JP6256868B2 - Method for producing red silicon oxynitride phosphor - Google Patents

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Description

本発明は、酸化珪素を原料として用いた赤色珪素酸窒化物蛍光体の製造方法に関する。 The present invention relates to the production how red silicon oxynitride phosphor using silicon oxide as a raw material.

珪素酸窒化物蛍光体は、LED用蛍光体として注目されている。中でも赤色の珪素酸窒化物蛍光体は、白色LEDの高い演色性を保つために、必要不可欠である。従来、珪素及び窒素と共に酸素を構成元素として含む蛍光体、珪素及び窒素を構成元素として含む蛍光体の製造においては、珪素成分の出発物質として、一般に窒化珪素(Si34)や二酸化珪素(SiO2)が用いられてきた。しかし、これらの原料粉末の反応性がいずれも低いことから、焼成時に原料混合粉末の間の固相反応を促進する目的で、高温において圧縮成形、即ち原料粉末間の接触面積を多くして加熱するために、非常に硬い焼結体が製造される。よって、このようにして得られた焼結体は、蛍光体の使用目的に適した微粉末状態まで粉砕する必要がある。ところが、硬い焼結体からなる蛍光体を通常の機械的粉砕方法、例えばジョークラッシャーやボールミルなどを使用して長い時間と多大なエネルギーをかけて粉砕すると、蛍光体の結晶母体中に多数の欠陥が発生してしまい、蛍光体の発光強度を著しく低下させてしまうという不都合が生じていた。 Silicon oxynitride phosphors have attracted attention as LED phosphors. Among these, the red silicon oxynitride phosphor is indispensable for maintaining the high color rendering properties of the white LED. Conventionally, in the production of a phosphor containing oxygen as a constituent element together with silicon and nitrogen, and a phosphor containing silicon and nitrogen as a constituent element, generally silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon dioxide ( SiO 2 ) has been used. However, since the reactivity of these raw material powders is low, in order to promote the solid-phase reaction between the raw material mixed powders at the time of firing, compression molding is performed at a high temperature, that is, the contact area between the raw material powders is increased and heated Therefore, a very hard sintered body is produced. Therefore, the sintered body obtained in this way needs to be pulverized to a fine powder state suitable for the intended use of the phosphor. However, when a phosphor made of a hard sintered body is pulverized over a long period of time and with a large amount of energy using an ordinary mechanical pulverization method such as a jaw crusher or a ball mill, many defects are present in the crystal matrix of the phosphor. Has occurred, resulting in the disadvantage of significantly reducing the emission intensity of the phosphor.

このために、加熱時に圧縮成形せずに粉末状態で焼成する方法が試みられたが、窒化珪素(Si34)又は二酸化珪素(SiO2)など、従来の原料を使用した場合、低温では原料の窒化物粉末間での固相反応が促進せずに目的の蛍光体が生成しないため、1,800℃以上の高温で蛍光体を合成する必要があった。ところが、高温での焼成時に、窒化物原料からの窒素の脱離を伴う分解反応が起こるという不都合が発生するために、それを抑制する目的で5気圧以上の窒素ガス雰囲気下で焼成する必要があり、高い焼成エネルギーが必要とされるだけでなく、非常に高価な高温高圧焼成炉が必要となり、蛍光体の製造コストを上昇させる原因となっていた。
なお、反応性の低い出発物質から均一な蛍光体を得るためには、焼成と粉砕を数多く繰り返す必要があり、製造負荷が大きく、また、不純物の混入リスクも高い。不純物の混入は、蛍光特性の低下に直結するため、限りなく少なくしなければならない。
For this reason, a method of firing in a powder state without compression molding at the time of heating has been attempted, but when conventional raw materials such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon dioxide (SiO 2 ) are used, at a low temperature, Since the target phosphor is not generated without promoting the solid-phase reaction between the raw material nitride powders, it is necessary to synthesize the phosphor at a high temperature of 1,800 ° C. or higher. However, when firing at a high temperature, there arises a disadvantage that a decomposition reaction accompanied by desorption of nitrogen from the nitride raw material occurs. Therefore, it is necessary to perform firing in a nitrogen gas atmosphere of 5 atm or more for the purpose of suppressing it. In addition, not only high firing energy is required, but also a very expensive high-temperature high-pressure firing furnace is required, which increases the manufacturing cost of the phosphor.
Note that in order to obtain a uniform phosphor from a low-reactivity starting material, it is necessary to repeat firing and pulverization many times, resulting in a large production load and a high risk of contamination with impurities. Impurity contamination is directly linked to a decrease in fluorescence characteristics, and must be reduced as much as possible.

一方、白色LED用蛍光体として知られているEuを付活した(CaAlSiN31-y(Si22O)y蛍光体は、高い輝度の橙色や赤色の発光を有することにより、高い発光効率を有する赤み成分に富む演色性の良い白色発光装置が得られることが知られている(特許文献1:特開2012−153737号公報)。また、この赤色蛍光体は、yの値を変化させることで、発光波長や発光ピーク幅が調節可能であることを特徴としている。そして、発光ピークの低波長化により、視感度が増大するため、光束が顕著に増大する、並びに色再現範囲を任意に変更することができ、自由度の高い発光デバイスを得ることができる。しかし、焼成条件は、上記のとおり1,800〜2,000℃という高い反応温度、5気圧以上の高圧雰囲気が必要不可欠となっている。
なお、本発明に関連する従来技術として、上述した文献と共に下記文献が挙げられる。
On the other hand, (CaAlSiN 3 ) 1-y (Si 2 N 2 O) y phosphor activated by Eu known as a phosphor for white LEDs has high luminance due to its emission of orange or red light. It is known that a white light-emitting device having a luminous efficiency and rich in reddish components can be obtained (Patent Document 1: JP 2012-153737 A). The red phosphor is characterized in that the emission wavelength and emission peak width can be adjusted by changing the value of y. Since the visibility is increased by reducing the wavelength of the emission peak, the luminous flux is remarkably increased and the color reproduction range can be arbitrarily changed, and a light emitting device having a high degree of freedom can be obtained. However, as described above, the firing conditions require a high reaction temperature of 1,800 to 2,000 ° C. and a high pressure atmosphere of 5 atm or more.
In addition, the following literature is mentioned with the literature mentioned above as a prior art relevant to this invention.

特開2012−153737号公報JP 2012-153737 A 特開2007−231245号公報JP 2007-231245 A

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、珪素酸窒化物の蛍光体を、より反応性の高い出発物質を用いて、低温で、かつ効率的に製造する方法を提供すること、ひいては、このような製造方法により、良好な蛍光特性を有する蛍光体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for efficiently producing a silicon oxynitride phosphor at a low temperature using a more reactive starting material. Thus, an object of the present invention is to provide a phosphor having good fluorescence characteristics.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、珪素酸窒化物の蛍光体を製造するに際し、SiOx(式中、xは、0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素を出発物質とし、この酸化珪素と共に、蛍光体として必要な金属元素の化合物を焼成して反応させれば、この酸化珪素は低温での反応性が高いため、窒化珪素(Si34)や二酸化珪素(SiO2)を用いて焼成する場合に比べて、常圧・低温で合成でき、製造負荷が低減されることを知見した。また、その結果として、良好な蛍光特性を有する蛍光体を得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have found that when producing a silicon oxynitride phosphor, SiO x (wherein x satisfies 0.8 <x <1.2). If silicon oxide represented by) is used as a starting material and a compound of a metal element necessary as a phosphor is baked and reacted together with this silicon oxide, this silicon oxide is highly reactive at low temperatures. As compared with the case of firing using (Si 3 N 4 ) or silicon dioxide (SiO 2 ), it has been found that synthesis can be performed at normal pressure and low temperature, and the production load is reduced. As a result, it has been found that a phosphor having good fluorescence characteristics can be obtained, and the present invention has been made.

従って、本発明は、以下の赤色珪素酸窒化物蛍光体の製造方法を提供する。
〔1〕
少なくともEuCa及びAlを含み、必要によりSiを含む原料混合物と、SiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素とを混合したものを焼成することを特徴とする、下記式
Eu a Ca 1-a AlSi31-cSi (3b+2)/4bO)c
(式中、aは0<a≦0.1であり、b,cは0≦b、0<c<0.375、0.002≦(3b+2)c/4≦0.9を満足する数である。)
で表される赤色珪素酸窒化物蛍光体の製造方法。
〔2〕
SiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素が、4価の金属元素を含む原料中1〜27モル%である〔1〕記載の蛍光体の製造方法。
〔3〕
窒素を含むガスの雰囲気下、1,400℃以上1,800℃未満の温度で焼成することを特徴とする〔1〕又は〔2〕記載の蛍光体の製造方法。
〔4〕
焼成を、常圧下で行うことを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の蛍光体の製造方法。

Eu23、Ca32、AlN、Si34及びSiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)からなり、SiOxを4価の金属元素を含む原料中1〜27モル%含有する原料を出発原料とする〔1〕〜〔〕のいずれかに記載の蛍光体の製造方法。

SiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素の含有量によって、得られる蛍光体の450nmの波長の光により励起される発光ピーク波長を570〜650nmの範囲で制御することを特徴とする〔1〕〜〔〕のいずれかに記載の蛍光体の製造方法
Accordingly, the present invention provides a manufacturing how the following red silicon oxynitride phosphor.
[1]
A mixture of a raw material mixture containing at least Eu , Ca and Al , and optionally containing Si, and silicon oxide represented by SiO x (where x satisfies 0.8 <x <1.2). The following formula ( Eu a Ca 1-a AlSi N 3 ) 1-c ( Si (3b + 2) / 4 N b O) c
(In the formula , a is 0 <a ≦ 0.1, b and c are numbers satisfying 0 ≦ b, 0 <c <0.375, 0.002 ≦ (3b + 2) c / 4 ≦ 0.9. .)
The manufacturing method of the red silicon oxynitride fluorescent substance represented by these.
[2]
The silicon oxide represented by SiO x (wherein x satisfies 0.8 <x <1.2) is 1 to 27 mol% in the raw material containing a tetravalent metal element [1] A method for producing a phosphor.
[3]
The method for producing a phosphor according to [1] or [2], wherein firing is performed at a temperature of 1,400 ° C. or more and less than 1,800 ° C. in an atmosphere of a gas containing nitrogen.
[4]
Baking is performed under a normal pressure, The manufacturing method of the fluorescent substance in any one of [1]-[3] characterized by the above-mentioned.
[ 5 ]
It consists of Eu 2 O 3 , Ca 3 N 2 , AlN, Si 3 N 4 and SiO x (where x satisfies 0.8 <x <1.2), and SiO x is a tetravalent metal element. The method for producing a phosphor according to any one of [1] to [ 4 ], wherein a starting material is a starting material containing 1 to 27 mol% of the starting material.
[ 6 ]
Depending on the content of silicon oxide represented by SiO x (where x satisfies 0.8 <x <1.2), the emission peak wavelength excited by light having a wavelength of 450 nm of the obtained phosphor is changed. It controls in the range of 570-650 nm, The manufacturing method of the fluorescent substance in any one of [1]-[ 5 ] characterized by the above-mentioned .

本発明によれば、珪素酸窒化物の蛍光体として、良好な蛍光特性を有する蛍光体を、低温、常圧で、かつ効率よく製造することができる。
従来では、1,600℃付近の低温域では、高い結晶性を持つ赤色蛍光体の合成は不可能であったが、本製造方法では原料を反応性の高いものにすることで、高結晶性の赤色蛍光体を得ることを可能にした。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluorescent substance which has a favorable fluorescence characteristic as a fluorescent substance of a silicon oxynitride can be efficiently manufactured at low temperature and a normal pressure.
Conventionally, it has been impossible to synthesize a red phosphor having high crystallinity in a low temperature region around 1,600 ° C. However, in this production method, high crystallinity is achieved by making the raw material highly reactive. It became possible to obtain a red phosphor.

先行技術として、Si22Oを使用した酸窒化物蛍光体、又は酸化物蛍光体の製造方法が公開されている(特許文献2:特開2007−231245号公報)。先行技術は、酸素窒素比(O/N比)の多い酸窒化物蛍光体をより低温で合成する技術であり、Euを賦活したCaSi222やBa3Si6122などの酸窒化物蛍光体を合成する手法として非常に有望である。
先行技術と本製造方法の相違点として、酸窒素比の低い酸化物蛍光体を低温で合成できる。そのためには、使用原料としてSi22Oではなく、SiOxを使用する必要がある。これは、Si22OよりもSiOxが反応性に富んでいるからである。また、SiOxと窒素を反応させることでSi22Oを合成することができることから、SiOxを使用することで化合物に窒素を取り込みやすいことも特徴として挙げられる。
As a prior art, a method for producing an oxynitride phosphor or an oxide phosphor using Si 2 N 2 O has been disclosed (Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-231245). The prior art is a technique for synthesizing an oxynitride phosphor having a high oxygen-nitrogen ratio (O / N ratio) at a lower temperature, such as Eu-activated CaSi 2 O 2 N 2 or Ba 3 Si 6 O 12 N 2. This is a very promising technique for synthesizing oxynitride phosphors.
As a difference between the prior art and the present production method, an oxide phosphor having a low acid-nitrogen ratio can be synthesized at a low temperature. For that purpose, it is necessary to use SiO x instead of Si 2 N 2 O as a raw material to be used. This is because SiO x is more reactive than Si 2 N 2 O. In addition, since Si 2 N 2 O can be synthesized by reacting SiO x with nitrogen, the use of SiO x makes it easy to incorporate nitrogen into the compound.

実施例1、比較例1の蛍光体のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the phosphor of Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1、比較例1の蛍光体の励起スペクトル及び発光スペクトルである。It is the excitation spectrum and emission spectrum of the fluorescent substance of Example 1 and Comparative Example 1. 実施例2の蛍光体のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of the phosphor of Example 2. FIG. 実施例2の蛍光体の励起スペクトル及び発光スペクトルである。It is the excitation spectrum and emission spectrum of the phosphor of Example 2. 実施例3の蛍光体のXRDパターンである。3 is an XRD pattern of the phosphor of Example 3. FIG. 実施例3の蛍光体の励起スペクトル及び発光スペクトルである。It is the excitation spectrum and emission spectrum of the fluorescent substance of Example 3. 実施例4、比較例4の蛍光体のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the phosphor of Example 4 and Comparative Example 4. 実施例4、比較例4の蛍光体の励起スペクトル及び発光スペクトルである。It is the excitation spectrum and emission spectrum of the fluorescent substance of Example 4 and Comparative Example 4.

以下、本発明について詳述する。
本発明は、下記式
(LaI 1-aIIIII31-c(MIII (3b+2)/4bO)c
で表される赤色珪素酸窒化物蛍光体の製造方法に関するものであり、この赤色珪素酸窒化物蛍光体は、少なくともL、MI及びMIIを含み、必要によりMIVを含む原料混合物と、SiOxで表される酸化珪素とを混合したものを焼成することによって製造される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention is represented by the following formula (L a M I 1-a M II M III N 3 ) 1-c (M III (3b + 2) / 4 N b O) c
The red silicon oxynitride phosphor, which contains at least L, M I and M II , and if necessary, a raw material mixture containing M IV , It is manufactured by firing a mixture of silicon oxide represented by SiO x .

但し、Lは、希土類元素及びMnからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であり、具体的には、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素が挙げられるが、中でも、Mn、Ce、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、Ybからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であることが好ましく、Euを含むことがより好ましく、Euであることが更に好ましい。   However, L is one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements and Mn. Specifically, Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er , One or more elements selected from the group consisting of Tm, Yb, etc., among others, one type selected from the group consisting of Mn, Ce, Sm, Eu, Tb, Dy, Er, Yb or Two or more elements are preferable, Eu is more preferably included, and Eu is still more preferable.

Iは、アルカリ土類金属から選択される少なくとも一種であり、具体的には、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Raからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素が挙げられるが、中でも、Mg、Ca、Sr、Baからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であることが好ましく、Caであることが更に好ましい。 M I is at least one selected from alkaline earth metals, and specifically includes one or more elements selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra. However, among these, one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba are preferable, and Ca is more preferable.

IIは、3価の金属元素からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であり、中でも、B、Al、Ga、In、Sc、Y、La、Gd、Luからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であることが好ましく、Alであることが更に好ましい。 M II is one or more elements selected from the group consisting of trivalent metal elements, and among them, selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, and Lu. It is preferable that it is 1 type, or 2 or more types of elements, and it is still more preferable that it is Al.

IIIは、珪素原子を含む4価の金属元素からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であり、中でも、Si単独、又はSiとGe、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる2種以上の元素であることが好ましく、Siであることが更に好ましい。 M III is one or more elements selected from the group consisting of tetravalent metal elements containing silicon atoms, and among them, Si alone or a group consisting of Si and Ge, Sn, Ti, Zr, Hf It is preferably two or more elements selected from the group consisting of Si, and more preferably Si.

IVは、4価の金属元素からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であり、中でも、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素であることが好ましく、Siであることが更に好ましい。 M IV is one or more elements selected from the group consisting of tetravalent metal elements, and among them, one or two elements selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf. The above elements are preferable, and Si is more preferable.

また、aは0<a≦0.1を満足する値である。蛍光体の発光強度の点から、0.001≦a≦0.1が好ましく、0.003≦a≦0.05がより好ましい。aが0.1を超えると濃度消光をおこし、0.001を下回ると発光が不十分となる場合がある。   Further, a is a value satisfying 0 <a ≦ 0.1. From the viewpoint of the emission intensity of the phosphor, 0.001 ≦ a ≦ 0.1 is preferable, and 0.003 ≦ a ≦ 0.05 is more preferable. When a exceeds 0.1, concentration quenching occurs, and when it falls below 0.001, light emission may be insufficient.

bは0≦bであり、0≦b≦5であることが好ましい。
cは0<c<0.375であり、0.1≦c≦0.333であることが好ましく、0.2≦c≦0.3であることがより好ましい。なお、本発明の製造方法では、MIVを含む原料を用いてもよく、MIVを含む原料を用いる場合、cは0.1以上0.333以下であることが好ましく、0.1以上0.333未満であることがより好ましく、更に好ましくは0.2以上0.3以下である。cの値が小さすぎると反応性が低下するため未反応物質が残存する場合があり、大きすぎると酸素量が多くなりすぎて不純物であるCa−SiAlONが主成分として生成する場合がある。
b is 0 ≦ b, and preferably 0 ≦ b ≦ 5.
c is 0 <c <0.375, preferably 0.1 ≦ c ≦ 0.333, and more preferably 0.2 ≦ c ≦ 0.3. In the production method of the present invention, may be used a raw material containing M IV, when using a raw material containing M IV, c is preferably 0.1 or more 0.333 or less, 0.1 or 0 Is less than .333, more preferably 0.2 or more and 0.3 or less. If the value of c is too small, the reactivity may decrease and unreacted substances may remain. If the value of c is too large, the amount of oxygen may increase and Ca-SiAlON, which is an impurity, may be generated as a main component.

また、b,cは0.002≦(3b+2)c/4≦0.9を満足する数である。(3b+2)c/4の値が0.002未満もしくは0.9を超えると不安定な構造となるため目的物が生成できないおそれがあり、得られたとしても高い輝度が得られない可能性がある。   B and c are numbers satisfying 0.002 ≦ (3b + 2) c / 4 ≦ 0.9. If the value of (3b + 2) c / 4 is less than 0.002 or exceeds 0.9, the structure may be unstable and the target product may not be generated. Even if it is obtained, high luminance may not be obtained. is there.

本発明の蛍光体は、珪素酸窒化物の蛍光体であり、SiOxで表される酸化珪素を出発物質として含む原材料を焼成することにより製造される。xは0.8<x<1.2を満たす数であり、好ましくは0.9<x<1.1を満たす数である。xが0.8以下であると金属珪素(Si)としての特性が強くなり、反応性が低下するおそれがあり、1.2以上であると二酸化珪素としての特性が強くなり、反応性が低下するおそれがある。 The phosphor of the present invention is a silicon oxynitride phosphor, and is manufactured by firing a raw material containing silicon oxide represented by SiO x as a starting material. x is a number satisfying 0.8 <x <1.2, and preferably 0.9 <x <1.1. When x is 0.8 or less, the characteristic as metallic silicon (Si) becomes strong and the reactivity may be lowered. When x is 1.2 or more, the characteristic as silicon dioxide becomes strong and the reactivity is lowered. There is a risk.

本発明の製造方法では、上述したように、少なくともL、MI及びMIIを含み、必要によりMIVを含む原料混合物と、SiOxで表される酸化珪素とを混合したものを焼成することを特徴とするものである。即ち、本発明においては、上述した酸化珪素と、蛍光体として必須の発光イオンを与える金属の化合物と、蛍光体の母結晶に含まれる金属を含む化合物とを出発物質とした原材料を焼成して、蛍光体を製造する。ここで、発光イオンを与える金属の化合物としては、Lを含む原料、即ち希土類元素又はMnの化合物が挙げられ、蛍光体の母結晶に含まれる金属を含む化合物としては、MIを含む原料、即ちアルカリ土類金属(周期律表第2族元素)の化合物、MIIを含む原料、即ち3価の金属元素の化合物、及びMIVを含む原料、即ち4価の金属元素の化合物が挙げられる。なお、SiOxで表される酸化珪素も蛍光体の母結晶に含まれる金属を含む化合物である。これらの化合物を用いることにより、蛍光体はその組成に対応した金属を含むものとなる。 In the production method of the present invention, as described above, firing is performed by mixing a raw material mixture containing at least L, M I and M II , and optionally containing M IV, and silicon oxide represented by SiO x. It is characterized by. That is, in the present invention, a raw material starting from the above-described silicon oxide, a metal compound that provides a luminescent ion that is essential as a phosphor, and a compound that includes a metal contained in the phosphor's mother crystal is fired. Manufacturing phosphors. Here, examples of the metal compound that gives luminescent ions include a raw material containing L, that is, a rare earth element or a compound of Mn, and the compound containing a metal contained in the host crystal of the phosphor includes a raw material containing M I , That is, examples include compounds of alkaline earth metals (Group 2 elements of the periodic table), raw materials containing M II, that is, compounds of trivalent metal elements, and raw materials containing M IV, that is, compounds of tetravalent metal elements. . Silicon oxide represented by SiO x is also a compound containing a metal contained in the mother crystal of the phosphor. By using these compounds, the phosphor contains a metal corresponding to its composition.

これらの化合物としては、酸化物、窒化物、炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、有機酸塩など、蛍光体の製造に用いられる従来公知の化合物を用いることができる。   As these compounds, conventionally known compounds used in the production of phosphors such as oxides, nitrides, carbonates, hydroxides, oxalates, nitrates, chlorides, acetates, and organic acid salts are used. Can do.

具体的に、Lを含む原料(希土類元素又はMnの化合物)としては、金属L(特にユウロピウム)の窒化物、酸化物、炭酸塩、塩化物、硝酸塩が好ましく、例えば、窒化ユウロピウム(EuN)、酸化ユウロピウム(EuO、Eu23)、炭酸ユウロピウム(EuCO3、Eu2(CO33)、塩化ユウロピウム(EuCl2、EuCl3)、硝酸ユウロピウム(Eu(NO32、Eu(NO33)などが挙げられ、好ましくはEu23である。 Specifically, as a raw material containing L (rare earth element or Mn compound), a metal L (particularly europium) nitride, oxide, carbonate, chloride, nitrate is preferable. For example, europium nitride (EuN), Europium oxide (EuO, Eu 2 O 3 ), europium carbonate (EuCO 3 , Eu 2 (CO 3 ) 3 ), europium chloride (EuCl 2 , EuCl 3 ), europium nitrate (Eu (NO 3 ) 2 , Eu (NO 3) 3 ) and the like, and Eu 2 O 3 is preferable.

Iを含む原料(アルカリ土類金属の化合物)としては、好ましくは金属MI(特にカルシウム)の窒化物、水酸化物、酸化物、炭酸塩が挙げられ、特に好ましくは窒化カルシウム(Ca32)、酸化カルシウム(CaO)、炭酸カルシウム(CaCO3)が挙げられ、更に好ましくはCa32である。 The raw material containing M I (alkaline earth metal compound) is preferably a metal M I (especially calcium) nitride, hydroxide, oxide or carbonate, particularly preferably calcium nitride (Ca 3). N 2 ), calcium oxide (CaO), calcium carbonate (CaCO 3 ), and more preferably Ca 3 N 2 .

IIを含む原料(3価の金属元素の化合物)としては、金属MII(特にアルミニウム)の窒化物、酸化物、炭酸塩、塩化物、硝酸塩が好ましく、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al23)、炭酸アルミニウム(Al2(CO33)、塩化アルミニウム(AlCl3)、硝酸アルミニウム(Al(NO33)などが挙げられ、更に好ましくはAlNである。これらの原料は、単独で使用してもよく、複数を組み合わせてもよい。 As a raw material containing M II (a compound of a trivalent metal element), a nitride, oxide, carbonate, chloride, or nitrate of metal M II (particularly aluminum) is preferable. For example, aluminum nitride (AlN), oxidation Aluminum (Al 2 O 3 ), aluminum carbonate (Al 2 (CO 3 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) and the like can be mentioned, and AlN is more preferable. These raw materials may be used alone or in combination.

IVを含む原料(4価の金属元素の化合物)としては、金属MIII(特に珪素)の窒化物、酸化物が好ましく、例えば、窒化珪素(Si34)、二酸化ケイ素(SiO2)などが挙げられ、好ましくはSi34である。但し、SiOxはMIVを含む原料に含まない。 As the raw material (compound of tetravalent metal element) containing M IV , a nitride or oxide of metal M III (especially silicon) is preferable. For example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon dioxide (SiO 2 ) Etc., and Si 3 N 4 is preferable. However, SiO x is not included in the raw material containing M IV .

L、MI、MII及びMIVを含む原料とSiOxで表される酸化珪素は、各原料から供給されるL、MI、MII、MIIIの元素比が、下記式
(LaI 1-aIIIII31-c(MIII (3b+2)/4bO)c
で表される赤色珪素酸窒化物蛍光体におけるa、b、cの関係を満足する範囲で混合するものである。
具体的には、上記式中のa、b、cが、0.0<a≦0.1、0<b、0<c<0.375であり、0.001≦a≦0.1、0<b≦11.3、0.1≦c≦0.333が好ましく、更に好ましくは、a=0.02、b=2、c=0.25である。
The raw material containing L, M I , M II and M IV and the silicon oxide represented by SiO x have an element ratio of L, M I , M II and M III supplied from each raw material represented by the following formula (L a M I 1-a M II M III N 3 ) 1-c (M III (3b + 2) / 4 N b O) c
In the red silicon oxynitride phosphor represented by the formula, they are mixed within a range satisfying the relationship of a, b, and c.
Specifically, a, b, and c in the above formula are 0.0 <a ≦ 0.1, 0 <b, 0 <c <0.375, 0.001 ≦ a ≦ 0.1, 0 <b ≦ 11.3 and 0.1 ≦ c ≦ 0.333 are preferable, and more preferably, a = 0.02, b = 2, and c = 0.25.

また、本発明の製造方法は、SiOxの配合量によって、得られる蛍光体の450nmの波長の光により励起される発光波長のピークを、好ましくは570〜650nm、より好ましくは580〜620nmの範囲に制御することができる。SiOx量を増やすことで、低波長側にシフトさせることができ、より視感度の高い蛍光体が得られる。しかし、添加量が多すぎると、不純物としてCaSiAlON相が生成される場合がある。添加量が少ない場合、SiOxの効果が低下するため、未反応原料が残ってしまうおそれがある。そのため、SiOxの添加量は、4価の金属元素を含む原料中1〜27モル%が好ましく、10〜25モル%がより好ましく、18〜22モル%が更に好ましい。 In the production method of the present invention, the peak of the emission wavelength excited by light having a wavelength of 450 nm of the obtained phosphor is preferably in the range of 570 to 650 nm, more preferably 580 to 620 nm, depending on the blending amount of SiO x. Can be controlled. By increasing the amount of SiO x, the phosphor can be shifted to the lower wavelength side, and a phosphor with higher visibility can be obtained. However, if the addition amount is too large, a CaSiAlON phase may be generated as an impurity. When the addition amount is small, the effect of SiO x is lowered, and thus there is a possibility that unreacted raw materials remain. Therefore, the amount of SiO x added is preferably 1 to 27 mol%, more preferably 10 to 25 mol%, and still more preferably 18 to 22 mol% in the raw material containing a tetravalent metal element.

蛍光体を製造する際の焼成方法は、従来公知の方法が適用できる。具体的には、例えば、SiOxで表される酸化珪素粉末と、金属化合物(L、MI、MII、MIVを含む原料)の粉末を混合し、必要に応じて粉砕して、カーボン製、窒化ホウ素製、アルミナ製などのトレイに仕込んだ後、反応炉内に入れて、雰囲気ガスを反応炉内に流通させ、所定温度で所定時間加熱する。 A conventionally known method can be applied as a firing method for manufacturing the phosphor. Specifically, for example, a silicon oxide powder represented by SiO x and a powder of a metal compound (a raw material containing L, M I , M II , and M IV ) are mixed and pulverized as necessary to obtain carbon. After being placed in a tray made of aluminum, made of boron nitride, alumina, etc., it is placed in a reaction furnace, and atmospheric gas is circulated in the reaction furnace and heated at a predetermined temperature for a predetermined time.

焼成条件は、窒素ガス含有雰囲気下で、温度範囲は1,400℃以上1,800℃未満であり、より効率的に窒化反応を進行させることを考慮すると、1,600℃以上1,800℃未満が好ましい。1,400℃未満の焼成温度では、反応が終了せず、目的物でないCa−α−SiAlONが生成される場合がある。また、1,800℃以上の焼成温度では、原料の窒化物が分解を起こしてしまう場合がある。
焼成時間については、特に限定されないが、0.5時間以上6時間以下、特に2〜4時間の焼成が好ましい。0.5時間未満では未反応原料が残存する場合があり、6時間を超える焼成は、得られる蛍光体の特性に変化がないため、製造コストが増加してしまう。
The firing condition is a nitrogen gas-containing atmosphere, the temperature range is 1,400 ° C. or more and less than 1,800 ° C., and considering that the nitriding reaction proceeds more efficiently, 1,600 ° C. or more and 1,800 ° C. Less than is preferable. When the firing temperature is less than 1,400 ° C., the reaction does not end, and Ca-α-SiAlON that is not the target product may be produced. Further, at a firing temperature of 1,800 ° C. or higher, the raw material nitride may be decomposed.
Although it does not specifically limit about baking time, The baking for 0.5 to 6 hours, especially 2 to 4 hours is preferable. If it is less than 0.5 hours, unreacted raw materials may remain. If firing for more than 6 hours does not change the characteristics of the phosphor obtained, the manufacturing cost increases.

焼成雰囲気については、窒素ガス(N2ガス)を含んでいる非酸化性雰囲気下であれば特に限定されず、窒素ガス単独雰囲気のほか、例えば、反応性を制御する等の目的で圧力をコントロールした窒素ガス含有雰囲気、窒素分圧を調整する目的で窒素ガスにAr、H2、He等の非酸化性ガスを混合した雰囲気などが挙げられる。なお、コストを考慮すると窒素雰囲気で焼成することが好ましい。また、焼成中に窒素雰囲気から窒素水素雰囲気に切り替え、還元効果を促進させることも可能である。
なお、本発明においては、常圧下で製造することが可能である。
The firing atmosphere is not particularly limited as long as it is in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen gas (N 2 gas). In addition to the nitrogen gas alone atmosphere, the pressure is controlled for the purpose of controlling reactivity, for example. And an atmosphere in which a non-oxidizing gas such as Ar, H 2 , and He is mixed with the nitrogen gas for the purpose of adjusting the nitrogen partial pressure. In view of cost, firing in a nitrogen atmosphere is preferable. It is also possible to promote the reduction effect by switching from a nitrogen atmosphere to a nitrogen-hydrogen atmosphere during firing.
In the present invention, it can be produced under normal pressure.

このようにして得られた生成物を、必要に応じて粉砕して粉末とする。また、得られた粉末を、再び、同様の方法で焼成する工程を必要回数繰り返すこともできる。製造方式については特に制限はなく、連続法、回分法での反応が可能である。また、窒素雰囲気で焼成したものを、還元性を高めるために窒素水素雰囲気で焼成するアニール焼成も可能である。   The product thus obtained is pulverized as necessary to form a powder. Moreover, the process of baking the obtained powder by the same method again can be repeated as many times as necessary. The production method is not particularly limited, and the reaction can be performed by a continuous method or a batch method. In addition, annealing firing in which a material fired in a nitrogen atmosphere is fired in a nitrogen-hydrogen atmosphere in order to enhance the reducing property is also possible.

特に、本発明においては、AlN、Si34、Eu23、Ca32、SiOxからなる原材料を用い、SiOxが4価の金属元素を含む原料中1〜27モル%である混合物を出発原料とし、上記方法により製造することが好適であり、このようにして製造された下記式
(EuaCa1-aAlSiN31-c(Si(3b+2)/4bO)c
(式中、a、b、cは上記と同じである。)
で表される蛍光体は、450nmの波長の光により励起されて発光する波長のピークが650nm以下となるものである。
In particular, in the present invention, a raw material composed of AlN, Si 3 N 4 , Eu 2 O 3 , Ca 3 N 2 , and SiO x is used, and SiO x is 1 to 27 mol% in a raw material containing a tetravalent metal element. It is preferable to use a certain mixture as a starting material and to produce the mixture by the above-described method. The following formula (Eu a Ca 1-a AlSiN 3 ) 1-c (Si (3b + 2) / 4 N b O) c
(Wherein a, b and c are the same as above)
The wavelength of the phosphor that is excited by light having a wavelength of 450 nm and emits light is 650 nm or less.

なお、Ca−α−SiAlONもLED用として非常に有望な黄色蛍光体であり、本発明の目的物ではないが、本製造方法で合成可能である。該Ca−α−SiAlONは、SiOxの固溶量以上にSiOxを過剰に加えて合成することにより製造できる。 Ca-α-SiAlON is also a very promising yellow phosphor for LEDs, and is not an object of the present invention, but can be synthesized by this production method. The Ca-alpha-SiAlON may be prepared by synthesizing in excess addition of SiO x or more solid solution amount of SiO x.

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例において、蛍光体のXRD(X線回折)測定、焼成後の試料の同定には、粉末X線回折装置((株)マックサイエンス製、MX−Labo)を使用し、励起・発光スペクトルの測定には、分光蛍光光度計(日本分光(株)、FP−6500)を使用した。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example. In the following example, XRD (X-ray diffraction) measurement of the phosphor and identification of the sample after firing were performed using a powder X-ray diffractometer (MX-Labo, manufactured by Mac Science Co., Ltd.). A spectrofluorophotometer (JASCO Corporation, FP-6500) was used for the measurement of the spectrum.

[実施例1、比較例1]
Si34とSiOxとの添加具合が蛍光体特性に与える影響を評価した。
具体的には、(Eu0.02Ca0.98AlSiN31-c(Si22O)cのc値が0.143、0.250、0.333となるような化学量論比で原料を秤量したものを、それぞれ実施例1−1〜実施例1−3とした。また、SiOxを全く添加せずにSi34のみ(c=0.000)を添加して焼成したものを比較例1−1とし、上記c値が0.375、0.500となるような化学量論比で原料を秤量したものを、それぞれ比較例1−2、1−3とした。c値、各原料比、SiOxのモル比等の詳しい値を表1に示す。
[Example 1, Comparative Example 1]
The influence of the addition condition of Si 3 N 4 and SiO x on the phosphor characteristics was evaluated.
Specifically, (Eu 0.02 Ca 0.98 AlSiN 3 ) 1-c (Si 2 N 2 O) c is a raw material at a stoichiometric ratio such that the c value is 0.143, 0.250, 0.333. What weighed was made into Example 1-1-Example 1-3, respectively. In addition, the one obtained by adding only Si 3 N 4 (c = 0.000) and baking without adding SiO x at all is referred to as Comparative Example 1-1, and the above c values are 0.375 and 0.500. The raw materials weighed at such a stoichiometric ratio were referred to as Comparative Examples 1-2 and 1-3, respectively. Detailed values such as c value, raw material ratio, SiO x molar ratio are shown in Table 1.

Ca32(太平洋セメント(株))、Eu23(信越化学工業(株))及びAlN((株)トクヤマ)に加え、SiOx(x=1.02)(信越化学工業(株))あるいはSi34(宇部興産(株))を用いた。上述のCa32以外の各原料を化学量論比に従って秤量し、メノウ乳鉢で混合した。混合後、Ca32をグローボックス内で乾式混合を行った。上記原料を全て混合後、混合物をカーボン製ボートに載置し、炉内に入れ焼成した。焼成の操作は、まず、真空ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、純度が99.99体積%の窒素を導入して常圧にした。窒素置換が終了した後、室温から1,600℃まで毎時200℃の速度で昇温し、目的温度で2時間保持した。
焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕した後、メノウ乳鉢を用いて手で粉砕し、蛍光体を得、この蛍光体について測定を行った。
In addition to Ca 3 N 2 (Pacific Cement Co., Ltd.), Eu 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and AlN (Tokuyama Co., Ltd.), SiO x (x = 1.02) (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) )) Or Si 3 N 4 (Ube Industries, Ltd.). Each raw material other than the above-mentioned Ca 3 N 2 was weighed according to the stoichiometric ratio and mixed in an agate mortar. After mixing, Ca 3 N 2 was dry mixed in a glow box. After mixing all the raw materials, the mixture was placed on a carbon boat, placed in a furnace and baked. In the firing operation, first, the firing atmosphere was evacuated by a vacuum pump, and nitrogen having a purity of 99.99% by volume was introduced to normal pressure. After completion of the nitrogen substitution, the temperature was raised from room temperature to 1,600 ° C. at a rate of 200 ° C. per hour and held at the target temperature for 2 hours.
After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, and then manually pulverized using an agate mortar to obtain a phosphor, and the phosphor was measured.

Figure 0006256868
Figure 0006256868

得られた蛍光体をXRD(X線回折)により分析した。結果を図1に示す。XRDによる同定の結果、CaAlSiN3の結晶構造が検出された。しかし、比較例1−1では、X線ピークの半値幅が広いため、結晶性が低い、かつ未反応のAlNが残存している。また、比較例1−2、1−3では、不純物が存在した。
図2は、実施例1及び比較例1で製造した(Eu0.02Ca0.98AlSiN31-c(Si22O)cの励起発光スペクトルを示した図である。図2中、左側に描画された曲線群は各試験条件での励起スペクトルを示し、右側に描画された曲線群は450nmで励起した場合の発光スペクトルを示す。図2から、この蛍光体が青色LEDの発光領域である450nm付近で吸収をもち、波長610nm付近にピークを有する赤色光を発光することがわかり、目的物である(Eu0.02Ca0.98AlSiN31-c(Si22O)cが発光していると判断できる。SiOxを添加した全ての条件で発光強度が向上しており、c=0.250(実施例1−2)の時、比較例1−1での発光強度の約2.6倍となった。また、SiOxの添加量を変えることで、ピーク波長がシフトしている。
The obtained phosphor was analyzed by XRD (X-ray diffraction). The results are shown in FIG. As a result of identification by XRD, the crystal structure of CaAlSiN 3 was detected. However, in Comparative Example 1-1, since the half width of the X-ray peak is wide, the crystallinity is low and unreacted AlN remains. In Comparative Examples 1-2 and 1-3, impurities were present.
FIG. 2 is a diagram showing excitation emission spectra of (Eu 0.02 Ca 0.98 AlSiN 3 ) 1-c (Si 2 N 2 O) c produced in Example 1 and Comparative Example 1. In FIG. 2, the curve group drawn on the left side shows an excitation spectrum under each test condition, and the curve group drawn on the right side shows an emission spectrum when excited at 450 nm. FIG. 2 shows that this phosphor has absorption in the vicinity of 450 nm, which is the emission region of the blue LED, and emits red light having a peak in the vicinity of a wavelength of 610 nm, which is the target (Eu 0.02 Ca 0.98 AlSiN 3 ). It can be determined that 1-c (Si 2 N 2 O) c emits light. The light emission intensity was improved under all the conditions where SiO x was added. When c = 0.250 (Example 1-2), the light emission intensity in Comparative Example 1-1 was about 2.6 times. . Further, the peak wavelength is shifted by changing the addition amount of SiO x .

[実施例2]
焼成温度が蛍光体特性に与える影響を評価した。
具体的には、実施例1−2において、焼成温度を1,400℃、1,500℃、1,600℃に変更したものを、それぞれ実施例2−1、2−2、2−3とした。なお、Si34とSiOxとの添加量は、実施例1で良好な結果を示したc=0.250とした。c値、各原料比、焼成温度等の詳しい値を表1、表2に示す。
[Example 2]
The influence of the firing temperature on the phosphor characteristics was evaluated.
Specifically, in Example 1-2, the firing temperature was changed to 1,400 ° C., 1,500 ° C., 1,600 ° C. did. The addition amount of Si 3 N 4 and SiO x was set to c = 0.250, which showed good results in Example 1. Detailed values such as the c value, the ratio of each raw material, and the firing temperature are shown in Tables 1 and 2.

Ca32(太平洋セメント(株))、Eu23(信越化学工業(株))及びAlN((株)トクヤマ)に加え、SiOx(x=1.02)(信越化学工業(株))及びSi34(宇部興産(株))を用いた。上述のCa32以外の各原料を化学量論比に従って秤量し、メノウ乳鉢で混合した。混合後、Ca32をグローボックス内で乾式混合を行った。上記原料を全て混合後、混合物をカーボン製ボートに載置し、炉内に入れ焼成した。焼成の操作は、まず、真空ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、純度が99.99体積%の窒素を導入して常圧にした。窒素置換が終了した後、室温から、1,400℃、1,500℃又は1,600℃まで毎時200℃の速度で昇温し、目的温度で2時間保持した。
焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕した後、メノウ乳鉢を用いて手で粉砕し、蛍光体を得、この蛍光体について測定を行った。
In addition to Ca 3 N 2 (Pacific Cement Co., Ltd.), Eu 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and AlN (Tokuyama Co., Ltd.), SiO x (x = 1.02) (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) )) And Si 3 N 4 (Ube Industries, Ltd.). Each raw material other than the above-mentioned Ca 3 N 2 was weighed according to the stoichiometric ratio and mixed in an agate mortar. After mixing, Ca 3 N 2 was dry mixed in a glow box. After mixing all the raw materials, the mixture was placed on a carbon boat, placed in a furnace and baked. In the firing operation, first, the firing atmosphere was evacuated by a vacuum pump, and nitrogen having a purity of 99.99% by volume was introduced to normal pressure. After completion of the nitrogen substitution, the temperature was raised from room temperature to 1,400 ° C., 1,500 ° C., or 1,600 ° C. at a rate of 200 ° C. per hour and held at the target temperature for 2 hours.
After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, and then manually pulverized using an agate mortar to obtain a phosphor, and the phosphor was measured.

Figure 0006256868
Figure 0006256868

得られた蛍光体をXRD(X線回折)により分析した。結果を図3に示す。XRDによる同定の結果、実施例全ての条件でCaAlSiN3の結晶構造が検出された。1,400℃の試料(実施例2−1)は、Ca−α−SiAlONと混相となっており、1,400℃が下限と考えられる。
図4は、実施例2で製造した(Eu0.02Ca0.98AlSiN31-c(Si22O)cの励起発光スペクトルを示した図である。図4中、左側に描画された曲線群は各試験条件での励起スペクトルを示し、右側に描画された曲線群は450nmで励起した場合の発光スペクトルを示す。1,400〜1,600℃で焼成したいずれの条件においても赤色発光を示しており、目的物が生成されたことが確認できる。また、温度を高くするほど発光強度が向上した。
The obtained phosphor was analyzed by XRD (X-ray diffraction). The results are shown in FIG. As a result of identification by XRD, the crystal structure of CaAlSiN 3 was detected under the conditions of all the examples. The sample (Example 2-1) at 1,400 ° C. is mixed with Ca-α-SiAlON, and 1,400 ° C. is considered the lower limit.
FIG. 4 is a diagram showing an excitation emission spectrum of (Eu 0.02 Ca 0.98 AlSiN 3 ) 1-c (Si 2 N 2 O) c produced in Example 2. In FIG. 4, the curve group drawn on the left side shows an excitation spectrum under each test condition, and the curve group drawn on the right side shows an emission spectrum when excited at 450 nm. In any condition baked at 1,400 to 1,600 ° C., red light emission is shown, and it can be confirmed that the target product was produced. Further, the emission intensity was improved as the temperature was increased.

[実施例3]
焼成時間が蛍光体特性に与える影響を評価した。
具体的には、実施例1−2において、焼成時間を12時間としたものを実施例3−1、2時間としたものを実施例3−2、0.5時間としたものを実施例3−3とした。なお、Si34とSiOxとの添加量は、実施例1で良好な結果を示したc=0.250とした。c値、各原料比、焼成時間等の詳しい値を表1、表3に示す。
[Example 3]
The influence of the firing time on the phosphor characteristics was evaluated.
Specifically, in Example 1-2, the example in which the firing time was set to 12 hours was changed to Example 3-1 or 2 hours, the example 3-2 was changed to 0.5 hours, and the example 3 was set. -3. The addition amount of Si 3 N 4 and SiO x was set to c = 0.250, which showed good results in Example 1. Detailed values such as the c value, the ratio of each raw material, and the firing time are shown in Tables 1 and 3.

Ca32(太平洋セメント(株))、Eu23(信越化学工業(株))及びAlN((株)トクヤマ)に加え、SiOx(x=1.02)(信越化学工業(株))及びSi34(宇部興産(株))を用いた。上述のCa32以外の各原料を化学量論比に従って秤量し、メノウ乳鉢で混合した。混合後、Ca32をグローボックス内で乾式混合を行った。上記原料を全て混合後、混合物をカーボン製ボートに載置し、炉内に入れ焼成した。焼成の操作は、まず、真空ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、純度が99.99体積%の窒素ガスを導入して常圧にした。窒素ガス置換が終了した後、室温から1,600℃まで毎時200℃の速度で昇温し、目的温度で0.5時間又は12時間保持した。
焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕した後、メノウ乳鉢を用いて手で粉砕し、蛍光体を得、この蛍光体について測定を行った。
In addition to Ca 3 N 2 (Pacific Cement Co., Ltd.), Eu 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and AlN (Tokuyama Co., Ltd.), SiO x (x = 1.02) (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) )) And Si 3 N 4 (Ube Industries, Ltd.). Each raw material other than the above-mentioned Ca 3 N 2 was weighed according to the stoichiometric ratio and mixed in an agate mortar. After mixing, Ca 3 N 2 was dry mixed in a glow box. After mixing all the raw materials, the mixture was placed on a carbon boat, placed in a furnace and baked. In the firing operation, first, the firing atmosphere was evacuated by a vacuum pump, and nitrogen gas having a purity of 99.99% by volume was introduced to normal pressure. After completion of the nitrogen gas replacement, the temperature was raised from room temperature to 1,600 ° C. at a rate of 200 ° C. per hour and held at the target temperature for 0.5 hour or 12 hours.
After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, and then manually pulverized using an agate mortar to obtain a phosphor, and the phosphor was measured.

Figure 0006256868
Figure 0006256868

得られた蛍光体をXRD(X線回折)により分析した。結果を図5に示す。XRDによる同定の結果、実施例全ての条件でCaAlSiN3の結晶構造が検出された。しかし、焼成時間0.5時間の試料(実施例3−3)は、未反応物であるAlNが増加していた。
図6は、実施例3で製造した(Eu0.02Ca0.98AlSiN31-c(Si22O)cの励起発光スペクトルを示した図である。図6中、左側に描画された曲線群は各試験条件での励起スペクトルを示し、右側に描画された曲線群は450nmで励起した場合の発光スペクトルを示す。これらのスペクトルはいずれも赤色に発光していることが確認できた。12時間焼成した蛍光体(実施例3−1)と2時間焼成した蛍光体(実施例3−2)は、発光強度に差はほとんどなかった。0.5時間焼成した場合(実施例3−3)、若干発光強度の低下が確認されたが、使用に供することができるレベルであると判断し、目的物が得られたとした。
The obtained phosphor was analyzed by XRD (X-ray diffraction). The results are shown in FIG. As a result of identification by XRD, the crystal structure of CaAlSiN 3 was detected under the conditions of all the examples. However, the sample (Example 3-3) having a firing time of 0.5 hours had an increase in unreacted AlN.
FIG. 6 is a diagram showing an excitation emission spectrum of (Eu 0.02 Ca 0.98 AlSiN 3 ) 1-c (Si 2 N 2 O) c produced in Example 3. In FIG. 6, the curve group drawn on the left side shows an excitation spectrum under each test condition, and the curve group drawn on the right side shows an emission spectrum when excited at 450 nm. All of these spectra were confirmed to emit red light. There was almost no difference in emission intensity between the phosphor baked for 12 hours (Example 3-1) and the phosphor baked for 2 hours (Example 3-2). In the case of baking for 0.5 hour (Example 3-3), a slight decrease in light emission intensity was confirmed, but it was determined that the level could be used and the target product was obtained.

[実施例4、比較例4]
焼成雰囲気が蛍光体特性に与える影響を評価した。
具体的には、実施例1−2、比較例1−3において、焼成雰囲気を純度が99.99体積%で水素濃度が5体積%である窒素水素ガスに変更したものを、それぞれ実施例4−1、比較例4−1とした。なお、実施例4−1におけるSi34とSiOxとの添加量は、(EuCaAlSiN31-c(Si22O)cのc値が0.250となるような化学量論比とし、比較例は、SiOxを全く添加せずにSi34のみ(c=0.000)を添加した。c値、各原料比、焼成雰囲気等の詳しい値を表1、表4に示す。
[Example 4, Comparative Example 4]
The influence of the firing atmosphere on the phosphor characteristics was evaluated.
Specifically, in Example 1-2 and Comparative Example 1-3, the firing atmosphere was changed to nitrogen hydrogen gas having a purity of 99.99% by volume and a hydrogen concentration of 5% by volume, respectively. -1 and Comparative Example 4-1. In addition, the addition amount of Si 3 N 4 and SiO x in Example 4-1 is a stoichiometry such that the c value of (EuCaAlSiN 3 ) 1-c (Si 2 N 2 O) c is 0.250. In the comparative example, only Si 3 N 4 (c = 0.000) was added without adding any SiO x . Detailed values such as the c value, the ratio of each raw material, and the firing atmosphere are shown in Tables 1 and 4.

Ca32(太平洋セメント(株))、Eu23(信越化学工業(株))及びAlN((株)トクヤマ)に加え、SiOx(x=1.02)(信越化学工業(株))あるいはSi34(宇部興産(株))を用いた。上述のCa32以外の各原料を化学量論比に従って秤量し、メノウ乳鉢で混合した。混合後、Ca32をグローボックス内で乾式混合を行った。上記原料を全て混合後、混合物をカーボン製ボートに載置し、炉内に入れ焼成した。焼成の操作は、まず、真空ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、純度が99.99体積%で水素濃度が5体積%である窒素水素ガスを導入して常圧にした。窒素水素ガス置換が終了した後、室温から1,600℃まで毎時200℃の速度で昇温し、目的温度で2時間保持した。
焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕した後、メノウ乳鉢を用いて手で粉砕し、蛍光体を得、この蛍光体について測定を行った。
In addition to Ca 3 N 2 (Pacific Cement Co., Ltd.), Eu 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and AlN (Tokuyama Co., Ltd.), SiO x (x = 1.02) (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) )) Or Si 3 N 4 (Ube Industries, Ltd.). Each raw material other than the above-mentioned Ca 3 N 2 was weighed according to the stoichiometric ratio and mixed in an agate mortar. After mixing, Ca 3 N 2 was dry mixed in a glow box. After mixing all the raw materials, the mixture was placed on a carbon boat, placed in a furnace and baked. First, the firing atmosphere was evacuated by a vacuum pump, and nitrogen hydrogen gas having a purity of 99.99% by volume and a hydrogen concentration of 5% by volume was introduced to normal pressure. After completion of the nitrogen-hydrogen gas replacement, the temperature was raised from room temperature to 1,600 ° C. at a rate of 200 ° C. per hour and held at the target temperature for 2 hours.
After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, and then manually pulverized using an agate mortar to obtain a phosphor, and the phosphor was measured.

Figure 0006256868
Figure 0006256868

得られた蛍光体をXRD(X線回折)により分析した。結果を図7に示す。XRDによる同定の結果、全ての条件でCaAlSiN3の結晶構造が検出された。
図8は、実施例4及び比較例4で製造した(Eu0.02Ca0.98AlSiN31-c(Si22O)cの励起発光スペクトルを示した図である。図8中、左側に描画された曲線群は各試験条件での励起スペクトルを示し、右側に描画された曲線群は450nmで励起した場合の発光スペクトルを示す。なお、これらのスペクトルはいずれも赤色に発光していることが確認できた。この結果より、焼成雰囲気は蛍光体特性に影響を与えないことが認められた。
The obtained phosphor was analyzed by XRD (X-ray diffraction). The results are shown in FIG. As a result of identification by XRD, the crystal structure of CaAlSiN 3 was detected under all conditions.
FIG. 8 is a diagram showing excitation emission spectra of (Eu 0.02 Ca 0.98 AlSiN 3 ) 1-c (Si 2 N 2 O) c produced in Example 4 and Comparative Example 4. In FIG. 8, the curve group drawn on the left side shows an excitation spectrum under each test condition, and the curve group drawn on the right side shows an emission spectrum when excited at 450 nm. It was confirmed that all of these spectra emitted red light. From this result, it was confirmed that the firing atmosphere does not affect the phosphor characteristics.

以上の説明により、本発明の製造方法を使用すれば、低温、常圧条件で赤色の珪素酸窒化物蛍光体の製造が可能であり、低コストでの製造方法を提供できることが明らかになった。   From the above description, it has been clarified that if the manufacturing method of the present invention is used, a red silicon oxynitride phosphor can be manufactured under low temperature and normal pressure conditions, and a manufacturing method can be provided at a low cost. .

Claims (6)

少なくともEuCa及びAlを含み、必要によりSiを含む原料混合物と、SiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素とを混合したものを焼成することを特徴とする、下記式
Eu a Ca 1-a AlSi31-cSi (3b+2)/4bO)c
(式中、aは0<a≦0.1であり、b,cは0≦b、0<c<0.375、0.002≦(3b+2)c/4≦0.9を満足する数である。)
で表される赤色珪素酸窒化物蛍光体の製造方法。
A mixture of a raw material mixture containing at least Eu , Ca and Al , and optionally containing Si, and silicon oxide represented by SiO x (where x satisfies 0.8 <x <1.2). The following formula ( Eu a Ca 1-a AlSi N 3 ) 1-c ( Si (3b + 2) / 4 N b O) c
(In the formula , a is 0 <a ≦ 0.1, b and c are numbers satisfying 0 ≦ b, 0 <c <0.375, 0.002 ≦ (3b + 2) c / 4 ≦ 0.9. .)
The manufacturing method of the red silicon oxynitride fluorescent substance represented by these.
SiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素が、4価の金属元素を含む原料中1〜27モル%である請求項1記載の蛍光体の製造方法。 2. The silicon oxide represented by SiO x (wherein x satisfies 0.8 <x <1.2) is 1 to 27 mol% in a raw material containing a tetravalent metal element. A method for producing a phosphor. 窒素を含むガスの雰囲気下、1,400℃以上1,800℃未満の温度で焼成することを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光体の製造方法。   The method for producing a phosphor according to claim 1 or 2, wherein firing is performed at a temperature of 1,400 ° C or higher and lower than 1,800 ° C in an atmosphere of a gas containing nitrogen. 焼成を、常圧下で行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蛍光体の製造方法。   The method for producing a phosphor according to any one of claims 1 to 3, wherein the firing is performed under normal pressure. Eu23、Ca32、AlN、Si34及びSiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)からなり、SiOxを4価の金属元素を含む原料中1〜27モル%含有する原料を出発原料とする請求項1〜のいずれか1項に記載の蛍光体の製造方法。 It consists of Eu 2 O 3 , Ca 3 N 2 , AlN, Si 3 N 4 and SiO x (where x satisfies 0.8 <x <1.2), and SiO x is a tetravalent metal element. The method for producing a phosphor according to any one of claims 1 to 4 , wherein a starting material is a starting material containing 1 to 27 mol% of the starting material. SiOx(式中、xは0.8<x<1.2を満たす。)で表される酸化珪素の含有量によって、得られる蛍光体の450nmの波長の光により励起される発光ピーク波長を570〜650nmの範囲で制御することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の蛍光体の製造方法 Depending on the content of silicon oxide represented by SiO x (where x satisfies 0.8 <x <1.2), the emission peak wavelength excited by light having a wavelength of 450 nm of the obtained phosphor is changed. The method for producing a phosphor according to any one of claims 1 to 5 , wherein the phosphor is controlled in a range of 570 to 650 nm .
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