JP6700630B2 - Phosphor, manufacturing method thereof, light emitting device, image display device, pigment and ultraviolet absorber - Google Patents

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本発明は、少なくとも金属元素Mと非金属元素Xとを含むMn+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体結晶とする蛍光体、その製造方法、および、その用途に関する。 In the present invention, an inorganic crystal represented by M n X n+1 containing at least a metal element M and a non-metal element X, an inorganic crystal having the same crystal structure as the inorganic crystal, or an inorganic crystal which is a solid solution thereof is used as a host crystal. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a phosphor, a method for producing the same, and an application thereof.

蛍光体は、蛍光表示管(VFD(Vacuum−Fluorescent Display))、フィールドエミッションディスプレイ(FED(Field Emission Display)またはSED(Surface−Conduction Electron−Emitter Display))、プラズマディスプレイパネル(PDP(Plasma Display Panel))、陰極線管(CRT(Cathode−Ray Tube))、液晶ディスプレイバックライト(Liquid−Crystal Display Backlight)、白色発光ダイオード(LED(Light−Emitting Diode))などに用いられている。これらのいずれの用途においても、蛍光体を発光させるためには、蛍光体を励起するためのエネルギーを蛍光体に供給する必要があり、蛍光体は真空紫外線、紫外線、電子線、青色光などの高いエネルギーを有した励起源により励起されて、青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光等の可視光線を発する。しかしながら、蛍光体は前記のような励起源に曝される結果、蛍光体の輝度が低下し易く、輝度低下のない蛍光体が求められている。そのため、従来のケイ酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、硫化物蛍光体などの蛍光体に代わり、高エネルギーの励起においても輝度低下の少ない蛍光体として、サイアロン蛍光体、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体などの、結晶構造に窒素を含有する無機結晶を母体とする蛍光体が提案されている。   The fluorescent substance is a fluorescent display tube (VFD (Vacuum-Fluorescent Display)), a field emission display (FED (Field Emission Display) or SED (Surface-Condition Electron Display) (PD), plasma display. ), a cathode ray tube (CRT (Cathode-Ray Tube)), a liquid crystal display backlight (Liquid-Crystal Display Backlight), a white light emitting diode (LED (Light-Emitting Diode)), and the like. In any of these applications, in order to cause the phosphor to emit light, it is necessary to supply energy to the phosphor for exciting the phosphor, and the phosphor is a vacuum ultraviolet ray, an ultraviolet ray, an electron beam, a blue light, or the like. When excited by an excitation source having high energy, it emits visible light such as blue light, green light, yellow light, orange light, and red light. However, as a result of the phosphor being exposed to the excitation source as described above, the brightness of the phosphor is likely to decrease, and there is a demand for a phosphor that does not exhibit a decrease in brightness. Therefore, instead of conventional phosphors such as silicate phosphors, phosphate phosphors, aluminate phosphors, and sulfide phosphors, sialon phosphors are used as phosphors with little brightness reduction even at high energy excitation. , Oxynitride phosphors, nitride phosphors, and the like, have been proposed that use an inorganic crystal having a crystal structure containing nitrogen as a matrix.

このサイアロン蛍光体の一例は、概略以下に述べるような製造プロセスによって製造される。まず、窒化ケイ素(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ユーロピウム(Eu)を所定のモル比に混合し、1気圧(0.1MPa)の窒素中において1700℃の温度で1時間保持してホットプレス法により焼成して製造される(例えば、特許文献1参照)。このプロセスで得られるEu2+イオンを付活したαサイアロンは、450から500nmの青色光で励起されて550から600nmの黄色の光を発する蛍光体となることが報告されている。また、αサイアロンの結晶構造を保ったまま、SiとAlの割合や酸素と窒素の割合を変えることにより、発光波長が変化することが知られている(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。 An example of this sialon phosphor is manufactured by a manufacturing process as outlined below. First, silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), and europium oxide (Eu 2 O 3 ) are mixed in a predetermined molar ratio, and the mixture is mixed in nitrogen at 1 atm (0.1 MPa) at a temperature of 1700° C. It is manufactured by holding for 1 hour and firing by a hot pressing method (see, for example, Patent Document 1). It has been reported that the Eu 2+ ion-activated α-sialon obtained by this process becomes a phosphor that emits yellow light of 550 to 600 nm when excited with blue light of 450 to 500 nm. It is also known that the emission wavelength is changed by changing the ratio of Si and Al or the ratio of oxygen and nitrogen while maintaining the crystal structure of α-sialon (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). ).

サイアロン蛍光体の別の例として、β型サイアロンにEu2+を付活した緑色の蛍光体が知られている(特許文献4参照)。この蛍光体では、結晶構造を保ったまま酸素含有量を変化させることにより発光波長が短波長に変化することが知られている(例えば、特許文献5参照)。また、Ce3+を付活すると青色の蛍光体となることが知られている(例えば、特許文献6参照)。 As another example of the sialon phosphor, a green phosphor in which β 2 -sialon is activated with Eu 2+ is known (see Patent Document 4). In this phosphor, it is known that the emission wavelength changes to a short wavelength by changing the oxygen content while maintaining the crystal structure (for example, see Patent Document 5). Further, it is known that when Ce 3+ is activated, it becomes a blue phosphor (see, for example, Patent Document 6).

酸窒化物蛍光体の一例は、JEM相(LaAl(Si6−zAl)N10−z)を母体結晶としてCeを付活させた青色蛍光体(特許文献7参照)が知られている。この蛍光体では、結晶構造を保ったままLaの一部をCaで置換することにより、励起波長が長波長化するとともに発光波長が長波長化することが知られている。 An example of an oxynitride phosphor, JEM phase (LaAl (Si 6-z Al z) N 10-z O z) blue phosphor were activated with Ce as host crystals (see Patent Document 7) are known ing. It is known that in this phosphor, by exchanging a part of La with Ca while maintaining the crystal structure, the excitation wavelength becomes longer and the emission wavelength becomes longer.

酸窒化物蛍光体の別の例として、La−N結晶LaSi11を母体結晶としてCeを付活させた青色蛍光体(特許文献8参照)が知られている。 As another example of the oxynitride phosphor, blue phosphor and La-N-crystal La 3 Si 8 N 11 O 4 was activated with Ce as host crystals (see Patent Document 8) have been known.

窒化物蛍光体の一例は、CaAlSiNを母体結晶としてEu2+を付活させた赤色蛍光体(特許文献9参照)が知られている。この蛍光体を用いることにより、白色LEDの演色性を向上させる効果がある。光学活性元素としてCeを添加した蛍光体は橙色の蛍光体と報告されている。 As an example of the nitride phosphor, a red phosphor in which CaAlSiN 3 is used as a host crystal and Eu 2+ is activated (see Patent Document 9) is known. The use of this phosphor has the effect of improving the color rendering of the white LED. The phosphor to which Ce is added as an optically active element is reported to be an orange phosphor.

このように、蛍光体は、母体となる結晶と、それに固溶させる金属イオン(付活イオン)の組み合わせで、発光色が決まる。さらに、母体結晶と付活イオンの組み合わせは、発光スペクトル、励起スペクトルなどの発光特性や、化学的安定性、熱的安定性を決めるため、母体結晶が異なる場合や付活イオンが異なる場合は、異なる蛍光体と見なされる。また、化学組成が同じであっても結晶構造が異なる材料は、母体結晶が異なることにより発光特性や安定性が異なるため、異なる蛍光体と見なされる。   As described above, the emission color of the phosphor is determined by the combination of the base crystal and the metal ions (activating ions) that form a solid solution with the crystal. Furthermore, the combination of the host crystal and the activating ion determines emission characteristics such as emission spectrum and excitation spectrum, and chemical stability and thermal stability. Therefore, when the host crystal is different or when the activating ion is different, Considered different phosphors. Materials having the same chemical composition but different crystal structures have different emission characteristics and stability due to different host crystals, and are therefore regarded as different phosphors.

さらに、多くの蛍光体においては母体結晶の結晶構造を保ったまま、構成する元素の種類を置換することが可能であり、これにより発光色を変化させることが行われている。例えば、YAGにCeを添加した蛍光体は緑色発光をするが、YAG結晶中のYの一部をGdで、Alの一部をGaで置換した蛍光体は黄色発光を呈する。さらに、CaAlSiNにEuを添加した蛍光体においては、Caの一部をSrで置換することにより結晶構造を保ったまま組成が変化し、発光波長が短波長化することが知られている。このように、結晶構造を保ったまま元素置換を行った蛍光体は、同じグループの材料と見なされる。 Furthermore, in many phosphors, it is possible to substitute the types of constituent elements while maintaining the crystal structure of the host crystal, thereby changing the emission color. For example, a phosphor in which Ce is added to YAG emits green light, but a phosphor in which a part of Y in the YAG crystal is replaced with Gd and a part of Al is replaced with Ga emits yellow light. Furthermore, it is known that in the phosphor obtained by adding Eu to CaAlSiN 3 , the composition changes while maintaining the crystal structure by substituting a part of Ca with Sr, and the emission wavelength is shortened. As described above, the phosphors in which the element substitution is performed while maintaining the crystal structure are regarded as the same group of materials.

これらのことから、新規蛍光体の開発においては、新規の結晶構造を持つ母体結晶を見つけることが重要であり、このような母体結晶に発光を担う金属イオンを付活して蛍光特性を発現させることにより、新規の蛍光体を提案することができる。   From these facts, it is important to find a host crystal having a novel crystal structure in the development of a new phosphor, and to activate the metal ion responsible for light emission in such a host crystal so as to develop the fluorescent property. Thereby, a novel phosphor can be proposed.

特許第3668770号明細書Patent No. 3668770 特許第3837551号明細書Japanese Patent No. 3837551 特許第4524368号明細書Patent No. 4524368 特許第3921545号明細書Japanese Patent No. 3921545 国際公開第2007/066733号公報International Publication No. 2007/066733 国際公開第2006/101096号公報International Publication No. 2006/101096 国際公開第2005/019376号公報International Publication No. 2005/019376 特開2005−112922号公報JP, 2005-112922, A 特許第3837588号明細書Japanese Patent No. 3837588

本発明はこのような要望に応えようとするものであり、目的のひとつは、従来の蛍光体とは異なる発光特性(発光色や励起特性、発光スペクトル)を有し、かつ、470nm以下のLEDと組み合わせた場合でも発光強度が高く、化学的および熱的に安定な無機蛍光体を提供することにある。本発明のもうひとつの目的として、係る蛍光体を用いた耐久性に優れた発光装置および耐久性に優れる画像表示装置を提供することにある。本発明のさらなる目的は、係る蛍光体を用いた顔料および紫外線吸収剤を提供することである。   The present invention is intended to meet such a demand, and one of the objects is an LED having emission characteristics (emission color, excitation characteristic, emission spectrum) different from those of conventional phosphors and having a wavelength of 470 nm or less. It is intended to provide a chemically and thermally stable inorganic phosphor which has a high emission intensity even when combined with. Another object of the present invention is to provide a light emitting device using such a phosphor and having excellent durability, and an image display device having excellent durability. A further object of the present invention is to provide a pigment and an ultraviolet absorber using such a phosphor.

本発明者らにおいては、かかる状況の下で、窒素を含む新しい結晶およびこの結晶構造中の金属元素やNを他の元素で置換した結晶を母体とする蛍光体について詳細な研究を行い、少なくとも金属元素Mと非金属元素Xとを含むMn+1で示される無機結晶(ただし、nは、3≦n≦52の範囲の数値)、これと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体とする無機結晶に発光イオンが固溶した無機化合物が新規蛍光体となることを見いだした。特に、SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される無機結晶、これと同一の結晶構造を有する無機結晶またはこれらの固溶体である無機結晶を母体とする蛍光体が、高輝度の蛍光を発することを見いだした。また、特定の組成では、青色から緑色の発光を示すことを見いだした。 Under such circumstances, the present inventors have conducted detailed research on new crystals containing nitrogen and phosphors having a crystal in which a metal element or N in this crystal structure is replaced with another element as a matrix, and at least An inorganic crystal represented by M n X n+1 containing a metal element M and a non-metal element X (where n is a numerical value in the range of 3≦n≦52), an inorganic crystal having the same crystal structure, or It has been found that an inorganic compound in which luminescent ions are solid-dissolved in an inorganic crystal having an inorganic crystal that is a solid solution as a matrix becomes a novel phosphor. In particular, an inorganic crystal represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (0<x≦3), an inorganic crystal having the same crystal structure as that of the inorganic crystal, or a fluorescence having a solid solution of the inorganic crystal as a matrix. We found that the body fluoresces with high brightness. It was also found that a specific composition emits blue to green light.

さらに、この蛍光体を用いることにより、高い発光効率を有し温度変動が小さい白色発光ダイオード(発光装置)や、それを用いた照明器具や、鮮やかな発色の画像表示装置が得られることを見いだした。   Furthermore, by using this phosphor, it was found that a white light emitting diode (light emitting device) having high luminous efficiency and small temperature fluctuation, a lighting fixture using the same, and an image display device with vivid color can be obtained. It was

本発明者は、上記実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、以下に記載する構成を講ずることによって特定波長領域で高い輝度の発光現象を示す蛍光体を提供することに成功した。また、以下の方法を用いて優れた発光特性を持つ蛍光体を製造することに成功した。さらに、この蛍光体を使用し、以下に記載する構成を講ずることによって優れた特性を有する発光装置、照明器具、画像表示装置、顔料、紫外線吸収材を提供することにも成功したもので、その構成は、以下に記載のとおりである。   As a result of earnest studies in view of the above-mentioned circumstances, the present inventor succeeded in providing a phosphor exhibiting a high-luminance light emission phenomenon in a specific wavelength region by implementing the configuration described below. In addition, we succeeded in producing a phosphor with excellent emission characteristics using the following method. Furthermore, by using this phosphor, by succeeding in providing a light-emitting device, a lighting fixture, an image display device, a pigment, an ultraviolet absorber having excellent characteristics by taking the configuration described below. The configuration is as described below.

本発明による蛍光体は、少なくとも金属元素Mと非金属元素Xとを含むMn+1で示される無機結晶(ただし、nは、3≦n≦52の範囲の数値、前記金属元素Mは、少なくとも、Al(アルミニウム)と、Si(シリコン)と、必要に応じてL元素(L元素は、Al、Si以外の金属元素)とを含み、前記非金属元素Xは、少なくとも、N(窒素)と、必要に応じてO(酸素)と、必要に応じてZ元素(Z元素は、N、O以外の非金属元素)とを含む)、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、あるいは、これらの固溶体である無機結晶に、A元素(ただしAは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を含み、前記Mn+1で示される無機結晶は、SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶(ただし、0<x≦3)であり、これにより上記課題を解決する。
前記同一の結晶構造を有する無機結晶は、(Si,Al)13(O,N)14で示される無機結晶であってもよい。
前記SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶、これと同一の結晶構造を有する無機結晶またはこれらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)の結晶であり、空間群Cmcmの対称性を持ち、格子定数a、b、cが、
a = 0.30749±0.05 nm
b = 1.87065±0.05 nm
c = 3.85432±0.05 nm
の範囲の値であってもよい。
前記x値が、1.5≦x≦3であってもよい。
前記x値が、2≦x≦2.9であってもよい。
前記A元素がEuであってもよい。
前記無機化合物は、組成式SiAl(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1であり、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Qは、Al、Si、O、N、A以外の元素から選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.014 ≦ a ≦ 0.111
0.369 ≦ b < 0.48
0 ≦ c < 0.111
0.406 < d < 0.517
0.0001 ≦ e ≦ 0.03
0 ≦ f ≦ 0.3
の条件を全て満たす範囲の値であってもよい。
前記パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0185 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.4613
0 ≦ c ≦ 0.0923
0.4244 ≦ d ≦ 0.5166
0.0001 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値であってもよい。
前記パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0738 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.4059
0 ≦ c ≦ 0.0369
0.4797 ≦ d ≦ 0.5166
0.0004 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値であってもよい。
前記無機化合物が、平均粒径0.1μm以上40μm以下の単結晶粒子あるいは単結晶の集合体であってもよい。
上述の無機化合物からなる蛍光体と他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物から構成され、前記蛍光体の含有量が20質量%以上であってもよい。
励起源を照射することにより460nmから500nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光してもよい。
前記励起源が100nm以上420nm以下の波長を持つ真空紫外線、紫外線または可視光、電子線またはX線であってもよい。
本発明による上述の蛍光体の製造方法は、金属化合物の混合物であって焼成することにより、上述の蛍光体を構成しうる原料混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成し、これにより上記課題を解決する。
前記金属化合物の混合物が、AlNおよび/またはAlと、Siと、Aの酸化物または窒化物(ただし、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)とを含んでもよい。
粉体または凝集体形状の金属化合物を、嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成してもよい。
本発明による発光装置は、少なくとも発光体と蛍光体とから構成され、前記蛍光体は、上述の蛍光体を用い、これにより上記課題を解決する。
前記発光体が、330〜500nmの波長の光を発する発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、半導体レーザ、または、有機EL発光体(OLED)であってもよい。
前記発光装置が、白色発光ダイオード、前記白色発光ダイオードを複数含む照明器具、または、液晶パネル用バックライトであってもよい。
前記発光体が、ピーク波長300〜450nmの紫外または可視光を発し、上述の蛍光体が発する青色または緑色光と他の蛍光体が発する450nm以上の波長の光とを混合することにより白色光または白色光以外の光を発してもよい。
本発明による画像表示装置は、励起源と蛍光体とから構成され、前記蛍光体は、上述の蛍光体を含み、これにより上記課題を解決する。
前記画像表示装置が、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、または、液晶ディスプレイ(LCD)のいずれかであってもよい。
本発明による顔料は、上述の蛍光体からなり、これにより上記課題を解決する。
本発明による紫外線吸収剤は、上述の蛍光体からなり、これにより上記課題を解決する。
The phosphor according to the present invention is an inorganic crystal represented by M n X n+1 containing at least a metal element M and a non-metal element X (where n is a numerical value in the range of 3≦n≦52, and the metal element M is At least Al (aluminum), Si (silicon), and optionally an L element (L element is a metal element other than Al and Si), the non-metal element X is at least N (nitrogen) And optionally O (oxygen) and optionally Z element (Z element is a non-metal element other than N and O), an inorganic crystal having the same crystal structure, or these Inorganic compound which is a solid solution of A element (where A is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy and Yb) as a solid solution And the inorganic crystal represented by M n X n+1 is an inorganic crystal represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (provided that 0<x≦3), thereby solving the above problems. To do.
The inorganic crystal having the same crystal structure may be an inorganic crystal represented by (Si,Al) 13 (O,N) 14 .
The inorganic crystal represented by the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x , the inorganic crystal having the same crystal structure as the inorganic crystal, or the inorganic crystal which is a solid solution thereof is a orthorhombic crystal. And has the symmetry of the space group Cmcm, and the lattice constants a, b, and c are
a = 0.30749±0.05 nm
b=1.87065±0.05 nm
c=3.8432±0.05 nm
May be a value in the range.
The x value may be 1.5≦x≦3.
The x value may be 2≦x≦2.9.
The element A may be Eu.
The inorganic compound has a composition formula Si a Al b O c N d A e Q f (where a+b+c+d+e+f=1, where A is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb. 1 or 2 or more elements selected from, Q is one or two or more elements selected from elements other than Al, Si, O, N, A), and parameters a, b, c, d, e, f are
0.014 ≤ a ≤ 0.111
0.369 ≤ b <0.48
0 ≤ c <0.111
0.406 <d <0.517
0.0001 ≤ e ≤ 0.03
0 ≤ f ≤ 0.3
It may be a value in a range that satisfies all of the above conditions.
The parameters a, b, c, d, e, f are
0.0185 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.4613
0 ≤ c ≤ 0.0923
0.4244 ≤ d ≤ 0.5166
0.0001 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
It may be a value in a range that satisfies all of the above conditions.
The parameters a, b, c, d, e, f are
0.0738 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.4059
0 ≤ c ≤ 0.0369
0.4797 ≤ d ≤ 0.5166
0.0004 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
It may be a value in a range that satisfies all of the above conditions.
The inorganic compound may be single crystal particles having an average particle size of 0.1 μm or more and 40 μm or less or an aggregate of single crystals.
The phosphor may be composed of a mixture of the above-mentioned phosphor made of an inorganic compound and another crystal phase or an amorphous phase, and the content of the phosphor may be 20% by mass or more.
By irradiating an excitation source, fluorescence having a peak in the wavelength range of 460 nm to 500 nm may be emitted.
The excitation source may be vacuum ultraviolet light having a wavelength of 100 nm or more and 420 nm or less, ultraviolet light or visible light, electron beam or X-ray.
In the method for producing a phosphor according to the present invention, a raw material mixture that is a mixture of metal compounds and that can form the phosphor described above is burned at 1200° C. or higher and 2200° C. in an inert atmosphere containing nitrogen. The firing is performed in the following temperature range to solve the above problems.
The mixture of the metal compounds is AlN and/or Al 2 O 3 , Si 3 N 4, and an oxide or nitride of A (where A is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, And one or more elements selected from Dy and Yb).
The metal compound in the form of powder or agglomerate may be baked after being filled in a container in a state where the filling rate is 40% or less in bulk density.
The light emitting device according to the present invention is composed of at least a light emitting body and a phosphor, and the phosphor uses the above-mentioned phosphor, thereby solving the above problems.
The light emitting body may be a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a semiconductor laser, or an organic EL light emitting body (OLED) that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm.
The light emitting device may be a white light emitting diode, a lighting fixture including a plurality of the white light emitting diodes, or a liquid crystal panel backlight.
The luminescent material emits ultraviolet or visible light having a peak wavelength of 300 to 450 nm, and white light or white light is obtained by mixing blue or green light emitted by the above-mentioned phosphor and light having a wavelength of 450 nm or more emitted by another phosphor. Light other than white light may be emitted.
The image display device according to the present invention comprises an excitation source and a phosphor, and the phosphor contains the above-mentioned phosphor, thereby solving the above problems.
The image display device may be a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), or a liquid crystal display (LCD).
The pigment according to the present invention comprises the above-mentioned phosphor, which solves the above-mentioned problems.
The ultraviolet absorbent according to the present invention is composed of the above-mentioned phosphor, thereby solving the above-mentioned problems.

本発明の蛍光体は、SiとAlとを含む多元窒化物、または、多元酸窒化物、なかでもMn+1で示される無機結晶(3≦n≦52)、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体結晶として含有する。より好ましくは、Mn+1で示される無機結晶(3≦n≦52)として、n=13であるSiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される無機結晶、SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を主成分として含有していることにより、従来の酸化物蛍光体や酸窒化物蛍光体より高輝度の発光を示し、特定の組成では青色から緑色の蛍光体として優れている。励起源に曝された場合でも、この蛍光体は、輝度が低下しないため、白色発光ダイオード等の発光装置、照明器具、液晶用バックライト光源、VFD、FED、PDP、CRTなどに好適に使用される有用な蛍光体を提供するものである。また、この蛍光体は、紫外線を吸収することから顔料および紫外線吸収剤に好適である。 The phosphor of the present invention has a multi-element nitride containing Si and Al, or a multi-element oxynitride, among them, an inorganic crystal represented by M n X n+1 (3≦n≦52), which has the same crystal structure. Inorganic crystals or inorganic crystals which are solid solutions of these are contained as host crystals. More preferably, represented by M n X n + as an inorganic crystal (3 ≦ n ≦ 52) as indicated by 1, is n = 13 Si x Al 13- x O 3-x N 11 + x (0 <x ≦ 3) Inorganic Conventionally, by containing a crystal, an inorganic crystal having the same crystal structure as the inorganic crystal represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x , or an inorganic crystal which is a solid solution thereof as a main component, It emits light with higher brightness than the oxide phosphor and the oxynitride phosphor, and is excellent as a blue to green phosphor with a specific composition. The brightness of this phosphor does not decrease even when exposed to an excitation source, so it is suitable for use in light-emitting devices such as white light-emitting diodes, lighting fixtures, backlight sources for liquid crystals, VFDs, FEDs, PDPs and CRTs. The present invention provides a useful phosphor. Further, since this phosphor absorbs ultraviolet rays, it is suitable for pigments and ultraviolet absorbers.

SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)結晶の結晶構造を示す図。 Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + x (0 <x ≦ 3) illustrates the crystal structure of the crystal. SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)結晶の結晶構造から計算したCuKα線を用いた粉末X線回折を示す図。 Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + x (0 <x ≦ 3) shows a powder X-ray diffraction using a CuKα ray calculated from the crystal structure of the crystal. 実施例51で合成した蛍光体の粉末X線回折結果を示す図。The figure which shows the powder X-ray-diffraction result of the fluorescent substance synthesize|combined in Example 51. 実施例51で合成した蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。FIG. 16 shows the excitation spectrum and emission spectrum of the phosphor synthesized in Example 51. 本発明による照明器具(砲弾型LED照明器具)を示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a lighting device (bullet-type LED lighting device) according to the present invention. 本発明による照明器具(基板実装型LED照明器具)を示す概略図。Schematic which shows the lighting fixture (board-mounted LED lighting fixture) by this invention. 本発明による画像表示装置(プラズマディスプレイパネル)を示す概略図。1 is a schematic view showing an image display device (plasma display panel) according to the present invention. 本発明による画像表示装置(フィールドエミッションディスプレイパネル)を示す概略図。1 is a schematic view showing an image display device (field emission display panel) according to the present invention.

以下、本発明の蛍光体を、図面を参照して詳しく説明する。
本発明の蛍光体は、少なくとも金属元素Mと非金属元素Xとを含むMn+1で示される無機結晶(ただし、nは、3≦n≦52の範囲の数値)、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、あるいは、これら固溶体である無機結晶に、A元素(ただしAは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を主成分として含み、高い輝度を示す。ただし、金属元素Mは、少なくとも、Al(アルミニウム)と、Si(シリコン)と、必要に応じてL元素(L元素は、Al、Si以外の金属元素)とを含み、非金属元素Xは、少なくとも、N(窒素)と、必要に応じてO(酸素)と、必要に応じてZ元素(Z元素は、N、O以外の非金属元素)とを含む。
Hereinafter, the phosphor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The phosphor of the present invention is an inorganic crystal represented by M n X n+1 containing at least a metal element M and a non-metal element X (where n is a numerical value in the range of 3≦n≦52) and has the same crystal structure. Inorganic crystal having, or an inorganic crystal which is a solid solution thereof, and A element (where A is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb). ) Contains an inorganic compound as a solid solution as a main component, and exhibits high brightness. However, the metal element M contains at least Al (aluminum), Si (silicon), and optionally an L element (L element is a metal element other than Al and Si), and the non-metal element X is It contains at least N (nitrogen), O (oxygen) as necessary, and Z element (Z element is a non-metal element other than N and O) as necessary.

なかでもMn+1で示される無機結晶が、SiAlm+2−x3−xm+x(ただし、m=n−2、0<x≦3、かつ、1≦m≦50)の一般式で示される無機結晶を母体とする蛍光体は、発光強度が高く組成を変えることにより色調の変化が制御できる蛍光体である。 Among them, the inorganic crystal represented by M n X n+1 is a general crystal of Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (where m=n−2, 0<x≦3, and 1≦m≦50). The phosphor having an inorganic crystal represented by the formula as a matrix is a phosphor having a high emission intensity and capable of controlling a change in color tone by changing the composition.

また、Mn+1で示される無機結晶はホモロガス構造を有する。nの数が増加すると一番長い格子軸(一般的な表記ではc軸)が伸びる。残りの2軸(a軸とb軸)についてはほぼ同等の値となる。 Further, the inorganic crystal represented by M n X n+1 has a homologous structure. As the number of n increases, the longest lattice axis (c-axis in general notation) extends. The remaining two axes (a axis and b axis) have almost the same values.

好ましくは、前記xの値が、1.5≦x≦2.9である蛍光体は発光強度が高い。さらに好ましくは、前記xの値が、2≦x≦2.9である蛍光体は特に発光強度が高い。   Preferably, the phosphor having the value of x of 1.5≦x≦2.9 has high emission intensity. More preferably, the phosphor with the value of x satisfying 2≦x≦2.9 has particularly high emission intensity.

また、前記mの値が、5≦m≦20である蛍光体は特に発光強度が高い。   Further, the phosphor having a value of m of 5≦m≦20 has particularly high emission intensity.

また、前記nの値は、整数の数値で表される。   Further, the value of n is represented by an integer value.

また、前記nの値が、9≦n≦15である蛍光体は特に発光強度が高い。   Further, the phosphor having the value of n of 9≦n≦15 has particularly high emission intensity.

n+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)である結晶は安定であり、これらを母体結晶とする蛍光体は発光強度が高い。本明細書では、2014年に開催された日本結晶学会総会の決議に基づき、“Orthorhombic”を意図した用語として「直方晶系(斜方晶系)」を用いることに留意されたい(例えば、日本結晶学会誌 57,131−133(2015)を参照されたい)。 An inorganic crystal represented by M n X n+1 , an inorganic crystal having the same crystal structure as M n X n+1 , or an inorganic crystal that is a solid solution of these is a tetragonal (orthorhombic) crystal and is stable. The phosphor used as the host crystal has high emission intensity. It should be noted that in the present specification, based on the resolution of the General Meeting of the Crystallographic Society of Japan held in 2014, "Orthorhombic" is used as a term intended to be "Orthorhombic system (orthorhombic system)" (for example, Japan. Crystallographic Society of Japan, 57, 131-133 (2015)).

n+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)の結晶であり、空間群Cmcmで表現される結晶は特に安定であり、これらを母体結晶とする蛍光体は発光強度が高い。 An inorganic crystal represented by M n X n+1 , an inorganic crystal having the same crystal structure as that of the inorganic crystal, or an inorganic crystal that is a solid solution thereof is a orthorhombic (orthorhombic) crystal and is expressed by a space group Cmcm. The obtained crystals are particularly stable, and the phosphor having these as a host crystal has high emission intensity.

n+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)の結晶であり、空間群Cmcmの対称性を持ち、格子定数a、b、cが、
a = 0.31±0.05 nm
b = 1.87±0.2 nm
c = 0.275×(n+1)±0.1 nm(ただし、3≦n≦52)
の範囲の値であるものは結晶が特に安定であり、これらを母体結晶とする蛍光体は発光強度が高い。この範囲を外れると結晶が不安定となり発光強度が低下することがある。
An inorganic crystal represented by M n X n+1 , an inorganic crystal having the same crystal structure as that of the inorganic crystal, or an inorganic crystal that is a solid solution thereof is a orthorhombic (orthorhombic) crystal and has a symmetry of the space group Cmcm And the lattice constants a, b and c are
a=0.31±0.05 nm
b=1.87±0.2 nm
c=0.275×(n+1)±0.1 nm (3≦n≦52)
When the value is in the range of 1, the crystal is particularly stable, and the phosphor having these as a host crystal has high emission intensity. If it is out of this range, the crystal becomes unstable and the emission intensity may decrease.

n+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)の結晶であり、空間群Cmcmの対称性を持ち、格子定数a、b、cが、
a = 0.31±0.05 nm
b = 1.87±0.2 nm
c = 0.275×(n+1)±0.1 nm(ただし、3≦n≦52)
の範囲の値であり、
(1)nが偶数の場合、
単位格子中に含まれるM元素の原子座標Miが、
(0、(4+6i−3n)/16±0.05、(1/4+(i−1)/(2n))±0.05)、ただし、1≦i≦n+1(全部でn+1個)であり、
X元素の原子座標Xiが、
(0、(4+6i−3n)/16±0.05、(1/4+(i−1)/(2n+1))±0.05)、ただし、1≦i≦n+2(全部でn+2個)であり、
(2)nが奇数の場合、
単位格子中に含まれるM元素の原子座標Mjが、
(0、(8+6j−3n)/16±0.05、(1/4+(j−1)/(2n))±0.05)、ただし、1≦j≦n+1(全部でn+1個)であり、
X元素の原子座標Xjが、
(0、(4+6j−3n)/16±0.05、(1/4+(j−1)/(2n+1))±0.05)、ただし、1≦j≦n+2(全部でn+2個)であるものは結晶が特に安定であり、これらを母体結晶とする蛍光体は発光強度が高い。
An inorganic crystal represented by M n X n+1 , an inorganic crystal having the same crystal structure as that of the inorganic crystal, or an inorganic crystal that is a solid solution thereof is a orthorhombic (orthorhombic) crystal and has a symmetry of the space group Cmcm And the lattice constants a, b and c are
a=0.31±0.05 nm
b=1.87±0.2 nm
c=0.275×(n+1)±0.1 nm (3≦n≦52)
Is a value in the range
(1) When n is an even number,
The atomic coordinates Mi of the M element contained in the unit cell are
(0, (4+6i-3n)/16±0.05, (1/4+(i-1)/(2n))±0.05), where 1≦i≦n+1 (n+1 in total) ,
The atomic coordinate Xi of the X element is
(0, (4+6i-3n)/16±0.05, (1/4+(i-1)/(2n+1))±0.05), where 1≦i≦n+2 (n+2 in total) ,
(2) When n is an odd number,
The atomic coordinates Mj of the M element contained in the unit cell are
(0, (8+6j-3n)/16±0.05, (1/4+(j-1)/(2n))±0.05), where 1≦j≦n+1 (n+1 pieces in total) ,
The atomic coordinate Xj of the X element is
(0, (4+6j-3n)/16±0.05, (1/4+(j-1)/(2n+1))±0.05), where 1≦j≦n+2 (n+2 in total). The crystals of these are particularly stable, and the phosphors having these as host crystals have high emission intensity.

このような無機化合物は、組成式SiAl(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1であり、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Qは、Al、Si、O、N、A以外の元素から選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0117 ≦ a ≦ 0.3472
0.0694 ≦ b ≦ 0.4812
0 ≦ c ≦ 0.2283
0.3261 ≦ d ≦ 0.53
0.0001 ≦ e ≦ 0.03
0 ≦ f ≦ 0.3(ただし、Q元素が複数の場合は、fはそれぞれの元素のパラメータの合計とする)
の条件を全て満たす範囲の組成で表される蛍光体は特に発光強度が高い。
Such an inorganic compound has a composition formula Si a Al b O c N d A e Q f (where a+b+c+d+e+f=1, where A is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy. , Yb, one or more elements selected from Yb, and Q is one or more elements selected from elements other than Al, Si, O, N, and A), and parameters a, b, c, d, e, f are
0.0117 ≤ a ≤ 0.3472
0.0694 ≤ b ≤ 0.4812
0 ≤ c ≤ 0.2283
0.3261 ≤ d ≤ 0.53
0.0001 ≤ e ≤ 0.03
0 ≤ f ≤ 0.3 (however, when there are multiple Q elements, f is the sum of the parameters of each element)
The phosphor represented by the composition satisfying all the above conditions has particularly high emission intensity.

パラメータaは、Si元素の組成を表すパラメータであり、0.0117より少ないか0.3472より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータbは、Al元素の組成を表すパラメータであり、0.0694より少ないか0.4812より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータcは、O元素の組成を表すパラメータであり、0.2283より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。また、粉末原料が含有する不純物酸素を考慮すれば、0.2283を超えない範囲(例えば、cは、0より多く、より好ましくは0.001以上)で酸素を含有しても問題はなく、発光強度を向上させ得る。パラメータdは、N元素の組成を表すパラメータであり、0.3261より少ないか0.53より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータeは、付活元素Aの添加量であり、0.0001より少ないと発光イオンの量が不十分で輝度が低下する。0.03より多いと発光イオン間の相互作用による濃度消光のため発光強度が低下する恐れがある。パラメータfは、Al、Si、O、N、A元素以外のQ元素の組成を表すパラメータであり、0.3より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。各元素のパラメータは、カチオンであるAl、Si、A元素と、アニオンであるO、Nと、Q元素との、中性の電荷が保たれるようにして、その組成が決まる。   The parameter a is a parameter representing the composition of the Si element, and if it is less than 0.0117 or higher than 0.3472, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The parameter b is a parameter representing the composition of the Al element, and if it is less than 0.0694 or higher than 0.4812, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The parameter c is a parameter representing the composition of O element, and if it is higher than 0.2283, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. Further, considering the impurity oxygen contained in the powder raw material, there is no problem even if oxygen is contained in a range not exceeding 0.2283 (for example, c is more than 0, more preferably 0.001 or more), The emission intensity can be improved. The parameter d is a parameter representing the composition of the N element, and if it is less than 0.3261 or higher than 0.53, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The parameter e is the addition amount of the activator element A, and if it is less than 0.0001, the amount of luminescent ions is insufficient and the brightness is reduced. If it is more than 0.03, the emission intensity may decrease due to concentration quenching due to the interaction between the luminescent ions. The parameter f is a parameter representing the composition of the Q element other than the Al, Si, O, N, and A elements, and if it is higher than 0.3, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The composition of the parameters of each element is determined so that the neutral charges of the cations Al, Si, and A elements and the anions O, N, and Q elements are maintained.

好ましくは、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0199 ≦ a ≦ 0.2747
0.1648≦ b ≦ 0.4642
0 ≦ c ≦ 0.0996
0.4183 ≦ d ≦ 0.5213
0.0004 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値である結晶は結晶構造が安定であり特に発光強度が高い。
Preferably, the parameters a, b, c, d, e, f are
0.0199 ≤ a ≤ 0.2747
0.1648 ≤ b ≤ 0.4642
0 ≤ c ≤ 0.0996
0.4183 ≤ d ≤ 0.5213
0.0004 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
The crystal having a value in the range satisfying all of the above conditions has a stable crystal structure and particularly has high emission intensity.

n+1で示される無機結晶が、SiAlm+2−x3−xm+x(m=n−2、0<x≦3、かつ、1≦m≦50)で示される無機結晶を母体とする蛍光体のなかでも、m=11(n=13)のSiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される無機結晶(単にSiAl13−x3−x11+x結晶とも呼ぶ)、SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される無機結晶と同一の結晶構造を有する結晶、または、これらの固溶体である無機結晶に、A元素(ただしAは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物は特に高い輝度を示す。 The inorganic crystal represented by M n X n+1 is the inorganic crystal represented by Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (m=n-2, 0<x≦3, and 1≦m≦50). Among the phosphors used as the matrix, inorganic crystals (simply Si x Al 13-x ) represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (0<x≦3) with m=11 (n=13). O 3−x N 11+x crystal), Si x Al 13−x O 3−x N 11+x (0<x≦3), which has the same crystal structure as the inorganic crystal, or a solid solution thereof. An inorganic compound in which an A element (where A is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Yb) in a certain inorganic crystal is particularly high Indicates brightness.

SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される無機結晶は、本発明者が新たに合成し、結晶構造解析により新規結晶であると確認した、本発明より以前において報告されていない結晶である。 The inorganic crystal represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (0<x≦3) was newly synthesized by the present inventor and confirmed to be a novel crystal by crystal structure analysis. It has not been reported before.

図1は、SiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)結晶の結晶構造を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a crystal structure of a Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) crystal.

本発明者が合成したSiAl13−x3−x11+x結晶について行った単結晶構造解析によれば、SiAl13−x3−x11+x結晶は直方晶系(斜方晶系)に属し、Cmcm空間群(International Tables for Crystallographyの63番の空間群)に属し、表1に示す結晶パラメータおよび原子座標位置を占める。 According to the present inventors have synthesized Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + x single crystal structure analysis was performed on the crystal, Si x Al 13-x O 3-x N 11 + x crystals rectangular tetragonal (rhombic It belongs to the Cmcm space group (the 63rd space group of International Tables for Crystallography) and occupies the crystal parameters and atomic coordinate positions shown in Table 1.

表1において、格子定数a、b、cは単位格子の軸の長さを示し、α、β、γは単位格子の軸間の角度を示す。原子座標は単位格子中の各原子の位置を、単位格子を単位とした0から1の間の値で示す。この結晶中には、Si、Al、O、Nの各原子が存在し、SiとAlは席を区別することなくSiAl(1)からSiAl(10)、SiAl(11A)からSiAl(14A)、およびSiAl(11B)からSiAl(14B)の18種類の席に存在する解析結果を得た。さらに、OとNはON(1)からON(15)の15種類の同じ席に存在する解析結果を得た。   In Table 1, the lattice constants a, b, and c indicate the lengths of the unit lattice axes, and α, β, and γ indicate the angles between the unit lattice axes. Atomic coordinates indicate the position of each atom in the unit cell with a value between 0 and 1 in units of the unit cell. In this crystal, each atom of Si, Al, O, and N exists, and Si and Al do not distinguish their seats, and SiAl(1) to SiAl(10), SiAl(11A) to SiAl(14A), And the analysis result which exists in 18 kinds of seats of SiAl(11B) to SiAl(14B) was obtained. Furthermore, O and N obtained the analysis result that 15 kinds of seats from ON (1) to ON (15) exist in the same seat.

表1のデータを使った解析の結果、SiAl13−x3−x11+x結晶は図1に示す構造であり、SiまたはAlと、OまたはNとの結合で構成される4面体が連なった骨格構造を持つことが分かった。この結晶中にはEu等の付活イオンとなるA元素は、OまたはN1つ、及びそのOまたはNと結合していたSiまたはAl4つを局所的に置換する形で、結晶中に取り込まれると推定される。 As a result of the analysis using the data in Table 1, the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x crystal has the structure shown in FIG. 1, and is a tetrahedron composed of a bond of Si or Al and O or N. It was found to have a skeletal structure in which In the crystal, the element A, which becomes an activating ion such as Eu, is incorporated into the crystal in the form of locally substituting one O or N and four Si or Al bonded to the O or N. It is estimated to be.

合成および構造解析したSiAl13−x3−x11+x結晶と同一の結晶構造をとる結晶として、(Si,Al)13(O,N)14結晶がある。(Si,Al)13(O,N)14結晶においては、SiAl13−x3−x11+x結晶において、SiとAlが入る席には相互に区別することなくSiとAlが入り、OとNが入る席には相互に区別することなくOとNが入ることができる。これにより、結晶構造を保ったまま、SiとAl元素が合計で13に対して、OとNが合計で14の原子数の比とすることができる。ただし、Si/Al比とO/N比は結晶中の電気的中性が保たれる条件を満たすことが望ましい。 As a crystal having the same crystal structure as the synthesized and structurally analyzed Si x Al 13-x O 3-x N 11+x crystal, there is a (Si,Al) 13 (O,N) 14 crystal. In the (Si,Al) 13 (O,N) 14 crystal, in the Si x Al 13-x O 3 -xN 11+x crystal, Si and Al enter into the seats where Si and Al enter without distinguishing from each other. , O and N can enter the seats where O and N enter, without distinguishing each other. Thereby, while maintaining the crystal structure, the ratio of the total number of Si and Al elements is 13, and the total number of O and N is 14 atoms. However, it is desirable that the Si/Al ratio and the O/N ratio satisfy the condition that the electrical neutrality in the crystal is maintained.

以降では、簡単のため、SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶、SiAl13−x3−x11+x結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、これらの固溶体である無機結晶を総称して、SiAl13−x3−x11+x系結晶と称する。 In the following, for simplicity, an inorganic crystal having a Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + inorganic crystals represented by x, Si x Al 13-x O 3-x N 11 + x crystal and the same crystal structure, these Inorganic crystals that are solid solutions are collectively referred to as Si x Al 13-x O 3-x N 11+x based crystals.

本発明のSiAl13−x3−x11+x系結晶は、X線回折や中性子線回折により同定することができる。本発明で示すSiAl13−x3−x11+x結晶のX線回折結果と同一の回折を示す物質として、SiAl13−x3−x11+x結晶と同一の結晶構造を有する結晶であり、例えば、(Si,Al)13(O,N)14で示される無機結晶がある。さらに、SiAl13−x3−x11+x結晶において構成元素が他の元素と置き換わることにより格子定数や原子位置が変化した結晶がある。ここで、構成元素が他の元素で置き換わるものとは、例えば、SiAl13−x3−x11+x結晶中のSiの一部、またはAlの一部を、SiおよびAl以外のL元素(ただし、Lは、Si、Al以外の金属元素)で置換したものがある。さらに、結晶中のOの一部または全部、またはNの一部を、OおよびN以外のZ元素(ただし、Zは、O、N以外の非金属元素)で置換したものがある。これらの置換は結晶中の全体の電荷が中性となるように置換される。これらの、元素置換の結果、結晶構造が変わらないものは、SiAl13−x3−x11+x系結晶である。元素の置換により、蛍光体の発光特性、化学的安定性、熱的安定性が変化するので、結晶構造が保たれる範囲に置いて、用途に応じて適時選択すると良い。 The Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal of the present invention can be identified by X-ray diffraction or neutron diffraction. As the substance having an Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + x X -ray diffraction results same diffraction and crystals in this invention, the Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + x crystal and the same crystal structure It is a crystal that has, for example, an inorganic crystal represented by (Si,Al) 13 (O,N) 14 . Further, there is a crystal in which the lattice constant and the atomic position are changed by replacing the constituent element with another element in the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x crystal. Here, the constituent element being replaced by another element means that, for example, a part of Si or a part of Al in the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x crystal is replaced by L other than Si and Al. Some of them are replaced by elements (however, L is a metal element other than Si and Al). Further, there is one in which a part or all of O in the crystal or a part of N is replaced with a Z element other than O and N (where Z is a non-metal element other than O and N). These substitutions are performed so that the entire charge in the crystal becomes neutral. Those that do not change in crystal structure as a result of these element substitutions are Si x Al 13-x O 3-x N 11+x based crystals. The substitution of elements changes the emission characteristics, chemical stability, and thermal stability of the phosphor, so it is advisable to place the element in a range where the crystal structure is maintained and select it according to the application.

SiAl13−x3−x11+x系結晶は、その構成成分が他の元素で置換されたり、Euなどの付活元素が固溶したりすることによって格子定数は変化するが、結晶構造と原子が占めるサイトとその座標によって与えられる原子位置は骨格原子間の化学結合が切れるほどには大きく変わることはない。本発明では、X線回折や中性子線回折の結果をCmcm空間群の空間群でリートベルト解析して求めた格子定数および原子座標から計算されたAl−N、Al−O、Si−N、Si−Oの化学結合の長さ(近接原子間距離)が、表1に示すSiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)結晶の格子定数と原子座標から計算された化学結合の長さと比べて±5%以内の場合は同一の結晶構造と定義してSiAl13−x3−x11+x系結晶かどうかの判定を行う。この判定基準は、実験によればSiAl13−x3−x11+x系結晶において化学結合の長さが±5%を越えて変化すると化学結合が切れて別の結晶となることが確認されたためである。 The Si x Al 13-x O 3-x N 11+x- based crystal has a lattice constant that is changed by substituting its constituents with other elements or forming a solid solution with an activating element such as Eu. The atomic positions given by the structure and the sites occupied by the atoms and their coordinates do not change so much that the chemical bonds between the skeletal atoms are broken. In the present invention, the results of X-ray diffraction and neutron diffraction are Al-N, Al-O, Si-N, and Si calculated from the lattice constants and atomic coordinates obtained by Rietveld analysis in the Cmcm space group space group. The length of the chemical bond of -O (distance between adjacent atoms) was calculated from the lattice constant and atomic coordinates of the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) crystal shown in Table 1. When it is within ±5% of the length of the chemical bond, it is defined as the same crystal structure and it is determined whether or not it is a Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal. According to experiments, this criterion is that, in the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x type crystal, if the chemical bond length changes by more than ±5%, the chemical bond is broken and another crystal is formed. This is because it was confirmed.

さらに、固溶量が小さい場合は、SiAl13−x3−x11+x系結晶の簡便な判定方法として次の方法がある。新たな物質について測定したX線回折結果から計算した格子定数と表1の結晶構造データを用いて計算した回折のピーク位置(2θ)が主要ピークについて一致したときに当該結晶構造が同じものと特定することができる。 Further, when the amount of solid solution is small, there is the following method as a simple determination method for the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x type crystal. When the lattice constant calculated from the X-ray diffraction results measured for a new substance and the diffraction peak position (2θ) calculated using the crystal structure data of Table 1 match for the main peak, the crystal structure is identified as the same. can do.

図2は、SiAl13−x3−x11+x結晶の結晶構造から計算したCuKα線を用いた粉末X線回折を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing powder X-ray diffraction using CuKα rays calculated from the crystal structure of a Si x Al 13-x O 3-x N 11+x crystal.

図2と比較対象となる物質を比べることにより、SiAl13−x3−x11+x系結晶かどうかの簡易的な判定ができる。SiAl13−x3−x11+x系結晶の主要ピークとしては、回折強度の強い10本程度で判定すると良い。表1は、その意味でSiAl13−x3−x11+x系結晶を特定する上において基準となるもので重要である。また、SiAl13−x3−x11+x系結晶の結晶構造を直方晶(斜方晶)の他の晶系を用いても近似的な構造を定義することができ、その場合異なった空間群と格子定数および面指数を用いた表現となるが、X線回折結果(例えば図2)および結晶構造(例えば図1)に変わりはなく、それを用いた同定方法や同定結果も同一の物となる。このため、本発明では、直方晶系(斜方晶系)としてX線回折の解析を行うものとする。この表1に基づく物質の同定方法については、後述実施例において具体的に述べることとし、ここでは概略的な説明に留める。 By comparing the substance to be compared with FIG. 2, it is possible to easily determine whether the crystal is a Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal. As the main peak of the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x type crystal, it is preferable to determine about 10 peaks having high diffraction intensity. In that sense, Table 1 is important because it serves as a reference for specifying the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal. Further, the crystal structure of the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal can be defined by using another crystal system of the orthorhombic system (orthorhombic system), and in that case, it is different. Although the space group, the lattice constant, and the plane index are used, the X-ray diffraction result (eg, FIG. 2) and the crystal structure (eg, FIG. 1) are the same, and the identification method and the identification result using the same are the same. It becomes the thing of. Therefore, in the present invention, X-ray diffraction analysis is performed as a orthorhombic system (orthorhombic system). The method of identifying a substance based on Table 1 will be specifically described in Examples described later, and only a brief description will be given here.

SiAl13−x3−x11+x系結晶に、A元素として、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素を付活すると蛍光体が得られる。SiAl13−x3−x11+x系結晶の組成、付活元素の種類および量により、励起波長、発光波長、発光強度等の発光特性が変化するので、用途に応じて選択するとよい。 The Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal is provided with one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Yb as the A element. When activated, a phosphor is obtained. Since the emission characteristics such as the excitation wavelength, the emission wavelength, and the emission intensity change depending on the composition of the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x- based crystal and the type and amount of the activating element, it may be selected according to the application. ..

SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶、SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)の結晶であり、空間群Cmcmの対称性を持ち、格子定数a、b、cが、
a = 0.30749±0.05 nm
b = 1.87065±0.05 nm
c = 3.85432±0.05 nm
の範囲の値であるものは結晶が特に安定であり、これらを母体結晶とする蛍光体は発光強度が高い。この範囲を外れると結晶が不安定となり発光強度が低下することがある。
Inorganic crystals represented by Si x Al 13-x O 3 -x N 11 + x, inorganic crystals having a Si x Al 13-x O 3 -x N same crystal structure as the inorganic crystal represented by 11 + x, or solid solutions thereof Is an orthorhombic (orthorhombic) crystal, has a symmetry of space group Cmcm, and lattice constants a, b, and c are
a = 0.30749±0.05 nm
b=1.87065±0.05 nm
c=3.8432±0.05 nm
When the value is in the range of 1, the crystal is particularly stable, and the phosphor having these as a host crystal has high emission intensity. If it is out of this range, the crystal becomes unstable and the emission intensity may decrease.

好ましくは、1.5≦x≦3である蛍光体は発光強度が高い。さらに好ましくは、1.8≦x≦3である蛍光体の発光強度はさらに高く、なお好ましくは2≦x≦3である蛍光体は特に発光強度が高い。原料中の不純物酸素を考慮すれば、xの上限を2.9以下としておけば、製造時に高精度な制御をすることなく発光強度の高い蛍光体が得られるので好ましい。   Preferably, the phosphor with 1.5≦x≦3 has high emission intensity. More preferably, the fluorescent intensity of 1.8≦x≦3 is even higher, and the fluorescent intensity of 2≦x≦3 is particularly high. Considering the impurity oxygen in the raw material, it is preferable to set the upper limit of x to 2.9 or less because a phosphor with high emission intensity can be obtained without performing highly accurate control during production.

付活元素Aは、少なくともEuを含む。これにより特に発光強度が高い蛍光体が得られる。   The activator element A contains at least Eu. As a result, a phosphor having particularly high emission intensity can be obtained.

好ましくは、組成式SiAl(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1であり、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Qは、Al、Si、O、N、A以外の元素から選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.014 ≦ a ≦ 0.111
0.369 ≦ b < 0.48
0 ≦ c < 0.111
0.406 < d < 0.517
0.0001 ≦ e ≦ 0.03
0 ≦ f ≦ 0.3(ただし、Q元素が複数の場合は、fはそれぞれの元素のパラメータの合計とする)
の条件を全て満たす範囲の組成で表される蛍光体は特に発光強度が高い。
Preferably, the composition formula Si a Al b O c N d A e Q f (where a+b+c+d+e+f=1 in the formula, A is selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy and Yb). 1 or 2 or more elements, Q is one or two or more elements selected from elements other than Al, Si, O, N, and A), and parameters a, b, c, d, e and f are
0.014 ≤ a ≤ 0.111
0.369 ≤ b <0.48
0 ≤ c <0.111
0.406 <d <0.517
0.0001 ≤ e ≤ 0.03
0 ≤ f ≤ 0.3 (however, when there are multiple Q elements, f is the sum of the parameters of each element)
The phosphor represented by the composition satisfying all the above conditions has particularly high emission intensity.

パラメータaは、Si元素の組成を表すパラメータであり、0.014より少ないか0.111より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータbは、Al元素の組成を表すパラメータであり、0.369より少ないか0.48以上になると結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータcは、O元素の組成を表すパラメータであり、0.111以上であると結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。また、粉末原料が含有する不純物酸素を考慮すれば、0.111以上とならない範囲(例えば、cは、0より多く、より好ましくは0.001以上)で酸素を含有しても問題はなく、発光強度を向上させ得る。パラメータdは、N元素の組成を表すパラメータであり、0.406以下であるか0.517以上であると結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータeは、付活元素Aの添加量であり、0.0001より少ないと発光イオンの量が不十分で輝度が低下する。0.03より多いと発光イオン間の相互作用による濃度消光のため発光強度が低下する恐れがある。パラメータfは、Al、Si、O、N、A元素以外のQ元素の組成を表すパラメータであり、0.3より高いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。各元素のパラメータは、カチオンであるAl、Si、A元素と、アニオンであるO、Nと、Q元素との、中性の電荷が保たれるようにして、その組成が決まる。   The parameter a is a parameter representing the composition of the Si element, and if it is less than 0.014 or higher than 0.111, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The parameter b is a parameter representing the composition of the Al element, and if it is less than 0.369 or 0.48 or more, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The parameter c is a parameter representing the composition of O element, and if it is 0.111 or more, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. Further, in consideration of impurity oxygen contained in the powder raw material, there is no problem even if oxygen is contained in a range not exceeding 0.111 (for example, c is more than 0, more preferably 0.001 or more), The emission intensity can be improved. The parameter d is a parameter representing the composition of the N element, and if it is 0.406 or less or 0.517 or more, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The parameter e is the addition amount of the activator element A, and if it is less than 0.0001, the amount of luminescent ions is insufficient and the brightness is reduced. If it is more than 0.03, the emission intensity may decrease due to concentration quenching due to the interaction between the luminescent ions. The parameter f is a parameter representing the composition of the Q element other than the Al, Si, O, N, and A elements, and if it is higher than 0.3, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases. The composition of the parameters of each element is determined so that the neutral charges of the cations Al, Si, and A elements and the anions O, N, and Q elements are maintained.

さらに好ましくは、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0185 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.4613
0 ≦ c ≦ 0.0923
0.4244 ≦ d ≦ 0.5166
0.0001 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値である結晶は結晶構造が安定であり特に発光強度が高い。
More preferably, the parameters a, b, c, d, e, f are
0.0185 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.4613
0 ≤ c ≤ 0.0923
0.4244 ≤ d ≤ 0.5166
0.0001 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
The crystal having a value in the range satisfying all of the above conditions has a stable crystal structure and particularly has high emission intensity.

さらに好ましくは、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.05 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.43
0 ≦ c ≦ 0.056
0.45 ≦ d ≦ 0.5166
0.0001 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値である結晶は結晶構造が安定であり特に発光強度が高い。
More preferably, the parameters a, b, c, d, e, f are
0.05 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.43
0 ≤ c ≤ 0.056
0.45 ≤ d ≤ 0.5166
0.0001 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
The crystal having a value in the range satisfying all of the above conditions has a stable crystal structure and particularly has high emission intensity.

なお好ましくは、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0738 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.4059
0 ≦ c ≦ 0.0369
0.4797 ≦ d ≦ 0.5166
0.0004 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値である結晶は結晶構造が安定であり特に発光強度が高い。
It is preferable that the parameters a, b, c, d, e and f are
0.0738 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.4059
0 ≤ c ≤ 0.0369
0.4797 ≤ d ≤ 0.5166
0.0004 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
The crystal having a value in the range satisfying all of the above conditions has a stable crystal structure and particularly has high emission intensity.

無機化合物が、平均粒径0.1μm以上40μm以下の単結晶粒子あるいは単結晶の集合体である蛍光体は発光効率が高く、LEDに実装する場合の操作性がよいため、この範囲の粒径に制御するのがよい。   A phosphor in which an inorganic compound is a single crystal particle having an average particle size of 0.1 μm or more and 40 μm or less or an aggregate of single crystals has high emission efficiency and has good operability when mounted on an LED, and thus the particle size in this range It is better to control to.

無機化合物に含まれる、Fe、Co、Ni不純物元素は発光強度低下の恐れがある。蛍光体中のこれらの元素の合計が500ppm以下とすることにより、発光強度低下の影響が少なくなる。   The Fe, Co, and Ni impurity elements contained in the inorganic compound may reduce the emission intensity. When the total amount of these elements in the phosphor is 500 ppm or less, the effect of lowering the emission intensity is reduced.

本発明の実施形態の1つとして、少なくとも金属元素Mと非金属元素Xを含むMn+1で示される無機結晶(ただし、nは、3≦n≦52の範囲の数値)、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体とし、これに発光イオンが固溶した無機化合物からなる蛍光体と、他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物から構成され、蛍光体の含有量が20質量%以上である蛍光体がある。Mn+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体とする無機化合物からなる蛍光体単体では目的の特性が得られない場合や導電性等の機能を付加する場合に本実施形態を用いると良い。Mn+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体とする無機化合物からなる蛍光体の含有量は目的とする特性により調整するとよいが、20質量%未満では発光強度が低くなる恐れがある。このため、主成分とする量は、20質量%以上である。 As one of the embodiments of the present invention, an inorganic crystal represented by M n X n+1 containing at least a metal element M and a non-metal element X (where n is a numerical value in the range of 3≦n≦52) and the same Inorganic crystal having a crystal structure, or, as a matrix, an inorganic crystal that is a solid solution thereof, a phosphor composed of an inorganic compound in which luminescent ions are solid-solved, and composed of a mixture of another crystal phase or an amorphous phase, There is a phosphor having a phosphor content of 20% by mass or more. When the inorganic crystal represented by M n X n+1 , the inorganic crystal having the same crystal structure as that of the inorganic crystal, or the single substance of the inorganic compound having the inorganic crystal that is a solid solution thereof as a matrix cannot obtain the desired characteristics, This embodiment may be used when a function such as conductivity is added. The content of the inorganic crystal represented by M n X n+1 , the inorganic crystal having the same crystal structure as that of the inorganic crystal, or the content of the phosphor composed of the inorganic compound having the inorganic crystal, which is a solid solution thereof as a matrix, is adjusted according to the desired characteristics. However, if the content is less than 20% by mass, the emission intensity may be low. Therefore, the amount of the main component is 20% by mass or more.

電子線励起の用途など蛍光体に導電性が必要とされる場合は、他の結晶相あるいはアモルファス相として導電性を持つ無機物質を添加すると良い。   When the phosphor is required to have conductivity such as for electron beam excitation, an inorganic substance having conductivity as another crystal phase or amorphous phase may be added.

導電性を持つ無機物質としては、Zn、Al、Ga、In、Snから選ばれる1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物、または窒化物、あるいはこれらの混合物を挙げることができる例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化インジウム、酸化スズなどを挙げることができる。   Examples of the inorganic substance having conductivity include oxides, oxynitrides or nitrides containing one or more elements selected from Zn, Al, Ga, In and Sn, or a mixture thereof. Examples thereof include zinc oxide, aluminum nitride, indium nitride, tin oxide, and the like.

本発明の実施形態の1つとして、励起源を照射することにより460nmから500nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光体がある。例えば、Euを付活したMn+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体とする蛍光体は、組成の調整によりこの範囲に発光ピークを持つ。 One of the embodiments of the present invention is a phosphor having a peak in a wavelength range of 460 nm to 500 nm when irradiated with an excitation source. For example, an inorganic crystal represented by M n X n+1 activated with Eu, an inorganic crystal having the same crystal structure as that of the phosphor, or a phosphor having an inorganic crystal, which is a solid solution thereof, as a host material has a composition within this range. Has an emission peak.

本発明の実施形態の1つとして、励起源が100nm以上420nm以下の波長を持つ真空紫外線、紫外線または可視光、電子線またはX線で発光する蛍光体がある。これらの励起源を用いることにより効率よく発光させることができる。   As one of the embodiments of the present invention, there is a phosphor whose excitation source emits a vacuum ultraviolet ray having a wavelength of 100 nm or more and 420 nm or less, an ultraviolet ray or visible light, an electron beam or an X-ray. Efficient light emission can be achieved by using these excitation sources.

このように本発明の蛍光体は、通常の酸化物蛍光体や既存のサイアロン蛍光体と比べて、電子線やX線、及び紫外線から可視光の幅広い励起範囲を持つこと、青色から緑色の発光をすること、特に特定の組成では460nm〜500nmの青色から緑色を呈し、かつ、発光波長や発光ピーク幅が調節可能であることが特徴である。しかして、このような発光特性により、本発明の蛍光体は、照明器具、画像表示装置、顔料、紫外線吸収剤に好適である。本発明の蛍光体はまた、高温にさらしても劣化しないことから耐熱性に優れており、酸化雰囲気及び水分環境下での長期間の安定性にも優れているという利点をも有し、耐久性に優れた製品を提供し得る。   As described above, the phosphor of the present invention has a wider excitation range from electron rays, X-rays, and ultraviolet rays to visible light, and emits blue to green light, as compared with ordinary oxide phosphors and existing sialon phosphors. In particular, a specific composition exhibits a blue to green color of 460 nm to 500 nm, and the emission wavelength and emission peak width are adjustable. Due to such a light emitting property, the phosphor of the present invention is suitable for lighting equipment, image display devices, pigments, and ultraviolet absorbers. The phosphor of the present invention is also excellent in heat resistance because it does not deteriorate even when exposed to high temperatures, and has the advantage that it is also excellent in long-term stability in an oxidizing atmosphere and a moisture environment, and is durable. A product with excellent properties can be provided.

このような本発明の蛍光体の製造方法は特に規定されないが、例えば、金属化合物の混合物であって、焼成することにより、少なくともMn+1で示される無機結晶、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体である無機結晶を母体とする無機化合物からなる蛍光体を構成しうる原料混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成することにより得ることができる。本発明の主結晶は直方晶系(斜方晶系)で空間群Cmcmに属するが、焼成温度等の合成条件により、これと異なる結晶系や空間群を持つ結晶が混入する場合がありうるが、この場合においても、発光特性の変化は僅かであるため高輝度蛍光体として使用することができる。 The method for producing the phosphor of the present invention is not particularly limited, but for example, it is a mixture of metal compounds, and by firing, an inorganic crystal represented by at least M n X n+1 and having the same crystal structure as that of the inorganic crystal. A raw material mixture that can form a phosphor composed of an inorganic crystal or an inorganic compound having an inorganic crystal that is a solid solution of these as a matrix is fired in a temperature range of 1200° C. or more and 2200° C. or less in an inert atmosphere containing nitrogen. Can be obtained by The main crystal of the present invention belongs to the space group Cmcm in the orthorhombic system, but crystals having a different crystal system or space group may be mixed depending on the synthesis conditions such as the firing temperature. Even in this case, since the change in the light emission characteristic is slight, it can be used as a high-luminance phosphor.

出発原料としては、例えば、金属化合物の混合物が、AlNおよび/またはAlと、Siと、Aの酸化物または窒化物(ただし、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)とを用いると良い。これらの混合物は、原料が入手しやすく安定性に優れるため好ましい。また、焼成時に反応が進行しやすいため好ましい。本発明の蛍光体が、L元素としてCa、YあるいはZ元素としてF(フッ素)を含む場合、金属化合物の混合物は、さらに、L元素のフッ化物(例えば、フッ化カルシウム)やL元素の酸化物(例えば、酸化カルシウム、酸化イットリウム)を含んでもよい。このような出発原料は、後述する焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物であってもよい。 As the starting material, for example, a mixture of metal compounds may be AlN and/or Al 2 O 3 , Si 3 N 4, and an oxide or nitride of A (where A is Mn, Ce, Pr, Nd, One or more elements selected from Sm, Eu, Tb, Dy and Yb) are preferably used. These mixtures are preferable because the raw materials are easily available and excellent in stability. It is also preferable because the reaction easily proceeds during firing. When the phosphor of the present invention contains Ca as the L element, F (fluorine) as the Y element, or the F (fluorine) as the Z element, the mixture of the metal compounds further contains a fluoride of the L element (eg, calcium fluoride) or an oxidation of the L element. (For example, calcium oxide, yttrium oxide) may be included. Such a starting material may be an inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature equal to or lower than the firing temperature described below.

焼成に用いる炉は、焼成温度が高温であり、また焼成雰囲気が窒素を含有する不活性雰囲気であることから、金属抵抗加熱方式又は黒鉛抵抗加熱方式で、炉の高温部の材料として炭素を用いた電気炉が好適である。窒素を含有する不活性雰囲気が0.1MPa以上100MPa以下の圧力範囲では、出発原料や生成物である窒化物や酸窒化物の熱分解が抑えられるため好ましい。焼成雰囲気中の酸素分圧は0.0001%以下が出発原料や生成物である窒化物や酸窒化物の酸化反応を抑制するために好ましい。   Since the furnace used for firing has a high firing temperature and the firing atmosphere is an inert atmosphere containing nitrogen, carbon is used as the material for the high temperature part of the furnace by the metal resistance heating method or the graphite resistance heating method. An electric furnace that has been used is suitable. A nitrogen-containing inert atmosphere in a pressure range of 0.1 MPa or more and 100 MPa or less is preferable because thermal decomposition of a starting material or a product such as a nitride or an oxynitride can be suppressed. The oxygen partial pressure in the firing atmosphere is preferably 0.0001% or less in order to suppress the oxidation reaction of the starting materials and products such as nitrides and oxynitrides.

なお、焼成時間は焼成温度によっても異なるが、通常1〜10時間程度である。   The firing time varies depending on the firing temperature, but is usually about 1 to 10 hours.

蛍光体を粉体または凝集体形状で製造するには、原料を嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する方法をとるとよい。嵩密度を40%以下の充填率にすることにより、粒子同士の強固な接着をさけることができる。ここで、相対嵩密度とは、容器に充填された粉体の質量を容器の容積で割った値(嵩密度)と粉体の物質の真密度との比である。   In order to manufacture the phosphor in the form of powder or aggregate, it is advisable to employ a method in which the raw material is filled in a container in a state where the filling rate is 40% or less in bulk density and then baked. By setting the bulk density to be 40% or less, it is possible to prevent strong adhesion between particles. Here, the relative bulk density is a ratio of a value (bulk density) obtained by dividing the mass of the powder filled in the container by the volume of the container and the true density of the substance of the powder.

原料混合物の焼成に当って、原料化合物を保持する容器としては種々の耐熱性材料が使用しうるが、本発明に使用する金属窒化物に対する材質劣化の悪影響が低いことから、学術雑誌Journal of the American Ceramic Society 2002年85巻5号1229ページないし1234ページに記載の、α−サイアロンの合成に使用された窒化ホウ素をコートしたグラファイトるつぼに示されるように窒化ホウ素をコートした容器や、あるいは窒化ホウ素焼結体が適している。このような条件で焼成を行うと、容器から製品にホウ素あるいは窒化ホウ素成分が混入するが、少量であれば発光特性は低下しないので影響は少ない。さらに少量の窒化ホウ素の添加により、製品の耐久性が向上することがあるので、場合によっては好ましい。   Although various heat-resistant materials can be used as a container for holding the raw material compound when firing the raw material mixture, the adverse effect of the material deterioration on the metal nitride used in the present invention is low, and thus the journal of the Journal of the A container coated with boron nitride as shown in the graphite crucible coated with boron nitride used in the synthesis of α-sialon, as described in American Ceramic Society 2002 Volume 85, No. 5, pp. 1229 to 1234, or boron nitride. A sintered body is suitable. When the firing is performed under such conditions, the boron or boron nitride component is mixed into the product from the container, but if the amount is small, the light emitting property is not deteriorated, so that there is little influence. The addition of a small amount of boron nitride may improve the durability of the product, which is preferable in some cases.

蛍光体を粉体または凝集体形状で製造するには、原料の粉体粒子または凝集体の平均粒径は500μm以下とすると、反応性と操作性に優れるので好ましい。   In order to produce the phosphor in the form of powder or aggregate, it is preferable that the raw material powder particles or aggregate have an average particle size of 500 μm or less, because the reactivity and operability are excellent.

粒子または凝集体の粒径を500μm以下にする方法として、スプレイドライヤ、ふるい分け、または風力分級を用いると作業効率と操作性にすぐれるので好ましい。   As a method for controlling the particle size of the particles or aggregates to 500 μm or less, it is preferable to use spray dryer, sieving, or air classification because the work efficiency and operability are excellent.

焼成の手法は、ホットプレスによることなく、常圧焼結法やガス圧焼結法などの外部から機械的な加圧を施さない焼結手法が、粉体または凝集体の製品を得る手法として好ましい。   The firing method is not hot pressing, but is a method of obtaining a powder or agglomerate product, such as atmospheric pressure sintering method or gas pressure sintering method, which does not apply mechanical pressure from the outside. preferable.

蛍光体粉末の平均粒径は、体積基準のメディアン径(d50)で50nm以上200μm以下のものが、発光強度が高いので好ましい。体積基準の平均粒径の測定は、例えば、マイクロトラックやレーザ散乱法によって測定できる。粉砕、分級、酸処理から選ばれる1種ないし複数の手法を用いることにより、焼成により合成した蛍光体粉末の平均粒径を50nm以上200μm以下に粒度調整するとよい。   The average particle size of the phosphor powder is preferably 50 nm or more and 200 μm or less in terms of volume-based median diameter (d50) because the emission intensity is high. The volume-based average particle diameter can be measured by, for example, Microtrac or a laser scattering method. The average particle size of the phosphor powder synthesized by firing may be adjusted to 50 nm or more and 200 μm or less by using one or more methods selected from crushing, classification, and acid treatment.

焼成後の蛍光体粉末、あるいは粉砕処理後の蛍光体粉末、もしくは粒度調整後の蛍光体粉末を、1000℃以上で焼成温度以下の温度で熱処理することにより、粉末に含まれる欠陥や粉砕による損傷が回復することがある。欠陥や損傷は発光強度の低下の要因となることがあり、この場合熱処理により発光強度が回復する。   The phosphor powder after firing, the phosphor powder after pulverization treatment, or the phosphor powder after particle size adjustment is heat-treated at a temperature of 1000° C. or higher and a firing temperature or lower, so that defects contained in the powder or damage due to pulverization are included. May recover. Defects or damage may cause a decrease in emission intensity, and in this case, heat treatment restores the emission intensity.

蛍光体の合成のための焼成時に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物を添加して焼成することによりフラックスとして働き、反応や粒成長が促進されて安定な結晶が得られることがあり、これによって発光強度が向上することがある。   At the time of firing for synthesizing the phosphor, by adding an inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature below the firing temperature and firing, it acts as a flux, reaction and grain growth are promoted and stable crystals are obtained. In some cases, this may improve the emission intensity.

焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物として、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素のフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、あるいはリン酸塩の1種または2種以上の混合物を挙げることができる。これらの無機化合物はそれぞれ融点が異なるため、合成温度によって使い分けると良い。   As an inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature equal to or lower than the firing temperature, a fluoride, chloride, iodide, or bromide of one or more elements selected from Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, and Ba Alternatively, one or a mixture of two or more phosphates may be mentioned. Since these inorganic compounds have different melting points, it is preferable to use them properly depending on the synthesis temperature.

さらに、焼成後に溶剤で洗浄することにより、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物の含有量を低減させることにより、蛍光体の発光強度が高くなることがある。   Further, by washing with a solvent after firing, the emission intensity of the phosphor may be increased by reducing the content of the inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature equal to or lower than the firing temperature.

本発明の蛍光体を発光装置等の用途に使用する場合には、これを液体媒体中に分散させた形態で用いることが好ましい。また、本発明の蛍光体を含有する蛍光体混合物として用いることもできる。本発明の蛍光体を液体媒体中に分散させたものを、蛍光体含有組成物と呼ぶものとする。   When the phosphor of the present invention is used for a light emitting device or the like, it is preferable to use the phosphor dispersed in a liquid medium. It can also be used as a phosphor mixture containing the phosphor of the present invention. A dispersion containing the phosphor of the present invention in a liquid medium is referred to as a phosphor-containing composition.

本発明の蛍光体含有組成物に使用可能な液体媒体としては、所望の使用条件下において液状の性質を示し、本発明の蛍光体を好適に分散させると共に、好ましくない反応等を生じないものであれば、任意のものを目的等に応じて選択することが可能である。液体媒体の例としては、硬化前の付加反応型シリコーン樹脂、縮合反応型シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。これらの液体媒体は一種を単独で使用してもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   The liquid medium that can be used in the phosphor-containing composition of the present invention exhibits a liquid property under desired use conditions, and preferably does not cause an undesired reaction or the like while appropriately dispersing the phosphor of the present invention. If so, it is possible to select an arbitrary one according to the purpose. Examples of the liquid medium include addition reaction type silicone resin before condensation, condensation reaction type silicone resin, modified silicone resin, epoxy resin, polyvinyl resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyester resin and the like. One of these liquid media may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.

液状媒体の使用量は、用途等に応じて適宜調整すればよいが、一般的には、本発明の蛍光体に対する液状媒体の重量比で、通常3重量%以上、好ましくは5重量%以上、また、通常30重量%以下、好ましくは15重量%以下の範囲である。   The amount of the liquid medium used may be appropriately adjusted depending on the application etc., but generally, the weight ratio of the liquid medium to the phosphor of the present invention is usually 3% by weight or more, preferably 5% by weight or more, Further, it is usually 30% by weight or less, preferably 15% by weight or less.

また、本発明の蛍光体含有組成物は、本発明の蛍光体及び液状媒体に加え、その用途等に応じて、その他の任意の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、拡散剤、増粘剤、増量剤、干渉剤等が挙げられる。具体的には、アエロジル等のシリカ系微粉、アルミナ等が挙げられる。   In addition to the phosphor of the present invention and the liquid medium, the phosphor-containing composition of the present invention may contain any other component depending on its application. Examples of other components include a diffusing agent, a thickening agent, a bulking agent, and an interfering agent. Specifically, silica-based fine powder such as Aerosil, alumina and the like can be mentioned.

本発明の発光装置は、少なくとも発光体または発光光源と本発明の蛍光体とを用いて構成される。   The light emitting device of the present invention comprises at least a light emitting body or a light emitting source and the phosphor of the present invention.

発光体または発光光源としては、LED発光器具、レーザダイオード発光器具、EL発光器具、蛍光ランプなどがある。LED発光装置では、本発明の蛍光体を用いて、特開平5−152609、特開平7−99345、特許公報第2927279号などに記載されているような公知の方法により製造することができる。この場合、発光体または発光光源は330〜500nmの波長の光を発するものが望ましく、中でも330〜420nmの紫外(または紫)LED発光素子または420〜500nmの青色LED発光素子が好ましい。これらのLED発光素子としては、GaNやInGaNなどの窒化物半導体からなるものがあり、組成を調整することにより、所定の波長の光を発する発光光源となり得る。   Examples of the light emitter or light source include an LED light emitting device, a laser diode light emitting device, an EL light emitting device, and a fluorescent lamp. The LED light-emitting device can be manufactured using the phosphor of the present invention by a known method as described in JP-A-5-152609, JP-A-7-99345, JP-A-2927279 and the like. In this case, the light emitting body or the light emitting source preferably emits light having a wavelength of 330 to 500 nm, and among them, an ultraviolet (or purple) LED light emitting element of 330 to 420 nm or a blue LED light emitting element of 420 to 500 nm is preferable. Some of these LED light emitting elements are made of a nitride semiconductor such as GaN or InGaN, and can be a light emitting light source that emits light of a predetermined wavelength by adjusting the composition.

本発明の発光装置としては、本発明の蛍光体を含む、白色発光ダイオード、または白色発光ダイオードを複数含む照明器具、液晶パネル用バックライト等がある。   Examples of the light emitting device of the present invention include a white light emitting diode containing the phosphor of the present invention, a lighting fixture including a plurality of white light emitting diodes, a backlight for a liquid crystal panel, and the like.

このような発光装置において、本発明の蛍光体に加えて、Euを付活したβサイアロン緑色蛍光体、Euを付活したαサイアロン黄色蛍光体、Euを付活したSrSi橙色蛍光体、Euを付活した(Ca,Sr)AlSiN橙色蛍光体、および、Euを付活したCaAlSiN赤色蛍光体から選ばれる1種または2種以上の蛍光体をさらに含んでもよい。上記以外の黄色蛍光体としては、例えば、YAG:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si:Euなどを用いてもよい。 In such a light emitting device, in addition to the phosphor of the present invention, Eu-activated β-sialon green phosphor, Eu-activated α-sialon yellow phosphor, and Eu-activated Sr 2 Si 5 N 8 orange The phosphor may further include one or more kinds of phosphors selected from Eu-activated (Ca,Sr)AlSiN 3 orange phosphor and Eu-activated CaAlSiN 3 red phosphor. As the yellow phosphor other than the above, for example, YAG:Ce, (Ca,Sr,Ba)Si 2 O 2 N 2 :Eu, etc. may be used.

本発明の発光装置の一形態として、発光体または発光光源がピーク波長300〜450nmの紫外または可視光を発し、本発明の蛍光体が発する青色から緑色光と、本発明の他の蛍光体が発する450nm以上の波長の光を混合することにより白色光または白色光以外の光を発する発光装置がある。   As one mode of the light-emitting device of the present invention, a light-emitting body or a light-emitting source emits ultraviolet or visible light having a peak wavelength of 300 to 450 nm, and the phosphor of the present invention emits blue to green light and other phosphors of the present invention. There is a light emitting device that emits white light or light other than white light by mixing emitted light having a wavelength of 450 nm or more.

本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長420nm〜500nm以下の光を発する青色蛍光体を含むことができる。このような、青色蛍光体としては、AlN:(Eu,Si)、BaMgAl1017:Eu、SrSiAl19ON31:Eu、LaSiAl1932:Eu、α−サイアロン:Ce、JEM:Ceなどがある。 As one mode of the light emitting device of the present invention, in addition to the phosphor of the present invention, a blue phosphor that emits light having a peak wavelength of 420 nm to 500 nm or less by the light emitter or a light emitting source can be further included. Such as the blue phosphor, AlN: (Eu, Si) , BaMgAl 10 O 17: Eu, SrSi 9 Al 19 ON 31: Eu, LaSi 9 Al 19 N 32: Eu, α- sialon: Ce, JEM : Ce, etc.

本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長500nm以上550nm以下の光を発する緑色蛍光体を含むことができる。このような、緑色蛍光体としては、例えば、β−サイアロン:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Euなどがある。 As one mode of the light emitting device of the present invention, in addition to the phosphor of the present invention, a green phosphor that emits light having a peak wavelength of 500 nm or more and 550 nm or less by the light emitter or a light emitting source can be further included. Examples of such green phosphors include β-sialon:Eu, (Ba,Sr,Ca,Mg) 2 SiO 4 :Eu, (Ca,Sr,Ba)Si 2 O 2 N 2 :Eu. is there.

本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長550nm以上600nm以下の光を発する黄色蛍光体を含むことができる。このような黄色蛍光体としては、YAG:Ce、α−sialon:Eu、CaAlSiN:Ce、LaSi11:Ceなどがある。 As one mode of the light emitting device of the present invention, in addition to the phosphor of the present invention, a yellow phosphor that emits light having a peak wavelength of 550 nm or more and 600 nm or less by the light emitter or a light emitting source can be further included. Examples of such a yellow phosphor include YAG:Ce, α-sialon:Eu, CaAlSiN 3 :Ce, and La 3 Si 6 N 11 :Ce.

本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長600nm以上700nm以下の光を発する赤色蛍光体を含むことができる。このような赤色蛍光体としては、CaAlSiN:Eu、(Ca,Sr)AlSiN:Eu、CaSi:Eu、SrSi:Euなどがある。 As one mode of the light emitting device of the present invention, in addition to the phosphor of the present invention, a red phosphor that emits light having a peak wavelength of 600 nm or more and 700 nm or less by the light emitter or a light emitting source can be further included. Examples of such red phosphors include CaAlSiN 3 :Eu, (Ca,Sr)AlSiN 3 :Eu, Ca 2 Si 5 N 8 :Eu, and Sr 2 Si 5 N 8 :Eu.

本発明の画像表示装置は少なくも励起源と本発明の蛍光体とから構成され、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)などがある。本発明の蛍光体は、100〜190nmの真空紫外線、190〜380nmの紫外線、電子線などの励起で発光することが確認されており、これらの励起源と本発明の蛍光体との組み合わせで、上記のような画像表示装置を構成することができる。   The image display device of the present invention comprises at least an excitation source and the phosphor of the present invention, and includes a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT) and the like. is there. It has been confirmed that the phosphor of the present invention emits light when excited by vacuum ultraviolet rays of 100 to 190 nm, ultraviolet rays of 190 to 380 nm, an electron beam or the like, and in combination of these excitation sources and the phosphor of the present invention, The image display device as described above can be configured.

特定の化学組成を有する無機化合物結晶相よりなる本発明の蛍光体は、白色の物体色を持つことから顔料又は蛍光顔料として使用することができる。すなわち、本発明の蛍光体に太陽光や蛍光灯などの照明を照射すると白色の物体色が観察されるが、その発色がよいこと、そして長期間に渡り劣化しないことから、本発明の蛍光体は無機顔料に好適である。このため、塗料、インキ、絵の具、釉薬、プラスチック製品に添加する着色剤などに用いると長期間に亘って良好な発色を高く維持することができる。   The phosphor of the present invention comprising an inorganic compound crystal phase having a specific chemical composition has a white object color, and thus can be used as a pigment or a fluorescent pigment. That is, when the phosphor of the present invention is irradiated with illumination such as sunlight or a fluorescent lamp, a white object color is observed, but the color development is good, and it does not deteriorate for a long period of time. Is suitable for inorganic pigments. Therefore, when it is used in paints, inks, paints, glazes, colorants added to plastic products, and the like, good color development can be maintained high for a long period of time.

本発明の窒化物蛍光体は、紫外線を吸収するため紫外線吸収剤としても好適である。このため、塗料として用いたり、プラスチック製品の表面に塗布したり内部に練り込んだりすると、紫外線の遮断効果が高く、製品を紫外線劣化から効果的に保護することができる。   The nitride phosphor of the present invention absorbs ultraviolet rays and is therefore suitable as an ultraviolet absorber. Therefore, when used as a paint, applied to the surface of a plastic product, or kneaded into a plastic product, the effect of blocking ultraviolet rays is high and the product can be effectively protected from deterioration by ultraviolet rays.

本発明を以下に示す実施例によってさらに詳しく説明するが、これはあくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示したものであって、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but this is merely disclosed as an aid for easily understanding the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Absent.

[合成に使用した原料]
合成に使用した原料粉末は、比表面積11.2m/gの粒度の、酸素含有量1.29重量%、α型含有量95%の窒化ケイ素粉末(宇部興産(株)製のSN−E10グレード)と、比表面積3.3m/gの粒度の、酸素含有量0.82重量%の窒化アルミニウム粉末((株)トクヤマ製のEグレード)と、比表面積13.2m/gの粒度の酸化アルミニウム粉末(大明化学工業製タイミクロン)と、酸化ユーロピウム(Eu;純度99.9%信越化学工業(株)製)と、酸化セリウム(CeO;純度99.9%、信越化学工業(株)製)と、窒化ユーロピウム(EuN;金属ユーロピウムをアンモニア気流中で800℃で10時間加熱することにより、金属を窒化して得たもの)と、酸化テルビウム(Tb;純度99.9%信越化学工業(株)製)と、酸化イッテルビウム(Yb;純度99.9%信越化学工業(株)製)と、炭酸マンガン(MnCO;純度99.9%(株)高純度化学研究所製)と、フッ化カルシウム(CaF;純度99.9%(株)高純度化学研究所製)であった。
[Raw materials used for synthesis]
The raw material powder used for the synthesis is a silicon nitride powder having a specific surface area of 11.2 m 2 /g and an oxygen content of 1.29% by weight and an α-type content of 95% (SN-E10 manufactured by Ube Industries, Ltd.). Grade), an aluminum nitride powder having an oxygen content of 0.82% by weight (E grade manufactured by Tokuyama Corp.) having a specific surface area of 3.3 m 2 /g, and a specific surface area of 13.2 m 2 /g. Aluminum oxide powder (Taimicron manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.), europium oxide (Eu 2 O 3 ; purity 99.9% manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and cerium oxide (CeO 2 ; purity 99.9%, Shin-Etsu) Chemical Industry Co., Ltd.), europium nitride (EuN; metal europium obtained by nitriding metal by heating at 800° C. for 10 hours in an ammonia stream), and terbium oxide (Tb 4 O 7 ; Purity 99.9% manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ; purity 99.9% manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and manganese carbonate (MnCO 3 ; purity 99.9% ( Manufactured by Kojundo Chemical Research Institute Co., Ltd.) and calcium fluoride (CaF 2 ; purity 99.9% manufactured by Kojundo Chemical Research Institute Co., Ltd.).

[蛍光体実施例;例1から例36]
表2および表3に示す設計組成に従って、原料を表4の混合組成(質量比)となるように秤量した。設計パラメータはm=2〜40(n=4〜42)、x=1〜3の範囲とした。使用する原料の種類によっては表2および表3の設計組成と表4の混合組成で組成が異なる場合が生じるが、この場合は金属イオンの量が合致するように混合組成を決定した。組成のずれの成分は、生成物中に第二相として混入するが、その量はわずかであるので、性能に及ぼす影響は少ない。秤量した原料粉末を窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。その後、混合粉末を窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。粉体の嵩密度は約20%から30%であった。
[Phosphor Example: Examples 1 to 36]
According to the design composition shown in Table 2 and Table 3, the raw materials were weighed so as to have the mixed composition (mass ratio) in Table 4. The design parameters were in the range of m=2 to 40 (n=4 to 42) and x=1 to 3. Depending on the type of raw material used, the composition may differ between the design composition of Tables 2 and 3 and the mixed composition of Table 4, and in this case, the mixed composition was determined so that the amounts of metal ions would match. The component having the compositional deviation is mixed in the product as the second phase, but the amount thereof is small, so that the influence on the performance is small. The weighed raw material powders were mixed for 5 minutes using a silicon nitride sintered body pestle and a mortar. Then, the mixed powder was put into a crucible made of a boron nitride sintered body. The bulk density of the powder was about 20% to 30%.

混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10−1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で表5に示す設定温度まで昇温し、その温度で2時間保持した。 The crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace. In the firing operation, the firing atmosphere was first evacuated to a vacuum with a pressure of 1×10 −1 Pa or less and heated from room temperature to 800° C. at a rate of 500° C./hour to obtain a purity of 99.999% by volume at 800° C. Nitrogen was introduced to adjust the pressure in the furnace to 1 MPa, the temperature was raised to the set temperature shown in Table 5 at 500° C./hour, and the temperature was maintained for 2 hours.

次に、合成した化合物をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、Mn+1で示される無機結晶、すなわちSiAlm+2−x3−xm+x(m=n−2、0<x≦3、m:整数)の一般式で示される結晶相が主な生成相であることが確認された。また、EDSの測定より、合成物はEu、Si、Al、N、Oを含むことが確認された。即ち、合成物はSiAlm+2−x3−xm+x(0<x≦3、m:整数)結晶に発光イオンであるEuが固溶した無機化合物であることが確認された。 Next, the synthesized compound was crushed using an agate mortar, and powder X-ray diffraction measurement was performed using K α rays of Cu. As a result, an inorganic crystal represented by M n X n+1 , that is, a crystal represented by a general formula of Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (m=n−2, 0<x≦3, m: integer). It was confirmed that the phase was the main productive phase. Moreover, it was confirmed from the measurement of EDS that the compound contained Eu, Si, Al, N, and O. That is, it was confirmed that the compound was an inorganic compound in which Eu, which is a luminescent ion, was solid-dissolved in a Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (0<x≦3, m: integer) crystal.

焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕の後、窒化ケイ素焼結体製のるつぼと乳鉢を用いて手で粉砕し、30μmの目のふるいを通した。粒度分布を測定したところ、平均粒径は3〜8μmであった。   After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, then manually pulverized using a crucible and a mortar made of a silicon nitride sintered body, and passed through a 30 μm mesh sieve. When the particle size distribution was measured, the average particle size was 3 to 8 μm.

これらの粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青色から緑色に発光することを確認した。この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトルを、蛍光分光光度計を用いて測定した。励起スペクトルのピーク波長と発光スペクトルのピーク波長を表6に示す。これらの無機化合物は、300nm〜380nmの紫外線、380nm〜450nmの紫色または青色光で励起することが可能であり、青色から緑色発光する蛍光体であることが確認された。   As a result of irradiating these powders with a lamp that emits light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that light was emitted from blue to green. The emission spectrum and excitation spectrum of this powder were measured using a fluorescence spectrophotometer. Table 6 shows the peak wavelength of the excitation spectrum and the peak wavelength of the emission spectrum. It was confirmed that these inorganic compounds are phosphors that can be excited by ultraviolet rays of 300 nm to 380 nm, violet of 380 nm to 450 nm or blue light, and emit blue to green light.

なお、混合原料組成と合成物の化学組成が異なっている部分は、不純物第二相として合成物中に微量混在していると考えられる。   It should be noted that a portion where the mixed raw material composition and the chemical composition of the synthetic product are different from each other is considered to be present in a small amount as a second phase of impurities in the synthetic product.

[蛍光体実施例;例37]
表7および表8に示す設計組成に従って、原料を表9の混合組成(質量比)となるように秤量した。設計パラメータはm=10、x=2.5で、実施例1〜36と異なるところは、フラックスとしてフッ化カルシウム(CaF)を添加していることである。フラックスは蛍光体の合成のための焼成時に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物で、添加して焼成することにより、反応や粒成長が促進されて安定な結晶が得られることがあり、これによって発光強度が向上することがある。フラックスとしては、アルカリ金属化合物(LiCl,NaC1、KCl,LiF,NaF,KF等)やアルカリ土類金属化合物(CaF,SrF,BaF,CaC1,SrCl,BaCl等)があるが、実施例37ではフッ化カルシウム(CaF)を使用した。
[Phosphor Example: Example 37]
According to the design composition shown in Table 7 and Table 8, the raw materials were weighed so as to have the mixed composition (mass ratio) in Table 9. The design parameters are m=10 and x=2.5, and what is different from Examples 1 to 36 is that calcium fluoride (CaF 2 ) is added as a flux. Flux is an inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature lower than the firing temperature during firing for synthesizing a phosphor, and when added and fired, the reaction and grain growth are promoted and stable crystals are obtained. In some cases, this may improve the emission intensity. The flux, an alkali metal compound (LiCl, NaC1, KCl, LiF , NaF, KF , etc.) it is or alkaline earth metal compound (CaF 2, SrF 2, BaF 2, CaC1 2, SrCl 2, BaCl 2 , etc.) In Example 37, calcium fluoride (CaF 2 ) was used.

秤量した原料粉末を、実施例1〜36と同様に、窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。その後、混合粉末を窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。粉体の嵩密度は約20%から30%の範囲内であった。   The weighed raw material powders were mixed for 5 minutes using a pestle made of a silicon nitride sintered body and a mortar in the same manner as in Examples 1 to 36. Then, the mixed powder was put into a crucible made of a boron nitride sintered body. The bulk density of the powder was in the range of about 20% to 30%.

混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10−1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で設定温度2000℃まで昇温し、その温度で2時間保持した。 The crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace. In the firing operation, the firing atmosphere was first evacuated to a vacuum with a pressure of 1×10 −1 Pa or less and heated from room temperature to 800° C. at a rate of 500° C./hr. Nitrogen was introduced to bring the pressure in the furnace to 1 MPa, the temperature was raised to a preset temperature of 2000° C. at 500° C./hour, and the temperature was maintained for 2 hours.

次に、合成した化合物をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、Mn+1で示される無機結晶、すなわちSiAlm+2−x3−xm+x(m=n−2、0<x≦3、m:整数)の一般式で示される結晶相が主な生成相であることが確認された。また、EDSの測定より、合成物はEu、Si、Al、N、O、Ca、Fを含むことが確認された。即ち、合成物はSiAlm+2−x3−xm+x(0<x≦3、m:整数)結晶に発光イオンであるEu、およびCa、Fが固溶した無機化合物であることが確認された。 Next, the synthesized compound was crushed using an agate mortar, and powder X-ray diffraction measurement was performed using K α rays of Cu. As a result, an inorganic crystal represented by M n X n+1 , that is, a crystal represented by a general formula of Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (m=n−2, 0<x≦3, m: integer). It was confirmed that the phase was the main productive phase. Moreover, it was confirmed from the measurement of EDS that the compound contained Eu, Si, Al, N, O, Ca, and F. That is, the compound is an inorganic compound in which Eu, which is a light emitting ion, and Ca and F are solid-dissolved in a Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (0<x≦3, m: integer) crystal. confirmed.

焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕の後、窒化ケイ素焼結体製のるつぼと乳鉢を用いて手で粉砕し、30μmの目のふるいを通した。粒度分布を測定したところ、平均粒径は3〜8μmの範囲内であった。   After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, then manually pulverized using a crucible and a mortar made of a silicon nitride sintered body, and passed through a 30 μm mesh sieve. When the particle size distribution was measured, the average particle size was within the range of 3 to 8 μm.

この粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青色から緑色に発光することを確認した。この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトルを、蛍光分光光度計を用いて測定した。励起スペクトルのピーク波長と発光スペクトルのピーク波長を表10に示す。この無機化合物は、300nm〜380nmの紫外線、380nm〜450nmの紫色または青色光で励起することが可能であり、青色から緑色発光する蛍光体であることが確認された。   As a result of irradiating this powder with a lamp that emits light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that light was emitted from blue to green. The emission spectrum and excitation spectrum of this powder were measured using a fluorescence spectrophotometer. Table 10 shows the peak wavelength of the excitation spectrum and the peak wavelength of the emission spectrum. It was confirmed that this inorganic compound is a phosphor that can be excited by ultraviolet rays of 300 nm to 380 nm, violet of 380 nm to 450 nm or blue light, and emits blue to green light.

[蛍光体実施例;例38から例43]
表11および表12に示す設計組成に従って、原料を表13の混合組成(質量比)となるように秤量した。実施例1〜36とは異なり、発光イオンとなる付活元素はEu以外の元素を使用した。使用する原料の種類によっては表11および表12の設計組成と表13の混合組成で組成が異なる場合が生じるが、この場合は金属イオンの量が合致するように混合組成を決定した。組成のずれの成分は、生成物中に第二相として混入するが、その量はわずかであるので、性能に及ぼす影響は少ない。秤量した原料粉末を窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。その後、混合粉末を窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。粉体の嵩密度は約20%から30%であった。
[Phosphor Examples; Examples 38 to 43]
According to the design composition shown in Table 11 and Table 12, the raw materials were weighed so as to have the mixed composition (mass ratio) in Table 13. Different from Examples 1 to 36, the activator element to be the luminescent ion was an element other than Eu. Depending on the type of raw material used, the composition may differ between the design composition of Tables 11 and 12 and the mixed composition of Table 13, and in this case, the mixed composition was determined so that the amounts of metal ions would match. The component having the compositional deviation is mixed in the product as the second phase, but the amount thereof is small, so that the influence on the performance is small. The weighed raw material powders were mixed for 5 minutes using a silicon nitride sintered body pestle and a mortar. Then, the mixed powder was put into a crucible made of a boron nitride sintered body. The bulk density of the powder was about 20% to 30%.

混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10−1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で設定温度2000℃まで昇温し、その温度で2時間保持した。 The crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace. In the firing operation, the firing atmosphere was first evacuated to a vacuum with a pressure of 1×10 −1 Pa or less and heated from room temperature to 800° C. at a rate of 500° C./hr. Nitrogen was introduced to bring the pressure in the furnace to 1 MPa, the temperature was raised to a preset temperature of 2000° C. at 500° C./hour, and the temperature was maintained for 2 hours.

次に、合成した化合物をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、Mn+1で示される無機結晶、すなわちSiAlm+2−x3−xm+x(m=n−2、0<x≦3、m:整数)の一般式で示される結晶相が主な生成相であることが確認された。また、EDSの測定より、合成物はCe、Tb、YbまたはMn、Si、Al、N、Oを含むことが確認された。即ち、合成物はSiAlm+2−x3−xm+x(0<x≦3、m:整数)結晶に発光イオンであるA元素が固溶した無機化合物であることが確認された。 Next, the synthesized compound was crushed using an agate mortar, and powder X-ray diffraction measurement was performed using K α rays of Cu. As a result, an inorganic crystal represented by M n X n+1 , that is, a crystal represented by a general formula of Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (m=n−2, 0<x≦3, m: integer). It was confirmed that the phase was the main productive phase. Further, it was confirmed from the measurement of EDS that the compound contained Ce, Tb, Yb or Mn, Si, Al, N, and O. That is, it was confirmed that the compound was an inorganic compound in which the element A, which is a luminescent ion, was solid-dissolved in the Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (0<x≦3, m: integer) crystal.

焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕の後、窒化ケイ素焼結体製のるつぼと乳鉢を用いて手で粉砕し、30μmの目のふるいを通した。粒度分布を測定したところ、平均粒径は3〜8μmの範囲内であった。   After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, then manually pulverized using a crucible and a mortar made of a silicon nitride sintered body, and passed through a 30 μm mesh sieve. When the particle size distribution was measured, the average particle size was within the range of 3 to 8 μm.

これらの粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青色から緑色に発光することを確認した。付活元素としてCe、Tb、Yb、Mnを用いても、これらの無機化合物は、300nm〜380nmの紫外線、380nm〜450nmの紫色または青色光で励起することが可能であり、青色から緑色発光する蛍光体であることが確認された。   As a result of irradiating these powders with a lamp that emits light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that light was emitted from blue to green. Even if Ce, Tb, Yb, or Mn is used as an activating element, these inorganic compounds can be excited by ultraviolet rays of 300 nm to 380 nm, violet of 380 nm to 450 nm, or blue light, and emit blue to green light. It was confirmed to be a phosphor.

[結晶SiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)の合成と構造解析]
本願発明者らは、実施例1〜43で得られた、Mn+1で示される無機結晶が、SiAlm+2−x3−xm+x(m=n−2、0<x≦3)の一般式で示される無機結晶を母体とする蛍光体のなかでも、m=11(n=13)のSiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される無機結晶を母体とする蛍光体は、特に優れた発光特性を示すことを見出した。以下に、SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)結晶の合成と構造解析について詳細に説明する。
[Synthesis and Structural Analysis of Crystalline Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2)]
The present inventors have found that the inorganic crystals represented by M n X n+1 obtained in Examples 1 to 43 are Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (m=n-2, 0<x≦. Among the phosphors whose parent is the inorganic crystal represented by the general formula 3), the phosphor is represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (0<x≦3) with m=11 (n=13). It has been found that the phosphor having an inorganic crystal as a base material exhibits particularly excellent light emitting characteristics. Hereinafter, Si x Al 13-x O 3-x N 11 + x (0 <x ≦ 3) will be described in detail the synthesis and structural analysis of the crystals.

窒化ケイ素(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al)をカチオン比がSi:Al=2.2:10.8となるような割合で混合組成を設計した。これらの原料粉末を、上記混合組成となるように秤量し、酸素含有量1ppmの窒素雰囲気のグローブボックス中で窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。次いで、得られた混合粉末を、窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。混合粉末(粉体)の嵩密度は約30%であった。 A mixed composition of silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was designed in such a ratio that the cation ratio became Si:Al=2.2:10.8. These raw material powders were weighed so as to have the above-mentioned mixed composition, and mixed for 5 minutes using a silicon nitride sintered body pestle and a mortar in a nitrogen atmosphere glove box having an oxygen content of 1 ppm. Next, the obtained mixed powder was put into a crucible made of a boron nitride sintered body. The bulk density of the mixed powder (powder) was about 30%.

混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10−1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で2000℃でまで昇温し、その温度で2時間保持した。 The crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace. In the firing operation, the firing atmosphere was first evacuated to a vacuum with a pressure of 1×10 −1 Pa or less and heated from room temperature to 800° C. at a rate of 500° C./hr. Nitrogen was introduced to adjust the pressure in the furnace to 1 MPa, the temperature was raised from 500° C./hour to 2000° C., and the temperature was maintained for 2 hours.

合成物を光学顕微鏡で観察し、合成物中から7μm×26μm×57μmの大きさの結晶粒子を採取した。この粒子をエネルギー分散型元素分析器(EDS;ブルカー・エイエックスエス社製QUANTAX)を備えた走査型電子顕微鏡(SEM;日立ハイテクノロジーズ社製のSU1510)を用いて、結晶粒子に含まれる元素の分析を行った。その結果、Si、Al、O、N元素の存在が確認され、Si、Alの含有原子数の比は、2.2:10.8であることが測定された。   The synthesized product was observed with an optical microscope, and crystal particles having a size of 7 μm×26 μm×57 μm were collected from the synthesized product. Using a scanning electron microscope (SEM; SU1510 manufactured by Hitachi High-Technologies Corp.) equipped with an energy dispersive elemental analyzer (EDS; QUANTAX manufactured by Bruker AXS), the particles were analyzed for Analysis was carried out. As a result, the presence of Si, Al, O, and N elements was confirmed, and the ratio of the number of atoms contained in Si and Al was measured to be 2.2:10.8.

次にこの結晶をガラスファイバーの先端に有機系接着剤で固定した。これをMoKα線の回転対陰極付きの単結晶X線回折装置(ブルカー・エイエックスエス社製のSMART APEXII Ultra)を用いて、X線源の出力が50kV50mAの条件でX線回折測定を行った。その結果、この結晶粒子が単結晶であることを確認した。   Next, this crystal was fixed to the tip of the glass fiber with an organic adhesive. This was subjected to X-ray diffraction measurement under the condition that the output of the X-ray source was 50 kV 50 mA, using a single crystal X-ray diffractometer (SMART APEXII Ultra manufactured by Bruker AXS) with a rotating anticathode of MoKα ray. .. As a result, it was confirmed that the crystal grains were single crystals.

次に、X線回折測定結果から単結晶構造解析ソフトウエア(ブルカー・エイエックスエス社製のAPEX2)を用いて結晶構造を求めた。得られた結晶構造データを表1に、結晶構造の図を図1に示す。表1には、結晶系、空間群、格子定数、原子の種類と原子位置が記述してあり、このデータを用いて、単位格子の形および大きさとその中の原子の並びを決めることができる。なお、SiとAlは同じ原子位置にある割合で入り、酸素と窒素は同じ原子位置にある割合で入り、全体として平均化したときにその結晶の組成割合となる。   Next, the crystal structure was determined from the X-ray diffraction measurement results using single crystal structure analysis software (APEX2 manufactured by Bruker AXS). The obtained crystal structure data is shown in Table 1, and the crystal structure diagram is shown in FIG. Table 1 describes the crystal system, space group, lattice constant, atom type and atom position, and this data can be used to determine the shape and size of the unit cell and the arrangement of atoms in it. .. It should be noted that Si and Al enter at the same atomic position, and oxygen and nitrogen enter at the same atomic position, and become the composition ratio of the crystal when averaged as a whole.

この結晶は、直方晶系(斜方晶系)(orthorhombic)に属し、空間群Cmcm、(International Tables for Crystallographyの63番の空間群)に属し、格子定数a,b,cが、
a = 0.30749nm、b = 1.87065nm、c = 3.85432nm、角度α=90°、β=90°、γ=90°であった。また原子位置は表1に示す通りであった。なお、表中、SiとAlは同じ原子位置に組成によって決まるある割合で存在する。また、Alは+3価、Siは+4価であるので、原子位置とAlとSiの比がわかれば、(O、N)位置を占めるOとNの比は結晶の電気的中性の条件から求められる。EDSの測定値のSi:Al比と単結晶X線構造解析から求めたこの結晶の組成は、SiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)であった。なお、出発原料組成と結晶組成が異なる場合があるが、それは少量の第二相としてSiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)以外の組成物が生成したことによる。その場合でも、本測定は単結晶を用いているので解析結果は純粋なSiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)構造を示している。
This crystal belongs to the orthorhombic system (orthorhombic system) (orthorhombic system), the space group Cmcm, (International Tables for Crystallography No. 63 space group), and the lattice constants a, b, and c are
a=0.30749 nm, b=1.87065 nm, c=3.85432 nm, angles α=90°, β=90°, γ=90°. The atomic positions were as shown in Table 1. In the table, Si and Al are present at the same atomic position in a certain ratio determined by the composition. Further, since Al has a valence of +3 and Si has a valence of +4, if the atomic position and the ratio of Al and Si are known, the ratio of O and N occupying the (O,N) position depends on the electrically neutral condition of the crystal. Desired. The composition of this crystal obtained from the Si:Al ratio of the measured value of EDS and the single crystal X-ray structural analysis was Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2). The starting material composition and the crystal composition may be different, but this is because a composition other than Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) was generated as a small amount of the second phase. .. Even in that case, since the measurement uses a single crystal, the analysis result shows a pure Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) structure.

類似組成の検討を行ったところ、SiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)結晶は、結晶構造を保ったままSiの一部をAlで置換、Alの一部をSiで置換、Oの一部または全部をNで置換、Nの一部をOで置換することができ、これら置換された結晶はSiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)と同一の結晶構造を持つ結晶グループの1つの組成であることが確認された。また、電気的中性の条件から、SiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)で示される組成として記述できる。 When a similar composition was investigated, it was found that the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) crystal was partially replaced with Al while maintaining the crystal structure. Can be replaced with Si, a part or all of O can be replaced with N, and a part of N can be replaced with O, and these replaced crystals have Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈ It was confirmed to be one composition of crystal groups having the same crystal structure as in 2.2). Further, it can be described as a composition represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (0<x≦3) from the condition of electrical neutrality.

また、SiAl13−x3−x11+xは、SiAlm+2−x3−xm+x(0<x≦3、m=11)で示される組成としても記述できる。m=11であるSiAl13−x3−x11+x(0<x≦3)結晶を含むこれらの構造はAl(AlN)をSiAlON化したものであり、Al→Si、O→N置換はそれぞれ価数の増減が+1、−1で1:1に対応しているため、どちらの変化量も同一の変数で示すことができる。mの数が増加するとAlN様の相が増え、一番長い格子軸(一般的な表記ではc軸)が伸びる。残りの2軸(a軸とb軸)についてはほぼ同等の値をとる。 In addition, Si x Al 13-x O 3-x N 11+x can also be described as a composition represented by Si x Al m+2-x O 3-x N m+x (0<x≦3, m=11). These structures including the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (0<x≦3) crystal in which m=11 are obtained by converting Al 2 O 3 (AlN) m into SiAlON. , O→N substitution correspond to increase/decrease in valence of +1 and −1, respectively, so that both change amounts can be represented by the same variable. As the number of m increases, AlN-like phases increase, and the longest lattice axis (c-axis in general notation) extends. The remaining two axes (a-axis and b-axis) have almost the same values.

結晶構造データからこの結晶は今まで報告されていない新規の物質であることが確認された。結晶構造データから計算した粉末X線回折パターンを図2に示す。今後は、合成物の粉末X回折測定を行い、測定された粉末パターンが図2と同じであれば図1の結晶SiAl13−x3−x11+xが生成していると判定できる。さらに、SiAl13−x3−x11+x系結晶として結晶構造を保ったまま格子定数等が変化したものは、粉末X線回折測定により得られた格子定数の値と表1の結晶構造データから計算により粉末X線パターンを計算できるので、計算パターンと比較することによりSiAl13−x3−x11+x系結晶が生成していると判定できる。 It was confirmed from the crystal structure data that this crystal was a novel substance that had not been reported until now. The powder X-ray diffraction pattern calculated from the crystal structure data is shown in FIG. In the future, powder X-ray diffraction measurement of the compound will be performed, and if the measured powder pattern is the same as in FIG. 2, it can be determined that the crystal Si x Al 13-x O 3-x N 11+x in FIG. 1 is generated. .. Further, as the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x- based crystal in which the lattice constant and the like changed while maintaining the crystal structure, the values of the lattice constant obtained by the powder X-ray diffraction measurement and the crystal of Table 1 were used. Since the powder X-ray pattern can be calculated from the structural data by calculation, it can be determined by comparison with the calculated pattern that a Si x Al 13-x O 3-x N 11+x- based crystal is generated.

[蛍光体実施例;例44から例53]
表14および表15に示す設計組成に従って、原料を表16の混合組成(質量比)となるように秤量した。設計パラメータはm=11(n=13)とし、xは0.5〜3の範囲とした。使用する原料の種類によっては表14および表15の設計組成と表16の混合組成で組成が異なる場合が生じるが、この場合は金属イオンの量が合致するように混合組成を決定した。組成のずれの成分は、生成物中に第二相として混入するが、その量はわずかであるので、性能に及ぼす影響は少ない。秤量した原料粉末を窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。その後、混合粉末を窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。粉体の嵩密度は約20%から30%であった。
[Phosphor Examples; Examples 44 to 53]
According to the design composition shown in Table 14 and Table 15, the raw materials were weighed so as to have the mixed composition (mass ratio) of Table 16. The design parameters were m=11 (n=13), and x was in the range of 0.5 to 3. Depending on the type of raw material used, the composition may differ between the design composition of Tables 14 and 15 and the mixed composition of Table 16, and in this case, the mixed composition was determined so that the amounts of metal ions would match. The component having the compositional deviation is mixed in the product as the second phase, but the amount thereof is small, so that the influence on the performance is small. The weighed raw material powders were mixed for 5 minutes using a silicon nitride sintered body pestle and a mortar. Then, the mixed powder was put into a crucible made of a boron nitride sintered body. The bulk density of the powder was about 20% to 30%.

混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10−1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で表17に示す設定温度まで昇温し、その温度で2時間保持した。 The crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace. In the firing operation, the firing atmosphere was first evacuated to a vacuum with a pressure of 1×10 −1 Pa or less and heated from room temperature to 800° C. at a rate of 500° C./hour to obtain a purity of 99.999% by volume at 800° C. The pressure in the furnace was raised to 1 MPa by introducing nitrogen, the temperature was raised to the set temperature shown in Table 17 at 500° C./hour, and the temperature was maintained for 2 hours.

次に、合成した化合物をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、SiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)の結晶と同じ結晶構造を持つ結晶相が生成していることが確認された。また、EDSの測定より、合成物はEu、Si、Al、N、Oを含むことが確認された。即ち、合成物はSiAl13−x3−x11+x系結晶に発光イオンであるEuが固溶した無機化合物であることが確認された。 Next, the synthesized compound was crushed using an agate mortar, and powder X-ray diffraction measurement was performed using K α rays of Cu. As a result, it was confirmed that a crystal phase having the same crystal structure as the crystal of Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) was generated. Moreover, it was confirmed from the measurement of EDS that the compound contained Eu, Si, Al, N, and O. That is, it was confirmed that the compound was an inorganic compound in which Eu, which was a light emitting ion, was solid-dissolved in the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x system crystal.

焼成後、この得られた焼成体を粗粉砕の後、窒化ケイ素焼結体製のるつぼと乳鉢を用いて手で粉砕し、30μmの目のふるいを通した。粒度分布を測定したところ、平均粒径は3〜8μmであった。   After firing, the obtained fired body was roughly pulverized, then manually pulverized using a crucible and a mortar made of a silicon nitride sintered body, and passed through a 30 μm mesh sieve. When the particle size distribution was measured, the average particle size was 3 to 8 μm.

これらの粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青色から黄色に発光し、特定の組成において、青色から緑色に発光することを確認した。この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトルを、蛍光分光光度計を用いて測定した。励起スペクトルのピーク波長と発光スペクトルのピーク波長を表18に示す。これらの無機化合物は、300nm〜380nmの紫外線、380nm〜450nmの紫色または青色光で励起することが可能であり、青色から緑色発光する蛍光体であることが確認された。   As a result of irradiating these powders with a lamp that emits light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that blue to yellow light was emitted, and that blue light was emitted from green light in a specific composition. The emission spectrum and excitation spectrum of this powder were measured using a fluorescence spectrophotometer. Table 18 shows the peak wavelength of the excitation spectrum and the peak wavelength of the emission spectrum. It was confirmed that these inorganic compounds are phosphors that can be excited by ultraviolet rays of 300 nm to 380 nm, violet of 380 nm to 450 nm or blue light, and emit blue to green light.

なお、混合原料組成と合成物の化学組成が異なっている部分は、不純物第二相として合成物中に微量混在していると考えられる。   It should be noted that a portion where the mixed raw material composition and the chemical composition of the synthetic product are different from each other is considered to be present in a small amount as a second phase of impurities in the synthetic product.

図3は、実施例51で合成した蛍光体の粉末X線回折結果を示す図である。
図4は、実施例51で合成した蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a powder X-ray diffraction result of the phosphor synthesized in Example 51.
FIG. 4 is a diagram showing an excitation spectrum and an emission spectrum of the phosphor synthesized in Example 51.

合成した蛍光体の粉末X線回折結果(図3)は構造解析の結果(図2)と良い一致を示し、実施例51ではSiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)結晶とX線回折パターンが同じであり、SiAl13−x3−x11+x(x≒2.2)結晶と同一の結晶構造を持つ結晶が主成分であることが確認された。実施例51では、359nmで最も効率よく励起できることがわかり、359nmで励起したときの発光スペクトルは479nmにピークを持つ発光を呈することがわかった。また、実施例51の蛍光体の発光色が、CIE1931色度座標において、(0.169,0.273)であることを確認した。 The powder X-ray diffraction result (FIG. 3) of the synthesized phosphor shows good agreement with the result of structural analysis (FIG. 2), and in Example 51, Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2. 2) It was confirmed that the X-ray diffraction pattern was the same as that of the crystal, and the crystal having the same crystal structure as the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (x≈2.2) crystal was the main component. It was In Example 51, it was found that excitation was most efficient at 359 nm, and it was found that the emission spectrum when excited at 359 nm exhibits emission having a peak at 479 nm. Further, it was confirmed that the emission color of the phosphor of Example 51 was (0.169, 0.273) on the CIE1931 chromaticity coordinate.

[発光装置および画像表示装置の実施例;実施例54から57]
次ぎに、本発明の蛍光体を用いた発光装置について説明する。
[Examples of Light-Emitting Device and Image Display Device; Examples 54 to 57]
Next, a light emitting device using the phosphor of the present invention will be described.

[実施例54]
図5は、本発明による照明器具(砲弾型LED照明器具)を示す概略図である。
Example 54
FIG. 5 is a schematic view showing a lighting device (bullet-type LED lighting device) according to the present invention.

図5に示すいわゆる砲弾型白色発光ダイオードランプ(1)を製作した。2本のリードワイヤ(2、3)があり、そのうち1本(2)には、凹部があり、365nmに発光ピークを持つ紫外発光ダイオード素子(4)が載置されている。紫外発光ダイオード素子(4)の下部電極と凹部の底面とが導電性ペーストによって電気的に接続されており、上部電極ともう1本のリードワイヤ(3)とが金細線(5)によって電気的に接続されている。蛍光体(7)が樹脂に分散され、紫外発光ダイオード素子(4)近傍に実装されている。この蛍光体を分散した第一の樹脂(6)は、透明であり、紫外発光ダイオード素子(4)の全体を被覆している。凹部を含むリードワイヤの先端部、紫外発光ダイオード素子、蛍光体を分散した第一の樹脂は、透明な第二の樹脂(8)によって封止されている。透明な第二の樹脂(8)は全体が略円柱形状であり、その先端部がレンズ形状の曲面となっていて、砲弾型と通称されている。   A so-called bullet type white light emitting diode lamp (1) shown in FIG. 5 was manufactured. There are two lead wires (2, 3), one of which (2) has a recess and an ultraviolet light emitting diode element (4) having an emission peak at 365 nm is mounted. The lower electrode of the ultraviolet light emitting diode element (4) and the bottom surface of the recess are electrically connected by a conductive paste, and the upper electrode and the other lead wire (3) are electrically connected by a thin gold wire (5). It is connected to the. The phosphor (7) is dispersed in resin and mounted in the vicinity of the ultraviolet light emitting diode element (4). The first resin (6) in which this phosphor is dispersed is transparent and covers the entire ultraviolet light emitting diode element (4). The tip portion of the lead wire including the concave portion, the ultraviolet light emitting diode element, and the first resin in which the phosphor is dispersed are sealed with a transparent second resin (8). The transparent second resin (8) has a substantially columnar shape as a whole, and the tip end portion thereof has a lens-shaped curved surface, which is commonly called a shell type.

本実施例では、実施例51で作製した蛍光体とCaAlSiN:Eu赤色蛍光体を質量比で4:1に混合した蛍光体粉末を25重量%の濃度でエポキシ樹脂に混ぜ、これをディスペンサを用いて適量滴下して、蛍光体を混合したもの(7)を分散した第一の樹脂(6)を形成した。得られた発光装置の発色は、x=0.45、y=0.39であり、電球色であった。 In this example, the phosphor powder prepared by mixing the phosphor prepared in Example 51 and the CaAlSiN 3 :Eu red phosphor at a mass ratio of 4:1 was mixed with an epoxy resin at a concentration of 25% by weight, and this was mixed with a dispenser. A proper amount of the mixture was dropped to form a first resin (6) in which a mixture of phosphors (7) was dispersed. The color of the obtained light emitting device was x=0.45 and y=0.39, and was a light bulb color.

また、405nmに発光ピークを持つ紫色発光ダイオード素子を用いて、同様に砲弾型白色発光ダイオードランプを作製したところ、ほぼ同様の結果が得られた。   Further, when a bullet-shaped white light emitting diode lamp was produced in the same manner by using a purple light emitting diode element having an emission peak at 405 nm, almost the same result was obtained.

[実施例55]
図6は、本発明による照明器具(基板実装型LED照明器具)を示す概略図である。
[Example 55]
FIG. 6 is a schematic view showing a lighting device (board-mounted LED lighting device) according to the present invention.

図6に示す基板実装用チップ型白色発光ダイオードランプ(11)を製作した。可視光線反射率の高い白色のアルミナセラミックス基板(19)に2本のリードワイヤ(12、13)が固定されており、それらワイヤの片端は基板のほぼ中央部に位置し、他端はそれぞれ外部に出ていて電気基板への実装時ははんだづけされる電極となっている。リードワイヤのうち1本(12)は、その片端に、基板中央部となるように発光ピーク波長450nmの青色発光ダイオード素子(14)が載置され固定されている。青色発光ダイオード素子(14)の下部電極と下方のリードワイヤとは導電性ペーストによって電気的に接続されており、上部電極ともう1本のリードワイヤ(13)とが金細線(15)によって電気的に接続されている。   A chip-type white light emitting diode lamp (11) for mounting on a substrate shown in FIG. 6 was manufactured. Two lead wires (12, 13) are fixed to a white alumina ceramics substrate (19) having a high visible light reflectance, one end of each of these wires is located in the substantially central part of the substrate, and the other end is external. It is an electrode that is soldered when mounted on an electric board. One of the lead wires (12) has a blue light emitting diode element (14) having an emission peak wavelength of 450 nm mounted and fixed at one end thereof so as to be in the central portion of the substrate. The lower electrode of the blue light emitting diode element (14) and the lower lead wire are electrically connected by a conductive paste, and the upper electrode and another lead wire (13) are electrically connected by a thin gold wire (15). Connected to each other.

第一の樹脂(16)とα−SiAlON:Eu黄色蛍光体と実施例51で作製した蛍光体を質量比で7:3に混合した蛍光体(17)を混合したものが、発光ダイオード素子近傍に実装されている。この蛍光体を分散した第一の樹脂は、透明であり、青色発光ダイオード素子(14)の全体を被覆している。また、セラミック基板上には中央部に穴の開いた形状である壁面部材(20)が固定されている。壁面部材(20)は、その中央部が青色発光ダイオード素子(14)及び蛍光体(17)を分散させた樹脂(16)がおさまるための穴となっていて、中央に面した部分は斜面となっている。この斜面は光を前方に取り出すための反射面であって、その斜面の曲面形は光の反射方向を考慮して決定される。また、少なくとも反射面を構成する面は白色または金属光沢を持った可視光線反射率の高い面となっている。本実施例では、該壁面部材(20)を白色のシリコーン樹脂によって構成した。壁面部材の中央部の穴は、チップ型発光ダイオードランプの最終形状としては凹部を形成するが、ここには青色発光ダイオード素子(14)及び蛍光体(17)を分散させた第一の樹脂(16)のすべてを封止するようにして透明な第二の樹脂(18)を充填している。本実施例では、第一の樹脂(16)と第二の樹脂(18)とには同一のエポキシ樹脂を用いた。蛍光体の添加割合は実施例54と略同一、達成された色度は、x=0.33、y=0.33であり、白色であった。   A mixture of the first resin (16), the α-SiAlON:Eu yellow phosphor, and the phosphor (17) obtained by mixing the phosphor prepared in Example 51 in a mass ratio of 7:3 was used in the vicinity of the light emitting diode element. It is implemented in. The first resin in which the phosphor is dispersed is transparent and covers the entire blue light emitting diode element (14). A wall surface member (20) having a hole at the center is fixed on the ceramic substrate. The central portion of the wall member (20) is a hole for the resin (16) in which the blue light emitting diode element (14) and the phosphor (17) are dispersed to be accommodated, and the portion facing the center is a slope. Is becoming This slope is a reflection surface for extracting light forward, and the curved shape of the slope is determined in consideration of the light reflection direction. Further, at least the surface forming the reflecting surface is white or has a metallic luster and has a high visible light reflectance. In this embodiment, the wall surface member (20) is made of white silicone resin. The hole in the center of the wall member forms a recess as the final shape of the chip type light emitting diode lamp, but here, the first resin (in which the blue light emitting diode element (14) and the phosphor (17) are dispersed ( A transparent second resin (18) is filled so as to seal all of 16). In this example, the same epoxy resin was used for the first resin (16) and the second resin (18). The addition ratio of the phosphor was almost the same as in Example 54, and the achieved chromaticity was x=0.33 and y=0.33, which was white.

次ぎに、本発明の蛍光体を用いた画像表示装置の設計例について説明する。   Next, a design example of an image display device using the phosphor of the present invention will be described.

[実施例56]
図7は、本発明による画像表示装置(プラズマディスプレイパネル)を示す概略図である。
[Example 56]
FIG. 7 is a schematic view showing an image display device (plasma display panel) according to the present invention.

本発明の実施例51の青色蛍光体(31)と緑色蛍光体(β−サイアロン:Eu2+)(32)および赤色蛍光体(CaAlSiN:Eu2+)(33)が、ガラス基板(44)上に電極(37、38、39)および誘電体層(41)を介して配置されたそれぞれのセル(34、35、36)の内面に塗布されている。電極(37、38、39、40)に通電するとセル中でXe放電により真空紫外線が発生し、これにより蛍光体が励起されて、赤、緑、青の可視光を発し、この光が保護層(43)、誘電体層(42)、ガラス基板(45)を介して外側から観察され、画像表示装置として機能する。 The blue phosphor (31), the green phosphor (β-sialon:Eu 2+ )(32) and the red phosphor (CaAlSiN 3 :Eu 2 + )(33) of Example 51 of the present invention were placed on the glass substrate (44). On the inner surfaces of the respective cells (34, 35, 36) arranged via electrodes (37, 38, 39) and a dielectric layer (41). When the electrodes (37, 38, 39, 40) are energized, vacuum ultraviolet rays are generated by Xe discharge in the cell, which excites the phosphors and emits red, green, and blue visible light, which is the protective layer. It is observed from the outside through (43), the dielectric layer (42), and the glass substrate (45), and functions as an image display device.

[実施例57]
図8は、本発明による画像表示装置(フィールドエミッションディスプレイパネル)を示す概略図である。
Example 57
FIG. 8 is a schematic view showing an image display device (field emission display panel) according to the present invention.

本発明の実施例51の青色蛍光体(56)が陽極(53)の内面に塗布されている。陰極(52)とゲート(54)の間に電圧をかけることにより、エミッタ(55)から電子(57)が放出される。電子は陽極(53)と陰極の電圧により加速されて、青色蛍光体(56)に衝突して蛍光体が発光する。全体はガラス(51)で保護されている。図は、1つのエミッタと1つの蛍光体からなる1つの発光セルを示したが、実際には青色の他に、赤色、緑色のセルが多数配置されて多彩な色を発色するディスプレイが構成される。緑色や赤色のセルに用いられる蛍光体に関しては特に指定しないが、低速の電子線で高い輝度を発するものを用いると良い。   The blue phosphor (56) of Example 51 of the present invention is applied to the inner surface of the anode (53). Electrons (57) are emitted from the emitter (55) by applying a voltage between the cathode (52) and the gate (54). The electrons are accelerated by the voltages of the anode (53) and the cathode, collide with the blue phosphor (56), and the phosphor emits light. The whole is protected by glass (51). The figure shows one light emitting cell consisting of one emitter and one phosphor, but in reality, in addition to blue, many red and green cells are arranged to form a display that emits various colors. It The phosphors used in the green and red cells are not particularly specified, but it is preferable to use a phosphor that emits high brightness with a low-speed electron beam.

本発明の窒化物蛍光体は、従来の蛍光体とは異なる発光特性(発光色や励起特性、発光スペクトル)を有し、かつ、470nm以下のLEDと組み合わせた場合でも発光強度が高く、化学的および熱的に安定であり、さらに励起源に曝された場合の蛍光体の輝度の低下が少ないので、VFD、FED、PDP、CRT、白色LEDなどに好適に使用される窒化物蛍光体である。今後、各種表示装置における材料設計において、大いに活用され、産業の発展に寄与することが期待できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The nitride phosphor of the present invention has emission characteristics (emission color, excitation characteristic, emission spectrum) different from those of conventional phosphors, has high emission intensity even when combined with an LED of 470 nm or less, and is chemically It is a nitride phosphor that is suitable for use in VFD, FED, PDP, CRT, white LED, etc., because it is thermally stable, and the brightness of the phosphor does not deteriorate much when exposed to an excitation source. . In the future, it can be expected that it will be greatly utilized in the material design of various display devices and contribute to the development of industry.

1.砲弾型発光ダイオードランプ。
2、3.リードワイヤ。
4.発光ダイオード素子。
5.金細線。
6、8.樹脂。
7.蛍光体。
11.基板実装用チップ型白色発光ダイオードランプ。
12、13.リードワイヤ。
14.発光ダイオード素子。
15.金細線。
16、18.樹脂。
17.蛍光体。
19.アルミナセラミックス基板。
20.壁面部材。
31.青色蛍光体。
32.緑色蛍光体。
33.赤色蛍光体。
34、35、36.紫外線発光セル。
37、38、39、40.電極。
41、42.誘電体層。
43.保護層。
44、45.ガラス基板。
51.ガラス。
52.陰極。
53.陽極。
54.ゲート。
55.エミッタ。
56.蛍光体。
57.電子。
1. Cannonball type light emitting diode lamp.
2, 3. Lead wire.
4. Light emitting diode element.
5. Gold wire.
6,8. resin.
7. Phosphor.
11. Chip type white light emitting diode lamp for board mounting.
12, 13. Lead wire.
14. Light emitting diode element.
15. Gold wire.
16,18. resin.
17. Phosphor.
19. Alumina ceramic substrate.
20. Wall member.
31. Blue phosphor.
32. Green phosphor.
33. Red phosphor.
34, 35, 36. Ultraviolet light emitting cell.
37, 38, 39, 40. electrode.
41, 42. Dielectric layer.
43. Protective layer.
44, 45. Glass substrate.
51. Glass.
52. cathode.
53. anode.
54. Gate.
55. The emitter.
56. Phosphor.
57. Electronic.

Claims (24)

少なくとも金属元素Mと非金属元素Xとを含むMn+1で示される無機結晶(ただし、nは、3≦n≦52の範囲の数値、前記金属元素Mは、少なくとも、Al(アルミニウム)と、Si(シリコン)と、必要に応じてL元素(L元素は、Al、Si以外の金属元素)とを含み、前記非金属元素Xは、少なくとも、N(窒素)と、必要に応じてO(酸素)と、必要に応じてZ元素(Z元素は、N、O以外の非金属元素)とを含む)、それと同一の結晶構造を有する無機結晶、あるいは、これらの固溶体である無機結晶に、A元素(ただしAは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を含み、前記Mn+1で示される無機結晶は、SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶(ただし、0<x≦3)である蛍光体。 An inorganic crystal represented by M n X n+1 containing at least a metal element M and a non-metal element X (where n is a numerical value in the range of 3≦n≦52, and the metal element M is at least Al (aluminum)). , Si (silicon) and, if necessary, L element (where L element is a metal element other than Al and Si), the non-metal element X is at least N (nitrogen), and optionally O. (Oxygen) and, if necessary, Z element (Z element is a nonmetallic element other than N and O), an inorganic crystal having the same crystal structure, or an inorganic crystal which is a solid solution thereof. , A element (provided that A is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Yb) as a solid solution, and M n X The inorganic crystal represented by n+1 is a phosphor that is an inorganic crystal represented by Si x Al 13-x O 3-x N 11+x (provided that 0<x≦3). 前記同一の結晶構造を有する無機結晶は、(Si,Al)13(O,N)14で示される無機結晶である、請求項1に記載の蛍光体。 The phosphor according to claim 1, wherein the inorganic crystals having the same crystal structure are inorganic crystals represented by (Si,Al) 13 (O,N) 14 . 前記SiAl13−x3−x11+xで示される無機結晶、これと同一の結晶構造を有する無機結晶またはこれらの固溶体である無機結晶が、直方晶系(斜方晶系)の結晶であり、空間群Cmcmの対称性を持ち、格子定数a、b、cが、
a = 0.30749±0.05 nm
b = 1.87065±0.05 nm
c = 3.85432±0.05 nm
の範囲の値である請求項1に記載の蛍光体。
The inorganic crystal represented by the Si x Al 13-x O 3-x N 11+x , the inorganic crystal having the same crystal structure as the inorganic crystal, or the inorganic crystal which is a solid solution thereof is a orthorhombic crystal. And has the symmetry of the space group Cmcm, and the lattice constants a, b, and c are
a = 0.30749±0.05 nm
b=1.87065±0.05 nm
c=3.8432±0.05 nm
The phosphor according to claim 1, which has a value within the range.
前記x値が、1.5≦x≦3である、請求項1に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, wherein the x value is 1.5≦x≦3. 前記x値が、2≦x≦2.9である、請求項4に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 4, wherein the x value is 2≦x≦2.9. 前記A元素がEuである、請求項1に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, wherein the A element is Eu. 前記無機化合物は、組成式SiAl(ただし、式中a+b+c+d+e+f=1であり、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Qは、Al、Si、O、N、A以外の元素から選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.014 ≦ a ≦ 0.111
0.369 ≦ b < 0.48
0 ≦ c < 0.111
0.406 < d < 0.517
0.0001 ≦ e ≦ 0.03
0 ≦ f ≦ 0.3
の条件を全て満たす範囲の値である、請求項1に記載の蛍光体。
The inorganic compound has a composition formula Si a Al b O c N d A e Q f (where a+b+c+d+e+f=1, where A is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb. 1 or 2 or more elements selected from, Q is one or two or more elements selected from elements other than Al, Si, O, N, A), and parameters a, b, c, d, e, f are
0.014 ≤ a ≤ 0.111
0.369 ≤ b <0.48
0 ≤ c <0.111
0.406 <d <0.517
0.0001 ≤ e ≤ 0.03
0 ≤ f ≤ 0.3
The phosphor according to claim 1, which has a value in a range that satisfies all of the conditions.
前記パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0185 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.4613
0 ≦ c ≦ 0.0923
0.4244 ≦ d ≦ 0.5166
0.0001 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値である、請求項7に記載の蛍光体。
The parameters a, b, c, d, e, f are
0.0185 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.4613
0 ≤ c ≤ 0.0923
0.4244 ≤ d ≤ 0.5166
0.0001 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
The phosphor according to claim 7, which has a value in a range satisfying all of the conditions.
前記パラメータa、b、c、d、e、fが、
0.0738 ≦ a ≦ 0.1107
0.369 ≦ b ≦ 0.4059
0 ≦ c ≦ 0.0369
0.4797 ≦ d ≦ 0.5166
0.0004 ≦ e ≦ 0.0196
0 ≦ f ≦ 0.0233
の条件を全て満たす範囲の値である、請求項8に記載の蛍光体。
The parameters a, b, c, d, e, f are
0.0738 ≤ a ≤ 0.1107
0.369 ≤ b ≤ 0.4059
0 ≤ c ≤ 0.0369
0.4797 ≤ d ≤ 0.5166
0.0004 ≤ e ≤ 0.0196
0 ≤ f ≤ 0.0233
The phosphor according to claim 8, which has a value in a range satisfying all of the conditions.
前記無機化合物が、平均粒径0.1μm以上40μm以下の単結晶粒子あるいは単結晶の集合体である、請求項1に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, wherein the inorganic compound is a single crystal particle or an aggregate of single crystals having an average particle size of 0.1 μm or more and 40 μm or less. 請求項1に記載の無機化合物からなる蛍光体と他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物から構成され、前記蛍光体の含有量が20質量%以上である、請求項1に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, which is composed of a mixture of the phosphor comprising the inorganic compound according to claim 1 and another crystalline phase or an amorphous phase, and the content of the phosphor is 20% by mass or more. 励起源を照射することにより460nmから500nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光する、請求項1に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, which emits fluorescence having a peak in a wavelength range of 460 nm to 500 nm when irradiated with an excitation source. 前記励起源が100nm以上420nm以下の波長を持つ真空紫外線、紫外線または可視光、電子線またはX線である、請求項12に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 12, wherein the excitation source is vacuum ultraviolet light having a wavelength of 100 nm or more and 420 nm or less, ultraviolet light or visible light, electron beam or X-ray. 金属化合物の混合物であって焼成することにより、請求項1に記載の蛍光体を構成しうる原料混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成する、請求項1に記載の蛍光体の製造方法。   A raw material mixture, which is a mixture of metal compounds and can form the phosphor according to claim 1, is fired in a temperature range of 1200° C. or higher and 2200° C. or lower in an inert atmosphere containing nitrogen. The method for producing the phosphor according to claim 1. 前記金属化合物の混合物が、AlNおよび/またはAlと、Siと、Aの酸化物または窒化物(ただし、Aは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)とを含む、請求項14に記載の蛍光体の製造方法。 The mixture of the metal compounds is AlN and/or Al 2 O 3 , Si 3 N 4, and an oxide or nitride of A (where A is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, 15. One or more elements selected from Dy and Yb)), The method for producing the phosphor according to claim 14. 粉体または凝集体形状の金属化合物を、嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する、請求項14に記載の蛍光体の製造方法。   The method for producing a phosphor according to claim 14, wherein the powdery or agglomerate-shaped metal compound is filled in a container in a state where the filling rate is 40% or less in bulk density and then baked. 少なくとも発光体と蛍光体とから構成される発光装置において、前記蛍光体は、少なくとも請求項1に記載の蛍光体を用いる、発光装置。   A light emitting device comprising at least a light emitting body and a phosphor, wherein the phosphor uses at least the phosphor according to claim 1. 前記発光体が、330〜500nmの波長の光を発する発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、半導体レーザ、または、有機EL発光体(OLED)である、請求項17に記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 17, wherein the light emitter is a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a semiconductor laser, or an organic EL light emitter (OLED) that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm. 前記発光装置が、白色発光ダイオード、前記白色発光ダイオードを複数含む照明器具、または、液晶パネル用バックライトである、請求項17に記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 17, wherein the light emitting device is a white light emitting diode, a lighting fixture including a plurality of the white light emitting diodes, or a liquid crystal panel backlight. 前記発光体が、ピーク波長300〜450nmの紫外または可視光を発し、請求項1に記載の蛍光体が発する青色または緑色光と他の蛍光体が発する450nm以上の波長の光とを混合することにより白色光または白色光以外の光を発する、請求項17に記載の発光装置。   The phosphor emits ultraviolet or visible light having a peak wavelength of 300 to 450 nm, and mixes blue or green light emitted by the phosphor according to claim 1 with light having a wavelength of 450 nm or more emitted by another phosphor. The light emitting device according to claim 17, which emits white light or light other than white light. 励起源と蛍光体とから構成される画像表示装置において、前記蛍光体は、少なくとも請求項1に記載の蛍光体を含む、画像表示装置。   An image display device comprising an excitation source and a phosphor, wherein the phosphor includes at least the phosphor according to claim 1. 前記画像表示装置が、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、または、液晶ディスプレイ(LCD)のいずれかである、請求項21に記載の画像表示装置。   The image display device is any one of a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), and a liquid crystal display (LCD). The image display device described. 請求項1に記載の蛍光体からなる顔料。   A pigment comprising the phosphor according to claim 1. 請求項1に記載の蛍光体からなる紫外線吸収剤。   An ultraviolet absorber comprising the phosphor according to claim 1.
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