JP2006008862A - 蛍光体およびその製造方法、蛍光体の発光波長のシフト方法、並びに光源およびled - Google Patents
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Abstract
紫外〜可視の発光部と組合せて使用する際、人間の視感度の高い領域において自身の発光波長を任意に設定できることで、当該領域での輝度を向上させることができ、且つ、前記発光部から出る波長域の光に渡って励起帯を持つ蛍光体およびその製造方法、並びに、前記蛍光体を用いた照明およびLEDを提供することを目的とする。
【解決方法】
原料として、例えばCa3N2、CaO、Al2O3、AlN、Si3N4、SiO2、Eu2O3を準備し、各元素のモル比を、例えば(Ca,Eu) : Al : Si = 1 : 1 : 1となるように各原料を秤量し、素雰囲気下で混合して仕込み、窒素雰囲気中で1500℃焼成してCaAlSiN3:Euで示される蛍光体の主たる生成相を得るが、原料仕込み時に各原料の配合量を制御することで、当該生成相の構造中の酸素濃度、Eu添加のモル濃度を制御し、当該生成相の発光波長を任意に設定する。
【選択図】なし
Description
また、近紫外・紫外LEDとRGB他の蛍光体との組合せによる白色LED照明では、3色の蛍光体のうち赤色蛍光体が他の蛍光体に比べ長波長側の励起効率が悪く、発光効率が低いために、赤色蛍光体のみ混合割合を多くせざるを得ず、輝度を向上させる蛍光体が不足し高輝度の白色が得られない。更に、当該蛍光体の発光スペクトルがシャープであるため演色性が悪いといった問題がある。
そのため最近では、長波長側に良好な励起を持ち、半値幅の広い発光ピークが得られるオキシ窒化物ガラス蛍光体(例えば、特許文献1参照)や、サイアロンを母体とする蛍光体(例えば、特許文献2、3参照)、シリコンナイトライド系などの窒素を含有した蛍光体(例えば、特許文献4、5参照)が報告されている。そして、当該窒素を含有した蛍光体は、酸化物系蛍光体などに比べ共有結合の割合が多くなるため、波長400nm以上の光においても良好な励起帯を持つといった特徴があり、白色LED用蛍光体として注目を集めている。
また、本発明者らにおいても、青色や紫外にて発光する発光素子から発する紫外〜可視(250〜550nm)の波長域の光に良好な励起帯を持つ窒素を含有する蛍光体を報告している。(特許文献6参照)
例えば、蛍光体が発する発光の強度が物理的に同じであっても、短波長の青色光や長波長の赤色光は、黄色光や緑色光に比べ人間の視覚において暗く感じてしまう。これは人間の視感度において、最も明るく感じられる波長が555nm付近の黄緑色光にあるためである。従って、蛍光体が発する発光波長において、この波長の割合を高くすることにより同じ色調であっても人間にとって明るく感じられることになる。この結果、発光波長において黄緑色光の割合が高い蛍光体であれば、輝度も高くなるので、このような蛍光体を開発することが課題である。
蛍光体の発光色に関し、照明用としての観点からも考えると、紫外〜青色の発光部と組み合わされたとき、青色から赤色まで隙間のなくブロードな発光スペクトルとなることが求められる。例えば、汎用的な蛍光体であるYAG:Ce系黄色蛍光体は、発光波長が約560nm付近であり、視感度に対しての発光効率は最も良い発光スペクトルをもつ蛍光体であるといえる。しかしながら、YAG:Ce系黄色蛍光体と青色LEDとを組合せて白色光を得ようとした場合、上述した輝度(視感度)の観点では十分であるが、赤色にあたる長波長側の発光色が不足してしまうため、得られる発光は若干青みを帯びた白色の発光となり、白熱電球の発光のような、やや赤みを帯びた白色発光を得ることができない。このため、YAG:Ce系黄色蛍光体と青色LEDとを組合せた白色光を、赤色の物体に当てた場合、赤色がくすんで見える現象が起こり演色性に問題が出る。ここで演色性の問題を解決する方法として、YAG:Ce系黄色蛍光体の発する黄色光へ、さらに赤色光を加え、青色から赤色までスヘ゜クトルの隙間がない発光を実現することがもとめられるが、当該赤色光を得るためには、演色性と輝度特性とを有する赤色系の蛍光体を開発することが課題である。
蛍光体を励起する発光素子および蛍光体の発光効率の向上の観点から、上述したYAG:Ce系黄色蛍光体をみると、YAG:Ce系黄色蛍光体は、青色LEDが発する青色光で発光させる場合には効率の良い励起範囲にあり、良好な黄色発光を得ることができる。しかし、近紫外・紫外LEDが発する近紫外・紫外光で発光させる場合には、効率の良い励起範囲から外れてしまうため、十分な発光が得られない。この原因は、YAG:Ce系黄色蛍光体にとって効率の良い励起範囲が狭いためである。
組成式MmAaBbOoNn:Zz(但し、M元素はII価の価数をとる1種以上の元素であり、A元素はIII価の価数をとる1種以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は付活剤であり、n=2/3m+a+4/3b-2/3oであり、m/(a+b)≧1/2, (o+n)/(a+b)>4/3であり、m、a、b、o、nはいずれも0とはならない。)で表記される蛍光体の主たる生成相を含むことを特徴とする蛍光体である。
m=a=b=1であることを特徴とする第1の構成に記載の蛍光体である。
0<o≦mであり、0.0001≦z/(m+z)≦0.5であることを特徴とする第1または第2の構成に記載の蛍光体である。
前記M元素はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種以上の元素であり、前記A元素はB(ホウ素)、Al、Gaから選択される1種以上の元素であり、前記B元素はSiおよび/またはGeであり、前記Z元素は希土類または遷移金属から選択される1種以上の元素であることを特徴とする第1から第3の構成のいずれかに記載の蛍光体である。
前記A元素はAlであり、B元素はSiであることを特徴とする第1から第4の構成のいずれかに記載の蛍光体である。
前記Z元素は、Eu、Mn、Sm、Ceから選択される少なくとも1種以上の元素であることを特徴とする第1から第5の構成のいずれかに記載の蛍光体である。
前記Z元素はEuであることを特徴とする第1から第6の構成のいずれかに記載の蛍光体である。
請求項1から7のいずれかに記載の組成式MmAaBbOoNn:Zzで示される蛍光体の主たる生成相と、酸素とを含む蛍光体であって、
前記蛍光体の主たる生成相の質量に対し、前記酸素を3wt%以下含んでいることを特徴とする蛍光体である。
24〜30Wt%のCaと、17〜21wt%のAlと、18〜22wt%のSiと、1〜15wt%の酸素と、15〜33Wt%の窒素と、0.01〜10Wt%のEuとを含み、
発光スペクトルにおけるピーク波長が、600nm〜660nmの範囲にあり、
発光の色度xが0.5〜0.7、発光の色度yが0.3〜0.5の範囲にあることを特徴とする蛍光体である。
前記蛍光体は、粉末状であることを特徴とする第1から第9の構成のいずれかに記載の蛍光体である。
前記粉末状の蛍光体の平均粒度が20μm以下、0.1μm以上であることを特徴とする第10の構成に記載の蛍光体である。
第1から第11の構成のいずれかに記載の蛍光体の製造方法であって、
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御することを特徴とする蛍光体の製造方法である。
第1から第11の構成のいずれかに記載の蛍光体の発光波長のシフト方法であって、
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御することで、発光波長をシフトさせることを特徴とする蛍光体の発光波長のシフト方法である。
第1から第11の構成のいずれかに記載の蛍光体の発光波長のシフト方法であって、
Z元素の配合量を制御することで、発光波長をシフトさせることを特徴とする蛍光体の発光波長のシフト方法である。
第1から第11の構成のいずれかに記載の蛍光体の発光波長のシフト方法であって、
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御し、
且つ、Z元素の配合量を制御することで、発光波長をシフトさせることを特徴とする蛍光体の発光波長の発光波長のシフト方法である。
第1から第11の構成のいずれかに記載の蛍光体と、所定波長の光を発する発光部とを有し、前記所定波長の光の一部を励起源とし、前記蛍光体を前記所定波長と異なる波長で発光させることを特徴とする光源である。
前記所定波長とは、250nm〜600nmのいずれかの波長であることを特徴とする第16の構成に記載の光源である。
第1から第11の構成のいずれかに記載の蛍光体と、所定波長の光を発する発光部とを有し、前記所定波長の光の一部を励起源とし、前記蛍光体を前記所定波長と異なる波長で発光させることを特徴とするLEDである。
前記所定波長とは、250nm〜600nmのいずれかの波長であることを特徴とする第18の構成に記載のLEDである。
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの
元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との両者の配合比を制御することで、mの値を変えることなく蛍光体の主たる生成相中の酸素量、窒素量の制御をおこなうことができる。
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御するか、および/または、Z元素の配合量を制御することで、蛍光体の輝度を保ったまま、発光波長を任意に設定できる。
この付活剤元素Zの添加量制御は、M元素と付活剤Z元素とのモル比z/(m+z)が、0.0001以上、0.5以下の範囲にあることが好ましい。M元素と付活剤Z元素とのモル比z/(m+z)が当該範囲にあると、付活剤の含有量の過剰に起因する濃度消光による発光効率の低下を回避でき、他方、付活剤の含有量の過少に起因する発光寄与原子の不足による発光効率の低下も回避できる。加えて、z/(m+z)の値が、0.0005以上、0.1以下の範囲内であると良い発光を得ることができ好ましい。但し、z/(m+z)の値の範囲の最適値は、付活剤元素Zの種類およびM元素の種類により若干変動する。
尚、生成相の構造のM元素の一部を置換したZ元素の種類によって、異なった波長の発光有する蛍光体を得ることができる。
まず、M元素の酸化物原料、窒化物原料 、A元素の窒化物原料、B元素の窒化物原料を準備する。尚、所望によりA元素および/またはB元素の酸化物原料を用いても良い。
各酸化物原料、窒化物原料は市販の原料でよいが、純度は高い方が好ましいことから、好ましくは2N以上、さらに好ましくは3N以上のものを準備する。各原料粒子の粒径は、一般的には、反応を促進させる観点から微粒子の方が好ましいが、原料の粒径、形状により、得られる蛍光体の粒径、形状も変化する。このため、最終的に得られる蛍光体に求められる粒径に合わせて、近似の粒径を有する窒化物原料、酸化物原料を準備すればよい。
これらの原料を、各元素のモル比がm : a : b : z = 0.985 : 1 : 1 : 0.015となるように、各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を(0.985-0.50)/3mol、CaOを0.50mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molを秤量し混合する。
粉末状となった本発明に係る蛍光体を、公知の方法により、発光部(特には、波長域250nmから600nmのいずれかの光を発光する発光部)と組み合わせることで、多様なディスプレイ装置、照明ユニットを製造することができる。例えば、紫外光を発生する放電灯と組み合わせることで蛍光灯や照明ユニットやディスプレイ装置、また、紫外から青色発光するLED発光素子と組み合わせることでも、照明ユニットやディスプレイ装置を製造することができる。
さらに上述した、生成相の酸素のモル比oの0<o≦mの範囲での制御、付活剤元素Zの添加量制御によって、当該蛍光体の発光波長をシフトさせて、発光部の発する光の波長と調整することにより、より輝度・演色性のバランスのとれた任意の色度点を有する白色光を得ることが出来る。
(実施例1)
市販のCa3N2(2N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)、Eu2O3(3N)を準備し、それぞれCa3N2を0.985/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとなるように各原料を秤量した後、窒素雰囲気下のグローブボックス内において乳鉢を用いて混合した。混合した原料をるつぼに入れ、窒素雰囲気中で1500℃で3時間保持・焼成した後、1500℃から200℃まで1時間で冷却し、組成CaAlSiN3:Euで示される生成相を含む蛍光体を得た。得られた蛍光体試料の粒子径は3〜4μmであった。(以下、実施例2〜13においても、得られた蛍光体試料の粒子径は3〜4μmであった。)
当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
両者を比較してみると、酸素濃度に関しては、生成相中の酸素濃度0.3wt%に対してかなり多くの酸素が試料中に含まれている。この約2wt%の余分の酸素は、当初から原料の表面に付着していた酸素、焼成仕込み時や焼成時に原料の表面が酸化したことで混入した酸素、および焼成後に蛍光体試料表面に吸着した酸素であると考えられ、生成相の構造と別に存在する酸素であると考えられる。
一方、窒素濃度に関しては、生成相中の窒素濃度28.5wt%に対してほぼ同量の窒素(30wt%)が試料中に含まれている。この結果より、生成相の構造と別に存在する窒素は殆ど無いものと考えられる。
図2の測定結果から明らかなように、実施例1に係る蛍光体試料の励起スペクトルは、250nm〜600nmの広い範囲に渡って存在しており、紫外光〜可視光までの広い範囲の光を十分有効に利用できることが判明した。
図3の測定結果から明らかなように、実施例1に係る蛍光体試料の発光スペクトルは、654nmにピーク値を有し、視感度の高い領域に渡って半値幅を有していることが判明した。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を0.9825/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.0175/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例2に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を0.9875/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.0125/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例3に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を0.99/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.01/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例4に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を0.9925/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.0075/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例5に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
さらに、得られた蛍光体試料の励起スペクトル、発光スペクトルを測定し、その結果を図2、図3に一点鎖線でプロットして示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を0.9950/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.0050/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例6に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を0.9975/3mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.0025/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例7に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、各元素の濃度分析結果、発光特性の測定結果を表1に示す。
実施例1〜7は、生成相の構造中における酸素濃度の増減とEu添加量の増減と伴におこなった場合(すなわち、Eu元素の原料であるEu2O3の添加量の増減に伴い、当該Eu2O3により供給される酸素により、生成相の構造中における酸素濃度も増減している。)の蛍光体における光学特性の変化を測定したものである。
発光波長のピーク波長は、酸素濃度およびEu添加濃度の減少と共に実施例1が示す660nm付近の赤色から、実施例7が示す640nm付近の赤みがかった橙色に変化していることが判明した。
ここで、実施例1〜7に係る蛍光体における発光波長のピーク波長と輝度との関係を、図1を参照しながら説明する。
図1は、縦軸に輝度をとり、横軸に発光波長をとり実施例1〜7に係る蛍光体の、発光波長のピーク波長と輝度との関係をプロットし、当該プロット点を実線で結んだグラフである。
実施例1〜7に係る蛍光体の組成と、図1の実線で結んだプロット点とから、以下のことが判明した。
即ち、生成相中の酸素濃度およびEuの添加濃度の減少により発光強度は減少するが、輝度は向上していく。そして、実施例4に示す酸素濃度2.0wt%、Eu添加濃度0.0075モル付近で輝度は最も高くなり(この輝度を相対強度100%と規格化した。)、さらに濃度が下がると今度は、発光強度、輝度共に減少していくが、輝度の低下は緩やかで実施例7に示す酸素濃度2.1wt%、Eu添加濃度0.0025モルでも90%以上の輝度を有していることが判明した。
以上のことから実施例1〜7に係る蛍光体は、原料仕込み時における、酸素濃度、Eu添加濃度を制御することによって、輝度を高水準の一定範囲に保ったまま、発光波長を660nm付近〜640nm付近の範囲で任意に設定できることが判明した。
さらに、生成相の構造と別に存在する酸素は、1.9〜2.1wt%であった。
市販のCa3N2(2N)、CaO(3N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)、Eu2O3(3N)を準備し、各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を(0.985-0.25)/3mol、CaOを0.25mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例8に係る蛍光体試料を製造し、発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、酸素・窒素濃度、発光特性の測定結果を表2に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を(0.985-0.50)/3mol、CaOを0.50mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとした以外は、実施例8と同様にして実施例9に係る蛍光体試料を製造し、実施例1と同様に発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、酸素・窒素濃度、発光特性の測定結果を表2に示す。
さらに、得られた蛍光体試料の励起スペクトル、発光スペクトルを測定し、その結果を図2、図3に二点鎖線でプロットして示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を(0.985-0.75)/3mol、CaOを0.75mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとした以外は、実施例8と同様にして実施例10に係る蛍光体試料を製造し、実施例1と同様に発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、酸素・窒素濃度、発光特性の測定結果を表2に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、CaOを0.985mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとした以外は、実施例8と同様にして実施例11に係る蛍光体試料を製造し、実施例1と同様に発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、酸素・窒素濃度、発光特性の測定結果を表2に示す。
実施例8〜11は、生成相の構造中の酸素濃度を増減した場合における蛍光体の光学特性の変化を測定したものである。但し、Eu添加濃度は0.015モルとした。
発光波長のピーク波長は、組成中の酸素濃度の増加と共に実施例8に示す654nm付近の赤色から、実施例11に示す610nm付近の橙色に変化していることが判明した。
ここで、実施例8〜11に係る蛍光体における発光波長のピーク波長と輝度との関係を図1を参照しながら説明する。
図1は実施例1〜7にて説明したグラフであるが、実施例8〜11に係る蛍光体における発光波長のピーク波長と輝度との関係をプロットし、当該プロット点を一点鎖線で結んだグラフである。
実施例8〜11に係る生成相の組成と、図1の一点鎖線で結んだプロット点とから、以下のことが判明した。
即ち、生成相の組成中の酸素濃度の増加により発光強度は減少するが、輝度は向上していく。そして、実施例8に示す酸素添加濃度が0.5モル付近で輝度は最も高くなり、さらに濃度が下がると今度は、発光強度、輝度共に減少していくが、輝度の低下は緩やかで実施例11に示す酸素添加濃度でも98%以上の輝度を有していることが判明した。
以上のことから実施例8〜11に係る蛍光体は、原料仕込み時の組成中の酸素濃度制御をすることによって、輝度を高水準の一定範囲に保ったまま、発光波長を660nm付近〜610nm付近の広い範囲で任意に設定できることが判明した。
さらに、生成相の構造と別に存在する酸素は、1.9〜2.1wt%であった。
市販のCa3N2(2N)、CaO(3N)、AlN(3N)、Si3N4(3N)、Eu2O3(3N)を準備し、各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を(0.993-0.25)/3mol、CaOを0.25mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとした以外は、実施例1と同様にして実施例12に係る蛍光体試料を製造し、実施例1と同様に発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、酸素・窒素濃度、発光特性の測定結果を表3に示す。
各原料の混合比を、それぞれ、Ca3N2を(0.993-0.50)/3mol、CaOを0.50mol、AlNを1mol、Si3N4を1/3mol、Eu2O3を0.015/2molとした以外は、実施例12と同様にして実施例13に係る蛍光体試料を製造し、実施例1と同様に発光特性を測定した。当該蛍光体試料の原料組成式、酸素・窒素濃度、発光特性の測定結果を表3に示す。
実施例5、12〜13も、生成相の構造中の酸素濃度を増減した場合における蛍光体の光学特性の変化を測定したものである。但し、Eu添加濃度は0.0075モルとした。
発光波長のピーク波長は、組成中の酸素濃度の増加と共に実施例5がに示す647nm付近の赤色から、実施例14が示す631nm付近の赤みがかった橙色に変化していることが判明した。
ここで、実施例5、12〜13に係る蛍光体における発光波長のピーク波長と輝度との関係を、図1を参照しながら説明する。
図1は実施例1〜7にて説明したグラフであるが、実施例5、12〜13に係る蛍光体における発光波長のピーク波長と輝度との関係をプロットし、当該プロット点を二点鎖線で結んだグラフである。
実施例5、12〜13に係る生成相の組成と、図1の二点鎖線で結んだプロット点とから、以下のことが判明した。
即ち、組成中の酸素濃度の増加により発光強度は減少し、輝度も徐々に減少していく。
以上のことより、実施例5、12〜13に係る蛍光体は、組成中の酸素濃度の増加により発光強度、輝度とも減少することから、実施例8〜11に係る蛍光体と比較すると制御幅の狭い蛍光体ではあるが、輝度を高水準の一定範囲に保ったまま、組成中の酸素濃度の増減により、発光波長のピーク波長を647nm付近の赤色から631nm付近の赤みがかった橙色に設定できることが判明した。
さらに、生成相の構造と別に存在する酸素は、1.6〜1.8wt%であった。
実施例1〜7についての各元素の濃度分析の結果、実施例8〜13についての酸素・窒素の濃度分析の結果、実施例1〜13についての発光スペクトルにおけるピーク波長の測定結果、発光の色度xyの測定結果より、実施例に係る蛍光体が24〜30Wt%のCaと、17〜21wt%のAlと、18〜22wt%のSiと、1〜15wt%の酸素と、15〜33Wt%の窒素と、0.01〜10Wt%のEuとを含むとき、発光スペクトルにおけるピーク波長は600nm〜660nmの範囲にあり、発光の色度xが0.5〜0.7、発光の色度yが0.3〜0.5の範囲という好ましい範囲にあることが判明した。
発光部として窒化物半導体を有する紫外光のLED(発光波長385.2nm)上に、実施例1で得られた蛍光体試料と、市販の青色蛍光体であるBAM:Euと、市販の緑色蛍光体であるZnS:Cu,Alとを色温度6500K相当の昼光色が得られるよう、所定比で混合したものを公知の方法で組み合わせて白色LEDを作製し、当該紫外光を発光させた。尚、当該所定比は、各蛍光体の発光スペクトル波形の組み合わせシュミレーションをおこなっって求めた配合比により、各蛍光体の混合試料を調製し、次に当該混合試料を発光させて混合比を調整したものである。得られた白色LEDの発光スペクトルを測定した結果を図4に示す。各蛍光体は紫外光の発光部からの光により発光し、色温度6580K相当の白色光を放つ白色LEDを得ることが出来た。得られたLEDの平均演色係数(Ra)は81と優れたものであった。さらに、蛍光体の配合量を適宜変更することにより、演色性に優れた種々の色味の発光色も得ることができた。
実施例1および実施例8で得られた蛍光体試料と、市販の青色蛍光体であるBAM:Euと、市販の緑色蛍光体であるZnS:Cu,Alとの4種の蛍光体を用い、実施例14と同様の方法で色温度6500K相当の昼光色が得られるよう、各蛍光体を所定比で混合したものを、公知の方法で紫外光の発光部と組み合わせて白色LEDを作製した。得られたLEDの発光スペクトルを測定した結果を図5に示す。各蛍光体は、紫外光の発光部からの紫外光により発光し、色温度6615K相当の白色光を放つ白色LEDを得ることが出来た。得られた白色LEDの平均演色係数(Ra)は93と非常に優れたものであった。図5と図4とを比較すると、実施例15に係る白色LEDは、実施例14に係る白色LEDの発光スペクトルにおける600nm付近の光が補われており、より演色性に優れ、輝度の高い発光色が得られることが判明した。
Claims (19)
- 組成式MmAaBbOoNn:Zz(但し、M元素はII価の価数をとる1種以上の元素であり、A元素はIII価の価数をとる1種以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は付活剤であり、n=2/3m+a+4/3b-2/3oであり、m/(a+b)≧1/2, (o+n)/(a+b)>4/3であり、m、a、b、o、nはいずれも0とはならない。)で表記される蛍光体の主たる生成相を含むことを特徴とする蛍光体。
- m=a=b=1であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
- 0<o≦mであり、0.0001≦z/(m+z)≦0.5であることを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光体。
- 前記M元素はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種以上の元素であり、前記A元素はB(ホウ素)、Al、Gaから選択される1種以上の元素であり、前記B元素はSiおよび/またはGeであり、前記Z元素は希土類または遷移金属から選択される1種以上の元素であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の蛍光体。
- 前記A元素はAlであり、B元素はSiであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の蛍光体。
- 前記Z元素は、Eu、Mn、Sm、Ceから選択される少なくとも1種以上の元素であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の蛍光体。
- 前記Z元素はEuであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の蛍光体。
- 請求項1から7のいずれかに記載の組成式MmAaBbOoNn:Zzで示される蛍光体の主たる生成相と、酸素とを含む蛍光体であって、
前記蛍光体の主たる生成相の質量に対し、前記酸素を3wt%以下含んでいることを特徴とする蛍光体。 - 24〜30Wt%のCaと、17〜21wt%のAlと、18〜22wt%のSiと、1〜15wt%の酸素と、15〜33Wt%の窒素と、0.01〜10Wt%のEuとを含み、
発光スペクトルにおけるピーク波長が、600nm〜660nmの範囲にあり、
発光の色度xが0.5〜0.7、発光の色度yが0.3〜0.5の範囲にあることを特徴とする蛍光体。 - 前記蛍光体は、粉末状であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の蛍光体。
- 前記粉末状の蛍光体の平均粒度が20μm以下、0.1μm以上であることを特徴とする請求項10に記載の蛍光体。
- 請求項1から11のいずれかに記載の蛍光体の製造方法であって、
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御することを特徴とする蛍光体の製造方法。 - 請求項1から11のいずれかに記載の蛍光体の発光波長のシフト方法であって、
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御することで、発光波長をシフトさせることを特徴とする蛍光体の発光波長のシフト方法。 - 請求項1から11のいずれかに記載の蛍光体の発光波長のシフト方法であって、
Z元素の配合量を制御することで、発光波長をシフトさせることを特徴とする蛍光体の発光波長のシフト方法。 - 請求項1から11のいずれかに記載の蛍光体の発光波長のシフト方法であって、
前記M元素、A元素、B元素から選択される少なくとも1つの元素の原料として、当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物とを準備し、
前記当該元素と酸素とを有する化合物と、当該元素と窒素とを有する化合物との配合により、前記蛍光体の主たる生成相に含まれる酸素濃度を制御し、
且つ、Z元素の配合量を制御することで、発光波長をシフトさせることを特徴とする蛍光体の発光波長のシフト方法。 - 請求項1から11のいずれかに記載の蛍光体と、所定波長の光を発する発光部とを有し、前記所定波長の光の一部を励起源とし、前記蛍光体を前記所定波長と異なる波長で発光させることを特徴とする光源。
- 前記所定波長とは、250nm〜600nmのいずれかの波長であることを特徴とする請求項16に記載の光源。
- 請求項1から11のいずれかに記載の蛍光体と、所定波長の光を発する発光部とを有し、前記所定波長の光の一部を励起源とし、前記蛍光体を前記所定波長と異なる波長で発光させることを特徴とするLED。
- 前記所定波長とは、250nm〜600nmのいずれかの波長であることを特徴とする請求項18に記載のLED。
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