JP3399245B2 - 希土類酸化物蛍光体の製造方法 - Google Patents

希土類酸化物蛍光体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類酸化物蛍光体の
製造方法に係り、特に、投写管用赤色発光蛍光体として
使用される、γ特性及び温度特性が良好で、かつ長寿命
な希土類酸化物蛍光体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】大型画面用のカラーテレビは、青、緑、
赤のモノクロームCRT3個を用いてスクリーン上に拡
大投写し、カラー映像を写し出す投写型ディスプレイが
使用されている。大画面であって、しかも高輝度の映像
を実現するには、モノクロームCRT(投写管)の蛍光
面には高電圧、高電流が印加して使用される。その為に
蛍光面を構成する蛍光体には次のような特性が要求され
る。
【0003】(a)投写管の内面に塗布される蛍光体に
は、高電流を流しても輝度が飽和しない輝度−電流特性
(γ特性)の良好な蛍光体が望まれる。これは、大画面
上にしかも高輝度に拡大投写する必要からの条件であ
る。
【0004】(b)高温でも安定に高輝度な発光を有す
る蛍光体である。(温度特性)投写管用蛍光体には上述
したように極めて大きな電力が投入される。これは通常
のCRTに比べ、およそ100倍程度にも達する。その
為に、発光に使用されなかったエネルギーは全て熱を発
生する。その結果、投写管内部の蛍光体は100℃以上
にも加熱されることとなり、高温でも輝度低下の起こり
にくい蛍光体であることが要求される。
【0005】(c)高付加の条件で励起発光されても長
寿命である。さらに、このような大電流が流されて使用
される為に、結晶の破壊の起こり難くい安定した結晶構
造の蛍光体であることが要求される。
【0006】蛍光体母体或いは付活剤が希土類元素で構
成される希土類蛍光体は、一般的にこれらの(a)〜
(c)の特性に優れているため投写管用に適しており、
投写管用赤色発光蛍光体としてLn2O3:Eu蛍光体
(但し、LnはGd、Y、La、Luのうちの少なくと
も1種である)が用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した希土類酸化物
蛍光体は上記(a)〜(c)の特性を満たし、現在投写
管用赤色発光蛍光体として最も実用的な蛍光体の一つで
あるが、本発明の課題は、これらの特性を更に向上でき
る希土類酸化物蛍光体を提供することにある。すなわ
ち、輝度−電流特性(γ特性)、温度特性、寿命特性が
更に良好である希土類酸化物蛍光体を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するには蛍光体そのものの結晶安定性を改善するこ
とがポイントであると考えた。そして、特に、希土類酸
化物原料の粒子的性質に着目して、これが最終の蛍光体
の発光性能に大きく影響すると考え、多くの希土類酸化
物の粒子について鋭意検討した結果、蛍光体原料として
最適な粒子形状、粒径、粒度分布が存在することを見い
だし本発明を完成させるに至った。
【0009】すなわち、本発明の希土類酸化物蛍光体の
製造方法は、希土類酸化物原料にフラックスを加えて混
合した混合原料を焼成する一般式Ln2O3:Rで表され
る希土類酸化物蛍光体の製造方法において、前記希土類
酸化物原料は次の条件を満たし、粒子形状が球状で粒の
そろった粒度分布をもち、前記混合原料を800〜17
00°Cの温度範囲で焼成焼成し、前記フラックスがB
a化合物、硼素化合物、塩素化物からなることを特徴と
する希土類酸化物蛍光体の製造方法。
【0010】 Dl/Ds≦1.5 2.0≦Da≦6.0 2.0≦Dm≦12.0 1.0≦Dm/Da≦2.0 0≦σlog≦0.30 (ただし、LnはGd、Y、La、Luのうちの少なく
とも1種であり、RはEu、Tb、Pr、Dy、Tm、
Ce、Ybのうちの少なくとも1種であり、Dlは粒子
の長径(μm)、Dsは短径(μm)、Daは平均粒径
(μm)、Dmは中央粒径(μm)、σlogは粒度分布の
広がりを示す指標である)
【0011】希土類酸化物粒子は、母体を構成するG
d、Y、La、Luのうちの少なくとも1種の元素と、
付活剤を構成するEu、Tb、Pr、Dy、Tm、C
e、Ybのうちの少なくとも1種の元素を酸に溶解し、
蓚酸塩として共沈した共沈酸化物が希土類酸化物原料粒
子中の母体元素と付活剤元素との混合レベルが高くなり
好ましい。
【0012】また、希土類酸化物に混合するフラックス
は、Ba化合物、硼素化合物、塩素化物からなる混合フ
ラックスであることが好ましい。これらの混合フラック
スを上述した粒子形状が球状で粒度分布がシャープな希
土類酸化物粒子に使用することで、輝度、γ特性が改善
される。
【0013】Ba化合物としては、BaCl、BaCO
3、BaO、硼酸バリウム、が使用できる。
【0014】硼素化合物としては、オルト硼酸、メタ硼
酸、次硼酸、硼砂、硼酸バリウム、が使用できる。
【0015】塩素化物として、NH4Cl、BaCl2、
SrCl2、CaCl2、MgCl2が使用でき、中でも
NH4Clが最も好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明において使用する希土類酸
化物の粒子の特徴は、粒子形状が球形であり、粒子の大
きさが2.0〜6.0μm程度であり、粒のそろった粒
度分布を持つことが特徴である。このような粒子の特徴
を持つ希土類酸化物は、特開平3−271117号、特
開平3−271118号、及び特開平8−59233号
公報に開示される方法により得ることができる。
【0017】例えば、特開平8−59233号公報に
は、希土類イオンと蓚酸イオンとの反応において、反応
開始から濾別、水洗までの間、−5℃以上20℃以下に
保つとともに有機塩基の共存下に希土類蓚酸塩を沈殿さ
せ、濾別水洗後−5℃以上20℃以下の水蒸気未飽和の
空気流中におくこと、または、−20℃以上20℃以下
での真空乾燥あるいは凍結真空乾燥によって付着水を除
去した後、焼成する方法が開示されている。本発明にお
いて、これらの方法により得られる球状希土類酸化物を
そのまま利用することはできるが、この方法に限るもの
ではない。また、この酸化物を分級することによりさら
に粒度分布のシャープな希土類酸化物粒子を得ることが
できる。
【0018】<希土類酸化物粒子の形状> 酸化物粒子の形状が球状であることにより、焼成時のフ
ラックスとの反応が均一となり、希土類酸化物蛍光体の
異常成長が起こり難く、高温度であるに関わらず均質な
製品を焼成することができる。また、球状であるため
に、フラックスとの反応が一様に行われ、焼成品の組成
のばらつきが小さくなる。球状であることは、粒子を顕
微鏡でみると分かるが、形状を客観的な指標で評価する
には、希土類酸化物粒子の顕微鏡写真の代表的な複数個
の粒子の長径Dlと、短径Dsを測定して、Dl/Dsの値
を計算し、Dl/Ds≦1.5の関係を満たす範囲である
ことが球状の範囲であり、焼成反応に良好に作用する。
【0019】図1にDl/Dsと、輝度−電流特性(相対
γ特性)の関係をプロットする。ここで、相対γ特性と
は次のように定義する。測定サンプル蛍光面をデマンタ
ブル装置に装着し、0.05μA/cm2の電流密度の
電子線で蛍光面を走査したときの基準蛍光体に対する相
対発光輝度L0.05を測定し、50μA/cm2の電流密
度の電子線で蛍光面を走査したときの基準蛍光体に対す
る相対発光輝度L50を測定した場合、γ=L50/L0.05
×100%を相対γ特性として定義する。図1より、D
l/Dsの値が1に近づくに従い、すなわち真球に近づく
ほどγ特性が向上していることが分かる。Dl/Dsの値
は1.5以下で相対γ特性は数%を越えて効果が確認で
きるようになる。
【0020】<希土類酸化物粒子の大きさ> 希土類酸化物の粒子径は、蛍光体の目標粒径に依存す
る。蛍光体を大きくする場合は希土類酸化物の粒径を大
きくすることで可能となる。希土類酸化物の粒径は下式
の範囲が適当である。
【0021】 2.0≦Da≦6.0 2.0≦Dm≦12.0 ここでDaは空気透過法であるFisher Sub−S
ieve Sizerを用いて測定される平均径であ
り、Daは酸化物の比表面積から測定され、顕微鏡写真
でみる大小関係に近い粒子径に相当し、基本粒径という
ことができる。これに対しDmは電気抵抗法の粒度分布
測定装置であるELZONE80xyを用いて測定され
る中央粒径である。これは測定原理から分散状態にある
か凝集状態にあるかの知見を含んだ粒径ということがで
きる。
【0022】<希土類酸化物粒子の分散性> 通常、DmはDaより大きくなり、このことは凝集傾向に
あることを示している。それで、Dm/Daの値は1に近
いほど高い分散状態にあることを意味する。希土類酸化
物は、フラックスと理想的に混合される為には分散性が
高い方が望ましい。凝集すれば、原料の均一な混合は行
われない。Dm/Daの値はγ特性にも影響を与えるが、
特に温度特性を改善するのに効果がある。
【0023】図2にDm/Daと、温度特性の関係をプロ
ットする。ここで、温度特性は常温での発光輝度に対す
る、110℃の温度下の相対発光輝度であり、測定セル
を加熱しながら輝度を測定する。図2はこれを各Dm/
Daの値に対し測定した。図2より、Dm/Daの値が1
に近づくに従い、すなわち分散性が良いほど温度特性が
向上していることが分かる。Dm/Daの値は温度特性が
93%以上となる範囲、すなわち、1.0≦Dm/Da≦
1.3の範囲であることが好ましい。
【0024】<希土類酸化物の粒度分布> 希土類酸化物の粒子の重要な要件の一つに粒度分布がシ
ャープであることがある。すなわち、希土類酸化物の粒
子の粒がそろっていることが重要である。そのことで原
料の均一な混合が成され、焼成される希土類アルミネー
トの発光性能を向上することができる。粒度分布がシャ
ープであることを示す指標としてσlogを用いて表現す
ることができる。ここで、σlogは次式で定義された値
である。
【0025】 σlog=[Σ{Pi(logDi−logDG)2}]1/2 但し、logDG=ΣPilogDi、ここで、Diは階級
値、Piは相対頻度、logはeを底とする自然対数で
ある。
【0026】実際のσlogの値は、希土類酸化物を水懸
濁液として、電気抵抗式の粒度分布測定装置であるEL
ZONE80xyを用いて希土類酸化物の重量基準分布
を測定して、コンピューターにより上記式を計算して求
める。
【0027】この値の物理的な意味は、測定粒径の対数
値の標準偏差値であり、この値が小さいほど粒度分布は
シャープである。本発明において、希土類酸化物粒子の
σlogの値は上述した発光性能の全てにおいて向上する
ことができるが、特に温度特性の向上に効果がある。
【0028】図3にσlogと、温度特性の関係をプロッ
トする。Dm/Daの値が1に近づくに従い、すなわち粒
度分布がシャープなほど分散性が良いほど温度特性が向
上している。σlogの値は温度特性が90%以上の値を
示す範囲、すなわち、0≦σlog≦0.3の範囲である
ことが好ましい。
【0029】本発明において、希土類酸化物蛍光体は、
800〜1700°Cの高温度で焼成する。それで、特
に蛍光体原料混合物が高度に均一に混合されたものでな
ければ異常反応が起こりやすくなる。この異常反応を防
ぐには、希土類酸化物はより均一に混合され易いことが
好ましい。その結果、発光性能の優れた希土類酸化物蛍
光体を得ることができる。
【0030】また、本発明において希土類酸化物に混合
するフラックスは、Ba化合物、硼素化合物、塩素化物
からなる混合フラックスであることが好ましい。それ
は、これらの混合フラックスを使用することにより、特
に粒子形状、輝度、バーニング、γ特性の改善に効果が
あるからである。
【0031】寿命特性はデマンタブル装置に測定試料を
装着し、30kvの電圧、8.6μA/cm2の電流密
度の電子線で250時間走査した場合の輝度維持率
(%)で定義する。
【0032】
【実施例】[実施例1] YとEuとの共沈シュウ酸塩を1000℃で分解した
(Y0.965Eu0.035)2O3の組成である、次の粒子特性
を持つ希土類酸化物を100gに対し、 Dl/Ds=1.2 Da=5.0 Dm=7.1 Dm/Da=1.42 σlog=0.232 下記のフラックスをよく混合する。
【0033】 BaCl=1.0g HBO =0.05g NHCl=0.6g を十分に乾式混合して、坩堝煮詰め、マッフル炉で酸化
雰囲気下1425°Cで5時間焼成した。得られた蛍光
体を通常行う分散、水洗、乾燥し、篩を通して、希土類
酸化物蛍光体を得た。
【0034】[実施例2] YとEuとの共沈シュウ酸塩を1000℃で分解した
(Y0.965Eu0.035)2O3 の Dl/Ds=1.2 Da=5.0 Dm=7.1 Dm/Da=1.42 σlog=0.232 とすること以外、実施例1と同様にして希土類酸化物蛍
光体を得た。電流特性、温度特性、寿命特性を測定し結
果を表1にまとめる。
【0035】[実施例3] YとEuとの共沈シュウ酸塩を1000℃で分解した
(Y0.965Eu0.035)2O3の組成である、次の粒子特性
を持つ希土類酸化物を100gに対し、 Dl/Ds=1.15 Da=5.2 Dm=6.2 Dm/Da=1.19 σlog=0.183 とすること以外、実施例1と同様にして希土類酸化物蛍
光体を得た。電流特性、温度特性、寿命特性を測定し結
果を表1にまとめる。
【0036】[実施例4] YとEuとの共沈シュウ酸塩を1000℃で分解した
(Y0.965Eu0.035)2O3の組成である、次の粒子特性
を持つ希土類酸化物を100gに対し、 Dl/Ds=1.15 Da=5.2 Dm=6.2 Dm/Da=1.19 σlog=0.183 とすること以外、実施例1と同様にして希土類酸化物蛍
光体を得た。電流特性、温度特性、寿命特性を測定し結
果を表1にまとめる。
【0037】[比較例1] YとEuとの共沈シュウ酸塩を1000℃で分解した
(Y0.965Eu0.035)2O3の組成である、次の粒子特性
を持つ希土類酸化物を100gに対し、 Dl/Ds=2.8 Da=0.9 Dm=5.2 Dm/Da=5.78 σlog=0.348 とすること以外、実施例1と同様にして希土類酸化物蛍
光体を得た。電流特性、温度特性、寿命特性を測定し結
果を表1にまとめる。
【0038】
【表1】
【0039】
【発明の効果】本発明の蛍光体の製造方法に従えば、蛍
光体の結晶の結晶性を向上することで、高電流を流して
も輝度飽和の少ないγ特性の良好な、高温でも輝度低下
の起こりにくい、温度特性が良好で高付加の条件で励起
発光されても長寿命である希土類酸化物蛍光体が得られ
る。
【0040】この蛍光体を投写管の内面の蛍光膜、ある
いはそれ以外の高電流密度で使用される用途の蛍光膜に
用いられた場合、高性能な陰極線管を提供することがで
きる。
【0041】特に、希土類酸化物としてYとEuの共沈
酸化物である場合、投写管用に適した希土類酸化物蛍光
体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Dl/Dsの値と相対γ特性の関係を示す特性
図。
【図2】Dm/Daの値と温度特性の関係を示す特性図。
【図3】σlogの値と温度特性の関係を示す特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−268319(JP,A) 特開 昭55−161883(JP,A) 特開 平8−59234(JP,A) 特開 平8−59233(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 11/78 C09K 11/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希土類酸化物原料にフラックスを加えて
    混合した混合原料を焼成する一般式Ln2O3:Rで表さ
    れる希土類酸化物蛍光体の製造方法において、前記希土
    類酸化物原料は次の条件を満たし、粒子形状が球状で粒
    のそろった粒度分布をもち、前記混合原料を800〜1
    700°Cの温度範囲で焼成し、前記フラックスがBa
    化合物、硼素化合物、塩素化物からなることを特徴とす
    る希土類酸化物蛍光体の製造方法。 Dl/Ds≦1.5 2.0≦Da≦6.0 2.0≦Dm≦12.0 1.0≦Dm/Da≦2.0 0≦σlog≦0.30 (ただし、LnはGd、Y、La、Luのうちの少なく
    とも1種であり、RはEu、Tb、Pr、Dy、Tm、
    Ce、Ybのうちの少なくとも1種であり、Dlは粒子
    の長径(μm)、Dsは短径(μm)、Daは平均粒径
    (μm)、Dmは中央粒径(μm)、σlogは粒度分布の
    広がりを示す指標である)
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の希土類酸化物蛍光体の
    製造方法により得られる希土類酸化物蛍光体において、
    そのγ特性が101%以上、温度特性が93%以上、寿
    命特性が87.5%以上であることを特徴とする希土類
    酸化物蛍光体。
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