CN107636113B - 荧光体及其制造方法、以及led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明的荧光体具有以化学式1：1.5Y2O3·2.5aAl2O3：Ce表示的组成，式中a为满足1.02<a<1.1的数。

Description

荧光体及其制造方法、以及LED灯
技术领域
本实施方式涉及荧光体及LED灯。
背景技术
发光二极管(LED：Light Emitting Diode，也称为LED芯片)是若施加电压则作为光源起作用的发光元件。发光二极管例如通过两个半导体的接触面(pn接合)附近的电子与空穴的复合而发光。发光二极管由于小型且由电能向光的转换效率高，所以被广泛用于家电制品、照光式操作开关、LED显示器、或一般照明等。
发光二极管与使用灯丝的灯泡不同。因而，在发光二极管中，不会产生所谓的“烧坏”。此外，发光二极管的初期驱动特性优异，相对于振动、反复的ON/OFF操作也具有优异的耐久性。因此，发光二极管也作为汽车用仪表板等中设置的显示装置的背光源使用。发光二极管由于能够不受太阳光影响而发出高彩度且鲜艳颜色的光，所以也可以被用于设置在屋外的显示装置、交通用显示装置或信号机等。
发光二极管为放射光的半导体二极管，将电能转换成紫外光或可见光。发光二极管由于利用可见光，所以也被用于将由GaP、GaAsP、GaAlAs、GaN、InGaAlP等发光材料形成的发光芯片用透明树脂密封而成的LED灯。此外，也被用于将上述发光材料固定于印制电路板或金属引线的上表面且通过例如具有数字形状或文字形状的树脂壳密封而成的显示器型的LED灯。
通过在发光芯片的表面或树脂中添加各种荧光体粉末，还能够调整放射光的颜色。因而，LED灯能够再现从蓝色到红色的根据使用用途的可见光区域的光的颜色。此外，由于发光二极管为半导体元件，所以寿命长且可靠性高，在作为光源使用的情况下，因故障引起的更换频率也降低，因此，作为便携通信设备、个人计算机周边设备、OA设备、家庭用电气设备、音频设备、各种开关、背光源用光源显示板等各种显示装置的构成部件也被广泛使用。
作为促进LED普及的环境，在2006年7月在EU(欧盟)施行的RoHS标准(关于在电气、电子设备中包含的特定有害物质的使用限制的指令)中，汞在电气制品等中的使用被禁止，在日本也适于“水俣条约”的缔结，可以预想政府法令的改正等，在不远的将来在照明设备中不使用汞的白色发光LED灯也会置换封入有汞蒸气的以往的荧光灯。
为了进一步推进普及，要求发光效率的提高。这几年，白色LED封装市场以金额单位计平坦，未必一定如当初设想的那样扩展。白色LED灯的发光效率与以往的荧光灯相比未必一定有优势。此外，白色LED灯寿命长，但若考虑制品的价格、节能性能，则认为对于唤起想要立即取代现在的一般照明这样的消费者意识而言还较弱。因此，将来，为了增大白色LED灯的需求作为荧光灯的替代品，需要提高发光效率。
作为白色发光LED灯(发光装置)，例如可列举出蓝色发光二极管与绿色、黄色发光荧光体、根据情况进一步与红色荧光体的组合型的发光装置(称为1型)、紫外线或紫色发光二极管与蓝色、黄色、红色荧光体的组合型的发光装置(称为2型)。目前，1型与2型相比被评价为高亮度这样的优势性，1型最普及。
作为上述1型的发光装置的用途中使用的绿色、黄色荧光体，铈活化钇铝酸盐荧光体(YAG)、铈活化铽铝酸盐荧光体(TAG)、碱土类硅酸盐荧光体(BOSS)等荧光体材料被实用化。
关于上述荧光体材料中的YAG、BOSS，为与发光二极管组合使用的以前一般已知的荧光体，迄今为止在飞点扫描仪、荧光灯等中被研究、使用，或者试行在应用制品中的适用。这些荧光体作为手机的背光源用荧光体已经被实用化，但进一步以在照明装置、汽车的前照灯等中的需求的进一步扩大为目标而日益进行了改良。
关于以上述实用化为目标的改良的成果，在各种文献中有记载。具体而言，继续尝试了将荧光体的基本成分的一部分以其他种类的元素进行置换、或者将其置换量最优化、或者调整活化剂的种类及其添加量。
在将蓝色发光二极管与BOSS或YAG、TAG等黄色发光荧光体组合而形成且亮度特性有优势的以往的1型的白色LED灯中，需要提高发光效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3749243号公报
专利文献2：日本特开2006-332692号公报
专利文献3：日本特开2006-299168号公报
专利文献4：日本特开2006-41096号公报
专利文献5：日本特开2005-317985号公报
专利文献6：日本特开2005-8844号公报
专利文献7：日本特开2003-179259号公报
专利文献8：日本特开2002-198573号公报
专利文献9：日本特开2002-151747号公报
专利文献10：日本特开平10-36835号公报
专利文献11：日本特开2006-321974号公报
专利文献12：日本特开2006-265542号公报
专利文献13：日本特开2006-213893号公报
专利文献14：日本特开2006-167946号公报
专利文献15：日本特开2005-243699号公报
专利文献16：日本特开2005-150691号公报
专利文献17：日本特开2004-115304号公报
专利文献18：日本特开2006-324407号公报
专利文献19：日本特开2006-253336号公报
专利文献20：日本特开2005-235847号公报
专利文献21：日本特开2002-42525号公报
发明内容
实施方式的荧光体具有以化学式1：1.5Y2O3·2.5aAl2O3：Ce(式中a为满足1.02<a<1.1的数)表示的组成。
附图说明
图1是表示本实施方式的荧光体中的a的值与发光效率的关系的图。
图2是表示LED灯的构成例的截面图。
图3是表示LED灯的发光光谱的一个例子的图。
图4是表示LED灯的发光光谱的一个例子的图。
具体实施方式
[荧光体]
本实施方式的荧光体具有以化学式1：1.5Y2O3·2.5aAl2O3：Ce(式中a为满足1.02<a<1.1的数)表示的组成。本实施方式的荧光体通过将1.5摩尔的氧化钇(Y2O3)与2.5×a(a为满足1.02<a<1.1的数)摩尔的氧化铝(Al2O3)混合、反应，并进一步使Ce活化而形成。
在本实施方式的荧光体中，Y的一部分也可以被Lu、Gd及Tb中的至少1种元素置换。此外，在本实施方式的荧光体中，Al的一部分也可以被为Ga的第1元素、为Mg及Si的第2元素、以及为Sc及B的第3元素中的至少一个置换。
将Y的一部分置换的元素或将Al的一部分置换的元素是承担使荧光体的发光波长位移的作用的元素。Lu和Ga和Sc及B这一对元素可以使发光波长向短波长侧位移。Gd和Tb和Mg及Si这一对元素可以使发光波长向长波长侧位移。
Sc的置换比例优选与B的置换比例以原子％计相同。Mg的置换比例优选与Si的置换比例以原子％计相同。上述置换也可以理解为将2个Al原子通过一对原子而置换。此时，一对元素按照它们的平均原子价及平均离子半径变得与Al的原子价(+3)、离子半径(0.53埃)大致相等的方式选择。由置换成这样的一对元素而引起的波长位移例如也可以通过将Y的一部分置换成(Ca，Zr)或(Sr，Zr)而达成。
即，本实施方式的荧光体中的组成可以以下式表示。
化学式2：1.5((Y，Lu)1-xM1x)2O3·2.5a(Al1-y-zGay(M2，M3)z)2O3：Ce
(式中，M1为Gd及Tb中的至少1种元素，(M2，M3)为(Mg，Si)或(Sc，B)，x为满足0≤x<0.6的数，a为满足1.02<a<1.1的数，y为满足0≤y<0.4的数，z为满足0≤z<0.1的数。)
当z为大于0的数时，元素M3的原子％相对于元素M2的原子％的比为0.9以上且1.1以下。
作为置换Y的元素的Lu能够将Y的一部分或全部置换。M1为Gd或Tb中的至少1种元素，但优选以不超过Y的6成的范围的置换。若超过6成，则亮度降低变得显著，不优选。作为置换Al的元素的Ga优选以不超过Al的4成的范围的置换，若超过4成，则亮度降低变得显著。(Mg，Si)或(Sc，B)等一对元素的置换量优选不超过1成的范围。上述一对元素即使是极少的置换量也能够位移至所期望的发光波长。若置换量超过1成，则有时产生亮度降低。
图1是表示本实施方式的荧光体中的a的值与发光效率的关系的图。图1是将横轴设为a的值、将纵轴设为荧光体的发光效率而标绘的。a的值是由所得到的荧光体的Y及Al的分析值算出的值。
图1中当a为1时，为1.5Y2O3·2.5Al2O3：Ce。1.5Y2O3·2.5Al2O3：Ce的标记可以转换成Y3Al5O12：Ce。Y3Al5O12：Ce为铈活化钇铝石榴石(YAG)荧光体。
图1中，伴随着a的增加，发光效率变高，在a＝1.07附近形成峰。若a超过1.1，则急剧降低。因而，通过将a设定为1.02～1.10的范围，能够得到比以往的YAG高的发光效率。a更优选为1.03～1.09的范围，进一步更优选为1.04～1.08的范围。荧光体中包含的稀土类元素中的Ce的比例为2～20原子％，优选为3～15原子％。
图1的发光效率通过使用Hamamatsu Photonics K.K.制荧光体发光效率评价装置(C9920)测定发光效率而得到。发光效率通过将荧光体填充到专用池中并设定单色光源而测定。来自激发光源的光及来自荧光体的光相对于荧光体在同一侧(反射)被激发。发光效率是光源激发光的被荧光体吸收的比例(吸收率)与所吸收的激发光替换荧光体的发光的比例(内部量子效率)相乘的值，是也称为外部量子效率的量。
表1是本实施方式的荧光体(实施方式1A～3A)与显示与该荧光体大致相同的发光波长的以往的荧光体(以往例1A～3A)的比较结果。
表1
Figure BDA0001501580990000061
如由表1表明的那样，本实施方式的荧光体在相同的发光波长下显示比以往的荧光体高的发光效率。另外，即使在将实施方式1A～3A的荧光体的Y或Al的一部分以其他的元素进行置换的情况下，也显示比以往例1A～3A的荧光体高的发光效率。然而，若使a值接近1，则发光效率降低至以往以下的值。由此获知，即使在将Y或Al的一部分以其他的元素进行置换的情况下，通过提高荧光体的Al2O3的比率，也能够使发光效率提高。
上述荧光体为粉末状。构成荧光体的粒子的平均粒径例如为3μm以上且80μm以下，优选为5μm以上且40μm以下，更优选为5μm以上且30μm以下。其中平均粒径是利用激光衍射式粒度分布测定装置得到的测定值，是指体积累积分布的中央值D50。通过使用被调整为优选的粒径范围的荧光体，能够得到高亮度且色斑少的白色LED灯，能够降低每个LED的亮度、颜色不均。
构成荧光体的粒子的形状越接近球形越优选。通过使粒子形状接近球形，能够进一步提高发光装置的发光亮度。在具备半导体发光元件和荧光体的发光装置中，由半导体发光元件放射的光在荧光体的表面进行反射，或者由荧光体放射的光在其他的荧光体的表面进行反射，反复进行多重反射，光被取出到外部。若产生光的反射现象，则光的能量效率降低。为了抑制光的能量效率的降低，优选将荧光体的粒子形状制成球形而减小粒子的表面积。
荧光体的粒子形状是否为球形以Wadell(瓦德尔)的球形度(Ψ)(以下也称为“球形度”)作为指标而判断。构成荧光体的粒子的球形度例如优选为0.80以上。例如通过使用后述的制造方法制作荧光体可以提高球形度。
Wadell的球形度(Ψ)作为实际的粒子的表面积与具有与该粒子相同体积的球的表面积的比通过下式(A1)而定义。
Ψ＝(具有与粒子相同的体积的球的表面积)/(实际的粒子的表面积) (A1)
通常，在具有任意的体积的粒子中，具有最小的表面积的粒子为球形的粒子。因此，Wadell的球形度(Ψ)在通常的粒子中为1以下，在粒子形状不为球形的情况下，越接近球形则越接近1。
Wadell的球形度(Ψ)通过下面的方法而求出。首先，通过库尔特计数法测定粉末的荧光体的粒度分布。库尔特计数法是由与粒子的体积相应的电压变化来规定粒度的方法。在通过库尔特计数法得到的粒度分布中，将某一粒径Di下的个数频率设为Ni。粒径Di为与通过库尔特计数法规定了粒度的实际的粒子相同体积的球形粒子的直径。
使用个数频率Ni及粒径Di来计算粉末荧光体的比表面积(S)。比表面积为粉体的表面积除以其重量而得到的值，作为每单位重量的表面积而定义。粒径Di的粒子的重量为(4π/3)×(Di/2)3×Ni×ρ(ρ为粉体的密度)。粉体的重量为每种粒径的粒子的重量的和，以下述式(A2)表示。
粉体的重量＝Σ{(4π/3)×(Di/2)3×Ni×ρ} (A2)
粒径Di的粒子的表面积为4π×(Di/2)2×Ni。在实际的粒子形状不为球形时，实际的粒子的比表面积为粒子的表面积除以Wadell球形度(Ψ)而得到的值({4π×(Di/2)2×Ni}/Ψ)，粉体的比表面积(S)为每种粒径的粒子的比表面积的和，以下述式(A3)表示。实际上也认为Wadell球形度(Ψ)为每种粒径不同的值，但可以解释为以作为粉体整体与球形的偏差计的平均值。
S＝[Σ{4π×(Di/2)2×Ni}/Ψ]/[Σ{(4π/3)×(Di/2)3×Ni×ρ}]
＝(6/ρ/Ψ)×{Σ(Di2×Ni)}/{Σ(Di3×Ni)} (A3)
作为测定粉体的粒径的方法，已知有通气法(布莱恩法、费希尔法等)。在通气法中，在两端开放的金属制的管中装满粉体，使空气通过该粉体层中，由空气的通过比例来规定粒径。将通过通气法规定的粒径也称为比表面积径(d)。比表面积径(d)与比表面积(S)存在下述式(A4)的关系。
S＝6/ρ/d (A4)
因此，Wadell的球形度(Ψ)以下述式(A5)表示，可以通过将由粒度分布计算的比表面积与由通气法的粒径计算的比表面积进行比较而算出。粒度分布的粒径通常作为粒径范围而表示，本实施方式中将粒径Di设为粒径范围的中间值，为了提高精度，将粒径范围设定为每0.2μm。若将粒度分布标绘于对数正态概率纸上，则能够以2根直线近似。因此，可以由这2根正态概率分布容易地得到每0.2μm的个数频率数据。
Ψ＝d×{Σ(Di2×Ni)}/{Σ(Di3×Ni)} (A5)
如以上那样，本实施方式的荧光体是本发明人们通过制作具有各种组成的荧光体，将以往的荧光体的主要成分的一部分以其他的元素进行置换，将该置换元素的种类及置换量对荧光体的发光特性造成的影响通过一连串的实验进行比较研究而形成的荧光体。特别是在具有石榴石结构的铝酸盐荧光体中，通过将作为其构成要素的稀土类氧化物与氧化铝的比率错开为氧化铝变得过量的组成，发光效率能够进一步提高。进而，通过以将氧化铝设定为过量的荧光体为基础，并与具有使发光波长错开至长波长或短波长的功能的杂质组合，能够得到实用上所需要的各种发光色以及高发光效率的荧光体。
[荧光体的制造方法]
本实施方式的荧光体例如通过将各荧光体原料混合，并将所得到的荧光体原料混合物在低氧气氛中进行烧成而制造。以下对具体的制造方法例进行说明。
首先，将包含构成本实施方式的荧光体的组成的元素的荧光体原料、例如稀土类氧化物(Y2O3、Lu2O3、Gd2O3、Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO2)、氧化钪(Sc2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铈(CeO2)等进行干式混合而制作荧光体原料混合物。
在荧光体原料混合物中，将包含熔剂的荧光体原料混合物设为100质量％时，优选添加0.05～3质量％的氟化钡(BaF2)及0.01～1质量％的氯化钇(YCl3)。若荧光体原料混合物包含这些熔剂，则能够提高所得到的荧光体粉末的球形度。若这些熔剂的配合量均超过上限值，则荧光体的亮度容易通过荧光体粒子的异常生长而降低。此外，若均为下限值以下，则无法充分提高球形度。荧光体原料混合物也可以包含作为反应促进剂的氟化钾等碱金属或碱土类金属的氟化物等作为另外的熔剂。
接着，将荧光体原料混合物填充到耐火坩埚中。作为耐火坩埚，例如使用氧化铝坩埚、碳坩埚等。填充于耐火坩埚中的荧光体原料混合物被烧成。烧成装置使用配置有耐火坩埚的内部的烧成气氛的组成、以及烧成温度及烧成时间保持在规定条件下的装置。作为这样的烧成装置，例如使用电炉。
作为烧成气氛，使用还原性气体。作为还原性气体，例如使用N2气、Ar气、N2与H2的混合气体等。此外，在还原性气体为N2与H2的混合气体的情况下，不活泼气体中的N2与H2的摩尔比率(N2：H2)为10：0～1：9，优选为9：1～3：7。这些还原性气体若按照在烧成装置的腔室内形成气流的方式流通，则能够均匀地进行烧成，所以优选。此外，为了实现还原性气氛，将碳(C)配置在坩埚内外也是有效的。碳具有高的脱氧能力，能够实现适度的还原性气氛。
作为烧成气氛的还原性气体的压力通常为0.1MPa(大约1atm)～1.0MPa(大约10atm)，优选为0.1MPa～0.5MPa。若烧成气氛的压力低于0.1MPa，则与在烧成前投入坩埚中的荧光体原料混合物相比，烧成后得到的荧光体粉末的组成容易与所期望的荧光体不同，因此有可能荧光体粉末的发光强度变弱。另一方面，若烧成气氛的压力超过1.0MPa，则与压力为1.0MPa以下的情况相比烧成条件也没有特别变化，从节能的观点出发不优选。
烧成温度例如为1300℃～1600℃，优选为1400℃～1550℃。若烧成温度为1300℃～1600℃，则能够以短时间的烧成得到晶体结构的缺陷少的高品质的单结晶的荧光体粉末。若烧成温度低于1300℃，则有可能所得到的荧光体粉末的反应不足，发光强度变得不充分。另一方面，若烧成温度超过1600℃，则有可能通过荧光体粒子的异常生长而得到的荧光体粉末的发光强度变弱。
烧成时间例如为0.5小时～10小时，优选为1小时～8小时，进一步优选为2小时～5小时。在烧成时间低于0.5小时的情况或超过10小时的情况下，有可能由于所得到的荧光体粉末的未反应、异常生长，而荧光体粉末的发光强度变弱。在烧成温度高的情况下，烧成时间优选设定为0.5小时～10小时的范围内较短的时间，在烧成温度低的情况下，优选设定为0.5小时～10小时的范围内较长的时间。
[LED灯]
本实施方式的白色发光LED灯例如具备发光峰值波长为430～470nm的蓝色发光二极管和上述记载的荧光体。根据本实施方式的白色发光LED灯，通过将发光峰值波长为430～470nm的蓝色发光二极管与显示比以往高的发光效率且发光波长可变的荧光体组合，能够得到显示比以往高的亮度的白色发光LED灯。
也可以进一步使用将上述蓝色发光二极管的光转换成显示580nm以上的发光峰值波长的光而发光的红色至橙色的暖色系荧光体。暖色系荧光体例如包含具有以化学式3：(Sr1-x-y，Cax，Euy)AlSiN3(式中x为满足0.01<x<0.35的数，y为满足0.002<y<0.03的数)表示的组成的荧光体、及具有以化学式4：K2(Si1-zMnz)F6(式中z为满足0.02<z<0.5的数)表示的组成的荧光体中的至少一个荧光体。
表2是表示具备本实施方式的荧光体和蓝色发光二极管(波长为460nm)的白色发光LED灯(实施方式1B、2B)和具备显示与本实施方式的荧光体同等的发光波长的以往的荧光体和蓝色发光二极管(波长为460nm)的白色发光LED灯(以往例1B、2B)的发光亮度和彩色再现性(Ra)的结果的表。由白色发光LED灯放射的光的色温度为5000K。
表2
Figure BDA0001501580990000101
如由表2表明的那样，具备本实施方式的荧光体的白色发光LED灯与具备以往的荧光体的白色发光LED灯相比，维持高的彩色再现性并且显示优异的发光亮度。
本实施方式的荧光体与以往的荧光体相比能够在较宽范围的发光波长下得到高的发光效率。具备本实施方式的荧光体的LED灯兼具比荧光灯等以往的照明装置高的亮度和彩色再现性。因而，在要求白色光的高亮度及高彩色再现性的一般照明等技术领域中，能够提供优质的光源。此外，由于与以往的荧光灯相比能够提高节能性能，所以作为荧光灯的替代可以期待LED灯的需求的扩展。
图2是表示LED灯的结构例的截面图。图2中所示的LED灯1具备搭载灯部件的基板2、搭载于基板2上且发出发光峰值波长为430～470nm的光的蓝色发光二极管(发光元件)3、配置在发光二极管3的上表面侧且包含上述荧光体和树脂的荧光体层4、和支承由这些发光二极管3及荧光体层4形成的发光部的树脂框5而构成。此外，配置在树脂框5的上部的电极部6与发光二极管3通过接合线7而被电连接。
在上述LED灯中，成为由电极部6经由接合线7对发光二极管3施加的电能通过发光二极管3而转换成蓝色光，这些光的一部分通过位于发光二极管3上部的荧光体层4，转换成更长波长的光，作为由发光二极管3放出的光与由荧光体层4放出的光的总计的白色光向LED灯外放出的结构。
图3是表示由本实施方式的LED灯放射的光的发光光谱的一个例子的图。图3中所示的发光光谱是由使用本实施方式的荧光体且具有图2中所示的构成的LED灯放射的光的发光光谱的例子。图3中所示的发光光谱是将由蓝色发光二极管放射的显示460nm的发光峰值波长的光通过荧光体转换而成的白色光的发光光谱。
图4是表示由本实施方式的LED灯放射的光的发光光谱的一个例子的图。图4中所示的发光光谱是表示由使用本实施方式的荧光体且具有图2中所示的构成的LED灯放射的光的发光光谱的例子的图。图4中所示的发光光谱为将荧光体1(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)、荧光体2(化学式：1.5Y2O3·2.6Al0.996(Mg，Si)0.002)2O3：Ce)与荧光体3(Sr0.90Ca0.08Eu0.02AlSiN3)组合的LED灯的发光光谱的例子。图4的发光光谱是将由蓝色发光二极管放射的显示460nm的发光峰值波长的光通过荧光体转换而成的5000K的色温度的白色光的发光光谱。
通过使用本实施方式的荧光体，能够提供具有比以往高的发光效率的白色LED灯。
实施例
制作具有各种组成的荧光体，分别制作将该荧光体粒子如图2中所示的那样通过树脂埋入而形成荧光体层的各实施例的LED灯，评价其发光特性。
各实施例的LED灯具有图2中所示的横截面形状，以在树脂框5的凹底部配置有尺寸为300μm四方的发光芯片作为发光二极管3的状态，以20mA的电流值使发光芯片发光，评价其特性。由发光二极管3放射的光的发光峰值波长为约460nm。作为白色LED灯的发光特性使用Labsphere,Inc.制SLIMS全光束系统进行测定。
各LED灯的制造方法如下所述。将上述实施方式的荧光体与有机硅树脂改变重量比率而混合，制作多个浆料。将各个浆料滴下到不同的发光二极管的上表面侧。将它们在100～150℃下进行热处理，将有机硅树脂固化而制作各实施例的LED灯。接着测定这些白色LED灯的亮度(lm)。
(实施例1A、比较例1A)
将氧化钇(Y2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO2)、氧化铈(CeO2)按照成为表3的实施例1A中所示的荧光体组成的方式称量各规定量，以球磨机混合1小时后，在还原气氛下进行烧成。通过将合成的荧光体用乳钵进行粉碎，过筛而得到铈活化钇镁硅铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.6(Al0.996(Mg，Si)0.002)2O3：Ce)。另外，关于实施例2A～10A的各荧光体，也按照成为表3中所示的荧光体组成的方式适当变更各成分比率，除此以外，通过与实施例1A同样的方法制作。作为显示与实施例1A同等的发光波长的比较例1A的荧光体，将荧光体(化学式：1.5(Y0.58Gd0.42)2O3·2.5Al2O3：Ce)进行比较。将该荧光体的组成也标记为(Y0.58Gd0.42)3Al5O12：Ce。将它们与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。通过将这些浆料涂布于发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，制作实施例1A、比较例1A的白色发光LED灯。
(实施例2A)
将作为荧光体的铈活化钇铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.625Al2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而将树脂固化，由此制作了实施例2A的白色发光LED灯。
(实施例3A)
将作为荧光体的铈活化钇镥铝酸盐(化学式：1.5(Y0.3Lu0.7)2O3·.Al2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而将树脂固化，由此制作了实施例3A的白色发光LED灯。
(实施例4A)
将作为黄橙色发光荧光体的铈活化钇镁硅铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.58(Al0.96(Mg，Si)0.02)2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而将树脂固化，由此制作了实施例4A的白色发光LED灯。
(实施例5A)
将作为荧光体的铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例5A的白色发光LED灯。
(实施例6A)
将作为荧光体的铈活化钇镓铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.62(Al0.9Ga0.1)2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例6A的白色发光LED灯。
(实施例7A)
将作为荧光体的铈活化钇钆铝酸盐(化学式：1.5(Y0.9Gd0.1)2O3·2.6Al2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例7A的白色发光LED灯。
(实施例8A)
将作为荧光体的铈活化钇铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.65Al2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例8A的白色发光LED灯。
(实施例9A)
将作为荧光体的铈活化钇硼钪铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.6(Al0.9(B，Sc)0.05)2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例9A的白色发光LED灯。
(实施例10A)
将作为荧光体的铈活化钇铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.56Al2O3：Ce)与有机硅树脂以各种浓度(质量％)混合。将它们的浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例10A的白色发光LED灯。
(比较例2A～10A)
比较例2A～10A是如表3中所示的那样使用显示与实施例2A～10A的荧光体同等的发光波长的以往的荧光体，分别通过同样的制造方法而制造的LED灯。
对于如上述那样制作的各实施例及比较例的白色发光LED灯，流过20mA的电流点亮而发光，测定其发光的亮度及色度。由亮度与色度的关系，求出色度x＝0.33下的亮度。将各荧光体的白色发光LED灯的发光亮度(将比较设为100的相对亮度)示于表3中。
表3
Figure BDA0001501580990000151
如由表3表明的那样，使用了具有相对于并用的稀土类氧化物包含比以往多的氧化铝的化合物作为基础的荧光体的LED灯具有比以往高的发光效率。进而，使用了上述荧光体的白色LED灯具有比以往高的发光亮度。
如以上说明的那样，根据各实施例所述的荧光体，与发出具有规定的发光峰值波长的光的蓝色发光二极管组合，能够实现比以往高的亮度。此外，在要求白色光的高亮度及高彩色再现性的一般照明等应用领域中能够提供优质的光源。并且由于不含汞，所以作为对环境友好的制品可以期待需求的扩展。
(实施例1B、比较例1B)
使用稀土类氧化物(Y2O3、Lu2O3、Gd2O3、Tb4O7)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO2)、氧化钪(Sc2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铈(CeO2)等原料，按照成为表4的实施例1B中所示的荧光体组成的方式称量各规定量，用球磨机混合1小时后，在还原气氛下进行烧成。通过将合成的荧光体用乳钵进行粉碎，过筛而得到铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)。进而，作为暖色系荧光体，合成了铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.90Ca0.08Eu0.02AlSiN3)。
将这些荧光体与有机硅树脂混合，将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例1B的白色发光LED灯。另外，作为比较例1B，合成显示同等的发光峰值波长为535nm的以往的荧光体(化学式：1.5(Y0.15Lu0.85)2O3·2.5Al2O3：Ce))，作为暖色荧光体，使用显示同等的发光峰值波长为620nm的荧光体(化学式：(SrCa)AlSiN3：Eu)，通过同样的方法制作了比较例1B的白色发光LED灯。按照白色LED灯的色度成为色温度5000K、偏差为±0.001的方式调整荧光体的重量比率。
另外，对于实施例2B～10B的各荧光体，也按照成为表4、5中所示的荧光体组成的方式适当改变各成分比率，通过与实施例1B同样的方法制作。此外同时使用的暖色系荧光体也示于表4、5中。在比较例2B～10B中，也选定显示与实施例2B～10B同等的发光峰值波长的荧光体并示于表4、5中。白色LED灯的色度按照成为色温度5000K、偏差为±0.001的方式调整荧光体的重量比率。
(实施例2B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镓铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.9Ga0.1)2O3：Ce)及作为暖色系荧光体的铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.72Ca0.27Eu0.01AlSiN3)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例2B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(530nm，630nm)。
(实施例3B)
将作为荧光体的铈活化钇硼钪铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.575(Al0.9(B，Sc)0.05)2O3：Ce)及作为暖色系荧光体的铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.90Ca0.08Eu0.02AlSiN3)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例3B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(540nm，620nm)。
(实施例4B)
将作为荧光体的铈活化钇镓铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.6(Al0.9Ga0.1)2O3：Ce)及作为暖色系荧光体的锰活化硅氟化钾(化学式：K2(Si0.97Mn0.03)F6)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例4B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(546nm，629nm)。
(实施例5B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镓铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.9Ga0.1)2O3：Ce)及铈活化钇镓铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.6(Al0.9Ga0.1)2O3：Ce)进而作为暖色系荧光体的铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.72Ca0.27Eu0.01AlSiN3)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例5B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(530nm，546nm，630nm)。
(实施例6B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)及铈活化钇镁硅铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.6(Al0.996(Mg，Si)0.002)2O3：Ce)进而作为暖色系荧光体的铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.90Ca0.08Eu0.02AlSiN3)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例6B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(535nm，557nm，620nm)。
(实施例7B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)及铈活化钇铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.625Al2O3：Ce)进而作为暖色系荧光体的铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.72Ca0.27Eu0.01AlSiN3)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例7B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(535nm，552nm，630nm)。
(实施例8B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)及铈活化钇铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.65Al2O3：Ce)进而作为暖色系荧光体的铕活化锶钙氮化硅酸铝(化学式：Sr0.90Ca0.08Eu0.02AlSiN3)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例8B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(535nm，560nm，620nm)。
(实施例9B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)及铈活化钇镁硅铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.6(Al0.996(Mg，Si)0.002)2O3：Ce)进而作为暖色系荧光体的锰活化硅氟化钾(化学式：K2(Si0.97Mn0.03)F6)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例9B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(535nm，557nm，629nm)。
(实施例10B)
将作为荧光体的铈活化钇镥镁硅铝酸盐(化学式：1.5(Y0.1Lu0.9)2O3·2.575(Al0.994(Mg，Si)0.003)2O3：Ce)及铈活化钇铝酸盐(化学式：1.5Y2O3·2.65Al2O3：Ce)进而作为暖色系荧光体的锰活化硅氟化钾(化学式：K2(Si0.97Mn0.03)F6)与有机硅树脂混合。将该浆料涂布到发光二极管上后，在150℃下进行热处理而使树脂固化，由此制作了实施例10B的白色发光LED灯。所使用的荧光体的发光峰值波长为(535nm，560nm，629nm)。
(比较例2B)～(比较例10B)
比较例2B～10B是如表4、5中所示的那样，使用显示与实施例2B～10B的荧光体同等的发光峰值波长的以往的荧光体，分别通过同样的制造方法制造的LED灯。另外，比较例中使用的暖色系荧光体使用了显示各个波长的市售品。
关于如上述那样制作的各实施例及比较例的白色发光LED灯，将色温度5000K下的发光亮度及彩色再现性(Ra)示于表4、5中。
表4
Figure BDA0001501580990000191
表5
Figure BDA0001501580990000201
如由表4、5中所示的结果表明的那样，使用了相对于稀土类氧化物包含比以往高的比例的氧化铝的荧光体的白色发光LED灯能够维持实用上所需要的80以上的彩色再现性，并且实现比以往高的发光亮度。
如以上说明的那样，根据各实施例的白色发光LED灯，能够实现比以往高的亮度和高彩色再现性。此外，在要求白色光的高亮度及高彩色再现性的一般照明等应用领域中能够提供优质的光源。并且由于不含汞，所以作为对环境友好的制品、可以期待需求的扩展。

Claims (7)

1.一种荧光体，其是由荧光体粉末形成的荧光体，
所述荧光体粉末具有以化学式：1.5((Y，Lu)1-xM1x)2O3·2.5a(Al1-y-zGay(M2，M3)z)2O3：Ce表示的组成，
式中，M1为Gd，(M2，M3)为(Mg，Si)或(Sc，B)，x为满足0≤x<0.6的数，a为满足1.02<a<1.1的数，y为满足0≤y<0.4的数，z为满足0<z<0.1的数，元素M3的原子％相对于元素M2的原子％的比为0.9以上且1.1以下，
构成所述荧光体粉末的粒子具有0.8以上的Wadell的球形度。
2.根据权利要求1所述的荧光体，其中，所述荧光体粉末中包含的稀土类元素中的Ce的比例为2原子％以上且20原子％以下。
3.根据权利要求1所述的荧光体，其中，构成所述荧光体粉末的粒子的平均粒径为3μm以上且80μm以下。
4.一种LED灯，其具备：发出显示430nm以上且470nm以下的发光峰值波长的光的蓝色发光二极管、和
包含将由所述蓝色发光二极管放射的光的一部分转换而发出第1光的权利要求1所述的荧光体的层。
5.根据权利要求4所述的LED灯，其中，所述层包含多个所述荧光体，
所述多个荧光体各自的所述组成以化学式：1.5((Y，Lu)1-xM1x)2O3·2.5a(Al1-y-zGay(M2，M3)z)2O3：Ce表示，且互不相同，
式中，M1为Gd，(M2，M3)为(Mg，Si)或(Sc，B)，x为满足0≤x<0.6的数，a为满足1.02<a<1.1的数，y为满足0≤y<0.4的数，z为满足0<z<0.1的数，元素M3的原子％相对于元素M2的原子％的比为0.9以上且1.1以下。
6.根据权利要求4所述的LED灯，其中，所述层进一步包含将由所述蓝色发光二极管放射的光的另一部分转换而发出显示580nm以上的发光峰值波长的第2光的第2荧光体。
7.根据权利要求6所述的LED灯，其中，所述第2荧光体包含具有以化学式：(Sr1-x-y，Cax，Euy)AlSiN3表示的组成的荧光体、及具有以化学式：K2(Si1-zMnz)F6表示的组成的荧光体中的至少一个荧光体，
式中，x为满足0.01<x<0.35的数，y为满足0.002<y<0.03的数，z为满足0.02<z<0.5的数。
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