JP2017531051A - ナシコン構造の蛍光体および前記蛍光体を含む発光素子 - Google Patents

ナシコン構造の蛍光体および前記蛍光体を含む発光素子 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は蛍光体に関し、ナシコン構造を持つ化学的に安定した無機蛍光体、および該蛍光体を含む発光素子などの応用製品に関するものである。【解決手段】本発明の蛍光体はA1+xBxC2−xD3X12:AEy(式中、Aは1価の金属陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Bは3価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Cは4価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Dは5価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、XはN、O、F、P、S、O、ClおよびBrよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、AEはMn、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、UおよびBiよりなる群から選択される1種または2種の元素であり、0≦x≦2であり、0≦y≦0.1である。)の一般式よりなる。【選択図】図9

Description

本発明は、蛍光体に係り、より具体的には、ナシコン(NASICON)構造を持つ化学的に安定した無機蛍光体、および該蛍光体を含む発光素子などの応用製品に関する。
全世界的に知られている蛍光体は、真空蛍光ディスプレイ(VFD)、電界発光ディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、白色発光ダイオード(WLED)などにおいて、真空紫外線、紫外線、電子ビームまたは近紫外線および青色光などの高エネルギーを有する励起源からエネルギーを受けて可視光を発光する物質である。これらのアプリケーションの中でも、特に、最近の全世界的なエネルギー危機および地球温暖化などの環境への世界的な高い関心に伴い、従来の方法と比較して高効率、環境調和などの利点を持つLEDs(light emitting diodes)への研究が盛んに行われている。
優れた利点を持っているLEDが既存の光源を代替する固体光源として使われるためには、高品質の白色光を実現することが最も重要であり、これに関連して良好な特性を有する蛍光体が求められている。LEDを用いて白色光を実現する方法は大きく3つに分けられる。第一に、赤、緑、青を発光する3つのLEDを組み合わせて白色LEDを実現する方法である。この方法は、放出される波長スペクトルが広くて演色性に優れるが、それぞれのチップごとに動作電圧が不均一であり、周囲温度に応じてチップの出力が変わって色座標が変わるため価格が高いという欠点がある。第二に、青色LEDを光源として黄色蛍光体を励起させることにより白色を実現する方法である。この方法は、1チップ2端子の単純な構造であるため、製造コストを節減することができ、発光効率には優れるが、赤色領域の発光不足により色演色指数が低くて高品質の固体光源として適用されるのは難しいという限界がある。第三に、近紫外線LED(near−UV LED)を光源として青色、緑色または黄色、赤色蛍光体を一緒に混ぜ合わせて白色を実現する方法である。この方法は、紫外線で蛍光灯ランプを実現する方法と非常に似ているもので、白熱電球などの非常に広い波長スペクトルを有するだけでなく、優れた色安定性を確保することができ、相関色温度と色演色指数を調節しやすいという利点があり、現代照明用白色LEDの実現のために研究されている。
最も多く知られている方式は、第二の方式であるが、日本日亜化学工業社の特許により技術の開発および活用が容易ではないという困難さがある。したがって、近紫外線LEDと組み合わせる高効率の蛍光体の開発が台頭している。特に、近紫外線LEDにおいて、青色蛍光体は長波長(緑色〜赤色)の蛍光体の励起源として作用するので、青色蛍光体の特性が重要に作用する。現在までに開発された青色蛍光体は、発光効率には優れるが、近紫外線LED駆動の際に発生する高温で良くない熱的安定性を示して適用に困難さがあった。したがって、他の蛍光体の特許を侵害しない新たな組成の良い発光効率および熱的安定性を有する青色蛍光体の開発が何よりも必要である。
一方、ナシコン構造のいずれか一つであるNaSc12結晶相自体は、イオン伝導体を目的とし、NaHCO−Sc−(NHHPO原料の焼成プロセスでの形成がG.Collin等によって確認されたリン酸塩である。形成プロセスおよび形成メカニズムは、この出願前に刊行された学術文献に詳細に報告されている[1)M.de la Rochere et al,Solid State Ionics 9−10(1983)825−828,2)G.Collin et al,Journal of Physics and Chemistry of Solids 47(9)(1986)843−854]。この文献における報告の内容はイオン伝導度特性のみを記載している。現在まで、この構造を蛍光体として用いるための研究が行われていない。
本発明者らは、多数の研究結果、NaSc12結晶に光学的活性元素が結晶相として固溶されることもでき、固溶された結晶相が蛍光体として利用できることに着目し、本発明を完成した。
従って、本発明の目的は、高温でも熱的安定性に優れた新たな組成を有するナシコン構造の無機蛍光体、および該無機蛍光体を含む応用製品を提供することにある。
本発明の他の目的は、励起源に晒されたときに蛍光体が発光光度の低下を示さないため、VFD、FED、PDP、CRT、WLEDなどで適切に使用できる有用なナシコン構造の無機蛍光体および該無機蛍光体を含む応用製品を提供することにある。
本発明の別の目的は、従来の青色蛍光体よりも高い発光効率を有し、良好な熱的安定性を有する新たな組成の青色蛍光体、および該青色蛍光体を含む応用製品、すなわち色演色指数の高い照明器具、耐久性に優れたイメージディスプレイユニットを提供することにある。
本発明の別の目的は、様々な色、例えば青色を有する、或いは紫外線を吸収する特性により、青色顔料または紫外線吸収剤として適した特性を有するナシコン構造の無機蛍光体、および該無機蛍光体を含む応用製品を提供することにある。
本発明の目的は上述した目的に制限されない。明示的に記載されていないとしても、後述する発明の詳細な説明の記載から通常の知識を有する者が認識することができる発明の目的も当然含まれる。
上述した本発明の目的を達成するために、まず、本発明は、下記化学式1を有する蛍光体を提供する。
[化学式1]
1+x2−x12:AE
式中、Aは1価の金属陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Bは3価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Cは4価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Dは5価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、XはN、O、F、P、S、O、ClおよびBrよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、AEはMn、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、UおよびBiよりなる群から選択される1種または2種の元素であり、0≦x≦2であり、0≦y≦0.1である。
好適な実施形態において、前記蛍光体は、NaSc12またはNaSc12固溶体の結晶相と同じ結晶構造を持つ無機化合物である。
好適な実施形態において、前記AはLi、Na、K、RbおよびCsのいずれか一つであり、前記BはSc、Cr、Fe、Y、La、GdおよびLuのいずれか一つであり、前記CはC、Si、Ti、GeおよびZrのいずれか一つであり、前記DはN、PおよびVのいずれか一つである。
好適な実施形態において、前記蛍光体は、熱を加えると結晶構造が変化し、蛍光特性が向上する。
好適な実施形態において、前記蛍光体の結晶構造は、常温でα−NaSc12結晶相またはα−NaSc12結晶相の固溶体と同一であり、50〜60℃で加熱されると、β−NaSc12結晶相またはβ−NaSc12結晶相の固溶体と同一であり、150℃以上で加熱されると、γ−NaSc12結晶相またはγ−NaSc12結晶相の固溶体と同一である。
好適な実施形態において、前記蛍光体は、下記化学式2を有する。
[化学式2]
Na3−xSc12:AE
式中、AEはEu2+またはCe3+であり、0<x≦0.5である。
好適な実施形態において、励起源として波長100nm〜450nmの紫外線、可視光線または電子線を照射すると、前記蛍光体は、波長350nm〜500nmの近紫外線または青色を発光する蛍光特性を示す。
好適な実施形態において、前記蛍光体は、励起源が照射されたときに発光する色がCIE色度座標上の(x,y)値において0.01≦x≦0.3の条件を満足する蛍光特性を示す。
また、本発明は、上述したいずれか一つの蛍光体、および該蛍光体とは異なる結晶相または非結晶相の化合物を含む蛍光体組成物を提供する。
好適な実施形態において、前記蛍光体は0.1μm〜20μmの平均粒径を有する粉末である。
好適な実施形態において、前記異なる結晶相または非結晶相の化合物は、導電性無機物であって、Zn、Al、Ga、InおよびSnから選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物または窒化物である。
好適な実施形態において、前記異なる結晶相または非結晶相の化合物は、前記蛍光体とは異なる蛍光特性を有する無機蛍光体である。
また、本発明は、300nm〜550nmの励起光源と、上述したいずれか一つの蛍光体または蛍光体組成物のうちの一つ以上とを含む発光素子を提供する。
また、本発明は、上述したいずれか一つの蛍光体または蛍光体組成物のうちの一つ以上を含むイメージディスプレイユニットを提供する。
また、本発明は、上述したいずれか一つの蛍光体または蛍光体組成物のうちの一つ以上を含む顔料を提供する。
また、本発明は、上述したいずれか一つの蛍光体または蛍光体組成物のうちの一つ以上を含む紫外線吸収剤を提供する。
本発明は、次のような効果を有する。
まず、本発明によれば、高温でも熱的安定性に優れた新たな組成を有するナシコン構造の無機蛍光体、および該無機蛍光体を含む応用製品を提供することができる。
また、本発明によれば、励起源に晒されたときに蛍光体が発光光度の低下を示さないので、VFD、FED、PDP、CRT、WLEDなどで適切に使用できる有用なナシコン構造の無機蛍光体、および該無機蛍光体を含む応用製品を提供することができる。
また、本発明によれば、従来の青色蛍光体よりも高い発光効率を有し、良好な熱的安定性を有する新たな組成の青色蛍光体、および該青色蛍光体を含む応用製品、すなわち色演色指数の高い照明器具、耐久性に優れたイメージディスプレイユニットを提供することができる。
また、本発明によれば、様々な色、例えば青色を有する、或いは紫外線を吸収する特性により、青色顔料または紫外線吸収剤として適した特性を有するナシコン構造の無機蛍光体、および該無機蛍光体を含む応用製品を提供することができる。
本発明の技術的効果は上述した範囲のみに制限されない。明示的に記載されていないとしても、後述する発明の実施のための具体的内容の記載から通常の知識を有する者が認識することができる発明の効果も当然含まれる。
本発明の一実施形態に係る蛍光体(実施例1)のX線回折チャートを示す図である。 図1に示された回折チャートを有する蛍光体に対するα−NaSc12の結晶構造モデルを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る蛍光体(実施例2)のX線回折チャートを示す図である。 図2に示された回折チャートを有する蛍光体に対するγ−NaSc12の結晶構造モデルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る蛍光体(実施例1)に対して置換されるEuによる波長および発光強度の変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る蛍光体(実施例1)の励起および発光スペクトルを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る蛍光体(実施例2)に対して置換されるCeによる波長および発光強度の変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る蛍光体(実施例2)の励起および発光スペクトルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る蛍光体(実施例1)の温度別X線回折チャートを示す図である。 本発明の一実施形態に係る蛍光体(実施例1)の温度別発光スペクトルを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る蛍光体(実施例2)の温度別発光スペクトルを示す図である。 本発明の別の実施形態に係るLED照明器具(実施例3)のスペクトルを示す図である。 本発明の別の実施形態に係るLED照明器具(実施例3)のCIE座標を示す図である。
本発明で使用される用語は、本発明における機能を考慮しながら、出来る限り、現在広く使用されている一般な用語を選択したが、これは当分野に従事する技術者の意図または判例、新しい技術の出現などによって変わり得る。また、特定の場合には、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、該当する発明の説明部分で詳細にその意味を記載する。したがって、本発明で使用される用語は、単純な用語の名称ではなく、その用語が持つ通常の意味と本発明の明細書全体にわたって記載された内容に基づいて解釈されるべきである。
以下、添付図面および好適な実施形態を参照して本発明の技術的構成を詳細に説明する。
しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることも可能である。明細書全体にわたって、本発明を説明するために使用される同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
本発明の技術的特徴は、ナシコン[NASICON:sodium(Na)Super Ionic Conductor]のいずれか一つであるNaSc12結晶相またはNaSc12結晶相の固溶体と同じ結晶構造を有し、高い発光効率だけでなく、熱的安定性に優れた新たな組成の無機蛍光体にある。
つまり、Naなどの1価の陽イオン、Scなどの3価の陽イオン、Zrなどの4価の陽イオン、Pなどの5価の陽イオンを含有する無機多元結晶相を母体として用いて蛍光体に関する精密な研究を実施し、特定の組成または特定の結晶構造を母体として持つ蛍光体、特にNaSc12結晶相と同じ結晶構造に光学活性元素を固溶して固溶体になると、従来の蛍光体よりも高い発光効率および熱的安定性を示す新たな組成の無機蛍光体を製造することができることを明らかにしたからである。
したがって、本発明は、下記化学式1を有する蛍光体を提供する。
[化学式1]
1+x2−x12:AE
式中、Aは1価の金属陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Bは3価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Cは4価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Dは5価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、XはN、O、F、P、S、O、ClおよびBrよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、AEはMn、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、UおよびBiよりなる群から選択される1種または2種の元素であり、0≦x≦2であり、0≦y≦0.1である。
前記1価の金属陽イオンであるAはLi、Na、K、RbおよびCsのいずれか一つであり、前記3価の陽イオンであるBはSc、Cr、Fe、Y、La、GdおよびLuのいずれか一つであり、前記4価の陽イオンであるCはC、Si、Ti、GeおよびZrのいずれか一つであり、前記5価の陽イオンであるDはN、PおよびVのいずれか一つである。
一例として、AがNaであり、BがScであり、XがOであり、且つAEがEuである蛍光体や、AがNaであり、BがScであり、CがZrであり、XがOであり、且つAEがCeである蛍光体、AがNaであり、BがScであり、DがPであり、XがOであり、且つAEがEuである蛍光体、AがNaであり、BがScであり、CがZrまたはZrとSiとの混合物であり、DがPであり、XがOであり、且つAEがCeである蛍光体などが挙げられる。
また、本発明の蛍光体は、熱を加えると、結晶構造が変化し、蛍光特性が向上することを特徴とする。
例えば、蛍光体の結晶構造が常温でα−NaSc12結晶相またはα−NaSc12結晶相の固溶体と同一である場合、50〜60℃で加熱されると、β−NaSc12結晶相またはβ−NaSc12結晶相の固溶体と同様に変形し、150℃以上で加熱されると、γ−NaSc12結晶相またはγ−NaSc12結晶相の固溶体と同様に変形することができる。
このように熱を加えて結晶構造が変化すると、蛍光特性も変わるが、一例として、蛍光体がα−NaSc12結晶相と同じ結晶構造を有し且つEuがその結晶相に固溶された場合には、100nm以上450nm以下の光で照射されるとき、波長400nm以上500nm以下の蛍光を発することができるが、蛍光体がγ−NaSc12結晶相と同じ結晶構造を有し且つCeがその結晶相に固溶された場合には、100nm以上400nm以下の光で照射されるとき、波長350nm以上450nm以下の蛍光を発することができる。
また、本発明の蛍光体は、下記化学式2を有する蛍光体で表示できる。
[化学式2]
Na3−xSc12:AE
式中、AEはEu2+またはCe3+であり、0<x≦0.5である。
化学式2を有する蛍光体は、特に励起源として波長100nm〜450nmの紫外線、可視光線または電子線を照射すると、前記蛍光体は、波長350nm〜500nmの近紫外線または青色を発光する蛍光特性を示す。この際、化学式2を有する蛍光体は、励起源が照射されたときに発光する色がCIE色度座標上の(x,y)値において0.01≦x≦0.3の条件を満足する蛍光特性を示し、波長400nm以上の近紫外線光または波長450nm以上の青色光を発光することができるので、このような蛍光体の発光特性を利用すると、高い発光効率および優れた色演色指数を有する白色発光ダイオードを製作することができる。
本発明の蛍光体は、金属化合物の混合物を焼成して得られるが、例えば、Na、Sc、P、O、AE(但し、AEはMn、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、UおよびBiよりなる群から選択される1種または2種の元素)を含む原料物質を化学式1または化学式2のモル比で配合した原料混合物を常圧の還元雰囲気中で1000℃以上1600℃以下の温度範囲で焼成した後、粉砕して得ることができる。この際、焼成温度は原料物質によって異なるが、例えば、Na、Zr、Si、P、O、AE(但し、AEはMn、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、UおよびBiよりなる群から選択される1種または2種の元素)を含む原料物質を使用する場合には、常圧の還元雰囲気中で1200℃以上1800℃以下の温度範囲で焼成段階が行われ得る。ここで、原料物質は、各構成元素を含む酸化物、炭酸塩、窒化物、フッ化物、または塩化物のうちいずれか一つ以上でありうる。
次に、本発明は、上述したいずれか一つの蛍光体、および該蛍光体とは異なる結晶相または非結晶相の化合物を含む蛍光体組成物を提供する。ここで、蛍光体は0.1μm〜20μmの平均粒径を有する粉末であって、粉末は単結晶粒子または単結晶の集合体であり、蛍光体組成物中の前記蛍光体の含有量が全体組成物の重量に対して10重量%以上であり得る。蛍光体組成物に含まれる前記異なる結晶相または非結晶相の化合物は、導電性無機物であって、Zn、Al、Ga、InおよびSnから選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物または窒化物であり、必要に応じて上述の蛍光体とは異なる蛍光特性を有する無機蛍光体である。
次に、本発明は、300nm〜550nmの励起光源と、上述の蛍光体または蛍光体組成物のうちの一つ以上とを含む発光素子を提供することができる。また、上述の蛍光体または蛍光体組成物のうちの一つ以上を含むイメージディスプレイユニット、顔料および紫外線吸収剤を提供することもできる。
実施例1
原料物質として、リン酸ナトリウム(NaPO)、酸化スカンジウム(Sc)、リン酸アンモニウム(NHPO)、酸化ユウロピウム(Eu)を使用した。モル組成比がNa:Sc:P:O:Eu=2.92:2:3:0.04となるようにリン酸ナトリウム0.3562g、酸化スカンジウム0.3078g、リン酸アンモニウム0.5135g、酸化ユウロピウム0.0157gとなるように定量した後、瑪瑙乳鉢(agate mortar)および乳棒(pestle)によって乾式で30分間混合および粉砕した。前記混合物をアルミナ坩堝に充填した。その混合物が充填された坩堝をボックスファーネス内で350℃まで昇温させ、1時間保持した後、自然冷却した。この粉末を再び粉砕した後、この混合物を水平型アルミナチューブに配置し、5%水素還元の焼成雰囲気中で時間当たり300℃の速度で1300℃まで昇温させ、130℃で3時間保持した後、自然冷却した。焼成の後、形成された焼成体を粉砕してNa2.92Sc12:Eu2+ 0.04蛍光体を製造した。
実施例2
原料物質として、ナトリウムモノリン酸(sodium mono−phosphate)(NaPO)、酸化スカンジウム(Sc)、リン酸アンモニウム(NHPO)、酸化セリウム(CeO)を使用した。モル組成比がNa:Sc:P:O:Ce=2.88:2:3:0.04となるようにナトリウムモノリン酸(sodium mono−phosphate)0.6575g、酸化スカンジウム0.3088g、リン酸アンモニウム0.0309g、酸化セリウム0.0154gとなるように定量した後、瑪瑙乳鉢(agate mortar)および乳棒(pestle)によって乾式で30分間混合および粉砕した。前記混合物をアルミナ坩堝に充填した。その混合粉末を水平型アルミナチューブに配置し、5%水素還元の焼成雰囲気中で時間当たり300℃の速度で1500℃まで昇温させ、1500℃で3時間保持した後、自然冷却した。焼成の後、形成された焼成体を粉砕してNa0.88Sc12:Ce3+ 0.04蛍光体を製造した。
実験例1
1.標準物質の準備
標準物質としてAE元素を含有していない純粋なα−NaSc12を得るために、リン酸ナトリウム0.3694g、酸化スカンジウム0.3108g、リン酸アンモニウム0.5184gとなるように定量した後、瑪瑙乳鉢(agate mortar)および乳棒(pestle)によって乾式で30分間混合および粉砕した。前記混合物が充填された坩堝をボックスファーネス内で350℃まで昇温させ、1時間保持した後、自然冷却した。この粉末を再び粉砕した後、この混合物をアルミナ坩堝に充填した。その混合粉末を水平型アルミナチューブに配置し、時間当たり300℃の速度で1300℃まで昇温させ、1300℃で3時間保持した後、自然冷却した。冷却の後、形成された焼成体を粉砕して標準物質たるα−NaSc12結晶相を準備した。
2.X線回折の測定
準備された標準物質粉末、および実施例1で得られたNa2.92Sc12:Eu2+ 0.04蛍光体に対してX線回折測定をCuのKαラインを用いて行った。その結果、形成されたチャートを図1に示した。両者はいずれも、図1に示されているパターンを示し、α−NaSc12結晶相であると判定された。既存の文献報告[Inger SOTOFTE and De−Chun Fu,Solid state Ionics 26(1988)307−310]に基づいて決定された空間グループはC2/c(空間群#15)である。
実験例2
1.標準物質の準備
標準物質としてAE元素を含有していない純粋なγ−NaSc12を得るために、ナトリウムモノリン酸(sodium mono−phosphate)0.6892g、酸化スカンジウム0.3108gとなるように定量した後、瑪瑙乳鉢(agate mortar)および乳棒(pestle)によって乾式で30分間混合し、粉砕した。前記混合物をアルミナ坩堝に充填した。その混合粉末を水平型アルミナチューブに配置し、時間当たり300℃の速度で1500℃まで昇温させ、1500℃で3時間保持した後、自然冷却した。形成された焼成体を粉砕して標準物質たるγ−NaSc12結晶相を製造した。
2.X線回折の測定
準備された標準物質粉末、および実施例2で得られたNa0.88Sc12:Ce3+ 0.04蛍光体に対して粉末X線回折測定をCuのKαラインを用いて行った。その結果、形成されたチャートを図3に示した。両者はいずれも、図3に示されているパターンを示し、化合物は表2に示されている指数に基づくγ−NaSc12結晶相であると判定された。既存の文献報告[M.de la Rochere et al,Solid State Ionics 9−10(1983)825−828]に基づいて決定された空間グループはR−3c(空間群#167)である。
実験例3
実施例1で得られた蛍光体に対して置換されるEuの含有量によるPL結果(相対発光強度と発光中心波長)を分析し、その結果を図5に示した。
図5から、実施例1の蛍光体は置換されるEuの含有量によって相手発光強度が異なり、活性剤であるEuの量が増加するほど発光強度が増加するが、モル組成比が0.03molを超える場合には濃度消光現象(concentration quenching effect)による強度低下が大きくなることが分かる。このような実験結果から、蛍光体に含有されたEuのモル組成比は0.03〜0.04molであることが好ましいことが分かる。また、Euのモル組成比が0.04molであるときに最良の発光強度を示すことが分かる。
実験例4
実施例1で得られた蛍光体に対して励起および発光スペクトルを観察し、その結果を図6に示した。
図6から、実施例1で得られた蛍光体が波長100nm以上440nm以下の紫外線または可視光、あるいは電子線の励起源を照射することにより、波長400nm以上500nm以下の青色を発光する特性を有することが分かる。
実験例5
実施例2で得られた蛍光体に対して置換されるCeの含有量によるPL結果(相対発光強度と発光中心波長)を分析し、その結果を図7に示した。
図7から、実施例2の蛍光体は置換されるCeの含有量によって相手発光強度が異なり、活性剤であるCeの量が増加するほど発光強度が増加するが、モル組成比が0.04molを超える場合には濃度消光現象(concentration quenching effect)による強度低下が大きくなることが分かる。このような実験結果から、蛍光体に含有されたCeのモル組成比は0.03〜0.04molであることが好ましいことが分かる。また、Ceのモル組成比が0.04であるときに最良の発光強度を示すことが分かる。
実験例6
実施例2で得られた蛍光体に対して励起および発光スペクトルを観察し、その結果を図8に示した。
図8から、実施例2で得られた蛍光体が波長100nm以上360nm以下の紫外線または可視光、あるいは電子線の励起源を照射することにより、波長350nm以上450nm以下の近紫外線を発光する特性を有することが分かる。
実験例7
実施例1で得られた蛍光体の温度別結晶相の変化をX線回折測定により観察し、このような結晶相の変化による発光強度の変化を観察する実験を行った。実験結果として得られたX線回折チャートと発光強度の変化グラフはそれぞれ図9と図10に示した。
図9から、温度が上昇すると、α−NaSc12構造からγ−NaSc12構造に変化するが、室温に冷却されたときにさらにα−NaSc12に変化することが分かる。そして、図10から、温度が上昇するほど発光強度が維持されてから増加することが分かる。このような結果から、本発明の蛍光体の最大特徴の一つである、温度に応じて結晶相が変化する特徴により蛍光特性が向上することが分かる。
実験例8
実施例2で得られた蛍光体の温度別発光強度の変化を図10に示した。
図11から、常温でγ−NaSc12構造を持っている蛍光体は、熱的消光現象によって、温度が上昇するほど発光強度が減少することが分かる。これにより、常温から高温に変化するときに相が変化する特性を持つ構造はこの特性により高温での蛍光特性が向上できることが分かる。
実施例3
実施例1で得られた青色蛍光体および商用化された他の緑色、赤色の蛍光体をシリコンレジンと混合する。この混合物をSMD(surface−mount device)型のLEDに注入して150℃で1時間硬化させることにより励起波長365nmのLED基盤のWLEDを製作した。
実験例9
実施例3で製作されたWLEDを対象として、印加されるmAによる発光スペクトルの変化を測定し、その結果を図12に示した。
図12から、本発明の実施例1で得られた蛍光体が約365nmの励起下で優れた光特性を示すことが分かる。
実験例10
実施例3で製作されたWLEDを対象として、印加されるmAによるCIE座標の変化を測定し、その結果を図13に示した。100mA印加の際に(x,y)のCIE色座標を得ることができる。この際、97の色演色指数(CRI)の色温度7253Kを示した。これは、CIE色座標で(0.33,0.33)が理想的な白色であり、商用のLED照明が85内外のCRIを有することからみて、追加の実験によって最適化が必要ではあるものの、WLEDへの応用において可能性があることを示す。
以上、本発明は、好適な実施例を挙げて図示および説明したが、前述した実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変更や修正が可能である。

Claims (16)

  1. 下記化学式1を有する蛍光体。
    [化学式1]
    1+x2−x12:AE
    (式中、Aは1価の金属陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Bは3価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Cは4価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、Dは5価の陽イオンよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、XはN、O、F、P、S、O、ClおよびBrよりなる群から選択された1種または2種の元素であり、AEはMn、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、UおよびBiよりなる群から選択される1種または2種の元素であり、0≦x≦2であり、0≦y≦0.1である。)
  2. 前記蛍光体は、NaSc12またはNaSc12固溶体の結晶相と同じ結晶構造を持つ無機化合物であることを特徴とする、請求項1に記載の蛍光体。
  3. 前記AはLi、Na、K、RbおよびCsのいずれか一つであり、前記BはSc、Cr、Fe、Y、La、GdおよびLuのいずれか一つであり、前記CはC、Si、Ti、GeおよびZrのいずれか一つであり、前記DはN、PおよびVのいずれか一つであることを特徴とする、請求項1に記載の蛍光体。
  4. 前記蛍光体は、熱を加えると結晶構造が変化し、蛍光特性が向上することを特徴とする、請求項1に記載の蛍光体。
  5. 前記蛍光体の結晶構造は、常温でα−NaSc12結晶相またはα−NaSc12結晶相の固溶体と同じであり、50〜60℃で加熱されると、β−NaSc12結晶相またはβ−NaSc12結晶相の固溶体と同じであり、150℃以上で加熱されると、γ−NaSc12結晶相またはγ−NaSc12結晶相の固溶体と同じであることを特徴とする、請求項4に記載の蛍光体。
  6. 前記蛍光体は下記化学式2を有することを特徴とする、請求項1に記載の蛍光体。
    [化学式2]
    Na3−xSc12:AE
    (式中、AEはEu2+またはCe3+であり、0<x≦0.5である。)
  7. 励起源として波長100nm〜450nmの紫外線、可視光線または電子線を照射すると、前記蛍光体は波長350nm〜500nmの近紫外線または青色を発光する蛍光特性を示すことを特徴とする、請求項6に記載の蛍光体。
  8. 前記蛍光体は、励起源が照射されたときに発光する色がCIE色度座標上の(x,y)値において0.01≦x≦0.3の条件を満足する蛍光特性を示すことを特徴とする、請求項6に記載の蛍光体。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項の蛍光体、および該蛍光体とは異なる結晶相または非結晶相の化合物を含む蛍光体組成物。
  10. 前記蛍光体は0.1μm〜20μmの平均粒径を有する粉末であることを特徴とする、請求項9に記載の蛍光体組成物。
  11. 前記異なる結晶相または非結晶相の化合物は、導電性無機物であって、Zn、Al、Ga、InおよびSnから選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物または窒化物であることを特徴とする、請求項9に記載の蛍光体組成物。
  12. 前記異なる結晶相または非結晶相の化合物は、前記蛍光体とは異なる蛍光特性を有する無機蛍光体である、請求項9に記載の蛍光体組成物。
  13. 300nm〜550nmの励起光源と、
    請求項1〜8のいずれか一項の蛍光体または請求項9の蛍光体組成物のうちの一つ以上と、を含む発光素子。
  14. 請求項1〜8のいずれか一項の蛍光体または請求項9の蛍光体組成物のうちの一つ以上を含むイメージディスプレイユニット。
  15. 請求項1〜8のいずれか一項の蛍光体または請求項9の蛍光体組成物のうちの一つ以上を含む顔料。
  16. 請求項1〜8のいずれか一項の蛍光体または請求項9の蛍光体組成物のうちの一つ以上を含む紫外線吸収剤。
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