JP3559449B2 - Orthorhombic hydroxide phosphor and its manufacturing method - Google Patents

Orthorhombic hydroxide phosphor and its manufacturing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水酸化物SrAl(OH) の斜方晶系構造を有する、若しくは該斜方晶系構造で結晶性の低い微粒子のEu2+を賦活してなる耐水性に優れた高輝度長残光性の蓄光体、及び水熱合成による該蓄光体の製造方法に関するものである。
更に詳しくは、本発明は、耐候性に優れ、屋内や屋外、更には水中などの暗所において、電子線、紫外線、可視光、あるいはそれらの複数による励起で高輝度長残光性を示し、特に、耐水性と実用面での有効性を配慮した微粒子化、比表面積の飛躍的な改善を行った水酸化物SrAl(OH) の斜方晶系構造を有する、若しくは該斜方晶系構造の結晶性の低い微粒子からなるEu2+主賦活の高輝度長残光性蓄光体及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
蛍光体は、粒子エネルギー、電子、光など、何らかの外部刺激によって励起され、発光するものを指すが、励起を停止した後も引き続き発光を持続することのできる残光性の発光体を、ここでは「蓄光体」と呼ぶ。こうした蓄光体は、各種表示の多様化や高機能化に伴って、多色化や長残光性に優れたものが要求され、更に実用的には耐候性の向上が求められている。
【0003】
無機材料として、硫化物系とストロンチウムアルミネートなどの酸素酸塩系の蓄光性の有る発光体が既に報告されている。硫化物系蛍光体としては、例えば、青色発光の(Ca、Sr)S:Bi3+蛍光体、黄緑色発光のZnS:Cu2+蛍光体、赤色発光の(Zn、Cd)S:Cu蛍光体などがある。一方、酸素酸塩系蓄光体としては、例えば、Euで賦活された化学式SrAl で表されるストロンチウムアルミネート(米国特許第3294699号明細書、1966年)があり、これは520nm付近に最大発光強度を持つ黄緑色蛍光体である。特に、Journal of Electrochemical Society,第118巻、930頁(1971年)に報告されているスタッフドトリジマイト構造を有したSrAl :Eu2+蛍光体は、長い残光性を示す。これはZnS:Cu蛍光体に比べれば、かなり長い残光性を示すが、優れた耐候性や多色化の要求を満足するものではない点が指摘される。
【0004】
さらに、中国特許公開CN1053807A号(1991年8月)には、アルミニウムストロンチウム長残光性蛍光材料が開示されている。その組成式は、m(Sr1−x Eu )O・nAl ・yB (ここで、1≦m≦5、1≦n≦8、0.11≦x ≦0.1、0.05≦y≦0.35)である。
これらの長残光性蛍光体は、輝度を改善したものの、蓄光体としての実用レベルに十分なものではない。
【0005】
このような問題に対処し、本発明者は、元素周期表においてアルカリ土類金属元素を含む酸化物と、アルミニウムケイ酸塩化合物を中心に、新しい組成をもつ発光体に関して種々検討を進めてきたところ、特定組成のアルカリ土類金属元素を含む酸化物とアルミニウムケイ酸塩との反応生成物に関し、Eu2+で賦活又はEu2+とLn希土類元素で賦活することによって、組成式が、
(M1−n−m−l Eu Ln) (Al1−x Si3/4 1/4
(ここで、□は組成欠損、、Mはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムから選択された一種類以上のアルカリ土類金属元素、M はマンガン、亜鉛から選択された一種類以上の2価金属元素、、LnはEu以外の一種類以上の希土類元素)で表わされる、耐熱、耐水性に優れる青色ないし青緑色発光性アルミニウムケイ酸化合物系蓄光体が得られることを見出した(特願平9−238966号)。
【0006】
しかし、上記の蛍光体や蓄光体は、発光輝度と残光特性が粉体の粒度分布に関係し、粒度が細かくなるほど、発光輝度と残光特性が低下するという経験則に合致するものである。さらに、これらの蛍光体や蓄光体は、高温焼結を経て固相反応した後、機械的な手段で粉砕し、分級することより作製されるため、粉砕・分級プロセスにおいて、不純物の混入などのおそれがあり、それが発光輝度と残光特性が低下する原因ともなる。
つまり、以下の点において、上記の蛍光体や蓄光体は微粒子化に対して必ずしも満足できるものとは限らない。
【0007】
1.これらの長残光性蛍光体や蓄光体は、粒子を焼結することによって得られるので、実用上、ほとんどの場合、焼結体あるいは擬塊状焼結粉体で、これを微粉にしなければならない。経験的には、蛍光体の発光輝度及び残光特性は粒子径が小さいほど低下し、特に、2μm以下の微粒子ではほとんど光らない。
2.上記の微粉化プロセスの中で、不純物の混入により、蛍光体の外見色や発光輝度及び残光特性が度々劣化する。
3.インク、塗料に混合して使用する応用分野では、綺麗に印刷するため、平滑な表面が望まれ、数ミクロンの粒径であることが必要不可欠である。又、同時に、発光輝度も高く、耐水性に優れ、有機系や無機系の溶媒中で安定でなければならない。
【0008】
そして、産業上、特に印刷、インク、塗料関連の技術分野からは、発光輝度と残光特性の低下がなく、10μm以下の粒径からなる微粒子の蓄光体粉末が望まれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、高温焼結を経て固相反応した蓄光体をある粒度まで粉砕し、オートクレーブなどの高温高圧化学反応容器を用いて、水溶液中温度100℃〜500℃で、高圧の水熱条件下で種々の水熱反応実験を行い、鋭意検討を進めてきたところ、斜方晶系構造に属するEu2+を賦活した水酸化物蓄光体が、耐水性に優れ、微粒子または結晶性の低いごく微粒なものでも高輝度長残光性の青緑色発光を行うことを見出した。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる知見に基づくものであって、斜方晶系構造を有し、Eu2+を賦活した水酸化物蓄光体であって、耐水性に優れた微粒子からなるところの、高輝度長残光性を有する水酸化物蓄光体を提供するものである。
【0011】
すなわち、本発明の斜方晶系水酸化物蓄光体は、基本的には、組成式が、
【数2】

Figure 0003559449
【0012】
(但し、式中の□は組成欠陥、Mはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムから選択された一種類以上のアルカリ土類金属元素、M はマンガン、亜鉛から選択された一種類以上の2価金属元素、LnはEu以外の一種類以上の希土類元素を表し、n、m、l、αは、それぞれ下記の範囲を満足する数値からなる。
0≦n≦0.2
0<α<0.5
0.0001≦m≦0.1
0.0001≦l≦0.1 )
で表される水熱合成による水酸化物SrAl(OH) の斜方晶系構造を有する蓄光体として構成され、それを単一相、それを含む混合相、又は該斜方晶系構造で結晶性の低い相からなるEu2+を賦活したものとして構成できるものである。
【0013】
上記蓄光体は、電子線、220nm〜450nmの範囲にある紫外線又は可視光、あるいはそれらの複数により励起後、室温もしくは少なくとも室温以上の温度域に加熱昇温する時に、熱ルミネッセンス(蛍光)の性質を維持するものであり、耐水性に優れ、微粒子または結晶性の低いごく微粒なものでも高輝度長残光性の青緑色発光を行うものである。
【0014】
また、本発明に係る上記斜方晶系水酸化物蓄光体の製造方法は、水熱反応の出発原料として、上記組成式(1) 又は(2) におけるMを含む化合物、M を含む化合物、Alを含む化合物、Siを含む化合物、Eu2+を含む化合物及びLnを含む化合物を用い、それらの水熱合成により水熱反応を経て得られた上記組成式におけるEu2+を賦活することによって行われるものである。
【0015】
更に具体的に説明すると、本発明に係る斜方晶系構造を有するEu2+を賦活した高輝度長残光性水酸化物蓄光体の製造においては、上記M元素を含む化合物、M 元素を含む化合物、Al元素を含む化合物、Si元素を含む化合物、Eu及びLnを含む化合物を、
【数3】
Figure 0003559449
【0016】
(但し、式中の□、M、M 及びLnについては同上。n、m、l、z、αは、それぞれ下記の範囲を満足する数値からなる。
0≦n≦0.2
0.8≦z≦2.0
0≦α<0.5
0.0001≦m≦0.1
0.0001≦l≦0.1 )
【0017】
で表わされる組成式の割合で混合した原料粉末を、炭酸ナトリウム又は酸化ホウ素と共に、還元性雰囲気において1000〜1400℃の条件で焼成した後、粉砕し、原料としてのスラリーを調製する。又は、M2+を含む化合物、M*2+ を含む化合物、Al3+を含む化合物、Si4+を含む化合物、Eu2+を含む化合物、Ln3+を含む化合物を、所定比(組成式(1) 又は(2) で示す化合物になるように)で混合し、スラリーを調製する。
これらのスラリーは、スラリー濃度が10wt%〜60wt%にあり、溶液のpHが、2.0〜12.0になるように調整する。pHの調整には、NaOH,NH OH,HCl,HNO ,H PO ,NaF、その他、溶液中のH ,OH 有効イオン濃度を調整できるものを用いることができる。
【0018】
水熱合成は、オートクレーブ等の高温高圧化学反応容器において、100℃〜500℃の温度で、500kg/cm までの圧力で、1〜48時間反応を行わせることができる。得られた生成物は、それを洗浄、濾過し、80〜100℃で乾燥することにより、上記微粒子または結晶性の低いごく微粒な高輝度長残光性水酸化物蓄光体を得る。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の高輝度長残光性水酸化物蓄光体は、水酸化物SrAl(OH) の斜方晶系構造を有し、若しくは該斜方晶系構造で結晶性の低い微粒子のEu2+を賦活してなり、耐水性に優れ、微粒子または結晶性の低い微粒においても高輝度長残光性を示し、電子線、220〜450nmの範囲の紫外線、可視光、あるいはそれらの複数による励起後に、当該蓄光体を室温もしくは室温以上に加熱昇温するときに、熱ルミネッセンス(蛍光)を示すものである。
【0020】
更に具体的に説明すると、蓄光体の母体構成成分は、組成式が、前記(1) 又は(2) 式で表されるもので、構成成分中にあるアルカリ土類金属元素M(特に、M=Srがもっとも良い。)の一部を、2価金属元素M で示すマンガンあるいは亜鉛置換すると、残光特性は低下するが、発光輝度を向上させることができる。M 置換量n(モル値)は、0≦n≦0.2、好ましくは、0≦n≦0.05の範囲とするのがよく、これにより所望の条件を満足するが、0.2を超えて置換すると、残光性のみならず発光輝度の向上の効果が低くなる。
【0021】
また、高輝度長残光性水酸化物蓄光体に含まれるEu2+の組成を決める前記mの値は、0.0001≦m≦0.1、好ましくは0.001≦m≦0.01であることが望まれ、mが0.0001未満では発光中心となるイオン量が少なく、十分な発光輝度が得られないことを確かめている。また、mが0.1を超えると発光中心イオン間の相互作用に伴う濃度消光が起こるとともに、目的以外の化合物の副生成物が生じ、得られた蓄光体粉末の輝度が著しく低下する。
Eu2+と共に、賦活剤としてDy3+やY3+などの希土類元素Lnを用いる場合には、前記lの値は、0.0001≦l≦0.1、好ましくは0.001≦l≦0.03が適している。特に、例えば、Eu2+とDy3+とY3+のように三つ又はそれ以上の希土類元素を共用すると、高輝度長残光性の効果が大きい。
【0022】
組成式中のSiO ないしケイ素の含有量を決める前記αの値(モル値)は、0<α≦0.5の範囲にあり、固溶するSi量の増加に伴って電荷収支をとる必要から、□で表している母体構成組成に欠損が生ずる。この欠陥構造の形成が蓄光体の発光輝度、残光特性に寄与できる。そこで、0.001≦α≦0.25の範囲が好ましく、この範囲、特に上記0<α≦0.5を超えると残光特性と輝度が低下する。また、組成式中のSiO の量が多くなると、蓄光体の発光の挙動が明らかに変化し、最大発光波長がさらに紫外域にシフトする。
【0023】
水熱反応の出発原料を高温焼結する際に、フラックスとして加えるホウ酸は、一部Al元素と固溶置換して、残光性を改善することがあるが、その置換量は、0.001モルを超えることはない。また、過剰のホウ酸が存在しても、未反応量が増えるのみで、水熱反応の時、これが溶液中に溶け出し、粒成長の促進に関わる。よって、微粒子の水熱反応生成物を得るには過剰のホウ酸の含有する出発原料が好ましい。
【0024】
上記高温焼結した蓄光体は、300μm以下に粉砕し、水溶液中に入れ、スラリー濃度が10wt%〜60wt%に、溶液のpHが2.0〜12.0になるように調整する。スラリー濃度がこれより低いと、反応物濃度が薄いため、反応性が悪く、収率も少ない。逆に、これより高いと、撹拌に対する摩擦が大きくなったり、反応が不充分になったり、反応時間が長くなる。また、pHは5〜10が特に好ましい。この範囲で合成されたものは、最も微粒化され、輝度も残光性もよい。pH調整には、NaOH,NH OH,HCl,HNO ,H PO ,NaF,その他の溶液中のH ,OH 有効イオン濃度を調整できる酸ないしはアルカリの内、どれを用いても良く、また複数のものを組み合わせて用いても構わない。また、pH調整をしなくても、水熱反応を行った結果は、斜方晶系構造に帰属する水酸化物を合成できる。
得られた水酸化物の生成物については、pH調整の時導入した余分なNa ,Cl ,F などのイオンを洗浄、濾過するのが望ましいが、洗浄しなくても、輝度と残光特性に大きな影響を与えない。微粒な斜方晶結晶の凝集や粒成長を防ぐには、これらを80〜100℃で乾燥することが好ましい。
【0025】
本発明の高輝度長残光性水酸化物蓄光体は、一般的には、次のようにして合成される。
M元素を含む化合物、M 元素を含む化合物、Al元素を含む化合物、Si元素を含む化合物ないしケイ素、及びEu元素を含む化合物を、前記組成式の所定量での割合で混合し、得られた原料粉末を、一旦還元性雰囲気において1000〜1400℃の条件で焼成した後、300μm以下に粉砕して水熱合成の原料とする。
次に、粉砕した蓄光体粉末を水溶液に入れ、スラリー濃度を10wt%〜60wt%に、溶液のpHを2.0〜12.0に調整する。水熱合成は、一般的には、高温高圧化学反応容器(オートクレーブ)を用いて、100℃〜500℃の温度、500kg/cm までの圧力で、1〜48時間反応させる。この水熱合成は、以下の実施例では、自生圧において行っているが、通常の量産において用いられる各種手段、例えばアルゴンガスを圧縮して導入するなどの手段を用いて、500kg/cm またはそれ以上(例えば、2000kg/cm 程度まで)に加圧して反応を促進させ、反応時間を短縮させることができる。得られた生成物は、洗浄、濾過し、80〜100℃で乾燥することにより所期の蓄光体を得る。この蓄光体は、それを単一相、それを含む混合相等として利用できるものである。
【0026】
本発明の高輝度長残光性水酸化物蓄光体は、上記水熱合成により、さらに表面改質することができる。たとえば、インクや塗料に混合する際に求められる溶液中の安定性、施工性として、水酸化物蓄光体を有機複合化することにより、有機系溶媒においても分散性を改善できる。
また、本発明の実施例等で得られた蓄光体の平均粒子径は7.6〜9.3μm程度であり、これはインク等において要求されている10μm以下を達成できるものである。
【0027】
得られた水酸化物蓄光体粉末についての各種性能測定においては、蓄光体:ポリエステル樹脂を、1:2(重量比)の割合で均一混合したものを、シート状等に成型、乾燥し、試料とした。これを光遮断24時間後、15W白色蛍光灯を用いて、100mmの距離で30分間試料を照射し、暗室にてその発光強度の経時変化を測定した。
【0028】
【実施例】
以下に実施例を示し、更に詳しくこの発明について説明する。
[実施例1]
Sr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 Al2.970 Si0.022 (OH)の水酸化物蓄光体を得るために、後述する比較例1の場合と同じ化学組成(Sr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 )O・1.5(Al1.98Si0.015 )をもつ300μm以下の粉末状蓄光体50gを出発原料として、それを蒸留水200ml中に入れ、希硝酸を添加し、スラリーのpHを6.0に調整した後、高温高圧化学反応容器(オートクレーブ)を用いて、150℃で、2時間、自生圧8.6kg/cm で水熱反応させた。得られた生成物を洗浄、濾過し、80℃で乾燥した。
【0029】
乾燥した粉末につき、粉末X線回折法による相同定を行った。図1に、CuKα線による粉末X線回折のパターンを示す。また、表1に水熱生成物の粉末X線回折での格子面間隔値を示す。これは斜方晶構造を持つSrAl OH化合物に同形であり、格子定数を求めた結果、a=8.518Å,b=24.670Å,c=4.896Åとなった。
【0030】
【表1】
Figure 0003559449
【0031】
この水酸化物蓄光体について、240nmの紫外線により励起した試料の発光スペクトルを測定したところ、水熱前の出発原料と同じ、最大発光強度を与えるピークは486nm付近に位置し、青緑色に発光した。
表2に、水熱前の蓄光体粉末の嵩密度、発光強度、BET比表面積を100とした場合の水熱後の各々の相対値を示す。この表2のCに示すように、水熱処理後には、水熱処理前の蓄光体と比べ、ごく細かく、嵩密度が半分以下になり、BET比表面積が20倍程度大きくなることがわかった。
【0032】
【表2】
Figure 0003559449
【0033】
[実施例2]
Sr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 Al(OH) の水酸化物蓄光体を得るために、後述する比較例2の場合と同じ化学組成(Sr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 Al )をもつ63μm以下の粉末状蓄光体50gを出発原料として、それを蒸留水200ml中に入れ、稀塩酸を添加してスラリーのpHを8.3に調整した後、高温高圧化学反応容器(オートクレーブ)を用いて、200℃で、10時間、自生圧11.3kg/cm で水熱反応させた。得られた生成物が、白色のものと、黄色の粒子状のものに別れたので、これを分離、洗浄、濾過し、80℃で乾燥した。
【0034】
上記の乾燥でできた2種類の粉末について、粉末X線回折法による相同定を行った。
図2の(b)に白色状の、同図(c)に黄色粒子状の生成物の、CuKα線による粉末X線回折のパターンを示す。また、比較のため、水熱前の粉末X線回折のパターンを図2の(a)に示す。黄色の粒子状の生成物は、立方晶系のSr Al(OH)12 に帰属する。そして、図2の(b)に示すように、白色のものが斜方晶系構造に属するSr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 Al(OH) の結晶性の低い微粒子であり、(hkl)が(020)のピークにおいて、2θが11度〜17度に及ぶことがわかった。
【0035】
また、この白色の微粒子について、赤外吸収とTG分析を行った。その赤外吸収結果を図3に、TG分析結果を図4(b)に示す。比較のため、水熱前のTG分析結果を図4の(a)に示す。図3の赤外吸収では、OH基の挙動が確認できた。また、図4では、白色の微粒子試料における400℃〜500℃の間での水酸化物の脱水が観察された。
図5の(a)に白色の微粒子試料のSEM写真を、図5の(b)に水熱前の試料のSEM写真を示す。これらの写真に示すように、本発明の水熱合成により得られた水酸化物蓄光体は、固相反応で得られないほどの微粒子であり、その凝集体の平均粒径が7.6μmであった。
【0036】
上記両粒子の発光強度の経時変化を測定したところ、白色の斜方晶構造に属するSr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 Al(OH) の微粒子は良く発光したが、立方晶系の黄色の粒子(Sr,Eu,Dy,Y) Al(OH)12 には弱々しい発光しか見られなかった。
また、前記表2のAに示すように、水熱後の相対嵩密度、相対発光強度、相対BET比表面積は、水熱前の蓄光体と比べて、ごく細かく、嵩密度が11.5%になり、BET比表面積が155.3m /gとなり、300倍ほど大きくなった。
【0037】
更に、図6の(a)として、白い微粒子の励起スペクトルを示し、240nmの紫外線により励起した同試料の発光スペクトルを図6の(b)として示す。比較のために、水熱前の励起スペクトルと、250nmの紫外線により励起した同試料の発光スペクトルを図7の(a)及び(b)に示す。
これらの図より、水熱前の試料は最大発光強度を与えるピークが513nmにあるのに対して、水熱後の白い微粒子では最大発光強度を与えるピークが486nm付近に位置する青緑色発光であることがわかる。
【0038】
[実施例3]
後述する比較例3で得られた106μm以下の粉末状蓄光体50gを出発原料として、それを蒸留水200mlに入れ、pHを調整しないまま、高温高圧化学反応容器(オートクレーブ)を用いて、180℃、5時間自生圧で水熱反応を行った。得られた生成物を洗浄、濾過し、80℃で乾燥してた。
【0039】
乾燥した種類の粉末を粉末X線回折法による相同定を行った。図8に、CuKα線による粉末X線回折のパターンを示し、表3にその格子面間隔距離を示す。これも斜方晶構造を持ち、格子定数がa=8.512Å,b=24.788Å,c=4.893Åとなった。
この水酸化物蓄光体は、240nmの紫外線により励起した試料の発光スペクトルを測定したところ、最大発光強度を与えるピークは、485nm付近に位置する青緑色発光性蓄光体である。
また、前記表2のBに示すように、水熱前の蓄光体と比べ、ごく細かく、嵩密度が3分の1以下になった。
【0040】
【表3】
Figure 0003559449
【0041】
[実施例4] 耐水テスト
耐水性については、実施例と比較例の30μm以下に粉砕した蓄光体粉末を各10g秤量し、それを容量300mlのビーカーに200mlの蒸留水とともに入れ、マグネットスタラーで2時間撹拌し、40℃、80℃で100時間を保持した。その温水処理前後における輝度を測定し、輝度の減少率を求めた。その結果に関し、温水処理前の輝度を100とした場合の温水処理後の相対輝度を表4に示す。温水処理後の輝度がほぼ変わらず、水溶液中においても安定し、耐水性に優れることがわかった。
【0042】
【表4】
Figure 0003559449
【0043】
[比較例1]
(Sr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 )O・1.5(Al1.98Si0.015 )の化学組成をもつ蓄光体を得るために、フラックスとしてH BO を加え、下記の量の原料粉末を各々秤量した。次いで、適量の蒸留水を加え、ボールミルにて20時間湿式混合した。
SrCO 72.480g
Al 75.699g
SiO 0.676g
Eu 0.440g
Dy 0.746g
0.282g
BO 7.515g
【0044】
それを100℃で乾燥することによって得られた混合粉末を、1000kg/cm の荷重で、80mm角の金型成型器を用いて成型し、これをアルミナ坩堝に入れ、電気炉を用いて3%水素含有アルゴンガス中、1300℃で2時間焼成し、冷却した後、アルミナ乳鉢で細かく粉砕し、再び金型成型器を用いて成型し、一回目と同じ条件で再度焼成することにより蓄光体の試料を得た。
360nmの紫外線により励起したこの試料の最大発光強度を与えるピークは、490nm付近に位置し、青緑色発光性蓄光体であることがわかった。
得られた青緑色発光性蓄光体を300μm以下に粉砕し、水熱反応の原料とした。この比較例1の蓄光体の性質等については、実施例1等との比較において既に説明している。
【0045】
[比較例2]
Sr0.982 Eu0.005 Dy0.0080.005 Al の化学組成をもつ蓄光体を、下記の通り作製した。フラックスとして、H BO を加え、下記の量の原料粉末を各々秤量し、適量の蒸留水を加えてボールミルにて20時間湿式混合した。
SrCO 72.480g
Al 50.979g
Eu 0.440g
Dy 0.746g
0.282g
BO 3.704g
【0046】
それを100℃で乾燥することによって得られた混合粉末を、1000kg/cm の荷重で、80mm角の金型成型器を用いて成型し、これをアルミナ坩堝に入れ、電気炉を用いて3%水素含有アルゴンガス中、1400℃で2時間焼成し、冷却した後、アルミナ乳鉢で細かく粉砕することにより得られた。
図2(a)は、この合成した比較例2の粉砕X線回折を行った結果のXRDパターンを示すものである。これは単斜晶系のスタッフドトリジマイト型構造に帰属するものである。
360nmの紫外線により励起した試料の最大発光強度を与えるピークは、513nm付近に位置し、黄緑色発光性蓄光体であることがわかった。
得られた黄緑色発光性蓄光体は、63μm以下に粉砕し、水熱反応の原料とした。この比較例2の蓄光体の性質等については、実施例との比較において既に説明している。
【0047】
[比較例3]
(Sr0.972 Mn0.01Eu0.005 Dy0.0080.005 )O・1.2(Al1.92Si0.06 )の化学組成をもつ蓄光体を、下記の通り作製した。フラックスとして、H BO を加え、下記の量の原料粉末を各々秤量し、適量の蒸留水を加えてボールミルにて20時間湿式混合した。
SrCO 71.747g
MnO 0.435g
Al 58.730g
SiO 2.163g
Eu 0.440g
Dy 0.746g
0.282g
BO 6.630g
【0048】
それを100℃で乾燥することによって得られた混合粉末を、1000kg/cm の荷重で、80mm角の金型成型器を用いて成型し、これをアルミナ坩堝に入れ、電気炉を用いて3%水素含有アルゴンガス中、1280℃で3時間焼成し、冷却した後、アルミナ乳鉢で細かく粉砕し、再び金型成型器を用いて成型し、一回目と同じ条件で再度焼成することにより比較例3の蓄光体試料を得た。
240nmの紫外線により励起した試料の最大発光強度を与えるピークは、490nm付近に位置し、これが青緑色発光性蓄光体であることがわかった。
得られた青緑色発光性蓄光体を106μm以下に粉砕し、水熱反応の原料とした。この比較例3の蓄光体の性質等については、実施例との比較において既に説明している。
【0049】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の高輝度長残光性水酸化物蓄光体によれば、比表面積が高温焼結の固相反応で得られた酸化物蓄光体より約10〜300倍大きく、特に耐水性が飛躍的に改善されて、水性溶液中の安定性が優れ、インクや塗料などの応用分野においても実用性に富むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の蓄光体粉末X線回折パターンを示す線図である。
【図2】本発明の実施例2の蓄光体粉末X線回折パターンを示す線図で、(a)は水熱前、(b)は水熱後の白色状の生成物、(c)は水熱後の黄色粒子状の生成物の粉末X線回折パターンを示す線図である。
【図3】本発明の実施例2の白色試料の赤外吸収図である。
【図4】(a)は本発明の実施例2の白色試料の熱天秤分析図、(b)は同実施例2の水熱合成前試料(比較例2)の熱天秤分析図である。
【図5】(a)は本発明の実施例2の白色試料の微粒子の、(b)はその水熱前の試料についての図面代用の走査型電子顕微鏡写真である。
【図6】(a)は本発明の実施例2の白色試料の励起波長図、(b)は同発光波長図である。
【図7】(a)は本発明の実施例2の水熱合成前試料の励起波長図、(b)は同発光波長図である。
【図8】本発明の実施例3の試料の粉末X線回折パターンを示す線図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydroxide SrAl3  O5Eu having a rhombic structure of (OH) 2 or having a low crystallinity having the rhombic structure2+And a method for producing the phosphorescent material by hydrothermal synthesis.
More specifically, the present invention is excellent in weather resistance, indoors and outdoors, even in a dark place such as underwater, electron beam, ultraviolet light, visible light, or exhibit a high luminance long afterglow when excited by a plurality thereof, In particular, hydroxide SrAl that has been made into fine particles in consideration of water resistance and practical effectiveness, and has dramatically improved specific surface area.3  O5Eu having fine particles having an orthorhombic structure of (OH) 2 or having low crystallinity having the orthorhombic structure2+TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-intensity and long-lasting phosphorescent material of main activation and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Phosphor refers to a substance that emits light by being excited by some external stimulus such as particle energy, electrons, or light, but a persistence luminous substance that can continue to emit light even after the excitation is stopped. It is called "luminous body". Such luminous bodies are required to be excellent in multicolor and long afterglow with the diversification of various displays and sophistication, and furthermore, practically, improvement of weather resistance is required.
[0003]
As inorganic materials, sulfide-based and oxyacid-based luminous bodies such as strontium aluminate have already been reported. Examples of the sulfide-based phosphor include, for example, blue-emitting (Ca, Sr) S: Bi.3+Phosphor, yellow-green emitting ZnS: Cu2+There are a phosphor and a red-emitting (Zn, Cd) S: Cu phosphor. On the other hand, as the oxyacid salt-based phosphor, for example, the chemical formula SrAl activated with Eu2  O4  Is a strontium aluminate (US Pat. No. 3,294,699, 1966), which is a yellow-green phosphor having a maximum emission intensity around 520 nm. In particular, SrAl having a stuffed tridymite structure reported in Journal of Electrochemical Society, Vol. 118, p. 930 (1971).2  O4  : Eu2+Phosphors exhibit long afterglow. Although this shows a much longer afterglow than the ZnS: Cu phosphor, it is pointed out that it does not satisfy the demands for excellent weather resistance and multicoloring.
[0004]
Further, Chinese Patent Publication No. CN1053807A (August 1991) discloses an aluminum strontium long afterglow fluorescent material. The composition formula is m (Sr1-x *Eux *) OnAl2  O4  ・ YB2  O3  (Where 1 ≦ m ≦ 5, 1 ≦ n ≦ 8, 0.11 ≦ x*  ≦ 0.1, 0.05 ≦ y ≦ 0.35).
Although these long afterglow phosphors have improved luminance, they are not sufficient for practical use as luminous bodies.
[0005]
In response to such a problem, the present inventor has been conducting various studies on an oxide containing an alkaline earth metal element in the periodic table and a luminous body having a new composition, mainly on an aluminum silicate compound. However, regarding a reaction product of an oxide containing a specific composition of an alkaline earth metal element and aluminum silicate,2+Activation or Eu2+And activation with Ln rare earth element, the composition formula becomes
(M1-nml  M* nEum  Lnl) (Al1-x  Si3/4  x  □1/4  x)2  O4
(Where □ is a composition defect, M is one or more alkaline earth metal elements selected from magnesium, calcium, strontium and barium, M*  Is one or more divalent metal elements selected from manganese and zinc, and Ln is one or more rare earth elements other than Eu). It has been found that a phosphorescent material can be obtained (Japanese Patent Application No. 9-238966).
[0006]
However, the above-mentioned phosphors and luminous bodies are consistent with the empirical rule that the emission luminance and the afterglow characteristic are related to the particle size distribution of the powder, and the smaller the particle size, the lower the emission luminance and the afterglow characteristic. . Furthermore, these phosphors and phosphorescent bodies are produced by solid-phase reaction after high-temperature sintering, and then pulverized and classified by mechanical means. There is a possibility that the light emission luminance and the afterglow characteristics are reduced.
In other words, in the following points, the above-mentioned phosphors and phosphorescent materials are not always satisfactory with respect to fine particles.
[0007]
1. Since these long-afterglow phosphors and phosphorescent bodies are obtained by sintering particles, practically, in most cases, they must be a sintered body or a pseudo-lumped sintered powder, which must be finely powdered. . Empirically, the emission luminance and the afterglow characteristic of the phosphor decrease as the particle diameter decreases, and in particular, particles with a diameter of 2 μm or less hardly emit light.
2. In the above pulverization process, the appearance color, emission luminance, and afterglow characteristics of the phosphor are often deteriorated due to the inclusion of impurities.
3. In an application field in which ink is used in a mixture with a coating material, a smooth surface is desired for fine printing, and a particle size of several microns is indispensable. At the same time, it must have high emission luminance, excellent water resistance, and be stable in organic or inorganic solvents.
[0008]
Industrially, especially from the technical fields related to printing, ink, and paint, there is a demand for a fine particle phosphor powder having a particle size of 10 μm or less without a decrease in emission luminance and afterglow characteristics.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The inventor of the present invention crushes the phosphorescent material that has undergone the solid-phase reaction through high-temperature sintering to a certain particle size, and uses a high-temperature and high-pressure chemical reaction vessel such as an autoclave to perform a high-pressure hydrothermal treatment at a temperature of 100 ° C to 500 ° C in an aqueous solution. Various hydrothermal reaction experiments were conducted below, and as a result of intensive study, Eu belonging to the orthorhombic structure was obtained.2+It has been found that a hydroxide phosphor having activated therein is excellent in water resistance and emits blue-green light with high luminance and long persistence even if it is fine particles or extremely fine particles having low crystallinity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is based on this finding and has an orthorhombic structure,2+The present invention provides a hydroxide phosphor having high luminance and long afterglow, which is composed of fine particles having excellent water resistance.
[0011]
That is, the orthorhombic hydroxide phosphor of the present invention basically has a composition formula:
(Equation 2)
Figure 0003559449
[0012]
(Where □ in the formula is a composition defect, M is at least one kind of alkaline earth metal element selected from magnesium, calcium, strontium and barium, M*  Represents one or more kinds of divalent metal elements selected from manganese and zinc, Ln represents one or more kinds of rare earth elements other than Eu, and n, m, l, and α are numerical values satisfying the following ranges, respectively. .
0 ≦ n ≦ 0.2
0 <α <0.5
0.0001 ≦ m ≦ 0.1
0.0001 ≦ l ≦ 0.1)
Represented byBy hydrothermal synthesisHydroxide SrAl3  O5Eu which is constituted as a phosphorescent substance having an orthorhombic structure of (OH) 2, which is composed of a single phase, a mixed phase containing the same, or a phase having the orthorhombic structure and low crystallinity.2+Is activated.
[0013]
The luminous body has a property of thermoluminescence (fluorescence) when heated to room temperature or at least room temperature after being excited by an electron beam, ultraviolet light or visible light in the range of 220 nm to 450 nm, or a plurality thereof. It is excellent in water resistance and emits blue-green light with high luminance and long afterglow even if it is fine particles or very fine particles having low crystallinity.
[0014]
Further, in the method for producing an orthorhombic hydroxide phosphor according to the present invention, the compound containing M in the composition formula (1) or (2) may be used as a starting material for the hydrothermal reaction.*  , A compound containing Al, a compound containing Si, Eu2+And a compound containing Ln, and Eu in the above composition formula obtained through a hydrothermal reaction by their hydrothermal synthesis.2+This is performed by activating.
[0015]
More specifically, Eu having an orthorhombic structure according to the present invention is described.2+In the production of a high-luminance long afterglow hydroxide phosphor having activated therein, the compound containing the above-mentioned M element,*  A compound containing an element, a compound containing an Al element, a compound containing a Si element, a compound containing Eu and Ln,
(Equation 3)
Figure 0003559449
[0016]
(However, □, M, M*  And Ln. n, m, l, z and α are numerical values satisfying the following ranges, respectively.
0 ≦ n ≦ 0.2
0.8 ≦ z ≦ 2.0
0 ≦ α <0.5
0.0001 ≦ m ≦ 0.1
0.0001 ≦ l ≦ 0.1)
[0017]
The raw material powder mixed at a ratio of the composition formula represented by the formula is fired together with sodium carbonate or boron oxide in a reducing atmosphere at 1000 to 1400 ° C., and then pulverized to prepare a slurry as a raw material. Or M2+A compound comprising* 2 +  A compound containing3+A compound containing4+A compound containing2+A compound comprising Ln3+Are mixed at a predetermined ratio (so as to be a compound represented by the composition formula (1) or (2)) to prepare a slurry.
These slurries are adjusted so that the slurry concentration is 10 wt% to 60 wt% and the pH of the solution is 2.0 to 12.0. NaOH, NH4  OH, HCl, HNO3  , H3  PO4  , NaF, H in solution+  , OH  Those capable of adjusting the effective ion concentration can be used.
[0018]
Hydrothermal synthesis is performed in a high-temperature high-pressure chemical reaction vessel such as an autoclave at a temperature of 100 ° C. to 500 ° C. and 500 kg / cm 2.2  The reaction can be carried out at a pressure of up to 1 to 48 hours. The obtained product is washed, filtered, and dried at 80 to 100 ° C. to obtain the above-mentioned fine particles or extremely fine particles having high crystallinity and a high luminance and long persistence hydroxide.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The high-brightness long-lasting hydroxide luminous body of the present invention comprises a hydroxide SrAl3  O5Eu of fine particles having an orthorhombic structure of (OH) 2 or having a low crystallinity having the orthorhombic structure2+It has excellent water resistance, exhibits high luminance and long persistence even in fine particles or fine particles having low crystallinity, and exhibits an electron beam, ultraviolet light in the range of 220 to 450 nm, visible light, or after excitation by a plurality thereof. It shows thermoluminescence (fluorescence) when the phosphor is heated to or above room temperature.
[0020]
More specifically, the base constituent component of the phosphorescent body has a composition formula represented by the above formula (1) or (2), and the alkaline earth metal element M (particularly, M = Sr is the best).*  When manganese or zinc is replaced by, the afterglow characteristics are reduced, but the emission luminance can be improved. M*  The substitution amount n (molar value) should be in the range of 0 ≦ n ≦ 0.2, preferably 0 ≦ n ≦ 0.05, which satisfies the desired condition, but exceeds 0.2. When the substitution is performed, the effect of improving not only the afterglow property but also the luminance is reduced.
[0021]
In addition, Eu contained in the high-luminance long afterglow hydroxide phosphor is included.2+The value of m that determines the composition of is preferably 0.0001 ≦ m ≦ 0.1, and more preferably 0.001 ≦ m ≦ 0.01. When m is less than 0.0001, the ion serving as the emission center It is confirmed that the amount is small and sufficient light emission luminance cannot be obtained. On the other hand, when m exceeds 0.1, concentration quenching occurs due to the interaction between the emission center ions, and a by-product of a compound other than the intended one is generated, so that the luminance of the obtained phosphor powder is remarkably reduced.
Eu2+With Dy as an activator3+And Y3+When a rare earth element Ln such as is used, the value of l is preferably 0.0001 ≦ l ≦ 0.1, preferably 0.001 ≦ l ≦ 0.03. In particular, for example, Eu2+And Dy3+And Y3+When three or more rare earth elements are used in common as described above, the effect of high luminance and long persistence is great.
[0022]
SiO in the composition formula2  The value (molar value) of α that determines the silicon content is in the range of 0 <α ≦ 0.5, and it is necessary to take charge balance with the increase of the amount of dissolved Si. Deficiency in certain maternal composition. The formation of this defect structure can contribute to the emission luminance and afterglow characteristics of the phosphor. Therefore, the range of 0.001 ≦ α ≦ 0.25 is preferable. If the value exceeds this range, particularly, 0 <α ≦ 0.5, the afterglow characteristic and the luminance are reduced. In addition, SiO in the composition formula2  When the amount of is increased, the light emission behavior of the luminous body obviously changes, and the maximum emission wavelength further shifts to the ultraviolet region.
[0023]
When the starting material of the hydrothermal reaction is sintered at a high temperature, the boric acid added as a flux may be partially replaced by a solid solution with the Al element to improve the afterglow property. It does not exceed 001 mol. In addition, even if excess boric acid is present, only the amount of unreacted material increases, and at the time of hydrothermal reaction, this dissolves in the solution, which is related to promotion of grain growth. Therefore, in order to obtain a hydrothermal reaction product of fine particles, a starting material containing excess boric acid is preferable.
[0024]
The high-temperature sintered phosphor is pulverized to 300 μm or less, placed in an aqueous solution, and adjusted so that the slurry concentration is 10 wt% to 60 wt% and the pH of the solution is 2.0 to 12.0. If the slurry concentration is lower than this, the reactivity is poor and the yield is low because the reactant concentration is low. Conversely, if it is higher than this, friction against stirring increases, the reaction becomes insufficient, and the reaction time increases. Further, the pH is particularly preferably 5 to 10. Those synthesized in this range are the most atomized and have good luminance and afterglow. NaOH, NH for pH adjustment4  OH, HCl, HNO3  , H3  PO4  , NaF, H in other solutions+  , OH  Any of acids or alkalis whose effective ion concentration can be adjusted may be used, or a plurality of them may be used in combination. In addition, the result of the hydrothermal reaction without adjusting the pH can synthesize a hydroxide belonging to the orthorhombic structure.
Regarding the obtained hydroxide product, extra Na introduced during pH adjustment was used.+  , Cl  , F  It is desirable to wash and filter such ions, but even without washing, the brightness and afterglow characteristics are not significantly affected. In order to prevent aggregation and grain growth of fine orthorhombic crystals, they are preferably dried at 80 to 100 ° C.
[0025]
The high-luminance long afterglow hydroxide phosphor of the present invention is generally synthesized as follows.
Compound containing M element, M*  A compound containing an element, a compound containing an Al element, a compound containing a Si element or silicon, and a compound containing an Eu element are mixed at a predetermined amount in the composition formula, and the resulting raw material powder is once reduced. After firing at 1000 to 1400 ° C. in an atmosphere, it is pulverized to 300 μm or less to obtain a raw material for hydrothermal synthesis.
Next, the pulverized phosphor powder is placed in an aqueous solution, the slurry concentration is adjusted to 10 wt% to 60 wt%, and the pH of the solution is adjusted to 2.0 to 12.0. Hydrothermal synthesis is generally performed using a high-temperature high-pressure chemical reaction vessel (autoclave) at a temperature of 100 ° C to 500 ° C and 500 kg / cm.2  The reaction is carried out at a pressure of up to 1 to 48 hours. This hydrothermal synthesis is performed at the autogenous pressure in the following examples, but is performed at 500 kg / cm by using various means used in normal mass production, for example, compressing and introducing argon gas.2  Or more (for example, 2000 kg / cm2  ) To accelerate the reaction and shorten the reaction time. The product obtained is washed, filtered and dried at 80-100 ° C. to obtain the desired phosphor. This luminous body can be used as a single phase, a mixed phase including the same, and the like.
[0026]
The surface of the high-brightness long-lasting hydroxide phosphor of the present invention can be further modified by the above-mentioned hydrothermal synthesis. For example, as a stability in a solution and a workability required for mixing with an ink or a paint, dispersibility in an organic solvent can be improved by organically compounding a hydroxide phosphor.
Further, the average particle diameter of the luminous body obtained in Examples of the present invention is about 7.6 to 9.3 μm, which can achieve 10 μm or less required for ink and the like.
[0027]
In various performance measurements on the obtained hydroxide phosphor powder, a mixture of phosphor and polyester resin in a ratio of 1: 2 (weight ratio) was molded into a sheet or the like, dried, and dried. And 24 hours after the light was cut off, the sample was irradiated with a 15 W white fluorescent lamp at a distance of 100 mm for 30 minutes, and the time-dependent change of the light emission intensity was measured in a dark room.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[Example 1]
Sr0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  Al2.970  Si0.022  O5  In order to obtain a hydroxide phosphor of (OH), the same chemical composition (Sr0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  ) O · 1.5 (Al1.98Si0.015  O3  ) Is placed in 200 ml of distilled water, diluted nitric acid is added, the pH of the slurry is adjusted to 6.0, and then a high-temperature high-pressure chemical reaction vessel (autoclave) is used. ) At 150 ° C. for 2 hours, autogenous pressure of 8.6 kg / cm2  Was subjected to a hydrothermal reaction. The obtained product was washed, filtered and dried at 80 ° C.
[0029]
The phase of the dried powder was identified by powder X-ray diffraction. FIG. 1 shows a pattern of powder X-ray diffraction by CuKα radiation. Table 1 shows lattice spacing values of the hydrothermal product in powder X-ray diffraction. This is SrAl with orthorhombic structure3  O5  It has the same form as the OH compound, and as a result of determining the lattice constant, a = 8.518 °, b = 24.670 °, and c = 4.896 °.
[0030]
[Table 1]
Figure 0003559449
[0031]
When the emission spectrum of the sample which was excited by 240 nm ultraviolet rays was measured for the hydroxide phosphor, the peak giving the maximum emission intensity, which was the same as the starting material before hydrothermal treatment, was located near 486 nm, and emitted blue-green light. .
Table 2 shows relative values after hydrothermal treatment when the bulk density, luminous intensity, and BET specific surface area of the phosphor powder before hydrothermal treatment are set to 100. As shown in C of Table 2, it was found that after the hydrothermal treatment, the phosphor was extremely fine, had a bulk density of half or less, and had a BET specific surface area of about 20 times larger than that of the phosphor before the hydrothermal treatment.
[0032]
[Table 2]
Figure 0003559449
[0033]
[Example 2]
Sr0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  Al3  O5In order to obtain a hydroxide phosphor of (OH) 2, the same chemical composition (Sr0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  Al2  O4  ) Having a particle size of 63 μm or less as a starting material, placed in 200 ml of distilled water, adjusting the pH of the slurry to 8.3 by adding dilute hydrochloric acid, and then using a high-temperature high-pressure chemical reaction vessel (autoclave). ) At 200 ° C. for 10 hours, autogenous pressure 11.3 kg / cm2  Was subjected to a hydrothermal reaction. The obtained product was separated into a white product and a yellow particulate product, which were separated, washed, filtered, and dried at 80 ° C.
[0034]
The two powders obtained by the above-mentioned drying were subjected to phase identification by powder X-ray diffraction.
FIG. 2 (b) shows a powder X-ray diffraction pattern of a white product, and FIG. 2 (c) shows a yellow particle product by CuKα radiation. For comparison, the pattern of the powder X-ray diffraction before hydrothermal treatment is shown in FIG. The yellow particulate product is cubic Sr3  Al2(OH)12  Belongs to. Then, as shown in FIG. 2 (b), the white ones belong to the orthorhombic structure Sr.0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  Al3  O5It was found that (OH) 2 was a fine particle having low crystallinity, and that (hkl) had a peak of (020) and 2θ ranged from 11 to 17 degrees.
[0035]
The white fine particles were subjected to infrared absorption and TG analysis. FIG. 3 shows the results of infrared absorption, and FIG. 4B shows the results of TG analysis. For comparison, the TG analysis result before hydrothermal treatment is shown in FIG. In the infrared absorption shown in FIG. 3, the behavior of the OH group was confirmed. In FIG. 4, dehydration of the hydroxide was observed between 400 ° C. and 500 ° C. in the white fine particle sample.
FIG. 5A shows an SEM photograph of the white fine particle sample, and FIG. 5B shows an SEM photograph of the sample before hydrothermal treatment. As shown in these photographs, the hydroxide phosphor obtained by the hydrothermal synthesis of the present invention is a fine particle that cannot be obtained by a solid-phase reaction, and the average particle size of the aggregate is 7.6 μm. there were.
[0036]
When the change over time in the emission intensity of both particles was measured, Sr belonging to a white orthorhombic structure was obtained.0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  Al3  O5The fine particles of (OH) emitted light well, but yellow particles of cubic system (Sr, Eu, Dy, Y)3  Al2(OH)12  Showed only weak light emission.
Further, as shown in A of Table 2 above, the relative bulk density, relative luminescence intensity, and relative BET specific surface area after hydrothermal treatment were extremely fine compared to the phosphorescent material before hydrothermal treatment, and the bulk density was 11.5%. And the BET specific surface area is 155.3m2  / G, which is about 300 times larger.
[0037]
Further, FIG. 6A shows an excitation spectrum of white fine particles, and FIG. 6B shows an emission spectrum of the same sample excited by 240 nm ultraviolet rays. For comparison, FIGS. 7A and 7B show an excitation spectrum before hydrothermal treatment and an emission spectrum of the same sample excited by ultraviolet light of 250 nm.
According to these figures, the sample before hydrothermal treatment has a peak at 513 nm giving the maximum emission intensity, whereas the white fine particles after hydrothermal emission has a blue-green emission with a peak giving the maximum emission intensity near 486 nm. You can see that.
[0038]
[Example 3]
Using 50 g of the powdery phosphor of 106 μm or less obtained in Comparative Example 3 described below as a starting material, put it in 200 ml of distilled water, and adjust the temperature to 180 ° C. without adjusting the pH using a high-temperature and high-pressure chemical reaction vessel (autoclave). The hydrothermal reaction was performed at the autogenous pressure for 5 hours. The product obtained was washed, filtered and dried at 80 ° C.
[0039]
The dried powder was subjected to phase identification by powder X-ray diffraction. FIG. 8 shows a pattern of powder X-ray diffraction by CuKα ray, and Table 3 shows a distance between lattice planes. This also had an orthorhombic structure, and the lattice constants were a = 8.512 °, b = 24.788 °, and c = 4.893 °.
This hydroxide phosphor was measured for the emission spectrum of a sample excited by 240 nm ultraviolet light, and the peak giving the maximum luminescence intensity was a blue-green luminous phosphor located near 485 nm.
Further, as shown in B of Table 2, the phosphor was extremely fine and had a bulk density of one third or less as compared with the phosphorescent material before hydrothermal treatment.
[0040]
[Table 3]
Figure 0003559449
[0041]
[Example 4] Water resistance test
Regarding the water resistance, 10 g of the phosphor powder pulverized to 30 μm or less in each of Examples and Comparative Examples was weighed, placed in a beaker having a capacity of 300 ml together with 200 ml of distilled water, and stirred for 2 hours with a magnetic stirrer at 40 ° C. At 80 ° C. for 100 hours. The luminance before and after the warm water treatment was measured, and the rate of decrease in luminance was determined. With respect to the results, Table 4 shows the relative luminance after the hot water treatment when the luminance before the hot water treatment is set to 100. It was found that the brightness after the warm water treatment was almost unchanged, stable in an aqueous solution, and excellent in water resistance.
[0042]
[Table 4]
Figure 0003559449
[0043]
[Comparative Example 1]
(Sr0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  ) O · 1.5 (Al1.98Si0.015  O3  )) To obtain a phosphor having the chemical composition of3  BO3  And the following amounts of the raw material powders were weighed. Next, an appropriate amount of distilled water was added, and the mixture was wet-mixed in a ball mill for 20 hours.
SrCO3                              72.480 g
Al2  O3                              75.699 g
SiO2                                  0.676g
Eu2  O3                                0.440g
Dy2  O3                                  0.746g
Y2  O3                                      0.282g
H3  BO3                                7.515 g
[0044]
The mixed powder obtained by drying it at 100 ° C. was 1000 kg / cm2  This was molded using an 80 mm square mold molding machine with a load of, placed in an alumina crucible, fired at 1300 ° C. for 2 hours in an argon gas containing 3% hydrogen using an electric furnace, cooled, and then cooled with alumina. The sample was finely ground in a mortar, molded again using a mold molding machine, and fired again under the same conditions as the first time to obtain a phosphorescent sample.
The peak giving the maximum emission intensity of this sample excited by 360-nm ultraviolet light was located near 490 nm, and it was found that the sample was a blue-green luminous phosphor.
The obtained blue-green luminous phosphor was pulverized to 300 μm or less to obtain a raw material for a hydrothermal reaction. The properties and the like of the light storage of Comparative Example 1 have already been described in comparison with Example 1 and the like.
[0045]
[Comparative Example 2]
Sr0.982  Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  Al2  O4  A phosphorescent body having the chemical composition of was prepared as follows. H as flux3  BO3  Was added, and the following amounts of the raw material powders were weighed, and an appropriate amount of distilled water was added thereto, and the mixture was wet-mixed with a ball mill for 20 hours.
SrCO3                              72.480 g
Al2  O3                              50.799g
Eu2  O3                                0.440g
Dy2  O3                                  0.746g
Y2  O3                                      0.282g
H3  BO3                                  3.704g
[0046]
The mixed powder obtained by drying it at 100 ° C. was 1000 kg / cm2  This was placed in an alumina crucible, baked in an argon gas containing 3% hydrogen at 1400 ° C. for 2 hours using an electric furnace, and cooled. Obtained by fine grinding in a mortar.
FIG. 2 (a) shows an XRD pattern as a result of a pulverized X-ray diffraction of Comparative Example 2 thus synthesized. This belongs to a monoclinic stuffed tridymite structure.
The peak giving the maximum emission intensity of the sample excited by 360-nm ultraviolet light was located near 513 nm, and it was found that the sample was a yellow-green luminescent phosphor.
The obtained yellow-green luminous phosphor was pulverized to 63 μm or less to obtain a raw material for a hydrothermal reaction. The properties and the like of the light storage body of Comparative Example 2 have already been described in comparison with the examples.
[0047]
[Comparative Example 3]
(Sr0.972  Mn0.01Eu0.005  Dy0.008  Y0.005  ) O · 1.2 (Al1.92Si0.06O3  A phosphorescent body having the chemical composition of (1) was prepared as follows. H as flux3  BO3  , And the following amounts of the raw material powders were weighed, and an appropriate amount of distilled water was added thereto and wet-mixed for 20 hours in a ball mill.
SrCO3                              71.747 g
MnO2                    0.435g
Al2  O3                              58.730 g
SiO2                                  2.163g
Eu2  O3                                0.440g
Dy2  O3                                  0.746g
Y2  O3                                      0.282g
H3  BO3                                6.630 g
[0048]
The mixed powder obtained by drying it at 100 ° C. was 1000 kg / cm2  With a load of 80 mm, a mold was formed using a 80 mm square mold molding machine, and this was placed in an alumina crucible, fired at 1280 ° C. for 3 hours in an argon gas containing 3% hydrogen using an electric furnace, cooled, and then cooled. The mixture was finely ground in a mortar, molded again using a mold molding machine, and fired again under the same conditions as the first time to obtain a phosphorescent sample of Comparative Example 3.
The peak giving the maximum emission intensity of the sample excited by the 240 nm ultraviolet ray was located at around 490 nm, which was found to be a blue-green luminous phosphor.
The obtained blue-green light-emitting phosphor was pulverized to 106 μm or less to obtain a raw material for a hydrothermal reaction. The properties and the like of the light storage body of Comparative Example 3 have already been described in comparison with the examples.
[0049]
【The invention's effect】
According to the high-brightness long afterglow hydroxide phosphor of the present invention described in detail above, the specific surface area is about 10 to 300 times larger than the oxide phosphor obtained by the solid-state reaction of high-temperature sintering, especially The water resistance is remarkably improved, the stability in an aqueous solution is excellent, and it is highly practical in application fields such as inks and paints.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a phosphor powder according to Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a phosphor powder according to Example 2 of the present invention, wherein (a) is a white product before hydrothermal treatment, (b) is a white product after hydrothermal treatment, and (c) is FIG. 2 is a diagram showing a powder X-ray diffraction pattern of a yellow particulate product after hydrothermal treatment.
FIG. 3 is an infrared absorption diagram of a white sample of Example 2 of the present invention.
4A is a thermobalance analysis diagram of a white sample of Example 2 of the present invention, and FIG. 4B is a thermobalance analysis diagram of a sample before hydrothermal synthesis (Comparative Example 2) of Example 2. FIG.
FIG. 5 (a) is a scanning electron micrograph as a substitute for a drawing of a white sample microparticle of Example 2 of the present invention, and FIG. 5 (b) is a sample of the sample before hydrothermal heating.
FIG. 6A is an excitation wavelength diagram of a white sample of Example 2 of the present invention, and FIG. 6B is an emission wavelength diagram thereof.
7A is an excitation wavelength diagram of a sample before hydrothermal synthesis according to Example 2 of the present invention, and FIG. 7B is an emission wavelength diagram thereof.
FIG. 8 is a diagram showing a powder X-ray diffraction pattern of a sample of Example 3 of the present invention.

Claims (4)

組成式が、
Figure 0003559449
(但し、式中の□は組成欠陥、Mはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムから選択された一種類以上のアルカリ土類金属元素、M はマンガン、亜鉛から選択された一種類以上の2価金属元素、LnはEu以外の一種類以上の希土類元素を表し、n、m、l、αは、それぞれ下記の範囲を満足する数値からなる。
0≦n≦0.2
0<α<0.5
0.0001≦m≦0.1
0.0001≦l≦0.1 )
で表される水熱合成による水酸化物SrAl(OH) の斜方晶系構造を有する単一相、これを含む混合相、又は該斜方晶系構造で結晶性の低い相からなるEu2+を賦活してなる斜方晶系水酸化物蓄光体。
The composition formula is
Figure 0003559449
(However, □ in the formula is a composition defect, M is at least one kind of alkaline earth metal element selected from magnesium, calcium, strontium and barium, M * is at least one kind of divalent substance selected from manganese and zinc.) The metal element and Ln represent one or more kinds of rare earth elements other than Eu, and n, m, l, and α are numerical values satisfying the following ranges, respectively.
0 ≦ n ≦ 0.2
0 <α <0.5
0.0001 ≦ m ≦ 0.1
0.0001 ≦ l ≦ 0.1)
From a single phase having an orthorhombic structure of a hydroxide SrAl 3 O 5 (OH) by hydrothermal synthesis represented by the following formula, a mixed phase containing the same, or a phase having a low crystallinity in the orthorhombic structure. An orthorhombic hydroxide phosphor that activates Eu 2+ .
組成式が、
(M1−n−m−lnEu Ln)Al(OH)
(但し、式中のMはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムから選択された一種類以上のアルカリ土類金属元素、M はマンガン、亜鉛から選択された一種類以上の2価金属元素、LnはEu以外の一種類以上の希土類元素を表し、n、m、lは、それぞれ下記の範囲を満足する数値からなる。
0≦n≦0.2
0.0001≦m≦0.1
0.0001≦l≦0.1 )
で表される水熱合成による水酸化物SrAl(OH) の斜方晶系構造を有する単一相、これを含む混合相、又は該斜方晶系構造で結晶性の低い相からなるEu2+を賦活してなる水酸化物蓄光体。
The composition formula is
(M 1-n-m- l M * nEu m Ln l) Al 3 O 5 (OH)
(Where M is one or more alkaline earth metal elements selected from magnesium, calcium, strontium and barium, M * is one or more divalent metal elements selected from manganese and zinc, and Ln is Represents one or more rare earth elements other than Eu, and n, m, and l are numerical values that satisfy the following ranges.
0 ≦ n ≦ 0.2
0.0001 ≦ m ≦ 0.1
0.0001 ≦ l ≦ 0.1)
From a single phase having an orthorhombic structure of a hydroxide SrAl 3 O 5 (OH) by hydrothermal synthesis represented by the following formula, a mixed phase containing the same, or a phase having a low crystallinity in the orthorhombic structure. A hydroxide phosphor which activates Eu 2+ .
請求項1に記載の斜方晶系水酸化物蓄光体を製造する方法であって、
出発原料として、組成式におけるMを含む化合物、M を含む化合物、Alを含む化合物、Siを含む化合物ないしケイ素、Eu2+を含む化合物及びLnを含む化合物を用い、それらについて水熱合成を行い、水熱反応を経て得られた耐水性に優れた高輝度長残光性Eu2+賦活斜方晶系水酸化物蓄光体を製造することを特徴とする斜方晶系水酸化物蓄光体の製造法。
A method for producing an orthorhombic hydroxide phosphor according to claim 1,
As a starting material, a compound containing M, a compound containing M * , a compound containing Al, a compound containing Si or silicon, a compound containing Eu 2+ and a compound containing Ln in the composition formula are used, and hydrothermal synthesis is performed on them. Producing a high-brightness, long-lasting Eu 2+ -activated orthorhombic hydroxide phosphor having excellent water resistance obtained through a hydrothermal reaction. Manufacturing method.
請求項2に記載の水酸化物蓄光体を製造する方法であって、
出発原料として、組成式におけるMを含む化合物、M を含む化合物、Alを含む化合物、Eu2+を含む化合物及びLnを含む化合物を用い、それらについて水熱合成を行い、水熱反応を経て得られた耐水性に優れた高輝度長残光性Eu2+賦活斜方晶系水酸化物蓄光体を製造することを特徴とする斜方晶系水酸化物蓄光体の製造法。
A method for producing a hydroxide phosphor according to claim 2,
As a starting material, a compound containing M, a compound containing M * , a compound containing Al, a compound containing Eu 2+, and a compound containing Ln in the composition formula are used. A method for producing an orthorhombic hydroxide phosphor having a high luminance and a long afterglow Eu 2+ activated phosphor having excellent water resistance.
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