高性能窒化物蛍光体の新規合成方法の開発とLEDへの応用

高性能氮化物荧光粉新合成方法的开发及其在LED中的应用

基本信息

批准号：
13J00656
负责人：
金孝盛
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2014
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者が所属する研究室では、炭素還元窒化(CRN)法またはガス還元窒化(GRN)法、蛍光体の成分である金属またはその合金を原料とした直接窒化(DMN)等により、窒化物蛍光体材料であるCaAlSiN_3:Eu^<2+>やM_2Si_5N_8:Eu^<2+>, Ce^<3+>(M=Ca, Sr, Ba)等の合成を行ってきた。しかしながら、生成物に未反応の原料の残存や過剰な炭素の残存等により、十分な品位の蛍光体を得るには至っていない。そこで本申請では、CaCN_2に加えてCaH_2を原料とするCRN法の更なる改良、および微粉化した金属水素化物を原料として用いる合成法の考案により、高品位のCaAlSiN_3:Eu^<2+>および(Ca, Sr)AlSiN_3:Eu^<2+>蛍光体を常圧のN_2ガス雰囲気下で合成することに成功した。本年度はこれらプロセスの機構を明らかにすると共に、その製造条件の最適化に関する知見を得た。また、上記で合成した蛍光体粉末を用いて有機樹脂との複合フィルムを作成し、蛍光体に基づく波長変換特性を明らかにし、これらの農業用シートとしての可能性を検討した。まず、CaCN_2をCa源および炭素還元剤(CN_2^<2->が作用)として、CaCO_3:Eu^<2+>、AlNおよびSi_3N_4を出発原料としてCaAlSiN_3:Eu^<2+>蛍光体を常圧のN_2ガス雰囲気下で合成できる点に関しては、CaCN_2が1100～1200℃で融解すると共に昇華することから、上記の原料との反応が迅速に進行すると共に過剰のCaCN_2由来の未反応炭素が蛍光体試料に残存せず、高品位の蛍光体が製造できると結論された。同様に、微粉化された金属水素化物の高い反応性と炭素フリーの反応条件により、同水素化物を原料として用いることで同様に、高品位の窒化物蛍光体が得られることが明らかになった。これらより、CaCN_2と金属水素化物とが窒化反応に関与する温度域での条件設定が、高品位の同蛍光体を得る上で重要であると考えられる。他方、CaAlSiN_3:Eu^<2+>蛍光体粉末をポリオレフィン系の有機樹脂に分散した複合ファイルムは、太陽光中の紫外線から緑色光までの光を葉物野菜の生育に有用な赤色光へ効果的に変換できることが明らかになった。しかしながら、得られたフィルムは透光性に乏しく、この改善が今後の課題である。

申请人所在实验室氮化物荧光CaAlSiN_3:Eu^<2+>、M_2Si_5N_8:Eu^<2+>、Ce^<3+>(M=Ca,Sr,我们已经合成了Ba)等产品。然而，由于残留的未反应原料和产物中残留的过量碳，无法获得足够品质的荧光粉。因此，在本应用中，我们将开发高品位的CaAlSiN_3:Eu^<2+>，并在常压N_2气氛下成功合成了(Ca,Sr)AlSiN_3:Eu^<2+>荧光粉。今年，我们阐明了这些工艺的机制，并获得了有关优化其制造条件的知识。此外，我们使用上述合成的荧光体粉末制作了与有机树脂的复合膜，阐明了基于荧光体的波长转换特性，并研究了将其用作农用片材的可能性。首先以CaCN_2为Ca源和碳还原剂(CN_2^<2->作用)，以CaCO_3:Eu^<2+>、AlN和Si_3N_4为起始原料，生产CaAlSiN_3:Eu^<2+ > 在加压N_2气氛下合成荧光粉。至于CaCN_2在1,100至1,200℃下熔化和升华的能力，与上述原料的反应迅速进行，来自CaCN_2的过量未反应的碳不会残留在荧光体样品中，从而导致高的结论可以生产出高质量的荧光粉。类似地，由于细碎金属氢化物的高反应活性和无碳反应条件，已经表明使用相同的氢化物作为原材料可以获得类似的高品质氮化物磷光体。从这些结果可以认为，CaCN_2和金属氢化物参与氮化反应的温度范围内的条件设定对于获得高质量的荧光体是重要的。另一方面，已经清楚，其中CaAlSiN_3:Eu 2+ 荧光体粉末分散在聚烯烃基有机树脂中的复合膜将太阳光从紫外光转换成绿光转换成对叶类蔬菜的生长有用的红光。可以有效地进行转换。然而，所得薄膜的半透明性较差，改善这一点是未来的挑战。