 or 2,
The phosphor characterized in that the metal oxide film contained in the coating contains one or more metal elements of Si, Ti, Zr, In, and Sn.
請求項1から3のいずれかに記載の蛍光体であって、
前記一般式において、2.5 < (a + b)/m < 4.0、2.5 ≦ b/m ≦ 3.5、0 < o/m < 1.0であることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 3,
The phosphor according to the general formula, wherein 2.5 <(a + b) / m <4.0, 2.5 ≦ b / m ≦ 3.5, and 0 <o / m <1.0.
請求項1から4のいずれかに記載の蛍光体であって、
M元素はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種類以上の元素であり、A元素はAl、Gaから選択される1種類以上の元素であり、B元素はSi、Geから選択される1種類以上の元素であり、Z元素はEu、Ce、Mnから選択される1種類以上の元素であることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 4,
M element is one or more elements selected from Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, A element is one or more elements selected from Al and Ga, and B element is selected from Si and Ge A phosphor characterized in that the Z element is one or more elements selected from Eu, Ce, and Mn.
請求項1から5のいずれかに記載の蛍光体であって、
M元素としてSr、A元素としてAl、B元素としてSiを含むことを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 5,
A phosphor containing Sr as an M element, Al as an A element, and Si as a B element.
請求項1から6のいずれかに記載の蛍光体であって、
当該蛍光体中に、酸素を0.1wt%以上、10.0wt%以下含有し、且つ、窒素を20.0wt%以上、50.0wt%以下含有することを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 6,
A phosphor containing 0.1 wt% or more and 10.0 wt% or less of oxygen and 20.0 wt% or more and 50.0 wt% or less of nitrogen in the phosphor.
請求項1から7のいずれかに記載の蛍光体であって、
当該蛍光体へ、波長250nmから500nmの範囲にある所定の励起光を照射した際の、25℃における発光スペクトル中の最大ピークの相対強度の値をBPとし、
当該蛍光体を300℃の大気中に6時間置いた後、25℃にもどし、前記の励起光を照射した際の、発光スペクトル中の前記最大ピークの相対強度の値をAPとしたとき、
(BP - AP)/ BP ≦ 0.05であることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 7,
When the phosphor is irradiated with predetermined excitation light in the wavelength range of 250 nm to 500 nm, the value of the relative intensity of the maximum peak in the emission spectrum at 25 ° C. is BP,
When the phosphor is placed in an atmosphere of 300 ° C. for 6 hours and then returned to 25 ° C. and irradiated with the excitation light, the relative intensity value of the maximum peak in the emission spectrum is AP,
A phosphor characterized in that (BP−AP) /BP≦0.05.
請求項1から8のいずれかに記載の蛍光体であって、
前記被膜に含まれる金属酸化物が、SiO2であることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 8,
A phosphor characterized in that the metal oxide contained in the coating is SiO 2 .
請求項1から9のいずれかに記載の蛍光体であって、
前記蛍光体粒子の平均粒径(D50)が、1.0μm以上、20μm以下であることを特徴とする蛍光体。
The phosphor according to any one of claims 1 to 9,
The phosphor having an average particle diameter (D50) of 1.0 μm or more and 20 μm or less.
請求項1から10のいずれかに記載の蛍光体の製造方法であって、
蛍光体の原料を焼成して蛍光体粒子を得る工程と、
前記蛍光体粒子を解砕する工程と、
水溶性の有機溶媒中に、前記解砕された蛍光体粒子と、オルガノシラン化合物と、水とを投入して混合した後に、ゲル化剤を投入して、表面に金属酸化物を含む被膜を有する蛍光体粒子を得る工程と、
表面に前記金属酸化物を含む被膜を有する蛍光体粒子を、1000℃以下200℃以上のアンモニアガスおよび/または窒素ガスの雰囲気中で熱処理して、金属酸化物を含み熱処理が施された被膜を有する蛍光体粒子を製造する工程と、を有すること特徴とする蛍光体の製造方法。
A method for producing the phosphor according to any one of claims 1 to 10,
A step of firing phosphor materials to obtain phosphor particles;
Crushing the phosphor particles;
In a water-soluble organic solvent, the pulverized phosphor particles, the organosilane compound, and water are added and mixed, and then a gelling agent is added to form a film containing a metal oxide on the surface. Obtaining phosphor particles having,
A phosphor particle having a coating containing the metal oxide on its surface is heat-treated in an atmosphere of ammonia gas and / or nitrogen gas at a temperature of 1000 ° C. or lower and 200 ° C. or higher to form a heat-treated coating containing the metal oxide. And a step of manufacturing the phosphor particles.
請求項1から10のいずれかに記載の蛍光体と、発光部とを有することを特徴とする発光装置。   A light-emitting device comprising the phosphor according to claim 1 and a light-emitting unit. 請求項12に記載の発光装置であって、
前記発光部とは、波長域250 nmから500 nmのいずれかの光を発光するものであることを特徴とする発光装置。
The light-emitting device according to claim 12,
The light emitting unit is a light emitting device that emits light in a wavelength range of 250 nm to 500 nm.
請求項12または13に記載の発光装置であって、
前記発光部としてLED(発光ダイオード)を用いることを特徴とする発光装置。
The light-emitting device according to claim 12 or 13,
An LED (light emitting diode) is used as the light emitting portion.
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