JPH0745655B2 - 蛍光体の製造方法 - Google Patents

蛍光体の製造方法

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JPH0745655B2
JPH0745655B2 JP61252037A JP25203786A JPH0745655B2 JP H0745655 B2 JPH0745655 B2 JP H0745655B2 JP 61252037 A JP61252037 A JP 61252037A JP 25203786 A JP25203786 A JP 25203786A JP H0745655 B2 JPH0745655 B2 JP H0745655B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は螢光体の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
螢光体は殆どの場合数μm乃至十数μmの大きさの粒子
が凝集してできた膜体の形で利用される。このため、あ
る螢光体粒子から螢光が発せられても膜外に放出される
までにはほかの螢光体粒子に幾度かあたり、その表面で
不規則な乱反射を受ける。このため、例えば陰極線管の
螢光膜の場合、内側面から発せられる螢光を外側面から
見るために、不規則な乱反射の影響が強くでる。この結
果、像に“カブリ”が生じてコントラストを悪くした
り、乱反射のために視覚方向への有効な反射を妨げ、輝
度低下の原因ともなる。
従って、微粒子の凝集物で構成されず且つ粒子の形状が
真球に近い螢光体で構成された膜体を得ることができれ
ば、輝度も向上し、コントラスト、解像度も格段に改善
されるし、成膜の際にも容易に最密充填し易くなり、膜
質も良好となる。
従来、螢光体は、例えば母体となる元素を含んだ酸化物
と付活剤となる元素を含んだ化合物とを充分混合し、必
要に応じて融剤を添加し、所定の温度で焼成することに
より得られていた。
しかしながら、この様な従来法によると、得られる螢光
体が、固体−固体、固体−気体−液体等の不均一な反応
により形成され、前述した様な不規則な形状の微粒子と
ならざるを得なかった。また、従来法によると焼成温度
が高くしかも長時間を要していたため、経済的に不利で
あった。しかも、粉末として得る場合、粒度分布を必ず
しも一様に制御することができず、一定粒度のものを得
るためには、更に精密な分級操作等を要していた。
一方、特開昭52−37581号には、螢光体原料を溶融し、
この融体をノズルから噴出させて球状の螢光体を製造す
ることが提案されている。この方法は螢光体原料を溶解
するために、上記従来法よりも高い溶融温度と長い溶融
時間を必要とし、ノズルによる噴出に多くの技術的困難
さが伴う等の問題点が有る。
〔発明の解決すべき問題点〕
本発明は、真球に近い形状に成形された螢光体粒子を容
易に得ることのできる螢光体の製造方法を提供すべくな
されたものである。
本発明は、また、粒子径が均一で且つ所望の粒子径を有
し得る球状螢光体を容易に得ることのできる螢光体の製
造方法を提供すべくなされたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
即ち、本発明の蛍光体の製造方法は、気中で浮遊又は落
下状態の蛍光体原料を、該原料中の付活剤が母体に付活
し得る温度で且つ蛍光体原料の表面が溶融する温度以上
で高温プラズマにより加熱し、次いで冷却することを特
徴とする。
〔発明の具体的説明及び実施例〕
本発明で使用する前記螢光体原料とは、螢光体の主構成
成分である母体を構成する元素を含む化合物(例えば酸
化物、硫化物、リン酸塩、ハロゲン化物、酸硫化物、あ
るいはこれらの混合物など)、螢光体を構成する付活剤
を形成するための元素を含む化合物(例えば酸化物、硫
化物、リン酸塩、ハロゲン化物、酸硫化物、あるいはこ
れらの混合物等)、及び必要に応じて用いられる融剤
(フラックス)等の添加物などを混合し、必要に応じて
成形して例えば粉粒状、塊状等の形状で得られるもので
あり、この様な原料混合物を予め前記付活剤が付活しな
い温度で仮焼したものでもよいしあるいは合成された螢
光体を螢光体原料として用いてもよい。このうち、本発
明においては、必要に応じて仮焼し螢光体と同一組成あ
るいは近似の組成で得られる。即ち加熱により実質的に
螢光体と同一の組成になる組成の粉粒状の原料を造粒し
た螢光体原料を用いるのが好ましい。造粒して得られる
粒体の形状は、より好ましくは球に近い形状であり、粒
子径は用途に応じて適宜調整されるが、0.2〜200μmの
範囲であることが好ましい。また加熱時間が通常極めて
短かいために、この様な短かい時間内に付活剤が良好に
付活されるために、以下の原料調整が推奨される。その
1つに螢光体原料に、母体原料全部又は母体原料の少な
くとも1種の表面に付活剤又は付活剤元素を含む化合物
が被覆されたものを用いる方法がある。この様な方法と
しては、例えば下記の様である。
即ち、付活剤を溶液中に溶解させ、母体表面に被覆す
る。これには、付活剤となりうる元素の塩すなわち、ハ
ライド、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、アンモニウム塩等
を、水、アルコール、ケトン、エステル等の溶媒を用い
て溶解させ、母体原料をデイッピング、静電コート等に
より被覆後、乾燥して得られる。
但し、母体原料が、細粒子であると、凝集している場合
がある。この時は、分散剤を用いて、分散後被覆すると
良い。使用する分散剤としては、焼成後、残留しない有
機系の分散剤(ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリカ
ルボン酸アンモニウム塩等)が望ましい。
量は母体原料に対し、0.01〜10重量%が望ましい。更
に、乾燥後、凝集をほぐす目的で粉砕する場合がある
が、せっかく被覆した賦活剤が剥離する事がある。この
場合には有機系の結合剤(バインダー、例えばポリビニ
ルアルコール、ポリビニルピロリドン、アクリル樹脂
等)を添加するとよい。添加量は、母体原料に対して、
0.005〜10重量%が望ましい。
その他の方法としては、前記螢光体原料に、母体原料全
部又は母体原料の少なくとも1種と、付活剤又は付活剤
元素を含む化合物の共沈物を用いる方法がある。この様
な共沈物を得る方法は良く知られているが、1例を挙げ
れば、酸化イットリウムとユーロピウムの共沈物はイッ
トリウムとユーロピウムの塩化物水溶液中にシュウ酸水
溶液を入れ、数十度に加熱することによって得られる。
以上述べた如き原料調整をおこなうと、均一で且つ小粒
子の造粒が出来、更に得られる螢光体の輝度がより高
い。特に被覆する方法は、付活剤の分布を螢光体粒子の
深さ方向に調整出来るため、励起エネルギーが低い紫外
線や低速電子線等で励起する用途においてはより好まし
い。
本発明においてこの様に調製される螢光体原料を気中で
浮遊又は落下状態で加熱するための加熱源としては、従
来公知の加熱手段を用いることができるが、とりわけ高
温プラズマを用いるのが高輝度で且つ透光性の高い螢光
体が得られ好ましい。
本発明方法により螢光体を短時間で合成するためには、
超高温雰囲気にすることを要するが、一般に酸水素炎は
最高2500℃が限度と言われており、例えば高温焼成用螢
光体の場合には相当量のフラックスを存在させることが
必要である。この場合フラックス量は螢光体の母体の重
量に対して最大80重量%、最低でも10重量%が必要であ
る。
これに対し、高温プラズマが達成できる温度は、最大数
万度と言われており、フラックスを使用しなくとも母体
及び付活剤の反応を完結させることができ、しかも蛍光
体原料の表面が溶融するので、真球に近い形状の蛍光体
粒子を容易に得ることができ、また螢光体合成後に洗浄
等の精製工程を加えることなく高純度の螢光体を合成す
ることができる。
高温プラズマを発生させる方法としては、誘導結合方式
のプラズマ装置が好ましく、螢光体を浮遊又は落下せし
める容器乃至管の周囲に高周波誘導コイルを配置するこ
とにより、電極と螢光体原料とを隔離させることがで
き、コンタミネーションを防止することができる。プラ
ズマを発生させるためのガスとしては、酸素、窒素、ア
ルゴン、炭酸ガス、これらの2種以上の混合ガスなどが
あり、合成する螢光体の種類に応じて適宜選択するのが
好ましい。
加熱下におかれる螢光体原料は、充分に凝集をなくした
状態で供給される必要がある。凝集をなくすためには、
振動ふるいを通過させる等の方法もあるが、より確実に
は、螢光体原料に同じ電荷を与えて分離させるのが好ま
しい。
本発明方法を実施するためには、例えば第1図に示す様
な装置を用いることができる。
第1図に示した装置は、螢光体原料を落下状態で加熱す
るための反応管1を備え、この管の上部に高温プラズマ
を発生させるための高周波誘導コイル2が巻回されてい
る。反応管1の上部には、前記プラズマ発生用のガス等
の供給源であるボンベ3と接続され、ガスと共に螢光体
原料を供給するための原料チャージタンク4から、静電
高圧発生器5を介して帯電された螢光体原料が供給され
る。反応管1内で高温プラズマ(図中、プラズマアーク
6及びプラズマフレーム7で示している)により加熱さ
れた螢光体原料8は、反応管1の下部に接続されたサイ
クロン9内に落下し、回収される。螢光体原料を帯電さ
せて吐出させる装置としては、例えばスタジエット,ス
タフルイド(フランス,サメス社製)、REPガン(米
国,ランズバーク社製)、岩田静電粉体塗装機、ゲマ浮
体静電塗装機(スイス,ゲマ社製)等の静電塗装装置を
用いることができる。
プラズマ中へ螢光体原料もしくは螢光体を投入するには
任意の方法を選べるが、例えばプラズマフレームの上
部、フレームの側面、フレームの下部があり(あるいは
強制的にフレームの内部もあるが)、原料の融点及び特
性に応じて導入位置を決定する必要がある。
また目的とする螢光体がたとえば硫化物の様な場合、反
応時に雰囲気制御の必要もある。この場合、不活性ガス
のキャリヤーガスと同時に二硫化炭素、硫化水素の様な
雰囲気形成剤を混合してやると良い。
本発明方法によって球状、透明な螢光体として得られる
ものは、次の通りである。たとえば、青色発光螢光体と
して、銀及び銀,アルミニウム付活硫化亜鉛(ZnS:A
g),(ZnS:Ag,Al)、セリウム付活珪酸イットリウム
(Y2SiO5:Ce)、ユーロピウム付活アルミン酸バリウム
・マグネシウム〔(Ba,Mg)O2−6Al2O3:Eu2+〕、セリウ
ム付活珪酸カルシウム・マグネシウム(Ca2MgSiO5:C
e)、銀付活硫セレン化亜鉛〔Zn(S,Se):Ag〕、銀およ
びアルミニウム付活硫セレン化亜鉛〔Zn(S,Se):Ag,A
l〕、セリウム付活硫化ストロンチウム・ガリウム(SrG
a2S4:Ce)、チタン付活珪酸カルシウム・マグネシウム
〔(Ca,Mg)2SiO4:Ti〕、テルビウム付活酸硫化イット
リウム(Y2O2S:Tb)、テルビウム付活酸硫化ガドリニウ
ム(Gd2O2S:Tb)、ユーロピウム付活燐酸ストロンチウ
ム・バリウム〔(Sr,Ba)(PO42:Eu2+〕およびユー
ロピウム付活カルシウムクロロ硼酸塩(Ca2B5O9Cl:E
u2+)、自己付活カルシウムタングステート(CaWO4)、
BaFCl:Eu2+、BaFBr:Eu2+など、たとえば、緑色螢光体と
して、マンガンおよび砒素付活珪酸亜鉛(Zn2SiO4:Mn,A
s)、銅付活硫化亜鉛・カドミウム〔(Zn1-c,Cdc)S:C
u,但し0≦c≦0.1である。以下同様である。〕、銀付
活硫化亜鉛・カドミウム〔(Zn1-d,Cdd)S:Ag、但し、
0.3≦d≦0.5である。以下同様である。〕銀およびアル
ミニウム付活硫化亜鉛・カドミウム〔(Zn1-e,Cde)S:A
g,Al、但し0.3≦e≦0.5である。以下同様である。〕お
よびテルビウム付活希土類酸硫化物〔Ln2O2S:Tb、但しL
nはY,Gd,LuおよびLaのうちの少なくとも1つである。以
下同様である。なお上記(La1-x,Yx2O2S:Tb螢光体は
これに含まれる。〕など、たとえば赤色発光螢光体とし
ては、ユーロピウム付活希土類酸硫化物(Ln2O2S:Tb、
但し、LnはY,Gd,LuおよびLaのうちの少なくとも1つで
ある。以下同様である。なお上記Y2O2S:Euはこれに含ま
れる。)、ユーロピウム付活希土類酸化物(Ln2O3:Eu、
但しLnは上記と同じ定義を有する。以下同様である。な
お、上記Y2O3:Eu螢光体はこれに含まれる。)、ユーロ
ピウム付活希土類バナジン酸塩(LnVO4:Eu、但し、Lnは
上記と同じ定義を有する。以下同様である。なお上記YV
O4:Euはこれに含まれる。)、ユーロピウム付活希土類
硼酸塩(LnBO3:Eu、但しLnは上記と同じ定義を有する。
以下同様である。)、ユーロピウム付活希土類リン酸塩
(LnPO4:Eu、但しLnは上記と同じ定義を有する。以下同
様である。)、銀付活硫化亜鉛カドミウム〔(Zn1-f,Cd
f)S:Ag、但しfは0.05≦f≦0.9である。以下同様であ
る。〕、マンガン付活リン酸亜鉛〔Zn3(PO42:Mn〕お
よびマンガン付活硼酸カドミウム(Cd2B2O5:Mn)を用い
た場合も上記と同様である。
以上の如く、本発明は従来周知のいずれの螢光体にも実
用出来るが、酸化物螢光体、ケイ酸塩螢光体、リン酸塩
螢光体、ホウ酸塩螢光体、アルミン酸塩螢光体、酸硫化
物螢光体等の酸化物系螢光体がより有利に製造可能であ
った。
また得られる螢光体の大きさは、投入する原料の投入
量、スピード、投入位置、プラズマの大きさなどにより
決定するが、螢光体で通常要望されている粒径は非常に
簡単に得ることができ、また得られた螢光体の粒度分布
巾は、非常に狭くすることができる。
また、合成条件にもよるが、一般に電子線よりも、紫外
線(UV)による発光輝度の方が、輝度が高い。したがっ
て、ランプ用螢光体あるいは、低速線用螢光体として、
実用性は高い。
以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
実施例1 第1図に示した様な、螢光体製造装置により、第1表に
示した8種類の蛍光体の合成を行った。
使用した静電高圧発生器は、−7kVの電圧に調整し輸送
用キャリヤーガスとしてN2を用いN2圧力は、3kg/cm
2に、螢光体の吐出量を100g/分に調整し、タファー社製
Model56高周波プラズマトーチを用い、プラズマ発生用
ガスとして、N2ガスを使用。プラズマ発生用出力とし
て、200kWを要した。
それぞれの螢光体は、それぞれ次の出発原料を用いた。
第1表中の(1)のY3Al5O12:Tbは、酸化イットリウム
3モル、アルミナ5モル、酸化テルビウム0.001モルを
充分混合した原料、第1表中の(2)のマンガン、ヒ素
付活珪酸亜鉛(Zn2SiO4:Mn、As)は、酸化亜鉛2モル、
珪酸1モル、フッ化マンガン0.0003モル、三酸化砒素0.
0001モルを混合した原料、第1表中の(3)のユーロピ
ウム付活酸化イットリウム(Y2O3:Eu)は、酸化イット
リウム1モルと酸化ユーロピウム0.05モルを混合した原
料、第1表中の(4)の(Zn,Cd)S:Cu、Alは通常の方
法で合成された10μの螢光体を原料、第1表中の(5)
のY3Al5O12:Tbは通常の方法で合成された7μの螢光体
を原料、第1表中の(6)のZn2SiO4:Mn,Asは通常の方
法で合成された8μの螢光体を原料、第1表中の(7)
のY2O3:Euは通常の方法で合成された10μの螢光体を原
料、第1表中の(8)のY2O2S:Euは通常の方法で合成さ
れた8μの螢光体を原料とした。かくして得られた螢光
体の形状、UV発光、透明性等を第1表に示した。
なお、第1表でいう形状比とは、得られら螢光体の(最
長直径)/(最短直径)で表わされる比であり、この値
が1に近い程真球になる。(第2表以下同じ) これらの螢光体は、原料投入後、約5〜10秒後に、下部
に配置したサイクロン中に補集された。
なお、第2図、第3図及び第4図に、それぞれかくして
製造されたY3Al5O12:Tb,Zn2SiO4:Mn,As、及びY2O3:Eu螢
光体の粒子構造をみるための電子顕微鏡写真(倍率1000
倍)を示した。
実施例2 実施例1に於ける原料にフラックスとして、次の化合物
を添加し、充分混合して、螢光体を合成した。Y3Al
5O12:Tbには、塩化バリウムを1モル、Zn2SiO4:Mn,Asに
は、酸化アンチモンを0.01モル、Y2O3:Euには、リン酸
リチウムを0.1モル添加し、合成した所、実施例1と同
様の螢光体が得られた。なお、この場合には、得られた
螢光体を純水で充分洗浄、乾燥を行った。
実施例3 実施例1と同一のプラズマ発生装置を加熱手段とし、以
下の原料を用いて螢光体を製造した。
それぞれの螢光体は、それぞれ次の出発原料を用いた。
Y3Al5O12:Tbは、塩化テルビウム0.002モルを、イオン交
換水1000mlに溶解し、その中に、酸化イットリウム3モ
ル、アルミナ5モルを分散させ、更に、分散剤として、
ポリアクリル酸アンモニウムの40vol%溶液を固形分に
対して0.5wt%添加し、さらにポリビニルアルコールの1
0%溶液を固形分に対して0.01wt%添加し、充分混合
後、蒸発乾固した。この乾燥物を500メッシユ篩通過分
を得た。
マンガン、ヒ素付活珪酸亜鉛(Zn2SiO4:Mn、As)は、塩
化マンガン0.0003モルを500mlエチルアルコール中に溶
解させ、酸化亜鉛2モル、珪酸1モル、三酸化砒素0.00
01モルを投入し分散剤として前述のポリアクリル酸アン
モニウム塩を0.8wt%添加し、充分混合後、蒸発乾固
し、500メッシュ篩通過分を得た。
ユーロピウム付活酸化イットリウム(Y2O3:Eu)は、硝
酸ユーロピウム0.1モルを、メチルアルコール100mlに溶
解させ、これを酸化イットリウム1モル中に添加しなが
ら混合し、パサパサの原料とした後、乾燥し500メッシ
ュ篩通過分を得た。
かくして、得られた螢光体の形状、UV発光透明性等を第
2表に示した。
実施例4 塩化ユーロピウム0.05モルと塩化イットリウム1モル水
溶液に、シュウ酸0.6モル水溶液を混合し、50℃に加熱
し、共沈を作製し実施例3と同様に螢光体を作製した。
このユーロピウム付活酸化イットリウム(Y2O3:Eu)
は、実施例3と同様に透明で球状の螢光体が得られた。
〔発明の効果〕 本発明によれば、規則的な形状、特に真球に近い形状を
有し、また粒子径が均一で且つ所望の粒子径を有し得る
螢光体を製造することができる。また、この様に規則的
な形状とすることにより例えば螢光膜を構成した場合
に、良好な輝度やコントラストを発現せしめることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法を実施するために用いる螢光体製
造装置の1例を示した模式図である。 第2図、第3図及び第4図はそれぞれ、実施例において
本発明方法により製造したY3Al5O12:Tb螢光体、Zn2Si
O4:Mn,As及びY2O3:Eu螢光体の粒子構造を示した電子顕
微鏡写真である。 1……反応管、2……高周波誘導コイル、3……ガスボ
ンベ、4……原料チャージタンク、5……静電高圧発生
器、6……プラズマアーク、7……プラズマフレーム、
9……サイクロン。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気中で浮遊又は落下状態の蛍光体原料を、
    該原料中の付活剤が母体に付活し得る温度で且つ蛍光体
    原料の表面が溶融する温度以上で高温プラズマにより加
    熱し、次いで冷却することを特徴とする蛍光体の製造方
    法。
  2. 【請求項2】蛍光体原料が、蛍光体と同一組成又は加熱
    により実質的に蛍光体と同一の組成になる組成で造粒さ
    れている特許請求の範囲第1項記載の蛍光体の製造方
    法。
  3. 【請求項3】蛍光体原料が、母体原料全部又は母体原料
    の少なくとも1種の表面に付活剤又は付活剤原料が被覆
    された原料を含んでいる特許請求の範囲第1項記載の蛍
    光体の製造方法。
  4. 【請求項4】蛍光体原料が、母体原料全部又は母体原料
    の少なくとも1種と付活剤又は付活剤原料の共沈物を含
    む特許請求の範囲第1項記載の蛍光体の製造方法。
  5. 【請求項5】造粒された蛍光体原料の粒子径が0.2〜200
    μmの範囲である特許請求の範囲第2項記載の蛍光体の
    製造方法。
  6. 【請求項6】造粒された蛍光体原料に、気中で加熱され
    る前に、同一の電荷が付与されている特許請求の範囲第
    2項記載の蛍光体の製造方法。
  7. 【請求項7】蛍光体が酸化物系蛍光体である特許請求の
    範囲第2項記載の蛍光体の製造方法。
  8. 【請求項8】蛍光体原料として蛍光体を用いる特許請求
    の範囲第2項記載の蛍光体の製造方法。
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