JP5444271B2 - Method for producing alkaline earth metal silicate phosphor - Google Patents

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本発明は、紫外から可視域の光励起により高輝度に発光する、組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aは、アルカリ土類金属元素)系のEu2+を賦活したアルカリ土類金属シリケート系蛍光体の製造方法に関する。 The present invention relates to an alkaline earth metal activated by Eu 2+ of the composition formula (A, Eu) 3 SiO 5 (where A is an alkaline earth metal element), which emits light with high luminance by photoexcitation in the ultraviolet to visible range. The present invention relates to a method for producing a silicate phosphor.

白色LEDは、近紫外から青色で発光するLEDと蛍光体の発光を混合して白色光を発生させるもので、従来小型携帯機器のLCDバックライト光源として活発に開発がなされてきたが、次世代の応用として照明用途への展開が進んでいる。
この白色LEDに用いられる白色LED用蛍光体としては、従来、青色励起により黄色の蛍光を示すYAG:Ce3+や、緑から黄色の蛍光を示す(Ba,Sr,Ca)SiO:Eu2+、SrSiO:Eu2+などが知られているが、より高輝度な蛍光体が望まれている。
White LEDs are a mixture of LEDs that emit light from near ultraviolet to blue and phosphors to generate white light. Conventionally, white LEDs have been actively developed as LCD backlight sources for small portable devices. As an application, the development of lighting applications is progressing.
Conventionally, as a phosphor for white LED used for this white LED, YAG: Ce 3+ which shows yellow fluorescence by blue excitation or (Ba, Sr, Ca) 2 SiO 4 : Eu 2+ which shows green to yellow fluorescence. Sr 3 SiO 5 : Eu 2+ and the like are known, but a phosphor with higher luminance is desired.

一方、Eu2+を賦活したアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、紫外から可視域にわたって幅広く励起することが可能で、その組成を変化させることで、緑から橙色まで発光波長を変化させることが可能であることが知られている(非特許文献1参照)。 On the other hand, alkaline earth metal silicate phosphors activated by Eu 2+ can be excited widely from the ultraviolet to the visible range, and the emission wavelength can be changed from green to orange by changing the composition. It is known that it is (refer nonpatent literature 1).

ところで、一般的な蛍光体の合成方法は、原料粉末を湿式や乾式で混合した後、高温で焼成し、原料間の固相反応により合成される方法が用いられる(非特許文献2参照)が、このEu2+を賦活したアルカリ土類金属シリケート系蛍光体の合成方法としては、アルカリ土類金属の炭酸塩とSiO粉末を混合焼成する固相焼成法(特許文献1参照)、アルカリ土類金属の水溶液とテトラエトキシシラン(TEOS)などの有機ケイ素化合物を用いたゾルゲル反応により前駆体を作製し、その後焼成する方法(特許文献2参照)が知られている。 By the way, as a general method for synthesizing phosphors, a method is used in which raw material powders are mixed in a wet or dry manner, then baked at a high temperature and synthesized by a solid phase reaction between the raw materials (see Non-Patent Document 2). As a method for synthesizing the alkaline earth metal silicate phosphor activated with Eu 2+ , a solid phase firing method (see Patent Document 1) in which an alkaline earth metal carbonate and SiO 2 powder are mixed and fired, an alkaline earth metal is used. A method is known in which a precursor is prepared by a sol-gel reaction using an aqueous metal solution and an organosilicon compound such as tetraethoxysilane (TEOS), and then fired (see Patent Document 2).

さらに、高輝度なアルカリ土類金属シリケート蛍光体を得るためには、結晶相純度を高くし、賦活剤であるEu2+を母体結晶中に均一に分散させることが必要である。特許文献1に示されるような固相焼成法では、原料間の拡散、反応を進めるために、高温、長時間の焼成を行う必要がある。一方、ゾルゲル法や共沈法のような液相法による蛍光体前駆体からの蛍光体合成においては、原料金属元素が均一に混合されており、固相焼成法に比べて元素の拡散、反応が進みやすいという利点がある。 Further, in order to obtain a high-brightness alkaline earth metal silicate phosphor, it is necessary to increase the crystal phase purity and to uniformly disperse Eu 2+ as an activator in the base crystal. In the solid-phase firing method disclosed in Patent Document 1, it is necessary to perform firing at a high temperature for a long time in order to promote diffusion and reaction between raw materials. On the other hand, in the phosphor synthesis from phosphor precursors by liquid phase methods such as sol-gel method and coprecipitation method, the raw material metal elements are uniformly mixed, and element diffusion and reaction compared to solid phase firing method There is an advantage that is easy to proceed.

その液相法によるアルカリ土類金属シリケート蛍光体のケイ素原料としては、特許文献2に示されたTEOSなどの有機ケイ素化合物が用いられる場合が多い。このTEOSは、他の原料と混合した後、加水分解、重合によりSiOとなることから利用されている。しかし、TEOSやテトラメトキシシラン(TMOS)などの有機ケイ素化合物は、一般的に非水溶性であり、水溶液と均一混合ができず、ケイ素以外の原料であるアルカリ土類金属を水溶液として用いる場合においては、均一混合が困難である。そこで、溶媒をアルコールなどの有機溶媒とすればケイ素原料は、溶液中に均一に分散するが、加水分解のための水を加えたところで2相に分離してしまう。また、溶媒をアルコールなどの有機溶媒とすると、アルカリ土類金属を溶解させるのが困難であるという問題もある。さらに、TEOSなどの有機ケイ素化合物は蒸発しやすく、合成中に組成が変動し、均一な組成の前駆体を得難いという問題もある。 As the silicon raw material of the alkaline earth metal silicate phosphor by the liquid phase method, an organosilicon compound such as TEOS disclosed in Patent Document 2 is often used. This TEOS is used because it is mixed with other raw materials and then becomes SiO 2 by hydrolysis and polymerization. However, organosilicon compounds such as TEOS and tetramethoxysilane (TMOS) are generally water-insoluble and cannot be uniformly mixed with an aqueous solution, and when an alkaline earth metal that is a raw material other than silicon is used as an aqueous solution. Is difficult to mix uniformly. Therefore, if the solvent is an organic solvent such as alcohol, the silicon raw material is uniformly dispersed in the solution, but is separated into two phases when water for hydrolysis is added. Further, when the solvent is an organic solvent such as alcohol, there is a problem that it is difficult to dissolve the alkaline earth metal. Furthermore, organosilicon compounds such as TEOS are liable to evaporate, the composition fluctuates during synthesis, and it is difficult to obtain a precursor having a uniform composition.

そこで、これらの問題を解決するために、近年、新しいケイ素原料である水溶性ケイ素化合物(WSS)が開発され、この水溶性ケイ素化合物(WSS)を使用したシリケート蛍光体の合成が検討されて、その有用性が確認されている(特許文献3、特許文献4参照)。
特許文献4では、金属塩水溶液とWSS水溶液を混合し、その混合液を水熱合成して得たゲル体を数段階にわたって焼成することによって、シリケート系蛍光体を合成した例が示されている。しかし、水熱合成法によりゲル体を合成すると、ゲル体から水が分離し、その水に原料金属塩が溶解しているために、組成ズレを引き起こすため、所定の成分を均一に含有するゲル体を得ることが困難であるという問題が生じている。
Therefore, in order to solve these problems, a water-soluble silicon compound (WSS) which is a new silicon raw material has been recently developed, and synthesis of a silicate phosphor using this water-soluble silicon compound (WSS) has been studied. Its usefulness has been confirmed (see Patent Document 3 and Patent Document 4).
Patent Document 4 shows an example in which a silicate phosphor is synthesized by mixing a metal salt aqueous solution and a WSS aqueous solution, and baking the gel obtained by hydrothermal synthesis of the mixture over several stages. . However, when the gel body is synthesized by the hydrothermal synthesis method, the water is separated from the gel body, and the raw material metal salt is dissolved in the water. There is a problem that it is difficult to obtain a body.

特開2009−173905号公報JP 2009-173905 A 特開2007−186674号公報JP 2007-186664 A 特開2010−007032号公報JP 2010-007032 A 特開2010−189583号公報JP 2010-188953 A

Philips Resarch Reports、1968、VOL.23、P.189−200Philips Research Reports, 1968, VOL. 23, P.I. 189-200 蛍光体ハンドブック、オーム社、P.166Phosphor Handbook, Ohm, P.A. 166

ゲル体の合成法として、水溶性ケイ素化合物(WSS)を用いた湿式合成法では、クエン酸などの有機酸の使用量が多いため、多量の前駆体を作製するためには、多量の有機酸を熱分解させる必要があり、そのために有機酸の熱分解時に、有機物、スス、異臭を除去する必要が生じ、また均一な熱分解が難しく、炭素が残留するという問題が生じていた。   As a method for synthesizing a gel body, a wet synthesis method using a water-soluble silicon compound (WSS) requires a large amount of an organic acid such as citric acid. Therefore, it is necessary to remove organic matter, soot and off-flavor during the thermal decomposition of the organic acid, and uniform thermal decomposition is difficult and carbon remains.

このようなシリケート蛍光体のSi源として、水溶性珪素化合物を用いたシリケート蛍光体の合成における問題に鑑み、本発明は有機酸を用いず、水溶性珪素化合物水溶液とアルカリ土類金属元素分散液とを混合し、加熱することにより作製できる均一なゲル体を得て、さらに加熱乾燥して前躯体を作製し、その後仮焼、還元焼成により高輝度に発光する組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のアルカリ土類金属シリケート蛍光体を合成する製造方法の提供を目的とするものである。 In view of the problem in the synthesis of a silicate phosphor using a water-soluble silicon compound as the Si source of such a silicate phosphor, the present invention does not use an organic acid, and the water-soluble silicon compound aqueous solution and the alkaline earth metal element dispersion are used. Are mixed and heated to obtain a uniform gel body, which is further heated and dried to prepare a precursor body, and then emits light with high luminance by calcination and reduction firing (A, Eu) 3 An object of the present invention is to provide a production method for synthesizing a SiO 5 (wherein A is an alkaline earth metal element) alkaline earth metal silicate phosphor.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体を作製する際に、アルカリ土類金属塩を水に分散させると粒子表面が塩基性となり、また水溶性ケイ素化合物(WSS)が塩基性水溶液中で直ちにゲル化ことに着目し、クエン酸等の有機酸を用いずにアルカリ土類金属塩分散液とWSS水溶液を混合、加熱することで、均一なゲル体を作製することができるという知見を得て、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a composition formula (A, Eu) 3 SiO 5 (where A is an alkaline earth metal element) -based Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor. Focusing on the fact that when the alkaline earth metal salt is dispersed in water, the particle surface becomes basic and the water-soluble silicon compound (WSS) immediately gels in the basic aqueous solution. The inventors found that a uniform gel body can be produced by mixing and heating an alkaline earth metal salt dispersion and a WSS aqueous solution without using an organic acid, and found that the above problems can be solved. Has been completed.

本発明に係る第1の発明は、組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法において、下記工程1、工程2、工程3、工程4からなることを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a process for producing a Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor of the composition formula (A, Eu) 3 SiO 5 (where A is an alkaline earth metal element), the following steps: It consists of 1, step 2, step 3, and step 4.

〔工程1〕
構成金属成分であるBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属炭酸塩の水分散液と、酸化ユーロピウムの水分散液と、水溶性ケイ素化合物濃度が2モル/L以下であるWSS水溶液との混合液を、30〜100℃の液温で加熱撹拌することにより、構成成分の全量が均一に分散した状態のゲル体とする工程である。
[Step 1]
An aqueous dispersion of at least one alkaline earth metal carbonate selected from Ba and Sr as constituent metal components, an aqueous dispersion of europium oxide, and a WSS having a water-soluble silicon compound concentration of 2 mol / L or less In this process, the mixed solution with the aqueous solution is heated and stirred at a liquid temperature of 30 to 100 ° C. to obtain a gel body in which the entire amount of the constituent components is uniformly dispersed.

〔工程2〕
工程1により作製されたゲル体を乾燥して含まれる溶媒を除去した乾燥物である前駆体を形成する工程である。
[Step 2]
This is a step of forming a precursor which is a dried product obtained by drying the gel body produced in step 1 and removing the solvent contained therein.

〔工程3〕
工程2により作製された前躯体を、大気雰囲気中で、一段目を1000〜1300℃、2段目を1100〜1500℃の温度で二段階熱処理して仮焼粉を得る工程である。
[Step 3]
In this step, the precursor prepared in Step 2 is subjected to a two-stage heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 1000 to 1300 ° C. in the first stage and 1100 to 1500 ° C. in the second stage to obtain calcined powder.

〔工程4〕
工程3により作製された仮焼粉を、還元性雰囲気下で1200〜1550℃の温度で熱処理して蛍光体粉末を得る工程である。
[Step 4]
In this step, the calcined powder produced in step 3 is heat-treated at a temperature of 1200 to 1550 ° C. in a reducing atmosphere to obtain a phosphor powder.

本発明に係る第2の発明は、第1の発明の工程1で使用する水溶性ケイ素化合物(WSS)が、有機ケイ素化合物にジオール化合物を添加して加熱、撹拌、混合した後、微量の酸を添加した水溶性ケイ素化合物であることを特徴とするEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法である。 In the second invention according to the present invention, a water-soluble silicon compound (WSS) used in Step 1 of the first invention is added with a diol compound to an organosilicon compound, heated, stirred and mixed, and then a small amount of acid. It is a method for producing Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor, which is a water-soluble silicon compound to which is added.

本発明に係る第3の発明は、第1の発明の工程3に続いて、工程3で形成された仮焼粉を解砕し、分級を行って、100μm以上の粗大粒子を除去する工程を含むことを特徴とするEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法である。 3rd invention which concerns on this invention is the process of crushing the calcining powder formed at the process 3 after the process 3 of the 1st invention, classifying, and removing the coarse particle of 100 micrometers or more. It is a manufacturing method of Eu2 + activated alkaline-earth metal silicate fluorescent substance characterized by including.

本発明に係る第4の発明は、第1の発明の工程4に続いて、工程4で形成された蛍光体粉末を解砕し、水で洗浄した後に、エタノールまたはイソプロピルアルコールを用いてデカンテーション後に、乾燥することで、表面を清浄にするとともに、5μm以下の微粒子を除去する工程を含むことを特徴とするEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法である。 In the fourth invention according to the present invention, following step 4 of the first invention, the phosphor powder formed in step 4 is crushed, washed with water, and then decanted using ethanol or isopropyl alcohol. A method for producing an Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor, comprising a step of cleaning the surface by drying later and removing fine particles of 5 μm or less.

本発明によれば、組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法において、クエン酸などの有機酸を用いず、水溶性ケイ素化合物(WSS)水溶液とアルカリ土類金属元素水分散液を混合し、所定の温度で撹拌維持することによって均一なゲル体を作製し、さらに、熱分解、仮焼、還元焼成によって、市販のYAGと同等以上の高輝度なEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体を得るものである。
また、従来有機酸を用いた場合の熱分解時に発生していた分解ガス、スス、異臭の発生を防ぎ、かつ熱分解後の炭素残留も防止した、工業的に実用化容易な製造方法を提供するものである。
According to the present invention, an organic acid such as citric acid is used in a method for producing a Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor of the composition formula (A, Eu) 3 SiO 5 (where A is an alkaline earth metal element). Without mixing, a water-soluble silicon compound (WSS) aqueous solution and an alkaline earth metal element aqueous dispersion are mixed, and a uniform gel body is prepared by maintaining stirring at a predetermined temperature, and further, pyrolysis, calcination, By reducing and firing, a high brightness Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor equal to or higher than that of commercially available YAG is obtained.
Also, an industrially easy-to-use manufacturing method that prevents the generation of cracked gases, soot, and off-flavors that have been generated during thermal decomposition when using organic acids, and prevents carbon residue after thermal decomposition is also provided. To do.

実施例1の蛍光特性を示す図で、455nmで励起した発光スペクトル、及び発光を585nmに固定した励起スペクトルを示した図である。It is a figure which shows the fluorescence characteristic of Example 1, and is the figure which showed the emission spectrum excited by 455 nm, and the excitation spectrum which fixed light emission at 585 nm. 実施例1のX線回折パターンを示す図である。2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of Example 1. FIG. 実施例2の蛍光特性を示す図で、455nmで励起した発光スペクトル、及び発光を595nmに固定した励起スペクトルを示した図である。It is a figure which shows the fluorescence characteristic of Example 2, and is the figure which showed the emission spectrum which excited at 455 nm, and the excitation spectrum which fixed light emission at 595 nm. 実施例2のX線回折パターンを示す図である。6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of Example 2. FIG.

本発明に係る組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体は、下記式(1)及び(2)の一般式で示されるものである。 Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphors of the composition formula (A, Eu) 3 SiO 5 (where A is an alkaline earth metal element) based on the present invention are represented by the following formulas (1) and (2) It is shown by the formula.

Figure 0005444271
Figure 0005444271

Figure 0005444271
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上記式(1)及び(2)の一般式で示されるEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体は、下記の工程1から工程4を経て製造されるものである。 The Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor represented by the general formulas of the above formulas (1) and (2) is manufactured through the following steps 1 to 4.

〔工程1〕
構成金属成分であるBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属炭酸塩の水分散液と、酸化ユーロピウムの水分散液と、WSS濃度が2モル/L以下であるWSS水溶液との混合水溶液を30〜100℃の液温で加熱撹拌することにより、構成成分の全量が均一に分散した状態のゲル体とする工程。
[Step 1]
An aqueous dispersion of at least one alkaline earth metal carbonate selected from Ba and Sr which are constituent metal components, an aqueous dispersion of europium oxide, and an aqueous WSS solution having a WSS concentration of 2 mol / L or less The process which makes the gel body of the state which the whole quantity of the structural component disperse | distributed uniformly by heating and stirring mixed aqueous solution at the liquid temperature of 30-100 degreeC.

〔工程2〕
工程1により作製されたゲル体を乾燥して含まれる溶媒を除去した乾燥物である前駆体を形成する工程。
[Step 2]
The process of forming the precursor which is the dried material which removed the solvent contained by drying the gel body produced by the process 1.

〔工程3〕
工程2により作製された前躯体を、大気雰囲気中、一段目を1000〜1300℃、2段目を1100〜1500℃の温度で二段階熱処理して仮焼粉を得る工程。
[Step 3]
A step of obtaining a calcined powder by subjecting the precursor produced in step 2 to a two-step heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 1000 to 1300 ° C in the first step and 1100 to 1500 ° C in the second step.

〔工程4〕
工程3により形成された仮焼粉を、還元性雰囲気下で1200〜1550℃の温度で熱処理して、蛍光体粉末を得る工程。
[Step 4]
A step of heat treating the calcined powder formed in step 3 at a temperature of 1200 to 1550 ° C. in a reducing atmosphere to obtain a phosphor powder.

以下に、各工程について詳細に説明する。
〔工程1〕
1.アルカリ土類金属炭酸塩及び酸化ユーロピウムの分散液の作製
Ba、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属、および賦活剤元素のユーロピウムの水分散液を作製する。アルカリ土類金属成分としては炭酸塩を用いる。またユーロピウム成分としては酸化ユーロピウムを用いる。その理由を以下に示す。
Below, each process is demonstrated in detail.
[Step 1]
1. Preparation of dispersion of alkaline earth metal carbonate and europium oxide An aqueous dispersion of europium of at least one alkaline earth metal selected from Ba and Sr and an activator element is prepared. Carbonates are used as the alkaline earth metal component. Europium oxide is used as the europium component. The reason is as follows.

アルカリ土類金属塩及びユーロピウム塩として、硝酸塩、酢酸塩などの熱分解により酸根が除去できるものを用いると、その後の熱分解が均一に起こらず、結果として得られる蛍光体の組成の不均一性を誘発する可能性がある。これを回避するために、例えば工程2の後に300〜800℃程度の中温域での熱処理をするなどの処理を加えることが必要であり、工程が煩雑になる。また、アルカリ土類金属及びユーロピウム原料として、塩化物、臭化物、ヨウ化物などの水への溶解度の高いハロゲン化物を用いると、一旦水溶液状に溶解した後、熱処理時に元の塩として析出し、工程3及び工程4の熱処理時に液相を生成し、粉末状試料を得るのが困難となる。   When alkaline earth metal salts and europium salts that can remove acid radicals by thermal decomposition, such as nitrates and acetates, subsequent thermal decomposition does not occur uniformly and the resulting phosphor composition is non-uniform. May be induced. In order to avoid this, for example, it is necessary to add a treatment such as a heat treatment in the middle temperature range of about 300 to 800 ° C. after the step 2, and the process becomes complicated. In addition, when a halide having high solubility in water such as chloride, bromide, iodide, etc. is used as an alkaline earth metal and europium raw material, it is once dissolved in an aqueous solution, and then precipitated as an original salt during the heat treatment. It becomes difficult to produce a liquid phase during the heat treatment in 3 and 4 and obtain a powdery sample.

上記式(1)または(2)の一般式で示される組成となるように、アルカリ土類金属炭酸塩、および賦活剤原料である酸化ユーロピウムを秤量し、その合計重量の1.7〜3倍量の水に添加し、室温下で撹拌し、分散させ分散液スラリーとする。水量を1.7倍より少ないと、分散液スラリーの粘度が高く、原料の沈降や塊が生じるため好ましくない。3倍より多くしても分散度合いに差は無く、工程2における、溶媒除去のための乾燥工程の時間が非常に長くなるだけである。   The alkaline earth metal carbonate and europium oxide as the activator raw material are weighed so that the composition represented by the general formula of the above formula (1) or (2) is obtained, and 1.7 to 3 times the total weight thereof Add to an amount of water and stir at room temperature to disperse into a dispersion slurry. If the amount of water is less than 1.7 times, the viscosity of the dispersion slurry is high, and sedimentation and lumps of the raw material occur, which is not preferable. Even if it is more than 3 times, there is no difference in the degree of dispersion, and only the time of the drying step for removing the solvent in step 2 becomes very long.

2.水溶性ケイ素化合物(WSS)水溶液の作製
水溶性ケイ素化合物(WSS)は、特許文献3に記載の公知の製造方法で作製してもよいが、具体的には以下に示す方法により作製することができる。
Si源とする原料に有機ケイ素化合物のテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、このTEOSとジオール化合物としてプロピレングリコールを、モル比1:4になるように秤量し、80℃で1時間混合した混合液に、酸として塩酸または乳酸を少量(混合液の0.2%程度で良い)加えて1時間攪拌し、得られたWSSの濃度を2モル/L以下になるように水で希釈して、WSS水溶液を得る。なお、WSS濃度が2モル/Lより高い場合では、液粘度が高くなるため、アルカリ土類金属塩と酸化ユーロピウムの水分散液に添加した際にムラとなり、均一なスラリーを得にくく、また局所的なゲル化反応を引き起こす恐れがあるため好ましくない。
2. Preparation of aqueous solution of water-soluble silicon compound (WSS) The water-soluble silicon compound (WSS) may be prepared by a known production method described in Patent Document 3, but specifically, it may be produced by the method shown below. it can.
The organosilicon compound tetraethoxysilane (TEOS) is used as the Si source material, and TEOS and propylene glycol as the diol compound are weighed to a molar ratio of 1: 4 and mixed at 80 ° C. for 1 hour. Add a small amount of hydrochloric acid or lactic acid as an acid (about 0.2% of the mixed solution) and stir for 1 hour, and dilute with water so that the concentration of WSS obtained is 2 mol / L or less. A WSS aqueous solution is obtained. In addition, when the WSS concentration is higher than 2 mol / L, the liquid viscosity becomes high, so that it becomes uneven when added to the aqueous dispersion of alkaline earth metal salt and europium oxide, and it is difficult to obtain a uniform slurry. This is not preferable because it may cause a typical gelation reaction.

ここで、水溶性ケイ素化合物の作製に使用されるSi源原料の有機ケイ素化合物には、テトラエトキシシランやテトラメトキシシランが望ましく、混合液を形成するジオール化合物には、エチレングリコールまたはプロピレングリコールが好ましく、混合液に加えられる酸には塩酸、または乳酸を用いると良い。   Here, tetraethoxysilane or tetramethoxysilane is desirable for the organosilicon compound of the Si source material used for the production of the water-soluble silicon compound, and ethylene glycol or propylene glycol is preferably used for the diol compound forming the mixed solution. As the acid added to the mixed solution, hydrochloric acid or lactic acid is preferably used.

3.アルカリ土類金属、酸化ユーロピウム水分散液とWSS水溶液の混合、およびゲル体の作製
ここで、ゲル化する時の反応機構について説明する。
まず、水溶性珪素(WSS:Si(OROH)、Rは2価のアルキル基)にアルカリ土類金属の水溶液を加えることで、液が塩基性になり加水分解して、Si(OH)(OROH)4−nとなる。
さらに、OH基脱水縮合反応(下記(3)式)や、脱アルコール縮合反応(下記(4)式)の進行により、Si−O−Siのネットワークを形成してゲル体になると考えられる。
3. Mixing of alkaline earth metal, europium oxide aqueous dispersion and WSS aqueous solution, and preparation of gel body Here, the reaction mechanism during gelation will be described.
First, by adding an alkaline earth metal aqueous solution to water-soluble silicon (WSS: Si (OROH) 4 , R is a divalent alkyl group), the liquid becomes basic and hydrolyzes to form Si (OH) n. (OROH) 4-n .
Furthermore, it is considered that an OH group dehydration condensation reaction (the following formula (3)) and a dealcoholization condensation reaction (the following formula (4)) progress to form a Si—O—Si network to become a gel body.

Figure 0005444271
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この時に、アルカリ土類金属塩や賦活材元素は、Si−O−Siネットワーク内に均一に閉じ込められことによって、均一なゲル体が得られる。
ゲル化に要する時間は、アルカリ土類金属元素の種類や水溶液の水分量によって変化するが、以下に示すゲル化条件を逸脱しない範囲で実施することができる。
At this time, the alkaline earth metal salt and the activator element are uniformly confined in the Si—O—Si network, whereby a uniform gel body is obtained.
The time required for gelation varies depending on the type of alkaline earth metal element and the amount of water in the aqueous solution, but can be implemented within a range not departing from the gelation conditions shown below.

アルカリ土類金属塩及びユーロピウムの水分散液に、室温下で撹拌させながらWSS水溶液を添加する。10分間以上撹拌し、液全体が均一なスラリー状であることを確認した後、加熱を開始することによりゲル化することができる。
ゲル化温度は30〜100℃が好ましく、さらに40〜60℃とするのが好ましい。
An aqueous WSS solution is added to an aqueous dispersion of alkaline earth metal salt and europium while stirring at room temperature. After stirring for 10 minutes or more and confirming that the entire liquid is in a uniform slurry state, gelation can be achieved by starting heating.
The gelation temperature is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 60 ° C.

具体的には、例えば50℃になるように設定するのが好ましい。液温50℃では、混合液量150mlで15分程度で全体がゲル化し、均一な塊状になる。液温を30℃より低くとすると、ゲル化までに要する時間が4時間以上と長くなる。液温を100℃より高くとすると、ゲル化までに要する時間は約5分程度と短くなるが、液全体を均一に加温するのが困難になり、局部的なゲル化を招くため、望ましくない。
混合液の容量により、加熱撹拌方法は適宜選択できるが、液全体が均一に混合されるようにする点と、液全体を均一に加熱する点を注意し、均一にゲル化することが重要である。
Specifically, for example, it is preferable to set the temperature to 50 ° C. At a liquid temperature of 50 ° C., the entire solution gels in about 15 minutes with a mixed liquid amount of 150 ml and becomes a uniform lump. If the liquid temperature is lower than 30 ° C., the time required for gelation becomes as long as 4 hours or longer. If the liquid temperature is higher than 100 ° C., the time required for gelation is shortened to about 5 minutes, but it is difficult to uniformly warm the whole liquid, and this causes local gelation. Absent.
Depending on the volume of the liquid mixture, the heating and stirring method can be selected as appropriate, but it is important to ensure that the whole liquid is uniformly mixed and that the whole liquid is uniformly heated, and that it is uniformly gelled. is there.

〔工程2〕
次に、工程1により作製されたゲル体を乾燥して前駆体とし、含まれる溶媒を除去する工程である。
この工程では、乾燥中に水分がゲル体の内部を移動して局所的に高濃度部を形成し沈殿物が発生すると、その後の工程を経て得られる蛍光体は組成が均一でなくなるため高輝度の発光が得られなくなるために、この乾燥時にはゲル体内での水分移動が生じないようす乾燥することが望ましい。
[Step 2]
Next, the gel body produced in step 1 is dried to form a precursor, and the contained solvent is removed.
In this process, if moisture moves inside the gel body during drying to form a high-concentration part and precipitates are generated, the phosphor obtained through the subsequent process has a non-uniform composition, resulting in high brightness. In this drying, it is desirable to dry so as not to cause water movement in the gel body.

乾燥温度は100〜200℃とすることができる。
乾燥方法は、前記注意点を考慮するほかは特に制限はなく、一般的な乾燥機を使用することができる。熱風循環型の乾燥機や、真空乾燥機、凍結乾燥機も使用することができる。なお、乾燥粉が凝集しているときは、解砕してから次の工程に進むのが好ましい。
A drying temperature can be 100-200 degreeC.
The drying method is not particularly limited except for the above precautions, and a general dryer can be used. A hot-air circulating dryer, a vacuum dryer, or a freeze dryer can also be used. When the dry powder is agglomerated, it is preferable to proceed to the next step after crushing.

〔工程3〕
工程2により得られた前駆体を、大気雰囲気中で熱処理し、仮焼粉を得る工程である。
その熱分解の方法としては、箱型の電気炉中で加熱するなど公知の方法で行うことができる。具体的には、アルミナ製の容器に入れ、大気中で熱処理する。
[Step 3]
In this step, the precursor obtained in step 2 is heat-treated in an air atmosphere to obtain calcined powder.
The thermal decomposition can be performed by a known method such as heating in a box-type electric furnace. Specifically, it is put in an alumina container and heat-treated in the atmosphere.

熱処理は2段階で行い、1段階目は炭酸塩分解、2段階目は目的の結晶相形成を行うこととする。
1段階目の温度は、原料としてBaCO、SrCOが含まれているため1000〜1300℃とする。
The heat treatment is performed in two stages, the first stage is carbonate decomposition, and the second stage is to form the desired crystal phase.
The temperature in the first stage is set to 1000 to 1300 ° C. because BaCO 3 and SrCO 3 are contained as raw materials.

2段階目の温度は、目的の蛍光体が上記式(1)で示される場合には1100℃〜1400℃、式(2)で示される場合には1400〜1500℃とする。この2段階目の温度にそれぞれ幅があるのは、アルカリ土類金属元素を2種以上とした場合に、アルカリ土類金属元素内での比によって、最適な結晶相形成温度が異なるためである。   The temperature at the second stage is 1100 ° C. to 1400 ° C. when the target phosphor is represented by the above formula (1), and 1400 to 1500 ° C. when the target phosphor is represented by the formula (2). The reason why the temperatures at the second stage are different is that when two or more alkaline earth metal elements are used, the optimum crystal phase formation temperature differs depending on the ratio of the alkaline earth metal elements. .

熱処理に使用する炉は、一般的なボックス炉、ベルト炉などが使用できる。
さらに、工程3に続いて、工程3で作製された仮焼粉を解砕し、分級により100μm以上の粗大粒子を除去する工程を先に行うことで、工程4の後の分級が不要になり、より結晶相純度の高い、高輝度な蛍光体を得ることができる。
As a furnace used for the heat treatment, a general box furnace, a belt furnace, or the like can be used.
Furthermore, subsequent to step 3, the calcined powder produced in step 3 is crushed, and the step of removing coarse particles of 100 μm or more by classification is performed first, so that classification after step 4 becomes unnecessary. Thus, a phosphor having higher crystal phase purity and high brightness can be obtained.

〔工程4〕
工程3で得られた仮焼粉を、還元性雰囲気下で熱処理し、還元焼成することにより蛍光体粉末を得る工程である。
工程3で得られた仮焼粉は目的結晶相となっているが、このアルカリ土類金属元素のサイトに、賦活剤であるユーロピウムを置換する工程である。工程3の後の仮焼粉中のユーロピウムは、原料と同様に3価であるが、工程4において還元性雰囲気下で熱処理することで2価となり、アルカリ土類金属元素のサイトに置換され、高輝度の発光を得ることができる。
[Step 4]
In this step, the calcined powder obtained in step 3 is heat-treated in a reducing atmosphere and subjected to reduction firing to obtain phosphor powder.
The calcined powder obtained in step 3 has a target crystal phase, and is a step of substituting europium as an activator for the site of the alkaline earth metal element. Europium in the calcined powder after step 3 is trivalent as in the raw material, but becomes divalent by heat treatment in a reducing atmosphere in step 4 and is replaced with sites of alkaline earth metal elements. High luminance light emission can be obtained.

還元性雰囲気は、1〜10vol%のHを混合したNやArなどの不活性ガスを使用する。
熱処理温度は、工程3と同様に、組成により若干の違いがあるが、1200〜1550℃で適当である。熱処理温度が1200℃より低いと、Euの還元、置換が不十分で高輝度な蛍光体が得られない。熱処理温度が1550℃より高いと、粒子の成長が進んで粗大粒子が多くなったり、焼結が進んで粉末ではなく塊状になったり、溶融して塊状になったりして、実用的な蛍光体粉末を得るために粉砕が必要になり、粉砕することで表面欠陥が増加し、発光強度が低下するという問題が生じる。熱処理時の容器としては、アルミナやMoが望ましい。
The reducing atmosphere uses an inert gas such as N 2 or Ar mixed with 1 to 10 vol% H 2 .
The heat treatment temperature is suitably 1200 to 1550 ° C., although there are some differences depending on the composition, as in Step 3. When the heat treatment temperature is lower than 1200 ° C., Eu reduction and substitution are insufficient, and a high-luminance phosphor cannot be obtained. When the heat treatment temperature is higher than 1550 ° C., particle growth proceeds and coarse particles increase, sintering progresses to form a mass instead of a powder, or melts and forms a mass. Grinding is necessary to obtain a powder, which causes a problem that surface defects increase and emission intensity decreases. As a container at the time of heat treatment, alumina or Mo is desirable.

工程4に続いて、工程4で形成された蛍光体粉末を解砕し、水で洗浄した後にエタノールまたはイソプロピルアルコールでデカンテーションして乾燥することで、表面を清浄にするとともに、5μm以下の微粒子を除去することができる。微粒子が残留していると、酸化劣化などにより、輝度の低下の原因となるので洗浄して除去するのが好ましい。   Subsequent to Step 4, the phosphor powder formed in Step 4 is crushed, washed with water, decanted with ethanol or isopropyl alcohol and dried to clean the surface and fine particles of 5 μm or less Can be removed. If the fine particles remain, it may cause a decrease in luminance due to oxidative degradation or the like.

また、工程3または工程4において、粒子の成長を促進する目的や熱処理温度を下げる目的で、フラックスを添加しても良い。フラックスとしては、アルカリ金属やアルカリ土類金属のハロゲン化物が好ましく、熱処理温度において融解するものを選ぶ。BaClやCsClなどの塩化物やSrFやBaFなどのフッ化物が好ましく使用できる。 In step 3 or step 4, a flux may be added for the purpose of promoting particle growth or lowering the heat treatment temperature. As the flux, alkali metal or alkaline earth metal halides are preferable, and those which melt at the heat treatment temperature are selected. Chlorides such as BaCl 2 and CsCl and fluorides such as SrF and BaF can be preferably used.

以上、上記の〔工程1〕から〔工程4〕を経ることによって、目的結晶相の純度が高く、構成成分元素が均一に良く分散した高輝度の組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体を製造することができる。また、従来クエン酸などの有機酸を用いた場合の熱分解時に発生していた分解ガス、スス、異臭の発生を防ぎ、熱分解後の炭素残留も防止することで、工業的に実用化容易な製造方法でEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体を製造することができる。 As described above, through the above [Step 1] to [Step 4], the high purity composition formula (A, Eu) 3 SiO 5 in which the purity of the target crystal phase is high and the constituent elements are uniformly dispersed well (however, , A is an alkaline earth metal element) -based Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor. In addition, it is easy to put to practical use industrially by preventing the generation of cracked gas, soot, and offensive odor that were generated during the thermal decomposition when using organic acids such as citric acid, and also preventing carbon residue after thermal decomposition. Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor can be manufactured by a simple manufacturing method.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
Eu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体として、式(2)におけるy=3、b=0.985である、SrSiO:Eu2+黄色蛍光体を用いて、その製造方法を示す。
使用した水溶性ケイ素化合物(WSS)は、以下のとおりにして作製した。
まず、テトラエトキシシラン:TEOS(関東化学株式会社製)とプロピレングリコール(関東化学株式会社製99%)を22.4ml秤量し、80℃で48時間混合した。更に混合液に塩酸を100μl加えて室温で1時間攪拌した。この攪拌液に蒸留水を加えて50mlに定溶して2M/Lの水溶性ケイ素水溶液(WSS)を作製した。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
As the Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor, Sr 3 SiO 5 : Eu 2+ yellow phosphor in which y = 3 and b = 0.985 in the formula (2) is used, and the production method thereof will be described.
The water-soluble silicon compound (WSS) used was prepared as follows.
First, 22.4 ml of tetraethoxysilane: TEOS (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and propylene glycol (99% manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were weighed and mixed at 80 ° C. for 48 hours. Further, 100 μl of hydrochloric acid was added to the mixed solution and stirred at room temperature for 1 hour. Distilled water was added to the stirring solution and the solution was dissolved in 50 ml to prepare a 2 M / L water-soluble aqueous silicon solution (WSS).

[特性評価]
作製した蛍光体の結晶相の同定、及び半定量は、X線回折及びリートベルト解析により行った。
発光特性の評価は、蛍光分光光度計FP−6500(日本分光株式会社製)を用いて、励起、発光スペクトルの測定を行い、市販の黄色蛍光体のYAl12:Ce3+(YAG:Ce、Phosphor Technology Ltd製、型番 QMK58)のピーク強度を1として比較した。なお、発光スペクトルは励起光波長を455nmとして測定し、励起スペクトルは発光スペクトルのピーク波長において測定したものである。
[Characteristic evaluation]
Identification and semi-quantification of the crystal phase of the prepared phosphor were performed by X-ray diffraction and Rietveld analysis.
The evaluation of the luminescence characteristics was carried out by measuring excitation and emission spectra using a fluorescence spectrophotometer FP-6500 (manufactured by JASCO Corporation), and using a commercially available yellow phosphor Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (YAG : Ce, manufactured by Phosphor Technology Ltd, model number QMK58), and compared. The emission spectrum was measured at an excitation light wavelength of 455 nm, and the excitation spectrum was measured at the peak wavelength of the emission spectrum.

式(2)における元素AをSrとし、y=3、b=0.985とした、SrSiO:Eu2+のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体を以下の工程条件にて作製した。 An Sr 3 SiO 5 : Eu 2+ Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor in which the element A in the formula (2) is Sr, y = 3, and b = 0.985 was produced under the following process conditions. .

〔工程1〕
原料としてSrCO(3N、関東化学株式会社製)、Eu(3N、高純度化学研究所製)を必要量秤量し、合計重量の1.8倍重量の水に添加し、室温下で30分撹拌し、水分散液とした。続いて、その2モル/L水溶性ケイ素(WSS)水溶液を所定量秤量し、WSS水溶液を作製した。
次いで、SrCOとEuの水分散液にWSS水溶液を添加し、10分間、室温下で撹拌し、液全体が均一なスラリー状になったことを確認した後、ホットマグネチックスターラーによる加温を開始した。加熱温度は混合液温度が50℃になるように設定した。加温開始から15分で全体がゲル化し、均一なゲル体になった。
[Step 1]
SrCO 3 (3N, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and Eu 2 O 3 (3N, manufactured by High-Purity Chemical Laboratory) are weighed as raw materials and added to 1.8 times the total weight of water at room temperature. And stirred for 30 minutes to obtain an aqueous dispersion. Subsequently, a predetermined amount of the 2 mol / L water-soluble silicon (WSS) aqueous solution was weighed to prepare a WSS aqueous solution.
Next, an aqueous WSS solution was added to the aqueous dispersion of SrCO 3 and Eu 2 O 3 and stirred for 10 minutes at room temperature. After confirming that the entire liquid became a uniform slurry, a hot magnetic stirrer was used. Heating was started. The heating temperature was set so that the temperature of the mixed solution was 50 ° C. The whole gelled in 15 minutes from the start of heating and became a uniform gel.

〔工程2〕
工程1により得られたゲル体を、120℃に設定した熱風乾燥機に入れ、6時間乾燥させた後、取り出して乳鉢で軽く解砕を行って、乾燥物である前駆体を得た。
[Step 2]
The gel body obtained in step 1 was put into a hot air dryer set at 120 ° C. and dried for 6 hours, and then taken out and lightly crushed in a mortar to obtain a precursor which was a dried product.

〔工程3〕
工程2により得られた乾燥物である前駆体を、アルミナ製の容器に入れ、大気中での熱処理を行った。熱処理温度は、1段階目を1000〜1300℃で、3時間保持し、2段階目を1500℃で、3時間保持した。昇温速度は10℃/分とした。熱処理後の焼成物を乳鉢で解砕し、篩による分級で100μm以上の粗大粒子を除去して仮焼粉を得た。
[Step 3]
The precursor, which is a dried product obtained in step 2, was put in an alumina container and heat-treated in the air. As for the heat treatment temperature, the first stage was held at 1000 to 1300 ° C. for 3 hours, and the second stage was held at 1500 ° C. for 3 hours. The heating rate was 10 ° C./min. The fired product after the heat treatment was crushed in a mortar, and coarse particles of 100 μm or more were removed by classification with a sieve to obtain a calcined powder.

〔工程4〕
工程3により得られた仮焼粉を、モリブデン製の容器に入れ、還元性雰囲気下で熱処理を行った。熱処理温度は1500℃で3時間保持した。昇温速度は、20℃/分とした。還元性雰囲気として、4%H+96%Arガスを使用し、1L/分でフローさせて熱処理を行った。得られた焼成物を乳鉢で解砕し、さらに水で洗浄した後にエタノールでデカンテーションし、微粒子を除去した。60℃のオーブンで5分乾燥させ、蛍光体試料とした。
作製した蛍光体の収率は、原料仕込み量から計算される蛍光体重量と実際に合成された蛍光体量の割合で示すと、98.8%と非常に高い収率であった。
[Step 4]
The calcined powder obtained in the step 3 was put in a molybdenum container and heat-treated in a reducing atmosphere. The heat treatment temperature was maintained at 1500 ° C. for 3 hours. The heating rate was 20 ° C./min. As a reducing atmosphere, 4% H 2 + 96% Ar gas was used, and heat treatment was performed by flowing at 1 L / min. The obtained fired product was crushed with a mortar, further washed with water, and then decanted with ethanol to remove fine particles. The phosphor sample was dried in an oven at 60 ° C. for 5 minutes.
The yield of the prepared phosphor was 98.8%, which is a very high yield, when expressed as a ratio of the phosphor weight calculated from the raw material charge and the amount of the phosphor actually synthesized.

得られた蛍光体の蛍光強度測定の結果を図1に示す。図1より、得られた蛍光体は、300〜500nmにかけてブロードな励起吸収が見られ、585nm付近にピークを示す、黄色蛍光体であった。得られた蛍光体は市販のYAG:Ceと比較して2倍の発光強度を示し、高輝度の発光であることがわかる。   The result of the fluorescence intensity measurement of the obtained phosphor is shown in FIG. From FIG. 1, the obtained phosphor was a yellow phosphor that showed broad excitation absorption from 300 to 500 nm and showed a peak in the vicinity of 585 nm. The obtained phosphor shows twice the emission intensity as compared with commercially available YAG: Ce, and it can be seen that the phosphor has high luminance.

また、X線回折を測定した結果を図2に示す。図2より、得られた蛍光体は、不純物相のない、SrSiO単相であった。
蛍光強度、目的相の異相の有無および熱処理時の有機物臭の有無をまとめて表1に示す。
Moreover, the result of having measured X-ray diffraction is shown in FIG. From FIG. 2, the obtained phosphor was an Sr 3 SiO 5 single phase without an impurity phase.
Table 1 summarizes the fluorescence intensity, the presence / absence of a different phase of the target phase, and the presence / absence of an organic odor during heat treatment.

実施例1において、式(2)における元素AをSr及びBaとし、Ba/(Sr+Ba)=0.05とし、y=3、b=0.985とした、(Sr,Ba)SiO:Eu2+の蛍光体を、その他の条件は実施例1と同様に作製した。
蛍光体の収率を、原料仕込み量から計算される蛍光体重量と実際に合成された蛍光体量の割合で示すと、98.4%と非常に高い収率であった。
In Example 1, the element A in the formula (2) is Sr and Ba, Ba / (Sr + Ba) = 0.05, y = 3, b = 0.985, (Sr, Ba) 3 SiO 5 : An Eu 2+ phosphor was produced in the same manner as in Example 1 except for the other conditions.
When the yield of the phosphor was expressed by the ratio of the phosphor weight calculated from the raw material charge amount and the amount of the phosphor actually synthesized, it was a very high yield of 98.4%.

得られた蛍光体の蛍光強度測定の結果を図3に示す。図3より、得られた蛍光体は、300〜500nmにかけてブロードな励起吸収を示し、595nm付近にピークを示す、橙色蛍光体であった。得られた蛍光体は市販のYAG:Ceと比較して1.8倍の発光強度の、高輝度蛍光体であった。   The result of the fluorescence intensity measurement of the obtained phosphor is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the obtained phosphor was an orange phosphor exhibiting broad excitation absorption from 300 to 500 nm and a peak around 595 nm. The obtained phosphor was a high-intensity phosphor having an emission intensity 1.8 times that of commercially available YAG: Ce.

また、X線回折を測定した結果を図4に示す。図4より、得られた蛍光体は不純物相がなく、(Sr,Ba)SiO単相と考えられる。
蛍光強度、目的相の異相の有無および熱処理時の有機物臭の有無をまとめて表1に示す。
Moreover, the result of having measured X-ray diffraction is shown in FIG. From FIG. 4, it is considered that the obtained phosphor has no impurity phase and is a (Sr, Ba) 3 SiO 5 single phase.
Table 1 summarizes the fluorescence intensity, the presence / absence of a different phase of the target phase, and the presence / absence of an organic odor during heat treatment.

(比較例1)
実施例1の工程1において、SrCOとEuを分散させるための水の量をSrCOとEuの合計重量の1.5倍量としたこと以外は、実施例1と同様に蛍光体を作製した。
工程1におけるSrCOとEuの水分散液の状態は、水量が少ないために不均一で、SrCO粒子とEu粒子の沈降や凝集が多く見られた。
(Comparative Example 1)
In Step 1 of Example 1, except that the SrCO 3 and Eu 2 O 3 SrCO 3 and the total weight of 1.5 times the amount of Eu 2 O 3 the amount of water to disperse the Example 1 Similarly, a phosphor was produced.
The state of the aqueous dispersion of SrCO 3 and Eu 2 O 3 in Step 1 was non-uniform due to the small amount of water, and many precipitation and aggregation of SrCO 3 particles and Eu 2 O 3 particles were observed.

工程3の後、硬い粗大粒子が多く見られ、工程4の後、黒い粒子と粗大な黄緑色粒子が多く見られた。
これは、工程1において分散液が不均一であったことから、SrとEuとSiの混合が不均一であったために工程3で異相が発生したものと考えられる。工程3で見られた硬い粗大粒子は、その後の工程4で黄緑色になったことから、SrSiO相であると考えられる。また、工程4で現れた黒い粒子は、SEM−EDX分析の結果、SrOであることがわかった。これは、仕込みのSrSiOに対して、一部がSrSiOとなったことにより、残りのSrがSrOとして生成したものと考えられる。
After Step 3, many hard coarse particles were seen, and after Step 4, many black particles and coarse yellow-green particles were seen.
This is presumably because a heterogeneous phase was generated in Step 3 because the mixture of Sr, Eu and Si was non-uniform because the dispersion was non-uniform in Step 1. The hard coarse particles seen in step 3 turned yellow-green in the subsequent step 4 and are therefore considered to be Sr 2 SiO 4 phase. Moreover, it turned out that the black particle which appeared in the process 4 is SrO as a result of the SEM-EDX analysis. This is considered that a part of Sr 3 SiO 5 is Sr 2 SiO 4 and the remaining Sr is generated as SrO.

得られた蛍光体は市販のYAG:Ceと比較して1.3倍の発光強度の輝度の蛍光体であった。
蛍光強度、目的相の異相の有無および熱処理時の有機物臭の有無をまとめて表1に示す。
The obtained phosphor was a phosphor having a luminance with a luminous intensity 1.3 times that of commercially available YAG: Ce.
Table 1 summarizes the fluorescence intensity, the presence / absence of a different phase of the target phase, and the presence / absence of an organic odor during heat treatment.

(比較例2)
実施例1の工程2において、WSS水溶液の濃度を3モル/Lとしたこと以外は、実施例1と同様に蛍光体を作製した。工程2において、WSS水溶液をSrCOとEuの水分散液に添加したところ、全てが混合される前に局所的なゲル化が生じた。工程3の後、硬い粗大粒子が多く見られ、工程4の後、黒い粒子と粗大な黄緑色粒子が多く見られた。
(Comparative Example 2)
A phosphor was produced in the same manner as in Example 1 except that in Step 2 of Example 1, the concentration of the WSS aqueous solution was 3 mol / L. In Step 2, when an aqueous WSS solution was added to an aqueous dispersion of SrCO 3 and Eu 2 O 3 , local gelation occurred before everything was mixed. After Step 3, many hard coarse particles were seen, and after Step 4, many black particles and coarse yellow-green particles were seen.

工程1において分散液が不均一であったことから、SrとEuとSiの混合が不均一で、工程3で異相が発生したものと考えられる。
得られた蛍光体は市販のYAG:Ceと比較して1.4倍の発光強度の輝度の蛍光体であった。
蛍光強度、目的相の異相の有無および熱処理時の有機物臭の有無をまとめて表1に示す。
Since the dispersion liquid was non-uniform in step 1, it is considered that the mixing of Sr, Eu, and Si was non-uniform, and a heterogeneous phase was generated in step 3.
The obtained phosphor was a phosphor having a luminance with an emission intensity 1.4 times that of commercially available YAG: Ce.
Table 1 summarizes the fluorescence intensity, the presence / absence of a different phase of the target phase, and the presence / absence of an organic odor during heat treatment.

(比較例3)
実施例1の工程1における、WSSの代わりにTEOS(95%、関東化学株式会社製)を用い、TEOSを2モル/Lになるように水に希釈させ、TEOSのゲル化のための酸触媒として、TEOSに対して0.01モル倍の乳酸(特級、関東化学株式会社製)を添加した以外は実施例1と同様にした。
(Comparative Example 3)
In Step 1 of Example 1, TEOS (95%, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was used instead of WSS, and TEOS was diluted with water to 2 mol / L, and acid catalyst for gelling TEOS. As in Example 1, except that 0.01 mol times of lactic acid (special grade, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to TEOS.

工程1において、TEOSは水と2相分離し、SrCOとEuの水分散液に添加した後も分離したままで、混合溶液全体が塊状に均一にゲル化することはなかった。
工程4の後、得られた試料は蛍光発光を示さず、SrOであることがわかった。
工程1において未反応のTEOSが多く存在し、工程2の乾燥時にTEOSのまま揮発したものと思われる。そのため、工程4の後、SiO成分の抜けた、SrOが生成したものと思われる。
蛍光発光は示していないが、目的相の異相の有無および熱処理時の有機物臭の有無をまとめて表1に示す。
In Step 1, TEOS was separated into two phases from water, and even after being added to the aqueous dispersion of SrCO 3 and Eu 2 O 3 , the entire mixed solution did not gel uniformly in a lump.
After step 4, the obtained sample showed no fluorescence and was found to be SrO.
There appears to be a lot of unreacted TEOS in Step 1 and it was volatilized as TEOS when drying in Step 2. For this reason, it is considered that SrO from which the SiO 2 component was removed after Step 4 was produced.
Although fluorescence emission is not shown, Table 1 shows the presence / absence of a heterogeneous phase and the presence / absence of an organic odor during heat treatment.

(比較例4)
出発原料に、酢酸Sr水溶液、酢酸Ba水溶液、酢酸Eu水溶液を用い、以下の各水溶液を作製した。
酢酸Sr水溶液は、酢酸Sr(関東化学株式会社製99.9%)を水に溶解して0.5M/Lの水溶液とした。酢酸Ba水溶液は、酢酸Ba(関東化学株式会社製99.9%)を水に溶解して1M/Lの水溶液とした。酢酸Eu水溶液は、酢酸Eu(フルウチ化学株式会社製)を水に溶解して0.1M/Lの水溶液を作製した。
(Comparative Example 4)
The following aqueous solutions were prepared using Sr acetate aqueous solution, Ba acetate aqueous solution, and Eu acetate aqueous solution as starting materials.
An aqueous Sr acetate solution was prepared by dissolving Sr acetate (99.9%, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in water to form a 0.5 M / L aqueous solution. The acetic acid Ba aqueous solution was prepared by dissolving Ba acetate (99.9%, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in water to give a 1 M / L aqueous solution. As the aqueous solution of Eu acetate, 0.1 M / L aqueous solution was prepared by dissolving Eu acetate (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) in water.

別途作製した水溶性珪素(WSS)に、その酢酸Sr水溶液、酢酸Ba水溶液、酢酸Eu水溶液を、Si:Sr:Ba:Euが実施例2の組成割合になるように加え、さらに前記の全金属元素量の4倍のクエン酸を加えて、10分間攪拌し、完全に溶解して混合水溶液とした。その後、50℃で30分撹拌を継続するとゲル化してゲル体とした。その後の工程は実施例1と同様にした。   To the separately prepared water-soluble silicon (WSS), an aqueous solution of Sr acetate, an aqueous solution of Ba acetate, and an aqueous solution of Eu are added so that Si: Sr: Ba: Eu has the composition ratio of Example 2, and the above all metals are further added. 4 times the amount of elemental citric acid was added, stirred for 10 minutes, and completely dissolved to obtain a mixed aqueous solution. Then, when stirring was continued at 50 ° C. for 30 minutes, the solution gelled to form a gel body. Subsequent steps were the same as in Example 1.

工程3でクエン酸の熱分解による煙、焦げ臭、ススが発生した。
工程4の後、得られた蛍光体の収率は、92.8%と低い値であった。
得られた蛍光体は、市販のYAG:Ceと比較して2倍の発光強度を示し、高輝度な蛍光体であったが、歩留まりや、有機物の分解に伴う臭いの問題があった。
蛍光強度、目的相の異相の有無および熱処理時の有機物臭の有無をまとめて表1に示す。
In step 3, smoke, a burning odor, and soot were generated due to thermal decomposition of citric acid.
After step 4, the yield of the obtained phosphor was as low as 92.8%.
The obtained phosphor had a luminous intensity twice as high as that of commercially available YAG: Ce and was a high-luminance phosphor, but had a problem of yield and odor accompanying decomposition of organic substances.
Table 1 summarizes the fluorescence intensity, the presence / absence of a different phase of the target phase, and the presence / absence of an organic odor during heat treatment.

Figure 0005444271
Figure 0005444271

以上説明した通り、本発明の方法によれば、クエン酸などの有機酸を用いず、水溶性ケイ素(WSS)とアルカリ土類金属元素炭酸塩の分散液を混合することによって均一なゲル体を得てその後乾燥、仮焼、還元焼成によって高輝度なEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体が製造できる。さらに有機酸を用いた場合の熱分解時に発生する分解ガス、スス、異臭の発生を無くすことができ、焼成時に生じていた不均一な熱分解による炭素残留も防止でき、工業的に実用化容易な製造方法である。
As described above, according to the method of the present invention, a uniform gel body can be obtained by mixing a water-soluble silicon (WSS) and alkaline earth metal element carbonate dispersion without using an organic acid such as citric acid. After that, a high-brightness Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor can be produced by drying, calcining, and reduction firing. Furthermore, generation of cracked gas, soot and off-flavor generated during pyrolysis when organic acids are used can be eliminated, carbon residue due to non-uniform pyrolysis generated during firing can be prevented, and industrial practical use is easy It is a simple manufacturing method.

Claims (4)

組成式(A,Eu)SiO(ただし、Aはアルカリ土類金属元素)系のEu2+賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法において、下記工程1、工程2、工程3、工程4からなることを特徴とするアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。
〔工程1〕
構成金属成分であるBa、Srから選ばれる少なくとも1種以上のアルカリ土類金属炭酸塩の水分散液と、
酸化ユーロピウムの水分散液と、
水溶性ケイ素化合物濃度が2モル/L以下である水溶性ケイ素化合物水溶液
との混合液を、30〜100℃の液温で加熱撹拌することにより、構成成分の全量が均一に分散した状態のゲル体とする工程。
〔工程2〕
工程1により作製された前記ゲル体を乾燥して含まれる溶媒を除去した乾燥物である前駆体を形成する工程。
〔工程3〕
工程2により作製された前記前躯体を、大気雰囲気中で、1段目を1000〜1300℃、2段目を1100〜1500℃の温度で二段階熱処理して仮焼粉を得る工程。
〔工程4〕
工程3により作製された前記仮焼粉を、還元性雰囲気下で1200〜1550℃の温度で熱処理して蛍光体粉末を得る工程。
In the process for producing Eu 2+ activated alkaline earth metal silicate phosphor of compositional formula (A, Eu) 3 SiO 5 (where A is an alkaline earth metal element), the following step 1, step 2, step 3, step 4 are performed. A method for producing an alkaline earth metal silicate phosphor, comprising:
[Step 1]
An aqueous dispersion of at least one alkaline earth metal carbonate selected from Ba and Sr as constituent metal components;
An aqueous dispersion of europium oxide;
A gel in which all components are uniformly dispersed by heating and stirring a mixed solution with a water-soluble silicon compound aqueous solution having a water-soluble silicon compound concentration of 2 mol / L or less at a liquid temperature of 30 to 100 ° C. The process of making a body.
[Step 2]
The process of forming the precursor which is the dried material which dried the said gel body produced by the process 1, and removed the solvent contained.
[Step 3]
A step of obtaining a calcined powder by subjecting the precursor prepared in the step 2 to a two-step heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 1000 to 1300 ° C. in the first step and 1100 to 1500 ° C. in the second step.
[Step 4]
A step of obtaining a phosphor powder by heat-treating the calcined powder produced in step 3 at a temperature of 1200 to 1550 ° C. in a reducing atmosphere.
前記工程1で使用する水溶性ケイ素化合物が、有機ケイ素化合物にジオール化合物を添加して加熱、撹拌、混合した後、微量の酸を添加した水溶性ケイ素化合物であることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。   The water-soluble silicon compound used in the step 1 is a water-soluble silicon compound in which a diol compound is added to an organosilicon compound, heated, stirred and mixed, and then a trace amount of acid is added. The manufacturing method of alkaline-earth metal silicate fluorescent substance as described in any one of. 前記工程3に続いて、工程3で形成された前記仮焼粉を解砕し、分級を行って、100μm以上の粗大粒子を除去する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。   2. The alkali according to claim 1, further comprising a step of crushing the calcined powder formed in Step 3 and performing classification to remove coarse particles of 100 μm or more following Step 3. A method for producing an earth metal silicate phosphor. 前記工程4に続いて、工程4で形成された前記蛍光体粉末を解砕し、水で洗浄した後に、エタノールまたはイソプロピルアルコールを用いてデカンテーション後に、乾燥することを特徴とする請求項1に記載のアルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the phosphor powder formed in step 4 is crushed, washed with water, decanted with ethanol or isopropyl alcohol, and dried after step 4. A method for producing the alkaline earth metal silicate phosphor described.
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