JP2017210580A - Fluophor, manufacturing method therefor and light-emitting device using the fluophor - Google Patents

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由美 福田
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Ryosuke Hiramatsu
亮介 平松
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恵子 アルベサール
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluophor having improved initial light emission intensity maintenance factor and a light-emitting device using the fluophor.SOLUTION: There is provided a silicofluoride fluophor having intensity ratio of intensity of a maximum peak Iexisting in a range of 3570 to 3610 cmto intensity of a maximum peak Iexisting in a range of 1200 to 1240 cmin an infrared absorption spectrum, Iof 0.01 or less, and octahedron ECoN with a site occupied by silicon or manganese as a center and fluorine sites are apexes of 5.6 to 6.0 when Rietveld analyzed under a condition by setting a powder X ray diffraction profile with a crystal structure having crystal system of a monoclinic crystal, spaces of P1 and face-centered symmetric property.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、蛍光体、およびその製造方法、ならびにその蛍光体を用いた発光装置に関するものである。   The present invention relates to a phosphor, a manufacturing method thereof, and a light-emitting device using the phosphor.

発光ダイオード(Light−emitting Diode:LED)発光装置は、主に励起光源としてのLEDチップと蛍光体との組み合わせから構成され、その組み合わせによって様々な色の発光色を実現することができる。   A light-emitting diode (LED) light-emitting device is mainly composed of a combination of an LED chip as an excitation light source and a phosphor, and various combinations of emission colors can be realized.

白色光を放出する白色LED発光装置には、青色領域の光を放出するLEDチップと蛍光体との組み合わせが用いられている。例えば、青色光を放つLEDチップと、蛍光体混合物との組み合わせが挙げられる。蛍光体としては主に青色の補色である黄色光を放射する黄色発光蛍光体が使用され、擬似白色光LED発光装置として使用されている。その他にも青色光を放つLEDチップと、緑色ないし黄色発光蛍光体、および赤色発光蛍光体が用いられている3波長型白色LEDが開発されている。このような発光装置に用いられる赤色発光蛍光体の一つとしてKSiF:Mn蛍光体が知られている。 In a white LED light emitting device that emits white light, a combination of an LED chip that emits light in a blue region and a phosphor is used. For example, a combination of an LED chip that emits blue light and a phosphor mixture may be mentioned. As the phosphor, a yellow light-emitting phosphor that mainly emits yellow light that is a complementary color of blue is used, and is used as a pseudo-white light LED light-emitting device. In addition, a three-wavelength white LED using an LED chip that emits blue light, a green or yellow light emitting phosphor, and a red light emitting phosphor has been developed. A K 2 SiF 6 : Mn phosphor is known as one of red light emitting phosphors used in such a light emitting device.

従来知られているフッ化物蛍光体は、連続的に励起して発光をさせた場合、初期の発光強度に対して経時後の発光強度が低下する傾向にある。蛍光体を発光装置に使用した際、時間経過に伴う発光強度の変化が小さいこと、すなわち発光強度維持率が高いことが望ましい。このため、蛍光体の発光強度維持率の改善が望まれている。このようなニーズに応えるために、蛍光体の表面を、有機アミン、アンモニウム塩等の表面処理剤を含有する処理液にて処理し、高温高湿試験で耐久性を向上させる報告がある。しかしながら、そのような方法では、一度合成された蛍光体にさらに処理を施す工程を必要があり、蛍光体の製造コストを抑えるには別の方法が望まれている。さらに、従来知られているフッ化物蛍光体は、一般に水分に接触すると発光強度が低下する傾向があるため、合成後に前記のような水分を含む処理剤を用いた表面処理を行うことは好ましくない。   Conventionally known fluoride phosphors tend to have lower emission intensity over time than the initial emission intensity when they are continuously excited to emit light. When a phosphor is used in a light emitting device, it is desirable that the change in emission intensity with time is small, that is, the emission intensity maintenance rate is high. For this reason, improvement of the luminous intensity maintenance rate of fluorescent substance is desired. In order to meet such needs, there is a report that the surface of the phosphor is treated with a treatment liquid containing a surface treatment agent such as an organic amine or an ammonium salt, and durability is improved by a high temperature and high humidity test. However, such a method requires a step of further processing the phosphor once synthesized, and another method is desired to reduce the manufacturing cost of the phosphor. Furthermore, since conventionally known fluoride phosphors generally tend to have lower emission intensity when in contact with moisture, it is not preferable to perform surface treatment using a treatment agent containing moisture as described above after synthesis. .

特表2009−528429号公報Special table 2009-528429 gazette 特開2014−141684号公報JP 2014-141684 A

本発明の実施形態は、蛍光体の発光強度を低下させることなく、発光強度維持率が改善された蛍光体、ならびにかかる蛍光体を用いた発光装置を提供することを目的とするものである。   An object of the embodiment of the present invention is to provide a phosphor having an improved emission intensity maintenance rate without reducing the emission intensity of the phosphor, and a light emitting device using the phosphor.

実施形態にかかる蛍光体は、組成が下記一般式(A):
(K1−p/k,Mp/k(Si1−x−y,Ti,Mn)F (A)
(ここで、
Mは、NaおよびCaからなる群から選ばれる少なくとも1種類であり、
kは、Mの価数を示す数で、1または2であり、
1.5≦a≦2.5、
5.0≦b≦6.5、
0≦p/k≦0.1、
0≦x≦0.3、および
0<y≦0.06
である)
で表される蛍光体であって、
赤外吸収スペクトルにおける、1200〜1240cm−1の範囲に存在する最大ピークの強度Iに対する3570〜3610cm−1の範囲に存在する最大ピークの強度Iの比IIR=I/Iが0以上0.01以下であり、かつ
ケイ素またはマンガンが占めるサイトを中心とし、フッ素のサイトを頂点とする八面体構造を有する結晶構造に関して、粉末X線回折プロファイルを、晶系が単斜晶であり、かつ空間群がP1である、面心対称性を有する結晶構造と設定した条件でリートベルト解析して平均結晶構造を決定したとき、下記一般式(B)に定義する有効配位数ECoN;

Figure 2017210580
(式中、wiは以下の一般式(C)で表され;
Figure 2017210580
式中、lは前記八面体の6つのケイ素(またはマンガン)−フッ素間結合のうち、i(i=1,2,3,4,5,6)番目の結合の結合長であり、lavは以下の一般式(D)で表され;
Figure 2017210580
式中、lminは前記八面体中の6つのケイ素(またはマンガン)−フッ素間結合長の中の最小値を示すものである)
が5.6以上6.0以下であることを特徴とするものである。 The phosphor according to the embodiment has the following general formula (A):
(K 1-p / k, M p / k) a (Si 1-x-y, Ti x, Mn y) F b (A)
(here,
M is at least one selected from the group consisting of Na and Ca,
k is a number indicating the valence of M and is 1 or 2,
1.5 ≦ a ≦ 2.5,
5.0 ≦ b ≦ 6.5,
0 ≦ p / k ≦ 0.1,
0 ≦ x ≦ 0.3, and 0 <y ≦ 0.06
Is)
A phosphor represented by
In the infrared absorption spectrum, the maximum peak ratio I IR = I 2 / I 1 of the intensity I 2 of the present in the range of 3570~3610Cm -1 to the intensity I 1 of the maximum peak present in the range of 1200~1240Cm -1 A powder X-ray diffraction profile of a crystal structure having an octahedral structure centered on a site occupied by silicon or manganese and having a fluorine site at the top is a monoclinic crystal system. When the average crystal structure is determined by Rietveld analysis under the conditions set with the crystal structure having face-center symmetry and the space group is P1, the effective coordination number ECoN defined by the following general formula (B) ;
Figure 2017210580
Wherein w i is represented by the following general formula (C);
Figure 2017210580
In the formula, l i is the bond length of the i-th (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) bond among the six silicon (or manganese) -fluorine bonds of the octahedron, av is represented by the following general formula (D);
Figure 2017210580
In the formula, l min represents the minimum value among the six silicon (or manganese) -fluorine bond lengths in the octahedron)
Is 5.6 or more and 6.0 or less.

また、実施形態にかかる発光装置は、440nm以上470nm以下の波長領域にピークを有する光を放射する発光素子と、前記蛍光体を含有する蛍光体層とを具備するものであることを特徴とするものである。   The light emitting device according to the embodiment includes a light emitting element that emits light having a peak in a wavelength region of 440 nm or more and 470 nm or less, and a phosphor layer containing the phosphor. Is.

実施形態による蛍光体の赤外吸収スペクトルを示す図。The figure which shows the infrared absorption spectrum of the fluorescent substance by embodiment. 実施形態による蛍光体の赤外吸収スペクトル(800〜1600cm−1)の拡大図。The enlarged view of the infrared absorption spectrum (800-1600cm < -1 >) of the fluorescent substance by embodiment. 脱水処理の前後における実施形態による蛍光体の赤外吸収スペクトル(2500〜4000cm−1)の拡大図。The enlarged view of the infrared absorption spectrum (2500-4000cm < -1 >) of the fluorescent substance by embodiment before and behind a dehydration process. 実施形態による蛍光体の有効配位数ECoNと内部量子効率の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the effective coordination number ECoN of the fluorescent substance by embodiment, and internal quantum efficiency. 実施形態による発光装置の断面図。Sectional drawing of the light-emitting device by embodiment. 他の実施形態による発光装置の断面図。Sectional drawing of the light-emitting device by other embodiment.

以下、実施形態について、詳細に説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための蛍光体および発光装置を示すものであり、本発明は以下の例示に限定されない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail. The embodiment described below shows a phosphor and a light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

本発明者らは、主としてケイフッ化カリウムからなり、マンガンで付活された蛍光体について鋭意検討および研究を重ねた結果、蛍光体の赤外吸収スペクトル(以下、IRスペクトルということがある)における特定のピークの強度比と、特定の結晶構造とが、蛍光体の発光効率および蛍光体の発光強度維持率とに相関があることを見出した。   As a result of intensive studies and studies on a phosphor mainly composed of potassium silicofluoride and activated by manganese, the present inventors have identified the phosphor in the infrared absorption spectrum (hereinafter sometimes referred to as IR spectrum). It was found that the intensity ratio of the peak and the specific crystal structure correlate with the luminous efficiency of the phosphor and the emission intensity maintenance rate of the phosphor.

実施形態において、好ましい蛍光体は、組成が下記一般式(A)で表されるものである。
(K1−p/k,Mp/k(Si1−x−y,Ti,Mn)F (A)
(式中、
Mは、NaおよびCaからなる群から選ばれる少なくとも1種類であり、
kは、Mの価数を示す数で、1または2であり、
1.5≦a≦2.5、
5.0≦b≦6.5、
0≦p/k≦0.1、
0≦x≦0.3、および
0<y≦0.06
である)
In the embodiment, a preferable phosphor has a composition represented by the following general formula (A).
(K 1-p / k, M p / k) a (Si 1-x-y, Ti x, Mn y) F b (A)
(Where
M is at least one selected from the group consisting of Na and Ca,
k is a number indicating the valence of M and is 1 or 2,
1.5 ≦ a ≦ 2.5,
5.0 ≦ b ≦ 6.5,
0 ≦ p / k ≦ 0.1,
0 ≦ x ≦ 0.3, and 0 <y ≦ 0.06
Is)

実施形態にかかる蛍光体は、付活剤としてマンガンを含有するものである。この蛍光体を赤色発光蛍光体とするためにはマンガンの価数は+4価であることが好ましい。他の価数のマンガンが含まれていてもよいが、その割合は少ないことが好ましく、すべてのマンガンが+4価であることが最も好ましい。   The phosphor according to the embodiment contains manganese as an activator. In order to make this phosphor a red light-emitting phosphor, the valence of manganese is preferably +4. Other valences of manganese may be included, but the proportion is preferably small and most preferably all manganese is +4.

マンガンが含有されていない場合(y=0)には紫外から青色領域に発光ピークを有する光で励起しても発光を確認することはできない。したがって、前記一般式(A)におけるxは0より大きいことが必要である。また、マンガンの含有量が多くなると発光効率が改良される傾向にあり、yは0.005以上であることが好ましい。   When manganese is not contained (y = 0), light emission cannot be confirmed even when excited by light having an emission peak in the ultraviolet to blue region. Therefore, x in the general formula (A) needs to be larger than 0. Moreover, when the manganese content increases, the luminous efficiency tends to be improved, and y is preferably 0.005 or more.

しかし、マンガンの含有量が多すぎる場合には、濃度消光現象が生じて、蛍光体の発光強度が弱くなる傾向にある。こうした不都合を避けるために、マンガンの含有比率(y)は0.06以下であることが好ましく、0.05以下であることが好ましい。   However, when the manganese content is too large, a concentration quenching phenomenon occurs, and the emission intensity of the phosphor tends to be weakened. In order to avoid such inconvenience, the manganese content ratio (y) is preferably 0.06 or less, and more preferably 0.05 or less.

また、上述したように、実施形態による蛍光体は、主構成元素であるK、Si、F、およびMn以外の元素を含んでいてもよい。含有される元素として、例えばNa、Ca、Tiなどを少量含有してもよい。これらの元素が少量含有される場合であっても蛍光体は、赤色領域に類似の発光スペクトルを示し、所望の効果を達成することができる。ただし、蛍光体の安定性、蛍光体合成時の反応性蛍光体合成コストなどの観点から、これらの元素の含有量は少ないことが好ましい。また、ここに例示された以外の元素を不可避成分として含有している場合もある。このような場合でも、一般に実施形態の効果が十分に発揮される。
なお、実施形態による蛍光体は、主相のほかに異相や不純物を含んでいてもよい。このとき、蛍光体全体の組成だけでなく、主相の組成が上記一般式(A)を満たすことが好ましい。
Further, as described above, the phosphor according to the embodiment may contain elements other than the main constituent elements K, Si, F, and Mn. As an element to be contained, for example, a small amount of Na, Ca, Ti or the like may be contained. Even when these elements are contained in a small amount, the phosphor exhibits an emission spectrum similar to the red region, and can achieve a desired effect. However, the content of these elements is preferably small from the viewpoint of the stability of the phosphor, the cost of synthesizing the reactive phosphor during phosphor synthesis, and the like. Moreover, elements other than those exemplified here may be contained as inevitable components. Even in such a case, the effect of the embodiment is generally sufficiently exhibited.
Note that the phosphor according to the embodiment may contain a different phase or impurities in addition to the main phase. At this time, it is preferable that not only the composition of the whole phosphor but also the composition of the main phase satisfy the general formula (A).

蛍光体全体に対する各元素の含有量を分析するには、例えば以下のような方法が挙げられる。K、Na、Ca、Si、Ti、およびMnなどの金属元素は、合成された蛍光体をアルカリ融解し、例えばIRIS Advantage型ICP発光分光分析装置(商品名、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)によりICP発光分光法にて分析することができる。また、非金属元素Fは合成された蛍光体を熱加水分解により分離し、例えばDX−120型イオンクロマトグラフ分析装置(商品名、日本ダイオネクス株式会社製)により分析することができる。また、Fの分析は上述した金属元素と同様にアルカリ融解した後に、イオンクロマトグラフ法にて分析を行うことも可能である。   In order to analyze the content of each element with respect to the entire phosphor, for example, the following method may be mentioned. Metal elements such as K, Na, Ca, Si, Ti, and Mn are obtained by subjecting the synthesized phosphor to alkali melting and, for example, using an IRIS Advantage type ICP emission spectroscopic analyzer (trade name, manufactured by Thermo Fisher Scientific). It can be analyzed by ICP emission spectroscopy. Moreover, the nonmetallic element F can isolate | separate the fluorescent substance which was synthesize | combined by thermal hydrolysis, for example, can be analyzed with DX-120 type | mold ion chromatograph analyzer (a brand name, Nippon Dionex Co., Ltd. product). Further, F can be analyzed by ion chromatography after alkali melting as in the case of the metal element described above.

なお、実施形態による蛍光体は、化学量論的には酸素を含まないものである。しかしながら、蛍光体の合成プロセス中、または合成後の蛍光体表面の分解等により、酸素が不可避的に蛍光体中に混入してしまうことがある。蛍光体中の酸素の含有量はゼロであることが望ましいが、[酸素含有量]/[(フッ素含有量)+(酸素含有量)]の比が0.05より小さい範囲であれば、発光効率が大きく損なわれることがないので好ましい。   The phosphor according to the embodiment does not contain oxygen stoichiometrically. However, oxygen may be inevitably mixed into the phosphor during the phosphor synthesis process or due to decomposition of the phosphor surface after synthesis. It is desirable that the oxygen content in the phosphor is zero, but if the ratio of [oxygen content] / [(fluorine content) + (oxygen content)] is less than 0.05, light emission It is preferable because the efficiency is not greatly impaired.

従来、カリウム、ケイ素、およびフッ素を含有する基本構造を有し、マンガンで付活されたフッ化物蛍光体は、発光装置として使用された場合、発光装置を連続運転した場合に、蛍光体の発光強度が経時により低下して、発光の色ずれが生じてしまうのが一般的であった。このような問題を解決する方法は種々検討されていたが、いずれも改良の余地があった。これに対して本発明者らは、このような蛍光体のうち特定のIRスペクトルを示すものが、優れた特性を示すことを見出した。具体的には、IRスペクトルにおける、1200〜1240cm−1に存在する最大ピークの強度(以下Iということがある)に対する3570〜3610cm−1に存在する最大ピークの強度(以下Iということがある)の比IIR(I/I)が0.01以下である蛍光体が優れた特性を示す。 Conventionally, a fluoride phosphor having a basic structure containing potassium, silicon, and fluorine and activated with manganese is used as a light emitting device, and when the light emitting device is operated continuously, the phosphor emits light. In general, the intensity decreases with time, and color deviation of light emission occurs. Various methods for solving such problems have been studied, but all have room for improvement. In contrast, the present inventors have found that those phosphors exhibiting a specific IR spectrum exhibit excellent characteristics. Specifically, in the IR spectrum, it is that the maximum peak intensity (hereinafter I 2 present in 3570~3610Cm -1 to the maximum peak intensity (hereinafter sometimes referred I 1) present in 1200~1240Cm -1 A phosphor having a ratio I IR (I 2 / I 1 ) of 0.01 or less exhibits excellent characteristics.

このようなIRスペクトルの強度比は、蛍光体中に存在する種々のOH基の含有量に対応するものと考えられる。すなわち、後述するように3570〜3610cm−1に存在するピークは孤立OH基のOH結合の固有振動に対応しており、3200cm−1付近は蛍光体周辺に含まれる水分子に含まれるOH結合の固有振動に対応するものと推測される。そして、蛍光体のIRスペクトルにおける前記強度比が特定の範囲に有する場合、すなわち、蛍光体に含まれるOH結合が少ない場合に優れた特性を示すものと考えられる。 Such an intensity ratio of the IR spectrum is considered to correspond to the content of various OH groups present in the phosphor. That is, as will be described later, the peak existing at 3570 to 3610 cm −1 corresponds to the natural vibration of the OH bond of the isolated OH group, and the vicinity of 3200 cm −1 is the OH bond included in the water molecule included around the phosphor. Presumed to correspond to natural vibration. And when the said intensity ratio in IR spectrum of fluorescent substance has in a specific range, ie, when there are few OH bonds contained in fluorescent substance, it is thought that the outstanding characteristic is shown.

IRスペクトルの測定方法は特に限定されないが、例えば、VERTEX70V FT−IRスペクトロメータ(商品名、ブルカー・オプティクス株式会社製)等の赤外分光装置によって測定することができる。測定条件は、例えば、以下のものとすることができる。
波数分解能:4cm−1
サンプルスキャン回数:100回
測定波数範囲:350〜4000cm−1
測定雰囲気:真空
検出器:TGS(DTGS)検出器
Although the measuring method of IR spectrum is not specifically limited, For example, it can measure with infrared spectroscopy apparatuses, such as a VERTEX70V FT-IR spectrometer (brand name, Bruker Optics make). The measurement conditions can be, for example, as follows.
Wave number resolution: 4 cm −1
Number of sample scans: 100 times Measurement wave number range: 350 to 4000 cm −1
Measurement atmosphere: Vacuum detector: TGS (DTGS) detector

IRスペクトルの測定方法には、透過法、反射法、ATR法などが存在するが、本実施形態にかかる蛍光体は、一般に粒子径が数μm〜60μmの粉末であり、試料調整が容易で、測定が可能な拡散反射法により実施するのが好ましい。また、前記拡散反射法は赤外領域で光透過性のKBrやKClなどの希釈剤で適当な濃度(1〜10%程度)に希釈して測定するのが一般的であるが、本実施形態における蛍光体のIRスペクトルにおいて、3590cm−1付近、および3220cm−1付近のピーク強度は小さいため、上記希釈剤を用いずに測定を行うことが好ましい。ただし、バックグラウンド測定では上記希釈剤を用いて測定を行うことが好ましい。 The IR spectrum measurement method includes a transmission method, a reflection method, an ATR method, etc., but the phosphor according to this embodiment is generally a powder having a particle diameter of several μm to 60 μm, and sample preparation is easy. It is preferable to carry out by a diffuse reflection method capable of measurement. The diffuse reflection method is generally measured by diluting to an appropriate concentration (about 1 to 10%) with a diluent such as KBr or KCl that is light transmissive in the infrared region. in IR spectrum of the phosphor in, for peak intensity in the vicinity of 3590cm around -1, and 3220Cm -1 is small, it is preferable to carry out the measurement without using the above diluent. However, in the background measurement, it is preferable to perform the measurement using the diluent.

本実施形態による蛍光体のIRスペクトルの一例を図1に示す。図2は、図1のIRスペクトルの800〜1600cm−1の拡大図である。なお、図2にはMnが付活されていないKSiF粉体(例えば、市販の関東化学製鹿特級試薬)のIRスペクトルも併せて記載されている。図2から、800〜1600cm−1のピークはMnが付活された蛍光体と、Mnで付活されていないKSiF粉体とでほぼ同様の位置にピークが観察されていることがわかる。このことから、Mnが付活された蛍光体における800〜1600cm−1付近のピークは、母体であるKSiF結晶に固有の振動モードに対応すると考えられる。 An example of the IR spectrum of the phosphor according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 2 is an enlarged view of the IR spectrum of FIG. 1 from 800 to 1600 cm −1 . FIG. 2 also shows the IR spectrum of K 2 SiF 6 powder in which Mn is not activated (for example, a commercially available deer grade reagent manufactured by Kanto Chemical). From FIG. 2, the peak of 800 to 1600 cm −1 is observed at substantially the same position in the phosphor activated with Mn and the K 2 SiF 6 powder not activated with Mn. Recognize. From this, it is considered that the peak in the vicinity of 800 to 1600 cm −1 in the phosphor activated with Mn corresponds to the vibration mode inherent to the K 2 SiF 6 crystal that is the base material.

図3は、図1のIRスペクトルの2500〜4000cm−1の拡大図である。図3より実施形態の蛍光体では、この範囲にはほとんどピークが検出されていないことがわかる。一方、従来の粒子の内部脱水処理が施されていないフッ化ケイ素蛍光体ではこのような範囲に振動ピークが存在することが一般的であった。すなわち、実施形態による蛍光体を製造する場合には、水性媒体中で蛍光体結晶を形成させた後、特定の蛍光体粒子内部の脱水処理をすることが好ましい(詳細後述)。このような蛍光体粒子内部の脱水処理前の蛍光体では3720、3630、3590cm−1付近にシャープな振動ピークを確認することができる。さらに、2500〜3500cm−1にブロードな振動ピークが確認される。前者の振動ピークは蛍光体中に存在する孤立OH基に固有なピークと考えられる。また、後者のブロードな振動ピークは蛍光体結晶に吸着したり、水素結合や配位結合したりしている水分子に含まれるOH結合に帰属されるピークであると考えられる。本実施形態は、上記3570〜3610cm−1に存在するシャープな最大ピーク強度(I)と蛍光体の特性と相関があるとの知見に基づき、完成されたものである。 FIG. 3 is an enlarged view of 2500 to 4000 cm −1 of the IR spectrum of FIG. It can be seen from FIG. 3 that in the phosphor of the embodiment, almost no peak is detected in this range. On the other hand, the conventional silicon fluoride phosphor not subjected to the internal dehydration treatment of particles generally has a vibration peak in such a range. That is, when the phosphor according to the embodiment is manufactured, it is preferable to form a phosphor crystal in an aqueous medium and then dehydrate the specific phosphor particles (details will be described later). In such a phosphor before dehydration treatment inside the phosphor particles, sharp vibration peaks can be confirmed in the vicinity of 3720, 3630, and 3590 cm −1 . Furthermore, a broad vibration peak is confirmed at 2500-3500 cm < -1 >. The former vibration peak is considered to be a peak peculiar to the isolated OH group present in the phosphor. The latter broad vibration peak is considered to be a peak attributed to an OH bond contained in a water molecule that is adsorbed to a phosphor crystal, or has a hydrogen bond or a coordinate bond. The present embodiment has been completed based on the knowledge that there is a correlation between the sharp maximum peak intensity (I 2 ) existing at 3570 to 3610 cm −1 and the characteristics of the phosphor.

しかしながら、IR測定は一般的に定性的な評価に用いられるものであるため、3570〜3610cm−1に存在するシャープな最大ピークを定量的に評価することが困難であり、そのピーク強度と蛍光体の特性との相関関係を明示することが困難である。そこで、実施形態においては、得られたIRスペクトルにおける、KSiF結晶の固有の振動モードに帰属されると考えられる1200〜1240cm−1に存在する最大ピークを基準とし、それに対する3570〜3610cm−1に存在する最大ピークの相対強度(IIR=I/I)を指標とした。 However, since IR measurement is generally used for qualitative evaluation, it is difficult to quantitatively evaluate the sharp maximum peak existing in 3570 to 3610 cm −1. It is difficult to specify the correlation with the characteristics of Therefore, in the embodiment, the obtained IR spectrum is based on the maximum peak existing at 1200 to 1240 cm −1 considered to be attributed to the inherent vibration mode of the K 2 SiF 6 crystal, and 3570 to 3610 cm relative thereto. The relative intensity (I IR = I 2 / I 1 ) of the maximum peak existing at -1 was used as an index.

なお、IRスペクトルにおける前述の最大ピーク位置(波数)は、蛍光体の組成や蛍光体の合成条件により変化することもある。本実施形態では、1220cm−1付近のピーク位置が重要な要素であるが、このピーク位置は、好ましい条件下で±15cm−1、より好ましい条件下で±5cm−1程度、変動し得ることがある。
なお、幅広い波数域で測定を行うために、応答直線性が高いTGS(DTGS)検出器を用いて行うことが好ましい。
The aforementioned maximum peak position (wave number) in the IR spectrum may vary depending on the phosphor composition and phosphor synthesis conditions. In the present embodiment, the peak position in the vicinity of 1220 cm −1 is an important factor, but this peak position can vary by ± 15 cm −1 under preferable conditions and ± 5 cm −1 under more preferable conditions. is there.
In order to perform measurement in a wide wave number range, it is preferable to use a TGS (DTGS) detector with high response linearity.

本実施形態において、相対強度IIR値が0.01以下であるときに、蛍光体を発光装置に使用した際、連続運転の際の時間経過に伴う発光強度の変化が小さいこと、すなわち発光強度維持率が高いことが見出された。本実施形態において、前記相対強度IIR値が前記の範囲にあるときに、蛍光体が優れた特性を示す詳細な理由については十分に解明されていない。しかし、以下のように推定されている。一般的なフッ化物を母体にした蛍光体を発光装置に組み込んで運転した場合、運転により蛍光体が高温となり、その結果、蛍光体に含まれる孤立OH基が関与する加水分解が起こるため、発光強度の低下が起こるものと推定される。一方、実施形態による蛍光体では孤立OH基の含有量が少ないため、加水分解が起こらず、発光強度の低下も小さくなると推定される。 In the present embodiment, when the relative intensity I IR value is 0.01 or less, when the phosphor is used in the light emitting device, the change in the emission intensity with time during continuous operation is small, that is, the emission intensity. A high retention rate was found. In the present embodiment, when the relative intensity I IR value is in the above range, the detailed reason why the phosphor exhibits excellent characteristics has not been sufficiently elucidated. However, it is estimated as follows. When a phosphor based on a general fluoride is incorporated into a light emitting device and operated, the phosphor becomes hot during operation, and as a result, hydrolysis involving isolated OH groups contained in the phosphor occurs. It is estimated that a decrease in strength occurs. On the other hand, in the phosphor according to the embodiment, since the content of the isolated OH group is small, it is estimated that hydrolysis does not occur and the decrease in emission intensity is also small.

なお、前記相対強度IIRは0.01以下であることが好ましいが、より好ましくは0.005以下、さらに好ましくは0.002以下である。最も好ましくは、3570〜3610cm−1の範囲にピークが存在しないこと、すなわちI=IIR=0、である。 The relative intensity I IR is preferably 0.01 or less, more preferably 0.005 or less, and still more preferably 0.002 or less. Most preferably, no peak exists in the range of 3570 to 3610 cm −1 , that is, I 2 = I IR = 0.

実施形態による蛍光体は、任意の方法で製造することができるが、例えば以下に説明する方法で製造することができる。   The phosphor according to the embodiment can be manufactured by any method. For example, the phosphor can be manufactured by the method described below.

一般式(A)で表される組成を有する蛍光体はヘキサフルオロケイ酸(HSiF)とヘキサフルオロマンガン酸カリウム(KMnF)、ヘキサフルオロマンガン酸ナトリウムなどとの混合物を溶解させたフッ酸水溶液中に、カリウム含有原料を添加し、反応させる共沈方法などの方法により製造することが可能である。その他にもSi源、Ti源を過マンガン酸カリウムなどとフッ酸水溶液中で反応させる方法や、ヘキサフルオロケイ酸とヘキサフルオロマンガン酸カリウム(KMnF)などを溶解させた溶液中にカリウム源を添加し、反応させる方法や貧溶媒析出法などの方法により合成することが可能である。何れの製造方法においても、基本蛍光体は、フッ酸を使用した水溶液中で合成したのちに、吸引ろ過等の乾燥処理を経て得ることができる。 The phosphor having the composition represented by the general formula (A) dissolves a mixture of hexafluorosilicate (H 2 SiF 6 ), potassium hexafluoromanganate (K 2 MnF 6 ), sodium hexafluoromanganate and the like. It can be produced by a method such as a coprecipitation method in which a potassium-containing raw material is added to a hydrofluoric acid aqueous solution and reacted. Other methods include reacting Si source and Ti source with potassium permanganate in an aqueous hydrofluoric acid solution, or potassium in a solution in which hexafluorosilicic acid and potassium hexafluoromanganate (K 2 MnF 6 ) are dissolved. It is possible to synthesize by a method such as adding a source and reacting, or a poor solvent precipitation method. In any manufacturing method, the basic phosphor can be obtained through a drying process such as suction filtration after being synthesized in an aqueous solution using hydrofluoric acid.

本発明者らの検討によれば、吸引ろ過等の乾燥処理を行った後の蛍光体であっても、この蛍光体には孤立OH基や蛍光体表面などに吸着している水分子が不可避的に含まれてしまうことがわかった。合成方法の選択や合成パラメータの最適化により、孤立OH基や蛍光体に含まれる水の含有量をある程度減少させることは可能であるが、合成方法の検討だけでは孤立OH基や水分子を完全に除去することは容易ではない。そのため、上記、孤立OH基や水分子を除去するために、前述の基本蛍光体の合成後、必要に応じて、乾燥処理を行った後に、蛍光体粒子内部の脱水処理を行うことで、孤立OH基や水分子を除去することができる。蛍光体粒子内部の脱水処理は200℃以上800℃以下の温度範囲、0.0003気圧以上8気圧以下の圧力範囲、処理時間は1分以上24時間以下で実施することが好ましい。より好ましくは200℃以上750℃以下、0.01気圧以上6気圧以下、5分以上10時間以下である。また、蛍光体粒子内部の脱水処理を行う雰囲気は窒素、アルゴン、ヘリウム、フッ素雰囲気などで実施することができる。   According to the study by the present inventors, water molecules adsorbed on isolated OH groups or the surface of the phosphor are unavoidable even in the phosphor after drying treatment such as suction filtration. It was found that it was included. Although it is possible to reduce the amount of water contained in isolated OH groups and phosphors to some extent by selecting synthesis methods and optimizing synthesis parameters, it is possible to completely remove isolated OH groups and water molecules only by examining the synthesis method. It is not easy to remove. Therefore, in order to remove the above-mentioned isolated OH groups and water molecules, after the synthesis of the basic phosphor described above, the drying treatment is performed as necessary, and then the dehydration treatment inside the phosphor particles is performed. OH groups and water molecules can be removed. The dehydration treatment inside the phosphor particles is preferably performed at a temperature range of 200 ° C. or more and 800 ° C. or less, a pressure range of 0.0003 atmospheres or more and 8 atmospheres or less, and a treatment time of 1 minute or more and 24 hours or less. More preferably, they are 200 degreeC or more and 750 degrees C or less, 0.01 atmospheres or more and 6 atmospheres or less, 5 minutes or more and 10 hours or less. Further, the atmosphere for performing the dehydration treatment inside the phosphor particles can be carried out in a nitrogen, argon, helium, fluorine atmosphere or the like.

しかしながら、孤立OH基や水分子を除去し、IIR値を低下させるために過剰な蛍光体粒子内部の脱水処理を行うと、蛍光体の一部が変性、または酸化することが考えられる。変性、または酸化を避ける理由から、従来は水性媒体中で形成された蛍光体を積極的に加熱、または減圧などして粒子内部の脱水処理まで行われないのが一般的であった。実施形態においては、このような蛍光体の変性、または酸化を避けるため、合成後の蛍光体粒子内部の脱水工程において温度、圧力、雰囲気を調整することにより、制御することが可能である。 However, if an excessive dehydration treatment is performed inside the phosphor particles in order to remove isolated OH groups and water molecules and lower the IIR value, it is considered that a part of the phosphor is denatured or oxidized. For the reason of avoiding denaturation or oxidation, conventionally, the phosphor formed in an aqueous medium is generally not heated until it is dehydrated by actively heating or depressurizing. In the embodiment, in order to avoid such modification or oxidation of the phosphor, it is possible to control by adjusting the temperature, pressure, and atmosphere in the dehydration step inside the phosphor particles after synthesis.

図4に、蛍光体の有効配位数ECoNと内部量子効率の関係を示す。ここで、有効配位数ECoNは、配位多面体の歪みを表す物理量である。例えば、結晶構造が完全な正八面体の場合は、歪みが全く無く、ECoNは6となる。ECoNは結晶構造が歪むと小さくなり、歪みが大きくなるほどより小さい数値をとる。ここで、ECoNは、具体的には、ケイ素またはマンガンが占めるサイトを中心とし、フッ素のサイトを頂点とする八面体構造を有する結晶構造に関して、粉末X線回折プロファイルを、晶系が単斜晶であり、かつ空間群がP1である、面心対称性を有する結晶構造と設定した条件でリートベルト解析して平均結晶構造を決定したとき、下記一般式(B)で定義される。

Figure 2017210580
(式中、wiは以下の一般式(C)で表され;
Figure 2017210580
式中、lは前記八面体の6つのケイ素(またはマンガン)−フッ素間結合のうち、i(i=1,2,3,4,5,6)番目の結合の結合長であり、lavは以下の一般式(D)で表され;
Figure 2017210580
式中、lminは前記八面体中の6つのケイ素(またはマンガン)−フッ素間結合長の中の最小値を示すものである)
なお、解析対象とする粉末X線回折プロファイルは実測値であり、測定される結晶は、前記一般式(A)で表される主相のほかに、異相や不純物も含むことがある。これらの含有量は相対的に少ないので、一般的には無視し得るが、測定された粉末X線回折プロファイルが、既知である主相とは明らかに異なる形状を有する場合には、主相に対応しないプロファイル形状(ピーク)を除外して解析することができる。 FIG. 4 shows the relationship between the effective coordination number ECoN of the phosphor and the internal quantum efficiency. Here, the effective coordination number ECoN is a physical quantity representing the distortion of the coordination polyhedron. For example, when the crystal structure is a perfect octahedron, there is no distortion and ECoN is 6. ECoN decreases when the crystal structure is distorted, and takes a smaller value as the strain increases. Here, specifically, ECoN is a powder X-ray diffraction profile with respect to a crystal structure having an octahedral structure centered on a site occupied by silicon or manganese and having a fluorine site as a vertex. When the average crystal structure is determined by Rietveld analysis under the conditions set as the crystal structure having face-centered symmetry with the space group of P1, it is defined by the following general formula (B).
Figure 2017210580
Wherein w i is represented by the following general formula (C);
Figure 2017210580
In the formula, l i is the bond length of the i-th (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) bond among the six silicon (or manganese) -fluorine bonds of the octahedron, av is represented by the following general formula (D);
Figure 2017210580
In the formula, l min represents the minimum value among the six silicon (or manganese) -fluorine bond lengths in the octahedron)
Note that the powder X-ray diffraction profile to be analyzed is an actual measurement value, and the crystal to be measured may contain a different phase or impurities in addition to the main phase represented by the general formula (A). Since these contents are relatively small, they are generally negligible, but if the measured powder X-ray diffraction profile has a shape that is clearly different from the known main phase, Analysis can be performed by excluding incompatible profile shapes (peaks).

また、蛍光体の吸収率、内部量子効率η’は以下の式で算出される。

Figure 2017210580
Figure 2017210580
式中
E(λ):蛍光体へ照射した励起光源の全スペクトル(フォトン数換算)
R(λ):蛍光体の励起光源反射光スペクトル(フォトン数換算)
P(λ):蛍光体の発光スペクトル(フォトン数換算)
である。 Further, the absorption rate of the phosphor and the internal quantum efficiency η ′ are calculated by the following equations.
Figure 2017210580
Figure 2017210580
In the formula, E (λ): the entire spectrum of the excitation light source irradiated to the phosphor (photon number conversion)
R (λ): Excitation light source reflected light spectrum of phosphor (photon number conversion)
P (λ): emission spectrum of phosphor (in terms of photon number)
It is.

蛍光体の吸収率、内部量子効率は、例えば、C9920−02G型絶対PL量子収率測定装置(商品名、浜松ホトニクス株式会社製)により測定することができる。上記母体着色を測定する際の励起光としてはピーク波長が650nm付近、半値幅5〜10nmを使用することができる。また、内部量子効率を測定する際の励起光としてはピーク波長が440〜470nm付近、半値幅5〜15nmの青色光を使用することができる。   The absorption rate and internal quantum efficiency of the phosphor can be measured by, for example, a C9920-02G type absolute PL quantum yield measuring apparatus (trade name, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). As the excitation light for measuring the matrix coloring, a peak wavelength near 650 nm and a half width of 5 to 10 nm can be used. Further, blue light having a peak wavelength of around 440 to 470 nm and a half width of 5 to 15 nm can be used as excitation light when measuring the internal quantum efficiency.

また、実施形態による蛍光体を発光デバイス等に使用するには、内部量子効率は70%以上であることが好ましい。図4からECoNが大きくなると、内部量子効率が上昇することがわかる。そして内部量子効率70%以上を達成するためには、ECoNが5.6以上であることが好ましく、より好ましくは5.8以上である。また、定義によりECoNの最大値は6.0である。また、図4から、一般式(A)で表される蛍光体のECoNが高いほど量子効率が高いことがわかる。したがって、ECoNが高いことが好ましい。このような高いECoNを達成するためには、種々の方法をとることができる。高いECoNを達成するための方法の1つとして、蛍光体粒子内部の脱水条件を最適化することが好ましい。   In order to use the phosphor according to the embodiment for a light emitting device or the like, the internal quantum efficiency is preferably 70% or more. FIG. 4 shows that the internal quantum efficiency increases as ECoN increases. In order to achieve an internal quantum efficiency of 70% or higher, ECoN is preferably 5.6 or higher, more preferably 5.8 or higher. Further, the maximum value of ECoN is 6.0 by definition. In addition, FIG. 4 shows that the higher the ECoN of the phosphor represented by the general formula (A), the higher the quantum efficiency. Therefore, it is preferable that ECoN is high. In order to achieve such high ECoN, various methods can be taken. As one of the methods for achieving high ECoN, it is preferable to optimize the dehydration conditions inside the phosphor particles.

また、実施形態による蛍光体は使用する発光装置への塗布方法に応じて分級することもできる。青色領域に発光ピークを有する励起光を使用した通常の白色LEDなどでは、一般的に1〜50μmに分級された蛍光体粒子を用いることが好ましい。分級後の蛍光体の粒径が過度に小さいと、発光強度が低下してしまうことがある。また、粒径が過度に大きいとLEDに塗布する際、蛍光体層塗布装置に蛍光体が目詰まりし作業効率や歩留りの低下、出来上がった発光装置の色ムラの原因となることがある。   Moreover, the phosphor according to the embodiment can be classified according to the coating method to the light emitting device to be used. In ordinary white LEDs using excitation light having an emission peak in the blue region, it is generally preferable to use phosphor particles classified to 1 to 50 μm. If the particle size of the phosphor after classification is excessively small, the emission intensity may decrease. On the other hand, if the particle size is excessively large, the phosphor may be clogged in the phosphor layer coating device when it is applied to the LED, resulting in a decrease in work efficiency and yield, and color unevenness of the completed light emitting device.

実施形態に係る蛍光体は紫外から青色領域に発光ピークを有する励起光源にて励起可能である。この蛍光体を発光装置に用いる場合には、蛍光体の励起スペクトルから、440nm以上470nm以下の波長領域に発光ピークを有する発光素子を励起光源として利用することが望ましい。上述の波長範囲外に発光ピークを有する発光素子を用いることは、発光効率の観点からは好ましくない。発光素子としては、LEDチップやレーザーダイオードなどの固体光源素子を使用できる。   The phosphor according to the embodiment can be excited by an excitation light source having an emission peak in the ultraviolet to blue region. When this phosphor is used in a light emitting device, it is desirable to use a light emitting element having an emission peak in a wavelength region of 440 nm or more and 470 nm or less from the excitation spectrum of the phosphor as an excitation light source. Use of a light emitting element having a light emission peak outside the above wavelength range is not preferable from the viewpoint of light emission efficiency. As the light emitting element, a solid light source element such as an LED chip or a laser diode can be used.

実施形態にかかる蛍光体は、赤色の発光をする蛍光体である。したがって、励起光源に青色光を用いた場合には緑色発光蛍光体および黄色発光蛍光体と組み合わせて用いることにより、白色発光装置を得ることができる。また、励起光源に紫外光を用いた場合には青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体及び黄色発光蛍光体と組み合わせて用いることにより、白色発光装置を得ることができる。使用する蛍光体の種類は発光装置の目的に合わせて任意に選択することができる。例えば、色温度が低い照明用途の白色発光装置を提供する際には、実施形態による蛍光体と黄色発光蛍光体と組み合わせることにより、効率と演色性を両立した発光装置を提供することができる。   The phosphor according to the embodiment is a phosphor that emits red light. Therefore, when blue light is used as the excitation light source, a white light emitting device can be obtained by using it in combination with a green light emitting phosphor and a yellow light emitting phosphor. When ultraviolet light is used as the excitation light source, a white light emitting device can be obtained by using a combination of a blue light emitting phosphor, a green light emitting phosphor, and a yellow light emitting phosphor. The type of phosphor to be used can be arbitrarily selected according to the purpose of the light emitting device. For example, when providing a white light emitting device for lighting use with a low color temperature, by combining the phosphor according to the embodiment and the yellow light emitting phosphor, a light emitting device having both efficiency and color rendering can be provided.

緑色発光蛍光体および黄色発光蛍光体は、520nm以上570nm以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光体ということができる。このような蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca,Ba)SiO:Eu、Ca(Sc,Mg)Si12:Ce等のケイ酸塩蛍光体、(Y,Gd)(Al,Ga)12:Ce等のアルミン酸塩蛍光体、(Ca,Sr,Ba)Ga:Eu等の硫化物蛍光体、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、Euを付活した(Ca,Sr)−αSiAlON、βSiAlON等のアルカリ土類酸窒化物蛍光体などが挙げられる。なお、主発光ピークとは、発光スペクトルのピーク強度が最も大きくなる波長のことであり、例示された蛍光体の発光ピークは、これまで文献などで報告されている。なお、蛍光体作製時の少量の元素添加やわずかな組成変動により、10nm程度の発光ピークの変化が認められることがあるが、そのような蛍光体も前記の例示された蛍光体に包含されるものとする。 It can be said that the green light emitting phosphor and the yellow light emitting phosphor are phosphors having a main emission peak in a wavelength region of 520 nm or more and 570 nm or less. Examples of such phosphors include silicate phosphors such as (Sr, Ca, Ba) 2 SiO 4 : Eu, Ca 3 (Sc, Mg) 2 Si 3 O 12 : Ce, (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Aluminate phosphors such as Ce, (Ca, Sr, Ba) Ga 2 S 4 : Sulfide phosphors such as Eu, (Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 Examples include alkaline earth oxynitride phosphors such as N 2 : Eu, Eu-activated (Ca, Sr) -αSiAlON, βSiAlON, and the like. The main emission peak is a wavelength at which the peak intensity of the emission spectrum is maximized, and the emission peak of the exemplified phosphor has been reported in the literature so far. Note that a change in emission peak of about 10 nm may be observed due to the addition of a small amount of elements or a slight compositional change during the preparation of the phosphor, and such a phosphor is also included in the phosphors exemplified above. Shall.

青色発光蛍光体は、440nm以上500nm以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光体ということができる。例えば、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3(Cl,Br):Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu等のハロリン酸塩蛍光体、2SrO・0.84P2O5・0.16B2O3:Eu等のリン酸塩蛍光体、およびBaMgAl10O17:Eu等のアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体などが挙げられる。   It can be said that the blue light-emitting phosphor has a main emission peak in a wavelength region of 440 nm to 500 nm. For example, halophosphate phosphors such as (Sr, Ca, Ba, Mg) 5 (PO4) 3 (Cl, Br): Eu, (Sr, Ca, Ba, Mg) 5 (PO4) 3Cl: Eu, 2SrO · Examples thereof include phosphate phosphors such as 0.84P2O5 · 0.16B2O3: Eu, and alkaline earth metal aluminate phosphors such as BaMgAl10O17: Eu.

また、実施形態による蛍光体を用いた発光装置には、上記以外の、橙色発光蛍光体、赤色発光蛍光体も用途に応じて使用することができる。
橙色発光蛍光体、赤色発光蛍光体としては(Sr,Ca,Ba)SiO:Eu等のケイ酸塩蛍光体、Li(Eu,Sm)W等のタングステン酸塩蛍光体、(La,Gd,Y)S:Eu等の酸硫化物蛍光体、(Ca,Sr,Ba)S:Eu等の硫化物蛍光体、(Sr,Ba,Ca)Si:Eu、(Sr,Ca)AlSiN:Eu等の窒化物蛍光体などが挙げられる。実施形態による蛍光体に更にこれらの蛍光体を組み合わせて使用することにより、効率だけでなく、照明用途での演色性や、バックライト用途での色域を更に改善することができる。ただし、使用する蛍光体の数が多すぎると、蛍光体同士が吸収、発光する再吸収・発光現象や散乱現象が生じて、発光装置の発光効率が低下する。
In addition, in the light emitting device using the phosphor according to the embodiment, an orange light emitting phosphor and a red light emitting phosphor other than the above can be used depending on the application.
As the orange-emitting phosphor and red-emitting phosphor, silicate phosphors such as (Sr, Ca, Ba) 2 SiO 4 : Eu, tungstate phosphors such as Li (Eu, Sm) W 2 O 8 , ( La, Gd, Y) 2 O 2 S: oxysulfide phosphors such as Eu, (Ca, Sr, Ba) S: sulfide phosphors such as Eu, (Sr, Ba, Ca) 2 Si 5 N 8 : Examples thereof include nitride phosphors such as Eu and (Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu. By using these phosphors in combination with the phosphors according to the embodiments, not only the efficiency but also the color rendering properties for illumination applications and the color gamut for backlight applications can be further improved. However, when the number of phosphors used is too large, reabsorption / light emission phenomenon and scattering phenomenon in which the phosphors absorb and emit light occur, and the light emission efficiency of the light emitting device decreases.

図5には、実施形態にかかる発光装置の断面を示す。図示する発光装置は、発光装置はリード100およびリード101とステム102、半導体発光素子103、反射面104、蛍光体層105を有する。底面中央部には、半導体発光素子103がAgペースト等によりマウントされている。半導体発光素子103としては、紫外発光を行なうもの、あるいは可視領域の発光を行なうものを用いることができる。例えば、GaAs系、GaN系等の半導体発光ダイオード等を用いることが可能である。なお、リード100およびリード101の配置は、適宜変更することができる。発光装置の凹部内には、蛍光体層105が配置される。この蛍光体層105は、実施形態にかかる蛍光体を、例えばシリコーン樹脂からなる樹脂層中に5wt%以上80wt%以下の割合で分散することによって形成することができる。   FIG. 5 shows a cross section of the light emitting device according to the embodiment. The light-emitting device illustrated includes a lead 100, a lead 101 and a stem 102, a semiconductor light-emitting element 103, a reflective surface 104, and a phosphor layer 105. A semiconductor light emitting element 103 is mounted with Ag paste or the like at the bottom center. As the semiconductor light emitting element 103, an element that emits ultraviolet light or an element that emits light in the visible region can be used. For example, it is possible to use semiconductor light emitting diodes such as GaAs and GaN. The arrangement of the lead 100 and the lead 101 can be changed as appropriate. A phosphor layer 105 is disposed in the recess of the light emitting device. The phosphor layer 105 can be formed by dispersing the phosphor according to the embodiment in a resin layer made of, for example, a silicone resin at a ratio of 5 wt% to 80 wt%.

半導体発光素子103としては、n型電極とp型電極とを同一面上に有するフリップチップ型のものを用いることも可能である。この場合には、ワイヤの断線や剥離、ワイヤによる光吸収等のワイヤに起因した問題を解消して、信頼性の高い高輝度な半導体発光装置が得られる。また、半導体発光素子103にn型基板を用いて、次のような構成とすることもできる。具体的には、n型基板の裏面にn型電極を形成し、基板上の半導体層上面にはp型電極を形成して、n型電極またはp型電極をリードにマウントする。p型電極またはn型電極は、ワイヤにより他方のリードに接続することができる。半導体発光素子103のサイズ、凹部の寸法および形状は、適宜変更することができる。   As the semiconductor light emitting element 103, a flip chip type having an n-type electrode and a p-type electrode on the same surface can be used. In this case, problems caused by the wires such as wire breakage and peeling and light absorption by the wires are solved, and a highly reliable and high-luminance semiconductor light-emitting device can be obtained. In addition, an n-type substrate may be used for the semiconductor light emitting element 103 to have the following configuration. Specifically, an n-type electrode is formed on the back surface of the n-type substrate, a p-type electrode is formed on the upper surface of the semiconductor layer on the substrate, and the n-type electrode or the p-type electrode is mounted on a lead. The p-type electrode or the n-type electrode can be connected to the other lead by a wire. The size of the semiconductor light emitting element 103 and the dimensions and shape of the recesses can be changed as appropriate.

図6には、砲弾型の発光装置の例を示す。半導体発光素子201は、リード200’にマウント材202を介して実装され、プレディップ材204で覆われる。ボンディングワイヤ203により、リード200が半導体発光素子201に接続され、キャスティング材205で封入されている。プレディップ材204中には、実施形態にかかる蛍光体が含有される。
上述したように、実施形態にかかる発光装置、例えば白色LEDは一般照明等だけでなく、カラーフィルターなどと組み合わせて使用される発光デバイス、例えば液晶用バックライト用の光源等としても最適である。具体的には、液晶のバックライト光源や青色発光層を使用した無機エレクトロルミネッセンス装置の赤色発光材料としても使用することができる。
FIG. 6 shows an example of a bullet-type light emitting device. The semiconductor light emitting element 201 is mounted on the lead 200 ′ via the mount material 202 and covered with the pre-dip material 204. The lead 200 is connected to the semiconductor light emitting element 201 by a bonding wire 203 and is encapsulated with a casting material 205. The pre-dip material 204 contains the phosphor according to the embodiment.
As described above, the light emitting device according to the embodiment, for example, the white LED is not only suitable for general illumination, but also as a light emitting device used in combination with a color filter, for example, a light source for a liquid crystal backlight. Specifically, it can also be used as a red light emitting material for an inorganic electroluminescent device using a liquid crystal backlight source or a blue light emitting layer.

以下、実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the meaning is exceeded.

[実施例1、比較例1]
KMnO粉末とKF粉末とをHF水溶液に溶解させた後に、H水溶液を徐々に滴下し、HF水溶液中で十分反応させることによりKMnFを合成した。合成したKMnFを吸引ろ過し、KMnF粉末とした。また、HF水溶液中にSiO粉末を溶解させ、HSiF溶液を調整した。さらに、HF水溶液にKF粉末を溶解させ、KF水溶液を調整した。調整したHSiF溶液に合成したKMnF粉末を溶解させ反応溶液を調整した。調整した反応溶液に事前に調整したKF水溶液を滴下し、反応溶液中で十分反応させることによりKSiF:Mnを合成した。合成したKSiF:Mnを吸引ろ過して、蛍光体粉末とした(比較例1)。合成した前記蛍光体の組成分析を行ったところ、K2.03(Si0.98,Mn0.02)Fであった。また、合成した蛍光体から孤立OH基や水分子を完全に除去するために蛍光体粒子内部の脱水処理を施した(実施例1)。
[Example 1, Comparative Example 1]
After KMnO 4 powder and KF powder were dissolved in an HF aqueous solution, K 2 MnF 6 was synthesized by gradually dropping the H 2 O 2 aqueous solution and causing sufficient reaction in the HF aqueous solution. The synthesized K 2 MnF 6 was suction filtered to obtain K 2 MnF 6 powder. Further, to dissolve the SiO 2 powder in HF solution, to adjust the H 2 SiF 6 solution. Furthermore, KF powder was dissolved in HF aqueous solution to prepare KF aqueous solution. The synthesized K 2 MnF 6 powder was dissolved in the adjusted H 2 SiF 6 solution to prepare a reaction solution. K 2 SiF 6 : Mn was synthesized by dropping a preliminarily prepared KF aqueous solution into the prepared reaction solution and allowing the reaction solution to sufficiently react. Synthesized K 2 SiF 6 : Mn was suction filtered to obtain a phosphor powder (Comparative Example 1). The composition analysis of the synthesized phosphor was K 2.03 (Si 0.98 , Mn 0.02 ) F 6 . Further, in order to completely remove isolated OH groups and water molecules from the synthesized phosphor, a dehydration treatment inside the phosphor particles was performed (Example 1).

実施例1および比較例1のIRスペクトル測定を行った。実施例1および比較例1の赤外吸収スペクトルにおける1200〜1240cm−1の範囲に存在する最大ピークの強度に対する3570〜3610cm−1の範囲に存在する最大ピークの強度IIR、内部量子効率は、表1に示す通りであった。
なお、IRスペクトル測定には、VERTEX70V FT−IRスペクトロメータ(商品名、ブルカー・オプティクス株式会社製)を用いた。この装置によるIIRの検出限界は0.001であり、検出限界以下の場合には、表3には0.001以下と記載した。また、これらの試料を乳鉢で粉砕した後に、粉末X線回折測定を、SmartLab(商品名、Rigaku社製))を用いて実施した。測定は集中法をもちい、2θを5−140度の範囲で掃引した。得られた粉末X線回折プロファイルを、表1に示す原子座標を初期構造として、晶系が単斜晶であり、空間群がP1である、面心対称性を有する結晶構造と規定して、PDXL II(商品名、Rigaku社製)を用いてリートベルト解析を行い、平均構造の精密化を行った。このときの平均結晶構造のa軸長、b軸長およびc軸長は、8.1419Åであり、α、βおよびγは、90.000°であった。解析の収束の良否を表すR因子はRwpが5.39、Sが1.40であった。
The IR spectra of Example 1 and Comparative Example 1 were measured. The intensity I IR of the maximum peak existing in the range of 3570 to 3610 cm −1 with respect to the intensity of the maximum peak existing in the range of 1200 to 1240 cm −1 in the infrared absorption spectrum of Example 1 and Comparative Example 1, the internal quantum efficiency is It was as shown in Table 1.
For the IR spectrum measurement, a VERTEX70V FT-IR spectrometer (trade name, manufactured by Bruker Optics) was used. The detection limit of I IR by this apparatus is 0.001, and when it is below the detection limit, Table 3 describes it as 0.001 or less. Moreover, after pulverizing these samples in a mortar, powder X-ray diffraction measurement was performed using SmartLab (trade name, manufactured by Rigaku). The measurement used the concentration method and swept 2θ in the range of 5-140 degrees. The obtained powder X-ray diffraction profile is defined as a crystal structure having face-centered symmetry, in which the atomic coordinates shown in Table 1 are the initial structure, the crystal system is monoclinic, and the space group is P1. Rietveld analysis was performed using PDXL II (trade name, manufactured by Rigaku) to refine the average structure. At this time, the a-axis length, b-axis length and c-axis length of the average crystal structure were 8.1419 mm, and α, β and γ were 90.000 °. The R factor representing the convergence of the analysis was Rwp of 5.39 and S of 1.40.

なお、表1は、理想的な正八面体構造結晶の部分座標(fractional coordinate)に対応するものである。すなわち、単位格子の各元素の座標は表1の部分座標を空間群P1に属するものとして空間群の対称性に従って展開することにより求めることができる。表1の結果よりSi/Mnサイトを中心として6つのFサイトを頂点とした八面体の結晶構造における有効配位数ECoNを上述の式に基づき算出した。このとき、有効配位数ECoNの値は、6であった。

Figure 2017210580
Table 1 corresponds to the fractional coordinates of an ideal octahedral structure crystal. That is, the coordinates of each element of the unit cell can be obtained by expanding the partial coordinates in Table 1 according to the symmetry of the space group as belonging to the space group P1. From the results in Table 1, the effective coordination number ECoN in the octahedral crystal structure centered on the Si / Mn site and having six F sites as vertices was calculated based on the above formula. At this time, the value of the effective coordination number ECoN was 6.
Figure 2017210580

同様に粉末X線回折プロファイルの解析後に得られた実施例1による結晶の原子座標を表2に示す。このときの平均結晶構造のa軸長、b軸長およびc軸長は、それぞれ8.1130(7)Å、8.152(2)Å、および8.142(2)Åであり、α、βおよびγは、90.10(3)°、90.14(3)°、および90.06(3)°であった。表2の結果よりSi/Mnサイトを中心として6つのFサイトを頂点とした八面体の有効配位数ECoNを上述の式に基づき算出した。結果は表3に示す通りである。

Figure 2017210580
Similarly, Table 2 shows the atomic coordinates of the crystal according to Example 1 obtained after analysis of the powder X-ray diffraction profile. The a-axis length, b-axis length, and c-axis length of the average crystal structure at this time are 8.1130 (7) Å, 8.152 (2) お よ び, and 8.142 (2) Å, respectively, α, β and γ were 90.10 (3) °, 90.14 (3) °, and 90.06 (3) °. From the results in Table 2, the effective coordination number ECoN of the octahedron centered on the Si / Mn site and having six F sites as vertices was calculated based on the above formula. The results are as shown in Table 3.
Figure 2017210580

実施例1および比較例1の蛍光体を樹脂と共に混合し、GaN系のLED発光素子上に封止し、発光装置とした。それぞれの発光装置について、それぞれLEDに電流を注入し、発光装置を連続点灯させた。実施例1および比較例1の蛍光体の発光強度の挙動を観測した。500時間後および1000時間後の発光強度維持率は、表3に示す通りであった。この結果より、実施形態にかかる蛍光体では発光装置使用時の発光強度低下が抑制されていることが理解できる。   The phosphors of Example 1 and Comparative Example 1 were mixed with a resin and sealed on a GaN-based LED light-emitting element to obtain a light-emitting device. For each light-emitting device, current was injected into each LED, and the light-emitting device was continuously lit. The behavior of the emission intensity of the phosphors of Example 1 and Comparative Example 1 was observed. The emission intensity maintenance rates after 500 hours and 1000 hours were as shown in Table 3. From this result, it can be understood that in the phosphor according to the embodiment, a decrease in emission intensity when the light emitting device is used is suppressed.

次に、比較例1と同様の方法で蛍光体を合成し、乾燥条件を変化させた実施例2〜6の蛍光体を合成した。蛍光体中のIIR、ECoNおよび内部量子効率は、表3の通りであった。また、実施例2〜6の蛍光体を樹脂と共に混合し、GaN系のLED発光素子上に封止した発光装置の発光強度維持率は表3の通りであった。 Next, phosphors were synthesized by the same method as in Comparative Example 1, and the phosphors of Examples 2 to 6 with different drying conditions were synthesized. Table 3 shows I IR , ECoN and internal quantum efficiency in the phosphor. Table 3 shows the emission intensity maintenance rates of the light emitting devices in which the phosphors of Examples 2 to 6 were mixed with the resin and sealed on the GaN LED light emitting elements.

Figure 2017210580
これらの結果より、IIRが0.01以下であり、かつECoNが0.56以上である場合には、内部量子効率が実用上十分に高く、同時に発光強度維持率も高いことがわかる。
Figure 2017210580
From these results, it is understood that when the I IR is 0.01 or less and the ECoN is 0.56 or more, the internal quantum efficiency is practically sufficiently high and the emission intensity maintenance rate is also high.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

100および101…リード、102…ステム、103…半導体発光素子、104…反射面、105…蛍光体層、200および200’…リード、201…半導体発光素子、202…マウント材、203…ボンディングワイヤ、204…プレディップ材、205…キャスティング材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 and 101 ... Lead, 102 ... Stem, 103 ... Semiconductor light emitting element, 104 ... Reflecting surface, 105 ... Phosphor layer, 200 and 200 '... Lead, 201 ... Semiconductor light emitting element, 202 ... Mounting material, 203 ... Bonding wire, 204 ... Pre-dip material, 205 ... Casting material

Claims (9)

下記一般式(A):
(K1−p/k,Mp/k(Si1−x−y,Ti,Mn)F (A)
(ここで、
Mは、NaおよびCaからなる群から選ばれる少なくとも1種類であり、
kは、Mの価数を示す数で、1または2であり、
1.5≦a≦2.5、
5.0≦b≦6.5、
0≦p/k≦0.1、
0≦x≦0.3、および
0<y≦0.06
である)
で表される蛍光体であって、
赤外吸収スペクトルにおける、1200〜1240cm−1の範囲に存在する最大ピークの強度Iに対する3570〜3610cm−1の範囲に存在する最大ピークの強度Iの比IIR=I/Iが0以上0.01以下であり、かつ
ケイ素またはマンガンが占めるサイトを中心とし、フッ素のサイトを頂点とする八面体構造を有する結晶構造に関して、粉末X線回折プロファイルを、晶系が単斜晶であり、かつ空間群がP1である、面心対称性を有する結晶構造と設定した条件でリートベルト解析して平均結晶構造を決定したとき、下記一般式(B)に定義する有効配位数ECoN;
Figure 2017210580
(式中、wiは以下の一般式(C)で表され;
Figure 2017210580
式中、lは前記八面体の6つのケイ素(またはマンガン)−フッ素間結合のうち、i(i=1,2,3,4,5,6)番目の結合の結合長であり、lavは以下の一般式(D)で表され;
Figure 2017210580
式中、lminは前記八面体中の6つのケイ素(またはマンガン)−フッ素間結合長の中の最小値を示すものである)
が5.6以上6.0以下であることを特徴とする、蛍光体。
The following general formula (A):
(K 1-p / k, M p / k) a (Si 1-x-y, Ti x, Mn y) F b (A)
(here,
M is at least one selected from the group consisting of Na and Ca,
k is a number indicating the valence of M and is 1 or 2,
1.5 ≦ a ≦ 2.5,
5.0 ≦ b ≦ 6.5,
0 ≦ p / k ≦ 0.1,
0 ≦ x ≦ 0.3, and 0 <y ≦ 0.06
Is)
A phosphor represented by
In the infrared absorption spectrum, the maximum peak ratio I IR = I 2 / I 1 of the intensity I 2 of the present in the range of 3570~3610Cm -1 to the intensity I 1 of the maximum peak present in the range of 1200~1240Cm -1 A powder X-ray diffraction profile of a crystal structure having an octahedral structure centered on a site occupied by silicon or manganese and having a fluorine site at the top is a monoclinic crystal system. When the average crystal structure is determined by Rietveld analysis under the conditions set with the crystal structure having face-center symmetry and the space group is P1, the effective coordination number ECoN defined by the following general formula (B) ;
Figure 2017210580
Wherein w i is represented by the following general formula (C);
Figure 2017210580
In the formula, l i is the bond length of the i-th (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) bond among the six silicon (or manganese) -fluorine bonds of the octahedron, av is represented by the following general formula (D);
Figure 2017210580
In the formula, l min represents the minimum value among the six silicon (or manganese) -fluorine bond lengths in the octahedron)
The phosphor is characterized by having a 5.6 or more and 6.0 or less.
前記IIRが0以上0.005以下である、請求項1に記載の蛍光体。 The phosphor according to claim 1, wherein the I IR is 0 or more and 0.005 or less. 前記一般式(A)において、p/k=0かつx=0である、請求項1または2に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1 or 2, wherein in the general formula (A), p / k = 0 and x = 0. 前記蛍光体の内部量子効率η’が70%以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蛍光体。   The phosphor according to claim 1, wherein an internal quantum efficiency η ′ of the phosphor is 70% or more. 440nm以上470nm以下の波長領域にピークを有する光を放射する発光素子と、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蛍光体を含む蛍光体層とを具備することを特徴とする、発光装置。   A light emitting device comprising: a light emitting element that emits light having a peak in a wavelength region of 440 nm or more and 470 nm or less; and a phosphor layer that includes the phosphor according to claim 1. apparatus. 前記蛍光体層が、520nm以上570nm以下の波長領域に発光ピークを有する蛍光体をさらに含む、請求項5に記載の装置。   The apparatus according to claim 5, wherein the phosphor layer further includes a phosphor having an emission peak in a wavelength region of 520 nm or more and 570 nm or less. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の蛍光体の製造方法であって、以下の工程
(A)(i)Si含有原料、Ti含有原料を過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウムと組み合わせ、フッ酸水溶液中で反応させて合成されるか、(ii)ヘキサフルオロケイ酸と、ヘキサフルオロマンガン酸カリウムまたはヘキサフルオロマンガン酸ナトリウムとの混合物を溶解させたフッ酸水溶液中に、カリウム含有原料、ナトリウム含有原料を添加し、反応させる共沈方法または貧溶媒析出法により合成される工程
(B)前記(A)で合成されたものを不活性ガス中で200℃以上800℃以下の蛍光体内部の脱水処理をする工程
を含んでなる方法。
It is the manufacturing method of the fluorescent substance as described in any one of Claims 1-4, Comprising: The following processes (A) (i) Si containing raw material and Ti containing raw material are combined with potassium permanganate and sodium permanganate. (Ii) a potassium-containing raw material in a hydrofluoric acid aqueous solution in which a mixture of hexafluorosilicic acid and potassium hexafluoromanganate or sodium hexafluoromanganate is dissolved. Step (B) synthesized by a coprecipitation method or a poor solvent precipitation method in which a sodium-containing raw material is added and reacted with the phosphor synthesized at (A) in an inert gas at 200 ° C. to 800 ° C. A method comprising a step of internal dehydration.
前記蛍光体内部の脱水処理をする工程が0.0003気圧以上8気圧以下で行われる、請求項7に記載の蛍光体の製造方法。   The method for producing a phosphor according to claim 7, wherein the step of dehydrating the inside of the phosphor is performed at 0.0003 atm or more and 8 atm or less. 前記不活性ガスが、窒素、アルゴン、またはヘリウムガスである、請求項7または8に記載の蛍光体の製造方法。   The method for producing a phosphor according to claim 7 or 8, wherein the inert gas is nitrogen, argon, or helium gas.
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