WO2007040063A1 - ナノサイズ蛍光体 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a nanosize phosphor used for a display.
- inorganic phosphors are stable to ultraviolet irradiation and electron beam irradiation and have little deterioration. Inorganic phosphors have been put to practical use for displays and lamps. These phosphors are 1 ⁇ m or more, and are not practical as molecular recognition phosphors.
- the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to define a nano-size phosphor having high brightness as a molecule-recognizing phosphor by defining the charge amount of the inorganic phosphor. Is to provide.
- the nano-sized phosphor according to the present invention has high brightness and excellent effects as a molecular recognition phosphor.
- FIG. 1 is a schematic view showing an example of a Y-shaped reactor used in the present invention.
- the present invention is characterized in that 90% or more of all particles have a particle size of 1 to: LOOnm.
- 95% or more is lOOnm or less, more preferably, all particles are 80nm or less.
- the particle size shown here refers to the length of the twill of the particles when the particles are cubic or octahedral so-called normal crystals.
- the crystal when the crystal is not a normal crystal, for example, in the case of a sphere, a rod, or a flat plate, it means the diameter when a sphere equivalent to the volume of the particle is considered.
- the standard deviation in the particle size distribution is ⁇ , ⁇ o. 5 or less, preferably O. 4 or less, more preferably Is less than 0.3.
- the lower limit is 0.05.
- the particle charge amount of the phosphor is 20 CZg or more and 5 ⁇ CZg or less. Preferably 10
- n SUZ: ((LI - ⁇ ) n: S (P 'uz): (; 91 - ⁇ ) no' ⁇ V: SUZ: (; 91 - ⁇ )
- the method for producing a vacuum ultraviolet excited phosphor according to the present invention includes a precursor forming step for forming a phosphor precursor, a firing step for firing phosphors obtained by the precursor forming step to obtain phosphor particles, It includes an etching process in which the surface of the phosphor particles obtained in the firing process is subjected to an etching process to remove impurities and the like.
- the precursor forming step will be described. Any method may be used for the precursor forming step according to the present invention, but it is particularly preferable to synthesize the precursor by a liquid phase method (also referred to as “liquid phase synthesis method”).
- the precursor is an intermediate product of the phosphor, and, as will be described later, phosphor particles can be obtained by firing the precursor at a predetermined temperature in the firing step.
- the liquid phase method is a method for producing (synthesizing) a precursor in the presence of a liquid or in a liquid.
- a reaction between element ions constituting the phosphor is performed, and a stoichiometrically high purity phosphor is easily obtained.
- particles having a small particle size can be obtained without performing the pulverization step, which is effective during pulverization. It is possible to prevent lattice defects in the crystal due to stress and prevent a decrease in luminous efficiency.
- a general crystallization method represented by cooling crystallization or a force using a sol-gel method, particularly a reaction crystallization method can be preferably used.
- a method for producing a precursor of an inorganic phosphor by a sol-gel method generally includes a metal such as Si (OCH 3 ), Eu 3+ (CH 2 COCHCOCH 3 ) as a matrix, activator or coactivator.
- Double alkoxide, metal halide, metal salt of organic acid or simple metal means a production method in which the necessary amounts of these are mixed and thermally or chemically polycondensed.
- a method for producing a precursor of an inorganic phosphor by a reaction crystallization method is a method in which a solution or a source gas containing an element that is a raw material of a phosphor is converted into a liquid phase or a gas phase using a crystallization phenomenon.
- This is a method for producing a precursor by mixing them in the process.
- the crystallization phenomenon refers to a change in the physical or chemical environment due to cooling, evaporation, pH adjustment, concentration, etc., or a change in the state of the mixed system due to a chemical reaction. This refers to a phenomenon in which a solid phase precipitates.
- the reaction crystallization method it means a production method based on physical and chemical operations resulting from the occurrence of such a crystallization phenomenon.
- any solvent can be used as the solvent in applying the reaction crystallization method as long as the reaction raw material dissolves, but water is preferable from the viewpoint of easy control over the degree of supersaturation.
- the order of adding the raw materials can be appropriately selected depending on the activity, which may be simultaneous or different.
- two or more raw material solutions including a reaction crystallization method are used as a poor solvent in the presence of a protective colloid. It is preferable to add in the liquid. Further, depending on the type of phosphor, ultrasonic waves may be irradiated during the reaction in which it is more preferable to adjust various physical properties such as the temperature during reaction, the rate of added calorie, the stirring rate, and the pH. A surfactant or polymer may be added to control the particle size. It is also one of preferred embodiments that the liquid is concentrated and Z or aged as necessary after the addition of the raw materials.
- the protective colloid functions to prevent aggregation between the finely divided precursor particles, and various polymer compounds can be used regardless of natural or artificial, and among them, proteins can be preferably used. .
- proteins include gelatin, water-soluble proteins, and water-soluble glycoproteins. Specific examples include albumin, ovalbumin, casein, soy protein, synthetic protein, and protein synthesized by genetic engineering.
- gelatin examples include lime-processed gelatin and acid-processed gelatin, and these may be used in combination. Furthermore, these gelatin hydrolysates, these gela Use the enzymatic degradation product of Chin.
- the protective colloid may be mixed with various binders that do not need to have a single composition.
- a graft polymer of the above gelatin and another polymer can be used.
- the average molecular weight of the protective colloid is preferably 10,000 or more, more preferably 10,000 to 300,000, particularly preferably 10,000 to 300,000.
- the protective colloid can be added to one or more of the raw material solutions.
- the precursor particles can be added. The diameter can be controlled.
- the precursor forming step since various properties of the phosphor such as the particle size, particle size distribution, and emission characteristics of the phosphor particles after firing are greatly influenced by the properties of the precursor, in the precursor forming step, It is preferable to make the precursor sufficiently small by controlling the particle size. In addition, when the precursor is made into fine particles, the precursors tend to aggregate. Therefore, it is extremely effective to synthesize the precursors while preventing the precursors from being aggregated by adding a protective colloid. Particle size can be easily controlled. When the reaction is carried out in the presence of a protective colloid, it is necessary to give sufficient consideration to the control of the particle size distribution of the precursor and the exclusion of impurities such as secondary salts.
- the particle size is controlled as appropriate to synthesize the precursor, and then the precursor is recovered by a method such as centrifugation, and then preferably Perform cleaning and desalting processes.
- the desalting treatment step is a step for removing impurities such as by-salts from the precursor.
- Various membrane separation methods, coagulation sedimentation methods, electrodialysis methods, methods using ion-exchange resin, Nudelle washing method, A method using an ultrafiltration membrane can be applied.
- timing of the desalting step may be performed immediately after completion of precursor formation. Further, it may be carried out a plurality of times depending on the reaction conditions of the raw materials.
- a drying step is further performed.
- the drying step can be carried out by any method such as vacuum drying, airflow drying, fluidized bed drying, spray drying, etc., which are preferably performed after washing or desalting.
- the drying temperature is not particularly limited. However, if the drying temperature is preferably higher than the temperature at which the solvent used is vaporized, the baking is performed simultaneously with the drying, and the subsequent baking process is performed. Because the phosphor will be obtained without Is more preferably in the range of 50 to 300 ° C. More preferably, it is in the range of 100 to 200 ° C.
- the firing temperature and time which may be used may be appropriately adjusted within the scope of the present invention.
- a desired phosphor can be obtained by filling the precursor in an alumina boat and firing it at a predetermined temperature in a predetermined gas atmosphere.
- Firing apparatuses (firing containers) are currently known! /, And any apparatus can be used.
- a box furnace, a crucible furnace, a cylindrical tube type, a boat type, a rotary kiln, a spray baking apparatus, etc. are preferably used.
- an anti-sintering agent may be added as needed during firing. Of course, it is not necessary to add it.
- a sintering inhibitor When a sintering inhibitor is added, it may be added as a slurry when the precursor is formed, or a powdery sintering inhibitor may be mixed with the dried precursor and fired.
- the sintering inhibitor is not particularly limited, and is appropriately selected depending on the type of phosphor and firing conditions. For example, depending on the firing temperature range of the phosphor, it is necessary to use TiO
- the SiO force is 1700 ° C or lower.
- reduction treatment or acidification treatment may be performed after firing. Also, if necessary, reduction treatment or acidification treatment may be performed after firing. Also, if necessary, reduction treatment or acidification treatment may be performed after firing. Also, if necessary, reduction treatment or acidification treatment may be performed after firing. Also,
- cooling treatment After the firing step, cooling treatment, surface treatment, dispersion treatment or the like may be performed or classification may be performed.
- the cooling process is a process of cooling the fired product obtained in the firing step, and it is possible to cool the fired product while filling the fired device.
- the cooling treatment is not particularly limited, and can be appropriately selected from known cooling methods. For example, even when the temperature is lowered by leaving, the temperature is forcibly lowered while controlling the temperature using a cooler. Either of the methods can be used.
- the phosphor produced in the present invention is subjected to surface treatment such as adsorption and coating for various purposes.
- Power S can be.
- the point at which surface treatment is applied depends on the purpose, and the effect becomes more prominent when properly selected.
- Si, Ti, Al, Zr, Zn, In, Sn force at any point before the dispersion treatment process may cover the phosphor surface with an oxide containing at least one selected element during dispersion treatment. It is possible to suppress a decrease in the crystallinity of the phosphor and prevent a decrease in emission intensity by preventing the excitation energy from being captured by the surface defects of the phosphor.
- the surface of the phosphor is coated with an organic polymer compound or the like at any point after the dispersion treatment step, properties such as weather resistance are improved, and a phosphor having excellent durability can be obtained.
- the thickness and coverage of the coating layer when these surface treatments are performed can be arbitrarily controlled as appropriate.
- the following dispersion treatment is preferably performed on the phosphor particles obtained in the firing step.
- a dispersion treatment method for example, a high-speed agitation type impeller type disperser, a colloid mill, a roller mill, and a media medium such as a ball mill, a vibration ball mill, an attritor mill, a planetary ball mill, and a sand mill are moved in the apparatus.
- a media medium such as a ball mill, a vibration ball mill, an attritor mill, a planetary ball mill, and a sand mill are moved in the apparatus.
- examples thereof include those that generate fine particles due to both the crush and the shear force, or dry type dispersers such as a cutter mill, a hammer mill, and a jet mill, an ultrasonic disperser, and a high-pressure homogenizer.
- a wet media type disperser that uses a medium
- a continuous wet media type disperser capable of continuous dispersion treatment is preferably used.
- a mode in which a plurality of continuous wet media type dispersers are connected in series can also be applied.
- continuous dispersion processing is possible means that at least the phosphor and the dispersion medium are dispersed and supplied to the disperser at a constant quantity ratio per hour, and at the same time, manufactured in the disperser. This is a form in which the dispersion is discharged from the disperser without being interrupted in the form of being pushed out into the supply.
- the dispersion chamber container can be appropriately selected from a vertical type and a horizontal type.
- the phosphor according to the present invention does not play a role when the light emission intensity is improved by the convex portions on the surface like the electroluminescent phosphor, and therefore the phosphor particles are densely packed in the phosphor layer. From the viewpoint of performing the etching process uniformly on the surface of the phosphor particles, the phosphor particles have few convex portions on the particle surface! / Or the phosphor particles having no convex portions are etched. It is preferable to apply.
- the surface can be appropriately selected according to the impurities on the surface of the phosphor particles.
- a physical method of shaving the surface with fine particles, ion sputtering, or the like may be used.
- Chemical methods such as immersing phosphor particles in the solution to dissolve impurities on the surface are effective. At this time, if the etching solution erodes the phosphor particle main body, the emission intensity becomes low. Therefore, it is necessary to perform etching carefully.
- the type of the etching solution is determined according to impurities and the like, and may be acidic or alkaline, or may be an aqueous solution or an organic solvent. At this time, when an acidic aqueous solution is used, the effect appears remarkably, so that a strong acid is particularly preferably used.
- strong acid hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, etc., which can be applied, are particularly preferred. Hydrochloric acid, nitric acid, and hydrochloric acid are preferred.
- the nanosize phosphor of the present invention can be used as a molecule recognition phosphor by adsorbing or binding to a molecule recognition substance.
- the molecular recognition substance is not particularly limited as long as it specifically reacts with the target substance, and examples thereof include proteins such as antigens and antibodies, and cyclic compounds such as DNA, cyclodextrin and crown ether.
- Liquid A was prepared by mixing 45 g of colloidal silica (PL-3, manufactured by Fuso-Igaku Kogyo Co., Ltd.) and potassium hydroxide 180 g with pure water and adjusting the liquid volume to 1500 ml. At the same time, zinc nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Yigaku Co., Ltd., purity 99.0%) 402 g and manganese nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Yigaku Co., Ltd., purity 98.0%) 34 g Liquid B was dissolved in pure water to a volume of 150 Oml.
- colloidal silica PL-3, manufactured by Fuso-Igaku Kogyo Co., Ltd.
- potassium hydroxide 180 g with pure water and adjusting the liquid volume to 1500 ml.
- zinc nitrate hexahydrate manufactured by Kanto Yigaku Co., Ltd., purity 99.0%
- reaction solution obtained by the reaction was aged while being kept at 50 ° C, the reaction was performed using Romicon—HF2—20—PM10 (fractionated molecular weight 10,000) as a separation membrane.
- the solution was circulated at a circulation rate of 30 lZmin, and during that time, desalting was performed while adding pure water to keep the reaction solution volume constant until the conductivity of the reaction solution reached 2 mSZm.
- This reaction solution is put into a container and ultrasonic waves are applied to form mist droplets, which are introduced into a furnace heated to 1000 ° C. using nitrogen gas as a carrier gas and fired! A green phosphor 1 was obtained.
- the green phosphors 2 to 5 were obtained by carrying out exactly the same operation except that the Y-shaped reactor shown in FIG. 1 was further fed at a speed at which the Reynolds number of the mixing section became 500,000.
- Table 1 shows the particle diameter, ⁇ ⁇ :, and charge amount of phosphors 1 to 5.
- Grain size and ⁇ Zr were measured with a transmission electron microscope (JEOL Ltd., 2000FX type), directly at a magnification of 5 000 times, and the negative was captured as a digital image by a scanner. More than 300 particles were measured using, and the average particle size and standard deviation were calculated.
- the charge amount was measured by using a blow-off measurement method.
- a dispersion liquid in which a phosphor is electrostatically attached to a carrier is placed in a metal container with a wire mesh (mesh) having a diameter that allows only the phosphor to pass through. After that, a gas such as dry air is blown, and only the phosphor is blown out of the metal container while stirring the toner and the carrier.
- the carrier used was DEF-360 manufactured by Dowa Iron Powder Industry Co., Ltd.
- the obtained phosphors 1 to 5 were each suspended in water, mixed with protein A, and then subjected to centrifugal sedimentation to produce a complex of protein A phosphor. Next, the protein-A phosphor complex was bound to an antibody to produce a molecular recognition phosphor. After the antigen-antibody reaction between the molecule-recognized fluorescent substance and the specimen having the antigen, vacuum ultraviolet rays were irradiated using an excimer 146 nm lamp (manufactured by Usio Electric Co., Ltd.) in a vacuum chamber of 0.1 to 1.5 Pa.
- an excimer 146 nm lamp manufactured by Usio Electric Co., Ltd.
- the green light obtained was measured using a detector (MCPD-3000: manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the relative light emission luminance, which is a relative value when the light emission luminance of the molecular recognition phosphor 1 was taken as 100, was calculated.
- the “luminance” is shown in Table 1.
Landscapes
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Abstract
本発明は、無機蛍光体の帯電量を規定することにより、分子認識蛍光体として高輝度であるナノサイズ蛍光体を提供する。このナノサイズ蛍光体は、全粒子の90%以上が1~100nmの粒径であるナノサイズ蛍光体であり、粒子帯電量が-20μC/g~5μC/gであることを特徴とする。
Description
明 細 書
ナノサイズ蛍光体
技術分野
[0001] 本発明はディスプレイ用に用いられるナノサイズ蛍光体
背景技術
[0002] ノィォテクノロジーの分野にぉ 、ては、従来から、有機蛍光体を標識された抗体を 用いて、紫外線照射したときに発する蛍光を光学顕微鏡あるいは光検出器で測定す る方法が知られている力 実際には感度が低ぐ定量測定にはほとんど適用されてい ない。これは、有機蛍光体の発光効率が低いと同時に、電子線照射により蛍光体が 破壊されて発光が大きく減衰していくことが原因である。
[0003] これに対して無機蛍光体は、紫外線照射ならびに電子線照射に安定で劣化が少 ない。無機蛍光体は、ディスプレイ用やランプ用として実用化されている力 これらの 蛍光体は 1 μ m以上であり、分子認識蛍光体としては実用的ではない。
[0004] 無機蛍光体を分子認識蛍光体として用いる場合、粒径を小さくすると同時に、タン ノ ク質や DNA等の分子認識物質が吸着もしくは結合しなければならない。無機蛍 光体の表面物性により、これらの分子認識物質の吸着もしくは結合のしゃすさが変わ る。表面物性を制御するために、表面被覆の方法が提案されているが(例えば、特許 文献 1参照)、表面に被覆された化合物が、分子認識物質の吸着や結合を阻害した り、被覆ィ匕合物が励起光を吸収することによる発光効率の低下などの課題がある。 特許文献 1 :特開平 9— 291273号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 本発明は前記した課題を鑑みてなされた発明であり、本発明の目的は、無機蛍光 体の帯電量を規定することにより、分子認識蛍光体として高輝度であるナノサイズ蛍 光体を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明の上記目的は以下の構成により達成される。
[0007] 1.全粒子の 90%以上が 1〜: LOOnmの粒径であるナノサイズ蛍光体であり、粒子 帯電量が 20 CZg〜5 μ CZgであることを特徴とするナノサイズ蛍光体。
[0008] 2.前記ナノサイズ蛍光体の平均粒径 ¾:、粒径分布における標準偏差を σとしたと き、 a Zrが 0. 05〜0. 5であることを特徴とする前記 1に記載のナノサイズ蛍光体。 発明の効果
[0009] 本発明によるナノサイズ蛍光体は、分子認識蛍光体として高輝度であり優れた効果 を有する。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明で用いる Y字形反応装置の一例を示す概略図である。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明を更に詳細に述べる。
[0012] 本発明は全粒子の 90%以上が 1〜: LOOnmの粒径であることを特徴としている。
[0013] 好ましくは 95%以上が lOOnm以下であり、より好ましくは、全粒子が 80nm以
下である。ここで示す粒径とは、粒子が立方体あるいは八面体のいわゆる、正常晶の 場合には、粒子の綾の長さを言う。また、正常晶ではない場合、例えば、球状、棒状 あるいは平板状の場合には、粒子の体積と同等な球を考えたときの直径を言う。
[0014] 本発明にお ヽては、蛍光体の平均粒径を!:、粒径分布における標準偏差を σとした とき、 σ o. 5以下であり、好ましくは O. 4以下、より好ましくは 0. 3以下である。 下限は 0. 05である。
[0015] 蛍光体の粒子帯電量は 20 CZg以上 5 μ CZg以下である。好ましくは 10
CZg以上 5 μ CZg、より好ましくは 5 CZg以上 5 μ CZgである。
[0016] 蛍光体組成 (具体的化合物例)
このような本発明の蛍光体として使用される無機蛍光体の具体的な化合物例を以 下に示す力 本発明はこれらに限定されるものではない。
[0017] [青色発光蛍光体化合物]
(BL- l) : Sr P O: Sn4+
2 2 7
(BL- 2): Sr Al O : Eu +
4 14 25
(BL- 3): BaMgAl O : Eu2+
(BL- -4): SrGa S: Ce
2 4
(BL- 5): CaGa S: Ce3+
2 4
(BL- -6): (Ba, Sr) (Mg, Mn)Al O : Eu2+
10 17
(BL- -7): (Sr, Ca, Ba, Mg) (PO ) 6C1: Eu:
10 4 2
(BL- -8): ZnS:Ag
(BL- 9): CaWO
(BL- 10) : Y SiO: Ce
2 5
(BL- 11) : ZnS:Ag, Ga, CI
(BL- 12): Ca B O Cl:Eu2+
2 5 9
2+
(BL- 13) : BaMgAl O : Eu
14 23
2+
(BL- 14) : BaMgAl O : Eu", Sm'
10 17
(BL- 15) : BaMgAl O : Sm2+
2+
(BL- 16) Ba Mg Aし O :Eu
2+
(BL- 17) Ba Mg Al O : Eu
2+
(BL- 18) Ba Mg Al O : Eu
3 5 18 35
2+ (BL- 19) (Ba, Sr, Ca) (Mg, Zn, Mn)Al O : Eu
[緑色発光蛍光体化合物]
(GL- 1): (Ba, Mg)Al O : Eu2+, Mn2+
16 27
(GL- 2): Sr Al O : Eu2+
4 14 25
(GL- 3): (Sr, Ba)AlSiO: Eu2+
2 2 8
(GL- 4): (Ba, Mg) SiO: Eu2+
2 4
(GL- 5): YSiO: Ce3+, Tb3+
2 5
(GL- 6): Sr P O -Sr B O: Eu +
2 2 7 2 2 5
(GL- 7): (Ba, Ca, Mg) (PO ) Cl:Eu +
5 4 3
(GL- 8): Sr Si O— 2SrCl: Eu2+
2 3 8 2
3+
(GL- 9): Zr SiO , MgAl O : Ce3+, Tb3
2 4 11 19
(GL- 10) : Ba SiO: Eu2+
2 4
(GL- 11) : ZnS:Cu, Al
+εη3: Ο入:(0ト Ί )
+sn3:SBつ: (6-ΊΗ) +εΐ9 ΟΛΑ: (8— Ί )
+εη3: ΟΛΑ: (1-Ύ8
+εη3:ΐつ ( Od)S(§ '^Ο ^a): (9-ΊΗ)
+εη3: Ο 1V(SPV ^a) :(S -Ύ8.)
+£ Ο ( OTS) ΑΠ :( -Ύ8.)
+εη3: Ο ( OTS) Α^Ο :(ε -Ύ8.)
■{z -Ύ8.)
■{I -Ύ8.)
'+gq '+^3: S S: ( [ z -Ί.Ό)
q丄: s o ^Ύ- ( [LZ -ΊΟ) 丄 'q丄: ΟΒΊ: ( [9Z -ΊΟ) q丄 '93: o gu.o§ : ( [ Z -ΊΟ)
'nつ: suz: ( z -ΊΟ)
+ ^a: s ( -ΊΟ) q丄: o iv§ 9o: (zz -ΊΟ)
,: uz: (IZ -ΊΟ) q丄 <9O:SOTSA: ( z -ΊΟ)
q丄: s o ^Ύ- ( ;61 -ΊΟ) q :s OPO: ( ;81 -ΊΟ)
nつ: SUZ: ( [LI -ΊΟ) nつ: S(Pつ 'uz): ( ;91 -ΊΟ) no '§V:SUZ: ( ;91 -ΊΟ)
+ u : OTS^z: ( i -ΊΟ)
IV 'nつ: SUZ: ( ; εχ -ΊΟ)
IV 'nつ: S(Pつ 'uz): (ζι -ΊΟ) Z88TC/900Zdf/X3d ャ £900滅 00Ζ OAV
(RL- 11) : 3. 5MgO, 0. 5MgF GeO: Mn
2 2
(RL- 12): YAIO: Eu3+
3
(RL- 13): YBO: Eu3+
3
(RL- 14): (Y, Gd) BO: Eu3+
3
「前駆体形成工程」
次に、上記本発明に係る蛍光体の製造方法について説明する。本発明に係る真 空紫外線励起蛍光体の製造方法は、蛍光体の前駆体を形成する前駆体形成工程、 前駆体形成工程により得られた前駆体を焼成して蛍光体粒子を得る焼成工程、焼成 工程において得られた蛍光体粒子の表面にエッチング処理を施して不純物等を除 去するエッチング工程を含む。
[0018] まず、前駆体形成工程にっ ヽて説明する。本発明に係る前駆体形成工程にぉ ヽて は、いかなる方法を使用してもよいが、液相法(「液相合成法」ともいう。 )により前駆体 を合成することが特に好ましい。前駆体とは、蛍光体の中間生成物であり、後述する ように、焼成工程にお!、てこの前駆体を所定の温度で焼成することにより蛍光体粒子 を得ることができる。
[0019] 液相法とは、液体の存在下または液中で前駆体を作製 (合成)する方法である。液 相法では、蛍光体原料を液相中で反応させるので、蛍光体を構成する元素イオン間 での反応が行われ、化学量論的に高純度な蛍光体が得やすい。また、固相間反応と 粉砕工程とを繰り返し行いながら蛍光体を製造する固相法と比して、粉砕工程を行 わずとも微少な粒径の粒子を得ることができ、粉砕時に力かる応力による結晶中の格 子欠陥を防ぎ、発光効率の低下を防止することができる。
[0020] なお、本実施形態における液相法には、冷却晶析を代表とする一般的な晶析法や 、ゾルゲル法が用いられる力 特に反応晶析法を好ましく用いることができる。
[0021] ゾルゲル法による無機蛍光体の前駆体の製造方法とは、一般的には母体、賦活剤 又は共賦活剤として、例えば Si(OCH ) 、 Eu3+ (CH COCHCOCH )等の金属
3 4 3 3 3
アルコキシド、 Al (OC H )の 2—ブタノール溶液に金属マグネシウムをカ卩えて作
4 9 3
る Mg[Al (OC H ) ]等の金属錯体又はそれらの有機溶媒溶液に金属単体を加え
4 9 3 2
て作るダブルアルコキシド、金属ハロゲン化物、有機酸の金属塩又は金属単体を用
いて、これらを必要量混合し、熱的又は化学的に重縮合することによる製造方法を意 味する。
[0022] 反応晶析法による無機蛍光体の前駆体の製造方法とは、晶析現象を利用して、蛍 光体の原料となる元素を含む溶液若しくは原料ガスを、液相又は気相中で混合させ ることによって前駆体を作製する方法のことである。ここで、晶析現象とは、冷却、蒸 発、 pH調節、濃縮等による物理的若しくは化学的な環境の変化、または化学反応に より混合系の状態に変化を生じる場合等に気相中から固相が析出してくる現象のこと をいい、反応晶析法においては、このような晶析現象の発生に起因する物理的、化 学的操作による製造方法を意味する。
[0023] なお、反応晶析法を適用する際の溶媒は、反応原料が溶解すれば何れの溶液も 適用可能であるが、過飽和度に対する制御の容易性の観点から、水が好ましい。ま た、複数の反応原料を用いる場合、原料を添加する順序は、同時であっても異なつ ていてもよぐ活性に応じて適切な順序を適宜選択することが可能である。
[0024] さらに、前駆体の形成においては、より微小で粒径範囲の狭い蛍光体を製造する ために、反応晶析法を含め、 2液以上の原料溶液を保護コロイドの存在下で貧溶媒 中に液中添加することが好ましい。また、蛍光体の種類により、反応中の温度、添カロ 速度、攪拌速度、 PH等、諸物性を調整することがより好ましぐ反応中に超音波を照 射してもよい。粒径制御のために界面活性剤やポリマーなどを添加してもよい。原料 を添加し終ったら必要に応じて液を濃縮及び Zまたは熟成することも好ましい態様の 1つである。
[0025] 保護コロイドは、微粒子化した前駆体粒子同士の凝集を防ぐために機能するもので 、天然、人工を問わず各種高分子化合物を用いることができるが、中でもタンパク質 を好ましく使用することができる。
[0026] タンパク質としては、例えば、ゼラチン、水溶性タンパク質、水溶性糖タンパク質が 挙げられる。具体的には、アルブミン、卵白アルブミン、カゼイン、大豆タンパク、合成 タンパク質、遺伝子工学的に合成されたタンパク質等を挙げることができる。
[0027] また、ゼラチンとしては、例えば、石灰処理ゼラチン、酸処理ゼラチンを挙げることが でき、これらを併用してもよい。さらに、これらのゼラチンの加水分解物、これらのゼラ
チンの酵素分解物を用いてもょ 、。
[0028] 保護コロイドは、単一の組成である必要はなぐ各種バインダーを混合してもよい。
具体的には、例えば、上記ゼラチンと他の高分子とのグラフトポリマーを用いることが できる。
[0029] なお、保護コロイドの平均分子量は 10, 000以上力好ましく、 10, 000〜300, 00 0がより好ましぐ 10, 000-30, 000が特に好ましい。また、保護コロイドは、原料溶 液の一つ以上に添加することができ、原料溶液の全てに添加してもよぐ保護コロイド を添加する量や、反応液の添加速度により、前駆体の粒径を制御することができる。
[0030] また、焼成後の蛍光体粒子の粒径、粒径分布、発光特性等の蛍光体の諸特性は、 前駆体の性状に大きく左右されるため、前駆体形成工程において、前駆体の粒径制 御を行うことにより、前駆体を十分小さくすることが好ましい。また、前駆体を微粒子化 すると、前駆体同士の凝集が起こりやすくなるため、保護コロイドを添加することにより 前駆体同士の凝集を防いだ上で、前駆体を合成することは極めて有効であり、粒径 制御が容易になる。なお、保護コロイドの存在下で反応を行う場合には、前駆体の粒 径分布の制御や副塩等の不純物排除に十分配慮することが必要である。
[0031] 上述した前駆体形成工程にて、上記のように、適宜、粒径制御等を行って、前駆体 を合成した後、遠心分離等の方法で前駆体を回収し、その後に好ましくは洗浄、脱 塩処理工程を行う。
[0032] 脱塩処理工程は前駆体から副塩などの不純物を取り除くための工程であり、各種 膜分離法、凝集沈降法、電気透析法、イオン交換榭脂を用いた方法、ヌーデル水洗 法、限外濾過膜を用いた方法などを適用することができる。
[0033] なお、脱塩工程の時期は、前駆体形成終了直後に行われてもよい。また、原料の 反応具合に応じて、複数回行われてもよい。
[0034] 脱水、脱塩処理工程後、さらに乾燥工程を行う。乾燥工程は、洗浄後又は脱塩後 に行うと好ましぐ真空乾燥、気流乾燥、流動層乾燥、噴霧乾燥等、あらゆる方法で 行うことができる。乾燥温度は特に限定されないが、使用した溶媒が気化する温度付 近以上の温度であることが好ましぐ乾燥温度が高過ぎると、乾燥と同時に焼成が施 されて、後続の焼成処理が行われることなく蛍光体が得られてしまうため、具体的に
は 50〜300°Cの範囲であることがより好ましい。より好ましくは 100〜200°Cの範囲で ある。
[0035] 「焼成工程」
焼成工程では、いかなる方法を用いてもよぐ焼成温度や時間は本発明の範囲内 で適宜調整すればよい。例えば、前駆体をアルミナボートに充填し、所定のガス雰囲 気中で所定の温度で焼成することで所望の蛍光体を得ることができる。
[0036] 焼成装置 (焼成容器)は現在知られて!/、るあらゆる装置を使用することができる。例 えば箱型炉、坩堝炉、円柱管型、ボート型、ロータリーキルン、噴霧焼成装置等が好 ましく用いられる。
[0037] また、焼成時には必要に応じて焼結防止剤を添加してもよ 、。添加する必要のな!ヽ 場合は勿論添加しなくてもよい。焼結防止剤を添加する場合は、前駆体形成時にス ラリーとして添加してもよぐまた、粉状の焼結防止剤を乾燥済前駆体と混合して焼成 してちよい。
[0038] 焼結防止剤は特に限定されるものではなぐ蛍光体の種類、焼成条件によって適 宜選択される。例えば、蛍光体の焼成温度域によって 800°C以下での焼成には TiO 等の金
2
属酸化物が、 1000°C以下での焼成には SiO力 1700°C以下での焼成には AI O
2 2 3 力 それぞれ好ましく使用される。従って、本発明においては、 Al O
2 3を使用する ことが好ましい。
[0039] さらに、必要に応じて焼成の後に還元処理または酸ィ匕処理等を施しても良い。また
、焼成工程後、冷却処理、表面処理、分散処理等を施してもよぐ分級してもよい。
[0040] 冷却処理は、焼成工程で得られた焼成物を冷却する処理であり、該焼成物を前記 焼成装置に充填したまま冷却することが可能である。
[0041] 冷却処理は特に限定されないが、公知の冷却方法より適宜選択することができ、例 えば、放置により温度低下させる方法でも、冷却機を用いて温度制御しながら強制的 に温度低下させる等の方法の何れであってもよ 、。
[0042] 「表面処理」
本発明で製造される蛍光体は、種々の目的で吸着'被覆等の表面処理を施すこと
力 Sできる。どの時点で表面処理を施すかはその目的によって異なり、適宜適切に選 択するとその効果がより顕著になる。例えば、分散処理工程前の何れかの時点で Si 、 Ti、 Al、 Zr、 Zn、 In、 Sn力 選択される少なくとも 1種の元素を含む酸化物で蛍光 体の表面を被覆すると、分散処理時における蛍光体の結晶性の低下を抑制でき、さ らに蛍光体の表面欠陥に励起エネルギーが捕獲されることを防ぐことにより、発光強 度の低下を抑制できる。また、分散処理工程後の何れかの時点で有機高分子化合 物等により蛍光体の表面を被覆すると、耐候性等の特性が向上し、耐久性に優れた 蛍光体を得ることができる。これら表面処理を施す際の被覆層の厚さや被覆率等は、 適宜任意に制御することができる。
[0043] 「分散処理」
次に、分散処理工程について説明する。本発明では、焼成工程において得られる 蛍光体粒子に対して下記のような分散処理を施すことが好ましい。
[0044] 分散処理方法としては、例えば、高速攪拌型のインペラ一型の分散機、コロイドミル 、ローラーミル、また、ボールミル、振動ボールミル、アトライタミル、遊星ボールミル、 サンドミルなど媒体メディアを装置内で運動させてその衝突 (crush)及び剪断力の 両方により微粒ィ匕するもの、またはカッターミル、ハンマーミル、ジェットミル等の乾式 型分散機、超音波分散機、高圧ホモジナイザー等が挙げられる。
[0045] これらの中でも、本発明では特に媒体 (メディア)を使用する湿式メディア型分散機 を使用することが好ましぐ連続的に分散処理が可能な連続式湿式メディア型分散 機を使用することがさらに好ましい。複数の連続式湿式メディア型分散機を直列に接 続する態様等も適用できる。ここで言う「連続的に分散処理が可能」とは、少なくとも 蛍光体及び分散媒体を、時間当たり一定の量比で途切れることなく分散機に供給し ながら分散処理すると同時に、前記分散機内で製造された分散物を供給に押し出さ れる形で途切れることなく分散機より吐出する形態を指す。蛍光体の製造方法で分 散処理工程として媒体 (メディア)を使用する湿式メディア型分散機を用いる場合、そ の分散室容器 (ベッセル)は縦型でも横型でも適宜選択することが可能である。
[0046] 「エッチング処理」
次にエッチングによる表面処理工程について説明する。
[0047] 本発明に係る蛍光体には、電界発光型蛍光体のように、表面の凸部により発光強 度を向上させると 、う役割がな 、ため、蛍光体粒子を蛍光体層に密に充填すると 、う 観点及び蛍光体粒子に表面に対して均一にエッチング処理を施すという観点から、 粒子表面における凸部が少な!/、、または凸部がな 、蛍光体粒子に対してエッチング 処理を施すことが好ましい。
[0048] なお、蛍光体粒子の表面の不純物に応じて適宜選択することが可能であり、例え ば、微粒子や、ィオンスパッタ等により、表面を削る物理的な方法であってもよいが、 エッチング液に蛍光体粒子を浸して表面の不純物等を溶解する等の化学的な方法 が効果的である。この際、エッチング液が蛍光体粒子本体を侵食すると発光強度は 低くなつてしまうため、エッチングは注意深く行う必要がある。
[0049] エッチング液の種類は、不純物等に応じて決定され、酸性若しくはアルカリ性であ つてもよく、水溶液若しくは有機溶剤であってもよい。この際、酸性の水溶液を用いた 場合には、効果が顕著に現れるため、特に強酸が用いられることが好ましい。なお、 強酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸、過塩素酸等が適用可能である力 塩酸、硝 酸、硫酸が好ましぐ塩酸が特に好ましい。
[0050] また、エッチング後は、水洗処理等を行!、、エッチング液を除去することが好ま ヽ
[0051] 「分子認識物質」
本発明のナノサイズ蛍光体は、分子認識物質と吸着もしくは結合して、分子認識蛍 光体として用いることができる。分子認識物質とは、標的物質に特異的に反応するも のであれば特に限定されないが、抗原、抗体等のたんぱく質、 DNA、シクロデキスト リン、クラウンエーテル等の環状ィ匕合物等が挙げられる。
実施例
[0052] 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれら に限定されるものではない。
実施例
(液相法による緑色蛍光体の合成)
組成式: Zn SiO: Mn2+
二酸ィ匕ケィ素 45gを含むコロイダルシリカ (扶桑ィ匕学工業株式会社製 PL— 3)と水 酸化カリウム 180gを純水に混合して液量を 1500mlに調整したものを A液とした。同 時に、硝酸亜鉛 6水和物(関東ィ匕学株式会社製、純度 99. 0%) 402gと硝酸マンガ ン 6水和物(関東ィ匕学株式会社製、純度 98. 0%) 34gを純水に溶解して液量を 150 Omlとしたものを B液とした。
[0053] A液と B液を 50°Cに保温した後、図 1に示す Y字形反応装置にローラーポンプ P、 攪拌機 Mを使って、混合部のレイノルズ数 500, 000になる添加速度で供給した。
[0054] 反応により得られた反応液を、 50°Cに保温したまま状態で熟成した後、分離膜とし て Romicon— HF2— 20— PM10 (分画分子量 10, 000)を使用して、反応液の循 環量 30lZminで循環させ、その間、反応液容量が一定になるように純水を添加しな がら、反応液の伝導度が 2mSZmになるまで脱塩を行った。この反応液を容器に入 れて超音波を印加して、霧状液滴を作製し、これを窒素ガスをキャリアガスとして 100 0°Cに加熱した炉に導入して焼成を行!ヽ、緑色蛍光体 1を得た。
[0055] 上記反応により得られた反応液と表 1に示す量のコロイダルシリカ(二酸ィ匕ケィ素量 )と水酸ィ匕カリウムを純水に混合して液量を 3000mlに調整したものを、図 1に示す Y 字型反応装置でさらに混合部のレイノルズ数 500, 000になる速度で供給する以外 は、全く同じ操作を行うことで、緑色蛍光体 2〜5を得た。
[0056] 蛍光体 1〜5の粒径、 σ Ζι:、帯電量を表 1に示す。
[0057] 粒径および σ Zrは、透過型電子顕微鏡 (日本電子製、 2000FX型)、直接倍率 5 000倍にて撮影を行い、スキャナにてネガをデジタル画像として取り込み、適当な画 像処理ソフトを用いて粒子を 300個以上測定し、平均粒径および標準偏差を算出し て求めた。
[0058] 帯電量は、ブローオフ測定法を用いて測定した。この評価手段では、蛍光体のみを 通過させ得る径を備えた開口を一部に有する金網 (メッシュ)を張った金属容器中に 、キャリアに蛍光体が静電気的に付着している分散液を入れた後、乾燥空気等の気 体を吹き付けて、トナーとキャリアを攪拌しつつ、蛍光体のみを金属容器外へ吹き飛 ばして 、る。これにより容器全体として蛍光体の電荷量と同じ電荷量で逆極性を有す る電荷が検出できる。キャリアは同和鉄粉工業株式会社製 DEF— 360を用いた。
[0059] 蛍光体の評価方法について説明する。
[0060] 得られた蛍光体 1〜5をそれぞれ水に懸濁し、これにプロテイン Aを混合した後、遠 心沈降を行い、プロテイン A 蛍光体の複合体を生成した。次にプロテイン A 蛍光 体複合体を抗体に結合させて、分子認識蛍光体を作製した。この分子認識蛍光体と 抗原を有する検体との抗原 抗体反応を行った後、 0. 1〜1. 5Paの真空槽内でェ キシマ 146nmランプ (ゥシォ電機社製)を用いて真空紫外線を照射し、得られた緑色 光を検出器 (MCPD— 3000:大塚電子株式会社製)を用いて測定し、分子認識蛍 光体 1の発光輝度を 100とした時の相対値である相対発光輝度を算出し、「輝度」と して、表 1に示した。
[0061] また、繰り返し、紫外線照射を行い、 50回照射した後の相対発光輝度を測定した。
[0062] [表 1]
( * )全粒子の 90%の最大粒径
( * * ) 1 回目照射の発光輝度/ "50回照射後の発光輝度 表 1から明らかなように、本発明の蛍光体である粒子帯電量が 20 /Ζ。Ζ 〜5 /Ζ CZgである蛍光体は、分子認識蛍光体としての発光輝度が高ぐかつ安定性が高 いことがわ力る。
Claims
[1] 全粒子の 90%以上が 1〜: LOOnmの粒径であるナノサイズ蛍光体であり、粒子帯電 量が 20 CZg〜5 μ CZgであることを特徴とするナノサイズ蛍光体。
[2] 前記ナノサイズ蛍光体の平均粒径を!:、粒径分布における標準偏差を σとしたとき、
σ Zrが 0. 05〜0. 5であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のナノサイズ 蛍光体。
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