JP2013512286A - ケイ酸塩発光材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ケイ酸塩発光材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のケイ酸塩発光材料の化学構造式は、Ｚｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙであり、Ｍは、金属元素であり、且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。前記ケイ酸塩発光材料は、導電可能な金属酸化物成分を添加したので、その導電性能を利用して、陰極線の励起による発光性能が導電成分を添加する前に比べて著しく高めることにして、発光効率を高める。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光材料技術領域に関するものであり、特にケイ酸塩発光材料及びその製造方法に関するものである。

近年来、電界放出器具などの発光装置は、動作電圧が低く、電力消耗が小さく、偏向コイルを必要としなく、Ｘ放射線の輻射がなく、輻射及び磁界妨害に耐えるなどの利点を有するので注目されており、電界放出陰極及び発光材料が結合すると、高輝度及び高演色の電界放出光源を得ることができ、表示、いろいろな表示、普通照明領域に応用することができる。このような電界放出器具の基本原理は、従来のブラウン管（ＣＲＴ）と同じで、電子ビームで赤、緑、青の３色蛍光粉を衝突させることで発光することにより結像及び照明用途を実現し、このような電界放出器具は、輝度、視角、反応時間、動作温度範囲、エネルギー消耗などの面で全て潜在する優れた利点を有する。

優良性能を有する電界放出器具を製造する場合、肝心な要素は高性能の蛍光粉を製造することである。現在、電界放出器具が採用する蛍光材料は、主に従来のブラウン管及びプロジェクションテレビの受像管に用いられる硫化物系、酸化物系、酸硫化物系の蛍光粉である。硫化物系及び酸硫化物系の蛍光粉は、発光輝度が高く且つ所定の導電性を有するが、大規模電子ビームにぶつけられる場合、分解され易く、単体硫黄を放出して陰極針先を「中毒」させ、且つ他の沈殿物を生成して蛍光粉の表面を覆って、蛍光粉の発光効率を下げ、電界放出器具の使用寿命を短縮する。酸化物系の蛍光粉は、優れた安定性を有するが、発光効率は高くなく、且つ材料は一般的に絶縁体である。このため、両者の性能は全て改善することを必要とする。

本発明の目的は、前記課題を解決し、導電性を有し、且つ発光効率が高いケイ酸塩発光材料を提供することである。

本発明の他の目的は、前記課題を解決し、工程が簡単であり且つコストが低いケイ酸塩発光材料の製造方法を提供することである。

本発明に係るケイ酸塩発光材料の化学構造式は、Ｚｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙである。

ただし、Ｍは、金属元素であり且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。

本発明に係るケイ酸塩発光材料の製造方法は、酸化亜鉛の源化合物、二酸化珪素の源化合物、導電可能な金属酸化物、二酸化マンガンの源化合物を原料として、各原料は構造式Ｚｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙの中のモル比に基づいて取得するステップと、上述の各原料を研磨して均一に混合するステップと、混合した原料を焼成し、冷却してからケイ酸塩発光材料を獲得するステップと、を備える。

ただし、Ｍは、金属元素であり且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。

本発明のケイ酸塩発光材料は、導電可能な金属酸化物成分を添加したので、その導電性能を利用して、陰極線の励起による発光性能は導電成分を添加する前のものと比べて著しく高めることにして、発光効率を高める。前記ケイ酸塩発光材料は、安定性がよく、均一性がよく、透過率が高く、発光性能がよいなどの特徴を有し、各種の照明及び表示装置に適用される。

本発明のケイ酸塩発光材料の製造方法は、焼成処理によってケイ酸塩発光材料を獲得することができ、従って製造工芸が簡単であり、コストが低く、広い生産応用への見込みを有する。

本発明の実施形態に係わるケイ酸塩発光材料の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例３によって製造されたケイ酸塩発光材料とＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}発光材料が低圧陰極線の励起による発光スペクトル対比図である。 本発明の実施例６によって製造されたケイ酸塩発光材料とＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}発光材料が低圧陰極線の励起による発光スペクトル対比図である。 本発明の実施例８によって製造されたケイ酸塩発光材料とＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}発光材料が低圧陰極線の励起による発光スペクトル対比図である。

図２、図３及び図４のスペクトルは、５ＫＶ加速電圧の陰極線に励起される場合、島津（Ｓｈｉｍａｄｚｕ）ＲＦ−５３０１ＰＣ蛍光分光光度計により測定して分析してから獲得する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係わるケイ酸塩発光材料の化学構造式は、Ｚｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙである。Ｍは、金属元素であり、且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。金属元素Ｍは、好ましくはインジウム、錫又は両者の組合であり、ｘは、好ましくは０．００１〜０．１であり、ｙは、好ましくは０．００１〜０．０２である。

前記ケイ酸塩発光材料において、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎを発光基質として、導電成分をドーピングし、例えば、酸化インジウム、及び酸化錫の中の少なくとも一種であり、従って前記ケイ酸塩発光材料が導電性能を有することにして、発光効率を高める。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係わるケイ酸塩発光材料の製造方法は、以下のステップを備える。

Ｓ０１：酸化亜鉛の源化合物、二酸化珪素の源化合物、導電可能な金属酸化物、二酸化マンガンの源化合物を原料として、各原料は構造式Ｚｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙの中のモル比に基づいて取得し、Ｍは、金属元素であり、且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。

Ｓ０２：上述の各原料を研磨して均一に混合する。

Ｓ０３：混合した原料を焼成し、冷却してからケイ酸塩発光材料を獲得する。

具体的に説明すると、前記酸化亜鉛の源化合物は、亜鉛の酸化物、シュウ酸塩、及びアセテートの中の少なくとも一種であり、前記二酸化珪素の源化合物は、二酸化珪素であり、前記二酸化マンガンの源化合物は、マンガンの酸化物、炭酸塩、及びシュウ酸塩の中の少なくとも一種である。ｘは、好ましくは０．００１〜０．１であり、ｙは、好ましくは０．００１〜０．０２である。前記導電可能な金属酸化物は、好ましくは酸化インジウム、及び酸化錫の中の少なくとも一種であり、単独に酸化インジウム又は単独に酸化錫であることができ、両者の組合であることもでき、例えば、酸化インジウムスズであり、具体的の組合比例は、実際の需要によって決めるが、金属酸化物全体のモル比は、前記範囲内で選択する。

ステップＳ０２において、各原料はモルタル内で研磨して均一に混合してから、ステップＳ０３を行う。具体的に、原料をるつぼに放置して焼成し、１０００℃〜１４００℃の温度で１時間〜８時間溶解する。好ましくは、前記焼成温度は１０００℃〜１３５０℃であり、焼成時間は２時間〜６時間である。

さらに焼成物を粉末に研磨して蛍光粉を形成する。

以下、複数の実施例によって、ケイ酸塩発光材料の異なる組成及びその製造方法、その性能などの面に対して説明する。

実施例１
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２及びＭｎＯ_２を主要原料として、０．６５０７ｇのＺｎＯ、０．２４０１ｇのＳｉＯ_２、０．０００６ｇのＳｎＯ_２、０．０００３ｇのＭｎＯ_２を秤とって、均一に混合してから１０００℃で８時間焼成、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_{１．９９９}（Ｓｉ_{０．９９９}Ｓｎ_{０．００１}）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００１}発光材料を獲得する。

実施例２
Ｚｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２、ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＭｎＣＯ_３を主要原料として、１．４６６９ｇのＺｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２、０．２４０１ｇのＳｉＯ_２、０．０００５ｇのＩｎ_２Ｏ_３、０．０００４ｇのＭｎＣＯ_３を秤とって、均一に混合してから１４００℃で１時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_{１．９９９}（Ｓｉ_{０．９９９}Ｉｎ_{０．００１}）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００１}発光材料を獲得する。

実施例３
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２及びＭｎＣ_２Ｏ_４を主要原料として、０．６４９１ｇのＺｎＯ、０．２３９６ｇのＳｉＯ_２、０．００１８ｇのＳｎＯ_２、０．００３０ｇのＭｎＣ_２Ｏ_４を秤とって、均一に混合してから１２５０℃で６時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_{１．９９４}（Ｓｉ_{０．９９７}Ｓｎ_{０．００３}）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００６}発光材料を獲得する。

実施例４
ＺｎＣ_２Ｏ_４、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２及びＭｎＯ_２を主要原料として、１．２２６５ｇのＺｎＣ_２Ｏ_４、０．２１６３ｇのＳｉＯ_２、０．０６００ｇのＳｎＯ_２、０．００７３ｇのＭｎＯ_２を秤とって、均一に混合してから１３５０℃で４時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_１．９８（Ｓｉ_０．９Ｓｎ_０．１）Ｏ_４：Ｍｎ_０．０２発光材料を獲得する。

実施例５
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２及びＭｎＯ_２を主要原料として、０．６３４８ｇのＺｎＯ、０．２０４３ｇのＳｉＯ_２、０．０９００ｇのＳｎＯ_２、０．０１５０ｇのＭｎＯ_２を秤とって、均一に混合してから１４００℃で２時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_１．９５（Ｓｉ_０．８５Ｓｎ_０．１５）Ｏ_４：Ｍｎ_０．０５発光材料を獲得する。

実施例６
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＭｎＣ_２Ｏ_４を主要原料として、０．６４９１ｇのＺｎＯ、０．２２８３ｇのＳｉＯ_２、０．０２５０ｇのＩｎ_２Ｏ_３、０．００３０ｇのＭｎＣ_２Ｏ_４を秤とって、均一に混合してから１２５０℃で６時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_{１．９９４}（Ｓｉ_０．９５Ｉｎ_０．０５）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００６}発光材料を獲得する。

実施例７
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＭｎＣ_２Ｏ_４を主要原料として、０．６４７８ｇのＺｎＯ、０．２０４３ｇのＳｉＯ_２、０．０７５０ｇのＩｎ_２Ｏ_３、０．００５０ｇのＭｎＣ_２Ｏ_４を秤とって、均一に混合してから１３５０℃で８時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_１．９９（Ｓｉ_０．８５Ｉｎ_０．１５）Ｏ_４：Ｍｎ_０．０１発光材料を獲得する。

実施例８
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＭｎＣ_２Ｏ_４を主要原料として、０．６４９１ｇのＺｎＯ、０．２３５５ｇのＳｉＯ_２、０．０１００ｇのＩｎ_２Ｏ_３、０．００３０ｇのＭｎＣ_２Ｏ_４を秤とって、均一に混合してから１２５０℃で６時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_{１．９９４}（Ｓｉ_０．９８Ｉｎ_０．０２）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００６}発光材料を獲得する。

実施例９
ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２及びＭｎＣ_２Ｏ_４を主要原料として、０．６４７８ｇのＺｎＯ、０．２０４３ｇのＳｉＯ_２、０．０５００ｇのＩｎ_２Ｏ_３、０．０３００ｇのＳｎＯ_２、０．００５０ｇのＭｎＣ_２Ｏ_４を秤とって、均一に混合してから１３５０℃で８時間焼成し、焼成物を室温に冷却して取得したサンプルを粉末に研磨すると、Ｚｎ_１．９９（Ｓｉ_０．８５Ｉｎ_０．１Ｓｎ_０．０５）Ｏ_４：Ｍｎ_０．０１発光材料を獲得する。

図２は、前記実施例３によって獲得したＺｎ_{１．９９４}（Ｓｉ_{０．９９７}Ｓｎ_{０．００３}）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００６}発光材料の発光スペクトル曲線１とＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光スペクトル曲線４を示し、全て低圧陰極線に励起されて発光するスペクトルであり、本実施例は、５ｋｖ加速電圧の陰極線を採用する。図２に示されたように、前記実施例３によって製造された発光材料は５２２ｎｍの緑色光を発光し、その発光強度はＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光強度より大きく、酸化錫を増加してから、発光材料の発光強度が増強されたことを説明する。

図３は、前記実施例６によって獲得したＺｎ_{１．９９４}（Ｓｉ_０．９５Ｉｎ_０．０５）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００６}発光材料の発光スペクトル曲線２とＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光スペクトル曲線４を示し、全て低圧陰極線に励起されて発光するスペクトルであり、本実施例は、５ｋｖ加速電圧の陰極線を採用する。図３に示されたように、前記実施例６によって製造された発光材料は５２２ｎｍの緑色光を発光し、その発光強度はＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光強度より大きく、酸化インジウムを増加してから、発光材料の発光強度が増強されたことを説明する。

図４は、前記実施例８によって獲得したＺｎ_{１．９９４}（Ｓｉ_０．９８Ｉｎ_０．０２）Ｏ_４：Ｍｎ_{０．００６}発光材料の発光スペクトル曲線３とＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光スペクトル曲線４を示し、全て低圧陰極線に励起されて発光するスペクトルであり、本実施例は、５ｋｖ加速電圧の陰極線を採用する。図４に示されたように、前記実施例８によって製造された発光材料は５２２ｎｍの緑色光を発光し、その発光強度はＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光強度より大きく、酸化インジウムを増加してから、発光材料の発光強度が増強されたことを説明する。

前記実施例３，６，８によって獲得した発光材料の発光スペクトルとＺｎ_{１．９９４}ＳｉＯ_４：Ｍｎ_{０．００6}蛍光粉の発光スペクトルを比較すると、導電可能な金属酸化物成分を添加したので、ケイ酸塩発光材料は、その導電性能を利用して、陰極線の励起による発光性能が導電成分を添加する前に比べて著しく高めることにして、発光効率を高める。前記ケイ酸塩発光材料は、安定性がよく、均一性がよく、透過率が高く、発光性能がよいなどの特徴を有し、各種の照明及び表示装置に適用される。前記ケイ酸塩発光材料の製造方法において、焼成処理によってケイ酸塩発光材料を獲得することができ、従って製造工芸が簡単であり、コストが低く、広い生産応用への見込みを有する。

以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

Claims (10)

1. 化学構造式がＺｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙであることを特徴とするケイ酸塩発光材料。
   （ただし、Ｍは、金属元素であり、且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。）
2. 前記金属元素Ｍは、インジウム、及び錫の中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸塩発光材料。
3. 前記ｘは０．００１〜０．１であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸塩発光材料。
4. 前記ｙは０．００１〜０．０２であることを特徴とする請求項１に記載のケイ酸塩発光材料。
5. 酸化亜鉛の源化合物、二酸化珪素の源化合物、導電可能な金属酸化物、又は二酸化マンガンの源化合物を原料として、各原料は構造式Ｚｎ_２−ｙ（Ｓｉ_１−ｘＭ_ｘ）Ｏ_４：Ｍｎ_ｙの中のモル比に基づいて取得するステップと、
   上述の各原料を研磨して均一に混合するステップと、
   混合した原料を焼成し、冷却してからケイ酸塩発光材料を獲得するステップと、
   を備えることを特徴とするケイ酸塩発光材料の製造方法。
   （ただし、Ｍは、金属元素であり、且つその酸化物は導電可能であり、ｘは、０．００１〜０．１５であり、ｙは、０．００１〜０．０５である。）
6. 前記焼成温度は１０００℃〜１４００℃であり、前記焼成時間は１時間〜８時間であることを特徴とする請求項５に記載のケイ酸塩発光材料の製造方法。
7. 前記酸化亜鉛の源化合物は、亜鉛の酸化物、シュウ酸塩、及びアセテートの中の少なくとも一種であり、前記二酸化珪素の源化合物は、二酸化珪素であり、前記二酸化マンガンの源化合物は、マンガンの酸化物、炭酸塩、及びシュウ酸塩の中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項５に記載のケイ酸塩発光材料の製造方法。
8. 前記導電可能な金属酸化物は、酸化インジウム、酸化錫又は酸化インジウムスズであることを特徴とする請求項５に記載のケイ酸塩発光材料の製造方法。
9. 焼成物を粉末に研磨して蛍光粉を形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のケイ酸塩発光材料の製造方法。
10. 前記ｘは０．００１〜０．１であり、前記ｙは０．００１〜０．０２であることを特徴とする請求項５に記載のケイ酸塩発光材料の製造方法。