JP5170247B2 - Li-containing α-sialon phosphor, method for producing the same, lighting apparatus, and image display device - Google Patents

Li-containing α-sialon phosphor, method for producing the same, lighting apparatus, and image display device Download PDF

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Description

本発明は、照射光の一部を、それとは異なる波長の光に変換する機能を有する光機能材料とその製造方法に関するものである。具体的には、紫外から青色の光源に好適な、希土類金属元素で賦活されたサイアロン系蛍光体に関するものである。また、前記のサイアロン系蛍光体の製造方法、それを利用した発光装置および画像表示装置に関するものである。   The present invention relates to an optical functional material having a function of converting part of irradiated light into light having a wavelength different from that, and a method for manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a sialon-based phosphor activated with a rare earth metal element suitable for an ultraviolet to blue light source. The present invention also relates to a method for producing the sialon phosphor, a light emitting device and an image display device using the same.

近年、青色発光ダイオード(LED)が実用化されたことにより、この青色LEDを利用した白色LEDの開発が精力的に行われている。白色LEDは、既存の白色光源に較べ消費電力が低く、長寿命であるため、液晶パネル用バックライト、室内外の照明機器等への用途展開が進行している。   In recent years, blue light emitting diodes (LEDs) have been put into practical use, and white LEDs using the blue LEDs have been vigorously developed. White LEDs have lower power consumption and longer life than existing white light sources, and are therefore being used for backlights for liquid crystal panels, indoor and outdoor lighting devices, and the like.

現在、開発されている白色LEDは、青色LEDの表面にCeをドープしたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)を塗布したものである。しかしながら、CeをドープしたYAGの蛍光波長は530nm付近にあり、この蛍光の色と青色LEDの光を混合して白色光にすると、青みの強い白色光となり、良好な白色を得ることができない。   The white LED currently being developed is obtained by applying YAG (yttrium, aluminum, garnet) doped with Ce on the surface of a blue LED. However, the fluorescence wavelength of YAG doped with Ce is in the vicinity of 530 nm. If this fluorescent color and the light of a blue LED are mixed to form white light, white light with strong bluish light is obtained, and good white color cannot be obtained.

これに対して、希土類元素を賦活させたα−サイアロン系の蛍光体は、CeをドープしたYAGの蛍光波長より長い波長の蛍光を発生することが知られている(特許文献1参照)。このようなサイアロンの蛍光を用いて白色LEDを構成すると、YAGを用いた白色LEDよりも、色温度の低い電球色の白色LEDを作製することができる。   On the other hand, it is known that an α-sialon-based phosphor activated with a rare earth element generates fluorescence having a longer wavelength than that of Ce-doped YAG (see Patent Document 1). When a white LED is configured using such sialon fluorescence, a white LED with a light bulb color having a lower color temperature than a white LED using YAG can be produced.

また、非特許文献1では、サイアロン系蛍光体は、その組成式を MSi12−(m+n)Alm+n16−nで表すと、m=2.8で最高の強度になりその時のピーク波長は595nm付近のものが得られている。この蛍光波長は、電球色のような色温度の低い白色LEDに適している。しかしながら、もっと色温度の高い昼白色、昼光色のような色温度の高い白色LEDを作製することはできない。In Non-Patent Document 1, when the composition formula of the sialon-based phosphor is expressed by M x Si 12- (m + n) Al m + n On N 16-n , the maximum intensity is obtained when m = 2.8. The peak wavelength of is around 595 nm. This fluorescent wavelength is suitable for a white LED having a low color temperature such as a light bulb color. However, white LEDs having higher color temperatures such as daylight white and daylight with higher color temperatures cannot be produced.

昼白色、昼光色は照明のみならず液晶表示装置のバックライトなど用途が広く、社会的ニーズが電球色よりも大きい。そのため、サイアロン系蛍光体の蛍光の短波長化が望まれている。ところが、非特許文献1からも分かるように、Caを含むαサイアロン蛍光体では、蛍光波長が595nmより短波長側になると蛍光強度が低下していく。そのため、青色LEDと組み合わせて、高輝度の昼白色、昼光色のLEDを作製するのに適した短波長の蛍光を放出するサイアロン系蛍光体を作製するとは困難であった。   Daylight white and daylight colors are widely used not only for lighting but also for backlights of liquid crystal display devices, and societal needs are greater than those of light bulbs. Therefore, it is desired to shorten the wavelength of the fluorescence of the sialon phosphor. However, as can be seen from Non-Patent Document 1, in the α-sialon phosphor containing Ca, the fluorescence intensity decreases when the fluorescence wavelength is shorter than 595 nm. Therefore, it has been difficult to produce a sialon-based phosphor that emits short-wavelength fluorescence suitable for producing a high-brightness daylight white or daylight color LED in combination with a blue LED.

これを解決するために特許文献2においてLi(リチウム)含有α−サイアロン系蛍光体が開示されている。このサイアロンはCa含有α−サイアロン系蛍光体にくらべ短波長の蛍光を放出することができる。しかし、この発明では、窒素1MPaの加圧雰囲気においてLi含有α−サイアロン系蛍光体を得ており、製造工程の煩雑さや高温高圧の窒素ガスに耐えうる製造装置を利用するという点において、コストのかかる方法で作製されている。また、前記のサイアロン組成式においてLiの含有量を表すx1が、1.2≦x1≦2.4と異常に大きな値であり、所望の組成を有するLi含有α−サイアロン系蛍光体を再現性良く作製することが難しい。   In order to solve this, Patent Document 2 discloses a Li (lithium) -containing α-sialon-based phosphor. This sialon can emit fluorescence having a shorter wavelength than the Ca-containing α-sialon phosphor. However, in the present invention, the Li-containing α-sialon-based phosphor is obtained in a pressurized atmosphere of 1 MPa of nitrogen, and the cost is low in that the manufacturing process is complicated and a manufacturing apparatus that can withstand high-temperature and high-pressure nitrogen gas is used. It is produced by such a method. In the above sialon composition formula, x1 representing the Li content is an abnormally large value of 1.2 ≦ x1 ≦ 2.4, and a Li-containing α-sialon phosphor having a desired composition is reproducible. Difficult to make well.

Li含有α−サイアロン系蛍光体の報告としては、特許文献2の他に、特許文献3が存在するが、開示されたLi含有α−サイアロン系蛍光体の発光波長は585nmであり、本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体とは、組成を異にするものである。このような発光波長では、青色発光ダイオードと組み合わせても、昼白色、昼光色のLEDを得ることはできない。   As a report of Li-containing α-sialon-based phosphor, there is Patent Document 3 in addition to Patent Document 2, but the emission wavelength of the disclosed Li-containing α-sialon-based phosphor is 585 nm, and The composition of the Li-containing α-sialon phosphor is different. With such an emission wavelength, a daylight white or daylight color LED cannot be obtained even when combined with a blue light emitting diode.

さらに、引用文献2の発明では粒子の形態や凝集状態に配慮がなされていない。特許文献2では、結晶質の窒化ケイ素を用いてLi含有α−サイアロン系蛍光体を作製する。Ca含有α−サイアロン系蛍光体の場合、結晶質の窒化ケイ素を用いると、小さな一次粒子が強く凝集(融着)した二次粒子を形成する。そのような例は特許文献4の図1から図8に見られる。Li含有α−サイアロン系蛍光体の場合も同様になると考えられる。   Furthermore, in the invention of the cited document 2, no consideration is given to the form and aggregation state of the particles. In Patent Document 2, a Li-containing α-sialon-based phosphor is produced using crystalline silicon nitride. In the case of a Ca-containing α-sialon-based phosphor, when crystalline silicon nitride is used, secondary particles in which small primary particles are strongly aggregated (fused) are formed. Such an example can be seen in FIGS. The same can be said for the Li-containing α-sialon phosphor.

蛍光体粉末の粒子形態や凝集状態は光の散乱、吸収に影響するため、蛍光強度に影響する。さらに、蛍光体を塗布する際のスラリーの物性にも影響を与える。スラリーの物性は製品の製造プロセスに重要な因子である。   The particle form and aggregation state of the phosphor powder affect the light scattering and absorption, and therefore the fluorescence intensity. Furthermore, it affects the physical properties of the slurry when the phosphor is applied. The physical properties of the slurry are important factors in the product manufacturing process.

蛍光強度への影響についてさらに説明する。蛍光体では、一次粒子サイズ、二次粒子にかかわらず、粒子サイズが、サブミクロン程度になると、光の散乱が増え吸収が低下し、蛍光強度が低下する。これを避ける方法として、サブミクロンの一次粒子を凝集させ大きな二次粒子を作製することが考えられる。しかし、このような粉末を粉砕や様々なハンドリングをすると、サブミクロンの一次粒子が脱落してくるため、結果的に一次粒子の影響を避けることは難しい。また、小さな一次粒子の凝集した二次粒子の場合、二次粒子の表面に細かな凹凸が生じ、これが光の散乱を引き起こし、蛍光強度を低下させることも考えられる。   The influence on the fluorescence intensity will be further described. In the phosphor, regardless of the primary particle size and the secondary particle, when the particle size becomes about submicron, light scattering increases and absorption decreases, and fluorescence intensity decreases. As a method of avoiding this, it is conceivable to produce large secondary particles by agglomerating primary particles of submicrons. However, when such a powder is pulverized or handled in various ways, the submicron primary particles fall off, and as a result, it is difficult to avoid the influence of the primary particles. Further, in the case of secondary particles in which small primary particles are aggregated, fine irregularities are generated on the surface of the secondary particles, which may cause light scattering and decrease the fluorescence intensity.

この他、二次粒子の凝集が強固な場合、強い粉砕が必要になり、粉砕機からの不純物の混入が起こる。蛍光体は光吸収になる成分が少量でも入ると特性が大きく低下するので、強い粉砕は好ましくない。   In addition, when the aggregation of the secondary particles is strong, strong pulverization is required, and impurities are mixed from the pulverizer. A phosphor is not suitable for strong pulverization because its characteristics are greatly deteriorated when a small amount of a light absorbing component is added.

また、粒子サイズが数十ミクロン以上になると、白色LED等の製品を作る際に、色むらの原因等を引き起こし、安定した品質の製品を作ることができなくなる。一方、高品質の蛍光体、すなわち、高い蛍光強度を有する蛍光体を得るには、高い結晶性の粒子が必要である。これらの点から、一次粒子が大きな結晶であることが好ましい。その理由は、結晶サイズが小さくなると、表面欠陥の影響で蛍光強度が低下するからである。   On the other hand, when the particle size is several tens of microns or more, when producing a product such as a white LED, it causes color unevenness and the like, and it becomes impossible to produce a product with stable quality. On the other hand, in order to obtain a high-quality phosphor, that is, a phosphor having high fluorescence intensity, highly crystalline particles are required. From these points, it is preferable that the primary particles are large crystals. The reason is that when the crystal size is reduced, the fluorescence intensity is lowered due to the influence of surface defects.

以上の条件を勘案すると、特性の良い蛍光体とは、凝集のない一次粒子が1μmから20μmの範囲に分布し、この粒度範囲でより大きいサイズの粒子で構成された粉末が望ましいと言える。   Considering the above conditions, it can be said that a phosphor having good characteristics is preferably a powder in which primary particles without aggregation are distributed in a range of 1 μm to 20 μm and particles having a larger size in this particle size range.

特許文献5、6においてCa含有α−サイアロン蛍光体の一次粒子のサイズについてはすでに知られているが、特許文献5、6では、Li含有α−サイアロンの一次粒子については、まだ、十分な検討がなされていない。特許文献5、6の開示にもかかわらず、Li含有α−サイアロンの一次粒子の成長については、Liが蒸発しやすい元素であること、また、Liに関係する物質が比較的低融点の化合物を作りやすいことのために、Ca含有α−サイアロンと同様に考えることはできない。   In Patent Documents 5 and 6, the size of primary particles of Ca-containing α-sialon phosphors is already known. However, in Patent Documents 5 and 6, the primary particles of Li-containing α-sialon phosphors are still sufficiently examined. Has not been made. Despite the disclosure of Patent Documents 5 and 6, with regard to the growth of primary particles of Li-containing α-sialon, Li is an element that easily evaporates, and a substance related to Li is a compound having a relatively low melting point. Because it is easy to make, it cannot be considered the same as Ca-containing α-sialon.

蛍光体において、一次粒子の形態を整える技術として、融剤を用いる技術が広く使用されている。Li含有α−サイアロンにおいても、一次粒子を大きくするために、融剤を用いることが考えられる。特許文献2には、融剤として、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Euのフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、リン酸塩、特にフッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウムを指摘しているが、その効果については、具体的には示しておらず、一般的な技術を示したにすぎない。   In phosphors, a technique using a flux is widely used as a technique for adjusting the morphology of primary particles. Even in Li-containing α-sialon, it is conceivable to use a flux in order to enlarge the primary particles. In Patent Document 2, as fluxes, Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Eu fluorides, chlorides, iodides, bromides, phosphates, particularly lithium fluoride, fluoride Although calcium and aluminum fluoride are pointed out, the effect is not specifically shown, but only a general technique is shown.

特開2002−363554号公報JP 2002-363554 A WO2007/004493 A1WO2007 / 004493 A1 特開2004−67837号公報JP 2004-67837 A 特開2006−152069JP 2006-152069 A 特開2006−52337号公報JP 2006-52337 A 特開2006−321921号公報JP 2006-321921 A

J.Phys.Chem.B 2004,108,12027−12031J. et al. Phys. Chem. B 2004, 108, 12027-12031

本発明は、上記のようなサイアロン系蛍光体の問題点を解決するために為されたものであり、高蛍光強度で、青色LEDと組み合わせて、昼白色や昼光色の白色発光ダイオードを作製することが可能な蛍光色を発する蛍光体を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of sialon-based phosphors. A white light emitting diode of daylight or daylight color is produced in combination with a blue LED with high fluorescence intensity. An object of the present invention is to provide a phosphor that emits a fluorescent color that can be used.

本発明は、また、Li含有α−サイアロンの一次粒子を制御することで、高い蛍光強度を有し、かつ、蛍光体粉末として優れた特性を有する、Li含有α−サイアロン蛍光体粉末を提供することを目的とする。このようなLi含有α−サイアロンは、紫外〜青色LEDと組み合わせて、高効率の昼白色や昼光色の白色発光ダイオードを作製することが可能である。   The present invention also provides a Li-containing α-sialon phosphor powder having high fluorescence intensity and excellent properties as a phosphor powder by controlling the primary particles of Li-containing α-sialon. For the purpose. Such Li-containing α-sialon can be combined with an ultraviolet to blue LED to produce a highly efficient daylight white or daylight white light emitting diode.

また、本発明は高い蛍光強度のLi含有α−サイアロン系蛍光体を提供することにより、紫外または青色LEDを光源として、昼白色、昼光色の色を発する白色LEDなどの照明装置を提供することを目的とする。   The present invention also provides an illumination device such as a white LED that emits a daylight white or daylight color using an ultraviolet or blue LED as a light source by providing a Li-containing α-sialon-based phosphor with high fluorescence intensity. Objective.

また、電子線などの励起源を有する画像評価装置の高輝度化と色調安定化を達成することを目的とする。   It is another object of the present invention to achieve high brightness and color tone stabilization of an image evaluation apparatus having an excitation source such as an electron beam.

さらに、本発明の目的は、前記のような蛍光色を高強度で発光することが可能なサイアロン系蛍光体が高収率で得られる新規な製造方法を提供することにある。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a novel method for producing a sialon-based phosphor capable of emitting a fluorescent color as described above with high intensity and with high yield.

本発明者らは、LiとEu(ユーロピウム)を含有するα−サイアロン系蛍光体において、詳細な研究を行い、常圧の窒素ガスの雰囲気において製造できる、特定の組成を有するLi含有α−サイアロン系蛍光体において優れた蛍光強度と蛍光波長の短波化が可能であることを突き止めた。   The present inventors have conducted detailed research on an α-sialon-based phosphor containing Li and Eu (europium), and can be produced in an atmosphere of atmospheric nitrogen gas and have a specific composition and Li-containing α-sialon. The present inventors have found that it is possible to shorten the wavelength of the fluorescent light and the excellent fluorescent intensity in the phosphors.

本発明者らは、また、出発原料として含窒素シラン化合物および/または非晶質(アモルファス)窒化ケイ素粉末を用いると、一次粒子サイズが大きく、一次粒子同士の凝集が少なく、また、凝集力も弱いLi含有α−サイアロン蛍光体を得ることが可能なことを突き止めた。しかも、結晶質の窒化ケイ素を用いて作製したものよりも、高い蛍光強度を有している。   In addition, when the present inventors use a nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder as a starting material, the primary particle size is large, the primary particles are less aggregated, and the cohesive force is weak. It has been found that a Li-containing α-sialon phosphor can be obtained. Moreover, it has higher fluorescence intensity than that produced using crystalline silicon nitride.

本発明者らは、さらに、LiとEuを含有するα−サイアロン系蛍光体において、一次粒子のサイズの大きなLi含有α−サイアロンを得ることが可能であることを突き止めた。さらにこの方法では、より短波長の蛍光を発するLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末を得ることができること、また、その蛍光強度は、通常の方法で作製したものに比べ、高くなることを突き止めた。   Furthermore, the present inventors have found that it is possible to obtain Li-containing α-sialon having a large primary particle size in an α-sialon-based phosphor containing Li and Eu. Furthermore, with this method, it was found that a Li-containing α-sialon-based phosphor powder that emits fluorescence of a shorter wavelength can be obtained, and that the fluorescence intensity is higher than that produced by a normal method. .

こうして、本発明は、下記を提供する。
一般式(1)
LiEuSi12−(m+n)Al(m+n)n+δ16−n‐δ (1)
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya+δ=m;0.45≦x<1.2、0.001≦y≦0.2、0.9≦m≦2.5、0.5≦n≦2.4、δ>0である。)で表されることを特徴とするLi含有α−サイアロン系蛍光体に関する。
Thus, the present invention provides the following.
General formula (1)
Li x Eu y Si 12- (m + n) Al (m + n) On + δ N 16-n-δ (1)
(Wherein the average valence of Eu is a, x + ya + δ = m; 0.45 ≦ x <1.2, 0.001 ≦ y ≦ 0.2, 0.9 ≦ m ≦ 2.5, 0. 5 ≦ n ≦ 2.4 and δ> 0.) The present invention relates to a Li-containing α-sialon-based phosphor.

好ましくは、本発明は、前記δが0.05〜1.2であり、前記xとmとの比x/mが、0.4〜0.9の範囲であることを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体に関する。さらに、本発明の好ましい態様は、前記xが、0.82≦x<1.2であり、前記x/mが、0.5〜0.9の範囲であることを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体である。   Preferably, in the present invention, the δ is 0.05 to 1.2, and the ratio x / m of the x and m is in the range of 0.4 to 0.9. The present invention relates to a contained α-sialon phosphor. Furthermore, in a preferred aspect of the present invention, the x is 0.82 ≦ x <1.2, and the x / m is in the range of 0.5 to 0.9. It is an α-sialon phosphor.

さらに、本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体は、前記xが、0.91≦x<1.2であり、前記x/mが、0.6〜0.9の範囲であることが好ましい。また、本発明は、励起光を入射することにより、波長560nmから580nmのピーク波長の蛍光を放出することを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体に関する。   Furthermore, in the Li-containing α-sialon phosphor of the present invention, the x is 0.91 ≦ x <1.2, and the x / m is in the range of 0.6 to 0.9. preferable. In addition, the present invention relates to the Li-containing α-sialon-based phosphor, which emits fluorescence having a peak wavelength of 560 nm to 580 nm when incident excitation light is incident.

また、本発明は、発光源と、前記Li含有α−サイアロン系蛍光体を含有する蛍光体とから構成される照明器具に関する。前記発光源は330〜500nmの波長の光を発光するLEDであることが好ましい。また、本発明の照明器具の一態様は、前記蛍光体は、さらに、600nm〜650nmの赤色を発する蛍光体を含有していることを特徴とする。   Moreover, this invention relates to the lighting fixture comprised from the light emission source and the fluorescent substance containing the said Li containing alpha-sialon type fluorescent substance. The light emitting source is preferably an LED that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm. Moreover, one aspect | mode of the lighting fixture of this invention is characterized by the said fluorescent substance containing the fluorescent substance which emits red of 600 nm-650 nm further.

また、本発明は、励起源と前記Li含有α−サイアロン系蛍光体を含有する蛍光体とから構成される画像表示装置に関する。本発明の画像表示装置の一態様は、前記励起源が電子線、電場、真空紫外、紫外線であることを特徴とする。   The present invention also relates to an image display device comprising an excitation source and a phosphor containing the Li-containing α-sialon phosphor. One embodiment of the image display device of the present invention is characterized in that the excitation source is an electron beam, an electric field, vacuum ultraviolet, or ultraviolet.

また、本発明は、窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを、一般式(1)で表わされる所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、1400〜1800℃で焼成することを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法に関する。本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法において、焼成後のLi含有α−サイアロン系蛍光体を、酸洗浄することが好ましい。   In addition, the present invention provides a silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound, an aluminum source-containing material, a nitride of Li, an oxynitride, an oxide, or a precursor that becomes an oxide by thermal decomposition. A material and a precursor material that becomes Eu nitride, oxynitride, oxide, or oxide by thermal decomposition, rather than the desired Li-containing α-sialon phosphor composition represented by the general formula (1) The Li-containing α-sialon-based phosphor is characterized by being weighed and mixed so as to have an excessive composition of lithium, and fired at 1400 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen. It relates to a manufacturing method. In the method for producing a Li-containing α-sialon-based phosphor of the present invention, it is preferable that the Li-containing α-sialon-based phosphor after firing is subjected to acid cleaning.

また、本発明は、前記窒化ケイ素粉末として、非晶質窒化ケイ素粉末を使用することを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法に関する。   The present invention also relates to a method for producing the Li-containing α-sialon-based phosphor, wherein amorphous silicon nitride powder is used as the silicon nitride powder.

本発明は、1つの好ましい態様において、一般式(1)で表されるLi含有α−サイアロン系蛍光体であって、走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される一次粒子径の平均アスペクト比が2以下であり、平均粒子径Dparticleが1μm以上、3.0μm以下であることを特徴とするLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末に関する。In one preferred embodiment, the present invention is an Li-containing α-sialon-based phosphor represented by the general formula (1), which is an average primary particle diameter measured by image analysis of a scanning electron micrograph. The present invention relates to a Li-containing α-sialon-based phosphor powder having an aspect ratio of 2 or less and an average particle diameter D particle of 1 μm or more and 3.0 μm or less.

また、本発明は、この態様において、走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される粒子において、0.8μm以上の一次粒子が面積比で70%以上存在することを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末に関する。また、本発明は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した粒度分布曲線における頻度分布曲線が、単一のピークであり、メジアン径が4〜15μmであることを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末に関する。   Further, according to the present invention, in this aspect, in the particles measured by image analysis of a scanning electron micrograph, primary particles of 0.8 μm or more are present in an area ratio of 70% or more. The present invention relates to a contained α-sialon phosphor powder. In the present invention, the frequency distribution curve in the particle size distribution curve measured with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device is a single peak, and the median diameter is 4 to 15 μm. The present invention relates to α-sialon phosphor powder.

また、本発明は、この態様において、粒度分布曲線における10%径が1.5μm以上で、90%径が15μm以下であることを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末に関する。   In this aspect, the present invention also relates to the Li-containing α-sialon-based phosphor powder, wherein the 10% diameter in the particle size distribution curve is 1.5 μm or more and the 90% diameter is 15 μm or less.

また、本発明は、この態様において、励起光を入射することにより、波長560nmから580nmのピーク波長の蛍光を放出することを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末に関する。   Moreover, this invention relates to the said Li containing alpha-sialon type | system | group fluorescent substance powder which discharge | releases fluorescence with a peak wavelength of 560 nm to 580 nm by injecting excitation light in this aspect.

また、本発明は、この態様において、発光源と、前記Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末を含有する蛍光体とから構成される照明器具に関する。前記発光源が330〜500nmの波長の光を発光するLEDであることが好ましい。さらに前記蛍光体の他の形態として、600nm〜650nmの赤色を発する蛍光体を含有していてもよい。   Moreover, this invention relates to the lighting fixture comprised in this aspect from the light emission source and the fluorescent substance containing the said Li containing alpha-sialon type | system | group fluorescent substance powder. It is preferable that the light emitting source is an LED that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm. Further, as another form of the phosphor, a phosphor emitting red light of 600 nm to 650 nm may be contained.

また、本発明は、この態様において、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを、一般式(1)で表わされる所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、1400〜1800℃で焼成することを特徴とする前記Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末の製造方法に関する。   Further, according to the present invention, in this embodiment, the amorphous silicon nitride powder and / or the nitrogen-containing silane compound, the aluminum source material containing AlN, the nitride of Li, the oxynitride, the oxide, or the thermal decomposition And a precursor material that becomes an oxide of Eu, a precursor material that becomes an oxide by pyrolysis, and a desired Li-containing α- represented by the general formula (1) Li-containing, characterized in that lithium is weighed and mixed so as to have a lithium-excess composition rather than a sialon-based phosphor composition, and fired at 1400 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen. The present invention relates to a method for producing an α-sialon phosphor powder.

本発明は、もう1つの好ましい態様において、一般式(1)で表されるLi含有α−サイアロン系蛍光体であって、走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される一次粒子のアスペクト比が3以下であり、短軸の長さが3μmより大きいことを特徴とするLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子を提供する。   In another preferred embodiment, the present invention is an Li-containing α-sialon-based phosphor represented by the general formula (1), which is an aspect of primary particles measured by image analysis of a scanning electron micrograph. Provided is a Li-containing α-sialon-based phosphor particle having a ratio of 3 or less and a minor axis length of greater than 3 μm.

さらに、本発明のこの態様は、一般式(1)の組成になる理論量の、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物とAlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、さらに、前記理論量に含まれない過剰の、Liの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを混合し、常圧の窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1500〜1800℃で焼成することを特徴とする上記のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の製造方法に関する。   Furthermore, this aspect of the present invention includes a theoretical amount of amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound and an aluminum source material containing AlN, and a nitride of Li having the composition of the general formula (1). , Oxynitride, oxide, or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition, Eu nitride, oxynitride, oxide, or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition, and the theory Excess Li oxide not included in the amount, or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition is mixed and fired at 1500 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere containing normal pressure nitrogen. And a method for producing the above Li-containing α-sialon-based phosphor powder.

本発明のこの態様において、好ましくは、前記理論量に含まれない過剰の、Liの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質の金属リチウムの量が、理論量の生成物のLi含有α−サイアロン系蛍光体1モルに対して、0.1〜1.25モルである。
本発明のこの態様は、発光源と、上記一般式(1)で表されるLi含有α−サイアロン系蛍光体を含有する蛍光体とから構成される照明器具に関する。前記発光源が330〜500nmの波長の光を発光するLEDであることを特徴とする。
In this aspect of the invention, preferably, the amount of excess Li oxide not included in the theoretical amount, or the precursor metal lithium that becomes an oxide by thermal decomposition, is the theoretical amount of product Li. It is 0.1-1.25 mol with respect to 1 mol of the contained α-sialon phosphor.
This aspect of the present invention relates to a luminaire comprising a light emitting source and a phosphor containing the Li-containing α-sialon phosphor represented by the general formula (1). The light emitting source is an LED that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm.

本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体は、生成物のLi含有量を調整し、特定の組成とすることにより、従来得られなかった高い蛍光強度を示し、紫外または青色LEDを光源として、昼白色、昼光色の色を発する白色LEDなどの照明装置を提供することができる。   The Li-containing α-sialon-based phosphor of the present invention shows high fluorescence intensity that has not been obtained conventionally by adjusting the Li content of the product and having a specific composition, and using an ultraviolet or blue LED as a light source, An illumination device such as a white LED that emits a daylight white color or a daylight color can be provided.

本発明の好ましい態様によれば、非晶質窒化珪素及び/又は含窒素シラン化合物を原料にすることにより、特定の粒子形態を有するLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子とし、生成物のLi含有量を調整することで特定組成のLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子とすることにより、従来得られなかった高い蛍光強度を示す蛍光体を得ることができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, Li-containing α-sialon-based phosphor particles having a specific particle form are obtained by using amorphous silicon nitride and / or a nitrogen-containing silane compound as a raw material, and the product contains Li. By adjusting the amount to obtain Li-containing α-sialon-based phosphor particles having a specific composition, it is possible to obtain a phosphor exhibiting high fluorescence intensity that has not been obtained conventionally.

本発明のもう1つの好ましい態様によれば、従来にない一次粒子サイズの大きなLi含有α−サイアロン蛍光体を得ることができる。本発明のLi含有α−サイアロン蛍光体は、高い蛍光強度を有し、かつ、蛍光体粉末として優れた特性を有する。   According to another preferred embodiment of the present invention, an unconventional Li-containing α-sialon phosphor having a large primary particle size can be obtained. The Li-containing α-sialon phosphor of the present invention has high fluorescence intensity and excellent characteristics as a phosphor powder.

また、本発明により得られる、これらの蛍光体粉末を使用することにより、紫外または青色LEDを光源として、昼白色、昼光色の色を発する白色LEDなどの高輝度の照明装置を提供することができる。   Further, by using these phosphor powders obtained by the present invention, it is possible to provide a high-luminance illumination device such as a white LED that emits a daylight white color or a daylight color using an ultraviolet or blue LED as a light source. .

図1A及び1Bは、実施例2および実施例6の酸処理後の粉末の一実施形態の状態を示したSEM写真である。図1Aは非晶質窒化ケイ素を原料に用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末、図1Bは結晶質窒化ケイ素を原料に用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末のSEM写真である。
図2A及び2Bは、実施例2および実施例6の粉砕後の蛍光体粉末の一実施形態を示したSEM写真である。図2Aの非晶質窒化ケイ素を原料に用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末のSEM写真、図2Bは結晶質窒化ケイ素を原料に用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末のSEM写真である。
図3A及び3Bは図2A及び2Bの拡大写真である。
図4Aは、実施例2で得られた本発明のLi−α−サイアロン蛍光体粉末の粒度分布(頻度分布曲線)図であり、図4Bは結晶質窒化ケイ素を原料に用いた実施例6で得られた蛍光体粉末の粒度分布図である。
図5、実施例11で得られた粉末のSEM写真である。
1A and 1B are SEM photographs showing the state of an embodiment of the powder after acid treatment of Example 2 and Example 6. FIG. FIG. 1A is a SEM of Li-containing α-sialon phosphor powder prepared using amorphous silicon nitride as a raw material, and FIG. 1B is an SEM of Li-containing α-sialon phosphor powder prepared using crystalline silicon nitride as a raw material. It is a photograph.
2A and 2B are SEM photographs showing one embodiment of the phosphor powder after pulverization of Example 2 and Example 6. FIG. FIG. 2A is an SEM photograph of Li-containing α-sialon phosphor powder produced using amorphous silicon nitride as a raw material, and FIG. 2B is a Li-containing α-sialon phosphor produced using crystalline silicon nitride as a raw material. It is a SEM photograph of powder.
3A and 3B are enlarged photographs of FIGS. 2A and 2B.
4A is a particle size distribution (frequency distribution curve) of the Li-α-sialon phosphor powder of the present invention obtained in Example 2, and FIG. 4B is Example 6 using crystalline silicon nitride as a raw material. It is a particle size distribution figure of the obtained fluorescent substance powder.
5 is an SEM photograph of the powder obtained in Example 11. FIG.

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明において、Li含有α−サイアロン系蛍光体は、一般式(1)
LiEuSi12−(m+n)Al(m+n)n+δ16−n‐δ (1)
で示される。ここで、Euの平均価数をaとすると、x+ya+δ=mである(但し、δ>0である)。
The present invention will be described in detail below.
In the present invention, the Li-containing α-sialon-based phosphor has the general formula (1)
Li x Eu y Si 12- (m + n) Al (m + n) On + δ N 16-n-δ (1)
Indicated by Here, when the average valence of Eu is a, x + ya + δ = m (where δ> 0).

本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体は、Liの含有量に特徴がある。即ち、本発明者らは、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中で焼成したLi含有α−サイアロン系蛍光体は仕込組成と、得られた合成物の組成ではLiの含有量に大きな差があるということを突き止めた。Liは蒸発しやすい元素であり、焼成中に、蒸発が起こり、結果として、酸洗浄後に得られたLi含有α−サイアロン系蛍光体のLiの含有量が少なくなる。Liの蒸発は常圧下または減圧下の焼成では特に顕著であり、仕込組成と、得られた合成物の組成との相関を詳細に調べることにより、前記のLi含有α−サイアロンの組成式において、δが0.05〜1.2であり、前記xとmとの比x/mが、0.4〜0.9の範囲である場合に、X線回折パターンで、ほぼ単一相のLi含有α−サイアロン系蛍光体と同定される蛍光体が得られることを見出した。本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体のLi組成領域において、優れた蛍光強度とより短い蛍光波長が両立できることを示したのは本発明が始めてである。   The Li-containing α-sialon phosphor of the present invention is characterized by the Li content. That is, the present inventors found that the Li-containing α-sialon-based phosphor fired in a normal pressure inert gas atmosphere containing nitrogen has a large Li content in the charged composition and the composition of the obtained composite. I found out that there was a difference. Li is an element that easily evaporates, and evaporation occurs during firing. As a result, the Li content of the Li-containing α-sialon-based phosphor obtained after the acid cleaning decreases. The evaporation of Li is particularly noticeable in firing under normal pressure or reduced pressure, and by examining in detail the correlation between the charged composition and the composition of the resulting composite, in the composition formula of the Li-containing α-sialon, In the case where δ is 0.05 to 1.2 and the ratio x / m of x to m is in the range of 0.4 to 0.9, the X-ray diffraction pattern shows almost single-phase Li It has been found that a phosphor identified as the containing α-sialon phosphor can be obtained. This is the first time that the present invention has shown that excellent fluorescence intensity and shorter fluorescence wavelength can be achieved in the Li composition region of the Li-containing α-sialon phosphor of the present invention.

本発明では、0.08〜0.9MPaの圧力の不活性ガス雰囲気中1400〜2000℃で焼成した後、酸洗浄することでLi含有α−サイアロン系蛍光体を合成する。焼成雰囲気としては、窒素雰囲気下、常圧で行うことが好ましい。特に、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中における合成を行うことで、Li含有α−サイアロン系蛍光体の生産コストを低減させることができる。本発明者らは、常圧の窒素雰囲気において様々な組成のLi含有α−サイアロン系蛍光体を合成し、酸洗浄後に得られたLi含有α−サイアロン系蛍光体の蛍光特性に対する組成的な特徴を見出した。その結果、常圧の窒素雰囲気中での焼成で、優れた蛍光強度とより短い蛍光波長が両立できるLi含有α−サイアロン系蛍光体の合成が、初めて可能になった。   In this invention, after baking at 1400-2000 degreeC in the inert gas atmosphere of a 0.08-0.9MPa pressure, a Li containing alpha-sialon type fluorescent substance is synthesize | combined by acid washing. As a firing atmosphere, it is preferable to carry out at normal pressure under nitrogen atmosphere. In particular, the production cost of the Li-containing α-sialon phosphor can be reduced by performing synthesis in an inert gas atmosphere containing nitrogen at normal pressure. The present inventors synthesized Li-containing α-sialon-based phosphors having various compositions in a nitrogen atmosphere at normal pressure, and have compositional characteristics on the fluorescence characteristics of the Li-containing α-sialon-based phosphors obtained after acid cleaning. I found. As a result, it became possible for the first time to synthesize a Li-containing α-sialon-based phosphor capable of achieving both excellent fluorescence intensity and shorter fluorescence wavelength by firing in a nitrogen atmosphere at normal pressure.

さらに、本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体には、前記のようにx+ya+δ=m(但し、δ>0)と表され、x+yaがmよりも小さいという特徴がある。ここでaはEuの平均価数であるが、Euの価数は温度と雰囲気中の酸素分圧によって異なる。室温では3価が安定であるため、Euの酸化物としてはEuしか知られていないが、温度が高くなると2価の方が安定となるので、窒素雰囲気中、高温では、Euが2価に還元され、Eu2+としてα−サイアロンの結晶格子に固溶すると考えられている。前記特許文献2(WO2007/004493)の14ページの段落0065に開示されているように、従来報告されている文献、特許公報においては、総て、Euは2価として、α−サイアロンの組成式が組み立てられている。このため、本発明のLi含有α−サイアロンの組成においては、Euの価数は2価であるとしてδを算出する。Furthermore, the Li-containing α-sialon phosphor of the present invention is expressed as x + ya + δ = m (where δ> 0) as described above, and is characterized in that x + ya is smaller than m. Here, a is the average valence of Eu, but the valence of Eu varies depending on the temperature and the oxygen partial pressure in the atmosphere. Since trivalent is stable at room temperature, only Eu 2 O 3 is known as an Eu oxide. However, since the divalent becomes more stable when the temperature is higher, Eu is higher at higher temperatures in a nitrogen atmosphere. It is believed that it is reduced to a divalent form and is dissolved as Eu 2+ in the crystal lattice of α-sialon. As disclosed in paragraph 0065 on page 14 of Patent Document 2 (WO2007 / 004493), in the literatures and patent publications that have been reported in the past, Eu is divalent, and α-sialon has a composition formula. Is assembled. For this reason, in the composition of the Li-containing α-sialon of the present invention, δ is calculated assuming that the valence of Eu is divalent.

従来のサイアロンにおいては、いずれも固溶する金属の量はm/[金属の価数]となり、従来技術におけるLi含有α−サイアロン系蛍光体の組成は、いずれもx+ya=mという関係式を満足していた。一方、本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体の場合、従来の組成よりもAlの含有量が多く、その化学組成は、前記の一般式(1)で表されるという特徴がある。x+yaがmよりも小さいことによって、Li含有α−サイアロン系蛍光体を構成するSi原子とAl原子の比率が変わり、同時に酸素原子の比率と窒素原子の比率も変わる。   In conventional sialons, the amount of metal dissolved in all is m / [metal valence], and the composition of Li-containing α-sialon phosphors in the prior art satisfies the relational expression x + ya = m. Was. On the other hand, in the case of the Li-containing α-sialon phosphor of the present invention, the content of Al is higher than that of the conventional composition, and the chemical composition is characterized by being represented by the general formula (1). When x + ya is smaller than m, the ratio of Si atoms and Al atoms constituting the Li-containing α-sialon phosphor changes, and at the same time, the ratio of oxygen atoms and the ratio of nitrogen atoms also changes.

このようなLi含有α−サイアロン系蛍光体における構成原子の組成変化により、電荷ずれが生じることも考えられる。この場合には、Li含有α−サイアロン系蛍光体中に生じる欠陥によって、電荷バランスが補償されることも考えられる。α−サイアロンの結晶格子には、陽イオン(Si,Al)―陰イオン(O,N)―陽イオン(Si,Al)―陰イオン(O,N)―から成るネットワークが存在し、ネットワークの間隙にLi,Euなどの金属元素が侵入固溶している。陽イオンサイトに空孔が生じると、相対的に、陰イオンサイトの酸素または窒素原子の割合が増加し、逆に、陰イオンサイトに空孔が生じると、相対的に、陰イオンサイトの酸素または窒素原子の割合が減少するので、その化学組成は、より一般的に次式(2)で表される。
LiEuSi12−(m+n)Al(m+n)n+ε16−n−φ (2)
ここで、Euの平均価数をaとすると、x+ya+δ=mであり、かつδ=3φ−2εである。ここで、(n+ε)は陰イオンサイトを占有する酸素原子の数を表し、(16−n−φ)は陰イオンサイトを占有する窒素原子の数を表す。但し、δ>0であり、−δ/2≦ε≦δ/2であり、−δ/3≦φ≦δ/3である。
It is also conceivable that a charge shift occurs due to a composition change of constituent atoms in such a Li-containing α-sialon phosphor. In this case, it is also conceivable that the charge balance is compensated by defects generated in the Li-containing α-sialon phosphor. The α-sialon crystal lattice has a network consisting of cations (Si, Al) -anions (O, N) -cations (Si, Al) -anions (O, N)- Metal elements such as Li and Eu enter and dissolve in the gaps. When vacancies are generated at the cation sites, the proportion of oxygen or nitrogen atoms at the anion sites is relatively increased. Conversely, when vacancies are generated at the anion sites, oxygen at the anion sites is relatively increased. Or since the ratio of nitrogen atoms decreases, the chemical composition is more generally expressed by the following formula (2).
Li x Eu y Si 12- (m + n) Al (m + n) On + εN 16-n-φ (2)
Here, when the average valence of Eu is a, x + ya + δ = m and δ = 3φ−2ε. Here, (n + ε) represents the number of oxygen atoms that occupy the anion site, and (16−n−φ) represents the number of nitrogen atoms that occupy the anion site. However, δ> 0, −δ / 2 ≦ ε ≦ δ / 2, and −δ / 3 ≦ φ ≦ δ / 3.

原料中のLiを増やして、x+yaとmが一致するようなサイアロンを合成しようとすると、異相の生成がおこり、単相のLi含有α−サイアロン系蛍光体を得ることができない。本発明の方法で得られるLi含有α−サイアロン系蛍光体は、x+yaとmが一致しないほうが安定なサイアロンになるという知見から得られたものである。x+yaとmを一致させることに注力すると、高圧の窒素ガスの中で合成を行うなどのコストアップにつながり、また再現性にも乏しくなるので好ましくない。   If an attempt is made to synthesize a sialon such that x + ya and m coincide with each other by increasing Li in the raw material, a heterogeneous phase is generated, and a single-phase Li-containing α-sialon-based phosphor cannot be obtained. The Li-containing α-sialon-based phosphor obtained by the method of the present invention is obtained from the finding that x + ya and m do not coincide with each other to become a stable sialon. Focusing on matching x + ya and m is not preferable because it leads to cost increase such as synthesis in high-pressure nitrogen gas and the reproducibility is poor.

本発明者らによる検討の結果、単相のLi含有α−サイアロン系蛍光体となる組成は、Li含有α−サイアロン系蛍光体の一般式(1)において、0.45≦x<1.2、より好ましくは、0.82≦x<1.2の範囲である。さらに好ましくは、0.91≦x<1.2の範囲である。xが0.45よりも小さいと、蛍光強度が低くなり、1.2以上では、異相が生成し、単一相のα−サイアロン系蛍光体が得られなくなる。特に、短波長化と蛍光強度を両立できる組成範囲は、0.82≦x<1.2である。蛍光の波長は、Liの含有量が多くなると、短波長にシフトし、ピーク波長で560nm〜580nmの範囲で変化させることができる。   As a result of the study by the present inventors, the composition that becomes a single-phase Li-containing α-sialon phosphor is 0.45 ≦ x <1.2 in the general formula (1) of the Li-containing α-sialon phosphor. More preferably, the range is 0.82 ≦ x <1.2. More preferably, it is the range of 0.91 <= x <1.2. When x is smaller than 0.45, the fluorescence intensity is lowered, and when 1.2 or more, a heterogeneous phase is generated, and a single-phase α-sialon phosphor cannot be obtained. In particular, the composition range that can achieve both shorter wavelength and fluorescence intensity is 0.82 ≦ x <1.2. The fluorescence wavelength shifts to a shorter wavelength as the Li content increases, and can be changed in the range of 560 nm to 580 nm at the peak wavelength.

また、本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体は、δ>0であることが特徴であるが、特にδが0.05〜1.2であり、xとmとの比x/mで0.5〜0.9であることが、蛍光強度が高くなり、より好ましい。δが0.05〜1.0であり、x/m比が0.6〜0.9であれば、さらに好ましい。   In addition, the Li-containing α-sialon phosphor of the present invention is characterized by δ> 0, and in particular, δ is 0.05 to 1.2, and the ratio of x to m is x / m. It is more preferable that it is 0.5 to 0.9 because the fluorescence intensity increases. More preferably, δ is 0.05 to 1.0 and the x / m ratio is 0.6 to 0.9.

EuはLi含有α−サイアロン系蛍光体に固溶して発光源となる元素であり、一般式(1)において、yは、0.001≦y≦0.2が好ましい。yが0.001より小さい発光源が少なくなるために明るい蛍光体を得ることができない、また、0.2よりも大きいと短波長の蛍光を発するサイアロンが得られなくなる。より好ましい範囲は、0.01≦y≦0.15であり、さらに好ましい範囲は、0.01≦y≦0.1である。   Eu is an element that becomes a light-emitting source when dissolved in a Li-containing α-sialon-based phosphor. In general formula (1), y is preferably 0.001 ≦ y ≦ 0.2. Bright phosphors cannot be obtained because the number of light emitting sources with y less than 0.001 decreases, and sialon that emits short-wavelength fluorescence cannot be obtained when y is greater than 0.2. A more preferable range is 0.01 ≦ y ≦ 0.15, and a further preferable range is 0.01 ≦ y ≦ 0.1.

mとnは0.9≦m≦2.5、0.5≦n≦2.4である。mはサイアロンへ金属元素が固溶する際に電気的中性を保つために決められる値で、m=x+ya+δである。aはEuの平均価数。ここで、α−サイアロンを構成する陽イオン(Si,Al)―陰イオン(O,N)―陽イオン(Si,Al)―陰イオン(O,N)―から成るネットワークにおいて、侵入固溶した金属元素(LiおよびEu)の数に対応する陽イオンサイトの置換Al原子数よりも過剰にSi原子を置換したAl原子数をδと表記する(但し、本発明においては、δ>0である)。mが0.9より小さいと金属元素(LiおよびEu)の固溶量が小さくサイアロン結晶が安定化し難いため、蛍光体の蛍光強度が低下するおそれがある。m値が2.5より大きいとサイアロン以外の結晶相が生成し易くなる。0.9≦m≦2.5が好ましい。nはLi含有α−サイアロン系蛍光体への酸素の置換固溶量に関する値である。n値が0.5よりも小さい、または(n+δ)が0.55より小さいと金属元素(LiおよびEu)の固溶量が小さく、サイアロン結晶が安定化し難いため、蛍光強度が低下する恐れがある。n値が2.4よりも大きい、または(n+δ)が3.2より大きいと、サイアロン以外の結晶相が生成し易くなる。より好ましい範囲は、1.0≦m≦2.1、1.4≦n≦2.4、1.8≦n+δ≦3.1であり、さらに好ましい範囲は、1.1≦m≦2.0、1.55≦n≦2.3、1.9≦n+δ≦3.0である。   m and n are 0.9 ≦ m ≦ 2.5 and 0.5 ≦ n ≦ 2.4. m is a value determined to maintain electrical neutrality when the metal element is dissolved in sialon, and m = x + ya + δ. a is the average valence of Eu. Here, in the network composed of cations (Si, Al) —anions (O, N) —cations (Si, Al) —anions (O, N) — constituting α-sialon, intrusion and solid solution occurred. The number of Al atoms substituted by Si atoms in excess of the number of substituted Al atoms at the cation site corresponding to the number of metal elements (Li and Eu) is expressed as δ (in the present invention, δ> 0). ). If m is smaller than 0.9, the solid solution amount of the metal elements (Li and Eu) is so small that it is difficult to stabilize the sialon crystal, so that the fluorescence intensity of the phosphor may be lowered. When the m value is larger than 2.5, a crystal phase other than sialon is easily generated. 0.9 ≦ m ≦ 2.5 is preferable. n is a value related to the substitutional solid solution amount of oxygen in the Li-containing α-sialon phosphor. If the n value is smaller than 0.5 or (n + δ) is smaller than 0.55, the solid solution amount of the metal elements (Li and Eu) is small, and the sialon crystal is difficult to stabilize, so that the fluorescence intensity may decrease. is there. When the n value is larger than 2.4 or (n + δ) is larger than 3.2, a crystal phase other than sialon is easily generated. More preferable ranges are 1.0 ≦ m ≦ 2.1, 1.4 ≦ n ≦ 2.4, 1.8 ≦ n + δ ≦ 3.1, and still more preferable ranges are 1.1 ≦ m ≦ 2. 0, 1.55 ≦ n ≦ 2.3, 1.9 ≦ n + δ ≦ 3.0.

なお、ここでいう異相とは、X線回折の回折パターンによって同定される異相であって、X線回折に現れない成分、たとえば、ガラスなどは含まれない。   The heterogeneous phase here is a heterogeneous phase identified by a diffraction pattern of X-ray diffraction, and does not include components that do not appear in X-ray diffraction, such as glass.

次に本発明のサイアロン系蛍光体粉末の作製方法について述べる。   Next, a method for producing the sialon phosphor powder of the present invention will be described.

本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、窒化ケイ素粉末と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを、所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、混合物を、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得ることができる。得られた粉末は、酸溶液において洗浄され、表面に付着したガラス成分などを取り除くことで、最終的に、実質的にLi含有α−サイアロン系蛍光体の単相で構成された蛍光体粉末を得ることができる。   The Li-containing α-sialon-based phosphor powder of the present invention includes a silicon nitride powder, a substance serving as an aluminum source containing AlN, a Li nitride, an oxynitride, an oxide, or a precursor that becomes an oxide by thermal decomposition. And a precursor material that becomes an oxide of Eu nitride, oxynitride, oxide, or thermal decomposition into a composition containing more lithium than the desired Li-containing α-sialon-based phosphor composition. Weighing and mixing so that the mixture can be obtained by firing at 1400 to 2000 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen at normal pressure. The obtained powder is washed with an acid solution to remove the glass component adhering to the surface, and finally, a phosphor powder substantially composed of a single phase of a Li-containing α-sialon phosphor is obtained. Can be obtained.

原料物質のLi化合物を増やす理由は、Liが蒸発しやすく、得られるLi含有α−サイアロン系蛍光体のLiが少なくなりすぎることを防ぐためである。   The reason for increasing the Li compound of the raw material is to prevent Li from evaporating and preventing the Li from the resulting Li-containing α-sialon phosphor from becoming too small.

原料の窒化ケイ素粉末としては、結晶質窒化ケイ素、あるいは、含窒素シラン化合物および/または非晶質(アモルファス)窒化ケイ素粉末を用いてもよい。
含窒素シラン化合物としては、シリコンジイミド(Si(NH))、シリコンニトロゲンイミド(SiNH)などを用いることができる。またこれらの化合物を窒化ケイ素粉末と混合して用いてもよい。
As the raw material silicon nitride powder, crystalline silicon nitride, nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder may be used.
As the nitrogen-containing silane compound, silicon diimide (Si (NH) 2 ), silicon nitrogen imide (Si 2 N 2 NH), or the like can be used. Further, these compounds may be used by mixing with silicon nitride powder.

主原料である含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化ケイ素粉末は、公知の方法、例えば、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四沃化ケイ素などのハロゲン化ケイ素とアンモニアとを気相または液相状態で反応させることにより生成するシリコンジイミド等のSi−N−H系前駆体化合物を窒素またはアンモニアガス雰囲気下に600〜1200℃に加熱分解して得ることができる。また、結晶質窒化ケイ素粉末は、得られた含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化ケイ素粉末を、1300℃〜1550℃で焼成することによって得られる。結晶質の窒化ケイ素は金属シリコンを窒素雰囲気中で、直接窒化することでも得ることができるが、この方法では微粉の粉末を得るには、粉砕工程を要することから、不純物が入りやすいので、高純度粉末を得やすい前駆体を分解する方法を採用することが好ましい。   The nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder as the main raw material may be obtained by a known method, for example, by vaporizing silicon halide such as silicon tetrachloride, silicon tetrabromide, silicon tetraiodide and ammonia in the gas phase. A Si—N—H system precursor compound such as silicon diimide produced by reacting in a liquid phase can be obtained by thermal decomposition at 600 to 1200 ° C. in a nitrogen or ammonia gas atmosphere. The crystalline silicon nitride powder is obtained by firing the obtained nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder at 1300 ° C to 1550 ° C. Crystalline silicon nitride can also be obtained by nitriding metal silicon directly in a nitrogen atmosphere, but this method requires a pulverization step to obtain a fine powder, so impurities can easily enter. It is preferable to employ a method of decomposing a precursor that easily obtains a pure powder.

また、含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化ケイ素粉末、結晶質窒化ケイ素粉末は、酸素含有量が1〜5質量%のものを使用する。酸素含有量1〜3質量%のものは更に好ましい。酸素含有量が1質量%未満のものでは、焼成過程での反応によるα−サイアロン相の生成が著しく困難となり、出発物質の結晶相の残存や21R等のAlNポロタイプの生成が起こり好ましくない。また、一方、酸素含有量が5質量%以上になると、α−サイアロン生成反応は促進される反面、β−サイアロンや酸窒化物ガラスの生成割合が増大する。   The nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder and crystalline silicon nitride powder have an oxygen content of 1 to 5% by mass. Those having an oxygen content of 1 to 3% by mass are more preferable. When the oxygen content is less than 1% by mass, the formation of an α-sialon phase due to the reaction in the firing process becomes extremely difficult, and the remaining crystal phase of the starting material and the generation of AlN porotype such as 21R are not preferable. On the other hand, when the oxygen content is 5% by mass or more, the α-sialon production reaction is promoted, but the production rate of β-sialon and oxynitride glass increases.

また、含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化ケイ素粉末は、80〜600m/gの比表面積を持つものの使用が好ましい。340〜500m/gのものは更に好ましい。結晶質窒化ケイ素の場合、1m/g〜15m/gの比表面積をもつ原料を用いることが好ましい。The nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder preferably has a specific surface area of 80 to 600 m 2 / g. A thing of 340-500 m < 2 > / g is still more preferable. For crystalline silicon nitride, it is preferable to use a material having a specific surface area of 1m 2 / g~15m 2 / g.

アルミニウム源となる物質としては、酸化アルミニウム、金属アルミニウム、窒化アルミニウムが挙げられ、これらの粉末の夫々を単独で使用しても良く、併用しても良い。窒化アルミニウム粉末は、酸素含有量が0.1〜8質量%、比表面積が1〜100m/gの一般的なものを使用することができる。Examples of the aluminum source include aluminum oxide, metal aluminum, and aluminum nitride. Each of these powders may be used alone or in combination. As the aluminum nitride powder, a general one having an oxygen content of 0.1 to 8% by mass and a specific surface area of 1 to 100 m 2 / g can be used.

LiおよびEuの熱分解により酸化物となる前駆体物質としては、夫々の炭酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩、塩基性炭酸塩、水酸化物等の金属塩類を挙げることができる。   Examples of precursor substances that are converted to oxides by thermal decomposition of Li and Eu include metal salts such as carbonates, oxalates, citrates, basic carbonates, and hydroxides.

本発明では、Li含有α−サイアロン系蛍光体の構成成分以外の、金属不純物量が0.01質量%以下となる様にすることが好ましい。特に、添加量の多い含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化ケイ素粉末、および/または結晶質窒化ケイ素並びに、酸化アルミニウム、AlNについては、金属不純物の含有量が0.01質量%以下、好ましくは0.005質量%以下、更に好ましくは0.001質量%のものを使用する。金属Liの酸化物または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、金属Euの酸化物または熱分解により酸化物となる前駆体物質についても、酸化物になった場合の金属不純物含有量が0.01質量%以下のものの使用が好ましい。   In the present invention, it is preferable that the amount of metal impurities other than the constituent components of the Li-containing α-sialon phosphor is 0.01% by mass or less. In particular, for nitrogen-containing silane compounds and / or amorphous silicon nitride powder and / or crystalline silicon nitride with a large amount of addition, and aluminum oxide and AlN, the content of metal impurities is preferably 0.01% by mass or less, preferably Is 0.005% by mass or less, more preferably 0.001% by mass. The metal impurity content in the case of the oxide of the metal Li oxide or the precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition and the metal Eu oxide or the precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition is 0. It is preferable to use one having a mass of 0.01% by mass or less.

前記した各出発原料を混合する方法については、特に制約は無く、それ自体公知の方法、例えば、乾式混合する方法、原料各成分と実質的に反応しない不活性溶媒中で湿式混合した後に溶媒を除去する方法などを採用することができる。混合装置としては、V型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミル、媒体攪拌ミルなどが好適に使用される。但し、含窒素シラン化合物および/または非晶質窒化ケイ素粉末は、水分、湿気に対して極めて敏感であるので、出発原料の混合は、制御された不活性ガス雰囲気下で行うことが必要である。   The method for mixing each of the starting materials is not particularly limited. For example, a method known per se, for example, a dry mixing method, a wet mixing in an inert solvent that does not substantially react with each component of the starting material, and then the solvent is added. A removal method or the like can be employed. As the mixing device, a V-type mixer, a rocking mixer, a ball mill, a vibration mill, a medium stirring mill, or the like is preferably used. However, since the nitrogen-containing silane compound and / or amorphous silicon nitride powder is extremely sensitive to moisture and moisture, it is necessary to mix the starting materials in a controlled inert gas atmosphere. .

出発原料の混合物は、常圧の窒素含有不活性ガス雰囲気中1400〜1800℃、好ましくは1500〜1700℃で焼成され、目的とするLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末が得られる。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどが例示されるが、本発明においては、これらのガスと少量の水素ガスとを混合して使用することも可能である。焼成温度が1400℃よりも低いと、所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の生成に長時間の加熱を要し、実用的でない。また、生成粉末中におけるLi含有α−サイアロン系蛍光体相の生成割合も低下する。焼成温度が1800℃を超えると、窒化ケイ素およびサイアロンが昇華分解し、遊離のシリコンが生成する好ましくない事態が起こる。   The mixture of starting materials is fired at 1400 to 1800 ° C., preferably 1500 to 1700 ° C. in a nitrogen-containing inert gas atmosphere at normal pressure, and the target Li-containing α-sialon-based phosphor powder is obtained. Examples of the inert gas include helium, argon, neon, and krypton. In the present invention, these gases and a small amount of hydrogen gas can be mixed and used. When the firing temperature is lower than 1400 ° C., it takes a long time to produce the desired Li-containing α-sialon phosphor powder, which is not practical. Moreover, the production | generation ratio of Li containing alpha-sialon type | system | group fluorescent substance phase in production | generation powder also falls. If the firing temperature exceeds 1800 ° C., an undesirable situation occurs in which silicon nitride and sialon undergo sublimation decomposition and free silicon is produced.

粉末混合物の焼成に使用される加熱炉については、とくに制約は無く、例えば、高周波誘導加熱方式または抵抗加熱方式によるバッチ式電気炉、ロータリーキルン、流動化焼成炉、プッシャ−式電気炉などを使用することができる。焼成のるつぼには、BN製の坩堝、窒化ケイ素製の坩堝、黒鉛製の坩堝、炭化珪素製の坩堝を用いることができる。黒鉛製の坩堝の場合には、その内壁に窒化珪素、窒化ホウ素等で被覆しておくことが好ましい。   There are no particular restrictions on the heating furnace used for firing the powder mixture. For example, a batch-type electric furnace, rotary kiln, fluidized firing furnace, pusher-type electric furnace, or the like using a high-frequency induction heating system or a resistance heating system is used. be able to. For the firing crucible, a BN crucible, a silicon nitride crucible, a graphite crucible, or a silicon carbide crucible can be used. In the case of a graphite crucible, the inner wall is preferably covered with silicon nitride, boron nitride or the like.

このようにして得られたLi含有α−サイアロン系蛍光体には、表面にガラス層が付着しており、より高い蛍光強度の蛍光体を得るためには、ガラス層の除去が好ましい。蛍光体粒子の表面のガラス層の除去には、酸による洗浄がもっとも容易である。すなわち、硫酸、塩酸または硝酸から選ばれる酸溶液に前記サイアロン粒子を入れ表面のガラス層を除去する処理である。酸溶液の濃度は0.1規定から7規定であり、好ましくは、1規定から3規定である。過度に濃度が高いと酸化が著しく進み良好な蛍光特性を得られなくなる。濃度を調整した酸溶液に、サイアロン系蛍光体粉末を溶液に対し5wt%入れ、攪拌しながら、所望の時間保持する。洗浄後、サイアロン系蛍光体粉末の入った溶液をろ過して水洗によって、酸を洗い流して乾燥する。   The Li-containing α-sialon phosphor thus obtained has a glass layer attached to the surface, and in order to obtain a phosphor with higher fluorescence intensity, it is preferable to remove the glass layer. For removal of the glass layer on the surface of the phosphor particles, cleaning with an acid is easiest. In other words, the sialon particles are placed in an acid solution selected from sulfuric acid, hydrochloric acid or nitric acid to remove the glass layer on the surface. The concentration of the acid solution is 0.1 N to 7 N, preferably 1 N to 3 N. If the concentration is excessively high, the oxidation proceeds remarkably and good fluorescence characteristics cannot be obtained. 5 wt% of sialon phosphor powder is added to the acid solution of which the concentration is adjusted, and the solution is kept for a desired time while stirring. After washing, the solution containing the sialon phosphor powder is filtered, washed with water, washed away with acid, and dried.

本発明のLi含有α−サイアロン蛍光体は、1つの好ましい態様において、上記の組成的な特徴とともに、蛍光体を構成する粒子の大きさと結晶形態に特徴がある。   In one preferred embodiment, the Li-containing α-sialon phosphor of the present invention is characterized by the size and crystal form of the particles constituting the phosphor, in addition to the compositional features described above.

本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、上記のLiの含有量を有する組成的特徴と、原料として非晶質窒化ケイ素粉末及び/含窒素シラン化合物を用いて製造することを特徴としており、非晶質窒化ケイ素粉末及び/含窒素シラン化合物と、Al源と、Li源と、Eu源とを、上記の一般式(1)の所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、焼成することにより得られる。   The Li-containing α-sialon-based phosphor powder of this aspect of the present invention is manufactured using the compositional characteristics having the above Li content, and using amorphous silicon nitride powder and / or nitrogen-containing silane compound as raw materials. A desired Li-containing α-sialon phosphor of the above general formula (1), comprising amorphous silicon nitride powder and / or nitrogen-containing silane compound, Al source, Li source, and Eu source. It is obtained by weighing and mixing lithium so as to have an excessive composition rather than the composition, and firing in a normal pressure inert gas atmosphere containing nitrogen.

非晶質窒化ケイ素粉末及び/含窒素シラン化合物を原料として使用することにより、本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、以下に説明する粒子の形態と凝集状態の特徴を有する。図1A及び1Bは、本発明のこの態様の実施例2および6で得られたLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子の酸処理後の粉末の状態を示した走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。一次粒子が融着・凝集した二次粒子の一部を観察している。図1Aは非晶質窒化ケイ素を原料に使用したLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子、図1Bは結晶質窒化ケイ素を原料に使用したLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子のそれぞれのSEM写真である。図1Aでは、1〜2μmの粒子からなることがわかる。これらはLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子の自形の一次粒子である。図1Bでは0.5〜1.3μmの粒子からなることがわかる。この粒子は後述するように、数個のLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子の結晶が集合した二次粒子であり、自形を示す結晶はほとんど見られない。   By using an amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound as raw materials, the Li-containing α-sialon-based phosphor powder of this aspect of the present invention has the following characteristics of particle morphology and aggregation state. Have. 1A and 1B are scanning electron microscope (SEM) photographs showing the state of powder after acid treatment of Li-containing α-sialon-based phosphor particles obtained in Examples 2 and 6 of this aspect of the present invention. is there. A part of the secondary particles in which the primary particles are fused and aggregated are observed. FIG. 1A is an SEM photograph of Li-containing α-sialon phosphor particles using amorphous silicon nitride as a raw material, and FIG. 1B is an SEM photograph of Li-containing α-sialon phosphor particles using crystalline silicon nitride as a raw material. is there. In FIG. 1A, it turns out that it consists of 1-2 micrometers particle | grains. These are self-shaped primary particles of Li-containing α-sialon phosphor particles. FIG. 1B shows that the particles are 0.5 to 1.3 μm. As will be described later, these particles are secondary particles in which crystals of several Li-containing α-sialon-based phosphor particles are aggregated, and crystals exhibiting a self-form are hardly seen.

この粒子を、粉砕して蛍光体粉末として利用できる状態にしたものの代表例のSEM写真を図2A、2B、3A及び3Bに示した。図2Aの非晶質窒化ケイ素を原料に用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末のSEM写真であり、図2Bは、結晶質窒化ケイ素を原料に使用したLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子のSEM写真である。図3A及び3Bは、図2A及び2Bの拡大写真である。図2Aの非晶質窒化ケイ素を原料に用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末では、粒子サイズが1〜1.5μmの六角柱状、六方錐面体の一次粒子が多く存在し、微細な粒子はほとんどない。一次粒子径の大きさは、組成と焼成条件によって変化するが、本発明の範囲では、SEM写真の画像解析の結果から、平均粒子径Dparticleは1.0〜3.0μmであった。これよりも大きな平均粒子径のものを作製するには、著しく長時間の焼成過程を必要とし、実用的でない。また、平均粒子径を0.5μm以下にすると、結晶質から作製したものとの差がなくなる。また、SEM写真からもわかるように、本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末を構成する粒子のアスペクト比は、2以下である。図2Bは、結晶質窒化ケイ素を原料に使用したLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子のSEM写真である。SEM photographs of representative examples of the particles that have been pulverized and made available as phosphor powder are shown in FIGS. 2A, 2B, 3A, and 3B. FIG. 2B is an SEM photograph of Li-containing α-sialon-based phosphor powder prepared using amorphous silicon nitride of FIG. 2A as a raw material, and FIG. 2B is a Li-containing α-sialon-based fluorescence using crystalline silicon nitride as a raw material. It is a SEM photograph of body particles. 3A and 3B are enlarged photographs of FIGS. 2A and 2B. In the Li-containing α-sialon-based phosphor powder produced using the amorphous silicon nitride of FIG. 2A as a raw material, there are many primary particles of hexagonal columnar and hexagonal pyramid with a particle size of 1 to 1.5 μm, and fine There are almost no particles. The size of the primary particle diameter varies depending on the composition and firing conditions, but within the scope of the present invention, the average particle diameter D particle was 1.0 to 3.0 μm from the results of image analysis of SEM photographs. In order to produce a material having an average particle size larger than this, a remarkably long firing process is required, which is not practical. In addition, when the average particle size is 0.5 μm or less, there is no difference from that produced from a crystalline material. Moreover, as can be seen from the SEM photograph, the aspect ratio of the particles constituting the Li-containing α-sialon phosphor powder of the present invention is 2 or less. FIG. 2B is an SEM photograph of Li-containing α-sialon phosphor particles using crystalline silicon nitride as a raw material.

本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は大きな一次粒子であることが特徴であり、一次粒子同士の融着・凝集が少ない。しかし、すべての粒子がそうなるのではなく、小さな粒子の生成も起こる。本発明の好ましい態様では、測定の結果、0.8μm以上の粒子の存在面積は、測定範囲の全粒子の面積の総和に対し、70%以上であった。この面積が多いほど良好な蛍光体であり、少ないほど蛍光強度の低下がおこると考えられる。   The Li-containing α-sialon phosphor powder of this aspect of the present invention is characterized by being large primary particles, and there is little fusion / aggregation between the primary particles. However, not all particles do so, and the generation of small particles also occurs. In a preferred embodiment of the present invention, as a result of the measurement, the existing area of particles of 0.8 μm or more was 70% or more with respect to the total area of all particles in the measurement range. It is considered that the larger the area, the better the phosphor, and the smaller the area, the lower the fluorescence intensity.

図2Bの結晶質窒化ケイ素を原料に用いたものでは自形の一次粒子は存在しない。図3Bから分かるように、1〜1.3μmの大きな粒子は0.5μm程度の一次粒子が密に融着したものである。また、0.5μm以下の微粒の結晶が多く存在する。このような粉末では、小さな粒子による光の散乱が増え、蛍光強度は低下する。   In the case where the crystalline silicon nitride of FIG. 2B is used as a raw material, self-shaped primary particles do not exist. As can be seen from FIG. 3B, the large particles of 1 to 1.3 μm are those in which the primary particles of about 0.5 μm are closely fused. There are many fine crystals of 0.5 μm or less. In such powders, light scattering by small particles increases and the fluorescence intensity decreases.

図2A及び2Bに示す粒子の存在様式の差は粒度分布の差として現れる。図4Aには、本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン蛍光体粉末のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した粒度分布(頻度分布曲線)を、図4Bには結晶質窒化ケイ素を用いた場合の粒度分布を示す。この頻度分布曲線は十分に大きい粒子(約1000μm)と十分に小さい粒子(約0.02μm)の区間をログ・スケールで均等な80区間に分割し、粒子の体積基準で頻度を求めたものである。図4Aでは5μm付近にピークをもつ単一のピーク(ひとやま)の粒度分布を示している。このような粒度分布は蛍光体としては非常に好ましい。本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、融着・凝集が弱いため、弱い粉砕で、メジアン径4〜15μmの単一のピークを示す粉体を得ることができる。ひとやまのピークの形が重要である。メジアン径は粉砕の程度によって変化させることが可能であるが、ピーク形状は、二次粒子における一次粒子のサイズに依存するからである。   2A and 2B appear as a difference in particle size distribution. FIG. 4A shows the particle size distribution (frequency distribution curve) of the Li-containing α-sialon phosphor powder of this embodiment of the present invention measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus, and FIG. 4B shows crystalline silicon nitride. The particle size distribution when used is shown. This frequency distribution curve is obtained by dividing the section of sufficiently large particles (approximately 1000 μm) and sufficiently small particles (approximately 0.02 μm) into 80 equal sections on a log scale, and calculating the frequency based on the volume of the particles. is there. FIG. 4A shows the particle size distribution of a single peak (hitoyama) having a peak in the vicinity of 5 μm. Such a particle size distribution is very preferable as a phosphor. Since the Li-containing α-sialon phosphor powder of this aspect of the present invention is weakly fused and agglomerated, a powder showing a single peak with a median diameter of 4 to 15 μm can be obtained by weak grinding. The shape of a human mountain peak is important. This is because the median diameter can be changed depending on the degree of pulverization, but the peak shape depends on the size of the primary particles in the secondary particles.

一方、結晶質窒化ケイ素を原料に用いた場合には、粒度分布は1.5μmのピークと15μmの二つのピーク(ふたやま)を示す粒度分布曲線になり、非結晶質窒化ケイ素を原料に用いた方が、得られる粉体特性に優れることを示している。図3Bから分かるように、この場合、小さな一次粒子が集合して大きな二次粒子を形成している。この粒子が壊れた粉末であるため、前述の二つのピークになったと考えられる。   On the other hand, when crystalline silicon nitride is used as a raw material, the particle size distribution becomes a particle size distribution curve showing a peak of 1.5 μm and two peaks (Futama) of 15 μm, and amorphous silicon nitride is used as a raw material. This indicates that the obtained powder characteristics are excellent. As can be seen from FIG. 3B, in this case, small primary particles aggregate to form large secondary particles. Since these particles are broken powder, it is considered that the above-mentioned two peaks have occurred.

ここで、非晶質窒化ケイ素及び/含窒素シラン化合物と結晶質窒化ケイ素をそれぞれ原料に用いた場合の粒子の形態と凝集状態に違いが生じる原因について述べる。   Here, the cause of the difference in the form and aggregation state of particles when amorphous silicon nitride and / or nitrogen-containing silane compound and crystalline silicon nitride are used as raw materials will be described.

Li含有α−サイアロン系蛍光体粒子の核形成及び成長は、昇温する過程で原料中に生じるLi−Al−Si−O−N系のガラス相で起こると考えられる。非晶質窒化ケイ素または含窒素シラン化合物は粒子径が数nmから10nm程度の超微粉であり、きわめて嵩高い。これが主成分であるので、他の成分はこの中で均一に分散でき、微細なガラス相が低温で均一に形成されると考えられる。このガラス相にLi含有α−サイアロン系蛍光体の成分が溶け込み、核形成と成長が段階的に進行すると考えられる。このため、粒子径が大きく自形を呈するLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子が成長すると考えられる。嵩高いことと相俟って、各粒子は独立して成長するため、融着・凝集はほとんど起こらない。   Nucleation and growth of Li-containing α-sialon phosphor particles are considered to occur in a Li—Al—Si—O—N glass phase generated in the raw material in the process of increasing the temperature. Amorphous silicon nitride or nitrogen-containing silane compound is an ultrafine powder having a particle size of about several nm to 10 nm and is extremely bulky. Since this is the main component, the other components can be uniformly dispersed therein, and a fine glass phase is considered to be uniformly formed at a low temperature. It is considered that the component of the Li-containing α-sialon-based phosphor dissolves in this glass phase, and nucleation and growth proceed in stages. For this reason, it is considered that Li-containing α-sialon-based phosphor particles having a large particle diameter and exhibiting a self-shape grow. Coupled with the bulkiness, each particle grows independently, so that fusion and aggregation hardly occur.

一方、結晶質の窒化ケイ素の粒子径は、微粒のものでも0.2μm程度であり、前述の非晶質窒化ケイ素または含窒素シラン化合物と比較すると、粒子サイズは非常に大きい。このため、ガラス相を形成するLi、Al、O、Nと均一な接触を確保することができない。このため、ガラス相は局所的に生成すると考えられる。また、生成するガラス粒の数は少ないと考えられる。存在する窒化ケイ素の粒子径が大きいため、ガラス相に原料が溶け込むのではなく、窒化ケイ素粒子の表面をガラスが被うように存在しLi含有α−サイアロン系蛍光体への反応が進行する。このようなガラス相の存在様式では、多数の結晶核がガラス相を共有して、競争的または同時に成長が進行する。結果として一次粒子同士が強く融着・凝集した二次粒子になるものと考えられる。   On the other hand, the particle size of crystalline silicon nitride is about 0.2 μm even if it is fine, and the particle size is very large compared to the above-mentioned amorphous silicon nitride or nitrogen-containing silane compound. For this reason, uniform contact with Li, Al, O, and N forming the glass phase cannot be ensured. For this reason, it is thought that a glass phase produces | generates locally. Moreover, it is thought that there are few glass grains to produce | generate. Since the silicon nitride present has a large particle diameter, the raw material does not dissolve in the glass phase, but the surface of the silicon nitride particles is present to cover the glass, and the reaction to the Li-containing α-sialon phosphor proceeds. In such an existence mode of the glass phase, a large number of crystal nuclei share the glass phase, and the growth proceeds competitively or simultaneously. As a result, secondary particles are considered to be secondary particles in which primary particles are strongly fused and aggregated.

次に本発明のこの好ましい態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の作製方法について述べる。本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを、所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、混合物を、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、1400〜2000℃で焼成することにより得ることができる。得られた粉末は、酸溶液において洗浄され、表面に付着したガラス成分などを取り除くことで、最終的に、実質的にLi含有α−サイアロン系蛍光体で構成された蛍光体粉末を得ることができる。   Next, a method for producing the Li-containing α-sialon phosphor powder of this preferred embodiment of the present invention will be described. The Li-containing α-sialon-based phosphor powder of this aspect of the present invention includes an amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound, a substance serving as an aluminum source containing AlN, a nitride of Li, and an oxynitride , Oxide or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition and Eu nitride, oxynitride, oxide, or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition, a desired Li-containing α-sialon It can be obtained by weighing and mixing so that lithium is in excess of the phosphor composition, and firing the mixture at 1400 to 2000 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen. . The obtained powder is washed with an acid solution to remove glass components and the like attached to the surface, and finally, a phosphor powder substantially composed of a Li-containing α-sialon phosphor can be obtained. it can.

この態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の作製方法は、原料物質のうち、窒化ケイ素粉末として、結晶質窒化ケイ素粉末ではなく、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を用いる以外は、先に述べた本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の作製方法と同じでよい。
原料の含窒素シラン化合物としては、シリコンジイミド(Si(NH))、シリコンニトロゲンイミド(SiNH)などを用いることができる。また、含窒素シラン化合物と非晶質窒化ケイ素粉末との混合物を用いてもよい。
The method for producing the Li-containing α-sialon-based phosphor powder of this embodiment uses amorphous silicon nitride powder and / or nitrogen-containing silane compound as the silicon nitride powder, not the crystalline silicon nitride powder, among the raw materials. Except for the above, it may be the same as the method for producing the Li-containing α-sialon phosphor powder of the present invention described above.
As a raw material nitrogen-containing silane compound, silicon diimide (Si (NH) 2 ), silicon nitrogen imide (Si 2 N 2 NH), or the like can be used. Further, a mixture of a nitrogen-containing silane compound and amorphous silicon nitride powder may be used.

本発明のもう1つの好ましい態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体の粒子は、一般式(1)で表される組成のLi含有α−サイアロン系蛍光体であって、走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される一次粒子のアスペクト比が3以下であり、短軸の長さが3μmより大きいことを特徴とする。短軸の長さの好ましい上限は5μmである。このようなLi含有α−サイアロン系蛍光体の粒子は、高い蛍光強度を有する。   The particles of the Li-containing α-sialon-based phosphor according to another preferred embodiment of the present invention are Li-containing α-sialon-based phosphors having a composition represented by the general formula (1). The aspect ratio of primary particles measured by image analysis is 3 or less, and the length of the minor axis is larger than 3 μm. A preferable upper limit of the length of the short axis is 5 μm. Such Li-containing α-sialon phosphor particles have high fluorescence intensity.

本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、上記のLi含有量のα−サイアロン組成と、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を原料として用いることと、酸化リチウム、及び/又は、高温で酸化リチウムを形成する原料を過剰に添加して製造することを特徴としており、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、Al源と、Li源と、Eu源とを、上記の一般式(1)の所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体組成を秤量し、さらにこの粉末に、Liの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質を過剰に添加して混合し、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、焼成することにより得られる。   The Li-containing α-sialon-based phosphor powder of this aspect of the present invention includes the above-described Li-content α-sialon composition, an amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound as raw materials, and oxidation. It is characterized by being manufactured by adding excessively a raw material that forms lithium oxide and / or lithium oxide at a high temperature, amorphous silicon nitride powder and / or nitrogen-containing silane compound, Al source, Li source, , Eu source, a desired Li-containing α-sialon-based phosphor composition of the above general formula (1) is weighed, and further, a Li oxide or a precursor material that is converted into an oxide by thermal decomposition. Is added and mixed, and is fired in an inert gas atmosphere containing nitrogen.

図5は、本発明のこの態様の実施例で得られたLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子の酸処理後の粉末の状態を示した走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。一次粒子が弱く融着した二次粒子の一部を観察している。   FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the state of the powder after acid treatment of Li-containing α-sialon-based phosphor particles obtained in the example of this aspect of the present invention. A part of the secondary particles in which the primary particles are weakly fused are observed.

図5は非晶質窒化ケイ素にLiの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質を過剰に添加した原料を用いて作製したLi含有α−サイアロン系蛍光体粒子である。   FIG. 5 shows Li-containing α-sialon-based phosphor particles prepared using a raw material in which amorphous silicon nitride is excessively added with an oxide of Li or a precursor substance that becomes an oxide by thermal decomposition.

図5では、Li含有α−サイアロン系蛍光体の一次粒子の形態(自形)が明確に確認できる。これらの粉体では、一次粒子の短軸が3μmより大きな粒子を含んでいる。   In FIG. 5, the form (self-form) of the primary particles of the Li-containing α-sialon phosphor can be clearly confirmed. In these powders, the short axis of the primary particles contains particles larger than 3 μm.

図5に示すような一次粒子形態及び凝集状態の差が生じる原因について述べる。Li含有α−サイアロン系蛍光体粒子の核形成及び成長は、昇温過程で原料中に生じるLi−Al−Si−O−N系のガラス相で起こると考えられる。   The cause of the difference in primary particle morphology and aggregation state as shown in FIG. 5 will be described. Nucleation and growth of Li-containing α-sialon phosphor particles are considered to occur in a Li—Al—Si—O—N glass phase generated in the raw material during the temperature rising process.

まず、一次粒子の大きさの違いの原因について述べる。非晶質窒化ケイ素及び/又は含窒素シラン化合物を用い、過剰の酸化リチウムを用いない場合では、一次粒子の大きさは小さい。一方、過剰の酸化リチウムを用いた場合、一次粒子の大きさは、大きくなる。これはガラス相の量の差に起因する。すなわち、過剰の酸化リチウムを用いた場合、生成するガラス相が増加する。ガラス相が増加すると、ガラス中のサイアロンの過飽和度が低下し、生成する核の量は少なくなる。このため、1個の核に供給される原料の量が増え、結晶の大きさは大きくなる。   First, the cause of the difference in the size of the primary particles will be described. In the case where amorphous silicon nitride and / or a nitrogen-containing silane compound is used and no excess lithium oxide is used, the size of the primary particles is small. On the other hand, when excess lithium oxide is used, the size of the primary particles increases. This is due to the difference in the amount of glass phase. That is, when excess lithium oxide is used, the glass phase to be generated increases. As the glass phase increases, the degree of supersaturation of sialon in the glass decreases and the amount of nuclei produced decreases. For this reason, the amount of the raw material supplied to one nucleus increases, and the size of the crystal increases.

次に、前にも説明したが、粒子の凝集状態について述べる。結晶質の窒化ケイ素を用いて作製した場合、得られた蛍光体粉末の凝集が著しく起こる。一方、非晶質窒化ケイ素及び/又は含窒素シラン化合物を用いた場合には、凝集は少なくなる。
非晶質窒化ケイ素及び/又は含窒素シラン化合物は、その粒子径が数nmから10nm程度の超微粉であり、これがサイアロンの主原料になるため、非晶質窒化ケイ素を用いたサイアロンの原料はきわめて嵩高い。この中では、他の原料は均一に分散し、超微粉の窒化ケイ素原料と接触することになる。このため微細なガラス相が低温で均一に形成されると考えられる。しかも、原料が嵩高いため、空間的に離れた状態となる。このようなガラス相の中で核形成、成長が起こると、結果として、凝集の少ない粉体になる。
Next, as described above, the state of particle aggregation will be described. When produced using crystalline silicon nitride, the resulting phosphor powder is significantly aggregated. On the other hand, when amorphous silicon nitride and / or nitrogen-containing silane compound is used, aggregation is reduced.
Amorphous silicon nitride and / or nitrogen-containing silane compound is an ultrafine powder having a particle size of several nanometers to about 10 nm, and this is the main raw material of sialon. Therefore, the raw material of sialon using amorphous silicon nitride is Very bulky. In this, other raw materials are uniformly dispersed and come into contact with the ultrafine silicon nitride raw material. For this reason, it is thought that a fine glass phase is uniformly formed at low temperature. And since the raw material is bulky, it will be in the state separated spatially. When nucleation and growth occur in such a glass phase, the resulting powder is less agglomerated.

一方、結晶質窒化ケイ素の場合、その粒子径は、非晶質窒化ケイ素及び/又は含窒素シラン化合物にくらべ非常に大きく0.2μm程度ある。窒化ケイ素が大きいため、ガラス相に原料が溶け込むのではなく、窒化ケイ素粒子の表面をガラスが被うような様式でサイアロンへの反応が進行すると考えられる。また、結晶質窒化ケイ素を用いたサイアロン原料は嵩が小さく、非晶質窒化ケイ素及び/又は含窒素シラン化合物を用いた場合のようなガラス相の空間的隔離が十分にできない。このような状態でサイアロンへの反応が進行すると、一次粒子同士が強く融着・凝集した二次粒子になる。   On the other hand, in the case of crystalline silicon nitride, the particle diameter is very large compared with amorphous silicon nitride and / or nitrogen-containing silane compound, and is about 0.2 μm. Since silicon nitride is large, it is considered that the reaction to sialon proceeds in such a manner that the glass covers the surface of the silicon nitride particles rather than the raw material being dissolved in the glass phase. In addition, the sialon raw material using crystalline silicon nitride is small in volume and cannot sufficiently separate the glass phase spatially as in the case of using amorphous silicon nitride and / or a nitrogen-containing silane compound. When the reaction to sialon proceeds in such a state, the primary particles become secondary particles that are strongly fused and aggregated with each other.

本発明のこの態様では、過剰に添加した酸化リチウム、及び、高温で酸化リチウムを生成する原料は一種の融剤のような役割を果たすのであるが、結晶の形態をそろえる目的で添加される一般的な融剤とは大きく異なる。その理由は次の2点である。
(1)本発明のこの態様で示される常圧におけるLi含有α−サイアロンの合成では、Liの蒸発が多くなる。Liを補うことなくサイアロンを作製すると、リチウムの大きく不足したLi含有α−サイアロンになる。このようなサイアロンは欠陥が多くなり、蛍光体として好ましくない。これを解決するために、酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料を添加することで、不足するLiを補うことができる。
(2)Li含有α−サイアロン系蛍光体の重要な特徴は、Ca含有α−サイアロン系蛍光体に比べ、短波長の蛍光を発することである。この蛍光波長の短波長化に、酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料が有効であることも今回の検討において明らかになった。これは、添加した試薬から酸素が供給されることによると思われる。
以上のように、本発明のこの態様における酸化リチウム、及び、高温で酸化リチウムを生成する原料は、単に、結晶の一次粒子の形態を制御する通常のフラックスとは異なり、Li含有α−サイアロンの蛍光特性を本質的に向上させる効果がある。
In this aspect of the present invention, the lithium oxide added in excess and the raw material that produces lithium oxide at high temperatures serve as a kind of flux, but are generally added for the purpose of aligning crystals. It is very different from conventional flux. The reason is the following two points.
(1) In the synthesis of Li-containing α-sialon at normal pressure shown in this aspect of the present invention, the evaporation of Li increases. When sialon is produced without supplementing Li, Li-containing α-sialon which is largely lacking in lithium is obtained. Such sialon has many defects and is not preferable as a phosphor. In order to solve this, the lack of Li can be compensated by adding lithium oxide or a raw material that forms lithium oxide at a high temperature.
(2) An important feature of the Li-containing α-sialon-based phosphor is that it emits fluorescence having a shorter wavelength than that of the Ca-containing α-sialon-based phosphor. In this study, it was also clarified that lithium oxide or a raw material that forms lithium oxide at a high temperature is effective for shortening the fluorescence wavelength. This seems to be due to oxygen being supplied from the added reagent.
As described above, the lithium oxide and the raw material that generates lithium oxide at high temperature in this aspect of the present invention are different from the usual flux that simply controls the morphology of the primary particles of the crystal, unlike the Li-containing α-sialon. There is an effect of essentially improving the fluorescence characteristics.

一般的に考えて、サイアロン蛍光体を作製する場合、酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料を融剤に用いることは好ましいことではない。融剤は蛍光体を得た後には不要な成分になるので、合成後に除去することが好ましい。そのため水や酸によって除去しやすい物質を選ぶことが普通である。この点を考慮するとフッ化バリウムのようなハロゲン化合物が選ばれる。酸化リチウムは、ハロゲン化合物に比べると溶解しにくい成分であり、合成後の除去が難しい。このため、本来なら融剤として採用しがたい原料である。そこで発明者らは、フッ化物を融剤として用いて検討したが、フッ化物では、良好形態の一次粒子からなるLi含有α−サイアロン系蛍光体を得ることはできなかった。   In general, when producing a sialon phosphor, it is not preferable to use lithium oxide or a raw material that forms lithium oxide at a high temperature as a flux. Since the flux becomes an unnecessary component after obtaining the phosphor, it is preferably removed after synthesis. For this reason, it is common to select substances that can be easily removed by water or acid. Considering this point, a halogen compound such as barium fluoride is selected. Lithium oxide is a component that is less soluble than halogen compounds, and is difficult to remove after synthesis. For this reason, it is a raw material that is difficult to employ as a flux. Therefore, the inventors examined using fluoride as a flux, but with fluoride, it was not possible to obtain a Li-containing α-sialon-based phosphor composed of primary particles of good shape.

しかも、蛍光強度は酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料を添加した場合に比べて低くなった。これはLiの蒸発を補うことができないためであると考えられる。以上の検討から、Li含有α−サイアロン系蛍光体に有効な融剤は、酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料だけが適しているという結論に達した。   In addition, the fluorescence intensity is lower than when lithium oxide or a raw material that forms lithium oxide at a high temperature is added. This is probably because the evaporation of Li cannot be compensated. From the above study, it has been concluded that lithium oxide or a raw material that forms lithium oxide at a high temperature is suitable as an effective flux for the Li-containing α-sialon phosphor.

本発明のこの態様の酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料を添加する方法は、本発明のすべての組成のLi含有α−サイアロンに有効であると考えられ、Li含有α−サイアロン系蛍光体の組成については、先に述べた組成であることができる。   The method of adding the lithium oxide of this aspect of the present invention or the raw material that forms lithium oxide at high temperature is considered to be effective for Li-containing α-sialon of all compositions of the present invention, and Li-containing α-sialon. The composition of the system phosphor can be the composition described above.

Li含有α−サイアロン系蛍光体粉末原料(すなわち、生成すべきLi含有α−サイアロンとなるべき理論量の酸化リチウム)に対して過剰に添加する酸化リチウム、または、高温で酸化リチウムを形成する原料は、金属Liの量で、生成するLi含有α−サイアロン1モルに対し、0.1モル以上、1.25モル以下が好ましい。0.1モルよりも少ないと、結晶を大きくする効果が十分に得られない。また、1.25モルを超えると、異相の生成量が増えて蛍光強度の低下が起こる。より好ましい範囲は、0.15モル以上、0.8モル以下である。   Lithium oxide added excessively relative to the Li-containing α-sialon-based phosphor powder raw material (that is, the theoretical amount of lithium oxide to be Li-containing α-sialon to be generated), or a raw material that forms lithium oxide at a high temperature Is an amount of metal Li, and is preferably 0.1 mol or more and 1.25 mol or less with respect to 1 mol of Li-containing α-sialon to be produced. When the amount is less than 0.1 mol, the effect of enlarging the crystal cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 1.25 mol, the amount of heterogeneous production increases and the fluorescence intensity decreases. A more preferable range is 0.15 mol or more and 0.8 mol or less.

次に本発明のこの態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の作製方法について述べる。本発明のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とで所望のLi含有α−サイアロン分を秤量し、さらにこの粉末に、Liの酸化物又は/及び熱分解により酸化物となる前駆体物質を過剰に添加して混合し、0.08〜0.1MPaの不活性ガス雰囲気中1500〜1800℃で焼成することにより得ることができる。焼成雰囲気としては、窒素雰囲気下、常圧で行うことがさらに好ましい。特に、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中における合成を行うことで、Li含有α−サイアロン系蛍光体の生産コストを低減させることができる。   Next, a method for producing the Li-containing α-sialon phosphor powder of this embodiment of the present invention will be described. The Li-containing α-sialon-based phosphor powder of the present invention includes an amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound, a substance serving as an aluminum source containing AlN, a Li nitride, an oxynitride, and an oxide. Measure the desired Li-containing α-sialon with a precursor material that becomes oxide by thermal decomposition and a precursor material that becomes Eu nitride, oxynitride, oxide, or oxide by thermal decomposition. Further, an excessive amount of Li oxide or / and a precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition is added to and mixed with this powder, and the mixture is mixed at 1500 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere of 0.08 to 0.1 MPa. It can be obtained by firing. As the firing atmosphere, it is more preferable to carry out at normal pressure in a nitrogen atmosphere. In particular, the production cost of the Li-containing α-sialon phosphor can be reduced by performing synthesis in an inert gas atmosphere containing nitrogen at normal pressure.

この態様のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の作製方法は、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を用いて、一般式(1)で表されるLi含有α−サイアロン分の原料のほかに、Liの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質を過剰に添加する以外は、基本的に、先に述べたと同様であることができる。   The method for producing the Li-containing α-sialon-based phosphor powder of this aspect uses an amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound, and the amount of Li-containing α-sialon represented by the general formula (1) In addition to the raw material, it can be basically the same as described above, except that an oxide of Li or a precursor substance that becomes an oxide by thermal decomposition is excessively added.

過剰にLiの酸化物、または熱分解によりLiの酸化物となる前駆体物質を添加するが、熱分解によりLiの酸化物となる前駆体物質としては、夫々の炭酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩、塩基性炭酸塩、水酸化物等の金属塩類を挙げることができる。   An excessive amount of Li oxide or a precursor substance that becomes Li oxide by thermal decomposition is added, and precursor substances that become Li oxide by thermal decomposition include each of carbonate, oxalate, and citric acid. Mention may be made of metal salts such as salts, basic carbonates and hydroxides.

出発原料の混合物は、常圧または減圧の窒素含有不活性ガス雰囲気中1500〜1800℃、好ましくは1550〜1700℃で焼成され、目的とするLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末が得られる。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどが例示されるが、本発明においては、これらのガスと少量の水素ガスとを混合して使用することも可能である。焼成温度が1500℃よりも低いと、所望のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の生成に長時間の加熱を要し、実用的でない。また、生成粉末中におけるLi含有α−サイアロン系蛍光体相の生成割合も低下する。焼成温度が1800℃を超えると、窒化ケイ素およびサイアロンが昇華分解し、遊離のシリコンが生成する好ましくない事態が起こる。焼成時間としては、1〜48時間が好ましい。特に、焼成温度1600〜1700℃において1〜24時間の焼成時間が粒子形状及び組成において優れた蛍光体粒子が得られるためもっとも好ましい。   The mixture of starting materials is fired at 1500 to 1800 ° C., preferably 1550 to 1700 ° C. in a nitrogen-containing inert gas atmosphere at normal pressure or reduced pressure to obtain the target Li-containing α-sialon phosphor powder. Examples of the inert gas include helium, argon, neon, and krypton. In the present invention, these gases and a small amount of hydrogen gas can be mixed and used. When the firing temperature is lower than 1500 ° C., it takes a long time to produce the desired Li-containing α-sialon phosphor powder, which is not practical. Moreover, the production | generation ratio of Li containing alpha-sialon type | system | group fluorescent substance phase in production | generation powder also falls. If the firing temperature exceeds 1800 ° C., an undesirable situation occurs in which silicon nitride and sialon undergo sublimation decomposition and free silicon is produced. The firing time is preferably 1 to 48 hours. In particular, a calcination time of 1 to 24 hours at a calcination temperature of 1600 to 1700 ° C. is most preferable because phosphor particles excellent in particle shape and composition can be obtained.

本発明の、希土類元素で賦活させたLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、励起光を入射することにより、波長560nmから580nmのピーク波長の蛍光を放出する。本発明のこの好ましい態様の、希土類元素で賦活させたLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末は、励起光を入射することにより、波長570nmから574nmの主波長の蛍光を放出する。
また、本発明の、希土類元素で賦活させたLi含有α−サイアロン系蛍光体は、いずれも、公知の方法でエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の透明樹脂と混練されてコーティング剤が製造され、該コーティング剤で表面をコーティングされた発光ダイオードは、発光素子として各種照明器具に用いることができる。
The Li-containing α-sialon-based phosphor powder activated by rare earth elements of the present invention emits fluorescence having a peak wavelength of 560 nm to 580 nm by entering excitation light. In this preferred embodiment of the present invention, the Li-containing α-sialon-based phosphor powder activated with a rare earth element emits fluorescence having a dominant wavelength of 570 nm to 574 nm when incident upon excitation light.
The Li-containing α-sialon phosphors activated with rare earth elements of the present invention are all kneaded with a transparent resin such as an epoxy resin or an acrylic resin by a known method to produce a coating agent. A light emitting diode whose surface is coated with an agent can be used as a light emitting element in various lighting fixtures.

特に、励起光のピーク波長が330〜500nmの範囲にある発光源は、Li含有α−サイアロン系蛍光体に好適である。紫外領域では、Li含有α−サイアロン系蛍光体の発光効率が高く、良好な性能の発光素子を構成することが可能である。また、青色の光源でも発光効率高く、Li含有α−サイアロン系蛍光体の黄色の蛍光と青色の励起光との組み合わせで、良好な昼白色〜昼光色の発光素子を構成できる。   In particular, a light emission source having a peak wavelength of excitation light in the range of 330 to 500 nm is suitable for a Li-containing α-sialon phosphor. In the ultraviolet region, the luminous efficiency of the Li-containing α-sialon-based phosphor is high, and a light-emitting element with good performance can be configured. In addition, even a blue light source has high luminous efficiency, and a combination of yellow fluorescence and blue excitation light of a Li-containing α-sialon phosphor can form a good daylight to daylight light emitting element.

さらに、色調の調整に600nm〜650nmの赤色の蛍光体と組み合わせて、昼白色や昼光色の発光色を、温かみのある電球色の領域に制御することができる。このような電球色の発光素子は、一般家庭の照明に広く使うことができる。   Further, in combination with a red phosphor having a wavelength of 600 nm to 650 nm for color tone adjustment, the daylight white or daylight emission color can be controlled to a warm light bulb color region. Such a light-emitting element having a light bulb color can be widely used for general household lighting.

また、本発明の、希土類元素で賦活させたLi含有α−サイアロン系蛍光体は、いずれも、Li含有α−サイアロン系蛍光体を用いて画像表示素子を作ることも可能である。この場合、前述した発光素子を用いることも可能であるが、直接、電子線、電場、紫外線などの励起源を用いてLi含有α−サイアロン系蛍光体を励起して発光させることも可能であり、たとえば、蛍光灯のような原理での利用ができる。そのような発光素子でも、画像表示装置を構成することができる。   In addition, any of the Li-containing α-sialon phosphors activated by rare earth elements of the present invention can be used to make an image display element using a Li-containing α-sialon phosphor. In this case, the light-emitting element described above can be used, but it is also possible to directly emit light by exciting the Li-containing α-sialon-based phosphor using an excitation source such as an electron beam, an electric field, or ultraviolet light. For example, it can be used on the principle of a fluorescent lamp. Such a light emitting element can also constitute an image display device.

以下では、具体的例を挙げ、本発明を更に詳しく説明する。
(実施例1〜8)
炭酸リチウム粉末、窒化リチウム粉末、酸化ユーロピウム粉末、窒化アルミニウム粉末、及び、四塩化珪素とアンモニアを反応させることにより得られた非晶質窒化珪素粉末、または、比表面積約9.2m/gの結晶質窒化ケイ素を表1の組成になるように秤量した。表1は、原料組成をモル%で表示したものであり、表2は原料組成を重量%で表示したものである。攪拌用のナイロンボールと秤量した粉末を容器に入れ窒素雰囲下において、1時間振動ミルによって混合した。混合後、粉末を取り出し、窒化ホウ素製の坩堝に充填した。この時の充填密度は、結晶質窒化ケイ素を用いた場合約0.5g/cmで、非結晶質窒化ケイ素を用いた場合約0.18g/cmであった。これを抵抗加熱炉にセットし、常圧の窒素ガス流通雰囲気下で、室温から1000℃までを1時間、1000℃から1250℃までを2時間、1250℃から表3に示した目的の温度までを、200℃/hの昇温スケジュールで加熱し、蛍光体粉末を得た。得られた粉末は弱く焼結した塊になっていたのでこれを大きな塊のない粉末になるまで、めのう乳鉢を用いて軽く解砕し、2規定−硝酸溶液中に5時間浸漬、攪拌し酸処理を行い、得られた粉末を110℃の温度で5時間乾燥して粉末を得た。
Below, a specific example is given and this invention is demonstrated in more detail.
(Examples 1-8)
Lithium carbonate powder, lithium nitride powder, europium oxide powder, aluminum nitride powder, and amorphous silicon nitride powder obtained by reacting silicon tetrachloride with ammonia, or having a specific surface area of about 9.2 m 2 / g Crystalline silicon nitride was weighed to have the composition shown in Table 1. Table 1 shows the raw material composition in mol%, and Table 2 shows the raw material composition in weight%. A nylon ball for stirring and a weighed powder were placed in a container and mixed by a vibration mill for 1 hour in a nitrogen atmosphere. After mixing, the powder was taken out and filled into a boron nitride crucible. The packing density at this time was about 0.5 g / cm 3 when crystalline silicon nitride was used, and about 0.18 g / cm 3 when amorphous silicon nitride was used. This was set in a resistance heating furnace, and under a normal pressure nitrogen gas flow atmosphere, from room temperature to 1000 ° C. for 1 hour, from 1000 ° C. to 1250 ° C. for 2 hours, from 1250 ° C. to the target temperature shown in Table 3 Was heated at a temperature increase schedule of 200 ° C./h to obtain phosphor powder. Since the obtained powder was weakly sintered lump, this was lightly crushed using an agate mortar until it became a powder without large lump, immersed in 2N-nitric acid solution for 5 hours, stirred and acidified. Treatment was performed, and the obtained powder was dried at a temperature of 110 ° C. for 5 hours to obtain a powder.

この粉末のX線回折パターンを測定し、結晶相の同定を行った。その結果、すべての実施例において、ほぼ、Li含有α−サイアロン系蛍光体であることを確認した。次に、得られた粉末の組成分析を行った。Li含有α−サイアロン系蛍光体中に含まれる、酸素、および、窒素はLECO社製の酸素窒素同時分析装置にて行い、Liについては、試料を硝酸とフッ化水素酸で加圧酸分解したのち、硫酸を加えて白煙が発生するまで加熱濃縮し、これに塩酸を加えて加熱溶解したのち、エスアイアイ・ナノテクノロジー社のSPS5100型を用いてICP−AES法によって定量分析を行った。Siについては、試料を炭酸ナトリウムとほう酸で過熱融解したのち、塩酸で溶解し凝集重量法に準拠して定量分析を行った。Li,Euについては、Siの定量分析の前処理で得られたろ液を回収し、ICP−AESによる定量分析を行った。結果を表3に示す。これらの粉末について、さらに、日本分光社製、積分球付のFP−6500を用いて蛍光のピーク波長とピーク強度の評価を行った。なお、蛍光スペクトルの励起波長は450nmとした。結果を表4に示した。なお、δを算出する場合のEuの価数aとして2を使用した。   The X-ray diffraction pattern of this powder was measured, and the crystal phase was identified. As a result, in all Examples, it was confirmed that the Li-containing α-sialon-based phosphor was almost obtained. Next, composition analysis of the obtained powder was performed. Oxygen and nitrogen contained in the Li-containing α-sialon-based phosphor were measured with a simultaneous oxygen / nitrogen analyzer manufactured by LECO, and for Li, the sample was subjected to pressurized acid decomposition with nitric acid and hydrofluoric acid. Then, sulfuric acid was added and concentrated by heating until white smoke was generated, and hydrochloric acid was added and dissolved by heating. Then, quantitative analysis was performed by ICP-AES method using SPS5100 type manufactured by SII Nanotechnology. For Si, the sample was melted by heating with sodium carbonate and boric acid, then dissolved in hydrochloric acid, and quantitative analysis was performed according to the coagulation weight method. About Li and Eu, the filtrate obtained by the pre-processing of the quantitative analysis of Si was collect | recovered, and the quantitative analysis by ICP-AES was performed. The results are shown in Table 3. These powders were further evaluated for fluorescence peak wavelength and peak intensity using FP-6500 with an integrating sphere manufactured by JASCO Corporation. The excitation wavelength of the fluorescence spectrum was 450 nm. The results are shown in Table 4. Note that 2 was used as the Eu valence a in calculating δ.

次に、原料として非晶質窒化ケイ素を用いた実施例2、結晶質窒化ケイ素を用いた実施例6について、日立ハイテクノロジーズ社製S4800、および、日本電子社製 JSM−7000Fの走査型電子顕微鏡(SEM)によって粒子形態を観察した。観察は、酸処理後の粒子形態について行い(図1A、図1B)、ついで、蛍光体として利用できるように、粉末から極端に大きな粒子と小さな粒子を除いた分級品について行った(図2A、2B,3A及び3B)。具体的には、粉末を20μmのふるいを通し、水比によって微粒の粒子を除去した。   Next, with respect to Example 2 using amorphous silicon nitride as a raw material and Example 6 using crystalline silicon nitride, a scanning electron microscope of S4800 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation and JSM-7000F manufactured by JEOL Ltd. The particle morphology was observed by (SEM). The observation was performed on the particle form after acid treatment (FIG. 1A, FIG. 1B), and then the classified product obtained by removing extremely large particles and small particles from the powder so that it could be used as a phosphor (FIG. 2A, 2B, 3A and 3B). Specifically, fine particles were removed by passing the powder through a 20 μm sieve and the water ratio.

SEM写真をもとに、画像解析ソフトImageJを用いておのおのの粒子の面積を求め、面積から円相当の粒子径を求め、平均粒子径を求めた。結果を表4に示した。また、目視により平均的な一次粒子を20個程度抽出し、その平均の粒子径も求めたが、その結果は、ほぼ、前述の円相当径の平均値と一致していた。非晶質窒化ケイ素を用いたLi−含有α−サイアロンの平均粒子径は、1〜3μmであった。アスペクト比はすべての実施例で2以下であった。非晶質窒化ケイ素を原料に用いたものでは、一次粒子が明確に判別できたが、結晶質窒化ケイ素を用いたものでは、一次粒子が密に融着・凝集した二次粒子になっているため画像解析は困難であった。そこで、目視により平均的な一次粒子を20個程度抽出し、その平均の粒子径を求めた。結果を表4に示す。一次粒子径は約0.5μmであり、非晶質窒化ケイ素を用いたものよりもはるかに小さかった。   Based on the SEM photograph, the area of each particle was determined using image analysis software ImageJ, the particle diameter corresponding to a circle was determined from the area, and the average particle diameter was determined. The results are shown in Table 4. In addition, about 20 average primary particles were extracted by visual observation, and the average particle size was also obtained. The result was almost the same as the average value of the equivalent circle diameter described above. The average particle diameter of Li-containing α-sialon using amorphous silicon nitride was 1 to 3 μm. The aspect ratio was 2 or less in all examples. In the case of using amorphous silicon nitride as a raw material, primary particles can be clearly distinguished, but in the case of using crystalline silicon nitride, the primary particles are secondary particles that are closely fused and aggregated. Therefore, image analysis was difficult. Therefore, about 20 average primary particles were extracted by visual observation, and the average particle size was obtained. The results are shown in Table 4. The primary particle size was about 0.5 μm, much smaller than that using amorphous silicon nitride.

また、解析領域の粒子について、0.8μm以上の粒子の存在割合を求めた。測定領域の全粒子の面積と0.8μm以上の粒子の面積を求め、その比を計算した。結果を表4に示す。全試料で70%以上の面積比であった。   Moreover, about the particle | grains of the analysis area | region, the ratio of 0.8 micrometer or more particle | grains was calculated | required. The area of all the particles in the measurement region and the area of particles of 0.8 μm or more were obtained, and the ratio was calculated. The results are shown in Table 4. The area ratio was 70% or more for all samples.

実施例2の分級品について、粒度分布を堀場製作所社製のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−910を用いて測定した。測定方法は次のとおり。サンノプコ社製のSNディスパーサントを0.03wt%含む分散媒をフローセルに入れブランク測定を行った。次に、同じ組成の分散媒に試料を加え、超音波分散を60分行った。溶液の透過率が95%〜70%になるように試料の量を調整し測定を行った。測定結果を、あらかじめ測定したブランク測定結果で補正し、粒度分布を求めた。この粉末のSEM写真を図2A、図3Aに示した。粒度分布測定の結果を図4Aに示した。頻度分布曲線は、ひとやまの良好な曲線を示した。D10、D50、D90を表4に示した。この粉末の比表面積を島津社製のフローソーブ2300型で測定したところ1.52m/gであった。さらに、実施例4の分級品についてもD10、D50、D90について測定した。頻度分布曲線は、ひとやまの良好な曲線を示した。For the classified product of Example 2, the particle size distribution was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus LA-910 manufactured by Horiba. The measurement method is as follows. A blank medium was measured by placing a dispersion medium containing 0.03 wt% of SN Dispersant manufactured by San Nopco into a flow cell. Next, a sample was added to a dispersion medium having the same composition, and ultrasonic dispersion was performed for 60 minutes. Measurement was performed by adjusting the amount of the sample so that the transmittance of the solution was 95% to 70%. The measurement result was corrected with the blank measurement result measured in advance, and the particle size distribution was obtained. SEM photographs of this powder are shown in FIGS. 2A and 3A. The result of the particle size distribution measurement is shown in FIG. 4A. The frequency distribution curve showed a good curve for a person. Table 10 shows D10, D50, and D90. It was 1.52 m < 2 > / g when the specific surface area of this powder was measured by Shimadzu Corporation flowsorb 2300 type. Furthermore, the classified products of Example 4 were also measured for D10, D50, and D90. The frequency distribution curve showed a good curve for a person.

さらに、実施例6について、粒度分布測定を行った。この粉末のSEM写真を図2B、図3Bに示した。粒度分布の、測定結果を図4Bに示す。頻度分布曲線は、ふたやまの曲線を示した。D10、D50、D90を表4に示した。この粉末の比表面積を島津社製のフローソーブ2300型で測定したところ2.50m/gであった。さらに、実施例7の分級品についてもD10、D50、D90について測定した。頻度分布曲線は、ふたやまの曲線を示した。実施例7のD90は20μmを超えたが、これは微細な粒子と大きな粒子が測定中に凝集したためと考えられる。Further, the particle size distribution of Example 6 was measured. SEM photographs of this powder are shown in FIGS. 2B and 3B. The measurement result of the particle size distribution is shown in FIG. 4B. The frequency distribution curve is a Futyama curve. Table 10 shows D10, D50, and D90. It was 2.50 m < 2 > / g when the specific surface area of this powder was measured by Shimadzu Corporation flowsorb 2300 type. Further, D10, D50, and D90 were measured for the classified product of Example 7. The frequency distribution curve is a Futyama curve. D90 of Example 7 exceeded 20 μm, which is considered to be because fine particles and large particles aggregated during the measurement.

結晶質窒化ケイ素を用いてLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末を作製すると、小さな一次粒子が、融着・凝集して二次粒子からなる粉末になるが、それを粉砕して蛍光体にすると、二次粒子のかけらの微粒と、大きな二次粒子になる。このような粉末では、微細な粒子によって散乱が増え、蛍光強度は低くなり、粒度分布も相対的に悪くなる。   When producing Li-containing α-sialon-based phosphor powder using crystalline silicon nitride, small primary particles are fused and aggregated into a powder composed of secondary particles. , It becomes small particles of secondary particles and large secondary particles. In such a powder, scattering is increased by fine particles, the fluorescence intensity is lowered, and the particle size distribution is also relatively deteriorated.

(比較例1)
表1に示す組成で、実施例1と同様な方法で蛍光体粉末を作製した。さらに、実施例1と同じ方法で、結晶相の同定、組成分析を行った。結晶相の解析の結果、Li含有α−サイアロン系蛍光体単相で構成された粉末であった。分析した組成を表3に示す。x値が0.39のLi含有α−サイアロン系蛍光体であった。このLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の蛍光強度は低かった。このことから、x値が0.45より小さくなると良好な蛍光強度が得られないことが明らかになった。
(Comparative Example 1)
With the composition shown in Table 1, phosphor powders were produced in the same manner as in Example 1. Furthermore, identification of the crystal phase and composition analysis were performed in the same manner as in Example 1. As a result of analysis of the crystal phase, the powder was composed of a single phase containing Li-containing α-sialon phosphor. The analyzed composition is shown in Table 3. The Li-containing α-sialon phosphor having an x value of 0.39. The fluorescence intensity of this Li-containing α-sialon phosphor powder was low. From this, it became clear that when the x value is smaller than 0.45, good fluorescence intensity cannot be obtained.

(比較例2)
表1に示す組成で、実施例1と同様な方法で蛍光体粉末を作製した。さらに、実施例1と同じ方法で、結晶相の同定、組成分析を行った。結晶相の解析の結果、Li含有α−サイアロン系蛍光体とわずかな異相で構成された粉末であった。分析した組成を表3に示す。なお、異相はわずかでほとんどがLi含有α−サイアロン蛍光体であるので、異相を無視して計算を行った。x値が0.9、δが−0.2のLi含有α−サイアロン系蛍光体であった。このLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の蛍光強度は低かった。このことから、δが0より小さくなると良好な蛍光強度が得られないことが明らかである。
(Comparative Example 2)
With the composition shown in Table 1, phosphor powders were produced in the same manner as in Example 1. Furthermore, identification of the crystal phase and composition analysis were performed in the same manner as in Example 1. As a result of analysis of the crystal phase, it was a powder composed of a Li-containing α-sialon phosphor and a slight heterogeneous phase. The analyzed composition is shown in Table 3. In addition, since there were few heterogeneous phases and most were Li containing alpha-sialon fluorescent substance, the heterogeneous phase was disregarded and it calculated. It was a Li-containing α-sialon phosphor having an x value of 0.9 and δ of −0.2. The fluorescence intensity of this Li-containing α-sialon phosphor powder was low. From this, it is clear that good fluorescence intensity cannot be obtained when δ is smaller than 0.

(比較例3)
表1に示す組成で、窒化ケイ素原料として比表面積約9.2m/gの結晶質窒化ケイ素を用いた以外は、実施例1と同様な方法で蛍光体粉末を作製し、同様に酸洗浄を行った。さらに、実施例1と同じ方法で、結晶相の同定、組成分析を行った。結晶相の解析の結果、Li含有α−サイアロン系蛍光体とわずかな異相で構成された粉末であった。分析した組成を表3に示す。なお、異相はわずかでほとんどがLi含有α−サイアロン蛍光体であるので、異相を無視して計算を行った。x値が0.82、δが0.0のLi含有α−サイアロン系蛍光体であった。蛍光強度比は68と小さい値を示した。
(Comparative Example 3)
A phosphor powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that crystalline silicon nitride having a specific surface area of about 9.2 m 2 / g was used as the silicon nitride raw material with the composition shown in Table 1, and the acid cleaning was similarly performed. Went. Furthermore, identification of the crystal phase and composition analysis were performed in the same manner as in Example 1. As a result of analysis of the crystal phase, it was a powder composed of a Li-containing α-sialon phosphor and a slight heterogeneous phase. The analyzed composition is shown in Table 3. In addition, since there were few heterogeneous phases and most were Li containing alpha-sialon fluorescent substance, the heterogeneous phase was disregarded and it calculated. The Li-containing α-sialon phosphor having an x value of 0.82 and δ of 0.0. The fluorescence intensity ratio was as small as 68.

(実施例9)
実施例2の蛍光体とエポキシ樹脂を20:100の重量比で混合し、蛍光体ペーストを作製した。これを電極に取り付けられた青色発光ダイオード(波長470nm)に塗布し、120℃1時間加熱し、さらに150℃12時間加熱しエポキシ樹脂を硬化させた。得られた発光ダイオードを点灯し、昼光色の白色であることを確認した。
Example 9
The phosphor of Example 2 and the epoxy resin were mixed at a weight ratio of 20: 100 to prepare a phosphor paste. This was applied to a blue light emitting diode (wavelength 470 nm) attached to the electrode, heated at 120 ° C. for 1 hour, and further heated at 150 ° C. for 12 hours to cure the epoxy resin. The obtained light emitting diode was turned on, and it was confirmed that it was white of daylight color.

(実施例10)
実施例2の蛍光体と、別途作製した赤色蛍光体CaAlSiNを混合し、蛍光体の色調の調整を行った。その結果を表5に示す。表5に示す色調の変化に応じ、青色LEDとの組み合わせで、昼光色から電球色の範囲の白色LEDを作製することができた。
(Example 10)
The phosphor of Example 2 and a separately prepared red phosphor CaAlSiN 3 were mixed to adjust the color tone of the phosphor. The results are shown in Table 5. According to the change of the color tone shown in Table 5, it was possible to produce a white LED in the range of daylight color to light bulb color in combination with a blue LED.

(実施例11)
炭酸リチウム粉末、酸化ユーロピウム粉末、窒化アルミニウム粉末、酸化アルミニウム粉末及び、四塩化珪素とアンモニアを反応させることにより得られた非晶質窒化珪素粉末をx=0.85、y=0.2、m=1.25、n=1.0になるように秤量し、さらに過剰の添加物として、炭酸リチウムをLi含有α−サイアロン1モルに対し、金属Li換算で0.63モルを添加した。攪拌用のナイロンボールと秤量した粉末を容器に入れ窒素雰囲下において、1時間振動ミルによって混合した。混合後、粉末を取り出し、窒化ホウ素製の坩堝に充填した。この時の充填密度は、約0.18g/cmあった。これを抵抗加熱炉にセットし、常圧の窒素ガス流通雰囲気下、室温から1000℃までを1時間、1000℃から1250℃までを2時間、1250℃から200℃/hで、1600℃まで加熱した。保持時間は3時間とし蛍光体粉末を得た。得られた粉末は弱く焼結した塊になっていたので、これを大きな塊のない粉末になるまで、めのう乳鉢を用いて軽く解砕した。次いで、2規定−硝酸溶液中に5時間浸漬、攪拌し酸処理を行った。得られた粉末を110℃の温度で5時間乾燥した。
(Example 11)
Lithium carbonate powder, europium oxide powder, aluminum nitride powder, aluminum oxide powder, and amorphous silicon nitride powder obtained by reacting silicon tetrachloride with ammonia are x = 0.85, y = 0.2, m = 1.25 and n = 1.0, and as an excessive additive, lithium carbonate was added in an amount of 0.63 mol in terms of metallic Li to 1 mol of Li-containing α-sialon. A nylon ball for stirring and a weighed powder were placed in a container and mixed by a vibration mill for 1 hour in a nitrogen atmosphere. After mixing, the powder was taken out and filled into a boron nitride crucible. The packing density at this time was about 0.18 g / cm 3 . This was set in a resistance heating furnace and heated from room temperature to 1000 ° C. for 1 hour, from 1000 ° C. to 1250 ° C. for 2 hours and from 1250 ° C. to 200 ° C./h to 1600 ° C. in a normal pressure nitrogen gas flow atmosphere. did. The holding time was 3 hours to obtain a phosphor powder. Since the obtained powder was a weakly sintered lump, it was lightly crushed using an agate mortar until it became a powder without a large lump. Subsequently, it was immersed in a 2N-nitric acid solution for 5 hours and stirred for acid treatment. The obtained powder was dried at a temperature of 110 ° C. for 5 hours.

得られた粉末を実施例1と同じ方法で組成の分析を行った。その結果、x=0.64、y=0.10、m=0.91、n=2.12、x/m=0.70、δ=0.07であった。
さらに、得られた粉末を、日本電子社製 JSM−7000Fの走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて粒子形態を観察した。結果を図5に示す。図5に示すように、3μm以上の粒子の平均アスペクト比1.3で、短軸の長さが3.3μmであり、短軸の長さが3μmよりも大きい一次粒子のLi含有α−サイアロン蛍光体粒子含むLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末を得ることができた。
The composition of the obtained powder was analyzed in the same manner as in Example 1. As a result, x = 0.64, y = 0.10, m = 0.91, n = 2.12, x / m = 0.70, and δ = 0.07.
Furthermore, the particle | grain form of the obtained powder was observed using the scanning electron microscope (SEM) of JSM-7000F by JEOL. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, Li-containing α-sialon of primary particles having an average aspect ratio of 1.3 μm or more, a short axis length of 3.3 μm, and a short axis length of greater than 3 μm. Li-containing α-sialon phosphor powder containing phosphor particles could be obtained.

この粉末のX線回折パターンを測定し、結晶相の同定を行った。なおエックス線源としてCuのKαを用いた。その結果、主要なピークはLi含有α−サイアロンであることを確認した。エックス線を精密に走査し、格子定数を求めた。その結果、六方晶系、a=7.812Å、c=5.666Åであった。   The X-ray diffraction pattern of this powder was measured, and the crystal phase was identified. Note that Cu Kα was used as an X-ray source. As a result, it was confirmed that the main peak was Li-containing α-sialon. The X-ray was scanned precisely to obtain the lattice constant. As a result, they were hexagonal, a = 7.812Å, and c = 5.666Å.

次に蛍光特性について述べる。試料として、蛍光体を実際に利用する場合を考え、極端に大きな粒子と小さな粒子を除去した分級品を採用した。具体的には、大きな粒子の塊を20μmのふるいを通して除去し、さらに、極端に微細な粒子を、水比によって除去した。   Next, the fluorescence characteristics will be described. Considering the case of actually using a phosphor as a sample, a classified product from which extremely large particles and small particles were removed was adopted. Specifically, a large particle lump was removed through a 20 μm sieve, and extremely fine particles were removed by a water ratio.

蛍光特性は、日本分光社製、積分球付のFP−6500を用いて蛍光特性の測定を行った。表4と同じスケールで、270%であった。
(実施例12)
原料として、非晶質窒化ケイ素粉末をシリコンジイミドに代え、実施例2と同様の組成で原料を秤量、混合した。混合粉末を窒化ケイ素の坩堝に充填した。この時の充填密度は0.09g/cmであった。これを抵抗加熱炉にセットし、常圧の窒素ガス流通雰囲気下で、室温から800℃までを1時間、800℃から1000℃までを2時間、1000℃から1250℃までを2時間、1250℃から1650℃までを200℃/hの昇温スケジュールで加熱し蛍光体粉末を得た。得た粉末は実施例2と同様の方法で処理し、組成の分析を行った。その結果、x=0.90、y=0.03、m=1.13、n=2.23、x/m=0.80、δ=0.17であった。蛍光ピーク波長は572nm、蛍光強度は表4の強度比で表した場合、293%であった。
The fluorescence characteristics were measured using an FP-6500 with an integrating sphere manufactured by JASCO Corporation. It was 270% on the same scale as Table 4.
(Example 12)
As the raw material, the amorphous silicon nitride powder was replaced with silicon diimide, and the raw material was weighed and mixed with the same composition as in Example 2. The mixed powder was filled in a silicon nitride crucible. The packing density at this time was 0.09 g / cm 3 . This was set in a resistance heating furnace, and under normal pressure nitrogen gas flow atmosphere, from room temperature to 800 ° C for 1 hour, from 800 ° C to 1000 ° C for 2 hours, from 1000 ° C to 1250 ° C for 2 hours, 1250 ° C To 1650 ° C. with a temperature increase schedule of 200 ° C./h to obtain phosphor powder. The obtained powder was processed in the same manner as in Example 2 and the composition was analyzed. As a result, x = 0.90, y = 0.03, m = 1.13, n = 2.23, x / m = 0.80, and δ = 0.17. The fluorescence peak wavelength was 572 nm, and the fluorescence intensity was 293% when represented by the intensity ratio in Table 4.

Claims (18)

一般式(1)
LiEuSi12−(m+n)Al(m+n)n+δ16−n‐δ (1)
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya+δ=m;0.45≦x<1.2、0.001≦y≦0.2、0.9≦m≦2.5、0.5≦n≦2.4、δ>0である。)で表されることを特徴とするLi含有α−サイアロン系蛍光体。
General formula (1)
Li x Eu y Si 12- (m + n) Al (m + n) On + δ N 16-n-δ (1)
(Wherein the average valence of Eu is a, x + ya + δ = m; 0.45 ≦ x <1.2, 0.001 ≦ y ≦ 0.2, 0.9 ≦ m ≦ 2.5, 0. 5 ≦ n ≦ 2.4, δ> 0.) A Li-containing α-sialon-based phosphor.
前記δが0.05〜1.2であり、前記xとmとの比x/mが、0.4〜0.9の範囲であることを特徴とする請求項1記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  The Li-containing α- according to claim 1, wherein the δ is 0.05 to 1.2, and the ratio x / m between the x and m is in the range of 0.4 to 0.9. Sialon phosphor. 前記xが、0.82≦x<1.2であり、前記x/mが、0.5〜0.9の範囲であることを特徴とする請求項2記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  3. The Li-containing α-sialon-based fluorescence according to claim 2, wherein x is 0.82 ≦ x <1.2, and x / m is in a range of 0.5 to 0.9. body. 励起光を入射することにより、波長560nmから580nmのピーク波長の蛍光を放出することを特徴とする請求項1記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  The Li-containing α-sialon-based phosphor according to claim 1, wherein when the excitation light is incident, fluorescence having a peak wavelength of 560 nm to 580 nm is emitted. 走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される一次粒子の平均アスペクト比が2以下であり、平均粒子径Dparticleが1μm以上3.0μm以下である粉末であることを特徴とする請求項1記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。The average aspect ratio of primary particles measured by image analysis of a scanning electron micrograph is 2 or less, and the powder has an average particle diameter D particle of 1 µm to 3.0 µm. 1. The Li-containing α-sialon phosphor according to 1. 走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される粒子において、0.8μm以上の一次粒子が面積比で70%以上存在することを特徴とする請求項5記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  6. The Li-containing α-sialon-based fluorescence according to claim 5, wherein in the particles measured by image analysis of a scanning electron micrograph, primary particles of 0.8 μm or more are present in an area ratio of 70% or more. body. レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した粒度分布曲線における頻度分布曲線が、単一のピークであり、メジアン径が4〜15μmであることを特徴とする請求項5記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  The Li-containing α- according to claim 5, wherein the frequency distribution curve in the particle size distribution curve measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer is a single peak and the median diameter is 4 to 15 µm. Sialon phosphor. 粒度分布曲線における10%径が1.5μm以上で、90%径が15μm以下であることを特徴とする請求項5記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  The Li-containing α-sialon-based phosphor according to claim 5, wherein the 10% diameter in the particle size distribution curve is 1.5 µm or more and the 90% diameter is 15 µm or less. 走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより計測される一次粒子のアスペクト比が3以下であり、短軸の長さが3μmより大きい粉末であることを特徴とする請求項1記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体。  2. The Li-containing α according to claim 1, wherein the primary particle aspect ratio measured by image analysis of a scanning electron micrograph is a powder having an aspect ratio of 3 or less and a minor axis length of more than 3 μm. -Sialon phosphor. 窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを、前記一般式(1)で表されるLi含有α−サイアロン系蛍光体の組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、1400〜1800℃で焼成することを特徴とする請求項1記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法。  Silicon nitride powder and / or nitrogen-containing silane compound, AlN-containing aluminum source material, Li nitride, oxynitride, oxide, or precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition, Eu nitridation Lithium is in excess of the composition of the Li-containing α-sialon-based phosphor represented by the general formula (1) with the oxide, oxynitride, oxide, or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition. 2. Production of Li-containing α-sialon-based phosphor according to claim 1, characterized by being weighed and mixed so as to have a composition, and calcined at 1400 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen. Method. 焼成後のLi含有α−サイアロン系蛍光体を、酸洗浄することを特徴とする請求項10に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法。  The method for producing a Li-containing α-sialon-based phosphor according to claim 10, wherein the Li-containing α-sialon-based phosphor after the baking is acid-washed. 非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物と、AlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを、前記一般式(1)で表されるLi含有α−サイアロン系蛍光体の組成よりも、リチウムが過剰な組成になるように秤量、混合し、窒素を含有する常圧の不活性ガス雰囲気中、1400〜1800℃で焼成することを特徴とする請求項5記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法。  An amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen-containing silane compound, a material that becomes an aluminum source containing AlN, a nitride of Li, an oxynitride, an oxide, or a precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition, Eu nitride, oxynitride, oxide, or precursor material that becomes oxide by thermal decomposition is more lithium than the composition of the Li-containing α-sialon-based phosphor represented by the general formula (1). The Li-containing α-sialon-based fluorescence according to claim 5, wherein the Li-containing α-sialon-based fluorescent material is weighed and mixed so as to have an excessive composition, and fired at 1400 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen. Body manufacturing method. 前記一般式(1)の組成になる理論量の、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物とAlNを含むアルミニウム源となる物質と、Liの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、Euの窒化物、酸窒化物、酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質と、さらに、前記理論量に含まれない過剰の、Liの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質とを混合し、常圧の窒素を含有する不活性ガス雰囲気中、1500〜1800℃で焼成することを特徴とする請求項9に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法。  A theoretical amount of amorphous silicon nitride powder and / or a nitrogen source silane compound and an aluminum source material containing AlN, a Li nitride, an oxynitride, an oxide, and a composition of the general formula (1) Or a precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition, a nitride of Eu, an oxynitride, an oxide, or a precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition, and an excessive amount not included in the theoretical amount, The oxide of Li or the precursor substance which becomes an oxide by thermal decomposition is mixed and calcined at 1500 to 1800 ° C. in an inert gas atmosphere containing nitrogen at normal pressure. A method for producing the Li-containing α-sialon phosphor as described. 前記理論量に含まれない過剰の、Liの酸化物、または熱分解により酸化物となる前駆体物質の金属リチウムの量が、理論量の生成物のLi含有α−サイアロン系蛍光体1モルに対して、0.1〜1.25モルであることを特徴とする請求項13記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体の製造方法。  The amount of excess Li oxide not included in the theoretical amount, or the metallic lithium of the precursor material that becomes an oxide by thermal decomposition, is 1 mol of Li-containing α-sialon-based phosphor of the theoretical amount of the product. The method for producing a Li-containing α-sialon phosphor according to claim 13, wherein the content is 0.1 to 1.25 mol. 発光源と、請求項1、5又は9に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体を含有する蛍光体とから構成される照明器具。  The lighting fixture comprised from a light emission source and the fluorescent substance containing Li containing alpha-sialon type | system | group fluorescent substance of Claim 1, 5 or 9. 前記発光源が330〜500nmの波長の光を発光するLEDであることを特徴とする請求項15に記載の照明器具。  The lighting apparatus according to claim 15, wherein the light source is an LED that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm. 前記蛍光体は、さらに、600nm〜650nmの赤色を発する蛍光体を含有していることを特徴とする請求項16記載の照明器具。  The lighting device according to claim 16, wherein the phosphor further contains a phosphor emitting red light of 600 nm to 650 nm. 励起源と請求項1、5又は9に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体を含有する蛍光体とから構成される画像表示装置。  An image display device comprising an excitation source and a phosphor containing the Li-containing α-sialon phosphor according to claim 1, 5 or 9.
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