JP2007262417A - Fluorescent substance - Google Patents

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Naoto Hirosaki
尚登 広崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting equipment and an image display device each using a green fluorescent substance which has higher green brightness than those of conventional rare earth element-activated sialon fluorescent substances and has more excellent durability than those of conventional oxide fluorescent substances. <P>SOLUTION: This fluorescent substance used in a lighting equipment having a luminous light source and a fluorescent substance or in an image display device having an exciting source and a fluorescent substance is characterized by having a β type Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>crystal structure-having nitride or oxynitride crystal phase obtained by solid-dissolving a metal element M (M is one or more element selected from Mn, Ce, and Eu) in β type Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>crystal structure-having nitride or oxynitride crystal, and emitting fluorescent light having peaks in a wavelength range of 500 to 600 nm by irradiating with a luminous light source or an exciting source. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、β型Si結晶構造を持つ蛍光体に関する。
さらに詳細には、該用途は該蛍光体の有する性質、すなわち500nm以上600nm以下の波長に発光ピークを持つ緑色蛍光を発する特性を持つ蛍光体に関する。
The present invention relates to a phosphor having a β-type Si 3 N 4 crystal structure.
More specifically, the application relates to a phosphor having a property of the phosphor, that is, a phosphor that emits green fluorescence having an emission peak at a wavelength of 500 nm to 600 nm.

蛍光体は、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、白色発光ダイオード(LED)などに用いられている。
これらのいずれの用途においても、蛍光体を発光させるためには、蛍光体を励起するためのエネルギーを蛍光体に供給する必要があり、蛍光体は真空紫外線、紫外線、電子線、青色光などの高いエネルギーを有した励起源により励起されて、可視光線を発する。
しかしながら、蛍光体は前記のような励起源に曝される結果、蛍光体の輝度が低下するという問題があり、輝度低下のない蛍光体が求められている。
そのため、従来のケイ酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、硫化物蛍光体などの蛍光体に代わり、輝度低下の少ない蛍光体として、サイアロン蛍光体が提案されている。
The phosphor is used for a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), a white light emitting diode (LED), and the like.
In any of these applications, in order to make the phosphor emit light, it is necessary to supply the phosphor with energy for exciting the phosphor, and the phosphor is not limited to vacuum ultraviolet rays, ultraviolet rays, electron beams, blue light, etc. When excited by a high energy excitation source, it emits visible light.
However, the phosphor has a problem that the luminance of the phosphor is reduced as a result of being exposed to the excitation source as described above, and there is a demand for a phosphor having no luminance reduction.
For this reason, sialon phosphors have been proposed as phosphors with little reduction in luminance instead of phosphors such as conventional silicate phosphors, phosphate phosphors, aluminate phosphors, and sulfide phosphors.

このサイアロン蛍光体の一例は、概略以下に述べるような製造プロセスによって製造される。
まず、窒化ケイ素(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ユーロピウム(Eu)、を所定のモル比に混合し、1気圧(0.1MPa)の窒素中において1700℃の温度で1時間保持してホットプレス法により焼成して製造される(例えば、特許文献1参照)。
このプロセスで得られるEuイオンを付活したαサイアロンは、450から500nmの青色光で励起されて550から600nmの黄色の光を発する蛍光体となることが報告されている。
An example of this sialon phosphor is manufactured by a manufacturing process generally described below.
First, silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), and europium oxide (Eu 2 O 3 ) are mixed at a predetermined molar ratio, and the temperature is 1700 ° C. in nitrogen at 1 atm (0.1 MPa). And is fired by a hot press method (for example, see Patent Document 1).
It has been reported that α sialon activated by Eu ions obtained in this process becomes a phosphor that emits yellow light of 550 to 600 nm when excited by blue light of 450 to 500 nm.

さらに、JEM相(LaAl(Si6−zAl)N10−z)を母体結晶として、Ceを付活させた青色蛍光体(特許文献2参照)、LaSi11を母体結晶としてCeを付活させた青色蛍光体(特許文献3参照)、CaAlSiNを母体結晶としてEuを付活させた赤色蛍光体(特許文献4参照)が知られている。 Furthermore, JEM phase (LaAl (Si 6-z Al z) N 10-z O z) as host crystals, blue phosphor is activated with Ce (see Patent Document 2), La 3 Si 8 N 11 O 4 There are known blue phosphors (see Patent Document 3) in which Ce is activated with Ca as a base crystal (see Patent Document 3), and red phosphors in which Eu is activated with CaAlSiN 3 as a host crystal (see Patent Document 4).

しかしながら、紫外LEDを励起源とする白色LEDやプラズマディスプレイなどの用途には、青や黄色だけでなく緑色に発光する蛍光体も求められていた。   However, phosphors that emit light in green as well as blue and yellow have been required for applications such as white LEDs and plasma displays using ultraviolet LEDs as an excitation source.

特開2002−363554号公報JP 2002-363554 A 特願2003−208409号Japanese Patent Application No. 2003-208409 特願2003−346013号Japanese Patent Application No. 2003-346013 特願2003−394855号Japanese Patent Application No. 2003-394855

別のサイアロン蛍光体として、β型サイアロンに希土類元素を添加した蛍光体(特許文献5参照)が知られており、Tb、Yb、Agを付活したものは525nmから545nmの緑色を発光するの蛍光体となることが示されている。
しかしながら、合成温度が1500℃と低いために付活元素が十分に結晶内に固溶せず、粒界相に残留するため高輝度の蛍光体は得られていなかった。
As another sialon phosphor, a phosphor in which a rare earth element is added to β-type sialon (see Patent Document 5) is known, and those activated by Tb, Yb, and Ag emit green light from 525 nm to 545 nm. It is shown to be a phosphor.
However, since the synthesis temperature is as low as 1500 ° C., the activating element is not sufficiently dissolved in the crystal and remains in the grain boundary phase, so that a high-luminance phosphor has not been obtained.

特開昭60−206889号公報JP-A-60-206889

本発明は、このような要望に応えようとするものであり、従来の希土類付活サイアロン蛍光体より緑色の輝度が高く、従来の酸化物蛍光体よりも耐久性に優れる緑色蛍光体を提供することを課題とする。   The present invention is intended to meet such demands, and provides a green phosphor that has a higher green luminance than conventional rare earth activated sialon phosphors and is more durable than conventional oxide phosphors. This is the issue.

本発明者らにおいては、かかる状況の下で、M(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種または2種以上の元素)、および、Si、Al、O、Nの元素を含有する窒化物について鋭意研究を重ねた結果、特定の組成領域範囲、特定の固溶状態および特定の結晶相を有するものは、500nmから600nmの範囲の波長に発光ピークを持つ蛍光体となることを見出した。
すなわち、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物を母体結晶とし、M(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種または2種以上の元素)を発光中心として添加した固溶体結晶は500nm以上600nm以下の範囲の波長にピークを持つ発光を有する蛍光体となることを見出した。
なかでも、Eu化合物を添加して1820℃以上の温度で合成したβ型サイアロンは、Euがβ型サイアロンの結晶中に固溶することにより、500nmから550nmの波長にピークを持つ色純度が良い緑色の蛍光を発することを見いだした。
In the present inventors, under such circumstances, M (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, and Eu) and Si, Al, O, and N elements are added. As a result of diligent research on the nitrides contained, phosphors having a specific composition region range, a specific solid solution state, and a specific crystal phase become phosphors having an emission peak at a wavelength in the range of 500 nm to 600 nm. I found.
That is, a nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is used as a base crystal, and M (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, and Eu) is an emission center It was found that the solid solution crystal added as a phosphor having a light emission having a peak at a wavelength in the range of 500 nm to 600 nm.
In particular, β-sialon synthesized at a temperature of 1820 ° C. or higher with the addition of an Eu compound has good color purity with a peak at a wavelength of 500 nm to 550 nm as Eu dissolves in the crystal of β-sialon. I found green fluorescence.

β型Si結晶構造はP6またはP6/mの対称性を持ち、表1の理想原子位置を持つ構造として定義される(非特許文献1参照)。
この結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物としては、β型Si、β型Geおよびβ型サイアロン(Si6−zAl8−zただし0<z<4.2)などが知られている。
また、β型サイアロンは、1700℃以下の合成温度では結晶中には金属元素を固溶せず、焼結助剤などとして添加した金属酸化物は粒界にガラス相を形成して残留することが知られている。
金属元素をサイアロン結晶中に取り込む場合は、特許文献1に記載のα型サイアロンが用いられる。
表1にβ型窒化ケイ素の原子座標に基づく結晶構造データを示す。
The β-type Si 3 N 4 crystal structure has a symmetry of P6 3 or P6 3 / m and is defined as a structure having the ideal atomic position shown in Table 1 (see Non-Patent Document 1).
Nitride or oxynitride having this crystal structure includes β-type Si 3 N 4 , β-type Ge 3 N 4 and β-type sialon (Si 6-z Al z O z N 8-z where 0 <z <4 .2) is known.
In addition, β-sialon does not dissolve the metal element in the crystal at a synthesis temperature of 1700 ° C. or less, and the metal oxide added as a sintering aid or the like forms a glass phase at the grain boundary and remains. It has been known.
In the case of incorporating a metal element into a sialon crystal, α-sialon described in Patent Document 1 is used.
Table 1 shows crystal structure data based on the atomic coordinates of β-type silicon nitride.

CHONG−MIN WANG ほか4名“Journal of Materials Science”1996年、31巻、5281〜5298頁CHONG-MIN WANG and 4 others "Journal of Materials Science" 1996, 31, 5281-5298

β型Siやβ型サイアロンは耐熱材料として研究されており、そこには本結晶に光学活性な元素を固溶させることおよび固溶した結晶を蛍光体として使用することについての記述は、特許文献5にて特定の元素について調べられているだけである。 β-type Si 3 N 4 and β-type sialon have been studied as heat-resistant materials, and there is a description of using optically active elements in this crystal as a solid solution and using the solid solution as a phosphor. Patent Document 5 only examines specific elements.

特許文献5によれば、500nmから600nmの範囲の波長に発光ピークをもつ蛍光体としては、Tb、Yb、Agを添加した場合だけが報告されている。
しかしながら、Tbを添加した蛍光体は励起波長が300nm以下であり白色LED用途には使用することができず、また発光寿命が長いため残像が残りディスプレイ用途には適さない問題があった。
また、YbやAgを添加したものは輝度が低い問題があった。
また、その後本発明にいたるまでの間、β型Si構造を持つ結晶を蛍光体として使用しようと検討されたことはなかった。
すなわち、特定の金属元素を固溶させたβ型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物が紫外線および可視光や電子線またはX線で励起され高い輝度の緑色発光を有する蛍光体として使用し得るという重要な発見は、本発明者らにおいて初めて見出したものである。
本発明者らにおいては、この知見を基礎にしてさらに鋭意研究を重ねた結果、以下(1)〜(47)に記載する構成を講ずることによって特定波長領域で高い輝度の発光現象を示す蛍光体を提供することに成功した。
その構成は、以下に記載のとおりである。
According to Patent Document 5, only when Tb, Yb, or Ag is added as a phosphor having an emission peak at a wavelength in the range of 500 nm to 600 nm is reported.
However, the phosphor added with Tb has an excitation wavelength of 300 nm or less and cannot be used for white LED applications, and has a problem that an afterimage remains because it has a long emission lifetime and is not suitable for display applications.
Further, Yb or Ag added has a problem of low luminance.
Further, until the present invention, there has been no study of using a crystal having a β-type Si 3 N 4 structure as a phosphor.
Namely, a phosphor having a β-type Si 3 N 4 crystal structure in which a specific metal element is dissolved and having a high luminance green light emission when excited by ultraviolet rays, visible light, electron beams or X-rays. The present inventors have found for the first time an important discovery that they can be used as
As a result of further earnest studies based on this knowledge, the present inventors have obtained a phosphor exhibiting a high-luminance light emission phenomenon in a specific wavelength region by adopting the configurations described in (1) to (47) below. Succeeded in providing.
The configuration is as described below.

(1)本発明の蛍光体は、少なくともSiとAlとを含む窒化物または酸窒化物の結晶中に金属元素M(ただし、Mは、Mn、CeおよびEuからなる群から選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶してなる結晶相を含み、発光光源を照射することにより波長500nmから600nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光することを特徴とする。 (1) The phosphor of the present invention includes a metal element M (where M is one selected from the group consisting of Mn, Ce and Eu) in a nitride or oxynitride crystal containing at least Si and Al. It includes a crystal phase in which two or more kinds of elements) are dissolved, and emits fluorescence having a peak in a wavelength range of 500 nm to 600 nm by irradiating an emission light source.

本発明の蛍光体は、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相の固溶体を主成分として含有していることにより、従来のサイアロンや酸窒化物蛍光体より500nm〜600nmの波長域での発光強度が高く、緑色の蛍光体として優れている。
発光光源あるいは励起源に曝された場合でも、この蛍光体は、輝度が低下することがないので、この蛍光体を用いることにより、性能の優れたVFD、FED、PDP、CRT、白色LEDなどが得られる。
The phosphor of the present invention contains, as a main component, a nitride or oxynitride crystal phase solid solution having a β-type Si 3 N 4 crystal structure. The emission intensity in the wavelength region of ˜600 nm is high, and it is excellent as a green phosphor.
Even when exposed to a light emitting source or an excitation source, this phosphor does not decrease in luminance. By using this phosphor, VFD, FED, PDP, CRT, white LED, etc. having excellent performance can be obtained. can get.

また、本発明の蛍光体を照明器具に用いる場合は、本発明の蛍光体を含み、発光光源が100nm以上500nm以下の波長を持つ紫外線または可視光を用いるのが適切である。
本発明の蛍光体を画像表示装置に用いる場合は、励起源を照射するのが適切である。
また、その画像表示装置としては、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)のいずれかとするのが好ましい。
In addition, when the phosphor of the present invention is used for a lighting fixture, it is appropriate to use ultraviolet light or visible light that includes the phosphor of the present invention and whose light emission source has a wavelength of 100 nm to 500 nm.
When the phosphor of the present invention is used for an image display device, it is appropriate to irradiate an excitation source.
The image display device is preferably a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), or a cathode ray tube (CRT).

以下、本発明の実施例に基づいて詳しく説明する。   Hereinafter, it demonstrates in detail based on the Example of this invention.

まず、本発明の照明器具および画像表示装置に用いる蛍光体(以下、「本発明の蛍光体」という。)について説明する。
本発明の蛍光体は、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相の固溶体(以下、β型Si属結晶と呼ぶ)を主成分として含んでなるものである。
β型Si属結晶は、X線回折や中性子線回折により同定することができ、純粋なβ型Siと同一の回折を示す物質の他に、構成元素が他の元素と置き換わることにより格子定数が変化したものもβ型Si属結晶である。
First, the phosphor used in the lighting apparatus and image display device of the present invention (hereinafter referred to as “the phosphor of the present invention”) will be described.
The phosphor of the present invention comprises a solid solution of a crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure (hereinafter referred to as β-type Si 3 N 4 group crystal) as a main component. It is.
The β-type Si 3 N 4 group crystal can be identified by X-ray diffraction or neutron diffraction, and in addition to a substance exhibiting the same diffraction as that of pure β-type Si 3 N 4 , the constituent element is different from other elements. A β-type Si 3 N 4 group crystal whose lattice constant has been changed by replacing it is also a β-type Si 3 N 4 group crystal.

ここで、純粋なβ型Siの結晶構造とはP6またはP6/mの対称性を持つ六方晶系に属し、表1の理想原子位置を持つ構造として定義される(非特許文献1参照)結晶である。
実際の結晶では、各原子の位置は、各位置を占める原子の種類によって理想位置から±0.05程度は変化する。
その格子定数は、a=0.7595nm、c=0.29023nmであるが、その構成成分とするSiがAlなどの元素で置き換わったり、NがOでなどの元素で置き換わったり、Euなどの金属元素が固溶することによって格子定数は変化するが、結晶構造と原子が占めるサイトとその座標によって与えられる原子位置は大きく変わることはない。
従って、格子定数と純粋なβ型Siの面指数が与えられれば、X線回折による回折ピークの位置(2θ)が一義的に決まる。
そして、新たな物質について測定したX線回折結果から計算した格子定数と表4の面指数を用いて計算した回折のピーク位置(2θ)のデータとが一致したときに当該結晶構造が同じものと特定することができる。
Here, the crystal structure of pure β-type Si 3 N 4 belongs to a hexagonal system having symmetry of P6 3 or P6 3 / m, and is defined as a structure having an ideal atomic position in Table 1 (non-patent) Reference 1) Crystal.
In an actual crystal, the position of each atom varies by about ± 0.05 from the ideal position depending on the type of atom occupying each position.
The lattice constants are a = 0.7595 nm and c = 0.90223 nm, but the constituent Si is replaced by an element such as Al, N is replaced by an element such as O, or a metal such as Eu. The lattice constant changes as the element dissolves, but the atomic position given by the crystal structure, the sites occupied by the atoms, and their coordinates does not change significantly.
Therefore, given the lattice constant and the plane index of pure β-type Si 3 N 4 , the position (2θ) of the diffraction peak by X-ray diffraction is uniquely determined.
And when the lattice constant calculated from the X-ray diffraction result measured for the new substance and the diffraction peak position (2θ) data calculated using the surface index in Table 4 coincide, the crystal structure is the same. Can be identified.

β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物結晶としては結晶構造が同じなら物質を特定はしないが、β型Si、β型Ge、β型Cおよびこれらの固溶体を挙げることができる。
固溶体としては、β型Si結晶構造のSiの位置をC、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、Inの元素で、Nの位置をO、Nの元素で置換することができる。
さらに、これらの元素の置換は1種だけでなく2種以上の元素を同時に置換したものも含まれる。
これらの結晶の内、特に高輝度が得られるのは、β型Siおよびβ型サイアロン(Si6−zAl8−z,ただし0<z<4.2)である。
A nitride or oxynitride crystal having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is not specified if the crystal structure is the same, but β-type Si 3 N 4 , β-type Ge 3 N 4 , β-type C 3 N 4 and solid solutions thereof.
As a solid solution, the position of Si in the β-type Si 3 N 4 crystal structure may be replaced with elements of C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In, and the position of N may be replaced with elements of O and N. it can.
Further, the substitution of these elements includes not only one kind but also substitution of two or more kinds of elements at the same time.
Among these crystals, particularly high brightness is obtained by β-type Si 3 N 4 and β-type sialon (Si 6-z Al z O z N 8-z , where 0 <z <4.2). .

本発明の蛍光体では、蛍光発光の点からは、その構成成分たるβ型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相は、高純度で極力多く含むこと、できれば単相から構成されていることが望ましいが、特性が低下しない範囲で他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物から構成することもできる。
この場合、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相の含有量が50質量%以上であることが高い輝度を得るために望ましい。
本発明の蛍光体において主成分とする範囲は、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相の含有量が50質量%以上である。
In the phosphor of the present invention, from the point of fluorescence emission, the crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure, which is a constituent component thereof, contains a high purity and as much as possible, preferably a single phase. However, it may be composed of a mixture with other crystalline phase or amorphous phase as long as the characteristics are not deteriorated.
In this case, the content of the crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is preferably 50% by mass or more in order to obtain high luminance.
The main component of the phosphor of the present invention is that the content of the crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is 50% by mass or more.

β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶を母体結晶とし、金属元素M(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種または2種以上の元素)を母体結晶に固溶させることによって、これらの元素が発光中心として働き、蛍光特性を発現する。
Mの元素の内で特にEuは緑色の発光特性に優れる。
さらには、β型サイアロン結晶にEuを含むもの、即ち、AlとEuを結晶中に含むものは特に緑色の発光特性に優れる。
A nitride or oxynitride crystal having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is used as a base crystal, and a metal element M (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, and Eu) is used. When dissolved in the base crystal, these elements function as luminescent centers and exhibit fluorescence characteristics.
Among the elements of M, Eu is particularly excellent in green light emission characteristics.
Further, a β-type sialon crystal containing Eu, that is, a material containing Al and Eu in the crystal is particularly excellent in green emission characteristics.

本発明の蛍光体に、発光光源あるいは励起源を照射することにより波長500nmから600nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光する。
この範囲にピークを持つ発光スペクトルは緑色の光を発する。
なかでも波長500nmから550nmの範囲の波長にピークを持つシャープな形状のスペクトルでは発光する色は、CIE色度座標上の(x、y)値で、0 ≦ x ≦0.3、0.6≦ y ≦0.83の値をとり、色純度が良い緑色である。
By irradiating the phosphor of the present invention with a light emission source or an excitation source, fluorescence having a peak in a wavelength range of 500 nm to 600 nm is emitted.
An emission spectrum having a peak in this range emits green light.
In particular, in a sharply shaped spectrum having a peak in the wavelength range of 500 nm to 550 nm, the emitted color is an (x, y) value on the CIE chromaticity coordinates, and 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.6 It takes a value of ≦ y ≦ 0.83 and is green with good color purity.

蛍光体の発光光源あるいは励起源としては、100nm以上500nm以下の波長の光(真空紫外線、深紫外線、紫外線、近紫外線、紫から青色の可視光)および電子線、X線などを用いると高い輝度の蛍光を発する。 The luminescent light source or excitation source of a phosphor, 100 nm or more 500nm or less wavelengths of light and an electron beam (vacuum ultraviolet rays, deep ultraviolet, ultraviolet, near ultraviolet, blue visible light from violet), using X-ray when high brightness Emits fluorescence.

本発明の蛍光体ではβ型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶であれば組成の種類を特に規定しないが、次の組成でβ型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶の含有割合が高く、輝度が高い蛍光体が得られる。 Although not particularly specified the type of composition as long as crystal of nitride or oxynitride having the β-Si 3 N 4 crystal structure in the phosphor of the present invention, with β-Si 3 N 4 crystal structure at the following composition A phosphor having a high content of nitride or oxynitride crystals and high luminance can be obtained.

β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶の含有割合が高く、輝度が高い蛍光体が得られる組成としては、次の範囲の組成が良い。
M(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種または2種以上の元素)、A(ただし、Aは、C、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、Inの元素)およびX(ただし、XはO、Nから選ばれる1種または2種の元素)を含有し、組成式M(式中、a+b+c=1とする)で示され、a,b,cの値は、0.00001≦ a ≦0.1・・・・・・・・・・・・(i)0.38≦ b ≦0.46・・・・・・・・・・・・・・(ii)0.54≦ c ≦0.62・・・・・・・・・・・・・・(iii)の条件を全て満たす値から選ばれる。
aは発光中心となる元素Mの添加量を表し、原子比で0.00001以上0.1以下となるようにするのがよい。
a値が0.00001より小さいと発光中心となるMの数が少ないため発光輝度が低下する。
0.1より大きいとMイオン間の干渉により濃度消光を起こして輝度が低下する。
bは母体結晶を構成する金属元素の量であり、原子比で0.38以上0.46以下となるようにするのがよい。
好ましくは、b=0.429が良い。
b値がこの範囲をはずれると結晶中の結合が不安定になりβ型Si構造以外の結晶相の生成割合が増え、緑色の発光強度が低下する。
cは母体結晶を構成する非金属元素の量であり、原子比で0.54以上0.62以下となるようにするのがよい。
好ましくは、c=0.571が良い。
c値がこの範囲をはずれると結晶中の結合が不安定になりβ型Si構造以外の結晶相の生成割合が増え、緑色の発光強度が低下する。
The composition in the following range is preferable as a composition for obtaining a phosphor having a high content ratio of nitride or oxynitride crystals having a β-type Si 3 N 4 crystal structure and high brightness.
M (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Eu), A (where A is an element of C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In) And X (where X is one or two elements selected from O and N), represented by a composition formula M a A b X c (where a + b + c = 1), a, b , C are 0.00001 ≦ a ≦ 0.1 (i) 0.38 ≦ b ≦ 0.46 (Ii) 0.54 ≦ c ≦ 0.62... (Iii) A value satisfying all the conditions of (iii) is selected.
a represents the amount of the element M to be the emission center, and it is preferable that the atomic ratio be 0.00001 or more and 0.1 or less.
If the a value is smaller than 0.00001, the number of Ms as the emission center is small, and the emission luminance is lowered.
If it is greater than 0.1, concentration quenching occurs due to interference between M ions, and the luminance decreases.
b is the amount of the metal element constituting the host crystal, and it is preferable that the atomic ratio be 0.38 or more and 0.46 or less.
Preferably, b = 0.429 is good.
When the b value is out of this range, the bonds in the crystal become unstable, the generation rate of crystal phases other than the β-type Si 3 N 4 structure increases, and the green emission intensity decreases.
c is the amount of the nonmetallic element constituting the host crystal, and it is preferable that the atomic ratio be 0.54 or more and 0.62 or less.
Preferably, c = 0.571 is good.
If the c value is out of this range, the bonds in the crystal become unstable, the generation rate of crystal phases other than the β-type Si 3 N 4 structure increases, and the green emission intensity decreases.

β型サイアロンを母体結晶とする場合は、次の組成で輝度が高い蛍光体が得られる。
M(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種または2種以上の元素)、および、Al、Si、O、Nの元素を含有し、組成式MSib1Alb2c1c2(式中、a+b+b+c+c=1とする)で示され、a、b、b、c、cは、0.00001≦ a ≦0.1・・・・・・・・・・・・(i)0.28≦ b ≦0.46・・・・・・・・・・・・・(ii)0.001≦ b ≦0.3・・・・・・・・・・・・・(iii)0.001≦ c ≦0.3・・・・・・・・・・・・・(iv)0.44≦ c ≦0.62・・・・・・・・・・・・・(v)以上の条件を全て満たす値から選ばれる。
aは発光中心となる元素Mの添加量を表し、原子比で0.00001以上0.1以下となるようにするのがよい。
a値が0.00001より小さいと発光中心となるMの数が少ないため発光輝度が低下する。
0.1より大きいとMイオン間の干渉により濃度消光を起こして輝度が低下する。
はSiの量であり、原子比で0.28以上0.46以下となるようにするのがよい。
はAlの量であり、原子比で0.001以上0.3以下となるようにするのがよい。
また、bとbの値の合計は、0.41以上0.44以下とするのがよく、より好ましくは、0.429がよい。
およびb値がこの範囲をはずれるとβ型サイアロン以外の結晶相の生成割合が増え、緑色の発光強度が低下する。
は酸素の量であり、原子比で0.001以上0.3以下となるようにするのがよい。
は窒素の量であり、原子比で0.44以上0.62以下となるようにするのがよい。
また、cとcの値の合計は、0.56以上0.59以下となるようにするのがよい。
好ましくは、c=0.571が良い。
およびc値がこの範囲をはずれるとβ型サイアロン以外の結晶相の生成割合が増え、緑色の発光強度が低下する。
When β-sialon is used as a base crystal, a phosphor having high luminance can be obtained with the following composition.
M (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Eu) and Al, Si, O, N elements, and a composition formula M a Si b1 Al b2 O c1 N c2 (where a + b 1 + b 2 + c 1 + c 2 = 1), and a, b 1 , b 2 , c 1 , c 2 are 0.00001 ≦ a ≦ 0.1. (I) 0.28 ≦ b 1 ≦ 0.46 (ii) 0.001 ≦ b 2 ≦ 0.3 (Iii) 0.001 ≦ c 1 ≦ 0.3 (iv) 0.44 ≦ c 2 ≦ 0.62 ... (v) Selected from values that satisfy all of the above conditions.
a represents the amount of the element M to be the emission center, and it is preferable that the atomic ratio be 0.00001 or more and 0.1 or less.
If the a value is smaller than 0.00001, the number of Ms as the emission center is small, and the emission luminance is lowered.
If it is greater than 0.1, concentration quenching occurs due to interference between M ions, and the luminance decreases.
b 1 is the amount of Si, and it is preferable that the atomic ratio be 0.28 or more and 0.46 or less.
b 2 is the amount of Al, it is preferable to be 0.001 to 0.3 in atomic ratio.
Further, the sum of the values of b 1 and b 2 is preferably 0.41 or more and 0.44 or less, and more preferably 0.429.
If the b 1 and b 2 values are out of this range, the rate of formation of crystal phases other than β-sialon increases, and the green emission intensity decreases.
c 1 is the amount of oxygen, and it is preferable that the atomic ratio be 0.001 or more and 0.3 or less.
c 2 is the amount of nitrogen, it is preferable to be 0.44 or more 0.62 or less in atomic ratio.
The sum of the values of c 1 and c 2 is preferably 0.56 or more and 0.59 or less.
Preferably, c = 0.571 is good.
If the c 1 and c 2 values are out of this range, the rate of generation of crystal phases other than β-sialon increases, and the green emission intensity decreases.

β型サイアロンを母体結晶とし、Euを発光中心とする場合は、次の組成で特に輝度が高い蛍光体が得られる。
EuSib1Alb2c1c2(式中、a+b+b+c+c=1とする)で示され、a、b、b、c、cは、0.00001≦ a ≦0.1・・・・・・・・・・(i)0.28≦ b ≦0.46・・・・・・・・・・・・(ii)0.001≦ b ≦0.3・・・・・・・・・・・・(iii)0.001≦ c ≦0.3・・・・・・・・・・・・(iv)0.44≦ c ≦0.62・・・・・・・・・・・・(v)以上の条件を全て満たす値から選ばれる。
はSiの量であり、原子比で0.28以上0.46以下となるようにするのがよい。
はAlの量であり、原子比で0.001以上0.3以下となるようにするのがよい。
また、bとbの値の合計は、0.41以上0.44以下とするのがよく、好ましくは、0.429がよい。
およびb値がこの範囲をはずれるとβ型サイアロン以外の結晶相の生成割合が増え、緑色の発光強度が低下する。
は酸素の量であり、原子比で0.001以上0.3以下となるようにするのがよい。
は窒素の量であり、原子比で0.54以上0.62以下となるようにするのがよい。
また、cとcの値の合計は、0.56以上0.59以下となるようにするのがよい。
好ましくは、c=0.571が良い。
およびc値がこの範囲をはずれるとβ型サイアロン以外の結晶相の生成割合が増え、緑色の発光強度が低下する。
When β-sialon is used as the host crystal and Eu is used as the emission center, a phosphor with particularly high luminance can be obtained with the following composition.
Eu a Si b1 Al b2 O c1 N c2 (in the formula, a + b 1 + b 2 + c 1 + c 2 = 1), and a, b 1 , b 2 , c 1 and c 2 are 0.00001 ≦ a 1 ≦ 0.1 (i) 0.28 ≦ b 1 ≦ 0.46 (ii) 0.001 ≦ b 2 ≦ 0.3 (iii) 0.001 ≦ c 1 ≦ 0.3 (iv) 0.44 ≦ c 2 ≦ 0.62... (V) Selected from values that satisfy all the above conditions.
b 1 is the amount of Si, and it is preferable that the atomic ratio be 0.28 or more and 0.46 or less.
b 2 is the amount of Al, it is preferable to be 0.001 to 0.3 in atomic ratio.
Further, the sum of the values of b 1 and b 2 is preferably 0.41 or more and 0.44 or less, and preferably 0.429.
If the b 1 and b 2 values are out of this range, the rate of formation of crystal phases other than β-sialon increases, and the green emission intensity decreases.
c 1 is the amount of oxygen, and it is preferable that the atomic ratio be 0.001 or more and 0.3 or less.
c 2 is the amount of nitrogen, it is preferable to be 0.54 or more 0.62 or less in atomic ratio.
The sum of the values of c 1 and c 2 is preferably 0.56 or more and 0.59 or less.
Preferably, c = 0.571 is good.
If the c 1 and c 2 values are out of this range, the rate of generation of crystal phases other than β-sialon increases, and the green emission intensity decreases.

また、これらの組成には特性が劣化しない範囲で不純物としてのその他の元素を含んでいても差し支えない。
発光特性を劣化させる不純物は、Fe、Co、Niなどであり、この3元素の合計が500ppmを超えると発光輝度が低下する。
Further, these compositions may contain other elements as impurities as long as the characteristics are not deteriorated.
Impurities that degrade the light emission characteristics include Fe, Co, Ni, and the like. When the total of these three elements exceeds 500 ppm, the light emission luminance decreases.

上記のように、本発明の蛍光体では、結晶相としてβ型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相の単相から構成されることが望ましいが、特性が低下しない範囲内で他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物から構成することもできる。
この場合、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相の含有量が50質量%以上であることが高い輝度を得るために望ましい。
含有量の割合はX線回折測定を行い、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶相とそれ以外の結晶相のそれぞれの相の最強ピークの強さの比から求めることができる。
As described above, the phosphor of the present invention is preferably composed of a single phase of a crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure as a crystal phase, but the characteristics are not deteriorated. It can also be composed of a mixture with other crystalline phase or amorphous phase within the range.
In this case, the content of the crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is preferably 50% by mass or more in order to obtain high luminance.
The ratio of the content is determined by X-ray diffraction measurement, based on the ratio of the strength of the strongest peak in each of the crystal phase of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure and the other crystal phase. Can be sought.

他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物から構成される蛍光体において、導電性を持つ無機物質との混合物とすることができる。
VFDやPDPなどにおいて、本発明の蛍光体を電子線で励起する場合には、蛍光体上に電子が溜まることなく外部に逃がすために、ある程度の導電性を持つことが好ましい。
導電性物質としては、Zn、Ga、In、Snから選ばれる1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物、または窒化物、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。
なかでも、酸化インジウムとインジウム−スズ酸化物(ITO)は、蛍光強度の低下が少なく、導電性が高いため好ましい。
In a phosphor composed of a mixture with another crystal phase or an amorphous phase, it can be a mixture with a conductive inorganic substance.
When the phosphor of the present invention is excited with an electron beam in a VFD, PDP, or the like, it is preferable that the phosphor has a certain degree of conductivity so that electrons do not accumulate on the phosphor and escape to the outside.
As the conductive substance, an oxide, an oxynitride, a nitride, or a mixture thereof containing one or more elements selected from Zn, Ga, In, and Sn can be given.
Among these, indium oxide and indium-tin oxide (ITO) are preferable because they have little decrease in fluorescence intensity and high conductivity.

本発明の蛍光体の形態は特に規定しないが、粉末として使用する場合は、平均粒径50nm以上20μm以下の単結晶であることが、高輝度が得られるため好ましい。
さらには、アスペクト比(粒子の長軸の長さを短軸の長さで割った値)の平均値が1.5以上20以下の値を持つ単結晶では、いっそう輝度が高くなる。
平均粒径が20μmより大きくなると、照明器具や画像表示装置に適用する際に分散性が悪くなり、色むらが発生するため好ましくない。
50nmより小さくなると粉末が凝集するため操作性が悪くなる。
アスペクト比(粒子の長軸の長さを短軸の長さで割った値)の平均値が1.5以上の単結晶粒子においては特に発光輝度が高くなる。
これは、高温でβ型窒化ケイ素構造をもつ結晶が成長する際にEuなどの金属元素を結晶中に比較的多くの量を取り込んだものであり、蛍光を阻害する結晶欠陥が少ないことと透明性が高いため、発光輝度が高くなる。
しかしながら、アスペクト比が20を越えると針状結晶となり、環境面から好ましくない。
その場合は、本発明の製造方法により粉砕を行うとよい。
The form of the phosphor of the present invention is not particularly defined, but when used as a powder, a single crystal having an average particle size of 50 nm or more and 20 μm or less is preferable because high luminance is obtained.
Furthermore, a single crystal having an average aspect ratio (a value obtained by dividing the length of the major axis of the particle by the length of the minor axis) of 1.5 or more and 20 or less has higher luminance.
When the average particle diameter is larger than 20 μm, the dispersibility deteriorates when applied to a lighting fixture or an image display device, and color unevenness occurs, which is not preferable.
If it is smaller than 50 nm, the powder is agglomerated and the operability is deteriorated.
In the case of single crystal particles having an average aspect ratio (value obtained by dividing the length of the major axis of the particle by the length of the minor axis) of 1.5 or more, the emission luminance is particularly high.
This is because when a crystal having a β-type silicon nitride structure grows at a high temperature, a relatively large amount of a metal element such as Eu is incorporated into the crystal, and there are few crystal defects that hinder fluorescence and transparency. Therefore, the luminance is high.
However, when the aspect ratio exceeds 20, needle crystals are formed, which is not preferable from the environmental viewpoint.
In that case, it is good to grind | pulverize by the manufacturing method of this invention.

本発明の蛍光体の製造方法は特に規定しないが、一例として次の方法を挙げることができる。   Although the manufacturing method of the phosphor of the present invention is not particularly specified, the following method can be given as an example.

金属化合物の混合物であって焼成することにより、MSiAl組成(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種または2種以上の元素)を構成しうる原料混合物を、窒素雰囲気中において焼成する。
最適焼成温度は組成により異なるので一概に規定できないが、一般的には1820℃以上2200℃以下の温度範囲で、安定して緑色の蛍光体が得られる。
焼成温度が1820℃より低いと、発光中心となる元素Mがβ型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶中に固溶することなく酸素含有量が高い粒界相中に残留するため、酸化物ガラスをホストとする発光となって、青色などの低波長の発光となり、緑色の蛍光は得られない。
特許文献5では、焼成温度が1550℃であり元素Mは粒界に残留する。
即ち、特許文献5では同じEuを付活元素とした場合でも発光波長は410〜440nmの青色であり、本発明の蛍光体の発光波長である500〜550nmとは本質的に異なる。
また、焼成温度が2200℃以上では特殊な装置が必要となり工業的に好ましくない。
発光中心となる元素MのなかでもEuが高い輝度が得られるため好ましい。
By firing a mixture of metal compounds, a composition of M a Si b Al c O d N e (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Eu) can be formed. The raw material mixture is fired in a nitrogen atmosphere.
Since the optimum firing temperature differs depending on the composition, it cannot be defined unconditionally, but in general, a green phosphor can be stably obtained in a temperature range of 1820 ° C. or higher and 2200 ° C. or lower.
When the firing temperature is lower than 1820 ° C., the element M serving as the light emission center is not dissolved in the crystal of nitride or oxynitride having the β-type Si 3 N 4 crystal structure, and the oxygen content is high in the grain boundary phase. Therefore, light emitted from the oxide glass as a host is emitted, and light having a low wavelength such as blue is emitted, and green fluorescence cannot be obtained.
In Patent Document 5, the firing temperature is 1550 ° C., and the element M remains at the grain boundary.
That is, in Patent Document 5, even when the same Eu is used as the activator element, the emission wavelength is blue of 410 to 440 nm, which is essentially different from the emission wavelength of 500 to 550 nm of the phosphor of the present invention.
Further, when the firing temperature is 2200 ° C. or higher, a special apparatus is required, which is not industrially preferable.
Among the elements M serving as the emission center, Eu is preferable because high luminance can be obtained.

金属化合物の混合物は、Mの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、または酸窒化物から選ばれるMを含む金属化合物と、窒化ケイ素と、窒化アルミニウムとの混合物がよい。
これらは、反応性に富み、高純度な合成物を得ることができることに加えて、工業原料として生産されており入手しやすい利点がある。
The mixture of the metal compound is preferably a mixture of a metal compound containing M selected from M metal, oxide, carbonate, nitride, or oxynitride, silicon nitride, and aluminum nitride.
In addition to being able to obtain a highly pure synthetic product with high reactivity, these have the advantage that they are produced as industrial raw materials and are easily available.

焼成時の反応性を向上させるために、必要に応じて金属化合物の混合物に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物を添加することができる。
無機化合物としては、反応温度で安定な液相を生成するものが好ましく、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Baの元素のフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、あるいはリン酸塩が適している。
さらに、これらの無機化合物は、単体で添加するほか2種以上を混合してもよい。
なかでも、フッ化カルシウムは合成の反応性を向上させる能力が高いため適している。
無機化合物の添加量は特に規定しないが、出発原料である金属化合物の混合物100重量部に対して、0.1重量部以上10重量部以下で、特に効果が大きい。
0.1重量部より少ないと反応性の向上が少なく、10重量部を越えると蛍光体の輝度が低下する。
これらの無機化合物を添加して焼成すると、反応性が向上して、比較的短い時間で粒成長が促進されて粒径の大きな単結晶が成長し、蛍光体の輝度が向上する。
さらに、焼成後に無機化合物を溶解する溶剤で洗浄することにより、焼成により得られた反応物中に含まれる無機化合物の含有量を低減すると、蛍光体の輝度が向上する。
このような溶剤としては、水、エタノール、硫酸、フッ化水素酸、硫酸とフッ化水素酸の混合物を挙げることができる。
In order to improve the reactivity at the time of baking, the inorganic compound which produces | generates a liquid phase at the temperature below a calcination temperature can be added to the mixture of a metal compound as needed.
As the inorganic compound, those that generate a stable liquid phase at the reaction temperature are preferable. Fluoride, chloride, iodide, bromide, or phosphate of the elements Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba Is suitable.
Furthermore, these inorganic compounds may be added alone or in combination of two or more.
Among these, calcium fluoride is suitable because it has a high ability to improve the reactivity of synthesis.
The amount of the inorganic compound added is not particularly limited, but the effect is particularly great when it is 0.1 parts by weight or more and 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the mixture of the starting metal compound.
When the amount is less than 0.1 part by weight, the reactivity is not improved, and when the amount exceeds 10 parts by weight, the luminance of the phosphor decreases.
When these inorganic compounds are added and baked, the reactivity is improved, grain growth is promoted in a relatively short time, and a single crystal having a large grain size grows, thereby improving the luminance of the phosphor.
Furthermore, the brightness of the phosphor is improved by reducing the content of the inorganic compound contained in the reaction product obtained by firing by washing with a solvent that dissolves the inorganic compound after firing.
Examples of such a solvent include water, ethanol, sulfuric acid, hydrofluoric acid, and a mixture of sulfuric acid and hydrofluoric acid.

窒素雰囲気は0.1MPa以上100MPa以下の圧力範囲のガス雰囲気がよい。
より好ましくは、0.5MPa以上10MPa以下がよい。
窒化ケイ素を原料として用いる場合、1820℃以上の温度に加熱すると窒素ガス雰囲気が0.1MPaより低いと、原料が熱分解するので好ましくない。
0.5MPaより高いとほとんど分解しない。
10MPaあれば十分であり、100MPa以上となると特殊な装置が必要となり、工業生産に向かない。
The nitrogen atmosphere is preferably a gas atmosphere in a pressure range of 0.1 MPa to 100 MPa.
More preferably, it is 0.5 MPa or more and 10 MPa or less.
When silicon nitride is used as a raw material, heating to a temperature of 1820 ° C. or higher is not preferable if the nitrogen gas atmosphere is lower than 0.1 MPa because the raw material is thermally decomposed.
When it is higher than 0.5 MPa, it hardly decomposes.
10 MPa is sufficient, and if it exceeds 100 MPa, a special apparatus is required, which is not suitable for industrial production.

粉体または凝集体形状の金属化合物を、嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する方法によれば、特に高い輝度が得られる。
粒径数μmの微粉末を出発原料とする場合、混合工程を終えた金属化合物の混合物は、粒径数μmの微粉末が数百μmから数mmの大きさに凝集した形態をなす(粉体凝集体と呼ぶ)。
本発明では、粉体凝集体を嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で焼成する。
すなわち、通常のサイアロンの製造ではホットプレス法や金型成形後に焼成を行なっており粉体の充填率が高い状態で焼成されているが、本発明では、粉体に機械的な力を加えることなく、また予め金型などを用いて成形することなく、混合物の粉体凝集体の粒度をそろえたものを、そのままの状態で容器などに嵩密度40%以下の充填率で充填する。
必要に応じて、該粉体凝集体を、ふるいや風力分級などを用いて、平均粒径500μm以下に造粒して粒度制御することができる。
また、スプレードライヤなどを用いて直接的に500μm以下の形状に造粒してもよい。
また、容器は窒化ホウ素製を用いると蛍光体との反応が少ない利点がある。
According to a method in which a metal compound in the form of powder or aggregate is filled in a container in a state where the bulk density is kept at 40% or less and then baked, particularly high luminance can be obtained.
When a fine powder having a particle size of several μm is used as a starting material, the mixture of metal compounds after the mixing step has a form in which fine powder having a particle size of several μm is aggregated to a size of several hundred μm to several mm (powder). Called aggregates).
In the present invention, the powder aggregate is fired in a state where the bulk density is maintained at a filling rate of 40% or less.
That is, in normal sialon production, firing is performed after the hot press method or mold forming and the powder is filled at a high filling rate. However, in the present invention, mechanical force is applied to the powder. Without using a mold or the like in advance, a mixture of powder agglomerates having the same particle size is filled into a container or the like with a bulk density of 40% or less.
If necessary, the powder aggregate can be granulated to an average particle size of 500 μm or less using a sieve or air classification, and the particle size can be controlled.
Moreover, you may granulate directly in the shape of 500 micrometers or less using a spray dryer etc.
Further, when the container is made of boron nitride, there is an advantage that there is little reaction with the phosphor.

嵩密度を40%以下の状態に保持したまま焼成するのは、原料粉末の周りに自由な空間がある状態で焼成すると、反応生成物が自由な空間に結晶成長することにより結晶同士の接触が少なくなり、表面欠陥が少ない結晶を合成することが出来るためである。
これにより、輝度が高い蛍光体が得られる。
嵩密度が40%を超えると焼成中に部分的に緻密化が起こって、緻密な焼結体となってしまい結晶成長の妨げとなり蛍光体の輝度が低下する。
また微細な粉体が得られない。
また、粉体凝集体の大きさは500μm以下が、焼成後の粉砕性に優れるため特に好ましい。
Firing while maintaining the bulk density at 40% or less is that when the firing is performed in a state where there is a free space around the raw material powder, the crystals of the reaction product grow in the free space, so that the crystals contact each other. This is because a crystal with fewer surface defects can be synthesized.
Thereby, a fluorescent substance with high brightness is obtained.
If the bulk density exceeds 40%, densification occurs partially during firing, resulting in a dense sintered body that hinders crystal growth and lowers the brightness of the phosphor.
Moreover, a fine powder cannot be obtained.
Further, the size of the powder aggregate is particularly preferably 500 μm or less because of excellent grindability after firing.

次に、充填率40%以下の粉体凝集体を前記条件で焼成する。
焼成に用いる炉は、焼成温度が高温であり焼成雰囲気が窒素であることから、金属抵抗加熱抵抗加熱方式または黒鉛抵抗加熱方式であり、炉の高温部の材料として炭素を用いた電気炉が好適である。
焼成の手法は、常圧焼結法やガス圧焼結法などの外部から機械的な加圧を施さない焼結手法が、嵩密度を高く保ったまま焼成するために好ましい。
Next, a powder aggregate having a filling rate of 40% or less is fired under the above conditions.
The furnace used for firing is a metal resistance heating resistance heating method or a graphite resistance heating method because the firing temperature is high and the firing atmosphere is nitrogen, and an electric furnace using carbon as a material for the high temperature part of the furnace is suitable. It is.
As the firing method, a sintering method in which mechanical pressure is not applied from the outside, such as an atmospheric pressure sintering method or a gas pressure sintering method, is preferable because firing is performed while maintaining a high bulk density.

焼成して得られた粉体凝集体が固く固着している場合は、例えばボールミル、ジェットミル等の工場的に通常用いられる粉砕機により粉砕する。
なかでも、ボールミル粉砕は粒径の制御が容易である。
このとき使用するボールおよびポットは、窒化ケイ素焼結体またはサイアロン焼結体製が好ましい。
特に好ましくは、製品となる蛍光体と同組成のセラミックス焼結体製が好ましい。
粉砕は平均粒径20μm以下となるまで施す。
特に好ましくは平均粒径20nm以上5μm以下である。
平均粒径が20μmを超えると粉体の流動性と樹脂への分散性が悪くなり、発光素子と組み合わせて発光装置を形成する際に部位により発光強度が不均一になる。
20nm以下となると、粉体を取り扱う操作性が悪くなる。
粉砕だけで目的の粒径が得られない場合は、分級を組み合わせることができる。
分級の手法としては、篩い分け、風力分級、液体中での沈殿法などを用いることができる。
When the powder aggregate obtained by firing is firmly fixed, it is pulverized by a pulverizer usually used in factories such as a ball mill and a jet mill.
Among these, ball milling makes it easy to control the particle size.
The balls and pots used at this time are preferably made of a silicon nitride sintered body or a sialon sintered body.
Particularly preferably, a ceramic sintered body having the same composition as the phosphor used as the product is preferable.
Grinding is performed until the average particle size becomes 20 μm or less.
The average particle size is particularly preferably 20 nm or more and 5 μm or less.
When the average particle diameter exceeds 20 μm, the fluidity of the powder and the dispersibility in the resin are deteriorated, and the light emission intensity becomes uneven depending on the part when the light emitting device is formed in combination with the light emitting element.
When the thickness is 20 nm or less, the operability for handling the powder is deteriorated.
If the desired particle size cannot be obtained only by grinding, classification can be combined.
As a classification method, sieving, air classification, precipitation in a liquid, or the like can be used.

粉砕分級の一方法として酸処理を行っても良い。
焼成して得られた粉体凝集体は、多くの場合、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の単結晶が微量のガラス相を主体とする粒界相で固く固着した状態となっている。
この場合、特定の組成の酸に浸すとガラス相を主体とする粒界相が選択的に溶解して、単結晶が分離する。
これにより、それぞれの粒子が単結晶の凝集体ではなく、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の単結晶1個からなる粒子として得られる。
このような粒子は、表面欠陥が少ない単結晶から構成されるため、蛍光体の輝度が特に高くなる。
Acid treatment may be performed as one method of pulverization classification.
In many cases, the powder aggregate obtained by firing is firmly fixed in a grain boundary phase in which a single crystal of nitride or oxynitride having a β-type Si 3 N 4 crystal structure is mainly composed of a small amount of glass phase. It has become a state.
In this case, when immersed in an acid having a specific composition, the grain boundary phase mainly composed of the glass phase is selectively dissolved, and the single crystal is separated.
As a result, each particle is not a single crystal aggregate, but is obtained as a single particle of nitride or oxynitride single crystal having a β-type Si 3 N 4 crystal structure.
Since such particles are composed of a single crystal with few surface defects, the luminance of the phosphor is particularly high.

この処理に有効な酸として、フッ化水素酸、硫酸、塩酸、フッ化水素酸と硫酸の混合物を挙げることができる。
なかでも、フッ化水素酸と硫酸の混合物はガラス相の除去効果が高い。
Examples of the acid effective for this treatment include hydrofluoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and a mixture of hydrofluoric acid and sulfuric acid.
Among them, a mixture of hydrofluoric acid and sulfuric acid has a high glass phase removal effect.

以上の工程での微細な蛍光体粉末が得られるが、輝度をさらに向上させるには熱処理が効果的である。
この場合は、焼成後の粉末、あるいは粉砕や分級により粒度調整された後の粉末を、1000℃以上で焼成温度以下の温度で熱処理することができる。
1000℃より低い温度では、表面の欠陥除去の効果が少ない。
焼成温度以上では粉砕した粉体どうしが再度固着するため好ましくない。
熱処理に適した雰囲気は、蛍光体の組成により異なるが、窒素、空気、アンモニア、水素から選ばれる1種又は2種以上の混合雰囲気中を使用することができ、特に窒素雰囲気が欠陥除去効果に優れるため好ましい。
Although fine phosphor powder is obtained by the above steps, heat treatment is effective for further improving the luminance.
In this case, the powder after firing or the powder whose particle size has been adjusted by pulverization or classification can be heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or higher and lower than the firing temperature.
At a temperature lower than 1000 ° C., the effect of removing surface defects is small.
Above the firing temperature, the pulverized powders are fixed again, which is not preferable.
Although the atmosphere suitable for the heat treatment varies depending on the composition of the phosphor, one or two or more mixed atmospheres selected from nitrogen, air, ammonia, and hydrogen can be used. Particularly, the nitrogen atmosphere is effective for defect removal. It is preferable because it is excellent.

以上のようにして得られる窒化物は、通常の酸化物蛍光体や既存のサイアロン蛍光体と比べて、紫外線から可視光の幅広い励起範囲を持つこと、500nm以上600nm以下の範囲にピークを持つ緑色の発光をすることが特徴であり、本発明の照明器具、画像表示装置に好適である。
これに加えて、高温にさらしても劣化しないことから耐熱性に優れており、酸化雰囲気および水分環境下での長期間の安定性にも優れている。
The nitride obtained as described above has a broad excitation range from ultraviolet to visible light, and has a green peak in the range of 500 nm to 600 nm, compared to normal oxide phosphors and existing sialon phosphors. Is suitable for the lighting apparatus and the image display device of the present invention.
In addition, since it does not deteriorate even when exposed to high temperatures, it has excellent heat resistance, and excellent long-term stability in an oxidizing atmosphere and moisture environment.

本発明の照明器具は、少なくとも発光光源と本発明の蛍光体を用いて構成される。
照明器具としては、LED照明器具、蛍光ランプなどがある。
LED照明器具では、本発明の蛍光体を用いて、特開平5−152609、特開平7−99345、特許公報第2927279号などに記載されているような公知の方法により製造することができる。
この場合、発光光源は330〜500nmの波長の光を発するものが望ましく、なかでも330〜420nmの紫外(または紫)LED発光素子またはLD発光素子と420〜500nmの青色LEDまたはLD発光素子が好ましい。
The lighting fixture of this invention is comprised using the light-emitting light source and the fluorescent substance of this invention at least.
Examples of lighting fixtures include LED lighting fixtures and fluorescent lamps.
The LED lighting apparatus can be manufactured by using the phosphor of the present invention by a known method as described in JP-A-5-152609, JP-A-7-99345, JP-A-2927279, and the like.
In this case, it is desirable that the light emitting light source emits light having a wavelength of 330 to 500 nm, and among them, an ultraviolet (or purple) LED light emitting element or LD light emitting element of 330 to 420 nm and a blue LED or LD light emitting element of 420 to 500 nm are preferable. .

これらの発光素子としては、GaNやInGaNなどの窒化物半導体からなるものがあり、組成を調整することにより所定の波長の光を発する発光光源となり得る。   These light emitting elements include those made of nitride semiconductors such as GaN and InGaN, and can be light emitting light sources that emit light of a predetermined wavelength by adjusting the composition.

照明器具において本発明の蛍光体を単独で使用する方法の他に、他の発光特性を持つ蛍光体と併用することによって、所望の色を発する照明器具を構成することができる。
この一例として、330〜420nmの紫外LEDまたはLD発光素子と、この波長で励起され420nm以上500nm以下の波長に発光ピークを持つ青色蛍光体と、600nm以上700nm以下の波長に発光ピークを持つ赤色蛍光体と、本発明の緑色蛍光体の組み合わせがある。
このような青色蛍光体としてはBaMgAl1017:Euを、赤色蛍光体としては、特願2003−394855に記載のCaSiAlN:Euを挙げることができる。
この構成では、LEDまたはLDが発する紫外線が蛍光体に照射されると、赤、緑、青の3色の光が発せられ、これの混合により白色の照明器具となる。
In addition to the method of using the phosphor of the present invention alone in a lighting fixture, a lighting fixture emitting a desired color can be configured by using it together with a phosphor having other light emission characteristics.
As an example of this, an ultraviolet LED or LD light emitting element of 330 to 420 nm, a blue phosphor excited at this wavelength and having an emission peak at a wavelength of 420 nm or more and 500 nm or less, and red fluorescence having an emission peak at a wavelength of 600 nm or more and 700 nm or less. Body and the green phosphor of the present invention.
Examples of such blue phosphor include BaMgAl 10 O 17 : Eu, and examples of red phosphor include CaSiAlN 3 : Eu described in Japanese Patent Application No. 2003-394855.
In this configuration, when the phosphors are irradiated with ultraviolet rays emitted from the LED or LD, light of three colors of red, green, and blue is emitted, and a white lighting device is obtained by mixing these.

別の手法として、420〜500nmの青色LEDまたはLD発光素子と、この波長で励起されて600nm以上700nm以下の波長に発光ピークを持つ赤色蛍光体と、本発明の蛍光体との組み合わせがある。
このような赤色蛍光体としては、特願2003−394855に記載のCaSiAlN:Euを挙げることができる。
この構成では、LEDまたはLDが発する青色光が蛍光体に照射されると、赤、緑の2色の光が発せられ、これらとLEDまたはLD自身の青色光が混合されて白色または赤みがかった電球色の照明器具となる。
As another method, there is a combination of a 420 to 500 nm blue LED or LD light emitting element, a red phosphor having an emission peak at a wavelength of 600 nm to 700 nm and excited by this wavelength, and the phosphor of the present invention.
Examples of such a red phosphor include CaSiAlN 3 : Eu described in Japanese Patent Application No. 2003-394855.
In this configuration, when blue light emitted from the LED or LD is applied to the phosphor, light of two colors, red and green, is emitted, and the blue light of the LED or LD itself is mixed to produce a white or reddish bulb. It becomes a color lighting fixture.

別の手法として、420〜500nmの青色LEDまたはLDと、この波長で励起されて550nm以上600nm以下の波長に発光ピークを持つ黄色またはオレンジ色蛍光体と、本発明の蛍光体との組み合わせがある。
このような、黄色またはオレンジ色の蛍光体としては、特開平9−218149に記載の(Y、Gd)(Al、Ga)12:Ceや特開2002−363554に記載のα−サイアロン:Euを挙げることができる。
なかでもEuを固溶させたCa−α−サイアロンが発光輝度が高いのでよい。
この構成では、LEDまたはLDが発する青色光が蛍光体に照射されると、黄またはオレンジ色と緑の2色の光が発せられ、これらとLEDまたはLD自身の青色光が混合されて白色の照明器具となる。
また、2種類の蛍光体の配合量を変化させることにより、青白い光、白色、赤みがかった電球色の幅広い色の光に調整することができる。
As another method, there is a combination of a blue LED or LD having a wavelength of 420 to 500 nm, a yellow or orange phosphor having an emission peak at a wavelength of 550 to 600 nm when excited at this wavelength, and the phosphor of the present invention. .
Examples of such a yellow or orange phosphor include (Y, Gd) 2 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce described in JP-A-9-218149 and α-sialon described in JP-A 2002-363554. : Eu can be mentioned.
Among these, Ca-α-sialon in which Eu is dissolved is good because the emission luminance is high.
In this configuration, when blue light emitted from the LED or LD is irradiated onto the phosphor, yellow or orange light and green light are emitted, and the blue light of the LED or LD itself is mixed to produce white light. It becomes a lighting fixture.
Further, by changing the blending amount of the two types of phosphors, it is possible to adjust to light of a wide range of pale light, white, and reddish bulb color.

本発明の画像表示装置は少なくも励起源と本発明の蛍光体で構成され、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)などがある。
本発明の蛍光体は、100〜190nmの真空紫外線、190〜380nmの紫外線、電子線などの励起で発光することが確認されており、これらの励起源と本発明の蛍光体との組み合わせで、上記のような画像表示装置を構成することができる。
The image display device of the present invention is composed of at least an excitation source and the phosphor of the present invention, and includes a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), and the like. .
The phosphor of the present invention has been confirmed to emit light by excitation of vacuum ultraviolet rays of 100 to 190 nm, ultraviolet rays of 190 to 380 nm, electron beams, etc., and in combination of these excitation sources and the phosphor of the present invention, An image display apparatus as described above can be configured.

次に本発明を以下に示す実施例によってさらに詳しく説明するが、これはあくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示したものであって、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which are disclosed as an aid for easy understanding of the present invention, and the present invention is limited to these examples. It is not a thing.

実施例1; 原料粉末は、平均粒径0.5μm、酸素含有量0.93重量%、α型含有量92%の窒化ケイ素粉末、比表面積3.3m/g、酸素含有量0.79%の窒化アルミニウム粉末、純度99.9%の酸化ユーロピュウム粉末を用いた。
組成式Eu0.00296Si0.41395Al0.013340.004440.56528で示される化合物(表2に設計組成、表3に原料粉末の混合組成と焼成温度を示す)を得るべく、窒化ケイ素粉末と窒化アルミニウム粉末と酸化ユーロピュウム粉末とを、各々94.77重量%、2.68重量%、2.556重量%となるように秤量し、窒化ケイ素焼結体製のポットと窒化ケイ素焼結体製のボールとn−ヘキサンを用いて湿式ボールミルにより2時間混合した。
ロータリーエバポレータによりn−ヘキサンを除去し、混合粉体の乾燥物を得た。
得られた混合物をメノウ乳鉢と乳棒を用いて粉砕した後に500μmのふるいを通すことにより流動性に優れる粉体凝集体を得た。
この粉体凝集体を直径20mm高さ20mmの大きさの窒化ホウ素製るつぼに自然落下させて入れたところ、嵩密度は30体積%であった。
嵩密度は、投入した粉体凝集体の重量とるつぼの内容積から計算した。
つぎに、るつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。
Example 1; raw material powder: silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm, oxygen content of 0.93% by weight, α-type content of 92%, specific surface area of 3.3 m 2 / g, oxygen content of 0.79 % Aluminum nitride powder, purity 99.9% europium oxide powder was used.
To obtain compounds represented by the composition formula Eu 0.00296 Si 0.41395 Al 0.01334 O 0.00444 N 0.56528 (Table 2 shows the design composition, and Table 3 shows the mixed composition and firing temperature of the raw material powder). The silicon nitride powder, the aluminum nitride powder, and the europium oxide powder were weighed to 94.77 wt%, 2.68 wt%, and 2.556 wt%, respectively. It mixed for 2 hours with the wet ball mill using the ball | bowl made from a silicon sintered compact, and n-hexane.
N-Hexane was removed by a rotary evaporator to obtain a dry product of the mixed powder.
The obtained mixture was pulverized using an agate mortar and pestle and then passed through a 500 μm sieve to obtain a powder aggregate having excellent fluidity.
When this powder aggregate was naturally dropped into a boron nitride crucible having a diameter of 20 mm and a height of 20 mm, the bulk density was 30% by volume.
The bulk density was calculated from the weight of the charged powder aggregate and the internal volume of the crucible.
Next, the crucible was set in a graphite resistance heating type electric furnace.

焼成操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して圧力を1MPaとし、毎時500℃で1900℃まで昇温し、1900℃で8時間保持した。
先ず、合成した試料をメノウの乳鉢を用いて粉末に粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定(XRD)を行った。
その結果、得られたチャートは図1に示すパターンを示し、β型窒化ケイ素構造を有しており、組成分析でAlとOを含有していることからβ型サイアロンが生成していることがわかった。
この得られた焼成体を粗粉砕の後、窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒で粉砕を施した。
粒度分布を測定したところ、平均粒径は4μmであった。
In the firing operation, first, the firing atmosphere is evacuated by a diffusion pump, heated from room temperature to 800 ° C. at a rate of 500 ° C. per hour, introduced with nitrogen having a purity of 99.999% by volume at 800 ° C. and a pressure of 1 MPa, The temperature was raised to 1900 ° C. at 500 ° C. per hour and held at 1900 ° C. for 8 hours.
First, the synthesized sample using an agate mortar, and ground to a powder, was carried out the powder X-ray diffraction measurement using a K alpha line of Cu (XRD).
As a result, the obtained chart shows the pattern shown in FIG. 1, has a β-type silicon nitride structure, and contains Al and O in the composition analysis, so that β-type sialon is generated. all right.
The fired body thus obtained was roughly pulverized and then pulverized with a silicon nitride mortar and pestle.
When the particle size distribution was measured, the average particle size was 4 μm.

この粉末の組成分析を下記方法で行った。
まず、試料50mgを白金るつぼに入れて、炭酸ナトリウム0.5gとホウ酸0.2gを添加して加熱融解した後に、塩酸2mlに溶かして100mlの定容として測定用溶液を作製した。
この液体試料をICP発光分光分析することにより、粉体試料中の、Si,Al、Eu、Ca量を定量した。
また、試料20mgをスズカプセルに投入し、これをニッケルバスケットに入れたものを、LECO社製TC−436型酸素窒素分析計を用いて、粉体試料中の酸素と窒素を定量した。
さらに、粉末中の微量成分の不純物量を定量するため、試料50mgと黒鉛粉末50mgを混合し黒鉛電極に詰め、日本ジャーレルアッシュ製のCID−DCA発光分光分析装置を用いて、B、Fe、Ca、Mg、Al、Crの不純物量を定量した。
ICP発光分光分析および酸素窒素分析計による測定結果は、Eu:2.16±0.02質量%、Si:55.6±0.1質量%、Al:1.64±0.1質量%、N:38.0±0.1質量%、O:2.1±0.1質量%であった。
全元素の分析結果から計算した合成した無機化合物の組成(原子数表示)は、Eu0.00290Si0.40427Al0.012100.026790.55391である。
表2に示す設計組成(Eu0.00296Si0.41395Al0.013340.004440.56528)と比べると、特に酸素含有量が高い。
この理由は、原料として用いた窒化ケイ素、窒化アルミニウムに含まれる不純物酸素が原因である。
The composition analysis of this powder was performed by the following method.
First, 50 mg of a sample was put in a platinum crucible, 0.5 g of sodium carbonate and 0.2 g of boric acid were added and heated to melt, and then dissolved in 2 ml of hydrochloric acid to prepare a measurement solution having a constant volume of 100 ml.
The amount of Si, Al, Eu, and Ca in the powder sample was quantified by ICP emission spectroscopic analysis of this liquid sample.
In addition, 20 mg of a sample was put into a tin capsule, and this was put into a nickel basket, and oxygen and nitrogen in the powder sample were quantified using a LECO TC-436 type oxygen-nitrogen analyzer.
Furthermore, in order to quantify the amount of impurities of trace components in the powder, 50 mg of a sample and 50 mg of graphite powder were mixed and packed in a graphite electrode, and B, Fe, The amount of impurities of Ca, Mg, Al, and Cr was quantified.
The measurement results by ICP emission spectrometry and oxygen-nitrogen analyzer were as follows: Eu: 2.16 ± 0.02 mass%, Si: 55.6 ± 0.1 mass%, Al: 1.64 ± 0.1 mass%, N: 38.0 ± 0.1 mass%, O: 2.1 ± 0.1 mass%.
The composition (in atomic number display) of the synthesized inorganic compound calculated from the analysis results of all elements is Eu 0.00290 Si 0.40427 Al 0.01210 O 0.02679 N 0.55391 .
Compared with the design composition shown in Table 2 (Eu 0.00296 Si 0.41395 Al 0.01334 O 0.00444 N 0.56528 ), the oxygen content is particularly high.
This is because the impurity oxygen contained in the silicon nitride and aluminum nitride used as raw materials.

本発明のサイアロン組成は理想的には、Si6−zAl8−z(ただし0<z<4.2)の組成であるが、この組成におけるNの一部がOで置換されたものも発明の範囲に含み、その場合に置いても、高い輝度の緑色蛍光体が得られる。
また、CID−DCA発光分光分析により検出された不純物元素は、Yは0.009質量%、Bは0.001質量%、Feは0.003質量%、Caは0.001質量%以下、Mgは0.001質量%以下、Crは0.001質量%以下であった。
この粉末の形態を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。
図2に示すように、短径100〜500nmで長径4μm程度の針状結晶であることが確認された。
このような形態の結晶は、自由空間に気相または液相を経由して結晶成長したことを示しており、1800℃以下の低温での合成とは本質的に異なる。
この粉末の形態を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した(図3−1、図3−2)。
図3−1に示すように、粒子は粒界相が存在しない単結晶であり、粒内の欠陥が少ないことが特徴である。
また、高解像度の観察(図3−2)によれば、単結晶粒子の表面には0.7nmの非晶質相が存在するが、他の非晶質および結晶質の相は存在しないことが確認された。
なお、この非晶質相は、粒子表面が酸化されたことによる酸化ケイ素である。
The sialon composition of the present invention is ideally a composition of Si 6-z Al z O z N 8-z (where 0 <z <4.2), but a part of N in this composition is substituted with O. Those obtained are included in the scope of the invention, and even in this case, a green phosphor with high luminance can be obtained.
Impurity elements detected by CID-DCA emission spectroscopic analysis are as follows: Y is 0.009 mass%, B is 0.001 mass%, Fe is 0.003 mass%, Ca is 0.001 mass% or less, Mg Was 0.001 mass% or less, and Cr was 0.001 mass% or less.
The form of this powder was observed with a scanning electron microscope (SEM).
As shown in FIG. 2, it was confirmed to be a needle-like crystal having a minor axis of 100 to 500 nm and a major axis of about 4 μm.
This form of crystal indicates that the crystal has grown in free space via the gas phase or liquid phase, which is essentially different from synthesis at a low temperature of 1800 ° C. or lower.
The form of the powder was observed with a transmission electron microscope (TEM) (FIGS. 3A and 3B).
As shown in FIG. 3A, the particle is a single crystal having no grain boundary phase and is characterized by few defects in the particle.
In addition, according to high-resolution observation (FIG. 3-2), there is an amorphous phase of 0.7 nm on the surface of the single crystal particles, but there are no other amorphous and crystalline phases. Was confirmed.
This amorphous phase is silicon oxide resulting from oxidation of the particle surface.

この粒子内のEuの存在を調べるため、TEMに付属の電子線エネルギー損失分析器(EELS)を用いてEuのスペクトルを測定した(図3−3)。
粒子表面(図3−3中のチャート(a))と粒子中央(図3−3中のチャート(b))でEuの電子状態を示すスペクトルはほとんど同じであり、これらは参照試料である酸化ユーロピウム(Eu;図3−3中のチャート(c))のスペクトルと同じであることが確認された。
即ち、Euは粒内に存在しており、非晶質の表面相に偏在しているものではないことが確認された。
この粉末の均一性を、カソードルミネッセンス(CL)検知器を備えたSEMで観察し、カソードルミネッセンス像(CL像)を評価した。
この装置は、電子線を照射して発生する可視光を検出して二次元情報である写真の画像として得ることにより、どの場所でどの波長の光が発光しているかを明らかにするものである。
In order to investigate the presence of Eu in the particles, the spectrum of Eu was measured using an electron energy loss analyzer (EELS) attached to the TEM (FIG. 3-3).
The spectrum showing the electronic state of Eu is almost the same at the particle surface (chart (a) in FIG. 3-3) and the center of the particle (chart (b) in FIG. 3-3). It was confirmed that the spectrum was the same as that of europium (Eu 2 O 3 ; chart (c) in FIG. 3-3).
That is, it was confirmed that Eu exists in the grains and is not unevenly distributed in the amorphous surface phase.
The uniformity of the powder was observed with an SEM equipped with a cathodoluminescence (CL) detector, and the cathodoluminescence image (CL image) was evaluated.
This device detects visible light generated by irradiating an electron beam and obtains it as a photographic image that is two-dimensional information, thereby clarifying which wavelength of light is emitted at which location. .

図4−1の発光スペクトル観察により、この蛍光体は電子線で励起されて530nmの波長の緑色発光を示すことが確認された。
また、数十個の粒子を観察したCL像(図4−2)によれば、特定の部位が発光している箇所はなく粒子内が均一に緑色に発光していることが確認された。
また、特に強く発光している粒子はなく、数十個の全粒子が均一に緑色に発光していることが確認された。
なお、CL像で白く観察される部分は530nmの光を発している部分であり、白黒濃淡表示で白いほど緑色の発光が強いことを示している。
By observation of the emission spectrum of FIG. 4-1, it was confirmed that this phosphor was excited by an electron beam and emitted green light having a wavelength of 530 nm.
Further, according to the CL image (FIG. 4-2) in which several tens of particles were observed, it was confirmed that there was no portion where a specific portion emitted light, and the inside of the particles emitted green light uniformly.
In addition, it was confirmed that there were no particles that emitted particularly intense light, and that all tens of particles emitted uniformly green.
Note that the portion observed white in the CL image is a portion emitting light of 530 nm, and the white light is displayed in black and white color display, indicating that the green emission is stronger.

以上のXRDチャート、SEM像、TEM像、EELSスペクトル、CL像の観察結果を総合すると、本粉末は、(1)β型Si構造を持つβ−サイアロンを母体結晶とし、それにEuが固溶した無機物質であり、(2)組成はEu0.00290Si0.40427Al0.012100.026790.55391であり、(3)Euはβ−サイアロンの結晶中に均一に分布しており、(4)第二相や粒界相などの他の相を形成しておらず、単相の物質であり、(5)各粒子は1個の単結晶であり、(6)各粒子は均一に発光していることが確認された。
このような特徴を持つ蛍光体は従来報告はされておらず、本発明者らが初めて見いだしたものである。
この粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、緑色に発光することを確認した。
この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトル(図5)を蛍光分光光度計を用いて測定した結果、この粉末は303nmに励起スペクトルのピークがあり303nmの励起による発光スペクトルにおいて、535nmの緑色光にピークがある蛍光体であることが分かった。
ピークの発光強度は、3948カウントであった。
なおカウント値は測定装置や条件によって変化するため単位は任意単位である。
すなわち、同一条件で測定した本実施例および比較例内でしか比較できない。
303nmの励起で発する光のCIE色度は、x=0.32、y=0.64の緑色であった。
When the observation results of the above XRD chart, SEM image, TEM image, EELS spectrum, and CL image are combined, this powder has (1) β-sialon having a β-type Si 3 N 4 structure as a base crystal, and Eu has (2) Composition is Eu 0.00290 Si 0.40427 Al 0.01210 O 0.02679 N 0.55391 , and (3) Eu is uniformly in the β-sialon crystal. Distributed, (4) does not form other phases such as second phase and grain boundary phase, is a single phase substance, (5) each particle is a single crystal, (6 ) It was confirmed that each particle emitted light uniformly.
A phosphor having such characteristics has not been reported in the past, and was first discovered by the present inventors.
As a result of irradiating the powder with a lamp emitting light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that the powder emitted green light.
As a result of measuring the emission spectrum and excitation spectrum (FIG. 5) of this powder using a fluorescence spectrophotometer, this powder has an excitation spectrum peak at 303 nm and a peak at 535 nm green light in the emission spectrum by excitation at 303 nm. It was found to be a certain phosphor.
The peak emission intensity was 3948 counts.
Since the count value varies depending on the measuring device and conditions, the unit is an arbitrary unit.
That is, the comparison can be made only in the present example and the comparative example measured under the same conditions.
The CIE chromaticity of light emitted by excitation at 303 nm was green with x = 0.32 and y = 0.64.

実施例1と同様の手法、手順に基づいてさらに実施例2〜24を行った。
その設計組成ならびに原料粉末の混合組成を表2、表3にまとめて示す。
Examples 2 to 24 were further performed based on the same method and procedure as in Example 1.
The design composition and the mixed composition of the raw material powder are summarized in Tables 2 and 3.

実施例2〜24; 実施例1と同じ原料粉末を用いて、表2に示す組成を得るべく、窒化ケイ素粉末と窒化アルミニウム粉末と酸化ユーロピュウム粉末とを所定量秤量し、窒化ケイ素焼結体製のポットと窒化ケイ素焼結体製のボールとn−ヘキサンを用いて湿式ボールミルにより2時間混合した。
ロータリーエバポレータによりn−ヘキサンを除去し、混合粉体の乾燥物を得た。
得られた混合物をメノウ乳鉢と乳棒を用いて粉砕した後に500μmのふるいを通すことにより流動性に優れる粉体凝集体を得た。
この粉体凝集体を直径20mm高さ20mmの大きさの窒化ホウ素製るつぼに自然落下させて入れた。
つぎに、るつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。
焼成操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して圧力を1MPaとし、毎時500℃で1900℃または2000℃まで昇温し、その温度で2時間保持した。
得られた焼成物は、すべてβ型Siまたはβ型サイアロンが50質量%以上含まれており、蛍光分光測定を行なったところ表3に示すように紫外線から可視光で励起されて500nm〜550nmの間の波長にピークを持つ緑色を発する蛍光体が得られた。
以下、表4に上記実施例および下記に開示する比較例の光学特性をまとめて示す。
Examples 2 to 24: Using the same raw material powder as in Example 1, predetermined amounts of silicon nitride powder, aluminum nitride powder and europium oxide powder were weighed to obtain the composition shown in Table 2, and the silicon nitride sintered body was manufactured. And a ball made of a silicon nitride sintered body and n-hexane were mixed for 2 hours by a wet ball mill.
N-Hexane was removed by a rotary evaporator to obtain a dry product of the mixed powder.
The obtained mixture was pulverized using an agate mortar and pestle and then passed through a 500 μm sieve to obtain a powder aggregate having excellent fluidity.
The powder aggregate was naturally dropped into a boron nitride crucible having a diameter of 20 mm and a height of 20 mm.
Next, the crucible was set in a graphite resistance heating type electric furnace.
In the firing operation, first, the firing atmosphere is evacuated by a diffusion pump, heated from room temperature to 800 ° C. at a rate of 500 ° C. per hour, introduced with nitrogen having a purity of 99.999% by volume at 800 ° C. and a pressure of 1 MPa, The temperature was raised to 1900 ° C. or 2000 ° C. at 500 ° C. per hour and held at that temperature for 2 hours.
All the fired products thus obtained contained 50 mass% or more of β-type Si 3 N 4 or β-type sialon, and were subjected to fluorescence spectroscopic measurement. A phosphor emitting green with a peak at a wavelength between ˜550 nm was obtained.
Table 4 below collectively shows the optical characteristics of the above examples and comparative examples disclosed below.

比較例1〜5; 表2および表3に示す組成および焼成温度の他は実施例2〜24と同様の手法で無機化合物粉末を作成した。
比較例1は実施例14に近い組成であるが、Euを含まない。
2000℃で2時間焼成して得られた無機化合物はz=0.5のβ−サイアロンであるが、Euを含まないため200nm〜500nmの範囲の光で励起してもまったく発光しなかった。
比較例2は実施例20に近い組成であるが、Alを含まない。
2000℃で2時間焼成して得られた無機化合物はβ−Siであるがこの条件ではEuは粒内に固溶せずに粒界ガラス相に残留したため図6に示すように緑色の発光は示さなかった。
比較例3〜5はそれぞれ実施例16〜18と同じ組成であるが、焼成温度が低い。
1800℃で2時間焼成して得られた無機化合物はz=1のβ−サイアロンであるが、焼成温度が低いためEuの大部分は粒内に固溶せず粒界相として残留したため、紫外線で励起すると図7に示すように青色の発光であり、緑色の発光は示さなかった。
Comparative Examples 1 to 5: Inorganic compound powders were prepared in the same manner as in Examples 2 to 24 except for the compositions and firing temperatures shown in Tables 2 and 3.
Comparative Example 1 has a composition close to that of Example 14, but does not contain Eu.
The inorganic compound obtained by baking at 2000 ° C. for 2 hours is β-sialon with z = 0.5, but does not emit any light even when excited with light in the range of 200 nm to 500 nm because it does not contain Eu.
Comparative Example 2 has a composition close to that of Example 20, but does not contain Al.
The inorganic compound obtained by firing at 2000 ° C. for 2 hours is β-Si 3 N 4 , but under these conditions, Eu did not dissolve in the grains but remained in the grain boundary glass phase, and as shown in FIG. The emission of was not shown.
Comparative Examples 3 to 5 have the same composition as Examples 16 to 18, respectively, but the firing temperature is low.
The inorganic compound obtained by firing at 1800 ° C. for 2 hours is β-sialon with z = 1, but since the firing temperature is low, most of Eu remains as a grain boundary phase without being dissolved in the grains. When excited with, it emitted blue light as shown in FIG. 7 and did not show green light.

次に、本発明の窒化物蛍光体を用いた照明器具について説明する。
図8に、照明器具としての白色LEDの概略構造図を示す。
発光素子として460nmの青色LED2を用い、本発明の実施例1の蛍光体と、Ca0.75Eu0.25Si8.625A13.3751.12514.875の組成を持つCa−α−サイアロン:Euの黄色蛍光体とを樹脂層に分散させて青色LED2上にかぶせた構造とする。
導電性端子に電流を流すと、該LED2は460nmの光を発し、この光で黄色蛍光体および緑色蛍光体が励起されて黄色および緑色の光を発し、LEDの光と黄色および緑色が混合されて白色の光を発する照明装置として機能する。
この照明器具は、黄色蛍光体単体を用いた場合と比較して緑色成分があるため演色性が高い。
Next, a lighting fixture using the nitride phosphor of the present invention will be described.
FIG. 8 shows a schematic structural diagram of a white LED as a lighting fixture.
A blue LED 2 having a wavelength of 460 nm is used as a light emitting element, and the phosphor of Example 1 of the present invention and Ca having a composition of Ca 0.75 Eu 0.25 Si 8.625 A1 3.375 O 1.125 N 14.875. -Α-sialon: a structure in which a yellow phosphor of Eu is dispersed in a resin layer and covered on the blue LED 2.
When an electric current is passed through the conductive terminal, the LED 2 emits light of 460 nm, and this light excites the yellow phosphor and the green phosphor to emit yellow and green light, and the LED light and yellow and green are mixed. It functions as a lighting device that emits white light.
Since this lighting fixture has a green component as compared with the case of using a single yellow phosphor, the color rendering property is high.

上記配合とは異なる配合設計によって作製した照明装置を示す。
先ず、発光素子として460nmの青色LEDを用い、本発明の実施例1の蛍光体と、赤色蛍光体(CaSiAlN:Eu)とを樹脂層に分散させて紫外LED上にかぶせた構造とする。
導電性端子に電流を流すと、LEDは460nmの光を発し、この光で赤色蛍光体と緑色蛍光体が励起されて赤色と緑色の光を発する。
LED自身が発する青色光とこれらの蛍光体からの光が混合されて白色の光を発する照明装置として機能する。
The lighting apparatus produced by the mixing | blending design different from the said mixing | blending is shown.
First, a blue LED having a wavelength of 460 nm is used as the light emitting element, and the phosphor of Example 1 of the present invention and the red phosphor (CaSiAlN 3 : Eu) are dispersed in a resin layer and covered with an ultraviolet LED.
When a current is passed through the conductive terminal, the LED emits light of 460 nm, and this light excites the red phosphor and the green phosphor to emit red and green light.
The blue light emitted from the LED itself and the light from these phosphors are mixed to function as an illumination device that emits white light.

上記配合とは異なる配合設計によって作製した照明装置を示す。
先ず、発光素子として380nmの紫外LEDを用い、本発明の実施例1の蛍光体と、青色蛍光体(BaMgAl1017:Eu)と赤色蛍光体(CaSiAlN:Eu)とを樹脂層に分散させて紫外LED上にかぶせた構造とする。
導電性端子に電流を流すと、LEDは380nmの光を発し、この光で赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体が励起されて赤色と緑色と青色の光を発する。
これらの光が混合されて白色の光を発する照明装置として機能する。
The lighting apparatus produced by the mixing | blending design different from the said mixing | blending is shown.
First, a 380 nm ultraviolet LED is used as a light emitting element, and the phosphor of Example 1 of the present invention, a blue phosphor (BaMgAl 10 O 17 : Eu), and a red phosphor (CaSiAlN 3 : Eu) are dispersed in a resin layer. The structure is made to cover the ultraviolet LED.
When a current is passed through the conductive terminal, the LED emits light of 380 nm, and this light excites the red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor to emit red, green, and blue light.
These lights are mixed to function as a lighting device that emits white light.

次に、本発明の窒化物蛍光体を用いた画像表示装置の設計例について説明する。
図9は、画像表示装置としてのプラズマディスプレイパネルの原理的概略図である。
本発明の実施例1の緑色蛍光体と赤色蛍光体(Y(PV)O:Eu)および青色蛍光体(BaMgAl1017:Eu)がそれぞれのセル11、12、13の内面に塗布されている。
電極14、15、16、17に通電するとセル中でXe放電により真空紫外線が発生し、これにより蛍光体が励起されて、赤、緑、青の可視光を発し、この光が保護層20、誘電体層19、ガラス基板22を介して外側から観察され、画像表示として機能する。
Next, a design example of an image display device using the nitride phosphor of the present invention will be described.
FIG. 9 is a principle schematic diagram of a plasma display panel as an image display device.
The green phosphor, red phosphor (Y (PV) O 4 : Eu), and blue phosphor (BaMgAl 10 O 17 : Eu) of Example 1 of the present invention are applied to the inner surfaces of the respective cells 11, 12, and 13. ing.
When the electrodes 14, 15, 16, and 17 are energized, vacuum ultraviolet rays are generated by Xe discharge in the cell, thereby exciting the phosphors to emit red, green, and blue visible light, and this light is emitted from the protective layer 20, It is observed from the outside through the dielectric layer 19 and the glass substrate 22 and functions as an image display.

本発明の窒化物蛍光体は、従来のサイアロンや酸窒化物蛍光体とは異なる緑色の発光を示し、さらに発光光源あるいは励起源に曝された場合の蛍光体の輝度の低下が少ないので、この窒化物蛍光体を用いることにより、性能の優れたVFD、FED、PDP、CRT、白色LEDなどの本発明の照明器具や画像表示装置が得られ、今後、各種表示装置における材料設計において、大いに活用され、産業の発展に寄与することが期待できる。   The nitride phosphor of the present invention emits green light different from that of conventional sialon and oxynitride phosphors, and further, since the luminance of the phosphor is less lowered when exposed to a light emission source or excitation source, By using a nitride phosphor, it is possible to obtain the lighting apparatus and image display device of the present invention such as VFD, FED, PDP, CRT, white LED, etc., which have excellent performance, and will be greatly utilized in material design in various display devices in the future. Can be expected to contribute to industrial development.

実施例1の無機化合物のX線回折チャートX-ray diffraction chart of the inorganic compound of Example 1 実施例1の無機化合物の走査型電子顕微鏡(SEM)像を示す図The figure which shows the scanning electron microscope (SEM) image of the inorganic compound of Example 1 実施例1の無機化合物の透過型電子顕微鏡(TEM)像を示す図The figure which shows the transmission electron microscope (TEM) image of the inorganic compound of Example 1. 実施例1の無機化合物の透過型電子顕微鏡(TEM)像を高解像度で示した図The figure which showed the transmission electron microscope (TEM) image of the inorganic compound of Example 1 in high resolution TEMに付属の電子線エネルギー損失分析器(EELS)による粒子内Euの観測スペクトルを示す図The figure which shows the observation spectrum of intra-particle Eu by the electron beam energy loss analyzer (EELS) attached to TEM. 実施例1の無機化合物の発光特性を示す発光スペクトルEmission spectrum showing emission characteristics of inorganic compound of Example 1 実施例1の無機化合物のカソードルミネッセンス検知器(CL)によって観察した像を示す図The figure which shows the image observed with the cathodoluminescence detector (CL) of the inorganic compound of Example 1. 実施例1の蛍光測定による励起スペクトルと発光スペクトルExcitation spectrum and emission spectrum by fluorescence measurement of Example 1 比較例2の発光スペクトルEmission spectrum of Comparative Example 2 比較例3〜5の発光スペクトルEmission spectra of Comparative Examples 3-5 本発明による照明器具(LED照明器具)の概略図。Schematic of the lighting fixture (LED lighting fixture) by this invention. 本発明による画像表示装置(プラズマディスプレイパネル)の概略図。1 is a schematic view of an image display device (plasma display panel) according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1.本発明の緑色蛍光体(実施例1)と赤色蛍光体と青色蛍光体との混合物、または、または本発明の緑色蛍光体(実施例1)と赤色蛍光体との混合物、または本発明の緑色蛍光体(実施例1)と黄色蛍光体との混合物。
2.LEDチップ。
3、4.導電性端子。
5.ワイヤーボンド。
6.樹脂層。
7.容器。
8.赤色蛍光体。
9.緑色蛍光体。
10.青色蛍光体。
11、12、13.紫外線発光セル。
14、15、16、17.電極。
18、19.誘電体層。
20.保護層。
21、22.ガラス基板。
1. A mixture of the green phosphor of the present invention (Example 1), a red phosphor and a blue phosphor, or a mixture of the green phosphor of the present invention (Example 1) and a red phosphor, or the green of the present invention A mixture of a phosphor (Example 1) and a yellow phosphor.
2. LED chip.
3, 4. Conductive terminal.
5). Wire bond.
6). Resin layer.
7). container.
8). Red phosphor.
9. Green phosphor.
10. Blue phosphor.
11, 12, 13. UV light emitting cell.
14, 15, 16, 17. electrode.
18, 19. Dielectric layer.
20. Protective layer.
21,22. Glass substrate.

Claims (1)

少なくともSiとAlとを含む窒化物または酸窒化物の結晶中に金属元素M(ただし、Mは、Mn、CeおよびEuからなる群から選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶してなる結晶相を含み、発光光源を照射することにより波長500nmから600nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光することを特徴とする、蛍光体。   A metal element M (wherein M is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Ce and Eu) is dissolved in a nitride or oxynitride crystal containing at least Si and Al. A phosphor having a peak in a wavelength range of 500 nm to 600 nm by irradiating a light source.
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