JP2014009253A - Method for producing sulfide phosphor, and the sulfide phosphor - Google Patents

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裕二 高塚
Masato Kakihana
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for stably producing a sulfide phosphor exhibiting red luminescence having high phase purity, high chromatic purity and high luminance.SOLUTION: A strontium carbonate and a calcium carbonate represented by composition formula (SrCa)EuS are weighed to satisfy that x satisfies 0≤x≤1, y satisfied 0.2≤y≤0.6 and dissolved with a hydroxy-carboxylic acid, an europium compound weighed so as to be the above composition and a gallium compound weighed so as to have a molar ratio of an alkaline-earth metal to a gallium is in a range of 2:1 to 20:1 are mixed. An alcohol is added to the resultant mixture to obtain a gel body. Then the gel body is subjected to oxidation firing to prepare a mixture precursor including a carbonate and an oxide. The mixture precursor is subject to a reduction sulfuration and firing in a carbon disulfide or hydrogen sulfide gas under a condition of 850 to 1,000°C.

Description

本発明は、硫化物蛍光体の製造方法及びその硫化物蛍光体に関し、より詳しくは、照明やディスプレイ等に用いられる近紫外から青色の光で高輝度の橙〜赤色の蛍光を発する蛍光体に好適な硫化物蛍光体の製造方法及びその硫化物蛍光体に関する。   The present invention relates to a method for producing a sulfide phosphor and the sulfide phosphor. More specifically, the present invention relates to a phosphor that emits high-brightness orange to red fluorescence with near-ultraviolet to blue light used in lighting, displays, and the like. The present invention relates to a suitable method for producing a sulfide phosphor and the sulfide phosphor.

近年、青色LEDや近紫外LEDの開発に伴い、LEDと蛍光体を組み合わせて白色を得る白色発光素子の開発が進んでいる。   In recent years, with the development of blue LEDs and near-ultraviolet LEDs, development of white light-emitting elements that obtain white by combining LEDs and phosphors is progressing.

この青色LEDを用いて白色発光素子を作製する場合、例えば特許文献1、2、及び3に記載されるように、青色LEDと黄色蛍光体とを組み合わせた白色発光素子が開発されている。これらの白色発光素子は、照明用や液晶ディスプレイのバックライト光源としての利用が進んでいる。   When producing a white light emitting element using this blue LED, as described in Patent Documents 1, 2, and 3, for example, a white light emitting element combining a blue LED and a yellow phosphor has been developed. These white light-emitting elements are increasingly used for illumination and as backlight light sources for liquid crystal displays.

しかしながら、このような青色とその補色とから構成された白色は、色再現性が悪く、演色性が低いため、3波長型と称される白色発光素子が開発されている。   However, white light composed of such blue and its complementary color has poor color reproducibility and low color rendering, so a white light-emitting element called a three-wavelength type has been developed.

3波長型の白色発光素子としては、例えば、青色を発光する発光素子と、発光素子の青色の発光を受けて緑色光を発光する蛍光体、及び赤色光を発光する蛍光体を用いた白色発光素子が知られている(例えば、特許文献4参照。)。   As a three-wavelength type white light emitting element, for example, a white light emitting element using a blue light emitting element, a phosphor that emits green light by receiving blue light emitted from the light emitting element, and a phosphor that emits red light. An element is known (for example, refer to Patent Document 4).

青色の光で励起可能な赤色蛍光体としては、CaAlSiN:Euや(Sr、Ca)AlSiN、CaSi、SrSi等の窒化物蛍光体(例えば、特許文献5、6、及び非特許文献1参照。)や、CaS:Eu、SrS:Euや(Ca,Sr)S:Eu等の硫化物蛍光体(例えば、特許文献7参照。)が知られている。 Examples of red phosphors that can be excited by blue light include nitride phosphors such as CaAlSiN: Eu, (Sr, Ca) AlSiN, Ca 2 Si 5 N 8 , Sr 2 Si 5 N 8 (for example, Patent Document 5, 6, and Non-Patent Document 1), and sulfide phosphors such as CaS: Eu, SrS: Eu, and (Ca, Sr) S: Eu (see, for example, Patent Document 7) are known.

その中で、硫化物蛍光体は古くから知られており、カルシウムやストロンチウムの炭酸塩や硫酸塩と酸化ユーロピウムとを混合して前駆体とし、それを硫化水素中で焼成することで蛍光体を作製している。   Among them, sulfide phosphors have been known for a long time, and calcium and strontium carbonates and sulfates are mixed with europium oxide as a precursor, and the phosphor is then fired in hydrogen sulfide. I am making it.

この硫化物蛍光体については、従来、赤色蛍光体の特性を向上させる試みが多くなされている。例えば、特許文献8及び特許文献9には、硫化カルシウムを母体中心とし、Euを発光中心、Mn,Li,Ce,Gd等を増感剤とした赤色蛍光体が記載されている。   For this sulfide phosphor, many attempts have been made to improve the characteristics of the red phosphor. For example, Patent Document 8 and Patent Document 9 describe red phosphors having calcium sulfide as a base, Eu as a luminescent center, and Mn, Li, Ce, Gd and the like as sensitizers.

また、蛍光体の作製においてフラックスを用いることはよく知られており、例えば特許文献10には、硫化水素中で約1000℃の温度で硫化し、その後フラックスを添加して熱処理することが開示されている。また、例えば特許文献11には、硫化物とフラックスを混合して焼成する方法が開示されている。   In addition, it is well known to use a flux in the production of a phosphor. For example, Patent Document 10 discloses that sulfur is sulfided in hydrogen sulfide at a temperature of about 1000 ° C., and then heat treatment is performed by adding the flux. ing. Further, for example, Patent Document 11 discloses a method of mixing and baking sulfide and flux.

また、硫化法として、二硫化炭素を用いた酸化物や炭酸塩の還元硫化法が開発されている(例えば、特許文献12、非特許文献2)。また、フラックスを入れる場合は、硫化とフラックス焼成を分けて2回焼成することも知られている。   Further, as a sulfidation method, a reduction sulfidation method of an oxide or carbonate using carbon disulfide has been developed (for example, Patent Document 12 and Non-Patent Document 2). In addition, in the case of adding a flux, it is also known that the sulfidation and the flux firing are divided and fired twice.

一般的に、フラックスとしては、Pb酸化物、Mo酸化物、NaCO等の炭酸塩やアルカリ金属やアルカリ土類金属の塩化物等が良く使われている。また、蛍光体を作製する場合に、硫化物をフラックスとして使用することも知られており、例えば非特許文献3には、CaS:EuをNaSやKSをフラックスとして用いることが記載されている。 Generally, as the flux, carbonates such as Pb oxide, Mo oxide, Na 2 CO 3 , chlorides of alkali metals and alkaline earth metals, and the like are often used. It is also known that sulfide is used as a flux when producing a phosphor. For example, Non-Patent Document 3 describes using CaS: Eu as Na 2 S or K 2 S as a flux. Has been.

また、例えば非特許文献4、5及び特許文献13には、SrS−Ga状態図やCaS−Gaの状態図とそれに基づいたSrGaやCaGa単結晶育成でのGaの自己フラックス効果が記載されている。しかしながら、これらは、SrGaとGa、CaGaとGaの間の状態図は調べられているが、SrSやCaSの近い組成での液相線は記載されていない。また、これらの平衡状態図では、SrSやCaSとSrGaやCaGaの共晶温度は1100℃程度であり、自己フラックス効果を得ようとすると1100℃以上の温度で焼成する必要があると考えられる。しかしながら、1100℃以上の温度で焼成すると、炉に用いている石英管が軟化するという問題や、前駆体が溶融することで結晶粒が大きくなり、LED用蛍光体に適した1μm〜20μm程度の粒子が得られなくなるという問題が生じる。 Further, for example, in Non-Patent Documents 4 and 5 and Patent Document 13, SrS—Ga 2 S 3 phase diagrams and CaS—Ga 2 S 3 phase diagrams and SrGa 2 S 4 and CaGa 2 S 4 single crystal growth based thereon are shown. The self-flux effect of Ga 2 S 3 is described. However, the phase diagram between SrGa 2 S 4 and Ga 2 S 3 , CaGa 2 S 4 and Ga 2 S 3 has been investigated, but the liquidus at the composition close to SrS and CaS is described. Not. In these equilibrium diagrams, the eutectic temperature of SrS or CaS and SrGa 2 S 4 or CaGa 2 S 4 is about 1100 ° C., and it is necessary to fire at a temperature of 1100 ° C. or higher in order to obtain the self-flux effect. It is thought that there is. However, when firing at a temperature of 1100 ° C. or higher, the problem is that the quartz tube used in the furnace is softened, and the precursor is melted, so that the crystal grains become large, which is about 1 μm to 20 μm suitable for LED phosphors. There arises a problem that particles cannot be obtained.

上述したように、これまで様々なフラックスを用いた蛍光体作製の検討がなされてきているが、これらのフラックスは有害物であったり、吸湿性を持ったりするため、焼成した後にフラックスを除去することが必要であった。   As described above, phosphor preparation using various fluxes has been studied so far. However, since these fluxes are harmful and have hygroscopic properties, the flux is removed after firing. It was necessary.

例えば、塩化物フラックスは、水に溶解しやすいため、水で洗浄することによって除去することが可能となる。しかしながら、硫化物、特にアルカリ土類金属硫化物は、水に弱いという問題がある。さらに、SrS系硫化物蛍光体では、塩化物フラックスにより発生する欠陥により、数秒から数十秒の残光が発生するという問題もある。   For example, since chloride flux is easily dissolved in water, it can be removed by washing with water. However, there is a problem that sulfides, particularly alkaline earth metal sulfides, are vulnerable to water. Further, the SrS sulfide phosphor has a problem that afterglow for several seconds to several tens of seconds occurs due to defects generated by chloride flux.

以上の通り、硫化物蛍光体を作製するにあたりフラックスを使用することは純度の高い結晶が得られる効果が期待できる半面、上述した種々の問題が存在し、これらの問題を解消することは容易ではなかった。   As described above, the use of flux in the production of sulfide phosphors can be expected to produce crystals with high purity, but there are various problems described above, and it is not easy to solve these problems. There wasn't.

特開平10−093146号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-093146 特開平10−065221号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-065221 特開平10−242513号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-242513 特開2000−244021号公報JP 2000-244021 A 特開2006−008721号公報JP 2006-008721 A 特開2006−152296号公報JP 2006-152296 A 特開昭56−82876号公報JP 56-82876 A 特開2002−80845号公報JP 2002-80845 A 特開2003−41250号公報JP 2003-41250 A 特表2005−509081号公報JP 2005-509081 A 特開2005−146190号公報JP 2005-146190 A 特開2009−221264号公報JP 2009-212264 A 特開2006−282409号公報JP 2006-282409 A

Hiromu Watanabe and Naoto Kijima Journal of Alloys and Compounds 475 (2009) 434-439Hiromu Watanabe and Naoto Kijima Journal of Alloys and Compounds 475 (2009) 434-439 Valery Petrykin and Masato Kakihana J. Am. Ceram. Soc., 92 [S1] S27-S31 (2009)Valery Petrykin and Masato Kakihana J. Am. Ceram. Soc., 92 [S1] S27-S31 (2009) M.Pham-Thi、 N.Ruelle and C. Fouassier Jpn. J. Appl. Phys. 31(1992)2786M. Pham-Thi, N. Ruelle and C. Fouassier Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) 2786 C. Komatsu, T. Takizawa Journal of Crystal Growth 210 (2000) 677C. Komatsu, T. Takizawa Journal of Crystal Growth 210 (2000) 677 C. Komatsu-Hidaka, T. Takizawa Journal of Crystal Growth 222 (2001) 574C. Komatsu-Hidaka, T. Takizawa Journal of Crystal Growth 222 (2001) 574

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、相純度が高いとともに色純度が高く、高輝度な赤色発光を示す硫化物蛍光体を安定して製造することができる硫化物蛍光体の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such circumstances, and a sulfide capable of stably producing a sulfide phosphor having high phase purity, high color purity, and high luminance red light emission. It aims at providing the manufacturing method of fluorescent substance.

本件発明者らは、上述した課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、蛍光体の構成成分であるアルカリ土類金属の炭酸塩と所定量のガリウムの酸化物を含む混合物前駆体を作製し、その前駆体に対して還元硫化処理を施すことで、硫化物粒子の表面を酸化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物との共晶物が被覆してフラックスとして働くことを見出し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-described problems. As a result, a mixture precursor containing alkaline earth metal carbonate, which is a constituent of the phosphor, and a predetermined amount of gallium oxide is produced, and the precursor is subjected to a reduction sulfidation treatment, thereby providing a sulfide. The inventors have found that the surface of the particles is covered with a eutectic of gallium oxide and alkaline earth metal sulfide to act as a flux, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係る硫化物蛍光体の製造方法は、組成式:(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体の製造方法であって、上記組成となるように秤量した所定量のストロンチウム炭酸塩及びカルシウム炭酸塩をオキシカルボン酸にて溶解し、上記組成となるように秤量した所定量のユーロピウム化合物と、アルカリ土類金属とガリウムとのモル比が2:1〜20:1の範囲となるように秤量したガリウム化合物とを混合して得られた混合液に、アルコールを添加してゲル化させゲル体を得るゲル体作製工程と、上記ゲル体を酸化焼成処理して炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体を作製する前駆体作製工程と、上記混合物前駆体を、850℃〜1000℃の温度条件で二硫化炭素又は硫化水素ガス中で還元硫化処理して焼成する還元焼成工程とを有することを特徴とする。 That is, the method for producing a sulfide phosphor according to the present invention is represented by a composition formula: (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1 and y is A method for producing a sulfide phosphor satisfying 0.2 ≦ y ≦ 0.6, wherein a predetermined amount of strontium carbonate and calcium carbonate weighed so as to have the above composition are dissolved in oxycarboxylic acid, It was obtained by mixing a predetermined amount of europium compound weighed to have a composition and a gallium compound weighed so that the molar ratio of alkaline earth metal to gallium was in the range of 2: 1 to 20: 1. A gel body preparation step for obtaining a gel body by adding alcohol to the mixed solution, and a precursor preparation step for preparing a mixture precursor containing carbonate and oxide by oxidizing and baking the gel body; The mixture precursor is 850 ° C to 1000 ° C. Wherein the at temperature conditions and a reduction firing step of firing by reducing sulfidation with carbon disulfide or hydrogen sulfide gas.

ここで、上記ゲル体作製工程では、上記ストロンチウム炭酸塩及びカルシウム炭酸塩を、当該硫化物蛍光体を構成する全金属及びガリウムの合計モル数の3倍〜7倍モルに相当する量のオキシカルボン酸を用いて溶解することが好ましい。   Here, in the gel body preparation step, the strontium carbonate and calcium carbonate are added in an amount corresponding to 3 to 7 times the total number of moles of all metals and gallium constituting the sulfide phosphor. It is preferable to dissolve using an acid.

また、上記ゲル体作製工程では、上記混合液に、当該硫化物蛍光体を構成する全金属及びガリウムの合計モル数の3倍〜14倍モルに相当する量のアルコールを添加してゲル化することが好ましい。   Moreover, in the said gel body preparation process, the amount of alcohol equivalent to 3 times-14 times mole of the total mole number of all the metals and gallium which comprise the said sulfide fluorescent substance is added to the said liquid mixture, and it gelatinizes. It is preferable.

また、本発明に係る硫化物蛍光体は、上述した硫化物蛍光体の製造方法によって得られ、組成式:(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体であって、その表面に、硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物との共晶物層を形成してなることを特徴とする。 The sulfide phosphor according to the present invention is obtained by the above-described method for producing a sulfide phosphor, and is represented by a composition formula: (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is A sulfide phosphor in which 0 ≦ x ≦ 1 and y is 0.2 ≦ y ≦ 0.6, and a eutectic layer of gallium sulfide and alkaline earth metal sulfide is formed on the surface thereof. It is characterized by becoming.

本発明に係る硫化物蛍光体の製造方法によれば、例えば緑色や黄色発光する結晶相の生成を防止して、相純度が高く、高輝度で色純度の高い赤色発光蛍光体を製造することができる。また、この製造方法によれば、形成させたフラックスを水洗浄等して除去する必要がなく、また残光の発生もないため、安定的に且つ効率的に硫化物蛍光体を作製することができ、その工業的な価値は極めて大きい。   According to the method for producing a sulfide phosphor according to the present invention, for example, it is possible to produce a red light-emitting phosphor having high phase purity, high luminance, and high color purity by preventing generation of a green or yellow crystal phase. Can do. Further, according to this manufacturing method, it is not necessary to remove the formed flux by washing with water or the like, and no afterglow is generated, so that a sulfide phosphor can be stably and efficiently produced. And its industrial value is extremely great.

不活性ガス中に二硫化炭素を含ませる方法の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the method of including carbon disulfide in an inert gas. 実施例1及び実施例4にて作製した硫化物蛍光体のX線回折パターンと、SrS:Eu0.2%及びGa βのX線回折パターンを示す図である。And X-ray diffraction pattern of the sulfide phosphor prepared in Example 1 and Example 4, SrS: is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of Eu0.2% and Ga 2 S 3 β. 実施例1、2、3、5にて作製した硫化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of the sulfide fluorescent substance produced in Example 1, 2, 3, 5. 実施例2、3、5と比較例5にて作製した硫化物蛍光体に関して最大発光波長で励起特性を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the excitation characteristic by the maximum light emission wavelength regarding the sulfide fluorescent substance produced in Example 2, 3, 5 and the comparative example 5. FIG.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態(以下、「本実施の形態」という。)について、図面を参照しながら以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
1.硫化物蛍光体の製造方法
1−1.製造方法の概要
1−2.製造方法の各工程
2.硫化物蛍光体
2−1.硫化物蛍光体の構成とその効果
2−2.硫化物蛍光体の構造解析
3.実施例
3−1.硫化物蛍光体の作製
3−2.硫化物蛍光体の評価
Hereinafter, a specific embodiment to which the present invention is applied (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail in the following order with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
1. 1. Manufacturing method of sulfide phosphor 1-1. Outline of manufacturing method 1-2. Each step of the manufacturing method 2. Sulfide phosphor 2-1. Structure and effect of sulfide phosphor 2-2. 2. Structural analysis of sulfide phosphors Example 3-1. Production of sulfide phosphor 3-2. Evaluation of sulfide phosphors

≪1.硫化物蛍光体の製造方法≫
<1−1.製造方法の概要>
本実施の形態に係る硫化物蛍光体の製造方法は、橙色から赤色の蛍光を発光する組成式(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体の製造方法である。
<< 1. Method for producing sulfide phosphor >>
<1-1. Overview of manufacturing method>
The method for producing a sulfide phosphor according to the present embodiment is represented by a composition formula (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S that emits orange to red fluorescence, where x is 0 ≦ x This is a method for producing a sulfide phosphor in which ≦ 1 and y is 0.2 ≦ y ≦ 0.6.

具体的に、この製造方法は、上述の硫化物蛍光体の構成成分であるアルカリ土類金属の炭酸塩及びユーロピウム(Eu)化合物と共に、所定量のガリウム(Ga)化合物を添加して、錯体重合法によって全金属元素を均一に含むゲル体を作製し、そのゲル体を酸化焼成して構成成分を均一に含ませた炭酸塩とGa酸化物を含む混合物前駆体を得て、この混合物前駆体を所定の温度条件で還元硫化するものである。   Specifically, in this production method, a predetermined amount of a gallium (Ga) compound is added together with an alkaline earth metal carbonate and a europium (Eu) compound that are constituents of the above-described sulfide phosphor, A gel body containing all metal elements uniformly is manufactured by a legal method, and the gel body is oxidized and baked to obtain a mixture precursor containing carbonate and Ga oxide containing the components uniformly, and this mixture precursor Is reduced and sulfided under a predetermined temperature condition.

この製造方法では、炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体に含まれているGa酸化物が還元硫化処理によって硫化されて硫化ガリウム(Ga)となり、蛍光体の構成成分であるSrSやCaSが生成するのと同時にGaが同時に生成する。生成したGaは、従来知られていた液相で発生する温度よりも低い温度で生成しアルカリ土類金属硫化物の粒子表面を被覆して、フラックスとして作用するようになる。これにより、硫化物の結晶成長を促進させることができ、高純度であって輝度の高い蛍光体を効果的に生成させることができる。 In this manufacturing method, Ga oxide contained in the mixture precursor containing carbonate and oxide is sulfided by reduction sulfidation treatment to become gallium sulfide (Ga 2 S 3 ), and SrS, which is a constituent component of the phosphor, Ga 2 S 3 is generated at the same time as CaS is generated. The produced Ga 2 S 3 is produced at a temperature lower than the temperature generated in the conventionally known liquid phase, covers the surface of the alkaline earth metal sulfide particles, and acts as a flux. Thereby, the crystal growth of sulfide can be promoted, and a phosphor having high purity and high brightness can be effectively generated.

また、この製造方法によって得られた硫化物蛍光体では、表面を被覆した硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物との共晶物層は発光特性に影響せず、耐水性・耐湿性効果がある。そのため、水洗浄を行う必要が無く、残光も発生せず、従来生じていた硫化物蛍光体をフラックスを用いて作製する際の問題点を一気に解決することができる。   In addition, in the sulfide phosphor obtained by this manufacturing method, the eutectic layer of gallium sulfide and alkaline earth metal sulfide covering the surface does not affect the light emission characteristics and has water resistance and moisture resistance effects. . Therefore, there is no need to perform water washing, no afterglow is generated, and the problems in producing a sulfide phosphor that has conventionally occurred using a flux can be solved at once.

<2−2.製造方法の各工程>
以下、より具体的に、本実施の形態に係る硫化物蛍光体の製造方法について工程毎に説明する。
<2-2. Each process of manufacturing method>
Hereinafter, the method for manufacturing a sulfide phosphor according to the present embodiment will be described more specifically for each step.

本実施の形態に係る硫化物蛍光体の製造方法は、上述したように、橙色から赤色の蛍光を発光する硫化物蛍光体であって、組成式(1):(Sr1−xCa1−yEuSで表され、xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体の製造方法である。 As described above, the method for producing a sulfide phosphor according to the present embodiment is a sulfide phosphor that emits fluorescence from orange to red, and has the composition formula (1): (Sr 1-x Ca x ). This is a method for producing a sulfide phosphor represented by 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1 and y is 0.2 ≦ y ≦ 0.6.

この製造方法は、原料を混合して得られた水溶液を錯体重合法によりゲル体を作製するゲル体作製工程と、ゲル体を酸化焼成して炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体を作製する前駆体作製工程と、前駆体を還元硫化して、表面に硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物との共晶物層で被覆された硫化物蛍光体を得る還元硫化工程とを有する。   In this manufacturing method, an aqueous solution obtained by mixing raw materials is used to prepare a gel body by a complex polymerization method, and the gel body is oxidized and fired to prepare a mixture precursor containing carbonate and oxide. A precursor preparation step, and a reduction sulfide step in which the precursor is reduced and sulfided to obtain a sulfide phosphor having a surface coated with a eutectic layer of gallium sulfide and an alkaline earth metal sulfide.

(1)ゲル体作製工程
ゲル体作製工程では、上記組成式に示される所定の組成となるように、原料のストロンチウム(Sr)炭酸塩、カルシウム(Ca)炭酸塩を有機酸にて溶解し、ユーロピウム(Eu)化合物を添加するとともに、ガリウム(Ga)化合物を添加して混合する。そして、得られた混合液にアルコールを添加して、所定の温度で加熱してゲル化させることによってゲル体を作製する。
(1) Gel body preparation step In the gel body preparation step, the raw material strontium (Sr) carbonate and calcium (Ca) carbonate are dissolved with an organic acid so as to have a predetermined composition represented by the above composition formula, A europium (Eu) compound is added and a gallium (Ga) compound is added and mixed. And an alcohol is added to the obtained liquid mixture, and it gels by heating at predetermined temperature and making it gelatinize.

具体的に、先ず、ゲル体作製工程では、ストロンチウム炭酸塩、カルシウム炭酸塩をオキシカルボン酸にて溶解し、その溶解液にユーロピウム化合物とガリウム化合物を混合して混合液とする。   Specifically, first, in the gel body preparation step, strontium carbonate and calcium carbonate are dissolved in oxycarboxylic acid, and a europium compound and a gallium compound are mixed into the solution to obtain a mixed solution.

ストロンチウム源となるストロンチウム炭酸塩、カルシウム源としてのカルシウム炭酸塩は、比較的安価な材料であり、これを原料として用いることによって、コストを抑えた蛍光体を作製することができる。   Strontium carbonate as a strontium source and calcium carbonate as a calcium source are relatively inexpensive materials. By using these as raw materials, a phosphor with reduced cost can be produced.

ゲル体作製工程では、これらの原料化合物を水に分散させ室温で攪拌し、その分散液にオキシカルボン酸を添加することによって金属元素を錯化して完全に溶解させる。   In the gel body preparation step, these raw material compounds are dispersed in water, stirred at room temperature, and oxycarboxylic acid is added to the dispersion to complex and completely dissolve the metal element.

ここで、オキシカルボン酸としては、例えばクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、タルトロン酸、グリセリン酸、オキシ酪酸、ヒドロアクリル酸、乳酸、グリコール酸等を用いることができ、その中でもクエン酸を用いることがより好ましい。   Here, as the oxycarboxylic acid, for example, citric acid, malic acid, tartaric acid, tartronic acid, glyceric acid, oxybutyric acid, hydroacrylic acid, lactic acid, glycolic acid and the like can be used, and among them, citric acid is used. More preferred.

また、オキシカルボン酸の添加量としては、作製しようとする硫化物蛍光体を構成する全金属(Sr、Ca、Eu)及び後で添加するガリウム(Ga)の合計モル数(Sr、Ca、Eu、Gaの合計)の3倍〜7倍モルに相当する量程度とすることが好ましい。オキシカルボン酸の添加量が全金属の合計モル数に対して3倍モル未満であると、原料となるストロンチウム炭酸塩、カルシウム炭酸塩を完全に溶解させることができず、クエン酸カルシウムの白色沈殿等が形成されてしまう。また、金属元素の錯化が十分に進行しない可能性がある。一方で、添加量が7倍モルを超えると、コストが増大して経済性が悪化するため好ましくない。   The amount of oxycarboxylic acid added is the total number of moles (Sr, Ca, Eu) of all metals (Sr, Ca, Eu) constituting the sulfide phosphor to be produced and gallium (Ga) added later. , The total of Ga) is preferably about 3 to 7 times mol. If the amount of oxycarboxylic acid added is less than 3 times the total number of moles of all metals, strontium carbonate and calcium carbonate as raw materials cannot be completely dissolved, and white precipitation of calcium citrate Etc. are formed. Moreover, there is a possibility that the complexation of the metal element does not proceed sufficiently. On the other hand, when the addition amount exceeds 7 times mole, the cost increases and the economic efficiency deteriorates, which is not preferable.

オキシカルボン酸を添加することによる金属元素の錯化処理に際しては、特に限定されないが、例えば水溶液を50℃〜80℃程度に加温して、30分〜1時間程度の時間で攪拌することによって行う。   The complexing treatment of the metal element by adding oxycarboxylic acid is not particularly limited. For example, the aqueous solution is heated to about 50 ° C. to 80 ° C. and stirred for about 30 minutes to 1 hour. Do.

添加する賦活元素Euの化合物としては、ユーロピウムの硝酸塩や酸化物等の水溶性ユーロピウム化合物を用いることができる。例えば、硝酸ユーロピウムとしては、原料のユーロピウム酸化物を3倍モル以上の硝酸溶液で溶解し、1時間程度の攪拌を行うことによってユーロピウム酸化物を完全に溶解させ、その後ユーロピウム溶解液を乾燥させることによって得ることができる。乾燥に際しては、80℃〜120℃程度の温度に加熱して余分な硝酸を蒸発除去し、その後所定の濃度に定量する。水溶液中に余分なフリーの硝酸が残留しているとゲル体作製時に反応が急激に生じるため、予め除去しておくとよい。   As the compound of the activation element Eu to be added, a water-soluble europium compound such as europium nitrate or oxide can be used. For example, as europium nitrate, the raw europium oxide is dissolved with a nitric acid solution of 3 times mole or more, and the europium oxide is completely dissolved by stirring for about 1 hour, and then the europium solution is dried. Can be obtained by: At the time of drying, it is heated to a temperature of about 80 ° C. to 120 ° C. to evaporate and remove excess nitric acid, and then quantified to a predetermined concentration. If excessive free nitric acid remains in the aqueous solution, a reaction occurs rapidly during the preparation of the gel body, and therefore it is preferable to remove it in advance.

また、ガリウム化合物としては、ガリウムの硝酸塩や酸化物等の水溶性ガリウム化合物を用いることができる。例えば、硝酸ガリウムとしては、原料の金属ガリウムをその金属ガリウムの5倍モル以上の硝酸溶液で溶解し、攪拌を行うことによって完全に溶解させ、その後ガリウム溶解液を乾燥させることによって得ることができる。乾燥に際しては、80℃〜120℃程度の温度に加熱して余分な硝酸を蒸発除去する。なお、硝酸ガリウムは、大気中で加熱すると酸化ガリウムの膜が生じるため、大気と接触しないようにすることが好ましい。   As the gallium compound, a water-soluble gallium compound such as gallium nitrate or oxide can be used. For example, gallium nitrate can be obtained by dissolving metal gallium as a raw material in a nitric acid solution having a molar ratio of 5 times or more of the metal gallium, stirring it completely, and then drying the gallium solution. . At the time of drying, it is heated to a temperature of about 80 ° C. to 120 ° C. to remove excess nitric acid by evaporation. Note that it is preferable that gallium nitrate is not in contact with the atmosphere because a gallium oxide film is formed when heated in the atmosphere.

ストロンチウム炭酸塩、カルシウム炭酸塩、ユーロピウム化合物の添加量は、所望とする蛍光体の組成の金属比となるように秤量して混合する。本実施の形態においては、その組成が(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6となるように、原料のストロンチウム炭酸塩、カルシウム炭酸塩、及びユーロピウム化合物を秤量して混合する。供給する原料中の原子比と得られる蛍光体の原子組成比とは略一致することから、所望とする組成比となるように原料をそれぞれ秤量して混合することによって、それぞれの原子を上述した範囲とすることができる。 The addition amount of strontium carbonate, calcium carbonate, and europium compound is weighed and mixed so that the metal ratio of the desired phosphor composition is obtained. In the present embodiment, the composition is represented by (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1 and y is 0.2 ≦ y ≦ 0. The raw material strontium carbonate, calcium carbonate, and europium compound are weighed and mixed. Since the atomic ratio in the raw material to be supplied and the atomic composition ratio of the obtained phosphor are substantially the same, each raw material is weighed and mixed so that the desired composition ratio is obtained. It can be a range.

そして、この製造方法において重要なのが、ガリウム化合物の添加量である。本実施の形態においては、アルカリ土類金属(SrとCaの合計)とガリウム(Ga)とのモル比が2:1〜20:1の範囲となるように秤量したガリウム化合物を添加する。   What is important in this manufacturing method is the amount of gallium compound added. In this embodiment, a gallium compound weighed so as to have a molar ratio of alkaline earth metal (total of Sr and Ca) to gallium (Ga) in the range of 2: 1 to 20: 1 is added.

ガリウム化合物の添加量について、(Sr+Ca):Gaのモル比2:1よりGa量が多いと、後述する還元焼成工程において還元硫化処理する際に、緑色や黄色発光する(Sr、Ca、Eu)Gaが形成されやすくなるため好ましくない。また、2:1よりGa量が多いと、(Sr、Ca)S−(Sr、Ca)Gaの共晶組成に近いため、融点の低下により液相量が多くなり得られる硫化物が溶融しやすくなるために、粉末状の蛍光体が得られなくなる。 Regarding the addition amount of the gallium compound, when the Ga amount is larger than the molar ratio (Sr + Ca): Ga of 2: 1, green or yellow light is emitted during the reduction sulfidation process in the reduction firing process described later (Sr, Ca, Eu). It is not preferable because Ga 2 S 4 is easily formed. Further, when the amount of Ga is more than 2: 1, since it is close to the eutectic composition of (Sr, Ca) S— (Sr, Ca) Ga 2 S 4 , the amount of liquid phase can be increased due to a decrease in melting point. Since it becomes easy to melt, a powdery phosphor cannot be obtained.

一方で、(Sr+Ca):Gaのモル比20:1よりGaが少ないと、得られるアルカリ土類金属硫化物の粉末の表面で硫化ガリウムと反応して生成する液相の量が少なくなるため、表面全体を液相が覆いにくくなりフラックス効果が十分に得られない。   On the other hand, if the amount of Ga is less than the (Sr + Ca): Ga molar ratio of 20: 1, the amount of liquid phase produced by reacting with gallium sulfide on the surface of the obtained alkaline earth metal sulfide powder is reduced. The liquid phase is difficult to cover the entire surface, and the flux effect cannot be obtained sufficiently.

したがって、(Sr+Ca):Gaのモル比が2:1〜20:1の範囲となるようにガリウム化合物を添加して原料化合物と混合することにより、緑色や黄色発光する蛍光体の生成を抑制して相純度を高くし、また硫化物結晶の表面に硫化ガリウムを効果的に被覆させてフラックス効果により結晶成長を促すことができる。これにより、高輝度で色純度が高い赤色発光蛍光体粒子を安定して得ることができる。   Therefore, by adding a gallium compound so that the molar ratio of (Sr + Ca): Ga is in the range of 2: 1 to 20: 1 and mixing with the raw material compound, generation of a phosphor emitting green or yellow light is suppressed. Thus, the phase purity can be increased, and the surface of the sulfide crystal can be effectively coated with gallium sulfide to promote crystal growth by the flux effect. Thereby, it is possible to stably obtain red-emitting phosphor particles having high luminance and high color purity.

次に、ゲル体作製工程では、ガリウム化合物を添加して混合させた混合液に、アルコールを添加することによって水溶液をゲル化させる。このように、原料を混合させた水溶液をゲル化させてゲル体とすることによって、その原料を均一に分散させることができ、特に発光中心となる希土類元素のユーロピウムとガリウムを均一に分散させることができ、結晶の成長をより効果的に促進させることができるとともに、高輝度の発光を示す蛍光体を得ることができる。   Next, in the gel body preparation step, the aqueous solution is gelled by adding alcohol to the mixed solution in which the gallium compound is added and mixed. Thus, by gelling the aqueous solution in which the raw materials are mixed into a gel body, the raw materials can be uniformly dispersed, and in particular, the rare earth elements europium and gallium that are the emission centers can be uniformly dispersed. Thus, the crystal growth can be promoted more effectively, and a phosphor exhibiting high luminance emission can be obtained.

混合液に添加するアルコールとしては、グリコールを用いることが好ましい。具体的に、グリコールとしては、エチレングリコール又はプロピレングリコールを用いることが好ましい。   As the alcohol added to the mixed solution, it is preferable to use glycol. Specifically, it is preferable to use ethylene glycol or propylene glycol as the glycol.

アルコールの添加量としては、作製しようとする硫化物蛍光体を構成する全金属(Sr、Ca、Eu)及びガリウム(Ga)の合計モル数(Sr、Ca、Eu、Gaの合計)の3倍〜14倍モルに相当する量程度とすることが好ましく、5倍〜12倍モルに相当する量程度とすることがより好ましい。アルコールの添加量が全金族元素に対して3倍モル未満であると、後述するエステル化反応が起こりにくくゲル化が効率的に進行しない可能性がある。一方で、添加量が14倍モルを超えると、それ以上にアルコール添加の効果が増大せず、コストが増大して経済性が悪化するため好ましくない。   The amount of alcohol added is three times the total number of moles (total of Sr, Ca, Eu, Ga) of all metals (Sr, Ca, Eu) and gallium (Ga) constituting the sulfide phosphor to be produced. The amount is preferably about an amount corresponding to -14 times mole, and more preferably about 5 times to 12 times mole. If the amount of alcohol added is less than 3 times the moles of all the metal elements, the esterification reaction described later hardly occurs and gelation may not proceed efficiently. On the other hand, when the addition amount exceeds 14 times mole, the effect of alcohol addition does not increase any more, which is not preferable because the cost increases and the economic efficiency deteriorates.

なお、このアルコールは、クエン酸等のオキシカルボン酸とエチレン重合を起こしてゲル化するが、アルコール量が多いと水が蒸発しアルコール溶媒となる。すると、このときに白色沈殿が発生しやすくなるため、アルコール量はオキシカルボン酸と同量からオキシカルボン酸の約2倍量程度とすることが適している。   This alcohol gels with oxycarboxylic acid such as citric acid by polymerization with ethylene, but when the amount of alcohol is large, water evaporates and becomes an alcohol solvent. Then, since white precipitation is likely to occur at this time, it is suitable that the amount of alcohol is the same as that of oxycarboxylic acid to about twice the amount of oxycarboxylic acid.

アルコールの添加によるゲル化反応では、例えば水溶液の液温を80℃〜150℃程度に加熱昇温して攪拌する。このようにして水溶液を加熱して攪拌することにより、水溶液中で効果的にエステル化反応が生じて重合することによってポリエステルが生成され、これにより水溶液がゲル化する。   In the gelation reaction by addition of alcohol, for example, the temperature of the aqueous solution is heated to about 80 ° C. to 150 ° C. and stirred. By heating and stirring the aqueous solution in this manner, an esterification reaction is effectively generated in the aqueous solution and polymerization is performed to produce polyester, whereby the aqueous solution is gelled.

上述したゲル化温度について、80℃未満ではゲル化時間が長くなり、150℃を超えると均一なゲル化が難しくなる。また、ゲル化時間としては、水溶液の水分量によって変化するが、上述したゲル化温度において5時間〜12時間攪拌してゲル化させることが好ましい。   Regarding the above-described gelation temperature, if it is less than 80 ° C., the gelation time becomes long, and if it exceeds 150 ° C., uniform gelation becomes difficult. Further, the gelation time varies depending on the water content of the aqueous solution, but it is preferable to perform the gelation by stirring for 5 hours to 12 hours at the gelation temperature described above.

なお、水溶液のゲル化にあたって、エステル化反応が進行すると水溶液中の硝酸が急激に分解して赤黒いガスが発生するとともに、ポリエステル中に泡が形成されて急激に膨張する場合がある。その泡は、水で容易に溶解するので、適宜水を加えて再度水溶液を作製することによって攪拌重合してポリエステル化すればよい。また、水溶液中に硝酸が残っていると、有機物の加熱分解時に急激な反応が起きることがあることに注意する。   In the gelation of the aqueous solution, when the esterification reaction proceeds, nitric acid in the aqueous solution is rapidly decomposed to generate a reddish gas, and bubbles may be formed in the polyester to expand rapidly. Since the bubbles are easily dissolved in water, it may be polyesterified by stirring and polymerizing by adding water as appropriate and preparing an aqueous solution again. In addition, if nitric acid remains in the aqueous solution, it should be noted that a rapid reaction may occur during the thermal decomposition of the organic matter.

(2)前駆体作製工程
前駆体作製工程では、ゲル体作製工程にて得られたゲル体に対して酸化焼成処理を施すことによって、炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体を作製する。
(2) Precursor preparation process In a precursor preparation process, the mixture precursor containing carbonate and an oxide is produced by performing an oxidation baking process with respect to the gel body obtained at the gel body preparation process.

ここで、ゲル体作製工程にて得られたゲル体には、添加した原料(炭酸塩、オキシカルボン酸、アルコール等)に由来する有機物が含まれている。そのため、前駆体作製工程では、ゲル体に対する酸化焼成処理に先立ち、ゲル体に熱処理を施すことによってゲル体に含まれる有機物の分解処理を施すことが好ましい。これにより、残留する有機物の未分解物による輝度の低下を抑制し、得られる蛍光体の発光強度を高めることができ、高輝度の発光を示す蛍光体を作製することができる。   Here, the gel body obtained in the gel body preparation step contains organic substances derived from the added raw materials (carbonate, oxycarboxylic acid, alcohol, etc.). Therefore, in the precursor preparation step, it is preferable to subject the gel body to a decomposition treatment of the organic matter contained in the gel body by subjecting the gel body to a heat treatment prior to the oxidation firing treatment for the gel body. Thereby, the fall of the brightness | luminance by the undecomposed thing of the organic substance which remains can be suppressed, the emitted light intensity of the fluorescent substance obtained can be raised, and the fluorescent substance which shows high-intensity light emission can be produced.

ゲル体に対する熱処理温度としては、400℃〜500℃とすることが好ましく、450℃〜460℃とすることがより好ましい。また、熱処理時間としては、1時間〜20時間とすることが好ましく、4時間〜12時間とすることがより好ましい。また、はじめに100℃〜200℃で熱処理してから、400℃〜500℃に温度を上げて熱処理することにより、ゲル体に含まれる有機物の急激な分解の影響を避けることができる。   As heat processing temperature with respect to a gel body, it is preferable to set it as 400 to 500 degreeC, and it is more preferable to set it as 450 to 460 degreeC. Moreover, as heat processing time, it is preferable to set it as 1 hour-20 hours, and it is more preferable to set it as 4 hours-12 hours. In addition, by first performing heat treatment at 100 ° C. to 200 ° C. and then increasing the temperature to 400 ° C. to 500 ° C., the influence of rapid decomposition of organic substances contained in the gel can be avoided.

なお、熱処理に際しての雰囲気としては、特に限定されないが、大気雰囲気中で行うことが好ましい。これにより、ゲル体中の有機物をより効果的に分解させることができ、蛍光体の輝度低下を防止することができる。   The atmosphere for the heat treatment is not particularly limited, but it is preferably performed in an air atmosphere. Thereby, the organic substance in a gel body can be decomposed | disassembled more effectively and the brightness | luminance fall of fluorescent substance can be prevented.

続いて、前駆体作製工程では、ゲル体又はゲル体の熱処理物に対して、大気雰囲気中で700℃〜900℃の温度条件で酸化焼成処理を施すことによって、ゲル体中に含有されている構成成分が均一に含まれた炭酸塩と酸化物とからなる混合物前駆体を作製する。   Subsequently, in the precursor preparation step, the gel body or the heat-treated product of the gel body is contained in the gel body by subjecting the gel body or the heat-treated product of the gel body to an oxidation firing process in an air atmosphere at a temperature condition of 700 ° C. to 900 ° C. A mixture precursor composed of a carbonate and an oxide containing uniform components is prepared.

具体的には、この酸化焼成処理により、ユーロピウムが均一に分散した(Ca、Sr、Eu)COの炭酸塩及びGaの酸化物を含む混合物、又は、一部炭酸塩が分解して得られた(Ca、Sr、Eu)O、Gaの酸化物、及び(Ca、Sr、Eu)COの炭酸塩を含む混合物が生成する。この生成される混合物の違いは、焼成処理における温度条件に起因する。 Specifically, this oxidation baking treatment decomposes a mixture of (Ca, Sr, Eu) CO 3 carbonate and Ga 2 O 3 oxide in which europium is uniformly dispersed, or partially carbonate. A mixture containing (Ca, Sr, Eu) O, Ga 2 O 3 oxide and (Ca, Sr, Eu) CO 3 carbonate obtained in this manner is formed. This difference in the resulting mixture is due to the temperature conditions in the firing process.

酸化焼成処理において、その焼成温度が700℃未満では、残存している有機物や硝酸が燃焼分解されにくいため好ましくない。一方で、900℃を超えると、前駆体が部分的に結晶化して構成成分が均一になりにくいため好ましくない。また、その焼成時間としては、1時間〜4時間とすることが好ましい。   In the oxidation firing treatment, if the firing temperature is less than 700 ° C., the remaining organic matter and nitric acid are not easily decomposed by combustion, which is not preferable. On the other hand, when the temperature exceeds 900 ° C., the precursor is partially crystallized and the constituent components are hardly uniform, which is not preferable. The firing time is preferably 1 hour to 4 hours.

また、この酸化焼成処理は、上述のように大気雰囲気中、又は酸素雰囲気中にて行うことが好ましい。酸素を含む雰囲気にて熱処理を行うことにより、ゲル体に残留する有機物を効果的に分解させることができ、表面に炭素が残って蛍光体の輝度が低下することを抑制することができる。   Further, this oxidation firing treatment is preferably performed in an air atmosphere or an oxygen atmosphere as described above. By performing the heat treatment in an atmosphere containing oxygen, the organic matter remaining in the gel body can be effectively decomposed, and it is possible to suppress the carbon from remaining on the surface and reducing the luminance of the phosphor.

また、この酸化焼成処理においては、ゲル体に対する熱処理のみでは酸素が不足したり凝集したりして熱分解が不十分になることが多いため、十分に有機物を燃焼除去することでき、酸化反応を促進させることが好ましい。そのため、ゲル体に対して熱処理を施した場合には、その熱処理物を乳鉢等で軽く粉砕しておくことが望ましい。また、酸素や空気を流している場合は、前駆体作製工程とこの後の工程である還元焼成工程を連続して行うことができる。   Further, in this oxidation baking treatment, the thermal decomposition is often insufficient due to oxygen deficiency or agglomeration only by heat treatment on the gel body, so that the organic matter can be sufficiently burned and removed, and the oxidation reaction can be performed. It is preferable to promote. Therefore, when heat-treating the gel body, it is desirable to lightly grind the heat-treated product with a mortar or the like. Further, when oxygen or air is flowing, the precursor preparation step and the subsequent reduction firing step can be performed continuously.

(3)還元焼成工程
還元焼成工程では、前駆体作製工程にて得られた混合物前駆体を、所定の温度条件の下に還元硫化処理して焼成する。この還元硫化処理により、前駆体が還元硫化されて母体結晶が形成されるとともに、その母体結晶のSr又はCaサイトにEuがドープされ、Euが均一に分散した硫化物蛍光体を得ることができる。
(3) Reduction firing step In the reduction firing step, the mixture precursor obtained in the precursor preparation step is subjected to reduction sulfidation treatment and firing under a predetermined temperature condition. By this reductive sulfidation treatment, the precursor is reductively sulfidized to form a host crystal, and Sr or Ca site of the host crystal is doped with Eu, thereby obtaining a sulfide phosphor in which Eu is uniformly dispersed. .

本実施の形態に係る製造方法では、この還元焼成工程において、混合物前駆体中のガリウム酸化物が硫化されてフラックスとして作用することが特徴である。具体的には、還元硫化処理によって混合物前駆体中に含まれているガリウム酸化物が硫化されて硫化ガリウムが生成し、その硫化ガリウムがフラックスとして作用するようになる。   The manufacturing method according to the present embodiment is characterized in that in this reduction firing step, the gallium oxide in the mixture precursor is sulfided and acts as a flux. Specifically, the gallium oxide contained in the mixture precursor is sulfided by the reduction sulfurization treatment to generate gallium sulfide, and the gallium sulfide acts as a flux.

より詳しく説明すると、還元焼成処理によりGa酸化物が硫化されて硫化ガリウムが生成すると、それと並行してEuが均一に分散したアルカリ土類金属炭酸塩が硫化される。すると、生成した硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物とが、その硫化物粒子の表面において共晶反応を起こし、共晶温度以上で液相となってその粒子表面を覆うようになり、その結果、冷却過程を経て共晶反応層からなる被覆層が形成されることになる。この硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物との共晶物からなる被覆層は、生成した硫化物結晶の表面において自己フラックス効果を奏するようになり、粒子の結晶成長を促進させるように働く。これにより、相純度が高く、高輝度であって色純度の高い蛍光体粒子を形成させることが可能となる。   More specifically, when Ga oxide is sulfided by reduction baking treatment to produce gallium sulfide, alkaline earth metal carbonate in which Eu is uniformly dispersed is sulfided in parallel therewith. Then, the generated gallium sulfide and the alkaline earth metal sulfide cause a eutectic reaction on the surface of the sulfide particle, and become a liquid phase at the eutectic temperature or higher, covering the particle surface. Through the cooling process, a coating layer composed of a eutectic reaction layer is formed. The coating layer made of a eutectic of gallium sulfide and alkaline earth metal sulfide exhibits a self-flux effect on the surface of the generated sulfide crystal, and works to promote crystal growth of the particles. This makes it possible to form phosphor particles with high phase purity, high luminance, and high color purity.

このとき重要なのが、還元硫化処理における硫化温度である。最適な硫化温度は、(Sr、Ca)とGaの比により異なり、Gaが多い場合は低い温度で(Sr、Ca)Sの表面を覆うのに十分な液相が生成するので低温又は短時間とすることができ、一方でGaが少ない場合は液相が少ないので高温で長時間の硫化が必要となる。したがって、何れのGa量においても効率的な処理を行うという観点から判断すると、硫化温度としては硫化反応が進む850℃以上とすることが必要であり、より効率よく硫化される875℃以上とすることがより好ましい。   What is important at this time is the sulfiding temperature in the reduction sulfiding treatment. The optimum sulfidation temperature varies depending on the ratio of (Sr, Ca) to Ga. When Ga is large, a sufficient liquid phase is generated to cover the surface of (Sr, Ca) S at a low temperature, so that the temperature is low or short. On the other hand, when the amount of Ga is small, the liquid phase is small, so that sulfidation at a high temperature for a long time is required. Therefore, judging from the viewpoint of performing an efficient treatment at any Ga amount, the sulfidation temperature needs to be 850 ° C. or higher at which the sulfidation reaction proceeds, and is set to 875 ° C. or higher that allows more efficient sulfidation. It is more preferable.

ここで、硫化温度の上限値に関して、硫化温度が1000℃を超える高い硫化温度であると、(Sr、Ca)SとGaが反応して部分的に(Sr、Ca)Gaが形成されることがある。この(Sr、Ca)Ga:Euは、緑色から黄色に発光する性質があるため赤色蛍光体の色純度を低下させてしまう。そのため、(Sr、Ca)Gaが生成しない1000℃以下とすることが必要となる。また、還元硫化処理中に結晶が融解すると、後で焼成物を粉砕しなければならなくなり、その場合、粉砕に伴う欠陥発生により輝度が低下する恐れが生じる。そのため、硫化温度の上限値としては、950℃以下とすることがより好ましい。 Here, regarding the upper limit of the sulfiding temperature, when the sulfiding temperature is a high sulfiding temperature exceeding 1000 ° C., (Sr, Ca) S and Ga 2 S 3 react to partially (Sr, Ca) Ga 2 S. 4 may be formed. Since this (Sr, Ca) Ga 2 S 4 : Eu has a property of emitting light from green to yellow, the color purity of the red phosphor is lowered. Therefore, it is necessary to set the temperature to 1000 ° C. or less at which (Sr, Ca) Ga 2 S 4 is not generated. In addition, when crystals are melted during the reductive sulfidation treatment, the fired product must be pulverized later. In this case, there is a risk that the luminance is lowered due to generation of defects accompanying the pulverization. For this reason, the upper limit of the sulfiding temperature is more preferably 950 ° C. or lower.

還元硫化処理の処理時間としては、特に限定されないが、上述した温度条件で1時間〜12時間程度保持して行うことが好ましい。硫化時間が1時間より短いと硫化が不十分となり、12時間より長いと部分的に(Sr、Ca)Gaが形成されて相純度や色純度が低下する可能性がある。 Although it does not specifically limit as processing time of a reductive sulfidation process, It is preferable to hold | maintain about 1 to 12 hours on the temperature conditions mentioned above. If the sulfidation time is shorter than 1 hour, the sulfidation is insufficient, and if it is longer than 12 hours, (Sr, Ca) Ga 2 S 4 is partially formed and the phase purity and color purity may be lowered.

なお、アルカリ土類金属硫化物と硫化ガリウムの共晶反応は、例えば上述した非特許文献4,5に記載されているSrS−Gaの反応温度である1105℃(SrS側)、995℃(Ga側)よりもはるかに低い温度で進行することが分かった。このことは、Gaを還元硫化する際に、GaだけでなくGaS等も生成するため、その反応が低温化するものと考えられる。 The eutectic reaction between the alkaline earth metal sulfide and gallium sulfide is, for example, 1105 ° C. (SrS side), 995 which is the reaction temperature of SrS—Ga 2 S 3 described in Non-Patent Documents 4 and 5 described above. It was found that the process proceeds at a temperature much lower than ° C. (Ga 2 S 3 side). This is presumably because when reducing and sulfiding Ga, not only Ga 2 S 3 but also GaS and the like are produced, so that the reaction temperature is lowered.

還元硫化処理に用いるガスとしては、硫化水素(HS)ガスと不活性ガスとの混合ガスや、二硫化炭素(CS)を含んだ不活性ガス等を用いることができる。 As the gas used for the reduction sulfurization treatment, a mixed gas of hydrogen sulfide (H 2 S) gas and an inert gas, an inert gas containing carbon disulfide (CS 2 ), or the like can be used.

硫化水素(HS)ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いる場合には、HSの濃度は1体積%〜50体積%の範囲とすることができる。HSの濃度が1体積%未満では、硫化に用いるガス流量が多くなり、あるいは長時間処理が必要になったりするため、効率的な処理を行うことができない。一方で、濃度が50体積%を超えると、配管やガスパッキンの劣化の原因になる可能性があり取り扱いにくくなる。したがって、硫化処理の効率性の観点からは、反応条件により適宜変わるが、概ね、必要とされる硫黄量の1.5倍〜6倍モル、より好ましくは3倍〜5倍モルの硫化水素ガスを流すことが実用面で好ましい。 When a mixed gas of hydrogen sulfide (H 2 S) gas and inert gas is used, the concentration of H 2 S can be in the range of 1 volume% to 50 volume%. If the concentration of H 2 S is less than 1% by volume, the gas flow rate used for sulfidation increases, or a long-time treatment is required, so that efficient treatment cannot be performed. On the other hand, if the concentration exceeds 50% by volume, it may cause deterioration of piping and gas packing, which makes it difficult to handle. Therefore, from the viewpoint of the efficiency of the sulfidation treatment, the hydrogen sulfide gas varies depending on the reaction conditions as appropriate, but is generally 1.5 to 6 times mol, more preferably 3 to 5 times mol of the required amount of sulfur. It is preferable for practical use to flow.

二硫化炭素(CS)を含んだ不活性ガスを用いる場合には、不活性ガス中に二硫化炭素を10体積%〜50体積%の範囲で含ませて用いることができる。二硫化炭素は還元力が強いため、硫化水素ガスを用いた場合よりも硫化温度を低めにして処理することができ、また同じ温度の場合には硫化時間を短くすることができる。このように、より低い温度条件で還元硫化処理できることにより、硫黄が揮発して抜け出ることを抑制して所望とする組成の蛍光体を効率的に作製することが可能となる。ただし、フラックスは共晶反応により生成するため、Gaと(Sr、Ca)Sが反応して液相を生成する時間を考慮すると、少なくとも30分以上、好ましくは45分以上の硫化時間は必要となる。 When an inert gas containing carbon disulfide (CS 2 ) is used, carbon disulfide can be included in the inert gas in a range of 10% by volume to 50% by volume. Since carbon disulfide has a strong reducing power, it can be processed at a lower sulfurization temperature than when hydrogen sulfide gas is used, and the sulfurization time can be shortened at the same temperature. Thus, by being able to carry out the reductive sulfidation treatment under a lower temperature condition, it becomes possible to efficiently produce a phosphor having a desired composition while suppressing sulfur from volatilizing and escape. However, since the flux is generated by a eutectic reaction, in consideration of the time during which Ga 2 S 3 and (Sr, Ca) S react to form a liquid phase, the sulfurization time is at least 30 minutes or more, preferably 45 minutes or more. Is needed.

また、使用する二硫化炭素や不活性ガスの温度としては、15℃以上46℃未満とすることが好ましく、特に20℃〜25℃とすることが好ましい。温度が15℃未満では、アルゴンガスに含まれる二硫化炭素の濃度が低くなり還元硫化が効果的に進まない可能性がある。一方で、温度が46℃以上では、二硫化炭素の沸点以上となって蒸発量の制御が難しくなり、均一な還元硫化を行うことが困難となる。   The temperature of the carbon disulfide or inert gas used is preferably 15 ° C. or higher and lower than 46 ° C., and particularly preferably 20 ° C. to 25 ° C. If the temperature is less than 15 ° C., the concentration of carbon disulfide contained in the argon gas is low, and the reduction sulfidation may not proceed effectively. On the other hand, if the temperature is 46 ° C. or higher, it becomes higher than the boiling point of carbon disulfide, and it becomes difficult to control the evaporation amount, and it is difficult to perform uniform reduction sulfurization.

また、不活性ガス中に二硫化炭素を含ませる方法としては、例えば図1に示すように、アルゴンガス等の不活性ガスを液体の二硫化炭素中に流通させ、その不活性ガス中に気化した二硫化炭素を含ませる方法等を利用することができる。   In addition, as a method of including carbon disulfide in the inert gas, for example, as shown in FIG. 1, an inert gas such as argon gas is circulated in the liquid carbon disulfide and vaporized in the inert gas. For example, a method of adding carbon disulfide can be used.

不活性ガスとしては、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスとして、アルゴンガスのほかに窒素(N)ガスを用いることもできるが、高温で窒素を用いることで窒化物が形成される可能性があるため好ましくない。 As the inert gas, an inert gas such as argon (Ar) gas is preferably used. Nitrogen (N 2 ) gas can be used as the inert gas in addition to argon gas, but it is not preferable because nitride may be formed by using nitrogen at a high temperature.

還元硫化処理において、蛍光体の合成に使用する容器としては、特に限定されるものではなく、グラファイト、ジルコニア、アルミナ等の酸化物や窒化ホウ素(BN)等の耐熱容器を用いることができる。その中でも、高温ではアルミナが還元されて不純物が多くなるため、グラファイトを用いることが好ましい。   In the reduction and sulfidation treatment, the container used for the synthesis of the phosphor is not particularly limited, and an oxide such as graphite, zirconia, and alumina, and a heat-resistant container such as boron nitride (BN) can be used. Among them, it is preferable to use graphite because alumina is reduced and impurities increase at high temperatures.

また、還元硫化処理を行う際の焼成炉としては、特に限定されるものではなく、例えば炉芯管が石英である管状炉を用いることができる。また、昇温条件としては、例えば昇温速度を10〜30℃/分として行うことができる。   Further, the firing furnace for performing the reduction sulfidation treatment is not particularly limited, and for example, a tubular furnace in which the furnace core tube is quartz can be used. Moreover, as temperature rising conditions, a temperature rising rate can be performed, for example as 10-30 degree-C / min.

また、管状炉にて焼成を行う場合には、石英管中のガスが追い出せるように加熱開始直後から、硫化水素ガスと不活性ガスの混合ガスや二硫化炭素を含んだ不活性ガス等のガスを流すことが好ましい。特に、加熱開始から10分〜20分程度の間においては、石英管全体の体積の2倍〜3倍のガスを流すことが好ましい。また、還元硫化が開始される温度では、その還元媒体となるガス量が十分量となるように供給ガス流量を調節することが好ましい。なお、焼成中においても、上述のように十分なガス量が必要となるため、冷却が完了して室温になるまでガスを流し続けておくことが好ましい。   In addition, when firing in a tubular furnace, immediately after the start of heating so that the gas in the quartz tube can be expelled, a mixed gas of hydrogen sulfide gas and inert gas, an inert gas containing carbon disulfide, etc. It is preferable to flow gas. In particular, in a period of about 10 to 20 minutes from the start of heating, it is preferable to flow a gas that is twice to three times the volume of the entire quartz tube. Further, it is preferable to adjust the flow rate of the supply gas so that the amount of gas serving as the reduction medium becomes a sufficient amount at the temperature at which the reduction sulfurization starts. Even during firing, a sufficient amount of gas is required as described above. Therefore, it is preferable to keep the gas flowing until cooling is completed and the temperature reaches room temperature.

このようにして還元硫化処理を行うことによって、上記組成式(1)で表される硫化物蛍光体の焼成粉末を得ることができる。なお、その得られた焼成粉末の表面には、炭素が付着していることがある。このような炭素が表面に付着した蛍光体では、その発光輝度が低下してしまうことがある。そのため、上述した還元硫化処理の後、得られた焼成粉末を粉砕することによって、その表面に新生面を形成させることが好ましい。これにより、蛍光体の輝度の低下を防止し、高輝度な蛍光体を得ることができる。   By performing the reductive sulfidation treatment in this way, a baked powder of the sulfide phosphor represented by the composition formula (1) can be obtained. In addition, carbon may adhere to the surface of the obtained baked powder. In such a phosphor with carbon attached to the surface, the light emission luminance may decrease. Therefore, it is preferable to form a new surface on the surface by pulverizing the obtained fired powder after the above-described reduction sulfurization treatment. Thereby, the fall of the brightness | luminance of fluorescent substance can be prevented and a high-intensity fluorescent substance can be obtained.

以上詳述した各工程からなる製造方法により、組成式(1):(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体を製造することができる。 According to the production method comprising the steps described in detail above, the composition formula (1) is represented by (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1 and y is A sulfide phosphor satisfying 0.2 ≦ y ≦ 0.6 can be manufactured.

このような製造方法によれば、炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体に含まれているGa酸化物が還元硫化処理によって硫化されて硫化ガリウム(Ga)となり、その生成したGaと同時に生成されたアルカリ土類金属硫化物との共晶物が形成されて硫化物の粒子表面を被覆し、フラックスとして作用するようになる。これにより、硫化物の結晶成長を促進させることができ、高い相純度を有し、高輝度であって色純度の高い硫化物蛍光体を効果的に生成させることができる。 According to such a manufacturing method, the Ga oxide contained in the mixture precursor containing carbonate and oxide is sulfided by reduction sulfidation to become gallium sulfide (Ga 2 S 3 ), and the generated Ga 2 A eutectic with the alkaline earth metal sulfide formed at the same time as S 3 is formed to coat the particle surface of the sulfide and act as a flux. Thereby, the crystal growth of sulfide can be promoted, and a sulfide phosphor having high phase purity, high luminance and high color purity can be effectively generated.

≪2.硫化物蛍光体≫
<2−1.硫化物蛍光体の構成とその効果>
上述した製造方法により製造される硫化物蛍光体は、組成式(1):(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1、yが0.2≦y≦0.6を満たすものである。
≪2. Sulfide phosphor >>
<2-1. Structure and effect of sulfide phosphor>
The sulfide phosphor produced by the production method described above is represented by the composition formula (1): (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1, y is It satisfies 0.2 ≦ y ≦ 0.6.

上記組成式で表される硫化物蛍光体は、硫化ストロンチウム(SrS)及び/又は硫化カルシウム(CaS)を母体結晶とし、ユーロピウム(Eu)を発光中心とするものである。この硫化物蛍光体では、硫化ストロンチウム及び/又は硫化カルシウムの含有割合である式中のx(0≦x≦1)を調整することによって、発光波長を任意に制御することが可能となる。すなわち、CaS:Euの発光波長は655nmであり、SrS:Euの発光波長は615nmであり、ストロンチウムとカルシウムの含有割合を調整することによって、その波長間で発光波長を任意に制御することができる。   The sulfide phosphor represented by the above composition formula has strontium sulfide (SrS) and / or calcium sulfide (CaS) as a base crystal and europium (Eu) as an emission center. In this sulfide phosphor, the emission wavelength can be arbitrarily controlled by adjusting x (0 ≦ x ≦ 1) in the formula, which is the content ratio of strontium sulfide and / or calcium sulfide. That is, the emission wavelength of CaS: Eu is 655 nm, the emission wavelength of SrS: Eu is 615 nm, and the emission wavelength can be arbitrarily controlled between the wavelengths by adjusting the content ratio of strontium and calcium. .

そして、この硫化物蛍光体では、上述した製造過程において、混合物前駆体中に含まれているガリウム酸化物が還元硫化処理によって硫化ガリウム(Ga)となり、その硫化ガリウムがアルカリ土類金属硫化物の粒子表面と共晶反応を起こし、硫化ガリウムとアルカリ土類金属との共晶物を形成して、その粒子表面を被覆するようになっている。すなわち、この硫化物蛍光体は、粒子の表面に硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物の共晶物層が被覆されてなっている。 In this sulfide phosphor, in the manufacturing process described above, the gallium oxide contained in the mixture precursor is reduced to gallium sulfide (Ga 2 S 3 ) by the reduction sulfidation treatment, and the gallium sulfide is converted into an alkaline earth metal. A eutectic reaction is caused with the particle surface of the sulfide to form a eutectic of gallium sulfide and an alkaline earth metal so as to cover the particle surface. That is, in this sulfide phosphor, the eutectic layer of gallium sulfide and alkaline earth metal sulfide is coated on the particle surface.

このような硫化物蛍光体では、その共晶物層が生成した硫化物結晶の表面において自己フラックス効果を奏するようになり、粒子の結晶成長を促進させ、これにより、相純度が高く、高輝度な蛍光体粒子となる。   In such a sulfide phosphor, the self-flux effect is exerted on the surface of the sulfide crystal formed by the eutectic layer, and the crystal growth of the particles is promoted, whereby the phase purity is high and the brightness is high. Phosphor particles.

また、共晶物層を構成する硫化ガリウムは、発光特性には影響せず残光も発生させず、またその蛍光体粒子に対して耐水性及び耐湿性を付与することができる。そのため、塩化物等のフラックスを用いていた従来法のように、フラックスを水洗浄等して除去する操作を要しない。   Further, the gallium sulfide constituting the eutectic layer does not affect the light emission characteristics, does not generate afterglow, and can impart water resistance and moisture resistance to the phosphor particles. Therefore, unlike the conventional method using a flux such as chloride, an operation for removing the flux by washing with water or the like is not required.

<2−2.硫化物蛍光体の構造解析>
ここで、図2は、後述する実施例1及び実施例4にて作製した硫化物蛍光体についてのX線回折パターンと、SrS:Eu0.2%及びGa βについてのX線回折パターンを示すものである。
<2-2. Structural analysis of sulfide phosphors>
Here, FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern for sulfide phosphors produced in Example 1 and Example 4 described later, and an X-ray diffraction pattern for SrS: Eu0.2% and Ga 2 S 3 β. Is shown.

図2のX線回折パターンに示されるように、強度は弱いながらもGaに由来するピークが検出され、上記組成式(1)で表される硫化物蛍光体との共晶体となっていることが確認できる。なお、Gaに由来するピーク以外には異相は全く認められず、相純度の極めて高い結晶となっていることが分かる。 As shown in the X-ray diffraction pattern of FIG. 2, a peak derived from Ga 2 S 3 is detected although the intensity is weak, and becomes a eutectic with the sulfide phosphor represented by the composition formula (1). Can be confirmed. In addition, except for the peak derived from Ga 2 S 3 , no foreign phase is observed at all, and it can be seen that the crystal has extremely high phase purity.

≪3.実施例≫
以下に、本発明について実施例を用いてより詳しく説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
≪3. Examples >>
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

<3−1.硫化物蛍光体の作製>
[実施例1](Sr0.995Eu0.005S+0.166×Ga (Sr:Ga=3:1とした場合))
(硝酸ガリウム溶液、硝酸ユーロピウム溶液の調製)
金属ガリウム(Ga)をGaのモル数の7倍の硝酸溶液に入れて硝酸が揮発しないよう容器中には蓋をして80℃のホットプレート上で1日攪拌して溶解させた。なお、反応では、NOxが発生するので蓋には開口部を設けた。Gaを溶解させた後、130℃のホットプレート上で余分な硝酸を蒸発除去し、蒸留水を加えてGa濃度が0.5モル/リットルである硝酸ガリウム溶液を作製した。
<3-1. Production of sulfide phosphors>
Example 1 (Sr 0.995 Eu 0.005 S + 0.166 × Ga 2 S 3 (when Sr: Ga = 3: 1))
(Preparation of gallium nitrate solution and europium nitrate solution)
Metal gallium (Ga) was placed in a nitric acid solution 7 times the number of moles of Ga, and the vessel was capped so that the nitric acid would not volatilize, and was stirred and dissolved on a hot plate at 80 ° C. for 1 day. In the reaction, since NOx is generated, an opening is provided in the lid. After dissolving Ga, excess nitric acid was evaporated and removed on a hot plate at 130 ° C., and distilled water was added to prepare a gallium nitrate solution having a Ga concentration of 0.5 mol / liter.

一方で、酸化ユーロピウム(Eu)(フルウチ化学株式会社製 3N:Eu)0.005モル(1.9126g)を、硝酸溶液(関東化学株式会社製 60%)に完全に溶解させた後、その溶解液を蒸発乾固して硝酸ユーロピウムを得た。この硝酸ユーロピウムに蒸留水を加えて100mlに定溶してEu濃度0.1モル/リットルの水溶液を作製した。 On the other hand, after europium oxide (Eu) (3N: Eu 2 O 3 manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) 0.005 mol (1.9126 g) was completely dissolved in a nitric acid solution (60% manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.). The solution was evaporated to dryness to obtain europium nitrate. Distilled water was added to this europium nitrate and dissolved in 100 ml to prepare an aqueous solution with an Eu concentration of 0.1 mol / liter.

(ゲル体作製工程)
蒸留水を入れたビーカーに、炭酸ストロンチウム(関東化学株式会社製 3N)1.853gを加え、ホットスターラーの設定温度を80℃にして回転数150rpmで攪拌した。これに、全金属元素(Sr+Eu+Ga)の6倍モルに相当する量のクエン酸を加えて1時間攪拌し、炭酸ストロンチウムを完全に溶解させた溶液を作製した。
(Gel body production process)
To a beaker containing distilled water, 1.853 g of strontium carbonate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., 3N) was added, and the temperature of the hot stirrer was set to 80 ° C., followed by stirring at 150 rpm. An amount of citric acid corresponding to 6 moles of all metal elements (Sr + Eu + Ga) was added thereto and stirred for 1 hour to prepare a solution in which strontium carbonate was completely dissolved.

続いて、その溶液に硝酸ユーロピウム溶液(0.1モル/リットル)をSr:Eu=99.5:0.5となるように加え、80℃で30分間攪拌した。そして、得られた水溶液に硝酸ガリウム溶液(1モル/リットル)を金属モル比で(Sr+Eu):Ga=6:1となるようにビーカーに添加して混合し、混合液を作製した。その後、混合液を80℃のホットプレート上で1時間攪拌し、その混合液に全金属元素(Sr+Eu+Ga)のモル数の12倍モルに相当する量のプロピレングリコールを加えて更に2時間攪拌し、ホットプレートの温度を120℃で1時間、硝酸を蒸発させるため140℃で1時間攪拌してゲル体を作製した。   Subsequently, a europium nitrate solution (0.1 mol / liter) was added to the solution so that Sr: Eu = 99.5: 0.5, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 30 minutes. Then, a gallium nitrate solution (1 mol / liter) was added to the obtained aqueous solution in a beaker so that the metal molar ratio was (Sr + Eu): Ga = 6: 1, and the mixture was prepared. Thereafter, the mixture was stirred for 1 hour on a hot plate at 80 ° C., propylene glycol in an amount corresponding to 12 moles of the total number of metal elements (Sr + Eu + Ga) was added to the mixture and stirred for another 2 hours, A gel body was prepared by stirring at 140 ° C. for 1 hour to evaporate nitric acid at 120 ° C. for 1 hour.

(前駆体作製工程)
次に、得られたゲル体を180℃に設定したマントルヒーターで1時間加熱し、450℃に設定温度を上げて2時間焼成して有機物を分解した。さらに、ボックス炉で大気中550℃で2時間、750℃で2時間焼成して炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体の粉末を作製した。
(Precursor production process)
Next, the obtained gel was heated with a mantle heater set at 180 ° C. for 1 hour, and the set temperature was raised to 450 ° C. and baked for 2 hours to decompose the organic matter. Further, the mixture was baked in a box furnace at 550 ° C. for 2 hours in the air and at 750 ° C. for 2 hours to prepare a mixture precursor powder containing carbonate and oxide.

(還元焼成工程)
次に、得られた前駆体粉末をグラファイト製の容器に入れて管状炉で二硫化炭素(CS)を含むアルゴン(Ar)ガス中で900℃1時間還元硫化処理することで、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
(Reduction firing process)
Next, the obtained precursor powder is put in a graphite vessel and subjected to reduction sulfidation treatment at 900 ° C. for 1 hour in an argon (Ar) gas containing carbon disulfide (CS 2 ) in a tubular furnace, thereby sulfiding the surface. A sulfide phosphor represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S coated with a gallium eutectic was produced.

[実施例2](Ca0.995Eu0.005S+0.166×Ga (Ca:Ga=3:1とした場合))
炭酸ストロンチウムに代えて炭酸カルシウム(関東化学株式会社製 3N)1.792gを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、Ca0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Example 2] (Ca 0.995 Eu 0.005 S + 0.166 × Ga 2 S 3 (when Ca: Ga = 3: 1))
Ca 0.995 whose surface was coated with a gallium sulfide eutectic in the same manner as in Example 1 except that 1.792 g of calcium carbonate (3N manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was used instead of strontium carbonate. A sulfide phosphor represented by Eu 0.005 S was produced.

[実施例3]((Sr0.5Ca0.50.995Eu0.005S+0.166×Ga ((Sr+Ca):Ga=3:1かつSr:Ca=0.5:0.5とした場合))
ストロンチウムとカルシウムを0.5:0.5の割合で組成するために、炭酸ストロンチウム1.089g、炭酸カルシウム0.739gを混合したこと以外は、実施例1と同様の方法で、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、(Sr0.5Ca0.50.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
Example 3 ((Sr 0.5 Ca 0.5 ) 0.995 Eu 0.005 S + 0.166 × Ga 2 S 3 ((Sr + Ca): Ga = 3: 1 and Sr: Ca = 0.5: 0.5)
In order to compose strontium and calcium at a ratio of 0.5: 0.5, gallium sulfide was formed on the surface in the same manner as in Example 1 except that 1.089 g of strontium carbonate and 0.739 g of calcium carbonate were mixed. A sulfide phosphor represented by (Sr 0.5 Ca 0.5 ) 0.995 Eu 0.005 S coated with a eutectic was prepared.

[実施例4](Sr0.995Eu0.005S+0.083×Ga ((Sr+Eu):Ga=6:1とした場合))
硝酸ガリウム(1モル/L)の添加量を、金属モル比で(Sr+Eu):Ga=12:1となるように添加したこと以外は、実施例1と同様の方法で、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
Example 4 (Sr 0.995 Eu 0.005 S + 0.083 × Ga 2 S 3 (when (Sr + Eu): Ga = 6: 1))
In the same manner as in Example 1, except that the addition amount of gallium nitrate (1 mol / L) was added so that the molar ratio of metal was (Sr + Eu): Ga = 12: 1. A sulfide phosphor represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S coated with crystal was produced.

[実施例5]
還元硫化処理に際して、硫化水素ガスを10%含むArガスを使用し、硫化時間を5時間とした以外は、実施例4と同様の方法で、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Example 5]
In the reductive sulfidation treatment, Sr whose surface was coated with a gallium sulfide eutectic in the same manner as in Example 4 was used except that Ar gas containing 10% hydrogen sulfide gas was used and the sulfidation time was 5 hours. A sulfide phosphor represented by 0.995 Eu 0.005 S was produced.

[実施例6]
還元硫化処理に際して、硫化温度を925℃にしたこと以外は、実施例1と同様の方法で、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Example 6]
It is represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S coated with a gallium sulfide eutectic on the surface in the same manner as in Example 1 except that the sulfurization temperature was set to 925 ° C. during the reduction sulfurization treatment. A sulfide phosphor was prepared.

[実施例7]
還元硫化処理に際して、硫化温度を850℃にしたこと以外は、実施例1と同様の方法で、表面に硫化ガリウム共晶物で被覆された、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Example 7]
In the reductive sulfidation treatment, the surface is represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S coated with a gallium sulfide eutectic on the surface in the same manner as in Example 1 except that the sulfidation temperature was 850 ° C. A sulfide phosphor was prepared.

[比較例1]
SrとGaの比(Sr:Ga)が6:5となるように硝酸ガリウム溶液を添加したこと以外は、実施例1と同様の方法で、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Comparative Example 1]
It is represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S in the same manner as in Example 1 except that the gallium nitrate solution was added so that the ratio of Sr to Ga (Sr: Ga) was 6: 5. A sulfide phosphor was prepared.

この比較例1においては、硫化後の試料が溶融して膨らみ、内部が空洞となっていた。そのため、得られた硫化物蛍光体を粉砕して蛍光特性を測定した。   In Comparative Example 1, the sample after sulfidation melted and expanded, and the inside was a cavity. Therefore, the obtained sulfide phosphor was pulverized and the fluorescence characteristics were measured.

[比較例2]
炭酸ストロンチウム0.866g、炭酸カルシウム0.587gを混合し、SrとCaとGaの比(Sr:Ca:Ga)が3:3:5となるように硝酸ガリウム溶液を添加したこと以外は、実施例3と同様の方法で、(Sr0.5Ca0.50.995Eu0.005で表される硫化物蛍光体を作製した。
[Comparative Example 2]
Implementation was performed except that 0.866 g of strontium carbonate and 0.587 g of calcium carbonate were mixed and the gallium nitrate solution was added so that the ratio of Sr, Ca and Ga (Sr: Ca: Ga) was 3: 3: 5. A sulfide phosphor represented by (Sr 0.5 Ca 0.5 ) 0.995 Eu 0.005 was produced in the same manner as in Example 3.

この比較例2においては、硫化後の試料が溶融して膨らみ、内部が空洞となっていた。そのため、得られた硫化物蛍光体を粉砕して蛍光特性を測定した。   In Comparative Example 2, the sample after sulfidation melted and expanded, and the inside was a cavity. Therefore, the obtained sulfide phosphor was pulverized and the fluorescence characteristics were measured.

[比較例3]
還元硫化処理に際して、硫化温度を800℃にしたこと以外は、実施例1と同様の方法で、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Comparative Example 3]
A sulfide phosphor represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S was produced in the same manner as in Example 1 except that the sulfurization temperature was set to 800 ° C. during the reduction sulfurization treatment.

[比較例4]
還元硫化処理に際して、硫化温度を1020℃にしたこと以外は、実施例4と同様の方法で、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Comparative Example 4]
A sulfide phosphor represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S was produced in the same manner as in Example 4 except that the sulfurization temperature was changed to 1020 ° C. during the reduction sulfurization treatment.

この比較例4においては、硫化後の試料が溶融して膨らみ、内部が空洞となっていた。そのため、得られた硫化物蛍光体を粉砕して蛍光特性を測定した。   In Comparative Example 4, the sample after sulfidation melted and expanded, and the inside was a cavity. Therefore, the obtained sulfide phosphor was pulverized and the fluorescence characteristics were measured.

[比較例5]
SrとGaの比(Sr:Ga)が24:1となるように硝酸ガリウム溶液を添加したこと以外は、実施例1と同様の方法で、Sr0.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。
[Comparative Example 5]
It is represented by Sr 0.995 Eu 0.005 S in the same manner as in Example 1 except that the gallium nitrate solution is added so that the ratio of Sr to Ga (Sr: Ga) is 24: 1. A sulfide phosphor was prepared.

[比較例6]
ストロンチウムとカルシウムを85:15の割合で組成するために、炭酸ストロンチウム2.227g、炭酸カルシウム0.266gを混合し、(Sr+Ca)とEuの比((Sr+Ca):Eu)が99.8:0.2となるように硝酸ユーロピウム溶液を添加し、硝酸ガリウムを加えなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で、前駆体を作製した。
[Comparative Example 6]
In order to compose strontium and calcium at a ratio of 85:15, 2.227 g of strontium carbonate and 0.266 g of calcium carbonate were mixed, and the ratio of (Sr + Ca) to Eu ((Sr + Ca): Eu) was 99.8: 0. A precursor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the europium nitrate solution was added so as to be .2 and no gallium nitrate was added.

得られた前駆体に、フラックスとしての塩化ストロンチウム(SrCl)を重量比で25%加えて、これを乳鉢で粉砕し、グラファイト容器に入れた。 To the obtained precursor, 25% by weight of strontium chloride (SrCl 2 ) as a flux was added, and this was pulverized in a mortar and placed in a graphite container.

次に、石英管中にグラファイト管を入れた2重容器を用いた管状炉にそのグラファイト容器を入れて、液体の二硫化炭素中を通したAr流通下で、925℃1時間の熱処理により還元硫化を行い、(Sr0.85Ca0.150.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。 Next, the graphite vessel is put into a tubular furnace using a double vessel containing a graphite tube in a quartz tube, and reduced by heat treatment at 925 ° C. for 1 hour under Ar flow through liquid carbon disulfide. Sulfidation was performed to produce a sulfide phosphor represented by (Sr 0.85 Ca 0.15 ) 0.995 Eu 0.005 S.

なお、Ar流量は、熱処理開始から10分間は50ml/分、その後温度が460℃に達するまでを10ml/分、460℃から925℃に達するまでを20ml/分、925℃の1時間の熱処理中と熱処理を終えて炉の温度が40℃になるまでの計4時間20分間を10ml/分にした。   The Ar flow rate is 50 ml / min for 10 minutes from the start of the heat treatment, then 10 ml / min until the temperature reaches 460 ° C., 20 ml / min until the temperature reaches from 460 ° C. to 925 ° C., and during the heat treatment for 1 hour at 925 ° C. The total time of 4 hours and 20 minutes from the end of the heat treatment until the furnace temperature reached 40 ° C. was set to 10 ml / min.

[比較例7]
フラックスとして用いた塩化ストロンチウムを加えなかったこと以外は、比較例6と同様の方法で、(Sr0.85Ca0.150.995Eu0.005Sで表される硫化物蛍光体を作製した。得られた粉末は黒色であった。
[Comparative Example 7]
A sulfide phosphor represented by (Sr 0.85 Ca 0.15 ) 0.995 Eu 0.005 S was prepared in the same manner as in Comparative Example 6 except that strontium chloride used as a flux was not added. Produced. The obtained powder was black.

<3−2.硫化物蛍光体の評価>
(蛍光特性(輝度)の測定及び測定結果)
蛍光特性として輝度の評価は、LED用の黄色蛍光体として良く知られているYAG:Ce(P61:化成オプトニクス株式会社製P46)を基準物として用い、実施例1〜実施例7及び比較例1〜比較例5にて作製したEu添加硫化物蛍光体を比較して行った。
<3-2. Evaluation of sulfide phosphors>
(Measurement of fluorescence characteristics (luminance) and measurement results)
Luminance is evaluated as a fluorescent property by using YAG: Ce (P61: P46 manufactured by Kasei Optonics Co., Ltd.), which is well known as a yellow phosphor for LEDs, as a reference material. 1 to Comparative Example 5 The Eu-added sulfide phosphors prepared were compared.

下記の表1に、実施例及び比較例にて作製した硫化物蛍光体の蛍光特性をまとめて示す。なお、残光の評価は、暗室でXeランプの発光を455nmから465nmの光のみが透過するフィルターを通して各硫化物蛍光体に照射し、照射を止めてから10秒後の蛍光をデジタルカメラで撮影した。そして、写真に蛍光があるか無いかで残光の有無を判定した。   Table 1 below summarizes the fluorescence characteristics of the sulfide phosphors produced in the examples and comparative examples. The afterglow is evaluated by irradiating each sulfide phosphor with the Xe lamp emitted through a filter that transmits only light from 455 nm to 465 nm in a dark room, and photographing the fluorescence 10 seconds after the irradiation is stopped with a digital camera. did. Then, the presence or absence of afterglow was determined based on whether or not the photograph had fluorescence.

また、図3、実施例1、2、3、5にて作製した硫化物蛍光体の発光スペクトル(励起波長460nm)を示す。また、図4に、実施例2、3、5及び比較例5にて作製した硫化物蛍光体の最大発光波長で励起特性を測定した結果を示す。   FIG. 3 shows the emission spectrum (excitation wavelength: 460 nm) of the sulfide phosphor prepared in Examples 1, 2, 3, and 5. FIG. 4 shows the results of measuring the excitation characteristics at the maximum emission wavelength of the sulfide phosphors produced in Examples 2, 3, 5 and Comparative Example 5.

Figure 2014009253
Figure 2014009253

表1及び図3に示されるように、アルカリ土類金属とGaのモル比率を2:1〜20:1の範囲内となるようにGaを添加し、還元硫化処理における硫化温度を850℃〜1000℃の範囲とした実施例1〜実施例7の場合では、得られた硫化物蛍光体の発光輝度が大幅に向上し、YAG:Ceよりも1.5倍〜1.8倍も高い輝度が得られた。   As shown in Table 1 and FIG. 3, Ga is added so that the molar ratio of the alkaline earth metal and Ga is in the range of 2: 1 to 20: 1, and the sulfidation temperature in the reduction sulfidation treatment is 850 ° C. to In the case of Example 1 to Example 7 in the range of 1000 ° C., the emission luminance of the obtained sulfide phosphor is greatly improved, and the luminance is 1.5 to 1.8 times higher than YAG: Ce. was gotten.

一方で、比較例1〜比較例5の結果に示されるように、Ga添加量や硫化温度が上述した範囲でない場合には、得られた硫化物蛍光体の発光輝度がYAG:Ceよりも著しく低下し、低下しないまでもYAG:Ceと略同じ程度であり輝度の向上効果は全くなかった。また、比較例6では、SrClをフラックスとして用いたため、輝度の向上効果は得られたが、残光が発生してしまった。さらに、比較例7では、得られた硫化物蛍光体が黒色となってしまったためか、輝度が著しく低下した。 On the other hand, as shown in the results of Comparative Examples 1 to 5, when the Ga addition amount and the sulfiding temperature are not in the above-described ranges, the emission luminance of the obtained sulfide phosphor is significantly higher than that of YAG: Ce. Even if it did not decrease, it was almost the same as YAG: Ce, and there was no improvement in luminance. Further, in Comparative Example 6, since SrCl 2 was used as a flux, an effect of improving luminance was obtained, but afterglow occurred. Furthermore, in Comparative Example 7, the luminance was remarkably lowered because the obtained sulfide phosphor became black.

また、図4の励起特性を示すグラフから分かるように、実施例2、3、5にて得られた硫化物蛍光体と、比較例5にて得られた硫化物蛍光体とは、その励起特性が異なっていることが分かる。このことは、実施例2、3、5にて作製した(Sr1−xCa1−yEuSの蛍光体の表面が溶融して粒子表面に薄いアルカリ土類金属硫化物とGaとの共晶物層が被覆形成されたことによると考えられる。この共晶物層は、400nm以下の光を吸収するため、図4に示されるように実施例2、3、5では400nm以下の励起の発光が小さくなっている。 Moreover, as can be seen from the graph showing the excitation characteristics in FIG. 4, the sulfide phosphors obtained in Examples 2, 3, and 5 and the sulfide phosphor obtained in Comparative Example 5 are excited. It can be seen that the characteristics are different. This is because the surface of the phosphor of (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S prepared in Examples 2, 3, and 5 was melted, and a thin alkaline earth metal sulfide and Ga were formed on the particle surface. eutectic material layer between the 2 S 3 is considered to be due to coated form. Since this eutectic layer absorbs light of 400 nm or less, emission of excitation of 400 nm or less is reduced in Examples 2, 3, and 5, as shown in FIG.

(X線回折測定及び測定結果)
実施例1及び実施例4にて作製した硫化物蛍光体についてX線回折測定を行った。図2に、それぞれのX線回折パターンを示す。なお、図2には、SrS:Eu0.2%の蛍光体とGaβの蛍光体のX線回折パターンを併せて示す。
(X-ray diffraction measurement and measurement results)
X-ray diffraction measurement was performed on the sulfide phosphors produced in Example 1 and Example 4. FIG. 2 shows the respective X-ray diffraction patterns. FIG. 2 also shows the X-ray diffraction patterns of the phosphor of SrS: Eu 0.2% and the phosphor of Ga 2 S 3 β.

図2に示されるように、SrSとほぼ同じ回折パターンを示すとともに、Gaに伴う弱いピークも検出された。このことから、硫化ガリウムの共晶物が被覆されていることが分かった。なお、それ以外に異相は認められず、相純度の高い結晶であることが分かった。 As shown in FIG. 2, the diffraction pattern was almost the same as that of SrS, and a weak peak associated with Ga 2 S 3 was also detected. From this, it was found that the eutectic of gallium sulfide was coated. In addition, no other phases were observed, and it was found that the crystals had high phase purity.

Claims (4)

組成式:(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体の製造方法であって、
上記組成となるように秤量した所定量のストロンチウム炭酸塩及びカルシウム炭酸塩をオキシカルボン酸にて溶解し、上記組成となるように秤量した所定量のユーロピウム化合物と、アルカリ土類金属とガリウムとのモル比が2:1〜20:1の範囲となるように秤量したガリウム化合物とを混合して得られた混合液に、アルコールを添加してゲル化させゲル体を得るゲル体作製工程と、
上記ゲル体を酸化焼成処理して炭酸塩と酸化物を含む混合物前駆体を作製する前駆体作製工程と、
上記混合物前駆体を、850℃〜1000℃の温度条件で二硫化炭素又は硫化水素ガス中で還元硫化処理して焼成する還元焼成工程と
を有することを特徴とする硫化物蛍光体の製造方法。
Composition formula: (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1 and y is 0.2 ≦ y ≦ 0.6 A manufacturing method of
A predetermined amount of strontium carbonate and calcium carbonate weighed to have the above composition are dissolved in oxycarboxylic acid, and a predetermined amount of europium compound weighed to have the above composition, an alkaline earth metal and gallium A gel body preparation step of obtaining a gel body by adding an alcohol to a mixed liquid obtained by mixing a gallium compound weighed so that the molar ratio is in the range of 2: 1 to 20: 1;
A precursor producing step of producing a mixture precursor containing a carbonate and an oxide by oxidizing and firing the gel body;
And a reduction firing step of firing the mixture precursor by reducing and sulfiding in carbon disulfide or hydrogen sulfide gas under a temperature condition of 850 ° C. to 1000 ° C.
上記ゲル体作製工程では、上記ストロンチウム炭酸塩及びカルシウム炭酸塩を、当該硫化物蛍光体を構成する全金属及びガリウムの合計モル数の3倍〜7倍モルに相当する量のオキシカルボン酸を用いて溶解することを特徴とする請求項1に記載の硫化物蛍光体の製造方法。   In the gel body preparation step, the strontium carbonate and calcium carbonate are used in an amount corresponding to 3 to 7 times the total number of moles of all metals and gallium constituting the sulfide phosphor. The method for producing a sulfide phosphor according to claim 1, wherein the sulfide phosphor is dissolved. 上記ゲル体作製工程では、上記混合液に、当該硫化物蛍光体を構成する全金属及びガリウムの合計モル数の3倍〜14倍モルに相当する量のアルコールを添加してゲル化することを特徴とする請求項1又は2に記載の硫化物蛍光体の製造方法。   In the gel body preparation step, the mixture solution is gelled by adding an amount of alcohol corresponding to 3 to 14 times the total number of moles of all metals and gallium constituting the sulfide phosphor. The method for producing a sulfide phosphor according to claim 1 or 2, characterized in that 上記請求項1に記載の硫化物蛍光体の製造方法によって得られ、組成式:(Sr1−xCa1−yEuSで表され、式中xが0≦x≦1であり、yが0.2≦y≦0.6である硫化物蛍光体であって、
その表面に、硫化ガリウムとアルカリ土類金属硫化物との共晶物層を形成してなることを特徴とする硫化物蛍光体。
It is obtained by the method for producing a sulfide phosphor according to claim 1 and is represented by a composition formula: (Sr 1-x Ca x ) 1-y Eu y S, where x is 0 ≦ x ≦ 1. , Y is a sulfide phosphor in which 0.2 ≦ y ≦ 0.6,
A sulfide phosphor comprising a eutectic layer of gallium sulfide and alkaline earth metal sulfide formed on the surface thereof.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017088719A (en) * 2015-11-09 2017-05-25 堺化学工業株式会社 Red phosphor
WO2020024260A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 东台市天源光电科技有限公司 Sulfide red fluorescent powder and preparation method therefor, and luminescent apparatus using fluorescent powder

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