WO2012063685A1 - 黄色蛍光体及びその製造方法 - Google Patents

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戸田 健司
和義 上松
峰夫 佐藤
雅 石垣
義貴 川上
鉄 梅田
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国立大学法人新潟大学
住友化学株式会社
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    • H01L33/502Wavelength conversion materials

Definitions

  • the present invention relates to a yellow phosphor and a method for producing the same.
  • the white LED is composed of a combination of an LED chip that emits light in the ultraviolet to blue region (wavelength of about 380 to 500 nm) and a phosphor that emits light when excited by the light emitted from the LED chip. Based on the combination of the LED chip and the phosphor, white having various color temperatures can be realized.
  • Patent Document 1 discloses a phosphor represented by Y 3 Al 5 O 12 : Ce (YAG: Ce).
  • Y 3 Al 5 O 12 is a host crystal of the phosphor
  • Ce is a luminescent ion activated by the host crystal.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose phosphors represented by Li 2 SrSiO 4 : Eu. According to Patent Document 3, Li 2 SrSiO 4 : Eu is excellent in emission color, efficiently absorbs blue light emitted from a blue LED, exhibits broad yellow emission having a peak near 570 nm, and at high temperature. It exhibits excellent characteristics such that the light emission intensity can be sufficiently maintained even when exposed.
  • a phosphor such as Li 2 SrSiO 4 : Eu is required to further improve the emission intensity.
  • An object of the present invention is to obtain a yellow phosphor whose emission intensity (luminance) is improved to a higher degree.
  • the present invention relates to a method for producing a yellow phosphor represented by M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O 4 .
  • a raw material mixture containing M 1 , M 2 , and L is fired while being brought into contact with a Si-containing gas containing vapor phase Si, and M 1 2a (M 2 b L c ) M
  • M 1 2a (M 2 b L c ) M A step of generating a yellow phosphor represented by 3 d O 4 .
  • the yellow phosphor is manufactured by bringing a raw material mixture containing at least M 1 , M 2 , and L into contact with a Si-containing gas and firing it.
  • M 1 is at least one element selected from alkali metals
  • M 2 is at least one element selected from alkaline earth metals
  • M 3 is Si, or Si and Ge.
  • L is at least one element selected from rare earth elements, Bi and Mn.
  • a is 0.1 to 1.5 (0.1 or more and 1.5 or less)
  • b is 0.8 to 1.2 (0.8 or more and 1.2 or less)
  • c is 0.005 to 0.2 (0.005 or more and 0.2 or less)
  • d is 0.8 to 1.2 (0.8 or more and 1.2 or less).
  • the Si-containing gas may contain gas-phase Si generated by heating the Si-containing compound. That is, the Si-containing gas can be generated, for example, by heating a Si-containing compound. It is preferable that the Si-containing gas containing Si in a gas phase generated by heating the Si-containing compound at a place different from a place where the raw material mixture is fired is brought into contact with the raw material mixture. That is, the firing and the generation of the Si-containing gas are preferably performed at different locations.
  • gas phase Si can be generated by heating the Si-containing compound to 1300 ° C. or higher. That is, the generation temperature of the Si-containing gas is, for example, 1300 ° C. or higher.
  • the raw material mixture can be fired, for example, by heating to 700 ° C.
  • the firing temperature is, for example, 700 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  • the L is preferably at least one element including at least Eu selected from rare earth elements, Bi and Mn, and more preferably, the Eu includes divalent Eu.
  • M 1 is Li and M 3 is Si.
  • M 2 is preferably only Sr, Sr and Ba, or Sr and Ca.
  • the a is preferably 0.9 to 1.1 (0.9 or more and 1.1 or less).
  • the present invention includes a yellow phosphor obtained by the above production method, and a light emitting device or a white LED having the yellow phosphor.
  • the raw material composition is baked while using the Si-containing gas, the strong reducing power of Si gas can be used, and the resulting yellow phosphor M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O
  • the emission intensity (luminance) of 4 can be further increased.
  • metal element is used to include a semi-metal element such as Si or Ge.
  • the present embodiment relates to a phosphor that emits yellow light (yellow phosphor).
  • Yellow light emission refers to light emission having a peak in the vicinity of a wavelength of 560 nm to 590 nm.
  • the yellow phosphor that is the object of this embodiment has the formula: M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O 4 (wherein M 1 represents at least one element selected from alkali metals, and M 2 represents at least one element selected from alkaline earth metals (Ca, Sr, Ba), M 3 represents at least one element selected from Si and Ge, and L represents a rare earth element, Bi and Mn. And at least one element selected from the group consisting of: a is 0.1 to 1.5, b is 0.8 to 1.2, and c is 0.005 to 0.2. And d is 0.8 to 1.2).
  • the M 1 is preferably one or two or more (particularly one) elements selected from Li, Na, and K, and more preferably Li.
  • M 2 is preferably one or more (particularly one) element selected from Ca, Sr, and Ba, and more preferably contains Sr.
  • M 2 contains Sr
  • this M 2 further contains Ba, contains Ca, or preferably contains Ba and Ca, and particularly preferably contains Ca.
  • L is an element activated as luminescent ions, and this L preferably contains at least Eu.
  • L may be Eu alone or a combination of Eu and one or more L elements other than Eu (selected from rare earth elements, Bi, and Mn). Particularly preferred L is Eu.
  • Eu as L preferably includes at least divalent Eu.
  • M 3 is preferably Si.
  • M 1 is Li.
  • the lower limit of a is preferably 0.5, more preferably 0.8, still more preferably 0.9, and particularly preferably 0.95.
  • the upper limit of a is preferably 1.2, more preferably 1.1, and particularly preferably 1.05.
  • the b is preferably 0.8 to 1.1.
  • the lower limit of b is more preferably 0.9.
  • the upper limit of b is more preferably 1.05.
  • the c is preferably 0.01 to 0.1.
  • the lower limit of c is more preferably 0.015.
  • the upper limit of c is more preferably 0.05.
  • the value of b + c and d are the same or different and are preferably 0.9 to 1.1.
  • the lower limit of b + c and d is more preferably 0.95.
  • the upper limit of b + c and d is more preferably 1.05. More preferably, b + c and d are 1.
  • the ratio of a to b + c (a / (b + c)), the ratio of a to d (a / d), and the ratio of b + c to d ((b + c) / d) are the same or different.
  • the values of a, b + c, and d are all preferably in the range of 1 ⁇ 0.03, particularly preferably 1. It is preferable that M 1 is Li, M 3 is Si, and M 2 is Sr alone, or Sr and Ca.
  • the phosphor is preferably hexagonal or trigonal.
  • the phosphor according to the present embodiment is obtained by a method including a step of firing a raw material mixture while bringing a raw material mixture containing M 1 , M 2 , and L into contact with a Si-containing gas (a gas containing gas-phase Si). Can be manufactured.
  • This raw material mixture does not necessarily contain M 3 .
  • the raw material mixture not include the M 3 component, Si as M 3 component is supplied from the Si-containing gas.
  • the raw material mixture is a mixture of a substance containing the element M 1 (first raw material), a substance containing the element M 2 (second raw material), and a substance containing the element L (third raw material). Accordingly, a substance (fourth raw material) containing the element M 3 may be included. Since the elements M 1 , M 2 , L, and M 3 are all metal elements (including metalloid elements), in the present specification, the first to fourth raw materials may be referred to as metal element-containing substances. These mixtures may be referred to as metal compound mixtures.
  • the metal element-containing substance may be an oxide of each metal M 1 , M 2 , L, or M 3 , or a substance that decomposes or oxidizes at a high temperature (particularly the firing temperature) to form an oxide. May be.
  • Substances that form this oxide include hydroxides, nitrides, oxynitrides, acid derivatives, and salts (such as carbonates, nitrates, and oxalates).
  • the first raw material is preferably selected from hydroxides, oxides and carbonates of metal M 1 (particularly lithium).
  • Particularly preferred first raw materials include lithium hydroxide (LiOH), lithium oxide (Li 2 O), and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). These 1st raw materials may be used individually by 1 type, and may combine multiple.
  • the second raw material include hydroxides, oxides, and carbonates of metal M 2 (especially strontium, barium, calcium, etc.). More specifically, the second raw material is selected from, for example, strontium hydroxide (Sr (OH) 2 ), strontium oxide (SrO), and strontium carbonate (SrCO 3 ). These 2nd raw materials may be used individually by 1 type, and may combine multiple.
  • the third raw material is preferably a hydroxide, oxide, carbonate, or chloride of metal L (especially europium).
  • the third raw material include europium hydroxide (Eu (OH) 2 , Eu (OH) 3 ), europium oxide (EuO, Eu 2 O 3 ), europium carbonate (EuCO 3 , Eu 2 (CO 3 ) 3 ), It is selected from europium chloride (EuCl 2 , EuCl 3 ) and europium nitrate (Eu (NO 3 ) 2 , Eu (NO 3 ) 3 ). These third raw materials may be used alone or in combination.
  • the fourth raw material is preferably an oxide, acid derivative, or salt of metal M 3 (particularly silicon).
  • Preferred fourth raw materials include, for example, silicon dioxide, silicic acid, silicate, germanium dioxide, germanic acid, and germanate.
  • the first to third raw materials have an atomic ratio of the elements M 1 , M 2 , L, and M 3 supplied from each raw material and the Si-containing gas represented by the formula: M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O Mix in a proportion satisfying the relationship of a, b, c, d in 4 .
  • M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O Mix in a proportion satisfying the relationship of a, b, c, d in 4 .
  • M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O Mix in a proportion satisfying the relationship of a, b, c, d in 4 .
  • the first to third raw materials may be mixed by a wet method or a dry method.
  • a general-purpose device such as a ball mill, a V-type mixer, or a stirrer can be used.
  • the raw material mixture is baked while contacting the raw material mixture (metal compound mixture) and the Si-containing gas (gas containing a gas phase Si component) to obtain a phosphor.
  • the Si-containing gas gas containing a gas phase Si component
  • the raw material mixture can be fired in an Si-containing gas atmosphere.
  • the Si-containing gas may be diluted with a gas other than Si or may be pressurized.
  • the Si-containing gas can be generated by, for example, heating a Si-containing compound (preferably SiO) such as a silicon alkoxide compound, mullite, silicon oxide (SiOx, etc.) to a high temperature.
  • a Si-containing compound preferably SiO
  • the temperature (generation temperature) for heating the Si-containing compound is, for example, 1300 ° C. or higher, preferably 1350 ° C. or higher, more preferably 1380 ° C. or higher, and particularly preferably 1400 ° C. or higher.
  • Heating temperature is 1600 degrees C or less, for example, Preferably it is 1500 degrees C or less, More preferably, it is 1450 degrees C or less.
  • the Si-containing gas may be composed only of a component (gas phase Si) generated by heating the Si-containing compound, but is usually diluted with another gas (inert gas, reducing gas, etc.).
  • the inert gas include nitrogen and argon.
  • the reducing gas includes, for example, a mixed gas of 0.1 to 10% by volume of hydrogen and an inert gas (nitrogen, argon, etc.), 10 to 100% by volume (preferably 50 to 100% by volume) of NH 3 and A mixed gas with an inert gas (nitrogen, argon, etc.) is included.
  • the Si-containing gas is preferably diluted with an inert gas or a reducing gas, and 0.1 to 10% by volume of hydrogen and an inert gas (nitrogen) Further, it is more preferably diluted with a mixed gas with argon, etc.
  • the Si-containing gas that may be diluted may be pressurized as necessary.
  • the gas-phase Si contained in the Si-containing gas is generated at a temperature different from the temperature at which the raw material mixture is fired.
  • gas-phase Si is generated in a first region having a high temperature, and the raw material mixture is formed in a second region having a temperature lower than that of the first region. Firing can be performed.
  • it is possible to generate Si in the gas phase by heating the Si-containing compound in a place (for example, a heating furnace) different from the firing chamber for firing the raw material composition.
  • the firing chamber and the heating furnace in which the Si-containing compound is heated are connected by piping.
  • another gas may be allowed to flow from the location where the Si-containing gas is generated toward the firing location, and the Si-containing gas may be supplied to the firing location (firing chamber) on the other gas.
  • the firing in the method according to this embodiment is employed for conventional firing of M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O 4.
  • the atmosphere at the place where the raw material mixture is fired that is, the firing atmosphere
  • the atmosphere may be either an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere as long as contact between the raw material mixture and the Si-containing gas is allowed.
  • an appropriate amount of carbon may be added to the raw material mixture (metal compound mixture).
  • Calcination may be repeated multiple times.
  • the atmosphere may be changed between the first firing and the second firing, and the atmosphere may be changed in the third and subsequent firings.
  • the atmosphere may be changed between the first firing and the second firing, and the atmosphere may be changed in the third and subsequent firings.
  • the raw material mixture may be fired.
  • the firing temperature is usually 700 to 1000 ° C., preferably 750 to 950 ° C., more preferably 800 to 900 ° C.
  • the firing time is usually 1 to 100 hours, preferably 10 to 90 hours, and more preferably 20 to 80 hours.
  • the method according to the present embodiment Prior to the firing, the method according to the present embodiment includes a raw material composition at a lower temperature (for example, 500 to 800 ° C.) for a predetermined time (for example, 1 to 100 hours, preferably 10 to 90 hours) as necessary.
  • a predetermined time for example, 1 to 100 hours, preferably 10 to 90 hours.
  • maintaining a thing and calcining a raw material composition may be further included.
  • reaction accelerator is selected from, for example, alkali metal halides, alkali metal carbonates, alkali metal hydrogen carbonates, ammonium halides, boron oxides (B 2 O 3 ), and boron oxo acids (H 3 BO 3 ). It is.
  • the alkali metal halide is preferably an alkali metal fluoride or an alkali metal chloride, such as LiF, NaF, KF, LiCl, NaCl, and KCl.
  • the alkali metal carbonate is, for example, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , and K 2 CO 3 .
  • the alkali metal hydrogen carbonate is, for example, NaHCO 3 .
  • Examples of the ammonium halide include NH 4 Cl and NH 4 I.
  • the phosphor (baked product) obtained by the production method according to the present embodiment is derived from the raw material mixture in addition to the yellow phosphor represented by the formula: M 1 2a (M 2 b L c ) M 3 d O 4 May contain one or more of the halogen elements, ie, F, Cl, Br and I.
  • the total content of halogen elements may be equal to or less than the total amount of halogen elements contained in the raw material, preferably 50% or less, and more preferably 25% or less.
  • the calcined product or the fired product may be subjected to any one or more of pulverization, washing, and classification.
  • pulverization for example, a ball mill, a jet mill or the like can be used.
  • the yellow phosphor obtained by the above production method has high emission intensity, it can be suitably used in a light emitting device (for example, white LED).
  • a white LED is composed of a light emitting element (LED chip) that emits ultraviolet to blue light (having a wavelength of about 200 to 550 nm, preferably about 380 to 500 nm), and a fluorescent layer containing a phosphor.
  • This white LED can be manufactured by a method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 11-31845 and 2002-226846.
  • a white LED can be manufactured by a method in which the light-emitting element is sealed with a light-transmitting resin such as an epoxy resin or a silicone resin, and the surface thereof is covered with a phosphor. If the amount of the phosphor is appropriately set, the white LED emits a desired white color.
  • a light-transmitting resin such as an epoxy resin or a silicone resin
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a light emitting device.
  • the light emitting device 1 shown in FIG. 1 includes a light emitting element 10 and a fluorescent layer 20 provided on the light emitting element 10.
  • the phosphor forming the fluorescent layer 20 receives the light from the light emitting element 10 and is excited to emit fluorescence.
  • White light emission can be obtained by appropriately setting the type, amount, and the like of the phosphor constituting the phosphor layer 20. That is, a white LED can be configured.
  • the light emitting device or the white LED according to this embodiment is not limited to the form shown in FIG. 1 and can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention.
  • the light emitting layer may contain only the above-mentioned yellow phosphor as a phosphor, or may further contain other phosphors.
  • Other phosphors include, for example, BaMgAl 10 O 17 : Eu, (Ba, Sr, Ca) (Al, Ga) 2 S 4 : Eu, BaMgAl 10 O 17 : (Eu, Mn), BaAl 12 O 19 :( Eu, Mn), (Ba, Sr, Ca) S: (Eu, Mn), YBO 3 : (Ce, Tb), Y 2 O 3 : Eu, Y 2 O 2 S: Eu, YVO 4 : Eu, ( Ca, Sr) S: Eu, SrY 2 O 4 : Eu, Ca—Al—Si—O—N: Eu, (Ba, Sr, Ca) Si 2 O 2 N 2 : Eu, ⁇ -sialon, and CaSc 2 O 4 : Ce, Li— (Ca, Mg) —L
  • Examples of the light emitting element that emits light having a wavelength of 200 nm to 550 nm include an ultraviolet LED chip and a blue LED chip.
  • GaN, In i Ga 1-i N (0 ⁇ i ⁇ 1), In i Al j Ga 1-ij N (0 ⁇ i ⁇ 1, 0 ⁇ j ⁇ 1, i + j ⁇ 1) are used as light emitting layers.
  • a semiconductor having a layer such as) is used.
  • the emission wavelength can be changed by changing the composition of the light emitting layer.
  • the phosphor is a light emitting device other than a white LED, for example, a light emitting device (for example, PDP) whose phosphor excitation source is vacuum ultraviolet light; a light emitting device whose phosphor excitation source is ultraviolet light (for example, a backlight for liquid crystal display, three (Wavelength fluorescent lamp); it can also be used in a light emitting device (for example, CRT or FED) in which the phosphor excitation source is an electron beam.
  • a light emitting device for example, PDP
  • a light emitting device whose phosphor excitation source is ultraviolet light for example, a backlight for liquid crystal display, three (Wavelength fluorescent lamp
  • a light emitting device for example, CRT or FED
  • the phosphor excitation source is an electron beam.
  • the emission intensity of the phosphors obtained in the following examples was determined using a fluorescence spectrometer (FP-6500 manufactured by JASCO Corporation).
  • An X-ray diffractometer (RINT2000 manufactured by Rigaku) was used for X-ray diffraction (XRD) measurement of the phosphor.
  • XRD X-ray diffraction
  • the valence ratio of Eu in the phosphor was evaluated by X-ray absorption fine structure (XAFS) measurement.
  • XAFS measurement was performed by the transmission method using the beam line BL14B2 at SPring-8.
  • BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (BAM) was used as a standard sample of Eu 2+ (6792 eV), and europium oxide (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%) was used as a standard sample of Eu 3+ (6980 eV).
  • REX2000 manufactured by Rigaku Corporation
  • the XAFS data of each sample was processed based on the background to obtain an X-ray absorption near edge structure (XANES) spectrum.
  • Comparative Example 1 Lithium carbonate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., purity 99%), strontium carbonate (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., purity 99% or more), europium oxide (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%), and silicon dioxide (Nippon Aerosil Co., Ltd .: purity 99.99%) were weighed so that the atomic ratio of Li: Sr: Eu: Si was 1.96: 0.98: 0.02: 1.0. Were mixed by a dry ball mill for 6 hours to obtain a metal compound mixture.
  • the metal compound mixture was heated (baked) at a temperature of 800 ° C. for 24 hours. This was gradually cooled to room temperature to obtain a phosphor containing a compound represented by the formula Li 1.96 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) SiO 4 .
  • the emission intensity (peak intensity) of the obtained phosphor was set to 100.
  • the ratio of divalent Eu (Eu 2+ ) in the total Eu of the phosphor was 14%.
  • Example 1 Lithium carbonate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., purity 99%), strontium carbonate (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., purity 99% or more), europium oxide (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%), and silicon dioxide (Nippon Aerosil Co., Ltd .: purity 99.99%) were weighed so that the atomic ratio of Li: Sr: Eu: Si was 1.96: 0.98: 0.02: 1.0. Were mixed by a dry ball mill for 6 hours to obtain a metal compound mixture. The obtained metal compound mixture was accommodated in a firing furnace.
  • the metal compound mixture was heated (baked) at a temperature of 800 ° C. for 24 hours. This was gradually cooled to room temperature to obtain a phosphor containing a compound represented by the formula Li 1.96 (Sr 0.98 Eu 0.02 ) SiO 4 .
  • the emission intensity (peak intensity) of the obtained phosphor was 155 when the emission intensity of the phosphor obtained in Comparative Example 1 was defined as 100.
  • the ratio of divalent Eu (Eu 2+ ) in the total Eu of the phosphor was 27%.

Abstract

 M1、M2、及びLを含む原料混合物を、気相のSiを含むSi含有気体と接触させながら焼成して、M1 2a(M2 bc)M3 d4で表される黄色蛍光体を生成させる工程を含む、黄色蛍光体の製造方法。

Description

黄色蛍光体及びその製造方法
 本発明は黄色蛍光体及びその製造方法に関するものである。
 白色LEDは、紫外から青色の領域の光(波長が380~500nm程度)を放出するLEDチップと、該LEDチップから放出される光で励起されて発光する蛍光体との組み合わせから構成される。LEDチップと蛍光体の組み合わせに基づいて、様々な色温度の白色を実現することができる。
 紫外から青色の領域の光によって励起され発光する蛍光体は、白色LEDに好適に用いることができる。白色LED用の蛍光体として、例えば、特許文献1にはY3Al512:Ce(YAG:Ce)で示される蛍光体が開示されている。この蛍光体では、Y3Al512が蛍光体の母体結晶であり、Ceが母体結晶に賦活される発光イオンである。
 特許文献2、3には、Li2SrSiO4:Euで示される蛍光体が開示されている。特許文献3によれば、Li2SrSiO4:Euは、発光色に優れ、青色LEDから放出される青色光を効率よく吸収し、570nm付近にピークを有するブロードな黄色発光を示すとともに、高温に曝された状態でも発光強度を十分に維持できるといった優れた特性を示す。
特開平10-242513号公報 国際公開第03/80763号 特開2006-237113号公報
 しかし、例えばLi2SrSiO4:Euのような蛍光体に関して、さらなる発光強度の向上が求められている。
 本発明の目的は、発光強度(輝度)がより高度に改善された黄色蛍光体を得ることにある。
 本発明は、M1 2a(M2 bc)M3 d4で表される黄色蛍光体の製造方法に関するものである。本発明に係る製造方法は、M1、M2、及びLを含む原料混合物を、気相のSiを含むSi含有気体と接触させながら焼成して、M1 2a(M2 bc)M3 d4で表される黄色蛍光体を生成させる工程を含む。言い換えると、この黄色蛍光体は、少なくともM1、M2、及びLを含む原料混合物とSi含有気体とを接触させて焼成することによって製造される。但し、M1はアルカリ金属から選択される少なくとも一種の元素であり、M2はアルカリ土類金属から選択される少なくとも一種の元素であり、M3はSiである、又は、Si及びGeであり、Lは希土類元素、Bi及びMnから選択される少なくとも一種の元素である。aは、0.1~1.5(0.1以上、1.5以下)であり、bは、0.8~1.2(0.8以上、1.2以下)であり、cは、0.005~0.2(0.005以上、0.2以下)であり、dは、0.8~1.2(0.8以上、1.2以下)である。
 前記Si含有気体は、Si含有化合物を加熱することによって発生した気相のSiを含んでいてもよい。すなわち、前記Si含有気体は、例えば、Si含有化合物の加熱によって発生させることができる。前記原料混合物を焼成する場所とは異なる場所で前記Si含有化合物を加熱することによって発生させた気相のSiを含む前記Si含有気体を前記原料混合物と接触させることが好ましい。すなわち、前記焼成と、前記Si含有気体の発生とは異なる場所で行われるのが好ましい。例えば、前記Si含有化合物を1300℃以上に加熱することによって気相のSiを発生させることができる。すなわち、Si含有気体の発生温度は、例えば、1300℃以上である。前記原料混合物を、例えば、700℃~1000℃に加熱することによって焼成することができる。すなわち、焼成温度は、例えば、700℃以上、1000℃以下である。前記Lが、希土類元素、Bi及びMnから選択される、少なくともEuを含む一種以上の元素であることが好ましく、このEuは2価のEuを含むことがより好ましい。M1がLiであり、M3がSiであることが好ましい。M2が、Srのみである、Sr及びBaである、又は、Sr及びCaであることが好ましい。前記aは0.9~1.1(0.9以上、1.1以下)であるのが好ましい。b、c及びdは、b+c=1、d=1を満たすことが好ましい。
 本発明には上記製造方法によって得られる黄色蛍光体、及び、この黄色蛍光体を有する発光装置又は白色LEDも含まれる。
 本発明によれば、Si含有気体を利用しながら原料組成物を焼成するため、Si気体の強還元力を利用でき、得られる黄色蛍光体M1 2a(M2 bc)M3 d4の発光強度(輝度)をより高めることができる。
発光装置の一実施形態を示す断面図である。
 以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本明細書において、用語「金属元素」は、Si、Geなどの半金属元素も含む意味で使用される。
 本実施形態は、黄色発光を示す蛍光体(黄色蛍光体)に関する。黄色発光とは波長560nm~590nm付近にピークがある発光を指す。本実施形態の対象となる黄色蛍光体は、式:M1 2a(M2 bc)M3 d4(式中、M1はアルカリ金属から選択される少なくとも一種の元素を示し、M2はアルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)から選択される少なくとも一種の元素を示し、M3はSi及びGeから選択される少なくとも一種の元素を示し、Lは希土類元素、Bi及びMnよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を示す。aは、0.1~1.5であり、bは、0.8~1.2であり、cは、0.005~0.2であり、dは、0.8~1.2である。)で表される。
 前記M1は、好ましくはLi、Na、及びKから選択される一種又は二種以上(特に一種)の元素であり、より好ましくはLiである。
 M2は、好ましくはCa、Sr、及びBaから選択される一種又は二種以上(特に一種)の元素であり、より好ましくはSrを含む。M2がSrを含むときは、このM2はさらにBaを含む、Caを含む、又は、Ba及びCaを含むことも好ましく、特にCaを含むことが好ましい。
 Lは発光イオンとして賦活される元素であり、このLは、少なくともEuを含むことが好ましい。この場合のLは、Eu単独であってもよいし、EuとEu以外のL元素(希土類元素、Bi、Mnから選ばれる)の一種以上との組合せであってもよい。特に好ましいLは、Euである。さらに、LとしてのEuは、少なくとも、2価のEuを含むことが好ましい。
 M3は、好ましくはSiである。M3がSiであるとき、M1がLiであることが好ましい。
 前記aの下限は、好ましくは0.5、より好ましくは0.8、さらに好ましくは0.9であり、特に好ましくは0.95である。aの上限は、好ましくは1.2、さらに好ましくは1.1、特に好ましくは1.05である。
 前記bは、好ましくは0.8~1.1である。bの下限は、より好ましくは0.9である。bの上限は、より好ましくは1.05である。
 前記cは、好ましくは0.01~0.1である。cの下限は、より好ましくは0.015である。cの上限は、より好ましくは0.05である。
 b+cの値及びdは、同一又は異なって、好ましくは0.9~1.1である。b+c及びdの下限は、より好ましくは0.95である。b+c及びdの上限は、さらに好ましくは1.05である。より好ましくは、b+c及びdは、1である。
 aとb+cの比(a/(b+c))、aとdの比(a/d)、b+cとdの比((b+c)/d)は、同一又は異なって、例えば、0.9~1.1、好ましくは0.95~1.05である。
 a、b+c、dの値がいずれも1±0.03の範囲内にあることが好ましく、1であることが特に好ましい。M1がLiで、M3がSiであり、かつM2はSr単独である、又はSr及びCaであることが好ましい。
 前記蛍光体は、六方晶又は三方晶であることが好ましい。
 本実施形態に係る蛍光体は、M1、M2、及びLを含む原料混合物とSi含有気体(気相のSiを含む気体)とを接触させながら、原料混合物を焼成する工程を含む方法によって製造できる。この原料混合物は、必ずしもM3を含む必要はない。原料混合物がM3成分を含まなくても、M3成分としてのSiは、Si含有気体から供給される。
 前記原料混合物は、より詳細には、元素M1を含む物質(第1原料)、元素M2を含む物質(第2原料)、元素Lを含む物質(第3原料)の混合物であり、必要に応じて元素M3を含む物質(第4原料)を含んでいてもよい。元素M1、M2、L、及びM3はいずれも金属元素(半金属元素を含む)であるため、本明細書では前記第1~第4原料を金属元素含有物質と称する場合があり、それらの混合物を金属化合物混合物と称する場合がある。前記金属元素含有物質は、各金属M1、M2、L、又はM3の酸化物であってもよいし、高温(特に焼成温度)で分解又は酸化して酸化物を形成する物質であってもよい。この酸化物を形成する物質には、水酸化物、窒化物、酸窒化物、酸誘導体、及び塩(炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩など)などが含まれる。
 第1原料は、好ましくは金属M1(特にリチウム)の水酸化物、酸化物、及び炭酸塩から選ばれる。特に好ましい第1原料は、水酸化リチウム(LiOH)、酸化リチウム(Li2O)、及び炭酸リチウム(Li2CO3)を含む。これら第1原料は、1種を単独で使用してもよく、複数を組み合わせてもよい。
 第2原料の好ましい例には、金属M2(特にストロンチウム、バリウム、カルシウムなど)の水酸化物、酸化物、及び炭酸塩が含まれる。より具体的には、第2原料は、例えば、水酸化ストロンチウム(Sr(OH)2)、酸化ストロンチウム(SrO)、及び炭酸ストロンチウム(SrCO3)から選ばれる。これら第2原料は、1種を単独で使用してもよく、複数を組み合わせてもよい。
 第3原料は、金属L(特にユウロピウム)の水酸化物、酸化物、炭酸塩、又は塩化物であることが好ましい。第3原料は、例えば、水酸化ユウロピウム(Eu(OH)2、Eu(OH)3)、酸化ユウロピウム(EuO、Eu23)、炭酸ユウロピウム(EuCO3、Eu2(CO33)、塩化ユウロピウム(EuCl2、EuCl3)、及び硝酸ユウロピウム(Eu(NO32、Eu(NO33)から選ばれる。これら第3原料は、1種を単独で使用してもよく、複数を組み合わせてもよい。
 第4原料は、好ましくは金属M3(特に珪素)の酸化物、酸誘導体、又は塩である。好ましい第4原料には、例えば、二酸化珪素、珪酸、珪酸塩、二酸化ゲルマニウム、ゲルマニウム酸、及びゲルマニウム酸塩が含まれる。
 第1から第3原料は、各原料及びSi含有気体から供給される元素M1、M2、L、M3の原子比が、式:M1 2a(M2 bc)M3 d4におけるa、b、c、dの関係を満足する割合で混合する。第4原料を使用する場合も、第1から第4原料及びSi含有気体から供給される元素M1、M2、L、M3の原子比が、式M1 2a(M2 bc)M3 d4におけるa、b、c、dの関係を満足する割合で混合することが推奨される。このとき、気相のSiが母体内に供給されてもよい。
 前記第1~第3原料(好ましくは第1~第4原料)は、湿式で混合してもよく、乾式で混合してもよい。この混合では、汎用装置、例えば、ボールミル、V型混合機、攪拌機などが使用できる。
 本実施形態に係る方法では、上述したように、上記原料混合物(金属化合物混合物)とSi含有気体(気相のSi成分を含む気体)とを接触させながら原料混合物を焼成して、蛍光体を製造する。Si含有気体を利用しつつ焼成物(蛍光体)を製造すると、蛍光体の発光強度が向上する。
 原料混合物とSi含有気体とを接触させながら原料混合物を焼成する工程においては、例えば、Si含有気体雰囲気中で原料混合物を焼成することができる。前記Si含有気体は、後述するように、Si以外のガスで希釈されていてもよいし、加圧されていてもよい。
 Si含有気体は、例えば、シリコンアルコキシド化合物、ムライト、珪素酸化物(SiOxなど)などのSi含有化合物(好ましくはSiO)を高温に加熱することにより発生させることができる。Si含有化合物を加熱する温度(発生温度)は、例えば、1300℃以上、好ましくは1350℃以上、さらに好ましくは1380℃以上、特に好ましくは1400℃以上である。加熱温度の上限は特に限定されないが、加熱温度は、例えば、1600℃以下、好ましくは1500℃以下、より好ましくは1450℃以下である。
 Si含有気体は、Si含有化合物の加熱により発生する成分(気相のSi)だけから構成されていてもよいが、通常、他のガス(不活性ガス、還元性ガスなど)で希釈されている。不活性ガスとしては、窒素、アルゴンが例示できる。還元性ガスには、例えば、0.1~10体積%の水素と不活性ガス(窒素、アルゴンなど)との混合ガス、10~100体積%(好ましくは50~100体積%)のNH3と不活性ガス(窒素、アルゴンなど)との混合ガスが含まれる。Si含有気体雰囲気中で原料混合物を焼成する場合、Si含有気体は、不活性ガス、又は還元性ガスで希釈されていることが好ましく、0.1~10体積%の水素と不活性ガス(窒素、アルゴンなど)との混合ガスで希釈されていることがさらに好ましい。この希釈されていてもよいSi含有気体は、必要に応じて、加圧されていてもよい。
 Si含有気体に含まれる気相のSiの生成は、原料混合物を焼成する場所の温度とは異なる温度の場所で行われるのが好ましい。例えば、温度勾配が形成されている一つの焼成炉の中で、温度の高い第一の領域で気相のSiを生成させ、第一の領域よりも温度の低い第二の領域で原料混合物の焼成を行うことができる。あるいは、原料組成物を焼成する焼成室とは異なる場所(例えば、加熱炉)においてSi含有化合物を加熱して気相のSiを発生させることも可能である。この場合例えば、焼成室と、Si含有化合物が加熱される加熱炉とは、配管により接続される。この場合、Si含有気体の発生場所から焼成場所に向けて他のガスを流し、この他のガスにのせてSi含有気体を焼成場所(焼成室)に供給すればよい。
 原料混合物とSi含有気体とを接触させて原料混合物を焼成する限り、本実施形態に係る方法における焼成は、従来のM1 2a(M2 bc)M3 d4の焼成に採用されている条件と同等の条件を採用できる。例えば、原料混合物を焼成する場所の雰囲気、すなわち焼成雰囲気は、原料混合物とSi含有気体との接触が許される限り、不活性ガス雰囲気、還元性ガス雰囲気のいずれでもよい。なお強い還元性雰囲気で原料組成物を焼成する場合には、上記原料混合物(金属化合物混合物)に適量の炭素を添加してもよい。
 焼成は、複数回繰り返してもよい。このとき、第一回目の焼成と、第二回目の焼成とで雰囲気を変更してもよく、第三回目以降の焼成でも雰囲気を変更してもよい。例えば、不活性ガス雰囲気で焼成した場合は、その後さらに還元性ガス雰囲気で焼成を行うことが好ましい。
 複数回の焼成を行う場合、いずれか一つ以上の焼成で、原料混合物(その焼成途中物を含む)とSi含有気体とを接触させる限り、他の焼成ではSi含有気体が存在しない雰囲気下で原料混合物を焼成してもよい。
 焼成温度は、通常、700~1000℃であり、好ましくは750~950℃、より好ましくは800~900℃である。焼成時間は、通常、1~100時間であり、好ましくは10~90時間であり、より好ましくは20~80時間である。
 本実施形態に係る方法は、前記焼成に先立って、必要に応じて、焼成よりも低温(例えば500~800℃)で所定時間(例えば1~100時間、好ましくは10~90時間)、原料組成物を保持して、原料組成物を仮焼する工程を更に含んでいてもよい。
 本実施形態に係る方法では、必要により、反応促進剤の存在下で仮焼又は焼成を行ってもよい。反応促進剤を用いることによって、得られる蛍光体の発光強度をより向上できる。反応促進剤は、例えばアルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、ハロゲン化アンモニウム、ホウ素の酸化物(B23)、及びホウ素のオキソ酸(H3BO3)から選ばれる。前記アルカリ金属ハロゲン化物は、好ましくはアルカリ金属のフッ化物又はアルカリ金属の塩化物であり、例えば、LiF、NaF、KF、LiCl、NaCl、及びKClである。前記アルカリ金属炭酸塩は、例えば、Li2CO3、Na2CO3、及びK2CO3である。前記アルカリ金属炭酸水素塩は、例えば、NaHCO3である。前記ハロゲン化アンモニウムは、例えば、NH4Cl、及びNH4Iである。
 本実施形態に係る製造方法により得られる蛍光体(焼成物)は、式:M1 2a(M2 bc)M3 d4で表される黄色蛍光体に加えて、原料混合物に由来するハロゲン元素、すなわちF、Cl、Br及びIの1種以上を含有していてもよい。ハロゲン元素の合計含有量は、原料中に含有されるハロゲン元素の合計量に対して同量以下であればよく、好ましくは50%以下、さらに好ましくは25%以下である。
 仮焼物又は焼成物に対して、必要により、粉砕、洗浄、及び分級のうちいずれか一つ以上の処理を施してもよい。粉砕には、例えば、ボールミル、ジェットミルなどが使用できる。
 上記製造方法によって得られる黄色蛍光体は、高い発光強度を有するため、発光装置(例えば白色LED)おいて好適に用いることができる。白色LEDは、紫外から青色の光(波長が200~550nm程度、好ましくは380~500nm程度)を放出する発光素子(LEDチップ)と、蛍光体を含む蛍光層とから構成される。この白色LEDは、例えば、特開平11-31845号公報、特開2002-226846号公報等に開示の方法によって製造することができる。すなわち、例えば、前記発光素子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの透光性樹脂で封止し、その表面を蛍光体で覆う方法によりで白色LEDを製造できる。蛍光体の量を適宜設定すれば、白色LEDが所望の白色を発光する。
 図1は、発光装置の一実施形態を示す断面図である。図1に示す発光装置1は、発光素子10と、発光素子10上に設けられた蛍光層20とを備える。蛍光層20を形成する蛍光体は、発光素子10からの光を受光して励起されて蛍光を発光する。蛍光層20を構成する蛍光体の種類、量等を適宜設定することにより、白色の発光を得ることができる。すなわち、白色LEDを構成することができる。本実施形態に係る発光装置又は白色LEDは、図1に示す形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。
 発光層は、蛍光体として、上述の黄色蛍光体のみを含んでいてもよいし、他の蛍光体をさらに含んでいてもよい。他の蛍光体は、例えば、BaMgAl1017:Eu、(Ba,Sr,Ca)(Al,Ga)24:Eu、BaMgAl1017:(Eu,Mn)、BaAl1219:(Eu,Mn)、(Ba,Sr,Ca)S:(Eu,Mn)、YBO3:(Ce,Tb)、Y23:Eu、Y22S:Eu、YVO4:Eu、(Ca,Sr)S:Eu、SrY24:Eu、Ca-Al-Si-O-N:Eu、(Ba,Sr,Ca)Si222:Eu、β-サイアロン、及びCaSc24:Ce、Li-(Ca,Mg)-Ln-Al-O-N:Eu(ただし、LnはEu以外の希土類金属元素を表す)から選ばれる。
 波長200nm~550nmの光を発する発光素子としては、紫外LEDチップ、青色LEDチップなどが挙げられる。これらLEDチップには発光層としてGaN、IniGa1-iN(0<i<1)、IniAljGa1-i-jN(0<i<1、0<j<1、i+j<1)などの層を有する半導体が用いられる。発光層の組成を変化させることにより、発光波長を変化させることができる。
 蛍光体は、白色LED以外の発光装置、例えば、蛍光体励起源が真空紫外線である発光装置(例えば、PDP);蛍光体励起源が紫外線である発光装置(例えば、液晶ディスプレイ用バックライト、三波長形蛍光ランプ);蛍光体励起源が電子線である発光装置(例えば、CRTやFED)などにも使用できる。
 以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではない。前記及び後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えた態様により本発明を実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
 以下の実施例で得られる蛍光体の発光強度は、蛍光分光測定装置(日本分光株式会社製FP-6500)を用いて決定した。蛍光体のX線回折(XRD)測定には、X線回折装置(リガク製RINT2000)を用いた。蛍光体中のEuの価数割合は、X線吸収微細構造(XAFS)測定によって評価した。
 XAFS測定は、SPring-8においてビームラインBL14B2を用いて透過法で行った。Eu-L3吸収端である6650~7600eVを測定領域とした。Eu2+(6972eV)の標準試料としてBaMgAl1017:Eu2+(BAM)を用い、Eu3+(6980eV)の標準試料として酸化ユウロピウム(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)を用いた。解析プログラム(株式会社リガク製REX2000)を用い、各試料のXAFSデータを、バックグラウンドに基づいて処理し、X線吸収端近傍構造(XANES)スペクトルを得た。その後、Eu2+標準試料及びEu3+標準試料のXANESスペクトルを用いて、各試料のXANESスペクトルのパターンフィッティングを行い、Eu2+ピークの割合から、試料中のEu2+の割合を算出した。
 比較例1
 炭酸リチウム(関東化学株式会社製、純度99%)、炭酸ストロンチウム(堺化学工業株式会社製、純度99%以上)、酸化ユウロピウム(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)、及び二酸化珪素(日本アエロジル株式会社製:純度99.99%)を、Li:Sr:Eu:Siの原子比が1.96:0.98:0.02:1.0となるように秤取し、これらを乾式ボールミルにより6時間混合して金属化合物混合物を得た。
 5体積%のH2を含有するN2雰囲気中、前記金属化合物混合物を温度800℃で24時間加熱(焼成)した。これを室温まで徐冷して、式Li1.96(Sr0.98Eu0.02)SiO4で表される化合物を含有する蛍光体を得た。得られた蛍光体の発光強度(ピーク強度)を、100とした。
 蛍光体の全Eu中の2価のEu(Eu2+)の割合は14%であった。
 実施例1
 炭酸リチウム(関東化学株式会社製、純度99%)、炭酸ストロンチウム(堺化学工業株式会社製、純度99%以上)、酸化ユウロピウム(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)、及び二酸化珪素(日本アエロジル株式会社製:純度99.99%)を、Li:Sr:Eu:Siの原子比が1.96:0.98:0.02:1.0となるように秤取し、これらを乾式ボールミルにより6時間混合して金属化合物混合物を得た。得られた金属化合物混合物を焼成炉に収容した。
 前記金属化合物混合物100質量部に対して50質量部の量のSiO(WAKO製)を秤取し、前記焼成炉と配管で接続されている密閉式加熱炉に入れた。SiOを1400℃に加熱しながら、5体積%のH2を含有するN2をフローして、SiOから発生した気相のSiを含有する気体を焼成炉に供給し、このSi含有気体を金属化合物混合物と接触させた。
 Si含有気体を連続で供給しながら、金属化合物混合物を温度800℃で24時間加熱(焼成)した。これを室温まで徐冷して、式Li1.96(Sr0.98Eu0.02)SiO4で表される化合物を含有する蛍光体を得た。得られた蛍光体の発光強度(ピーク強度)は、前記比較例1で得られた蛍光体の発光強度を100としたとき、155であった。蛍光体の全Eu中の2価のEu(Eu2+)の割合は27%であった。
 1…発光装置、10…発光素子、20…蛍光層。

Claims (15)

  1.  M1、M2、及びLを含む原料混合物を、気相のSiを含むSi含有気体と接触させながら焼成して、M1 2a(M2 bc)M3 d4で表される黄色蛍光体を生成させる工程を含み、
     M1はアルカリ金属から選択される少なくとも一種の元素であり、
     M2はアルカリ土類金属から選択される少なくとも一種の元素であり、
     M3は、Siである、又は、Si及びGeであり、
     Lは希土類元素、Bi及びMnから選択される少なくとも一種の元素であり、
     aは、0.1~1.5であり、
     bは、0.8~1.2であり、
     cは、0.005~0.2であり、
     dは、0.8~1.2である、
    黄色蛍光体の製造方法。
  2.  前記原料混合物がMを更に含む、請求項1に記載の製造方法。
  3.  前記Si含有気体は、Si含有化合物を加熱することによって発生した気相のSiを含む、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4.  前記原料混合物を焼成する場所とは異なる場所で前記Si含有化合物を加熱することによって発生させた気相のSiを含む前記Si含有気体を前記原料混合物と接触させる、請求項3に記載の製造方法。
  5.  前記Si含有化合物を1300℃以上に加熱することによって発生した気相のSiを含む前記Si含有気体を前記原料混合物と接触させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法。
  6.  前記原料混合物を、700℃~1000℃に加熱することによって焼成する、請求項1~5のいずれか一項に記載の製造方法。
  7.  Lが、希土類元素、Bi及びMnから選択される、Euを含む一種以上の元素である、請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法。
  8.  Lが、希土類元素、Bi及びMnから選択される、2価のEuを含む少なくとも一種以上の元素である、請求項7に記載の製造方法。
  9.  M1がLiであり、M3がSiである、請求項1~8のいずれか一項に記載の製造方法。
  10.  M2が、Srのみである、Sr及びBaである、又は、Sr及びCaである、請求項1~9のいずれか一項に記載の製造方法。
  11.  aが、0.9~1.1である、請求項1~10のいずれか一項に記載の製造方法。
  12.  b+cが1であり、dが1である、請求項1~11のいずれか一項に記載の製造方法。
  13.  請求項1~12のいずれか一項に記載の方法によって製造することのできる黄色蛍光体。
  14.  請求項13に記載の黄色蛍光体を有する発光装置。
  15.  請求項13に記載の黄色蛍光体を有する白色LED。
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KENJI TODA ET AL.: "Kokisoho ni yoru Keisan'en Keikotai no Gosei", 2010 NEN SHUKI DAI 71 KAI EXTENDED ABSTRACTS; THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, vol. 14-183, 30 August 2010 (2010-08-30), pages 14A - ZM-7 *
MICHAEL S. CROWLEY, HYDROGEN-SILICA REACTIONS IN REFRACTORIES, vol. 46, no. 7, 1967, pages 679 - 682 *

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