JP2012092233A - Oxynitride phosphor and method for producing the same - Google Patents

Oxynitride phosphor and method for producing the same Download PDF

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Chie Kin
知慧 金
Masato Kakihana
垣花眞人
Hideki Kato
加藤英樹
Satoko Tezuka
手束聡子
Yuji Takatsuka
高塚裕二
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxynitride phosphor which is efficiently excited by near-ultraviolet or visible light, and a method for efficiently producing the oxynitride phosphor.SOLUTION: The oxynitride phosphor comprises: two or more elements selected from among B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf and Ta; Si, O, N and a rare earth element as an activation element, and is represented by the chemical formula: (AM)SiONor the chemical formula: (AM)BSiON. In the formulae, the element A is one or more elements selected from among alkali metals and alkaline earth metals; the element M is B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf or Ta other than the element A; and the element B is a tri- or tetravalent element.

Description

本発明は、酸窒化物蛍光体とその製造方法に関し、さらに詳しくは近紫外発光ダイオードの発光波長領域で高輝度の蛍光を発する紫外線励起型の蛍光体、FED(電解放射型ディスプレイ)、無機EL等の表示ディスプレイに用いる蛍光体として好適に使用できる賦活物質として希土類元素が添加された高蛍光輝度の酸窒化物蛍光体とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an oxynitride phosphor and a method for manufacturing the same, and more particularly, an ultraviolet-excited phosphor that emits high-intensity fluorescence in a light emission wavelength region of a near-ultraviolet light-emitting diode, an FED (electrolytic emission display), and an inorganic EL. The present invention relates to an oxynitride phosphor having a high fluorescence brightness to which a rare earth element is added as an activator that can be suitably used as a phosphor used in a display such as a display and a method for producing the same.

近年、白色LEDの開発が進み、白熱電灯や蛍光灯に替る照明として期待されている。
従来の白色LEDは、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で知られるYGA系酸化物にCeを添加した蛍光体を、青色LEDの封止樹脂中に分散させたもの(特許文献1〜3参照)が知られている。これらは携帯電話のフロントライトや簡易照明器具に用いられているが、これらの白色LEDは色再現性や演色性が悪く、その改善が求められていた。
In recent years, the development of white LEDs has progressed, and it is expected as illumination replacing incandescent lamps and fluorescent lamps.
In a conventional white LED, a phosphor in which Ce is added to a YGA-based oxide known from the composition formula of (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 is dispersed in a blue LED sealing resin. The thing (refer patent documents 1-3) is known. Although these are used for the front light of a mobile phone or a simple lighting device, these white LEDs have poor color reproducibility and color rendering, and their improvement has been demanded.

そこで、最近新規蛍光体として、CaAlSiN:Eu2+(特許文献4)やMSi:Eu2+(非特許文献1)などの窒化物蛍光体、βサイアロン:Eu2+(非特許文献2)、αサイアロン:Eu2+(非特許文献3、4)やBaSi12:Eu2+(特許文献5)などの酸窒化物蛍光体が開発された。
これらの蛍光体は結晶構造の骨格にSiN、Si(N,O)、ないしAlN四面体を含み、強固な骨格を持つことで発光効率の温度特性に優れていることが知られている。
Therefore, recently, as new phosphors, nitride phosphors such as CaAlSiN 3 : Eu 2+ (Patent Document 4) and M 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ (Non-Patent Document 1), β sialon: Eu 2+ (Non-Patent Document) 2) Oxynitride phosphors such as α sialon: Eu 2+ (Non-Patent Documents 3 and 4) and Ba 3 Si 6 O 12 N 2 : Eu 2+ (Patent Document 5) have been developed.
These phosphors contain SiN 4 , Si (N, O) 4 , or AlN 4 tetrahedra in the skeleton of the crystal structure, and are known to have excellent luminous efficiency temperature characteristics by having a strong skeleton. Yes.

酸窒化物蛍光体の合成は、サイアロン(sialon)の合成が盛んであり、非晶質珪素とAl又はAlNと、金属酸化物を所定量混合し、窒素ガスやアンモニアガスを含むArガス中で焼成する方法(特許文献6)や、Al(焼成の過程でAlに変化する硝酸塩や硫酸塩などを含む)、CaO(焼成の過程でCaOに変化する炭酸塩や硝酸塩などを含む)、SiO(焼成の過程でSiOに変化する炭酸塩や硝酸塩などを含む)、及び炭素(炭化水素などの炭素を含む化合物でもよい)を、αサイアロンを生成し得る所定量の割合で採取、混合し、カーボンボートに入れて窒素気流中で例えば1400〜1600℃、30分〜5時間の還元窒化反応(以下、焼成という)を行う合成法(特許文献7参照)が知られている。 As for the synthesis of oxynitride phosphors, the synthesis of sialon is popular, in which amorphous silicon, Al or AlN, and a metal oxide are mixed in a predetermined amount in Ar gas containing nitrogen gas or ammonia gas. A method of firing (Patent Document 6), Al 2 O 3 (including nitrates and sulfates that change to Al 2 O 3 during the firing process), CaO (carbonates and nitrates that change to CaO during the firing process, etc.) ), SiO 2 (including carbonates and nitrates that change to SiO 2 in the course of firing), and carbon (may be a compound containing carbon such as hydrocarbons) in a predetermined amount capable of producing α-sialon. A synthesis method (see Patent Document 7) is known in which a sample is collected and mixed at a ratio, and is placed in a carbon boat and subjected to a reductive nitridation reaction (hereinafter referred to as firing) for 1400 to 1600 ° C. for 30 minutes to 5 hours in a nitrogen stream. Have .

また、ゾルゲル法を用いたオキシナイトライドガラスの合成法として、比表面積300〜500m/gのホウケイ酸ガラスゲルをNH中で400から750℃で熱処理して、NHをルイス酸として表面に結合させ、900℃で焼成することが知られている(非特許文献5)。 Further, as a method for synthesizing oxynitride glass using the sol-gel method, a borosilicate glass gel having a specific surface area of 300 to 500 m 2 / g is heat-treated in NH 3 at 400 to 750 ° C., and NH 3 is used as a Lewis acid on the surface. It is known that they are bonded and fired at 900 ° C. (Non-patent Document 5).

最近、アルカリ土類金属添加αサイアロン:Eu2+を合成する方法として金属塩を水溶液にしてSiOと混合し、その水溶液にクエン酸を加えて加熱してゲル化させ、そのゲル体を乾燥熱分解することで前駆体を形成する。この前駆体を還元雰囲気ガス(炭化水素ガスとアンモニアの混合ガス)中1300〜1400℃で焼成、更に窒素ガス中、1700℃で焼成してαサイアロン:Eu2+を合成する方法が提案されている(特許文献8、9)。 Recently, as a method of synthesizing alkaline earth metal-added α sialon: Eu 2+ , a metal salt is made into an aqueous solution and mixed with SiO 2, and citric acid is added to the aqueous solution to heat it to gel, and the gel body is dried by heat. A precursor is formed by decomposing. A method has been proposed in which α sialon: Eu 2+ is synthesized by firing this precursor in a reducing atmosphere gas (mixed gas of hydrocarbon gas and ammonia) at 1300 to 1400 ° C. and further in nitrogen gas at 1700 ° C. (Patent Documents 8 and 9).

特許第2900928号公報Japanese Patent No. 2900928 特許第2927279号公報Japanese Patent No. 2927279 特許第2998696号公報Japanese Patent No. 2998696 特許第3837588号公報Japanese Patent No. 3837588 特開2008−138156号公報JP 2008-138156 A 特開昭62−223009号公報JP-A-62-222309 特開2001−026407号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-026407 WO2006/132188号公報WO2006 / 132188 特開2005−306692号公報JP 2005-306692 A

H.A.Hoppe、et.al.、J.Phys.Chem.Solids.、2000、vol.61、pp.2001H. A. Hoppe, et. al. , J .; Phys. Chem. Solids. 2000, vol. 61, pp. 2001 N.Hirosaki、et.al.、Appl.Phys.Lett.,2005、vol.86、p.211905N. Hirosaki, et. al. Appl. Phys. Lett. , 2005, vol. 86, p. 211905 J.W.H.van Krevel、et.al.、J.Solid State Chem.,2002、vol.165、p.19J. et al. W. H. van Krevel, et. al. , J .; Solid State Chem. , 2002, vol. 165, p. 19 R.−J.Xie、et.al.、J.Am.Ceram.Soc.,2002、vol.85、p.1229R. -J. Xie, et. al. , J .; Am. Ceram. Soc. , 2002, vol. 85, p. 1229 作花済夫著「オキシナイトライドガラス」内田老鶴圃、1989年、p.49−52Sakuo Sakuo, "Oxynitride Glass", Uchida Otsukuru, 1989, p. 49-52 P.Dorenbos、J.Lumin.2003、vol.104、p.239P. Dorenbos, J. et al. Lumin. 2003, vol. 104, p. 239 P.Dorenbos、J.Lumin.2005、vol.111、p.89P. Dorenbos, J. et al. Lumin. 2005, vol. 111, p. 89

自然界にはSiOを含む鉱物が多数存在している。それらの中で2価や3価の希土類元素を添加することで蛍光体になるものとして、B、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素を含むシリケートがある。
一般に酸化物中の希土類元素の励起エネルギーは大きく、近紫外や可視光で励起することが難しい。酸素よりも窒素は電気陰性度が小さく、共有結合性が高いため蛍光体の励起エネルギーが小さくなると言われている(非特許文献6、7)。そのためシリケートを部分窒化すると励起エネルギーが下がると思われる。
Many minerals containing SiO 2 exist in nature. Among them, B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, etc. can be obtained by adding a divalent or trivalent rare earth element. There is a silicate containing two or more elements selected from Zr, Nb, Ba, La, Hf, and Ta.
In general, the excitation energy of rare earth elements in oxides is large, and it is difficult to excite with near ultraviolet or visible light. It is said that nitrogen has lower electronegativity than oxygen and has high covalent bonding properties, so that the excitation energy of the phosphor is reduced (Non-Patent Documents 6 and 7). For this reason, it is considered that the excitation energy decreases when the silicate is partially nitrided.

また、シリケートを部分窒化する場合、アニオンである酸素の原子位置を窒素原子で置換するが酸素と窒素では価数が違うため、電荷のバランスが崩れるため窒素の置換が進まないという問題がある。その対策として電荷がバランスするようにカチオンの原子位置にも適切な原子を置換することが必要になる。部分窒化を行う前の前駆体は窒素がないため化学量論的には窒素分だけ空孔が存在している。従って高温で焼成して結晶化すると他のシリケートが生成し、窒化が難しくなる。そのため非晶質であることが望ましい。   In addition, when the silicate is partially nitrided, the atomic position of oxygen, which is an anion, is replaced with a nitrogen atom. However, since oxygen and nitrogen have different valences, there is a problem that the substitution of nitrogen does not proceed because the charge balance is lost. As a countermeasure, it is necessary to substitute an appropriate atom at the cation atom position so as to balance the charge. Since the precursor before partial nitridation does not contain nitrogen, stoichiometrically there are vacancies corresponding to the nitrogen content. Therefore, when baked at high temperature and crystallized, other silicates are formed and nitriding becomes difficult. Therefore, it is desirable to be amorphous.

また、固相法のような酸化物や炭酸塩などの原料粒子を混合してガラス質を形成させた場合、特にシリケートを合成するためのSi源としてSiOの粒子を使うと拡散速度が小さいため低温では窒化できない。 In addition, when raw material particles such as oxides and carbonates are mixed to form a vitreous as in the solid phase method, the diffusion rate is low particularly when SiO 2 particles are used as a Si source for synthesizing silicate. Therefore, it cannot be nitrided at low temperatures.

ゾルゲル法やクエン酸ゲル化法を用いる場合、Si源としてテトラエトキシシラン(TEOS)などのアルコキシドを用い、水と混合しないため非水系で合成する必要がある。またテトラエトキシシラン(TEOS)などは沸点が低いため加熱中に蒸発して組成制御が難しく適切なSi源が無かったという問題がある。   When using the sol-gel method or the citric acid gelation method, it is necessary to use an alkoxide such as tetraethoxysilane (TEOS) as the Si source and to synthesize it in a non-aqueous system because it does not mix with water. Further, tetraethoxysilane (TEOS) has a low boiling point, and thus has a problem that it is difficult to control the composition because it evaporates during heating and there is no appropriate Si source.

このような状況を鑑み、本発明は効率よく近紫外や可視光で励起する酸窒化物蛍光体と、その酸窒化物蛍光体の効率的な製造方法を提供するものである。   In view of such circumstances, the present invention provides an oxynitride phosphor that is efficiently excited by near-ultraviolet light or visible light, and an efficient method for producing the oxynitride phosphor.

本発明者らは、係る技術的課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、B、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素とSi、O、Nおよび賦活元素としての希土類元素を含む酸窒化物蛍光体、一般式(A1−x)SiOn−y、又は、一般式(A1−x)BSiOm−yのいずれかであらわされる酸窒化物蛍光体が近紫外や可視光で励起する蛍光体として有用であることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the technical problem, the present inventors have obtained B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, An oxynitride phosphor containing two or more elements selected from Nb, Ba, La, Hf, and Ta, Si, O, N, and a rare earth element as an activating element, general formula (A 1-x M x ) An oxynitride phosphor represented by either SiO n-y N y or general formula (A 1-x M x ) BSiO m-y N y is useful as a phosphor that is excited by near ultraviolet or visible light. I found out.

このような酸窒化物蛍光体の製造方法として、水に溶解した金属塩と水溶性珪素化合物を混合する工程と、金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸と金属元素のモル数の6倍を加えた混合溶液又は金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸と金属元素のモル数の6倍から12倍のグリコールを加えた混合溶液として、その得られた混合溶液を加熱してゲル体を作製する工程と、得られたゲル体を酸化雰囲気中で加熱して有機物を分解することにより前駆体化合物を得て、その前駆体化合物を還元窒化雰囲気中での加熱により酸窒化物蛍光体を製造することで様々な上記課題を解決できることを見出し、本発明の完成に至った。   As a method for producing such an oxynitride phosphor, a step of mixing a metal salt dissolved in water and a water-soluble silicon compound, and a mole of oxycarboxylic acid and metal element that is 3 to 8 times the number of moles of the metal element The obtained mixture solution was obtained by adding 6 times the number of moles or oxycarboxylic acid 3 to 8 times the number of moles of metal element and 6 to 12 times the number of moles of metal element. A step of producing a gel body by heating the mixed solution, and a precursor compound is obtained by heating the obtained gel body in an oxidizing atmosphere to decompose organic substances, and the precursor compound is obtained in a reducing nitriding atmosphere. It has been found that various problems can be solved by producing an oxynitride phosphor by heating, and the present invention has been completed.

本発明の第1の発明は、B、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素と、Si、O、Nおよび賦活元素としての希土類元素を含む酸窒化物蛍光体であって、下記化学式1又は化学式2で表される酸窒化物蛍光体であることを特徴とするものである。   The first invention of the present invention is selected from B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf, Ta An oxynitride phosphor containing two or more kinds of elements and rare earth elements as Si, O, N and an activating element, and represented by the following chemical formula 1 or chemical formula 2: It is a feature.

本発明の第2の発明は、B、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素と、Si、O、Nおよび賦活元素としての希土類元素を含む酸窒化物蛍光体は、前駆体化合物の合成を経て、得られた前駆体化合物を還元窒化雰囲気中での加熱によって形成された酸窒化物であることを特徴とする酸窒化物蛍光体の製造方法である。   The second invention of the present invention is selected from B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf, Ta The oxynitride phosphor containing two or more kinds of elements and rare earth elements as Si, O, N, and an activation element is synthesized through the synthesis of the precursor compound. An oxynitride phosphor manufacturing method characterized by being an oxynitride formed by heating.

本発明の第3の発明は、第2の発明における前駆体化合物が、水に溶解した金属塩と水溶性珪素化合物とを混合する工程と、その金属塩の金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸を加えて混合、加熱して、ゲル体を作製する工程と、得られたゲル体を酸化雰囲気中で加熱して有機物を分解する工程を経て形成されることを特徴とする酸窒化物蛍光体の製造方法である。   According to a third aspect of the present invention, the precursor compound according to the second aspect comprises a step of mixing a metal salt dissolved in water and a water-soluble silicon compound, and three times the number of moles of the metal element of the metal salt. It is characterized in that it is formed through a step of preparing a gel body by adding 8 times oxycarboxylic acid, mixing and heating, and a step of decomposing organic matter by heating the obtained gel body in an oxidizing atmosphere. This is a method for manufacturing an oxynitride phosphor.

本発明の第4の発明は、第2の発明における前駆体化合物が、水に溶解した金属塩と水溶性珪素化合物とを混合する工程と、その金属塩の金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸と、その金属塩の金属元素のモル数の6倍から12倍のグリコールを加えて、混合、加熱して、ゲル体を作製する工程と、得られたゲル体を酸化雰囲気中で加熱して有機物を分解する工程を経て形成されることを特徴とする酸窒化物蛍光体の製造方法である。   According to a fourth aspect of the present invention, the precursor compound according to the second aspect comprises a step of mixing a metal salt dissolved in water and a water-soluble silicon compound, and three times the number of moles of the metal element of the metal salt. Steps for preparing a gel body by adding 8 times oxycarboxylic acid and 6 to 12 times the number of moles of metal element of the metal salt, mixing and heating, and oxidizing the obtained gel body It is a method for producing an oxynitride phosphor, which is formed through a step of decomposing an organic substance by heating in an atmosphere.

本発明によれば、効率よく近紫外や可視光で励起する蛍光体、即ち、B、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素とSi、O、Nおよび賦活元素としての希土類元素を含む酸窒化物蛍光体を提供することができる。   According to the present invention, phosphors that are efficiently excited by near-ultraviolet light or visible light, that is, B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb. An oxynitride phosphor containing two or more elements selected from Ba, La, Hf, and Ta, Si, O, N, and a rare earth element as an activation element can be provided.

また、本発明の酸窒化物蛍光体の製造方法によれば、すなわち水に溶解した金属塩と水溶性珪素化合物を混合する工程と、金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸と金属元素のモル数の6倍を加えた混合溶液、又は金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸と金属元素のモル数の6倍から12倍のグリコールを加えた混合溶液として、その得られた混合溶液を加熱してゲル体を作製し、そのゲル体を酸化雰囲気中で加熱し有機物を分解することにより前駆体化合物を作製し、さらに得られた前駆体化合物を還元窒化雰囲気中で加熱することで、比較的低温で効率よく窒化した酸窒化物蛍光体を製造することができる。   Further, according to the method for producing an oxynitride phosphor of the present invention, that is, a step of mixing a metal salt dissolved in water and a water-soluble silicon compound, and an oxycarboxylic acid having 3 to 8 times the number of moles of the metal element Solution containing 6 to 6 times the number of moles of metal element or mixed solution of 3 to 8 times the number of moles of metal element and 6 to 12 times the number of moles of metal element As a result, the obtained mixed solution is heated to produce a gel body, the gel body is heated in an oxidizing atmosphere to decompose an organic substance, and a precursor compound is produced. Further, the obtained precursor compound is reduced. By heating in a nitriding atmosphere, an oxynitride phosphor that is efficiently nitrided at a relatively low temperature can be produced.

前駆体化合物の焼成前処理に用いる処理容器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the processing container used for the baking pre-processing of a precursor compound. 実施例(実施例1、比較例1)で作製した酸窒化蛍光体の発光特性を示すスペクトル線図である。It is a spectrum diagram which shows the light emission characteristic of the oxynitride fluorescent substance produced in the Example (Example 1, Comparative Example 1). 実施例1と比較例1の励起特性を比較したスペクトル線図である。2 is a spectrum diagram comparing the excitation characteristics of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

本発明に係る酸窒化物蛍光体は、B、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素と、Si、O、Nおよび希土類元素を含む酸窒化物蛍光体であることを特徴とし、近紫外や可視光で励起する蛍光体として有用である。   The oxynitride phosphor according to the present invention includes B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf, and Ta. It is an oxynitride phosphor containing two or more elements selected from the group consisting of Si, O, N, and rare earth elements, and is useful as a phosphor excited by near ultraviolet or visible light.

また、本発明に係る酸窒化物蛍光体は、はじめにB、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの酸化物、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩または塩化物、またはその水溶液を、オキシカルボン酸を加えた水に溶解する。このとき、塩化物を用いるときは大気中で800℃に加熱すると酸化物に変わる塩を用いることが必要である。また硝酸塩は爆発的に反応することがあるので加熱焼成時に注意が必要である。   In addition, the oxynitride phosphor according to the present invention includes B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf, Ta oxide, carbonate, nitrate, acetate or chloride, or an aqueous solution thereof is dissolved in water to which oxycarboxylic acid is added. At this time, when chloride is used, it is necessary to use a salt that changes to an oxide when heated to 800 ° C. in the atmosphere. Also, since nitrates may react explosively, care must be taken during heating and firing.

本発明に係る酸窒化物蛍光体の組成は、シリケートの組成から窒素の置換比率に応じてカチオンの組成を変える必要があるが、一般式(A1−x)SiOn−y、および一般式(A1−x)BSiOm−yのいずれかであらわされることを特徴とする。
例えば、NaAlSiOでは(Na1−xSr)AlSiO4−xまたは(Na1−xLa)AlSiO4−2x2xのように価数の大きなカチオンを導入することで電荷バランスをあわせることが必要である。
The composition of the oxynitride phosphor according to the present invention needs to change the composition of the cation in accordance with the nitrogen substitution ratio from the silicate composition, but the general formula (A 1-x M x ) SiO n-y N y , and the general formula (a 1-x M x) bSiO m-y N , wherein the expressed is that either of y.
For example, NaAlSiO 4 introduces a cation having a large valence such as (Na 1-x Sr x ) AlSiO 4−x N x or (Na 1−x La x ) AlSiO 4−2x N 2x to achieve charge balance. It is necessary to match.

ASiOの場合、Aはアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる1種以上の元素で、(A1−x)SiOn−y、但し、y=(Mの価数−Aの価数)×x、かつMの価数>Aの価数である。
ABSiOの場合は、(A1−x)BSiOm−y、但し、y=(Mの価数−Aの価数)×x、かつMの価数>Aの価数で、Aはアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなる1種以上の元素、Bは3価または4価からなる1種以上の元素、又はBが3価の場合は、AB1−xSi1+x1−xとすることもできる。
In the case of ASiO n , A is one or more elements made of an alkali metal or an alkaline earth metal, and (A 1−x M x ) SiO n− N N y , where y = (M valence−A Valence) × x, and M valence> A valence.
In the case of ABSiO m , (A 1−x M x ) BSiO m− N N y , where y = (M valence−A valence) × x and M valence> A valence , A is one or more elements made of alkali metal or alkaline earth metal, B is one or more elements made of trivalent or tetravalent, or AB 1-x Si 1 + x O 1 when B is trivalent It can also be −x N x .

賦活元素としての希土類元素は、2価のEuが好適にもちいられ、基本的にA原子位置に置換するものと考えられる。
例えば、2価のEuの場合は以下のようになる。
(A1−x1−zEuSiOn−y、但しy=(Mの価数−Aの価数)×x×(1−z)+z×(Euの価数(=2)−Aの価数)。
Divalent Eu is suitably used as the rare earth element as the activation element, and it is considered that the rare earth element is basically substituted at the A atom position.
For example, in the case of bivalent Eu, it is as follows.
(A 1−x M x ) 1−z Eu z SiO n− N N y , where y = (valence of M−valence of A) × xx × (1−z) + z × (valence of Eu ( = 2) Valence of -A).

次に、本発明に係る酸窒化物蛍光体の製造方法について説明する。
[水溶性珪素化合物の作製]
オキシカルボン酸としては、クエン酸やリンゴ酸や酒石酸等が好適に用いることができる。中でもクエン酸が好ましい。同様の方法で希土類塩を溶解して水溶液に加える。
オキシカルボン酸の添加量は金属元素の総モル数の3倍未満では金属塩の溶解やゲル化ができず、また8倍より多いと水溶液の粘度が大きくなるため、均一な混合が難しく、有機物の未分解による残留の可能性が高くなるため金属元素の総モル数の3倍から8倍の範囲内とすることが好ましい。
Next, a method for producing the oxynitride phosphor according to the present invention will be described.
[Production of water-soluble silicon compounds]
As the oxycarboxylic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid and the like can be suitably used. Of these, citric acid is preferred. In the same manner, the rare earth salt is dissolved and added to the aqueous solution.
If the amount of oxycarboxylic acid added is less than 3 times the total number of moles of metal elements, the metal salt cannot be dissolved or gelled, and if it is more than 8 times, the viscosity of the aqueous solution will increase, making uniform mixing difficult and organic matter. Therefore, it is preferable that the residual amount is 3 to 8 times the total number of moles of metal elements.

次に、この混合溶液に化学量論組成の水溶性珪素化合物を加えて加熱しながら攪拌する。加熱温度は50〜120℃が好ましい。
上記水溶性シリコンは、以下に示す方法で作製することができる。原料にはテトラエトキシシラン(TEOS)とプロピレングリコールをモル比1:4になるように秤量し、80℃で1時間混合し、この混合液に塩酸を少量(混合液の0.2%程度)加えて1時間攪拌する。この攪拌液に蒸留水を加え、濃度が1Mの水溶性珪素を作製する。
さらに、使用する金属元素の種類によっては、グリコールを加えてクエン酸とエステル化させてもよい。グリコールとしては、プロピレングリコール、エチレングリコールやプロピレングリコールを用いることができる。安全性が高いことからプロピレングリコールが好ましい。
Next, a water-soluble silicon compound having a stoichiometric composition is added to the mixed solution and stirred while heating. The heating temperature is preferably 50 to 120 ° C.
The water-soluble silicon can be produced by the following method. As raw materials, tetraethoxysilane (TEOS) and propylene glycol are weighed so as to have a molar ratio of 1: 4, and mixed at 80 ° C. for 1 hour. Stir for 1 hour. Distilled water is added to the stirring liquid to produce water-soluble silicon having a concentration of 1M.
Further, depending on the type of metal element used, glycol may be added and esterified with citric acid. As glycol, propylene glycol, ethylene glycol, or propylene glycol can be used. Propylene glycol is preferred because of its high safety.

塩が完全に溶解した後、重合させるために液温を、50〜250℃、より好ましくは80〜180℃に保持して、粘性を有するゲル状になるまで攪拌する。その攪拌時間は、4時間から16時間が好ましい。これにより、Euを均一に含んだゲル体が得られる。続いて、その得られたゲル体を、400〜500℃、より好ましくは440〜460℃に加熱し、さらに電気炉で500〜800℃に加熱して、ゲル体を熱分解して前駆体化合物(酸化物)を作製する。   After the salt is completely dissolved, the liquid temperature is maintained at 50 to 250 ° C., more preferably 80 to 180 ° C., and the mixture is stirred until it becomes a viscous gel for polymerization. The stirring time is preferably 4 to 16 hours. Thereby, the gel body containing Eu uniformly is obtained. Subsequently, the obtained gel body is heated to 400 to 500 ° C., more preferably 440 to 460 ° C., and further heated to 500 to 800 ° C. in an electric furnace, and the gel body is thermally decomposed to be a precursor compound. (Oxide) is produced.

なお、得られる前駆体化合物(酸化物)は、高温で直接窒化すると融解してガラス体になる場合があるので、必要に応じ図1に示すような炭素(黒鉛)を入れた2重坩堝で焼成して結晶化させる焼成前処理を加えても良く、その場合、ともに希土類を還元しても良い。
図1において、1は焼成前処理に用いる処理容器、2は坩堝、2aは外坩堝、2bは内坩堝、3は仮焼粉(前駆体化合物)、4はカーボンシート、5は炭素(黒鉛)、6は坩堝蓋である。
In addition, since the precursor compound (oxide) obtained may melt and become a glass body when directly nitriding at a high temperature, a double crucible containing carbon (graphite) as shown in FIG. A pre-calcination treatment for crystallization by calcination may be added, in which case the rare earth may be reduced together.
In FIG. 1, 1 is a processing container used for pre-firing treatment, 2 is a crucible, 2a is an outer crucible, 2b is an inner crucible, 3 is a calcined powder (precursor compound), 4 is a carbon sheet, and 5 is carbon (graphite). , 6 is a crucible lid.

次に、得られた前駆体化合物(酸化物)を、アルミナボートに入れ、アンモニアを含む窒素ガス中で焼成した。焼成温度は900℃〜1400℃が好ましい。また、600℃〜800℃でアンモニアを吸着させる工程を加えても良い。   Next, the obtained precursor compound (oxide) was put into an alumina boat and baked in nitrogen gas containing ammonia. The firing temperature is preferably 900 ° C to 1400 ° C. Moreover, you may add the process which makes ammonia adsorb | suck at 600 to 800 degreeC.

以下、実施例を用いて説明する。   Hereinafter, description will be made using examples.

[水溶性シリコンの作製]
三角フラスコにTEOS:22.4ml、プロピレングリコール:29.3mlをピペットで入れる。(PG:TEOSモル比で4:1)。
次に、HCl:0.1mlを添加する。ホットスターラーで80℃×1hr攪拌する。冷却後、内容物をメスフラスコに移し、純水で100mlに定容して1M/Lの水溶性シリコンとした。
[Production of water-soluble silicon]
Pipette TEOS: 22.4 ml and propylene glycol: 29.3 ml into an Erlenmeyer flask. (PG: TEOS molar ratio 4: 1).
Next, 0.1 ml of HCl is added. Stir with a hot stirrer at 80 ° C. for 1 hr. After cooling, the contents were transferred to a volumetric flask and made up to a volume of 100 ml with pure water to obtain 1 M / L water-soluble silicon.

[各成分水溶液の作製]
硝酸Na:0.1モルを、0.3モルのクエン酸に溶解し、100mlに定容して1M/LのNa水溶液を作製した。硝酸Al:0.1モルを水に溶解し、100mlに定容して1M/LのAl水溶液を作製した。硝酸Eu:0.01モルを水に溶解し100mlに定容して0.1M/LのEu水溶液を作製した。
硝酸Sr:0.1モルを0.6モルのクエン酸に溶解し、100mlに定容して1M/LのSr水溶液を作成した。クエン酸1モルを水に溶解し500mlに定容して2M/Lのクエン酸水溶液を作製した。
[Preparation of aqueous solution of each component]
Na nitrate: 0.1 mol was dissolved in 0.3 mol of citric acid, and the volume was adjusted to 100 ml to prepare a 1 M / L Na aqueous solution. Al nitrate: 0.1 mol was dissolved in water, and the volume was adjusted to 100 ml to prepare a 1 M / L aqueous solution of Al. Eu nitrate: 0.01 mol was dissolved in water and the volume was adjusted to 100 ml to prepare a 0.1 M / L Eu aqueous solution.
Nitrogen Sr: 0.1 mol was dissolved in 0.6 mol of citric acid, and the volume was adjusted to 100 ml to prepare a 1 M / L Sr aqueous solution. 1 mol of citric acid was dissolved in water and the volume was adjusted to 500 ml to prepare a 2 M / L aqueous citric acid solution.

[ゲル体の作製]
Na:Sr:Eu:Al=0.895:0.095:0.01:1になるように各水溶液を混合し、クエン酸量が金属元素の3倍になるように2Mのクエン酸水溶液を加えた。
これを室温で30分攪拌してAl:Si=1:1になるように水溶性シリコンを加えた。
更に30分攪拌してプロピレングリコールを金属元素の総モル数の10倍になるように添加した。温度を80℃にして2時間、120℃で12時間攪拌し、重合させてゲル体を作製した。
[Production of gel body]
Each aqueous solution was mixed so that Na: Sr: Eu: Al = 0.895: 0.095: 0.01: 1, and a 2M aqueous citric acid solution was added so that the amount of citric acid was three times that of the metal element. added.
This was stirred at room temperature for 30 minutes, and water-soluble silicon was added so that Al: Si = 1: 1.
The mixture was further stirred for 30 minutes, and propylene glycol was added so as to be 10 times the total number of moles of metal elements. The gel was prepared by stirring at a temperature of 80 ° C. for 2 hours and at 120 ° C. for 12 hours for polymerization.

[前駆体化合物の作製]
作製したゲル体を450℃で6時間、次に550℃で2時間処理して有機物を分解し、ついで、得られた試料を図1の炭素を入れた2重坩堝にいれて1200℃2時間の熱処理を行って前駆体化合物(酸化物)とした。
[Preparation of precursor compound]
The prepared gel was treated at 450 ° C. for 6 hours and then at 550 ° C. for 2 hours to decompose the organic matter, and then the obtained sample was placed in the double crucible containing carbon in FIG. 1 at 1200 ° C. for 2 hours. The precursor compound (oxide) was obtained by performing the heat treatment.

[前駆体化合物の焼成]
作製した前駆体化合物(酸化物)を、アルミナボートに入れてアンモニアガス中で1200℃、4時間焼成した。
この工程により、Na0.895Sr0.095Eu0.01AlSiO3.8950.105の酸窒化物蛍光体を作製した。
なお、この前駆体化合物の焼成に係る窒化処理は繰り返し行っても良い。
得られた酸窒化物蛍光体の発光特性を図2(「実施例1(窒化処理1回)、(窒化処理2回)」で示される曲線)に示す。
[Baking of precursor compound]
The prepared precursor compound (oxide) was put in an alumina boat and calcined in ammonia gas at 1200 ° C. for 4 hours.
By this step, an oxynitride phosphor of Na 0.895 Sr 0.095 Eu 0.01 AlSiO 3.895 N 0.105 was produced.
The nitriding treatment relating to the firing of the precursor compound may be repeated.
The emission characteristics of the obtained oxynitride phosphor are shown in FIG. 2 (curves indicated by “Example 1 (one nitriding treatment), (two nitriding treatments)”).

(比較例1)
Srを加えず、Na:Sr:Eu:Al=0.99:0:0.01:1にした以外は実施例1と同様の方法でNa0.99Eu0.01AlSiO3.990.01の酸窒化物蛍光体を作製した。
得られた酸窒化物蛍光体の発光特性を図2(「比較例1」で示される曲線)に示す。
(Comparative Example 1)
Na 0.99 Eu 0.01 AlSiO 3.99 N 0 in the same manner as in Example 1 except that Sr was not added and Na: Sr: Eu: Al = 0.99: 0: 0.01: 1. A .01 oxynitride phosphor was produced.
The emission characteristics of the obtained oxynitride phosphor are shown in FIG. 2 (curve shown in “Comparative Example 1”).

実施例1と比較例1の励起特性の比較を行った結果を図3に示す。
図3から明らかなように、励起特性が長波長に伸びており窒化の効果が、本発明の酸窒化物において大きいことが分かる。
FIG. 3 shows the result of comparison of the excitation characteristics of Example 1 and Comparative Example 1.
As is apparent from FIG. 3, the excitation characteristic extends to a long wavelength, and it can be seen that the nitriding effect is large in the oxynitride of the present invention.

1 前処理に用いる処理容器
2 坩堝
2a 外坩堝
2b 内坩堝
3 仮焼粉(前駆体化合物:酸化物)
4 カーボンシート
5 黒鉛(炭素)
6 坩堝蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing container 2 used for pre-processing Crucible 2a Outer crucible 2b Inner crucible 3 Calcined powder (precursor compound: oxide)
4 Carbon sheet 5 Graphite (carbon)
6 Crucible lid

Claims (4)

B、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素とSi、O、Nおよび賦活元素としての希土類元素を含む酸窒化物蛍光体であって、
下記化学式1又は化学式2で表される酸窒化物蛍光体であることを特徴とする。
B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf, Ta and two or more elements selected from Si, An oxynitride phosphor containing O, N and a rare earth element as an activation element,
It is an oxynitride phosphor represented by the following chemical formula 1 or chemical formula 2.
B、Na,Mg,Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Hf、Taの中から選ばれる2種類以上の元素と、Si、O、Nおよび賦活元素としての希土類元素を含む酸窒化物蛍光体は、前駆体化合物の合成を経て、得られた前駆体化合物を還元窒化雰囲気中での加熱によって形成された酸窒化物であることを特徴とする酸窒化物蛍光体の製造方法。   Two or more elements selected from B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Hf, Ta, and Si The oxynitride phosphor containing rare earth elements as O, N, and activator is an oxynitride formed by heating the precursor compound in a reducing nitridation atmosphere after synthesis of the precursor compound. There is provided a method for producing an oxynitride phosphor. 前記前駆体化合物が、
水に溶解した金属塩と水溶性珪素化合物とを混合する工程と、
前記金属塩の金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸を加えて混合、加熱して、ゲル体を作製する工程と、
得られたゲル体を酸化雰囲気中で加熱して有機物を分解する工程、
を経て形成されることを特徴とする請求項2に記載した酸窒化物蛍光体の製造方法。
The precursor compound is
Mixing a metal salt dissolved in water and a water-soluble silicon compound;
Adding oxycarboxylic acid 3 to 8 times the number of moles of the metal element of the metal salt, mixing and heating to produce a gel body;
Heating the obtained gel body in an oxidizing atmosphere to decompose organic matter,
The method for producing an oxynitride phosphor according to claim 2, wherein
前記前駆体化合物が、
水に溶解した金属塩と水溶性珪素化合物とを混合する工程と、
前記金属塩の金属元素のモル数の3倍から8倍のオキシカルボン酸と、前記金属塩の金属元素のモル数の6倍から12倍のグリコールを加えて、混合、加熱して、ゲル体を作製する工程と、
得られたゲル体を酸化雰囲気中で加熱して有機物を分解する工程、
を経て形成されることを特徴とする請求項2に記載した酸窒化物蛍光体の製造方法。
The precursor compound is
Mixing a metal salt dissolved in water and a water-soluble silicon compound;
Gel body obtained by adding oxycarboxylic acid 3 to 8 times the number of moles of the metal element of the metal salt and glycol 6 to 12 times the number of moles of the metal element of the metal salt, mixing and heating A step of producing
Heating the obtained gel body in an oxidizing atmosphere to decompose organic matter,
The method for producing an oxynitride phosphor according to claim 2, wherein
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