JP2013227587A - 蛍光体およびそれを用いた発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般式(Sr1−xEux)3−yAl3+zSi13−zO2+uN21−wで表される組成を有する、Sr3Al3Si13O2N21属蛍光体であって、前記蛍光体のX線回折パターンにおいて、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅が0.14°以下であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体。また、この蛍光体と、赤色蛍光体と発光素子を組み合わせた発光装置。
【選択図】図1
Description
(Sr1−xEux)3−yAl3+zSi13−zO2+uN21−w (1)
(式中、
0<x<1、
−0.1≦y≦0.3、
−3≦z≦1、
−3<u−w≦1.5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体のX線回折パターンにおいて、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅が0.14°以下であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とするものである。
本発明の一実施形態である緑色発光蛍光体(G)は、下記一般式(1):
(Sr1−xEux)3−yAl3+zSi13−zO2+uN21−w (1)
(式中、
0<x<1、
−0.1≦y≦0.3、
−3≦z≦1、
−3<u−w≦1.5)
で表わされる組成を有するものである。
また、本発明の実施形態による緑色蛍光体は、(1)式で示されるように、基本的にSr、Eu、Al、Si、O、およびNからなるものである。しかしながら、本発明の効果を損なわない範囲で、微量の不純物を含んでいてもよい。このような不純物は、原料に含まれているものや、製造過程で混入するものである。具体的には、Na、Ba、Ca、Mg、Cu、Fe、Pb、Cl、C、Bなどである。このような不純物元素は、蛍光体に含まれるとしても0.2%以下であり、好ましくは300ppm以下である。
0<x≦1、好ましくは0.001≦x≦0.5、
−0.1≦y≦0.3、好ましくは−0.1≦y≦0.15、より好ましくは−0.09≦y≦0.07、
−3≦z≦1、好ましくは−1≦z≦1、より好ましくは0.2≦z≦1、
−3<u−w≦1.5、好ましくは−1<u−w≦1、より好ましくは−0.1≦u−w≦0.3、である。
測定は下記の条件により行った。
X線源:CuKα 50kV−300mA
配置:1.0mm w×10.0mm h−SS 0.48°−0.5mmw×1.0mm h−(試料)−0.5mm w×1.0mm h−0.5mmw
測定条件:2θ/θ:5〜65°、0.01°ステップ、走査速度 0.5°/min
本発明の実施形態にかかる緑色発光蛍光体は、特定された組成および特定されたX線回折パターンを示すものであれば、その製造法は特に限定されないが、そのような特定の緑色発光蛍光体を得るための具体的な方法は知られていなかった。今回、このような蛍光体を得る方法として下記の方法が見出された。
原料の混合に当たっては、例えば、グローブボックス中で乳鉢混合するといった手法が挙げられる。また、るつぼの材質は、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サイアロン、酸化アルミ、モリブデンあるいはタングステン等としてもよい。
焼成後の粉体に洗浄等の後処理を必要に応じて施して、実施形態にかかる蛍光体が得られる。洗浄を行う場合には、例えば純水洗浄、酸洗浄により行なうことができる。
本発明の実施形態である発光装置に用いられる赤色発光蛍光体(R)のひとつは、下記組成式(2)で示されるものである。
(Sr1−x’Eux’)aSibAlOcNd (2)
(式中、
0<x’<0.4、好ましくは0.02≦x≦0.2、
0.55<a<0.80、好ましくは0.66≦a≦0.69
2<b<3、好ましくは2.2≦b≦2.4、
0<c≦0.6、好ましくは0.43≦c≦0.51、および
4<d<5、好ましくは4.2≦d≦4.3)
本発明の実施形態にかかる赤色発光蛍光体は、例えば、Srの窒化物、またはその他シアナミド等の炭化物、AlやSiの、窒化物、酸化物、または炭化物、および発光中心元素Euの酸化物、窒化物、または炭酸塩を出発原料として用いて、合成することができる。より具体的には、Sr3N2、AlN、Si3N4、Al2O3およびEuNを出発原料として用いることができる。Sr3N2の代わりにCa3N2、Ba3N2、Sr2NあるいはSrN等、もしくはこれらの混合物を用いてもよい。これらを所望の組成になるように秤量混合し、得られた混合粉末を焼成することによって、目的の蛍光体が得られる。混合に当たっては、例えば、グローブボックス中で乳鉢混合するといった手法が挙げられる。また、るつぼの材質は、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サイアロン、酸化アルミ、モリブデンあるいはタングステン等としてもよい。
本発明の実施形態による発光装置は、後述するように前記した赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体とを組み合わせて用いるが、さらに青色発光蛍光体を組み合わせることもできる。このように用いられる青色発光蛍光体は、400〜490nmの間にピークを有する発光を示すものであれば、特に限定されない。
本発明の実施形態による発光装置は、前記した蛍光体と、それを励起することができる発光素子とを具備するものである。
出発原料としてSr3N2、EuN、Si3N4、Al2O3およびAlNを用意した。これら各々2.579g、0.232g、4.583g、0.476g、1.339gをバキュームグローブボックス中で秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1850℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.95Eu0.05)2Al3Si7ON13であるような蛍光体(R1)を合成した。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、焼成時間を6時間に変えた以外は実施例1と同様にして、緑色発光蛍光体(G2)を合成した。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.137°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は62%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、焼成時間を8.0時間に変えた以外は実施例1と同様にして、緑色発光蛍光体(G3)を合成した。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.134°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は64%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、実施例1と焼成雰囲気のみ異なる方法で緑色発光蛍光体(G4)を合成した。ここで焼成雰囲気はH2:N2=5:5のように変更した。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.129°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は62%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、実施例2と焼成雰囲気のみ異なる方法で緑色発光蛍光体(G5)を合成した。ここで焼成雰囲気はH2:N2=5:5のように変更した。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.119°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は60%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、実施例3と焼成雰囲気のみ異なる方法で緑色発光蛍光体(G6)を合成した。ここで焼成雰囲気はH2:N2=5:5のように変更した。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.117°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は55%であった。
これらの蛍光体を用いて、実施例4と同様の発光装置を作製した。この発光装置を積分球内に設置し、20mA、3.1Vで駆動させたところ、色度(0.345,0.352)、色温度5000K、光束効率59.79lm/W、Ra=92であった。この発光装置の発光スペクトルは図17に示す通りであった。
出発原料としてSrCO3、Eu2O3、Si3N4およびAlNを用意した。これら各々0.664g、0.792g、3.788g、7.009gを秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1800℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.50Eu0.50)3Si9Al19ON31であるような蛍光体(B2)を合成した。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、 原料粉体として、Sr3N2、EuN、Si3N4、Al2O3およびAlNを用意し、バキュームグローブボックス中でそれぞれ秤量した。Sr3N2、EuN、Si3N4、Al2O3およびAlNの配合質量は、それぞれ2.676g、0.398g、6.548g、0.340g、および0.547gとした以外はG1と同様の方法で緑色発光蛍光体(G7)を得た。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.124°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は59%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、Sr3N2、EuN、Si3N4、Al2O3およびAlNの配合質量を、それぞれ2.676g、0.398g、6.431g、0.425g、および0.581gとした以外はG1と同様の方法で緑色発光蛍光体(G8)を得た。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.137°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は59%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、Sr3N2、EuN、Si3N4、Al2O3およびAlNの配合質量を、それぞれ2.676g、0.398g、6.314g、0.510g、および0.615gとした以外はG1と同様の方法で緑色発光蛍光体(G9)を得た。この蛍光体のX線回折パターンにおける主要ピークはSr3Al3Si13O2N21属結晶のX線回折パターンの主要ピークとほぼ同一であり、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅は0.126°であった。さらに、この蛍光体の発光効率は62%であった。
実施例1と同様にして赤色発光蛍光体(R1)を合成した。また、各原料の粉末を秤量後、すべての粉末をるつぼに一時に投入し、一括で乾式混合した以外は実施例1と同様にして比較となる緑色発光蛍光体(G10)を合成した。
実施例3において合成した緑色発光蛍光体(G3)に対して、各原料の粉末を秤量後、すべての粉末をるつぼに一時に投入し、一括で乾式混合した以外は同様にして比較となる緑色発光蛍光体(G11)を合成した。
実施例4において合成した緑色発光蛍光体(G4)に対して、各原料の粉末を秤量後、すべての粉末をるつぼに一時に投入し、一括で乾式混合した以外は同様にして比較となる緑色発光蛍光体(G12)を合成した。
実施例6において合成した緑色発光蛍光体(G6)に対して、各原料の粉末を秤量後、すべての粉末をるつぼに一時に投入し、一括で乾式混合した以外は同様にして比較となる緑色発光蛍光体(G13)を合成した。
各実施例および比較例において合成した緑色発光蛍光体のX線回折パターンの半値幅と発光効率の関係をまとめると、図26に示す通りであった。
発光ピーク波長455nmの発光ダイオードを、8mm角のAlNパッケージ上に半田を用いて接合し、金ワイヤーを介して電極に接続した。この発光ダイオード上にドーム状に透明樹脂を塗布し、その上にピーク波長585nmの赤色発光蛍光体(Ba0.1Sr0.8Ca0.1)2SiO4:Eu2+を40重量%混入させた透明樹脂を層状に塗布し、その上に(Ba0.1Sr0.8)2SiO4:Eu2+を30重量%混入させた透明樹脂を層状に塗布して、図5に示された構造を有する発光装置を製造した。この緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体の発光強度の温度依存性を、室温における発光強度を1として規格化すると図27に示す通りであった。この発光装置を積分球内に設置し、20mA、3.1Vで駆動させたところ、色度(0.345,0.352)、色温度5000K、光束効率68.6lm/W、Ra=86であった。20mA駆動における発光スペクトルは図28に示す通りであった。
101 リード
102 リード
103 樹脂部
104 反射面
105 凹部
106 発光チップ
107 ボンディングワイヤー
108 ボンディングワイヤー
109 蛍光層
110 蛍光体
111 樹脂層
401 AlNパッケージ
402 発光ダイオード
403 ボンディングワイヤー
404 透明樹脂層
405 赤色蛍光体層
406 緑色蛍光体層
801−JIS規格 昼光色の色度範囲
802−JIS規格 昼白色の色度範囲
803−JIS規格 白色の色度範囲
804−JIS規格 温白色の色度範囲
805−JIS規格 電球色の色度範囲
806−黒体輻射の色軌跡
Claims (1)
- 下記一般式(1):
(Sr1−xEux)3−yAl3+zSi13−zO2+uN21−w (1)
(式中、
0<x<1、
−0.1≦y≦0.3、
−3≦z≦1、
−3<u−w≦1.5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体のX線回折パターンにおいて、回折ピーク位置2θが15.2〜15.5°であるピークの半値幅が0.14°以下であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体。
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