JP2007177010A - Core/shell type particulate phosphor and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はコア/シェル型の微粒子蛍光体とその製造方法に関する。特に、微粒子蛍光体の平均粒径が1〜10nmであるいわゆるナノ粒子蛍光体に関する。 The present invention relates to a core / shell type fine particle phosphor and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a so-called nanoparticle phosphor having an average particle diameter of 1 to 10 nm.
蛍光体は、励起線(紫外線、可視光、赤外線、熱線、電子線、及びX線等)を照射することにより、当該励起線のエネルギーを光(紫外線、可視光及び赤外線等)に変換する材料として一般に使用されている。当該蛍光体を用いたデバイスとしては、蛍光ランプ、電子管、冷陰極ディスプレイ、蛍光表示管、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel:以下において、「PDP」ともいう。)、エレクトロルミネッセンスパネル、シンチレーション検出器、X線イメージインテンシファイア、熱蛍光線量計およびイメージングプレート等が挙げられる(例えば、非特許文献1参照。)。これらのデバイスは、いずれも、電気エネルギーを励起線のエネルギーに変換し、さらに、励起線のエネルギーを光に変換するデバイスである。このようなデバイスと、電子回路または機器部品(照明器具、コンピュータ、キーボード、蛍光体を用いていない電子機器等)とを組み合わせた電子機器は、照明装置や表示装置等として広く用いられている。 Phosphors are materials that convert the energy of excitation rays into light (ultraviolet rays, visible light, infrared rays, etc.) by irradiating excitation rays (ultraviolet rays, visible light, infrared rays, heat rays, electron rays, X-rays, etc.). As commonly used. Examples of the device using the phosphor include a fluorescent lamp, an electron tube, a cold cathode display, a fluorescent display tube, a plasma display panel (hereinafter also referred to as “PDP”), an electroluminescence panel, a scintillation detector, An X-ray image intensifier, a thermofluorescence dosimeter, an imaging plate, etc. are mentioned (for example, refer nonpatent literature 1). Each of these devices is a device that converts electrical energy into excitation ray energy and further converts excitation ray energy into light. An electronic device in which such a device is combined with an electronic circuit or a device component (such as a lighting device, a computer, a keyboard, and an electronic device that does not use a phosphor) is widely used as a lighting device or a display device.
また、蛍光体を用いた蛍光体使用物品としては、粉末状の蛍光体と、水もしくは有機溶媒等の液体、樹脂、プラスチック、金属またはセラミクス材料等の蛍光体以外の物質とを組み合わせた蛍光体含有物があり、これらは、例えば、蛍光体塗料等の液状物やペースト状物、灰皿などの固形物、案内板や誘導用物品等の表示物、シール、文房具、アウトドア用品、安全標識等として広く用いられている。 In addition, as a phosphor-using article using a phosphor, a phosphor in which a powdery phosphor is combined with a substance other than the phosphor, such as a liquid such as water or an organic solvent, a resin, a plastic, a metal, or a ceramic material. These include, for example, liquids and pastes such as phosphor paints, solids such as ashtrays, display materials such as guide plates and guidance articles, seals, stationery, outdoor products, safety signs, etc. Widely used.
更に、上記のような用途のみならず、例えばトレーサーとしての使用など、医学分野やバイオ分野における活用の進展も期待されている。 Furthermore, not only the above-mentioned uses but also progress in utilization in the medical field and bio field such as use as a tracer is expected.
一方、近年、SiやGe等に代表される超微粒子、ポーラスシリコン等のII−VI族半導体においてそのナノ構造結晶が特異的な光学的特性を示すことが注目されている。ここで、ナノ構造結晶とは、1nm〜100nm程度の粒径の結晶粒のことをいい、一般的にナノクリスタルと呼ばれる。 On the other hand, in recent years, attention has been paid to the fact that nanostructure crystals exhibit specific optical characteristics in II-VI group semiconductors such as ultrafine particles such as Si and Ge, and porous silicon. Here, the nanostructure crystal means a crystal grain having a particle diameter of about 1 nm to 100 nm, and is generally called a nanocrystal.
II−VI族半導体において、上述したようなナノ構造結晶を有する場合と、バルク状の結晶を有する場合とを比較すると、ナノ構造結晶を有する場合には、良好な光吸収特性及び発光特性を示すことになる。これは、ナノ構造結晶を有するII−VI族半導体では、量子サイズ効果が発現するため、バルク状の結晶構造の場合よりも大きなバンドギャップを有するためと考えられる。すなわち、ナノ構造結晶を有するII−VI族半導体においては、量子サイズ効果によりバンドギャップが広げられるのではないかと考えられている。 In the II-VI group semiconductor, when the nanostructure crystal as described above is compared with the case of having a bulk crystal, when the nanostructure crystal is included, good light absorption characteristics and light emission characteristics are exhibited. It will be. This is presumably because a II-VI group semiconductor having a nanostructure crystal has a larger band gap than a bulk crystal structure because a quantum size effect is exhibited. That is, in the II-VI group semiconductors having nanostructure crystals, it is considered that the band gap may be widened by the quantum size effect.
ところで、テレビ等のディスプレイには、様々な蛍光体が用いられている。現在、テレビ等のディスプレイに用いられている蛍光体の粒径は、数ミクロン(3〜10μm)程度である。そして、近年、様々なディスプレイが開発され、特に薄型化という観点でプラズマディスプレイ(PDP)やフィールド・エミッション・ディスプレイ(FED)やエレクトロ・ルミネッセンス・ディスプレイ(ELD)、SED(Surface−conduction Electron−emitter Display)が注目されている。 By the way, various phosphors are used in displays such as televisions. At present, the particle size of a phosphor used in a display such as a television is about several microns (3 to 10 μm). In recent years, various displays have been developed. In particular, from the viewpoint of thinning, a plasma display (PDP), a field emission display (FED), an electroluminescence display (ELD), and a SED (Surface-conduction Electron-emitter Display). ) Is attracting attention.
その中でもFEDにおいては、薄型化されると電子ビームの電圧を低下させる必要がある。しかしながら、薄型化されたディスプレイにおいて、上述したような粒径が数μm程度の蛍光体を用いると、電子ビームの電圧が低いために十分に発光しない。すなわち、このような薄型化されたディスプレイでは、従来の蛍光体を十分に励起させることができなかった。これは、従来の蛍光体の結晶が大きいため、照射された電子ビームが発光体の発光する部分にまで到達することができないためである。つまり、粒径が数μm程度の従来の蛍光体は、薄型化されたディスプレイに用いられた場合、十分に発光することがなかった。従って、蛍光体としては、低電圧で励起可能なものが、薄型化されたディスプレイ、特にFEDに適したものと言える。このような条件を満たす蛍光体として上述したようなナノ構造結晶を有するII−VI族半導体を挙げることができる。しかし、これまで検討されてきたナノ構造結晶においては凝集によるサイズ分布不良、多数の結晶表面欠陥による発光キラーが原因で輝度が充分でなかったり、輝度ムラが生じる問題がある(例えば、特許文献1〜4参照。)。 Among them, in the FED, when the thickness is reduced, it is necessary to lower the voltage of the electron beam. However, in a thin display, when a phosphor having a particle size of about several μm as described above is used, the voltage of the electron beam is low, so that it does not emit light sufficiently. That is, such a thin display cannot sufficiently excite a conventional phosphor. This is because the conventional phosphor crystal is large and the irradiated electron beam cannot reach the light emitting portion of the light emitter. That is, a conventional phosphor having a particle size of about several μm does not emit light sufficiently when used in a thin display. Therefore, it can be said that phosphors that can be excited at a low voltage are suitable for thin displays, particularly FEDs. Examples of the phosphor satisfying such conditions include II-VI group semiconductors having the nanostructure crystals as described above. However, the nanostructure crystals that have been studied so far have problems such as insufficient luminance due to size distribution failure due to aggregation and light emission killer due to a large number of crystal surface defects, and uneven brightness (for example, Patent Document 1). ~ 4).
また、バイオテクノロジーの分野に於いては、従来からウィルスや酵素の反応の研究あるいは臨床検査に、有機物分子からなる蛍光物質を標識として用い、紫外線照射したときに発する蛍光を光学顕微鏡あるいは光検出器で測定する方法がとられている。このような方法としては、例えば、抗原−抗体蛍光法などが、広く知られている。 Also, in the field of biotechnology, fluorescent substances made of organic molecules have been used as labels for research and clinical examinations of viruses and enzymes, and the fluorescence emitted when irradiated with ultraviolet light has been used in optical microscopes or photodetectors. The method of measuring with is taken. As such a method, for example, an antigen-antibody fluorescence method is widely known.
この方法では、蛍光を発する有機蛍光体が結合した抗体(これを特異的結合物質と呼ぶ)が用いられる。抗原−抗体反応は非常に選択性が高いため、蛍光強度分布から抗原の位置を知ることができる。 In this method, an antibody (referred to as a specific binding substance) bound with an organic fluorescent substance that emits fluorescence is used. Since the antigen-antibody reaction is very selective, the position of the antigen can be known from the fluorescence intensity distribution.
ところで、この分野では、近年、1μm程度より小さいものを観測し、より精密な抗体分布を研究したいとする要求が強い。そしてこれを実現するためには、電子顕微鏡に頼らざるを得ない状況にある。 By the way, in this field, in recent years, there is a strong demand for observing a size smaller than about 1 μm and studying a more precise antibody distribution. In order to achieve this, it is necessary to rely on an electron microscope.
電子顕微鏡による観察では、検体の電子線反射率あるいは透過率の差を利用して像を観察する。このため、電子顕微鏡で抗体を観察する場合、現時点では原子量の大きい鉄やオスミウムを含む分子、または1〜100nm程度の大きさの金コロイドが抗体の標識として用いられている。例えば、金コロイドを標識として用いる場合、抗体にプロテインAと金コロイドとの複合体を結合させる。この抗体は、抗原−抗体反応により対応する抗原に結合するので、検体上の金コロイドの位置を測定することにより、抗原の局在部位を明らかにすることができる。さらに、複数種の抗体に大きさの異なる2種類以上の金コロイドを結合させれば、複数の抗原を同時に観察することも可能である。しかしながらこの方法では、測定時にコロイドが重なる可能性もあり、コロイド数を測定するだけでは定量的な判定が困難であるという欠点を有している。 In observation with an electron microscope, an image is observed using the difference in electron beam reflectance or transmittance of the specimen. For this reason, when an antibody is observed with an electron microscope, a molecule containing iron or osmium having a large atomic weight or a gold colloid having a size of about 1 to 100 nm is currently used as a label for the antibody. For example, when gold colloid is used as a label, a complex of protein A and gold colloid is bound to the antibody. Since this antibody binds to the corresponding antigen by an antigen-antibody reaction, the location of the antigen can be clarified by measuring the position of the gold colloid on the specimen. Furthermore, if two or more types of gold colloids having different sizes are bound to a plurality of types of antibodies, a plurality of antigens can be observed simultaneously. However, this method has a drawback that colloids may overlap at the time of measurement, and quantitative determination is difficult only by measuring the number of colloids.
また、上述した有機蛍光体を標識として用い、カソードルミネッセンス像を観察することも困難である。すなわち、有機蛍光体は、元来発光効率が低いことに加えて、電子線照射により染料の分子結合が容易に破壊されて発光能力が低下するため、一度の走査で著しく発光が弱まり、実用に耐えるものではない。また、これら有機蛍光体は、保存時の安定性にも欠け、劣化を生じる。有機物分子からなる蛍光体としては、分子状の有機蛍光体染料の他にも、数十nmの粒径を有し赤色、緑色または青色の発光を呈するポリスチレン球が知られているが、上記と全く同様な問題がある。 It is also difficult to observe the cathodoluminescence image using the above-described organic phosphor as a label. In other words, in addition to the low luminous efficiency inherently, organic phosphors are easily broken due to electron beam irradiation, and the light emission ability is reduced by a single scan. It does not endure. These organic phosphors also lack stability during storage and cause deterioration. In addition to molecular organic fluorescent dyes, polystyrene spheres having a particle size of several tens of nm and emitting red, green, or blue light are known as phosphors composed of organic molecules. There are exactly the same problems.
これに対して、無機蛍光体は、紫外線照射ならびに電子線照射に安定で劣化が少ない。しかし、TV用あるいはランプ用で工業化されている蛍光体は通常1μm以上の大きさであるため、抗原−抗体反応用の蛍光体としてそのまま用いることはできない。そこで粒径を小さくするために、蛍光体を粉砕する、あるいは酸でエッチングすること等が考えられるが、これらの方法では個々の粒子表面を覆う非発光層の占める割合が多くなるため発光効率が著しく低下してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、結晶性が高く、粒度分布に非常に優れ、特に発光輝度に優れたコア/シェル型の微粒子蛍光体とその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a core / shell type fine particle phosphor having high crystallinity, excellent particle size distribution, and particularly excellent emission luminance, and a method for producing the same. There is to do.
本発明の上記課題は、以下の手段によって解決される。 The above-described problems of the present invention are solved by the following means.
1.微粒子蛍光体の製造方法において、少なくとも下記の3工程を経てコア/シェル型粒子を形成することを特徴とする微粒子蛍光体の製造方法。
第1工程:蛍光体のコアを成す構成金属元素を含有する水溶液(A)とシェルを成す構成元素を含有する水溶液(B)を予め調製し、該水溶液(A)から反応晶析法で前駆体粒子含有液を調製し、該前駆体粒子含有液を微細に液滴化させ、キャリアガスとともに流動させながら管状加熱炉の中に導入し、乾燥及び加熱することによってコア粒子を形成する。
第2工程:シェルを成す構成元素を含有する液を微細に液滴化させ、キャリアガスとともに流動させながら第1工程で形成したコア粒子と混合する。
第3工程:混合した液滴・コア粒子を管状加熱炉の中に導入し加熱及び乾燥することによってシェルを形成する。
1. In the method for producing a fine particle phosphor, a core / shell type particle is formed through at least the following three steps.
First step: An aqueous solution (A) containing a constituent metal element forming a core of a phosphor and an aqueous solution (B) containing a constituent element forming a shell are prepared in advance, and a precursor is prepared from the aqueous solution (A) by a reaction crystallization method. A body particle-containing liquid is prepared, the precursor particle-containing liquid is finely dropletized, introduced into a tubular heating furnace while flowing together with a carrier gas, and dried and heated to form core particles.
Second step: A liquid containing the constituent elements forming the shell is finely formed into droplets and mixed with the core particles formed in the first step while flowing together with the carrier gas.
Third step: The mixed droplets / core particles are introduced into a tubular heating furnace, heated and dried to form a shell.
2.前記反応晶析法で形成された前駆体粒子の粒径分散係数が5%〜20%であることを特徴とする前記1記載の微粒子蛍光体の製造方法。 2. 2. The method for producing a fine particle phosphor according to 1 above, wherein the particle size dispersion coefficient of the precursor particles formed by the reaction crystallization method is 5% to 20%.
3.前記1又は2に記載の微粒子蛍光体の製造方法により製造され、かつ該微粒子蛍光体の平均粒径が1〜10nmであることを特徴とする微粒子蛍光体。 3. A fine particle phosphor produced by the method for producing a fine particle phosphor according to 1 or 2 above, wherein the fine particle phosphor has an average particle diameter of 1 to 10 nm.
本発明により、結晶性が高く、粒度分布に非常に優れ、特に発光輝度に優れたコア/シェル型の微粒子蛍光体とその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a core / shell type fine particle phosphor having high crystallinity, excellent particle size distribution, and particularly excellent emission luminance, and a method for producing the same.
本発明の微粒子蛍光体の製造方法は、微粒子蛍光体の製造方法において、少なくとも下記の3工程を経てコア/シェル型粒子を形成することを特徴とする。
第1工程:蛍光体のコアを成す構成金属元素を含有する水溶液(A)とシェルを成す構成元素を含有する水溶液(B)を予め調製し、該水溶液(A)から反応晶析法で前駆体粒子を含有する液を調製し、該前駆体粒子含有液を微細に液滴化させ、キャリアガスとともに流動させながら管状加熱炉の中に導入し、乾燥及び加熱することによってコア粒子を形成する。
第2工程:シェルを成す構成元素を含有する液を微細に液滴化させ、キャリアガスとともに流動させながら第1工程で形成したコア粒子と混合する。
第3工程:混合した液滴・コア粒子を管状加熱炉の中に導入し加熱及び乾燥することによってシェルを形成する。
The method for producing a fine particle phosphor of the present invention is characterized in that in the method for producing a fine particle phosphor, core / shell type particles are formed through at least the following three steps.
First step: An aqueous solution (A) containing a constituent metal element forming a core of a phosphor and an aqueous solution (B) containing a constituent element forming a shell are prepared in advance, and a precursor is prepared from the aqueous solution (A) by a reaction crystallization method. A liquid containing body particles is prepared, the precursor particle-containing liquid is made into fine droplets, introduced into a tubular heating furnace while flowing together with a carrier gas, and dried and heated to form core particles. .
Second step: A liquid containing the constituent elements forming the shell is finely formed into droplets and mixed with the core particles formed in the first step while flowing together with the carrier gas.
Third step: The mixed droplets / core particles are introduced into a tubular heating furnace, heated and dried to form a shell.
本発明者等は、ナノ構造結晶をもつ蛍光体(「ナノ粒子蛍光体」ともいう。)の上記課題の解決に向け鋭意検討した結果、粒径を微粒子方向に制御すべき工程における前駆体作製時に反応晶析法をとり、それを、噴霧して微滴化した状態でガス流路中で温度コントロールしながら加熱することにより、結晶性が高く、均一組成のコア粒子を得ることに加え、同様に噴霧熱分解方式でコア粒子表面にシェル成分を被覆することにより、高度にコア/シェル構造が整えられた微粒子が得られることを見出した。これは表面欠陥の安定化にシェルが影響していると考えている。 As a result of intensive studies aimed at solving the above-mentioned problems of phosphors having nanostructure crystals (also referred to as “nanoparticle phosphors”), the present inventors have prepared precursors in a process in which the particle size should be controlled in the direction of fine particles. In addition to obtaining core particles of high crystallinity and uniform composition by sometimes taking a reactive crystallization method and heating it while controlling the temperature in the gas flow path in the state of being atomized by spraying, Similarly, it has been found that fine particles having a highly core / shell structure can be obtained by coating the surface of the core particles with a shell component by spray pyrolysis. This is thought to be due to the shell affecting the stabilization of surface defects.
これはコアに加えてシェルも均一組成でコア表面に均質・均一厚さで被覆されるために、ナノサイズ結晶であれば量子閉じ込め効果は飛躍的に増大する効果は発揮されるためである。しかも、本発明はナノサイズに限らず、少なからず0.1μm以下の微粒子蛍光体においても同様な効果が発揮できることを見出した。 This is because, in addition to the core, the shell is coated with a uniform composition and a uniform thickness on the surface of the core with a uniform composition, so that the effect of dramatically increasing the quantum confinement effect can be achieved with a nano-sized crystal. In addition, the present invention has been found that the same effect can be exhibited not only in the nano size but also in a fine particle phosphor of 0.1 μm or less.
以下、本発明及びその構成要素について詳細な説明をする。 Hereinafter, the present invention and its components will be described in detail.
反応晶析法とは反応する二液を撹拌しながら過飽和度を制御して微粒子を生成させる方法である。この反応晶析法は、他の物理的・化学的手法による微粒子の製造方法と比べて省エネルギー等の点で有用である。また、単分散な粒子分布を得やすく、液相法の中でも高い組成均一性を得る有効な手法である。反応晶析法の具体的な適用例としては、銀イオンとハロゲン化物イオンとを装置内で反応させて、難溶性塩であるハロゲン化銀微粒子を製造する方法が知られており、製造されたハロゲン化銀微粒子は、写真工業等において感光性微粒子として好ましく使用されている。本発明のナノ構造結晶をなす蛍光体においても反応晶析法を用い粒子内組成及び粒子間組成が均一で、微粒化(3μm以下)にサイズコントロールすることにより、粒径分布が単分散で高均一な前駆体を得て、次の微滴化して噴霧し、加熱・乾燥する粒子形成工程でナノサイズ化・高結晶化・粒度分布の向上が達成できる。 The reaction crystallization method is a method of producing fine particles by controlling the degree of supersaturation while stirring the two liquids that react. This reactive crystallization method is useful in terms of energy saving and the like as compared with a method for producing fine particles by other physical and chemical methods. In addition, it is an effective technique for easily obtaining a monodispersed particle distribution and obtaining high composition uniformity among liquid phase methods. As a specific application example of the reaction crystallization method, a method of producing silver halide fine particles which are hardly soluble salts by reacting silver ions and halide ions in an apparatus is known and manufactured. Silver halide fine particles are preferably used as photosensitive fine particles in the photographic industry and the like. Even in the phosphor forming the nanostructured crystal of the present invention, the particle size distribution is monodispersed and high by controlling the size to be atomized (less than 3 μm) by using the reaction crystallization method to make the composition within the particles and the composition between the particles uniform. A uniform precursor can be obtained, followed by atomization and spraying, followed by heating and drying to achieve nano-sizing, high crystallization, and improved particle size distribution.
従来、ハロゲン化銀等の難溶性塩を反応晶析法で製造する場合においては、微粒子が高過飽和度下で生成されることから、微粒子が過度に成長したり、微粒子相互間で凝集を起こすことがあった。そのため、通常は、凝集抑制剤であるゼラチンを使用して単分散微粒子の均一化を図っていた。同様に本発明においてもその目的とする結晶の組成によっては凝集抑制剤となる分散剤(例えばある種の界面活性剤、保護コロイド剤、低分子グリコールetc)を添加しても良い。 Conventionally, in the case of producing a hardly soluble salt such as silver halide by the reaction crystallization method, the fine particles are generated under a high supersaturation level, so that the fine particles grow excessively or cause aggregation between the fine particles. There was a thing. For this reason, normally, a monodisperse fine particle has been made uniform by using gelatin which is an aggregation inhibitor. Similarly, in the present invention, depending on the composition of the target crystal, a dispersing agent (for example, a certain surfactant, protective colloid agent, low molecular glycol etc) may be added.
反応晶析法で得る前駆体粒子の50%体積粒径(Dv50)は0.5μm(=500nm)以下であるが、好ましくは0.1μm(=100nm)以下であり、特に好ましくは0.03μm(=30nm)以下である。粒径はレーザー散乱法により測定される累積50%体積粒径を50%体積粒径(Dv50)とした。 The 50% volume particle size (Dv50) of the precursor particles obtained by the reaction crystallization method is 0.5 μm (= 500 nm) or less, preferably 0.1 μm (= 100 nm) or less, particularly preferably 0.03 μm. (= 30 nm) or less. For the particle size, the cumulative 50% volume particle size measured by the laser scattering method was taken as 50% volume particle size (Dv50).
一次粒子(前駆体が初期に形成される微粒子)の状態で分散液の状態であるほうが好ましいが、凝集した2次粒子状態であっても本発明粒径範囲であればよい。なお、記前駆体粒子の粒径分散係数(Σ[(粒径−平均粒径)/平均粒径]/粒子数の百分率)が5%〜20%であることが好ましい。 Although it is preferable to be in the state of a dispersion in the state of primary particles (fine particles in which the precursor is initially formed), the aggregated secondary particles may be in the particle size range of the present invention. The particle size dispersion coefficient (Σ [(particle size−average particle size) / average particle size] / percentage of the number of particles) of the precursor particles is preferably 5% to 20%.
本発明の微粒子蛍光体の製造方法においては、上記のような粒径分布が単分散で高均一な前駆体を得て、微滴化して噴霧し、加熱・乾燥する粒子形成工程でナノサイズ化・高結晶化・粒度分布の向上が達成できる。例えば、後述する実施例の方法によって、本発明に係る微粒子蛍光体の平均粒径を、1〜10nmの範囲にすることができる。 In the method for producing a fine particle phosphor according to the present invention, a precursor having a monodispersed and highly uniform particle size distribution as described above is obtained, and it is nanosized in a particle forming process in which fine droplets are sprayed, heated and dried.・ High crystallization and improved particle size distribution can be achieved. For example, the average particle diameter of the fine particle phosphor according to the present invention can be set in the range of 1 to 10 nm by the method of Examples described later.
液滴の作製は、通常熱分解法に用いられる任意の手段を用いることができる。例えば、過熱式噴霧器、超音波噴霧器、振動法噴霧器、回転デスク式噴霧器、静電式噴霧器、減圧式噴霧器などがある。噴霧手段によって作製される液滴の大きさや、その分布は作製される一次粒子の大きさ、粒度分布に影響を持つので、その目的粒子に応じて使い分ける。 For the production of the droplets, any means usually used in the thermal decomposition method can be used. For example, there are superheated sprayers, ultrasonic sprayers, vibration sprayers, rotary desk sprayers, electrostatic sprayers, reduced pressure sprayers, and the like. The size and distribution of droplets produced by the spraying means have an influence on the size and particle size distribution of the produced primary particles, so they are properly used according to the target particles.
本発明では、前記前駆体粒子の粒経に応じて、比例したサイズに液滴化させた前駆体粒子含有液の液滴を用いることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to use droplets of the precursor particle-containing liquid that are formed into droplets in proportion to the size of the precursor particles.
液滴の加熱処理の工程は空気、窒素、ヘリウム、アルゴン又は水素などのキャリアガスを用い、加熱炉の流路中で最適な流速で加熱される。加熱炉は温度制御できるような仕様とすることにより本発明の目的とする微粒子のサイズ・分布、結晶性にコントロールできる。 The droplet heat treatment step uses a carrier gas such as air, nitrogen, helium, argon or hydrogen, and is heated at an optimum flow rate in the flow path of the heating furnace. By setting the temperature of the heating furnace so that the temperature can be controlled, the size / distribution and crystallinity of the fine particles targeted by the present invention can be controlled.
本発明の微粒子蛍光体の製造方法は、上述のように、50%体積粒径(Dv50)が1〜10nmである微粒子蛍光体、すなわち、いわゆるナノ粒子蛍光体を製造する方法としても適用可能である。 As described above, the method for producing a fine particle phosphor of the present invention is also applicable as a method for producing a fine particle phosphor having a 50% volume particle size (Dv50) of 1 to 10 nm, that is, a so-called nanoparticle phosphor. is there.
なお、本発明に係るナノ粒子蛍光体は、「背景技術」の欄において述べたような種々の目的・用途のために使用することができる。 The nanoparticle phosphor according to the present invention can be used for various purposes and applications as described in the “Background Art” section.
例えば、500nm以下の微粒子乃至ナノ粒子蛍光体を塗布膜状にして使用する場合には、インクジェットノズルを用いた塗布方法を用いることができる。従来の数μm程度のサイズの蛍光体ではノズルが目詰まりを起こし易く、またノズル径を蛍光体サイズに見合った大きさにする必要があり、精細なパターンの塗布には不向きであった。ナノ粒子をノズル径の小さなインクジェットノズルを用いて塗布することにより精細なパターンの塗布を行うことが可能となる。 For example, when a fine particle or nanoparticle phosphor of 500 nm or less is used in the form of a coating film, a coating method using an inkjet nozzle can be used. Conventional phosphors with a size of several μm are likely to be clogged with nozzles, and the nozzle diameter needs to be adjusted to the size of the phosphor, which is unsuitable for applying fine patterns. By applying the nanoparticles using an inkjet nozzle having a small nozzle diameter, a fine pattern can be applied.
このような、塗布の応用例としては、PDP・FPD等の蛍光パネルの作製や、ナノ粒子を用いた蛍光インクの印刷物(ポスター、看板、Tシャツ等)の作製等がある。 Examples of such application applications include the production of fluorescent panels such as PDP / FPD, and the production of fluorescent ink prints (posters, signboards, T-shirts, etc.) using nanoparticles.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to this.
《蛍光体の作製》
<前駆体(反応晶析法)の作製>
水1000mlをA液とした。水500mlに珪素のイオン濃度が0.25mol/lになるようにメタ珪酸ナトリウムを溶解しB液とした。水500mlに亜鉛のイオン濃度が0.47mol/l、賦活剤(マンガン)のイオン濃度が0.03mol/lになるように硝酸亜鉛と硝酸マンガンを溶解しC液とした。
<Production of phosphor>
<Preparation of precursor (reaction crystallization method)>
1000 ml of water was used as solution A. Liquid B was prepared by dissolving sodium metasilicate so that the ion concentration of silicon was 0.25 mol / l in 500 ml of water. Zinc nitrate and manganese nitrate were dissolved in 500 ml of water so that the ion concentration of zinc was 0.47 mol / l and the ion concentration of the activator (manganese) was 0.03 mol / l.
図1に示す蛍光体の製造装置であるダブルジェット反応晶析装置(反応容器)に溶液Aを入れ40℃に保ち、攪拌翼3Rを用いて攪拌を行った。その状態で50℃に保った溶液B、Cを溶液Aの入った反応容器下部よりノズル4R及び5Rより50ml/minの速度で等速添加を反応液のpHをコントロールしながら行った。その際、攪拌速度やノズルの数、流速を変更し表1に示す粒度の分散係数を持つ前駆体を得た。いずれの前駆体も反応系を安定化させるために添加後温度をさげつつ(→30℃)10分間攪拌を行う。得た前駆体粒子の粒径はレーザー散乱法(セイシン)により求め結果を表1に示した。
The solution A was put into a double jet reaction crystallizer (reaction vessel) which is a phosphor production apparatus shown in FIG. 1, and the mixture was kept at 40 ° C. and stirred using a
<コア/シェル粒子の調製>
〔第1工程〕
上記の方法によって作製した前駆体を噴霧液滴にできるような粘度に調整後、この液を1.7MHzの振動子を有する超音波噴霧器に入れて液滴を形成し、1体積%の水素ガスを含有する窒素ガスをキャリアガスとして1300℃〜700℃の範囲で温度コントロールできる管状熱反応炉を複数つなぎ形成した管状反応炉に前記液滴を導入して4秒間の流路を経て、コア微粒子を得た。
<Preparation of core / shell particles>
[First step]
After adjusting the viscosity of the precursor produced by the above method to be a spray droplet, this liquid is put into an ultrasonic sprayer having a 1.7 MHz vibrator to form a droplet, and 1% by volume of hydrogen gas The droplets are introduced into a tubular reactor formed by connecting a plurality of tubular thermal reactors capable of controlling the temperature in the range of 1300 ° C. to 700 ° C. using nitrogen gas containing nitrogen as a carrier gas, and then passed through a flow path for 4 seconds. Got.
〔第2工程〕
超音波噴霧器でコロイダルシリカ5%からなるシェル溶液の液滴を形成し、その液滴を1体積%の窒素ガスをキャリアガスとして500℃に保たれた管状炉に導入し、第1工程で形成されたコア粒子と混ぜ合わせる。
[Second step]
Formed in the first step is a droplet of shell solution consisting of 5% colloidal silica formed with an ultrasonic sprayer, introduced into a tubular furnace maintained at 500 ° C. with 1% by volume of nitrogen gas as carrier gas. Mix with the prepared core particles.
〔第3工程〕
第2工程から排出してきたコア粒子とシェル液滴の混合ガス物質を1300℃〜700℃の範囲で温度コントロールできる管状反応炉を複数つなぎ形成した管状反応炉に導入し5秒間の流路を経てコア/シェル微粒子を得た。
[Third step]
The mixed gas substance of core particles and shell droplets discharged from the second step is introduced into a tubular reactor formed by connecting a plurality of tubular reactors capable of controlling the temperature in the range of 1300 ° C. to 700 ° C. Core / shell fine particles were obtained.
第1、第3工程の出発時点、各々の管状内の中間点と流路終点の温度をそれぞれ制御することにより表1に示す粒径分布・平均粒径をもつコアがZn2SiO4:Mn、シェルがSiO2となるコア/シェル蛍光体を得た。 The core having the particle size distribution and the average particle size shown in Table 1 is Zn 2 SiO 4 : Mn by controlling the temperatures of the intermediate point and the end point of the flow path at the start of the first and third steps. A core / shell phosphor having a shell of SiO 2 was obtained.
<比較蛍光体(固相法)の作製>
母体材料の原料として酸化亜鉛(ZnO)、酸化珪素(SiO2)をモル比2:1に配合する。次に、この混合物に対して酸化珪素に対し1:0.15比の量の酸化マンガン(Mn2O3)、1:0.05の量の酸化マグネシウム(MgO2)を添加し、ボールミルで混合後、1250℃で、弱還元雰囲気下(N2中)で2時間焼成を行った。これを目的とする微粒化蛍光体とするために湿式ボールミルで粉砕し、表1に示す粒径のZn2SiO4:Mnを得た。
<Production of comparative phosphor (solid phase method)>
Zinc oxide (ZnO) and silicon oxide (SiO 2 ) are blended in a molar ratio of 2: 1 as raw materials for the base material. Next, manganese oxide (Mn 2 O 3 ) in an amount of 1: 0.15 ratio relative to silicon oxide and magnesium oxide (MgO 2 ) in an amount of 1: 0.05 are added to the mixture, After mixing, calcination was performed at 1250 ° C. in a weak reducing atmosphere (in N 2 ) for 2 hours. In order to obtain a desired atomized phosphor, it was pulverized by a wet ball mill to obtain Zn 2 SiO 4 : Mn having a particle size shown in Table 1.
更に粉砕し平均粒径0.1μmにしたSiO2粉末を、上記Zn2SiO4;Mnと混ぜ合わせ1時間混合後に1350℃1時間焼成を行い、表1に示す特徴の比較蛍光体を得た。 Further, the SiO 2 powder having an average particle size of 0.1 μm was pulverized and mixed with the above Zn 2 SiO 4 ; Mn, mixed for 1 hour and then fired at 1350 ° C. for 1 hour to obtain a comparative phosphor having the characteristics shown in Table 1. .
《蛍光体の評価》
<コア/シェル蛍光体中のシェルの厚さ均一性>
日東電工(株)製X線光電子分光分析装置(XPS)を用いてシェルの組成成分を表面から追跡し、各粒子からの厚さを求めた。
<Evaluation of phosphor>
<Uniformity of shell thickness in core / shell phosphor>
The composition component of the shell was traced from the surface using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS) manufactured by Nitto Denko Corporation, and the thickness from each particle was determined.
<輝度測定>
輝度測定は光源として146mの真空紫外線ランプ(ウシオ電機)を使用し、真空チャンバー内にサンプルをセットし、真空度1.33×10Paにて一定距離から照射し励起発光を輝度計で測定し結果を表1に示した。
<Luminance measurement>
Luminance measurement uses a 146m vacuum ultraviolet lamp (USHIO) as a light source, sets a sample in the vacuum chamber, irradiates from a certain distance at a vacuum degree of 1.33 × 10Pa, and measures the excitation luminescence with a luminance meter. Is shown in Table 1.
尚、輝度を比較サンプル1を100%としたときの相対値で示した。 The luminance is shown as a relative value when the comparative sample 1 is 100%.
<残光評価>
蛍光体の初期粉体状態の残光時間を蛍光寿命測定器を用いて測定した。残光時間は遮断した後の発光強度が、遮断直前の発光強度の1/10になるまでの時間とし、比較例1を100とした時の相対残光時間を表1に示した。
<Afterglow evaluation>
The afterglow time of the initial powder state of the phosphor was measured using a fluorescence lifetime measuring device. The afterglow time is the time until the emission intensity after blocking becomes 1/10 of the emission intensity just before blocking, and the relative afterglow time when Comparative Example 1 is 100 is shown in Table 1.
表1に示すように本発明の態様をとることにより微粒化サイズをなす蛍光体において輝度に大きく優れることがわかる。しかも、残光特性に優れることによりディスプレイ用としても優位性があることがわかる。また、本発明請求項2の如く分散係数を5〜20%にコントロールすることにより本発明の効果に優れ、しかも平均粒径を請求項3の如くコントロールすることにより量子効果が発揮され、より本発明の効果が発揮されることがわかる。 As shown in Table 1, it can be seen that the phosphors having the atomized size are greatly excellent in luminance by taking the embodiment of the present invention. In addition, it can be seen that it has superiority for displays due to its excellent afterglow characteristics. In addition, by controlling the dispersion coefficient to 5 to 20% as in claim 2 of the present invention, the effect of the present invention is excellent, and by controlling the average particle size as in claim 3, the quantum effect is exerted. It turns out that the effect of invention is exhibited.
実施例2
実施例1で得た半導体ナノ微粒子と11−メルカプトウンデカン酸溶液を数時間混合することで11−メルカプトウンデカン酸で表面修飾した半導体ナノ微粒子を得た。この1mgとウシ血清アルブミン(BSA)10mgとを予め0.1mlの蒸留水に溶解し、0.1M 2−[N−モルフォリノ]エタンスルホン酸(MES)バッファー(pH4.8)3.4mlを加えて充分に混合した。次いで、蒸留水で溶解した10mg/ml1−エチルー3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩溶液0.5mlを加え、室温2時間攪拌しながら反応させた。未反応のBSAは反応液をマイクロコンYM−100(ミリポア製)で15000xgで5分間遠心することで除去した。遠心後、PDSバッファー(pH7.2)で2回洗浄した後、0.5mlのPBSにバッファーにで溶解することにより、半導体表面にウシ血清アルブミンが接合した発光性半導体ナノ微粒子を得た。
Example 2
Semiconductor nanoparticles obtained by surface modification with 11-mercaptoundecanoic acid were obtained by mixing the semiconductor nanoparticles obtained in Example 1 and an 11-mercaptoundecanoic acid solution for several hours. 1 mg of this and 10 mg of bovine serum albumin (BSA) are dissolved in 0.1 ml of distilled water in advance, and 3.4 ml of 0.1 M 2- [N-morpholino] ethanesulfonic acid (MES) buffer (pH 4.8) is added. And mixed thoroughly. Next, 0.5 ml of 10 mg / ml 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride solution dissolved in distilled water was added, and the reaction was allowed to stir at room temperature for 2 hours. Unreacted BSA was removed by centrifuging the reaction solution with Microcon YM-100 (Millipore) at 15000 × g for 5 minutes. After centrifugation, the plate was washed twice with PDS buffer (pH 7.2), and then dissolved in 0.5 ml of PBS to obtain luminescent semiconductor nanoparticles in which bovine serum albumin was bonded to the semiconductor surface.
得られたBSA結合半導体ナノ微粒子を0、0.25、0.5,1,2,4M濃度の塩化ナトリウムを含む10mMリン酸バッファー(pH7.2)で溶解し室温で3日間静置した。充分に攪拌した後10mMりん酸バッファー(pH7.4)で作製した0.5%アガロースゲルで135V、50分間電気泳動を行った。 The obtained BSA-bonded semiconductor nanoparticles were dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.2) containing sodium chloride having a concentration of 0, 0.25, 0.5, 1, 2, 4M, and allowed to stand at room temperature for 3 days. After sufficiently stirring, electrophoresis was performed at 135 V for 50 minutes on a 0.5% agarose gel prepared with 10 mM phosphate buffer (pH 7.4).
図2に示すように本発明の蛍光体を用いた場合には充分に分散しブロードな電気泳動像が観察されるのに対し、比較蛍光体を用いた場合には全く泳動されず凝集していることがわかった。 As shown in FIG. 2, when the phosphor of the present invention is used, a sufficiently dispersed and broad electrophoretic image is observed, whereas when the comparative phosphor is used, it does not migrate at all and aggregates. I found out.
これにより、生体に適応する場合において本発明蛍光体は生体に対する親和性が高く生体内でも分散性に優れていることがわかる。 Thus, it can be seen that the phosphor of the present invention has high affinity for a living body and is excellent in dispersibility even in a living body when adapted to a living body.
1R ダブルジェット式反応装置 1R double jet reactor
Claims (3)
第1工程:蛍光体のコアを成す構成金属元素を含有する水溶液(A)とシェルを成す構成元素を含有する水溶液(B)を予め調製し、該水溶液(A)から反応晶析法で前駆体粒子含有液を調製し、該前駆体粒子含有液を微細に液滴化させ、キャリアガスとともに流動させながら管状加熱炉の中に導入し、乾燥及び加熱することによってコア粒子を形成する。
第2工程:シェルを成す構成元素を含有する液を微細に液滴化させ、キャリアガスとともに流動させながら第1工程で形成したコア粒子と混合する。
第3工程:混合した液滴・コア粒子を管状加熱炉の中に導入し加熱及び乾燥することによってシェルを形成する。 In the method for producing a fine particle phosphor, a core / shell type particle is formed through at least the following three steps.
First step: An aqueous solution (A) containing a constituent metal element forming a core of a phosphor and an aqueous solution (B) containing a constituent element forming a shell are prepared in advance, and a precursor is prepared from the aqueous solution (A) by a reaction crystallization method. A body particle-containing liquid is prepared, the precursor particle-containing liquid is finely dropletized, introduced into a tubular heating furnace while flowing together with a carrier gas, and dried and heated to form core particles.
Second step: A liquid containing the constituent elements forming the shell is finely formed into droplets and mixed with the core particles formed in the first step while flowing together with the carrier gas.
Third step: The mixed droplets / core particles are introduced into a tubular heating furnace, heated and dried to form a shell.
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