JP2023149319A - Phosphor, manufacturing method thereof, and, light-emitting device therewith - Google Patents

Phosphor, manufacturing method thereof, and, light-emitting device therewith Download PDF

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忠昭 長尾
Tadaaki Nagao
クマール バルン バルマン
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Abstract

To provide a method for manufacturing a carbon nanoparticle phosphor with adjusted chromaticity, the carbon nanoparticle phosphor obtained thereby, and a light-emitting device therewith.SOLUTION: A method for manufacturing a carbon nanoparticle phosphor of the present invention includes preparing a raw material solution in which at least a carbon source is dissolved in an organic solvent, and heating the raw material solution. The carbon nanoparticle phosphor of the present invention contains carbon element, oxygen element, nitrogen element, and hydrogen element, and contains amorphous carbon and graphitic carbon, and the nitrogen element includes pyridine nitrogen, amide nitrogen, pyrrole nitrogen, and a graphite nitrogen.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り (1)令和3年11月27日公開、公益社団法人日本表面真空学会発行、The 9th International Symposium on Surface Science(ISSS-9)講演予稿集、01PS-43 P.360 (2)令和3年11月28日~12月1日開催、公益社団法人日本表面真空学会主催、The 9th International Symposium on Surface Science(ISSS-9)Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) Published on November 27, 2021, published by Japan Society of Surface and Vacuum Science, The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9) Lecture Proceedings, 01PS -43 P. 360 (2) The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9) will be held from November 28th to December 1st, 2021, sponsored by the Japan Society of Surface and Vacuum Science.

本発明は、蛍光体、その製造方法、および、それを用いた発光装置に関する。詳細には、本発明は、炭素ナノ粒子を用いた蛍光体、その製造方法、および、それを用いた発光装置に関する。 The present invention relates to a phosphor, a method for manufacturing the same, and a light emitting device using the same. Specifically, the present invention relates to a phosphor using carbon nanoparticles, a method for manufacturing the same, and a light emitting device using the same.

近年、励起光の照射によって青色~赤色発光する炭素ナノ粒子蛍光体を含有する組成物が開発された(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1によれば、クエン酸、安息香酸、グルコース、フルクトースおよびスクロースからなる群から選択される有機物と、アミン類と、無機酸および酢酸から選択される一種以上とを水溶性溶媒に溶解させた溶液を水熱合成するステップと、水熱合成するステップによって得られた溶液にアルコールを添加し、撹拌するステップと、添加し、撹拌するステップによって得られた溶液の上澄み液を抽出するステップとを包含する方法によって、励起光の照射によって青色~赤色発光する炭素ナノ粒子蛍光体を含有する組成物を提供する。このような炭素ナノ粒子蛍光体の発光波長は、励起光に対する波長依存性を有しておらず、選択的に所望の発光波長を得ることができる。しかしながら、色度の調整(チューニング)は困難であった。 In recent years, compositions containing carbon nanoparticle phosphors that emit blue to red light upon irradiation with excitation light have been developed (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, an organic substance selected from the group consisting of citric acid, benzoic acid, glucose, fructose, and sucrose, amines, and one or more selected from inorganic acids and acetic acid are dissolved in a water-soluble solvent. a step of hydrothermally synthesizing the solution obtained by the hydrothermal synthesis step, a step of adding alcohol to the solution obtained by the hydrothermal synthesis step and stirring it, and a step of extracting the supernatant liquid of the solution obtained by the adding and stirring step. Provided is a composition containing a carbon nanoparticle phosphor that emits blue to red light upon irradiation with excitation light. The emission wavelength of such a carbon nanoparticle phosphor has no wavelength dependence on excitation light, and a desired emission wavelength can be selectively obtained. However, adjustment (tuning) of chromaticity has been difficult.

また、グラフェン量子ドット蛍光体が報告されている(例えば、非特許文献1を参照)。非特許文献1によれば、窒素ドープしたグラフェン量子ドット蛍光体がクエン酸およびエチレンジアミンを用いた水熱合成により製造されること、さらに入射光の波長が変化することにより、発光波長が変化することを報告する。しかしながら、色度の調整はできない。 Furthermore, a graphene quantum dot phosphor has been reported (see, for example, Non-Patent Document 1). According to Non-Patent Document 1, a nitrogen-doped graphene quantum dot phosphor is produced by hydrothermal synthesis using citric acid and ethylenediamine, and that the emission wavelength changes as the wavelength of incident light changes. report. However, chromaticity cannot be adjusted.

国際公開第2018/163955号International Publication No. 2018/163955

Dan Quら,SCIENTIFIC REPORTS 4,5294,2014Dan Qu et al., SCIENTIFIC REPORTS 4, 5294, 2014

本発明の課題は、色度が調整(チューニング)された炭素ナノ粒子蛍光体を製造する方法、それによって得られる色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体、それを用いた発光装置、および、それを用いた試験紙を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for producing a carbon nanoparticle phosphor with tuned chromaticity, a carbon nanoparticle phosphor with tuned chromaticity obtained thereby, a light emitting device using the same, and The purpose is to provide test strips using the same.

本発明による色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体を製造する方法は、少なくとも炭素源を有機溶媒に溶解させた原料溶液を調製することと、前記原料溶液を加熱することとを包含、これにより上記課題を解決する。
前記炭素源は、クエン酸、クエン酸一水和物、クエン酸アンモニウム、安息香酸、アスコルビン酸、グルコース、フルクトース、および、スクロースからなる群から少なくとも1種選択されてもよい。
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす場合、前記有機溶媒は、窒素を含有する有機溶媒であり、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす場合、前記有機溶媒は、ホルムアミド、および/または、N-メチルフォルムアミドであり、前記調製することは、前記有機溶媒に、エチレンジアミン(EDA)、ジエタノールアミン(DEA)、尿素、チオ尿素、エタノールアミン(EA)、ドーパミン、L-シスチン、L-アルギニン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、および、システアミンからなる群から少なくとも1種選択される窒素源をさらに溶解させ、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす場合、前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、前記調製することは、前記有機溶媒に、水酸化アンモニウム、o-フェニレンジアミン、および、p-フェニレンジアミンからなる群から少なくとも1種選択される窒素源をさらに溶解させてもよい。
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす場合、前記有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす場合、前記有機溶媒中の前記炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、前記有機溶媒中の前記窒素源の濃度は、0.05mol/L以上1.5mol/L以下の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす場合、前記有機溶媒中の前記炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、前記有機溶媒中の前記窒素源の濃度は、0.05mol/L以上3.0mol/L以下の範囲を満たしてもよい。
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす場合、前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす場合、前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、前記窒素源は、エチレンジアミン、ジエタノールアミン、および、尿素からなる群から少なくとも1種選択され、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす場合、前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、前記窒素源は、水酸化アンモニウムであってもよい。
前記炭素源は、クエン酸であってもよい。
前記原料溶液を加熱することは、前記原料溶液を、150℃以上230℃以下の温度で、5時間以上15時間以下の時間、加熱してもよい。
前記原料溶液を加熱することよって生成した生成物を回収し、真空中で加熱することをさらに包含してもよい。
前記真空中で加熱することは、前記生成物を、1Pa以上10000Pa以下の真空度で、50℃以上70℃以下の時間、30分以上12時間以下の時間、加熱してもよい。
本発明による炭素元素、酸素元素、窒素元素、および、水素元素を含有する炭素ナノ粒子蛍光体は、アモルファス炭素とグラファイト状炭素とを含有し、前記窒素元素は、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、および、グラファイト型窒素を含み、これにより上記課題を解決する。
前記ピリジン型窒素の含有量は、前記グラファイト型窒素のそれよりも多く、前記アモルファス炭素は、90体積%より大きく99体積%以下の範囲を満たし、前記グラファイト状炭素は、1体積%以上10体積%未満の範囲を満たし、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たしてもよい。
前記アモルファス炭素は、95体積%以上99体積%以下の範囲を満たし、前記グラファイト状炭素は、1体積%以上5体積%以下の範囲を満たしてもよい。
前記炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
を満たしてもよい。
前記炭素元素および窒素元素の含有量pとqとは、
0.38<q/p≦0.41
を満たしてもよい。
前記ピリジン型窒素の含有量は、前記グラファイト型窒素のそれよりも少なく、前記アモルファス炭素は、45体積%以上70体積%以下の範囲を満たし、前記グラファイト状炭素は、30体積%以上55体積%以下の範囲を満たし、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たしてもよい。
前記アモルファス炭素は、53体積%以上68体積%以下の範囲を満たし、前記グラファイト状炭素は、32体積%以上47体積%以下の範囲を満たしてもよい。
前記炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
を満たしてもよい。
前記炭素元素および窒素元素の含有量pとqとは、
0.32<q/p<0.44
を満たしてもよい。
前記ピリジン型窒素の含有量は、前記グラファイト型窒素のそれよりも少なく、前記アモルファス炭素は、60体積%以上90体積%以下の範囲を満たし、前記グラファイト状炭素は、10体積%以上40体積%以下の範囲を満たし、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たしてもよい。
前記アモルファス炭素は、60体積%以上83体積%以下の範囲を満たし、前記グラファイト状炭素は、17体積%以上40体積%以下の範囲を満たしてもよい。
前記炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
を満たしてもよい。
前記炭素元素および窒素元素の含有量pとqとは、
0.25<q/p<0.34
を満たしてもよい。
前記炭素ナノ粒子蛍光体は、1nm以上20nm以下の範囲の直径を有してもよい。 本発明による発光装置は、少なくとも、励起源と蛍光体とを備え、前記蛍光体は、上述の炭素ナノ粒子蛍光体を備え、これにより上記課題を解決する。
前記蛍光体は、前記炭素ナノ粒子蛍光体が分散した樹脂成形体であってもよい。
本発明による被験液が水を含有するか否かを判定する試験紙は、上述の炭素ナノ粒子蛍光体を含有し、これにより上記課題を解決する。
The method for producing a carbon nanoparticle phosphor with adjusted chromaticity according to the present invention includes preparing a raw material solution in which at least a carbon source is dissolved in an organic solvent, and heating the raw material solution. This solves the above problems.
The carbon source may be at least one selected from the group consisting of citric acid, citric acid monohydrate, ammonium citrate, benzoic acid, ascorbic acid, glucose, fructose, and sucrose.
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< 0.3 and 0.25≦y≦0.4, the organic solvent is a nitrogen-containing organic solvent,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< 0.44 and 0.3≦y≦0.4, the organic solvent is formamide and/or N-methylformamide, and the preparation includes adding ethylenediamine (EDA) to the organic solvent. ), diethanolamine (DEA), urea, thiourea, ethanolamine (EA), dopamine, L-cystine, L-arginine, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and at least one nitrogen source selected from the group consisting of cysteamine. further dissolve,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. 0.6 and 0.3≦y≦0.45, the organic solvent is formamide, and the preparing includes ammonium hydroxide, o-phenylenediamine, and p- At least one nitrogen source selected from the group consisting of phenylene diamine may be further dissolved.
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< 0.3 and 0.25≦y≦0.4, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies the range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< 0.44 and 0.3≦y≦0.4, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies the range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less, and the concentration of the carbon source in the organic solvent The concentration of the nitrogen source satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 1.5 mol/L or less,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. 0.6 and 0.3≦y≦0.45, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies the range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less, and The concentration of the nitrogen source may satisfy a range of 0.05 mol/L or more and 3.0 mol/L or less.
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< 0.3 and 0.25≦y≦0.4, the organic solvent is formamide,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< 0.44 and 0.3≦y≦0.4, the organic solvent is formamide, and the nitrogen source is at least one selected from the group consisting of ethylenediamine, diethanolamine, and urea;
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. 0.6 and 0.3≦y≦0.45, the organic solvent may be formamide, and the nitrogen source may be ammonium hydroxide.
The carbon source may be citric acid.
Heating the raw material solution may include heating the raw material solution at a temperature of 150° C. or more and 230° C. or less for a period of 5 hours or more and 15 hours or less.
The method may further include collecting a product produced by heating the raw material solution and heating it in vacuum.
The heating in vacuum may include heating the product at a degree of vacuum of 1 Pa or more and 10,000 Pa or less, for a time of 50° C. or more and 70° C. or less, and for a time of 30 minutes or more and 12 hours or less.
The carbon nanoparticle phosphor containing carbon element, oxygen element, nitrogen element, and hydrogen element according to the present invention contains amorphous carbon and graphitic carbon, and the nitrogen element includes pyridine nitrogen, amide nitrogen, Contains pyrrole-type nitrogen and graphite-type nitrogen, thereby solving the above problems.
The content of the pyridine-type nitrogen is greater than that of the graphite-type nitrogen, the amorphous carbon satisfies a range of greater than 90% by volume and less than or equal to 99% by volume, and the content of graphitic carbon is greater than or equal to 1% by volume and less than or equal to 10% by volume. % and has a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is the value of (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. 0.2≦x<0.3 and 0.25≦y≦0.4 may be satisfied.
The amorphous carbon may satisfy a range of 95 volume % or more and 99 volume % or less, and the graphitic carbon may satisfy a range of 1 volume % or more and 5 volume % or less.
The content p (atomic %) of the carbon element, the content q (atomic %) of the nitrogen element, and the content r (atomic %) of the oxygen element (where p+q+r=1) are respectively,
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
may be satisfied.
The contents p and q of the carbon element and nitrogen element are:
0.38<q/p≦0.41
may be satisfied.
The content of the pyridine-type nitrogen is lower than that of the graphite-type nitrogen, the amorphous carbon satisfies a range of 45 volume% to 70 volume%, and the graphitic carbon content is 30 volume% to 55 volume%. When irradiated with light that satisfies the following range and has a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is determined by the (x, y) value on the CIE 1931 chromaticity coordinates. 0.3≦x<0.44 and 0.3≦y≦0.4 may be satisfied.
The amorphous carbon may satisfy a range of 53 volume % or more and 68 volume % or less, and the graphitic carbon may satisfy a range of 32 volume % or more and 47 volume % or less.
The content p (atomic %) of the carbon element, the content q (atomic %) of the nitrogen element, and the content r (atomic %) of the oxygen element (where p+q+r=1) are respectively,
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
may be satisfied.
The contents p and q of the carbon element and nitrogen element are:
0.32<q/p<0.44
may be satisfied.
The content of the pyridine type nitrogen is lower than that of the graphite type nitrogen, the amorphous carbon satisfies a range of 60 volume % to 90 volume %, and the graphitic carbon content is 10 volume % to 40 volume %. When irradiated with light that satisfies the following range and has a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is determined by the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. 0.44≦x≦0.6 and 0.3≦y≦0.45 may be satisfied.
The amorphous carbon may satisfy a range of 60 volume % or more and 83 volume % or less, and the graphitic carbon may satisfy a range of 17 volume % or more and 40 volume % or less.
The content p (atomic %) of the carbon element, the content q (atomic %) of the nitrogen element, and the content r (atomic %) of the oxygen element (where p+q+r=1) are respectively,
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
may be satisfied.
The contents p and q of the carbon element and nitrogen element are:
0.25<q/p<0.34
may be satisfied.
The carbon nanoparticle phosphor may have a diameter ranging from 1 nm to 20 nm. A light emitting device according to the present invention includes at least an excitation source and a phosphor, and the phosphor includes the above-described carbon nanoparticle phosphor, thereby solving the above problem.
The phosphor may be a resin molded body in which the carbon nanoparticle phosphor is dispersed.
A test paper for determining whether a test liquid contains water according to the present invention contains the above-mentioned carbon nanoparticle phosphor, thereby solving the above problem.

本発明の色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体を製造する方法は、少なくとも炭素源を有機溶媒に溶解させた原料溶液を調製することと、原料溶液を加熱することとを包含し、炭素源の種類や濃度、有機溶媒の種類、さらには、窒素源の種類や濃度を適宜選択することにより、色度を調整(チューニング)できる。本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、炭素元素、酸素元素、窒素元素、および、水素元素を含有し、アモルファス炭素とグラファイト状炭素とを含有し、記窒素元素は、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、および、グラファイト型窒素を含む。上述の方法によって、アモルファス炭素とグラファイト状炭素との割合を調整し、組成比を制御することにより、色度を調整できる。このような蛍光体を用いれば、黒体軌跡の近傍に色度を有し、比較的自然光に近い発光を生ずる発光装置を提供できる。本発明の蛍光体は、水に対して発光強度が低下するため、発光強度の変化から液体中に水を含有するか否かを判定する試験紙を提供できる。 The method for producing a carbon nanoparticle phosphor with adjusted chromaticity of the present invention includes preparing a raw material solution in which at least a carbon source is dissolved in an organic solvent, heating the raw material solution, and The chromaticity can be adjusted (tuned) by appropriately selecting the type and concentration of the source, the type of organic solvent, and further the type and concentration of the nitrogen source. The carbon nanoparticle phosphor of the present invention contains a carbon element, an oxygen element, a nitrogen element, and a hydrogen element, and contains amorphous carbon and graphitic carbon, and the nitrogen element is pyridine nitrogen, amide nitrogen , pyrrole-type nitrogen, and graphite-type nitrogen. The chromaticity can be adjusted by adjusting the ratio of amorphous carbon and graphitic carbon and controlling the composition ratio using the above method. By using such a phosphor, it is possible to provide a light-emitting device that has chromaticity near the blackbody locus and generates light that is relatively similar to natural light. Since the luminescent intensity of the phosphor of the present invention decreases relative to water, it is possible to provide a test paper for determining whether or not a liquid contains water based on a change in luminescent intensity.

本発明の色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体を製造するフローを示す図A diagram showing a flow for manufacturing a carbon nanoparticle phosphor with adjusted chromaticity according to the present invention 本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を用いた発光装置を示す模式図Schematic diagram showing a light emitting device using the carbon nanoparticle phosphor of the present invention 本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を用いた試験紙を示す模式図Schematic diagram showing a test paper using the carbon nanoparticle phosphor of the present invention 例1の反応式と、例1の液体試料の発光の様子とを示す図Diagram showing the reaction formula of Example 1 and the state of light emission of the liquid sample of Example 1 例2~例6の反応式と、例2~例6の液体試料の発光の様子とを示す図A diagram showing the reaction formulas of Examples 2 to 6 and the state of light emission of the liquid samples of Examples 2 to 6. 例7~例8の反応式と、例7~例8の液体試料の発光の様子とを示す図A diagram showing the reaction formulas of Examples 7 and 8 and the state of light emission of the liquid samples of Examples 7 and 8. 例1、例2および例7の粉末試料のXRDパターンを示す図Diagram showing the XRD patterns of powder samples of Example 1, Example 2 and Example 7 例1の液体試料の種々の倍率のTEM像を示す図Diagram showing TEM images of the liquid sample of Example 1 at various magnifications 例2の液体試料の種々の倍率のTEM像を示す図Diagram showing TEM images of the liquid sample of Example 2 at various magnifications 例7の液体試料の種々の倍率のTEM像を示す図Diagrams showing TEM images of the liquid sample of Example 7 at various magnifications 例1、例2および例7の液体試料のXPSスペクトルを示す図Diagram showing XPS spectra of liquid samples of Example 1, Example 2 and Example 7 例1の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルを示す図Diagram showing the deconvoluted HRXPS spectrum of the liquid sample of Example 1 例2の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルを示す図Diagram showing the deconvoluted HRXPS spectrum of the liquid sample of Example 2 例7の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルを示す図Diagram showing the deconvolved HRXPS spectrum of the liquid sample of Example 7 図12~図14から算出した窒素ドーピングセンターの量の変化を示す図Diagram showing changes in the amount of nitrogen doping centers calculated from FIGS. 12 to 14 例1、例2および例7の液体試料のATR-FTIRスペクトルを示す図Diagram showing ATR-FTIR spectra of liquid samples of Example 1, Example 2, and Example 7 例1、例2および例7の液体試料の吸収スペクトルを示す図Diagram showing absorption spectra of liquid samples of Example 1, Example 2 and Example 7 例1、例2および例7の液体試料の発光スペクトルを示す図Diagram showing emission spectra of liquid samples of Example 1, Example 2, and Example 7 例3~例4の液体試料の吸収スペクトルを示す図Diagram showing absorption spectra of liquid samples of Examples 3 and 4 例5~例6の液体試料の吸収スペクトルを示す図Diagram showing absorption spectra of liquid samples of Examples 5 and 6 例1~例8の液体試料の発光をプロットしたCIE色度図CIE chromaticity diagram plotting the luminescence of the liquid samples of Examples 1 to 8 例1の液体試料の2次元発光マッピングを示す図Diagram showing two-dimensional luminescence mapping of the liquid sample of Example 1 例2の液体試料の2次元発光マッピングを示す図Diagram showing two-dimensional luminescence mapping of the liquid sample of Example 2 例7の液体試料の2次元発光マッピングを示す図Diagram showing two-dimensional luminescence mapping of the liquid sample of Example 7 例9による樹脂成形体の外観を示す図Diagram showing the appearance of a resin molded article according to Example 9 例9による樹脂成形体の蛍光スペクトルを示す図Diagram showing the fluorescence spectrum of the resin molded article according to Example 9 例9による樹脂成形体の発光をプロットしたCIE色度図CIE chromaticity diagram plotting the luminescence of the resin molded body according to Example 9 試験紙の製造プロシージャおよび試験の様子を示す図Diagram showing test strip manufacturing procedure and testing 試験紙を用いた判定の様子を示す図Diagram showing how judgments are made using test strips 種々の水に対する発光スペクトルを示す図Diagram showing emission spectra for various types of water 図30の発光強度の重水濃度依存性を示す図Diagram showing the dependence of luminescence intensity on heavy water concentration in Figure 30

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that similar elements are given similar numbers and their explanations will be omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1では、本発明の色度が調整(チューニング)された炭素ナノ粒子蛍光体を製造する方法、および、それによって得られた炭素ナノ粒子蛍光体について説明する。
(Embodiment 1)
In Embodiment 1, a method of manufacturing a carbon nanoparticle phosphor with adjusted (tuned) chromaticity of the present invention and a carbon nanoparticle phosphor obtained thereby will be described.

図1は、本発明の色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体を製造するフローを示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a flow for manufacturing a carbon nanoparticle phosphor with adjusted chromaticity according to the present invention.

ステップS110:少なくとも炭素源を有機溶媒に溶解させた原料溶液を調製すること。
ステップS120:原料溶液を加熱すること。
本願発明者らは、水熱合成ではなく、有機溶媒を用いて炭素源を加熱するだけで、炭素ナノ粒子蛍光体が得られることを発見し、特に、炭素源の種類や濃度、有機溶媒の種類、さらには、窒素源の種類や濃度を適宜選択することにより、色度を黒体軌跡に沿って調整できることを実験から見出した。各工程を詳細に説明する。
Step S110: Prepare a raw material solution in which at least a carbon source is dissolved in an organic solvent.
Step S120: Heating the raw material solution.
The present inventors have discovered that carbon nanoparticle phosphors can be obtained simply by heating a carbon source using an organic solvent rather than by hydrothermal synthesis. Through experiments, we have found that by appropriately selecting the type and, furthermore, the type and concentration of the nitrogen source, the chromaticity can be adjusted along the blackbody locus. Each step will be explained in detail.

ステップS110で使用する炭素源は、ステップS120の加熱によって分解され、炭素となる有機物であれば特に制限はないが、好ましくは、クエン酸、クエン酸一水和物、クエン酸アンモニウム、安息香酸、アスコルビン酸、グルコース、フルクトース、および、スクロースからなる群から少なくとも1種選択される。これらの有機物は入手が容易であり、ステップS120の加熱によって分解され、炭素ナノ粒子蛍光体を構成し得る。中でも、クエン酸は、黒体軌跡上または近辺の色度および色温度を達成する炭素ナノ粒子蛍光体が得られるため好ましい。 The carbon source used in step S110 is not particularly limited as long as it is an organic substance that is decomposed into carbon by heating in step S120, but preferably citric acid, citric acid monohydrate, ammonium citrate, benzoic acid, At least one selected from the group consisting of ascorbic acid, glucose, fructose, and sucrose. These organic substances are easily available and can be decomposed by heating in step S120 to form carbon nanoparticle phosphors. Among these, citric acid is preferable because a carbon nanoparticle phosphor that achieves chromaticity and color temperature on or near the blackbody locus can be obtained.

ステップS110で使用する有機溶媒は、特に制限はないが、好ましくは、窒素を含有するものを使用できる。窒素を含有することにより、窒素ドープされた炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。このような有機溶媒には、ホルムアミド、および/または、N-メチルフォルムアミドがある。これらは、上述の炭素源ンを溶解できるので好ましい。 The organic solvent used in step S110 is not particularly limited, but preferably one containing nitrogen can be used. By containing nitrogen, a nitrogen-doped carbon nanoparticle phosphor can be obtained. Such organic solvents include formamide and/or N-methylformamide. These are preferred because they can dissolve the carbon source mentioned above.

ステップS110において、上述の炭素源に加えて、有機溶媒に窒素源をさらに溶解させた原料溶液を調製してもよい。これにより、窒素ドープ量を制御できる。このような窒素源には、エチレンジアミン(EDA)、ジエタノールアミン(DEA)、尿素、チオ尿素、エタノールアミン(EA)、ドーパミン、L-シスチン、L-アルギニン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、システアミン、水酸化アンモニウム、o-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン等がある。これらは、有機溶媒に溶解し得、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、グラファイト型窒素等のドーピングを可能とする。 In step S110, a raw material solution may be prepared in which, in addition to the carbon source described above, a nitrogen source is further dissolved in an organic solvent. This allows the amount of nitrogen doping to be controlled. Such nitrogen sources include ethylenediamine (EDA), diethanolamine (DEA), urea, thiourea, ethanolamine (EA), dopamine, L-cystine, L-arginine, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), cysteamine, hydroxylated Examples include ammonium, o-phenylenediamine, and p-phenylenediamine. These can be dissolved in organic solvents and enable doping with pyridine-type nitrogen, amide-type nitrogen, pyrrole-type nitrogen, graphite-type nitrogen, and the like.

ステップS120により、アモルファス炭素とグラファイト状炭素とを生成できる。ここで、加熱は、炭素源を分解し、炭素と有機溶媒中の窒素あるいは窒素源中の窒素とが反応する限り特に制限はないが、好ましくは、原料溶液を、150℃以上230℃以下の温度で、5時間以上15時間以下の時間、加熱する。この条件であれば、反応が効率的に進み、炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。加熱は、より好ましくは、170℃以上210℃以下の温度で、7時間以上10時間以下の時間、行う。 Amorphous carbon and graphitic carbon can be generated by step S120. Here, the heating is not particularly limited as long as the carbon source is decomposed and the carbon reacts with nitrogen in the organic solvent or nitrogen in the nitrogen source, but preferably, the raw material solution is heated at a temperature of 150°C or higher and 230°C or lower. Heat at a temperature of 5 hours or more and 15 hours or less. Under these conditions, the reaction proceeds efficiently and a carbon nanoparticle phosphor can be obtained. Heating is more preferably performed at a temperature of 170° C. or higher and 210° C. or lower for a period of 7 hours or more and 10 hours or less.

このようにして炭素ナノ粒子蛍光体が溶媒中に分散した状態で得られるが、炭素ナノ粒子蛍光体を粉末で得る場合には、図1のステップS130に示すように、得られた生成物を遠心分離等によって回収し、真空中で加熱してもよい。 In this way, the carbon nanoparticle phosphor is obtained in a state dispersed in the solvent, but when the carbon nanoparticle phosphor is obtained in powder form, the obtained product is It may be collected by centrifugation or the like and heated in vacuum.

好ましくは、生成物を、1Pa以上10000Pa以下の真空度で、50℃以上70℃以下の時間、30分以上12時間以下の時間、加熱する。これにより、効率的に生成物を回収できる。 Preferably, the product is heated at a degree of vacuum of 1 Pa or more and 10,000 Pa or less, for a time of 50° C. or more and 70° C. or less, for a period of 30 minutes or more and 12 hours or less. Thereby, the product can be efficiently recovered.

本願発明者らは、炭素源、有機溶媒、必要に応じて窒素源を選択し、その濃度を調製することにより、色度が調整された、さらには黒体軌跡上または近傍の炭素ナノ粒子蛍光体を提供できることを見出した。このような色度に調整された炭素ナノ粒子蛍光体を、分かりやすさのために、シアン系、白色系、橙色系の炭素ナノ粒子蛍光体と称して、これらの蛍光体の製造方法を説明する。 By selecting a carbon source, an organic solvent, and, if necessary, a nitrogen source, and adjusting their concentrations, the inventors of the present application have discovered that the chromaticity can be adjusted, and the carbon nanoparticle fluorescence on or near the blackbody locus can be adjusted. I discovered that I could donate my body. For ease of understanding, carbon nanoparticle phosphors adjusted to such chromaticity will be referred to as cyan, white, and orange carbon nanoparticle phosphors, and methods for producing these phosphors will be explained. do.

<シアン系>
シアン系炭素ナノ粒子蛍光体とは、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たすものである。
<Cyan>
A cyan-based carbon nanoparticle phosphor is a carbon nanoparticle phosphor whose color, when irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, is (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. The values satisfy 0.2≦x<0.3 and 0.25≦y≦0.4.

この場合には、ステップS110において、上述の炭素源を、窒素を含有する有機溶媒に溶解させた原料溶液を調製するだけでよい。これにより、ピリジン型窒素の含有量がグラファイト型窒素のそれよりも多くなり、90体積%より大きく99体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、1体積%以上10体積%未満の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有し、上述の発光色を満たし得る。ここで、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の合計量を100体積%とする。 In this case, in step S110, it is only necessary to prepare a raw material solution in which the above-mentioned carbon source is dissolved in an organic solvent containing nitrogen. As a result, the content of pyridine-type nitrogen is higher than that of graphite-type nitrogen, and the content of amorphous carbon satisfies the range of more than 90 volume% and 99 volume% or less, and the range of 1 volume% or more and less than 10 volume%. It contains graphitic carbon and can meet the above-mentioned emission colors. Here, the total amount of amorphous carbon and graphitic carbon is 100% by volume.

より好ましくは、有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たす。この範囲であれば、95体積%以上99体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、1体積%以上5体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有した、シアン系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。 More preferably, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less. Within this range, the cyan-based carbon nanoparticle phosphor containing amorphous carbon that satisfies the range of 95 volume % or more and 99 volume % or less and graphitic carbon that satisfies the range of 1 volume % or more and 5 volume % or less is used. can get.

なお好ましくは、有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.1mol/L以上0.15mol/L以下の範囲を満たす。さらに好ましくは、有機溶媒はホルムアミドであり、炭素源はクエン酸である。この場合、後述する所定の組成式を満たし、上記色度座標内の黒体軌跡からの偏差(Duv)を±0.03の範囲に抑えることができる。なお、黒体軌跡からの偏差は、JIS Z8725に開示される評価手法に準じて評価した。 Preferably, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.1 mol/L or more and 0.15 mol/L or less. More preferably, the organic solvent is formamide and the carbon source is citric acid. In this case, it satisfies a predetermined compositional formula to be described later, and the deviation (Duv) from the blackbody locus in the chromaticity coordinates can be suppressed within the range of ±0.03. Note that the deviation from the blackbody locus was evaluated according to the evaluation method disclosed in JIS Z8725.

<白色系>
白色系炭素ナノ粒子蛍光体とは、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たすものである。
<White type>
A white carbon nanoparticle phosphor is a carbon nanoparticle phosphor that, when irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, emits a color that corresponds to (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. The values satisfy 0.3≦x<0.44 and 0.3≦y≦0.4.

この場合には、ステップS110において、上述の炭素源を、有機溶媒として、ホルムアミド、および/または、N-メチルフォルムアミドに溶解させるとともに、エチレンジアミン(EDA)、ジエタノールアミン(DEA)、尿素、チオ尿素、エタノールアミン(EA)、ドーパミン、L-シスチン、L-アルギニン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、および、システアミンからなる群から少なくとも1種選択される窒素源をさらに溶解させた原料溶液を調製すればよい。これにより、ピリジン型窒素の含有量は、グラファイト型窒素のそれよりも少なくなり、45体積%以上70体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、30体積%以上55体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有した、白色系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。ここで、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の合計量を100体積%とする。 In this case, in step S110, the above-mentioned carbon source is dissolved in formamide and/or N-methylformamide as an organic solvent, and ethylenediamine (EDA), diethanolamine (DEA), urea, thiourea, A raw material solution may be prepared in which at least one nitrogen source selected from the group consisting of ethanolamine (EA), dopamine, L-cystine, L-arginine, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and cysteamine is further dissolved. . As a result, the content of pyridine-type nitrogen is lower than that of graphite-type nitrogen, and satisfies the range of amorphous carbon from 45 volume% to 70 volume% and from 30 volume% to 55 volume%. A white carbon nanoparticle phosphor containing graphitic carbon is obtained. Here, the total amount of amorphous carbon and graphitic carbon is 100% by volume.

より好ましくは、有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、かつ、有機溶媒中の窒素源の濃度は、0.05mol/L以上1.5mol/L以下の範囲を満たす。この範囲であれば、53体積%以上68体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、32体積%以上47体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有した、白色系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。 More preferably, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less, and the concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 1 Satisfies the range of .5 mol/L or less. Within this range, a white carbon nanoparticle phosphor containing amorphous carbon that satisfies the range of 53 volume % to 68 volume % and graphitic carbon that satisfies the range of 32 volume % to 47 volume % is used. can get.

なお好ましくは、有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.1mol/L以上0.15mol/L以下の範囲を満たし、かつ、有機溶媒中の窒素源の濃度は、0.05mol/L以上1.0mol/L以下の範囲を満たす。この範囲であれば、効率よく白色系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。 Preferably, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.1 mol/L or more and 0.15 mol/L or less, and the concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 1 Satisfies the range of .0 mol/L or less. Within this range, a white carbon nanoparticle phosphor can be efficiently obtained.

さらに好ましくは、有機溶媒はホルムアミドであり、炭素源はクエン酸であり、窒素源は、エチレンジアミン、ジエタノールアミン、および、尿素からなる群から少なくとも1種選択される。この場合、後述する所定の組成式を満たし、上記色度座標内の黒体軌跡からの偏差を±0.01の範囲に抑えることができる。 More preferably, the organic solvent is formamide, the carbon source is citric acid, and the nitrogen source is at least one selected from the group consisting of ethylenediamine, diethanolamine, and urea. In this case, it is possible to satisfy a predetermined compositional formula, which will be described later, and to suppress the deviation from the blackbody locus in the chromaticity coordinates to a range of ±0.01.

<橙色系>
橙色系炭素ナノ粒子蛍光体とは、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たすものである。
<Orange>
An orange carbon nanoparticle phosphor is a carbon nanoparticle phosphor whose color, when irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, is (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. The values satisfy 0.44≦x≦0.6 and 0.3≦y≦0.45.

この場合には、ステップS110において、上述の炭素源を、有機溶媒として、ホルムアミドに溶解させるとともに、水酸化アンモニウム、o-フェニレンジアミン、および、p-フェニレンジアミンからなる群から少なくとも1種選択される窒素源をさらに溶解させた原料溶液を調製すればよい。これにより、ピリジン型窒素の含有量は、グラファイト型窒素のそれよりも少なくなり、60体積%以上90体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、10体積%以上40体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有した、橙色系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。ここで、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の合計量を100体積%とする。 In this case, in step S110, the above-mentioned carbon source is dissolved in formamide as an organic solvent, and at least one selected from the group consisting of ammonium hydroxide, o-phenylenediamine, and p-phenylenediamine is added. A raw material solution in which a nitrogen source is further dissolved may be prepared. As a result, the content of pyridine-type nitrogen is lower than that of graphite-type nitrogen, and satisfies the range of amorphous carbon from 60 volume% to 90 volume% and from 10 volume% to 40 volume%. An orange carbon nanoparticle phosphor containing graphitic carbon is obtained. Here, the total amount of amorphous carbon and graphitic carbon is 100% by volume.

より好ましくは、有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、かつ、有機溶媒中の窒素源の濃度は、0.05mol/L以上3.0mol/L以下の範囲を満たす。この範囲であれば、77体積%以上83体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、17体積%以上23体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有した、橙色系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。 More preferably, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less, and the concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 3 Satisfies the range of .0 mol/L or less. In this range, an orange carbon nanoparticle phosphor containing amorphous carbon that satisfies the range of 77 volume% or more and 83 volume% or less and graphitic carbon that satisfies the range of 17 volume% or more and 23 volume% or less is used. can get.

なお好ましくは、有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.1mol/L以上0.15mol/L以下の範囲を満たし、かつ、有機溶媒中の窒素源の濃度は、0.5mol/L以上2.5mol/L以下の範囲を満たす。この範囲であれば、効率よく橙色系炭素ナノ粒子蛍光体が得られる。なおさらに好ましくは、有機溶媒中の窒素源の濃度は、0.5mol/L以上1mol/L以下の範囲を満たす。 Preferably, the concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.1 mol/L or more and 0.15 mol/L or less, and the concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.5 mol/L or more and 2 Satisfies the range of .5 mol/L or less. Within this range, an orange carbon nanoparticle phosphor can be efficiently obtained. Even more preferably, the concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.5 mol/L or more and 1 mol/L or less.

さらに好ましくは、有機溶媒はホルムアミドであり、炭素源はクエン酸であり、窒素源は水酸化アンモニウムである。この場合、後述する所定の組成式を満たし、上記色度座標内の黒体軌跡からの偏差を±0.01の範囲に抑えることができる。 More preferably, the organic solvent is formamide, the carbon source is citric acid, and the nitrogen source is ammonium hydroxide. In this case, it is possible to satisfy a predetermined compositional formula, which will be described later, and to suppress the deviation from the blackbody locus in the chromaticity coordinates to a range of ±0.01.

次に、このようにして得られる本発明の炭素ナノ粒子蛍光体について説明する。
本発明のナノ粒子蛍光体は、炭素を主成分とするが、上述の原料溶液を用いることにより、炭素元素、酸素元素、窒素元素、および、水素元素を含有する。ここで、主成分である炭素として、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素を含有し、これらの量を制御することにより、発光色、色度、色温度を制御できる。アモルファス炭素は、非晶質炭素であり、グラファイト状炭素は、結晶性炭素である。これらは、粉末X線回折において2θ=20.5°近傍にブロードなピークが観察されれば、アモルファス炭素が存在しており、2θ=27°近傍にシャープなピークが観察されれば、グラファイト状炭素が存在していると判断できる。
Next, the carbon nanoparticle phosphor of the present invention obtained in this manner will be explained.
The nanoparticle phosphor of the present invention has carbon as a main component, but contains carbon element, oxygen element, nitrogen element, and hydrogen element by using the above-mentioned raw material solution. Here, the main component carbon includes amorphous carbon and graphitic carbon, and by controlling the amounts of these carbons, the color, chromaticity, and color temperature of the emitted light can be controlled. Amorphous carbon is non-crystalline carbon, and graphitic carbon is crystalline carbon. If a broad peak is observed near 2θ = 20.5° in powder X-ray diffraction, amorphous carbon is present, and if a sharp peak is observed near 2θ = 27°, it is graphite-like. It can be determined that carbon is present.

本発明のナノ粒子蛍光体は、窒素元素として、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、および、グラファイト型窒素を含有する。これらの含有量などによって、発光色、色度、色温度を制御できる。ここで、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、グラファイト型窒素は、次式に示す構造式で表される。なお、アミド型窒素のRは、水素または炭素数1~5のアルキル基であってよい。これらの窒素元素の存在は、X線光電子分光(XPS)測定によって得られるN1sスペクトルのピーク位置から判断できる。これらの窒素元素をまとめて窒素ドーピングセンターと呼ぶ場合がある。 The nanoparticle phosphor of the present invention contains pyridine nitrogen, amide nitrogen, pyrrole nitrogen, and graphite nitrogen as nitrogen elements. Emission color, chromaticity, and color temperature can be controlled by controlling these contents. Here, pyridine type nitrogen, amide type nitrogen, pyrrole type nitrogen, and graphite type nitrogen are represented by the structural formula shown in the following formula. Note that R in the amide type nitrogen may be hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. The presence of these nitrogen elements can be determined from the peak position of the N1s spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement. These nitrogen elements may be collectively called a nitrogen doping center.

本願発明者らは、上述の製造方法によって炭素ナノ粒子蛍光体が得られ、特に、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の量の制御、窒素ドーピングセンターの量的関係、および、組成制御をすることにより、色度が調整された、さらには黒体軌跡上または近傍の炭素ナノ粒子蛍光体となることを見出した。このような色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体を、分かりやすさのために、シアン系、白色系、橙色系の炭素ナノ粒子蛍光体と称して、これらの蛍光体を説明する。 The inventors of the present application have found that a carbon nanoparticle phosphor can be obtained by the above-described manufacturing method, and in particular, by controlling the amounts of amorphous carbon and graphitic carbon, the quantitative relationship of nitrogen doping centers, and the composition, We have discovered that the chromaticity is adjusted and that the carbon nanoparticle phosphor is on or near the blackbody locus. For ease of understanding, carbon nanoparticle phosphors with adjusted chromaticity will be referred to as cyan-based, white-based, and orange-based carbon nanoparticle phosphors, and these phosphors will be described.

<シアン系>
シアン系炭素ナノ粒子蛍光体とは、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たすものである。
<Cyan>
A cyan-based carbon nanoparticle phosphor is a carbon nanoparticle phosphor whose color, when irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, is (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. The values satisfy 0.2≦x<0.3 and 0.25≦y≦0.4.

この場合、ピリジン型窒素の含有量がグラファイト型窒素のそれよりも多くなる。さらに、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の合計量を100体積%とすると、シアン系炭素ナノ粒子蛍光体は、90体積%より大きく99体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、1体積%以上10体積%未満の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有する。アモルファス炭素が顕著に多くなることにより、シアン系の発光を示す。アモルファス炭素とグラファイト状炭素との含有量は、粉末X線回折における2θ=20.5°、27°の各ピークの強度比から算出される。 In this case, the content of pyridine-type nitrogen is greater than that of graphite-type nitrogen. Further, assuming that the total amount of amorphous carbon and graphitic carbon is 100% by volume, the cyan-based carbon nanoparticle phosphor contains amorphous carbon that satisfies a range of greater than 90% by volume and less than or equal to 99% by volume, and 1% by volume or more and 10% by volume or less. Contains graphitic carbon that satisfies the range of less than % by volume. It exhibits cyan-based light emission due to a significant increase in amorphous carbon. The content of amorphous carbon and graphitic carbon is calculated from the intensity ratio of peaks at 2θ=20.5° and 27° in powder X-ray diffraction.

シアン系炭素ナノ粒子蛍光体は、より好ましくは、95体積%以上99体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、1体積%以上5体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有する。これにより色純度のよい蛍光体となり得る。 The cyan-based carbon nanoparticle phosphor more preferably contains amorphous carbon that satisfies a range of 95% to 99% by volume, and graphitic carbon that satisfies a range of 1% to 5% by volume. This makes it possible to obtain a phosphor with good color purity.

シアン系炭素ナノ粒子蛍光体において、好ましくは、炭素元素の含有量p(原子%)、窒素元素の含有量q(原子%)および酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
を満たす。これにより、上記色度座標内の黒体軌跡からの偏差を±0.03の範囲に抑えることができる。より好ましくは、含有量pとqとが、0.38<q/p≦0.41を満たす。
In the cyan-based carbon nanoparticle phosphor, preferably the carbon element content p (atomic %), the nitrogen element content q (atomic %), and the oxygen element content r (atomic %) (however, p + q + r = 1 ) are respectively,
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
satisfy. Thereby, the deviation from the blackbody locus in the chromaticity coordinates can be suppressed within the range of ±0.03. More preferably, the contents p and q satisfy 0.38<q/p≦0.41.

<白色系>
白色系炭素ナノ粒子蛍光体とは、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たすものである。
<White type>
A white carbon nanoparticle phosphor is a carbon nanoparticle phosphor that, when irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, emits a color that corresponds to (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. The values satisfy 0.3≦x<0.44 and 0.3≦y≦0.4.

この場合、ピリジン型窒素の含有量は、グラファイト型窒素のそれよりも少なくなり、白色系炭素ナノ粒子蛍光体は、45体積%以上70体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、30体積%以上55体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有する。また、アモルファス炭素の含有量が、グラファイト状炭素のそれよりも多い。ここで、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の合計量を100体積%とする。 In this case, the content of pyridine-type nitrogen is lower than that of graphite-type nitrogen, and the white carbon nanoparticle phosphor contains amorphous carbon that satisfies the range of 45% by volume to 70% by volume, and 30% by volume. It contains graphitic carbon that satisfies the range of 55% by volume or less. Further, the content of amorphous carbon is higher than that of graphitic carbon. Here, the total amount of amorphous carbon and graphitic carbon is 100% by volume.

白色系炭素ナノ粒子蛍光体は、より好ましくは、53体積%以上68体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、32体積%以上47体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有する。これにより、青白、白色、温白色の発光を可能にする。 The white carbon nanoparticle phosphor more preferably contains amorphous carbon that satisfies the range of 53 volume % or more and 68 volume % or less, and graphitic carbon that satisfies the range of 32 volume % or more and 47 volume % or less. This makes it possible to emit blue-white, white, and warm white light.

白色系炭素ナノ粒子蛍光体において、好ましくは、炭素元素の含有量p(原子%)、窒素元素の含有量q(原子%)および酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
を満たす。これにより、上記色度座標内の黒体軌跡からの偏差を±0.01の範囲に抑えることができる。より好ましくは、含有量pとqとが、0.32<q/p<0.44を満たす。
In the white carbon nanoparticle phosphor, preferably the carbon element content p (atomic %), the nitrogen element content q (atomic %), and the oxygen element content r (atomic %) (however, p + q + r = 1 ) are respectively,
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
satisfy. Thereby, the deviation from the blackbody locus in the chromaticity coordinates can be suppressed within the range of ±0.01. More preferably, the contents p and q satisfy 0.32<q/p<0.44.

<橙色系>
橙色系炭素ナノ粒子蛍光体とは、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たすものである。
<Orange>
An orange carbon nanoparticle phosphor is a carbon nanoparticle phosphor whose color, when irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, is (x, y) on the CIE 1931 chromaticity coordinates. The values satisfy 0.44≦x≦0.6 and 0.3≦y≦0.45.

この場合、ピリジン型窒素の含有量は、グラファイト型窒素のそれよりも少なくなる。橙色系炭素ナノ粒子蛍光体は、60体積%以上90体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、10体積%以上40体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有する。ここで、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の合計量を100体積%とする。 In this case, the content of pyridine-type nitrogen will be less than that of graphite-type nitrogen. The orange carbon nanoparticle phosphor contains amorphous carbon that satisfies the range of 60 volume % or more and 90 volume % or less, and graphitic carbon that satisfies the range of 10 volume % or more and 40 volume % or less. Here, the total amount of amorphous carbon and graphitic carbon is 100% by volume.

橙色系炭素ナノ粒子蛍光体は、より好ましくは、60体積%以上83体積%以下の範囲を満たすアモルファス炭素、および、17体積%以上40体積%以下の範囲を満たすグラファイト状炭素を含有する。これにより、色純度のよい発光を可能にする。 The orange carbon nanoparticle phosphor more preferably contains amorphous carbon that satisfies the range of 60 volume % or more and 83 volume % or less, and graphitic carbon that satisfies the range of 17 volume % or more and 40 volume % or less. This makes it possible to emit light with good color purity.

橙色系炭素ナノ粒子蛍光体において、好ましくは、炭素元素の含有量p(原子%)、窒素元素の含有量q(原子%)および酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
を満たす。これにより、上記色度座標内の黒体軌跡からの偏差を±0.01の範囲に抑えることができる。より好ましくは、含有量pとqとが、0.25<q/p<0.34を満たす。
In the orange carbon nanoparticle phosphor, preferably the carbon element content p (atomic %), the nitrogen element content q (atomic %), and the oxygen element content r (atomic %) (where p+q+r=1 ) are respectively,
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
satisfy. Thereby, the deviation from the blackbody locus in the chromaticity coordinates can be suppressed within the range of ±0.01. More preferably, the contents p and q satisfy 0.25<q/p<0.34.

本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、上述したように、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素の量、窒素ドーピングセンターの量、および、組成が制御されることにより、色度が調整された発光をするが、特筆すべきは、黒体軌跡からの偏差が±0.01となる発光を1つの材料で可能とすることである。 As described above, the carbon nanoparticle phosphor of the present invention emits light with controlled chromaticity by controlling the amount of amorphous carbon and graphitic carbon, the amount of nitrogen doping centers, and the composition. What is noteworthy is that a single material can emit light with a deviation of ±0.01 from the blackbody locus.

加えて、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光(励起光)が照射されて発光するが、励起光の波長が変化すると、その発光波長も変化する。すなわち、励起光の波長が長波長になると、発光波長も長波長側へレッドシフトする。例えば、白色系炭素ナノ粒子蛍光体は、300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たし、白色発光するが、励起光の波長が450nmのときに、緑色発光し、励起光の波長が525nmのときに、黄緑色発光し、励起光の波長が550nmのときに、橙色発光し、励起光の波長が600nmのときに、赤色発光する。 In addition, the carbon nanoparticle phosphor of the present invention emits light when irradiated with light (excitation light) having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, but when the wavelength of the excitation light changes, the emission wavelength also changes. . That is, when the wavelength of the excitation light becomes longer, the emission wavelength also red-shifts to the longer wavelength side. For example, when a white carbon nanoparticle phosphor is irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinate is 0.3≦x<0. .44 and 0.3≦y≦0.4, and emits white light, but when the wavelength of excitation light is 450 nm, it emits green light, and when the wavelength of excitation light is 525 nm, it emits yellow-green light. When the wavelength of light is 550 nm, it emits orange light, and when the wavelength of excitation light is 600 nm, it emits red light.

本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、ナノオーダの粒径を有するナノ粒子からなるが、好ましくは、1nm以上20nm以下の範囲の直径を有する。この範囲であれば、発光効率が高い。 The carbon nanoparticle phosphor of the present invention is composed of nanoparticles having a particle size on the nano-order, and preferably has a diameter in the range of 1 nm to 20 nm. Within this range, luminous efficiency is high.

本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、-OH、-CONH、C=O、-COOH、C=C、O-C=O、C-H、N-H等の官能基や結合を有してもよい。これにより、高効率な可視光発光を可能にする。これらの結合は、赤外吸収スペクトルによって確認される。 The carbon nanoparticle phosphor of the present invention has functional groups and bonds such as -OH, -CONH 2 , C=O, -COOH, C=C, O-C=O, C-H, and N-H. It's okay. This enables highly efficient visible light emission. These bonds are confirmed by infrared absorption spectra.

本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、溶媒や樹脂等に分散させてもよい。これにより濃度消光の影響が小さくなり、発光効率が高くなる。このような溶媒には、例えば、合成に用いた有機溶媒以外にもジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド等であってもよいし、水であってもよい。樹脂は、紫外域から可視域までの波長を有する光を透過する水溶性高分子であればよく、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、カルボキシルビニルポリマーなどを選択できる。このような樹脂であれば、スピンコートや滴下等による薄膜、乾燥によるバルク体、電界紡糸等によるファイバといった樹脂成形体を提供できる。このような樹脂成形体であれば、取り扱いが容易である。 The carbon nanoparticle phosphor of the present invention may be dispersed in a solvent, resin, or the like. This reduces the influence of concentration quenching and increases luminous efficiency. Such a solvent may be, for example, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide, etc. in addition to the organic solvent used in the synthesis, or may be water. The resin may be any water-soluble polymer that transmits light having wavelengths from the ultraviolet region to the visible region, such as polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, polyacrylamide, polyethyleneimine, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, and carboxyl vinyl polymer. You can choose. With such a resin, it is possible to provide a resin molded body such as a thin film by spin coating or dripping, a bulk body by drying, and a fiber by electrospinning. Such a resin molded body is easy to handle.

なお、溶媒や樹脂等に分散させた場合、炭素ナノ粒子蛍光体の含有量は、好ましくは、0.01質量%以上5質量%以下の範囲である。この範囲であれば、高い発光強度および高い量子効率が期待できる。より好ましくは、炭素ナノ粒子蛍光体の含有量は、0.01質量%以上1質量%以下の範囲である。 When dispersed in a solvent, resin, etc., the content of the carbon nanoparticle phosphor is preferably in the range of 0.01% by mass or more and 5% by mass or less. Within this range, high emission intensity and high quantum efficiency can be expected. More preferably, the content of the carbon nanoparticle phosphor is in the range of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less.

(実施の形態2)
実施の形態2では、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を用いた発光装置を説明する。
図2は、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を用いた発光装置を示す模式図である。
(Embodiment 2)
In Embodiment 2, a light emitting device using the carbon nanoparticle phosphor of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a light emitting device using the carbon nanoparticle phosphor of the present invention.

本発明の発光装置は、少なくとも励起源と蛍光体とを備え、蛍光体は、上述の炭素ナノ粒子蛍光体を含む。このような構成により、所望の発光色を有する発光装置を提供できる。 The light emitting device of the present invention includes at least an excitation source and a phosphor, and the phosphor includes the carbon nanoparticle phosphor described above. With such a configuration, it is possible to provide a light emitting device that emits light of a desired color.

励起源は、発光ダイオード、レーザダイオード、有機EL、半導体レーザ、蛍光ランプなどがあるが、200nm以上600nm以下の範囲にピークを有する光を発するものが使用される。中でも、330nm以上420nm以下の範囲にピークを有する紫色発光ダイオードは、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を効率よく励起できるので、好ましい。 The excitation source may be a light emitting diode, a laser diode, an organic EL, a semiconductor laser, a fluorescent lamp, etc., and one that emits light having a peak in the range of 200 nm or more and 600 nm or less is used. Among these, a violet light emitting diode having a peak in the range of 330 nm or more and 420 nm or less is preferable because it can efficiently excite the carbon nanoparticle phosphor of the present invention.

図2の発光装置200は、基板実装型白色発光ダイオードランプを示す。発光装置200は、リードワイヤ210、220を有し、これらは可視光反射率の高い白色のアルミナ基板230に固定されている。一方のリードワイヤ210の片端には発光ピーク波長が405nmである紫色発光ダイオード素子240が載置され、導電性ペースト等により電気的に接続される。紫色発光ダイオード素子240は、もう一方のリードワイヤ220と金細線250によって電気的に接続される。リードワイヤ210、220の他端は、外部に出ており、電極として機能する。 The light emitting device 200 in FIG. 2 shows a board-mounted white light emitting diode lamp. The light emitting device 200 has lead wires 210 and 220, which are fixed to a white alumina substrate 230 with high visible light reflectance. A violet light emitting diode element 240 having an emission peak wavelength of 405 nm is placed on one end of one lead wire 210, and electrically connected to the element 240 using a conductive paste or the like. The violet light emitting diode element 240 is electrically connected to the other lead wire 220 by a thin gold wire 250. The other ends of the lead wires 210, 220 are exposed to the outside and function as electrodes.

紫色発光ダイオード素子240は、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体が樹脂に分散した樹脂成形体260で覆われている。ここでは、炭素ナノ粒子蛍光体として白色系炭素ナノ粒子蛍光体とする。アルミナ基板230には白色のシリコーン樹脂等によって形成される壁面部材280が設けられ、その中央部に樹脂成形体260で覆われた紫色発光ダイオード素子240が位置する。壁面部材280の中央部において、樹脂成形体260で覆われた紫色発光ダイオード素子240が、エポキシ樹脂等の透明な樹脂270で封止される。 The violet light emitting diode element 240 is covered with a resin molded body 260 in which the carbon nanoparticle phosphor of the present invention is dispersed in resin. Here, a white carbon nanoparticle phosphor is used as the carbon nanoparticle phosphor. A wall member 280 made of white silicone resin or the like is provided on the alumina substrate 230, and a violet light emitting diode element 240 covered with a resin molded body 260 is located in the center thereof. In the center of the wall member 280, the violet light emitting diode element 240 covered with the resin molded body 260 is sealed with a transparent resin 270 such as epoxy resin.

発光装置200のリードワイヤ210、220に通電すると、紫色発光ダイオード素子240は、ピーク波長が405nmである光を発する。この光は、本発明の樹脂成形体260に入射し、樹脂成形体260内の炭素ナノ粒子蛍光体が励起され、白色光を発する。白色光は、樹脂270を透過し、外部へ出る。このようにして、発光装置200は白色光を発するよう機能する。 When the lead wires 210 and 220 of the light emitting device 200 are energized, the violet light emitting diode element 240 emits light having a peak wavelength of 405 nm. This light enters the resin molded body 260 of the present invention, and the carbon nanoparticle phosphor within the resin molded body 260 is excited to emit white light. The white light passes through the resin 270 and exits to the outside. In this way, the light emitting device 200 functions to emit white light.

ここでは、樹脂成形体260は、紫色発光ダイオード素子240を覆うように構成されているがこれに限らない。例えば、樹脂成形体260は、紫色発光ダイオード素子240の発光面に載置してもよいし、樹脂270上に載置されてもよい。あるいは、樹脂270に代えて、全体が樹脂成形体260であってもよい。 Here, the resin molded body 260 is configured to cover the violet light emitting diode element 240, but is not limited thereto. For example, the resin molded body 260 may be placed on the light emitting surface of the violet light emitting diode element 240 or may be placed on the resin 270. Alternatively, instead of the resin 270, the entire resin molded body 260 may be used.

また、ここでは、樹脂成形体260は、白色光を発する炭素ナノ粒子蛍光体のみを蛍光体として含有するものとして説明したが、シアン系炭素ナノ粒子蛍光体や橙色系炭素ナノ粒子蛍光体を用いてもよいことは言うまでもない。また、紫色発光ダイオード素子に代えて、波長可変レーザを用い、白色から赤色まで可変な発光装置を提供してもよい。このような改変も本発明の範囲内である。 In addition, although the resin molded body 260 has been described here as containing only a carbon nanoparticle phosphor that emits white light as a phosphor, it may also contain a cyan carbon nanoparticle phosphor or an orange carbon nanoparticle phosphor. Needless to say, it's okay. Further, instead of the violet light emitting diode element, a wavelength tunable laser may be used to provide a light emitting device that can change the color from white to red. Such modifications are also within the scope of this invention.

図2を参照して、基板実装型白色発光ダイオードランプを説明したが、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を砲弾型白色発光ダイオードランプに採用してもよい。このような改変は当業者であれば容易に行える。 Although a substrate-mounted white light emitting diode lamp has been described with reference to FIG. 2, the carbon nanoparticle phosphor of the present invention may be employed in a bullet type white light emitting diode lamp. Such modifications can be easily made by those skilled in the art.

(実施の形態3)
実施の形態3では、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を用いた試験紙を説明する。
本願発明者らは、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体が水(HO)または重水(DO)と接触することにより、その発光強度が低下することを発見した。このような特性を利用し、被験液中に水(HO)または重水(DO)を含有するかを簡便に判定する試験紙を提供できる。
(Embodiment 3)
In Embodiment 3, a test paper using the carbon nanoparticle phosphor of the present invention will be described.
The inventors of the present invention have discovered that when the carbon nanoparticle phosphor of the present invention comes into contact with water (H 2 O) or heavy water (D 2 O), the emission intensity thereof decreases. Utilizing such characteristics, it is possible to provide a test paper that easily determines whether a test liquid contains water (H 2 O) or heavy water (D 2 O).

図3は、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体を用いた試験紙を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a test paper using the carbon nanoparticle phosphor of the present invention.

試験紙300は、検査領域310を備えた台紙320からなる。検査領域310には、実施の形態1で説明した炭素ナノ粒子蛍光体が含有される。台紙320は、炭素ナノ粒子蛍光体を分散して担持可能な紙であれば特に制限はないが、好ましくは、セルロースファイバである。セルロースファイバは、-OH、-COOH等の表面官能基を有しており、これらが炭素ナノ粒子蛍光体を吸着し、互いに凝集することを抑制できる。このため、セルロースファイバを用いれば、濃度消光が抑制され、発光強度に優れ、目視にて容易に判断可能な試験紙を提供できる。 The test strip 300 consists of a mount 320 having a test area 310. Inspection area 310 contains the carbon nanoparticle phosphor described in Embodiment 1. The mount 320 is not particularly limited as long as it is paper that can disperse and support the carbon nanoparticle phosphor, but is preferably cellulose fiber. Cellulose fibers have surface functional groups such as -OH and -COOH, which can adsorb carbon nanoparticle phosphors and prevent them from aggregating with each other. Therefore, by using cellulose fibers, it is possible to provide a test paper that suppresses concentration quenching, has excellent luminescence intensity, and can be easily determined visually.

図3では、6つの検査領域310を示すが、検査領域は台紙全体であってもよい。区分けされることにより、複数の被験液の同時判別に有利である。なお、このような試験紙300は、台紙320に炭素ナノ粒子蛍光体が分散した組成物を滴下し、乾燥させることによって製造される。 Although six inspection areas 310 are shown in FIG. 3, the inspection area may be the entire mount. The separation is advantageous for simultaneous discrimination of multiple test solutions. Note that such a test paper 300 is manufactured by dropping a composition in which carbon nanoparticle phosphors are dispersed onto a mount 320 and drying the composition.

次に、このような試験紙300を用いて、被験液が水を含有するか否かの判定方法を説明する。ここで、水は軽水(HO)であってもよいし、重水(DO)であってもよい。まず、試験紙300の検査領域310の1つの領域にコントロールとして水を含有しない液体を滴下する。次いで、他の領域に被験液を滴下し、励起源を照射し、その発光の様子を観察する。コントロールの発光に対して、目視にて発光強度が小さい検査領域があれば、その領域の被験液は、水を含有すると判定できる。 Next, a method of determining whether or not a test liquid contains water using such a test paper 300 will be explained. Here, the water may be light water (H 2 O) or heavy water (D 2 O). First, a liquid that does not contain water is dropped onto one area of the test area 310 of the test strip 300 as a control. Next, the test liquid is dropped onto another area, irradiated with an excitation source, and the state of light emission is observed. If there is a test region where the luminescence intensity is visually lower than that of the control, it can be determined that the test liquid in that region contains water.

発光強度は、水の含有量によって線形に低下するため、予め、水の含有量と発光強度との関係を保持しておけば、発光スペクトルを測定することにより、水の含有量を求めることもできる。 The luminescence intensity decreases linearly depending on the water content, so if the relationship between the water content and the luminescence intensity is maintained in advance, the water content can be determined by measuring the luminescence spectrum. can.

さらに、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体の発光強度は、軽水と重水とによっても異なる。重水の比率が高いほど、発光強度は高くなり、軽水の比率が高いほど、発光強度は低くなる。このような特性を利用し、被験液中の軽水や重水の含有量を判定できる。 Furthermore, the emission intensity of the carbon nanoparticle phosphor of the present invention also differs depending on whether it is light water or heavy water. The higher the ratio of heavy water, the higher the luminescence intensity, and the higher the ratio of light water, the lower the luminescence intensity. Utilizing these characteristics, the content of light water and heavy water in the test liquid can be determined.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

[例1~例8]
例1~例8では、炭素ナノ粒子蛍光体を、ソルボサーマル法を用いて合成した。
[Example 1 to Example 8]
In Examples 1 to 8, carbon nanoparticle phosphors were synthesized using a solvothermal method.

詳細には、表1に示す条件で、炭素源としてクエン酸(富士フイルム和光純薬株式会社製)、必要に応じて窒素源としてエチレンジアミン(EDA、シグマアルドリッチ製、純度>99.5%、比重D=0.899g/mL)、ジメチルアミン(DEA、富士フイルム和光純薬株式会社製)、尿素(富士フイルム和光純薬株式会社製)、水酸化アンモニウム(富士フイルム和光純薬株式会社製)を、有機溶媒としてホルムアミド(富士フイルム和光純薬株式会社製)に溶解させ、原料溶液を調製した(図1のステップS110)。次いで、原料溶液を表1に示す加熱条件で加熱した(図1のステップS120)。 In detail, under the conditions shown in Table 1, citric acid (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as a carbon source, and ethylenediamine (EDA, manufactured by Sigma-Aldrich, purity >99.5%, specific gravity) was used as a nitrogen source as needed. D = 0.899 g/mL), dimethylamine (DEA, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), urea (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and ammonium hydroxide (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). was dissolved in formamide (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an organic solvent to prepare a raw material solution (step S110 in FIG. 1). Next, the raw material solution was heated under the heating conditions shown in Table 1 (Step S120 in FIG. 1).

得られた生成物を遠心分離(回転速度;800rpm)し、ミリQ水およびエタノールで数回洗浄した。洗浄後の生成物を真空中(真空度;1~1000Pa)で60℃、4時間乾燥させた。このようにして、例1~例8の粉末試料を得た。次いで、例1~例8の粉末試料をジメチルスルホキシド(DMSO、富士フイルム和光純薬株式会社製)に分散させ、20nmシリンジを通した。このとき、DMSO中の生成物の濃度は、0.0025質量%(0.025mg/mL)であった。このようにして、例1~例8の液体試料を得た。 The obtained product was centrifuged (rotation speed: 800 rpm) and washed several times with Milli-Q water and ethanol. The washed product was dried in vacuum (degree of vacuum: 1 to 1000 Pa) at 60° C. for 4 hours. In this way, powder samples of Examples 1 to 8 were obtained. Next, the powder samples of Examples 1 to 8 were dispersed in dimethyl sulfoxide (DMSO, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and passed through a 20 nm syringe. At this time, the concentration of the product in DMSO was 0.0025% by weight (0.025 mg/mL). In this way, liquid samples of Examples 1 to 8 were obtained.

例1~例8の液体試料を、波長365nmの光を発するランプで照射した。結果を図4~図6に示す。例1~例8の粉末試料ついて、X線回折装置(Rigaku社製、Rint UltimaIII)を用いてX線回折した。結果を図7に示す。例1~例8の液体試料を分散法により調製し、高分解能透過電子顕微鏡(HR-TEM)(JEOL製、JEM 2100F)により観察した。結果を図8~図10に示す。例1~例8の液体試料の化学状態解析および組成分析をX線光電子分光(XPS)分析装置(アルバック・ファイ株式会社製、Quautera SXM)により行った。結果を図11~図15および表2に示す。 The liquid samples of Examples 1 to 8 were irradiated with a lamp emitting light at a wavelength of 365 nm. The results are shown in FIGS. 4 to 6. The powder samples of Examples 1 to 8 were subjected to X-ray diffraction using an X-ray diffractometer (Rint Ultima III, manufactured by Rigaku). The results are shown in FIG. Liquid samples of Examples 1 to 8 were prepared by a dispersion method and observed using a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) (manufactured by JEOL, JEM 2100F). The results are shown in FIGS. 8 to 10. Chemical state analysis and composition analysis of the liquid samples of Examples 1 to 8 were performed using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyzer (Quautera SXM, manufactured by ULVAC-PHI Inc.). The results are shown in FIGS. 11 to 15 and Table 2.

分光光度計(Thermo Scientific社製、Nicolet iS50 FTIR)を用い、全反射赤外分光(ATR-FTIR)法により例1~例8の液体試料のFTIRスペクトルを得た。各測定の積算回数は50回であった。結果を図16に示す。例1~例8の液体試料の吸収スペクトルを、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、V-570)を用いて測定した。結果を図17に示す。例1~例8の液体試料の発光スペクトルを、分光蛍光高度計(日本分光株市域会社製、FP-8500)を用いて測定した。発光スペクトルからCIEの色度(x,y)を算出した。これらの結果を図18~図24に示す。これらの結果をまとめて説明する。 FTIR spectra of the liquid samples of Examples 1 to 8 were obtained by total reflection infrared spectroscopy (ATR-FTIR) using a spectrophotometer (Nicolet iS50 FTIR, manufactured by Thermo Scientific). The cumulative number of measurements was 50. The results are shown in FIG. The absorption spectra of the liquid samples of Examples 1 to 8 were measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, V-570). The results are shown in FIG. The emission spectra of the liquid samples of Examples 1 to 8 were measured using a spectrofluorescence altimeter (manufactured by JASCO Corporation, FP-8500). CIE chromaticity (x, y) was calculated from the emission spectrum. These results are shown in FIGS. 18 to 24. These results will be summarized and explained.

図4は、例1の反応式と、例1の液体試料の発光の様子とを示す図である。
図5は、例2~例6の反応式と、例2~例6の液体試料の発光の様子とを示す図である。
図6は、例7~例8の反応式と、例7~例8の液体試料の発光の様子とを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the reaction formula of Example 1 and the state of light emission of the liquid sample of Example 1.
FIG. 5 is a diagram showing the reaction formulas of Examples 2 to 6 and the state of light emission of the liquid samples of Examples 2 to 6.
FIG. 6 is a diagram showing the reaction formulas of Examples 7 and 8 and the state of light emission of the liquid samples of Examples 7 and 8.

図4~図6ではグレースケールで示されるが、図4によれば、例1の液体試料に紫外線ランプを照射したところ、青色(シアン系)に発光することが分かった。図5によれば、例2~例6の液体試料に紫外線ランプを照射したところ、青白~白色~温白色(白色系)に発光することが分かった。図6によれば、例7~例8の液体試料に紫外線ランプを照射したところ、橙色(橙色系)に発光することが分かった。このことから、図1に記載の方法を実施することにより、蛍光発光する組成物(蛍光体)が得られることが示された。また、表1に示すように、窒素源や濃度を選択することにより、発光色を変化させることができることが示された。 Although shown in gray scale in FIGS. 4 to 6, according to FIG. 4, when the liquid sample of Example 1 was irradiated with an ultraviolet lamp, it was found that it emitted blue (cyan) light. According to FIG. 5, when the liquid samples of Examples 2 to 6 were irradiated with an ultraviolet lamp, it was found that they emitted blue-white to white to warm white (white type). According to FIG. 6, when the liquid samples of Examples 7 and 8 were irradiated with an ultraviolet lamp, it was found that they emitted orange (orange-based) light. From this, it was shown that by implementing the method shown in FIG. 1, a composition (phosphor) that emits fluorescence can be obtained. Furthermore, as shown in Table 1, it was shown that the color of the emitted light could be changed by selecting the nitrogen source and concentration.

図7は、例1、例2および例7の粉末試料のXRDパターンを示す図である。 FIG. 7 shows the XRD patterns of powder samples of Examples 1, 2, and 7.

図7によれば、いずれのXRDパターンも、2θ=20.5°近傍にブロードなピークと、2θ=27°近傍にシャープなピークとを示しており、アモルファス炭素およびグラファイト状炭素を主成分とすることが分かった。図示しないが、例3~例6および例8の粉末試料も同様のパターンを示した。これらのピーク強度比からアモルファス炭素およびグラファイト状炭素の体積百分率を算出した。結果を表2に示す。 According to FIG. 7, all XRD patterns show a broad peak near 2θ=20.5° and a sharp peak near 2θ=27°, indicating that amorphous carbon and graphitic carbon are the main components. I found out that it does. Although not shown, the powder samples of Examples 3-6 and 8 also showed similar patterns. The volume percentages of amorphous carbon and graphitic carbon were calculated from these peak intensity ratios. The results are shown in Table 2.

表2によれば、アモルファス炭素の含有量が、グラファイト状炭素のそれよりも多いが、発光色によって含有量が異なっていることが分かる。シアン系に発光する蛍光体は、グラファイト状炭素がごく少量であり、アモルファス炭素が顕著に多く、白色系に発光する蛍光体は、グラファイト状炭素も比較的存在するものの、アモルファス炭素の方が多く、橙色系に発光する蛍光体は、グラファイト状炭素が少量であり、アモルファス炭素が多い、という傾向が見られる。 According to Table 2, the content of amorphous carbon is higher than that of graphitic carbon, but it can be seen that the content differs depending on the emission color. Phosphors that emit cyan light contain a very small amount of graphitic carbon and a significant amount of amorphous carbon, while phosphors that emit white light contain a relatively large amount of amorphous carbon, although graphitic carbon is also relatively present. There is a tendency for phosphors that emit orange light to have a small amount of graphitic carbon and a large amount of amorphous carbon.

図8は、例1の液体試料の種々の倍率のTEM像を示す図である。
図9は、例2の液体試料の種々の倍率のTEM像を示す図である。
図10は、例7の液体試料の種々の倍率のTEM像を示す図である。
FIG. 8 shows TEM images of the liquid sample of Example 1 at various magnifications.
FIG. 9 shows TEM images of the liquid sample of Example 2 at various magnifications.
FIG. 10 shows TEM images of the liquid sample of Example 7 at various magnifications.

図8によれば、点線で示すように、アモルファス炭素に由来する層構造が確認された。また、丸で囲む領域を拡大したところ、格子縞が確認され、結晶性のグラファイト状の炭素であることが分かった。図9および図10によれば、黒くスポットで示されるナノ粒子が多数確認され、その粒径は、1nm以上20nm以下の範囲を有することが分かった。粒径は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて1000倍以上の倍率で透過画像を得、任意の500nm四方の領域において少なくとも100個のナノ粒子の粒径を計測し、その平均値である。ナノ粒子は完全な球形ではないので、最長径をナノ粒子の粒径とする。以上から、液体試料中には炭素ナノ粒子蛍光体が分散していることが示された。 According to FIG. 8, a layered structure derived from amorphous carbon was confirmed as shown by the dotted line. Furthermore, when the circled area was enlarged, lattice fringes were observed, indicating that it was crystalline graphite-like carbon. According to FIGS. 9 and 10, many nanoparticles indicated by black spots were confirmed, and the particle size was found to be in the range of 1 nm to 20 nm. The particle size is the average value obtained by obtaining a transmission image using a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 1000 times or more and measuring the particle size of at least 100 nanoparticles in an arbitrary 500 nm square area. . Since nanoparticles are not perfectly spherical, the longest diameter is taken as the particle size of the nanoparticle. From the above, it was shown that carbon nanoparticle phosphors were dispersed in the liquid sample.

図11は、例1、例2および例7の液体試料のXPSスペクトルを示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing XPS spectra of liquid samples of Examples 1, 2, and 7.

図11によれば、例1、例2および例7の液体試料中の炭素ナノ粒子蛍光体には、炭素元素、酸素元素、窒素元素が存在することが分かった。なお、XPSスペクトルでは、溶媒(DMSO)中の元素によるピークは除去されている。例3~例6および例8の液体試料も同様のXPSスペクトルを示した。 According to FIG. 11, it was found that carbon element, oxygen element, and nitrogen element were present in the carbon nanoparticle phosphors in the liquid samples of Examples 1, 2, and 7. Note that in the XPS spectrum, peaks due to elements in the solvent (DMSO) are removed. The liquid samples of Examples 3-6 and 8 showed similar XPS spectra.

表3の組成分析によれば、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体において、炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)が、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
を満たす場合には、青色(シアン系)発光し、
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
を満たす場合には、青白~白色~温白色(白色系)発光し、
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
を満たす場合には、橙色発光することが示された。
According to the composition analysis in Table 3, in the carbon nanoparticle phosphor of the present invention, the carbon element content p (atomic %), the nitrogen element content q (atomic %), and the oxygen element content r ( atomic%) (however, p+q+r=1), respectively,
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
If the conditions are met, blue (cyan) light is emitted,
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
If the conditions are satisfied, blue-white to white to warm white (white) light is emitted,
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
It was shown that when the conditions are satisfied, orange light is emitted.

図12は、例1の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルを示す図である。
図13は、例2の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルを示す図である。
図14は、例7の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルを示す図である。
FIG. 12 shows a deconvolved HRXPS spectrum of the liquid sample of Example 1.
FIG. 13 shows the deconvoluted HRXPS spectrum of the liquid sample of Example 2.
FIG. 14 shows the deconvolved HRXPS spectrum of the liquid sample of Example 7.

図12~図14は、いずれも、図11に示すXPSスペクトルのうちN-1sピークについて逆畳み込みをした結果を示す。図12~図14によれば、主要な4つのピークを示し、それぞれ、398.7eV、399.6eV、400.3eV、401.3eVの結合エネルギーに相当することが分かった。このことから、これらは、炭素フレームワーク内の窒素ドーピングセンターの種類であり、それぞれ、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、グラファイト型窒素に相当した。図示しないが、例3~例6および例8の液体試料の逆畳み込みHRXPSスペクトルも同様であった。 12 to 14 all show the results of deconvolution of the N-1s peak of the XPS spectrum shown in FIG. 11. According to FIGS. 12 to 14, it was found that four main peaks were shown, corresponding to binding energies of 398.7 eV, 399.6 eV, 400.3 eV, and 401.3 eV, respectively. From this, these were the types of nitrogen doping centers in the carbon framework, corresponding to pyridine-type nitrogen, amide-type nitrogen, pyrrole-type nitrogen, and graphite-type nitrogen, respectively. Although not shown, the deconvoluted HRXPS spectra of the liquid samples of Examples 3 to 6 and Example 8 were also similar.

図15は、図12~図14から算出した窒素ドーピングセンターの量の変化を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing changes in the amount of nitrogen doping centers calculated from FIGS. 12 to 14.

図15によれば、発光色によって、窒素ドーピングセンターの量的関係が異なることが分かる。特に、ピリジン型窒素とグラファイト型窒素との関係が発光色に寄与しており、例3~例6および例8についても同様に調べた。結果を表4に示す。 According to FIG. 15, it can be seen that the quantitative relationship of nitrogen doping centers differs depending on the emission color. In particular, the relationship between pyridine-type nitrogen and graphite-type nitrogen contributes to the luminescent color, and Examples 3 to 6 and Example 8 were similarly investigated. The results are shown in Table 4.

表4によれば、シアン系に発光する蛍光体は、ピリジン型窒素の量は、グラファイト型窒素のそれよりも多く、白色系に発光する蛍光体は、ピリジン型窒素の量は、グラファイト型窒素のそれよりも少なく、橙色系に発光する蛍光体は、ピリジン型窒素の量は、グラファイト型窒素のそれよりも少ない、という傾向が見られる。 According to Table 4, the amount of pyridine nitrogen in the cyan-based phosphor is greater than that of graphite nitrogen, and the amount of pyridine nitrogen in the white-emitting phosphor is greater than that of graphite nitrogen. In phosphors that emit orange light, the amount of pyridine nitrogen tends to be less than that of graphite nitrogen.

図16は、例1、例2および例7の液体試料のATR-FTIRスペクトルを示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing ATR-FTIR spectra of liquid samples of Examples 1, 2, and 7.

例1、例2および例7の液体試料中の炭素ナノ粒子蛍光体は、アミド結合によるC=O結合(1697cm-1付近)、芳香族によるC=C結合(1530cm-1付近)、フェノールによるOH結合とCH結合(1310~1380cm-1付近)を有することが分かった。このことから、本発明の炭素ナノ粒子蛍光体は、-OH、C=O、C=C、C-H等の官能基や結合を有することが示された。 The carbon nanoparticle phosphors in the liquid samples of Examples 1, 2, and 7 were composed of C=O bonds due to amide bonds (near 1697 cm −1 ), C=C bonds due to aromatic groups (near 1530 cm −1 ), and C=C bonds due to phenols (near 1530 cm −1). It was found that it has an OH bond and a CH bond (around 1310 to 1380 cm -1 ). This indicates that the carbon nanoparticle phosphor of the present invention has functional groups and bonds such as -OH, C=O, C=C, and CH.

図17は、例1、例2および例7の液体試料の吸収スペクトルを示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing absorption spectra of liquid samples of Examples 1, 2, and 7.

図17によれば、いずれの試料も200nm以上600nm以下の範囲の波長の光をよく吸収することが分かった。図示しないが、例3~例6および例8の液体試料の吸収スペクトルも同様であった。 According to FIG. 17, it was found that all the samples well absorbed light with a wavelength in the range of 200 nm or more and 600 nm or less. Although not shown, the absorption spectra of the liquid samples of Examples 3 to 6 and Example 8 were also similar.

図18は、例1、例2および例7の液体試料の発光スペクトルを示す図である。
図19は、例3~例4の液体試料の吸収スペクトルを示す図である。
図20は、例5~例6の液体試料の吸収スペクトルを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the emission spectra of the liquid samples of Examples 1, 2, and 7.
FIG. 19 is a diagram showing the absorption spectra of the liquid samples of Examples 3 and 4.
FIG. 20 is a diagram showing the absorption spectra of the liquid samples of Examples 5 and 6.

図18~図20には、励起波長370nmで各液体試料を照射した際の発光スペクトルが示される。図19および図20には、図1に示す例2の発光スペクトルも併せて示す。 18 to 20 show emission spectra when each liquid sample was irradiated with an excitation wavelength of 370 nm. 19 and 20 also show the emission spectrum of Example 2 shown in FIG. 1.

例1の発光スペクトルにすれば、450nmにピークを有し、青色発光することが分かった。例7の発光スペクトルによれば、616nmmにピークを有し、橙色発光することが分かった。一方、例2の発光スペクトルによれば、例1や例7のそれとは異なりブロードな発光スペクトルを示し、478nm、514nm、612nmをピークとする複数の波長成分を有していた。このことからも、例2の液体試料中の炭素ナノ粒子蛍光体は、白色発光することが分かった。 It was found that the emission spectrum of Example 1 had a peak at 450 nm and emitted blue light. According to the emission spectrum of Example 7, it was found that it had a peak at 616 nm and emitted orange light. On the other hand, the emission spectrum of Example 2 showed a broad emission spectrum, unlike those of Examples 1 and 7, and had multiple wavelength components with peaks at 478 nm, 514 nm, and 612 nm. This also shows that the carbon nanoparticle phosphor in the liquid sample of Example 2 emits white light.

例3~例6の発光スペクトルによれば、例2のそれと同様に、複数の波長成分を有し、ブロードな発光スペクトルを示したが、各波長成分の強度の違いにより、演色性の異なる白色発光をすることが示された。 According to the emission spectra of Examples 3 to 6, similar to that of Example 2, it had multiple wavelength components and showed a broad emission spectrum, but due to the difference in the intensity of each wavelength component, the white color had different color rendering properties. It was shown that it emits light.

以上から、本発明の方法を採用すれば、原料成分の選択、濃度の調整により、青色(シアン系)発光、白色発光、橙色発光する炭素ナノ粒子蛍光体を提供できる。また、本発明によれば、演色性の調整に優れた炭素ナノ粒子蛍光体の合成法を提供できる。 From the above, by employing the method of the present invention, it is possible to provide a carbon nanoparticle phosphor that emits blue (cyan) light, white light, or orange light by selecting the raw material components and adjusting the concentration. Further, according to the present invention, a method for synthesizing a carbon nanoparticle phosphor with excellent color rendering properties can be provided.

図21は、例1~例8の液体試料の発光をプロットしたCIE色度図を示す。 FIG. 21 shows a CIE chromaticity diagram plotting the luminescence of the liquid samples of Examples 1-8.

図18~図20の発光スペクトルから算出した色度x、y値をCIE1931色度図にプロットした。図21には黒体軌跡も併せて示す。原料の選択や濃度の調整によって発光色が変化する炭素ナノ粒子蛍光体が提供されるが、驚くべきことに、発光色は黒体軌跡に沿って変化し得ることが分かった。例えば、白色発光する白色炭素ナノ粒子蛍光体は、条件によっては、黒体軌跡から偏差±0.01(-0.01以上+0.01以下の範囲)内の発光をすることが分かった。 The chromaticity x and y values calculated from the emission spectra in FIGS. 18 to 20 were plotted on a CIE 1931 chromaticity diagram. FIG. 21 also shows the blackbody locus. A carbon nanoparticle phosphor whose emission color changes depending on the selection of raw materials and adjustment of concentration is provided, but surprisingly it has been found that the emission color can be changed along the blackbody locus. For example, it has been found that a white carbon nanoparticle phosphor that emits white light emits light within a deviation of ±0.01 from the black body locus (in the range of −0.01 or more and +0.01 or less) depending on the conditions.

図22は、例1の液体試料の2次元発光マッピングを示す図である。
図23は、例2の液体試料の2次元発光マッピングを示す図である。
図24は、例7の液体試料の2次元発光マッピングを示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing two-dimensional luminescence mapping of the liquid sample of Example 1.
FIG. 23 is a diagram showing two-dimensional luminescence mapping of the liquid sample of Example 2.
FIG. 24 is a diagram showing two-dimensional luminescence mapping of the liquid sample of Example 7.

図22~図24では、グレースケールで示されるが、明るくしめされる領域が発光することを示す。図22~図24によれば、いずれの液体試料も、励起光の波長が変化すると発光波長が変化することが分かった。図24の例7の液体試料の励起波長の発光波長依存性は、図22の例1および図23の例2の液体試料のそれらに比べて小さい。これは、例7の液体試料は、橙色発光する炭素ナノ粒子蛍光体を含有するが、図17の吸収スペクトルに示すように、波長が600nmを超えると吸収が小さくなるため、発光しにくくなるためと考える。簡単のため、以上の結果を表5にまとめて示す。 Although shown in gray scale in FIGS. 22 to 24, brighter regions indicate light emission. According to FIGS. 22 to 24, it was found that the emission wavelength of all liquid samples changed when the wavelength of the excitation light changed. The dependence of the excitation wavelength on the emission wavelength of the liquid sample of Example 7 in FIG. 24 is smaller than that of the liquid samples of Example 1 in FIG. 22 and Example 2 in FIG. This is because the liquid sample of Example 7 contains a carbon nanoparticle phosphor that emits orange light, but as shown in the absorption spectrum in Figure 17, absorption decreases when the wavelength exceeds 600 nm, making it difficult to emit light. I think so. For simplicity, the above results are summarized in Table 5.

[例9]
例9では、例2~例4の粉末試料を用い、ポリビニルピロリドン(PVP、富士フイルム和光純薬株式会社製)に炭素ナノ粒子蛍光体が分散した、薄膜状の樹脂成形体を製造した。
[Example 9]
In Example 9, the powder samples of Examples 2 to 4 were used to produce a thin film-like resin molded body in which carbon nanoparticle phosphor was dispersed in polyvinylpyrrolidone (PVP, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

脱イオン水(60mL)にPVP粉末(2g)を添加し、90℃で3時間保持し、PVP水溶液(PVP濃度:3.3質量%)を調製した。PVP水溶液(4mL)に、例2~例4で得られた粉末試料(各100μg)を添加・撹拌した。これを石英基板上にドロップキャストし、90℃で1時間乾燥させ、薄膜状の樹脂成形体を得た。このようにして得られた樹脂成形体中の炭素ナノ粒子蛍光体の含有量は、0.07質量%であった。例2~例4の粉末試料を、それぞれ、W-CD1、W-CD2、W-CD3と称し、得られた樹脂成形体をW-CD1@PVP、W-CD2@PVP、W-CD3@PVPと呼ぶ。 PVP powder (2 g) was added to deionized water (60 mL) and held at 90° C. for 3 hours to prepare a PVP aqueous solution (PVP concentration: 3.3% by mass). Powder samples (100 μg each) obtained in Examples 2 to 4 were added to a PVP aqueous solution (4 mL) and stirred. This was drop cast on a quartz substrate and dried at 90°C for 1 hour to obtain a thin film-like resin molded body. The content of carbon nanoparticle phosphor in the resin molded article thus obtained was 0.07% by mass. The powder samples of Examples 2 to 4 are referred to as W-CD1, W-CD2, and W-CD3, respectively, and the resulting resin molded bodies are designated as W-CD1@PVP, W-CD2@PVP, and W-CD3@PVP. It is called.

得られた樹脂成形体の外観を観察し、波長365nmの光を発するランプで照射した。観察結果を図25に示す。樹脂成形体の発光スペクトルを、分光蛍光高度計を用いて測定した。発光スペクトルからCIEの色度(x,y)を算出した。これらの結果を図26および図27に示す。これらの結果をまとめて説明する。 The appearance of the obtained resin molded article was observed and irradiated with a lamp that emits light with a wavelength of 365 nm. The observation results are shown in FIG. 25. The emission spectrum of the resin molded body was measured using a spectrofluorescence altimeter. CIE chromaticity (x, y) was calculated from the emission spectrum. These results are shown in FIGS. 26 and 27. These results will be summarized and explained.

図25は、例9による樹脂成形体の外観を示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing the appearance of a resin molded article according to Example 9.

図25(A)によれば、例9による樹脂成形体は、可視領域において透明であることが分かった。図25(B)によれば、紫外線ランプを照射したところ、例9による樹脂成形体は、いずれも、青白~白色~温白色(白色系)に発光することが分かった。これらの発光色は、例2~例4の液体試料の発光と同様であった。 According to FIG. 25(A), it was found that the resin molded article according to Example 9 was transparent in the visible region. According to FIG. 25(B), when irradiated with an ultraviolet lamp, it was found that all of the resin molded articles according to Example 9 emitted light in a blue-white to white to warm white (white type). These emission colors were similar to those of the liquid samples of Examples 2-4.

図26は、例9による樹脂成形体の蛍光スペクトルを示す図である。 FIG. 26 is a diagram showing the fluorescence spectrum of the resin molded article according to Example 9.

図26によれば、例9による樹脂成形体は、いずれも、ブロードな発光スペクトルを示し、478nm、514nm、612nmをピークとする複数の波長成分を有していた。このような発光スペクトルは、例2~例4の液体試料のそれと同様であった。 According to FIG. 26, all of the resin molded bodies according to Example 9 exhibited a broad emission spectrum, and had multiple wavelength components having peaks at 478 nm, 514 nm, and 612 nm. Such emission spectra were similar to those of the liquid samples of Examples 2-4.

図27は、例9による樹脂成形体の発光をプロットしたCIE色度図を示す。 FIG. 27 shows a CIE chromaticity diagram plotting the luminescence of the resin molded body according to Example 9.

図27には黒体軌跡も併せて示す。例2~例4と同様に、白色発光する白色炭素ナノ粒子蛍光体は、樹脂等と組み合わせ成形体としても黒体軌跡から偏差±0.01(-0.01以上+0.01以下の範囲)内の発光をすることが分かった。 FIG. 27 also shows the blackbody locus. Similar to Examples 2 to 4, the white carbon nanoparticle phosphor that emits white light has a deviation of ±0.01 from the black body locus (in the range of -0.01 or more and +0.01 or less) even when combined with resin etc. as a molded product. It turned out that it emits light inside.

[例10]
例10では、例2の粉末試料が分散した試験紙を製造した。
図28は、試験紙の製造プロシージャおよび試験の様子を示す図である。
[Example 10]
In Example 10, a test strip in which the powder sample of Example 2 was dispersed was produced.
FIG. 28 is a diagram showing the test strip manufacturing procedure and test state.

例2の粉末試料をDMSOに分散させ、蛍光体分散液(0.3質量%、3mg/mL)を調製した。台紙には、セルロースフィルターペーパ(Whatman(登録商標)、セルロースフィルター)を用い、これに蛍光体分散液を領域1~3の3か所に滴下し、80℃で乾燥させ、試験紙を得た。次いで、領域1および3には、それぞれ、被験液として軽水および重水を滴下した。ここでは、水を被験液としたため、何も滴下しない領域2をコントロールとした。これに紫外線ランプを照射し、発光の様子を観察した。結果を図29に示す。 The powder sample of Example 2 was dispersed in DMSO to prepare a phosphor dispersion (0.3% by mass, 3mg/mL). Cellulose filter paper (Whatman (registered trademark), cellulose filter) was used as the mount, and the phosphor dispersion liquid was dropped onto it at three locations in areas 1 to 3, and it was dried at 80°C to obtain a test paper. . Next, light water and heavy water were dripped into regions 1 and 3, respectively, as test solutions. Here, since water was used as the test liquid, Region 2, in which nothing was dropped, was used as a control. This was irradiated with an ultraviolet lamp and the state of luminescence was observed. The results are shown in FIG.

図29は、試験紙を用いた判定の様子を示す図である。 FIG. 29 is a diagram showing the state of determination using a test paper.

図29(A)は、セルロースフィルターペーパに蛍光体分散液を滴下し、炭素ナノ粒子蛍光体が分散した試験紙の外観を示す図である。領域1~3の3か所に炭素ナノ粒子蛍光体が含有される。 FIG. 29(A) is a diagram showing the appearance of a test paper in which a phosphor dispersion liquid is dropped onto a cellulose filter paper and carbon nanoparticle phosphors are dispersed therein. Carbon nanoparticle phosphors are contained in three locations, regions 1 to 3.

図29(B)は、被験液の滴下前の試験紙に紫外線ランプを照射した様子を示す。図29(B)によれば、目視にて発光強度に変化がないことが分かる。図29(C)は、被験液の滴下後の試験紙に紫外線ランプを照射した様子を示す。紫外線ランプを照射したところ、軽水および重水をそれぞれ滴下した領域1および3は、コントロールである領域2に比べて、発光強度が低下した。このことから、本発明の試験紙を用いれば、被験液が水を含有するか否かを簡便に判定できることが示された。 FIG. 29(B) shows how the test paper was irradiated with an ultraviolet lamp before the test liquid was dropped. According to FIG. 29(B), it can be seen that there is no change in the luminescence intensity by visual observation. FIG. 29(C) shows how the test paper after dropping the test liquid was irradiated with an ultraviolet lamp. When irradiated with an ultraviolet lamp, regions 1 and 3 where light water and heavy water were dropped, respectively, had lower luminescence intensity than region 2, which was a control. This indicates that by using the test paper of the present invention, it is possible to easily determine whether or not the test liquid contains water.

次に、炭素ナノ粒子蛍光体を担持させた試験紙に重水を0体積%、2.5体積%、5体積%、10体積%、20体積%、100体積%含有する水をそれぞれ滴下し、分光光度計を用いて発光スペクトルを測定した。結果を図30および図31に示す。 Next, water containing 0% by volume, 2.5% by volume, 5% by volume, 10% by volume, 20% by volume, and 100% by volume of heavy water was dropped on the test paper carrying the carbon nanoparticle phosphor, respectively. Emission spectra were measured using a spectrophotometer. The results are shown in FIGS. 30 and 31.

図30は、種々の水に対する発光スペクトルを示す図である。
図31は、図30の発光強度の重水濃度依存性を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing emission spectra for various types of water.
FIG. 31 is a diagram showing the dependence of the luminescence intensity of FIG. 30 on heavy water concentration.

図30は、励起波長370nmで試験紙の各領域を照射した際の発光スペクトルを示す。図30には、コントロール(水を滴下していない領域)における発光スペクトルも併せて示される。図30によれば、600nm近傍のピークの発光強度が、重水の含有量が減るにつれて、すなわち、軽水の含有量が増えるにつれて低下することが分かった。 FIG. 30 shows the emission spectrum when each region of the test paper was irradiated with an excitation wavelength of 370 nm. FIG. 30 also shows the emission spectrum in the control (region where no water was added). According to FIG. 30, it was found that the emission intensity at the peak near 600 nm decreased as the content of heavy water decreased, that is, as the content of light water increased.

図31は、発光波長600nmにおける発光強度を重水の含有量に対してプロットした図である。図31によれば、発光強度は、重水の含有量に対して線形に増大することが分かった。 FIG. 31 is a diagram in which the emission intensity at an emission wavelength of 600 nm is plotted against the content of heavy water. According to FIG. 31, it was found that the luminescence intensity increases linearly with the heavy water content.

これを利用して、重水(DO)中に含まれる軽水(HO)を検出する、あるいは、その量の大小を知ることが可能である。これを用いて、簡便で安価な軽水・重水の量を検知する試験紙としての使用が可能である。さらに、DMSO、DMF、アセトニトリル、エタノールなどを重水(DO)の代わりに用いることにより、それらの中の軽水(HO)の存在やその量の多寡を知ることも可能である。 Utilizing this, it is possible to detect light water (H 2 O) contained in heavy water (D 2 O) or to know the amount of light water (H 2 O). This can be used as a simple and inexpensive test strip to detect the amount of light water and heavy water. Furthermore, by using DMSO, DMF, acetonitrile, ethanol, etc. instead of heavy water (D 2 O), it is also possible to know the presence and amount of light water (H 2 O) in them.

本発明によれば、原料を調整するだけで、色度を調整した炭素ナノ粒子蛍光体を製造できるので、有利である。また、このような炭素ナノ粒子蛍光体を用いれば、発光装置を提供できる。特に、特定の組成の炭素ナノ粒子蛍光体は高い演色性を示す白色発光をする蛍光体として優れているため、白色LED等の白色発光装置を提供できる。また、本材料は水により発光強度が大きく下がるため、発光強度の変化から重水やエタノールなどの中の水の量を知る簡便な試験紙を提供できる。 According to the present invention, it is possible to produce a carbon nanoparticle phosphor with adjusted chromaticity by simply adjusting the raw materials, which is advantageous. Further, by using such a carbon nanoparticle phosphor, a light emitting device can be provided. In particular, a carbon nanoparticle phosphor having a specific composition is excellent as a phosphor that emits white light and exhibits high color rendering properties, so that it is possible to provide a white light emitting device such as a white LED. Furthermore, since the luminescence intensity of this material is greatly reduced by water, it is possible to provide a simple test strip that can be used to determine the amount of water in heavy water, ethanol, etc. from changes in luminescence intensity.

200 発光装置
210、220 リードワイヤ
230 アルミナ基板
240 紫色発光ダイオード素子
250 金細線
260 樹脂成形体
270 樹脂
300 試験紙
310 検査領域
320 台紙
200 Light emitting device 210, 220 Lead wire 230 Alumina substrate 240 Violet light emitting diode element 250 Fine gold wire 260 Resin molding 270 Resin 300 Test paper 310 Inspection area 320 Mounting paper

Claims (26)

色度が調整された炭素ナノ粒子蛍光体を製造する方法は、
少なくとも炭素源を有機溶媒に溶解させた原料溶液を調製することと、
前記原料溶液を加熱することと
を包含する、方法。
The method for producing carbon nanoparticle phosphors with controlled chromaticity is as follows:
preparing a raw material solution in which at least a carbon source is dissolved in an organic solvent;
and heating the raw material solution.
前記炭素源は、クエン酸、クエン酸一水和物、クエン酸アンモニウム、安息香酸、アスコルビン酸、グルコース、フルクトース、および、スクロースからなる群から少なくとも1種選択される、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of citric acid, citric acid monohydrate, ammonium citrate, benzoic acid, ascorbic acid, glucose, fructose, and sucrose. . 300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす場合、
前記有機溶媒は、窒素を含有する有機溶媒であり、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす場合、
前記有機溶媒は、ホルムアミド、および/または、N-メチルフォルムアミドであり、
前記調製することは、前記有機溶媒に、エチレンジアミン(EDA)、ジエタノールアミン(DEA)、尿素、チオ尿素、エタノールアミン(EA)、ドーパミン、L-シスチン、L-アルギニン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、および、システアミンからなる群から少なくとも1種選択される窒素源をさらに溶解させ、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす場合、
前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、
前記調製することは、前記有機溶媒に、水酸化アンモニウム、o-フェニレンジアミン、および、p-フェニレンジアミンからなる群から少なくとも1種選択される窒素源をさらに溶解させる、請求項1または2に記載の方法。
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< If 0.3 and 0.25≦y≦0.4 are satisfied,
The organic solvent is a nitrogen-containing organic solvent,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< If 0.44 and 0.3≦y≦0.4 are satisfied,
The organic solvent is formamide and/or N-methylformamide,
The preparing includes adding ethylenediamine (EDA), diethanolamine (DEA), urea, thiourea, ethanolamine (EA), dopamine, L-cystine, L-arginine, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) to the organic solvent, and , further dissolving at least one nitrogen source selected from the group consisting of cysteamine;
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. If 0.6 and 0.3≦y≦0.45 are satisfied,
the organic solvent is formamide,
3. The preparing further comprises dissolving in the organic solvent at least one nitrogen source selected from the group consisting of ammonium hydroxide, o-phenylenediamine, and p-phenylenediamine. the method of.
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす場合、
前記有機溶媒中の炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす場合、
前記有機溶媒中の前記炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、
前記有機溶媒中の前記窒素源の濃度は、0.05mol/L以上1.5mol/L以下の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす場合、
前記有機溶媒中の前記炭素源の濃度は、0.05mol/L以上0.2mol/L以下の範囲を満たし、
前記有機溶媒中の前記窒素源の濃度は、0.05mol/L以上3.0mol/L以下の範囲を満たす、請求項3に記載の方法。
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< If 0.3 and 0.25≦y≦0.4 are satisfied,
The concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< If 0.44 and 0.3≦y≦0.4 are satisfied,
The concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less,
The concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 1.5 mol/L or less,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. If 0.6 and 0.3≦y≦0.45 are satisfied,
The concentration of the carbon source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 0.2 mol/L or less,
The method according to claim 3, wherein the concentration of the nitrogen source in the organic solvent satisfies a range of 0.05 mol/L or more and 3.0 mol/L or less.
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす場合、
前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす場合、
前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、
前記窒素源は、エチレンジアミン、ジエタノールアミン、および、尿素からなる群から少なくとも1種選択され、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす場合、
前記有機溶媒は、ホルムアミドであり、
前記窒素源は、水酸化アンモニウムである、請求項3または4に記載の方法。
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< If 0.3 and 0.25≦y≦0.4 are satisfied,
the organic solvent is formamide,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< If 0.44 and 0.3≦y≦0.4 are satisfied,
the organic solvent is formamide,
The nitrogen source is at least one selected from the group consisting of ethylenediamine, diethanolamine, and urea,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. If 0.6 and 0.3≦y≦0.45 are satisfied,
the organic solvent is formamide,
5. A method according to claim 3 or 4, wherein the nitrogen source is ammonium hydroxide.
前記炭素源は、クエン酸である、請求項1~5のいずれかに記載の方法。 The method according to any of claims 1 to 5, wherein the carbon source is citric acid. 前記原料溶液を加熱することは、前記原料溶液を、150℃以上230℃以下の温度で、5時間以上15時間以下の時間、加熱する、請求項1~6のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein heating the raw material solution heats the raw material solution at a temperature of 150° C. or more and 230° C. or less for a time of 5 hours or more and 15 hours or less. 前記原料溶液を加熱することよって生成した生成物を回収し、真空中で加熱することをさらに包含する、請求項1~7のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, further comprising collecting the product produced by heating the raw material solution and heating it in vacuum. 前記真空中で加熱することは、前記生成物を、1Pa以上10000Pa以下の真空度で、50℃以上70℃以下の時間、30分以上12時間以下の時間、加熱する、請求項8に記載の方法。 9. The heating in vacuum is performed by heating the product at a degree of vacuum of 1 Pa or more and 10,000 Pa or less, for a time of 50° C. or more and 70° C. or less, and for a time of 30 minutes or more and 12 hours or less. Method. 炭素元素、酸素元素、窒素元素、および、水素元素を含有する炭素ナノ粒子蛍光体であって、
アモルファス炭素とグラファイト状炭素とを含有し、
前記窒素元素は、ピリジン型窒素、アミド型窒素、ピロール型窒素、および、グラファイト型窒素を含む、炭素ナノ粒子蛍光体。
A carbon nanoparticle phosphor containing a carbon element, an oxygen element, a nitrogen element, and a hydrogen element,
Contains amorphous carbon and graphitic carbon,
In the carbon nanoparticle phosphor, the nitrogen element includes pyridine nitrogen, amide nitrogen, pyrrole nitrogen, and graphite nitrogen.
前記ピリジン型窒素の含有量は、前記グラファイト型窒素のそれよりも多く、
前記アモルファス炭素は、90体積%より大きく99体積%以下の範囲を満たし、
前記グラファイト状炭素は、1体積%以上10体積%未満の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.2≦x<0.3および0.25≦y≦0.4を満たす、請求項10に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The content of the pyridine type nitrogen is higher than that of the graphite type nitrogen,
The amorphous carbon satisfies a range of greater than 90% by volume and less than or equal to 99% by volume,
The graphitic carbon satisfies a range of 1% by volume or more and less than 10% by volume,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.2≦x< The carbon nanoparticle phosphor according to claim 10, which satisfies 0.3 and 0.25≦y≦0.4.
前記アモルファス炭素は、95体積%以上99体積%以下の範囲を満たし、
前記グラファイト状炭素は、1体積%以上5体積%以下の範囲を満たす、請求項11に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The amorphous carbon satisfies a range of 95% by volume or more and 99% by volume or less,
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 11, wherein the graphitic carbon satisfies a range of 1 volume % or more and 5 volume % or less.
前記炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
を満たす、請求項11または12に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The content p (atomic %) of the carbon element, the content q (atomic %) of the nitrogen element, and the content r (atomic %) of the oxygen element (where p+q+r=1) are respectively,
0.58≦p≦0.65
0.22≦q≦0.30
0.12≦r<0.16
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 11 or 12, which satisfies the following.
前記炭素元素および窒素元素の含有量pとqとは、
0.38<q/p≦0.41
を満たす、請求項13に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The contents p and q of the carbon element and nitrogen element are:
0.38<q/p≦0.41
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 13, which satisfies the following.
前記ピリジン型窒素の含有量は、前記グラファイト型窒素のそれよりも少なく、
前記アモルファス炭素は、45体積%以上70体積%以下の範囲を満たし、
前記グラファイト状炭素は、30体積%以上55体積%以下の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.3≦x<0.44および0.3≦y≦0.4を満たす、請求項10に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The content of the pyridine type nitrogen is less than that of the graphite type nitrogen,
The amorphous carbon satisfies a range of 45% by volume or more and 70% by volume or less,
The graphitic carbon satisfies a range of 30% by volume or more and 55% by volume or less,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor satisfies the value (x, y) on the CIE1931 chromaticity coordinates of 0.3≦x< The carbon nanoparticle phosphor according to claim 10, which satisfies 0.44 and 0.3≦y≦0.4.
前記アモルファス炭素は、53体積%以上68体積%以下の範囲を満たし、
前記グラファイト状炭素は、32体積%以上47体積%以下の範囲を満たす、請求項15に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The amorphous carbon satisfies a range of 53 volume % or more and 68 volume % or less,
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 15, wherein the graphitic carbon satisfies a range of 32 volume % or more and 47 volume % or less.
前記炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
を満たす、請求項15または16に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The content p (atomic %) of the carbon element, the content q (atomic %) of the nitrogen element, and the content r (atomic %) of the oxygen element (where p+q+r=1) are respectively,
0.57≦p≦0.65
0.20≦q<0.26
0.16≦r<0.19
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 15 or 16, which satisfies the following.
前記炭素元素および窒素元素の含有量pとqとは、
0.32<q/p<0.44
を満たす、請求項17に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The contents p and q of the carbon element and nitrogen element are:
0.32<q/p<0.44
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 17, which satisfies the following.
前記ピリジン型窒素の含有量は、前記グラファイト型窒素のそれよりも少なく、
前記アモルファス炭素は、60体積%以上90体積%以下の範囲を満たし、
前記グラファイト状炭素は、10体積%以上40体積%以下の範囲を満たし、
300nm以上380nm以下の範囲の波長を有する光が照射されたときに、前記炭素ナノ粒子蛍光体の発光する色が、CIE1931色度座標上の(x,y)の値で0.44≦x≦0.6および0.3≦y≦0.45を満たす、請求項10に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The content of the pyridine type nitrogen is less than that of the graphite type nitrogen,
The amorphous carbon satisfies a range of 60 volume % or more and 90 volume % or less,
The graphitic carbon satisfies a range of 10% by volume or more and 40% by volume or less,
When irradiated with light having a wavelength in the range of 300 nm or more and 380 nm or less, the color emitted by the carbon nanoparticle phosphor is 0.44≦x≦ as the (x, y) value on the CIE1931 chromaticity coordinates. The carbon nanoparticle phosphor according to claim 10, which satisfies 0.6 and 0.3≦y≦0.45.
前記アモルファス炭素は、60体積%以上83体積%以下の範囲を満たし、
前記グラファイト状炭素は、17体積%以上40体積%以下の範囲を満たす、請求項19に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The amorphous carbon satisfies a range of 60 volume % or more and 83 volume % or less,
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 19, wherein the graphitic carbon satisfies a range of 17% by volume or more and 40% by volume or less.
前記炭素元素の含有量p(原子%)、前記窒素元素の含有量q(原子%)および前記酸素元素の含有量r(原子%)(ただし、p+q+r=1)は、それぞれ、
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
を満たす、請求項19または20に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The content p (atomic %) of the carbon element, the content q (atomic %) of the nitrogen element, and the content r (atomic %) of the oxygen element (where p+q+r=1) are respectively,
0.58≦p≦0.65
0.15≦q≦0.21
0.19≦r≦0.21
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 19 or 20, which satisfies the following.
前記炭素元素および窒素元素の含有量pとqとは、
0.25<q/p<0.34
を満たす、請求項21に記載の炭素ナノ粒子蛍光体。
The contents p and q of the carbon element and nitrogen element are:
0.25<q/p<0.34
The carbon nanoparticle phosphor according to claim 21, which satisfies the following.
前記炭素ナノ粒子蛍光体は、1nm以上20nm以下の範囲の直径を有する、請求項10~22のいずれかに記載の炭素ナノ粒子蛍光体。 The carbon nanoparticle phosphor according to any one of claims 10 to 22, wherein the carbon nanoparticle phosphor has a diameter in a range of 1 nm or more and 20 nm or less. 少なくとも、励起源と蛍光体とを備える発光装置であって、
前記蛍光体は、請求項10~23のいずれかに記載の炭素ナノ粒子蛍光体を備える、発光装置。
A light emitting device comprising at least an excitation source and a phosphor,
A light emitting device, wherein the phosphor comprises the carbon nanoparticle phosphor according to any one of claims 10 to 23.
前記蛍光体は、前記炭素ナノ粒子蛍光体が分散した樹脂成形体である、請求項24に記載の発光装置。 25. The light emitting device according to claim 24, wherein the phosphor is a resin molded body in which the carbon nanoparticle phosphor is dispersed. 被験液が水を含有するか否かを判定する試験紙であって、
前記試験紙は、請求項10~23のいずれかに記載の炭素ナノ粒子蛍光体を含有する、試験紙。
A test paper for determining whether a test liquid contains water,
The test paper contains the carbon nanoparticle phosphor according to any one of claims 10 to 23.
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