WO2022080097A1 - ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体 - Google Patents
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- C09K11/64—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing aluminium
Definitions
- This disclosure relates to a europium-activated ⁇ -type sialone fluorophore.
- the particle size of the suitable phosphor varies depending on the size of the device, it is required to reduce the particle size of the phosphor. Further, in terms of fluorescence characteristics, for example, it is required to improve the absorption rate of excitation light in a state where the phosphor is dispersed in the cured resin. In order to improve the absorption rate of the excitation light of the fluorescent substance in the dispersed state, it is effective to improve the surface area of each fluorescent substance, and from such a viewpoint, it is required to reduce the particle size of the fluorescent substance itself. Be done.
- the ⁇ -type sialon phosphor can be obtained, for example, by heating a raw material mixture containing silicon nitride powder, aluminum nitride powder, and europium oxide powder in a nitrogen atmosphere (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, etc.). In the process of heat-treating the raw material mixture, ⁇ -type sialon crystals grow and europium, which is the center of light emission, is dissolved to prepare a fluorescent substance.
- An object of the present disclosure is to provide a europium-activated ⁇ -type sialone phosphor that achieves both the internal quantum efficiency of powder and the absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and formed into a sheet at a high level. It is to be.
- the 50% cumulative diameter in the volume-based cumulative particle size distribution is 10 ⁇ m or less
- the europium content is 0.4% by mass or more
- the diffuse reflectance for light having a wavelength of 800 nm is 92% or more.
- a europium-activated ⁇ -type sialone phosphor is provided.
- the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance has a small particle size of 10 ⁇ m or less in the 50% cumulative diameter in the volume-based cumulative particle size distribution, and sufficiently contains europium. Further, the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor has a high diffuse reflectance for light having a wavelength of 800 nm, and defects and the like in the crystals constituting the phosphor are suppressed. By having such a configuration, the europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore has excellent internal quantum efficiency in powder, and is sufficiently absorbed in the excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and molded into a sheet. Excellent.
- the europium-activated ⁇ -type sialone phosphor may contain a ⁇ -type sialon crystal as a main crystal, and the lattice constant a of the main crystal may be 7.6110 or more.
- the fact that the lattice constant a of the crystal lattice of ⁇ -type sialon in the above-mentioned europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is within the above range suggests that the amount of solid solution of europium is large.
- Such a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is more excellent in the absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and molded into a sheet.
- the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance may have a chromaticity X of 0.352 or more.
- the chromaticity X of the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance is within the above range, it is suggested that the solid solution amount of europium is large.
- Such a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is more excellent in the absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and molded into a sheet.
- a europium-activated ⁇ -type sialone phosphor that achieves both the internal quantum efficiency of powder and the absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and formed into a sheet at a high level. can.
- each component in the composition means, when a plurality of substances corresponding to each component in the composition are present, the total amount of the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified. ..
- the "process" in the present specification may be a process independent of each other or a process performed at the same time.
- One embodiment of the europium-activated ⁇ -type sialone phosphor has a 50% cumulative diameter of 10 ⁇ m or less, a europium content of 0.4% by mass or more, and diffusion to light having a wavelength of 800 nm in a volume-based cumulative particle size distribution.
- the reflectance is 92% or more.
- the europium-activated ⁇ -type sialone phosphor preferably contains ⁇ -type sialon as a main crystal.
- the europium-activated ⁇ -type sialone fluorophore may contain heterogeneous phases to the extent that it does not impair the gist of the present disclosure.
- the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance is represented by the general formula of Si 6-z Al z Oz N 8-z : Eu x .
- z may be 0.0 ⁇ z ⁇ 4.2 or 0.0 ⁇ z ⁇ 0.5.
- the value of z in the above general formula can be adjusted by changing the components and composition ratio of the raw material mixture.
- the content of nitrogen atom (N) and oxygen atom (O) can be quantified by an oxygen nitrogen analyzer, and europium (Eu), silicon (Si), and aluminum ( The content of Al) can be confirmed by dissolving the above-mentioned phosphor by a pressurized acid decomposition method, preparing a sample solution, and quantitatively analyzing the element of the obtained sample solution using an ICP emission spectroscopic analyzer.
- oxygen-nitrogen analyzer for example, "EMGA-920" (product name) manufactured by HORIBA, Ltd. can be used.
- the ICP emission spectroscopic analyzer for example, "CIROS-120" (product name) manufactured by Rigaku Co., Ltd. can be used.
- the lower limit of the lattice constant a of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 7.6110 or more, 7.6115 or more, 7.6120 or more, or 7.6130 or more.
- the upper limit of the lattice constant a of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 7.6200 or less, or 7.6160 or less.
- the lower limit of the lattice constant c of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 2.9100 or more, 2.9105 or more, 2.9110 or more, or 2.9112 or more.
- the upper limit of the lattice constant c of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 2.9200 or less, or 2.9117 or less.
- Lattice constant a and lattice constant c in the present specification mean values measured by powder X-ray analysis. Specifically, the lattice constant a and the lattice constant c are measured and obtained by the operation described in the examples of the present specification.
- the upper limit of the 50% cumulative diameter (D50) in the volume-based cumulative particle size distribution of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is 10 ⁇ m or less, but for example, 9.8 ⁇ m or less, 9.6 ⁇ m or less, 9.0 ⁇ m or less, It may be 8.0 ⁇ m or less, 7.0 ⁇ m or less, 5.0 ⁇ m or less, or 3.0 ⁇ m or less.
- the lower limit of D50 of the europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore may be, for example, 0.1 ⁇ m or more, 0.3 ⁇ m or more, or 0.5 ⁇ m or more.
- the D50 of the europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore can be adjusted within the above range, and may be, for example, 0.1 to 10 ⁇ m or 0.5 to 9.8 ⁇ m. In small device applications, the thickness of the phosphor layer may be 20 ⁇ m or less. Therefore, if D50 is too large, a uniform phosphor layer cannot be formed, and if D50 is too small, light is often scattered and reflected. Therefore, it becomes difficult to efficiently absorb light into the phosphor, and therefore, it is preferably within the above range.
- the upper limit of the 10% cumulative diameter (D10) in the volume-based cumulative particle size distribution of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 6 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, or 1.8 ⁇ m or less.
- the lower limit of D10 of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 0.05 ⁇ m or more, 0.3 ⁇ m or more, or 0.6 ⁇ m or more.
- the D10 of the europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore can be adjusted within the above range, and may be, for example, 0.05 to 6 ⁇ m or 0.6 to 6 ⁇ m.
- D10 In small device applications, if D10 is too large, a uniform phosphor layer cannot be formed, and if D10 is too small, light is scattered and reflected more, making it difficult to efficiently absorb light into the phosphor. Therefore, it is preferably within the above range.
- the upper limit of the 90% cumulative diameter (D90) in the volume-based cumulative particle size distribution of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 30 ⁇ m or less, 25 ⁇ m or less, 20 ⁇ m or less, 16 ⁇ m or less, or 7 ⁇ m or less.
- the lower limit of D90 of the europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore may be, for example, 0.5 ⁇ m or more, 1.0 ⁇ m or more, or 1.5 ⁇ m or more.
- the D90 of the europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore can be adjusted within the above range, and may be, for example, 0.5 to 30 ⁇ m or 1.5 to 7 ⁇ m.
- the span value of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor [(D90-).
- the upper limit of [value indicated by D10) / D50] may be, for example, 2.3 or less, 2.1 or less, 1.9 or less, or 1.7 or less.
- the span value is small, there are many particles close to the target particle size, there are few ultrafine powders that easily scatter and reflect light, and there are few coarse powders that hinder the formation of a phosphor layer of 20 ⁇ m or less. A range of span values is desirable.
- D10, D50, and D90 in the present specification have integrated values from small particle sizes of 10%, 50%, and 90%, respectively.
- D10, D50, and D90 are specifically measured and obtained by the operations described in the examples of the present specification.
- D50 is also called a median diameter and means the average particle diameter of the target particles.
- D10, D50, and D90 can be controlled, for example, by adjusting conditions such as the heating temperature and the heating time during the production of the phosphor.
- the content of europium is 0.4% by mass or more based on the total amount of europium-activated ⁇ -type sialon phosphor.
- the lower limit of the europium content is based on the total amount of europium-activated ⁇ -type sialon phosphor, for example, 0.6% by mass or more, 0.7% by mass or more, 0.8% by mass or more, or 0.85% by mass. That may be the above.
- the upper limit of the europium content is based on the total amount of europium-activated ⁇ -type sialon phosphor, for example, 2.0% by mass or less, 1.5% by mass or less, 1.3% by mass or less, or 1.2% by mass. It may be as follows.
- the content of europium can be adjusted within the above range, and may be, for example, 0.4 to 2.0% by mass, or 0.4 to 1.5% by mass.
- the content of europium can be controlled, for example, by adjusting the blending amount of the europium compound, the heating temperature, the pressure conditions, etc. in the second step of the production method described later. If the amount of europium is low, the absorption rate of the excitation light is lowered and the fluorescence intensity is lowered. On the contrary, if the amount of europium is too high, the crystal is distorted, defects are increased, and the fluorescence characteristics may be deteriorated. In addition, if the amount of europium is too large, a phenomenon called concentration quenching that loses the energy of light occurs, and the fluorescence characteristics may deteriorate.
- the lower limit of the diffuse reflectance for light having a wavelength of 800 nm is 92% or more, but may be, for example, 93% or more, 95% or more, 96% or more, or 97% or more. ..
- the upper limit of the diffuse reflectance for light having a wavelength of 800 nm may be, for example, 99% or less, or 98% or less.
- the diffuse reflectance can be controlled, for example, by not performing the crushing step or the like in the manufacturing method described later, or by setting the conditions of the crushing step loosely. Loosely setting the conditions of the crushing process means, for example, setting a short crushing time.
- the diffuse reflectance in the present specification means a value determined from the diffuse reflection spectrum of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer. Specifically, the diffuse reflectance is measured and obtained by the operation described in the examples of the present specification.
- the ultraviolet-visible spectrophotometer for example, "V-550" (product name) manufactured by JASCO Corporation can be used.
- the lower limit of the chromaticity X of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 0.352 or more, 0.360 or more, 0.370 or more, or 0.380 or more.
- the upper limit of the chromaticity X of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor may be, for example, 0.410 or less, 0.400 or less, or 0.396 or less.
- the chromaticity X in the present specification is the CIE chromaticity coordinate x value (chromaticity X) in the XYZ color system defined by JIS Z8781-3: 2016 from the spectral data in the wavelength range of 465 to 780 nm of the fluorescence spectrum. ) Means the value obtained by calculating according to JIS Z8724: 2015. Specifically, the chromaticity X is measured and obtained by the method described in the examples of the present specification.
- the absorption rate of the excitation light having a wavelength of 455 nm in the powder of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor can be, for example, 45% or more, 52% or more, 55% or more, or 60% or more.
- the absorption rate of the excitation light in the powder of the present specification is such that the excitation light is absorbed by the phosphor when the excitation light is irradiated in a state where the influence of scattering and reflection due to the difference in the refractive index between the air and the phosphor is large. Means proportion.
- the frequency of the powder hitting the excitation light is almost 100% (note that the density of the fluorescent material is sparse in the case of evaluation using a sheet).
- the density of the phosphor is sparse, so the excitation light is scattered and reflected by the phosphor to cause the next fluorescence.
- the absorption rate of the excitation light in the powder is determined by measuring by the method described in the examples of the present specification.
- the internal quantum efficiency of fluorescence in the powder of europium-activated ⁇ -type sialon phosphor can be, for example, 70% or more, 72% or more, or 73% or more.
- the internal quantum efficiency in the present specification means the quantum efficiency of fluorescence obtained when a phosphor is excited by using blue light having a wavelength of 455 nm. Specifically, the internal quantum efficiency is measured and obtained by the method described in the examples of the present specification.
- the europium-activated ⁇ -type sialone fluorescent substance may be used alone or in combination with other fluorescent substances. Since the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is also excellent in the excitation light absorption rate in a state of being dispersed in the cured resin, it can be used in, for example, a light emitting device such as an LED.
- the curing resin for dispersing the phosphor is not particularly limited, and for example, a resin used as a sealing resin for a light emitting device or the like can be used.
- the absorption rate of the excitation light in the powder of the phosphor the smaller the particle size of the phosphor to be measured and the larger the specific surface area, the more the difference in the refractive light between the particles of the phosphor and the surrounding atmosphere (air). The effect of the light is remarkable, and scattered light and reflected light are generated, so that the absorption rate of the excitation light tends to decrease apparently.
- the difference in refractive index from the phosphor is smaller than that between the phosphor and air, the influence of the generation of scattered light and reflected light as described above is small.
- the phosphor exists in a dense state, and the excitation light is irradiated to the phosphor, so that the excitation light frequently hits the phosphor.
- a molded product for example, a sheet
- a fluorescent substance is dispersed in a cured resin. That is, if a phosphor is mixed with a resin at a high concentration, the viscosity becomes high, and it becomes difficult to mold into a sheet or potting. Therefore, when molding in a state of being dispersed in the resin, the concentration of the phosphor is low. It needs to be suppressed.
- a molded body formed into a sheet (a molded body formed into a sheet) is prepared (the mass percent concentration of the phosphor in the cured resin is set to be the same) and the obtained fluorescent sheet sheets are compared with each other, the fluorescent substance having a small particle size is found.
- the specific surface area increases, the frequency with which the excitation light hits the phosphor increases, and it can be expected that the absorption rate of the excitation light is improved. Therefore, when assuming an application such as a light emitting device in which a phosphor is used after being dispersed in a cured resin, not only the absorption rate of the excitation light in the powder is evaluated, but also in the cured resin. It is desirable to evaluate the absorption rate of the excitation light in the dispersed state.
- Europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore has excellent absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and molded into a sheet. Molding into a sheet is an example for evaluation, and does not specify the mode of use of the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor.
- the shape of the molded product containing the cured resin in which the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is dispersed may be adjusted according to the product shape and the like.
- the above-mentioned europium-activated ⁇ -type sialone fluorescent substance can be produced, for example, by the following method.
- One embodiment of the method for producing a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is a step of heating a raw material composition containing a nitride to obtain a fired body containing ⁇ -type sialon (hereinafter, also referred to as a first step), and the above-mentioned firing.
- the body is heat-treated with a europium compound under a pressure condition having a nitrogen partial pressure of 0.60 MPaG or less to obtain a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor (hereinafter, also referred to as a second step).
- the heat treatment in the first step is also referred to as the first firing
- the heat treatment in the second step is also referred to as the second firing
- the powder that has undergone heat treatment in each step is also referred to as calcined powder.
- the calcined body containing ⁇ -type sialon obtained in the first step is also referred to as a first calcined powder
- the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor obtained in the second step is also referred to as a second calcined powder or the like.
- ⁇ -type sialone obtained in the first step includes both ⁇ -type sialon and ⁇ -type sialone phosphor containing an activating element (for example, europium-activated ⁇ -type sialon phosphor). That is, the calcined body obtained in the first step may contain a ⁇ -type sialon phosphor containing an activating element that can function as a phosphor by itself.
- an activating element for example, europium-activated ⁇ -type sialon phosphor
- the raw material composition in the first step may contain a compound as a raw material for forming ⁇ -type sialon.
- the compound as a raw material for forming ⁇ -type sialon contains, for example, a nitride and an oxide, and preferably contains a nitride.
- the nitride include silicon nitride (Si 3N 4 ) and aluminum nitride (AlN).
- the oxide include silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), europium oxide (Eu 2 O 3 ) and the like.
- the silicon nitride it is preferable to use one having a high ⁇ fraction.
- the ⁇ fraction of silicon nitride may be, for example, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more.
- the primary particle growth can be made uniform.
- the silicon nitride it is preferable to use one having a small oxygen content.
- the oxygen content of silicon nitride may be, for example, 3% by mass or less, or 1.3% by mass or less. When the oxygen content of silicon nitride is within the above range, the occurrence of defects in ⁇ -type sialon can be further suppressed.
- the raw material composition may contain other components in addition to the nitride or the like.
- the temperature for heating the raw material composition may be, for example, 800 to 2100 ° C., 1100 to 2100 ° C., 1100 to 2000 ° C., 1100 to 1950 ° C., or 1700 to 1950 ° C. By setting the heating temperature of the raw material composition within the above range, it becomes easier to reduce the particle size of the phosphor obtained later.
- the time for heating the raw material composition may be, for example, 1 to 20 hours, 3 to 20 hours, or 5 to 20 hours.
- the first step may be omitted.
- a fired body containing ⁇ -type sialon prepared separately can be used as the fired body.
- a commercially available ⁇ -type sialone crystal a fluorescent substance containing a ⁇ -type sialon crystal as a main crystal, or the like can be used.
- the fired body prepared separately it is desirable to use one having a small particle size itself.
- the solid solution amount of europium can be improved by the second step described later, when a phosphor containing a ⁇ -type sialon crystal as a main crystal is used, the element that becomes the center of emission is used.
- the amount of solid solution may be small.
- the second step is a step of obtaining a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor by heat-treating the calcined product together with the europium compound under a pressure condition where the nitrogen partial pressure is 0.60 MPaG or less.
- firing is performed under low pressure conditions as compared with the conventional production method for obtaining a ⁇ -type sialon phosphor.
- firing is performed under nitrogen pressure conditions so that ⁇ -type sialon, europium-activated ⁇ -type sialon, or ⁇ -type silicon nitride does not decompose, but particle growth can be suppressed in order to reduce the particle size.
- a method of firing at a low temperature is adopted.
- the volatilization of europium or the europium compound is also suppressed at the same time, and it becomes difficult for europium to dissolve in ⁇ -type sialon via the gas phase, so that the amount of europium in the obtained europium-activated ⁇ -type sialon phosphor decreases.
- firing under conditions of low nitrogen partial pressure promotes the volatilization of europium or a europium compound, and increases the supply of europium via the gas phase to activate europium ⁇ .
- the effect of increasing the amount of europium dissolved in the type Sialon phosphor can be obtained.
- the calcined product obtained in the first step is heat-treated together with the europium compound under a pressure condition where the partial pressure of nitrogen is 0.60 MPaG or less to activate the europium ⁇ -type. It can also be said to be a step of improving the content of europium in the sialon phosphor. This effect also promotes the volatilization of at least one of europium and the europium compound by lowering the partial pressure of nitrogen in the first step, and it is possible to increase the amount of europium dissolved in ⁇ -type sialon.
- a liquid phase or a new compound is formed with a raw material other than a compound having europium as a constituent element, and the effect of increasing the amount of europium dissolved in ⁇ -type sialon by volatilization of europium is relatively small.
- the production method according to the present embodiment is at least one selected from the group consisting of the fired body obtained in the first step being heat-treated, or the fired body obtained in the first step and silicon, aluminum, and europium. Further may have a step of heat-treating the mixed powder containing the raw material containing the above to obtain a calcined powder.
- the above-mentioned step of obtaining the calcined powder may be performed a plurality of times, and is also referred to as a third step, a fourth step and the like in sequence. Further, the step of obtaining the calcined powder (third step, fourth step, etc.) may be before the second step or after the second step.
- the fired body and the europium compound may be mixed in advance.
- a dry mixing method or a wet mixing method may be used.
- the dry mixing method may be a method of mixing each component using, for example, a V-type mixer or the like.
- the wet mixing method may be, for example, a method in which a solvent such as water or a dispersion medium is added to prepare a solution or a slurry, each component is mixed, and then the solvent or the dispersion medium is removed.
- the europium compound in the second step is a compound having europium as a constituent element.
- the europium compound include an oxide of europium (europium oxide), a nitride of europium (europium nitride), and a halide of europium.
- the europium halide include europium fluoride, europium chloride, europium bromide, europium iodide, and the like.
- the europium compound preferably comprises europium oxide.
- the valence of europium in the compound of europium may be divalent or trivalent, preferably divalent.
- the second step is mainly performed in an atmosphere containing nitrogen, but a gas other than nitrogen may be contained, a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide, or a rare gas such as argon may be contained.
- the nitrogen partial pressure is 0.6 MPaG or less.
- the upper limit of the nitrogen partial pressure (gauge pressure) in the second step is, for example, 0.6 MPaG or less, 0.5 MPaG or less, 0.4 MPaG or less, 0.3 MPaG or less, 0.15 MPaG or less, 0.05 MPaG or less, or 0. It may be 0.03 MPaG or less.
- the lower limit of the nitrogen partial pressure in the second step may be, for example, 0.005 MPaG or more, or 0.01 MPaG or more.
- the nitrogen partial pressure in the second step may be adjusted within the above range, and may be, for example, 0.005 to 0.6 MPaG or 0.005 to 0.5 MPaG.
- the upper limit of the heating temperature in the second step may be, for example, 2100 ° C or lower, 2000 ° C or lower, 1900 ° C or lower, or 1800 ° C or lower. Since the second step is to perform the heat treatment in a relatively low pressure environment, the decomposition of ⁇ -type sialon crystals can be further suppressed by setting the heating temperature within the above range.
- the lower limit of the heating temperature in the second step may be, for example, 800 ° C. or higher, 1200 ° C. or higher, 1300 ° C. or higher, or 1550 ° C. or higher.
- the heating temperature in the second step By setting the heating temperature in the second step within the above range, the solid solution amount of europium can be further improved, and the absorption rate of the excitation light in the phosphor can be further improved.
- the heating temperature in the second step may be adjusted within the above range, and may be, for example, 800 to 2100 ° C or 1200 to 1800 ° C.
- the second step is, for example, europium-activated ⁇ -type sialone fluorescence after the heat treatment step in the second step with respect to the value (A) of the lattice constant a in the ⁇ -type sialon before the heat treatment step in the first step. It may be a step of heat-treating the fired body so that the value (B) (that is, the value of B / A) of the lattice constant a in the body becomes 1.00005 times or more.
- the lower limit of B / A may be, for example, 1.0001 times or more, 1.0002 times or more, or 1.00025 times or more.
- the upper limit of B / A may be, for example, 1.05 times or less, or 1.01 times or less.
- the lattice constant a is significantly increased, the crystallinity is deteriorated and defects tend to increase. Therefore, the above-mentioned value regarding the lattice constant a is preferably within the above range.
- the second step is, for example, the europium-activated ⁇ -type sialone phosphor after the heat treatment step in the second step with respect to the europium content (C) in the ⁇ -type sialon before the heat treatment step in the first step.
- the step of heat-treating the fired body so that the Europium content (D) (that is, the value of D [unit: mass%] / C [unit: mass%]) in 1 is 1.1 times or more. good.
- the lower limit of D / C may be, for example, 1.3 times or more, 1.6 times or more, or 2.7 times or more. Under the above-mentioned conditions, the amount of europium in the ⁇ -type sialon phosphor is further increased, and the absorption rate of the excitation light is further improved, so that the fluorescence characteristics can be improved.
- the above-mentioned D / C value is the content of europium in the powder obtained by acid-treating the calcined product containing ⁇ -type sialon in the first step as C [unit: mass%].
- D [unit: mass%] the content of europium in the powder obtained by acid-treating the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor obtained in the second step under the same conditions.
- D / It is a value of C.
- the acid treatment at this time shall be carried out under the following conditions.
- the above ⁇ is mixed with a mixed acid of hydrofluoric acid (concentration: 50% by mass) and nitric acid (concentration: 70% by mass) (hydrofluoric acid and nitric acid are mixed so as to have a volume ratio of 1: 1).
- a calcined product containing type sialon or a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor is added, and the treatment is carried out at a temperature of 75 ° C. for 30 minutes with stirring. After the acid treatment, stirring is completed to precipitate the powder, and the supernatant and the fine powder purified by the acid treatment are removed. After further addition of distilled water and stirring, the powder is precipitated and the supernatant and fine powder are removed. The above operation is repeated until the pH of the aqueous solution is 8 or less and the supernatant becomes transparent, and the obtained powder is collected by filtration and dried, and the content of europium is measured.
- the above-mentioned method for producing a europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance may have other steps in addition to the first step and the second step.
- steps include an annealing step and a step of treating the fluorescent substance obtained in the second step with at least one of an acid and an alkali.
- an annealing step of heating the second firing powder at a temperature lower than the heating temperature of the second firing step to obtain an annealed product may be further included.
- the baking powder after the third firing step is heated at a temperature lower than the heating temperature of the second firing step after the firing step after the third firing step. It may further include an annealing step of obtaining an annealing product.
- the luminous efficiency of the obtained europium-activated ⁇ -type sialon phosphor can be further improved.
- the rearrangement of elements can remove strains and defects in ⁇ -type sialon, so that transparency can be improved.
- a different phase may occur, which can be removed by an acid treatment or the like described later.
- the annealing step can be performed in an atmosphere of an inert gas, a reducing gas, and a mixed gas thereof, as well as a non-oxidizing atmosphere.
- the inert gas include noble gas, nitrogen gas and the like.
- the reducing gas include hydrogen gas, carbon monoxide gas, hydrocarbon gas, ammonia gas and the like.
- the mixed gas include a mixed gas of the above-mentioned inert gas and the above-mentioned reducing gas.
- the non-oxidizing atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere other than pure nitrogen such as vacuum.
- the annealing step is preferably performed in a hydrogen gas atmosphere and an argon atmosphere.
- the annealing step may be performed under atmospheric pressure or pressurization.
- the heat treatment temperature in the annealing step is not particularly limited, but is preferably 1100 to 1700 ° C, more preferably 1100 to 1650 ° C, and even more preferably 1200 to 1600 ° C.
- a compound of an element constituting the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance may be added and mixed.
- the compound to be added is not particularly limited, and examples thereof include oxides, nitrides, oxynitrides, fluorides, and chlorides of each element constituting the europium-activated ⁇ -type sialon phosphor.
- the compound to be added preferably contains silica, aluminum oxide, europium oxide, europium fluoride and the like.
- the above-mentioned method for producing a europium-activated ⁇ -type sialon phosphor has a step (acid treatment step or alkali treatment step) of treating the phosphor obtained in the second step or the annealing step with at least one of an acid and an alkali.
- an acid and an alkali For example, aluminum nitride produced by reducing the crystal defect density in the phosphor, reducing the silicon present on the surface of the solid solution produced by the thermal decomposition of ⁇ -type sialon, and preparing the calcined body containing ⁇ -type sialon.
- AIN polytypoids and the like which are pseudopolymorphs of (AlN).
- the acid include hydrofluoric acid and nitric acid.
- the alkali include sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like.
- high-purity silicon nitride powder manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., trade name "UBE silicon nitride SN-E10", oxygen content 1.0% by mass, ⁇ fraction 95% by mass.
- aluminum nitride powder manufactured by Tokuyama Corporation, trade name "aluminum nitride powder E grade”, oxygen content 0.8% by mass
- europium oxide powder manufactured by Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name "europium oxide fine powder RUP type” was used.
- the obtained annealed product has a mixed acid of hydrofluoric acid (concentration: 50% by mass) and nitric acid (concentration: 70% by mass) (hydrofluoric acid and nitric acid in a volume ratio of 1: 1). It was added to the mixture as described above) and subjected to acid treatment for 30 minutes while stirring at a temperature of 75 ° C. After the acid treatment, stirring was completed to precipitate the powder, and the supernatant and the fine powder purified by the acid treatment were removed. Then, distilled water was further added and the mixture was stirred again. After the stirring was completed, the powder was precipitated and the supernatant and fine powder were removed. This operation was repeated until the pH of the aqueous solution was 8 or less and the supernatant became transparent, and the obtained precipitate was filtered and dried to obtain a europium-activated ⁇ -type sialone fluorescent substance.
- ⁇ Particle size distribution (D10, D50 and D90)> The particle size distribution of the phosphor was carried out in accordance with the particle size distribution measurement method by the laser diffraction / scattering method described in JIS R 1629: 1997 “Method for measuring particle size distribution by laser diffraction / scattering method for fine ceramic raw materials”.
- a particle size distribution measuring device manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd., product name: "Microtrac MT3300EX II" was used for the measurement.
- 0.1 g of the phosphor to be measured was put into 100 mL of ion-exchanged water, and an ultrasonic homogenizer (manufactured by Nissei Tokyo Office, product name: "Amplitude Homogenizer US-150E", chip size: A measurement sample was prepared by performing dispersion treatment for 3 minutes using ⁇ 20, Amplitude: 100%, oscillation frequency: 19.5 KHz, amplitude: about 31 ⁇ m). Then, the particle size was measured using a particle size distribution measuring device. D10, D50 and D90 were determined from the obtained particle size distribution.
- Europium content was determined using an ICP emission spectrophotometer. First, the phosphor was dissolved by the pressurized acid decomposition method to prepare a sample solution. Quantitative analysis of europium was performed on the obtained sample solution using an ICP emission spectrophotometer (manufactured by Rigaku Co., Ltd., trade name: CIROS-120). From the obtained results, the europium content was calculated.
- ⁇ Diffuse reflectance for 800 nm light The diffuse reflectance of the ⁇ -type Sialon phosphor was measured by attaching an integrating sphere device (trade name: ISV-469) to an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, trade name: V-550). After baseline correction with a standard reflector (Spectralon®), a solid sample holder filled with ⁇ -type Sialon phosphor powder to be measured is attached to the spectrophotometer and has a wavelength of 500 to 850 nm. Diffuse reflectance was measured in the range. Among the measurement results, the value of the diffuse reflectance at 800 nm was particularly adopted.
- ⁇ Lattice constant a and lattice constant c> The fired body and the ⁇ -type Sialon fluorophore were subjected to powder X-ray diffraction using CuK ⁇ rays using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Co., Ltd., trade name: Ultima IV). From the obtained X-ray diffraction pattern, the a-axis lattice constant (length of lattice constant a) and c-axis lattice constant (length of lattice constant c) were calculated by the Liberty analysis method.
- ⁇ Absorption rate of powder (absorption rate of excitation light at 455 nm) and internal quantum efficiency> The absorption rate of the excitation light at 455 nm and the internal quantum efficiency were calculated by the following procedure.
- the phosphor to be measured was filled in the concave cell so that the surface was smooth, and attached to the opening of the integrating sphere.
- the monochromatic light which is the excitation light, was applied to the phosphor to be measured, and the fluorescence spectrum was measured.
- a spectrophotometer manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., trade name: MCPD-7000 was used for the measurement.
- the number of excited reflected light photons (Qref) and the number of fluorescent photons (Qem) were calculated.
- the number of excited reflected photons was calculated in the same wavelength range as the number of excited light photons, and the number of fluorescent photons was calculated in the range of 465 to 800 nm.
- a standard reflector Spectrum (Spectralon (registered trademark) manufactured by Labsphere) having a reflectance of 99% was attached to the opening of the integrating sphere, and the spectrum of the excitation light having a wavelength of 455 nm was measured. At that time, the number of excited photons (Qex) was calculated from the spectrum in the wavelength range of 450 to 465 nm.
- the chromaticity X is the CIE chromaticity coordinate x value (chromaticity X) in the XYZ color system defined by JIS Z8781-3: 2016 from the spectral data in the wavelength range of 465 to 780 nm of the fluorescence spectrum. : Obtained by calculating according to 2015.
- the absorption rate of excitation light at 455 nm, the internal quantum efficiency, and the external quantum efficiency are based on the above-mentioned measurement method.
- the chromaticity X was measured, the absorption rate of the excitation light at 455 nm was 74.4%, the internal quantum efficiency was 74.8%, the external quantum efficiency was 55.6%, and the chromaticity X was 0.356. rice field.
- the measured values for the absorption rate of the excitation light at 455 nm, the internal quantum efficiency, the external quantum efficiency, and the chromaticity X may fluctuate when the manufacturer of the measuring device, the manufacturing lot number, etc. change. Therefore, as various measured values, the values measured by the measuring method described in the present specification are adopted. However, when the manufacturer of the measuring device, the manufacturing lot number, or the like is changed, each measured value can be corrected by using the measured value of the above-mentioned ⁇ -type sialon phosphor as a reference value as a reference value.
- ⁇ Absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin sheet > [Preparation of cured resin sheet (measurement sample)] First, 40 parts by mass of the phosphor powder to be measured and 60 parts by mass of a silicone resin (manufactured by Toray Dow Corning, trade name: OE-6630) are stirred and defoamed using a rotation / revolution mixer. A uniform mixture (liquid) was obtained. Next, the mixture was dropped onto a transparent first fluororesin film, and a transparent second fluororesin film was further superposed on the drops to obtain a sheet-like laminate.
- a silicone resin manufactured by Toray Dow Corning, trade name: OE-6630
- the thickness of the layer of the droplet was not adjusted by using a roller having a gap in which 50 ⁇ m was added to the total thickness of the first fluororesin film and the second fluororesin film for the sheet-shaped laminate. It was molded into a cured sheet.
- the uncured sheet was heat-treated at 150 ° C. for 60 minutes. After the heat treatment, the first fluororesin film and the second fluororesin film were peeled off to obtain a cured resin sheet having a film thickness of 50 ⁇ 5 ⁇ m and having a phosphor dispersed inside.
- a blue light emitting diode (blue LED) having a peak wavelength in the range of 450 to 460 nm was prepared.
- the intensity of the blue light emitted from the blue LED at the peak wavelength is Ii [W / nm], and one surface side of the cured resin sheet prepared as described above is irradiated with the blue light to irradiate the other surface of the cured resin sheet.
- the intensity of the peak wavelength in the range of 450 to 460 nm of the light emitted from the surface side is It [W / nm]
- the absorption rate of the excitation light of the phosphor in the state of being dispersed in the cured resin sheet is (1).
- the absorption rate of the excitation light of the fluorescent substance in a state of being dispersed in the cured resin sheet is measured in the cured resin sheet measured in Comparative Example 1. It was evaluated as a relative value based on the absorption rate of the excitation light of the phosphor in the dispersed state.
- Example 1 [Preparation of Europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore] A fired body was prepared in the same manner as in Comparative Example 1. Next, a mixture was prepared so that the calcined product had a content of 99.5% by mass and the europium oxide powder had a content of 0.5% by mass, and the mixture was filled in a cylindrical boron nitride container, and the container was placed in a metal heater. It was placed in an electric furnace equipped with. The temperature was raised to 1800 ° C. under a nitrogen gas atmosphere (pressure: 0.025 MPa), and heating was performed at a heating temperature of 1800 ° C. for 3 hours (corresponding to the second step). After heating, the lumps in which the particles were loosely aggregated in the above container were crushed in a mortar and passed through a 250 ⁇ m sieve to obtain powder.
- a nitrogen gas atmosphere pressure: 0.025 MPa
- the obtained annealed product has a mixed acid of hydrofluoric acid (concentration: 50% by mass) and nitric acid (concentration: 70% by mass) (hydrofluoric acid and nitric acid in a volume ratio of 1: 1). It was added to the mixture as described above) and subjected to acid treatment for 30 minutes while stirring at a temperature of 75 ° C. After the acid treatment, stirring was completed to precipitate the powder, and the supernatant and the fine powder purified by the acid treatment were removed. Then, distilled water was further added and the mixture was stirred again. After the stirring was completed, the powder was precipitated and the supernatant and fine powder were removed. This operation was repeated until the pH of the aqueous solution was 8 or less and the supernatant became transparent, and the obtained precipitate was filtered and dried to obtain a europium-activated ⁇ -type sialone fluorescent substance.
- Example 2 A europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the europium powder blended in the second step was changed to 1.0% by mass.
- Example 3 A europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the europium powder blended in the second step was changed to 3.0% by mass.
- Example 4 Europium-activated ⁇ -type sialone fluorescence is the same as in Example 1 except that the blending amount of the europium powder blended in the second step is 3.0% by mass and the heating time in the second step is changed to 15 hours. I got a body.
- Example 5 Europium-activated ⁇ -type sialone fluorescence is the same as in Example 1 except that the blending amount of the europium powder blended in the second step is 3.0% by mass and the heating time in the second step is changed to 27 hours. I got a body.
- Europium-activated ⁇ -type sialone fluorescence is the same as in Example 1 except that the blending amount of the europium powder blended in the second step is 2.5% by mass and the heating time in the second step is changed to 15 hours. I got a body.
- the obtained europium-activated ⁇ -type sialone fluorescent substance (the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance obtained by annealing, acid treatment, filtration, and drying in the same manner as in Example 1) was further subjected to a ball mill with a zirconia ball having a diameter of 1 mm.
- the particle size distribution of the phosphor was adjusted by pulverizing in an aqueous solvent for 20 hours and then decanting under the condition of cutting fine powder of 2 ⁇ m or less from the Stokes formula to remove the fine powder.
- the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance of Example 6 those after adjusting the particle size distribution described above were evaluated.
- Comparative Example 2 A europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the blending amount of europium oxide in the raw material composition was changed to 1.0% by mass.
- the europium-activated ⁇ -type sialone phosphor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of europium oxide was 1.0% by mass and the pressure of the nitrogen gas atmosphere was changed to 0.8 MPaG. Prepared.
- a europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of europium oxide was 3.0% by mass and the heating temperature was changed to 1820 ° C.
- a mixture was prepared so that the calcined material was 97% by mass and the europium oxide powder was 3.0% by mass, and this was filled in a cylindrical boron nitride container.
- the container was then placed in an electric furnace equipped with a metal heater. The temperature was raised to 2000 ° C. under a nitrogen gas atmosphere (pressure: 0.8 MPaG), and heating was performed at a heating temperature of 2000 ° C. for 8 hours (firing step). After heating, the lumps in which the particles were loosely aggregated in the above container were crushed in a mortar and passed through a 250 ⁇ m sieve to obtain powder.
- the obtained annealed product has a mixed acid of hydrofluoric acid (concentration: 50% by mass) and nitric acid (concentration: 70% by mass) (hydrofluoric acid and nitric acid in a volume ratio of 1: 1). It was added to the mixture as described above) and subjected to acid treatment for 30 minutes while stirring at a temperature of 75 ° C. After the acid treatment, stirring was completed to precipitate the powder, and the supernatant and the fine powder purified by the acid treatment were removed. Then, distilled water was further added and the mixture was stirred again. After the stirring was completed, the powder was precipitated and the supernatant and fine powder were removed. This operation was repeated until the pH of the aqueous solution was 8 or less and the supernatant became transparent, and the obtained precipitate was filtered and dried to obtain a europium-activated ⁇ -type sialone fluorescent substance.
- Comparative Example 9 The europium-activated ⁇ -type sialon fluorophore prepared in the same manner as in Comparative Example 8 is pulverized with a zirconia ball having a diameter of 5 mm in an aqueous solvent for 20 hours, and then fine powder of 2 ⁇ m or less is cut from the Stokes equation. The particle size distribution of the phosphor was adjusted by decanting under the conditions to remove fine powder. As the europium-activated ⁇ -type sialon fluorescent substance of Comparative Example 9, those after adjusting the particle size distribution described above were evaluated.
- a europium-activated ⁇ -type sialone phosphor that achieves both the internal quantum efficiency of powder and the absorption rate of excitation light in a state of being dispersed in a cured resin and formed into a sheet at a high level. can.
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Abstract
本開示の一側面は、体積基準の累積粒度分布における50%累積径が10μm以下であり、ユーロピウムの含有量が0.4質量%以上であり、波長800nmの光に対する拡散反射率が92%以上である、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を提供する。
Description
本開示は、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体に関する。
発光装置等のデバイスの小型化が進んでいる。デバイスのサイズに応じて適した蛍光体の粒径が異なることから、蛍光体の小粒径化が求められている。また、蛍光特性の面では、例えば、硬化樹脂中に蛍光体を分散させた状態における励起光の吸収率を向上させることが求められる。分散状態にある蛍光体の励起光の吸収率を向上させるためには個々の蛍光体の表面積を向上させることが有効であり、このような観点からも、蛍光体自体の小粒径化が求められる。
β型サイアロン蛍光体は、例えば、窒化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、及び酸化ユーロピウム粉末を含む原料混合物を窒素雰囲気下で加熱することで得られる(例えば、特許文献1、特許文献2等)。原料混合物を加熱処理する過程で、β型サイアロン結晶が成長すると共に、発光中心となるユーロピウムが固溶されることによって、蛍光体が調製される。
従来の製法に基づいて、小粒径のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を直接製造する場合、β型サイアロンの結晶成長を途中で抑制する手段が考えられる。しかし、ユーロピウムの含有量を高めることが困難であり、励起光の吸収率の低下を招き得る。また、従来の製法に基づいて、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を製造し、その後、得られた蛍光体を粉砕することによって小粒径化する方法も考えられる。しかし、蛍光体に生じる欠陥等によって内部量子効率の低下が生じ得る。
本開示の目的は、粉体における内部量子効率と、硬化樹脂中に分散させシート状に成形した状態での励起光の吸収率と、を高水準で両立するユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を提供することである。
本開示の一側面は、体積基準の累積粒度分布における50%累積径が10μm以下であり、ユーロピウムの含有量が0.4質量%以上であり、波長800nmの光に対する拡散反射率が92%以上である、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を提供する。
上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、体積基準の累積粒度分布における50%累積径が10μm以下と小粒径であり、ユーロピウムも十分に含有する。さらに、上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は波長800nmの光に対する拡散反射率が高く、蛍光体を構成する結晶内における欠陥等が抑制されている。このような構成を有することによって、上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、粉体における内部量子効率に優れ、硬化樹脂中に分散させシート状に成形した状態での励起光の吸収率に十分に優れる。
上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、β型サイアロン結晶を主結晶として含み、上記主結晶の格子定数aが7.6110以上であってよい。上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体におけるβ型サイアロンの結晶格子の格子定数aが上記範囲内であることによって、ユーロピウムの固溶量が多いことが示唆される。このようなユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、硬化樹脂中に分散させ、シート状に成形した状態での励起光の吸収率により優れる。
上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、色度Xが0.352以上であってよい。上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の色度Xが上記範囲内であることによって、ユーロピウムの固溶量が多いことが示唆される。このようなユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、硬化樹脂中に分散させ、シート状に成形した状態での励起光の吸収率により優れる。
本開示によれば、粉体における内部量子効率と、硬化樹脂中に分散させシート状に成形した状態での励起光の吸収率と、を高水準で両立するユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を提供できる。
以下、本開示の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。
本明細書において例示する材料は特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。組成物中の各成分の含有量は、組成物中の各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。本明細書における「工程」とは、互いに独立した工程であってもよく、同時に行われる工程であってもよい。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の一実施形態は、体積基準の累積粒度分布における50%累積径が10μm以下であり、ユーロピウムの含有量が0.4質量%以上であり、波長800nmの光に対する拡散反射率が92%以上である。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体はβ型サイアロンを主結晶として含むことが好ましい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、本開示の趣旨を損なわない範囲で異相を含み得る。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、Si6-zAlzOzN8-z:Euxの一般式で表される。上記一般式中、zは、0.0<z≦4.2であってよく、又は0.0<z≦0.5であってよい。上記一般式におけるzの値は、原料混合物の成分及び組成比を変更することで、調整することができる。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の組成において、窒素原子(N)及び酸素原子(O)の含有量は酸素窒素分析装置によって定量することができ、ユーロピウム(Eu)、ケイ素(Si)、及びアルミニウム(Al)の含有量は加圧酸分解法によって上記蛍光体を溶解させ、試料溶液を調製し、得られた試料溶液についてICP発光分光分析装置を用いて元素の定量分析を行うことによって確認できる。酸素窒素分析装置としては、例えば、堀場製作所製の「EMGA-920」(製品名)を使用できる。ICP発光分光分析装置としては、例えば、株式会社リガク製の「CIROS-120」(製品名)等を使用できる。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の格子定数aの下限値は、例えば、7.6110以上であってよく、7.6115以上、7.6120以上、又は7.6130以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の格子定数aの上限値は、例えば、7.6200以下、又は7.6160以下であってよい。格子定数aが上述の範囲内であることで、結晶のひずみ及び欠陥を抑制し、蛍光特性の低下をより抑制することができる。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の格子定数cの下限値は、例えば、2.9100以上であってよく、2.9105以上、2.9110以上、又は2.9112以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の格子定数cの上限値は、例えば、2.9200以下、又は2.9117以下であってよい。格子定数cが上述の範囲内であることで、結晶のひずみ及び欠陥を抑制し、蛍光特性の低下をより抑制することができる。
本明細書における格子定数a及び格子定数cは、粉末X線解析によって測定される値を意味する。格子定数a及び格子定数cは、具体的には本明細書の実施例に記載の操作によって測定して求める。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の体積基準の累積粒度分布における50%累積径(D50)の上限値は、10μm以下であるが、例えば、9.8μm以下、9.6μm以下、9.0μm以下、8.0μm以下、7.0μm以下、5.0μm以下、又は3.0μm以下であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のD50の下限値は、例えば、0.1μm以上、0.3μm以上、又は0.5μm以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のD50は上述の範囲内で調整でき、例えば、0.1~10μm、又は0.5~9.8μmであってよい。小型デバイス用途においては蛍光体層の厚さが20μm以下になる場合もあるため、D50が大きすぎると均一な蛍光体層を形成できなくなり、また、D50が小さすぎると光の散乱、反射が多くなり、光を効率的に蛍光体中に吸収することが難しくなるため、上述の範囲内であることが好ましい。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の体積基準の累積粒度分布における10%累積径(D10)の上限値は、例えば、6μm以下、2μm以下、又は1.8μm以下であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のD10の下限値は、例えば、0.05μm以上、0.3μm以上、又は0.6μm以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のD10は上述の範囲内で調整でき、例えば、0.05~6μm、又は0.6~6μmであってよい。小型デバイス用途においてはD10が大きすぎると均一な蛍光体層を形成できなくなり、また、D10が小さすぎると光の散乱、反射が多くなり、光を効率的に蛍光体中に吸収することが難しくなるため、上述の範囲内であることが好ましい。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の体積基準の累積粒度分布における90%累積径(D90)の上限値は、例えば、30μm以下、25μm以下、20μm以下、16μm以下、又は7μm以下であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のD90の下限値は、例えば、0.5μm以上、1.0μm以上、又は1.5μm以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のD90は上述の範囲内で調整でき、例えば、0.5~30μm、又は1.5~7μmであってよい。小型デバイス用途においてはD90が大きすぎると均一な蛍光体層を形成できなくなり、また、D90が小さすぎると光の散乱、反射が多くなり、光を効率的に蛍光体中に吸収することが難しくなるため、上述の範囲内であることが好ましい。
上述のとおり体積基準の累積粒度分布における10%累積径、50%累積径、及び90%累積径をそれぞれD10、D50及びD90とした時に、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のスパン値[(D90-D10)/D50で示される値]の上限値は、例えば、2.3以下、2.1以下、1.9以下、又は1.7以下であってよい。スパン値が小さいと目的の粒度に近い粒子が多く、光を散乱、反射し易い超微粉が少なく、20μm以下の蛍光体層を形成する際に障害となる粗粉が少ないことを示すため、このスパン値の範囲が望ましい。
本明細書におけるD10、D50、及びD90はそれぞれ、レーザ回折・散乱法によって測定される体積基準の粒子径の分布曲線において、小粒径からの積算値が全体の10%、50%及び90%に達した時の粒子径をいう。D10、D50、及びD90は、具体的には本明細書の実施例に記載の操作によって測定して求める。なお、D50は、メディアン径とも呼ばれ、対象となる粒子の平均粒径を意味する。D10、D50、及びD90は、例えば、蛍光体製造の際の加熱温度及び加熱時間等の条件を調整することによって制御できる。
ユーロピウムの含有量は、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の全量基準で、0.4質量%以上である。ユーロピウムの含有量の下限値は、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の全量基準で、例えば、0.6質量%以上、0.7質量%以上、0.8質量%以上、又は0.85質量%以上であってよい。ユーロピウムの含有量の上限値は、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の全量基準で、例えば、2.0質量%以下、1.5質量%以下、1.3質量%以下、又は1.2質量%以下であってよい。ユーロピウムの含有量は上述の範囲内で調整でき、例えば、0.4~2.0質量%、又は0.4~1.5質量%であってよい。ユーロピウムの含有量は、例えば、後述する製造方法の第二工程におけるユーロピウム化合物の配合量、加熱温度及び圧力条件等を調整することで制御できる。ユーロピウムが少ないと励起光の吸収率が低下し、蛍光強度が低下し、逆にユーロピウムが多すぎると結晶にひずみが生じ、欠陥が増加し、蛍光特性が低下する可能性がある。また、ユーロピウムが多すぎると光のエネルギーをロスする濃度消光という現象が起こり、蛍光特性が低下する可能性がある。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体において、波長800nmの光に対する拡散反射率の下限値は92%以上であるが、例えば、93%以上、95%以上、96%以上、又は97%以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体において、波長800nmの光に対する拡散反射率の上限値は、例えば、99%以下、又は98%以下であってよい。拡散反射率は、例えば、後述する製造方法において、粉砕工程等を行わない、又は粉砕工程の条件を緩く設定することによって制御できる。粉砕工程の条件を緩く設定するとは、例えば、粉砕時間を短く設定する等を意味する。
本明細書における拡散反射率は、紫外可視分光光度計を用いて測定されるユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の拡散反射スペクトルから決定される値を意味する。拡散反射率は、具体的には本明細書の実施例に記載の操作によって測定して求める。紫外可視分光光度計としては、例えば、日本分光株式会社製の「V-550」(製品名)等を用いることができる。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の色度Xの下限値は、例えば、0.352以上であってよく、0.360以上、0.370以上、又は0.380以上であってよい。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の色度Xの上限値は、例えば、0.410以下、0.400以下、又は0.396以下であってよい。色度Xがこの範囲であると、蛍光体の蛍光スペクトルが人の視感度曲線に近い蛍光スペクトルとなり、全光束が上昇する傾向であるため、輝度が高くなるため、この範囲が望ましい。
本明細書における色度Xは、蛍光スペクトルの465~780nmの範囲の波長域におけるスペクトルデータから、JIS Z8781-3:2016で規定されるXYZ表色系におけるCIE色度座標x値(色度X)をJIS Z8724:2015に準じ算出して得られる値を意味する。色度Xは、具体的には本明細書の実施例に記載の方法で測定して求める。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の粉体における455nm波長の励起光の吸収率は、例えば、45%以上、52%以上、55%以上、又は60%以上とすることができる。本明細書の粉体における励起光の吸収率は、空気と蛍光体の屈折率差による散乱及び反射の影響が大きい状態で、励起光を照射した場合に、蛍光体に励起光が吸収された割合を意味する。蛍光体の粉体を充填したセルに励起光を照射するため、粉体が励起光に当たる頻度はほぼ100%となる(なお、シートでの評価の場合は蛍光体の密度が疎であるため、励起光が蛍光体に当たらずに外部に出る可能性が高い。また、シートでの評価の場合は蛍光体の密度が疎であるため、励起光が蛍光体によって散乱、反射されて次の蛍光体に当たらず外部に出る可能性も高い)。粉体における励起光の吸収率は、具体的には本明細書の実施例に記載の方法で測定して求める。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の粉体における蛍光の内部量子効率は、例えば、70%以上、72%以上、又は73%以上とすることができる。本明細書における内部量子効率は、波長が455nmの青色光を用いて蛍光体を励起した場合に得られる蛍光の量子効率を意味する。内部量子効率は、具体的には本明細書の実施例に記載の方法で測定して求める。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、単独で用いてもよく、その他の蛍光体と組み合わせて用いることもできる。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は硬化樹脂中に分散させた状態での励起光吸収率にも優れることから、例えば、LED等の発光装置に使用することができる。蛍光体を分散させる際の硬化樹脂は、特に制限されず、例えば、発光装置等の封止樹脂として使用される樹脂等を用いることができる。
なお、蛍光体の粉体における励起光の吸収率は、測定対象となる蛍光体の粒子径が小さく、比表面積が大きいほど、蛍光体の粒子と周囲の雰囲気(空気)との屈折率の差による影響が顕著となり、散乱光、及び反射光を生じることから、見かけ上、励起光の吸収率は低下する傾向にある。一方で、蛍光体との屈折率差が蛍光体と空気よりも小さな硬化樹脂中では、上述のような散乱光、及び反射光の発生による影響が少ない。また、粉体での評価においては蛍光体が密な状態で存在し、これに対して励起光を照射するため、励起光が蛍光体に当たる頻度が高い。しかし、硬化樹脂中に蛍光体を分散させた成形体(例えば、シート)での評価においては状況が異なる。すなわち、樹脂に対して蛍光体を高濃度で配合すると粘度が高くなり、シート状に成形することやポッティングが難しくなるため、樹脂に分散させた状態で成形する際には蛍光体の濃度を低く抑える必要がある。したがって、得らえる硬化樹脂中における蛍光体は疎な状態となるため、当該成形体に励起光を照射した場合、蛍光体に励起光が当たる頻度が低下する。励起光を吸収する発光中心となる元素の濃度が同等で、且つ粒径が異なる種々の蛍光体を用いて、それぞれ蛍光体シート(硬化樹脂と、硬化樹脂中に分散した蛍光体とを有しシート状に成形された成形体。)を調製(硬化樹脂中の蛍光体の質量パーセント濃度は同じに設定する)し、得られた蛍光体シート同士で比較した場合、粒径の小さい蛍光体は比表面積が増加することから、励起光が蛍光体に当たる頻度が増加し、励起光の吸収率の向上を望むことができる。したがって、発光装置のように、硬化樹脂に分散させたうえで蛍光体を使用するような用途を想定する場合には、粉体における励起光の吸収率を評価するのみでなく、硬化樹脂中に分散した状態における励起光の吸収率を評価することが望ましい。
ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、硬化樹脂中に分散させシート状に成形した状態での励起光の吸収率に優れる。シート状に成形することは評価を行うための一例であって、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の使用の態様を特定するものではない。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を分散させた硬化樹脂を含む成形体の形状は、製品形状等に合わせて調整してよい。
上述のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、例えば、以下のような方法で製造することができる。ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の製造方法の一実施形態は、窒化物を含む原料組成物を加熱してβ型サイアロンを含む焼成体を得る工程(以下、第一工程ともいう)と、上記焼成体をユーロピウム化合物と共に、窒素分圧が0.60MPaG以下の圧力条件下で加熱処理して、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得る工程(以下、第二工程ともいう)、を有する。以下の説明では、第一工程における加熱処理を第一焼成ともいい、第二工程における加熱処理を第二焼成ともいう。また、各工程における加熱処理を経たものを焼成粉ともいう。上記例では、例えば、第一工程で得られるβ型サイアロンを含む焼成体を第一焼成粉、第二工程で得られるユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を第二焼成粉等ともいう。なお、上記第一工程で得られる「β型サイアロン」との用語は、β型サイアロン、賦活元素を含むβ型サイアロン蛍光体(例えば、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体)の双方を含むものとする。すなわち、第一工程において得られる焼成体は、それ自体蛍光体として機能し得る賦活元素を含むβ型サイアロン蛍光体を含む場合がある。
第一工程における原料組成物は、β型サイアロンを形成する原料となる化合物を含んでよい。β型サイアロンを形成する原料となる化合物は、例えば、窒化物及び酸化物等を含有し、好ましくは窒化物を含有する。窒化物としては、例えば、窒化ケイ素(Si3N4)、及び窒化アルミニウム(AlN)等が挙げられる。酸化物としては、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、及び酸化ユーロピウム(Eu2O3)等が挙げられる。
窒化ケイ素としては、α分率の高いものを用いることが好ましい。窒化ケイ素のα分率は、例えば、80質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上であってよい。窒化ケイ素のα分率が上記範囲内であると、一次粒子成長を均一にすることができる。窒化ケイ素としては、酸素含有量の小さなものを用いることが好ましい。窒化ケイ素の酸素含有量は、例えば、3質量%以下、又は1.3質量%以下であってよい。窒化ケイ素の酸素含有量が上記範囲内であると、β型サイアロンにおける欠陥の発生をより抑制できる。
原料組成物は窒化物等に加えて他の成分を含有してもよい。
上記原料組成物を加熱する温度は、例えば、800~2100℃、1100~2100℃、1100~2000℃、1100~1950℃、又は1700~1950℃であってよい。上記原料組成物を加熱する温度を上述の範囲内とすることによって、後に得られる蛍光体の粒子径を小さなものとすることがより容易となる。また、上記原料組成物を加熱する時間は、例えば、1~20時間、3~20時間、又は5~20時間であってよい。
第一工程は省略してもよい。この場合、上記焼成体として、例えば、別途調製されたβ型サイアロンを含む焼成体を用いることができる。上記焼成体としては、例えば、市販のβ型サイアロン結晶、又はβ型サイアロン結晶を主結晶として含む蛍光体等を用いることができる。別途調製された上記焼成体を用いる場合、それ自体が小粒径のものを用いることが望ましい。本実施形態に係る製造方法においては、後述する第二工程によってユーロピウムの固溶量を向上させることができることから、β型サイアロン結晶を主結晶として含む蛍光体を用いる場合、発光中心となる元素の固溶量は小さいものであっても構わない。
第二工程は、上記焼成体をユーロピウム化合物と共に、窒素分圧が0.60MPaG以下の圧力条件下で加熱処理することで、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得る工程である。当該工程では、従来のβ型サイアロン蛍光体を得る製造方法に比べて低圧の条件下で焼成を行う。従来は、β型サイアロン、ユーロピウム賦活β型サイアロン又はβ型窒化ケイ素が分解しないように窒素加圧条件で焼成を行っているが、粒径を小さくするためには粒子成長を抑制することができるように低温で焼成を行う方法がとられている。この際、ユーロピウム又はユーロピウム化合物の揮発も同時に抑制され、気相経由でβ型サイアロン中にユーロピウムが固溶し難くなるため、得られるユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体におけるユーロピウム固溶量が低下する。換言すれば、従来とは異なり窒素分圧が低い条件下で焼成を行うことによって、ユーロピウム又はユーロピウム化合物の揮発を促進し、気相経由でのユーロピウムの供給量を増加させることによって、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体のユーロピウム固溶量を増量する効果が得られる。このような観点から、第二工程は、第一工程で得られた上記焼成体をユーロピウム化合物と共に、窒素分圧が0.60MPaG以下の圧力条件下で加熱処理することで、上記ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体におけるユーロピウムの含有量を向上させる工程ということもできる。この効果は第一工程時も同様に窒素分圧を低下させることでユーロピウム及びユーロピウム化合物の少なくとも一方の揮発を促進し、β型サイアロン中のユーロピウム固溶量を増量することが可能であるが、第一工程時はユーロピウムを構成元素として有する化合物以外の原料と液相又は新たな化合物を形成し、ユーロピウムの揮発によるβ型サイアロンへのユーロピウム固溶量を増量させる効果が比較的に小さい。
本実施形態に係る製造方法は、第一工程で得られる上記焼成体を加熱処理、又は、第一工程で得られる上記焼成体と、ケイ素、アルミニウム、及びユーロピウムからなる群より選択される少なくとも一種を含む原料と、を混合した混合粉を加熱処理して焼成粉を得る工程を更に有してよい。上述の焼成粉を得る工程は複数回行ってもよく、順次、第三工程、第四工程等ともいう。さらに、焼成粉を得る工程(第三工程、第四工程等)は、第二工程の前でも第二工程の後でもよい。
上記焼成体及びユーロピウム化合物を予め混合してよい。混合には、乾式混合法又は湿式混合法を用いてもよい。乾式混合法は、例えば、V型混合機等を用いて各成分を混合する方法であってよい。湿式混合法は、例えば、水等の溶媒又は分散媒を加えて溶液又はスラリーを調製し各成分を混合して、その後、溶媒又は分散媒を除去する方法であってよい。
第二工程におけるユーロピウム化合物は、ユーロピウムを構成元素として有する化合物である。ユーロピウムの化合物は、例えば、ユーロピウムの酸化物(酸化ユーロピウム)、ユーロピウムの窒化物(窒化ユーロピウム)及びユーロピウムのハロゲン化物等が挙げられる。ユーロピウムのハロゲン化物は、例えば、フッ化ユーロピウム、塩化ユーロピウム、臭化ユーロピウム、及びヨウ化ユーロピウム等が挙げられる。ユーロピウムの化合物は、好ましくは酸化ユーロピウムを含む。ユーロピウムの化物におけるユーロピウムの価数は、2価又は3価であってよく、好ましくは2価である。
第二工程は主に窒素を含んでいる雰囲気中で行うが、窒素以外のガスを含んでもよく、水素、一酸化炭素などの還元性ガス、アルゴンなどの希ガスが含まれていてもよい。
第二工程における上記焼成体等を加熱する際、窒素分圧が0.6MPaG以下の圧力条件下で行う。第二工程における窒素分圧(ゲージ圧)の上限値は、例えば、0.6MPaG以下、0.5MPaG以下、0.4MPaG以下、0.3MPaG以下、0.15MPaG以下、0.05MPaG以下、又は0.03MPaG以下であってよい。第二工程における窒素分圧の上限値を上記範囲内とすることで、ユーロピウムの固溶量をより向上させ、蛍光体における励起光の吸収率をより向上させることができる。第二工程における窒素分圧の下限値は、例えば、0.005MPaG以上、又は0.01MPaG以上であってよい。窒素分圧を上述の範囲内とすることで、ユーロピウム、又はユーロピウム化合物の揮発を可能とし、β型サイアロン蛍光体におけるユーロピウム固溶量をより十分なものとすることができる。第二工程における窒素分圧は上述の範囲内で調整してよく、例えば、0.005~0.6MPaG、又は0.005~0.5MPaGであってよい。
第二工程における加熱温度の上限値は、例えば、2100℃以下、2000℃以下、1900℃以下、又は1800℃以下であってよい。第二工程は比較的に低圧環境下で加熱処理を行うことから、加熱温度を上記範囲内とすることで、β型サイアロンの結晶の分解をより抑制することができる。第二工程における加熱温度の下限値は、例えば、800℃以上、1200℃以上、1300℃以上、又は1550℃以上であってよい。第二工程における加熱温度を上記範囲内とすることで、ユーロピウムの固溶量をより向上させ、蛍光体における励起光の吸収率をより向上させることができる。第二工程における加熱温度は上述の範囲内で調整してよく、例えば、800~2100℃、又は1200~1800℃であってよい。
第二工程は、例えば、第一工程における上記加熱処理する工程の前のβ型サイアロンにおける格子定数aの値(A)に対する第二工程における上記加熱処理する工程の後のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体における格子定数aの値(B)(すなわち、B/Aの値)が1.00005倍以上となるように上記焼成体を加熱処理する工程であってよい。第二工程は、B/Aの下限値は、例えば、1.0001倍以上、1.0002倍以上、又は1.00025倍以上であってよい。第二工程は、B/Aの上限値は、例えば、1.05倍以下、又は1.01倍以下であってよい。格子定数aが大幅に上昇すると結晶性が悪くなり、欠陥が増加する傾向にあるため、格子定数aに関する上述の値は上記範囲内であることが好ましい。
第二工程は、例えば、第一工程における上記加熱処理する工程の前のβ型サイアロンにおけるユーロピウムの含有量(C)に対する第二工程における上記加熱処理する工程の後のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体におけるユーロピウムの含有量(D)(すなわち、D[単位:質量%]/C[単位:質量%]の値)が1.1倍以上となるように上記焼成体を加熱処理する工程であってよい。第二工程は、D/Cの下限値は、例えば、1.3倍以上、1.6倍以上、又は2.7倍以上であってよい。上述の条件であると、β型サイアロン蛍光体におけるユーロピウム固溶量がより増加し、励起光の吸収率がより向上するため、蛍光特性が上昇し得る。
上述のD/Cの値とは、より具体的には、第一工程のβ型サイアロンを含む焼成体を酸処理することで得られる粉体におけるユーロピウムの含有量をC[単位:質量%]とし、第二工程で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を同様の条件で酸処理することで得られる粉体におけるユーロピウムの含有量をD[単位:質量%]としたときの、D/Cの値である。この際の酸処理は以下の条件で実施するものとする。すなわち、フッ化水素酸(濃度:50質量%)及び硝酸(濃度:70質量%)の混酸(フッ化水素酸と硝酸とを体積比で1:1となる様に混合したもの)に上記β型サイアロンを含む焼成体又はユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を添加し、75℃の温度下で、撹拌させながら30分間処理を行う。酸処理後、撹拌を終了し粉体を沈殿させ、上澄み及び酸処理で精製する微粉を除去する。蒸留水を更に添加し、撹拌した後、粉体を沈殿させ、上澄み及び微粉を除去する。上述の操作を水溶液のpHが8以下、且つ上澄みが透明になるまで繰り返し行って、得られた粉体を濾集し乾燥させたものを対象として、ユーロピウムの含有量を測定する。
上述のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の製造方法は、第一工程及び第二工程に加えて、その他の工程を有していてもよい。その他の工程としては、例えば、アニール工程、並びに、第二工程において得られる蛍光体を酸及びアルカリの少なくともいずれか一方で処理する工程等が挙げられる。
第二焼成工程の後に、第二焼成工程の加熱温度よりも低い温度で第二焼成粉を加熱してアニール処理物を得るアニール工程をさらに含んでよい。また、上述の焼成粉を得る工程は複数回行う場合は、第三焼成工程以降の焼成工程の後に、第二焼成工程の加熱温度よりも低い温度で第三焼成工程以降の焼成粉を加熱してアニール処理物を得るアニール工程を更に含んでもよい。
アニール工程を含むことによって、得られるユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の発光効率をより一層向上させることができる。また、元素の再配列によって、β型サイアロンにおけるひずみや欠陥が除去され得るため、透明性も向上させることができる。なお、アニール工程では、異相が発生する場合があるが、これは後述する酸処理などによって除去することができる。
アニール工程は、不活性ガス、還元性ガス、及びこれらの混合ガスの雰囲気、並びに非酸化性雰囲気下で行うことができる。不活性ガスとしては、例えば、希ガス、及び窒素ガス等が挙げられる。還元性ガスとしては、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、炭化水素ガス、及びアンモニアガス等が挙げられる。混合ガスは、上記不活性ガス及び上記還元性ガスの混合ガスが挙げられる。非酸化性雰囲気は、好ましくは、真空等の純窒素以外の非酸化性雰囲気である。アニール工程は、好ましくは、水素ガス雰囲気、及びアルゴン雰囲気下で行う。
アニール工程は、大気圧下又は加圧下のいずれで行ってもよい。アニール工程における熱処理温度は、特に限定されないが、好ましくは、1100~1700℃であり、より好ましくは1100~1650℃であり、更に好ましくは1200~1600℃である。
アニール工程の前に、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を構成する元素の化合物を添加し、混合してもよい。添加する化合物としては、特に限定されないが、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を構成する各元素の酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物、及び塩化物などが挙げられる。これらの中でも添加する化合物としては、特に、シリカ、酸化アルミニウム、酸化ユウロピウム、及びフッ化ユウロピウム等を含むことが好ましい。これらの化合物を各熱処理物に添加することで、得られるユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の輝度をより一層向上させることができる。ただし、添加する化合物は、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体に固溶しない残分が、アニール工程後の酸処理やアルカリ処理などによって除去できるものであることが望ましい。
上述のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の製造方法が、第二工程又はアニール工程において得られる蛍光体を酸及びアルカリの少なくともいずれか一方で処理する工程(酸処理工程又はアルカリ処理工程)を有する場合、例えば、蛍光体内における結晶欠陥密度を減少させ、β型サイアロンの熱分解等によって生成した固溶体表面に存在するケイ素を低減させ、並びに、β型サイアロンを含む焼成体の調製時に副生した窒化アルミニウム(AlN)の疑似多形であるAINポリタイポイド等を減少させることができる。酸としては、例えば、フッ化水素酸及び硝酸等が挙げられる。アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
以上、幾つかの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。また、上述した実施形態についての説明内容は、互いに適用することができる。
以下、実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明する。ただし、本開示は、下記の実施例に限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例では、原材料として、高純度窒化ケイ素粉末:宇部興産株式会社製、商品名「UBE窒化ケイ素 SN-E10」、酸素含有量1.0質量%、α分率95質量%以上、窒化アルミニウム粉末:株式会社トクヤマ製、商品名「窒化アルミニウム粉末 Eグレード」、酸素含有量0.8質量%、酸化ユーロピウム粉末:信越化学工業株式会社製、商品名「酸化ユーロピウム 微粉 RUPタイプ」を用いた。
(比較例1)
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の調製]
容器に、窒化ケイ素が96.0質量%、窒化アルミニウムが2.8質量%、酸化アルミニウムが0.5質量%、及び酸化ユーロピウム粉末が0.7質量%となるように各原材料を測り取り、V型混合機(筒井理化学機械株式会社製)によって混合し、混合物を得た。得られた混合物を目開き250μmの篩を全通させ凝集物を取り除くことで、原料組成物を得た。篩を通らない凝集物は粉砕し、篩を通るように粒径を調整した。
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の調製]
容器に、窒化ケイ素が96.0質量%、窒化アルミニウムが2.8質量%、酸化アルミニウムが0.5質量%、及び酸化ユーロピウム粉末が0.7質量%となるように各原材料を測り取り、V型混合機(筒井理化学機械株式会社製)によって混合し、混合物を得た。得られた混合物を目開き250μmの篩を全通させ凝集物を取り除くことで、原料組成物を得た。篩を通らない凝集物は粉砕し、篩を通るように粒径を調整した。
蓋付き円筒型窒化ホウ素容器(デンカ株式会社製、窒化ホウ素(商品名:デンカ ボロンナイトライド N-1)を主成分とする成型品、内径:10cm、高さ:10cm)に、上述のとおり調製した原料組成物を200g測り取った。その後、この容器を、カーボンヒーターを備える電気炉中に配置し、窒素ガス雰囲気下(圧力:0.025MPaG)で1800℃まで昇温し、1800℃の加熱温度で、3時間加熱を行った。加熱後、上記容器内で、緩く凝集した塊状となった試料を乳鉢に採り解砕した。解砕後、目開きが250μmの篩に通して粉末状の焼成体を得た。
得られた焼成体20gを、内径5cm、高さ3.5cmの蓋付き円筒型窒化ホウ素容器に充填し、カーボンヒーターの電気炉で、大気圧アルゴン雰囲気中、1500℃で8時間のアニール処理を行い、アニール処理物を得た。
次に、得られたアニール処理物を、フッ化水素酸(濃度:50質量%)及び硝酸(濃度:70質量%)の混酸(フッ化水素酸と硝酸とを体積比で1:1となるように混合したもの)に添加し、75℃の温度下で撹拌させながら30分間酸処理を行った。酸処理後、撹拌を終了し粉体を沈殿させて、上澄み及び酸処理で精製した微粉を除去した。その後、蒸留水を更に加え再度撹拌した。撹拌を終了し粉体を沈殿させ上澄み及び微粉を除去した。かかる操作を水溶液のpHが8以下で、上澄み液が透明になるまで繰り返し、得られた沈殿物をろ過、乾燥することで、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の評価]
比較例1で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体について、後述するとおり、粒度分布、ユーロピウム含有量(Eu含有量)、800nmの光に対する拡散反射率、格子定数a、格子定数c、色度X、粉体の吸収率、内部量子効率、及び硬化樹脂シート中に分散した状態における励起光の吸収率を評価した。結果を表2に示す。
比較例1で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体について、後述するとおり、粒度分布、ユーロピウム含有量(Eu含有量)、800nmの光に対する拡散反射率、格子定数a、格子定数c、色度X、粉体の吸収率、内部量子効率、及び硬化樹脂シート中に分散した状態における励起光の吸収率を評価した。結果を表2に示す。
<粒度分布(D10、D50及びD90)>
蛍光体の粒度分布は、JIS R 1629:1997「ファインセラミックス原料のレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法」に記載のレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法に準拠して行った。測定には、粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、製品名:「Microtrac MT3300EX II」)を用いた。具体的には、まず、測定対象となる蛍光体0.1gをイオン交換水100mLに投入し、超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製、製品名:「Ultrasonic Homogenizer US-150E」、チップサイズ:φ20、Amplitude:100%、発振周波数:19.5KHz、振幅:約31μm)を用いて3分間、分散処理を行い、測定サンプルを調製した。その後、粒子径分布測定装置を用いて粒度を測定した。得られた粒度分布からD10,D50及びD90を決定した。
蛍光体の粒度分布は、JIS R 1629:1997「ファインセラミックス原料のレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法」に記載のレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法に準拠して行った。測定には、粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、製品名:「Microtrac MT3300EX II」)を用いた。具体的には、まず、測定対象となる蛍光体0.1gをイオン交換水100mLに投入し、超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製、製品名:「Ultrasonic Homogenizer US-150E」、チップサイズ:φ20、Amplitude:100%、発振周波数:19.5KHz、振幅:約31μm)を用いて3分間、分散処理を行い、測定サンプルを調製した。その後、粒子径分布測定装置を用いて粒度を測定した。得られた粒度分布からD10,D50及びD90を決定した。
<ユーロピウム含有量>
ユーロピウム含有量は、ICP発光分光分析装置を用いて決定した。まず、加圧酸分解法によって蛍光体を溶解させ、試料溶液を調製した。得られた試料溶液を対象として、ICP発光分光分析装置(株式会社リガク製、商品名:CIROS-120)を用いてユーロピウムの定量分析を行った。得られた結果から、ユーロピウム含有量を算出した。
ユーロピウム含有量は、ICP発光分光分析装置を用いて決定した。まず、加圧酸分解法によって蛍光体を溶解させ、試料溶液を調製した。得られた試料溶液を対象として、ICP発光分光分析装置(株式会社リガク製、商品名:CIROS-120)を用いてユーロピウムの定量分析を行った。得られた結果から、ユーロピウム含有量を算出した。
<800nmの光に対する拡散反射率>
β型サイアロン蛍光体の拡散反射率は、紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、商品名:V-550)に、積分球装置(商品名:ISV-469)を取り付けて測定した。標準反射板(スペクトラロン(登録商標))でベースライン補正を行った後、測定対象となるβ型サイアロン蛍光体の粉末を充填した固体試料ホルダーを分光光度計に取り付けて、500~850nmの波長範囲で拡散反射率を測定した。測定結果のうち、特に、800nmにおける拡散反射率の値を採用した。
β型サイアロン蛍光体の拡散反射率は、紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、商品名:V-550)に、積分球装置(商品名:ISV-469)を取り付けて測定した。標準反射板(スペクトラロン(登録商標))でベースライン補正を行った後、測定対象となるβ型サイアロン蛍光体の粉末を充填した固体試料ホルダーを分光光度計に取り付けて、500~850nmの波長範囲で拡散反射率を測定した。測定結果のうち、特に、800nmにおける拡散反射率の値を採用した。
<格子定数a及び格子定数c>
焼成体及びβ型サイアロン蛍光体について、X線回折装置(株式会社リガク製、商品名:UltimaIV)を用い、CuKα線を用いた粉末X線回折を行った。得られたX線回折パターンからリーベルト解析法によって、a軸格子定数(格子定数aの長さ)及びc軸格子定数(格子定数cの長さ)を算出した。
焼成体及びβ型サイアロン蛍光体について、X線回折装置(株式会社リガク製、商品名:UltimaIV)を用い、CuKα線を用いた粉末X線回折を行った。得られたX線回折パターンからリーベルト解析法によって、a軸格子定数(格子定数aの長さ)及びc軸格子定数(格子定数cの長さ)を算出した。
<粉体の吸収率(455nmの励起光の吸収率)、及び内部量子効率>
455nmの励起光の吸収率、及び内部量子効率は、以下の手順で算出した。まず、測定対象である蛍光体を、凹型セルに表面が平滑になるように充填し、積分球の開口部に取り付けた。発光光源であるXeランプから455nmの波長に分光した単色光を、光ファイバーを用いて蛍光体の励起光として上記積分球内に導入した。この励起光である単色光を測定対象である蛍光体に照射し、蛍光スペクトルを測定した。測定には、分光光度計(大塚電子株式会社製、商品名:MCPD-7000)を用いた。
455nmの励起光の吸収率、及び内部量子効率は、以下の手順で算出した。まず、測定対象である蛍光体を、凹型セルに表面が平滑になるように充填し、積分球の開口部に取り付けた。発光光源であるXeランプから455nmの波長に分光した単色光を、光ファイバーを用いて蛍光体の励起光として上記積分球内に導入した。この励起光である単色光を測定対象である蛍光体に照射し、蛍光スペクトルを測定した。測定には、分光光度計(大塚電子株式会社製、商品名:MCPD-7000)を用いた。
得られた蛍光スペクトルのデータから、励起反射光フォトン数(Qref)及び蛍光フォトン数(Qem)を算出した。励起反射光フォトン数は、励起光フォトン数と同じ波長範囲で、蛍光フォトン数は465~800nmの範囲で算出した。また同じ装置を用い、積分球の開口部に反射率が99%の標準反射板(Labsphere社製、スペクトラロン(登録商標))を取り付けて、波長が455nmの励起光のスペクトルを測定した。その際、450~465nmの波長範囲のスペクトルから励起光フォトン数(Qex)を算出した。
上述の算出結果から、以下に示す計算式に基づいて、測定対象である蛍光体の455nmの励起光の吸収率、及び内部量子効率を求めた。
455nmの励起光の吸収率=((Qex-Qref)/Qex)×100
内部量子効率=(Qem/(Qex-Qref))×100
外部量子効率=(Qem/Qex)×100
なお、上記式から外部量子効率と、455nmの励起光の吸収率、及び内部量子効率との関係式は以下のように表すことができる。
外部量子効率=455nm光吸収率×内部量子効率
455nmの励起光の吸収率=((Qex-Qref)/Qex)×100
内部量子効率=(Qem/(Qex-Qref))×100
外部量子効率=(Qem/Qex)×100
なお、上記式から外部量子効率と、455nmの励起光の吸収率、及び内部量子効率との関係式は以下のように表すことができる。
外部量子効率=455nm光吸収率×内部量子効率
<粉体の色度X>
色度Xは、蛍光スペクトルの465~780nmの範囲の波長域におけるスペクトルデータから、JIS Z8781-3:2016で規定されるXYZ表色系におけるCIE色度座標x値(色度X)をJIS Z8724:2015に準じ算出することで求めた。
色度Xは、蛍光スペクトルの465~780nmの範囲の波長域におけるスペクトルデータから、JIS Z8781-3:2016で規定されるXYZ表色系におけるCIE色度座標x値(色度X)をJIS Z8724:2015に準じ算出することで求めた。
なお、β型サイアロン蛍光体の標準試料(株式会社サイアロン製、NIMS Standard Green lot No.NSG1301)について、上述の測定方法に準拠して、455nmの励起光の吸収率、内部量子効率、外部量子効率、及び色度Xを測定したところ、455nmの励起光の吸収率は74.4%、内部量子効率は74.8%、外部量子効率は55.6%、色度Xは0.356であった。
455nmの励起光の吸収率、内部量子効率、外部量子効率、及び色度Xに関する各測定値は、測定装置のメーカー、製造ロットナンバーなどが変わると値が変動する場合がある。したがって、各種測定値としては、本明細書に記載の測定方法によって測定する値を採用する。しかし、測定装置のメーカー、製造ロットナンバー等を変更する場合は、上述したβ型サイアロン蛍光体の標準試料による測定値を基準値として、各測定値の補正を行うこともできる。
<硬化樹脂シート中に分散した状態における励起光の吸収率>
[硬化樹脂シート(測定サンプル)の調製]
まず、測定対象である蛍光体粉末40質量部と、シリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング社製、商品名:OE-6630)60質量部と、を自転・公転ミキサーを用いて撹拌処理及び脱泡処理することによって均一な混合物(液体)を得た。次に、上記混合物を、透明な第一のフッ素樹脂フィルム上に滴下し、その滴下物の上からさらに透明な第二のフッ素樹脂フィルムを重ねることによって、シート状の積層物を得た。さらにシート状の積層物を、第一のフッ素樹脂フィルム及び第二のフッ素樹脂フィルムの合計厚みに50μmを加えたギャップを持つローラーを用いて、上記滴下物の層の厚みを調整して、未硬化シートに成形した。
[硬化樹脂シート(測定サンプル)の調製]
まず、測定対象である蛍光体粉末40質量部と、シリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング社製、商品名:OE-6630)60質量部と、を自転・公転ミキサーを用いて撹拌処理及び脱泡処理することによって均一な混合物(液体)を得た。次に、上記混合物を、透明な第一のフッ素樹脂フィルム上に滴下し、その滴下物の上からさらに透明な第二のフッ素樹脂フィルムを重ねることによって、シート状の積層物を得た。さらにシート状の積層物を、第一のフッ素樹脂フィルム及び第二のフッ素樹脂フィルムの合計厚みに50μmを加えたギャップを持つローラーを用いて、上記滴下物の層の厚みを調整して、未硬化シートに成形した。
上記未硬化シートを、150℃、60分間の条件で加熱処理した。加熱処理の後、第一のフッ素樹脂フィルム及び第二のフッ素樹脂フィルムをはく離して、膜厚が50±5μmである、蛍光体が内部に分散した硬化樹脂シートを得た。
[光学特性の評価]
450~460nmの範囲内にピーク波長を持つ青色発光ダイオード(青色LED)を用意した。当該青色LEDから発せられた青色光のピーク波長における強度をIi[W/nm]とし、上述のとおり調製した硬化樹脂シートの一方の面側に上記青色光を照射して、硬化樹脂シートの他方の面側から発せられる光の450~460nmの範囲内におけるピーク波長の強度をIt[W/nm]としたとき、硬化樹脂シート中に分散した状態における蛍光体の励起光の吸収率は、(Ii―It)/Iiで表される値となる。本明細書においては、実施例及び比較例で調製された蛍光体について、硬化樹脂シート中に分散した状態における蛍光体の励起光の吸収率を、比較例1で測定される硬化樹脂シート中に分散した状態における蛍光体の励起光の吸収率を基準とする相対値として評価した。
450~460nmの範囲内にピーク波長を持つ青色発光ダイオード(青色LED)を用意した。当該青色LEDから発せられた青色光のピーク波長における強度をIi[W/nm]とし、上述のとおり調製した硬化樹脂シートの一方の面側に上記青色光を照射して、硬化樹脂シートの他方の面側から発せられる光の450~460nmの範囲内におけるピーク波長の強度をIt[W/nm]としたとき、硬化樹脂シート中に分散した状態における蛍光体の励起光の吸収率は、(Ii―It)/Iiで表される値となる。本明細書においては、実施例及び比較例で調製された蛍光体について、硬化樹脂シート中に分散した状態における蛍光体の励起光の吸収率を、比較例1で測定される硬化樹脂シート中に分散した状態における蛍光体の励起光の吸収率を基準とする相対値として評価した。
(実施例1)
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の調製]
比較例1と同様にして焼成体を調製した。次に、上記焼成体が99.5質量%、及び酸化ユーロピウム粉末が0.5質量%となるように混合物を調製し、これを円筒型窒化ホウ素容器に充填して、この容器を、金属ヒーターを備える電気炉内に配置した。窒素ガス雰囲気下(圧力:0.025MPa)で1800℃まで昇温し、1800℃の加熱温度で、3時間加熱を行った(第二工程に相当)。加熱後、上記容器内で粒子が緩く凝集した塊状物を乳鉢で解砕し、250μmの篩に通すことによって粉体を得た。
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の調製]
比較例1と同様にして焼成体を調製した。次に、上記焼成体が99.5質量%、及び酸化ユーロピウム粉末が0.5質量%となるように混合物を調製し、これを円筒型窒化ホウ素容器に充填して、この容器を、金属ヒーターを備える電気炉内に配置した。窒素ガス雰囲気下(圧力:0.025MPa)で1800℃まで昇温し、1800℃の加熱温度で、3時間加熱を行った(第二工程に相当)。加熱後、上記容器内で粒子が緩く凝集した塊状物を乳鉢で解砕し、250μmの篩に通すことによって粉体を得た。
得られた粉体20gを、内径5cm、高さ3.5cmの蓋付き円筒型窒化ホウ素容器に充填し、カーボンヒーターの電気炉で、大気圧アルゴン雰囲気中、1500℃で8時間のアニール処理を行い、アニール処理物を得た。
次に、得られたアニール処理物を、フッ化水素酸(濃度:50質量%)及び硝酸(濃度:70質量%)の混酸(フッ化水素酸と硝酸とを体積比で1:1となるように混合したもの)に添加し、75℃の温度下で撹拌させながら30分間酸処理を行った。酸処理後、撹拌を終了し粉体を沈殿させて、上澄み及び酸処理で精製した微粉を除去した。その後、蒸留水を更に加え再度撹拌した。撹拌を終了し粉体を沈殿させ上澄み及び微粉を除去した。かかる操作を水溶液のpHが8以下で、上澄み液が透明になるまで繰り返し、得られた沈殿物をろ過、乾燥することで、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
(実施例2)
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を1.0質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を1.0質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
(実施例3)
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を3.0質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を3.0質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
(実施例4)
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を3.0質量%とし、第二工程での加熱時間を15時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を3.0質量%とし、第二工程での加熱時間を15時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
(実施例5)
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を3.0質量%とし、第二工程での加熱時間を27時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を3.0質量%とし、第二工程での加熱時間を27時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
(実施例6)
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を2.5質量%とし、第二工程での加熱時間を15時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体(実施例1と同様にアニール、酸処理、ろ過、及び乾燥して得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体)を更にボールミルによって直径1mmのジルコニアボールで、水溶媒中で20時間かけて粉砕し、その後、ストークスの式から2μm以下の微粉をカットする条件でデカンター処理して、微粉を除去することで、蛍光体の粒度分布を調整した。実施例6のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体としては、上述の粒度分布を調整した後のものを評価対象とした。
第二工程で配合するユーロピウム粉末の配合量を2.5質量%とし、第二工程での加熱時間を15時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体(実施例1と同様にアニール、酸処理、ろ過、及び乾燥して得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体)を更にボールミルによって直径1mmのジルコニアボールで、水溶媒中で20時間かけて粉砕し、その後、ストークスの式から2μm以下の微粉をカットする条件でデカンター処理して、微粉を除去することで、蛍光体の粒度分布を調整した。実施例6のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体としては、上述の粒度分布を調整した後のものを評価対象とした。
(比較例2)
原料組成物における酸化ユーロピウムの配合量を1.0質量%に変更したこと以外は、比較例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
原料組成物における酸化ユーロピウムの配合量を1.0質量%に変更したこと以外は、比較例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
(比較例3)
第二工程において、酸化ユーロピウムを配合せず、窒素ガス雰囲気の圧力を0.8MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
第二工程において、酸化ユーロピウムを配合せず、窒素ガス雰囲気の圧力を0.8MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
(比較例4)
第二工程において、窒素ガス雰囲気の圧力を0.8MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
第二工程において、窒素ガス雰囲気の圧力を0.8MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
(比較例5)
第二工程において、酸化ユーロピウムの配合量を1.0質量%とし、窒素ガス雰囲気の圧力を0.8MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
第二工程において、酸化ユーロピウムの配合量を1.0質量%とし、窒素ガス雰囲気の圧力を0.8MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
(比較例6)
第二工程において、酸化ユーロピウムを配合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
第二工程において、酸化ユーロピウムを配合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
(比較例7)
第二工程において、酸化ユーロピウムの配合量を3.0質量%とし、加熱温度を1820℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
第二工程において、酸化ユーロピウムの配合量を3.0質量%とし、加熱温度を1820℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を調製した。
(比較例8)
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の調製]
比較例1と同様にして原料組成物を調製した。次に、蓋付き円筒型窒化ホウ素容器(デンカ株式会社製、窒化ホウ素(商品名:デンカ ボロンナイトライド N-1)を主成分とする成型品、内径:10cm、高さ:10cm)に、上述のとおり調製した原料組成物を200g測り取った。その後、この容器を、カーボンヒーターを備える電気炉中に配置し、窒素ガス雰囲気下(圧力:0.8MPaG)で1950℃まで昇温し、1950℃の加熱温度で、10時間加熱を行った。加熱後、上記容器内で、緩く凝集した塊状となった試料を乳鉢に採り解砕した。解砕後、目開きが250μmの篩に通して粉末状の焼成体を得た。
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の調製]
比較例1と同様にして原料組成物を調製した。次に、蓋付き円筒型窒化ホウ素容器(デンカ株式会社製、窒化ホウ素(商品名:デンカ ボロンナイトライド N-1)を主成分とする成型品、内径:10cm、高さ:10cm)に、上述のとおり調製した原料組成物を200g測り取った。その後、この容器を、カーボンヒーターを備える電気炉中に配置し、窒素ガス雰囲気下(圧力:0.8MPaG)で1950℃まで昇温し、1950℃の加熱温度で、10時間加熱を行った。加熱後、上記容器内で、緩く凝集した塊状となった試料を乳鉢に採り解砕した。解砕後、目開きが250μmの篩に通して粉末状の焼成体を得た。
上述のようにして得られた焼成体を用いて、上記焼成体が97質量%、及び酸化ユーロピウム粉末が3.0質量%となるように混合物を調製し、これを円筒型窒化ホウ素容器に充填して、この容器を、金属ヒーターを備える電気炉内に配置した。窒素ガス雰囲気下(圧力:0.8MPaG)で2000℃まで昇温し、2000℃の加熱温度で、8時間加熱を行った(焼成工程)。加熱後、上記容器内で粒子が緩く凝集した塊状物を乳鉢で解砕し、250μmの篩に通すことによって粉体を得た。
得られた粉体20gを、内径5cm、高さ3.5cmの蓋付き円筒型窒化ホウ素容器に充填し、カーボンヒーターの電気炉で、大気圧アルゴン雰囲気中、1500℃で8時間のアニール処理を行い、アニール処理物を得た。
次に、得られたアニール処理物を、フッ化水素酸(濃度:50質量%)及び硝酸(濃度:70質量%)の混酸(フッ化水素酸と硝酸とを体積比で1:1となるように混合したもの)に添加し、75℃の温度下で撹拌させながら30分間酸処理を行った。酸処理後、撹拌を終了し粉体を沈殿させて、上澄み及び酸処理で精製した微粉を除去した。その後、蒸留水を更に加え再度撹拌した。撹拌を終了し粉体を沈殿させ上澄み及び微粉を除去した。かかる操作を水溶液のpHが8以下で、上澄み液が透明になるまで繰り返し、得られた沈殿物をろ過、乾燥することで、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
(比較例9)
比較例8と同様にして調製したユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を、ボールミルによって直径5mmのジルコニアボールで水溶媒中かけて20時間で粉砕し、その後、ストークスの式から2μm以下の微粉をカットする条件でデカンター処理して微粉を除去することで、蛍光体の粒度分布を調整した。比較例9のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体としては、上述の粒度分布を調整した後のものを評価対象とした。
比較例8と同様にして調製したユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を、ボールミルによって直径5mmのジルコニアボールで水溶媒中かけて20時間で粉砕し、その後、ストークスの式から2μm以下の微粉をカットする条件でデカンター処理して微粉を除去することで、蛍光体の粒度分布を調整した。比較例9のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体としては、上述の粒度分布を調整した後のものを評価対象とした。
[ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体の評価]
実施例1~6及び比較例2~9で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体について、比較例1で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体と同様にして、粒度分布、ユーロピウム含有量(Eu含有量)、800nmの光に対する拡散反射率、格子定数a、格子定数c、色度X、粉体の吸収率、内部量子効率、及び硬化樹脂シート中に分散した状態における励起光の吸収率を評価した。結果を表1及び表2に示す。
実施例1~6及び比較例2~9で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体について、比較例1で得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体と同様にして、粒度分布、ユーロピウム含有量(Eu含有量)、800nmの光に対する拡散反射率、格子定数a、格子定数c、色度X、粉体の吸収率、内部量子効率、及び硬化樹脂シート中に分散した状態における励起光の吸収率を評価した。結果を表1及び表2に示す。
表2に示される比較例1及び2の結果から、低温及び低圧下で、原料組成物を短時間で加熱処理することによって小粒径の蛍光体を製造した場合、原料組成物における酸化ユーロピウム粉末の配合量を大きくしても、蛍光体におけるユーロピウム含有量を高めることが困難であることが確認された。一方、表1に示されるように、第二工程を設け、当該工程においてユーロピウム化合物を配合し加熱処理する実施例1~6によって製造した場合、蛍光体におけるユーロピウム含有量の大きな蛍光体が得られることが確認された。このようにして得られたユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体は、粉体の内部量子効率に優れ、且つ硬化樹脂シート中に分散した状態における励起光の吸収率にも優れたものであることが確認された。
本開示によれば、粉体における内部量子効率と、硬化樹脂中に分散させシート状に成形した状態での励起光の吸収率と、を高水準で両立するユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体を提供できる。
Claims (3)
- 体積基準の累積粒度分布における50%累積径が10μm以下であり、
ユーロピウムの含有量が0.4質量%以上であり、
波長800nmの光に対する拡散反射率が92%以上である、ユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体。 - β型サイアロン結晶を主結晶として含み、前記主結晶の格子定数aが7.6110以上である、請求項1に記載のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体。
- 色度Xが0.352以上である、請求項1又は2に記載のユーロピウム賦活β型サイアロン蛍光体。
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