JP2009108223A - Phosphor, method for producing the same and light emitting apparatus using the same - Google Patents

Phosphor, method for producing the same and light emitting apparatus using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phosphor comprising a material different from that of a conventional rare earth activated sialon phosphor or oxide phosphor. <P>SOLUTION: This phosphor comprises an AAlSiON<SB>2</SB>crystal (A is an element selected from Li, Na and K) which emits fluorescence under excitation energy from an excitation source or a solid solution crystal of the AAlSiON<SB>2</SB>, wherein the AAlSiON<SB>2</SB>crystal or the solid solution crystal of the AAlSiON<SB>2</SB>contains at least an element M (M is at least one element selected from the group consisting of Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Yb). The phosphor is produced by firing a starting material mixture of oxides, oxynitrides or the like including metals of M, A, Al and Si in a temperature range of 1,200-2,200°C in an atmosphere of nitrogen under 0.1-100 MPa. A lighting apparatus and an image display device including the phosphor are further provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、AAlSiON結晶(ただし、Aは、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素ある)、または、その固溶体結晶を母体結晶とする蛍光体、その製造方法およびその用途に関する。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400nm以上700nm以下の波長にピークを持つ光を発する特性を利用した照明器具および画像表示装置の発光器具に関する。 The present invention relates to an AAlSiON 2 crystal (where A is an element selected from the group consisting of Li, Na and K), or a phosphor having a solid solution crystal as a base crystal, a method for producing the same, and a method for producing the same Regarding usage. More specifically, the application relates to a lighting apparatus and a light-emitting apparatus for an image display device using the property of the phosphor, that is, the characteristic of emitting light having a peak at a wavelength of 400 nm to 700 nm.

蛍光体は、蛍光表示管(VFD(Vacuum−Fluorescent Display))、フィールドエミッションディスプレイ(FED(Field Emission Display)またはSED(Surface−Conduction Electron−Emitter Display))、プラズマディスプレイパネル(PDP(Plasma Display Panel))、陰極線管(CRT(Cathode−Ray Tube))、白色発光ダイオード(LED(Light−Emitting Diode))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し易く、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、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体などの、結晶構造に窒素を含有する無機結晶を母体とする蛍光体が提案されている。   The phosphor is a fluorescent display tube (VFD (Vacuum-Fluorescent Display)), a field emission display (FED (Field Emission Display)), or an SED (Surface-Conduction Electron-Emitter Display (P panel)). ), Cathode ray tube (CRT (Cathode-Ray Tube)), white light emitting diode (LED (Light-Emitting Diode)), 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, as a result of the phosphor being exposed to the excitation source as described above, there is a demand for a phosphor that is liable to lower the luminance of the phosphor and that does not have a decrease in luminance. For this reason, sialon phosphors and oxynitride phosphors are used as phosphors with little reduction in luminance instead of phosphors such as conventional silicate phosphors, phosphate phosphors, aluminate phosphors, and sulfide phosphors. For example, phosphors based on inorganic crystals containing nitrogen in the crystal structure, such as nitride phosphors, have been proposed.

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Eu2+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。また、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2参照)が知られており、Tb、Yb、Agを付活したものは525nmから545nmの緑色を発光する蛍光体となることが示されている。さらに、β型サイアロンにEu2+を付活した緑色の蛍光体(特許文献3参照)が知られている。 An example of a 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). It is manufactured by holding for 1 hour and firing by a hot press method (see, for example, Patent Document 1). It has been reported that α sialon activated by Eu 2+ ions obtained by this process becomes a phosphor that emits yellow light of 550 to 600 nm when excited by blue light of 450 to 500 nm. In addition, a phosphor obtained by adding a rare earth element to β-type sialon (see Patent Document 2) is known. A phosphor activated with Tb, Yb, or Ag becomes a phosphor emitting green light of 525 nm to 545 nm. It is shown. Furthermore, a green phosphor obtained by activating Eu 2+ on a β-type sialon (see Patent Document 3) is known.

酸窒化物蛍光体の一例は、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4参照)、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5参照)が知られている。 An example of an oxynitride phosphor, JEM phase (LaAl (Si 6-z Al z) N 10-z O z) blue phosphor were activated with Ce as host crystals (see Patent Document 4), La 3 A blue phosphor in which Ce is activated using Si 8 N 11 O 4 as a base crystal (see Patent Document 5) is known.

窒化物蛍光体の一例は、CaAlSiNを母体結晶としてEu2+を付活させた赤色蛍光体(特許文献6参照)が知られている。また、AlNを母体とする蛍光体として、非特許文献1には、3価のEuイオンを添加した蛍光体(即ちAlN:Eu3+)を室温でマグネトロンスパッタリング法により非晶質セラミックス薄膜を合成し、580nm〜640nmにEu3+イオンからの発光ピークを有するオレンジ色あるいは赤色蛍光体が得られたと報告されている。非特許文献2には、非晶質AlN薄膜にTb3+を付活した蛍光体が電子線励起で543nmにピークを持つ緑色に発光すると報告されている。非特許文献3にはAlN薄膜にGd3+を付活した蛍光体が報告されている。しかし、これらのAlN基の蛍光体はいずれも照明や画像表示装置用途に向かない非晶質の薄膜である。 As an example of a nitride phosphor, a red phosphor (see Patent Document 6) in which Eu 2+ is activated using CaAlSiN 3 as a base crystal is known. In addition, as a phosphor having AlN as a base material, Non-Patent Document 1 synthesizes an amorphous ceramic thin film by magnetron sputtering of a phosphor added with trivalent Eu ions (ie, AlN: Eu 3+ ) at room temperature. It is reported that an orange or red phosphor having an emission peak from Eu 3+ ions at 580 nm to 640 nm was obtained. Non-Patent Document 2 reports that a phosphor obtained by activating Tb 3+ on an amorphous AlN thin film emits green light having a peak at 543 nm by electron beam excitation. Non-Patent Document 3 reports a phosphor in which Gd 3+ is activated on an AlN thin film. However, all of these AlN-based phosphors are amorphous thin films that are not suitable for illumination and image display device applications.

電子線を励起源とする画像表示装置(VFD、FED、SED、CRT)用途の青色蛍光体としては、YSiOを母体結晶としてCeを固溶させた蛍光体(特許文献7)やZnSにAgなどの発光イオンを固溶させた蛍光体(特許文献8)が報告されている。 As a blue phosphor for use in an image display device (VFD, FED, SED, CRT) using an electron beam as an excitation source, a phosphor in which Ce is solid-solved with Y 2 SiO 5 as a base crystal (Patent Document 7) or ZnS A phosphor (Patent Document 8) in which a light-emitting ion such as Ag is dissolved is reported.

特許第3668770号明細書Japanese Patent No. 3668770 特開昭60−206889号公報JP-A-60-206889 特開2005−255895号公報JP 2005-255895 A 国際公開第2005/019376号パンフレットInternational Publication No. 2005/019376 Pamphlet 特開2005−112922号公報JP 2005-112922 A 国際公開第2005/052087号パンフレットInternational Publication No. 2005/052087 Pamphlet 特開2003−55657号公報JP 2003-55657 A 特開2004−285363号公報JP 2004-285363 A Meghan L. Caldwell、他、「Visible Luminescent Activation of Amorphous AlN:Eu Thin−Film Phosphors with Osygen」、MRS Internet Journal Nitride Semiconductor Research、6巻、13号、1〜8ページ、2001年。Meghan L. Caldwell, et al., “Visible Luminescent Activation of Amorphous AIN: Eu Thin-Film Phosphorus with Osygen,” MRS Internet Journal Nitride, 6th page, 1st. H.H.Richardson、他、「Thin−film electroluminescent devices grown on plastic substrates using an amorphous AlN:Tb3+ phosphor」、Applied Physics Letters、80巻、12号、2207〜2209ページ、2002年。H. H. Richardson, et al., “Thin-film electroluminescent devices grown on plastic substituting using an amorphous AIN: Tb3 + phosphor”, Vol. 9, pages 207, vol. U.Vetter,他、「Intense ultraviolet cathodoluminescence at 318 nm from Gd3+−doped AlN」、Physics Letters、83巻、11号、2145〜2147ページ、2003年。U. Vetter, et al., “Intense ultraviolet cathodoluminescence at 318 nm from Gd3 + -doped AlN”, Physics Letters, 83, 11, 2145-2147, 2003.

紫外LEDや青色LEDを励起源とする白色LEDの用途には、耐久性に優れ高い輝度を有する蛍光体が必要とされている。さらに、照明としての色の再現性(演色性)を向上させるために、紫色、青色、緑色、黄色、橙色、赤色などの様々な色の蛍光体が求められている。さらに、従来の酸窒化物をホスト(母体結晶)とする蛍光体は絶縁物質であり、電子線を照射しても、発光強度は低く、FEDなどの電子線励起の画像表示装置の用途には電子線で高輝度に発光する蛍光体が求められている。また、従来のサイアロン蛍光体、酸窒化物蛍光体に加えて、種々の材料からなる蛍光体があれば、用途に応じて適宜選択できるので、設計上好ましい。   For use of a white LED using an ultraviolet LED or a blue LED as an excitation source, a phosphor having excellent durability and high luminance is required. Furthermore, in order to improve color reproducibility (color rendering) as illumination, phosphors of various colors such as purple, blue, green, yellow, orange and red are required. Furthermore, the conventional phosphor using oxynitride as a host (matrix crystal) is an insulating material, and its emission intensity is low even when irradiated with an electron beam. There is a need for a phosphor that emits light with high brightness using an electron beam. In addition to conventional sialon phosphors and oxynitride phosphors, phosphors made of various materials can be appropriately selected according to the application, which is preferable in terms of design.

電子線励起で用いられる特許文献7に開示される酸化物の蛍光体は、使用中に劣化して発光強度が低下するおそれがあり、画像表示装置で色バランスが変化するおそれがあった。特許文献8に開示される硫化物の蛍光体は、使用中に分解が起こり、硫黄が飛散してデバイスを汚染するおそれがあった。   The oxide phosphor disclosed in Patent Document 7 used for electron beam excitation may deteriorate during use and decrease the emission intensity, and the color balance may change in the image display device. The sulfide phosphor disclosed in Patent Document 8 may be decomposed during use, and sulfur may be scattered to contaminate the device.

本発明の目的は、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、酸化物蛍光体とは異なる材料からなる蛍光体を提供することであり、中でも青色、青緑色、緑色および黄色の蛍光体粉体を提供しようというものである。さらに、電子線で効率よく発光する蛍光体粉体を提供しようというものである。   An object of the present invention is to respond to such a demand, and is to provide a phosphor made of a material different from a conventional rare earth activated sialon phosphor and an oxide phosphor. The aim is to provide blue-green, green and yellow phosphor powders. Furthermore, it is intended to provide a phosphor powder that emits light efficiently with an electron beam.

本発明者においては、かかる状況の下で、AAlSiON結晶(Aは、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素)に着目し、AAlSiON結晶、または、AAlSiON固溶体結晶に、少なくとも金属イオンM(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、TmおよびYbからなる群から少なくとも1つ選択される元素)を固溶させた酸窒化物について鋭意研究を重ねた結果、特定の組成範囲、特定の固溶状態および特定の結晶相を有するものは、400nm以上700nm以下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いだした。なかでも、M元素としてCeが固溶した特定の組成範囲のものは、紫外線や電子線励起で高い輝度の青色から青緑色の発光を有し、照明用途や、電子線で励起される画像表示装置に適することを見いだした。さらに、M元素としてEuが固溶した特定の組成範囲のものは、紫外線や電子線励起で高い輝度の緑色から黄色の発光を有し、照明用途や、電子線で励起される画像表示装置に適することを見いだした。 Under the circumstances, the present inventor pays attention to an AAlSiON 2 crystal (A is an element selected from the group consisting of Li, Na and K), and an AAlSiON 2 crystal or an AAlSiON 2 solid solution crystal. And at least a metal ion M (wherein M is an element selected from the group consisting of Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Tm, and Yb). As a result of intensive research on oxynitrides, it has been found that a phosphor having a specific composition range, a specific solid solution state, and a specific crystal phase becomes a phosphor having an emission peak at a wavelength in the range of 400 nm to 700 nm. I found it. Among them, those with a specific composition range in which Ce is dissolved as an M element have high-brightness blue to blue-green light emission by ultraviolet light or electron beam excitation, and are used for illumination or image display excited by an electron beam. I found it suitable for the device. Further, those having a specific composition range in which Eu is dissolved as an M element have a light emission of green to yellow with high luminance by ultraviolet light or electron beam excitation, and are used for illumination applications or image display devices excited by electron beams. I found it suitable.

特許文献1から8および非特許文献1から3によれば、窒化物や酸窒化物セラミックスを母体結晶としてEuやCeイオンなどの光学活性なイオンを添加すると蛍光体となることは報告されているが、励起可能な波長や発光波長は母体結晶の種類と添加する光学活性イオンにより異なることが知られており、用途が異なる。   According to Patent Documents 1 to 8 and Non-Patent Documents 1 to 3, it is reported that a phosphor is obtained by adding optically active ions such as Eu and Ce ions using nitride or oxynitride ceramics as a base crystal. However, it is known that the excitable wavelength and the emission wavelength differ depending on the type of the host crystal and the optically active ion to be added, and the uses are different.

AAlSiON結晶、特に、LiAlSiON結晶は本発明者において初めて見いだされた結晶であり、光学活性なイオンを固溶させたAAlSiON結晶または固溶体結晶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、本発明者において初めて見出されたものである。 The AAlSiON 2 crystal, particularly the LiAlSiON 2 crystal, was found for the first time by the present inventor, and the AAlSiON 2 crystal or solid solution crystal in which optically active ions were dissolved was excited by ultraviolet rays, visible light, electron beams, or X-rays. The important discovery that the phosphor can be used as a phosphor having high luminance emission has been found for the first time by the present inventors.

この知見を基礎にしてさらに鋭意研究を重ねた結果、特定波長領域で高い輝度の発光現象を示す蛍光体とその蛍光体の製造方法、および優れた特性を有する照明器具、画像表示装置を提供することに成功した。以下に、それぞれより具体的に述べる。   As a result of further diligent research based on this knowledge, a phosphor exhibiting a high-luminance light emission phenomenon in a specific wavelength region, a method for producing the phosphor, a lighting device having excellent characteristics, and an image display device are provided. Succeeded. The details will be described below.

(発明1)励起源からの励起エネルギーにより蛍光を発するAAlSiON結晶(ただし、Aは、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)あるいはAAlSiONの固溶体結晶からなる蛍光体であって、前記AAlSiON結晶またはAAlSiONの固溶体結晶に、少なくともM元素(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、TmおよびYbからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)を含有することを特徴とする。
(発明2)発明1に記載の蛍光体であって、前記AAlSiON結晶あるいはAAlSiONの固溶体結晶の結晶構造は、LiAlSiON結晶の結晶構造と同一の結晶構造を有することを特徴とする。
(発明3)発明1に記載の蛍光体であって、前記A元素はLiであることを特徴とする。
(発明4)発明1に記載の蛍光体であって、前記A元素として少なくともLiを含み、前記M元素として少なくともCeを含み、前記励起エネルギーにより、440nm以上520nm以下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。
(発明5)発明1に記載の蛍光体であって、前記A元素として少なくともLiを含み、前記M元素として少なくともEuを含み、前記励起エネルギーにより、500nm以上570nm以下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。
(発明6)発明1に記載の蛍光体であって、前記蛍光体は、組成式MAlSi(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1とする)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fは、
0.00001≦ a ≦0.1・・・・・・・・(i)
0.12≦ b ≦0.24・・・・・・・・・・(ii)
0.12≦ c ≦0.24・・・・・・・・・・(iii)
0.12≦ d ≦0.24・・・・・・・・・・(iv)
0.12≦ e ≦0.24・・・・・・・・・・(v)
0.24≦ f ≦0.40・・・・・・・・・・(vi)
以上の条件を満たすことを特徴とする。
(発明7)Mの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Mを含む化合物またはそれらの組合せと、Aの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Aを含む化合物またはそれらの組合せと、Alの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Alを含む化合物またはそれらの組合せと、Siの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Siを含む化合物またはそれらの組合せとを少なくとも含む原料混合物を、相対嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に、0.1MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中において、1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成することを特徴とする発明1に記載の蛍光体の製造方法。
(発明8)励起源と、それからの励起光により蛍光を発する蛍光体とからなる照明器具であって、前記励起源が330〜420nmの波長の励起光を発するものであり、前記蛍光体の少なくとも一部は、発明1〜6のいずれかに記載の蛍光体である照明器具。
(発明9)励起源と、それからの励起エネルギーにより蛍光を発する蛍光体とからなる画像表示装置であって、前記蛍光体の少なくとも一部は、発明1〜6のいずれかに記載の蛍光体である画像表示装置。
(発明10)発明9に記載の画像表示装置であって、前記画像表示装置は、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FEDまたはSED)または陰極線管(CRT)のいずれかであり、前記励起源は加速電圧10V以上30kV以下の電子線であることを特徴とする。
(Invention 1) AAlSiON 2 crystal that emits fluorescence by excitation energy from an excitation source (where A is an element selected from the group consisting of Li, Na, and K) or a solid solution crystal of AAlSiON 2 A phosphor, wherein the AAlSiON 2 crystal or the solid solution crystal of AAlSiON 2 includes at least M element (where M is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm). And at least one element selected from the group consisting of Yb).
(Invention 2) The phosphor according to the invention 1, the crystal structure of the AAlSiON 2 crystal or AAlSiON 2 solid solution crystal is characterized by having the same crystal structure as the crystal structure of LiAlSiON 2 crystals.
(Invention 3) The phosphor according to Invention 1, wherein the element A is Li.
(Invention 4) The phosphor according to Invention 1, wherein the A element contains at least Li, the M element contains at least Ce, and has a peak in a wavelength range of 440 nm to 520 nm by the excitation energy. It emits fluorescence.
(Invention 5) The phosphor according to Invention 1, wherein the element A contains at least Li, the element M contains at least Eu, and has a peak in a wavelength range of 500 nm or more and 570 nm or less due to the excitation energy. It emits fluorescence.
(Invention 6) The phosphor according to Invention 1, wherein the phosphor is represented by a composition formula M a A b Al c S i d O e N f (where a + b + c + d + e + f = 1), and parameters a, b, c, d, e, f are
0.00001 ≦ a ≦ 0.1 (i)
0.12 ≦ b ≦ 0.24 (ii)
0.12 ≦ c ≦ 0.24 (iii)
0.12 ≦ d ≦ 0.24 (iv)
0.12 ≦ e ≦ 0.24 (v)
0.24 ≦ f ≦ 0.40 (vi)
It is characterized by satisfying the above conditions.
(Invention 7) M metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, a compound containing M or a combination thereof, and A metal, oxide, carbonate, nitride, Fluorides, chlorides, oxynitrides, compounds containing A or combinations thereof and Al metals, oxides, carbonates, nitrides, fluorides, chlorides, oxynitrides, compounds containing Al or their A raw material mixture containing at least a combination and a metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, compound containing Si, or a combination thereof of Si, and having a relative bulk density of 40% or less The phosphor according to the first aspect of the invention is fired in a temperature range of 1200 ° C. or more and 2200 ° C. or less in a nitrogen atmosphere of 0.1 MPa or more and 100 MPa or less after filling the container in a state maintained at a rate. Method.
(Invention 8) A lighting apparatus comprising an excitation source and a phosphor that emits fluorescence by excitation light therefrom, wherein the excitation source emits excitation light having a wavelength of 330 to 420 nm, A part of the luminaire is the phosphor according to any one of Inventions 1 to 6.
(Invention 9) An image display device comprising an excitation source and a phosphor emitting fluorescence by excitation energy therefrom, wherein at least a part of the phosphor is the phosphor according to any one of Inventions 1 to 6. An image display device.
(Invention 10) The image display device according to Invention 9, wherein the image display device is any one of a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED or SED), or a cathode ray tube (CRT), The excitation source is an electron beam having an acceleration voltage of 10 V to 30 kV.

本発明の蛍光体は、発光中心となる金属イオンが固溶したAAlSi結晶またはその固溶体結晶を主成分として含有していることにより、400nm〜700nmでの発光強度が高く、白色LEDの用途の青色、青緑色、緑色および黄色蛍光体として優れている。励起源に曝された場合でも、この蛍光体は、輝度が低下し難い。さらに、電子線で効率よく発光するため、VFD、FED、SED、CRTなどに好適に使用され得る有用な蛍光体である。 The phosphor of the present invention contains AAl 2 Si 5 O 2 N 8 crystal or a solid solution crystal in which a metal ion serving as an emission center is dissolved, as a main component, so that the emission intensity at 400 nm to 700 nm is high. Excellent as blue, blue-green, green and yellow phosphors for white LED applications. Even when the phosphor is exposed to an excitation source, the luminance of the phosphor hardly decreases. Furthermore, it is a useful phosphor that can be suitably used for VFD, FED, SED, CRT and the like because it emits light efficiently with an electron beam.

以下、本発明の実施例について詳しく説明する。   Examples of the present invention will be described in detail below.

本発明の蛍光体は、母体結晶としてAAlSiON結晶(ただし、A元素は、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)、あるいは、AAlSiONの固溶体結晶を主成分として含む。 The phosphor of the present invention is mainly composed of an AAlSiON 2 crystal (provided that at least one element A is selected from the group consisting of Li, Na and K) or a solid solution crystal of AAlSiON 2 as a base crystal. Include as.

AAlSiON結晶またはAAlSiON固溶体結晶は、X線回折や中性子線回折により同定することができる。結晶構造の詳細は、後述する格子定数、空間群、原子位置のデータから結晶構造やX線回折パターンは一義的に決定される。また、純粋なAAlSiON結晶の他に、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本発明の一部として含まれる。 AAlSiON 2 crystal or AAlSiON 2 solid solution crystal can be identified by X-ray diffraction or neutron diffraction. As for the details of the crystal structure, the crystal structure and the X-ray diffraction pattern are uniquely determined from the lattice constant, space group, and atomic position data described later. In addition to pure AAlSiON 2 crystals, those in which the lattice constant is changed by replacing the constituent elements with other elements are also included as part of the present invention.

AAlSiON結晶またはAAlSiON固溶体結晶は、LiAlSiON結晶またはその固溶体結晶に属し、LiAlSiON結晶の結晶構造と同一の結晶構造を有する。具体的には、本発明者によるLiAlSiON結晶の結晶構造解析によれば、本結晶はCmc2(International Tables for Crystallographyの36番の空間群)に属し、後述する表2に示す原子座標位置を占める。なお、本明細書において、「同一の結晶構造を有する」とは、後述するように、表2から算出される化学結合の長さと測定によって算出される化学結合の長さとの差異が±15%以内の場合を意図する。 The AAlSiON 2 crystal or the AAlSiON 2 solid solution crystal belongs to the LiAlSiON 2 crystal or its solid solution crystal and has the same crystal structure as that of the LiAlSiON 2 crystal. Specifically, according to the crystal structure analysis of the LiAlSiON 2 crystal by the present inventor, the crystal belongs to Cmc2 1 (International Tables for Crystallography No. 36 space group), and the atomic coordinate positions shown in Table 2 described later are included. Occupy. In this specification, “having the same crystal structure” means that, as described later, the difference between the chemical bond length calculated from Table 2 and the chemical bond length calculated by measurement is ± 15%. Intended for cases within.

ここで、LiAlSiON結晶およびその固溶体結晶について詳述する。LiAlSiON結晶は、SiO結晶(鉱物名sinoite)やCaAlSiN結晶と類似の骨格を持つ。すなわち、CaAlSiN結晶のCaの位置をLiが占め、Nの位置の一部をOが占める結晶であり、元素が異なることに伴い原子座標が変化した構造である。LiAlSiON固溶体結晶とは、結晶の構成元素が他の元素と置き換わること、または、他の元素が結晶格子中に侵入することにより格子定数が変化した結晶を指す。 Here, the LiAlSiON 2 crystal and its solid solution crystal will be described in detail. LiAlSiON 2 crystals have a skeleton similar to Si 2 N 2 O crystals (mineral name sonoite) and CaAlSiN 3 crystals. That is, Li occupies the Ca position of the CaAlSiN 3 crystal and O occupies a part of the N position, and has a structure in which atomic coordinates are changed as the elements are different. The LiAlSiON 2 solid solution crystal refers to a crystal in which the lattice constant is changed by replacing the constituent element of the crystal with another element or entering another crystal element into the crystal lattice.

「構成元素が他の元素で置き換わる」とは、LiAlSiON結晶において、Siの位置が元素D(ただし、Dは4価の金属元素からなる群、好ましくはGe、Sn、Ti、ZrおよびHfからなる群から少なくとも1つ選択される元素)で置き換わる、Alの位置が元素E(ただしEは、3価の金属元素からなる群、好ましくはB、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuからなる群から少なくとも1つ選択される元素)で置き換わる、および/または、Nの位置あるいはOの位置が元素X(ただし、XはO、NおよびFからなる群から少なくとも1つ選択される元素)で置き変わることを意図する。 “The constituent element is replaced by another element” means that in the LiAlSiON 2 crystal, the position of Si is the element D (where D is a group consisting of tetravalent metal elements, preferably Ge, Sn, Ti, Zr and Hf). At least one element selected from the group consisting of a group consisting of trivalent metal elements, preferably B, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, and At least one element selected from the group consisting of Lu, and / or the position of N or the position of O is selected from the group consisting of element X (where X is O, N and F) Intended to be replaced by (element).

また、「他の元素が結晶格子中に侵入する」とは、Sc、Y、La、Lu、B、Ga、C、Ge、P、S、F、Clなどの元素が結晶格子内に位置することを意図する。この場合、固溶によりLiAlSiON結晶の固溶体結晶は、LiAlSiON結晶の構造を保ったまま、Al、Si、O、Nの一部またはすべてが他の元素で置換される、あるいは、他の元素が結晶中に侵入する。以降では、LiAlSiON結晶またはその固溶体結晶に属する結晶を簡単のためLiAlSiON属結晶と呼ぶ。 In addition, “another element penetrates into the crystal lattice” means that elements such as Sc, Y, La, Lu, B, Ga, C, Ge, P, S, F, and Cl are located in the crystal lattice. I intend to. In this case, the solid solution crystal of LiAlSiON 2 crystals by solid solution, while maintaining the structure of LiAlSiON 2 crystals, Al, Si, O, part of the N or all are substituted with other elements, or other elements Penetrates into the crystal. Hereinafter, a LiAlSiON 2 crystal or a crystal belonging to a solid solution crystal thereof is referred to as a LiAlSiON 2 group crystal for simplicity.

LiAlSiON属結晶は、その構成成分とするLi、Si、Al、OまたはNが他の元素で置き換わったり、Sc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したりするが、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骨格原子間の化学結合が切れるほどには大きく変わることはない。本発明では、X線回折や中性子線回折の結果をCmc2の空間群でリートベルト解析して求めた格子定数および原子座標から計算されたAl−NおよびSi−Nの化学結合の長さ(近接原子間距離)が、実施例中の表2に示すLiAlSiONの格子定数と原子座標から計算された化学結合の長さと比べて±15%以内の場合は同一の結晶構造と定義してLiAlSiON属結晶かどうかの判定を行う。この判定基準は、化学結合の長さが±15%を越えて変化すると化学結合が切れて別の結晶となるためである。 The LiAlSiON 2 group crystal has a crystal structure in which Li, Si, Al, O, or N as a constituent component thereof is replaced by another element, or the lattice constant is changed by dissolving a metal element such as Sc. The atomic position given by the site occupied by the atoms and their coordinates does not change so much that the chemical bond between the skeletal atoms is broken. In the present invention, X-ray diffraction or neutron-ray diffraction results Cmc2 1 space group with Rietveld analysis to determined the lattice constant and the length of the chemical bond calculated Al-N and Si-N from the atomic coordinates ( When the distance between adjacent atoms is within ± 15% compared to the length of the chemical bond calculated from the lattice constant and atomic coordinates of LiAlSiON 2 shown in Table 2 in the Examples, the same crystal structure is defined as LiAlSiON. Judgment whether or not it is a genus 2 crystal This criterion is that when the chemical bond length changes beyond ± 15%, the chemical bond is broken and another crystal is formed.

さらに、固溶量が小さい場合は、LiAlSiON属結晶の簡便な判定方法として次の方法がある。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面指数を用いて計算した主要ピークの位置(2θ)が、実験値と計算値について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。主要ピークとしては、回折強度の強い10本程度で判定すると良い。その意味で表2はLiAlSiON属結晶を特定する上において基準となるもので重要である。また、LiAlSiON属結晶の結晶構造を単斜晶系や六方晶系などの他の晶系を用いても近似的な構造を定義することができ、その場合異なった空間群と格子定数および面指数を用いた表現となるが、X線回折結果に変わりはなく、それを用いた同定方法や同定結果も同一の物となる。このため、本発明では、斜方晶系としてX線回折の解析を行うものとする。 Furthermore, when the amount of solid solution is small, there is the following method as a simple determination method for LiAlSiON 2 group crystals. When the position of the main peak (2θ) calculated using the lattice constant and the plane index calculated from the X-ray diffraction results measured for the new substance matches the experimental value and the calculated value, the crystal structure is identified as the same. can do. As the main peak, it is good to judge with about ten strong diffraction intensities. In that sense, Table 2 serves as a reference in specifying the LiAlSiON 2 group crystal and is important. In addition, an approximate structure can be defined by using another crystal system such as a monoclinic system or a hexagonal system for the crystal structure of the LiAlSiON 2 group crystal, in which case different space groups, lattice constants, and planes can be defined. The expression is expressed using an index, but the X-ray diffraction result is not changed, and the identification method and identification result using the result are the same. For this reason, in the present invention, X-ray diffraction analysis is performed as an orthorhombic system.

次に、本発明の母体結晶であるAAlSiON結晶(ただし、A元素は、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)について詳述する。本発明によるAAlSiON結晶は、LiAlSiON属結晶であり、X線回折や中性子線回折により同定することができ、上述のLiAlSiON結晶のX線回折結果と同一の回折を示す物質である。また、結晶の構成元素が他の元素と置き換わること、または、他の元素が結晶格子中に侵入することにより格子定数が変化した結晶をAAlSiON固溶体結晶と呼び、AAlSiON結晶に加えて、AAlSiON固溶体結晶もまた本発明の蛍光体を構成する母体結晶である。このようなAAlSiON固溶体結晶もまた、LiAlSiON属結晶であり、上述のLiAlSiON結晶のX線回折結果と同一の回折を示す物質である Next, an AAlSiON 2 crystal (wherein the A element is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K), which is the parent crystal of the present invention, will be described in detail. The AAlSiON 2 crystal according to the present invention is a LiAlSiON 2 group crystal, which can be identified by X-ray diffraction or neutron diffraction, and shows the same diffraction as the X-ray diffraction result of the above LiAlSiON 2 crystal. Further, the constituent elements of the crystal is replaced with another element, or a crystal lattice constant is changed by other elements penetrating into the crystal lattice is referred to as AAlSiON 2 solid solution crystal, in addition to AAlSiON 2 crystals, AAlSiON The two solid solution crystal is also a host crystal constituting the phosphor of the present invention. Such an AAlSiON 2 solid solution crystal is also a LiAlSiON 2 group crystal and is a substance exhibiting the same diffraction as the above-mentioned X-ray diffraction result of the LiAlSiON 2 crystal.

「構成元素が他の元素で置き換わる」とは、AAlSiON結晶において、上述のSiの位置が元素Dで置き換わること、Alの位置が元素Eで置き換わること、および/または、Nの位置あるいはOの位置が元素Xで置き換わることに加えて、AAlSiON結晶において、Aの位置が、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素で置き換わることを意図する。また、「他の元素が結晶格子中に侵入する」とは、上述したように、Sc、Y、La、Lu、B、Ga、C、Ge、P、S、F、Clなどの元素が結晶格子内に位置することを意図する。 “The constituent element is replaced by another element” means that in the AAlSiON 2 crystal, the position of Si described above is replaced by element D, the position of Al is replaced by element E, and / or the position of N or O In addition to replacing the position with the element X, it is intended that in the AAlSiON 2 crystal, the position of A is replaced with at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K. Further, “other elements enter into the crystal lattice” means that elements such as Sc, Y, La, Lu, B, Ga, C, Ge, P, S, F, and Cl are crystallized as described above. It is intended to be located within the grid.

本発明では、上述のAAlSiON結晶またはAAlSiON固溶体結晶を母体結晶として、これに光学活性な金属元素M(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、TmおよびYbからなる群から少なくとも1つ選択される元素)が固溶されることにより、優れた光学特性を持つ蛍光体となる。AAlSiON結晶またはその固溶体結晶の中でも、AがLi、すなわちLiAlSiON結晶またはその固溶体結晶を母体とする蛍光体は高輝度の蛍光体となる。 In the present invention, the above-described AAlSiON 2 crystal or AAlSiON 2 solid solution crystal is used as a base crystal, and an optically active metal element M (where M is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy). , At least one element selected from the group consisting of Tm and Yb) is dissolved, whereby a phosphor having excellent optical characteristics is obtained. Among AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals thereof, phosphors having A as Li, that is, LiAlSiON 2 crystals or solid solution crystals thereof as a host are high-luminance phosphors.

光学活性な金属元素Mのなかでも、Ce、EuまたはTbが固溶した蛍光体は高輝度の蛍光体となる。   Among optically active metal elements M, a phosphor in which Ce, Eu, or Tb is dissolved is a high-luminance phosphor.

A元素として少なくともLi、および、金属元素Mとして少なくともCeを含有する蛍光体は、励起源を照射することにより、440nm以上520nm以下の範囲の波長にピークを持つ青色あるいは緑色の蛍光を発する。励起源としては、紫外線、可視光、電子線、X線などで効率よく励起される。紫外線または可視光で励起する場合は、特に230nmから400nmの範囲の波長で効率よく励起される。本蛍光体は、真空紫外線や水銀原子が発する253.7nmの波長で発光するため、プラズマディスプレイ、蛍光灯、水銀ランプの用途に適している。また、紫外LED、紫LEDで効率よく発光するため、これらのLEDを励起源とする白色LEDの用途に適している。   A phosphor containing at least Li as the A element and at least Ce as the metal element M emits blue or green fluorescence having a peak at a wavelength in the range of 440 nm to 520 nm when irradiated with the excitation source. As an excitation source, it is efficiently excited by ultraviolet rays, visible light, electron beams, X-rays, or the like. When excited by ultraviolet light or visible light, it is excited efficiently particularly at a wavelength in the range of 230 nm to 400 nm. Since this phosphor emits light at a wavelength of 253.7 nm emitted from vacuum ultraviolet rays or mercury atoms, it is suitable for use in plasma displays, fluorescent lamps, and mercury lamps. Moreover, since it emits light efficiently by ultraviolet LED and purple LED, it is suitable for the use of white LED which uses these LED as an excitation source.

A元素として少なくともLi、および、金属元素Mとして少なくともEuを含有する蛍光体は、励起源を照射することにより500nm以上570nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色あるいは黄色の蛍光を発する。励起源としては、紫外線、電子線、X線などで効率よく励起される。紫外線または可視光で励起する場合は、特に250nmから450nmの範囲の波長で効率よく励起される。本蛍光体は、真空紫外線や水銀原子が発する253.7nmの波長で発光するため、プラズマディスプレイ、蛍光灯、水銀ランプの用途に適している。また、紫外LEDおよび紫LEDが放つ光で効率よく発光するため、これらのLEDを励起源とする白色LEDの用途に適している。   A phosphor containing at least Li as the A element and at least Eu as the metal element M emits green or yellow fluorescence having a peak at a wavelength in the range of 500 nm to 570 nm when irradiated with the excitation source. The excitation source is efficiently excited by ultraviolet rays, electron beams, X-rays, and the like. When excited by ultraviolet light or visible light, it is excited efficiently at a wavelength in the range of 250 nm to 450 nm. Since this phosphor emits light at a wavelength of 253.7 nm emitted from vacuum ultraviolet rays or mercury atoms, it is suitable for use in plasma displays, fluorescent lamps, and mercury lamps. Moreover, since it emits light efficiently by the light emitted from the ultraviolet LED and the purple LED, it is suitable for use as a white LED using these LEDs as an excitation source.

3価あるいは2価のイオンを添加する場合は金属イオンの価数を考慮して電荷を補償することができる。Ce3+やEu2+イオンはAAlSiON結晶のAと置換すると考えられるので、AAlSiON結晶中においてSiをAlに置換する、または、OをNに置換することにより、電気的中性が保たれて結晶構造が安定化する。また、Aイオン2個を1個の2価イオン(例えばEu2+イオン)で置換する方法、Aイオン3個を1個の3価イオン(例えばCe3+イオン)で置換する方法によれば、電気的中性が保たれて結晶構造が安定化する。 When trivalent or divalent ions are added, the charge can be compensated in consideration of the valence of the metal ions. Since Ce 3+ and Eu 2+ ions is considered to be replaced with A + of AAlSiON 2 crystals, substituting Si in AAlSiON 2 crystal to Al, or by substituting O to N, electroneutrality is maintained This stabilizes the crystal structure. Further, according to the method of substituting two A + ions with one divalent ion (for example, Eu 2+ ion) and the method of substituting three A + ions with one trivalent ion (for example, Ce 3+ ion), The electrical neutrality is maintained and the crystal structure is stabilized.

本発明においては、SiとAlとの量、および、OとNとの量は、広い組成範囲をとることができる。特に、AAl1+zSi1−z1+z2−zとなる組成(ただし、0<z<0.5)は電気的中性が保たれるため安定な固溶体結晶であり、化学的安定性が高い。 In the present invention, the amount of Si and Al and the amount of O and N can take a wide composition range. In particular, the composition of AAl 1 + z Si 1-z O 1 + z N 2−z (where 0 <z <0.5) is a stable solid solution crystal because the electrical neutrality is maintained, and the chemical stability is high.

本発明の蛍光体の組成は特に規定しないが、組成式MAlSi(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1とする)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fは、以下の条件を全て全て満たす値から選ばれる組成範囲は、発光強度が高いので好ましい。
0.00001≦ a ≦0.1
0.12≦ b ≦0.24
0.12≦ c ≦0.24
0.12≦ d ≦0.24
0.12≦ e ≦0.24
0.24≦ f ≦0.40
Although the composition of the phosphor of the present invention is not particularly defined, it is represented by a composition formula M a Ab Al cS i d O e N f (where a + b + c + d + e + f = 1), and parameters a, b, c, d , E, and f are preferable because the composition range selected from values satisfying all of the following conditions has high emission intensity.
0.00001 ≦ a ≦ 0.1
0.12 ≦ b ≦ 0.24
0.12 ≦ c ≦ 0.24
0.12 ≦ d ≦ 0.24
0.12 ≦ e ≦ 0.24
0.24 ≦ f ≦ 0.40

ここで、aは発光中心となる金属イオン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。ここで、Mとして2種以上の金属イオンを用いる場合は、a値はそれぞれの金属イオンの添加量の合計を表す。a値が0.00001より小さいと発光中心となるイオンの数が少ないため発光輝度が低下するおそれがある。0.1より大きいと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おそれがある。bはA元素の量であり、原子比で0.12以上0.24以下となるようにするのがよい。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AAlSiON結晶または固溶体結晶以外の結晶相の生成割合が増え、発光強度が低下するおそれがある。A元素は、上述したようにLi、NaおよびKからなる群から選択される。cはAl元素の量であり、原子比で0.12以上0.24以下となるようにするのがよい。c値がこの範囲をはずれるとAAlSiON結晶または固溶体結晶以外の結晶相の生成割合が増え、発光強度が低下するおそれがある。dはSi元素の量であり、原子比で0.12以上0.24以下となるようにするのがよい。d値がこの範囲をはずれるとAAlSiON結晶または固溶体結晶以外の結晶相の生成割合が増え、発光強度が低下するおそれがある。eは酸素の量であり、0.12以上0.24以下となるようにするのがよい。e値がこの範囲をはずれるとAAlSiON結晶または固溶体結晶以外の結晶相の生成割合が増え、発光強度が低下するおそれがある。fは窒素の量であり、0.24以上0.40以下となるようにするのがよい。e値がこの範囲をはずれるとAAlSiON結晶または固溶体結晶以外の結晶相の生成割合が増え、発光強度が低下するおそれがある。さらに、AAlSiON結晶または固溶体結晶の結晶構造を崩さない範囲で、非金属イオンとしてフッ素や塩素などを含むことができる。 Here, a represents the amount of the metal ion M added as the emission center, and the atomic ratio is preferably 0.00001 or more and 0.1 or less. Here, when using 2 or more types of metal ions as M, a value represents the sum total of the addition amount of each metal ion. If the a value is smaller than 0.00001, the number of ions that become the emission center is small, and the emission luminance may be reduced. If it is larger than 0.1, there is a risk that the brightness is lowered due to concentration quenching due to interference between ions. b is the amount of element A, and it is preferable that the atomic ratio be 0.12 or more and 0.24 or less. If the b value is out of this range, the bonds in the crystal become unstable, and the generation rate of a crystal phase other than the AAlSiON 2 crystal or the solid solution crystal increases, and the emission intensity may decrease. The element A is selected from the group consisting of Li, Na, and K as described above. c is the amount of Al element, and is preferably 0.12 to 0.24 in terms of atomic ratio. If the c value is out of this range, the generation ratio of crystal phases other than AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals increases, and the light emission intensity may be reduced. d is the amount of Si element, and the atomic ratio is preferably 0.12 or more and 0.24 or less. If the d value is out of this range, the generation rate of crystal phases other than AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals increases, and the light emission intensity may decrease. e is the amount of oxygen, and is preferably 0.12 to 0.24. If the e value is out of this range, the rate of generation of crystal phases other than AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals increases, and the light emission intensity may decrease. f is the amount of nitrogen, and is preferably set to be 0.24 or more and 0.40 or less. If the e value is out of this range, the rate of generation of crystal phases other than AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals increases, and the light emission intensity may decrease. Furthermore, as long as the crystal structure of the AAlSiON 2 crystal or the solid solution crystal is not broken, fluorine, chlorine, or the like can be included as a nonmetallic ion.

本発明の蛍光体を粉体として用いる場合は、樹脂への分散性や粉体の流動性などの点から平均粒径は、0.1μm以上20μm以下が好ましい。また、粉体をこの範囲の単結晶粒子とすることにより、より発光輝度が向上する。   When the phosphor of the present invention is used as a powder, the average particle size is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less from the viewpoints of dispersibility in the resin and fluidity of the powder. Further, by making the powder into single crystal particles in this range, the emission luminance is further improved.

本発明の蛍光体は、100nm以上450nm以下の波長を持つ紫外線または可視光で励起すると効率よく発光するので、白色LED用途に好ましい。さらに、本発明の蛍光体は、電子線またはX線によっても励起することができる。特に、電子線励起では、他の窒化物蛍光体より効率よく発光するため、電子線励起の画像表示装置の用途に好ましい。   Since the phosphor of the present invention emits light efficiently when excited with ultraviolet light or visible light having a wavelength of 100 nm to 450 nm, it is preferable for white LED applications. Furthermore, the phosphor of the present invention can be excited by an electron beam or an X-ray. In particular, electron beam excitation emits light more efficiently than other nitride phosphors, and therefore is preferable for use in electron beam excitation image display devices.

本発明では、蛍光発光の点からは、その構成成分たるAAlSiON結晶または固溶体結晶は、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、AAlSiON結晶または固溶体結晶の含有量が10質量%以上、より好ましくは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。本発明において主成分とする範囲は、AAlSiON結晶または固溶体結晶の含有量が少なくとも10質量%以上である。含有量の割合はX線回折測定を行い、AAlSiON結晶または固溶体結晶とそれ以外の結晶相についてリートベルト解析をすることにより求めることができる。簡易的には、AAlSiON結晶または固溶体結晶とそれ以外の結晶相について、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。 In the present invention, from the viewpoint of fluorescence emission, it is desirable that the constituent AAlSiON 2 crystal or solid solution crystal contains a high purity and as much as possible. If possible, it is preferably composed of a single phase. It can also be composed of a mixture with other crystalline phase or amorphous phase. In this case, the content of AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals is preferably 10% by mass or more, more preferably 50% by mass or more in order to obtain high luminance. In the present invention, the main component has a content of AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals of at least 10% by mass. The content ratio can be obtained by performing X-ray diffraction measurement and conducting a Rietveld analysis on the AAlSiON 2 crystal or solid solution crystal and other crystal phases. Simply, it can be determined from the ratio of the strength of the strongest peak of each phase for the AAlSiON 2 crystal or solid solution crystal and the other crystal phase.

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FED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 VFD, FED, etc., it is preferable to have 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.

本発明の蛍光体は組成により青、緑色、黄色の何れかに発色するが、他の色との混合が必要な場合は、必要に応じてこれらの色を発色する無機蛍光体を混合することができる。他の無機蛍光体としては、酸化物、硫化物、酸硫化物、酸窒化物、窒化物結晶を母体結晶とするものなどを使用することができるが、混合した蛍光体の耐久性が要求される場合は、酸窒化物や窒化物結晶をホストとするものがよい。酸窒化物や窒化物結晶をホストとする蛍光体としては、α−サイアロン:Euの黄色蛍光体、α−サイアロン:Ceの青色蛍光体、CaAlSiN:Euや(Ca、Sr)AlSiN:Euの赤色蛍光体(CaAlSiN結晶のCaの一部をSrで置換したもの)、JEM相をホストした青色蛍光体(LaAl(Si6−zAl)N10−z):Ce)、LaSi11:Ceの青色蛍光体、AlN:Euの青色蛍光体などを挙げることができる。 The phosphor of the present invention develops blue, green, or yellow depending on the composition, but if mixing with other colors is necessary, an inorganic phosphor that develops these colors may be mixed as necessary. Can do. Other inorganic phosphors that can be used include oxides, sulfides, oxysulfides, oxynitrides, and crystals based on nitride crystals, but the durability of the mixed phosphors is required. In this case, it is preferable to use oxynitride or nitride crystal as a host. As phosphors having oxynitride or nitride crystal as a host, α-sialon: Eu yellow phosphor, α-sialon: Ce blue phosphor, CaAlSiN 3 : Eu and (Ca, Sr) AlSiN 3 : Eu Red phosphor (with a portion of Ca of CaAlSiN 3 crystal replaced with Sr), blue phosphor hosting the JEM phase (LaAl (Si 6-z Al z ) N 10-z O z ): Ce), Examples include La 3 Si 8 N 11 O 4 : Ce blue phosphor, AlN: Eu blue phosphor, and the like.

本発明の蛍光体は、組成により励起スペクトルと蛍光スペクトルとが異なり、これを適宜選択組み合わせることによって、さまざまな発光スペクトルを有してなるものに設定することができる。その態様は、用途に基づいて必要とされるスペクトルに設定すればよい。   The phosphor of the present invention has an excitation spectrum and a fluorescence spectrum that differ depending on the composition. By appropriately selecting and combining them, the phosphor can be set to have various emission spectra. What is necessary is just to set the aspect to the spectrum required based on a use.

本発明の蛍光体の製造方法は、特に限定されないが、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 fluorescent substance of this invention is not specifically limited, The following method can be mentioned as an example.

金属元素M(Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、TmおよびYbからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)の出発原料と、金属元素A(Aは、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)の出発原料と、Alの出発原料と、Siの出発原料とを少なくとも含む原料混合物を、相対嵩密度40%(2/5)以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に、1×10−1MPa以上1×10MPa以下の窒素雰囲気中において、12×10℃以上22×10℃以下の温度範囲で焼成する。このようにすることより、AAlSiON結晶または固溶体結晶に、少なくとも、Mが固溶してなる本発明の蛍光体を製造することができる。最適焼成温度は組成により異なる場合もあり、適宜最適化することができる。一般的には、14×10℃以上20×10℃以下の温度範囲で焼成することが好ましい。このようにして高輝度の蛍光体が得られる。焼成温度が14×10℃より低いと、AAlSiON結晶または固溶体結晶の生成速度が低いことがある。また、焼成温度が22×10℃を超えると特殊な装置が必要となり工業的に好ましくない。 A starting material of metal element M (M is an element selected from the group consisting of Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Yb) A raw material mixture containing at least a starting material of a metal element A (A is an element selected from the group consisting of Li, Na and K), an Al starting material, and an Si starting material, After filling the container with the relative bulk density kept at a filling rate of 40% (2/5) or less, in a nitrogen atmosphere of 1 × 10 −1 MPa or more and 1 × 10 2 MPa or less, 12 × 10 2 ° C. or more Firing is performed in a temperature range of 22 × 10 2 ° C. or lower. By doing in this way, the phosphor of the present invention in which at least M is dissolved in the AAlSiON 2 crystal or solid solution crystal can be produced. The optimum firing temperature may vary depending on the composition, and can be optimized as appropriate. In general, it is preferable to fire in a temperature range of 14 × 10 2 ° C to 20 × 10 2 ° C. In this way, a high-luminance phosphor can be obtained. When the firing temperature is lower than 14 × 10 2 ° C., the production rate of AAlSiON 2 crystals or solid solution crystals may be low. Moreover, when a calcination temperature exceeds 22 * 10 < 2 > degreeC, a special apparatus will be needed and it is industrially unpreferable.

金属元素Mの出発原料は、Mの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Mを含む化合物またはそれらの組合せである。例えば、MがMnの場合、炭酸マンガンまたは酸化マンガンを、MがCeの場合、酸化セリウムを、MがEuの場合、酸化ユーロピウムを用いるのが好ましい。Mを含む化合物とは、例えば、Mを含む有機物前駆体等の有機材料である。   The starting material of the metal element M is M metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, a compound containing M, or a combination thereof. For example, it is preferable to use manganese carbonate or manganese oxide when M is Mn, cerium oxide when M is Ce, and europium oxide when M is Eu. The compound containing M is, for example, an organic material such as an organic precursor containing M.

金属元素Aの出発原料は、Aの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Aを含む化合物またはそれらの組合せである。例えば、AがCaの場合、炭酸カルシウムまたは酸化カルシウムを用いるのが好ましい。Aを含む化合物とは、例えば、Aを含む有機物前駆体等の有機材料である。   The starting material of the metal element A is A metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, a compound containing A, or a combination thereof. For example, when A is Ca, it is preferable to use calcium carbonate or calcium oxide. The compound containing A is, for example, an organic material such as an organic precursor containing A.

Siの出発原料は、Siの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Siを含む化合物またはそれらの組合せである。具体的には、金属ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素を含む有機物前駆体、シリコンジイミド、シリコンジイミドを加熱処理して得られたアモルファス体などを用いることができるが、一般的には窒化ケイ素と必要に応じて酸化ケイ素と窒化ケイ素の混合物を用いることができる。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。窒化ケイ素としては、α型、β型、アモルファス体、およびこれらの混合物を用いることができる。   The Si starting material is a Si metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, Si-containing compound, or a combination thereof. Specifically, metal silicon, silicon oxide, silicon nitride, organic precursor containing silicon, silicon diimide, amorphous body obtained by heat treatment of silicon diimide, and the like can be used. If necessary, a mixture of silicon oxide and silicon nitride can be used. 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. As silicon nitride, α-type, β-type, amorphous body, and a mixture thereof can be used.

Alの出発原料は、Alの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Alを含む化合物またはそれらの組合せである。具体的には、金属アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルミニウムを含む有機物前駆体などを用いることができるが、通常は窒化アルミニウムと必要に応じて窒化アルミニウムと酸化アルミニウムの混合物を用いるのがよい。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 starting material of Al is an Al metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, Al-containing compound, or a combination thereof. Specifically, metal aluminum, aluminum oxide, aluminum nitride, an organic precursor containing aluminum, or the like can be used. Usually, aluminum nitride and, if necessary, a mixture of aluminum nitride and aluminum oxide are preferably used. 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、必要に応じて出発原料の混合物に、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、Al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、フッ化カルシウムおよびフッ化アルミニウムは合成の反応性を向上させる能力が高いため好ましい。ただし、蛍光体の構成元素となっている無機化合物を添加する場合は、組成の変動に注意する必要がある。無機化合物の添加量は特に限定されないが、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おそれがある。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。   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 starting material as needed. As the inorganic compound, those that generate a stable liquid phase at the reaction temperature are preferable, and fluoride, chloride, iodide, bromide, or phosphorus of Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, and Al elements. Acid salts are suitable. Furthermore, these inorganic compounds may be added alone or in combination of two or more. Of these, calcium fluoride and aluminum fluoride are preferable because of their high ability to improve the reactivity of synthesis. However, when adding an inorganic compound that is a constituent element of the phosphor, it is necessary to pay attention to variations in the composition. The addition amount of the inorganic compound is not particularly limited, but the effect is particularly great when it is 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the mixture of the metal compound as the starting material. When the amount is less than 0.1 parts by weight, the reactivity is not improved, and when the amount exceeds 10 parts by weight, the luminance of the phosphor may be lowered. 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.

窒素雰囲気は1×10−1MPa以上1×10MPa以下の圧力範囲のガス雰囲気がよい。より好ましくは、5×10−1MPa以上1×10MPa以下がよい。窒化ケイ素を原料として用いる場合、1×10−1MPaより低い窒素ガス雰囲気中で182×10℃以上の温度に加熱すると、原料が熱分解し易くなるのであまり好ましくない。10MPaあれば十分であり、1×10MPaを超え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 having a pressure range of 1 × 10 −1 MPa to 1 × 10 2 MPa. More preferably, it is 5 × 10 −1 MPa or more and 1 × 10 1 MPa or less. When silicon nitride is used as a raw material, heating to a temperature of 182 × 10 1 ° C. or higher in a nitrogen gas atmosphere lower than 1 × 10 −1 MPa is not preferable because the raw material is likely to be thermally decomposed. 10 MPa is sufficient, and if it exceeds 1 × 10 2 MPa, a special apparatus is required, which is not suitable for industrial production.

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(以下「粉体凝集体」と呼ぶ)。本発明では、粉体凝集体を嵩密度40%(2/5)以下の充填率に保持した状態で焼成する。さらに好ましくは嵩密度20%(1/5)以下がよい。ここで、相対嵩密度とは、容器に充填された粉体の質量を容器の容積で割った値(嵩密度)と粉体の物質の真密度との比である。通常のサイアロンの製造では、加圧しながら加熱するホットプレス法や金型成形(圧粉)後に焼成を行なう製造方法が用いられるが、このときの焼成は粉体の充填率が高い状態で行われる。しかし、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%(2/5)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5×10μm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5×10μm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。窒化ホウ素製の容器を用いると製品にホウ素成分が混入する場合があるが、ホウ素の混入量は蛍光体の発光特性を悪化させない範囲となるようするのが良い。また、ホウ素の添加により発光波長や励起波長を変えることができるので、用途によりホウ素を原料に添加してもよい。 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 is in 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 (hereinafter referred to as “a”). Called "powder agglomerates"). In the present invention, the powder aggregate is fired in a state where the bulk density is maintained at a filling rate of 40% (2/5) or less. More preferably, the bulk density is 20% (1/5) or less. Here, the relative bulk density is a ratio of a value (bulk density) obtained by dividing the mass of the powder filled in the container by the volume of the container and the true density of the substance of the powder. In normal sialon production, a hot press method in which heating is performed while applying pressure or a production method in which baking is performed after mold forming (compacting) is used, but the firing at this time is performed with a high powder filling rate. . However, in the present invention, the powder powder aggregates having the same particle size without being mechanically applied to the powder or previously molded using a mold or the like are used as they are. Etc. are filled with a bulk density of 40% (2/5) or less. If necessary, the powder aggregate can be granulated to an average particle size of 5 × 10 2 μm or less using a sieve or air classification, and the particle size can be controlled. Further, it may be granulated directly into 5 × 10 2 μm or less in shape by using a spray dryer. Further, when the container is made of boron nitride, there is an advantage that there is little reaction with the phosphor. When a boron nitride container is used, a boron component may be mixed into the product. However, it is preferable that the amount of boron mixed is within a range that does not deteriorate the light emission characteristics of the phosphor. In addition, since the emission wavelength and excitation wavelength can be changed by adding boron, boron may be added to the raw material depending on the application.

嵩密度を40%(2/5)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ためである。最適な嵩密度は、顆粒粒子の形態や表面状態によって異なるが、好ましくは20%(1/5)以下がよい。このようにすると、反応生成物が自由な空間に結晶成長するので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と考えられる。これにより、輝度が高い蛍光体が得られる。嵩密度が40%(2/5)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おそれがある。また微細な粉体が得られ難い。また、粉体凝集体の大きさは5×10μm以下が、焼成後の粉砕性に優れるため特に好ましい。 The reason for firing while maintaining the bulk density at 40% (2/5) or less is to fire in a state where there is a free space around the raw material powder. The optimum bulk density varies depending on the shape and surface state of the granular particles, but is preferably 20% (1/5) or less. In this way, the reaction product grows in a free space, so that the contact between the crystals is reduced and a crystal with few surface defects can be synthesized. Thereby, a fluorescent substance with high brightness is obtained. If the bulk density exceeds 40% (2/5), densification occurs partially during firing, resulting in a dense sintered body that hinders crystal growth and may reduce the brightness of the phosphor. Moreover, it is difficult to obtain a fine powder. Further, the size of the powder aggregate is particularly preferably 5 × 10 2 μm or less because of excellent grindability after firing.

次に、充填率40%(2/5)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、金属抵抗加熱方式または黒鉛抵抗加熱方式であってよい。炉の高温部の材料として炭素を用いた電気炉が好ましい。焼成は、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成方法によるのが、所定の範囲の嵩密度を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% (2/5) or less is fired under the above conditions. The furnace used for firing may be a metal resistance heating method or a graphite resistance heating method because the firing temperature is high and the firing atmosphere is nitrogen. An electric furnace using carbon as the material for the high temperature part of the furnace is preferred. The firing is preferably performed by a firing method in which no mechanical pressure is applied from the outside, such as an atmospheric pressure sintering method or a gas pressure sintering method, in order to perform the firing while maintaining a bulk density in a predetermined range.

焼成して得られた粉体凝集体が固く凝集している場合は、例えばボールミル、ジェットミル等の工業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等が好ましい。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10μm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未満となると、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 hard aggregated, it is pulverized by a pulverizer generally used industrially, such as a ball mill or 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. 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 10 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 less than 20 nm, 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.

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生成物に含まれるガラス相、第二相、または不純物相などの蛍光体以外の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、水および酸の水溶液を使用することができる。酸の水溶液としては、硫酸、塩酸、硝酸、フッ化水素酸、有機酸とフッ化水素酸の混合物などを使用することができる。なかでも、硫酸とフッ化水素酸の混合物は効果が大きい。この処理は、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して高温で焼成した反応生成物に対しては、特にその効果が大きい。   Furthermore, by washing with a solvent that dissolves the inorganic compound after firing, the content of inorganic compounds other than phosphors such as glass phase, second phase, or impurity phase contained in the reaction product obtained by firing is reduced. As a result, the luminance of the phosphor is improved. As such a solvent, water and an aqueous solution of an acid can be used. As the acid aqueous solution, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, a mixture of organic acid and hydrofluoric acid, or the like can be used. Of these, a mixture of sulfuric acid and hydrofluoric acid is highly effective. This treatment is particularly effective for a reaction product obtained by adding an inorganic compound that generates a liquid phase at a temperature lower than the firing temperature and firing at a high temperature.

以上の工程で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、10×10℃以上で焼成温度未満の温度で熱処理することができる。10×10℃より低い温度では、表面の欠陥除去の効果が少ない。焼成温度を超えると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 a 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 after particle size adjustment by pulverization or classification can be heat-treated at a temperature of 10 × 10 2 ° C. or more and less than the firing temperature. At a temperature lower than 10 × 10 2 ° C., the effect of removing surface defects is small. Exceeding the firing temperature is not preferable because the pulverized powders adhere again. 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本発明の蛍光体は、通常の酸化物蛍光体や既存のサイアロン蛍光体に匹敵する、高輝度の可視光発光を持つことが特徴である。なかでも特定の組成では、青色、青緑色、緑色、黄色の発光をすることが特徴であり、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 phosphor of the present invention obtained as described above is characterized by having high-luminance visible light emission comparable to ordinary oxide phosphors and existing sialon phosphors. Among these, specific compositions are characterized by emitting blue, blue-green, green, and yellow light, and are suitable for lighting fixtures and image display devices. 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と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号公報、特開平7−99345号公報、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330〜480nmの波長の紫外光、紫色光、または青色光を発するものまたはが望ましく、中でも380〜420nmの紫色や440nm〜470nmの青色LED発光素子またはLD発光素子が好ましい。   The lighting fixture of this invention is comprised using the light emission 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 is 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. Can do. In this case, it is desirable that the light emission source emits ultraviolet light, purple light, or blue light having a wavelength of 330 to 480 nm, and among them, a blue LED light emitting element or an LD light emitting element of 380 to 420 nm purple or 440 nm to 470 nm is 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て550nm以上600nm以下の波長に発光ピークを持つ黄色蛍光体と、本発明の青色蛍光体の組み合わせがある。このような黄色蛍光体としては特開2002−363554号公報に記載のα−サイアロン:Eu2+や特開平9−218149号公報に記載の(Y、Gd)(Al、Ga)12:Ce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、青、黄の2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, there is a combination of a 330-420 nm ultraviolet LED or LD light emitting element, a yellow phosphor excited at this wavelength and having an emission peak at a wavelength of 550 nm to 600 nm, and the blue phosphor of the present invention. As such a yellow phosphor, α-sialon: Eu 2+ described in JP-A No. 2002-363554 and (Y, Gd) 2 (Al, Ga) 5 O 12 described in JP-A No. 9-218149: Ce can be mentioned. In this configuration, when the phosphors are irradiated with ultraviolet rays emitted from the LED or LD, light of two colors, blue and yellow, is emitted, and a white luminaire is obtained by mixing them.

別の一例として、330〜420nmの紫外LEDまたはLD発光素子と、この波長で励起され520nm以上550nm以下の波長に発光ピークを持つ本発明の緑色蛍光体と、590nm以上700nm以下の波長に発光ピークを持つ赤色蛍光体と、本発明の青色蛍光体の組み合わせがある。このような赤色蛍光体としては、国際公開第2005/052087号パンフレットに記載の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。 As another example, an ultraviolet LED or LD light emitting device of 330 to 420 nm, the green phosphor of the present invention having an emission peak at a wavelength of 520 nm to 550 nm and an emission peak at a wavelength of 590 nm to 700 nm. There is a combination of a red phosphor having the above and the blue phosphor of the present invention. Examples of such a red phosphor include CaSiAlN 3 : Eu described in International Publication No. 2005/052087 pamphlet. 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.

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またはSED)、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, such as a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED or SED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), etc. There is. 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.

本発明の蛍光体は、電子線の励起効率が優れるため、加速電圧10V以上30kV以下で用いる、VFD、FED、SED、CRT用途に適している。   Since the phosphor of the present invention has excellent excitation efficiency of electron beams, it is suitable for VFD, FED, SED, and CRT applications that are used at an acceleration voltage of 10 V or more and 30 kV or less.

FEDは、電界放射陰極から放出された電子を加速して陽極に塗布した蛍光体に衝突させて発光する画像表示装置であり、5kV以下の低い加速電圧で光ることが求められており、本発明の蛍光体を組み合わせることにより、表示装置の発光性能が向上する。   The FED is an image display device that emits light by accelerating electrons emitted from a field emission cathode and colliding with a phosphor applied to the anode, and is required to emit light at a low acceleration voltage of 5 kV or less. By combining these phosphors, the light emission performance of the display device is improved.

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.

なお、実施例1〜実施例4において、原料粉末として、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(トクヤマ製Fグレード)、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、純度99.99%の二酸化ケイ素粉末(高純度化学製試薬級)、純度99.9%の炭酸リチウム粉末(高純度化学製試薬級)、および、必要に応じて、純度99.9%の酸化ユーロピウム粉末、酸化セリウム粉末および酸化テルビウム粉末(信越化学製)を用いた。 In Examples 1 to 4, the raw material powder was a specific surface area of 3.3 m 2 / g, an oxygen content of 0.79% aluminum nitride powder (F grade made by Tokuyama), an average particle size of 0.5 μm, oxygen Silicon nitride powder with a content of 0.93% by weight, α-type content of 92%, silicon dioxide powder with a purity of 99.99% (high purity chemical reagent grade), lithium carbonate powder with a purity of 99.9% (high purity chemical) Reagent grade) and, if necessary, 99.9% pure europium oxide powder, cerium oxide powder and terbium oxide powder (manufactured by Shin-Etsu Chemical).

<実施例1>
先ず、理論組成のLiAlSiONを合成すべく、LiCO、AlN、Si、SiOをモル比でLiCO:AlN:Si:SiOが、2:4:1:1の組成となるように秤量し、窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒を用いて混合した後に、直径20mm高さ20mmの大きさの窒化ホウ素製るつぼに投入し、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99.9995体積%の窒素を導入してガス圧力を0.5MPaとし、毎時500℃で1700℃まで昇温し、1700℃で4時間保持した。得られた焼成粉末を窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、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、図1に示すように、ほぼ単相のLiAlSiONの生成が確認された。
<Example 1>
First, in order to synthesize LiAlSiON 2 of theoretical composition, Li 2 CO 3, AlN, Si 3 N 4, SiO 2 molar ratio Li 2 CO 3: AlN: Si 3 N 4: SiO 2 is 2: 4: Weighing so as to have a composition of 1: 1, mixing using a silicon nitride mortar and pestle, and then putting into a boron nitride crucible having a diameter of 20 mm and a height of 20 mm, and a graphite resistance heating type electric furnace Set. 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, nitrogen at a temperature of 800.degree. The pressure was 5 MPa, the temperature was raised to 1700 ° C. at 500 ° C. per hour, and the temperature was maintained at 1700 ° C. for 4 hours. Calcined powder was pulverized using a mortar and pestle made of silicon nitride, it was subjected to powder X-ray diffraction measurement using a K alpha line Cu (XRD). As a result, as shown in FIG. 1, the generation of substantially single-phase LiAlSiON 2 was confirmed.

X線回折測定のデータを解析したところ、この結晶は斜方晶系で指数付けすることができた。指数付けの結果を表1に示す。斜方晶で指数付けした格子定数は、a=0.91375nm、b=0.53974nm、c=0.48896であった。X線回折および電子線回折の結果から、本結晶は、Cmc21(International Tables for Crystallographyの36番の空間群)である。さらに、この空間群を用いてリートベルト解析により決定した各元素の原子座標位置は表2に示す通りである。X線回折の測定強度と原子座標からリートベルト法で計算した計算強度は図2に示すようによい一致を示す。   Analysis of X-ray diffraction data revealed that this crystal could be indexed in the orthorhombic system. The indexing results are shown in Table 1. The lattice constant indexed with orthorhombic crystal was a = 0.91375 nm, b = 0.53974 nm, and c = 0.48896. From the results of X-ray diffraction and electron beam diffraction, this crystal is Cmc21 (International Tables for Crystallography No. 36 space group). Further, the atomic coordinate positions of each element determined by Rietveld analysis using this space group are as shown in Table 2. The calculated intensities calculated by the Rietveld method from the measured intensities of X-ray diffraction and atomic coordinates are in good agreement as shown in FIG.

表1は、LiAlSiON結晶の指数付けの結果を示す。
Table 1 shows the indexing results for LiAlSiON 2 crystals.

表2は、LiAlSiON結晶の格子定数および原子座標位置を示す。
Table 2 shows the lattice constants and atomic coordinate positions of the LiAlSiON 2 crystal.

リートベルト法により求めた結晶構造の模式図を図3に示す。この結晶は、SiO結晶(鉱物名sinoite)やCaAlSiN結晶と類似の骨格を持つ。すなわち、CaAlSiN結晶のCaの位置をLiが占め、Nの位置の一部をOが占める結晶であり、元素が異なることに伴い原子座標が変化した構造である。この結晶にMイオンを添加するとLiイオンと置換して、Mイオンが結晶中に取り込まれると考えられる。 A schematic diagram of the crystal structure obtained by the Rietveld method is shown in FIG. This crystal has a skeleton similar to Si 2 N 2 O crystal (mineral name soite) or CaAlSiN 3 crystal. That is, Li occupies the Ca position of the CaAlSiN 3 crystal and O occupies a part of the N position, and has a structure in which atomic coordinates are changed as the elements are different. When M ions are added to this crystal, it is considered that Li ions are substituted and M ions are taken into the crystal.

表1の空間群、格子定数、原子座標のデータを基にVASP(Vienna Ab−initio Simulation Package)コードを用いて、第一原理計算手法により結晶の安定構造の計算を行ったところ、リートベルトの結果に近い値を得た。これにより、リートベルト解析および図3の結晶構造の妥当性が裏付けられた。   Using the VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) code based on the space group, lattice constant, and atomic coordinate data in Table 1, the stable structure of the crystal was calculated by the first principle calculation method. A value close to the result was obtained. This confirmed the validity of Rietveld analysis and the crystal structure of FIG.

<実施例2>
金属元素Euを含む蛍光体を合成した。表3に示す設計組成式Eu0.005Li0.99AlSi(Eu0.000834Li0.165Al0.167Si0.1670.1670.333)で示される化合物を得るべく、表4に示す質量比で原料粉末を秤量し、窒化ケイ素焼結体製の乳鉢と乳棒を用いて混合した後に、目開き125μm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。ここで、Liを置換するEuの量は、価数を考慮してLiの1%をEuの0.5%で置換した。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15〜30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と粉体の真密度から計算した。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。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99.9995体積%の窒素を導入してガス圧力を0.5MPaとし、毎時500℃で1700℃まで昇温し、1700℃で4時間保持した。合成した試料を窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定(XRD)を行ったところ、図1と同じパターンであり、LiAlSiON結晶あるいはその固溶体の生成が確認された。
<Example 2>
A phosphor containing the metal element Eu was synthesized. In the design composition formula Eu 0.005 Li 0.99 Al 1 Si 1 O 1 N 2 (Eu 0.000834 Li 0.165 Al 0.167 Si 0.167 O 0.167 N 0.333 ) shown in Table 3 In order to obtain the compounds shown, the raw material powders are weighed at a mass ratio shown in Table 4 and mixed using a mortar and pestle made of a silicon nitride sintered body, and then passed through a sieve having a mesh opening of 125 μm, which is excellent in fluidity. A powder aggregate was obtained. Here, as for the amount of Eu for substituting Li, 1% of Li was replaced with 0.5% of Eu in consideration of the valence. 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 15 to 30% by volume. The bulk density was calculated from the weight of the charged powder aggregate, the inner volume of the crucible, and the true density of the powder. 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, nitrogen at a temperature of 800.degree. The pressure was 5 MPa, the temperature was raised to 1700 ° C. at 500 ° C. per hour, and the temperature was maintained at 1700 ° C. for 4 hours. The synthesized sample was ground with a mortar and pestle made of silicon nitride, and by performing powder X-ray diffraction measurement using a K alpha line Cu (XRD), the same pattern as FIG. 1, LiAlSiON 2 crystal or Formation of the solid solution was confirmed.

表3は、実施例2〜実施例4の設計組成式を示す。
Table 3 shows the design composition formulas of Examples 2 to 4.

表4は、実施例2〜実施例4の原料粉末の混合組成を示す。
Table 4 shows the mixed composition of the raw material powders of Examples 2 to 4.

この様にして得られた粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青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を、日立ハイテクノロジーズ製蛍光分光光度計F4500型を用いて測定した。図4に、励起スペクトルと発光スペクトルを示す。合成粉末は250〜420nmの範囲の波長に励起帯があり、530nmに発光スペクトルのピークを持つ光を発する蛍光体であることが分かった。励起スペクトルの測定は530nmの発光をモニターして行った。発光スペクトルは、310nmの励起光で測定した。なお、励起スペクトルおよび発光スペクトルの発光強度(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内でしか比較できない。   As a result of irradiating the powder thus obtained with a lamp emitting light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that the powder emitted blue-green light. The emission spectrum and excitation spectrum of this powder were measured using a fluorescence spectrophotometer model F4500 manufactured by Hitachi High-Technologies. FIG. 4 shows an excitation spectrum and an emission spectrum. The synthetic powder was found to be a phosphor that emits light having an excitation band at a wavelength in the range of 250 to 420 nm and having an emission spectrum peak at 530 nm. The excitation spectrum was measured by monitoring emission at 530 nm. The emission spectrum was measured with 310 nm excitation light. In addition, since the emission intensity (count value) of the excitation spectrum and the emission spectrum varies depending on the measurement apparatus and conditions, the unit is an arbitrary unit. That is, the comparison can be made only within the present embodiment measured under the same conditions.

電子線を当てたときの発光特性(カソードルミネッセンス、CL)を、CL検知器を備えたSEMで観察し、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。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青緑色発光を示すことが確認された。なお、本測定による発光強度は測定装置や測定条件によって変化するため単位は任意単位である。   The light emission characteristics (cathode luminescence, CL) when irradiated with an electron beam were observed with an SEM equipped with a CL detector, and a 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. . By observation of the emission spectrum, it was confirmed that this phosphor was excited by an electron beam and emitted blue-green light. In addition, since the emitted light intensity by this measurement changes with a measuring apparatus and measurement conditions, a unit is arbitrary units.

<実施例3>
金属元素Ceを含む蛍光体を合成した。表3に示す設計組成式Ce0.005Li0.985AlSi(Ce0.000835Li0.164Al0.167Si0.1670.1670.334)で示される化合物を得るべく、表4に示す質量比で原料粉末を秤量し、窒化ケイ素焼結体製の乳鉢と乳棒を用いて混合した後に、目開き125μm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。ここで、Liを置換するCeの量は、価数を考慮してLiの1.5%をCeの0.5%で置換した。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15〜30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と粉体の真密度から計算した。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。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99.9995体積%の窒素を導入してガス圧力を0.5MPaとし、毎時500℃で1700℃まで昇温し、1700℃で4時間保持した。合成した試料を窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定(XRD)を行ったところ、図1と同じパターンであり、LiAlSiON結晶あるいはその固溶体の生成が確認された。
<Example 3>
A phosphor containing the metal element Ce was synthesized. In the design composition formula Ce 0.005 Li 0.985 Al 1 Si 1 O 1 N 2 shown in Table 3 (Ce 0.000835 Li 0.164 Al 0.167 Si 0.167 O 0.167 N 0.334 ) In order to obtain the compounds shown, the raw material powders are weighed at a mass ratio shown in Table 4 and mixed using a mortar and pestle made of a silicon nitride sintered body, and then passed through a sieve having a mesh opening of 125 μm, which is excellent in fluidity. A powder aggregate was obtained. Here, as for the amount of Ce substituting Li, 1.5% of Li was replaced with 0.5% of Ce in consideration of the valence. 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 15 to 30% by volume. The bulk density was calculated from the weight of the charged powder aggregate, the inner volume of the crucible, and the true density of the powder. 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, nitrogen at a temperature of 800.degree. The pressure was 5 MPa, the temperature was raised to 1700 ° C. at 500 ° C. per hour, and the temperature was maintained at 1700 ° C. for 4 hours. The synthesized sample was ground with a mortar and pestle made of silicon nitride, and by performing powder X-ray diffraction measurement using a K alpha line Cu (XRD), the same pattern as FIG. 1, LiAlSiON 2 crystal or Formation of the solid solution was confirmed.

この様にして得られた粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青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を、日立ハイテクノロジーズ製蛍光分光光度計F4500型を用いて測定した。図5に、励起スペクトルと発光スペクトルを示す。合成粉末は250〜420nmの範囲の波長に励起帯があり、475nmに発光スペクトルのピークを持つ光を発する蛍光体であることが分かった。励起スペクトルの測定は475nmの発光をモニターして行った。発光スペクトルは、315nmと350nmの2種類の励起光で測定した。なお、励起スペクトルおよび発光スペクトルの発光強度(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内でしか比較できない。   As a result of irradiating the powder thus obtained with a lamp emitting light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that the powder emitted blue-green light. The emission spectrum and excitation spectrum of this powder were measured using a fluorescence spectrophotometer model F4500 manufactured by Hitachi High-Technologies. FIG. 5 shows an excitation spectrum and an emission spectrum. It was found that the synthetic powder is a phosphor that emits light having an excitation band at a wavelength in the range of 250 to 420 nm and having an emission spectrum peak at 475 nm. The excitation spectrum was measured by monitoring emission at 475 nm. The emission spectrum was measured with two types of excitation light of 315 nm and 350 nm. In addition, since the emission intensity (count value) of the excitation spectrum and the emission spectrum varies depending on the measurement apparatus and conditions, the unit is an arbitrary unit. That is, the comparison can be made only within the present embodiment measured under the same conditions.

<実施例4>
金属元素Tbを含む蛍光体を合成した。表3に示す設計組成式Tb0.005Li0.985AlSi(Tb0.000835Li0.164Al0.167Si0.1670.1670.334)で示される化合物を得るべく、表4に示す質量比で原料粉末を秤量し、窒化ケイ素焼結体製の乳鉢と乳棒を用いて混合した後に、目開き125μm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。ここで、Liを置換するTbの量は、価数を考慮してLiの1.5%をTbの0.5%で置換した。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15〜30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と粉体の真密度から計算した。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。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99.9995体積%の窒素を導入してガス圧力を0.5MPaとし、毎時500℃で1700℃まで昇温し、1700℃で4時間保持した。合成した試料を窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定(XRD)を行ったところ、図1と同じパターンであり、LiAlSiON結晶あるいはその固溶体の生成が確認された。
<Example 4>
A phosphor containing the metal element Tb was synthesized. In the compositional formula Tb 0.005 Li 0.985 Al 1 Si 1 O 1 N 2 (Tb 0.000835 Li 0.164 Al 0.167 Si 0.167 O 0.167 N 0.334 ) shown in Table 3 In order to obtain the compounds shown, the raw material powders are weighed at a mass ratio shown in Table 4 and mixed using a mortar and pestle made of a silicon nitride sintered body, and then passed through a sieve having a mesh opening of 125 μm, which is excellent in fluidity. A powder aggregate was obtained. Here, the amount of Tb substituting Li was such that 1.5% of Li was replaced with 0.5% of Tb in consideration of the valence. 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 15 to 30% by volume. The bulk density was calculated from the weight of the charged powder aggregate, the inner volume of the crucible, and the true density of the powder. 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, nitrogen at a temperature of 800.degree. The pressure was 5 MPa, the temperature was raised to 1700 ° C. at 500 ° C. per hour, and the temperature was maintained at 1700 ° C. for 4 hours. The synthesized sample was ground with a mortar and pestle made of silicon nitride, and by performing powder X-ray diffraction measurement using a K alpha line Cu (XRD), the same pattern as FIG. 1, LiAlSiON 2 crystal or Formation of the solid solution was confirmed.

この様にして得られた粉末に、波長254nm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を、日立ハイテクノロジーズ製蛍光分光光度計F4500型を用いて測定した。図6に、励起スペクトルと発光スペクトルを示す。合成粉末は200〜380nmの範囲の波長に励起帯があり、542mに発光スペクトルのピークを持つ光を発する蛍光体であることが分かった。励起スペクトルの測定は542nmの発光をモニターして行った。発光スペクトルは、235nmと303nmの2種類の励起光で測定した。なお、励起スペクトルおよび発光スペクトルの発光強度(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内でしか比較できない。   As a result of irradiating the powder thus obtained with a lamp emitting light having a wavelength of 254 nm, it was confirmed that the powder emitted green light. The emission spectrum and excitation spectrum of this powder were measured using a fluorescence spectrophotometer model F4500 manufactured by Hitachi High-Technologies. FIG. 6 shows an excitation spectrum and an emission spectrum. The synthetic powder was found to be a phosphor that emits light having an excitation band at a wavelength in the range of 200 to 380 nm and having an emission spectrum peak at 542 m. The excitation spectrum was measured by monitoring emission at 542 nm. The emission spectrum was measured with two types of excitation light of 235 nm and 303 nm. In addition, since the emission intensity (count value) of the excitation spectrum and the emission spectrum varies depending on the measurement apparatus and conditions, the unit is an arbitrary unit. That is, the comparison can be made only within the present embodiment measured under the same conditions.

<実施例5>
次に、本発明の窒化物からなる蛍光体を用いた照明器具について説明する。図7に、照明器具としての白色LEDの概略構造図を示す。本発明の窒化物からなる蛍光体及びその他の蛍光体を含む混合物蛍光体1と、発光素子として405nmの紫LEDチップ2を用いる。本発明の実施例2の青緑色蛍光体と、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、CaAlSiN:Euの赤色蛍光体とを樹脂層に分散させた混合物蛍光体1をLEDチップ2上にかぶせた構造とし、容器7の中に配置する。導電性端子3、4に電流を流すと、ワイヤーボンド5を介して電流がLEDチップ2に供給され、440nmの光を発し、この光で緑色蛍光体、黄色蛍光体、および赤色蛍光体の混合物蛍光体1が励起されてそれぞれ緑色、黄色、および赤色の光を発し、これらとLEDチップ2からの青色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。
<Example 5>
Next, the lighting fixture using the phosphor of the present invention will be described. In FIG. 7, the schematic structural drawing of white LED as a lighting fixture is shown. The phosphor mixture made of the nitride of the present invention and other phosphors and a violet LED chip 2 having a wavelength of 405 nm are used as a light emitting element. The blue-green phosphor of Example 2 of the present invention and Ca-α-sialon having a composition of Ca 0.75 Eu 0.25 Si 8.625 A1 3.375 O 1.125 N 14.875 : yellow of Eu A mixture phosphor 1 in which a phosphor and a red phosphor of CaAlSiN 3 : Eu are dispersed in a resin layer is placed on the LED chip 2 and placed in a container 7. When a current is passed through the conductive terminals 3 and 4, a current is supplied to the LED chip 2 through the wire bond 5 to emit light of 440 nm, and this light is a mixture of a green phosphor, a yellow phosphor and a red phosphor. The phosphor 1 is excited to emit green, yellow, and red light, respectively, and the blue light from the LED chip 2 is mixed to function as an illumination device that emits white light.

<実施例6>
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8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。赤色蛍光体(Y(PV)O:Eu)8と本発明の実施例4の緑色蛍光体9と青色蛍光体(BaMgAl1017:Eu)10とがそれぞれのセル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。
<Example 6>
Next, a design example of an image display device using the nitride phosphor of the present invention will be described. FIG. 8 is a principle schematic diagram of a plasma display panel as an image display device. The red phosphor (Y (PV) O 4 : Eu) 8, the green phosphor 9 of Example 4 of the present invention, and the blue phosphor (BaMgAl 10 O 17 : Eu) 10 are included in the respective cells 11, 12, 13. It is applied to the inner surface. 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.

<実施例7>
図9は、画像表示装置としてのフィールドエミッション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4の緑色蛍光体が陽極53の内面に塗布されている。陰極52とゲート54の間に電圧をかけることにより、エミッタ55から電子57が放出される。電子は陽極53と陰極の電圧により加速されて、蛍光体56に衝突して蛍光体が発光する。全体はガラス51で保護されている。図は、1つのエミッタと1つの蛍光体からなる1つの発光セルを示したが、実際には緑色の他に、青色、赤色のセルが多数配置されて多彩な色を発色するディスプレイが構成される。青色や赤色のセルに用いられる蛍光体に関しては特に指定しないが、低速の電子線で高い輝度を発するものを用いるとよい。
<Example 7>
FIG. 9 is a schematic diagram showing the principle of a field emission display panel as an image display device. The green phosphor of Example 4 of the present invention is applied to the inner surface of the anode 53. By applying a voltage between the cathode 52 and the gate 54, electrons 57 are emitted from the emitter 55. The electrons are accelerated by the voltage of the anode 53 and the cathode, collide with the phosphor 56, and the phosphor emits light. The whole is protected by glass 51. The figure shows one light-emitting cell consisting of one emitter and one phosphor, but in reality, a display that can produce a variety of colors is formed by arranging a large number of blue and red cells in addition to green. The Although it does not specify in particular about the fluorescent substance used for a blue or red cell, what emits high brightness | luminance with a low-speed electron beam is good to use.

本発明の蛍光体は、従来のサイアロン蛍光体および酸窒化物蛍光体とは異なる母体結晶を用いることにより、従来の蛍光体に匹敵する強度の蛍光を発する。特に、特定の組成を有する蛍光体は、青色、青緑色、緑色および黄色の発光をする。従来とは異なる母体結晶からなる蛍光体であるため、用途に応じた選択を可能にする。さらに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、VFD、FED、PDP、CRT、白色LEDなどに好適に使用される蛍光体である。今後、電子線励起の各種表示装置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 phosphor of the present invention emits fluorescence having intensity comparable to that of the conventional phosphor by using a host crystal different from the conventional sialon phosphor and oxynitride phosphor. In particular, a phosphor having a specific composition emits blue, blue-green, green and yellow light. Since it is a phosphor made of a host crystal different from the conventional one, selection according to the application is possible. Furthermore, since the luminance of the phosphor is not significantly lowered when exposed to an excitation source, the phosphor is suitably used for VFD, FED, PDP, CRT, white LED, and the like. In the future, it is expected to contribute greatly to industrial development by being widely used in various electron beam excitation display devices.

純粋なLiAlSiONのX線回折チャート。X-ray diffraction chart of pure LiAlSiON 2 . 図1の測定値とリートベルト解析との比較。Comparison between the measured values in FIG. 1 and Rietveld analysis. LiAlSiONの結晶構造の模式図。Schematic diagram of the crystal structure of LiAlSiON 2. 実施例2の蛍光測定による励起スペクトルと発光スペクトル。The excitation spectrum and emission spectrum by the fluorescence measurement of Example 2. 実施例3の蛍光測定による励起スペクトルと発光スペクトル。The excitation spectrum and emission spectrum by the fluorescence measurement of Example 3. 実施例4の蛍光測定による励起スペクトルと発光スペクトル。The excitation spectrum and emission spectrum by the fluorescence measurement of Example 4. 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. 本発明による画像表示装置(フィールドエミッションディスプレイ)の概略図。1 is a schematic view of an image display device (field emission display) according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 本発明の青緑色蛍光体(実施例2)と黄色蛍光体と赤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
51 ガラス
52 陰極
53 陽極
54 ゲート
55 エミッタ
56 蛍光体
57 電子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mixture of blue-green phosphor of the present invention (Example 2), yellow phosphor and red 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 51 Glass 52 Cathode 53 Anode 54 Gate 55 Emitter 56 Phosphor 57 Electron

Claims (10)

励起源からの励起エネルギーにより蛍光を発するAAlSiON結晶(ただし、Aは、Li、NaおよびKからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)あるいはAAlSiONの固溶体結晶からなる蛍光体であって、前記AAlSiON結晶またはAAlSiONの固溶体結晶に、少なくともM元素(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、TmおよびYbからなる群から少なくとも1つ選択される元素である)を含有することを特徴とする蛍光体。 An AAlSiON 2 crystal that emits fluorescence by excitation energy from an excitation source (where A is an element selected from at least one selected from the group consisting of Li, Na, and K) or a solid solution crystal of AAlSiON 2. In addition, the AAlSiON 2 crystal or the solid solution crystal of AAlSiON 2 includes at least M element (where M is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb). And a phosphor containing at least one element selected from the group. 請求項1に記載の蛍光体であって、前記AAlSiON結晶あるいはAAlSiONの固溶体結晶の結晶構造は、LiAlSiON結晶の結晶構造と同一の結晶構造を有することを特徴とする。 The phosphor according to claim 1, the crystal structure of the AAlSiON 2 crystal or AAlSiON 2 solid solution crystal is characterized by having the same crystal structure as the crystal structure of LiAlSiON 2 crystals. 請求項1に記載の蛍光体であって、前記A元素はLiであることを特徴とする。   The phosphor according to claim 1, wherein the element A is Li. 請求項1に記載の蛍光体であって、前記A元素として少なくともLiを含み、前記M元素として少なくともCeを含み、前記励起エネルギーにより、440nm以上520nm以下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。   2. The phosphor according to claim 1, wherein the element A contains at least Li, the element M contains at least Ce, and emits fluorescence having a peak in a wavelength range of 440 nm to 520 nm by the excitation energy. It is characterized by doing. 請求項1に記載の蛍光体であって、前記A元素として少なくともLiを含み、前記M元素として少なくともEuを含み、前記励起エネルギーにより、500nm以上570nm以下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。   2. The phosphor according to claim 1, wherein the element A includes at least Li, the element M includes at least Eu, and the excitation energy emits fluorescence having a peak in a wavelength range of 500 nm to 570 nm. It is characterized by doing. 請求項1に記載の蛍光体であって、前記蛍光体は、組成式MAlSi(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1とする)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fは、
0.00001≦ a ≦0.1・・・・・・・・(i)
0.12≦ b ≦0.24・・・・・・・・・・(ii)
0.12≦ c ≦0.24・・・・・・・・・・(iii)
0.12≦ d ≦0.24・・・・・・・・・・(iv)
0.12≦ e ≦0.24・・・・・・・・・・(v)
0.24≦ f ≦0.40・・・・・・・・・・(vi)
以上の条件を満たすことを特徴とする。
2. The phosphor according to claim 1, wherein the phosphor is represented by a composition formula M a A b Al c S i d O e N f (where a + b + c + d + e + f = 1), and parameters a, b , C, d, e, f are
0.00001 ≦ a ≦ 0.1 (i)
0.12 ≦ b ≦ 0.24 (ii)
0.12 ≦ c ≦ 0.24 (iii)
0.12 ≦ d ≦ 0.24 (iv)
0.12 ≦ e ≦ 0.24 (v)
0.24 ≦ f ≦ 0.40 (vi)
It is characterized by satisfying the above conditions.
Mの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Mを含む化合物またはそれらの組合せと、Aの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Aを含む化合物またはそれらの組合せと、Alの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Alを含む化合物またはそれらの組合せと、Siの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、塩化物、酸窒化物、Siを含む化合物またはそれらの組合せとを少なくとも含む原料混合物を、相対嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に、0.1MPa以上100MPa以下の窒素雰囲気中において、1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体の製造方法。   M metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride, oxynitride, a compound containing M or a combination thereof, and A metal, oxide, carbonate, nitride, fluoride, chloride Oxides, oxynitrides, compounds containing A or combinations thereof, Al metals, oxides, carbonates, nitrides, fluorides, chlorides, oxynitrides, compounds containing Al or combinations thereof, and Si A raw material mixture containing at least a metal, an oxide, a carbonate, a nitride, a fluoride, a chloride, an oxynitride, a compound containing Si, or a combination thereof was maintained at a filling ratio of a relative bulk density of 40% or less. 2. The method for producing a phosphor according to claim 1, wherein the phosphor is fired in a temperature range of 1200 ° C. or more and 2200 ° C. or less in a nitrogen atmosphere of 0.1 MPa or more and 100 MPa or less after filling the container in a state. 励起源と、それからの励起光により蛍光を発する蛍光体とからなる照明器具であって、前記励起源が330〜420nmの波長の励起光を発するものであり、前記蛍光体の少なくとも一部は、請求項1〜6のいずれかに記載の蛍光体である照明器具。   A lighting device comprising an excitation source and a phosphor that emits fluorescence by excitation light therefrom, wherein the excitation source emits excitation light having a wavelength of 330 to 420 nm, and at least a part of the phosphor is The lighting fixture which is the fluorescent substance in any one of Claims 1-6. 励起源と、それからの励起エネルギーにより蛍光を発する蛍光体とからなる画像表示装置であって、前記蛍光体の少なくとも一部は、請求項1〜6のいずれかに記載の蛍光体である画像表示装置。   An image display device comprising an excitation source and a phosphor that emits fluorescence by excitation energy therefrom, wherein at least a part of the phosphor is the phosphor according to claim 1. apparatus. 請求項9に記載の画像表示装置であって、前記画像表示装置は、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FEDまたはSED)または陰極線管(CRT)のいずれかであり、前記励起源は加速電圧10V以上30kV以下の電子線であることを特徴とする。   The image display device according to claim 9, wherein the image display device is any one of a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED or SED), or a cathode ray tube (CRT), and the excitation source is It is an electron beam having an acceleration voltage of 10 V to 30 kV.
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