JP6959601B2 - 蛍光体の製造方法 - Google Patents
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LiBa2Al1Si7N12系蛍光体はLiBa2Al1Si7N12結晶及びLiBa2Al1Si7N12で示される結晶と同一の結晶構造を有するLiBa2(Al,Si)8(O,N)12結晶、Li(Ba,Sr)2(Al,Si)8(O,N)12結晶やLi(Ba,La)2(Al,Si)8(O,N)12結晶に付活イオンを含有させることにより青色から赤色の蛍光を発することが示されている。特に付活イオンとしてEu元素を選択した場合では、360nmから450nmの光を照射すると、500nm以上550nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色の蛍光を示すことが確認されている。
まず本発明の蛍光体は、Li1Ba2Al1Si7N12系結晶にEuが賦活剤として固溶された無機化合物(以下、「Li1Ba2Al1Si7N12系蛍光体」と称することがある)を含有したものである。蛍光体は、係る無機化合物のみからなるものであっても、この無機化合物を一部に含有したものであってもよい。
ここで、主生成相以外の副生成相つまり、副生成物としては、後述する表3等に示す、Ba2Si5N8蛍光体、BaSi7N10蛍光体、Sr2Si5N8蛍光体、AlN、LiAlSi2N4蛍光体等が挙げられる。
そのため、Ba2Si5N8蛍光体やSr2Si5N8蛍光体のような副生成物の含有割合が増加する程、量子効率や発光スペクトルのピーク強度が大きく低下する。
即ち原料混合物におけるLi/Siのモル比aが1/7<a≦3/7であることと、Al/Siのモル比bが1/7<b≦2/7であることの全てを満たすとき、Ba2Si5N8蛍光体やSr2Si5N8蛍光体のよう副生成物の量を減少でき、Li1Ba2Al1Si7N12系蛍光体の発光スペクトルのピーク強度を高くすることが可能である。
特に、原料混合物中のモル比が1/3≦a≦3/7、1/5<b≦1/4を全て満たすとき、発光スペクトルのピーク強度が大幅に向上するため特に好ましい。
本発明のLi1Ba2Al1Si7N12系蛍光体は、Li、Ba、Al、Si及びNの元素が含有され、Li/Siのモル比aが1/7<a≦3/7となると共に、Al/Siのモル比bが1/7<b≦2/7となるように混合された原料混合物にEuを混合し、焼成し、Li1Ba2Al1Si7N12系結晶を主生成相として生成させることで製造する。
これにより、Li1Ba2Al1Si7N12系蛍光体を主成分として含有した反応混合物の粉末を得ることができる。そのまま使用することも可能であるが、副生成物等を除去する酸処理工程を実施してもよい。
また上述の特許文献1と同様に、Li1Ba2Al1Si7N12蛍光体のBaの一部はSrやLaでの置換が可能であるので、SrやLaの炭酸塩、酸化物、窒化物、炭化物、水素化物、ハロゲン化物、珪化物、金属等も原料混合物として用いてもよい。
この発光装置としては、本発明のLiBa2Al1Si7N12系蛍光体からなる第1蛍光体と共に、第1蛍光体よりも長波長の発光ピークを有する第2蛍光体を一種以上用い、発光素子と組み合わせて発光装置を構成することも可能である。
このような発光装置は、例えば液晶TV用バックライト、プロジェクタの光源装置、照明装置又は信号装置などとして使用可能である。
なお、本発明は様々な他の形態への適用が可能であり、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。
(混合工程)
窒化リチウム(Li3N)、窒化バリウム(Ba3N2)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)と酸化ユーロピウム(Eu2O3)を原料混合物として用い、表1に示すように、設計組成がモル比でEu:Li:Ba:Al:Si=0.04:2.50:1.96:1.50:7.00となるように秤量して混合粉末を作製した。設計組成では、モル比a(Li/Si)は0.36であり、モル比b(Al/Si)は0.21である。表1は、実施例及び比較例の設計組成、焼成条件を示す。
混合粉末を窒素雰囲気のグローブボックス中で瑪瑙製乳棒と乳鉢とを用いて5分間混合を行なった。得られた混合粉末をるつぼに投入した。
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て焼成工程を行った。焼成温度及び時間を表1に示す。
焼成工程では、拡散ポンプにより焼成雰囲気を圧力として1×10−1Pa以下の真空とし、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0.72MPaとし、毎時500℃で1750℃(以下「焼成温度」という)まで昇温し、1時間保持した(以下「保持時間」という)。
焼成後、冷却させて電気炉からるつぼを取り出し、高温で焼成した生成物に対して軽度の解砕を行った後、目開き45μmの篩を通し、目的とする蛍光体を含む生成粉末(以下「焼成粉」という)を得た。
得られた焼成粉にCuのKα線を用いた粉末X線回折測定を実施し、LiBa2Al1Si7N12で示される結晶と同一の結晶構造を有する蛍光体が主生成物として得られていることを確認した。
尚、LiBa2Al1Si7N12で示される結晶と同一の結晶構造を有する蛍光体が得られているか否かの判定基準は特許文献1に従った。
LiBa2Al1Si7N12系結晶以外のピークパターンが確認された場合は、同様の手法で副生成物の同定を行った後、各生成物の重量割合をリートベルト解析により算出した。
副生成物の除去を目的として、得られた焼成粉を硝酸中に浸した。これにより副生成物としてBaSi7N10やLiAlSi2N4が含まれていた場合には溶出させる。
その後、上澄みと微粉を除去するデカンテーションを溶液が中性になるまで繰り返し、最終的に得られた沈殿物をろ過、乾燥し、更に目開き45μmの篩を通過させ、目的とする蛍光体を含む生成粉末(以下「酸処理粉」という)を得た。
得られた焼成粉又は酸処理粉に対してICP−MASSと酸素窒素分析を行い組成の定量を実施した。
焼成工程において焼成温度を1850℃、保持時間を8時間とすること以外は実施例1と同じ方法を用いて蛍光体を作製した。
設計組成を原子比でEu:Li:Ba:Al:Si=0.08:2.50:1.92:1.50:7.00とすること、焼成温度を1850℃、保持時間を8時間とすること以外は実施例1と同じ方法を用いて蛍光体を作製した。設計組成では、モル比a(Li/Si)は0.36であり、モル比b(Al/Si)は0.21である。
設計組成が原子比でEu:Li:Ba:Al:Si=0.05:1.00:1.95:1.00:7.00とし、焼成条件を焼成温度1700℃、保持時間2時間とすること以外は実施例1と同じ方法を用いて蛍光体を作製した。設計組成では、モル比a(Li/Si)は0.14であり、モル比b(Al/Si)は0.14である。
設計組成を原子比でEu:Li:Ba:Al:Si=0.05:2.00:1.95:1.00:7.00とし、焼成条件を焼成温度1700℃、保持時間2時間とすること以外は実施例1と同じ方法を用いて蛍光体を作製した。設計組成では、モル比a(Li/Si)は0.29であり、モル比b(Al/Si)は0.14である。
設計組成を原子比でEu:Li:Ba:Al:Si=0.05:2.00:1.95:1.00:7.00とし、焼成条件を焼成温度1750℃、保持時間2時間とすること以外は実施例1と同じ方法を用いて蛍光体を作製した。設計組成では、モル比a(Li/Si)及びモル比b(Al/Si)は、比較例2と同じである。
図1は、実施例1〜3及び比較例1〜3の蛍光体のX線回折結果を示す図である。図1の縦軸はX線回折強度(任意目盛)を示し、横軸は2θ、即ち、X線の原子面への入射角θの2倍に相当する角度を示している。図1には、LiBa2AlSi7N12と共に、副生成物であるBaSi7N10、Ba2Si5N8、LiAlSi2N4のX線回折結果も示している。図1のX線回折結果を基に算出した化合物の生成相の割合(重量%)を表3に示す。
図2は、実施例1〜3及び比較例1〜3の蛍光体の励起波長に対する500nm以上550nm以下に観測される発光相対ピーク強度を示す図である。図2の横軸は励起波長(nm)であり、縦軸は、発光相対ピーク強度(任意目盛)である。
図2に示すように実施例1〜3のピーク発光波長は、それぞれ509nm、508nm514nmである。比較例1〜3のピーク発光波長は、それぞれ510nm、500nm500nmである。これから、実施例1〜3の蛍光体は、波長300nm以上460nm以下の光によって励起され、波長500nm以上550nm以下に発光ピーク波長を有することがわかる。
尚、発光の相対ピーク強度は市販のYAG蛍光体(組成:Y3Al5O12:Ce)である(化成オプトニクス社製)の455nm励起時の発光スペクトルの最高強度の値を100として算出している。
表6より従来の蛍光体に比べ、本発明の蛍光体の内部量子効率及び外部量子効率が大幅に改善していることが確認できる。
Claims (5)
- Li1Ba2Al1Si7N12で示される結晶構造を有するLi1Ba2Al1Si7N12系結晶にEuが賦活剤として固溶された無機化合物を含有する蛍光体の製造方法であり、
原料混合物におけるLi/Siのモル比aを2/7≦a≦3/7とし且つAl/Siのモル比bを1/5≦b≦1/4となるように混合した原料混合物を、1700℃を超え1900℃以下で焼成して、90重量%以上のLi 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 系結晶を得る、蛍光体の製造方法。 - 前記原料混合物を作製する混合工程と、
窒素を含有する不活性雰囲気中において前記混合工程で得られた原料混合物を焼成する焼成工程と、
前記焼成工程で得られた生成物を解砕する解砕工程と、を有し、
前記混合工程における前記原料混合物を、
窒化物として窒化リチウム(Li 3 N)、窒化バリウム(Ba 3 N 2 )、窒化アルミニウム(AlN)及び窒化ケイ素(Si 3 N 4 )とし、酸化物として酸化ユーロピウム(Eu 2 O 3 )として、
モル比でEu:Li:Ba:Al:Si=0.04:2.50:1.96:1.50:7.00、又は、Eu:Li:Ba:Al:Si=0.08:2.50:1.92:1.50:7.00となるように作製する、請求項1に記載の蛍光体の製造方法。 - 前記焼成工程では、1気圧以上の雰囲気圧力下において1700℃を超え1900℃以下の温度で前記原料混合物を焼成する、請求項1又は2に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記焼成工程において、前記温度での焼成時間を、1時間〜16時間とする、請求項3に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記解砕工程で得た反応混合物の粉末から副生成物を除去する酸処理工程を実施する、請求項2に記載の蛍光体の製造方法。
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