JP2007210831A - Nitridosilicate-based compound, method for producing the same, and nitridosilicate-based phosphor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックス材料や蛍光体材料等として応用可能なニトリドシリケート系化合物(例えば、ニトリドシリケート、オクソニトリドシリケート、ニトリドアルミノシリケート、オクソニトリドアルミノシリケート、アルカリ土類金属サイアロン等の、少なくともアルカリ土類金属元素と、珪素元素と、窒素元素とを含む化合物、その化合物を蛍光体母体とした蛍光体等)及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a nitridosilicate compound (for example, nitridosilicate, oxonitridosilicate, nitridoaluminosilicate, oxonitridoaluminosilicate, alkaline earth metal sialon, etc.) that can be applied as a ceramic material or a phosphor material. , A compound containing at least an alkaline earth metal element, a silicon element, and a nitrogen element, a phosphor using the compound as a phosphor matrix, and a production method thereof.
従来、(1)アルカリ土類金属元素M(但し、Mは、Mg、Ca、Sr、Baの中から選ばれる少なくとも1つの元素)と、(2)珪素と、(3)窒素とを主要構成元素として少なくとも含むニトリドシリケート系化合物が知られている。 Conventionally, (1) alkaline earth metal element M (where M is at least one element selected from Mg, Ca, Sr, and Ba), (2) silicon, and (3) nitrogen are the main components. Nitridosilicate compounds containing at least elements are known.
上記ニトリドシリケート系化合物の一例としては、Sr2Si5N8、Ba2Si5N8(例えば、特許文献1〜3、非特許文献1参照。)、BaSi7N10(例えば、特許文献1〜3参照。)、SrSiAl2O3N2、Sr2Si4AlON7(例えば、特許文献4参照。)、一般式Mp/2Si12-p-qAlp+qOqN16-q(但し、MはCa単独又はSrと組み合わせたCa、qは0≦q≦2.5、pは1.5≦p≦3を示す。)で表されるサイアロン(例えば、特許文献5参照。)、(Ba,Eu)2Si5N8(例えば、非特許文献2参照。)、Sr3Ce10Si18Al12O18N36(例えば、非特許文献3参照。)、CaSiN2(例えば、非特許文献4参照。)、CaAlSiN3(例えば、非特許文献5参照。)、CaSi2O2N2、SrSi2O2N2(例えば、特許文献7参照。)、(Ca,Sr,Ba)Al2-xSixO4-xNx(但し、xは0<x<2を示す。例えば、特許文献8参照。)等である。
Examples of the nitridosilicate compound include Sr 2 Si 5 N 8 , Ba 2 Si 5 N 8 (for example, see
上記ニトリドシリケート系化合物は、セラミック材料として応用できるだけでなく、蛍光体材料として用いることもできる。例えば、Eu2+やCe3+を含有するニトリドシリケート系化合物は、高効率の蛍光体となることが知られている(例えば、特許文献1〜6参照。)。
The nitridosilicate compound can be used not only as a ceramic material but also as a phosphor material. For example, it is known that a nitridosilicate compound containing Eu 2+ or Ce 3+ becomes a highly efficient phosphor (see, for example,
また、上記ニトリドシリケート系化合物によって構成される上述した高効率の蛍光体は、近紫外〜青色光で励起され、青、緑、黄、橙、又は赤の可視光を放つため、発光ダイオード(LED)光源用として適するものであることも知られている(例えば、特許文献1〜3及び非特許文献4、5参照。)。また、これらの蛍光体を複数種類組み合わせることによって、白色LED光源等の発光装置に用いることが検討されている。
Further, the above-described highly efficient phosphor composed of the nitridosilicate compound is excited by near ultraviolet to blue light and emits blue, green, yellow, orange, or red visible light. It is also known that the LED is suitable for a light source (see, for example,
なお、このようなニトリドシリケート系化合物の製造方法としては、アルカリ土類金属の供給源としてアルカリ土類金属窒化物を用い、珪素の供給源として窒化珪素を用いる窒化物直接反応法が一般に知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a method for producing such a nitridosilicate compound, a direct nitride reaction method using an alkaline earth metal nitride as the alkaline earth metal source and using silicon nitride as the silicon source is generally known. (For example, refer to Patent Document 1).
また、加熱によってアルカリ土類金属酸化物MO(但し、Mは、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素)を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、珪素化合物と、炭素とを、窒化性ガス雰囲気中で反応させる炭素熱還元窒化法も知られている(例えば、特許文献9参照。)。
しかし、上記窒化物直接反応法によるニトリドシリケート系化合物の製造方法によれば、大気中での取り扱いが困難で高価な原料を用いる等の理由から、大量生産が難しいという課題がある。また、製造時に不純物である酸素が混入しやすい等の理由から、純度の高い化合物を再現性よく得るのが難しいという課題もある。 However, according to the method for producing a nitridosilicate compound by the nitride direct reaction method, there is a problem that mass production is difficult because it is difficult to handle in the air and uses an expensive raw material. Another problem is that it is difficult to obtain a compound with high purity with good reproducibility because oxygen, which is an impurity, is likely to be mixed during production.
一方、上記炭素熱還元窒化法によるニトリドシリケート系化合物の製造方法によれば、安価で入手の容易な原料を用いて製造できるものの、単一結晶相のニトリドシリケート系化合物を製造するには、原料の混合条件、温度条件等を厳しく制御しなければならないため、高品質・高性能の化合物を再現性よく得るのが難しいという課題がある。 On the other hand, according to the method for producing a nitridosilicate compound by the carbothermal reduction nitriding method, although it can be produced using a raw material that is inexpensive and easily available, to produce a single crystal phase nitridosilicate compound However, since mixing conditions of raw materials, temperature conditions, and the like must be strictly controlled, there is a problem that it is difficult to obtain a high-quality and high-performance compound with good reproducibility.
本発明は、単一結晶相でありかつ高品質であるニトリドシリケート系化合物を、安価に、かつ再現性よく製造できるニトリドシリケート系化合物の製造方法、並びに、単一結晶相でありかつ高品質であるニトリドシリケート系化合物及びニトリドシリケート系蛍光体を提供する。 The present invention relates to a method for producing a nitridosilicate compound that can produce a nitridosilicate compound having a single crystal phase and high quality at low cost and with good reproducibility, as well as a single crystal phase and high quality. Provided are a quality nitridosilicate compound and a nitridosilicate phosphor.
本発明の第1のニトリドシリケート系化合物の製造方法は、アルカリ土類金属M1とガリウムとの複合酸化物(但し、前記M1は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。)と、珪素化合物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることを特徴とする。 The first method for producing a nitridosilicate compound of the present invention is a composite oxide of an alkaline earth metal M1 and gallium (provided that M1 contains at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba). And a raw material containing a silicon compound and carbon is reacted in a nitriding gas atmosphere.
また、本発明の第2のニトリドシリケート系化合物の製造方法は、加熱によって化学式M2O(但し、前記M2は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。)で表されるアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、珪素化合物と、ガリウム酸化物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることを特徴とする。 The second method for producing a nitridosilicate compound of the present invention is represented by the chemical formula M2O by heating (wherein M2 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba). A raw material containing an alkaline earth metal compound capable of producing an alkaline earth metal oxide, a silicon compound, a gallium oxide, and carbon is reacted in a nitriding gas atmosphere.
本発明の第1のニトリドシリケート系化合物は、アルカリ土類金属M1とガリウムとの複合酸化物(但し、前記M1は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。)と、珪素化合物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることによって製造されたことを特徴とする。 The first nitridosilicate compound of the present invention is a composite oxide of an alkaline earth metal M1 and gallium (wherein M1 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba). And a raw material containing a silicon compound and carbon is produced by reacting in a nitriding gas atmosphere.
また、本発明の第2のニトリドシリケート系化合物は、加熱によって化学式M2O(但し、前記M2は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。)で表されるアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、珪素化合物と、ガリウム酸化物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることによって製造されたことを特徴とする。 In addition, the second nitridosilicate compound of the present invention is heated to alkaline earth represented by the chemical formula M2O (wherein M2 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba). It is produced by reacting a raw material containing an alkaline earth metal compound capable of forming a metal oxide, a silicon compound, a gallium oxide, and carbon in a nitriding gas atmosphere.
本発明の第1のニトリドシリケート系蛍光体は、アルカリ土類金属M1とガリウムとの複合酸化物(但し、前記M1は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。)と、珪素化合物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることによって製造されたニトリドシリケート系化合物を、蛍光体母体として含み、Ce3+、Pr4+、Eu2+、Tb3+及びMn2+から選ばれる少なくとも1つのイオンを発光中心イオンとして含むことを特徴とする。 The first nitride silicate phosphor of the present invention is a complex oxide of an alkaline earth metal M1 and gallium (wherein M1 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba). ), A silicon compound, and a carbon-containing raw material are reacted in a nitriding gas atmosphere, as a phosphor matrix, Ce 3+ , Pr 4+ , Eu 2 It contains at least one ion selected from + , Tb 3+ and Mn 2+ as a luminescent center ion.
また、本発明の第2のニトリドシリケート系蛍光体は、加熱によって化学式M2O(但し、前記M2は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。)で表されるアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、珪素化合物と、ガリウム酸化物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることによって製造されたニトリドシリケート系化合物を、蛍光体母体として含み、Ce3+、Pr4+、Eu2+、Tb3+及びMn2+から選ばれる少なくとも1つのイオンを発光中心イオンとして含むことを特徴とする。 In addition, the second nitride silicate phosphor of the present invention is heated to an alkali represented by the chemical formula M2O (wherein M2 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba). Nitridosilicate compound produced by reacting a raw material containing an alkaline earth metal compound capable of producing an earth metal oxide, a silicon compound, a gallium oxide, and carbon in a nitriding gas atmosphere As a luminescent center ion, containing at least one ion selected from Ce 3+ , Pr 4+ , Eu 2+ , Tb 3+ and Mn 2+ .
本発明のニトリドシリケート系化合物の製造方法によれば、結晶性が良好であり、かつ高品質であるニトリドシリケート系化合物を、合理的に、かつ再現性よく製造できる。また、製造コストを低減できる。 According to the method for producing a nitridosilicate compound of the present invention, a nitridosilicate compound having good crystallinity and high quality can be produced reasonably and with good reproducibility. Further, the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明のニトリドシリケート系化合物及びニトリドシリケート系蛍光体は、結晶性が良好であり、かつ高品質である。 Further, the nitridosilicate compound and the nitridosilicate phosphor of the present invention have good crystallinity and high quality.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(実施形態1)
本発明の第1のニトリドシリケート系化合物の製造方法の一例は、炭素熱還元窒化法に属する製造方法であり、アルカリ土類金属M1とガリウムとの複合酸化物と、珪素化合物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることを特徴とする。但し、上記アルカリ土類金属M1は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。
(Embodiment 1)
An example of the manufacturing method of the 1st nitridosilicate type compound of this invention is a manufacturing method which belongs to the carbothermal reduction nitriding method, and is a complex oxide of alkaline-earth metal M1 and gallium, a silicon compound, and carbon. It is characterized in that a raw material containing is reacted in a nitriding gas atmosphere. However, the alkaline earth metal M1 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba.
本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法は、アルカリ土類金属とガリウムとの複合酸化物を、窒化性ガス雰囲気中における炭素との反応によって還元及び窒化しながら、かつ、ガリウムを蒸発させながら、少なくとも珪素化合物と反応させる製造方法である。 The method for producing a nitridosilicate compound according to the present embodiment includes reducing and nitriding a composite oxide of an alkaline earth metal and gallium by reaction with carbon in a nitriding gas atmosphere, and evaporating gallium. However, it is a production method of reacting at least with a silicon compound.
すなわち、本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法の最大の特徴は、(1)ニトリドシリケート系化合物の原料として、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の窒化物を実質的に用いず、(2)代わりに、アルカリ土類金属とガリウムとの複合酸化物(アルカリ土類金属のガリウム酸化物)を用い、(3)この複合酸化物が含有する酸素成分の一部又は全部を、炭素によって還元し、一酸化炭素(CO)ガス又は二酸化炭素(CO2)ガスとして放出、除去し、(4)同時に、ガリウム成分を、加熱、蒸発等の自然現象を利用して除去しながら、(5)さらに、窒化性ガスとの反応によって、アルカリ土類金属化合物の窒化物を生成しながら、(6)珪素化合物等と反応させることによってニトリドシリケート系化合物を製造することにある。 That is, the greatest feature of the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment is that (1) an alkaline earth metal or an alkaline earth metal nitride is not substantially used as a raw material of the nitridosilicate compound. (2) Instead, a composite oxide of alkaline earth metal and gallium (alkaline earth metal gallium oxide) is used, and (3) part or all of the oxygen component contained in the composite oxide is Reduced by carbon, released and removed as carbon monoxide (CO) gas or carbon dioxide (CO 2 ) gas, (4) At the same time, while removing the gallium component using natural phenomena such as heating and evaporation, (5) Further, while producing a nitride of an alkaline earth metal compound by reaction with a nitriding gas, (6) producing a nitridosilicate compound by reacting with a silicon compound or the like In the Rukoto.
この方法によると、上述した従来の炭素熱還元窒化法(すなわち、アルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、珪素化合物と、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させる製造方法。)よりも、単一結晶相のニトリドシリケート系化合物を製造することが容易であり、高性能のニトリドシリケート系蛍光体を再現性よく製造できる。 According to this method, the above-described conventional carbothermal reduction nitriding method (that is, a raw material containing an alkaline earth metal compound capable of forming an alkaline earth metal oxide, a silicon compound, and carbon is introduced into a nitriding gas atmosphere. It is easier to produce a nitridosilicate compound having a single crystal phase than in the production method in which a high-performance nitridosilicate phosphor is produced with good reproducibility.
本実施形態の製造方法で、ニトリドシリケート系化合物を構成するアルカリ土類金属M1の供給源として用いられる上記複合酸化物は、上述した従来の窒化物直接反応法で用いるアルカリ土類金属の窒化物とは異なり、大気中での取扱いが可能である。また、本実施形態の製造方法で用いる上記複合酸化物以外の材料、珪素化合物、炭素及び窒化性ガスも、比較的入手が容易で、取扱い易く、安価である。 In the manufacturing method of the present embodiment, the complex oxide used as a supply source of the alkaline earth metal M1 constituting the nitridosilicate compound is a nitridation of an alkaline earth metal used in the conventional direct nitride reaction method described above. Unlike things, it can be handled in the atmosphere. In addition, materials other than the composite oxide, silicon compound, carbon, and nitriding gas used in the manufacturing method of the present embodiment are relatively easily available, easy to handle, and inexpensive.
また、本実施形態の製造方法によれば、還元剤となる炭素によって、上記複合酸化物と上記珪素化合物とを積極的に還元させて、これらに含まれる酸素成分を、例えば一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等として除去できるので、ニトリドシリケート系化合物に含まれる不純物である酸素の混入量を低減できる。したがって、本実施形態の製造方法は、上述した従来の炭素熱還元窒化法と同様に、純度の高いニトリドシリケート系化合物を製造でき、結果として、さまざまな性能がより高く発揮できる。 In addition, according to the manufacturing method of the present embodiment, the composite oxide and the silicon compound are actively reduced by carbon serving as a reducing agent, and oxygen components contained therein are converted into, for example, carbon monoxide gas, Since it can be removed as carbon dioxide gas or the like, the amount of oxygen that is an impurity contained in the nitridosilicate compound can be reduced. Therefore, the production method of the present embodiment can produce a highly pure nitridosilicate compound as in the conventional carbothermal reduction nitriding method described above, and as a result, various performances can be exhibited more highly.
本発明によって製造可能なニトリドシリケート系化合物の一例としては、以下のニトリドシリート系化合物が挙げられる。例えば、Ca2Si5N8、Sr2Si5N8、Ba2Si5N8、BaSi7N10、CaAlSiN3、CaSiN2、BaSiN2、Sr2Si4AlON7、(1−x)Sr2Si5N8・xSr2Si4AlON7(但し、このxは式0<x<1を満たす数値を示す。)、CaSi6AlON9、Ca1.5Al3Si9N16、(Ca,Sr)1.5Al3Si9N16、Ca1.5Al3.5Si8.5O0.5N15.5、Ca1.5(Al,Ga)3Si9N16、Sr1.5Al3Si9N16、CaAl2Si10N16、Sr3Ce10Si18Al12O18N36、CaSi2O2N2、SrSi2O2N2、(Ca,Sr,Ba)Al2-xSixO4-xNx(但し、このxは式0<x<2を満足する数値を示す。)等である。
Examples of the nitridosilicate compounds that can be produced according to the present invention include the following nitridosilicate compounds. For example, Ca 2 Si 5 N 8 , Sr 2 Si 5 N 8 , Ba 2 Si 5 N 8 , BaSi 7 N 10 , CaAlSiN 3 , CaSiN 2 , BaSiN 2 , Sr 2 Si 4 AlON 7 , (1-x) Sr 2 Si 5 N 8 · xSr 2 Si 4 AlON 7 (where x represents a numerical value satisfying the
ここでニトリドシリケート系化合物とは、例えば、ニトリドシリケート、オクソニトリドシリケート、ニトリドアルミノシリケート、オクソアルミノニトリドシリケート、アルカリ土類金属サイアロン等の、少なくともアルカリ土類金属元素と、珪素元素と、窒素元素とを含む化合物を意味している。 Here, the nitridosilicate compound is, for example, at least an alkaline earth metal element such as nitridosilicate, oxonitridosilicate, nitridoaluminosilicate, oxoaluminonitridosilicate, alkaline earth metal sialon, and silicon element. And a nitrogen-containing compound.
上記ニトリドシリケート系化合物の性能向上に関する作用効果は、とりわけ、ニトリドシリケート系化合物1モル当たり、アルカリ土類金属の原子数よりも酸素の原子数が少ない、高窒化性のニトリドシリケート系化合物を製造する際に発揮され、特に、酸素成分を実質的に含まないニトリドシリケート系化合物の製造において顕著なものとなる。上記高窒化性ニトリドシリケート系化合物は、特に限定されるものではないが、好ましくは、化学式(1−x)M12Si5N8・xM12Si4AlON7で表される化合物、より好ましくは、酸素成分を実質的に含まない化学式M1AlSiN3で表される化合物(但し、上記xは式0≦x≦1を満足する数値を示す。)である。また、例えば高効率の赤色蛍光体の蛍光体母体等となり得る高品質のニトリドシリケート系化合物を得る目的で、上記M1は、Ca及びSrから選ばれる少なくとも1つの元素を主体とすることが好ましい。ここで「主体とする」とは、50原子%以上100原子%以下、好ましくは80原子%以上100原子%以下含有することをいう。
The effect of improving the performance of the nitridosilicate compound is, in particular, a highly nitrided nitridosilicate compound in which the number of oxygen atoms is less than the number of alkaline earth metal atoms per mole of the nitridosilicate compound. And is particularly remarkable in the production of nitridosilicate compounds substantially free of oxygen components. The highly nitrided nitride silicate compound is not particularly limited, but is preferably a compound represented by the chemical formula (1-x) M1 2 Si 5 N 8 .xM1 2 Si 4 AlON 7 , more preferably. Is a compound represented by the chemical formula M1AlSiN 3 which does not substantially contain an oxygen component (wherein x represents a numerical value satisfying the
上記アルカリ土類金属M1とガリウムとの複合酸化物は、上記アルカリ土類金属M1とガリウムと酸素とを少なくとも構成元素として含む複合酸化物であれば、特に限定されるものではない。例えば、M13Ga2O6、M1Ga2O4、M14Ga2O7、M13Ga4O9、M1Ga12O19、M15Ga6O14、M1Ga4O7、M15Ga2O8、M17Ga2O10及びM17Ga4O13等から選ばれる少なくとも1つの複合酸化物である。 The complex oxide of the alkaline earth metal M1 and gallium is not particularly limited as long as it is a complex oxide containing at least the alkaline earth metal M1, gallium, and oxygen as constituent elements. For example, M1 3 Ga 2 O 6 , M1Ga 2 O 4 , M1 4 Ga 2 O 7 , M1 3 Ga 4 O 9 , M1Ga 12 O 19 , M1 5 Ga 6 O 14 , M1Ga 4 O 7 , M1 5 Ga 2 O 8 , at least one complex oxide selected from M1 7 Ga 2 O 10 and M1 7 Ga 4 O 13 .
特に、希少価値の高いガリウム並びにその化合物の使用量を極力減らす目的で、より好ましい複合酸化物は、アルカリ土類金属元素M1に対するガリウムの量が少ない、M13Ga2O6、M1Ga2O4、M14Ga2O7、M13Ga4O9、M15Ga6O14、M15Ga2O8、M17Ga2O10及びM17Ga4O13から選ばれる少なくとも1つの複合酸化物であり、さらに製造を容易にする目的で、より一層好ましい複合酸化物は、M13Ga2O6である。これらのガリウムの少ない複合酸化物を、アルカリ土類金属の供給源として用いると、結晶性が良好で、不純物の混入が少ない高性能なニトリドシリケート系化合物を、比較的低い合成温度で、再現性よく製造できるようになる。 In particular, for the purpose of reducing the amount of rare gallium and its compound used as much as possible, more preferable composite oxides are M1 3 Ga 2 O 6 and M1Ga 2 O 4 , which have a small amount of gallium with respect to the alkaline earth metal element M1. , M1 4 Ga 2 O 7 , M1 3 Ga 4 O 9 , M1 5 Ga 6 O 14 , M1 5 Ga 2 O 8 , M1 7 Ga 2 O 10 and M1 7 Ga 4 O 13 Further, for the purpose of facilitating production, a more preferable composite oxide is M1 3 Ga 2 O 6 . When these gallium-free complex oxides are used as alkaline earth metal sources, high-performance nitridosilicate compounds with good crystallinity and low impurity contamination can be reproduced at relatively low synthesis temperatures. It becomes possible to manufacture with good quality.
上記複合酸化物の性状については特に限定されるものではなく、粉末状、塊状等から適宜選択すればよい。なお、粉末状のニトリドシリケート系化合物を得る目的で好ましい性状は粉末状である。 The property of the composite oxide is not particularly limited, and may be appropriately selected from powder, lump, and the like. A preferred property for obtaining a powdered nitridosilicate compound is powder.
上記珪素化合物は、ニトリドシリケート系化合物を形成し得る珪素化合物であれば、反応原理上、特に限定されるものではなく、例えば、酸化珪素、シリコンジイミド、窒化珪素等から適宜選択すればよい。また、珪素単体であってもよい。この場合、窒化性ガス雰囲気中の窒素等と反応させて、珪素の窒化物化合物を形成してから、アルカリ土類金属化合物(上記複合酸化物を含む。)と反応させればよい。良質のニトリドシリケート系化合物を再現性よく得られるという理由から、好ましい珪素化合物は窒化珪素(Si3N4)である。 The silicon compound is not particularly limited in terms of the reaction principle as long as it is a silicon compound that can form a nitridosilicate compound, and may be appropriately selected from, for example, silicon oxide, silicon diimide, silicon nitride, and the like. Moreover, a silicon simple substance may be sufficient. In this case, after reacting with nitrogen or the like in a nitriding gas atmosphere to form a nitride compound of silicon, it may be reacted with an alkaline earth metal compound (including the above complex oxide). A preferred silicon compound is silicon nitride (Si 3 N 4 ) because a good quality nitridosilicate compound can be obtained with good reproducibility.
上記珪素化合物の性状についても特に限定されるものではなく、粉末状、塊状等から適宜選択するが、粉末状のニトリドシリケート系化合物を得る目的で好ましい性状は粉末状である。 The properties of the silicon compound are not particularly limited, and are appropriately selected from powders, lumps, and the like. Preferred properties for obtaining a powdered nitridosilicate compound are powders.
上記炭素は、上記複合酸化物を還元できれば、反応原理上、特に限定されるものではなく、例えば、固体炭素、無定形炭素(石炭類、コークス、木炭、ガスカーボン等)、浸炭性ガスである、天然ガス、メタン(CH4)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)等の炭化水素等を適宜選択すればよい。特に、純度の高い炭素を容易に入手でき、かつ取扱いが容易であるという理由から、固体炭素粉末が好ましく、その中でも黒鉛(グラファイト)がより好ましい。 The carbon is not particularly limited in terms of the reaction principle as long as the composite oxide can be reduced. Examples thereof include solid carbon, amorphous carbon (coal, coke, charcoal, gas carbon, etc.), and carburizing gas. Natural gas, hydrocarbons such as methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), etc. may be appropriately selected. In particular, solid carbon powder is preferable because high-purity carbon can be easily obtained and handling is easy, and graphite (graphite) is more preferable among them.
上記炭素は、その大きさや形状についても、特に限定されない。例えば、固体炭素の場合、入手が容易という理由から、好ましい大きさと形状は、1μm以上1cm以下の粉末状又は粒状であるが、これ以外の固体炭素であってもよい。例えば、粉末状、粒状、塊状、板状、棒状等の様々な形状の固体炭素を用いることができる。固体炭素の純度についても特に限定されるものではない。高品質のニトリドシリケート系化合物を得る目的で好ましい固体炭素の純度は、純度99%以上、好ましくは純度99.9%以上である。 The carbon is not particularly limited in size and shape. For example, in the case of solid carbon, the preferred size and shape are powdery or granular having a size of 1 μm or more and 1 cm or less because they are easily available, but other solid carbon may be used. For example, solid carbon having various shapes such as powder, granule, lump, plate, and rod can be used. The purity of the solid carbon is not particularly limited. The purity of solid carbon preferable for the purpose of obtaining a high-quality nitridosilicate compound is 99% or higher, preferably 99.9% or higher.
なお、上記炭素は、発熱体を兼ねるもの(カーボンヒーター等)や焼成容器を兼ねるもの(カーボンるつぼ等)であってもよい。上記炭素は、還元剤として用いることができればニトリドシリケート系化合物の原料と混合して用いてもよいし、単に接触させるだけでもよい。 The carbon may be one that also serves as a heating element (such as a carbon heater) or one that also serves as a firing container (such as a carbon crucible). If the carbon can be used as a reducing agent, it may be used as a mixture with a raw material of a nitridosilicate compound or may simply be brought into contact.
上記炭素の使用量は、原理的には、化学反応(還元窒化反応)によって、化学量論的組成のニトリドシリケート系化合物を生成し得る量とすれば足りるが、反応雰囲気中の残留水分等との反応によって、若干の炭素が消費されるため、この消費分を補充する目的で、上記生成に使用される量の1〜100重量%、特に10〜50重量%を増量した量に設定することが好ましい。 In principle, the amount of carbon used is sufficient to generate a nitridosilicate compound having a stoichiometric composition by a chemical reaction (reduction nitriding reaction). Since some carbon is consumed by the reaction, the amount is increased to 1 to 100% by weight, particularly 10 to 50% by weight of the amount used for the above-mentioned production for the purpose of replenishing the consumed amount. It is preferable.
上記窒化性ガスは、窒素元素を含む気体状の化合物であれば、特に限定されるものではないが、高純度ガスの入手の容易さ、取扱いの容易さ、価格等の理由から、好ましくは、窒素ガス、窒素水素混合ガス及びアンモニアガスから選ばれる少なくとも1つの窒化性ガスであり、より好ましくは窒素ガスである。 The nitriding gas is not particularly limited as long as it is a gaseous compound containing elemental nitrogen, but for reasons of availability of high-purity gas, ease of handling, price, etc., preferably It is at least one nitriding gas selected from nitrogen gas, nitrogen-hydrogen mixed gas and ammonia gas, more preferably nitrogen gas.
本実施形態の製造方法における上記反応は、上記原料にエネルギーを加えることによって、例えば、加熱等によって開始され維持される。そこで、上記窒化性ガス雰囲気の好ましい温度は1400℃以上2000℃以下であり、より好ましい温度は1500℃以上1800℃である。上記温度がこの範囲内であれば、上記原料やその焼成物が、分解あるいは溶融することなく、十分に反応したニトリドシリケート系化合物を得られる。 The reaction in the production method of the present embodiment is started and maintained by adding energy to the raw material, for example, by heating. Therefore, a preferable temperature of the nitriding gas atmosphere is 1400 ° C. or more and 2000 ° C. or less, and a more preferable temperature is 1500 ° C. or more and 1800 ° C. When the temperature is within this range, a sufficiently reacted nitridosilicate compound can be obtained without decomposition or melting of the raw material or a fired product thereof.
なお、上記温度範囲よりも低い温度では上記反応や還元が不十分であり、高品質のニトリドシリケート系化合物を得ることが困難になるし、これよりも高い温度ではニトリドシリケート系化合物が、分解あるいは融解して、所定の組成や形状(粉末状、成形体状等)の化合物を得ることが困難になる。また、製造設備に高価な発熱体や耐熱性の高い断熱材を使用せざるをえなくなる等の理由から、製造コストが高くなるので、安価にニトリドシリケート系化合物を提供することが困難になる。 The reaction and reduction are insufficient at a temperature lower than the above temperature range, and it becomes difficult to obtain a high quality nitridosilicate compound, and at a temperature higher than this, the nitridosilicate compound is It becomes difficult to obtain a compound having a predetermined composition and shape (powder, molded body, etc.) by decomposing or melting. In addition, the manufacturing cost is high because it is necessary to use an expensive heating element or a heat-resistant heat-insulating material in the manufacturing facility, so it is difficult to provide the nitridosilicate compound at a low cost. .
また、上記反応は、数回に分けて実施してもよい。このようにすると、上記複合酸化物と炭素との加熱反応によって金属ガリウム又は揮発性の高いガリウム化合物が生成され、蒸発して放出されることになる。さらに、この還元及びガリウムの放出によって生成されたアルカリ土類金属又は又はアルカリ金属化合物は、窒化性ガスによって、部分窒化又は全部窒化され、アルカリ土類金属の窒化物を形成しながら、上記珪素化合物等の他の原料と反応する。このようにして、ニトリドシリケート系化合物が生成されることになる。 The above reaction may be carried out in several steps. If it does in this way, a metallic gallium or a highly volatile gallium compound will be produced | generated by the heat reaction of the said complex oxide and carbon, and it will be evaporated and discharge | released. Further, the alkaline earth metal or the alkali metal compound produced by the reduction and the release of gallium is partially nitrided or entirely nitrided with a nitriding gas to form an alkaline earth metal nitride. React with other raw materials. In this way, a nitridosilicate compound is produced.
上記窒化性ガス雰囲気の好ましい反応条件は、単純な設備を利用できる理由から、常圧雰囲気であるが、高圧雰囲気、加圧雰囲気、減圧雰囲気、真空雰囲気のいずれであってもよい。高性能のニトリドシリケート系化合物を製造する目的で好ましい反応雰囲気は、高圧雰囲気であり、例えば、2気圧以上100気圧以下、取扱いの容易さを考慮すると、好ましくは5気圧以上20気圧以下、より好ましくは7気圧以上10気圧未満の、窒素ガスを主体にしてなる雰囲気である。このような高圧雰囲気にすると、高温焼成中に生じる化合物(窒化物、酸窒化物等)の分解を防止又は抑制できるので、製造されるニトリドシリケート系化合物の組成のずれを抑制できる。なお、焼成後の反応物(焼成物)の脱炭を促す目的で、上記雰囲気中に少量又は微量の水蒸気を含ませてもよい。 The preferable reaction conditions for the nitriding gas atmosphere are normal pressure atmospheres because simple equipment can be used, but any of a high pressure atmosphere, a pressurized atmosphere, a reduced pressure atmosphere, and a vacuum atmosphere may be used. A preferable reaction atmosphere for the purpose of producing a high-performance nitridosilicate compound is a high-pressure atmosphere, for example, 2 to 100 atm, and considering ease of handling, preferably 5 to 20 atm. Preferably, the atmosphere is mainly composed of nitrogen gas and having a pressure of 7 to 10 atmospheres. Such a high-pressure atmosphere can prevent or suppress the decomposition of compounds (nitrides, oxynitrides, etc.) that occur during high-temperature firing, so that the composition shift of the produced nitridosilicate compound can be suppressed. For the purpose of promoting decarburization of the reaction product (calcined product) after firing, a small amount or a trace amount of water vapor may be included in the atmosphere.
さらに、様々な反応条件を組み合わせて、ニトリドシリケート系化合物を製造することもできる。例えば、1400℃以上1800℃以下の比較的低い温度の常圧雰囲気で反応物同士を反応させた所望の還元窒化反応によって、所定の組成となるニトリドシリケート系化合物を得た後、1600℃以上2000℃以下の比較的高い温度の高圧雰囲気で反応させることによって、結晶性を向上できる、粒成長や粒界を改善できる等、高品質化することが可能である。 Furthermore, a nitridosilicate compound can be produced by combining various reaction conditions. For example, after obtaining a nitride silicate compound having a predetermined composition by a desired reductive nitridation reaction in which reactants are reacted in a normal pressure atmosphere at a relatively low temperature of 1400 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower, 1600 ° C. or higher By reacting in a high-pressure atmosphere at a relatively high temperature of 2000 ° C. or lower, it is possible to improve the quality, such as improving crystallinity, improving grain growth and grain boundaries.
本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法では、反応物同士の反応性を高める目的で、フラックスをさらに添加して反応させてもよい。上記フラックスは、ガリウム化合物(上記複合酸化物を含む。)以外の化合物であり、アルカリ金属化合物(例えば、Na2CO3、NaCl、LiF等)やハロゲン化合物(SrF2、CaCl2等)等から、必要に応じて適宜選択して用いればよい。 In the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment, a flux may be further added and reacted for the purpose of increasing the reactivity between the reactants. The flux is a compound other than a gallium compound (including the composite oxide), and is made of an alkali metal compound (for example, Na 2 CO 3 , NaCl, LiF, etc.) or a halogen compound (SrF 2 , CaCl 2, etc.). These may be selected and used as necessary.
本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法では、好ましくはアルミニウム化合物(例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等)を、より好ましくは窒化アルミニウムを、さらに添加するとよい。このような化合物をさらに添加して反応させることによって、ニトリドアルミドシリケート化合物、オクソニトリドアルミノシリケート化合物等が製造できるからである。 In the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment, an aluminum compound (for example, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum hydroxide, etc.) is preferably added, and aluminum nitride is more preferably added. This is because a nitridoaluminosilicate compound, an oxonitridoaluminosilicate compound, or the like can be produced by further adding and reacting such a compound.
また、本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法では、さらに、金属亜鉛又は亜鉛化合物(例えば、酸化亜鉛、窒化亜鉛等)、金属チタン又はチタン化合物(例えば、酸化チタン、窒化チタン等)、金属ジルコニウム又はジルコニウム化合物(例えば、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム等)、金属ハフニウム又はハフニウム化合物(例えば、酸化ハフニウム、窒化ハフニウム等)、金属タングステン又はタングステン化合物(例えば、酸化タングステン、窒化タングステン等)、金属錫又は錫化合物(例えば、酸化錫、窒化錫等)等の遷移金属又は遷移金属化合物を反応させて製造すると、これら遷移金属元素を含むニトリドシリケート系化合物を製造することもできる。また、燐又は燐化合物(例えば、五酸化燐、五窒化燐、燐酸塩類、燐酸水素二アンモニウム等)を反応させて製造すると、燐を含むニトリドシリケート系化合物を製造することもできるし、硼素又は硼素化合物(例えば、硼酸、窒化硼素、無水硼酸等)を反応させて製造すると、硼素を含むニトリドシリケート系化合物を製造することもできる。 In the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment, metal zinc or a zinc compound (for example, zinc oxide, zinc nitride, etc.), metal titanium or a titanium compound (for example, titanium oxide, titanium nitride, etc.), Metal zirconium or zirconium compound (eg, zirconium oxide, zirconium nitride, etc.), metal hafnium or hafnium compound (eg, hafnium oxide, hafnium nitride, etc.), metal tungsten or tungsten compound (eg, tungsten oxide, tungsten nitride, etc.), metal tin Alternatively, when a transition metal or a transition metal compound such as a tin compound (for example, tin oxide or tin nitride) is reacted, a nitridosilicate compound containing these transition metal elements can also be produced. Further, by producing phosphorus or a phosphorus compound (for example, phosphorus pentoxide, phosphorus pentanitride, phosphates, diammonium hydrogen phosphate, etc.), a nitride-containing compound containing phosphorus can be produced. Alternatively, when a boron compound (for example, boric acid, boron nitride, boric anhydride, etc.) is reacted, a nitridosilicate compound containing boron can also be manufactured.
(実施形態2)
本発明の第2のニトリドシリケート系化合物の製造方法の一例は、炭素熱還元窒化法に属する製造方法であり、加熱によって化学式M2Oで表されるアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、珪素化合物と、反応促進剤として機能する酸化ガリウムと、炭素とを含む原料を、窒化性ガス雰囲気中で反応させることを特徴とする。但し、上記アルカリ土類金属M2は、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1つの元素を示す。
(Embodiment 2)
An example of the second method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention is a production method belonging to the carbothermal reduction nitriding method, which is capable of producing an alkaline earth metal oxide represented by the chemical formula M2O by heating. A raw material containing a metal compound, a silicon compound, gallium oxide functioning as a reaction accelerator, and carbon is reacted in a nitriding gas atmosphere. However, the alkaline earth metal M2 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba.
本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法は、アルカリ土類金属化合物と酸化ガリウムとの反応過程で生成したアルカリ土類金属とガリウムとの複合酸化物を、窒化性ガス雰囲気中における炭素との反応によって還元及び窒化しながら、かつ、ガリウムを蒸発させながら、少なくとも珪素化合物と反応させる製造方法である。 The method for producing a nitridosilicate compound according to the present embodiment includes a compound oxide of an alkaline earth metal and gallium produced in the reaction process of an alkaline earth metal compound and gallium oxide with carbon in a nitriding gas atmosphere. This is a production method in which at least a silicon compound is reacted while reducing and nitriding by the above reaction and evaporating gallium.
すなわち、本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法の最大の特徴は、(1)ニトリドシリケート系化合物の原料として、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の窒化物を実質的に用いず、(2)代わりに、加熱によって化学式M2Oで表されるアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、酸化ガリウムとを組み合わせて用い、(3)これら化合物が含有する酸素成分の一部又は全部を、炭素によって還元し、一酸化炭素(CO)ガス又は二酸化炭素(CO2)ガスとして放出、除去し、(4)同時に、ガリウム成分を、加熱、蒸発等の自然現象を利用して除去しながら、(5)さらに、窒化性ガスとの反応によって、アルカリ土類金属化合物の窒化物を生成しながら、(6)珪素化合物等と反応させることによってニトリドシリケート系化合物を製造することにある。 That is, the greatest feature of the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment is that (1) an alkaline earth metal or an alkaline earth metal nitride is not substantially used as a raw material of the nitridosilicate compound. (2) Instead, a combination of an alkaline earth metal compound capable of generating an alkaline earth metal oxide represented by the chemical formula M2O by heating and gallium oxide is used, and (3) an oxygen component contained in these compounds Part or all of this is reduced with carbon and released and removed as carbon monoxide (CO) gas or carbon dioxide (CO 2 ) gas. (4) Simultaneously, natural phenomena such as heating and evaporation (5) Further, (6) react with a silicon compound or the like while generating a nitride of an alkaline earth metal compound by reaction with a nitriding gas. It is to produce a nitridosilicate-based compound by.
この方法によると、実施形態1に記載したニトリドシリケート系化合物の製造方法と同様の作用効果が得られ、単一結晶相のニトリドシリケート系化合物を容易に製造できる。これは、加熱によって化学式M2Oで表されるアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物と、酸化ガリウムとを反応させることによって、アルカリ土類金属M2とガリウムとの複合酸化物が、製造可能だからである。
According to this method, the same effect as that of the method for producing a nitridosilicate compound described in
本実施形態において製造可能なニトリドシリケート系化合物は、実施形態1に記載した製造方法によって製造可能なニトリドシリケート系化合物と同じであり、単一結晶相の純度の高い化合物が得られる。その結果、このニトリドシリケート系化合物は、様々な性能をより高く発揮できる。
The nitridosilicate compound that can be produced in the present embodiment is the same as the nitridosilicate compound that can be produced by the production method described in
上記アルカリ土類金属化合物は、上記酸化ガリウムと反応して上記複合酸化物を生成し得れば、特に限定されるものではない。上記複合酸化物を比較的容易に生成できるという理由から、アルカリ土類金属の炭酸塩、蓚酸塩及び酸化物から選ばれる少なくとも1つの化合物が好ましく、取扱いや入手が容易という理由から、アルカリ土類金属の炭酸塩がより好ましい。 The alkaline earth metal compound is not particularly limited as long as it can react with the gallium oxide to produce the composite oxide. At least one compound selected from carbonates, oxalates and oxides of alkaline earth metals is preferable because the composite oxide can be generated relatively easily. Alkaline earths are preferred because they are easy to handle and obtain. Metal carbonates are more preferred.
上記酸化ガリウムは、反応促進剤として働けば、特に限定されるものではなく、酸化ガリウム(III)(Ga2O3)であっても、酸化ガリウム(II)(GaO)であってもよい。 The gallium oxide is not particularly limited as long as it acts as a reaction accelerator, and may be gallium oxide (III) (Ga 2 O 3 ) or gallium oxide (II) (GaO).
上記酸化ガリウムは、ニトリドシリケート系化合物を1モル製造するために、その添加量を0.03モル以上3モル以下とすることが好ましく、0.1モル以上1モル以下とすることがより好ましい。上記範囲よりも添加量が少ない場合には、反応促進剤としての効果が薄れて、高品質のニトリドシリケート系化合物を得ることが困難になるし、多い場合には、不純物であるガリウムの混入量が多くなり、ニトリドシリケート系化合物の性能が低下する。 The gallium oxide is preferably added in an amount of 0.03 mol or more and 3 mol or less, more preferably 0.1 mol or more and 1 mol or less in order to produce 1 mol of the nitridosilicate compound. . When the amount added is less than the above range, the effect as a reaction accelerator is diminished, and it becomes difficult to obtain a high-quality nitridosilicate compound. The amount increases and the performance of the nitridosilicate compound decreases.
本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法において、上記珪素化合物、上記炭素、上記窒化性ガスについては、実施形態1に記載したものが好適に用いられ、同様の作用効果を奏する。また、これらの反応物を反応させる温度、圧力等の反応条件についても、実施形態1の記載と同様である。なお、上記炭素は、上記アルカリ土類金属酸化物(M2O)1モルを還元するために1〜2モル必要であり、さらに、上記酸化ガリウムに含まれる酸素を還元し、除去するために、例えば酸化ガリウム(Ga2O3)1モルあたり3モル、増量することが好ましい。 In the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment, the silicon compound, the carbon, and the nitriding gas described in the first embodiment are preferably used, and the same operational effects are achieved. The reaction conditions such as temperature and pressure for reacting these reactants are also the same as described in the first embodiment. The carbon needs 1 to 2 mol to reduce 1 mol of the alkaline earth metal oxide (M2O). Further, in order to reduce and remove oxygen contained in the gallium oxide, for example, The amount is preferably increased by 3 mol per mol of gallium oxide (Ga 2 O 3 ).
本実施形態のニトリドシリケート系化合物の製造方法において、実施形態1に記載したフラックス、アルミニウム化合物、遷移金属、遷移金属化合物、燐、燐化合物、硼素及び硼素化合物から選ばれる少なくとも1つを、さらに添加してもよい。 In the method for producing a nitridosilicate compound of the present embodiment, at least one selected from the flux, aluminum compound, transition metal, transition metal compound, phosphorus, phosphorus compound, boron, and boron compound described in the first embodiment, It may be added.
実施形態1及び2の製造方法によって製造されたニトリドシリケート系化合物は、セラミック部材等への応用が可能なだけでなく、ニトリドシリケート系蛍光体としての応用も可能である。例えば、Sr2Si5N8、Sr2Si4AlON7、CaAlSiN3等のニトリドシリケート系化合物は、高効率蛍光体の蛍光体母体として機能するので、本発明のニトリドシリケート系化合物の製造方法は、ニトリドシリケート系蛍光体の製造方法に広く応用可能である。
The nitridosilicate compound produced by the production method of
本発明のニトリドシリケート系化合物の製造方法によって、ニトリドシリケート系蛍光体を得るには、ニトリドシリケート系蛍光体の発光中心となり得る元素Lが、上記原料に含まれていればよい。但し、上記発光中心になり得る元素Lは、遷移金属(例えば、原子番号58〜60及び62〜71から選ばれるランタニド、Mn等)であり、特に好ましい元素Lは、Ce、Pr、Eu、Tb及びMnである。 In order to obtain a nitridosilicate phosphor by the method for producing a nitridosilicate compound of the present invention, an element L that can be a light emission center of the nitridosilicate phosphor may be contained in the raw material. However, the element L which can be the emission center is a transition metal (for example, lanthanide selected from atomic numbers 58 to 60 and 62 to 71, Mn, etc.), and particularly preferable elements L are Ce, Pr, Eu, Tb. And Mn.
(実施形態3)
本発明の第1のニトリドシリケート系化合物の製造方法の他の一例は、実施形態1に記載のニトリドシリケート系化合物の製造方法であって、上記アルカリ土類金属M1とガリウムとの複合酸化物として、元素L1が添加された複合酸化物を用いることを特徴とする。
(Embodiment 3)
Another example of the method for producing the first nitridosilicate compound of the present invention is the method for producing the nitridosilicate compound described in
上記元素L1が添加された複合酸化物は、発光中心イオンとなり得る元素L1が添加された上記複合酸化物であり、例えばCe、Pr、Eu、Tb及びMnから選ばれる少なくとも1つの元素等があらかじめ添加された複合酸化物である。 The complex oxide to which the element L1 is added is the complex oxide to which the element L1 that can be a luminescent center ion is added. For example, at least one element selected from Ce, Pr, Eu, Tb, and Mn is previously contained. It is the added complex oxide.
本実施形態において製造可能なニトリドシリケート系化合物は、少なくともアルカリ土類金属元素と、珪素元素と、窒素元素とを含む化合物(例えば、ニトリドシリケート、オクソニトリドシリケート、ニトリドアルミノシリケート、オクソアルミノニトリドシリケート、アルカリ土類金属サイアロン等)を蛍光体母体とし、蛍光体母体の結晶格子中に発光中心イオン(例えば、Ce3+、Eu2+、Eu3+、Tb3+等)を含むニトリドシリケート系蛍光体といえる。このニトリドシリケート系蛍光体は、単一結晶相の純度の高い化合物が得られので、様々な性能をより高く発揮できる。 The nitridosilicate compound that can be produced in the present embodiment is a compound containing at least an alkaline earth metal element, a silicon element, and a nitrogen element (for example, nitridosilicate, oxonitridosilicate, nitridoaluminosilicate, oxo Aluminonitridosilicate, alkaline earth metal sialon, etc.) as a phosphor matrix, and emission center ions (for example, Ce 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Tb 3+, etc.) in the crystal lattice of the phosphor matrix. It can be said that it is a nitridosilicate phosphor containing. Since this nitridosilicate phosphor can provide a compound having a single crystal phase and high purity, various performances can be exhibited more highly.
本実施形態の製造方法において、上記珪素化合物、上記炭素、上記窒化性ガスについては、実施形態1に記載したものが好適に用いられ、同様の作用効果を奏する。また、これらの反応物を反応させる温度、圧力等の反応条件についても、実施形態1の記載と同様である。なお、上記炭素の使用量は、複合酸化物が含有する酸素を十分還元し、除去する目的で、ニトリドシリケート系化合物の生成に必要とされる量の1〜100重量%、特に10〜50重量%を増量した量を設定することがより一層好ましい。 In the manufacturing method of the present embodiment, the silicon compound, the carbon, and the nitriding gas described in the first embodiment are preferably used, and the same effects are achieved. The reaction conditions such as temperature and pressure for reacting these reactants are also the same as described in the first embodiment. The amount of carbon used is 1 to 100% by weight, particularly 10 to 50% of the amount required for the production of the nitridosilicate compound for the purpose of sufficiently reducing and removing oxygen contained in the composite oxide. It is even more preferable to set an amount obtained by increasing the weight%.
本実施形態の製造方法において、実施形態1に記載したフラックス、アルミニウム化合物、遷移金属、遷移金属化合物、燐、燐化合物、硼素及び硼素化合物から選ばれる少なくとも1つをさらに添加してもよい。 In the manufacturing method of the present embodiment, at least one selected from the flux, aluminum compound, transition metal, transition metal compound, phosphorus, phosphorus compound, boron, and boron compound described in the first embodiment may be further added.
(実施形態4)
本発明の第2のニトリドシリケート系蛍光体の製造方法の他の一例は、実施形態2に記載のニトリドシリケート系化合物の製造方法であって、上記原料に、元素L2を含有する金属若しくは化合物をさらに含むことを特徴とする。
(Embodiment 4)
Another example of the method for producing the second nitridosilicate phosphor of the present invention is the method for producing the nitridosilicate compound described in
上記元素L2は、発光中心になり得る元素であり、遷移金属(例えば、原子番号58〜60及び62〜71から選ばれるランタニド、Mn等)、特に好ましくは、Ce、Pr、Eu、Tb及びMnから選ばれる少なくとも1つの元素である。また、上記元素L2を含有する化合物としては、上記遷移金属の酸化物、窒化物、水酸化物、炭酸塩、蓚酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物及び燐酸塩等である。 The element L2 is an element that can be a light emission center, and is preferably a transition metal (for example, lanthanide or Mn selected from atomic numbers 58 to 60 and 62 to 71), particularly preferably Ce, Pr, Eu, Tb, and Mn. Is at least one element selected from Examples of the compound containing the element L2 include oxides, nitrides, hydroxides, carbonates, oxalates, nitrates, sulfates, halides, and phosphates of the transition metals.
すなわち、本実施形態の製造方法は、遷移金属及び遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1つ(例えば、金属ランタン、金属プロメチウム、ランタン化合物及びプロメチウム化合物を除く、金属ランタニド及びランタニド化合物から選ばれる少なくとも1つ)をさらに反応させて製造するニトリドシリケート系蛍光体の製造方法ということもできる。 That is, the manufacturing method of this embodiment is at least one selected from transition metals and transition metal compounds (for example, at least one selected from metal lanthanides and lanthanide compounds excluding metal lanthanum, metal promethium, lanthanum compounds, and promethium compounds). It can also be said to be a method for producing a nitridosilicate phosphor that is produced by further reaction.
本実施形態において製造可能なニトリドシリケート系化合物は、実施形態3に記載した製造方法によって製造可能なニトリドシリケート系化合物と同じであり、ニトリドシリケート系蛍光体といえる。このニトリドシリケート系蛍光体は、単一結晶相の純度の高い化合物が得られるので、様々な性能をより高く発揮できる。 The nitridosilicate compound that can be manufactured in the present embodiment is the same as the nitridosilicate compound that can be manufactured by the manufacturing method described in Embodiment 3, and can be said to be a nitridosilicate phosphor. Since this nitridosilicate phosphor can provide a compound having a single crystal phase and high purity, it can exhibit various performances.
本実施形態の製造方法において、上記珪素化合物、上記炭素、上記窒化性ガスについては、実施形態1に記載したものが好適に用いられ、同様の作用効果を奏する。また、これらの反応物を反応させる温度、圧力等の反応条件についても、実施形態1の記載と同様である。例えば、Eu2+イオンを付活したニトリドシリケート系蛍光体の製造では、1400℃以上1800℃以下の、常圧の窒素水素混合ガス雰囲気中で反応させた後、1600℃以上2000℃以下の、2気圧以上10気圧以下の高圧窒素雰囲気中で反応させる製造方法によって、内部量子効率が80%を越える高性能の蛍光体を得ることも可能である。 In the manufacturing method of the present embodiment, the silicon compound, the carbon, and the nitriding gas described in the first embodiment are preferably used, and the same effects are achieved. The reaction conditions such as temperature and pressure for reacting these reactants are also the same as described in the first embodiment. For example, in the manufacture of a nitridosilicate phosphor activated with Eu 2+ ions, after reaction in a nitrogen-hydrogen mixed gas atmosphere at 1400 ° C. to 1800 ° C. and normal pressure, 1600 ° C. to 2000 ° C. It is also possible to obtain a high-performance phosphor having an internal quantum efficiency exceeding 80% by a production method in which the reaction is performed in a high-pressure nitrogen atmosphere of 2 to 10 atmospheres.
本実施形態の製造方法において、実施形態1に記載したフラックス、アルミニウム化合物、遷移金属(亜鉛を含む)、遷移金属化合物、燐、燐化合物、硼素及び硼素化合物から選ばれる少なくとも1つをさらに添加してもよい。 In the manufacturing method of the present embodiment, at least one selected from the flux, aluminum compound, transition metal (including zinc), transition metal compound, phosphorus, phosphorus compound, boron, and boron compound described in the first embodiment is further added. May be.
実施形態3又は4の製造方法によって、化学量論的組成の蛍光体を構成する主成分として酸素を含む、例えばSr2Si4AlON7:Eu2+赤色蛍光体等のニトリドシリケート系蛍光体を製造すれば、より容易に、再現性よく、高品質のニトリドシリケート系蛍光体を製造できるので、大量の高品質ニトリドシリケート系蛍光体を提供できるようになる。 Nitridosilicate phosphor such as Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ red phosphor containing oxygen as a main component constituting the phosphor of stoichiometric composition by the production method of Embodiment 3 or 4 Can produce a high-quality nitridosilicate phosphor more easily and with good reproducibility, so that a large amount of a high-quality nitridosilicate phosphor can be provided.
また、実施形態3又は4の製造方法によって、Ce3+、Pr3+、Eu2+、Tb3+等のランタニドイオンやMn2+を発光中心として含むニトリドシリケート系蛍光体を製造する場合には、反応雰囲気が還元雰囲気であることが好ましく、強い還元力が比較的安価かつ容易に得られる理由から、窒素水素混合ガス雰囲気であることが特に好ましい。このようにすると、Ce4+、Pr4+、Eu3+、Tb4+、Mn3+等の高効率蛍光体の発光中心として実質的に機能しないイオン、又は、所望の発光色を放たない発光中心イオンの生成を防止でき、Ce3+、Pr3+、Eu2+、Tb3+、Mn2+等の発光色が所望となる高効率発光を放つ遷移金属イオン(例えばランタニドイオン等)の濃度が高くなるので、高効率のニトリドシリケート系蛍光体を提供できるようになる。また、水素を用いる還元雰囲気では、水素ガスによる脱炭の効果によって、ニトリドシリケート系蛍光体の高純度化が図れることも期待できる。さらに、カーボン部材を断熱材、ヒーター及び構造体に有する炉において、窒素又は不活性ガスから選ばれる少なくとも1つの雰囲気中において、1400℃以上2000℃以下の温度で加熱することも、上記目的を達成する上で好ましい。このようにすると、カーボン部材を有する炉を用いて1400℃程度以上の温度で焼成した場合、雰囲気ガスとして窒素又は不活性ガスを100%用いた場合であっても、雰囲気中の残留水分とカーボンとの反応等によって幾らかの一酸化炭素を生成し還元雰囲気が得られるからである。 In the case of producing a nitridosilicate phosphor containing a lanthanide ion such as Ce 3+ , Pr 3+ , Eu 2+ , Tb 3+ , or Mn 2+ as an emission center by the production method of Embodiment 3 or 4. In this case, the reaction atmosphere is preferably a reducing atmosphere, and a nitrogen-hydrogen mixed gas atmosphere is particularly preferable because a strong reducing power can be obtained relatively inexpensively and easily. In this way, ions that do not substantially function as the emission center of high-efficiency phosphors such as Ce 4+ , Pr 4+ , Eu 3+ , Tb 4+ , Mn 3+ , or a desired emission color were emitted. Transition metal ions (e.g., lanthanide ions, etc.) that can prevent generation of luminescent center ions and emit highly efficient luminescence such as Ce3 + , Pr3 + , Eu2 + , Tb3 + , Mn2 + , etc. ) Becomes high, it becomes possible to provide a highly efficient nitridosilicate phosphor. In a reducing atmosphere using hydrogen, it can be expected that the nitridosilicate phosphor is highly purified by the effect of decarburization with hydrogen gas. Furthermore, in a furnace having a carbon member in a heat insulating material, a heater and a structure, heating at a temperature of 1400 ° C. or more and 2000 ° C. or less in at least one atmosphere selected from nitrogen or an inert gas also achieves the above object. This is preferable. In this case, when firing at a temperature of about 1400 ° C. or higher using a furnace having a carbon member, even if 100% of nitrogen or an inert gas is used as the atmospheric gas, residual moisture in the atmosphere and carbon This is because some of the carbon monoxide is produced by the reaction with the above, and a reducing atmosphere is obtained.
実施形態3又は4の製造方法によれば、高効率のニトリドシリケート系蛍光体を、再現性よく、大量に、比較的低い合成温度で、安価に提供できるようになる。なお、代表的な上記ニトリドシリケート系蛍光体としては、(1−x)Sr2Si5N8・xSr2Si4AlON7:Eu2+(xは、0≦x≦1を満足する数値)、CaAlSiN3:Eu2+等の赤色発光窒化物系蛍光体や、(Ca,Sr,Ba)Al2-xSixO4-xNx(但し、xは、0<x≦2を満足する数値)等の緑色発光窒化物系蛍光体等の、先に記載したニトリドシリケート系蛍光体が挙げられる。 According to the production method of Embodiment 3 or 4, a highly efficient nitridosilicate phosphor can be provided in a large amount at a relatively low synthesis temperature at low cost with high reproducibility. As typical nitridosilicate phosphors, (1-x) Sr 2 Si 5 N 8 .xSr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ (x is a numerical value satisfying 0 ≦ x ≦ 1). ), CaAlSiN 3 : Eu 2+ and other red light-emitting nitride phosphors, and (Ca, Sr, Ba) Al 2−x Si x O 4−x N x (where x is 0 <x ≦ 2) Nitridosilicate phosphors described above, such as a green light emitting nitride phosphor such as a satisfactory numerical value).
特に、実施形態3又は4の製造方法によって製造した、化学量論的組成の蛍光体を構成する主成分として酸素を含む、ニトリドシリケート系蛍光体(例えば、Sr2Si4AlON7:Eu2+や、Sr2Si4.25Al0.75O0.75N7.25:Eu2+等)は、本発明の製造方法に基づく大量生産に適した蛍光体材料であり、高品質の蛍光体を、再現性よく、大量に提供可能である。 In particular, a nitridosilicate-based phosphor (for example, Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2) containing oxygen as a main component constituting the phosphor having a stoichiometric composition manufactured by the manufacturing method of Embodiment 3 or 4. + , Sr 2 Si 4.25 Al 0.75 O 0.75 N 7.25 : Eu 2+, etc.) are phosphor materials suitable for mass production based on the production method of the present invention. It can be provided in large quantities.
このようなニトリドシリケート系蛍光体は、例えば、(1)照明用LED光源の発光源、(2)無機EL(エレクトロルミネッセンス)素子と波長変換材料としての蛍光体とを組み合わせてなる白色光源の発光源、(3)Eu2+付活チオアルミネート青色蛍光体(例えば、(Ba,Mg)Al2S4:Eu2+等)を用いた発光層と、波長変換層とを組み合わせて構成した多色表示無機薄膜ELパネルの波長変換層、(4)蛍光ランプ(放電灯)の温色系(黄〜橙〜赤色)発光成分の発光源等として用いることができる。また、温度特性に優れ、高温下にあっても比較的高い発光性能を維持するので、温度特性を改善した上記発光装置を安価に提供することができるようになる。 Such nitridosilicate phosphors are, for example, (1) a light source of an LED light source for illumination, (2) a white light source formed by combining an inorganic EL (electroluminescence) element and a phosphor as a wavelength conversion material. A combination of a light emitting layer, (3) a light emitting layer using Eu 2+ activated thioaluminate blue phosphor (for example, (Ba, Mg) Al 2 S 4 : Eu 2+ ), and a wavelength conversion layer The wavelength conversion layer of the multi-color display inorganic thin film EL panel can be used as a light emitting source of (4) a warm color (yellow to orange to red) light emitting component of a fluorescent lamp (discharge lamp). In addition, since the temperature characteristics are excellent and relatively high light emission performance is maintained even at high temperatures, the light emitting device with improved temperature characteristics can be provided at low cost.
実施形態3又は4の製造方法は、特に、近紫外〜青色光で励起され、600nm以上660nm以下の波長領域に発光ピークを有する、高効率の赤色光を放つ、照明用白色LED光源用の窒化物又は酸窒化物の赤色蛍光体(例えば、(1−x)Sr2Si5N8・xSr2Si4AlON7:Eu2+(xは、0≦x≦1を満足する数値)、CaAlSiN3:Eu2+、CaSiN2:Eu2+等)の工業生産に適する製造方法である。 The manufacturing method of Embodiment 3 or 4 is particularly nitrided for a white LED light source for illumination that emits high-efficiency red light that is excited by near-ultraviolet to blue light and has an emission peak in a wavelength region of 600 nm to 660 nm. Or oxynitride red phosphor (for example, (1-x) Sr 2 Si 5 N 8 .xSr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ (x is a numerical value satisfying 0 ≦ x ≦ 1), CaAlSiN 3 : Eu 2+ , CaSiN 2 : Eu 2+, etc.).
実施形態3又は4の製造方法によって製造したニトリドシリケート系蛍光体は、入手又は製造が容易で安価、かつ、大気中での取扱いも容易な、上記複合酸化物又は上記アルカリ土類金属化合物、炭素(特に固体炭素粉末)、珪素化合物(特に窒化珪素)、アルミニウム化合物(特に窒化アルミニウム)及び窒化性ガス(特に窒素)等を用いて製造するので、製造が容易で、これら化合物を安価に製造できるようになる。 The nitridosilicate phosphor produced by the production method of Embodiment 3 or 4 is easy to obtain or produce, inexpensive, and easy to handle in the air. The composite oxide or the alkaline earth metal compound, Manufactured using carbon (especially solid carbon powder), silicon compound (especially silicon nitride), aluminum compound (especially aluminum nitride) and nitriding gas (especially nitrogen), etc., it is easy to produce, and these compounds are produced at low cost. become able to.
また、実施形態3又は4の製造方法によって製造したニトリドシリケート系蛍光体、とりわけ、アルカリ土類金属の原子数よりも酸素の原子数が少ない、高窒化性のニトリドシリケート系蛍光体、特に、酸素成分を実質的に含まないニトリドシリケート系蛍光体は、還元剤となる炭素との反応によって、積極的に焼成原料を還元し、焼成原料中の酸素成分を一酸化炭素や二酸化炭素として除去しながら製造するので、不純物である酸素の混入量が少なく、純度が高く、結果として、高い材料性能を示す。 Further, the nitridosilicate phosphor produced by the production method of Embodiment 3 or 4, particularly a highly nitrided nitridosilicate phosphor having a smaller number of oxygen atoms than the number of alkaline earth metal atoms, particularly Nitridosilicate phosphors substantially free of oxygen components actively reduce the calcined raw material by reaction with carbon as a reducing agent, and the oxygen component in the calcined raw material is converted to carbon monoxide or carbon dioxide. Since it is manufactured while removing it, the amount of oxygen which is an impurity is small, purity is high, and as a result, high material performance is exhibited.
一方、化学量論的組成の化合物を構成する主成分として酸素を含む、高窒化性のニトリドシリケート系蛍光体は、酸素成分を実質的に含まないニトリドシリケート系蛍光体と比較すると、厳密な製造条件(例えば、窒化性ガスを含む化合物原料の純度の管理条件等)を要求されないので、高品質の蛍光体を、再現性よく、大量に提供可能となる。 On the other hand, highly nitrided nitridosilicate phosphors containing oxygen as the main component of the stoichiometric compound are strictly compared to nitridosilicate phosphors substantially free of oxygen components. Therefore, high-quality phosphors can be provided in large quantities with high reproducibility, since the production conditions (for example, the control conditions for the purity of the compound raw material containing a nitriding gas) are not required.
したがって、実施形態3又は4の製造方法を用いて製造したニトリドシリケート系蛍光体を用いた装置(例えば白色LED光源等)についても、安価で高性能(高光束等)なものが提供可能となる。 Therefore, it is possible to provide a low-cost and high-performance (high luminous flux, etc.) device (for example, a white LED light source) using a nitridosilicate phosphor manufactured using the manufacturing method of Embodiment 3 or 4. Become.
次に、本発明のニトリドシリケート系化合物を用いた装置について、図面に基づき説明する。図1に、実施形態3の製造方法で作製したニトリドシリケート系蛍光体を発光源として用いた発光装置の一例の断面図を示す。図1に示す発光装置は、LEDを応用した光源でもある。図1は、照明又は表示装置用として多用される半導体発光装置の一例でもある。 Next, an apparatus using the nitridosilicate compound of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of an example of a light-emitting device using a nitride silicate phosphor produced by the manufacturing method of Embodiment 3 as a light-emitting source. The light emitting device shown in FIG. 1 is also a light source to which an LED is applied. FIG. 1 is also an example of a semiconductor light-emitting device that is frequently used for illumination or display devices.
図1は、サブマウント基板4の上に、少なくとも1つの発光素子1を導通搭載するとともに、少なくとも実施形態3の製造方法で作製したニトリドシリケート系蛍光体2を内在し、蛍光体層3を兼ねる母材(例えば、樹脂や低融点ガラス等)のパッケージによって発光素子1を封止した構造の半導体発光装置を示す。
In FIG. 1, at least one
図1において、発光素子1は電気エネルギーを光に換える光電変換素子であり、具体的には、LED、レーザーダイオード、面発光レーザーダイオード、無機EL素子、有機EL素子等が該当する。特に、光源の高出力化の面からは、LED又は無機薄膜EL素子が好ましい。発光素子1が放つ光の波長については、基本的には、特に限定されるものではなく、ニトリドシリケート系蛍光体を励起し得る波長範囲内(例えば、250〜600nm)であればよい。しかし、ニトリドシリケート系蛍光体が高効率励起され、需要の多い白色系発光を放つ高発光性能の光源を製造し得るためには、360nmを超え500nm以下、好ましくは360nmを超え420nm以下、又は、420nmを超え500nm以下、好ましくは380nmを超え410nm以下、又は、440nmを超え480nm以下の波長範囲、すなわち、近紫外、紫色、又は、青色の波長領域に発光ピークを有する発光素子1にする。
In FIG. 1, a light-emitting
また、図1において、蛍光体層3は、少なくともニトリドシリケート系蛍光体2を含む蛍光体層であり、例えば、透明樹脂(例えばシリコーン樹脂等)や低融点ガラス等の透明母材に少なくともニトリドシリケート系蛍光体2を分散させて構成する。ニトリドシリケート系蛍光体2の透明母材中における含有量は、例えば、上記透明樹脂の場合では、5〜80質量%が好ましく、10〜60質量%がより好ましい。蛍光体層3中に内在するニトリドシリケート系蛍光体2は、駆動によって上記発光素子1が放つ光の一部又は全部を吸収して、発光素子1が放つ光のピーク波長よりも波長の長い可視光(特に赤色光)に変換する光変換材料であるので、発光素子1によってニトリドシリケート系蛍光体2が励起され、半導体発光装置が少なくともニトリドシリケート系蛍光体2が放つ発光成分を含む光を放つようになる。
Further, in FIG. 1, a phosphor layer 3 is a phosphor layer including at least a
したがって、例えば、以下のような組み合わせ構造の発光装置にし、いずれかの蛍光体、特に赤色蛍光体をニトリドシリケート系蛍光体2にすると、発光素子1が放つ光と蛍光体層3が放つ光との混色等によって、白色光が得られ、需要の多い白色光を放つ光源になる。
(1)360nmを超え420nm以下の近紫外光又は紫色の波長領域に発光ピークを有する光(紫色光)を放つ発光素子と、青色蛍光体と、緑色蛍光体と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
(2)上記近紫外光又は上記紫色光から選ばれるいずれかの光を放つ発光素子と、青色蛍光体と、緑色蛍光体と、黄色蛍光体と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
(3)上記近紫外光を放つ発光素子と、青色蛍光体と、黄色蛍光体と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
(4)420nmを超え500nm以下の青色の波長領域に発光ピークを有する光(青色光)を放つ発光素子と、緑色蛍光体と、黄色蛍光体と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
(5)上記青色光を放つ発光素子と、黄色蛍光体と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
(6)上記青色光を放つ発光素子と、緑色蛍光体と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
(7)485nmを超え500nm以下の青緑色の波長領域に発光ピークを有する光を放つ発光素子と、赤色蛍光体とを組み合わせてなる構造。
Therefore, for example, when a light emitting device having the following combination structure is used and any one of the phosphors, particularly a red phosphor, is used as the
(1) A combination of a light-emitting element that emits light (purple light) having a light emission peak in the near-ultraviolet light or purple wavelength region of more than 360 nm and 420 nm or less, a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor Structure.
(2) A structure formed by combining a light emitting element that emits light selected from the near ultraviolet light or the violet light, a blue phosphor, a green phosphor, a yellow phosphor, and a red phosphor.
(3) A structure formed by combining the light emitting element that emits near-ultraviolet light, a blue phosphor, a yellow phosphor, and a red phosphor.
(4) A structure formed by combining a light emitting element that emits light (blue light) having a light emission peak in a blue wavelength range of more than 420 nm and 500 nm or less, a green phosphor, a yellow phosphor, and a red phosphor.
(5) A structure formed by combining the light emitting element that emits blue light, a yellow phosphor, and a red phosphor.
(6) A structure formed by combining the light emitting element that emits blue light, a green phosphor, and a red phosphor.
(7) A structure formed by combining a light-emitting element that emits light having a light emission peak in a blue-green wavelength region exceeding 485 nm and not more than 500 nm, and a red phosphor.
なお、上記(1−x)Sr2Si5N8・xSr2Si4AlON7:Eu2+(xは、0≦x≦1を満足する数値)、CaAlSiN3:Eu2+等の赤色発光を放つ本発明のニトリドシリケート系蛍光体は、上記青色光励起下で高い内部量子効率を示す蛍光体である。したがって、このようなニトリドシリケート系蛍光体の励起源として、420nmを超え500nm未満、好ましくは440nmを超え480nm未満の青色系の波長領域に発光ピークを有する青色発光素子を用い、上記ニトリドシリケート蛍光体が、上記青色発光素子が放つ青色光によって励起され、かつ、上記青色発光素子が放つ青色光成分と、上記ニトリドシリケート蛍光体が放つ発光成分とを、少なくとも出力光として含んで放つように発光装置を構成すると、赤色発光成分強度の強い暖色系発光を放つ高光束の発光装置を構成でき、好ましいものとなる。 In addition, red light emission such as (1-x) Sr 2 Si 5 N 8 .xSr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ (x is a numerical value satisfying 0 ≦ x ≦ 1), CaAlSiN 3 : Eu 2+ The nitridosilicate phosphor of the present invention that emits light is a phosphor exhibiting high internal quantum efficiency under the blue light excitation. Therefore, as an excitation source of such a nitridosilicate phosphor, a blue light emitting element having an emission peak in a blue wavelength region of more than 420 nm and less than 500 nm, preferably more than 440 nm and less than 480 nm, is used. The phosphor is excited by the blue light emitted from the blue light-emitting element, and emits at least the blue light component emitted from the blue light-emitting element and the light-emitting component emitted from the nitridosilicate phosphor as output light. When the light emitting device is configured, a high luminous flux light emitting device that emits warm light emission having a strong red light emitting component intensity can be configured, which is preferable.
なお、本発明のニトリドシリケート系蛍光体は、組成や添加する発光中心イオンの種類によって、青色、緑色、黄色、又は赤色のいずれの蛍光体にもなり得るので、上記、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の、少なくとも1つに用いることが可能である。 The nitridosilicate phosphor of the present invention can be any of blue, green, yellow, and red phosphors depending on the composition and type of luminescent center ion to be added. It can be used for at least one of a phosphor, a yellow phosphor, and a red phosphor.
また、本発明のニトリドシリケート系蛍光体以外の、上記青色蛍光体、上記緑色蛍光体、上記黄色蛍光体、上記赤色蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr)MgAl10O17:Eu2+青色蛍光体、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+青色蛍光体、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+緑色蛍光体、BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+緑色蛍光体、Y2SiO5:Ce3+,Tb3+緑色蛍光体、Y3Al5O12:Ce3+緑色蛍光体、(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+黄色蛍光体、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+黄色蛍光体、CaGa2S4:Eu2+黄色蛍光体、CaS:Eu2+赤色蛍光体、SrS:Eu2+赤色蛍光体、La2O2S:Eu3+赤色蛍光体等が使用できる。 In addition to the nitridosilicate phosphor of the present invention, the blue phosphor, the green phosphor, the yellow phosphor, and the red phosphor may be, for example, (Ba, Sr) MgAl 10 O 17 : Eu 2 + Blue phosphor, (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu 2+ blue phosphor, (Ba, Sr) 2 SiO 4 : Eu 2+ green phosphor, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , Mn 2+ green phosphor, Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ green phosphor, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ green phosphor, (Y, Gd) 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ yellow phosphor, (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu 2+ yellow phosphor, CaGa 2 S 4 : Eu 2+ yellow phosphor, CaS: Eu 2+ red phosphor, SrS: Eu 2+ red phosphor, La 2 O 2 S: Eu 3+ red phosphor and the like can be used.
なお、本発明のニトリドシリケート系蛍光体を構成する上記Mは、Ca及びSrから選択される少なくとも1つの元素を主体とすることが好ましい。発光効率の良い蛍光体となるからである。例えば、Eu2+イオンを付活剤として添加したニトリドシリケート系蛍光体の場合、例えば、Sr2Si5N8:Eu2+、Sr2Si4AlON7:Eu2+、0.25Sr2Si5N8・0.75Sr2Si4AlON7:Eu2+、CaAlSiN3:Eu2+等の高性能の赤色蛍光体、又は、SrSi2O2N2:Eu2+等の高性能の緑色蛍光体になり、発光装置用として好ましい蛍光体を提供できるようになる。また、このような赤色蛍光体や緑色蛍光体を用いた発光装置は、演色性の面で好ましい光色の発光を放つものとなる。 The M constituting the nitridosilicate phosphor of the present invention is preferably composed mainly of at least one element selected from Ca and Sr. This is because the phosphor has good luminous efficiency. For example, in the case of a nitride silicate phosphor added with Eu 2+ ions as an activator, for example, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ , 0.25Sr 2 High-performance red phosphor such as Si 5 N 8 0.75Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ , CaAlSiN 3 : Eu 2+, or high-performance red phosphor such as SrSi 2 O 2 N 2 : Eu 2+ It becomes a green phosphor, and a phosphor preferable for a light emitting device can be provided. In addition, a light emitting device using such a red phosphor or green phosphor emits light having a light color that is preferable in terms of color rendering.
本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
以下、本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法として、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8(すなわち、Sr2Si5N8:Eu2+蛍光体)の製造方法を説明する。
Example 1
Hereinafter, as a method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, a method for producing a nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 (that is, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ phosphor). Will be explained.
まず、下記材料(a)〜(c)を、自動乳鉢を用いて、大気中で十分混合して、混合粉末Aを得た。 First, the following materials (a) to (c) were sufficiently mixed in the air using an automatic mortar to obtain a mixed powder A.
(a)炭酸ストロンチウム粉末(SrCO3:純度99.9モル%) :21.70g
(b)酸化ユーロピウム粉末(Eu2O3:純度99.9モル%) :0.53g
(c)酸化ガリウム粉末(Ga2O3:純度99.99モル%) :9.37g
(A) Strontium carbonate powder (SrCO 3 : purity 99.9 mol%) : 21.70 g
(B) Europium oxide powder (Eu 2 O 3 : purity 99.9 mol%): 0.53 g
(C) Gallium oxide powder (Ga 2 O 3 : purity 99.99 mol%): 9.37 g
この混合粉末Aをアルミナるつぼに仕込み、箱型電気炉を用いて、1100℃の大気中で2時間焼成して、ユーロピウム元素が添加されアルカリ土類金属とガリウムとの複合酸化物である酸化ストロンチウムガリウム(Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6+αの粉末(材料1)を得た。 This mixed powder A is charged into an alumina crucible and fired in an air atmosphere at 1100 ° C. for 2 hours using a box-type electric furnace, and europium element is added to strontium oxide which is a complex oxide of an alkaline earth metal and gallium. A powder of gallium (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6+ α (Material 1) was obtained.
次に、上記材料(1)と、珪素化合物である材料(2)と、炭素である材料(3)とを原料として、それぞれ用意した。なお、材料(3)は材料(1)の還元剤(添加還元剤)となる。 Next, the material (1), the material (2) that is a silicon compound, and the material (3) that is carbon were prepared as raw materials. The material (3) serves as a reducing agent (addition reducing agent) of the material (1).
(1)酸化ストロンチウムガリウム粉末
((Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6+α):20.09g
(2)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99.9モル%) :14.03g
(3)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :3.17g
(1) Strontium gallium oxide powder
((Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6+ α): 20.09 g
(2) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99.9 mol%) : 14.03g
(3) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%): 3.17 g
続いて、上記材料(1)〜(3)を、自動乳鉢を用いて、大気中で十分混合した。この混合粉末Bをカーボンるつぼに仕込み、管状雰囲気電気炉の所定の位置に配置した。この管状雰囲気電気炉は、発熱体に二珪化モリブデンヒーターを用いた。そして、上記混合粉末Bを、1400℃の窒素ガス雰囲気中で1時間一次焼成(仮焼成)し、さらに昇温して1600℃の窒素水素混合ガス(窒素濃度97体積%、水素濃度3体積%)雰囲気中で2時間加熱(本焼成)した。その後、冷却して炉外へと取り出し、乳鉢と乳棒を用いて軽く解砕して、本実施例の試料を得た。なお、工程の簡略化のため、本格的な解砕、分級、洗浄等、本焼成後の後処理については省略した。 Subsequently, the materials (1) to (3) were sufficiently mixed in the air using an automatic mortar. This mixed powder B was charged into a carbon crucible and placed at a predetermined position in a tubular atmosphere electric furnace. In this tubular atmosphere electric furnace, a molybdenum disilicide heater was used as a heating element. The mixed powder B is first baked (temporary calcination) in a nitrogen gas atmosphere at 1400 ° C. for 1 hour, and further heated to a nitrogen-hydrogen mixed gas (nitrogen concentration 97 vol%, hydrogen concentration 3 vol%) at 1600 ° C. ) Heating (main baking) for 2 hours in an atmosphere. Then, it cooled, took out outside the furnace, and crushed lightly using the mortar and pestle, and the sample of the present Example was obtained. In addition, in order to simplify the process, post-treatment after the main firing such as full-scale crushing, classification, and washing was omitted.
この試料について、結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長612nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。なお、上記結晶構造(結晶構成物)の評価には、X線回折装置(リガク社製“MultiFlex”)を用い、上記組成等の評価には、X線マイクロアナライザー(日本電子社製“JXA−8900”)及びICP発光分光分析装置(島津製作所社製“ICPS−8000”)を用いた。 When the crystal structure and composition of this sample were evaluated, it was confirmed that it was substantially a single crystal phase nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 . The body color of this sample was bright orange. The sample was confirmed to emit relatively bright red light (emission peak wavelength: 612 nm) under excitation of ultraviolet to near ultraviolet to purple to blue light at 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm. I found out that An X-ray diffractometer (“MultiFlex” manufactured by Rigaku Corporation) was used for evaluation of the crystal structure (crystal constituent), and an X-ray microanalyzer (“JXA-” manufactured by JEOL Ltd.) was used for evaluation of the composition and the like. 8900 ") and an ICP emission spectroscopic analyzer (" ICPS-8000 "manufactured by Shimadzu Corporation).
(実施例2)
以下、本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法として、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8(すなわち、Sr2Si5N8:Eu2+蛍光体)の製造方法を説明する。
(Example 2)
Hereinafter, as a method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, a method for producing a nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 (that is, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ phosphor). Will be explained.
まず、下記材料(a)〜(c)を用い、実施例1と同様にして、ユーロピウム元素が添加された酸化ストロンチウムガリウム(Sr0.98Eu0.02)Ga2O4+αの粉末(材料1)を作製した。 First, using the following materials (a) to (c), a strontium gallium oxide (Sr 0.98 Eu 0.02 ) Ga 2 O 4+ α powder (material 1) to which europium element was added was prepared in the same manner as in Example 1. Produced.
(a)炭酸ストロンチウム粉末(SrCO3:純度99.9モル%) :7.23g
(b)酸化ユーロピウム粉末(Eu2O3:純度99.9モル%) :0.18g
(c)酸化ガリウム粉末(Ga2O3:純度99.99モル%) :9.37g
(A) Strontium carbonate powder (SrCO 3 : purity 99.9 mol%) : 7.23g
(B) Europium oxide powder (Eu 2 O 3 : purity 99.9 mol%): 0.18 g
(C) Gallium oxide powder (Ga 2 O 3 : purity 99.99 mol%): 9.37 g
次に、上記材料(1)と、珪素化合物である材料(2)と、炭素である材料(3)とを原料としてそれぞれ用い、実施例1と同様の製造方法、製造条件によって、本実施例の試料を作製した。なお、材料(3)は材料(1)の還元剤(添加還元剤)となる。 Next, using the above material (1), the material (2) that is a silicon compound, and the material (3) that is carbon as raw materials, respectively, according to the same manufacturing method and manufacturing conditions as in Example 1, A sample of was prepared. The material (3) serves as a reducing agent (addition reducing agent) of the material (1).
(1)酸化ストロンチウムガリウム粉末
((Sr0.98Eu0.02)Ga2O4+α):11.69g
(2)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99.9モル%) :4.68g
(3)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :2.11g
(1) Strontium gallium oxide powder
((Sr 0.98 Eu 0.02 ) Ga 2 O 4+ α): 11.69 g
(2) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99.9 mol%) : 4.68g
(3) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%): 2.11 g
本実施例の試料について、実施例1と同様にして結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、実施例1と同様、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長620nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。 When the crystal structure and composition of the sample of this example were evaluated in the same manner as in Example 1, it was substantially a single crystal phase nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8. It was confirmed. The body color of this sample was bright orange. In addition, this sample emits relatively bright red light (emission peak wavelength: 620 nm) under the excitation of ultraviolet light, near ultraviolet light, purple light, and blue light of 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm, as in Example 1. It was confirmed that it was a red phosphor.
(実施例3)
以下、本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法として、オクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7(すなわち、Sr2Si4AlON7:Eu2+蛍光体)の製造方法を説明する。
(Example 3)
Hereinafter, as a method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, an oxonitridoaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 (that is, Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ phosphor) is used. A manufacturing method will be described.
アルカリ土類金属とガリウムとの複合酸化物である材料(1)と、珪素化合物である材料(2)と、アルミニウム化合物である材料(3)と、炭素である材料(4)とを原料としてそれぞれ用い、実施例1と同様の製造方法、製造条件によって、本実施例の試料を作製した。なお、材料(1)は、実施例1で作製したユーロピウム元素が添加た酸化ストロンチウムガリウムと、同様にして作製したものである。 A material (1) that is a complex oxide of an alkaline earth metal and gallium, a material (2) that is a silicon compound, a material (3) that is an aluminum compound, and a material (4) that is carbon are used as raw materials. The sample of this example was produced by using the same production method and production conditions as in Example 1, respectively. The material (1) was prepared in the same manner as the strontium gallium oxide added with the europium element prepared in Example 1.
(1)酸化ストロンチウムガリウム粉末
((Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6+α):20.09g
(2)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99.9モル%) :11.22g
(3)窒化アルミニウム粉末(AlN:純度99.9モル%) :2.46g
(4)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :2.38g
(1) Strontium gallium oxide powder
((Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6+ α): 20.09 g
(2) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99.9 mol%) : 11.22g
(3) Aluminum nitride powder (AlN: purity 99.9 mol%) : 2.46g
(4) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%) : 2.38g
本実施例の試料について、実施例1と同様にして結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のオクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、実施例1と同様、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長625nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。 When the crystal structure and composition of the sample of this example were evaluated in the same manner as in Example 1, the oxonidolide aluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 having a substantially single crystal phase was obtained. I confirmed that there was. The body color of this sample was bright orange. Further, as in Example 1, this sample emits relatively bright red light (emission peak wavelength: 625 nm) under excitation of ultraviolet light, near ultraviolet light, purple light, and blue light of 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm. It was confirmed that it was a red phosphor.
(実施例4)
以下、本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法として、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8(すなわち、Sr2Si5N8:Eu2+蛍光体)の製造方法を説明する。
Example 4
Hereinafter, as a method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, a method for producing a nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 (that is, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ phosphor). Will be explained.
まず、加熱によってアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物である材料(1)と、発光中心となる元素を含有する酸化物である材料(2)と、珪素化合物である材料(3)と、ガリウム酸化物である材料(4)と、炭素である材料(5)とを原料として、それぞれ用意した。 First, a material (1) which is an alkaline earth metal compound capable of generating an alkaline earth metal oxide by heating, a material (2) which is an oxide containing an element which becomes a light emission center, and a material which is a silicon compound (3), a material (4) that is gallium oxide, and a material (5) that is carbon were prepared as raw materials.
(1)炭酸ストロンチウム粉末
(SrCO3:純度99.98モル%) :14.47g
(2)酸化ユーロピウム粉末(Eu2O3:純度99.9モル%) :0.35g
(3)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99.9モル%) :11.69g
(4)酸化ガリウム粉末(Ga2O3:純度99.99モル%) :0.94g
(但し、SrCO32モルに対して、Ga2O30.1モルとする。)
(5)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :1.52g
(1) Strontium carbonate powder
(SrCO 3 : purity 99.98 mol%) : 14.47g
(2) Europium oxide powder (Eu 2 O 3 : purity 99.9 mol%): 0.35 g
(3) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99.9 mol%): 11.69 g
(4) Gallium oxide powder (Ga 2 O 3 : purity 99.99 mol%): 0.94 g
(However, 0.1 mol of Ga 2 O 3 with respect to 2 mol of SrCO 3. )
(5) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%): 1.52 g
続いて、上記材料(1)〜(5)を、大気中で自動乳鉢を用いて十分混合して混合粉末を得た。この混合粉末を、カーボンるつぼに仕込み、管状雰囲気電気炉を用いて焼成した後、解砕して、本実施例の試料を作製した。なお、これらの製造工程には、実施例1と同様の製造方法、製造条件を用いた。また、工程の簡略化のため、本格的な解砕、分級、洗浄等、本焼成後の後処理については省略した。 Subsequently, the materials (1) to (5) were sufficiently mixed in the atmosphere using an automatic mortar to obtain a mixed powder. The mixed powder was charged into a carbon crucible, fired using a tubular atmosphere electric furnace, and then crushed to prepare a sample of this example. In addition, the manufacturing method and manufacturing conditions similar to Example 1 were used for these manufacturing processes. For simplification of the process, post-treatment after the main firing such as full-scale crushing, classification, and washing was omitted.
本実施例の試料について、実施例1と同様にして結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、実施例1と同様、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長623nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。 When the crystal structure and composition of the sample of this example were evaluated in the same manner as in Example 1, it was substantially a single crystal phase nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8. It was confirmed. The body color of this sample was bright orange. Further, as in Example 1, this sample emits relatively bright red light (emission peak wavelength: 623 nm) under excitation of ultraviolet light, near ultraviolet light, purple light, and blue light of 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm. It was confirmed that it was a red phosphor.
(実施例5〜8)
本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法を用いて、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8を製造した。
(Examples 5 to 8)
Using the method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, a nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 was produced.
実施例4の材料(4)の酸化ガリウム粉末(Ga2O3)の質量と、材料(5)の炭素の質量とを変更したこと以外は、実施例4と同様にして実施例5〜8の試料を作製した。実施例4〜8の酸化ガリウム粉末及び炭素粉末の添加量を表1に示す。なお、実施例5〜8のGa2O3は、SrCO32モルに対して各々0.01モル、0.03モル、0.30モル、1.00モルである。
Examples 5 to 8 are the same as Example 4 except that the mass of the gallium oxide powder (Ga 2 O 3 ) of the material (4) of Example 4 and the mass of the carbon of the material (5) were changed. A sample of was prepared. Table 1 shows the addition amounts of the gallium oxide powder and the carbon powder of Examples 4 to 8. Incidentally, Ga 2 O 3 of Example 5-8, respectively 0.01 mol per
(実施例9)
以下、本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法として、オクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7(すなわち、Sr2Si4AlON7:Eu2+蛍光体)の製造方法を説明する。
Example 9
Hereinafter, as a method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, an oxonitridoaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 (that is, Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ phosphor) is used. A manufacturing method will be described.
加熱によってアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物である材料(1)と、発光中心となる元素を含有する酸化物である材料(2)と、珪素化合物である材料(3)と、ガリウム酸化物である材料(4)と、アルミニウム化合物である材料(5)と、炭素である材料(6)とを原料としてそれぞれ用い、実施例4と同様の製造方法、製造条件によって、本実施例の試料を作製した。 A material (1) which is an alkaline earth metal compound capable of generating an alkaline earth metal oxide by heating, a material (2) which is an oxide containing an element serving as a light emission center, and a material (3) which is a silicon compound ), Gallium oxide material (4), aluminum compound material (5), and carbon material (6) as raw materials, respectively, A sample of this example was manufactured.
(1)炭酸ストロンチウム粉末
(SrCO3:純度99.98モル%) :14.47g
(2)酸化ユーロピウム粉末(Eu2O3:純度99.9モル%) :0.35g
(3)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99.9モル%) :9.35g
(4)酸化ガリウム粉末(Ga2O3:純度99.99モル%) :0.94g
(但し、SrCO32モルに対して、Ga2O30.1モルとする。)
(5)窒化アルミニウム粉末(AlN:純度99.9モル%) :2.05g
(6)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :0.86g
(1) Strontium carbonate powder
(SrCO 3 : purity 99.98 mol%) : 14.47g
(2) Europium oxide powder (Eu 2 O 3 : purity 99.9 mol%): 0.35 g
(3) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99.9 mol%): 9.35 g
(4) Gallium oxide powder (Ga 2 O 3 : purity 99.99 mol%): 0.94 g
(However, 0.1 mol of Ga 2 O 3 with respect to 2 mol of SrCO 3. )
(5) Aluminum nitride powder (AlN: purity 99.9 mol%) : 2.05g
(6) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%) : 0.86g
本実施例の試料について、実施例1と同様にして結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のオクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、実施例1と同様、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長623nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。 When the crystal structure and composition of the sample of this example were evaluated in the same manner as in Example 1, the oxonidolide aluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 having a substantially single crystal phase was obtained. I confirmed that there was. The body color of this sample was bright orange. Further, as in Example 1, this sample emits relatively bright red light (emission peak wavelength: 623 nm) under excitation of ultraviolet light, near ultraviolet light, purple light, and blue light of 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm. It was confirmed that it was a red phosphor.
(実施例10〜13)
本発明にかかるニトリドシリケート系化合物の製造方法を用いて、オクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7を製造した。
(Examples 10 to 13)
Using the method for producing a nitridosilicate compound according to the present invention, an oxonitridoaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 was produced.
実施例9の材料(4)の酸化ガリウム粉末(Ga2O3)の質量と、材料(6)の炭素の質量とを変更したこと以外は、実施例9と同様にして実施例10〜13の試料を作製した。実施例9〜13の酸化ガリウム粉末及び炭素粉末の添加量を表2に示す。なお、実施例10〜13のGa2O3は、SrCO32モルに対して各々0.01モル、0.03モル、0.30モル、1.00モルである。
Examples 10 to 13 are the same as Example 9 except that the mass of the gallium oxide powder (Ga 2 O 3 ) of the material (4) of Example 9 and the mass of the carbon of the material (6) are changed. A sample of was prepared. Table 2 shows the addition amounts of the gallium oxide powder and the carbon powder of Examples 9 to 13. Incidentally, Ga 2 O 3 of Example 10 to 13 are each 0.01 moles
(比較例1)
本比較例として、複合酸化物や酸化ガリウムを用いない製造方法、すなわち従来の炭素熱還元窒化法で、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8を製造した。
(Comparative Example 1)
As this comparative example, a nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 was produced by a production method using no complex oxide or gallium oxide, that is, a conventional carbothermal reduction nitriding method.
まず、加熱によってアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物である材料(1)と、発光中心となる元素を含有する酸化物である材料(2)と、珪素化合物である材料(3)と、炭素である材料(4)とを原料として、それぞれ用意した。 First, a material (1) which is an alkaline earth metal compound capable of generating an alkaline earth metal oxide by heating, a material (2) which is an oxide containing an element which becomes a light emission center, and a material which is a silicon compound (3) and carbon material (4) were prepared as raw materials.
(1)炭酸ストロンチウム粉末
(SrCO3:純度99.9モル%) :14.47g
(2)酸化ユーロピウム粉末(Eu2O3:純度99.9モル%) :0.35g
(3)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99モル%) :11.69g
(4)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :1.32g
(1) Strontium carbonate powder
(SrCO 3 : purity 99.9 mol%): 14.47 g
(2) Europium oxide powder (Eu 2 O 3 : purity 99.9 mol%) : 0.35g
(3) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99 mol%) : 11.69g
(4) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%) : 1.32g
続いて、上記材料(1)〜(4)を、大気中で自動乳鉢を用いて十分混合して混合粉末を得た。この混合粉末を、カーボンるつぼに仕込み、ガス雰囲気電気炉を用いて焼成した後、解砕して、本比較例の試料を作製した。なお、これらの製造工程には、実施例1と同様の製造方法、製造条件を用いた。また、工程の簡略化のため、本格的な解砕、分級、洗浄等、本焼成後の後処理については省略した。 Subsequently, the materials (1) to (4) were sufficiently mixed in the air using an automatic mortar to obtain a mixed powder. The mixed powder was charged into a carbon crucible, fired using a gas atmosphere electric furnace, and then crushed to prepare a sample of this comparative example. In addition, the manufacturing method and manufacturing conditions similar to Example 1 were used for these manufacturing processes. For simplification of the process, post-treatment after the main firing such as full-scale crushing, classification, and washing was omitted.
本比較例の試料について、実施例1と同様にして結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、実施例1と同様、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長612nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。 When the crystal structure and composition of the sample of this comparative example were evaluated in the same manner as in Example 1, it was substantially a single crystal phase nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8. It was confirmed. The body color of this sample was bright orange. Further, as in Example 1, this sample emits relatively bright red light (emission peak wavelength 612 nm) under the excitation of ultraviolet light, near ultraviolet light, purple light, and blue light of 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm. It was confirmed that it was a red phosphor.
(比較例2)
本比較例として、複合酸化物や酸化ガリウムを用いない製造方法、すなわち従来の炭素熱還元窒化法で、オクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7を製造した。
(Comparative Example 2)
As this comparative example, an oxonitridoaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 was produced by a production method using no complex oxide or gallium oxide, that is, a conventional carbothermal reduction nitridation method.
加熱によってアルカリ土類金属酸化物を生成し得るアルカリ土類金属化合物である材料(1)と、発光中心となる元素を含有する酸化物である材料(2)と、珪素化合物である材料(3)と、アルミニウム化合物である材料(4)と、炭素である材料(5)とを原料としてそれぞれ用い、比較例1と同様の製造方法、製造条件によって、本比較例の試料を作製した。 A material (1) which is an alkaline earth metal compound capable of generating an alkaline earth metal oxide by heating, a material (2) which is an oxide containing an element serving as a light emission center, and a material (3) which is a silicon compound ), A material (4) which is an aluminum compound, and a material (5) which is carbon, respectively, were used as raw materials, and a sample of this comparative example was produced according to the same production method and production conditions as in Comparative Example 1.
(1)炭酸ストロンチウム粉末
(SrCO3:純度99.9モル%) :14.47g
(2)酸化ユーロピウム粉末(Eu2O3:純度99.9モル%) :0.35g
(3)窒化珪素粉末(Si3N4:純度99モル%) :9.35g
(4)窒化アルミニウム粉末(AlN:純度99.9モル%) :2.05g
(5)炭素(黒鉛)粉末(純度99.9モル%) :0.66g
(1) Strontium carbonate powder
(SrCO 3 : purity 99.9 mol%): 14.47 g
(2) Europium oxide powder (Eu 2 O 3 : purity 99.9 mol%) : 0.35g
(3) Silicon nitride powder (Si 3 N 4 : purity 99 mol%) : 9.35g
(4) Aluminum nitride powder (AlN: purity 99.9 mol%) : 2.05g
(5) Carbon (graphite) powder (purity 99.9 mol%) : 0.66g
本比較例の試料について、実施例1と同様にして結晶構造や組成等を評価したところ、実質的に単一結晶相のオクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7であることを確認した。この試料の体色は、鮮やかな橙色であった。また、この試料は、実施例1と同様、254nm、365nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光(発光ピーク波長620nm)を放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかった。 The sample of this comparative example was evaluated for the crystal structure and composition in the same manner as in Example 1. As a result, the oxonidolide aluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 having a substantially single crystal phase was obtained. I confirmed that there was. The body color of this sample was bright orange. In addition, this sample emits relatively bright red light (emission peak wavelength: 620 nm) under the excitation of ultraviolet light, near ultraviolet light, purple light, and blue light of 254 nm, 365 nm, 405 nm, and 470 nm, as in Example 1. It was confirmed that it was a red phosphor.
以下、上記製造方法によって得られた実施例1、2、4及び比較例1のニトリドシリケート化合物(Sr2Si5N8:Eu2+蛍光体)の試料の特性について説明する。 Hereinafter, characteristics of the samples of the nitridosilicate compounds (Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ phosphor) of Examples 1, 2, and 4 and Comparative Example 1 obtained by the above production method will be described.
まず、実施例1、2、4及び比較例1の試料は、その体色がいずれも鮮やかな橙色であり、これらの試料は、254nm、360nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光を少なくとも放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかる。 First, the samples of Examples 1, 2, 4 and Comparative Example 1 are all bright orange in color, and these samples are ultraviolet to near ultraviolet to purple to blue of 254 nm, 360 nm, 405 nm and 470 nm. Under the excitation of light, it is confirmed that at least relatively bright red light is emitted, and it is found that the phosphor is a red phosphor.
より具体的に、図2に、実施例1、2、4及び比較例1の試料の360nmの紫外線励起下における発光スペクトルを示す。また、表3に、図2に示した実施例1、2、4の発光スペクトルの発光ピークにおける発光強度の相対値(以下、相対発光強度という。)と、そのCIE色度座標における発光の色度(x、y)をまとめた。ここで上記相対発光強度とは、比較例1の発光スペクトルの発光ピーク高さを100とした値である。 More specifically, FIG. 2 shows emission spectra of the samples of Examples 1, 2, 4 and Comparative Example 1 under ultraviolet excitation at 360 nm. Table 3 shows the relative value of the emission intensity at the emission peak of the emission spectrum of Examples 1, 2, and 4 shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as relative emission intensity) and the color of the emission at the CIE chromaticity coordinates. The degrees (x, y) are summarized. Here, the relative light emission intensity is a value with the light emission peak height of the light emission spectrum of Comparative Example 1 as 100.
図2及び表3より、いずれの試料も波長620nm付近に発光ピークを有する赤色蛍光体であるが、実施例1、4の試料は、比較例1の試料に対して136〜198%の発光ピーク高さを有することがわかる。 2 and Table 3, each sample is a red phosphor having an emission peak in the vicinity of a wavelength of 620 nm, but the samples of Examples 1 and 4 have an emission peak of 136 to 198% with respect to the sample of Comparative Example 1. It can be seen that it has a height.
次に、上記実施例1、2、4及び比較例1の試料について、X線回折法を用いて、その結晶構成物を評価した。図3(a)、(b)、(c)及び(d)に、実施例1、実施例2、実施例4及び比較例1の試料のX線回折パターンを示す。また、図3(e)には、リートベルト解析プログラムを用いて結晶構造からシミュレーションして求めたSr2Si5N8のX線回折パターンを示す。 Next, about the sample of the said Example 1, 2, 4 and the comparative example 1, the crystal | crystallization structure was evaluated using the X ray diffraction method. FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D show X-ray diffraction patterns of the samples of Example 1, Example 2, Example 4, and Comparative Example 1. FIG. FIG. 3E shows an X-ray diffraction pattern of Sr 2 Si 5 N 8 obtained by simulation from the crystal structure using a Rietveld analysis program.
図3(a)〜(d)と図3(e)とを比較すると、よく似たX線回折パターンであることから、実施例1、2、4及び比較例1の試料は、いずれもニトリドシリケート化合物Sr2Si5N8であることがわかる。また、図3(a)〜(c)、(e)と図3(d)との比較から、実施例1、2、4の試料、特に実施例1、2の試料は、比較例1の試料よりも結晶性が良好であり、実質的に単一結晶相のニトリドシリケート化合物Sr2Si5N8となっていることがわかる。 3A to 3D and FIG. 3E show similar X-ray diffraction patterns, the samples of Examples 1, 2, 4 and Comparative Example 1 are all nitrite. it can be seen that a de silicate compound Sr 2 Si 5 N 8. 3A to 3C and FIG. 3D, the samples of Examples 1, 2, and 4, particularly the samples of Examples 1 and 2, are the same as those of Comparative Example 1. It can be seen that the crystallinity is better than that of the sample, which is substantially a single crystal phase nitridosilicate compound Sr 2 Si 5 N 8 .
なお、実施例1、2、4の試料のX線回折パターンは、比較例1の試料のX線回析パターンよりも再現性が良好であった。よって、本発明の製造方法は、従来の炭素熱還元窒化法よりも、結晶性の良好なニトリドシリケート化合物Sr2Si5N8を再現性よく得るための効果的な製造方法であることがわかる。 The X-ray diffraction patterns of the samples of Examples 1, 2, and 4 were more reproducible than the X-ray diffraction pattern of the sample of Comparative Example 1. Therefore, the production method of the present invention is an effective production method for obtaining the nitrided silicate compound Sr 2 Si 5 N 8 having better crystallinity with better reproducibility than the conventional carbothermal reduction nitriding method. Recognize.
次に、X線マイクロアナライザー(日本電子社製“JXA−8900”)を用いて、実施例1、2、4及び比較例1の試料の構成元素を分析したところ、いずれの試料もSr、Eu、Si及びNを主要構成元素とする化合物であった。また、実施例1、2、4の試料を構成する金属元素の原子割合は、およそSr:Eu:Si=1.96:0.04:5.0であった。 Next, when the constituent elements of the samples of Examples 1, 2, 4 and Comparative Example 1 were analyzed using an X-ray microanalyzer (“JXA-8900” manufactured by JEOL Ltd.), all the samples were Sr, Eu. , Si and N as main constituent elements. Moreover, the atomic ratio of the metal element which comprises the sample of Example 1, 2, 4 was about Sr: Eu: Si = 1.96: 0.04: 5.0.
以上より、実施例1、2、4のニトリドシリケート化合物Sr2Si5N8の製造方法によって、比較例1よりも発光性能の高い蛍光体が製造されたことが確認された。 From the above, it was confirmed that a phosphor having higher light emission performance than Comparative Example 1 was produced by the production method of the nitridosilicate compound Sr 2 Si 5 N 8 of Examples 1, 2, and 4.
なお、実施例1では、下記の化学反応式(1)に基づき、炭素Cによって、ユーロピウム元素が添加されたアルカリ土類金属とガリウムとの複合酸化物(Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6が還元されながら、窒素及び窒化珪素と反応して、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8が生成したと考えられる。 In Example 1, based on the following chemical reaction formula (1), a composite oxide (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6 of an alkaline earth metal doped with europium and gallium by carbon C is used. It is considered that a nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 was produced by reacting with nitrogen and silicon nitride while being reduced.
(化1)
2(Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6+5Si3N4+12C+2N2→
3(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8+12CO↑+4Ga↑ (1)
(Chemical formula 1)
2 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6 + 5Si 3 N 4 + 12C + 2N 2 →
3 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 + 12CO ↑ + 4Ga ↑ (1)
また、実施例2では、下記の化学反応式(2)に基づき、炭素Cによって、ユーロピウムが添加された複合酸化物(Sr0.98Eu0.02)Ga2O4が還元されながら、窒素及び窒化珪素と反応して、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8が生成したと考えられる。 In Example 2, the compound oxide (Sr 0.98 Eu 0.02 ) Ga 2 O 4 to which europium was added was reduced by carbon C based on the following chemical reaction formula (2). It is considered that the reaction produced nitridosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 .
(化2)
6(Sr0.98Eu0.02)Ga2O4+5Si3N4+24C+2N2→
3(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8+24CO↑+12Ga↑ (2)
(Chemical formula 2)
6 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) Ga 2 O 4 + 5Si 3 N 4 + 24C + 2N 2 →
3 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 + 24CO ↑ + 12Ga ↑ (2)
また、実施例4では、下記の化学反応式(3)に基づき、炭素Cによって、アルカリ土類金属酸化物、酸化ユーロピウム及び酸化ガリウムが還元されながら、窒素及び窒化珪素と反応して、ニトリドシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8が生成したと考えられる。 Further, in Example 4, based on the following chemical reaction formula (3), while the alkaline earth metal oxide, europium oxide, and gallium oxide are reduced by carbon C, it reacts with nitrogen and silicon nitride to produce nitride. It is considered that a silicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 was produced.
(化3)
5.88SrCO3+0.06Eu2O3+0.3Ga2O3+5Si3N4+6.9C+2N2+0.06H2→
3(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8+5.88CO2↑+6.9CO↑+0.6Ga↑+0.06H2O (3)
(Chemical formula 3)
5.88SrCO 3 + 0.06Eu 2 O 3 + 0.3Ga 2 O 3 + 5Si 3 N 4 + 6.9C + 2N 2 + 0.06H 2 →
3 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 5 N 8 +5.88 CO 2 ↑ + 6.9 CO ↑ + 0.6 Ga ↑ + 0.06 H 2 O (3)
以下、上記製造方法によって得られた実施例3、9及び比較例2のオクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr2Si4AlON7:Eu2+蛍光体)の試料の特性について説明する。 Hereinafter, characteristics of the samples of the oxonitridoaluminosilicate compounds (Sr 2 Si 4 AlON 7 : Eu 2+ phosphor) of Examples 3 and 9 and Comparative Example 2 obtained by the above production method will be described.
まず、実施例3、9及び比較例2の試料は、その体色がいずれも鮮やかな橙色であり、これらの試料は、254nm、360nm、405nm及び470nmの紫外〜近紫外〜紫色〜青色の光の励起下において、比較的明るい赤色光を少なくとも放つことを確認し、赤色蛍光体であることがわかる。 First, the samples of Examples 3 and 9 and Comparative Example 2 are bright orange in their body colors, and these samples are light of 254 nm, 360 nm, 405 nm, and 470 nm of ultraviolet to near ultraviolet to purple to blue light. It is confirmed that the phosphor is a red phosphor when it emits at least relatively bright red light under the excitation of.
より具体的に、図4に、実施例3、9及び比較例2の試料の360nmの紫外線励起下における発光スペクトルを示す。また、表4に、図4に示した実施例3、9の相対発光強度と、そのCIE色度座標における発光の色度(x、y)をまとめた。ここで上記相対発光強度とは、比較例2の発光スペクトルの発光ピーク高さを100とした値である。 More specifically, FIG. 4 shows emission spectra of the samples of Examples 3 and 9 and Comparative Example 2 under excitation with ultraviolet light at 360 nm. Table 4 summarizes the relative light emission intensities of Examples 3 and 9 shown in FIG. 4 and the light emission chromaticity (x, y) in the CIE chromaticity coordinates. Here, the relative light emission intensity is a value with the light emission peak height of the light emission spectrum of Comparative Example 2 as 100.
図4及び表4より、いずれの試料も波長625nm付近に発光ピークを有する赤色蛍光体であるが、実施例9の試料は、比較例2の試料に対して112%の発光ピーク高さを有することがわかる。 4 and Table 4, all the samples are red phosphors having an emission peak in the vicinity of a wavelength of 625 nm, but the sample of Example 9 has an emission peak height of 112% with respect to the sample of Comparative Example 2. I understand that.
次に、実施例3、9及び比較例2の試料について、X線回折法を用いて、その結晶構成物を評価した。図5(a)、(b)及び(c)に、実施例3、実施例9及び比較例2の試料のX線回折パターンを示す。また、図5(d)には、リートベルト解析プログラムを用いて結晶構造からシミュレーションして求めたSr2Si5N8のX線回折パターンを示す。 Next, the crystal constituents of the samples of Examples 3 and 9 and Comparative Example 2 were evaluated using an X-ray diffraction method. 5A, 5B, and 5C show X-ray diffraction patterns of the samples of Example 3, Example 9, and Comparative Example 2, respectively. FIG. 5D shows an X-ray diffraction pattern of Sr 2 Si 5 N 8 obtained by simulation from the crystal structure using a Rietveld analysis program.
図5(a)〜(c)と図5(d)とを比較すると、よく似たX線回折パターンであることから、実施例3、9及び比較例2の試料は、いずれもオクソニトリドアルミノシリケート化合物Sr2Si4AlON7であることがわかる。また、図5(a)、(b)、(d)と図5(c)との比較から、実施例3、9の試料は、比較例2の試料よりも結晶性が良好であり、実質的に単一結晶相のオクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7となっていることがわかる。 5 (a) to 5 (c) and FIG. 5 (d) are similar X-ray diffraction patterns, the samples of Examples 3 and 9 and Comparative Example 2 are all oxontridoors. It can be seen that this is the luminosilicate compound Sr 2 Si 4 AlON 7 . In addition, from the comparison between FIGS. 5A, 5B, and 5D and FIG. 5C, the samples of Examples 3 and 9 have better crystallinity than the sample of Comparative Example 2, and substantially In particular, it can be seen that it is a single crystal phase oxonitridoaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 .
なお、実施例3、9の試料のX線回折パターンは、比較例2の試料のX線回析パターンよりも再現性が良好であった。よって、本発明の製造方法は、従来の炭素熱還元窒化法よりも、結晶性の良好なオクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7を再現性よく得るための効果的な製造方法であることがわかる。 Note that the X-ray diffraction patterns of the samples of Examples 3 and 9 had better reproducibility than the X-ray diffraction pattern of the sample of Comparative Example 2. Therefore, the production method of the present invention is more effective for obtaining reproducible oxonitridoaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 having better crystallinity than the conventional carbothermal reduction nitriding method. It can be seen that this is a simple manufacturing method.
次に、X線マイクロアナライザーを用いて、実施例3、9及び比較例2の試料の構成元素を分析したところ、いずれの試料もSr、Eu、Si、Al、O及びNを主要構成元素とする化合物であった。また、実施例3、9の試料を構成する金属元素の原子割合は、およそSr:Eu:Si:Al=1.96:0.04:4.0:1.0であった。 Next, the constituent elements of the samples of Examples 3 and 9 and Comparative Example 2 were analyzed using an X-ray microanalyzer. As a result, each sample contained Sr, Eu, Si, Al, O and N as main constituent elements. It was a compound. Further, the atomic ratio of the metal elements constituting the samples of Examples 3 and 9 was approximately Sr: Eu: Si: Al = 1.96: 0.04: 4.0: 1.0.
以上より、実施例3、9のオクソニトリドアルミノシリケート化合物Sr2Si4AlON7の製造方法によって、比較例2よりも発光性能の高い蛍光体が製造されたことが確認された。 From the above, it was confirmed that the phosphor having higher light emission performance than that of Comparative Example 2 was produced by the production method of the oxonitridoaluminosilicate compound Sr 2 Si 4 AlON 7 of Examples 3 and 9.
なお、実施例3では、下記の化学反応式(4)に基づき、炭素Cによって、ユーロピウム元素が添加された複合酸化物(Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6が還元されながら、窒素及び窒化珪素と反応して、オクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7が生成したと考えられる。 In Example 3, based on the following chemical reaction formula (4), nitrogen and nitridation were performed while the composite oxide (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6 added with europium element was reduced by carbon C. It is considered that oxonitride aluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 was formed by reaction with silicon.
(化4)
2(Sr0.98Eu0.02)3Ga2O6+4Si3N4+3AlN+9C+N2→
3(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7+9CO↑+4Ga↑ (4)
(Chemical formula 4)
2 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 3 Ga 2 O 6 + 4Si 3 N 4 + 3AlN + 9C + N 2 →
3 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 + 9CO ↑ + 4Ga ↑ (4)
また、実施例9では、下記の化学反応式(5)に基づき、炭素Cによって、アルカリ土類金属酸化物、酸化ユーロピウム及び酸化ガリウムが還元されながら、窒素及び窒化珪素と反応して、オクソニトリドアルミノシリケート化合物(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7が生成したと考えられる。 Further, in Example 9, on the basis of the following chemical reaction formula (5), while the alkaline earth metal oxide, europium oxide and gallium oxide are reduced by carbon C, they react with nitrogen and silicon nitride to produce oxontri It is thought that the doaluminosilicate compound (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 was formed.
(化5)
5.88SrCO3+0.06Eu2O3+0.3Ga2O3+4Si3N4+3AlN+3.9C+N2+0.06H2→
3(Sr0.98Eu0.02)2Si4AlON7+5.88CO2↑+3.9CO↑+0.6Ga↑+0.06H2O (5)
(Chemical formula 5)
5.88SrCO 3 + 0.06Eu 2 O 3 + 0.3Ga 2 O 3 + 4Si 3 N 4 + 3AlN + 3.9C + N 2 + 0.06H 2 →
3 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) 2 Si 4 AlON 7 +5.88 CO 2 ↑ + 3.9 CO ↑ + 0.6 Ga ↑ + 0.06 H 2 O (5)
実施例4〜8は、使用した酸化ガリウム粉末(Ga2O3)の添加量が異なる。そこで、実施例4〜8の試料について、254nmの紫外線励起下における発光ピークの波長と、この波長における相対発光強度及びCIE色度座標における発光の色度(x、y)を測定し、酸化ガリウム量による発光特性の違いを調べた。表5に、測定結果と、ニトリドシリケート化合物Sr2Si5N8を1モル得るために使用したGa2O3の添加量(Ga2O3量)とを示す。また、図6に、Ga2O3の添加量に対する相対発光強度の違いを表すグラフを示す。ここで上記相対発光強度とは、実施例4の発光スペクトルの発光ピーク高さ(発光強度)を100とした値である。 Examples 4-8, the amount of gallium oxide powder used (Ga 2 O 3) are different. Therefore, for the samples of Examples 4 to 8, the wavelength of the emission peak under ultraviolet excitation of 254 nm, the relative emission intensity at this wavelength, and the chromaticity (x, y) of emission in the CIE chromaticity coordinates were measured, and gallium oxide was measured. The difference in light emission characteristics depending on the amount was examined. Table 5 shows the measurement results, the addition amount of Ga 2 O 3 was used to obtain 1 mol of nitridosilicate compound Sr 2 Si 5 N 8 and (Ga 2 O 3 amount). FIG. 6 is a graph showing the difference in relative light emission intensity with respect to the added amount of Ga 2 O 3 . Here, the relative light emission intensity is a value with the light emission peak height (light emission intensity) of the light emission spectrum of Example 4 as 100.
表5、図6から、発光強度の面で好ましいGa2O3の添加量は0.03モル以上1モル以下、より好ましいGa2O3の添加量は0.05モル以上0.3モル以下であることがわかる。 From Table 5 and FIG. 6, the preferable addition amount of Ga 2 O 3 in terms of emission intensity is 0.03 mol or more and 1 mol or less, and the more preferable addition amount of Ga 2 O 3 is 0.05 mol or more and 0.3 mol or less. It can be seen that it is.
実施例9〜13は、使用した酸化ガリウム粉末(Ga2O3)の添加量が異なる。そこで、実施例9〜13の試料について、254nmの紫外線励起下における発光ピークの波長と、この波長における相対発光強度及びCIE色度座標における発光の色度(x、y)を測定し、酸化ガリウム量による発光特性の違いを調べた。表6に、測定結果と、オクソニトリドアルミノシリケート化合物Sr2Si4AlON7を1モル得るために使用したGa2O3の添加量(Ga2O3量)とを示す。また、図7に、Ga2O3の添加量に対する相対発光強度の違いを表すグラフを示す。ここで上記相対発光強度とは、実施例9の発光スペクトルの発光ピーク高さ(発光強度)を100とした値である。 Examples 9-13, the addition amount of the gallium oxide powder used (Ga 2 O 3) are different. Therefore, for the samples of Examples 9 to 13, the wavelength of the emission peak under ultraviolet excitation of 254 nm, the relative emission intensity at this wavelength, and the chromaticity (x, y) of emission in the CIE chromaticity coordinates were measured, and gallium oxide was measured. The difference in light emission characteristics depending on the amount was examined. Table 6 shows the measurement result, the amount of Ga 2 O 3 using oxonitridoaluminosilicate compound Sr 2 Si 4 AlON 7 to obtain 1 mol (Ga 2 O 3 amount). FIG. 7 is a graph showing the difference in relative emission intensity with respect to the added amount of Ga 2 O 3 . Here, the relative light emission intensity is a value with the light emission peak height (light emission intensity) of the light emission spectrum of Example 9 as 100.
表6、図7の結果に、実験精度等を考慮すると、実施例4と同様に、発光強度の面で好ましいGa2O3の添加量は0.03モル以上1モル以下、より好ましいGa2O3の添加量は0.05モル以上0.3モル以下であることがわかる。
Table 6, the results of FIG. 7, considering the experimental accuracy and the like, in the same manner as in Example 4, the amount of preferred Ga 2 O 3 in terms of the emission intensity 0.03
さらに、図8に、実施例9〜13の試料について、ガリウムの残存量を発光分光分析装置(サーモエレクトロン社製“Aurora”)によって分析した結果を、Ga2O3の添加量との関数としてまとめたグラフを示す。図8から、Ga2O3の添加量が1モルの場合であっても、ガリウムの残存量は0.005重量%以下であり、不純物であるガリウムは実質的に残存していないことがわかる。また、不純物であるガリウムの残存量が少なく、純度の高い化合物を得るために、好ましいGa2O3の添加量は0.01モル以上0.3モル以下、より好ましいGa2O3の添加量は0.01モル以上0.1モル以下であることがわかる。 Further, FIG. 8 shows the results of analyzing the remaining amount of gallium with the emission spectroscopic analyzer (“Aurora” manufactured by Thermo Electron) for the samples of Examples 9 to 13 as a function of the added amount of Ga 2 O 3. A summary graph is shown. FIG. 8 shows that even when the amount of Ga 2 O 3 added is 1 mol, the residual amount of gallium is 0.005% by weight or less, and the impurity gallium does not substantially remain. . Further, in order to obtain a compound having a low residual amount of gallium as an impurity and a high purity, the preferable addition amount of Ga 2 O 3 is 0.01 mol or more and 0.3 mol or less, and a more preferable addition amount of Ga 2 O 3 Is found to be 0.01 mol or more and 0.1 mol or less.
なお、データは省略するが、Sr3Ga2O6をSrの原料とした実施例1及び3の試料について、同様に不純物であるガリウムの残存量を分析した結果、いずれの試料も約0.0005重量%であった。すなわち、実施例9の試料(Ga2O3の添加量が0.1モル)と同レベルであることがわかる。また、実質的に単一結晶相の化合物を再現性良く製造できるGa2O3の添加量は0.01モル以上10モル以下、好ましくは0.03モル以上1モル以下、より好ましくは0.05モル以上0.3モル以下であった。 Although the data is omitted, as a result of analyzing the residual amount of gallium as an impurity in the samples of Examples 1 and 3 using Sr 3 Ga 2 O 6 as a raw material for Sr, about 0. 0005% by weight. That is, it can be seen that it is the same level as the sample of Example 9 (the addition amount of Ga 2 O 3 is 0.1 mol). The addition amount of Ga 2 O 3 that can produce a substantially single crystal phase compound with good reproducibility is 0.01 mol or more and 10 mol or less, preferably 0.03 mol or more and 1 mol or less, more preferably 0.8 mol. It was 05 mol or more and 0.3 mol or less.
上記実施例1〜13では、アルカリ土類金属としてSrを主たる構成成分とし、発光中心としてEu2+を、Sr原子に対して2原子%含むニトリドシリケート系化合物の場合を説明したが、Sr以外のアルカリ土類金属(例えば、Ca又はBa等)を主たる構成成分とするニトリドシリケート系化合物であっても、Eu2+以外の発光中心イオン(例えばCe3+等)を含むニトリドシリケート系化合物であっても、発光中心イオンの添加量が異なるニトリドシリケート系化合物であっても、同様の製造方法で製造できる。また、アルカリ土類金属であるSrの一部(例えば50原子%以下)が、Ba又はCa等の金属で置換されたニトリドシリケート系化合物についても、同様の製造方法で製造できる。 In the above Examples 1 to 13, the case of a nitridosilicate compound containing Sr as a main constituent and alkaline earth metal and Eu 2+ as a luminescence center at 2 atom% based on Sr atoms has been described. Even if it is a nitridosilicate-based compound whose main constituent is an alkaline earth metal (for example, Ca or Ba) other than nitridosilicate, it contains a luminescent center ion (for example, Ce 3+ ) other than Eu 2+ Even if it is a system compound, even if it is a nitridosilicate system compound from which the addition amount of luminescent center ion differs, it can manufacture with the same manufacturing method. Further, a nitridosilicate compound in which a part of Sr that is an alkaline earth metal (for example, 50 atom% or less) is substituted with a metal such as Ba or Ca can also be produced by the same production method.
なお、本発明のニトリドシリケート系化合物の製造方法は、実施例1〜13の組成に限定されるものではなく、例えば化学式(1−x)M2Si5N8・xM2Si4AlON7、又は、化学式MAlSiN3のいずれかで表される化合物(但し、上記Mは、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも1つのアルカリ土類金属元素、上記xは式0≦x≦1を満足する数値を示す。)等の製造方法に広く応用可能である。
The manufacturing method of nitridosilicate-based compound of the present invention is not limited to the compositions of Examples 1 to 13, for example, formula (1-x) M 2 Si 5 N 8 ·
以上説明したように、本発明は、結晶性が良好で、かつ不純物が少ないニトリドシリケート系化合物を、比較的容易に、かつ再現性よく製造する方法を提供する。この製造方法によれば、特に、実質的に単一結晶相であり、かつ高品質なニトリドシリケート系化合物を、合理的に、かつ再現性よく製造する方法を提供する。また、取扱いが容易で、安価な材料を用いて製造することから、材料性能の良好なニトリドシリケート系化合物を工業生産する方法に適用することもできる。 As described above, the present invention provides a method for producing a nitridosilicate compound having good crystallinity and few impurities relatively easily and with good reproducibility. According to this production method, a method for producing a nitrided silicate compound having a substantially single crystal phase and high quality nitridosilicate in a rational and reproducible manner is provided. Moreover, since it is easy to handle and is manufactured using an inexpensive material, it can be applied to a method for industrial production of a nitridosilicate compound having good material performance.
また、本発明は、結晶性が良好で、かつ不純物が少ないニトリドシリケート系化合物を提供する。特に、実質的に単一結晶相であり、高品質かつ安価なニトリドシリケート系化合物を提供する。したがって、本発明のニトリドシリケート系化合物は、材料性能が良好で、かつ安価なニトリドシリケート系化合物を必要とするもの、例えば、ニトリドシリケート系蛍光体、その蛍光体を用いた装置(例えば白色LED光源等)、各種セラミック部材等に広く適用できる。 The present invention also provides a nitridosilicate compound having good crystallinity and few impurities. In particular, the present invention provides a nitridosilicate compound which is substantially in a single crystal phase and is high quality and inexpensive. Therefore, the nitridosilicate compound of the present invention has good material performance and requires an inexpensive nitridosilicate compound, for example, a nitridosilicate phosphor, an apparatus using the phosphor (for example, White LED light source) and various ceramic members.
1 発光素子
2 ニトリドシリケート系蛍光体
3 蛍光体層
4 サブマウント基板
1
Claims (22)
Ce3+、Pr4+、Eu2+、Tb3+及びMn2+から選ばれる少なくとも1つのイオンを発光中心イオンとして含むことを特徴とするニトリドシリケート系蛍光体。 A composite oxide of an alkaline earth metal M1 and gallium (wherein M1 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba), a raw material containing a silicon compound and carbon, A nitridosilicate compound produced by reacting in a nitriding gas atmosphere, as a phosphor matrix;
A nitridosilicate phosphor characterized in that it contains at least one ion selected from Ce 3+ , Pr 4+ , Eu 2+ , Tb 3+ and Mn 2+ as a luminescent center ion.
Ce3+、Pr4+、Eu2+、Tb3+及びMn2+から選ばれる少なくとも1つのイオンを発光中心イオンとして含むことを特徴とするニトリドシリケート系蛍光体。 An alkaline earth metal compound capable of generating an alkaline earth metal oxide represented by the chemical formula M2O by heating (wherein M2 represents at least one element selected from Mg, Ca, Sr and Ba); A nitridosilicate compound produced by reacting a raw material containing a silicon compound, a gallium oxide, and carbon in a nitriding gas atmosphere includes a phosphor matrix,
A nitridosilicate phosphor characterized in that it contains at least one ion selected from Ce 3+ , Pr 4+ , Eu 2+ , Tb 3+ and Mn 2+ as a luminescent center ion.
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