JP2009149765A - Manufacturing method for phosphor fine particle, phosphor fine particle, and electroluminescence display - Google Patents

Manufacturing method for phosphor fine particle, phosphor fine particle, and electroluminescence display Download PDF

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Giichi Umeno
義一 梅野
Manabu Futaboshi
学 二星
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a phosphor fine particle capable of simplifying a manufacturing process and having high brightness. <P>SOLUTION: This manufacturing method for the phosphor fine particle includes a process for forming a gas mixture containing a parent body material and an activator, by passing powder of the parent body material such as zinc sulfide serving as a parent body of a phosphor and the activator such as copper sulfide containing an element serving as a light emitting center of the phosphor under a thermal plasma, and for flocculating atoms in the gas mixture, by cooling the gas mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、蛍光体微粒子の製造方法、蛍光体微粒子及びエレクトロルミネッセンス表示装置に関する。より詳しくは、無機エレクトロルミネッセンス素子に好適な蛍光体微粒子の製造方法、蛍光体微粒子及び上記蛍光体微粒子を備えるエレクトロルミネッセンス表示装置に関するものである。 The present invention relates to a method for producing phosphor fine particles, a phosphor fine particle, and an electroluminescence display device. More specifically, the present invention relates to a method for producing phosphor fine particles suitable for an inorganic electroluminescent element, a phosphor fine particle, and an electroluminescence display device including the phosphor fine particle.

近年の高度情報化に伴いフラットパネルディスプレイのニーズが高まっており、次世代のフラットパネルディスプレイの候補としてエレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)素子を用いた表示装置が大きな注目を集めている。EL素子には、発光層等に有機材料を用いた有機EL素子と、硫化亜鉛(ZnS)等の無機材料を蛍光体の母体材料として用いた無機EL素子とに大別される。有機EL素子については、自己発光型で極薄の表示装置を製造することができることから盛んに研究開発が行われている。 The need for flat panel displays has increased with the advancement of information technology in recent years, and display devices using electroluminescence (EL) elements are attracting much attention as candidates for next-generation flat panel displays. The EL element is roughly classified into an organic EL element using an organic material for a light emitting layer and the like, and an inorganic EL element using an inorganic material such as zinc sulfide (ZnS) as a base material of a phosphor. Research and development has been actively conducted on organic EL elements because a self-luminous and ultra-thin display device can be manufactured.

無機EL素子は水分、温度等の外的要因に対して強く、携帯電話の表示素子に用いるバックライト等に利用されてきた。この無機EL素子は、例えば、誘電物質中に分散型の蛍光体の粒子を分散し、この分散した蛍光体の両側に配置した電極間に電圧を印加することで発光させているものである。 Inorganic EL elements are resistant to external factors such as moisture and temperature, and have been used for backlights used in display elements of mobile phones. In this inorganic EL element, for example, dispersed phosphor particles are dispersed in a dielectric material, and light is emitted by applying a voltage between electrodes disposed on both sides of the dispersed phosphor.

無機EL素子に使用する蛍光体としては、例えば、硫化亜鉛(ZnS)を母体とし、付活剤として銅(Cu)、マンガン(Mn)等を導入した一般式がZnS:Cu、ZnS:Mn等が広く利用されている。蛍光体の発光色はZnS中の添加物の種類によって決まり、例えば、Cuを添加した場合には青緑色、Mnを添加した場合には黄橙色の発光が得られる。このような蛍光体微粒子を製造する方法としては、母体材料の粉末と付活剤の材料粉末とを混合して石英等の坩堝に充填し、焼成を行うことによりを製造する固相法が一般的に用いられている(例えば、特許文献1及び2参照。)。 As a phosphor used in the inorganic EL element, for example, a general formula in which zinc sulfide (ZnS) is used as a base and copper (Cu), manganese (Mn) or the like is introduced as an activator is ZnS: Cu, ZnS: Mn, or the like. Is widely used. The emission color of the phosphor depends on the type of additive in ZnS. For example, blue light emission is obtained when Cu is added, and yellow-orange light emission is obtained when Mn is added. As a method for producing such phosphor fine particles, a solid phase method is generally used in which a base material powder and an activator material powder are mixed, filled in a crucible such as quartz, and fired. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

ところで、固相法を用いて硫化亜鉛を母体材料とした蛍光体を製造する方法としては、硫化亜鉛に銅化合物とハロゲン化合物とを添加した混合物を、比較的高温で長時間の第1回目の焼成により六方晶形の結晶からなる粉末状の中間蛍光体を製造する工程と、中間蛍光体に衝撃力を加えて歪を発生させ、結晶に欠陥を生じさせる工程と、結晶欠陥の生じた中間蛍光体を比較的低温で短時間の第2回目の焼成により立方晶形の結晶を混在させる工程とを含む製造方法が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。また、活性化された硫化亜鉛ZnS:Cu、Cl、発光体にMn存在下に加熱反応させヒ化ガリウムGaAsを有する発光体を製造する方法において、攪拌混合した生成物を坩堝にいれ、石英管中硫黄ガス約10%の窒素気流中約650℃の温度で約3時間坩堝を焼成して六方晶系形への転移を誘発させる方法が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。 By the way, as a method of manufacturing a phosphor using zinc sulfide as a base material by using a solid phase method, a mixture obtained by adding a copper compound and a halogen compound to zinc sulfide is used for the first time for a long time at a relatively high temperature. A process for producing a powdery intermediate phosphor comprising hexagonal crystals by firing, a process for generating distortion by applying an impact force to the intermediate phosphor, and a defect in the crystal, and an intermediate fluorescence in which a crystal defect has occurred And a process of mixing a cubic crystal by a second firing in a short time at a relatively low temperature (for example, see Patent Document 3). Further, in a method for producing a phosphor having gallium arsenide GaAs by reacting activated zinc sulfide ZnS: Cu, Cl, and phosphor with heating in the presence of Mn, the stirred and mixed product is placed in a crucible, A method is disclosed in which a crucible is fired at a temperature of about 650 ° C. for about 3 hours in a nitrogen stream containing about 10% medium sulfur gas to induce a transition to a hexagonal system (see, for example, Patent Document 4).

また、微粒子を製造する方法としては固相法の他に、気相法の一つである熱プラズマ法を用いる方法も開示されている(例えば、特許文献5参照。)。特許文献5では、粉末原材料を溶媒中にいれてスラリーにし、スラリーを液滴化させ、液滴化させたスラリーを熱プラズマ中に導入してスラリーを蒸発させ気相状態の混合物にし、スラリーを蒸発させた気相状態の混合物を急冷することにより微粒子を生成している。
特開2002−155275号公報 特開2004−244479号公報 特開平5−152073号公報 特開2005−336275号公報 特開2005−170760号公報
In addition to the solid phase method, a method using a thermal plasma method, which is one of the vapor phase methods, is disclosed as a method for producing fine particles (see, for example, Patent Document 5). In Patent Document 5, a powder raw material is put in a solvent to form a slurry, the slurry is made into droplets, the slurry made into droplets is introduced into thermal plasma, and the slurry is evaporated to form a gas phase mixture. Fine particles are produced by quenching the vaporized mixture in the vapor phase.
JP 2002-155275 A JP 2004-244479 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-152073 JP 2005-336275 A JP-A-2005-170760

しかしながら、特許文献1及び2では固相法を用いて蛍光体を生成していることから、添加された付活剤を蛍光体微粒子内で均一に分布させて生成するには、長時間の焼成が必要であり生産性の観点から改善の余地があった。また、固相法を用いた蛍光体微粒子の製造では、蛍光体の粒径を小さくすることが困難であり、蛍光体微粒子を用いた表示装置等の発光効率の向上を妨げる要因の一つとなっていた。 However, in Patent Documents 1 and 2, since the phosphor is generated using the solid-phase method, a long-time firing is required to uniformly distribute the added activator in the phosphor fine particles. There was room for improvement from the viewpoint of productivity. In addition, in the production of phosphor fine particles using the solid phase method, it is difficult to reduce the particle size of the phosphor, which is one of the factors that hinder the improvement of the light emission efficiency of display devices using the phosphor fine particles. It was.

また、特許文献3及び4では、蛍光体の母体材料として立方晶の硫化亜鉛を母体材料とした蛍光体の生成を試みているが、固相法を用いて2回の焼成工程が必要であることから生産性の観点から改善の余地があった。 In Patent Documents 3 and 4, an attempt is made to produce a phosphor using cubic zinc sulfide as a host material of the phosphor, but two firing steps are required using a solid phase method. Therefore, there was room for improvement from the viewpoint of productivity.

更に、特許文献5では、微粒子を製造する方法において、原料粉末をスラリーとして熱プラズマ装置内に投入することとなるため、製造工程数が増加する点で改善の余地があった。また、スラリーとして投入した場合、原料粉末を分散させた分散液が熱プラズマ装置内に残留し、微粒子内に不純物が混入するおそれがあった。 Furthermore, in Patent Document 5, in the method for producing fine particles, since raw material powder is put into a thermal plasma apparatus as a slurry, there is room for improvement in that the number of production steps increases. In addition, when charged as a slurry, the dispersion in which the raw material powder is dispersed may remain in the thermal plasma apparatus and impurities may be mixed into the fine particles.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、製造工程を簡略化し、かつ高い輝度を有する蛍光体微粒子の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a method for producing phosphor fine particles having a high luminance by simplifying the production process.

本発明者らは、製造工程を簡略化し、かつ高い輝度の蛍光体微粒子の製造方法について種々検討したところ、従来の蛍光体は固相法を用いて形成していることに着目した。そして、上記製造方法が、蛍光体の母体となる母体材料の粉末と蛍光体の発光中心となる元素を含む付活剤の粉末とに熱プラズマ中を通過させることで、熱プラズマにより母体材料及び付活剤を含有する混合気体にし、その後、該混合気体が熱プラズマ中から出ることによって冷却されるため、混合気体中の分子が凝集して蛍光体微粒子を製造することができ、これにより、ナノサイズであり高輝度の蛍光体微粒子を得ることができることを見いだした。また、母体材料として硫化亜鉛を用いる場合には、冷却する温度を制御することによって、より高い輝度の蛍光体微粒子とすることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventors of the present invention have simplified the manufacturing process and have studied various methods for manufacturing high-luminance phosphor particles, and have focused on the fact that conventional phosphors are formed using a solid phase method. Then, the manufacturing method allows the matrix material powder and the activator powder containing the element serving as the emission center of the phosphor to pass through the thermal plasma through the thermal plasma so that the matrix material and Since the mixed gas containing the activator is then cooled by exiting the thermal plasma from the thermal plasma, molecules in the mixed gas can be aggregated to produce phosphor fine particles. It was found that nano-sized and high-luminance phosphor particles can be obtained. In addition, when zinc sulfide is used as a base material, it has been found that phosphor particles with higher luminance can be obtained by controlling the cooling temperature, and the above problem can be solved brilliantly. The present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、蛍光体微粒子を製造する方法であって、上記製造方法は、蛍光体の母体となる母体材料の粉末と蛍光体の発光中心となる元素を含む付活剤の粉末とに熱プラズマ中を通過させる工程を含む蛍光体微粒子の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
That is, the present invention is a method for producing phosphor fine particles, wherein the production method includes a powder of a host material that is a host of the phosphor and a powder of an activator that includes an element that is a light emission center of the phosphor. It is a manufacturing method of fluorescent fine particles including a step of passing through thermal plasma.
The present invention is described in detail below.

本発明は、蛍光体微粒子を製造するものである。蛍光体とは、電子線、X線、紫外線、電界等のエネルギーを吸収して、吸収したエネルギーの一部を光として放出(発光)する物質のことであり、一般的には、母体材料中の一部の元素を発光中心となる元素(付活剤の構成元素)で置換し、母体材料によって吸収されたエネルギーによって付活剤を構成する元素で発光を生じるようにしたものであり、上記蛍光体微粒子は、蛍光体を含む微粒子のことである。微粒子は、粒状の微小なものを指し、一般的には、直径数nmから100μm程度の粒子をいう。 The present invention is to produce phosphor fine particles. A phosphor is a substance that absorbs energy such as an electron beam, X-rays, ultraviolet rays, and an electric field, and emits (emits) a part of the absorbed energy as light. Is replaced with an element that becomes a luminescent center (constituent element of the activator), and light is generated by the element that constitutes the activator by the energy absorbed by the base material. The phosphor fine particles are fine particles containing a phosphor. The fine particles refer to fine particles having a diameter of about several nanometers to about 100 μm.

上記蛍光体微粒子の製造方法は、蛍光体の母体となる母体材料の粉末と蛍光体の発光中心となる元素を含む付活剤の粉末とに熱プラズマ中を通過させる工程を含む。これによれば、蛍光体の母体となる母体材料の粉末と蛍光体の発光中心となる元素を含む付活剤の粉末とが熱プラズマ中に導入されることで、母体材料及び付活剤を含有する混合気体にすることができ、該混合気体が熱プラズマ中から出るときに冷却される。そのため、混合気体は熱プラズマ中からその外部に出ることで急冷されることとなり、混合気体中の原子が凝集して蛍光体微粒子は製造される。熱プラズマ中で原子レベルまで分解された原子を凝集させて製造することで、例えば、固相法等を用いた場合と比較して蛍光体微粒子の粒径を小さくすることができ、ナノサイズのものとすることができる。ナノサイズの蛍光体微粒子とすることで、発光素子等に用いた場合の高輝度化を図ることができる。蛍光体微粒子を表示装置等に用いる発光素子に使用した場合、その粒径が小さい蛍光体微粒子である方が、粒径の大きな蛍光体微粒子を同体積で用いた場合と比較して、発光に用いられる表面積を大きくすることができるため、その発光素子の輝度を向上させることができる。また、ナノサイズの蛍光体微粒子にすることで蛍光体微粒子の表面が活性化されて発光効率を高めることができる。例えば、従来の分散型EL素子(例えば、シートタイプの印刷EL素子)では、粒子径が20〜30μm程度の蛍光体微粒子を用いており、発光に寄与する発光中心となる付活剤であるCu、Cl等の添加エリア(Cu、Cl等の付活剤が偏析したエリア)が1〜数箇所であるが、本発明のように、蛍光体微粒子の粒径をより小さくしてナノサイズの蛍光体微粒子とすることによって、付活剤の添加エリアを10〜100倍増加させることができ、発光効率を改善することができるためである。なお、偏析したエリアは、例えば、六方晶と立方晶との双晶界面にCuが偏析することで形成される。これにより、一種のナノワイヤーが形成され、そのナノワイヤーが導電性をもつためにZnS結晶内にキャリアを伝播する経路が作られ、発光機構の面から効率があがる。なお、母体材料及び付活剤を含有する混合気体は、母体材料の粉末と付活剤の粉末とが原子レベルまで分解されて気相状態となったものを含むものであり、その混合気体中にはその他の元素が含まれていてもよい。例えば、一般的には、熱プラズマを発生させるためのプラズマガスが混合気体中には含まれる。また、蛍光体微粒子中に添加する発光中心を形成する元素以外のものが含まれていてもよく、例えば、発光効率を向上させるために蛍光体微粒子中に添加する元素、残光を抑制するために蛍光体微粒子に添加する元素等が含まれていてもよく、この場合、母体材料及び付活剤とともに、これらの添加元素の原料を熱プラズマ中に投入することとなる。 The method for producing phosphor fine particles includes a step of passing through a thermal plasma through a powder of a base material that is a matrix of the phosphor and a powder of an activator that contains an element that is an emission center of the phosphor. According to this, the matrix material powder serving as the phosphor matrix and the activator powder containing the element serving as the emission center of the phosphor are introduced into the thermal plasma, so that the matrix material and the activator are obtained. The mixed gas can be contained and cooled as it leaves the thermal plasma. Therefore, the mixed gas is rapidly cooled by exiting from the thermal plasma, and atoms in the mixed gas are aggregated to produce phosphor fine particles. By agglomerating the atoms decomposed to the atomic level in the thermal plasma, for example, the particle size of the phosphor fine particles can be reduced as compared with the case where a solid phase method or the like is used. Can be. By using nano-sized phosphor fine particles, it is possible to achieve high brightness when used in a light-emitting element or the like. When the phosphor fine particles are used in a light emitting device used for a display device or the like, the phosphor fine particles having a smaller particle size emit light more than the phosphor fine particles having a larger particle size in the same volume. Since the surface area used can be increased, the luminance of the light-emitting element can be improved. Moreover, by using nano-sized phosphor fine particles, the surface of the phosphor fine particles is activated and the luminous efficiency can be increased. For example, a conventional dispersion-type EL element (for example, a sheet-type printed EL element) uses phosphor fine particles having a particle diameter of about 20 to 30 μm and is an activator serving as an emission center contributing to light emission. The addition area of Cu, Cl, etc. (area where the activator such as Cu, Cl segregates) is 1 to several places. This is because the addition area of the activator can be increased by 10 to 100 times and the luminous efficiency can be improved. The segregated area is formed by, for example, Cu segregating at the twin interface between hexagonal crystals and cubic crystals. Thereby, a kind of nanowire is formed, and since the nanowire has conductivity, a path for propagating carriers in the ZnS crystal is created, and the efficiency of the light emission mechanism is improved. The mixed gas containing the base material and the activator includes those in which the base material powder and the activator powder are decomposed to an atomic level to be in a gas phase state. May contain other elements. For example, in general, a mixed gas contains a plasma gas for generating thermal plasma. In addition, elements other than the element forming the luminescent center added to the phosphor fine particles may be contained. For example, in order to suppress the afterglow, the element added to the phosphor fine particles in order to improve the luminous efficiency. May contain elements to be added to the phosphor fine particles. In this case, together with the base material and the activator, the raw materials of these additive elements are put into the thermal plasma.

上記蛍光体微粒子の製造方法は、粉末を直接熱プラズマ中に導入するため、原料粉末を分散液中に分散させてスラリー等にする場合と比較して製造工程の簡略化を図ることができる。また、スラリーにするときに用いた分散液等が熱プラズマ装置中に残留することがなく熱プラズマ装置内の汚染を低減することができ、製造した蛍光体微粒子中に不純物が混入することを抑制することができる。 In the method for producing the phosphor fine particles, since the powder is directly introduced into the thermal plasma, the production process can be simplified as compared with the case where the raw material powder is dispersed in a dispersion to form a slurry or the like. In addition, the dispersion liquid used when making the slurry does not remain in the thermal plasma device, so that contamination in the thermal plasma device can be reduced, and contamination of impurities in the manufactured phosphor fine particles is suppressed. can do.

上記通過工程では、母体材料及び付活剤を含有する混合気体が熱プラズマ中からその外部に出ることで急冷されるが、予め熱プラズマ周囲の温度を制御することによって、母体材料及び発光中心材料を急冷させる温度を制御することが好ましい。熱プラズマ周囲の温度は、例えば、プラズマ室(プラズマを発生させるチャンバ)の前後にヒーターを取り付ける、熱プラズマ装置の周囲に水又は液体窒素を循環させることで冷却させるクライオ構造を設ける等のことによって制御することができる。例えば、母体材料が相転移点を有する物質である場合、母体材料及び発光中心材料を相転移点より低い又は高い温度まで急冷するように温度を制御することによって、製造された蛍光体微粒子の構造を制御することができる。 In the above-mentioned passing step, the mixed gas containing the base material and the activator is rapidly cooled by coming out of the thermal plasma, but by controlling the temperature around the thermal plasma in advance, the base material and the luminescent center material It is preferable to control the temperature at which the water is rapidly cooled. The temperature around the thermal plasma can be adjusted, for example, by attaching a heater before and after the plasma chamber (chamber for generating plasma), or by providing a cryostructure that is cooled by circulating water or liquid nitrogen around the thermal plasma device. Can be controlled. For example, when the base material is a substance having a phase transition point, the structure of the phosphor fine particles produced by controlling the temperature so that the base material and the luminescent center material are rapidly cooled to a temperature lower or higher than the phase transition point. Can be controlled.

上記熱プラズマを用いた蛍光体微粒子の製造方法は、クリーンで生産性が高く、高融点材料にも対応可能であり、他の気相法に比べて他の機構との複合化が容易であるといった利点を有する。例えば、化学蒸着法等の場合には、有機金属ガスや反応性の高いガスを利用するが、熱プラズマ法の場合には、プラズマ放電を用いた物理反応であるため、化学反応を用いる場合よりも装置内の汚染、装置を構成する部材の劣化を低減することができ、他の機構と複合化したときの影響が小さいと考えられる。また、上記蛍光体微粒子は、熱プラズマを用いて製造されることによって、例えば、固相法によって蛍光体微粒子を合成する場合と比較して、粒径を小さくすることができるため蛍光体微粒子の製造方法として好適である。 The method for producing phosphor fine particles using the above thermal plasma is clean and highly productive, can be applied to high melting point materials, and can be easily combined with other mechanisms as compared with other gas phase methods. It has the following advantages. For example, in the case of chemical vapor deposition or the like, an organic metal gas or a highly reactive gas is used. However, in the case of the thermal plasma method, since it is a physical reaction using plasma discharge, it is more than the case of using a chemical reaction. It is also considered that the contamination in the apparatus and the deterioration of the members constituting the apparatus can be reduced, and the influence when combined with other mechanisms is small. In addition, since the phosphor fine particles are manufactured using thermal plasma, the particle diameter can be reduced compared to the case where the phosphor fine particles are synthesized by, for example, a solid phase method. It is suitable as a manufacturing method.

上記熱プラズマとは、熱平衡状態にあるプラズマのことであり、通常はイオン、電子、中性原子等の温度がほぼ等しく、それらの温度が0.5〜2.0eVのプラズマのことをいう。熱プラズマを用いることによって、被熱物体を容易に高温に加熱することが可能である。また、熱プラズマ中では反応速度が大きく向上し、活性化エネルギーの高い反応でも容易に進行させることが可能となる。プラズマエネルギーは、例えば、プラズマ放電の電圧を調整することで制御することができる。また、RF(Radio Frequency)電源で放電を行う場合は周波数を調整することで制御することができる。 The above-mentioned thermal plasma is a plasma in a thermal equilibrium state, and usually refers to a plasma having substantially the same temperature of ions, electrons, neutral atoms, etc. and those temperatures of 0.5 to 2.0 eV. By using thermal plasma, it is possible to easily heat an object to be heated to a high temperature. In addition, the reaction rate is greatly improved in thermal plasma, and it is possible to easily proceed even with a reaction with high activation energy. The plasma energy can be controlled, for example, by adjusting the voltage of plasma discharge. Further, when discharging is performed with an RF (Radio Frequency) power source, it can be controlled by adjusting the frequency.

上記母体材料としては、BaMgAl1017(BAM)等の酸化物、GaN、AlN等の窒化物、ZnS、ZnSe、MgS、BaAl、並びに、BaSiS等の3元素化合物等の硫化物等が挙げられる。発光中心となる付活剤としては、Cu、Mn、Ag、Ir等の遷移金属元素、Ce、Eu、Tb等の希土類金属元素等が挙げられる。熱プラズマを用いた製造方法では、母体材料と付活剤の材料とが気相状態まで分解されるため、発光中心を形成する元素が母体材料中へ均一に添加された蛍光体微粒子を生成することができる。この観点からも、蛍光体微粒子の製造方法として熱プラズマを用いた製造方法を用いることは特に有効である。母体材料及び付活剤を気相状態にする観点からは、熱プラズマの中心温度が母体材料及び付活剤の沸点又は昇華点よりも高いことが好ましい。これにより、蛍光体微粒子の材料粉末を気相状態にすることができるため、蛍光体微粒子の粒径の縮小及び輝度の向上を図ることができる。また、蛍光体微粒子は、母体材料及び付活剤の他の元素を含んでいてもよく特に限定されない。例えば、発光効率を高めるための元素を含んでいてもよいし、残光等を抑制するための元素を含んでいてもよい。 Examples of the base material include oxides such as BaMgAl 10 O 17 (BAM), nitrides such as GaN and AlN, ZnS, ZnSe, MgS, BaAl 2 S 4 , and three-element compounds such as Ba 2 SiS 4 . Examples thereof include sulfides. Examples of the activator serving as the emission center include transition metal elements such as Cu, Mn, Ag, and Ir, and rare earth metal elements such as Ce, Eu, and Tb. In the manufacturing method using thermal plasma, since the base material and the activator material are decomposed to the gas phase state, phosphor fine particles in which the elements forming the emission center are uniformly added to the base material are generated. be able to. From this point of view, it is particularly effective to use a manufacturing method using thermal plasma as a method for manufacturing the phosphor fine particles. From the viewpoint of bringing the base material and the activator into a gas phase state, it is preferable that the center temperature of the thermal plasma is higher than the boiling point or sublimation point of the base material and the activator. Thereby, since the material powder of the phosphor fine particles can be in a gas phase state, the particle size of the phosphor fine particles can be reduced and the luminance can be improved. Further, the phosphor fine particles may contain other elements of the base material and the activator, and are not particularly limited. For example, an element for increasing luminous efficiency may be included, or an element for suppressing afterglow or the like may be included.

本発明の蛍光体微粒子の製造方法は、蛍光体の母体となる母体材料の粉末と蛍光体の発光中心となる付活剤の粉末とに熱プラズマ中を通過させる工程を含むものである限り、その他の構成要素を含んでいてもいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の蛍光体微粒子の製造方法における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
The phosphor fine particle production method of the present invention includes other steps as long as it includes a step of passing through a thermal plasma through a powder of a base material that is a base of the phosphor and an activator powder that is a light emission center of the phosphor. The component may or may not be included, and is not particularly limited.
The preferable form in the manufacturing method of the fluorescent fine particles of the present invention will be described in detail below.

上記母体材料は、硫化亜鉛であり、上記通過工程は、硫化亜鉛の粉末と付活剤の粉末とに中心温度が1000℃以上の熱プラズマ中を通過させることで、硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体にするものであることが好ましい。大気圧における硫化亜鉛の昇華温度は1180℃であるが、熱プラズマ装置の圧力は大気圧よりも低く、昇華温度も低い温度となるため、中心温度が1000℃以上の熱プラズマであれば、硫化亜鉛の粉末及び付活剤の粉末を原子レベル又はクラスターサイズまで分解し、気相状態にすることができる。クラスターとは、原子及び分子が、数個〜数十個集合した状態のものをいう。また、大気圧における硫化亜鉛の昇華点は1180℃であるため、上記通過工程は、硫化亜鉛の粉末と付活剤の粉末とに中心温度が1180℃以上の熱プラズマ中を通過させることがより好ましく、これによれば、熱プラズマ装置内の圧力が大気圧以下であれば、充分に硫化亜鉛の粉末及び付活剤の粉末を気相状態にすることができる。熱プラズマの温度が昇華温度未満である場合には、原子レベルまで分解されずに熱プラズマ中を通過してしまうおそれがある。熱プラズマの中心温度は、熱プラズマ装置の安定性の観点から10000℃以下であることが好ましい。10000℃以上である場合には、熱プラズマ装置中で発生させる熱プラズマの温度が安定しないおそれがある。また、硫化亜鉛の粉末と付活剤の粉末とを原子レベル又はクラスターサイズまで分解する観点からは、熱プラズマの中心温度は1100〜2000℃の温度範囲であることがより好ましく、硫化亜鉛の昇華温度が1180℃である観点から、熱プラズマの中心温度は1180〜2000℃であることが更に好ましい。熱プラズマの中心温度を1000℃以上にする観点からは、熱プラズマ装置のプラズマエネルギーを10kw以上、好ましくは20kw以上の出力で放電させることが好ましい。なお、硫化亜鉛の粉末と付活剤の粉末とに熱プラズマ中を通過させることで、硫化亜鉛の粉末と付活剤の粉末との温度を熱プラズマの温度にすることができる。 The base material is zinc sulfide, and in the passing step, the zinc sulfide and the activator are passed by passing the zinc sulfide powder and the activator powder through a thermal plasma having a center temperature of 1000 ° C. or higher. It is preferable that the mixed gas is contained. Although the sublimation temperature of zinc sulfide at atmospheric pressure is 1180 ° C., the pressure of the thermal plasma device is lower than atmospheric pressure and the sublimation temperature is also low. Zinc powder and activator powder can be decomposed to the atomic level or cluster size into a gas phase. A cluster means a state in which several to several tens of atoms and molecules are gathered. In addition, since the sublimation point of zinc sulfide at atmospheric pressure is 1180 ° C., the passing step is to pass the zinc sulfide powder and the activator powder through a thermal plasma having a center temperature of 1180 ° C. or higher. Preferably, according to this, if the pressure in the thermal plasma apparatus is equal to or lower than the atmospheric pressure, the zinc sulfide powder and the activator powder can be sufficiently brought into a gas phase state. When the temperature of the thermal plasma is lower than the sublimation temperature, the thermal plasma may pass through the thermal plasma without being decomposed to the atomic level. The center temperature of the thermal plasma is preferably 10000 ° C. or less from the viewpoint of the stability of the thermal plasma apparatus. When the temperature is 10000 ° C. or higher, the temperature of the thermal plasma generated in the thermal plasma apparatus may be unstable. Further, from the viewpoint of decomposing the zinc sulfide powder and the activator powder to the atomic level or cluster size, the center temperature of the thermal plasma is more preferably in the temperature range of 1100 to 2000 ° C., and the zinc sulfide sublimation is performed. From the viewpoint that the temperature is 1180 ° C, the center temperature of the thermal plasma is more preferably 1180 to 2000 ° C. From the viewpoint of setting the central temperature of the thermal plasma to 1000 ° C. or higher, it is preferable to discharge the plasma energy of the thermal plasma apparatus with an output of 10 kw or higher, preferably 20 kw or higher. The temperature of the zinc sulfide powder and the activator powder can be set to the temperature of the thermal plasma by allowing the zinc sulfide powder and the activator powder to pass through the thermal plasma.

上記通過工程は、硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体を100〜600℃に冷却するものであることが好ましい。これによれば、製造される蛍光体微粒子を、優先的に蛍光体として適した立方晶構造の硫化亜鉛とすることができる。上記硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体は、熱プラズマを出ると急冷されることとなるが、熱プラズマから出た後の5秒以内に100〜600℃の温度に冷却されることが好ましく、1秒以内に100〜600℃の温度に冷却されることがより好ましい。100〜600℃の温度まで冷却する時間が5秒を超えると六方晶の硫化亜鉛の生成が過剰に促進されるおそれがある。硫化亜鉛は、一般的に蛍光体材料として用いられている材料であり、大気圧下では1020℃に構造相転移点を有しており、1020℃以上の温度では、六方晶形の高温相が安定であり、1020℃以下の温度では、立方晶の低温相が安定である。そのため、固相法により蛍光体を製造する場合、1020℃以上の温度で焼成を行うと六方晶の結晶構造を有する硫化亜鉛になる傾向がある。また、固相法を用いて1000℃以下の温度で焼成を行うことにより付活剤を添加した硫化亜鉛微粒子を製造する場合、付活剤の粉末を構成する元素が充分に拡散されずに、発光効率が低下するおそれがある。本発明では、中心温度が1000℃以上の熱プラズマ中を通過した後、100〜600℃の構造相転移点以下の温度に急冷することによって、蛍光体に適した立方晶の硫化亜鉛を優先的に生成することができ、かつその粒径を小さくすることができる。また、急冷する温度を100℃未満にすることは難しく、冷却のための不必要なコストが発生するおそれがある。また、600℃を超えると結晶系が六方晶の蛍光体微粒子の含有割合が増加するおそれがある。なお、付活剤を添加していない常圧における硫化亜鉛の構造相転移点は1020℃であるが、本発明のように、Cu等の付活剤を添加し、更に減圧を行ったプラズマ装置内では、構造相転移点が700℃近辺に変化する場合がある。この点から、構造相転移点以下の温度である600℃に急冷することが好ましい。また、構造相転移点は、圧縮応力(主に、六方晶と立方晶の熱収縮係数の違いによって双晶界面で生じる歪み応力)によっても変化する。そのため、上記通過工程が、硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体を100〜600℃に冷却させるものであることによって、高輝度を有する蛍光体微粒子とすることができる。上記付活剤としては、Cu、Mn、塩素(Cl)等を用いることができる。なお、Cuを付活剤として用いた場合に、CuとZnSとの界面に形成されるCuの化合物は、導電性が一般的に高いため、Cuを付活剤として用いることが好ましい。界面を形成するものはCuの中でもx<yである組成がヘテロ接合(Cu/ZnS)を形成するうえで好ましい。上記急冷を100〜600℃の温度範囲で行う場合にはCuを用いることが特に好ましい。また、熱プラズマ装置内の圧力は、平均自由工程距離の大きな真空雰囲気であることが好ましい。そのため、熱プラズマ装置内の圧力の範囲としては1×10−4〜1×10−2Paであることが好ましく、1×10−3Pa程度であることがより好ましい。 It is preferable that the said passage process is what cools the mixed gas containing a zinc sulfide and an activator to 100-600 degreeC. According to this, the manufactured phosphor fine particles can be made into zinc sulfide having a cubic structure suitable as a phosphor preferentially. The mixed gas containing the zinc sulfide and the activator is rapidly cooled when exiting the thermal plasma, but may be cooled to a temperature of 100 to 600 ° C. within 5 seconds after exiting the thermal plasma. Preferably, it is more preferably cooled to a temperature of 100 to 600 ° C. within 1 second. If the time for cooling to a temperature of 100 to 600 ° C. exceeds 5 seconds, the production of hexagonal zinc sulfide may be excessively promoted. Zinc sulfide is a material generally used as a phosphor material, and has a structural phase transition point at 1020 ° C. under atmospheric pressure. A hexagonal high-temperature phase is stable at temperatures above 1020 ° C. At a temperature of 1020 ° C. or lower, the cubic low-temperature phase is stable. Therefore, when a phosphor is produced by a solid phase method, if it is fired at a temperature of 1020 ° C. or higher, it tends to be zinc sulfide having a hexagonal crystal structure. In addition, when producing zinc sulfide fine particles to which an activator is added by firing at a temperature of 1000 ° C. or less using a solid phase method, the elements constituting the powder of the activator are not sufficiently diffused, There is a possibility that the luminous efficiency may be lowered. In the present invention, after passing through a thermal plasma with a center temperature of 1000 ° C. or higher, the cubic zinc sulfide suitable for the phosphor is preferentially cooled by quenching to a temperature below the structural phase transition point of 100 to 600 ° C. And the particle size can be reduced. Moreover, it is difficult to set the temperature for rapid cooling to less than 100 ° C., and unnecessary costs for cooling may occur. Moreover, when it exceeds 600 degreeC, there exists a possibility that the content rate of the phosphor fine particle whose crystal system may be a hexagonal system may increase. In addition, although the structural phase transition point of zinc sulfide at normal pressure to which no activator is added is 1020 ° C., an activator such as Cu is added and the pressure is further reduced as in the present invention. In the case, the structural phase transition point may change to around 700 ° C. From this point, it is preferable to rapidly cool to 600 ° C., which is a temperature below the structural phase transition point. The structural phase transition point also changes depending on compressive stress (mainly, strain stress generated at the twin interface due to the difference in the heat shrinkage coefficient between hexagonal and cubic). For this reason, the above-mentioned passing step is to cool the mixed gas containing zinc sulfide and the activator to 100 to 600 ° C., so that the phosphor fine particles having high luminance can be obtained. As the activator, Cu, Mn, chlorine (Cl) or the like can be used. When Cu is used as an activator, Cu x S y compound formed at the interface between Cu and ZnS is generally highly conductive, so it is preferable to use Cu as the activator. . What forms an interface is preferable in forming a heterojunction (Cu x S y / ZnS) among Cu x S y in which x <y. It is particularly preferable to use Cu when the rapid cooling is performed in a temperature range of 100 to 600 ° C. Moreover, it is preferable that the pressure in a thermal plasma apparatus is a vacuum atmosphere with a large mean free process distance. Therefore, the pressure range in the thermal plasma apparatus is preferably 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 Pa, more preferably about 1 × 10 −3 Pa.

上記通過工程は、硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体を300〜500℃に冷却するものであることが好ましい。冷却する温度を300〜500℃とすることによって、立方晶である硫化亜鉛の割合を増加させることができ、より高い輝度の蛍光体微粒子とすることができる。 It is preferable that the said passage process is what cools the mixed gas containing a zinc sulfide and an activator to 300-500 degreeC. By setting the cooling temperature to 300 to 500 ° C., the proportion of cubic zinc sulfide can be increased, and phosphor particles with higher brightness can be obtained.

本発明は更に、上記蛍光体微粒子の製造方法を用いて製造された蛍光体微粒子でもある。熱プラズマ装置を用いて製造することで、固相法等で製造した場合と比較して蛍光体微粒子の粒径を細かくすることができ、この蛍光体微粒子を用いたEL素子等を高い輝度のものとすることができる。高い輝度を得る観点からは、粒径が10μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましく、100nm以下であることが更に好ましい。また、図5は、一つの蛍光体の粒子を示す模式図であるが、蛍光体の粒子15の中に六方晶構造18と立方晶構造17との双晶が形成されている場合、双晶界面16が存在する。このように、一つの蛍光体の粒子の中に双晶界面が少なくとも1箇所存在する蛍光体微粒子であることが好ましく、双晶界面の存在数はより高密度であることが好ましい。なお、双晶界面の存在数は、蛍光体粉末の後方電子線回折像(EBSP像)を観察することで確認することができる。平均粒径については、X線回折測定の回折ピーク幅より、下記式(1)で示すシェラーの式を用いて算出することができる。下記式(1)中において、Tは結晶粒の大きさ、λはX線回折測定に用いたX線の波長、Bはピークの半値幅、θは回折角を示している。
T=0.9λ/(B・cosθ) (1)
The present invention is also a phosphor fine particle produced by using the method for producing a phosphor fine particle. By manufacturing using a thermal plasma apparatus, the particle diameter of the phosphor fine particles can be made finer than when manufactured by a solid phase method or the like, and an EL element using the phosphor fine particles has a high luminance. Can be. From the viewpoint of obtaining high brightness, the particle size is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, and even more preferably 100 nm or less. FIG. 5 is a schematic diagram showing one phosphor particle. When twin crystals of a hexagonal crystal structure 18 and a cubic crystal structure 17 are formed in the phosphor particles 15, twin crystals are formed. There is an interface 16. Thus, it is preferable that the phosphor particles have at least one twin interface in one phosphor particle, and the number of twin interfaces is preferably higher. In addition, the number of twin interfaces can be confirmed by observing a back electron diffraction image (EBSP image) of the phosphor powder. The average particle diameter can be calculated from the diffraction peak width of the X-ray diffraction measurement using the Scherrer formula shown by the following formula (1). In the following formula (1), T is the size of the crystal grain, λ is the wavelength of the X-ray used in the X-ray diffraction measurement, B is the half width of the peak, and θ is the diffraction angle.
T = 0.9λ / (B · cos θ) (1)

上記母体材料は、硫化亜鉛であり、上記蛍光体微粒子は、実質的に立方晶で構成されている蛍光体微粒子であることが好ましい。ここで、実質的に立方晶で構成されているとは、立方晶が50%以上含まれていることをいう。硫化亜鉛には、高温相である六方晶のウルツ鉱型結晶と、低温相である立方晶の塩化ナトリウム型の結晶とが存在するが、硫化亜鉛を蛍光体として用いる場合、一旦、六方晶で形成したZnSを立方晶に転移させる際に、六方晶よりも立方晶の量が相対的に多いほうが双晶界面の量が多いため、六方晶であるよりも立方晶である方が高い輝度を得ることができる。上記蛍光体微粒子は、微量に六方晶の硫化亜鉛が混在していてもよいが、少なくとも80%以上の割合で立方晶の硫化亜鉛であることが好ましく、より好ましくは90%以上が立方晶の硫化亜鉛であることが好ましい。立方晶の割合については、X線回折(XRD)測定によりα−ZnS(ウルツ鉱)回折強度比とβ−ZnS(閃亜鉛鉱)の回折強度比から求めることができる。硫化亜鉛を母体材料とした蛍光体微粒子は、発光中心として銅が添加されていることが好ましく、母体材料に対する銅の添加率が0.01mol%であることがより好ましい。上記蛍光体微粒子を備えるEL素子は、フルカラーディスプレイ、照明器具等として使用することができる。 The base material is zinc sulfide, and the phosphor fine particles are preferably phosphor fine particles substantially composed of cubic crystals. Here, being substantially composed of cubic crystals means that 50% or more of cubic crystals are contained. In zinc sulfide, there are hexagonal wurtzite crystals that are high-temperature phases and cubic sodium chloride crystals that are low-temperature phases, but when zinc sulfide is used as a phosphor, it is once hexagonal crystals. When the formed ZnS is transferred to a cubic crystal, since the amount of twin interfaces is larger when the amount of cubic crystal is relatively larger than that of hexagonal crystal, the cubic crystal has higher brightness than the hexagonal crystal. Obtainable. The phosphor fine particles may contain a small amount of hexagonal zinc sulfide, but it is preferably cubic zinc sulfide at a ratio of at least 80%, more preferably 90% or more. Zinc sulfide is preferred. The proportion of cubic crystals can be determined from the diffraction intensity ratio of α-ZnS (wurtzite) and β-ZnS (zincblende) by X-ray diffraction (XRD) measurement. In the phosphor fine particles using zinc sulfide as a base material, copper is preferably added as an emission center, and the addition ratio of copper to the base material is more preferably 0.01 mol%. The EL element including the phosphor fine particles can be used as a full-color display, a lighting fixture, or the like.

本発明はそして、上記製造方法で製造した蛍光体微粒子を備えるエレクトロルミネッセンス表示装置でもある。これによれば、粒径が小さく高輝度の蛍光体微粒子を備えることによって、より高輝度のEL表示装置とすることができる。EL表示装置としては、例えば、シアノ樹脂、ポリエステル樹脂等のバインダ材料に蛍光体微粒子を混合してペースト状にして印刷した発光を行う層を、両側から電極で挟み込み電圧を印加することで発光させるもの等が挙げられる。発光した光を外部に取り出すため、両側から挟み込む電極の少なくとも一方は、酸化インジウム錫(ITO)等の透明電極であることが好ましい。また、発光を制御するためのドライバ回路等を備えていることが好ましい。 The present invention is also an electroluminescence display device including phosphor fine particles manufactured by the above manufacturing method. According to this, an EL display device with higher luminance can be obtained by providing phosphor fine particles having a small particle size and high luminance. As an EL display device, for example, a phosphor layer is mixed with a binder material such as a cyano resin or a polyester resin, and a light emitting layer printed in a paste form is sandwiched between electrodes from both sides, and light is emitted by applying a voltage. And the like. In order to extract emitted light to the outside, at least one of the electrodes sandwiched from both sides is preferably a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO). In addition, it is preferable to include a driver circuit for controlling light emission.

本発明はまた、上記蛍光体微粒子の製造方法で製造した蛍光体微粒子を備えるエレクトロルミネッセンス(EL)表示装置の製造方法でもある。上記製造方法で製造した蛍光体微粒子をEL表示装置に用いる蛍光体とすることで、より高輝度のEL表示装置とすることができる。 The present invention is also a method for producing an electroluminescence (EL) display device including the phosphor fine particles produced by the method for producing phosphor fine particles. By using the phosphor fine particles produced by the above production method as a phosphor used in an EL display device, an EL display device with higher luminance can be obtained.

本発明の蛍光体微粒子の製造方法によれば、製造工程を簡略化することができるとともに、ナノサイズの粒径を有し、かつ高輝度の蛍光体微粒子を製造することができる。 According to the method for producing phosphor fine particles of the present invention, the production process can be simplified, and phosphor particles having a nano-size particle size and high brightness can be produced.

以下に実施例を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Although an Example is hung up below and this invention is demonstrated still in detail with reference to drawings, this invention is not limited only to these Examples.

(実施例1)
図1は、熱プラズマ装置の構成と蛍光体微粒子の製造方法を示す概略図である。蛍光体微粒子を製造する装置としては、熱プラズマ装置(日清エンジニアリング社製)を用いた。上記熱プラズマ装置100は、冷却するためのチャンバ102に原料供給装置106が接続されており、原料供給装置106にはプラズマガス供給源101a及び101bに接続された配管110と、蛍光体微粒子の原料を外部から供給するための配管が接続されている。また、原料供給装置106の外側には、その周囲を取り巻くように高周波発振用コイル105が配置されており、これにより、原料供給装置106内部に熱プラズマ14を発生させることができる。チャンバ102内には形成された蛍光体微粒子を収集するためのフィルタ103が設けられており、そのフィルタ103を通してチャンバ102内のガスを吸引するための配管104が設けられている。また、熱プラズマ装置100のチャンバ102の周囲にヒーターを取り付けて加熱することや、水又は液体窒素を循環させる管を取り付けて水又は液体窒素を循環させることでより効率的な温度制御を行うことができる。
Example 1
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a thermal plasma apparatus and a method for producing phosphor fine particles. A thermal plasma apparatus (manufactured by Nissin Engineering Co., Ltd.) was used as an apparatus for producing phosphor fine particles. In the thermal plasma apparatus 100, a raw material supply apparatus 106 is connected to a chamber 102 for cooling. The raw material supply apparatus 106 has a pipe 110 connected to plasma gas supply sources 101a and 101b, and a raw material of phosphor fine particles. A pipe for supplying the gas from the outside is connected. In addition, a high-frequency oscillation coil 105 is disposed outside the raw material supply device 106 so as to surround the periphery of the raw material supply device 106, whereby the thermal plasma 14 can be generated inside the raw material supply device 106. A filter 103 for collecting the formed phosphor fine particles is provided in the chamber 102, and a pipe 104 for sucking the gas in the chamber 102 through the filter 103 is provided. Further, more efficient temperature control can be performed by attaching a heater around the chamber 102 of the thermal plasma apparatus 100, or by attaching a pipe for circulating water or liquid nitrogen to circulate water or liquid nitrogen. Can do.

図1を用いて、実施例1に係る発光中心となる銅を添加した硫化亜鉛微粒子の製造方法について説明する。まず、チャンバ102内部を真空引きし、その後、プラズマガス供給源101a及び101bから配管110を通して、Arガス又はNガスを原料供給装置106に導入する。Arガスは3cm/min.の流量で、Nガスは3cm/min.の流量で原料供給装置106に供給される。このとき、チャンバ内の圧力は1×10−3Paで設定している。そして、20kWのプラズマエネルギーで熱プラズマ14を発生させる。このとき、熱プラズマ14の中心部14aの温度は2000℃であり、熱プラズマ14の外周部14bの温度は200〜500℃である。なお、硫化亜鉛を母体材料とした蛍光体材料を製造する際にはプラズマガスとしてArガスを用いることが好ましいが、その他、窒素、アルゴン、水素等を使用することもできる。 A method for producing zinc sulfide fine particles to which copper serving as a light emission center is added according to Example 1 will be described with reference to FIG. First, the inside of the chamber 102 is evacuated, and then Ar gas or N 2 gas is introduced into the raw material supply apparatus 106 from the plasma gas supply sources 101 a and 101 b through the pipe 110. Ar gas was 3 cm 3 / min. N 2 gas is 3 cm 3 / min. To the raw material supply device 106 at a flow rate of At this time, the pressure in the chamber is set to 1 × 10 −3 Pa. Then, thermal plasma 14 is generated with plasma energy of 20 kW. At this time, the temperature of the central portion 14a of the thermal plasma 14 is 2000 ° C., and the temperature of the outer peripheral portion 14b of the thermal plasma 14 is 200 to 500 ° C. In addition, when manufacturing a phosphor material using zinc sulfide as a base material, it is preferable to use Ar gas as a plasma gas, but nitrogen, argon, hydrogen, or the like can also be used.

次に、熱プラズマ装置の原料供給装置106から、蛍光体微粒子の母体材料として粒径が1〜5μmの硫化亜鉛粉末11を50g、発光中心となる付活剤として硫化銅粉末12を0.5g投入する。投入された硫化亜鉛粉末11及び硫化銅粉末12は、熱プラズマの中心部14aを通過して原子レベルまで分解された気相状態となる。気相状態となった硫化亜鉛及び硫化銅は熱プラズマ14中で10msの滞留時間を経てチャンバ102内に引き込まれる。気相状態の硫化亜鉛及び硫化銅は、熱プラズマ14中を通過した直後に100〜200℃に急冷される。急冷されることで凝集が起こり蛍光体微粒子13は生成される。凝集して形成された蛍光体微粒子13は、フィルタ103によって回収され、白抜きの矢印で示された部分からチャンバを開けて蛍光体微粒子を外部に搬出する。このとき、生成されたZnS:Cuの蛍光体微粒子13の平均粒径が97nmであり、ナノサイズの蛍光体微粒子が生成されている。また、生成された蛍光体微粒子中の立方晶の割合は、60%であり、残りは六方晶である。そして、六方晶と立方晶との双晶界面は、1個の蛍光体粒子の中に1〜2箇所の割合で存在していた。ここで、図2に、実施例1で生成された蛍光体微粒子についてX線回折測定を行った結果を示す。平均粒径については、X線回折測定の回折ピークの半値幅より、シェラーの式を用いて算出している。回折ピークの半値幅については、回折面のいずれのピークの半値幅を用いても理論上は変化しないが、測定の誤差を小さくするため、最大のピーク値を示す回折面のピークを用いることが好ましい。例えば、硫化亜鉛の立方晶ではβ−ZnS(200)の回折面、六方晶ではα−ZnS(100)の回折面のピークの半値幅を用いることが好ましい。 Next, 50 g of zinc sulfide powder 11 having a particle size of 1 to 5 μm is used as a base material of phosphor fine particles, and 0.5 g of copper sulfide powder 12 is used as an activator serving as a light emission center, from the raw material supply device 106 of the thermal plasma apparatus. throw into. The charged zinc sulfide powder 11 and copper sulfide powder 12 pass through the center 14a of the thermal plasma and are in a gas phase state decomposed to the atomic level. Zinc sulfide and copper sulfide in a gas phase state are drawn into the chamber 102 after a residence time of 10 ms in the thermal plasma 14. The zinc sulfide and copper sulfide in the gas phase are rapidly cooled to 100 to 200 ° C. immediately after passing through the thermal plasma 14. Aggregation occurs due to the rapid cooling, and the phosphor fine particles 13 are generated. The fluorescent fine particles 13 formed by aggregation are collected by the filter 103, and the fluorescent fine particles are carried out by opening the chamber from the portion indicated by the white arrow. At this time, the average particle diameter of the produced ZnS: Cu phosphor fine particles 13 is 97 nm, and nano-sized phosphor fine particles are produced. Further, the proportion of cubic crystals in the produced phosphor fine particles is 60%, and the rest are hexagonal crystals. And the twin interface of a hexagonal crystal and a cubic crystal existed in the ratio of 1-2 places in one fluorescent substance particle. Here, in FIG. 2, the result of having performed X-ray diffraction measurement about the fluorescent substance fine particle produced | generated in Example 1 is shown. The average particle size is calculated using the Scherrer equation from the half-value width of the diffraction peak of the X-ray diffraction measurement. The half-value width of the diffraction peak does not change theoretically even if the half-value width of any peak on the diffraction surface is used, but in order to reduce the measurement error, the peak of the diffraction surface showing the maximum peak value should be used. preferable. For example, it is preferable to use the full width at half maximum of the diffraction plane of β-ZnS (200) for cubic crystals of zinc sulfide and the diffraction plane of α-ZnS (100) for hexagonal crystals.

このようにして生成された蛍光体微粒子は、その粒度分布幅が小さく、均一な粒径を有し、粗大粒子の混入が少ないものとすることができる。 The phosphor fine particles thus produced can have a small particle size distribution width, a uniform particle size, and a small amount of coarse particles.

ここで得られたZnS:Cu微粒子は、バインダ材料と混合されてペースト状にされる。そして、ペースト状にされたZnS:Cu微粒子を印刷して無機ELパネルを作製する。このとき、無機ELパネルは、バインダ材料中に微粒子を含む発光層を酸化インジウム錫(ITO)電極と、銀(Ag)からなる電極とで挟んで構成された無機EL素子を含んで構成されている。 The ZnS: Cu fine particles obtained here are mixed with a binder material to form a paste. Then, an inorganic EL panel is manufactured by printing the paste-like ZnS: Cu fine particles. At this time, the inorganic EL panel includes an inorganic EL element configured by sandwiching a light emitting layer containing fine particles in a binder material between an indium tin oxide (ITO) electrode and an electrode made of silver (Ag). Yes.

(実施例2)
実施例2に係る発光中心となる銅を添加した硫化亜鉛微粒子の製造方法は、熱プラズマ装置の原料供給装置から投入する硫化銅粉末が0.1gである(硫化銅を1重量%添加したものである)こと以外は、実施例1と同様である。実施例2で生成されたZnS:Cuの蛍光体微粒子の平均粒径は、10nmであり、ナノサイズの蛍光体微粒子が生成されている。また、生成された蛍光体微粒子中の立方晶の割合は、50%であり、残りは六方晶である。そして、六方晶と立方晶との双晶界面は、1個の蛍光体粒子の中に1〜2箇所の割合で存在していた。ここで、図3に、実施例2で生成された蛍光体微粒子についてX線回折測定を行った結果を示す。実施例1と同様に平均粒径については、X線回折測定の回折ピークの半値幅より、シェラーの式を用いて算出している。
(Example 2)
In the method for producing zinc sulfide fine particles to which copper serving as an emission center according to Example 2 is added, the amount of copper sulfide powder charged from the raw material supply device of the thermal plasma apparatus is 0.1 g (added with 1% by weight of copper sulfide). This is the same as Example 1. The average particle diameter of the ZnS: Cu phosphor fine particles produced in Example 2 is 10 nm, and nano-sized phosphor fine particles are produced. Further, the proportion of cubic crystals in the produced phosphor fine particles is 50%, and the rest are hexagonal crystals. And the twin interface of a hexagonal crystal and a cubic crystal existed in the ratio of 1-2 places in one fluorescent substance particle. Here, in FIG. 3, the result of having performed the X-ray-diffraction measurement about the fluorescent substance fine particle produced | generated in Example 2 is shown. Similar to Example 1, the average particle diameter is calculated using the Scherrer equation from the half-value width of the diffraction peak of the X-ray diffraction measurement.

(比較例1)
比較例1に係る硫化亜鉛微粒子の製造方法は、熱プラズマ装置の原料供給装置106から硫化銅粉末を投入していない(硫化銅は無添加である)こと以外は、実施例1と同様である。比較例1で生成されたZnSの蛍光体微粒子の平均粒径は、12nmであり、実施例1及び2により生成された蛍光体微粒子よりも粒子径の大きいものである。また、硫化銅粉末を投入していないため蛍光体微粒子とはなっていない。ここで、図4に、比較例1で生成された硫化亜鉛微粒子についてX線回折測定を行った結果を示す。実施例1と同様に平均粒径については、X線回折測定の回折ピークの半値幅より、シェラーの式を用いて算出している。
(Comparative Example 1)
The method for producing zinc sulfide fine particles according to Comparative Example 1 is the same as that of Example 1 except that no copper sulfide powder is added from the raw material supply device 106 of the thermal plasma apparatus (no copper sulfide is added). . The average particle diameter of the phosphor particles of ZnS produced in Comparative Example 1 is 12 nm, which is larger than that of the phosphor particles produced in Examples 1 and 2. Further, since the copper sulfide powder is not added, the phosphor fine particles are not formed. Here, in FIG. 4, the result of having performed the X-ray-diffraction measurement about the zinc sulfide fine particle produced | generated by the comparative example 1 is shown. Similar to Example 1, the average particle diameter is calculated using the Scherrer equation from the half-value width of the diffraction peak of the X-ray diffraction measurement.

(比較例2)
比較例2では、固相法を用いた硫化亜鉛微粒子の製造方法について説明する。まず、蛍光体微粒子の母体材料として粒径が1〜5μmの硫化亜鉛粉末を50g、発光中心となる付活剤として銅粉末0.05gを湿式混合して乾燥させる。その後、石英の坩堝等に乾燥させた原料粉末を充填し、不活性ガス雰囲気下、800℃で焼成を行う。焼成を行った後蛍光体微粒子の表面に付着した硫化銅を洗浄し、分級を行う。このようにして生成した蛍光体微粒子の平均粒径は、10〜30μmである。また、生成された蛍光体微粒子中の立方晶の割合は、95%であり、残りは六方晶である。そして、六方晶と立方晶との双晶界面は、10個の蛍光体粒子の中に1〜2個の割合で存在していた。ここで得られるZnS:Cu微粒子は、バインダ材料と混合されてペースト状にされる。そして、ペースト状にされたZnS:Cu微粒子を印刷して、無機ELパネルを作製する。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a method for producing zinc sulfide fine particles using a solid phase method will be described. First, 50 g of zinc sulfide powder having a particle diameter of 1 to 5 μm is used as a base material of the phosphor fine particles, and 0.05 g of copper powder is wet mixed as an activator serving as a light emission center and dried. Thereafter, the dried raw material powder is filled in a quartz crucible or the like and fired at 800 ° C. in an inert gas atmosphere. After firing, the copper sulfide adhering to the surface of the phosphor fine particles is washed and classified. The average particle size of the phosphor fine particles thus produced is 10 to 30 μm. Further, the proportion of cubic crystals in the produced phosphor fine particles is 95%, and the rest are hexagonal crystals. And the twin interface of a hexagonal crystal and a cubic crystal existed in the ratio of 1-2 pieces in 10 fluorescent substance particles. The ZnS: Cu fine particles obtained here are mixed with a binder material to form a paste. Then, the paste-like ZnS: Cu fine particles are printed to produce an inorganic EL panel.

熱プラズマ装置の構成と蛍光体微粒子の製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a thermal plasma apparatus, and the manufacturing method of fluorescent microparticles. 実施例1に係る硫化亜鉛微粒子のX線回折測定の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of X-ray diffraction measurement of zinc sulfide fine particles according to Example 1. 実施例2に係る硫化亜鉛微粒子のX線回折測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the X-ray-diffraction measurement of the zinc sulfide fine particle which concerns on Example 2. FIG. 比較例1に係る硫化亜鉛微粒子のX線回折測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the X-ray-diffraction measurement of the zinc sulfide fine particle concerning the comparative example 1. 蛍光体の粒子中の双晶界面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the twin interface in the particle | grains of fluorescent substance.

符号の説明Explanation of symbols

11:母体材料の粉末
12:付活剤粉末
13:蛍光体微粒子
14:熱プラズマ
14a:熱プラズマ中心部
14b:熱プラズマ外周部
15:蛍光体の粒子
16:双晶界面
17:立方晶構造
18:六方晶構造
101a、101b:プラズマガス供給源
102:チャンバ
103:フィルタ
104:ガス吸引管
105:高周波発振用コイル
106:原料供給装置
11: powder of base material 12: activator powder 13: phosphor fine particles 14: thermal plasma 14a: thermal plasma central portion 14b: thermal plasma outer peripheral portion 15: phosphor particles 16: twin interface 17: cubic structure 18 : Hexagonal structure 101a, 101b: plasma gas supply source 102: chamber 103: filter 104: gas suction tube 105: coil for high frequency oscillation 106: raw material supply device

Claims (7)

蛍光体微粒子を製造する方法であって、
該製造方法は、蛍光体の母体となる母体材料の粉末と蛍光体の発光中心となる元素を含む付活剤の粉末とに熱プラズマ中を通過させる工程を含むことを特徴とする蛍光体微粒子の製造方法。
A method for producing phosphor fine particles, comprising:
The production method includes a step of passing through a thermal plasma a powder of a base material that is a base material of the phosphor and a powder of an activator that contains an element that is a light emission center of the phosphor. Manufacturing method.
前記母体材料は、硫化亜鉛であり、
前記通過工程は、硫化亜鉛の粉末と付活剤の粉末とに中心温度が1000℃以上の熱プラズマ中を通過させることで、硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体にするものであることを特徴とする請求項1記載の蛍光体微粒子の製造方法。
The base material is zinc sulfide,
In the passing step, the zinc sulfide powder and the activator powder are passed through a thermal plasma having a center temperature of 1000 ° C. or higher to form a mixed gas containing zinc sulfide and the activator. The method for producing phosphor fine particles according to claim 1.
前記通過工程は、硫化亜鉛及び付活剤を含有する混合気体を100〜600℃に冷却するものであることを特徴とする請求項2記載の蛍光体微粒子の製造方法。 The method for producing phosphor fine particles according to claim 2, wherein in the passing step, a mixed gas containing zinc sulfide and an activator is cooled to 100 to 600 ° C. 前記通過工程は、混合気体を300〜500℃に冷却するものであることを特徴とする請求項3記載の蛍光体微粒子の製造方法。 4. The method for producing phosphor fine particles according to claim 3, wherein in the passing step, the mixed gas is cooled to 300 to 500 ° C. 請求項1〜4のいずれかに記載の蛍光体微粒子の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする蛍光体微粒子。 A phosphor fine particle produced using the method for producing a phosphor fine particle according to claim 1. 前記母体材料は、硫化亜鉛であり、
前記蛍光体微粒子は、実質的に立方晶で構成されていることを特徴とする請求項5記載の蛍光体微粒子。
The base material is zinc sulfide,
6. The phosphor fine particles according to claim 5, wherein the phosphor fine particles are substantially composed of cubic crystals.
請求項5又は6記載の蛍光体微粒子を備えることを特徴とするエレクトロルミネッセンス表示装置。 An electroluminescent display device comprising the phosphor fine particles according to claim 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012025861A (en) * 2010-07-23 2012-02-09 Kuraray Co Ltd Zinc sulfide phosphor and its manufacturing method

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