WO2018147185A1 - 蛍光体粉末及び発光装置並びに蛍光体粉末の製造方法 - Google Patents

蛍光体粉末及び発光装置並びに蛍光体粉末の製造方法 Download PDF

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WO2018147185A1
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powder
light
phosphor
particle size
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真樹 田中
仁 天谷
稲垣 徹
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宇部興産株式会社
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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    • C09K11/59Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/24Alkaline-earth metal silicates

Definitions

  • the present invention relates to a phosphor powder, a light emitting device, and a method for producing the phosphor powder, and more particularly, to a silicate phosphor powder, a light emitting device including the phosphor powder, and a method for producing the phosphor powder.
  • Silicate-based phosphor powders are known as phosphor powders that emit visible light when excited by excitation light such as vacuum ultraviolet light or ultraviolet light.
  • a silicate-based phosphor powder for example, a blue light-emitting phosphor powder represented by a composition formula of Sr 3 MgSi 2 O 8 : Eu (hereinafter also referred to as SMS blue light-emitting phosphor) is known.
  • Silicate-based phosphor powders are used in light-emitting devices that require high light-emitting energy, such as projector light sources and in-vehicle headlamp light sources, by combining them with, for example, laser diodes (LD) of light-emitting elements.
  • LD laser diodes
  • a light emitting device a device that emits white light by a combination of blue, green, and red phosphor powders and a laser diode or the like is known.
  • Fluorescent substance powder used in such a light emitting device is required to have a high light emission maintenance rate when used for a long time.
  • the light emission intensity decreases with time by irradiating the phosphor powder with light, so that the necessary luminance is insufficient, or the color deviation of the light emitting device occurs.
  • Patent Document 1 discloses that a mixture obtained by adding 0.5 to 15 parts by mass of ammonium fluoride to 100 parts by mass of silicate phosphor powder is heated on a surface at a temperature of 200 to 600 ° C. It is described that by using a coated silicate phosphor powder having a fluorine-containing compound coating layer, it is possible to provide a light emitting device that has high emission luminance and stably exhibits high emission intensity over a long period of time.
  • Patent Document 2 is represented by the general formula xAO ⁇ y 1 EuO ⁇ y 2 EuO 3/2 ⁇ MgO ⁇ zSiO 2, in this formula, A is located at least one member selected from Ca, Sr and Ba , X satisfies 2.80 ⁇ x ⁇ 3.00, y 1 + y 2 satisfies 0.01 ⁇ y 1 + y 2 ⁇ 0.20, and z satisfies SMS 1.90 ⁇ z ⁇ 2.10 When the proportion of the divalent Eu element in the total Eu element is defined as the divalent Eu ratio, the divalent Eu ratio of the phosphor particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 50 mol%.
  • Luminous efficiency can be increased by using the SMS blue light emitting phosphor powder having a divalent Eu ratio of 97 mol% or more as measured by the X-ray absorption near edge structure analysis method. , Light emitting device using the phosphor powder Is described as being highly efficient.
  • the present invention provides a phosphor powder that suppresses a decrease in emission intensity over time when irradiated with high-power excitation light and has a high fluorescence maintenance rate, a light-emitting device using the same, and a method for producing the phosphor powder.
  • the purpose is to provide.
  • the present inventors have conducted extensive research. As a result, in the silicate phosphor powder containing magnesium and activated by europium, the particle diameter is increased and the amount of europium is increased. It has been found that the decrease in emission intensity is suppressed and the fluorescence retention rate is increased by decreasing the amount.
  • the present invention is characterized in that the particle size D10 represented by the composition of the following formula (1) and corresponding to a volume accumulation of 10% in the volume-based particle size distribution by the laser diffraction scattering method is 10 ⁇ m to 30 ⁇ m. It is a phosphor powder.
  • M is one or more metal elements selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba
  • Ln is a rare earth metal element excluding Eu
  • the present invention also relates to a light emitting device comprising the above phosphor powder and a light source that emits light by irradiating the phosphor powder with excitation light.
  • the present invention is a method for producing the above phosphor powder, comprising a step of obtaining an aqueous slurry of a raw material, a step of drying the aqueous slurry to obtain a dried product, and a temperature of 1230 ° C. to 1500 ° C. of the dried product. And a step of obtaining a fired product by firing at a temperature of 1.
  • the method for producing a phosphor powder comprising:
  • a phosphor powder having a high fluorescence maintenance rate As described above, according to the present invention, it is possible to provide a phosphor powder having a high fluorescence maintenance rate, a light emitting device using the phosphor powder, and a method for producing the phosphor powder.
  • Phosphor powder The phosphor powder of the present invention is represented by the composition of the following formula (1).
  • M is one or more metal elements selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba, Ln is a rare earth metal element excluding Eu, and 2.5 ⁇ a ⁇ 3.3, 0.9 ⁇ b. ( ⁇ 1.1, 7.4 ⁇ c ⁇ 8.4, 0 ⁇ x ⁇ 0.08, 0 ⁇ y ⁇ 0.003)
  • the phosphor powder of the present invention is a silicate-based blue light-emitting phosphor powder containing magnesium and activated by europium.
  • Europium is an activator and has the property of emitting light as luminescent atoms in the phosphor powder.
  • the molar ratio of europium to 2 moles of Si, that is, the value of x is in the range of 0 ⁇ x ⁇ 0.08, and preferably in the range of 0.005 ⁇ x ⁇ 0.05.
  • the molar ratio of the metal element M to 2 mol of Si, that is, the value of a is in the range of 2.5 ⁇ a ⁇ 3.3, and preferably in the range of 2.9 ⁇ a ⁇ 3.1. .
  • the molar ratio of magnesium to 2 moles of Si that is, the value of b is in the range of 0.9 ⁇ b ⁇ 1.1, and preferably 0.95 ⁇ b ⁇ 1.05.
  • the molar ratio of oxygen to 2 mol of Si that is, the value of c is in the range of 7.4 ⁇ c ⁇ 8.4.
  • the molar ratio of the rare earth metal element Ln to 2 mol of Si that is, the value of y is in the range of 0 ⁇ y ⁇ 0.003. If these values are out of the above range, the initial light emission intensity upon excitation with excitation light is lowered, and the fluorescence retention rate is also lowered.
  • the value of y is in the range of 0 ⁇ y ⁇ 0.003
  • a decrease in emission intensity over time when irradiated with high-power excitation light is suppressed, and the fluorescence maintenance rate is increased.
  • the metal element M in the phosphor powder of the present invention preferably contains strontium (Sr), and is strontium (Sr) and calcium (Ca), or strontium (Sr) and barium (Ba). It is particularly preferred.
  • the molar ratio of strontium to calcium (Sr: Ca) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1: 0.03 to 1: 0.09, and is preferably 1: 0.05 to 1: 0.08. It is particularly preferable that it is within the range.
  • the molar ratio of strontium to barium (Sr: Ba) is not particularly limited, but is preferably in the range of 5:95 to 25:75, and preferably in the range of 10:90 to 20:80. Particularly preferred. When the molar ratio of strontium and calcium and the molar ratio of strontium and barium are within the above ranges, the fluorescence retention rate tends to be high when D10 is 10 ⁇ m or more.
  • the phosphor powder of the present invention has a particle size D10 (hereinafter sometimes simply referred to as “D10”) corresponding to a volume accumulation of 10% in a volume-based particle size distribution by a laser diffraction scattering method of 10 ⁇ m or more, and 12 ⁇ m or more. More preferably.
  • D10 particle size
  • a decrease in emission intensity over time when irradiated with high-power excitation light is suppressed, and the fluorescence maintenance rate is increased.
  • D10 particle size
  • D10 particle size corresponding to a volume accumulation of 10% in a volume-based particle size distribution by a laser diffraction scattering method of 10 ⁇ m or more, and 12 ⁇ m or more. More preferably.
  • D10 is usually 30 ⁇ m or less.
  • the phosphor powder of the present invention is used by being dispersed in a resin in semiconductor lighting or the like which is a light emitting device.
  • D10 is larger than 30 ⁇ m, the dispersibility in the resin is deteriorated, which is not preferable.
  • the phosphor powder of the present invention has a particle size D50 (hereinafter sometimes simply referred to as “D50”) corresponding to a volume accumulation of 50% in a volume reference particle size distribution by a laser diffraction scattering method of 20 ⁇ m or more. Preferably, it is 26 ⁇ m or more.
  • D50 particle size
  • D50 is less than 20 ⁇ m, the specific surface area of the particles is increased, whereby divalent europium that contributes to light emission is easily oxidized to become trivalent europium, and the fluorescence maintenance ratio is lowered, which is not preferable.
  • D50 is usually 50 ⁇ m or less.
  • D50 is larger than 50 ⁇ m, it is not preferable because dispersibility in a resin is deteriorated when used in a light-emitting device such as a semiconductor illumination.
  • the ratio of the europium amount x to z satisfies x / z ⁇ 0.0060.
  • This value is an index indicating the ease of oxidation of europium, and the smaller this value, the less europium is oxidized and the higher the fluorescence maintenance rate.
  • the reason for this is not clear, but the divalent europium present on the surface of the phosphor powder is likely to come into contact with oxygen and is oxidized to trivalent europium, but the specific surface area of the particles decreases as the particle size increases. This is considered to be because the ratio of europium in the surface portion that is easily oxidized is reduced, and the decrease in emission intensity is suppressed. As described above, the decrease in the emission intensity is suppressed as D10 is increased, and the decrease in the europium amount (x value) is suppressed, and the fluorescence maintenance rate is increased.
  • the value of x / z is preferably x / z ⁇ 0.0040, more preferably x / z ⁇ 0.0030, and particularly preferably x / z ⁇ 0.0020.
  • the particle diameters D10 and D50 of the phosphor powder of the present invention can be adjusted by adding a flux in the raw material mixing step at the time of production or adjusting the firing temperature in the firing step.
  • the phosphor powder of the present invention preferably has a halogen element concentration of 1000 ppm or less.
  • the halogen element concentration is more preferably 300 ppm or less, and particularly preferably 50 ppm or less.
  • the halogen element concentration is a value measured by an automatic combustion halogen / sulfur analysis system.
  • the chlorine concentration is particularly preferably low, and is preferably 1000 ppm or less.
  • the chlorine concentration is more preferably 300 ppm or less, and particularly preferably 50 ppm or less.
  • the halogen element concentration can be adjusted by adjusting the amount of a halogen compound added as a flux, which will be described later, or by performing a washing step when manufacturing the phosphor powder.
  • the phosphor powder of the present invention contains strontium (Sr) and calcium (Ca) as the metal element M, a laser having an output of 1.85 W and a spot diameter of 3 mm (power density 26.2 ⁇ 10 ⁇ 3 kW / cm 2 )
  • the fluorescence maintenance ratio is preferably 91% or more. And more preferably 95% or more, and particularly preferably 98% or more.
  • the phosphor powder of the present invention contains strontium (Sr) and barium (Ba) as the metal element M, a laser with an output of 1.85 W and a spot diameter of 3 mm (power density 26.2 ⁇ 10 ⁇ 3 kW / cm 2 )
  • the fluorescence maintenance ratio is preferably 80% or more. 85% or more, more preferably 90% or more.
  • the phosphor powder of the present invention has the above-described characteristics, the oxidation of divalent europium, which is a light emitting element, is suppressed, and the maintenance rate of fluorescence emitted when excited by excitation light can be improved. .
  • the phosphor powder of the present invention can be used for a light-emitting device including a light source with an output of 100 mW or more because it has the above-described characteristics.
  • the phosphor powder can be used in a light emitting device including a light source that emits light by irradiating excitation light with a power density of 14.1 ⁇ 10 ⁇ 4 kW / cm 2 or more.
  • the phosphor powder of the present invention includes, for example, a strontium compound powder, a calcium compound powder, a barium compound powder, a silicon compound powder, a magnesium compound powder, a europium compound powder, and a rare earth metal compound powder containing a rare earth metal element Ln.
  • the raw material powder containing a flux (halogen compound) is mixed in a solvent to obtain an aqueous slurry of the raw material powder mixture (mixing step), and the obtained aqueous slurry is dried (drying step) and obtained by the drying step
  • the dried product is calcined (firing step), and the calcined product obtained by the calcining step is washed (cleaning step).
  • Each raw material powder of strontium compound powder, calcium compound powder, barium compound powder, silicon compound powder, magnesium compound powder, europium compound powder, rare earth metal compound powder may be an oxide powder, It may be a powder of a compound that generates an oxide by heating, such as hydroxide, halide, carbonate (including basic carbonate), nitrate, oxalate and the like.
  • strontium compound powder examples are not particularly limited.
  • strontium carbonate (SrCO 3 ), strontium hydroxide (Sr (OH) 2 ), strontium fluoride (SrF 2 ), strontium chloride (SrCl 2 ), bromide strontium (SrBr 2) may be used one or more selected from the group consisting of strontium iodide (SrI 2).
  • calcium compound powder examples are not particularly limited.
  • calcium carbonate (CaCO 3 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ), bromide calcium (CaBr 2) may be used one or more selected from the group consisting of calcium iodide (CaI 2).
  • barium compound powder e.g., barium carbonate (BaCO 3), barium hydroxide (Ba (OH) 2), barium fluoride (BaF 2), barium chloride (BaCl 2), bromide barium (BaBr 2), may be used one or more selected from the group consisting of barium iodide (BaI 2).
  • silicon compound powder e.g., silicon dioxide (SiO 2), orthosilicate (H 4 SiO 4), metasilicate (H 2 SiO 3), meta disilicate (H 2 Si 2 O
  • SiO 2 silicon dioxide
  • orthosilicate (H 4 SiO 4) orthosilicate
  • metasilicate H 2 SiO 3
  • meta disilicate H 2 Si 2 O
  • magnesium oxide MgO
  • Mg (OH) 2 magnesium hydroxide
  • MgCO 3 magnesium carbonate
  • europium compound powder is not particularly limited.
  • europium (III) oxide Eu 2 O 3
  • europium (II) oxide EuO
  • europium hydroxide III
  • One or more selected from the group can be used.
  • the rare earth metal compound powder e.g., scandium oxide (III) (Sc 2 O 3 ), scandium hydroxide (III) (Sc (OH) 3), yttrium oxide (III) (Y 2 O 3 ), yttrium hydroxide (III) (Y (OH) 3 ), gadolinium (III) oxide (Gd 2 O 3 ), gadolinium hydroxide (III) (Gd (OH) 3 ), terbium oxide (III) ( Tb 2 O 3), selected from the group consisting of terbium hydroxide (III) (Tb (OH) 3), lanthanum oxide (III) (La 2 O 3 ), lanthanum hydroxide (III) (La (OH) 3)
  • terbium oxide (III) (Tb (OH) 3 selected from the group consisting of terbium hydroxide (III) (Tb (OH) 3), lanthanum oxide (III) (La 2 O 3 ), lanthanum hydroxide (III) (La (
  • the flux is preferably a compound having a melting point of 800 ° C to 900 ° C.
  • the flux is preferably a halogen compound, and particularly preferably a chlorine compound. It is preferable to use chlorine compound powder as part of the raw material powder as the flux.
  • strontium chloride compound powder (strontium chloride) is preferably used.
  • the amount of flux added is preferably such that the amount of halogen element is 0.05 mol to 0.3 mol with respect to 1 mol of mixed magnesium element, and 0.07 mol to 0.15. It is particularly preferable to set the addition amount so as to be a mole.
  • raw material powders may be used alone or in combination of two or more.
  • Each raw material powder preferably has a purity of 99% by mass or more.
  • the mixing ratio of the raw material powder is almost the same as that of the formula (1), the mixing ratio is adjusted so as to be a desired composition ratio. That is, the strontium compound powder, calcium compound powder, barium so that the total mole number a of strontium element, calcium element or barium element is 2.5 ⁇ a ⁇ 3.3 with respect to 2 mol of silicon content of the raw material powder Mix compound powder. The same applies to other compound powders.
  • the raw material powder is mixed in a solvent by a wet mixing method to obtain an aqueous slurry of the raw material.
  • a wet mixing method a rotating ball mill, a vibrating ball mill, a planetary mill, a paint shaker, a rocking mill, a rocking mixer, a bead mill, a stirrer, or the like can be used.
  • the solvent water, lower alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol can be used. Among these, it is preferable to use water.
  • Spray drying is a method of obtaining a granulated powder by spraying an aqueous slurry and bringing it into contact with hot air at 80 to 300 ° C. to evaporate the solvent in the aqueous slurry.
  • the raw material slurry formed into droplets is rapidly dried.
  • Spray drying can be performed using a known spray dryer, and for example, a rotary disk type rotary atomizer, a disk atomizer, a nozzle injection type nozzle atomizer, or the like can be used. Thereby, the powder mixture (dried material) of each raw material can be obtained.
  • the number of rotations is usually in the range of 10,000 to 20,000 rpm.
  • Drying with an evaporator is a method of obtaining a powder mixture by evaporating and distilling off the solvent in the aqueous slurry under reduced pressure.
  • a well-known apparatus can be used as an evaporator, for example, a rotary evaporator etc. can be used. Thereby, the powder mixture (dried material) of each raw material can be obtained.
  • the firing of the powder mixture is preferably performed in a reducing gas atmosphere.
  • a mixed gas of 0.5 to 5.0% by volume of hydrogen and 99.5 to 95.0% by volume of an inert gas can be used.
  • inert gases include argon and / or nitrogen.
  • the firing temperature is in the range of 1230 ° C. to 1500 ° C., and more preferably 1250 ° C. to 1400 ° C. When the firing temperature is less than 1230 ° C., the particle size of the phosphor powder is decreased, the specific surface area is increased, and europium is easily oxidized.
  • the firing time is generally in the range of 0.5 to 100 hours, and preferably in the range of 0.5 to 10 hours. Thereby, a phosphor fired product can be obtained.
  • the powder mixture is heated to 0.5 to 100 at a temperature of 600 to 850 ° C. in an air atmosphere before firing in a reducing gas atmosphere.
  • Time calcining is preferred.
  • the calcination time is particularly preferably in the range of 0.5 to 10 hours.
  • the phosphor fired product obtained by the firing step may be subjected to a classification treatment and a baking treatment as necessary.
  • the phosphor fired product can be washed after the firing process.
  • the phosphor fired product can be washed by wet washing such as pure water, ion-exchanged water, distilled water or the like, or acid washing with a mineral acid such as hydrochloric acid or nitric acid, and washing with water is preferred.
  • the phosphor fired product is preferably washed in a mixer such as a homomixer.
  • a cleaning liquid slurry prepared so that a cleaning liquid such as pure water is 1 to 100 times (weight ratio), preferably 5 to 20 times (weight ratio), with respect to the phosphor fired product, Using a homomixer, washing is performed at a rotational speed of 1000 to 5000 rpm, preferably 2500 to 4000 rpm, for 0.1 to 30 minutes, preferably 1 to 10 minutes.
  • the obtained washing liquid slurry is filtered and then dried to obtain the phosphor powder of the present invention.
  • the phosphor powder of the present invention can be used in various light-emitting devices.
  • the light emitting device of the present invention includes at least a phosphor powder represented by the above formula (1) and a light source that emits light by irradiating the phosphor powder with excitation light.
  • the light source preferably has an output of 100 mW or more, and is preferably a semiconductor light emitting element.
  • the semiconductor light emitting device is preferably a light emitting diode or a laser diode, and particularly preferably a laser diode.
  • the light source is preferably made to emit light by irradiating the phosphor powder with excitation light at a power density of 14.1 ⁇ 10 ⁇ 4 kW / cm 2 or more.
  • the light emitting device includes semiconductor lighting, fluorescent lamp, fluorescent display tube (VFD), cathode ray tube (CRT), plasma display panel (PDP), field emission display (FED), projector, and the like.
  • the semiconductor illumination includes the phosphor powder of the present invention (blue light emitting phosphor powder), the red light emitting phosphor powder, the green light emitting phosphor powder, and a semiconductor light emitting device (light emitting diode) that emits ultraviolet light having a wavelength of, for example, 350 to 430 nm. Or a laser diode), and the phosphor powder is excited by ultraviolet light from the light emitting element to obtain a white color by mixing blue, red and green.
  • red light emitting phosphor powder examples include (Ba, Sr, Ca) 3 MgSi 2 O 8 : Eu, Mn, Y 2 O 2 S: Eu, La 2 O 3 S: Eu, (Ca, Sr, Ba). 2 Si 5 N 8 : Eu, CaAlSiN 3 : Eu, Eu 2 W 2 O 9 , (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 N 8 : Eu, Mn, CaTiO 3 : Pr, Bi, (La, Eu) 2 such as W 3 O 12 can be mentioned.
  • Examples of the green light emitting phosphor powder include (Mg, Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2 : Eu, (Ba, Ca, Sr, Mg) 2 SiO 4 : Eu, and the like.
  • Examples of the light emitting element include an AlGaN semiconductor light emitting element.
  • Patent Document 2 for details of the light-emitting device, reference can be made to Patent Document 2, for example.
  • Example 1 Manufacture of silicate-based blue-emitting phosphor powder
  • Strontium carbonate powder SrCO 3 : purity 99.99 mass%, average particle size 3 ⁇ m
  • calcium carbonate powder CaCO 3 : purity 99.99%, average particle size 4 ⁇ m
  • strontium chloride powder SrCl 2 : purity 99.99) Mass%)
  • magnesium oxide powder MgO: manufactured by vapor phase method, purity 99.98 mass% or more, BET specific surface area 8 m 2 / g (BET diameter 0.20 ⁇ m)
  • silicon oxide powder SiO 2 : purity
  • Each raw material powder weighed was put into a ball mill together with pure water and wet mixed for 16 hours to obtain an aqueous slurry.
  • the obtained aqueous slurry was spray-dried with a spray dryer of a spray dryer to obtain a powder mixture.
  • the spray dryer used was _FOC-25 type manufactured by Okawara Chemical Co., Ltd., and was operated under conditions of hot air temperature, inlet 220 to 240 ° C., outlet 90 to 110 ° C., and atomizer speed 12600 to 12800 rpm.
  • the obtained powder mixture was put in an alumina crucible, calcined at a temperature of 780 ° C. for 3 hours in an air atmosphere, then allowed to cool to room temperature, and then a reducing gas atmosphere of 3 vol% hydrogen-97 vol% argon.
  • the resultant was fired at a temperature of 1250 ° C. for 3 hours to obtain a fired phosphor (silicate-based blue light-emitting phosphor).
  • the obtained phosphor fired product was wet-washed with pure water using a homomixer, and the resulting cleaning slurry was filtered and then dried, so that the composition formula was (Sr 2.757 , Ca 0.208 ) MgSi 2.
  • a silicate-based blue light-emitting phosphor powder represented by O 8 : Eu 0.035 was obtained.
  • Table 1 shows the mixing ratio (molar ratio) of the raw material powder and the production conditions.
  • Table 2 shows the composition formula of the silicate blue light-emitting phosphor powder.
  • volume accumulation in the volume-based particle size distribution is obtained by a laser diffraction scattering method using a laser diffraction particle size distribution measuring device (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.).
  • the particle diameter D10 corresponding to 10% and the particle diameter D50 corresponding to 50% volume accumulation were measured.
  • the particle size distribution of the silicate-based blue light-emitting phosphor powder according to Example 1 was D10 of 14.0 ⁇ m, D50 of 22.6 ⁇ m, and D90 of 33.0 ⁇ m. The results are shown in Table 2.
  • Examples 2 to 4 Comparative Example 1 Silicate blue light-emitting phosphor powders according to Examples 2 to 4 and Comparative Example 1 were produced in the same manner as Example 1 except that the mixing ratio of the raw material powders was the molar ratio shown in Table 1. . Further, in the same manner as in Example 1, the composition formula, particle size distribution, and fluorescence maintenance rate of the obtained silicate-based blue light-emitting phosphor powder were measured. The results are shown in Table 2. Moreover, about Example 3 and 4, the chlorine concentration was measured. The chlorine concentration was measured by an automatic combustion halogen / sulfur analysis system (Yanako SQ-10 / HSU-35 and Dionex ICS-2100). The results are shown in Table 2.
  • Example 5 A silicate-based blue light-emitting phosphor powder according to Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry obtained in the same manner as in Example 1 was dried with a rotary evaporator. The rotary evaporator manufactured by Büch was used and operated for 4 hours at a bath temperature of 70 ° C. and a reduced pressure of 90 torr. In the same manner as in Example 1, the composition formula, particle size distribution, and fluorescence maintenance rate of the silicate-based blue light-emitting phosphor powder according to Example 5 were measured.
  • Comparative Example 2 A silicate-based blue light-emitting phosphor powder according to Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 5, except that the mixing ratio of the raw material powders was the molar ratio shown in Table 1. In the same manner as in Example 1, the composition formula, particle size distribution, and fluorescence retention rate of the silicate-based blue light-emitting phosphor powder according to Comparative Example 2 were measured. The results are shown in Table 2. Further, in the same manner as in Examples 3 and 4, the chlorine concentration of the silicate blue light-emitting phosphor powder of Comparative Example 2 was measured. The results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 3 The silicate according to Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 5 except that mixing was performed so that the mixing ratio of the raw material powders was the molar ratio shown in Table 1, and the firing temperature in a reducing gas atmosphere was 1200 ° C. A blue light-emitting phosphor powder was obtained. In the same manner as in Example 1, the composition formula, particle size distribution, and fluorescence retention rate of the silicate blue light-emitting phosphor powder according to Comparative Example 3 were measured. The results are shown in Table 2. Further, in the same manner as in Examples 3 and 4, the chlorine concentration of the silicate blue light-emitting phosphor powder of Comparative Example 3 was measured. The results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 2 which did not use SrCl 2 as a starting material
  • Comparative Example 3 firing temperature be used SrCl 2 was 1200 ° C. as the starting material, D10 ⁇ 10 [mu] m It is. It can be seen that the phosphor powders of Examples 1 to 5 in which D10> 10 ⁇ m are excellent in the fluorescence maintenance ratio as compared with Comparative Examples 2 and 3 in which D10 ⁇ 10 ⁇ m.
  • Examples 1 to 5 in which the ratio x / z to the Eu amount (x value) is less than 0.0060 when D10 is z ⁇ m are compared with Comparative Examples 1 to 3 in which x / z is 0.0060 or more.
  • the fluorescence maintenance rate is excellent.
  • Example 5 in which D50> 25 ⁇ m is particularly excellent in the fluorescence retention rate.
  • Examples 6-11, Comparative Examples 4 and 5 Manufacture of silicate-based blue-emitting phosphor powder
  • strontium carbonate powder SrCO 3 : purity 99.99 mass%, average particle diameter 3 ⁇ m
  • barium carbonate powder BaCO 3 : purity 99.99%, average particle diameter 3 ⁇ m
  • strontium chloride powder SrCl 2 : Purity 99.99 mass%)
  • magnesium oxide powder MgO: manufactured by vapor phase method, purity 99.98 mass% or more, BET specific surface area 8 m 2 / g (BET diameter 0.20 ⁇ m)
  • silicon oxide powder SiO 2 : purity 99.9 mass%, BET diameter 0.01 ⁇ m
  • europium oxide powder Eu 2 O 3 : purity 99.9 mass%, average particle diameter 3 ⁇ m
  • yttrium oxide powder Y 2 O 3 : purity
  • Example 4 In the same manner as in Example 1, these raw material powders were mixed, and in the same manner as in Example 5 except that the firing temperature in a reducing gas atmosphere was changed to the temperature shown in Table 3, Examples 6 to 11 and Comparative Example Silicate blue light emitting phosphor powders according to 4 and 5 were produced. Further, in the same manner as in Example 1, the composition formula, particle size distribution, and fluorescence maintenance rate of the obtained silicate-based blue light-emitting phosphor powder were measured. The results are shown in Table 4.
  • the silicate blue light-emitting phosphor powders according to Examples 6 to 11 have a particle diameter D10 of 10 ⁇ m or more and a value of Ln (y) of 0 ⁇ y ⁇ 0.003. Therefore, it can be seen that the fluorescence retention rate was higher compared to Comparative Example 4 in which the value of y was 0.005 and Comparative Example 5 in which the particle size D10 was 5.7 ⁇ m.

Abstract

蛍光維持率が高い蛍光体粉末及びこれを用いた発光装置並びに蛍光体粉末の製造方法を提供する。 下記式(1)の組成で表され、かつレーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が10%に相当する粒径D10が10μm以上であることを特徴とする蛍光体粉末である。 MaMgbSi2Oc:Eux,Lny ・・・式(1) (ここで、MはSr、Ca及びBaからなる群より選ばれる1種以上の金属元素、LnはEuを除く希土類金属元素であり、2.5≦a≦3.3、0.9≦b≦1.1、7.4≦c≦8.4、0<x≦0.08、0≦y≦0.003である。)

Description

蛍光体粉末及び発光装置並びに蛍光体粉末の製造方法
 本発明は、蛍光体粉末及び発光装置並びに蛍光体粉末の製造方法に関し、特に、ケイ酸塩系の蛍光体粉末及びこれを備えた発光装置、並びに蛍光体粉末の製造方法に関する。
 真空紫外光や紫外光などの励起光によって励起されると可視光を発光する蛍光体粉末として、ケイ酸塩系蛍光体粉末が知られている。ケイ酸塩系蛍光体粉末として、例えば、SrMgSi:Euの組成式で示される青色発光蛍光体粉末(以下、SMS青色発光蛍光体ともいう)が知られている。また、(Ba,Sr)SiO:Euの組成式で示される緑色発光蛍光体粉末、BaMgSi:Eu,Mnの組成式で示される赤色発光蛍光体粉末が知られている。
 ケイ酸塩系蛍光体粉末は、例えば発光素子のレーザーダイオード(LD)等と組み合わせることで、プロジェクター光源や車載用ヘッドランプ光源等の高い発光エネルギーが要求される発光装置に用いられている。このような発光装置では、青色、緑色、赤色の各蛍光体粉末とレーザーダイオード等との組み合せにより白色光が放射されるものが知られている。
 このような発光装置に用いられる蛍光体粉末において、長時間使用時の発光の維持率が高いことが求められる。特に、蛍光体粉末に光を照射することによって経時的に発光強度が低下し、必要な輝度が不足したり、発光装置の色ずれが生じたりしてしまうことが問題となっている。
 上記問題を解決するため、種々の青色発光蛍光体粉末に関する検討がなされている。例えば特許文献1には、ケイ酸塩蛍光体粉末100質量部に対して0.5~15質量部のフッ化アンモニウムを添加した混合物を200~600℃の温度にて加熱することよって、表面にフッ素含有化合物被覆層を有する被覆ケイ酸塩蛍光体粉末とすることで、発光輝度が高くなり、長期間にわたって安定して高い発光強度を示す発光装置を提供できることが記載されている。
 また、特許文献2には、一般式xAO・yEuO・yEuO3/2・MgO・zSiOで表され、この一般式において、AはCa、Sr及びBaから選ばれる少なくとも一種であり、xは2.80≦x≦3.00を満たし、y+yは0.01≦y+y≦0.20を満たし、zは1.90≦z≦2.10を満たすSMS青色発光蛍光体粉末であって、全Eu元素のうちの2価Eu元素の割合を2価Eu率と定義すると、X線光電子分光法によって測定される蛍光体粒子の2価Eu率が50モル%以下であり、X線吸収端近傍構造解析法によって測定される蛍光体粒子の2価Eu率が97モル%以上であるSMS青色発光蛍光体粉末とすることによって、発光効率を高くすることができ、当該蛍光体粉末を用いた発光装置が高効率となることが記載されている。
特開2015-214705号公報 国際公開第2014/167762号
 しかしながら、特許文献1及び2に記載された青色発光蛍光体粉末は、発光強度、発光効率に優れることが記載されているものの、レーザーダイオードと組合せて使用される場合等、ハイパワーの励起光を照射した際の発光強度、発光効率の経時的な低下を抑制することについては検討が不十分である。
 そこで、本発明は、ハイパワーの励起光を照射した際の発光強度の経時的な低下を抑制し、蛍光維持率が高い蛍光体粉末及びこれを用いた発光装置、蛍光体粉末の製造方法を提供することを目的とする。
 以上の目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、マグネシウムを含有し、且つユーロピウムで付活されたケイ酸塩系蛍光体粉末において、粒子径を大きくし、ユーロピウム量を少なくすることで発光強度の低下が抑制され、蛍光維持率が高くなることを見出した。
 すなわち、本発明は、下記式(1)の組成で表され、かつレーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が10%に相当する粒径D10が10μm~30μmであることを特徴とする蛍光体粉末である。
 MMgSi:Eu,Ln ・・・式(1)
(ここで、MはSr、Ca及びBaからなる群より選ばれる1種以上の金属元素、LnはEuを除く希土類金属元素であり、2.5≦a≦3.3、0.9≦b≦1.1、7.4≦c≦8.4、0<x≦0.08、0≦y≦0.003である。)
 また、本発明は、上記の蛍光体粉末と、該蛍光体粉末に励起光を照射して発光させる光源と、を備えることを特徴とする発光装置に関する。
 さらに、本発明は、上記の蛍光体粉末の製造方法であって、原料の水性スラリーを得る工程と、前記水性スラリーを乾燥して乾燥物を得る工程と、前記乾燥物を1230℃~1500℃の温度で焼成して焼成物を得る工程と、を備えることを特徴とする蛍光体粉末の製造方法に関する。
 以上のように、本発明によれば、蛍光維持率が高い蛍光体粉末及びこれを用いた発光装置並びに蛍光体粉末の製造方法を提供することができる。
1.蛍光体粉末
 本発明の蛍光体粉末は、下記式(1)の組成で表される。
  MMgSi:Eu,Ln ・・・式(1)
(ここで、MはSr、Ca及びBaからなる群より選ばれる1種以上の金属元素、LnはEuを除く希土類金属元素であり、2.5≦a≦3.3、0.9≦b≦1.1、7.4≦c≦8.4、0<x≦0.08、0≦y≦0.003である。)
 言い換えると、本発明の蛍光体粉末は、マグネシウムを含有し、且つユーロピウムで付活したケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末である。
 ユーロピウムは付活剤であり、蛍光体粉末中で発光原子として発光する性質を有する。Siの2モルに対するユーロピウムのモル比、すなわち上記xの値は、0<x≦0.08の範囲内であり、0.005≦x≦0.05の範囲内が好ましい。また、Siの2モルに対する金属元素Mのモル比、すなわち上記aの値は、2.5≦a≦3.3の範囲内であり、2.9≦a≦3.1の範囲内が好ましい。また、Siの2モルに対するマグネシウムのモル比、すなわち上記bの値は、0.9≦b≦1.1の範囲内であり、0.95≦b≦1.05が好ましい。また、Siの2モルに対する酸素のモル比、すなわち上記cの値は、7.4≦c≦8.4の範囲内である。また、Siの2モルに対する希土類金属元素Lnのモル比、すなわち上記yの値は、0≦y≦0.003の範囲内である。これらの値が上記の範囲外となると、励起光で励起した際の初期の発光強度が低下し、蛍光維持率も低下するため好ましくない。
 本発明の蛍光体粉末は、上記yの値が、0≦y≦0.001であることが好ましく、y=0であることがより好ましい。上記yの値が0≦y≦0.003の範囲となることで、ハイパワーの励起光を照射した際の発光強度の経時的な低下が抑制され、蛍光維持率が高くなる。
 ここで、本発明の蛍光体粉末における金属元素Mとして、ストロンチウム(Sr)を含有することが好ましく、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)であるか、ストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)であることが特に好ましい。ストロンチウムとカルシウムのモル比(Sr:Ca)は、特に限定されないが、1:0.03~1:0.09の範囲内であることが好ましく、1:0.05~1:0.08の範囲内であることが特に好ましい。また、ストロンチウムとバリウムのモル比(Sr:Ba)は、特に限定されないが、5:95~25:75の範囲内であることが好ましく、10:90~20:80の範囲内であることが特に好ましい。ストロンチウムとカルシウムのモル比、ストロンチウムとバリウムのモル比が上記の範囲内となると、D10を10μm以上とした際に蛍光維持率が高くなりやすい。
 本発明の蛍光体粉末は、レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が10%に相当する粒径D10(以下、単に「D10」ということがある)が10μm以上であり、12μm以上であることがより好ましい。D10を10μm以上とすることで、ハイパワーの励起光を照射した際の発光強度の経時的な低下が抑制され、蛍光維持率が高くなる。この理由は明らかではないが、D10が10μm未満となると、粒子の比表面積が大きくなることで、発光に寄与する二価ユーロピウムが酸化されて三価ユーロピウムとなりやすくなるためであると考えられる。また、D10は通常は30μm以下である。本発明の蛍光体粉末は、発光装置である半導体照明等において、樹脂中に分散して使用されるが、D10が30μmより大きい場合は樹脂への分散性が悪くなるため好ましくない。
 また、本発明の蛍光体粉末は、レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が50%に相当する粒径D50(以下、単に「D50」ということがある)が20μm以上であることが好ましく、26μm以上であることがより好ましい。D50が20μm未満となると、粒子の比表面積が大きくなることで、発光に寄与する二価ユーロピウムが酸化されて三価ユーロピウムとなりやすく、蛍光維持率が低下するため好ましくない。また、D50は通常は50μm以下である。D50が50μmより大きい場合は、半導体照明等の発光装置に使用される際、樹脂への分散性が悪くなるため好ましくない。
 本発明の蛍光体粉末は、上記粒径D10をzμmとするとき、上記ユーロピウム量xとzとの比が、x/z<0.0060を満たす。この値は、ユーロピウムの酸化のされやすさを示す指標であり、この値が小さいほどユーロピウムが酸化されにくく、蛍光維持率が高くなる。x/z<0.0060とすることで、ハイパワーの励起光を照射した際の発光強度の経時的な低下が抑制され、蛍光維持率が高くなる。この理由は明らかではないが、蛍光体粉末の表面に存在する二価のユーロピウムは酸素と接触しやすく酸化されて三価のユーロピウムとなりやすいが、粒子径が大きくなるほど粒子の比表面積が小さくなるため、酸化されやすい表面部分のユーロピウムの割合が少なくなり、発光強度の低下が抑制されるためであると考えられる。このように、発光強度の低下はD10が大きい程抑制され、また、ユーロピウム量(x値)が小さい程抑制され、蛍光維持率が高くなる。x/zの値は、x/z<0.0040であることが好ましく、x/z<0.0030であることがより好ましく、x/z<0.0020であることが特に好ましい。
 本発明の蛍光体粉末の粒径D10及びD50は、製造時の原料混合工程においてフラックスを添加したり、焼成工程において焼成温度を調整したりすることによって調節できる。
 本発明の蛍光体粉末は、ハロゲン元素濃度が1000ppm以下であることが好ましい。ハロゲン元素濃度は、300ppm以下であることがより好ましく、50ppm以下であることが特に好ましい。ハロゲン元素濃度は、自動燃焼ハロゲン・硫黄分析システムにより測定した値である。ハロゲン元素濃度として、特に塩素濃度が低いことが好ましく、1000ppm以下であることが好ましい。塩素濃度は、300ppm以下であることがより好ましく、50ppm以下であることが特に好ましい。ハロゲン元素濃度が1000ppmより大きくなると、蛍光維持率が低下するため好ましくない。ハロゲン元素濃度は、後述するフラックスとしてのハロゲン化合物の添加量の調整や、蛍光体粉末の製造時に洗浄工程を行うことによって調節することができる。
 本発明の蛍光体粉末が金属元素Mとしてストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)を含有する場合、出力1.85W、スポット径3mm(パワー密度26.2×10-3kW/cm)のレーザーを用いてピーク波長405nmの紫外光を24時間照射した際の、照射前の蛍光強度に対する照射後の蛍光強度の割合を蛍光維持率としたとき、蛍光維持率が91%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、98%以上であることが特に好ましい。
 本発明の蛍光体粉末が金属元素Mとしてストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)を含有する場合、出力1.85W、スポット径3mm(パワー密度26.2×10-3kW/cm)のレーザーを用いてピーク波長405nmの紫外光を24時間照射した際の、照射前の蛍光強度に対する照射後の蛍光強度の割合を蛍光維持率としたとき、蛍光維持率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることが特に好ましい。
 本発明の蛍光体粉末は、上記のような特徴を有することで、発光元素である二価ユーロピウムの酸化が抑制され、励起光により励起した際に発する蛍光の維持率を良好にすることができる。
 また、本発明の蛍光体粉末は、上記のような特徴を有することで、出力が100mW以上の光源を備える発光装置に使用することができる。特に、蛍光体粉末に14.1×10-4kW/cm以上のパワー密度で励起光を照射して発光させる光源を備える発光装置に使用することができる。
2.蛍光体粉末の製造方法
 本発明の蛍光体粉末は、例えば、ストロンチウム化合物粉末、カルシウム化合物粉末、バリウム化合物粉末、ケイ素化合物粉末、マグネシウム化合物粉末、ユーロピウム化合物粉末、希土類金属元素Lnを含む希土類金属化合物粉末、フラックス(ハロゲン化合物)を含む原料粉末を溶媒中で混合し、原料粉末の混合物の水性スラリーを得て(混合工程)、得られた水性スラリーを乾燥し(乾燥工程)、乾燥工程により得られた乾燥物を焼成し(焼成工程)、焼成工程により得られた焼成物を洗浄する(洗浄工程)方法によって製造することができる。
(1)混合工程
 ストロンチウム化合物粉末、カルシウム化合物粉末、バリウム化合物粉末、ケイ素化合物粉末、マグネシウム化合物粉末、ユーロピウム化合物粉末、希土類金属化合物粉末の各原料粉末はそれぞれ、酸化物粉末であってもよいし、水酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩(塩基性炭酸塩を含む)、硝酸塩、シュウ酸塩などの加熱により酸化物を生成する化合物の粉末であってもよい。
 ストロンチウム化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、炭酸ストロンチウム(SrCO)、水酸化ストロンチウム(Sr(OH))、フッ化ストロンチウム(SrF)、塩化ストロンチウム(SrCl)、臭化ストロンチウム(SrBr)、ヨウ化ストロンチウム(SrI)からなる群より選択される1種類以上を使用することができる。
 カルシウム化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、炭酸カルシウム(CaCO)、水酸化カルシウム(Ca(OH))、フッ化カルシウム(CaF)、塩化カルシウム(CaCl)、臭化カルシウム(CaBr)、ヨウ化カルシウム(CaI)からなる群より選択される1種類以上を使用することができる。
 バリウム化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、炭酸バリウム(BaCO)、水酸化バリウム(Ba(OH))、フッ化バリウム(BaF)、塩化バリウム(BaCl)、臭化バリウム(BaBr)、ヨウ化バリウム(BaI)からなる群より選択される1種類以上を使用することができる。
 ケイ素化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、二酸化ケイ素(SiO)、オルトケイ酸(HSiO)、メタケイ酸(HSiO)、メタ二ケイ酸(HSi)からなる群より選択される1種類以上を使用することができる。
 マグネシウム化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、酸化マグネシウム(MgO)、水酸化マグネシウム(Mg(OH))及び炭酸マグネシウム(MgCO)からなる群より選択される1種類以上を使用することができる。
 ユーロピウム化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、酸化ユーロピウム(III)(Eu)、酸化ユーロピウム(II)(EuO)、水酸化ユーロピウム(III)(Eu(OH))からなる群より選択される1種類以上を使用することができる。
 希土類金属化合物粉末の具体例としては特に限定されないが、例えば、酸化スカンジウム(III)(Sc)、水酸化スカンジウム(III)(Sc(OH))、酸化イットリウム(III)(Y)、水酸化イットリウム(III)(Y(OH))、酸化ガドリニウム(III)(Gd)、水酸化ガドリニウム(III)(Gd(OH))、酸化テルビウム(III)(Tb)、水酸化テルビウム(III)(Tb(OH))、酸化ランタン(III)(La)、水酸化ランタン(III)(La(OH))からなる群より選択される1種以上を使用することができる。
 原料粉末の混合物には、フラックスが添加される。フラックスは融点が800℃~900℃の化合物であることが好ましい。フラックスはハロゲン化合物であることが好ましく、塩素化合物であることが特に好ましい。フラックスとして原料粉末の一部に塩素化合物粉末を用いることが好ましい。特に、ストロンチウムの塩素化合物粉末(塩化ストロンチウム)を用いることが好ましい。フラックスの添加量は、混合されるマグネシウム元素1モルに対してハロゲン元素の量が0.05モル~0.3モルとなるような添加量とすることが好ましく、0.07モル~0.15モルとなるような添加量とすることが特に好ましい。
 これらの原料粉末は、それぞれ1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。各原料粉末は、純度が99質量%以上であることが好ましい。
 上記の原料粉末は、その混合比がほぼそのまま式(1)の組成比となるため、所望の組成比となるように混合比を調整する。すなわち、原料粉末のケイ素含有量2モルに対して、ストロンチウム元素、カルシウム元素又はバリウム元素の合計モル数aが2.5≦a≦3.3となるようにストロンチウム化合物粉末、カルシウム化合物粉末、バリウム化合物粉末を混合する。他の化合物粉末についても同様である。
 混合工程では、原料粉末を湿式混合法で溶媒中に混合し、原料の水性スラリーを得る。湿式混合法としては、回転ボールミル、振動ボールミル、遊星ミル、ペイントシェーカー、ロッキングミル、ロッキングミキサー、ビーズミル、撹拌機などを用いることができる。溶媒には、水や、エタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコールを用いることができる。中でも、水を用いることが好ましい。
(2)乾燥工程
 次に、得られた水性スラリーを乾燥する。乾燥の方法として限定はなく、例えばスプレードライ、エバポレーターによる乾燥が挙げられる。
 スプレードライは、水性スラリーを噴霧して80~300℃の熱風と接触させ、水性スラリー中の溶媒を蒸発させて造粒粉末を得る方法である。スプレードライでは、液滴となった原料スラリーが急速に乾燥される。スプレードライは、公知のスプレードライヤーを使用して行うことができ、例えば回転円盤型のロータリーアトマイザーやディスクアトマイザー、ノズル噴射方式のノズルアトマイザーなどを使用することができる。これにより、各原料の粉末混合物(乾燥物)を得ることができる。回転円盤型のアトマイザーの場合、その回転数は通常、10000~20000rpmの範囲内である。
 エバポレーターによる乾燥は、水性スラリー中の溶媒を減圧条件下において蒸発させて留去し、粉末混合物を得る方法である。エバポレーターとして公知の装置を使用することができ、例えばロータリーエバポレーターなどを使用することができる。これにより、各原料の粉末混合物(乾燥物)を得ることができる。
(3)焼成工程
 次に、粉末混合物の焼成を行う。粉末混合物の焼成は、還元性ガス雰囲気下で行なうことが好ましい。還元性ガスとしては、0.5~5.0体積%の水素と99.5~95.0体積%の不活性気体との混合ガスを用いることができる。不活性気体の例としては、アルゴン及び/又は窒素を挙げることができる。焼成温度は、1230℃~1500℃の範囲内であり、1250℃~1400℃であることがより好ましい。焼成温度が1230℃未満となると、蛍光体粉末の粒径が小さくなり、比表面積が増大してユーロピウムが酸化されやすくなることで蛍光維持率が低下するため好ましくない。焼成時間は、一般に0.5~100時間の範囲内であり、0.5~10時間の範囲内であることが好ましい。これにより、蛍光体焼成物を得ることができる。
 加熱により酸化物を生成する化合物の粉末を原料粉末に用いる場合には、還元性ガス雰囲気下で焼成する前に、粉末混合物を大気雰囲気下にて600~850℃の温度で0.5~100時間仮焼することが好ましい。仮焼時間は、0.5~10時間の範囲内であることが特に好ましい。焼成工程により得られた蛍光体焼成物は、必要に応じて分級処理、ベーキング処理を行なってもよい。
(4)洗浄工程
 また、焼成工程の終了後、蛍光体焼成物の洗浄を行うことができる。洗浄を行うことにより、本発明に係る蛍光体粉末のハロゲン元素濃度を調整でき、蛍光維持率をより高めることができる。蛍光体焼成物の洗浄は、純水、イオン交換水、蒸留水などによる水洗、塩酸や硝酸などの鉱酸による酸洗浄等の湿式洗浄により行うことができ、洗浄方法として水洗が好ましい。また、蛍光体焼成物の洗浄は、例えばホモミキサーなどの混合機中で行うことが好ましい。具体的には、蛍光体焼成物に対して、純水等の洗浄液が1~100倍量(重量比)、好ましくは5~20倍量(重量比)となるように調製した洗浄液スラリーを、ホモミキサーを用い、回転数1000~5000rpm、好ましくは2500~4000rpmで、0.1~30分、好ましくは1~10分の条件にて洗浄する。
 洗浄工程の終了後、得られた洗浄液スラリーをろ過後、乾燥することで、本発明の蛍光体粉末を得ることができる。
3.発光装置
 本発明の蛍光体粉末は、各種の発光装置に使用することができる。本発明の発光装置は、上記式(1)で示される蛍光体粉末と、この蛍光体粉末に励起光を照射して発光させる光源と、を少なくとも備える。光源は、出力が100mW以上であることが好ましく、半導体発光素子であることが好ましい。半導体発光素子は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることが好ましく、レーザーダイオードであることが特に好ましい。特に、光源は、蛍光体粉末に14.1×10-4kW/cm以上のパワー密度で励起光を照射して発光させることが好ましい。より好ましくは、14.1×10-3kW/cm以上のパワー密度で励起光を照射して発光させることが好ましい。発光装置の具体例としては、半導体照明、蛍光灯、蛍光表示管(VFD)、陰極線管(CRT)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プロジェクターなどを挙げることができる。このうち半導体照明は、本発明の蛍光体粉末(青色発光蛍光体粉末)、赤色発光蛍光体粉末、緑色発光蛍光体粉末と、例えば波長350~430nmの紫外光を発光する半導体発光素子(発光ダイオードまたはレーザーダイオード)とを備え、発光素子からの紫外光でこれらの蛍光体粉末を励起して、青、赤、緑の混色で白色を得る発光装置である。
 赤色発光蛍光体粉末の例としては、(Ba,Sr,Ca)MgSi:Eu,Mn、YS:Eu、LaS:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、CaAlSiN:Eu、Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu,Mn、CaTiO:Pr,Bi、(La,Eu)12などを挙げることができる。また、緑色発光蛍光体粉末の例としては、(Mg,Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)SiO:Euなどを挙げることができる。発光素子としては、例えばAlGaN系半導体発光素子を挙げることができる。発光装置の詳細については、例えば特許文献2を参照することができる。
 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。
1.実施例1
(ケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の製造)
 炭酸ストロンチウム粉末(SrCO:純度99.99質量%、平均粒子径3μm)、炭酸カルシウム粉末(CaCO:純度99.99%、平均粒子径4μm)、塩化ストロンチウム粉末(SrCl:純度99.99質量%)、酸化マグネシウム粉末(MgO:気相法により製造したもの、純度99.98質量%以上、BET比表面積8m/g(BET径0.20μm))、酸化ケイ素粉末(SiO:純度99.9質量%、BET径0.01μm)、及び酸化ユーロピウム粉末(Eu:純度99.9質量%、平均粒子径3μm)の各原料粉末を、モル比でSrCO:CaCO:SrCl:MgO:SiO:Eu=2.657:0.208:0.1:1.000:2.000:0.01750の割合となるように秤量した。
 秤量した各原料粉末を純水と共にボールミルに投入し、16時間湿式混合して、水性スラリーを得た。得られた水性スラリーを噴霧式乾燥機のスプレードライヤーにより噴霧乾燥して、粉末混合物を得た。スプレードライヤーは、大川原化工機(株)製_FOC-25型を使用し、熱風温度 入口220~240℃、出口90~110℃、アトマイザー回転数12600~12800rpmの条件で運転した。
 得られた粉末混合物をアルミナ坩堝に入れて、大気雰囲気下にて780℃の温度で3時間焼成し、次いで、室温まで放冷した後、3体積%水素-97体積%アルゴンの還元性ガス雰囲気下にて1250℃の温度で3時間焼成して、蛍光体焼成物(ケイ酸塩系青色発光蛍光体)を得た。得られた蛍光体焼成物を、ホモミキサーにて純水で湿式洗浄し、得られた洗浄液スラリーをろ過後、乾燥することで、組成式が(Sr2.757,Ca0.208)MgSi:Eu0.035で表されるケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末を得た。原料粉末の混合比(モル比)及び製造条件を表1に示す。また、ケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の組成式を表2に示す。
(粒子径の測定)
 実施例1に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末について、レーザー回折式粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて、レーザー回折散乱法により、体積基準粒度分布において体積累積が10%に相当する粒径D10、体積累積が50%に相当する粒径D50を測定した。実施例1に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の粒度分布は、D10が14.0μm、D50が22.6μm、D90が33.0μmであった。結果を表2に示す。
(蛍光維持率の測定)
 実施例1に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末に対して、出力1.85W、スポット径3mm(パワー密度26.2×10―3kW/cm)のレーザーを用いてピーク波長405nmの紫外光を24時間照射し、照射前後の蛍光強度を測定した。照射前の蛍光強度に対する照射後の蛍光強度の割合を蛍光維持率とする。実施例1に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の蛍光維持率は99.2%であった。結果を表2に示す。
2.実施例2~4、比較例1
 原料粉末の混合比が表1のモル比となるように混合した以外は実施例1と同様にして、実施例2~4及び比較例1に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末を製造した。また、実施例1と同様にして、得られたケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の組成式、粒度分布及び蛍光維持率を測定した。結果を表2に示す。また、実施例3及び4については、塩素濃度を測定した。塩素濃度の測定は、自動燃焼ハロゲン・硫黄分析システム(ヤナコ社製SQ-10型/HSU-35型及びダイオネクス社製ICS-2100型)により行った。結果を表2に示す。
3.実施例5
 実施例1と同様にして得られたスラリーをロータリーエバポレーターで乾燥したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末を製造した。ロータリーエバポレーターは、ビュッヒ株式会社製のものを使用し、バス温度70℃、90torr減圧化で4時間運転した。実施例1と同様にして、実施例5に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の組成式、粒度分布及び蛍光維持率を測定した。
4.比較例2
 原料粉末の混合比が表1のモル比となるように混合した以外は実施例5と同様にして、比較例2に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末を得た。実施例1と同様にして、比較例2に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の組成式、粒度分布及び蛍光維持率を測定した。結果を表2に示す。また、実施例3及び4と同様にして、比較例2のケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の塩素濃度を測定した。結果を表2に示す。
5.比較例3
 原料粉末の混合比が表1のモル比となるように混合し、還元性ガス雰囲気下での焼成温度を1200℃とした以外は実施例5と同様にして、比較例3に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末を得た。実施例1と同様にして、比較例3に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の組成式、粒度分布及び蛍光維持率を測定した。結果を表2に示す。また、実施例3及び4と同様にして、比較例3のケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の塩素濃度を測定した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

 以上の結果から、Eu量(x値)が0.08以下である実施例1~5の蛍光体粉末は、Eu量(x値)が0.08を超える比較例1と比較して、より蛍光維持率に優れていることが分かる。
 また、表1及び2から明らかなように、原料としてSrClを使用しなかった比較例2、原料としてSrClを使用しても焼成温度が1200℃であった比較例3は、D10<10μmである。D10>10μmである実施例1~5の蛍光体粉末は、D10<10μmである比較例2及び3と比較して、蛍光維持率に優れていることが分かる。
 D10をzμmとしたとき、Eu量(x値)との比x/zが0.0060よりも小さい実施例1~5は、x/zが0.0060以上である比較例1~3と比較して蛍光維持率に優れていることが分かる。また、実施例1~5の中でも、D50>25μmである実施例5は特に蛍光維持率に優れていることが分かる。
 6.実施例6~11、比較例4及び5
(ケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の製造)
 各原料粉末として、炭酸ストロンチウム粉末(SrCO:純度99.99質量%、平均粒子径3μm)、炭酸バリウム粉末(BaCO:純度99.99%、平均粒子径3μm)、塩化ストロンチウム粉末(SrCl:純度99.99質量%)、酸化マグネシウム粉末(MgO:気相法により製造したもの、純度99.98質量%以上、BET比表面積8m/g(BET径0.20μm))、酸化ケイ素粉末(SiO:純度99.9質量%、BET径0.01μm)、酸化ユーロピウム粉末(Eu:純度99.9質量%、平均粒子径3μm)、酸化イットリウム粉末(Y:純度99.9質量%、平均粒子径7μm)を使用し、原料粉末の混合比が表3のモル比となるように秤量した。実施例1と同様にして、これらの原料粉末を混合し、還元性ガス雰囲気下での焼成温度を表3の温度とした以外は実施例5と同様にして、実施例6~11、比較例4及び5に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末を製造した。また、実施例1と同様にして、得られたケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末の組成式、粒度分布及び蛍光維持率を測定した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004

 表4に示すように、実施例6~11に係るケイ酸塩系青色発光蛍光体粉末は、粒径D10が10μm以上であり、且つLn(y)の値が0≦y≦0.003であるため、yの値が0.005である比較例4、及び粒径D10が5.7μmである比較例5と比較して、蛍光維持率が高かったことがわかる。

Claims (7)

  1.  下記式(1)の組成で表され、かつレーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が10%に相当する粒径D10が10μm以上であることを特徴とする蛍光体粉末。
     MMgSi:Eu,Ln ・・・式(1)
    (ここで、MはSr、Ca及びBaからなる群より選ばれる1種以上の金属元素、LnはEuを除く希土類金属元素であり、2.5≦a≦3.3、0.9≦b≦1.1、7.4≦c≦8.4、0<x≦0.08、0≦y≦0.003である。)
  2.  レーザー回折散乱法による体積基準粒度分布において体積累積が50%に相当する粒径D50が26μm~50μmであることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体粉末。
  3.  前記粒径D10をzμmとするとき、前記Eu量xと前記zとの比がx/z<0.0060を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の蛍光体粉末。
  4.  ハロゲン元素濃度が1000ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の蛍光体粉末。
  5.  請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蛍光体粉末と、前記蛍光体粉末に14.1×10-4kW/cm以上のパワー密度で励起光を照射して発光させる光源と、を備えることを特徴とする発光装置。
  6.  請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蛍光体粉末の製造方法であって、
     ハロゲン元素を含む原料粉末を溶媒中で混合し、前記原料粉末の混合物である水性スラリーを得る工程と、
     前記水性スラリーを乾燥して乾燥物を得る工程と、
     前記乾燥物を1230℃~1500℃の温度で焼成して焼成物を得る工程と、を備えることを特徴とする蛍光体粉末の製造方法。
  7.  前記焼成物を洗浄する工程をさらに備えることを特徴とする請求項6記載の蛍光体粉末の製造方法。
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