JP2013151617A - Method of manufacturing alkaline earth metal silicate phosphor and alkaline earth metal silicate phosphor - Google Patents

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哲史 小向
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裕二 高塚
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奈織美 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a method of manufacturing an alkaline earth metal silicate phosphor having a high luminance and having composition formula (A, Eu)SiO(wherein, A is an alkaline earth metal element) system by an aqueous solution method not using an organic acid; and the alkaline earth metal silicate phosphor obtained by the manufacturing method.SOLUTION: An Euactivating alkaline earth metal silicate phosphor having a composition formula (A, Eu)SiO(wherein, A is an alkaline earth metal element) system is formed by a manufacturing method that includes: a process 1 in which at least one alkaline earth metal carbonate chosen from Ba or Sr that is a raw material constituent metal component, a water dispersion of europium that is an activator raw material of a europium source, and an aqueous solution of a water soluble silicon compound are mixed to be a gel body in which the total amount of constituents is uniformly dispersed; a process 2 in which a precursor that is a dried product of the gel body is made; a process 3 in which the precursor is heat-treated to obtain a calcination powder; a process 4 in which the obtained calcination powder is mixed with a flux and is heat-treated under a reducing atmosphere to obtain a fired product; and a process 5 in which the residual flux is removed from the made fired product.

Description

本発明は、紫外から可視域の光励起により高輝度に発光する、組成式(A,Eu)2SiO4(ただし、Aは、Ba、Srから選ばれるアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活したアルカリ土類金属シリケート系蛍光体の製造方法およびアルカリ土類金属シリケート蛍光体に関する。 In the present invention, Eu 2+ activation of a composition formula (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is an alkaline earth metal element selected from Ba and Sr) that emits light with high luminance by photoexcitation in the ultraviolet to visible range. The present invention relates to a method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor and an alkaline earth metal silicate phosphor.

白色LEDは、近紫外から青色で発光するLEDと蛍光体の発光を混合して白色光を発生させるもので、従来小型携帯機器のLCDバックライト光源として活発に開発がなされてきたが、次世代の応用として照明用途への展開が進んでいる。
この白色LEDに用いられる白色LED用蛍光体としては、従来、青色励起により黄色の蛍光を示すYAG:Ce3+が広く使われてきた。また、アルカリ土類金属シリケートである(Ba,Sr,Ca)SiO:Eu2+が、紫外から可視域にわたって幅広く励起でき、その組成を変化させることで、緑から橙色まで発光波長を変化させることが可能であることが古くから知られている(非特許文献1)。さらに、これらの蛍光体はより高輝度であることが求められている。
White LEDs are a mixture of LEDs that emit light from near ultraviolet to blue and phosphors to generate white light. Conventionally, white LEDs have been actively developed as LCD backlight sources for small portable devices. As an application, the development of lighting applications is progressing.
Conventionally, YAG: Ce 3+ that exhibits yellow fluorescence by blue excitation has been widely used as a phosphor for white LED used in this white LED. In addition, (Ba, Sr, Ca) 2 SiO 4 : Eu 2+ , which is an alkaline earth metal silicate, can be excited widely from the ultraviolet to the visible range, and its emission wavelength is changed from green to orange by changing its composition. It has long been known that this is possible (Non-Patent Document 1). Furthermore, these phosphors are required to have higher luminance.

ところで、一般的な蛍光体の合成方法は、原料粉末を湿式や乾式で混合した前駆体を大気中焼成して仮焼粉とし、これを高温還元焼成して原料間の固相反応により合成される方法が用いられる(特許文献1参照)。
また、アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法としては、アルカリ土類金属の水溶液とテトラエトキシシラン(TEOS)などの有機ケイ素化合物を用いたゾルゲル反応により前駆体を作製し、その後還元焼成する方法(特許文献2参照)も知られている。
By the way, a general phosphor synthesis method is that a precursor obtained by mixing raw material powders in a wet or dry manner is calcined in the atmosphere to obtain a calcined powder, which is synthesized by a solid-state reaction between the raw materials by high-temperature reduction firing. (See Patent Document 1).
In addition, as a method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor, a precursor is prepared by a sol-gel reaction using an aqueous solution of an alkaline earth metal and an organosilicon compound such as tetraethoxysilane (TEOS), followed by reduction firing. (See Patent Document 2) is also known.

さらに、アルカリ土類金属シリケート蛍光体を高輝度化するためには、結晶相純度を高くし、賦活剤であるEu2+を母体結晶中に均一に分散させることが必要である。しかし、特許文献1に示されるような固相焼成法では、ミクロ的に均一な前駆体を得ることが本質的に難しく、結晶相純度を高めたり、賦活剤のEu2+を均質分散させたりすることによる高輝度蛍光体を得ることが難しい。そのため、より相純度を高め、Eu2+を母体結晶中に均一に拡散させるには、高温、長時間の還元焼成を行う必要があるが工業的に好ましくない。この場合、得られた蛍光体は焼結が強く、粉砕、解砕が必要になるが、表面ダメージを生じるために輝度低下を招きやすいという問題もある。
一方、ゾルゲル法や共沈法のような液相法による蛍光体前駆体からの蛍光体合成においては、原料金属元素が均一に混合されており、本質的に固相焼成法に比べて元素の拡散に有利となる。
Furthermore, in order to increase the brightness of the alkaline earth metal silicate phosphor, it is necessary to increase the crystal phase purity and uniformly disperse Eu 2+ as the activator in the base crystal. However, in the solid-phase firing method shown in Patent Document 1, it is essentially difficult to obtain a microscopically uniform precursor, and the crystal phase purity is increased or the activator Eu 2+ is homogeneously dispersed. Therefore, it is difficult to obtain a high brightness phosphor. Therefore, in order to further improve the phase purity and to uniformly diffuse Eu 2+ in the host crystal, it is necessary to perform reduction baking at a high temperature for a long time, but this is not industrially preferable. In this case, the obtained phosphor is strongly sintered and needs to be pulverized and crushed, but there is also a problem in that it tends to cause a decrease in luminance due to surface damage.
On the other hand, in the phosphor synthesis from the phosphor precursor by the liquid phase method such as the sol-gel method or the coprecipitation method, the raw material metal elements are uniformly mixed, and the element is essentially compared with the solid phase firing method. It is advantageous for diffusion.

この液相法によるアルカリ土類シリケート蛍光体の製造に用いられるケイ素原料としては、特許文献2に示されたTEOSなどの有機ケイ素化合物を用いる場合が多い。このTEOSは、他の原料と混合した後、加水分解、重合によりSiOとなることから利用されている。しかし、TEOSやテトラメトキシシラン(TMOS)などの有機ケイ素化合物は、一般的に非水溶性であり、水溶液と均一混合ができず、ケイ素以外の原料であるアルカリ土類金属を水溶液として用いる場合においては、均一混合が困難である。
そこで、溶媒にアルコールなどの有機溶媒を用いれば、ケイ素原料は溶液中に均一に分散するが、加水分解のための水を加えたところで2相に分離してしまう。また、溶媒をアルコールなどの有機溶媒とすると、アルカリ土類金属を溶解させるのが困難であるという問題もある。さらに、TEOSなどの有機ケイ素化合物は蒸発しやすく、合成中に組成が変動し、均一な組成の前駆体を得難いという問題もある。
As a silicon raw material used for the production of the alkaline earth silicate phosphor by the liquid phase method, an organic silicon compound such as TEOS disclosed in Patent Document 2 is often used. This TEOS is used because it is mixed with other raw materials and then becomes SiO 2 by hydrolysis and polymerization. However, organosilicon compounds such as TEOS and tetramethoxysilane (TMOS) are generally water-insoluble and cannot be uniformly mixed with an aqueous solution, and when an alkaline earth metal that is a raw material other than silicon is used as an aqueous solution. Is difficult to mix uniformly.
Therefore, when an organic solvent such as alcohol is used as the solvent, the silicon raw material is uniformly dispersed in the solution, but when the water for hydrolysis is added, it is separated into two phases. Further, when the solvent is an organic solvent such as alcohol, there is a problem that it is difficult to dissolve the alkaline earth metal. Furthermore, organosilicon compounds such as TEOS are liable to evaporate, the composition fluctuates during synthesis, and it is difficult to obtain a precursor having a uniform composition.

ところで、これらの問題を解決するために、近年、新しいケイ素原料である水溶性ケイ素化合物(Water Soluble Silicon compounds :以下、WSSと称する)が開発され(特許文献3)、このWSSを利用したシリケート蛍光体の合成が検討、報告されている(例えば特許文献4、非特許文献2)。
特許文献4においては、金属塩水溶液とWSS水溶液を混合し、その混合液を水熱合成して得たゲル体を数段階にわたって焼成することによって、シリケート系蛍光体を合成した例が示されている。しかし、水熱合成法によりゲル体を合成すると、ゲル体から水が分離し、その水に原料金属塩が溶解しているために、組成ズレを引き起こすため、所定の成分を均一に含有するゲル体を得ることが困難であるという問題が生じた。
By the way, in order to solve these problems, a water-soluble silicon compound (Water Soluble Silicon compounds: hereinafter referred to as WSS), which is a new silicon raw material, has recently been developed (Patent Document 3), and silicate fluorescence using this WSS. Body synthesis has been studied and reported (for example, Patent Document 4, Non-Patent Document 2).
Patent Document 4 shows an example in which a silicate phosphor is synthesized by mixing a metal salt aqueous solution and a WSS aqueous solution, and firing the gel obtained by hydrothermal synthesis of the mixture over several stages. Yes. However, when the gel body is synthesized by the hydrothermal synthesis method, the water is separated from the gel body, and the raw material metal salt is dissolved in the water. There was a problem that it was difficult to get a body.

一方、非特許文献2においては、クエン酸などの有機酸で金属イオンを錯体化して固定した上でWSSをゲル化させ、構成元素が均一に分布したゲルを得て、これを大気中で焼成して有機物を熱分解して前駆体を得て、この前記体を還元焼成することでシリケート蛍光体を合成した例が示されている。このような方法の場合、構成元素が原子レベルに近い状態で均一分散しやすく、高輝度な蛍光体が得られやすい。しかしながら、クエン酸などの使用量が多いため、多量の前駆体を作製すると多量の有機分の熱分解によって有機物、スス、異臭を除去する必要が生じる。したがって、少量の実験には良いが、工業的とは言えない。量が多くなると、均一熱分解が難しく、炭素が残留しやすくなって蛍光体の輝度に悪影響を及ぼすという問題も生じる。また、原料として用いる水溶性金属塩の分解が不十分の場合、塩化物、硝酸塩などは融点が低いため、熱処理時に元の塩として析出し、局所的に液相を生成して輝度が低下してしまうという問題点もある。   On the other hand, in Non-Patent Document 2, a metal ion is complexed and fixed with an organic acid such as citric acid, and then WSS is gelled to obtain a gel in which constituent elements are uniformly distributed. An example is shown in which a silicate phosphor is synthesized by thermally decomposing an organic substance to obtain a precursor and subjecting the body to reduction firing. In the case of such a method, the constituent elements are easily dispersed uniformly in a state close to the atomic level, and a high-luminance phosphor is easily obtained. However, since a large amount of citric acid or the like is used, it is necessary to remove organic matter, soot, and off-flavor by thermal decomposition of a large amount of organic matter when a large amount of precursor is prepared. Therefore, it is good for a small amount of experiment, but it is not industrial. When the amount is large, uniform pyrolysis is difficult, and there is a problem that carbon tends to remain and adversely affects the luminance of the phosphor. In addition, when the water-soluble metal salt used as a raw material is not sufficiently decomposed, chlorides, nitrates, etc. have a low melting point, so that they precipitate as the original salt during heat treatment, locally generate a liquid phase, and the brightness decreases. There is also a problem that it ends up.

特開2009−173905号公報JP 2009-173905 A 特開2007−186674号公報JP 2007-186664 A 特開2010−007032号公報JP 2010-007032 A 特開2010−189583号公報JP 2010-188953 A

Journal The Electrochemical Society,Vol.115,(1968),p.1181.Journal The Electrochemical Society, Vol. 115, (1968), p. 1181. 日本セラミックス協会2011年年会講演予稿集,講演番号:3C03,p.266.Proceedings of 2011 Annual Meeting of the Ceramic Society of Japan, Lecture Number: 3C03, p. 266.

このようなアルカリ土類金属シリケート蛍光体のケイ素源として、水溶性珪素化合物を用いたシリケート蛍光体の合成における問題に鑑み、本発明は有機酸、および溶融などの問題を起こしやすい硝酸塩や塩化物を原料として使用せずに、水溶性珪素化合物水溶液、アルカリ土類金属炭酸塩および酸化ユウロピウム分散液とを混合、加熱することにより、構成元素が均一に分布したゲル体を得た後、そのゲル体を加熱乾燥して前躯体を作製し、その後仮焼、還元焼成を施すことにより高輝度に発光する組成式(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種類以上のアルカリ土類金属元素)で表されるアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法、およびその製造方法より得られるアルカリ土類金属シリケート蛍光体の提供を目的とするものである。 In view of problems in the synthesis of silicate phosphors using water-soluble silicon compounds as the silicon source of such alkaline earth metal silicate phosphors, the present invention provides organic acids and nitrates and chlorides that are prone to problems such as melting. Without using as a raw material, by mixing and heating a water-soluble silicon compound aqueous solution, alkaline earth metal carbonate and europium oxide dispersion, a gel body in which constituent elements are uniformly distributed is obtained, and then the gel The body is dried by heating to prepare a precursor, and then subjected to calcination and reduction firing to emit light with high brightness (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is at least one selected from Ba and Sr) A method of producing an alkaline earth metal silicate phosphor represented by at least two kinds of alkaline earth metal elements) and an alkaline earth metal silicate obtained from the production method It is intended to provide a fluorescent material.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、組成式(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種類以上のアルカリ土類金属元素)で表されるシリケート蛍光体を製造する際に、アルカリ土類金属塩を水に分散させると粒子表面が塩基性となること、及び水溶性ケイ素化合物(WSS)が塩基性水溶液中で直ちにゲル化することに着目し、BaCO、SrCO及びEuの水分散液とWSS水溶液を混合・加熱することで、構成成分が均一に分布したゲル体を得ることができ、それを仮焼することで微細かつ相純度が高い仮焼粉が得られるという知見を得た。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the composition formula (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is at least one alkaline earth metal element selected from Ba and Sr). When producing the silicate phosphor represented, if the alkaline earth metal salt is dispersed in water, the particle surface becomes basic, and the water-soluble silicon compound (WSS) immediately gels in the basic aqueous solution. Paying attention to this, by mixing and heating an aqueous dispersion of BaCO 3 , SrCO 3 and Eu 2 O 3 and a WSS aqueous solution, a gel body in which the constituent components are uniformly distributed can be obtained, and calcined. Thus, the knowledge that a calcined powder having a fine and high phase purity can be obtained was obtained.

さらに、この仮焼粉をBaCl、SrClから選ばれるアルカリ土類金属シリケート蛍光体を粒成長させるフラックスと混合し、フラックスの融点から1300℃の温度で還元焼成することにより、焼成後の篩によるロスがほとんど無く、高い歩留まりで高輝度アルカリ土類金属シリケート蛍光体が簡便に得られるという知見を得て、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 Further, this calcined powder is mixed with a flux for growing an alkaline earth metal silicate phosphor selected from BaCl 2 and SrCl 2 and reduced and fired at a temperature of 1300 ° C. from the melting point of the flux to obtain a sieve after firing. The inventors have found that the above problems can be solved by obtaining the knowledge that a high-brightness alkaline earth metal silicate phosphor can be easily obtained with a high yield with little loss due to the above, and have completed the present invention.

本発明の第1の発明に係るアルカリ土類金属シリケート蛍光体は、(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種類以上のアルカリ土類金属元素)の組成式を持ち、下記工程1〜工程5の工程を有する製造方法で得られることを特徴とするものである。 The alkaline earth metal silicate phosphor according to the first aspect of the present invention has a composition of (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is at least one alkaline earth metal element selected from Ba and Sr). It is obtained by the manufacturing method which has a formula and has the process of the following process 1-process 5.

〔工程1〕
原料の構成金属成分であるBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属炭酸塩とユーロピウム源の賦活剤原料の水分散液と、水溶性ケイ素化合物の水溶液を混合し、20〜100℃の液温で加熱撹拌することにより、構成成分の全量が均一に分散した状態のゲル体とする工程。
〔工程2〕
工程1により作製されたゲル体を乾燥して含まれる溶媒を除去した乾燥物である前駆体とするする工程。
〔工程3〕
工程2により作製された前駆体を、大気雰囲気中800〜1300℃で熱処理して仮焼粉を得る工程。
〔工程4〕
工程3により作製された仮焼粉とBaCl、SrClから選ばれる少なくとも1種以上のフラックスを混合し、還元性雰囲気下でフラックスの溶融温度〜1300℃の温度で熱処理して焼成物を得る工程。
〔工程5〕
工程4により作製された焼成物から残留フラックスを除去し、蛍光体粉末を得る工程。
[Step 1]
At least one alkaline earth metal carbonate selected from Ba and Sr as constituent metal components of the raw material, an aqueous dispersion of the activator raw material of the europium source, and an aqueous solution of a water-soluble silicon compound are mixed, and 20-100 The process which makes it the gel body of the state by which the whole quantity of the structural component was disperse | distributed uniformly by heating and stirring at the liquid temperature of ° C.
[Step 2]
The process which makes the gel body produced by the process 1 the precursor which is the dried material which removed the solvent contained by drying.
[Step 3]
The process of heat-treating the precursor produced by the process 2 at 800-1300 degreeC in air | atmosphere atmosphere, and obtaining calcining powder.
[Step 4]
The calcined powder produced in step 3 is mixed with at least one flux selected from BaCl 2 and SrCl 2 and heat treated at a temperature between the melting temperature of the flux and 1300 ° C. in a reducing atmosphere to obtain a fired product. Process.
[Step 5]
A step of removing the residual flux from the fired product produced in step 4 to obtain phosphor powder.

本発明に係る第2の発明は、第1の発明における水分散液が、原料のアルカリ土類金属炭酸塩および賦活原料を合わせた総量の原料重量と同量以上、5倍以下の水分添加量で混合されることを特徴とするアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, the water dispersion in the first aspect of the present invention is the same amount or more and five times or less the amount of water added as the total amount of the raw material combined with the alkaline earth metal carbonate and the activation raw material. And a method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor.

本発明に係る第3の発明は、第1及び第2の発明におけるフラックスが、仮焼粉に対して0.1質量%以上、20質量%以下の範囲で混合することを特徴とするアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法である。   3rd invention which concerns on this invention mixes the flux in 1st and 2nd invention in the range of 0.1 mass% or more and 20 mass% or less with respect to calcined powder, The alkaline earth characterized by the above-mentioned. This is a method for producing a metal silicate phosphor.

本発明に係る第4の発明は、第1から第3の発明のいずれかによる製造方法によって得られる、ピーク波長455nmの光で励起した時に波長500nm以上、580nm以下に発光ピークを有し、外部量子効率が56%以上、かつ吸収効率が75%以上であることを特徴とするアルカリ土類金属シリケート蛍光体である。   A fourth invention according to the present invention has an emission peak at a wavelength of 500 nm or more and 580 nm or less when excited with light having a peak wavelength of 455 nm, obtained by the production method according to any of the first to third inventions, and externally An alkaline earth metal silicate phosphor having a quantum efficiency of 56% or more and an absorption efficiency of 75% or more.

本発明による蛍光体は、水溶性ケイ素化合物(WSS)水溶液とアルカリ土類金属元素水分散液を混合し、所定の温度で撹拌維持することによって構成成分が均一に分布したゲル体を作製し、そのゲル体を熱分解、仮焼、還元焼成を施すことによって得られる、高輝度に発光する組成式(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属元素)で表されるEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体である。 The phosphor according to the present invention is prepared by mixing a water-soluble silicon compound (WSS) aqueous solution and an alkaline earth metal element aqueous dispersion and maintaining stirring at a predetermined temperature to produce a gel body in which constituent components are uniformly distributed, A composition formula (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is at least one selected from Ba and Sr), which is obtained by subjecting the gel body to thermal decomposition, calcination, and reduction firing, and emits light with high brightness. Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor represented by (alkaline earth metal element).

本発明の製造方法によれば、構成成分や賦活剤であるEuを均一に分散せしめることが可能であるので、高輝度な蛍光体を得ることができる。また、構成成分が均一に分布していることから、組成の微調整が容易であり、狙った組成の蛍光体を精度良く得ることができる。また、賦活剤であるEuが均一分散しているので、より少ないEu添加量で高輝度が得られる。
さらに、クエン酸などの有機酸を使用しないため、従来有機酸を用いた水溶液法で問題になるような、熱分解時の分解ガス、スス、異臭の発生を防ぎ、かつ熱分解後の炭素残留も防止した、工業的に実用化容易な製造方法を提供することができる。
原料として硝酸塩や塩化物など水溶液ではなく、アルカリ土類金属炭酸塩および酸化ユウロピウムを用いているため、熱処理時に元の塩として析出し、局所的に液相を生成して輝度が低下してしまうという問題点が起りにくい。
According to the production method of the present invention, Eu, which is a constituent component and an activator, can be uniformly dispersed, so that a high-luminance phosphor can be obtained. Moreover, since the constituent components are uniformly distributed, fine adjustment of the composition is easy, and a phosphor having the targeted composition can be obtained with high accuracy. In addition, since Eu as an activator is uniformly dispersed, high luminance can be obtained with a smaller amount of added Eu.
In addition, since no organic acid such as citric acid is used, the generation of cracked gases, soot, and offensive odors during pyrolysis, which is a problem with conventional aqueous solutions using organic acids, is prevented, and carbon residues after pyrolysis are also prevented. In addition, it is possible to provide a manufacturing method that is easy to put to practical use in the industry.
Since alkaline earth metal carbonates and europium oxide are used as raw materials instead of aqueous solutions such as nitrates and chlorides, they are precipitated as the original salts during heat treatment, and a liquid phase is locally generated, resulting in a decrease in luminance. The problem that is difficult to occur.

本発明による蛍光体は高輝度であるため、より高効率及び高特性な発光ダイオードに用いるのに最適な蛍光体である。   Since the phosphor according to the present invention has high luminance, it is an optimum phosphor for use in a light-emitting diode with higher efficiency and higher characteristics.

実施例1で得られたアルカリ土類シリケート蛍光体の455nm励起における発光スペクトルと、発光ピーク波長における励起スペクトルを示すPLスペクトル図である。It is PL spectrum figure which shows the emission spectrum in 455 nm excitation of the alkaline-earth silicate fluorescent substance obtained in Example 1, and the excitation spectrum in an emission peak wavelength. 実施例6で得られたアルカリ土類シリケート蛍光体の455nm励起における発光スペクトルと、発光ピーク波長における励起スペクトルを示すPLスペクトル図である。It is PL spectrum figure which shows the emission spectrum in 455 nm excitation of the alkaline-earth silicate fluorescent substance obtained in Example 6, and the excitation spectrum in an emission peak wavelength.

本発明に係るアルカリ土類シリケート蛍光体は、(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属元素)の組成式を持ち、下記工程1〜工程5の工程を含む製造方法で得られることを特徴とするものである。
〔工程1〕
構成金属成分である少なくとも1種以上のアルカリ土類金属炭酸塩と、賦活剤であるユーロピウムの水分散液と、水溶性ケイ素化合物の水溶液を混合し、20〜100℃の液温で加熱撹拌することにより、構成成分の全量が均一に分散した状態のゲル体とする工程。
〔工程2〕
工程1により作製されたゲル体を乾燥して含まれる溶媒を除去した乾燥物である前駆体を形成する工程。
〔工程3〕
工程2により作製された前駆体を、大気雰囲気中800〜1300℃で熱処理して仮焼粉を得る工程。
〔工程4〕
工程3により作製された仮焼粉とBaCl、SrClから選ばれる少なくとも1種以上のフラックスを混合し、還元性雰囲気下でフラックスの溶融温度〜1300℃の温度で熱処理して焼成物を得る工程。
〔工程5〕
工程4により作製された焼成物から残留フラックスを除去し、蛍光体粉末を得る工程。
The alkaline earth silicate phosphor according to the present invention has a composition formula of (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is at least one alkaline earth metal element selected from Ba and Sr), and the following steps: It is obtained by a manufacturing method including steps 1 to 5.
[Step 1]
At least one alkaline earth metal carbonate as a constituent metal component, an aqueous dispersion of europium as an activator, and an aqueous solution of a water-soluble silicon compound are mixed and heated and stirred at a liquid temperature of 20 to 100 ° C. The process of setting it as the gel body of the state by which the whole quantity of the structural component was disperse | distributed uniformly.
[Step 2]
The process of forming the precursor which is the dried material which removed the solvent contained by drying the gel body produced by the process 1.
[Step 3]
The process of heat-treating the precursor produced by the process 2 at 800-1300 degreeC in air | atmosphere atmosphere, and obtaining calcining powder.
[Step 4]
The calcined powder produced in step 3 is mixed with at least one flux selected from BaCl 2 and SrCl 2 and heat treated at a temperature between the melting temperature of the flux and 1300 ° C. in a reducing atmosphere to obtain a fired product. Process.
[Step 5]
A step of removing the residual flux from the fired product produced in step 4 to obtain phosphor powder.

以下に、本発明に係るアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法である各工程を詳細に説明する。
本発明に係るアルカリ土類金属シリケート蛍光体は、(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属元素)の組成式を有する蛍光体の製造方法であり、工程1〜工程5の工程を経る蛍光体の製造方法により得られるものである。
Below, each process which is the manufacturing method of the alkaline-earth metal silicate fluorescent substance which concerns on this invention is demonstrated in detail.
The alkaline earth metal silicate phosphor according to the present invention is a phosphor having a composition formula of (A, Eu) 2 SiO 4 (where A is at least one alkaline earth metal element selected from Ba and Sr). Which is obtained by the method for producing a phosphor through the steps 1 to 5.

〔工程1〕
1.アルカリ土類金属炭酸塩及びユーロピウムの分散液の作製
アルカリ土類金属元素としてはBa、Srから選ばれる少なくとも1種類以上を含む。
Ba及びSrの比率を変えることで発光ピークを波長500nm(緑色)〜580nm(黄色)の範囲で変えることができる。またアルカリ土類金属元素成分としてCa、Mgを含むこともできる。
[Step 1]
1. Preparation of dispersion of alkaline earth metal carbonate and europium The alkaline earth metal element includes at least one selected from Ba and Sr.
By changing the ratio of Ba and Sr, the emission peak can be changed in the wavelength range of 500 nm (green) to 580 nm (yellow). Moreover, Ca and Mg can also be included as an alkaline-earth metal element component.

まずBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属元素、および賦活剤元素の酸化ユーロピウムの水分散液を作製する。
アルカリ土類金属塩としては炭酸塩を用いる。
なお、アルカリ土類金属の塩化物、硝酸塩、酢酸塩など、水溶性かつ熱分解で酸化物になるものも原料として考えられるが、これらを完全に水溶液にして使用しようとするとトータルの水分量が多くなる。水分量が多すぎると、後述する水溶性ケイ素化合物ゲルから水が染み出す恐れがある。この場合、染み出した水分中に構成成分が含まれるため、均一なゲル体が得られず、輝度が低下することになり好ましくない。また、熱による塩の分解が均一に起こらず、結果として得られる蛍光体の組成不均一を招くという問題も生じる。これを回避するために、例えば工程2の後に300〜800℃程度の中温域での熱処理をするなどの処理を加えることが必要となり、工程が煩雑になるため好ましくない。
また、塩化物、硝酸塩は融点が低いため、一旦水溶液状に溶解した後、熱処理時に元の塩として析出し、局所的に液相を生成して輝度が低下するという問題もある。
First, an aqueous dispersion of europium oxide of at least one alkaline earth metal element selected from Ba and Sr and an activator element is prepared.
Carbonates are used as alkaline earth metal salts.
In addition, alkaline earth metal chlorides, nitrates, acetates, etc., which are water-soluble and can be converted into oxides by thermal decomposition, can be considered as raw materials. Become more. If the amount of water is too large, water may ooze out from the water-soluble silicon compound gel described below. In this case, since the component is contained in the exuded water, a uniform gel body cannot be obtained, and the luminance is lowered, which is not preferable. In addition, there is a problem that salt decomposition due to heat does not occur uniformly, resulting in non-uniform composition of the resulting phosphor. In order to avoid this, for example, it is necessary to add a treatment such as a heat treatment in a medium temperature range of about 300 to 800 ° C. after step 2, which is not preferable because the step becomes complicated.
In addition, since chlorides and nitrates have a low melting point, they are once dissolved in an aqueous solution, and then precipitated as an original salt during heat treatment to locally generate a liquid phase and lower the luminance.

ユーロピウム源としては酸化ユーロピウムを水に分散させて使用するのが好ましい。また、水溶性原料も使用することもできる。
所定の蛍光体組成となるように、アルカリ土類金属炭酸塩、および賦活剤原料である酸化ユーロピウムを秤量し、水を添加し、室温下で撹拌し、分散させ分散液スラリーとする。その水分添加量としては、原料のアルカリ土類金属炭酸塩および賦活原料を合わせた総量である原料重量と同量以上、5倍以下であることが好ましい。原料重量より少ないと、分散液スラリーの粘度が高く、原料の沈降や塊が生じるため好ましくない。5倍より多くしても分散度合いに差は無く、水分量が多すぎるために前述のような均一なゲル化を妨げたり、工程2における、乾燥工程の時間が非常に長くなる。ただし、WSSと混合した後に乾燥造粒を行うなどの、特別な目的がある場合には、5倍以上の水分量を添加することもできる。
As the europium source, it is preferable to use europium oxide dispersed in water. Water-soluble raw materials can also be used.
Alkaline earth metal carbonate and europium oxide as an activator raw material are weighed so that a predetermined phosphor composition is obtained, water is added, and the mixture is stirred and dispersed at room temperature to obtain a dispersion slurry. The amount of water added is preferably equal to or more than 5 times the weight of the raw material, which is the total amount of the raw alkaline earth metal carbonate and the activation raw material. If it is less than the weight of the raw material, the viscosity of the dispersion slurry is high, and the raw material settles or lumps, which is not preferable. Even if it is more than 5 times, there is no difference in the degree of dispersion, and the amount of water is too much to prevent uniform gelation as described above, or the drying step in step 2 becomes very long. However, when there is a special purpose such as performing dry granulation after mixing with WSS, a water amount of 5 times or more can be added.

2.水溶性ケイ素化合物(WSS)水溶液の作製
水溶性ケイ素化合物(WSS)は、特許文献3に開示されている公知の製造方法で作製できる。
具体的には、以下に示す方法により作製する。
Si源とする原料に有機ケイ素化合物のテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、このTEOSとジオール化合物として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時間混合した混合液に、酸として塩酸または乳酸を少量(混合液の0.2%程度で良い)加えて1時間攪拌し、得られたWSSの濃度を2モル/L以下になるように水で希釈して、WSS水溶液を得る。なお、WSS濃度が2モル/Lより高い場合では、液粘度が高くなるため、アルカリ土類金属塩と酸化ユーロピウムの水分散液に添加した際にムラとなり、均一なスラリーを得にくく、また局所的なゲル化反応を引き起こす恐れがあるため好ましくない。
2. Preparation of aqueous solution of water-soluble silicon compound (WSS) The water-soluble silicon compound (WSS) can be prepared by a known production method disclosed in Patent Document 3.
Specifically, it is produced by the method shown below.
The organosilicon compound tetraethoxysilane (TEOS) is used as the Si source material, and TEOS and propylene glycol as the diol compound are weighed to a molar ratio of 1: 4 and mixed at 80 ° C. for 1 hour. Add a small amount of hydrochloric acid or lactic acid as an acid (about 0.2% of the mixed solution) and stir for 1 hour, and dilute with water so that the concentration of WSS obtained is 2 mol / L or less. A WSS aqueous solution is obtained. In addition, when the WSS concentration is higher than 2 mol / L, the liquid viscosity becomes high, so that it becomes uneven when added to the aqueous dispersion of alkaline earth metal salt and europium oxide, and it is difficult to obtain a uniform slurry. This is not preferable because it may cause a typical gelation reaction.

ここで、水溶性ケイ素化合物の作製に使用されるSi源原料の有機ケイ素化合物には、テトラエトキシシランやテトラメトキシシランが好適に使用でき、混合液を形成するジオール化合物には、エチレングリコールまたはプロピレングリコールが好適に使用でき、混合液に加えられる酸には塩酸、または乳酸を好適に使用できる。   Here, tetraethoxysilane or tetramethoxysilane can be suitably used as the organic silicon compound of the Si source material used for the production of the water-soluble silicon compound, and the glycol compound forming the mixed solution can be ethylene glycol or propylene. Glycol can be preferably used, and hydrochloric acid or lactic acid can be preferably used as the acid added to the mixed solution.

3.構成成分が均一に分布したゲル体の作製
水溶性ケイ素化合物(WSS)が有しているゲル化能とゲル体内部への水分保持能を利用し、原料スラリーをゲル内部に均一に内包したゲル体を得る。以下、ゲル化する時の反応機構について説明する。
まず、水溶性珪素(WSS:Si(OROH)、Rは2価のアルキル基)にアルカリ土類金属の水溶液を加えることで、液が塩基性になり加水分解して、Si(OH)(OROH)4−nとなる。そして、OH基脱水縮合反応や、脱アルコール縮合反応の進行により、Si−O−Siのネットワークを形成してゲル体になると考えられる。
この時に、アルカリ土類金属塩や賦活材のEuのスラリーが、Si−O−Siネットワーク内に閉じ込められことによって、構成成分が均一に分布したゲル体が得られる。
3. Preparation of gel body with uniformly distributed components Utilizing the gelation ability of water-soluble silicon compound (WSS) and the ability to retain moisture inside the gel body, the gel contains the raw material slurry uniformly contained inside the gel. Get the body. Hereinafter, the reaction mechanism when gelling will be described.
First, by adding an alkaline earth metal aqueous solution to water-soluble silicon (WSS: Si (OROH) 4 , R is a divalent alkyl group), the liquid becomes basic and hydrolyzes to form Si (OH) n. (OROH) 4-n . And it is thought that a Si-O-Si network is formed by the progress of OH group dehydration condensation reaction or dealcoholization condensation reaction to form a gel body.
At this time, the alkaline earth metal salt or the Eu slurry of the activator is confined in the Si—O—Si network, thereby obtaining a gel body in which the constituent components are uniformly distributed.

このゲル化に要する時間は、アルカリ土類金属元素の種類や水溶液の水分量によって変化するが、以下に示すゲル化条件を逸脱しない範囲で実施することができる。
アルカリ土類金属塩及びユーロピウムの水分散液に、室温下で撹拌させながらWSS水溶液を添加する。10分間以上撹拌し、液全体が均一なスラリー状であることを確認した後、加熱を開始することによりゲル化することができる。
The time required for this gelation varies depending on the type of alkaline earth metal element and the amount of water in the aqueous solution, but can be carried out within a range that does not deviate from the gelation conditions shown below.
An aqueous WSS solution is added to an aqueous dispersion of alkaline earth metal salt and europium while stirring at room temperature. After stirring for 10 minutes or more and confirming that the entire liquid is in a uniform slurry state, gelation can be achieved by starting heating.

ゲル化温度は20〜100℃が好ましく、さらに40〜60℃とするのが好ましい。
具体的には、例えば50℃になるように設定するのが好ましい。液温50℃では、混合液量150mlで15分程度で全体がゲル化し、均一な塊状になる。液温が低いほどゲル化までに要する時間が長くなる。液温を100℃より高くとすると、ゲル化までに要する時間は約5分程度と短くなるが、液全体を均一に加温するのが困難になり、局部的なゲル化を招くため、望ましくない。
混合液の容量により、加熱撹拌方法は適宜選択できるが、液全体が均一に混合されるようにする点と、液全体を均一に加熱する点を注意し、均一にゲル化することが重要である。
The gelation temperature is preferably 20 to 100 ° C, more preferably 40 to 60 ° C.
Specifically, for example, it is preferable to set the temperature to 50 ° C. At a liquid temperature of 50 ° C., the entire solution gels in about 15 minutes with a mixed liquid amount of 150 ml and becomes a uniform lump. The lower the liquid temperature, the longer the time required for gelation. If the liquid temperature is higher than 100 ° C., the time required for gelation is shortened to about 5 minutes, but it is difficult to uniformly warm the whole liquid, and this causes local gelation. Absent.
Depending on the volume of the mixture, the heating and stirring method can be selected as appropriate. is there.

〔工程2〕
次に、工程1により作製されたゲル体を乾燥して前駆体を形成して、ゲル体に含まれる溶媒を除去する工程である。
この工程における注意点は、乾燥中に水分がゲル体の内部を移動して局所的に高濃度部を形成し沈殿物が発生すると、その後の工程を経て得られる蛍光体は組成が均一でなくなり、高輝度の発光が得られなくなるために、この乾燥時にはゲル体内での水分移動が生じないようす乾燥することが重要である。
乾燥温度は100〜200℃とする。
乾燥方法は、前記注意点を考慮するほかは特に制限はなく、一般的な乾燥機を使用することができる。熱風循環型の乾燥機や、真空乾燥機、凍結乾燥機も使用することができる。なお、得られた乾燥物が凝集しているときは、解砕してから次の工程に進むのが好ましい。
[Step 2]
Next, the gel body produced in step 1 is dried to form a precursor, and the solvent contained in the gel body is removed.
The point to note in this process is that when moisture moves inside the gel body during drying to form a high-concentration part and precipitates are generated, the phosphor obtained through the subsequent process has a non-uniform composition. In order to prevent the emission of high-luminance light, it is important to dry the gel so that no moisture transfer occurs in the gel body.
A drying temperature shall be 100-200 degreeC.
The drying method is not particularly limited except for the above precautions, and a general dryer can be used. A hot-air circulating dryer, a vacuum dryer, or a freeze dryer can also be used. In addition, when the obtained dried material is agglomerated, it is preferable to proceed to the next step after crushing.

〔工程3〕
工程2により得られた前駆体を、大気雰囲気中で熱処理し、仮焼粉を得る工程である。
この熱処理は、WSSに含まれているプロピレングリコールなどの分解と原料炭酸塩の分解と、目的相である(Ba,Sr)SiO相を形成することを目的として行われる。
原料を水中に分散し、水溶性ケイ素化合物との均一なゲル体を出発としているため、焼成によりサブミクロン〜ミクロンオーダーの微細組織を持った、相純度の高い仮焼粉末が得られやすい。
このような仮焼粉末を得ることで、引き続いて行われるフラックス中の還元焼成時の均一な粒成長とEuの還元ドープが促され、その結果として高輝度な蛍光体が得られる。
[Step 3]
In this step, the precursor obtained in step 2 is heat-treated in an air atmosphere to obtain calcined powder.
This heat treatment is performed for the purpose of decomposing propylene glycol and the like contained in WSS, decomposing the raw material carbonate, and forming a target phase of (Ba, Sr) SiO 4 .
Since the raw material is dispersed in water and a uniform gel body with a water-soluble silicon compound is used as a starting material, it is easy to obtain a calcined powder with a high phase purity having a fine structure of submicron to micron order by firing.
By obtaining such a calcined powder, uniform grain growth and reduction doping of Eu during subsequent reduction firing in the flux are promoted, and as a result, a high-luminance phosphor is obtained.

この工程の熱処理は、特に雰囲気制御する必要はなく、大気雰囲気の箱型の電気炉中で加熱するなど公知の方法で行うことができる。
具体的には、アルミナ製の容器に入れ、大気雰囲気中で800〜1300℃で熱処理する。
800℃より低い温度、仮焼粉末中の残留炭酸塩が多くなり、目的相純度が低く、引き続いて行われるフラックス中還元焼成時の均一粒成長を阻害するために、最終的に高輝度の蛍光体が得られない。
1300℃を超える温度では目的相純度は高くなるが、仮焼粉末の粒成長が進みすぎ、フラックス還元焼成中の均一な粒成長やEuの還元ドープを妨げて、最終的に得られる蛍光体の輝度が低下する。
すなわち、目的相純度が高く、粒成長が進みすぎない焼成条件を選択することが重要である。このために、温度を2段階に分けて熱処理することや、同じ温度で繰り返して熱処理することもできる。
The heat treatment in this step is not particularly required to control the atmosphere, and can be performed by a known method such as heating in a box-type electric furnace in an air atmosphere.
Specifically, it heats at 800-1300 degreeC in an atmospheric condition in the container made from an alumina.
Since the residual carbonate in the calcined powder is increased at a temperature lower than 800 ° C., the target phase purity is low, and in order to inhibit the uniform grain growth during the subsequent reduction firing in the flux, the high brightness fluorescence is finally obtained. I can't get a body.
At temperatures exceeding 1300 ° C., the target phase purity is high, but the grain growth of the calcined powder proceeds too much, hindering uniform grain growth during flux reduction firing and reducing reduction of Eu, resulting in a final phosphor. The brightness decreases.
That is, it is important to select firing conditions that have a high target phase purity and that do not cause excessive grain growth. For this purpose, heat treatment can be performed by dividing the temperature into two stages, or heat treatment can be repeated at the same temperature.

〔工程4〕
工程3により作製された仮焼粉とフラックスを混合し、還元性雰囲気下で熱処理して焼成物を得る工程である。
仮焼粉は目的結晶相となっているが、このアルカリ土類金属元素のサイトに、賦活剤であるユーロピウムを置換ドープする。
工程3の後の仮焼粉中のユーロピウムは、原料と同様に3価であるが、工程4において還元性雰囲気下で熱処理することで2価となり、2価のアルカリ土類金属元素のサイトに置換され、高輝度の発光を得ることができる。
[Step 4]
In this step, the calcined powder produced in step 3 and the flux are mixed and heat-treated in a reducing atmosphere to obtain a fired product.
The calcined powder has a target crystal phase, and the alkaline earth metal element site is doped with europium as an activator.
Europium in the calcined powder after step 3 is trivalent as in the case of the raw material, but becomes bivalent by heat treatment in a reducing atmosphere in step 4 and enters the site of the divalent alkaline earth metal element. The light emission with high luminance can be obtained by substitution.

さらに、フラックスの存在下で還元焼成することにより結晶成長が促進されて、より高輝度なアルカリ土類金属シリケート蛍光体を得ることができる。本法の仮焼粉末は前述のように均一微細組織を持つので、固相法よりもフラックス効果が得られやすく、比較的低温の還元焼成でも高輝度な蛍光体が得られる。
フラックスとしては、BaCl、SrClが好適に使用できる。これらを単独又は混合して使用しても良い。
Furthermore, by reducing and firing in the presence of flux, crystal growth is promoted, and a higher-brightness alkaline earth metal silicate phosphor can be obtained. Since the calcined powder of this method has a uniform fine structure as described above, it is easier to obtain the flux effect than the solid phase method, and a high-luminance phosphor can be obtained even by relatively low temperature reduction firing.
As the flux, BaCl 2 and SrCl 2 can be preferably used. You may use these individually or in mixture.

フラックスの添加量は、原料の種類や粒径、フラックス材、焼成温度、雰囲気、炉の種類や焼成容器の構造などによっても異なるが、仮焼粉に対して0.1質量%以上、20質量%以下の範囲が好ましい。フラックスの添加量が仮焼粉に対して0.1質量%より少ないと、フラックスの効果が得られないため好ましくなく、フラックスの添加量が仮焼粉に対して20質量%より多くなると、フラックス効果が飽和したり、粒径が大きくなりすぎたり、母体結晶に取り込まれて特性を悪化させたり輝度低下を引き起こす場合があるため好ましくない。   The amount of the flux added varies depending on the type and particle size of the raw material, the flux material, the firing temperature, the atmosphere, the type of furnace, the structure of the firing container, etc., but 0.1% by mass or more and 20% by mass with respect to the calcined powder. % Or less is preferable. If the addition amount of the flux is less than 0.1% by mass with respect to the calcined powder, the effect of the flux cannot be obtained, which is not preferable. If the addition amount of the flux is more than 20% by mass with respect to the calcined powder, the flux This is not preferable because the effect may be saturated, the particle size becomes too large, or it may be incorporated into the host crystal to deteriorate the characteristics or cause a decrease in luminance.

フラックスと仮焼粉の混合方法は、特に制限されず公知の方法で混合することができるが、例えばボールミルや乳鉢を用いた乾式粉砕混合や、水やアルコールの溶媒を加え、ボールミルや乳鉢で混合し、乾燥させるような湿式混合を用いることもできる。   The mixing method of the flux and calcined powder is not particularly limited and can be mixed by a known method. For example, dry pulverization mixing using a ball mill or a mortar, water or alcohol solvent is added, and mixing is performed using a ball mill or mortar. It is also possible to use wet mixing such as drying.

還元性雰囲気は、1〜10vol%のHを混合したNやArなどの不活性ガスを使用する。フラックスの種類によっては溶融したフラックス自体が還元剤として働くため、不活性ガス雰囲気下で熱処理することもできる。 The reducing atmosphere uses an inert gas such as N 2 or Ar mixed with 1 to 10 vol% H 2 . Depending on the type of flux, the melted flux itself acts as a reducing agent, so that heat treatment can also be performed in an inert gas atmosphere.

使用する焼成容器としては、耐熱性が高く、各蛍光体原料と反応性の低い材料を使用する。材質としては、アルミナ、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム等のセラミックス、白金、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、イリジウム、ロジウム等の金属、或いは、それらを主成分とする合金、カーボン等が挙げられる。これらの材質のうち、アルミナ、金属、カーボンが好ましい。カーボンを混在させることにより強い還元性雰囲気を得ることもできる。   As a baking container to be used, a material having high heat resistance and low reactivity with each phosphor raw material is used. As the material, ceramics such as alumina, quartz, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, magnesium oxide, metals such as platinum, molybdenum, tungsten, tantalum, niobium, iridium, rhodium, or alloys based on them, Carbon etc. are mentioned. Of these materials, alumina, metal, and carbon are preferable. A strong reducing atmosphere can be obtained by mixing carbon.

熱処理温度は、添加フラックス種や添加量、蛍光体の組成により若干の違いがあるが、フラックスの溶融温度〜1300℃とする。本発明では均一かつ微細な仮焼粉末にしているため、固相法よりも低温、短時間で高輝度蛍光体を得やすいという利点がある。ただし、熱処理温度がフラックスの溶融温度より低いと、粒成長やEuの還元、置換が不十分となり、高輝度な蛍光体が得られない。熱処理温度が1300℃より高いと、蛍光体粒子の結晶成長が進んで粗大粒子が多くなったり、焼結して2次粒子を形成してしまい、蛍光体として好適な1次粒子を得るために、別途強い粉砕が必要となり、この粉砕により、かえって蛍光体の輝度の低下を招くため好ましくない。また、粗大粒子を除くために篩を行う必要が生じるために、収率の悪化を招くため好ましくない。   The heat treatment temperature varies slightly depending on the type and amount of added flux and the composition of the phosphor, but is set to the flux melting temperature to 1300 ° C. In the present invention, since the calcined powder is uniform and fine, there is an advantage that a high-luminance phosphor can be easily obtained at a lower temperature and in a shorter time than the solid phase method. However, when the heat treatment temperature is lower than the melting temperature of the flux, grain growth, Eu reduction and substitution are insufficient, and a high-luminance phosphor cannot be obtained. When the heat treatment temperature is higher than 1300 ° C., the crystal growth of the phosphor particles proceeds and the coarse particles increase, or the secondary particles are formed by sintering to obtain primary particles suitable as the phosphor. Separately, strong pulverization is required, and this pulverization causes a decrease in the luminance of the phosphor. Moreover, since it becomes necessary to perform sieving to remove coarse particles, the yield is deteriorated, which is not preferable.

〔工程5〕
工程4により作製された焼成物から残留フラックスを除去して最終的な蛍光体粒子を得る工程である。
工程5では、工程4により得られた焼成物を必要に応じて、解砕し、フラックスを洗浄した後、乾燥、粉砕、分級処理等が行われる。
[Step 5]
In this step, residual phosphor is removed from the fired product produced in step 4 to obtain final phosphor particles.
In step 5, if necessary, the fired product obtained in step 4 is crushed and the flux is washed, followed by drying, pulverization, classification, and the like.

解砕処理は、自動乳鉢やスタンプミルなどを用いることができる。
洗浄処理は、フラックスの種類により、脱イオン水、メタノール、エタノール等の有機溶剤、アンモニア水等のアルカリ性水溶液等で行なうことができ、水溶性フラックスを用いた場合では水中で攪拌して洗浄を行うことができる。温水を用いて洗浄しても良い。
乾燥処理に際しては、アルカリ土類シリケートは水に弱いため、アルコール置換などで水分を除去した後に乾燥を行うのが好ましい。
乾燥処理を経て得られた蛍光体粉末を、粉砕、分級処理することにより所望の粒径で分散性、流動性の良い蛍光体を得ることができる。
An automatic mortar or a stamp mill can be used for the crushing treatment.
The cleaning process can be performed with deionized water, an organic solvent such as methanol or ethanol, or an alkaline aqueous solution such as ammonia water, depending on the type of flux. In the case of using a water-soluble flux, cleaning is performed by stirring in water. be able to. You may wash | clean using warm water.
In the drying treatment, since alkaline earth silicate is weak to water, it is preferable to dry after removing water by alcohol substitution or the like.
A phosphor having a desired particle size and good dispersibility and fluidity can be obtained by pulverizing and classifying the phosphor powder obtained through the drying treatment.

なお、本発明の蛍光体の耐湿性を向上するために、必要に応じて、蛍光体の表面を異なる物質で被覆する等の表面処理を行なってもよい。表面処理の材質としては、有機化合物、無機化合物、ガラス材料等を挙げることができるが、中でも酸化物、特に酸化珪素であることが好ましい。   In order to improve the moisture resistance of the phosphor of the present invention, a surface treatment such as coating the surface of the phosphor with a different substance may be performed as necessary. Examples of the material for the surface treatment include organic compounds, inorganic compounds, glass materials, etc. Among them, oxides, particularly silicon oxide is preferable.

以上のような工程を経て得られる本発明の蛍光体粒子は、水溶液法により構成成分が均一に分布したゲル体を乾燥して得られた前駆体を出発とし、熱処理により均一かつ微細組織を持つ仮焼粉末を得て、さらにフラックス中での還元焼成で結晶成長とEuの還元ドープを行っているために、緑色から黄色の高い発光効率を示す。
具体的には、ピーク波長455nmの光で励起した時に波長500nm以上、580nm以下に緑色から黄色の発光ピークを有し、外部量子効率が56%以上、かつ吸収効率が75%以上のような従来のような固相法では得られなかったような高輝度の蛍光体を得ることができる。また、従来の水溶液においてクエン酸などの有機酸の熱分解時に発生していた分解ガス、スス、異臭の発生を防ぎ、熱分解後の炭素残留も防止することで、工業的に実用化容易な製造方法でアルカリ土類金属シリケート蛍光体を製造することができる。
The phosphor particles of the present invention obtained through the above steps have a uniform and fine structure by heat treatment starting from a precursor obtained by drying a gel body in which constituent components are uniformly distributed by an aqueous solution method. Since the calcined powder is obtained, and crystal growth and reduction doping of Eu are performed by reduction firing in a flux, high luminous efficiency from green to yellow is exhibited.
Specifically, it has a green to yellow emission peak at a wavelength of 500 nm or more and 580 nm or less when excited with light having a peak wavelength of 455 nm, an external quantum efficiency of 56% or more, and an absorption efficiency of 75% or more. Thus, it is possible to obtain a high-luminance phosphor that cannot be obtained by the solid phase method. In addition, it is easy to put to practical use industrially by preventing the generation of cracked gas, soot, and offensive odor that were generated during the thermal decomposition of organic acids such as citric acid in conventional aqueous solutions, and also preventing carbon residue after thermal decomposition. An alkaline earth metal silicate phosphor can be produced by the production method.

さらに、本発明による高効率蛍光体は、励起スペクトルが近紫外〜可視光の範囲にわたって比較的フラットである。そのため、波長が320〜420nmの光を吸収し、波長が420nm以上、800nm以下の光を放出するような発光ダイオードや、波長が420〜480nmの光を吸収し、波長が480nm以上、800nm以下の光を放出するような発光ダイオードの蛍光体として好適に使用でき、より高効率及び高特性な発光ダイオードを提供することができる。   Furthermore, the high-efficiency phosphor according to the present invention has a relatively flat excitation spectrum over a range of near ultraviolet to visible light. Therefore, a light emitting diode that absorbs light with a wavelength of 320 to 420 nm and emits light with a wavelength of 420 nm or more and 800 nm or less, absorbs light with a wavelength of 420 to 480 nm, and has a wavelength of 480 nm or more and 800 nm or less. It can be suitably used as a phosphor of a light emitting diode that emits light, and a light emitting diode with higher efficiency and higher characteristics can be provided.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
なお、使用したWSSは、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時間混合した混合液に、乳酸を微量加えてさらに1時間攪拌して作製した。これに純水を添加して2mol/LのWSS水溶液を得た。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
The WSS used was prepared by weighing TEOS and propylene glycol so as to have a molar ratio of 1: 4, adding a small amount of lactic acid to a mixed solution obtained by mixing at 80 ° C. for 1 hour, and further stirring for 1 hour. Pure water was added thereto to obtain a 2 mol / L WSS aqueous solution.

得られた蛍光体粒子のX線回折は、スペクトリス株式会社製全自動多目的X線回折装置 X‘pert Pro/MPDで測定した。
蛍光分光光度計FP−6500(日本分光株式会社製)を用いて、455nm励起での発光スペクトル測定を行い、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を求めた。
それぞれの発光ピーク波長において励起スペクトルを測定した。
X-ray diffraction of the obtained phosphor particles was measured by a fully automatic multipurpose X-ray diffractometer X'pert Pro / MPD manufactured by Spectris Co., Ltd.
Using a fluorescence spectrophotometer FP-6500 (manufactured by JASCO Corporation), the emission spectrum was measured with excitation at 455 nm, and the absorptance, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency were determined.
The excitation spectrum was measured at each emission peak wavelength.

Eu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体として、(Ba1.41Sr0.47Eu0.12)SiOなる緑色蛍光体を用いて、その製造方法を示す。
〔工程1〕
原料としてBaCO、SrCO(いずれも関東化学株式会社製)、Eu(3N、高純度化学研究所製)を所定の組成になるように秤量し、合計重量の3.5倍重量の水に添加し、室温下で30分撹拌し、水分散液とした。続いて、その2モル/L水溶性ケイ素(WSS)水溶液を所定量秤量した。
次いで、BaCO、SrCOとEuの水分散液にWSS水溶液を添加し、10分間、室温下で撹拌し、液全体が均一なスラリー状になったことを確認した後、ホットマグネチックスターラーによる加温を開始した。加熱温度は混合液温度が50℃になるように設定した。加温開始から約20分で全体がゲル化し、均一なゲル体が得られた。
As a Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor, a green phosphor of (Ba 1.41 Sr 0.47 Eu 0.12 ) SiO 4 is used and the production method thereof will be described.
[Step 1]
BaCO 3 , SrCO 3 (all manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and Eu 2 O 3 (3N, manufactured by High-Purity Chemical Laboratory) are weighed to a predetermined composition as raw materials, and 3.5 times the total weight Was added to water and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain an aqueous dispersion. Subsequently, a predetermined amount of the 2 mol / L water-soluble silicon (WSS) aqueous solution was weighed.
Next, an aqueous WSS solution was added to an aqueous dispersion of BaCO 3 , SrCO 3 and Eu 2 O 3 and stirred for 10 minutes at room temperature. After confirming that the entire liquid became a uniform slurry, Heating with a tic stirrer was started. The heating temperature was set so that the temperature of the mixed solution was 50 ° C. The whole gelled in about 20 minutes from the start of heating, and a uniform gel was obtained.

〔工程2〕
工程1により得られたゲル体を、120℃に設定した熱風乾燥機に入れ、6時間乾燥させた後、取り出して乳鉢で軽く解砕を行って、乾燥物である前駆体を得た。
[Step 2]
The gel body obtained in step 1 was put into a hot air dryer set at 120 ° C. and dried for 6 hours, and then taken out and lightly crushed in a mortar to obtain a precursor which was a dried product.

〔工程3〕
工程2により得られた乾燥物である前駆体を、アルミナ製の容器に入れ、大気中で1000℃×3hrの熱処理を行った。
工程の途中で有機物の熱分解による煙、焦げ臭、ススはほとんど発生しなかった。
[Step 3]
The precursor, which is a dried product obtained in step 2, was put in an alumina container and subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 3 hours in the atmosphere.
Smoke, burnt odor and soot were hardly generated during the process due to thermal decomposition of organic matter.

〔工程4〕
工程3で得られた仮焼粉にフラックスとして、BaCl・2HO(関東化学株式会社製)を10wt%添加し、メノウ乳鉢で10分間解砕混合した。
この混合物をカーボン製のボートに入れ、電気管状炉(伊藤製作所製 HTF−410)を用いて、Ar−4%H雰囲気中、1200℃×4hrの還元焼成を行って焼成物を得た。
[Step 4]
10% by weight of BaCl 2 .2H 2 O (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to the calcined powder obtained in step 3 as a flux, and pulverized and mixed for 10 minutes in an agate mortar.
This mixture was put into a carbon boat, and reduction firing was performed at 1200 ° C. for 4 hours in an Ar-4% H 2 atmosphere using an electric tubular furnace (HTF-410, manufactured by Ito Seisakusho) to obtain a fired product.

〔工程5〕
得られた焼成物をメノウ乳鉢で解砕し、純水で残留したフラックス成分を洗浄し、その後エタノール置換して温風乾燥した。
[Step 5]
The obtained fired product was crushed in an agate mortar, the remaining flux component was washed with pure water, then replaced with ethanol and dried in warm air.

得られた蛍光体は、単相の(Ba,Sr)SiOのXRDパターンを有し、異相の生成は確認されなかった。
図1に455nm励起での発光スペクトル、発光ピーク波長での励起スペクトルを示す。図1において、実線は455nm励起における発光スペクトル、破線は発光ピーク波長における励起スペクトルである。横軸はWavelength(波長)[nm]、縦軸はintensity(相対発光強度)[a.u.]である。
表1に455nm励起での発光ピーク波長、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を示す。
The obtained phosphor had a single-phase (Ba, Sr) 2 SiO 4 XRD pattern, and the formation of heterogeneous phases was not confirmed.
FIG. 1 shows an emission spectrum at 455 nm excitation and an excitation spectrum at the emission peak wavelength. In FIG. 1, the solid line is the emission spectrum at 455 nm excitation, and the broken line is the excitation spectrum at the emission peak wavelength. The horizontal axis is Wavelength (wavelength) [nm], and the vertical axis is intensity (relative emission intensity) [a. u. ].
Table 1 shows the emission peak wavelength, absorption rate, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency at 455 nm excitation.

工程4において添加するフラックスをSrCl・6HO(関東化学)とした以外は実施例1と同様の操作を行って蛍光体を得た。
表1に455nm励起での発光ピーク波長、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を示す。
A phosphor was obtained by performing the same operation as in Example 1 except that the flux added in Step 4 was SrCl 2 .6H 2 O (Kanto Chemical).
Table 1 shows the emission peak wavelength, absorption rate, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency at 455 nm excitation.

工程4における焼成温度を1100℃×4hrとした以外は実施例2と同様の操作を行って蛍光体を得た。
表1に455nm励起での発光ピーク波長、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を示す。
A phosphor was obtained by performing the same operation as in Example 2 except that the firing temperature in Step 4 was 1100 ° C. × 4 hr.
Table 1 shows the emission peak wavelength, absorption rate, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency at 455 nm excitation.

工程4における焼成温度を1000℃×4hrとした以外は実施例1と同様の操作を行って蛍光体を得た。
表1に455nm励起での発光ピーク波長、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を示す。
A phosphor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in Step 4 was 1000 ° C. × 4 hr.
Table 1 shows the emission peak wavelength, absorption rate, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency at 455 nm excitation.

組成を(Ba1.43Sr0.49Eu0.08)SiOとし、工程3の熱処理条件を1100℃×3hrとした以外は実施例1と同様の操作を行った。
表1に455nm励起での発光ピーク波長、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を示す。
The same operation as in Example 1 was performed except that the composition was (Ba 1.43 Sr 0.49 Eu 0.08 ) SiO 4 and the heat treatment conditions in Step 3 were 1100 ° C. × 3 hr.
Table 1 shows the emission peak wavelength, absorption rate, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency at 455 nm excitation.

組成を(Sr1.46Ba0.5Eu0.04)SiOとし、工程3の熱処理条件を1100℃×3hrとした以外は、実施例1と同様の操作を行って黄色蛍光体を得た。
得られた蛍光体は、単相の(Sr,Ba)SiOのXRDパターンを有し、異相の生成は確認されなかった。
図2に455nm励起での発光スペクトル、発光ピーク波長での励起スペクトルを示す。図2において、実線は455nm励起における発光スペクトル、破線は発光ピーク波長における励起スペクトルである。横軸はWavelength(波長)[nm]、縦軸はintensity(相対発光強度)[a.u.]である。
表1に455nm励起での発光ピーク波長、吸収率、内部量子効率、外部量子効率を示す。
A yellow phosphor is obtained by performing the same operation as in Example 1 except that the composition is (Sr 1.46 Ba 0.5 Eu 0.04 ) SiO 4 and the heat treatment condition in Step 3 is 1100 ° C. × 3 hr. It was.
The obtained phosphor had a single-phase (Sr, Ba) 2 SiO 4 XRD pattern, and the generation of a different phase was not confirmed.
FIG. 2 shows an emission spectrum at 455 nm excitation and an excitation spectrum at the emission peak wavelength. In FIG. 2, the solid line is the emission spectrum at 455 nm excitation, and the broken line is the excitation spectrum at the emission peak wavelength. The horizontal axis is Wavelength (wavelength) [nm], and the vertical axis is intensity (relative emission intensity) [a. u. ].
Table 1 shows the emission peak wavelength, absorption rate, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency at 455 nm excitation.

Figure 2013151617
Figure 2013151617

(比較例1)
出発原料に、酢酸Sr水溶液、酢酸Ba水溶液、酢酸Eu水溶液を用い、以下の各水溶液を作製した。
酢酸Sr水溶液は、酢酸Sr(関東化学株式会社製99.9%)を水に溶解して0.5M/Lの水溶液とした。
酢酸Ba水溶液は、酢酸Ba(関東化学株式会社製99.9%)を水に溶解して1M/Lの水溶液とした。
酢酸Eu水溶液は、酢酸Eu(フルウチ化学株式会社製)を水に溶解して0.1M/Lの水溶液を作製した。
(Comparative Example 1)
The following aqueous solutions were prepared using Sr acetate aqueous solution, Ba acetate aqueous solution, and Eu acetate aqueous solution as starting materials.
An aqueous Sr acetate solution was prepared by dissolving Sr acetate (99.9%, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in water to form a 0.5 M / L aqueous solution.
The acetic acid Ba aqueous solution was prepared by dissolving Ba acetate (99.9%, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in water to give a 1 M / L aqueous solution.
As the aqueous solution of Eu acetate, 0.1 M / L aqueous solution was prepared by dissolving Eu acetate (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) in water.

別途作製したWSSに、その酢酸Sr水溶液、酢酸Ba水溶液、酢酸Eu水溶液を、Si:Sr:Ba:Euが実施例1の組成割合になるように加え、さらに前記の全金属元素量の4倍のクエン酸を加えて、10分間攪拌し、完全に溶解して混合水溶液とした。その後、50℃で30分撹拌を継続するとゲル化した。その後の工程は実施例1と同様にしたが、工程3の途中でクエン酸の熱分解による煙、焦げ臭、ススが発生した。   To the WSS prepared separately, the aqueous solution of Sr acetate, Ba acetate, and Eu acetate were added so that the composition ratio of Si: Sr: Ba: Eu would be the composition ratio of Example 1, and further 4 times the total metal element amount. Of citric acid was added, stirred for 10 minutes, and completely dissolved to obtain a mixed aqueous solution. Then, when stirring was continued for 30 minutes at 50 ° C., gelation occurred. Subsequent steps were the same as in Example 1, but smoke, burnt odor, and soot were generated due to the thermal decomposition of citric acid in the middle of Step 3.

実施例に示すように、本発明による実施例1〜6の蛍光体はいずれも外部量子効率が56%以上、吸収率が75%以上と高く高輝度である。
また、実施例4では1000℃という低温還元焼成でも高輝度な蛍光体が得られているのは、本発明の製造方法は液相法で均一な前駆体を出発とすることから、微細かつ相純度の高い仮焼粉が作製でき、それをフラックス中で焼成しているため結晶成長が促進され高輝度な蛍光体粒子が得られたものと考えられる。
対して、クエン酸を用いた比較例1は、工程3の途中でクエン酸の熱分解による煙、焦げ臭、ススが発生してしまうが、実施例1〜6では、いずれもそのような分解物の発生などは見られず、工業的にも実用的な工程であるといえる。
As shown in the examples, all of the phosphors of Examples 1 to 6 according to the present invention have a high luminance with an external quantum efficiency of 56% or more and an absorptance of 75% or more.
In Example 4, a phosphor with high brightness was obtained even by low-temperature reduction firing at 1000 ° C., because the production method of the present invention starts with a uniform precursor by a liquid phase method, It is considered that high-purity calcined powder can be produced, and since it is fired in a flux, crystal growth is promoted and high-luminance phosphor particles are obtained.
On the other hand, in Comparative Example 1 using citric acid, smoke, burnt odor, and soot are generated due to the thermal decomposition of citric acid in the middle of Step 3, but in Examples 1 to 6, all such decomposition occurs. There is no generation of materials, which can be said to be an industrially practical process.

Claims (4)

(A,Eu)SiO(ただし、AはBa、Srから選ばれる少なくとも1種類以上のアルカリ土類金属元素)の組成式で表されアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法であって、
下記工程1〜工程5を有することを特徴とするアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。
〔工程1〕
原料の構成金属成分であるBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属炭酸塩とユーロピウム源の賦活剤原料の水分散液と、水溶性ケイ素化合物の水溶液を混合し、20〜100℃の液温で加熱撹拌することにより、構成成分の全量が均一に分散した状態のゲル体とする工程。
〔工程2〕
工程1により得られたゲル体を乾燥して含まれる溶媒を除去した乾燥物である前駆体を得る工程。
〔工程3〕
工程2により得られた前駆体を、大気雰囲気中800〜1300℃で熱処理して仮焼粉を得る工程。
〔工程4〕
工程3により得られた仮焼粉と、BaCl、SrClから選ばれる少なくとも1種以上のフラックスを混合し、還元性雰囲気下でフラックスの溶融温度〜1300℃の温度で熱処理して焼成物を得る工程。
〔工程5〕
工程4により得られた焼成物から残留フラックスを除去し、蛍光体粉末を得る工程。
A method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor represented by a composition formula of (A, Eu) 2 SiO 4 (wherein A is at least one alkaline earth metal element selected from Ba and Sr),
A method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor comprising the following steps 1 to 5.
[Step 1]
At least one alkaline earth metal carbonate selected from Ba and Sr as constituent metal components of the raw material, an aqueous dispersion of the activator raw material of the europium source, and an aqueous solution of a water-soluble silicon compound are mixed, and 20-100 The process which makes it the gel body of the state by which the whole quantity of the structural component was disperse | distributed uniformly by heating and stirring at the liquid temperature of ° C.
[Step 2]
The process of obtaining the precursor which is the dried material which dried the gel body obtained by the process 1, and removed the solvent contained.
[Step 3]
A step of obtaining a calcined powder by heat-treating the precursor obtained in step 2 at 800 to 1300 ° C. in an air atmosphere.
[Step 4]
The calcined powder obtained in step 3 is mixed with at least one flux selected from BaCl 2 and SrCl 2 , and heat treated at a temperature between the melting temperature of the flux and 1300 ° C. in a reducing atmosphere to obtain the fired product. Obtaining step.
[Step 5]
A step of removing the residual flux from the fired product obtained in step 4 to obtain phosphor powder.
前記水分散液が、原料のアルカリ土類金属炭酸塩および賦活原料を合わせた総量の原料重量と同量以上、5倍以下の水分添加量で混合されることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。   2. The water dispersion is mixed at a moisture addition amount equal to or more than 5 times the total weight of the raw material combined with the alkaline earth metal carbonate and the activation raw material. Method for producing alkaline earth metal silicate phosphors. 前記フラックスが、仮焼粉に対して0.1質量%以上、20質量%以下の範囲で混合することを特徴とする請求項1又は2に記載のアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。   The method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor according to claim 1 or 2, wherein the flux is mixed in a range of 0.1 mass% or more and 20 mass% or less with respect to the calcined powder. 請求項1から3のいずれかに記載の製造方法により得られるアルカリ土類金属シリケート蛍光体であって、
ピーク波長455nmの光で励起した時に、波長500nm以上、580nm以下に発光ピークを有し、外部量子効率が56%以上、かつ吸収効率が75%以上であることを特徴とするアルカリ土類金属シリケート蛍光体。
An alkaline earth metal silicate phosphor obtained by the production method according to claim 1,
An alkaline earth metal silicate having an emission peak at a wavelength of 500 nm or more and 580 nm or less, an external quantum efficiency of 56% or more, and an absorption efficiency of 75% or more when excited with light having a peak wavelength of 455 nm Phosphor.
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