JP2009167382A - 蛍光材料と発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一連の新奇性を有する化学組成蛍光材料を提供すること。
【解決手段】本発明は、化学式をＡ_m（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）_nＰ_yＯ_zとし、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つであり、かつ０ ＜ ｍ ＜ １０、０ ＜ ｎ ＜ １０、０ ＜ ｙ ＜ １０、ｍ＋ｎ＋ｙ＝ ３／４ ｚ、０．００１ ＜ ｘ ＜ ０．８である一連の蛍光材料を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光材料、特に発光装置に応用可能な蛍光材料に関する。

半導体発光装置は、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ＬＥＤｓ）およびレーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ）を含む。半導体発光装置を利用して紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）または近紫外線（ｎｅａｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を提供し、異なる蛍光材料を組み合わせて各種光源の製造に使用することができる。

白色発光ダイオードは、ＬＥＤ産業において、最も商品化および普遍化の潜在力を有する新興製品であり、民生照明に応用することができ、蛍光灯、フラットパネルディスプレイのバックライトの代わりとするとができ、体積が小さく、熱量が低く、消費電力が小さく、使用寿命が長いなどの長所を有している。白色とは、多種の色を混合してなす光であり、人の目で見える白色の形式には、青い光と黄色い光との組み合わせ、または緑色の光と青い光と赤い光との組み合わせなど、少なくとも２種類の光を混合する必要がある。

現在商品化されている白色発光装置の多くは、青色ＬＥＤを使用して黄色蛍光体Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ （ＹＡＧ：Ｃｅ）に変換し、白色を生成している。この商品化された黄色蛍光体は、固体焼結合成法で１４００℃から１６００℃の高温で反応させ得られる。波長を４６７ｎｍとする青色ＬＥＤがこの黄色蛍光体を励起し、発射波長を５５０ｎｍとする黄色を得ることができ、そのＣＩＥ色度座標は（０．４８， ０，５０）である。

こうした青色ＬＥＤと組み合わせて使用する黄色蛍光体の合成条件は厳しく、高温で固体焼結を行う必要があり、かつ発光部分で青色部分による貢献に欠け、白色照明装置に応用する場合、演色性がよくないという欠点がある。

現在市販されている青色蛍光体商品は、化成オプトニクス株式会社の（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇（略称ＢＡＭ）が最も広範に応用されている。半導体発光装置に応用可能であるだけでなく、プラズマディスプレイに不可欠である。但しＢＡＭには、寿命が比較的短く、かつ紫外線環境下の安定性が十分でないという欠点がある。また、その最大発光波長は、製造工程において長波長に向けて移動し、色彩表現が緑色がかり、色の純度がよくないという欠点がある。

本発明の主な目的は、一連の新奇性を有する化学組成蛍光材料を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、紫外線、近紫外線および青色によって励起され、励起後に青色放射源を提供する一連の蛍光材料を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、半導体光源と蛍光材料の組み合わせにより、携帯電話のパネル、自動車のヘッドランプ、日常生活の照明に応用可能な発光装置を提供することである。

以上の目的に基づき、本発明は、化学式をＡ_m（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）_nＰ_yＯ_zとし、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つであり、かつ０ ＜ ｍ ＜ １０、０ ＜ ｎ ＜ １０、０ ＜ ｙ ＜ １０、ｍ＋ｎ＋ｙ＝ ３／４ ｚ、０．００１ ＜ ｘ ＜ ０．８である一連の蛍光材料を提供する。

本発明はさらに、半導体光源および蛍光材料を含み、蛍光材料の化学式をＡ_m（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）_nＰ_yＯ_z とし、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つであり、かつ０ ＜ ｍ ＜ １０、０ ＜ ｎ ＜ １０、０ ＜ ｙ ＜ １０、ｍ＋ｎ＋ｙ＝ ３／４ ｚ、０．００１ ＜ ｘ ＜ ０．８である発光装置を提供する。

[実施例]
次に、具体的な実施例により本発明について詳細に説明する。当業者は、本明細書で開示された内容により、本発明の特徴および効果を簡単に理解することができる。本発明は、その他の異なる実施例によっても実行または応用することができ、本明細書における各項の詳細も、異なる観点に基づき、本発明の主旨を逸脱せずに、各種の修飾と変更を行うことができる。

本発明の蛍光材料は、固体法を利用して高温において製造し、Ｎａ（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）ＰＯ₄を比較的優れた実施例とする。その製造方法は、化学計量で炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）と、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）と、酸化ユーロピウム（Ｅｕ₂Ｏ₃）と、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ₄）₂ＨＰＯ₄）とを秤取り、均一に混合した後、１０分間研磨し、るつぼの中に入れてから高温炉に置き、空気中で約１０００℃〜約１３００℃で数時間焼結した後、酸化アルミニウム舟型るつぼの中に置き、石英管状高温炉内に入れ、水素とアルゴンの混合雰囲気の下で、７００℃〜９５０℃の温度で４時間から７時間焼成するステップを含み、数時間後に本発明で開示する蛍光材料を得ることができる。

以上の方法における炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）は、炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）または炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）などの各種の異なる金属塩類とすることができる。異なる金属塩類を選定し、本発明で開示する蛍光材料Ａ_m（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）_nＰ_yＯ_zを得ることができ、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つであり、かつ０ ＜ ｍ ＜ １０、０ ＜ ｎ ＜ １０、０ ＜ ｙ ＜ １０、ｍ＋ｎ＋ｙ＝ ３／４ ｚ、０．００１ ＜ ｘ ＜ ０．８である。

前記工程に基づき製造したＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｎａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ_4、Ｋ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄のＸ線粉末回析像は図１から図３に示すとおりである。Ｘ線回析法を利用して相同定を行った結果を文献データベースと照合し、本発明において合成された主体が、確実にＬｉＢａＰＯ₄、ＮａＢａＰＯ₄とＫＢａＰＯ₄の相構造であることを確定することができた。

図４は、蛍光分光光度計（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を利用して検出した、本発明の比較的優れた実施例により製造されたＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄蛍光材料の吸収および放射スペクトルである。その結果、本発明で提供するＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄蛍光材料の吸収範囲は約２５０ｎｍから約４２０ｎｍ前後にあり、最大吸収ピーク波長は約３４６ｎｍで、放射波は約４００ｎｍから約６００ｎｍで、かつ最大放射波ピーク波長は約４７５ｎｍであることが示されている。図４によって、本蛍光材料が紫外線、近紫外線および青色によって励起され、かつ励起を受けた後に青色を放射することを確認することができる。

図５は、蛍光分光光度計（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を利用して検出した、本発明の比較的優れた実施例により製造されたＮａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄蛍光材料の吸収および放射スペクトルである。その結果、本発明で提供するＮａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄蛍光材料の吸収範囲は約２５０ｎｍから約４２０ｎｍ前後にあり、最大吸収ピーク波長は約３５２ｎｍで、放射波は約４００ｎｍから約５５０ｎｍで、かつ最大放射波ピーク波長は約４３４ｎｍであることが示されている。図５によって、本蛍光材料が紫外線、近紫外線および青色によって励起され、かつ励起を受けた後に青色を放射することを確認することができる。

図６は、蛍光分光光度計（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を利用して検出した、本発明の比較的優れた実施例により製造されたＫ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄蛍光材料の吸収および放射スペクトルである。その結果、本発明で提供するＫ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄蛍光材料の吸収範囲は約２５０ｎｍから約４２０ｎｍ前後にあり、最大吸収ピーク波長は約３４８ｎｍで、放射波は約４００ｎｍから約５００ｎｍで、かつ最大放射波ピーク波長は約４１９ｎｍであることが示されている。図６によって、本蛍光材料が紫外線、近紫外線および青色によって励起され、かつ励起を受けた後に青色を放射することを確認することができる。

図７から図９は、本発明の比較的優れた実施例で提供する３種類の蛍光材料、Ｌｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｎａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｋ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄と化成オプトニクス株式会社によって商品化された蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇の吸収および放射スペクトルの比較である。その結果、本発明で製造された３種類の蛍光材料の発光強度、輝度は、いずれも商品化された（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇と類似した性能を有しており、かつ本発明で提供した蛍光材料の励起帯域範囲の方が広く、青色励起光ダイオードと組み合わせて使用するのに有利であることが示された。

図１０は、本発明の比較的優れた実施例で提供する３種類の蛍光材料、Ｌｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｎａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｋ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄と化成オプトニクス株式会社によって商品化された蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇のＣＩＥ色度座標の比較図である。その結果、本発明で提供する材料は、商品化されている蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇に比べ、優れた色純度を有していることが示された。

本発明で開示する蛍光材料は、発光装置に応用することができ、発光装置は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードなどの半導体光源を含み、この半導体光源は紫外線、近紫外線または青色の光源を発することができる。半導体光源を本発明の蛍光材料と組み合わせると、青色を放射することができる。

発光装置がさらに赤色蛍光材料および緑色蛍光材料を含む場合、この発光装置は白色または白色に近似した光源を発することができる。赤色材料は、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ²⁺、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺，Ｂｉ³⁺、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺，Ｂｉ³⁺、Ｃａ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ²⁺またはＺｎＣｄＳ：ＡｇＣｌなどを使用することができる。前記緑色蛍光材料はＺｎＳ：Ｃｕ，ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇Ｅｕ²⁺を選定することができる。

前記のとおり、本発明で提供する蛍光材料は、新奇性を有する化学組成を有するだけでなく、幅広い励起範囲（紫外線から青色領域まで）を有し、市場で取得しやすい紫外線ＬＥＤチップと組み合わせることができる。また、本発明で提供する蛍光材料は、各種発光装置の製造に応用することができ、赤色蛍光材料と青色蛍光材料を組み合わせ、白色発光装置に適用することができる。

以上は、本発明の比較的優れた実施例でしかなく、本発明の特許請求権を限定するためのものではない。また、以上の内容は、本技術分野の当業者が理解し実施することができるため、本発明で開示された主旨を逸脱せずに完成したその他の同等の変更または修飾は、いずれも特許請求の範囲に含まれる。

本発明の比較的優れた実施例のＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄ Ｘ線回析像である。 本発明の比較的優れた実施例のＮａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄ Ｘ線回析像である。 本発明の比較的優れた実施例のＫ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄ Ｘ線回析像である。 本発明の比較的優れた実施例のＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄発光および励起スペクトルである。 本発明の比較的優れた実施例のＮａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄発光および励起スペクトルである。 本発明の比較的優れた実施例のＫ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄発光および励起スペクトルである。 本発明の比較的優れた実施例のＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄と商品蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀O₁₇の励起および発光スペクトルの比較である。 本発明の比較的優れた実施例のＮａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄と商品蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇の励起および発光スペクトルの比較である。 本発明の比較的優れた実施例のＫ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄と商品蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇の励起および発光スペクトルの比較である。 本発明の比較的優れた実施例のＬｉ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｎａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄、Ｋ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄と商品蛍光材料（Ｂａ_0.8Ｅｕ_0.2）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇のＣＩＥ色度座標の比較である。

Claims (3)

1. 化学式を
   Ａ_m（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）_nＰ_yＯ_z
   とし、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つであり、
   かつ０ ＜ m ＜ １０、０ ＜ ｎ ＜ １０、０ ＜ ｙ ＜ １０、ｍ＋ｎ＋ｙ＝ ３／４ ｚ、０．００１ ＜ ｘ ＜ ０．８である蛍光材料。
2. 化学式を
   Ａ（Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01 ²⁺）ＰＯ₄
   とし、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つである蛍光材料。
3. 半導体光源と、
   該半導体光源によって励起され、化学式を
   Ａ_m（Ｂａ_1-xＥｕ_x ²⁺）_nＰ_yＯ_z
   とし、式中ＡはＬｉ、ＮａおよびＫにより構成された群から選ばれた少なくとも１つであり、
   かつ０ ＜ m ＜ １０、０ ＜ ｎ ＜ １０、０ ＜ ｙ ＜ １０、ｍ＋ｎ＋ｙ＝ ３／４ ｚ、０．００１ ＜ ｘ ＜ ０．８である蛍光材料と、
   を含む発光装置。

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