(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体の原料物質を収納し、所定方向に沿って内部にガスが流される管体に加熱手段が設けられてなる管状炉の前記管体内に配置され、所定方向に沿って流される前記ガスのガス雰囲気内で加熱される蛍光体製造用容器において、
前記ガスが流れる方向についての両端が開口しており前記ガスの流れを妨げる部材がない円筒を軸に平行な切断面で切断した形状であることを特徴とする蛍光体製造用容器。
【請求項２】
前記円筒の半径が前記管体の半径と実質的に同じである請求項１記載の蛍光体製造用容器。
【請求項３】
前記円筒の曲率は前記管体の曲率とほぼ同じであり、前記管状路内に挿入すると前記管状路の内周面に近接した状態となる請求項１記載の蛍光体製造用容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性の良好な蛍光体を製造できる蛍光体製造用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮは、単結晶の場合にはＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子において青色、緑色の高輝度発光を示す材料として知られている。従来、ＧａＮ蛍光体を製造するには、原料物質であるＧａ化合物にドープ物質の化合物を混合し、これを焼成炉内に配置してアンモニアを流しながら高温で焼成し、Ｇａを窒化させるとともにドープ物質をドープさせる。
【０００３】
このようにして得られた材料を電子線で発光させる試みは過去にあるが、粉体状にした蛍光体については実用的な輝度を得るに至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
輝度が得られない最大の理由として、他の蛍光体材料と異なり窒化の困難さが挙げられる。すなわち、この材料は窒化される温度（７００℃〜１０００℃）と分解が始まる温度（９５０℃以上）の差が小さいため、通常の加熱による反応では窒化と分解が同時に進行しやすい。このため、ＧａＮはできるが、蛍光体として使用できるような白色で結晶性が高いＧａＮを作ることはできなかった。
【０００５】
ＧａＮ蛍光体を製造するには、前述したように一般的には管状炉の中でアンモニア又は窒素を含むガスを流しながら、原料物質を高温で焼成するが、アンモニアはＧａの窒化反応によって多量に消費されるので、ＧａＮの合成に当たっては十分な量のアンモニアを管状炉内に供給しなければならない。
【０００６】
この際、図５及び図６に示すような従来一般的な箱形状の容器１００（一般にボートと称する。）に原料物質１０１を入れ、これを管状炉内に配置してアンモニアを流しながら焼成しても、均一な窒化反応は得られなかった。これは、箱形状のボート１００は上面のみが開口しているだけで四周に壁があり、図５及び図６中に矢印で示すように、アンモニアの流れてくる方向に交差する壁１０２がガスの流れの妨げになるので、ＧａＮの窒化反応が不均一に行われるためであると考えられる。
【０００７】
このため、同一バッチ内のＧａＮ蛍光体であっても、一応の発光が得られる蛍光体はごく一部分であり、しかもその発光強度は実用に耐えない低いものであった。また、ＧａＮ蛍光体の製造の繰り返し再現性も望ましいものとはいえず、発光強度が高くて安定した特性のＧａＮ蛍光体を得ることができなかった。
【０００８】
本発明は、蛍光体材料が配置された管状炉内にガスを流して行う蛍光体の製造方法に適用でき、特性の優れた蛍光体を製造することができる蛍光体製造用容器を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された蛍光体製造用容器は、蛍光体の原料物質を収納し、所定方向に沿って内部にガスが流される管体に加熱手段が設けられてなる管状炉の前記管体内に配置され、所定方向に沿って流される前記ガスのガス雰囲気内で加熱される蛍光体製造用容器において、前記ガスが流れる方向についての両端が開口しており前記ガスの流れを妨げる部材がない円筒を軸に平行な切断面で切断した形状であることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載された蛍光体製造用容器は、請求項１記載の蛍光体製造用容器において、前記円筒の半径が前記管体の半径と実質的に同じであることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載された蛍光体製造用容器は、請求項１記載の蛍光体製造用容器において、前記円筒の曲率は前記管体の曲率とほぼ同じであり、前記管状路内に挿入すると前記管状路の内周面に近接した状態となることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
前述した問題を解決するためには、ガスが十分にＧａＮ蛍光体の原料物質に接触するように、管状炉内でのガスの流れを妨げないような構造のボート（蛍光体製造用容器）に前記原料物質を収納して管状炉で焼成を行うことが重要であると本発明者等は考えた。具体的な方法としては、管状炉内でＧａＮ蛍光体の焼成に使用するボートを、ガスの流れる方向についての両端に縁がない形状とする。これにより、アンモニアガスの流れが円滑になり、ＧａＮ蛍光体の原料物質により多量のアンモニアを供給することができるようになる。その結果、ＧａＮ蛍光体合成時の反応性が改善され、発光特性の均一なＧａＮ蛍光体の合成ができる。また、合成の繰り返し再現性が向上し、安定した品質のＧａＮ蛍光体を作製することができる。
【００１５】
【実施例】
（１）実施例１
ＧａＮ：Ｚｎ蛍光体の作製方法を示す。前記蛍光体の母体原料物質としては、Ｇａ2 ０3 、Ｇａ2 Ｓ3 等のＧａ化合物を使用し、ドープ材としてＺｎ化合物を使用する。具体的にはＧａ2 ０3 を３ｇと、Ｚｎのドープ材としてのＺｎＳを０．６ｇを良く混合し、焼成ボートに載せる。
【００１６】
焼成ボート１は図１〜図３に示したような構造のものを使用する。この焼成ボート１は、両端が開口した円筒を軸線方向に沿って２つ割りにした形状である。焼成ボート１の曲率は管状炉２の曲率とほぼ同じであり、焼成ボート１を管状炉２内に挿入すると、焼成ボート１は管状炉２の内周面に近接した状態になる。焼成ボート１の両端は開口しており、アンモニアガスの流れを妨げる部材がないので、管状炉２内を流されるアンモニアガスは焼成ボート１に載せた前記原料物質３に十分に行き渡り、接触する。また、焼成ボート１は管状炉２の内周面に近接しているので、管状炉２の周囲に配されたヒータ４からの熱が効率的に焼成ボート１に伝達され、蛍光体の合成が一層効率的に行われる。焼成ボート１の材質は、石英、アルミナ、炭素、窒化ボロン等を使用する。なお、焼成ボート１と管状炉２の曲率がほぼ同じであることから、焼成ボート１は管状炉２内に安定して配置され、出し入れ時の操作性がよく扱いやすい。
【００１７】
前記焼成ボート１に前記原料物質３を載せ、管状炉２内に配置する。この状態で３５０ｍｌ／ｍｉｎのアンモニアを流しながら、原料物質を１１５０℃で２時間焼成して粒状のＧａＮ蛍光体を得た。得られたＧａＮ蛍光体を蛍光発光管の陽極基板の陽極導体に塗布し、陽極電圧３０Ｖで発光させて評価した。さらに電界放出型発光素子(Field Emission Display)の陽極基板の陽極導体に塗布し、陽極電圧４００Ｖで発光させて評価した。
【００１８】
焼成ボート１上のＧａＮ蛍光体について３６５ｎｍの紫外線ランプを用いてＰＬ（フォトルミネッセンス）を確認したところ、部分的な発光の強弱は無く、均一な青色発光が得られた。
【００１９】
比較のため、図５に示したような一般的な形状の焼成ボート１００を使用して合成を行ったところ、図５に矢印で示したように蛍光体原料１０１にアンモニアガスが行き渡らず、反応が不均一に起こるために得られた蛍光体は発光強度が低く、また部分的に発光しない部分も発生する。
【００２０】
図４に、従来のボートを用いて合成したＧａＮ蛍光体と、本願のボートを使用して合成したＧａＮ蛍光体について、発光特性を比較した結果を示す。図４に示したように、本例の焼成ボート１によれば、得られた蛍光体の発光特性（輝度特性）は、従来の焼成ボートによるものに比べて倍以上も改善された。
【００２１】
（２）実施例２
ＧａＩｎＮ：Ｍｇ蛍光体の作製方法を示す。Ｇａ2 Ｓ3 を２ｇ，Ｉｎ2 Ｓ3 を１ｇ，ＭｇＣｌを０．４ｇを良く混合し、実施例１と同様の構造を持つ焼成ボート１に載せ、同様の管状炉２で合成を行う。管状炉２内にアンモニアを３５０ｍｌ／ｍｉｎ流しながら、原料を１１００℃で３時間焼成して粒状のＧａＩｎＮ：Ｍｇ蛍光体を得た。ＧａＩｎＮは紫外線ランプによりＰＬを確認したところ、部分的な発光の強弱は無く均一な緑色発光を得た。実施例１と同様に蛍光発光管または電界放出型発光素子ＦＥＤで評価したところ、緑色の発光が得られた。
【００２２】
以上説明した実施例は、Ｇａ1-X ＩｎX Ｎ：Ａ，Ｂ（０≦Ｘ＜１，Ａ＝Ｚｎ，Ｍｇ、Ｂ＝Ｓｉ，Ｇｅ）蛍光体の製造に関するものであったが、本例の焼成ボート１は他の蛍光体の製造にも利用できる。
【００２３】
（３）実施例３
ＧａＮ以外の蛍光体に本発明を応用した場合の実施例として、ＺｎＧａ2 Ｏ4 蛍光体を作製する場合を示す。
原料物質としてＺｎＯを８．１ｇ、Ｇａ2 Ｏ3 を１８．７ｇ、およびＬｉ3 ＰＯ4 を５．７９ｇを良く混合し、アルミナルツボにて大気中１２００℃で３時間の一次焼成を行う。一次焼成試料を粉砕、酸洗浄した試料を、実施例１と同様の構造を持つ焼成ボートに載せ、同様の管状炉２で二次焼成を行う。管状炉内にＨ2 ガスを４０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｎ2 ガスを１６０ｍｌ／ｍｉｎ流しながら、１１００℃で１時間焼成することによりＺｎＧａ2 Ｏ4 蛍光体を得た。ＺｎＧａ2 Ｏ4 は紫外線ランプによりＰＬを確認したところ、部分的な発光の強弱は無く均一な青色発光を得た。実施例１と同様に蛍光発光管または電界放出型発光素子で評価したところ、青色の発光が得られた。
【００２４】
以上説明したように、本発明の焼成ボートは、ガスを流して原料物質に接触させながら焼成することにより蛍光体を合成する方法において、原料物質を収納する容器として有用である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の蛍光体製造用容器（焼成ボート）又はこれを用いた蛍光体の製造装置によれば、ガスを流しながら原料物質を焼成して行う蛍光体の合成において、次のような効果が得られる。
【００２６】
１．蛍光体作製時において、蛍光体原料により多量のガスを接触させられるため、反応が促進され、得られる粒状蛍光体の結晶性が高くなる。
【００２７】
２．蛍光体原料物質付近でガスが均一に流れるため、部分的な発光のむらがない均一な蛍光体が得られる。
【００２８】
３．蛍光体作製の繰り返し再現性が向上する。
【００２９】
４．上記のため、発光強度の高い蛍光体を再現性良く作製できる。
【００３０】
本発明の蛍光体製造用容器（焼成ボート１）又はこれを用いた蛍光体の製造装置によれば、特に、ＧａＮの蛍光体作製においては、次のような効果が得られる。
【００３１】
▲１▼．ＧａＮの蛍光体作製時において、ＧａＮ原料により多量のアンモニアが接触できるため、窒化反応が促進され、結晶性が高くなる。
【００３２】
▲２▼．ＧａＮ付近のアンモニアが均一に流れるため、部分的な発光のむらがない均一なＧａＮ蛍光体が得られる。
【００３３】
▲３▼．ＧａＮ蛍光体作製の繰り返し再現性が向上する。
【００３４】
▲４▼．上記のため、発光強度の高いＧａＮ蛍光体を再現性良く作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例における管状炉２の軸線に直交する断面での断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例における焼成ボート１の平面図である。
【図４】従来のボートを用いて合成したＧａＮ蛍光体と、本願のボートを使用して合成したＧａＮ蛍光体について、発光特性を比較した結果を示す図である。
【図５】従来のボートを用いて行う蛍光体の製造方法を示した斜視図である。
【図６】従来のボートを用いて行う蛍光体の製造方法を示した平面図である。
【符号の説明】
１…蛍光体製造用容器としての焼成ボート、２…管状炉、３…蛍光体の原料物質（ＧａＮ蛍光体の原料物質である酸化ガリウム等）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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