JP2017155148A - 蛍光体、発光装置、画像表示装置及び照明装置 - Google Patents
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このようなタイプの白色発光LEDとしては、青色LEDチップ上に、青色LEDチップからの青色光を励起光として赤色に発光する窒化物蛍光体と緑色に発光する蛍光体を用いたものが近年用いられている。
これらの窒化物蛍光体の発光特性を更に改良する為に、例えば、特許文献1では、蛍光体中のCu含有量を一定値以下にする方法や、特許文献2では、蛍光体中の硫黄やリンの含有量を一定値以下にする方法など特定の組成領域に制御する方法が開示されている。また、特許文献3では、特定の粒径および厚さの平板状であるSCASN蛍光体について開示されている。
即ち、本発明は、発光特性に優れたSCASN蛍光体を提供する。また本発明は、発光効率の高い発光装置、ならびに高品質の照明装置および画像表示装置を提供する。
結晶子サイズをそれぞれ特定範囲としたSCASN蛍光体とすることで上記課題を解決しうることを見出して本発明に到達した。
即ち本発明は、下記式[1]で表される結晶相を含み、Halder-Wagner法で計算される
ミクロ歪みが0.03%以下かつ、結晶子サイズが100nm以上であることを特徴とする蛍光体、発光装置、照明装置及び画像表示装置に存する。
(前記式[1]中、
Mは、付活元素を表し、
また、a、b、c、d、e及びfは、それぞれ下記の範囲の値である。
0<a≦0.15
0.5≦b<1
0<c<0.5
a+b+c=1
0.7≦d≦1.3
0.7≦e≦1.3
2.5≦f≦3.5)
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書中の蛍光体の組成式において、各組成式の区切りは読点(、)で区切って表わす。また、カンマ(,)で区切って複数の元素を列記する場合には、列記された元素のうち一種又は二種以上を任意の組み合わせ及び組成で含有していてもよいことを示している。例えば、「(Ca,Sr,Ba)Al2O4:Eu」という組成式は、「CaAl2O4:Eu」と、「SrAl2O4:Eu」と、「BaAl2O4:Eu」と、「Ca1−xSrxAl2O4:Eu」と、「Sr1−xBaxAl2O4:Eu」と、「Ca1−xBaxAl2O4:Eu」と、「Ca1−x−ySrxBayAl2O4:Eu」(但し、式中、0<x<1、0<y<1、0<x+y<1である。)とを全て包括的に示しているものとする。
[式[1]について]
本発明のSCASN蛍光体は、下記式[1]で表される結晶相を有する。
MaSrbCacAldSieNf [1]
(前記式[1]中、
Mは、付活元素を表し、
また、a、b、c、d、e及びfは、それぞれ下記の範囲の値である。
0.5≦b<1
0<c<0.5
a+b+c=1
0.7≦d≦1.3
0.7≦e≦1.3
2.5≦f≦3.5)
Sm)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)及びイッテルビウム(Yb)を含むことが好ましく、少なくともEuを含むことがより好ましい。
前記式[1]において、「N」は、窒素を表す。Nは、一部その他の元素、例えば、酸素(O)又はハロゲン原子、例えば、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)又はヨウ素(I)等を含有していてもよい。尚、本発明における「元素の含有」には、元素が置換されている形態、元素の置換がされていないで含まれる形態の双方を意味するものである。
尚、蛍光体に含まれる酸素の含有量は、蛍光体の発光特性低下が容認できる範囲で通常10質量%以下、好ましくは6質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。
過不足の許容範囲は、通常3割、好ましくは2割、より好ましくは1割強であり、特に好ましくは1割程度である。いずれも、蛍光体として使用可能であり、かつSCASN蛍光体と同一の結晶構造を有する範囲であればよい。尚、SCASN蛍光体と同一の結晶構造であるとは、例えば、JCPDSカードに記載されているSCASNのXRDピークと主要なピークが実質同じ位置であることで確認ができる。
bの範囲は、0.5≦b<1であり、その下限値は好ましくは0.6、より好ましくは0.7、更に好ましくは0.8、最も好ましくは0.85であり、またその上限値は、好ましくは0.99である。
a、b及びcの相互の関係は、a+b+c=1を満足する。
dの範囲は、0.7≦d≦1.3であり、その下限値は好ましくは0.8、より好ましくは0.9、またその上限値は好ましくは1.2、より好ましくは1.1である。
fの範囲は、2.5≦f≦3.5であり、その下限値は好ましくは2.6、更に好ましくは2.8、またその上限値は好ましくは3.3、更に好ましくは3.1である。
[ミクロ歪みおよび結晶子サイズについて]
本発明の蛍光体は、Halder-Wagner法により計算されるミクロ歪みが、通常0.03%
以下かつ、結晶子サイズが100nm以上である。
本発明の蛍光体におけるミクロ歪みは、通常0.03%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.01%以下である。尚、ミクロ歪みの下限値は、通常0より大きい値である。
本発明の蛍光体における結晶子サイズは、好ましくは120nm以上、より好ましくは130nm以上である。尚、上限は、通常、蛍光体の粒子サイズ以下であり、具体的には1000nm以下である。
本発明におけるHalder-Wagner法は、例えば、「Fujio Izumi and Takuji Ikeda、先端
セラミックス研究センター年報(2014) Vol. 3、p.33-38」(参考文献1)等に記載の方法が用いられる。
結晶子サイズは、多目的パターンフィッティング・システム RIETAN-FPを用いて計算
することができる。このシステムのマニュアル「RIETAN-FP の新機能について, Rietan-FPマニュアル、P.27」(参考文献2)に示すHalder-Wagner法は、積分幅β(ピーク面積
をピーク強度で割り算した値)と入射波長λおよび回折ピークθから、以下の式により求める。
方法では、回折プロファイルのフィッティング関数に依存することなく、結晶子サイズとミクロ歪を計算された全回折ピークと積分幅の統計的な値として見積もるため、非常に簡便であり数値の精度が高い。
より得た回折ピークθと半価幅(FWHM)から、Cagliotiらの式とTCHの擬フォークと
関数を用いて、2次のプロファイルパラメータであるU、V、W、P、X、Xe、Y、Yeを近似的に得た後、シェラーの式を用いて算出しうることが知られている(中井 泉、泉 富士夫
編著、「粉末X線解析の実際」朝倉書店、P.164)。
本発明の蛍光体とすることで、発光特性に優れるとの効果を奏する理由について下記の通り推測する。
SCASN蛍光体においては、発光に寄与する付活元素が、結晶中で偏析することなくSrもしくはCaの格子位置に置換されることが望ましい。この場合、1個の粒子の結晶成長が大きく、歪が少ないほうが、結晶中内で付活元素から発光された光を阻害することなく、効率的に外部へ取り出すことができる。また、付活元素中、例えば、Eu2+は、青色から緑色領域に光吸収を持ち、自らの発光エネルギーを再度吸収する(再吸収効果を要する)が、付活元素間が離れるほど、その影響は小さくなる。そのため、結晶子サイズが大きく、かつミクロ歪が少ない場合、付活元素間もしくは付活元素とミクロ歪間の相互のエネルギー伝達が少なくなり、結果として1個の付活元素からの発光効率が改善され、
発光特性に優れたSCASN蛍光体となる。またこのようなSCASN蛍光体は、発光スペクトルの半値幅も狭いとの効果も有する。
[発光色]
本発明の蛍光体の発光色は、化学組成等を調整することにより、波長360nm〜480nmといった近紫外領域〜青色領域の光で励起され、黄緑色、黄色、橙色又は赤色等、所望の発光色とすることができる。
蛍光体の化学組成又は付活元素の種類によって発光ピーク波長及びその形状は異なるが、例えば、本発明の蛍光体が、付活元素MとしてEuを含有する場合、橙色ないし赤色蛍光体としての用途に鑑みて、ピーク波長455nmの光で励起した場合における発光スペクトルを測定した場合に、以下の特徴を有することが好ましい。
好ましくは70nm以下である。FWHMが前記範囲内であると、発光装置に適用した場合、該発光装置の演色性と発光効率が共に良好である点で好ましい。
本発明の蛍光体の製造方法としては、蛍光体原料用合金を用いる製造方法(合金法)及び原料窒化物を用いる製造方法(窒化物法)などが挙げられる。
蛍光体原料用合金を用いる製造方法としては、例えば、特開2009−132916号公報及び国際公開2006/106948号などの各公報に記載に準じて製造することが可能である。また、原料窒化物を用いる製造方法としては、例えば、国際公開2005/052087号などに記載の方法が挙げられる。
いずれの場合も、蛍光体原料用合金や原料窒化物などの蛍光体原料混合物を、るつぼに充填して、焼成してケーキを得る工程を含む。
焼成工程における、蛍光体原料混合物を充填するるつぼは、本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、本発明の効果が得られやすい点で、窒化ホウ素るつぼ、モリブデンるつぼであることが好ましい。
上記範囲内であると、本発明の効果が得られやすい点で好ましい。
尚、本発明における表面とは、焼成工程後、るつぼから取り出された蛍光体原料混合物の焼成物(ケーキ)において、表面のある一部分のみであっても、表面の全体のいずれをも意味する。
また、削り方は、ケーキ表面から均一な深さで削ることが好ましい。本発明における均一な深さとは、同程度の深さを意味するものである。
尚、ケーキ表面を削る方法は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、ヤスリや彫刻刀、グラインダー等を用いて削る方法が挙げられる。尚、ケーキ表面を削る際に用いる道具は、金属製以外である方が、不純物の混入が防ぐことができる点で好ましい。
上記に切削工程後のケーキについて、更に、分級工程、洗浄工程、乾燥工程などの後処理工程を行ってもよい。
本発明の蛍光体は、液体媒体と混合して用いることもできる。特に、本発明の蛍光体を発光装置等の用途に使用する場合には、これを液体媒体中に分散させた形態で用いることが好ましい。本発明の蛍光体を液体媒体中に分散させたものを「本発明の蛍光体含有組成物」と呼ぶものとする。
本発明の蛍光体含有組成物に含有させる本発明の蛍光体の種類に制限は無く、上述したものから任意に選択することができる。また、本発明の蛍光体含有組成物に含有させる本発明の蛍光体は、1種のみであってもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。更に、本発明の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、本発明の蛍光体以外の蛍光体を含有させてもよい。
本発明の蛍光体含有組成物に使用される液体媒体としては、該蛍光体の性能を目的の範囲で損なわない限りにおいて特に限定されない。例えば、所望の使用条件下において液状の性質を示し、本発明の蛍光体を好適に分散させるとともに、好ましくない反応を生じないものであれば、任意の無機系材料及び/又は有機系材料が使用でき、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミドシリコーン樹脂などが挙げられる。
本発明の蛍光体含有組成物中の蛍光体及び液体媒体の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、液体媒体については、本発明の蛍光体含有組成物全体に対して、通常50質量%以上、好ましくは75質量%以上であり、通常99質量%以下、好ましくは95質量%以下である。
なお、本発明の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、蛍光体及び液体媒体以外に、その他の成分を含有させてもよい。また、その他の成分は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の発光装置(以下、適宜「発光装置」という)は、第1の発光体(励起光源)と、当該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、該第2の発光体は本発明の蛍光体の1種以上を、第1の蛍光体として含有するものである。ここで、本発明の蛍光体は、何れか1種を単独で使用してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
前記の場合、本発明の発光装置は、例えば、次の(A)又は(B)の態様とすることが
できる。
(A)第1の発光体として、420nm以上500nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを用い、第2の発光体の第2の蛍光体として、550nm以上580nm未満の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)、及び第1の蛍光体として本発明の蛍光体を用いる態様。
(B)第1の発光体として、420nm以上500nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを用い、第2の発光体の第2の蛍光体として、500nm以上560nm未満の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)、及び第1の蛍光体として本発明の蛍光体を用いる態様。
前記(A)の態様における黄色蛍光体としては、例えば、下記の蛍光体が好ましい。
ガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)3(Al、Ga)5O12:(Ce,Eu,Nd)が挙げられる。オルソシリケートとしては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:(Eu,Ce)が挙げられる。
尚、前記蛍光体においては、ガーネット系蛍光体が好ましく、中でも、Y3Al5O12:Ceで表されるYAG系蛍光体が最も好ましい。
前記(B)の態様における緑色蛍光体としては、例えば、下記の蛍光体が好ましい。
ガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)3(Al、Ga)5O12:(Ce,Eu,Nd)及びCa3(Sc,Mg)2Si3O12:(Ce,Eu)(CSMS)が挙げられる。シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)3SiO10:(Eu,Ce)及び(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:(Ce,Eu)(BSS蛍光体)が挙げられる。
アルミネート蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)2Al10O17:(Eu,Mn)(GBAM系蛍光体)が挙げられる。
本発明の発光装置は、第1の発光体(励起光源)を有し、且つ、第2の発光体として少なくとも本発明の蛍光体を使用している他は、その構成は制限されず、公知の装置構成を任意にとることが可能である。装置構成及び発光装置の実施形態としては、例えば、特開2007−291352号公報に記載のものが挙げられる。その他、発光装置の形態としては、例えば、砲弾型、カップ型、チップオンボード及びリモートフォスファー等が挙げられる。
本発明の発光装置の用途は特に制限されず、通常の発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能であるが、色再現範囲が広く且つ演色性も高いことから、中でも照明装置又は画像表示装置の光源として、とりわけ好ましく用いられる。
本発明の発光装置を照明装置に適用する場合には、前述のような発光装置を公知の照明装置に適宜組み込んで用いればよい。例えば、保持ケースの底面に多数の発光装置を並べた面発光照明装置等を挙げることができる。
本発明の発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合には、その画像表示装置の具体的構成に制限は無いが、カラーフィルターとともに用いることが好ましい。例えば、画像表示装置として、カラー液晶表示素子を利用したカラー画像表示装置とする場合は、上記発光装置をバックライトとし、液晶を利用した光シャッターと赤、緑及び青の画素を有するカラーフィルターとを組み合わせることにより画像表示装置を形成することができる。
[色度測定]
発光スペクトルを、室温(25℃)において、励起光源として150Wキセノンランプを、スペクトル測定装置としてマルチチャンネルCCD検出器C7041(浜松フォトニクス社製)を備える蛍光測定装置FP6500(日本分光社製)を用いて測定した。
x、y表色系(CIE 1931表色系)の色度座標は、上述の方法で得られた発光スペクトルの480nm〜780nmの波長領域のデータから、JIS Z8724(1997年)に準じた方法で、JIS Z8701(1999年)で規定されるXYZ表色系における色度座標xとyとして算出した。
前記した参考文献1および2に記載の方法に準じて、Halder-Wagner法による結晶子サ
イズおよびミクロ歪みの計算は粉末X線回折装置X’Pert Pro MPD(PANalytical社製)を
用いて粉末X線回折(XRD)スペクトルのデータを得た後、解析ソフトウェアRITAN-FP Ver. 2.71を用いて行った。
CuKα線封入式X線管球使用
ゴニオ半径=240mm
入射側スリット=10mm
ソーラースリット=0.04rad
ステップ幅=0.008°
操作範囲2θ=10〜150°
(実施例1)
組成がCa0.050Sr0.944Eu0.006AlSiであるCa−Sr−Eu−Al−Si合金を粉砕後BN坩堝に入れ、窒素雰囲気中200MPa、1950℃で2時間焼成した。得られた焼成ケーキの表面を、ケーキ体積に対して、15重量%削った後
、乳鉢で粉砕した。次いで、0.5N−HClで1時間洗浄した後、水洗、乾燥等の工程を得て、実施例1の蛍光体を得た。
実施例1において、焼成ケーキの表面を削らなかった他は、実施例1と同様にして比較例1の蛍光体を得た。
実施例1の蛍光体および比較例1の蛍光体について、XRD測定を行った後、RITAN−FPによって得られたHalder-Wagnerプロットをそれぞれ図1および2に示した。
得られたHalder-Wagnerプロット図1および2より、近時直線の傾きから結晶子サイズD
、縦軸の切片からミクロ歪εを求めた結果を表1に示した。
また、実施例1の蛍光体および比較例1の蛍光体について、発光特性を測定した結果を表1に示した。
Claims (7)
- 下記式[1]で表される結晶相を含み、
Halder-Wagner法で計算されるミクロ歪みが0.03%以下かつ、結晶子サイズが10
0nm以上であることを特徴とする、蛍光体。
MaSrbCacAldSieNf [1]
(前記式[1]中、
Mは、付活元素を表し、
また、a、b、c、d、e及びfは、それぞれ下記の範囲の値である。
0<a≦0.15
0.5≦b<1
0<c<0.5
a+b+c=1
0.7≦d≦1.3
0.7≦e≦1.3
2.5≦f≦3.5) - 更に、酸素を含む請求項1に記載の蛍光体。
- 350nm以上、460nm以下の波長を有する励起光を照射することにより、580nm以上、700nm以下の範囲に発光ピーク波長を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の蛍光体。
- 発光スペクトルにおける半値幅が、90nm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蛍光体。
- 第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備え、
該第2の発光体が、請求項1〜4のいずれか一項に記載の蛍光体の1種以上を、第1の蛍光体として含む発光装置。 - 請求項5に記載の発光装置を光源として含む照明装置。
- 請求項5に記載の発光装置を光源として含む画像表示装置。
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