(57)【要約】α型窒化ケイ素からなる実用的な新たな蛍光体材料を提供する。α型窒化ケイ素の粒子の表面から内部にわたって全体に蛍光を発光可能な元素を含むα型窒化ケイ素蛍光体である。発光可能な元素の濃度の高い部分が島状に存在することが好ましく、蛍光を発光可能な元素がランタニド金属であることが好ましい。シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）または、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）を熱分解することにより得られたアモルファス窒化ケイ素粉末に、蛍光を発光可能な元素からなる粉末を添加、混合し、該混合物を非酸化性の雰囲気で焼成することにより得られる。
2008126540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
α型窒化ケイ素の粒子の表面から内部にわたって全体に蛍光を発光可能な元素を含むα型窒化ケイ素蛍光体。
【請求項２】
α型窒化ケイ素の粒子の表面から内部にわたって全体に蛍光を発光可能な元素を含み、発光可能な元素の濃度の高い部分が島状に存在するα型窒化ケイ素蛍光体。
【請求項３】
前記蛍光を発光可能な元素がランタニド金属であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のα型窒化ケイ素蛍光体。
【請求項４】
前記ランタノイド金属がＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙｂから選ばれる少なくとも１種のランタニド金属であることを特徴とする請求項３記載のα型窒化ケイ素蛍光体。
【請求項５】
さらに酸素を含み、酸素含有量が２重量％以上、３重量％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のα型窒化ケイ素蛍光体。
【請求項６】
シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）または、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）を熱分解することにより得られたアモルファス窒化ケイ素粉末に、蛍光を発光可能な元素からなる粉末を添加、混合し、該混合物を非酸化性の雰囲気で焼成することを特徴とする請求項１または請求項２記載のα型窒化ケイ素蛍光体の製造方法。
【請求項７】
前記蛍光を発光可能な元素がランタニド金属であることを特徴とする請求項６記載のα型窒化ケイ素蛍光体の製造方法。
【請求項８】
前記ランタノイド金属がＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙｂから選ばれる少なくとも１種のランタニド金属であることを特徴とする請求項７記載のα型窒化ケイ素蛍光体の製造方法。
【請求項９】
アモルファス窒化ケイ素粉末と蛍光を発光可能な元素からなる粉末を含む出発原料粉末混合物を窒素含有不活性ガス雰囲気中１３００〜１８００℃で焼成することを特徴とする請求項６又は７記載のα型窒化ケイ素蛍光体の製造方法。
【請求項１０】
アモルファス窒化ケイ素粉末と蛍光を発光可能な元素からなる粉末を含む出発原料粉末混合物を加圧窒素ガス雰囲気下１６００〜２０００℃で焼成することを特徴とする請求項６又は７記載のα型窒化ケイ素蛍光体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との関係
本件出願は２００７年３月２３日に日本国特許庁に出願した特願２００７−０７６２５０号に基づく優先権を主張する出願であり、その出願の開示内容はここに参照して含めるものである。
技術分野
本発明は、蛍光を発するα型窒化ケイ素粉末からなるα型窒化ケイ素蛍光体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素焼結体は代表的な構造材料用セラミックスであり、軸受や自動車のグロープラグなどに応用されている。また近年、焼結体ばかりでなく、粒子形態の制御されたα型窒化ケイ素粉末を各種材料のフィラー等に適用するなどその用途は拡大している。また、高純度タイプのα型窒化ケイ素粉末は、酸窒化物、窒化物の蛍光体原料としても利用されるようになっている。例えば特開２００２−３６３５５４号公報には、黄色のαサイアロン蛍光体が開示されている。αサイアロンは、従来の白色発光ダイオードに、黄色の蛍光体として使用されているＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＹＡＧ）よりも赤成分が多い蛍光体であるために、暖色系の白色を得ることができる。このため、将来の照明用途の蛍光体として期待されている。
【発明の開示】
【０００３】
上記のように、窒化ケイ素を原料として蛍光体粉末を合成する方法は開示されているが、窒化ケイ素を蛍光体とすることに成功した例はない。前述のように窒化ケイ素は様々な分野で広く利用されており、蛍光機能の付与によってさらに様々な用途展開が期待できる。例えば、フィラーとして利用されている窒化ケイ素が発光することで、新たな用途が出てくると考えられる。
本発明は、α型窒化ケイ素の新しい応用、すなわち、蛍光を発することが可能なα型窒化ケイ素を提供するものである。これまで、α型窒化ケイ素が蛍光体として活用されたことはない。その理由はα型窒化ケイ素の結晶中に、実用レベルの量の発光元素を入れることができないためである。α型窒化ケイ素型の結晶構造を有するαサイアロンには、蛍光体としての機能が確認されているが、そのような結晶では結晶構造中に発光元素を導入できるように、α型窒化ケイ素の一部のシリコン原子を別の元素、例えばアルミニウム等で置換し、発光元素が入ることができるようにして達成されている。以上のように、従来技術では、α型窒化ケイ素が明確な蛍光機能を発現することはない。本発明の目的は、α型窒化ケイ素からなる実用的な新たな蛍光体材料を提供することにある。
本発明者らは、蛍光機能を有するα型窒化ケイ素を得るには、発光元素を添加したα型窒化ケイ素の前駆体を用いて、α型窒化ケイ素を作製することで、本来、蛍光体にならないα型窒化ケイ素が、蛍光体になることを突き止め、本発明に至った。
すなわち、本発明は、α型窒化ケイ素の粒子の表面から内部にわたって全体に蛍光を発光可能な元素を含むα型窒化ケイ素蛍光体に関する。好ましくは、α型窒化ケイ素の粒子の表面から内部にわたって全体に蛍光を発光可能な元素を含み、発光可能な元素の濃度の高い部分が島状に存在するα型窒化ケイ素蛍光体に関する。
好ましくは、前記蛍光を発光可能な元素がランタニド金属であることを特徴とする前記α型窒化ケイ素蛍光体に関する。さらに好ましくは、ランタノイド金属がＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙｂから選ばれる少なくとも１種のランタニド金属であることを特徴とする前記α型窒化ケイ素蛍光体に関する。
また、本発明は、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）または、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）を熱分解することにより得られたアモルファス窒化ケイ素粉末に、蛍光を発光可能な元素からなる粉末を添加、混合し、該混合物を非酸化性の雰囲気で焼成することを特徴とする前記α型窒化ケイ素蛍光体の製造方法に関する。
本発明は、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）または、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）を熱分解することにより得られたアモルファス窒化ケイ素粉末を原料に使用することによって、α型窒化ケイ素粉末からなる実用的な新たな蛍光体材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は実施例１および比較例１で得られた窒化ケイ素粉末のＸ線回折図である。
図２Ａは実施例１で得られた本発明のα型窒化ケイ素蛍光体の電子顕微鏡写真であり、図２Ｂは比較例１で得られた本発明のα型窒化ケイ素蛍光体の電子顕微鏡写真である。
図３Ａは実施例１および比較例１で得られた窒化ケイ素粉末の蛍光スペクトル図であり、図３Ｂは実施例１および比較例１で得られた窒化ケイ素粉末の励起スペクトル図である。
図４は実施例２および比較例２で得られた窒化ケイ素粉末のＸ線回折図である。
図５は実施例２および比較例２で得られた窒化ケイ素粉末の蛍光スペクトル図である。
図６は実施例３〜８で得られたＥｕ添加α型窒化ケイ素蛍光体の蛍光特性を示す図である。
図７は実施例９〜１３で得られたＣｅ添加α型窒化ケイ素蛍光体の蛍光特性を示す図である。
図８は実施例１４および比較例３で得られた窒化ケイ素粉末の蛍光スペクトル図である。
図９は実施例１５および比較例４で得られた窒化ケイ素粉末の蛍光スペクトル図である。
図１０は実施例１６および比較例５で得られた窒化ケイ素粉末の蛍光スペクトル図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明の蛍光機能を有するα型窒化ケイ素蛍光体は、α型窒化ケイ素の粒子内の表面から内部にわたって、粒子全体に蛍光を発光可能な元素を含有する。従来、α型窒化ケイ素の結晶中に、実用レベルの量の発光元素を入れることができなかったため、粒子表面に蛍光を発する元素を含有するものは存在しても、粒子内部深くまで蛍光を発光可能な元素を含有するものはなく、本願発明のα型窒化ケイ素は、表面から内部にわたって粒子全体に蛍光を発光可能な元素を含有することを特徴とする。
本発明のα型窒化ケイ素蛍光体の一実施形態は、図２Ａの透過型分析電子顕微鏡写真図に示すように、発光可能な元素の濃度の高い部分（例えば、符号１〜３）が島状に存在する。
前記蛍光を発光可能な元素としては、ランタニド金属が好ましい。さらに、ランタノイド金属がＣｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙｂから選ばれる少なくとも１種のランタニド金属であることが好ましい。図１中の実施例１は、本発明の、ランタノイド金属としてＥｕを使用したα型窒化ケイ素蛍光体の１例のＸ線回折パターンである。この回折パターンは、この本発明の粉末がα型窒化ケイ素であることを示している。
酸素含有量が２重量％以上、３重量％以下であることが好ましい。２重量％以下であると発光強度が低く、３重量％以上では発光強度がかえって低下をおこす。
図３Ａにおける実施例１のグラフは、本発明の前記粉末の蛍光スペクトル（励起波長３６５ｎｍ）を示す。ピーク波長５６０ｎｍの強い蛍光が観察され、得られたα型窒化ケイ素が良好な蛍光体であることが分かる。さらに、図３Ｂにおける実施例１のグラフは、本発明の前記粉末の励起スペクトル（蛍光波長５６０ｎｍ）を示す。３００ｎｍ付近と４００ｎｍ付近に励起のピークが観察される。この励起スペクトルの形状はＥｕを付活したαサイアロンのピーク形状と類似していることから、蛍光は、Ｅｕ２＋からの発光であると考えられるが、サイアロンの励起スペクトルとの相違点もあり、α型窒化ケイ素とαサイアロンのＥｕ２＋の置かれる結晶場には相違があると考えられる。
本発明のα型窒化ケイ素蛍光体は、窒化ケイ素の前駆体を利用して作製する。さらに詳しくは、窒化ケイ素の前駆体に、蛍光を発光可能な元素からなる粉末を添加、混合し、該混合物を非酸化性の雰囲気で焼成することにより得られる。窒化ケイ素の前駆体としては、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）または、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）熱分解することにより得られたアモルファス窒化ケイ素粉末が挙げられる。α型窒化ケイ素の前駆体の原料に添加する蛍光を発光可能な元素からなる粉末としては、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙｂなどのランタノイド金属が挙げられる。非酸化性の雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気でもよい。
一方、本発明との比較の為に、結晶化したα型窒化ケイ素を原料として用いて製造された粉末の各種特性を示す。比較のための粉末は、結晶化したα型窒化ケイ素に、発光元素としてＥｕを添加、混合して、窒素を含む非酸化性の雰囲気で焼成して、得られた粉末である。図１の比較例１は、得られた比較用粉末のＸ線パターンである。Ｘ線回折の結果から、この比較用粉末はα型窒化ケイ素とわずかにβ型窒化ケイ素を含むことが分かる。主要な結晶相は、本発明のα型窒化ケイ素と同一であるがその蛍光特性は大きく異なる。図３Ａにおける比較例１のグラフは、比較用粉末の蛍光スペクトルである。この比較用粉末のα型窒化ケイ素は、ほとんど蛍光を発していない。わずかに５６０ｎｍにスペクトルの山が見られるが、これはＥｕと一部の窒化ケイ素粉末が反応し、粉末の表面に発光可能な層、例えば、ガラス層が生成したと考えられる。別の可能性として、表面に極めて近い領域において拡散反応によってα型窒化ケイ素に発光元素が侵入し、発光することが考えられる。その場合、粒子の表面のみの発光になるため、発光の強度は微小なものになる。本発明の発光元素を含有するα型窒化ケイ素は独自の製法により、粒子の表面から内部にわたって全体に発光元素が分散していることが特徴であり、そのために、強い発光をすることができる。比較例１の蛍光の強度は実施例１と比較するとほとんど発光していないと判断される。
分析透過型電子顕微鏡を用いた分析から、本発明のα型窒化ケイ素の場合、粒子の表面から内部にわたって全体にＥｕが存在しているのに対し、結晶質の窒化ケイ素を用いて作製した粉末の場合、粒子内部にＥｕはほとんど存在しないことが明らかである（図２参照）。また、通常、両者とも粒子の表面にはガラス層が存在しておりＥｕが多く入ったガラス層が存在する。
以上のように、窒化ケイ素の前駆体を用いると、粒子の表面から内部にわたって全体に発光元素が分散し、十分に明るい蛍光を放出する結晶質のα型窒化ケイ素を得ることができるのに対し、結晶化している窒化ケイ素を出発物質にすると蛍光を発するα型窒化ケイ素を得ることができない。この理由は、α型窒化ケイ素の前駆体中に発光元素が存在すると、前駆体が結晶化する際に、発光元素を取り込みながらα型窒化ケイ素を形成するのに対し、α型窒化ケイ素原料を用いた場合には、発光元素が結晶の中に入れず、発光元素を含まないα型窒化ケイ素になるためである。従来、α型窒化ケイ素には、Ｅｕのような希土類元素が入ることはないと考えられていたが、α型窒化ケイ素の結晶構造には、大きなイオンの入り易いサイトがあるために、前駆体が結晶化していく際に、そのようなイオンがあれば取り込むことができると推測される。そして、電荷的な中性は欠陥、または、窒素サイトの酸素置換によって補償されていると考えられる。
本発明に用いる窒化ケイ素の前駆体は、例えば、四塩化ケイ素とアンモニアを反応させることにより得られる。この場合、シリコンジイミドを得る。さらに、イミドを熱分解して、アモルファス状態にある窒化ケイ素として使用することも可能である。また、シリコンジイミドとアモルファス窒化ケイ素の混合物を使用することが可能である。このようなシリコンジイミドとアモルファス窒化ケイ素の混合割合は、シリコンジイミドを加熱してアモルファス窒化ケイ素を作製する際の熱分解温度によって自由に変えることができる。アモルファス窒化ケイ素粉末は、通常のＸ線回折法では、明確な回折ピークを示さず、いわゆるアモルファス状態にある。加熱処理条件によっては、微弱なＸ線回折ピークを示す粉末も得られるが、このような粉末も本発明で言うアモルファス窒化ケイ素粉末に包含される。また本発明の製造方法では、アモルファス窒化ケイ素粉末に、酸素含有量を１〜５質量％に調整した含窒素シラン化合物を含んでいてもよい。
蛍光を発光可能な元素は、既知の発光元素ならどのような物でも良いが、希土類元素は強い蛍光を発することができるので適している。中でも、２価のＥｕ、３価のＣｅは、ｄ−ｆ遷移によって発光するため、強い蛍光が得られるので好適である。これらの元素を含む酸化物、炭酸塩、窒化物、塩化物、硝酸塩などの形態で添加することができる。添加の量は窒化ケイ素１モルに対し、金属成分換算で０．０１モルから０．６モルの範囲、好ましくは、０．０５から０．２の範囲で添加することができる。発光元素が少ないと、発光強度が低くなり実用的な蛍光体にならない。逆に多すぎても発光強度が低下する。
窒化ケイ素の前駆体と発光元素を混合する方法については、特に制約は無く、それ自体公知の方法、例えば、乾式混合する方法、原料各成分と実質的に反応しない不活性溶媒中で湿式混合した後に溶媒を除去する方法などを採用することができる。混合装置としては、Ｖ型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミル、媒体攪拌ミルなどが好適に使用される。但し、含窒素シラン化合物および／またはアモルファス窒化ケイ素粉末は、水分、湿気に対して極めて敏感であるので、出発原料の混合は、制御された不活性ガス雰囲気下で行うことが必要である。
出発原料の混合物は、１気圧の窒素含有不活性ガス雰囲気中１３００〜１８００℃、好ましくは１４００〜１６５０℃で焼成され、目的とするα型窒化ケイ素粉末が得られる。焼成温度が１３００℃よりも低いと、所望のα型窒化ケイ素粉末の生成に長時間の加熱を要し、実用的でない。焼成温度が１８００℃を超えると、窒化ケイ素が昇華分解し、遊離のシリコンが生成するという好ましくない事態が起こる。
出発原料混合粉末を、加圧窒素ガス雰囲気下１６００〜２０００℃、好ましくは１６００〜１９００℃の温度範囲で焼成することもできる。この場合には、窒素ガス加圧により、高温下での窒化ケイ素の昇華分解が抑制され、短時間で所望のα型窒化ケイ素蛍光体を得ることができる。窒素ガス圧を高くすることで焼成温度を上げることができるが、例えば５気圧の窒素ガス加圧下では１６００〜１８５０℃、１０気圧の窒素ガス加圧下では１６００〜２０００℃で焼成することができる。
粉末混合物の焼成に使用される加熱炉については、とくに制約は無く、例えば、高周波誘導加熱方式または抵抗加熱方式によるバッチ式電気炉、ロータリーキルン、流動化焼成炉、プッシャ−式電気炉などを使用することができる。坩堝は、炭素製の坩堝、ＢＮ、窒化ケイ素坩堝などを利用することができる。
本発明によれば、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）または、シリコンジイミド（Ｓｉ（ＮＨ）２）を熱分解することにより得られたアモルファス窒化ケイ素粉末を原料に使用することによって、α型窒化ケイ素粉末からなる実用的な新たな蛍光体材料が提供される。
【実施例】
【０００６】
（実施例１）
四塩化ケイ素とアンモニアを反応させることにより得られたシリコンジイミドを加熱分解して得られたアモルファス窒化ケイ素粉末と酸化ユーロピウム粉末を表１の組成になるよう秤量した。秤量した粉末を、窒素雰囲下において、１時間振動ミルによって混合した。混合粉末をＢＮ製坩堝に充填し、高周波加熱炉にセットし、窒素ガス雰囲気下に、室温から１２００℃までを１時間、１２００℃から１４００℃までを４時間、１４００℃から１６００℃までを２時間の昇温スケジュールで加熱し、Ｅｕ含有α型窒化ケイ素粉末を得た。この粉末を、Ｘ線回折装置を用いて結晶相を調べた。結果を図１に示す。その結果、α型窒化ケイ素であることが確認された。
さらに、このα型窒化ケイ素におけるＥｕの存在形態を明らかにするために、透過型分析電子顕微鏡（日本電子製ＪＥＭ−２０１０Ｆ、ＥＤＳ：ＮＯＲＮ社製ＵＴＷ型Ｓｉ半導体検出装置、ビーム径１ｎｍ）を用いて、粒子形態の観察、および、結晶粒子内部のＥｕの定量分析を行った。
表面の影響を受けずに粒子内部を観察するために、粒子を樹脂に包埋、切断、研磨、イオンミリングを行い、粒子の薄い断面の試料を作製した。組成分析において、窒素は軽元素であるために、測定が困難であるので、ＳｉとＥｕの原子比を測定し、その比Ｅｕ／（Ｓｉ＋Ｅｕ）の百分率で測定結果を整理した。電子顕微鏡写真を図２Ａに示す。粒子の内部に斑点状の部分が存在したので、この部分の組成分析も行った。また、粒子の表面にはガラス相の付着がみられたので、この部分の分析も行った。結果を表２に示した。斑点部分は特にＥｕの存在量が多い部分であった。また、斑点部分以外のところでもＥｕは多く存在した。後述する比較例１のα型窒化ケイ素の粒子内部にはＥｕはほとんど存在しないことに比べると、このα型窒化ケイ素粒子の内部には、明らかにＥｕが存在していることが明確である。また、斑点部分および斑点以外の粒子内部において、極微電子線回折を行って結晶構造を調査した結果、α型窒化ケイ素の回折パターンを示した。このことから、Ｅｕはα型窒化ケイ素の結晶の中に入っていることが確認された。また、ガラス相の部分におけるＥｕの量は、粒子の内部よりも多く、粒子内部に固溶できなかったＥｕは粒子表面にガラス相として存在することが分かった。なお、この粉末の酸素含有量を、ＬＥＣＯ社製の酸素窒素同時分析装置ＴＣ−１３６で測定したところ、２．５重量％であった。
次に、蛍光測定装置によって、励起波長を３６５ｎｍとして、蛍光スペクトルを評価した。結果を図３Ａに示す。５６０ｎｍ付近に蛍光による発光ピークが観測された。また、蛍光波長を５６０ｎｍとした時の励起スペクトルを図３Ｂに示した。Ｅｕ２＋による発光と考えられるピークパターンが観察された。このように顕著な蛍光が観察されるのは、蛍光を発するＥｕが粒子内部に存在し、そのＥｕが発光できる結晶学的なサイトに存在するからである。
【表１】
2008126540.tif 000003
【表２】
2008126540.tif 000004
（比較例１）
実施例１で使用したアモルファス窒化ケイ素に代えて、比表面積が約１０ｍ２／ｇの結晶質窒化ケイ素を用いた以外は実施例１と同じ方法によって粉末を作製した。得られた粉末を実施例１と同様にＸ線回折装置によって結晶構造を調べた。結果を図１に示す。２７．０、３３．７度付近にβ型窒化ケイ素の弱いピークが観察されたが、他のピークはすべてα型窒化ケイ素であり、この粉末はほとんどα型窒化ケイ素であった。
さらに、実施例１と同様に、この粉末の断面試料を作り、透過型電子顕微鏡を用いて粒子内部におけるＥｕの存在量を調査した。粒子の形態を図２Ｂに示す。実施例１とは異なり粒子内部は均一であった。分析の結果、実施例１に比べると、粒子内部にはほとんどＥｕは存在しなかった。一方、表面に付着するガラス相にはＥｕが多く存在し、この比較例１のα型窒化ケイ素の場合、Ｅｕは粒子内部に入らずに、表面のガラス相だけに存在するようになることが特徴であった。この粉末の酸素含有量を実施例１と同様に測定したところ、１．６重量％であった。
次に、実施例１と同様の方法で蛍光スペクトルを測定した。結果を図３Ａに示した。わずかに５６０ｎｍ付近にピークが見られるが、実施例１の発光強度と比べれば非常に低く、結晶質の窒化ケイ素を用いた場合には良好な蛍光体にはならないことが分かる。この弱い蛍光は、ガラス相にもＥｕが存在しているので、それが発光している可能性が高い。しかし、ガラス相におけるＥｕの発光であるので、その発光強度は低いものにならざるを得ない。別の可能性としては、ごく表面において、拡散反応によってα型窒化ケイ素の内部にＥｕが侵入する可能性あると考えられる、この場合、表面に発光可能なα型窒化ケイ素層が生成する可能性はある。しかし、その存在は表面はのみになるために発光強度は低いものになる。前述の通り、本発明の発光可能なα型窒化ケイ素は粒子の表面から内部にわたって全体に発光元素が存在することが特徴であって、表面のような一部が発光するという粒子とは本質的に異なる。図３Ｂに示すように励起スペクトルは、実施例１のピーク形状とは異なり、Ｅｕ２＋の発光と断定することはできなかった。
（実施例２）
実施例１の酸化ユーロピウムの代わりに酸化セリウムを、表１の組成になるように秤量し、実施例１と同じ方法によって、粉末を作製し、Ｘ線による結晶相の確認、蛍光スペクトル、励起スペクトルを測定した。Ｘ線回折パターンを図４に示す。結晶相はわずかにβ型窒化ケイ素を含むが、ほとんど、α型窒化ケイ素であり、その回折パターンは比較例１と同じであった。この粉末の励起波長を３６５ｎｍとしたときの蛍光スペクトルを図５に示す。約４７５ｎｍにピークを持つ明確な蛍光が観察された。
（比較例２）
実施例２で使用したアモルファス窒化ケイ素に代えて、比較例１で使用した結晶質窒化ケイ素を用いた以外は実施例２と同じ方法で粉末を作製し、実施例２と同様にＸ線回折と蛍光スペクトルの測定を行った。Ｘ線回折パターンを図４に示す。結晶相はわずかにβ型窒化ケイ素を含むが、ほとんど、α型窒化ケイ素であった。この粉末の蛍光スペクトルを図５に示す。励起波長は３６５ｎｍとした。測定の結果、蛍光はほとんど観察されなかった。このように結晶質の窒化ケイ素を用いた場合、良好な蛍光を発する粉末を作製することはできない。
（実施例３〜８）
実施例１におけるＥｕの添加量を表１に示す割合で変化させ蛍光スペクトルを調査した。実施例１も含めて励起波長３６５ｎｍにおける蛍光の強度とその波長を図６に示した。Ｅｕの添加量が０．１モルの時に最大の蛍光強度を示し、それ以上の添加では蛍光の強度は低下を起こした。蛍光体粉末では付活元素が多くなると濃度消光が起こるが、本発明の粉末においても同じことが起きている。このこともＥｕがα型窒化ケイ素の内部に存在している証拠と考えられる。また、蛍光の波長は、Ｅｕの添加量とともに長波長側にシフトし、５５０ｎｍから６１０ｎｍまで変化した。このような蛍光波長の変化も、Ｅｕを含む他の蛍光体でも観察されており、Ｅｕはα型窒化ケイ素の内部に固溶していると考えられる。なお、この実施例３の粉末、実施例５、実施例８の粉末の酸素含有量を実施例１と同様に測定したところ、それぞれ、１．６重量％、２．９重量％、７．３重量％であった。
（実施例９〜１３）
実施例３におけるＥｕをＣｅに代えた以外は実施例３と同様の方法によって粉末を作製した。Ｃｅの添加量は表１に示した。Ｃｅの添加量と、励起波長を３６５ｎｍとした時の蛍光強度を図７に示した。Ｃｅの濃度が０．１５モルの時に最大になり、それよりも添加量が多くなると蛍光の強度は低下した。
（実施例１４）
実施例１の酸化ユーロピウムの代わりに酸化イッテルビウム（Ｙｂ）を、表１の組成になるように秤量し、実施例１と同じ方法によって、粉末を作製し、Ｘ線による結晶相の確認、蛍光スペクトル、励起スペクトルを測定した。Ｘ線測定結果、ほとんどの相がα型窒化ケイ素であった。この粉末の励起波長を２５４ｎｍとしたときの蛍光スペクトルを図８に示す。約５５５ｎｍにピークを持つ明確な蛍光が観察された。
（比較例３）
実施例１４で使用したアモルファス窒化ケイ素に代えて、比較例１で使用した結晶質窒化ケイ素を用いた以外は実施例１４と同じ方法で粉末を作製し、実施例１４と同様にＸ線回折と蛍光スペクトルの測定を行った。結晶相は、ほとんど、α型窒化ケイ素であった。この粉末の蛍光スペクトルを図８に示す。励起波長は２５４ｎｍとした。測定の結果、蛍光はほとんど観察されなかった。
（実施例１５）
実施例１の酸化ユーロピウムの代わりに酸化テルビウム（Ｔｂ）を、表１の組成になるように秤量し、実施例１と同じ方法によって、粉末を作製し、Ｘ線による結晶相の確認、蛍光スペクトル、励起スペクトルを測定した。Ｘ線測定結果、ほとんどの相がα型窒化ケイ素であった。この粉末の励起波長を２５４ｎｍとしたときの蛍光スペクトルを図９に示す。約５４５、５９０、６３５ｎｍにピークを持つ明確な蛍光が観察された。
（比較例４）
実施例１５で使用したアモルファス窒化ケイ素に代えて、比較例１で使用した結晶質窒化ケイ素を用いた以外は実施例１５と同じ方法で粉末を作製し、実施例１５と同様にＸ線回折と蛍光スペクトルの測定を行った。結晶相は、ほとんど、α型窒化ケイ素であった。この粉末の蛍光スペクトルを図９に示す。励起波長は２５４ｎｍとした。測定の結果、蛍光はほとんど観察されなかった。
（実施例１６）
実施例１の酸化ユーロピウムの代わりに酸化ジスプロシウム（Ｄｙ）を、表１の組成になるように秤量し、実施例１と同じ方法によって、粉末を作製し、Ｘ線による結晶相の確認、蛍光スペクトル、励起スペクトルを測定した。Ｘ線測定結果、ほとんどの相がα型窒化ケイ素であった。この粉末の励起波長を２５４ｎｍとしたときの蛍光スペクトルを図１０に示す。約５８４ｎｍにピークを持つ明確な蛍光が観察された。
（比較例５）
実施例１６で使用したアモルファス窒化ケイ素に代えて、比較例１で使用した結晶質窒化ケイ素を用いた以外は実施例１６と同じ方法で粉末を作製し、実施例１６と同様にＸ線回折と蛍光スペクトルの測定を行った。結晶相は、ほとんど、α型窒化ケイ素であった。この粉末の蛍光スペクトルを図１０に示した。励起波長は２５４ｎｍとした。測定の結果、蛍光はほとんど観察されなかった。
（実施例１７）
実施例１のアモルファス窒化ケイ素の代わりに、四塩化ケイ素とアンモニアの反応によって作製したシリコンジイミドを用いて、表１の組成になるように秤量し、実施例１と同じ方法によって、粉末を作製し、Ｘ線による結晶相の確認を行った。その結果、ほとんどの相がα型窒化ケイ素であった。この粉末の励起波長を３６５ｎｍとしたときの蛍光スペクトルを測定したところ、実施例１と同様の強い蛍光が観察された。
【産業上の利用可能性】
【０００７】
本発明によれば、α型窒化ケイ素粉末からなる実用的な新たな蛍光体材料が提供される。窒化ケイ素は様々な分野で広く利用されており、蛍光機能の付与によってさらに様々な用途展開が期待できる。例えば、フィラーとして利用されている窒化ケイ素が発光することで、新たな用途が出てくると考えられる。本発明のα型窒化ケイ素粉末からなる蛍光体材料の産業上の利用可能性は明らかである。
【図１】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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