JP5470911B2 - Li含有α−サイアロン系酸窒化物蛍光体粉末およびその製造方法 - Google Patents
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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。
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Li含有α−サイアロン蛍光体粉末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。
(1)一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)
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。
(2)一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)
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平均アスペクト比が3以下であり、短軸の平均長さが1.3〜3.6μmであるLi含有α-サイアロン系蛍光体粉末であり、蛍光の主波長が570〜574nm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。
(3)粒度分布のD10が7μm以上、D50が13〜20μmであることを特徴とする上記(2)記載のLi含有α-サイアロン系蛍光体粉末。
(4)AlNの多形である12Hタイプの結晶、または、X線源としてCuのKαを用いたときに約19.0°と19.4°にピークを有する結晶相を含有することを特徴とする上記(2)または(3)に記載のLi含有α-サイアロン系蛍光体粉末。
(5)一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)の所定の組成になる理論量の、非晶質窒化ケイ素粉末と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、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(1)または(2)に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の製造方法。
(6)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上記(5)に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の製造方法。
(7)発光源と、上記(1)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。
(8)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上記(7)に記載の照明器具。
(9)励起源と上記(1)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。
(10)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上記(9)に記載の画像表示装置。
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n (1)
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、好ましくは0.5≦x≦1.2、0.001≦y≦0.3、好ましくは0.001≦y≦0.2、0.5≦m≦3.0、好ましくは0.9≦m≦2.5、さらに好ましくは1.0≦m≦2.5、0.5≦n≦2.4)
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。
非晶質窒化ケイ素は、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。
(1)本発明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。
本発明の酸化リチウム、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、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-サイアロンの組成的な制限はない。また、本発明のLi含有α-サイアロンは、簡単のために、一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)
で表しているが、LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)On+δN16−n−δ(Euの平均価数をaとすると、x+ya+δ=m、x、y、m、nは上記式と同じ。)で表されるような非量論組成で表されるものを含むものと解釈されるべきものである。この場合、δ≧であり、上限は格別に限定されないが、一般的にはδは0.05〜1.2、x/mが0.4〜0.9であり、さらには、δが0.05〜1.0であり、x/m比が0.6〜0.9であることが好ましい。
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、さらに過剰の添加物として、炭酸リチウム、または、酸化リチウムを表1の組成で秤量した。表1における添加物の量は作製するLi含有α−サイアロン1モルに対し、金属Liのモル数を示した。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/cm3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、表1に示す保持温度まで加熱した。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。
表1に示す組成で、過剰の添加物として、炭酸リチウム、または、酸化リチウムを添加せずに、秤量し、実施例と同じ方法で焼成し、実施例と同じ方法で評価を行った。粒子の写真を図1(g)、(h)に示した。粒子のサイズは小さく、粒子の長軸の長さで3μm以下であった。
表1に示す組成で、窒化ケイ素原料として結晶質窒化ケイ素(比表面積、約10m2/g)を用いた以外は、実施例と同じ方法で焼成し、実施例と同じ方法で評価を行った。粒子の写真を図1(i)に示した。粒子のサイズは小さく、粒子の長軸の長さで3μm以下であった。
表1に示す組成で、実施例と同じ原料を作成し、0.8MPaの窒素ガス流通雰囲気下で焼成し、実施例と同じ方法で評価を行った。図2(b)に、X線回折パターンを示す。サイアロン相に由来するピークは非常に低く、サイアロン相はほとんどないことが分かった。このように、本発明のように、過剰添加物を加えると、加圧雰囲気では、目的のサイアロン相を得ることが困難になることが確認できた。このため、発光強度は非常に低くなった。
添加物としてBaF2を用いた以外は実施例と同じ方法で焼成し、評価を行った。粒子の写真を図1(j)に示した。粒子のサイズは小さく、粒子の長軸の長さで3μm以下であった。
実施例3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460nm)に塗布し、120℃1時間加熱し、さらに150℃12時間過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。
Claims (10)
- 一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)
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。 - 一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)
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平均アスペクト比が3以下であり、短軸の平均長さが1.3〜3.6μmであるLi含有α-サイアロン系蛍光体粉末であり、蛍光の主波長が570〜574nm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。 - 粒度分布のD10が7μm以上、D50が13〜20μm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粉末。
- AlNの多形である12Hタイプの結晶、または、X線源としてCuのKαを用いたときに約19.0°と19.4°にピークを有する結晶相を含有することを特徴とする請求項2または3記載のLi含有α-サイアロン系蛍光体粉末。
- 一般式
LixEuySi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n
(式中、Euの平均価数をaとすると、x+ya=m、0.5≦x≦3.0、0.01≦y≦0.3、0.5≦m≦3.0、0.5≦n≦2.4)の所定の組成になる理論量の、非晶質窒化ケイ素粉末と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、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1又は2に記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の製造方法。 - 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5記載のLi含有α−サイアロン系蛍光体粉末の製造方法。
- 発光源と、請求項1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。
- 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7に記載の照明器具。
- 励起源と請求項1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。
- 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請求項9記載の画像表示装置。
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