JP5378644B2 - 窒化物蛍光体または酸窒化物蛍光体の製造方法 - Google Patents
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Description
ここで本発明者らは、当該不純物として含まれる炭素および/または酸素の由来について、さらに研究をおこなった。その結果、当該元素は、雰囲気ガス中に微量に含まれる酸素や、焼成炉内のカーボン部材に含まれる炭素が影響していることに想到した。
本実施形態における蛍光体の製造方法のように、窒化物蛍光体または酸窒化物蛍光体(以下、単に「蛍光体」と記載する場合がある。)の原料粉体を、窒化物からなる焼成容器に入れ、かつ、当該焼成容器に蓋をして焼成することで、発光強度が20%程度上昇した蛍光体を得ることができた。
当該製造方法により得られる蛍光体の発光強度が、20%程度上昇する詳細な理由は不明である。しかし、本発明者らが得られた蛍光体中の酸素含有量や炭素不純物含有量を測定したところ、酸素含有量は2.7重量%より少なく、炭素不純物含有量は、0.06重量%より少なくなっており、これら酸素含有量の適正化、炭素不純物含有量の低減が蛍光体の発光強度上昇に寄与しているとも考えられる。
その後、焼成された原料を炉内から取り出し、大気中にて適当な粒径になるまで乳鉢を用いて解砕し、組成式CaSiAlO0.17N2.89:Euの蛍光体を製造した。
図1(B)に示すように、るつぼ11を焼成炉14に設置する際には、まずカーボン台12に、蛍光体原料の混合物16を収納したるつぼ11を1個または複数個配置し、これらの各るつぼ11に容器10を覆うように被せる。
次に、図1(C)及び(D)に示すように、これらのるつぼ11及び容器10をカーボン台12と共にカーボン容器13内に収めて、焼成炉14内に設置する。上記カーボン容器13は、焼成炉14内で周方向に複数配置されたカーボンヒータ15からの熱を均一化すると共に、るつぼ11に対して容器10と同様に蓋としても機能する。
図2(A)(B)に示すように、蛍光体原料の混合物16は、上方が開放された箱形状のトレイ20内に収納されている。このトレイ20は、上記るつぼ11と同様な材質、例えばBN(窒化ホウ素)にて構成されている。このトレイ20の蓋は、トレイ20の上方開口部分を覆う板状のものでもよいが、図6に示すように、下方が開放された箱形状の容器21を用い、この容器21内にトレイ20が収容されるように、当該容器21によりトレイ20を覆うようにしてもよい。この場合、トレイ20の外寸法より、ほぼ同寸法〜2倍程度の内寸法を有する箱形状の容器21を用いると良い。
窒化物蛍光体は、酸素が混入されることによって、窒素原子のサイトにイオン半径の異なる酸素原子が置換されてしまい、その結晶構造が崩れてしまうことや、3価の価数を持つ窒素原子が2価の価数を持つ酸素原子に置換されることで、価数のバランスが崩れ、格子欠陥などが生じてしまうことにより、蛍光体の発光強度が低下してしまうためと考えられる。酸窒化物蛍光体においても、その酸素原子と窒素原子の比率が崩れることで、最適な結晶構造を保つ酸素/窒素比から外れてしまい、結晶構造が崩れてしまうことや、3価の価数を持つ窒素原子が2価の価数を持つ酸素原子に置換されることで、価数のバランスが崩れ、格子欠陥などが生じてしまうことにより、蛍光体の発光強度が低下してしまうことが考えられる。
また、炉内から飛散したカーボンなどが蛍光体試料に混在すると、そのカーボンが蛍光体からの発光を吸収してしまったり、蛍光体を励起するために照射する光を吸収してしまい、すべての励起エネルギーを蛍光体の励起のために使用できなかったりすることにより、実質的に蛍光体から放出される光の出力が低下することが考えられる。また、焼成中に蛍光体試料に混入したカーボンと蛍光体試料が反応してしまい、蛍光体試料内部へ炭素原子が拡散・進入し、不純物原子として取り込まれて、発光強度が低下することが考えられる。酸化物蛍光体のように、元々蛍光体試料中に酸素原子を多く含む物質であれば、微量のカーボンは試料中の酸素原子と反応して、CO2となり取り除かれるため、それほど炉内のカーボンによる汚染の影響は受けないことが予想されるが、窒化物蛍光体、または、酸素含有量の少ない酸窒化物蛍光体のように元々酸素原子の含有量が少ない物質である場合、炉内のカーボンが試料中にそのまま残存してしまい、影響を受けやすいものと考えられる。
また、炉内部材から発生する可能性のあるFe、Co、Niなどの不純物元素が混入し、蛍光体試料内部へ取り込まれて、発光強度が低下することや、炉内に残存している原料分解物の残渣が混入し、蛍光体試料と反応し、残渣中に存在する元素が不純物元素として蛍光体試料内部へ取り込まれて、発光強度が低下することが考えられる。
すなわち、本発明の製造方法によれば、以上に記載したような、酸素、カーボン、Fe、Co、Niなどの不純物元素、原料分解物の残渣などの混入を防止できるので、それらによって引き起こされる発光強度の低下を抑制することができたのではないかと考えられる。
尚、本実施形態は窒化物または酸窒化物蛍光体の製造方法として適した製造方法であり、一例としてCaAlSiOoN3−2/3o:Eu蛍光体を例に挙げているが、この蛍光体に限ったものではない。窒化物蛍光体であれば、公知のCa2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Eu、Ba2Si5N8:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、CaAl2Si4N8:Eu、CaSiN2:Eu、MwAlxSiyBzN((2/3)w+x+(4/3)y+z)などにも適用でき、酸窒化物蛍光体であれば、Cax(Al,Si)12(O,N)16:Eu(0<x≦1.5)、CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu、2.75SrO・Si3N4:Eu、SrAlxSi4−xOxN7−x:Ce、SrAlxSi6−xO1+xN8−x:Eu、SrAl19Si9ON31:Eu、LaAlSi6−zAlzN10−zOz:Ce、Si6−zAlzOzN8−z:Euなどにも適用できる。
従って、この光源(LED)をCRT、PDP等のディスプレイ装置や、蛍光灯等の照明装置の多様な光源として用いることができる。
(実施例1)
市販のCa3N2(2N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)、Eu2O3(3N)を準備し、各元素のモル比がCa:Al:Si:Eu=0.985:1:1:0.015となるように各原料を秤量し、窒素雰囲気下のグローブボックス中において乳鉢を用いて混合した。混合した原料を窒化ホウ素製のるつぼ(内径30mm、外径36mm、高さ27mm)に充填し、窒化ホウ素製るつぼよりも一回り大きな窒化ホウ素製容器(内径40mm、外径46mm、高さ39mm)をるつぼの上に被せて、蓋とした状態で炉内に配置する。ここで、これらの蓋をした焼成容器は、焼成容器の位置をヒーター部に合わせるために高さ調整されたカーボン台の上に配置し、外径145mm、内径139mm、高さ210mmの円筒状カーボン容器に入れた状態で炉内に配置した。
市販のCa3N2(2N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)、Eu2O3(3N)を準備し、各元素のモル比がCa:Al:Si:Eu=0.985:1:1:0.015となるように各原料を秤量し、窒素雰囲気下のグローブボックス中において乳鉢を用いて混合した。混合した原料を窒化ホウ素製のるつぼ(内径30mm、外径36mm、高さ27mm)に充填し、窒化ホウ素製のるつぼに蓋をしない状態で炉内に配置する。ここで、これらの焼成容器は、焼成容器の位置をヒーター部に合わせるために高さ調整されたカーボン台の上に配置し、外径145mm、内径139mm、高さ210mmの円筒状カーボン容器に入れた状態で炉内に配置した。
次に、炉内を真空に引いて窒素で置換した後、流通する窒素雰囲気中(フロー状態、20.0L/min)、炉内圧0.05MPaで1500℃まで15℃/minで昇温し、1500℃で3時間保持・焼成した。その後、1500℃から50℃まで1時間30分間で冷却し、焼成を完了させた。その後、焼成試料を大気中にて平均粒径が約7μmになるまで乳鉢を用いて解砕し、比較例1の蛍光体試料を得た。
11 焼成容器(るつぼ)
14 焼成炉
Claims (5)
- 一般式MABOoN3−2/3o:Zで表記され、M元素はII価の価数をとるMg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種以上の元素であり、A元素はIII価の価数をとるAlであり、B元素はSiであり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素はEuであり、o≧0であり、酸素含有量が2.7重量%より少ない窒化物蛍光体の製造方法であって、
原料粉体を窒化物からなる焼成容器に入れ、かつ、当該焼成容器に当該焼成容器よりも一回り大きな窒化物製の容器を蓋として、当該焼成容器の上に被せた状態とし、カーボン部材を用いた焼成炉内で焼成をおこなうことを特徴とする窒化物蛍光体の製造方法。 - 請求項1に記載の窒化物蛍光体の製造方法であって、
前記窒化物からなる焼成容器が、窒化ホウ素製の焼成容器であることを特徴とする窒化物蛍光体の製造方法。 - 請求項1または2に記載の窒化物蛍光体の製造方法であって、
前記蓋が、窒化ホウ素製の蓋であることを特徴とする窒化物蛍光体の製造方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法であって、前記M元素はCaである窒化物蛍光体の製造方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載の窒化物蛍光体の製造方法であって、前記窒化物蛍光体の炭素不純物含有量は0.06重量%よりも少ないことを特徴とする窒化物蛍光体の製造方法。
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