JP2021172670A - 蛍光体およびそれを使用した発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
下記組成式(1)
Y3−x−zAxCezAl5−ySiyO12・・・(1)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
Aは、Yb、Eu、Laのいずれか一つであり、
式(1)中のx、yおよびzはそれぞれAの組成比率、Siの組成比率、Ceの組成比率であり、
yは、y≧2.5を満たし、
zは、0<z≦0.15の範囲であることを特徴とする。
上記蛍光体と、400nm以上500nm以下に発光ピーク波長を有する光源と、
を備えていることを特徴とする。
Y3−x−zAxCezAl5−ySiyO12・・・(1)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
Aは、Yb、Eu、Laのいずれか一つであり、
式(1)中のx、yおよびzはそれぞれAの組成比率、Znの組成比率、Ceの組成比率であり、
y、およびzは、y≧2.5かつ、
0<z≦0.15である。
前記zおよびyは、x≦2.7、y≦1.67x+2かつy≦4.5であってもよい。
前記zおよびyは、x≦2.7、y≦1.67x+2かつy≦4.5であってもよい。
前記zおよびyは、y≦1.67x+2かつy≦−1.67x+7であってもよい。
400nm以上500nm以下に発光ピーク波長を有する光源と、
を備えている。
つまり、本開示の蛍光体は、
Y3−x−zAxCezAl5−ySiyO12・・・(1)
の組成式(1)で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
Aは、Yb、Eu、Laのいずれか一つであり、
y≧2.5かつ、
0<z≦0.15であることを特徴とする。
また、0<z≦0.15であるのは、発光を得るためにはCeを含む必要があるため、zの値は0より大きい。zの値は、発光強度増大の観点から、望ましくは0.0001以上、より望ましくは0.003以上である。蛍光体が発光し得る限り、zの値の最大値に特に制限はない。しかし、zの値が大きくなりすぎる場合には、濃度消光により発光強度が低下する。そのため、zの値を0.15以下とすることにより、発光強度の低下を抑制できる。また、zの値は発光強度増大の観点から、望ましくは0.1以下である。
<蛍光体>
実施の形態1に係る蛍光体は、
下記組成式(2)
Y3−x−zYbxCezAl5−ySiyO12・・・(2)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
式(2)中のx、yおよびzはそれぞれYbの組成比率、Siの組成比率、Ceの組成比率であり、
xおよびyは、x≦2.7、y≧2.5、y≦1.67x+2かつy≦4.5を同時に満たし、
zは、0<z≦0.15の範囲である。
以下、実施の形態1に係る蛍光体材料の製造方法について説明する。
(1)原料としては、イットリウム(Y)、イッテルビウム(Yb)、セリウム(Ce)、アルミニウム(Al)およびケイ素(Si)の原材料として、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、および酸化ケイ素を準備する。原材料はこれら酸化物でなくとも、炭酸塩などを始めとする金属塩化合物とすることも可能である。
(2)原料の粉末の所定量を計量し、十分に混合する。混合方法は、溶液中での湿式混合でも、乾燥粉末の乾式混合でもよい。工業的に用いられるボールミル、媒体攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ジェットミル、攪拌機等を用いることができる。前記混合粉末の0.1重量%から10重量%相当、フラックスとしてフッ化バリウム(BaF2)やフッ化ストロンチウム(SrF2)を混合することもできる。フラックスの効果としては、焼成中に融解し、各原料の拡散を促進して反応性を高めるために用いる。
(4)焼成後は冷却し、解砕、酸によるフラックス洗浄などの工程を経て、蛍光体材料の粉末を得ることができる。
以上によって、蛍光体を得ることができる。
実施例1−1〜実施例1−15および比較例1−1の発光スペクトルを、積分球を使用した分光蛍光光度計を用いて測定する。合成した蛍光体を積分球内の所定の位置に設置し、測定装置に付属の青色LED光源から発せられる青色光を粉末に照射し、発光スペクトルを測定することで、発光ピーク波長を得る。
発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長が600nm以上700nm以下であるものを、長波長領域における発光特性が優れたものとして○、発光ピーク波長が600nm未満であるものを、長波長領域における発光特性が不十分なものとして×とする。
Y3−x−zYbxCezAl5−ySiyO12・・・(2)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、式(2)中のx、yおよびzはそれぞれYbの組成比率、Ceの組成比率、Siの組成比率であり、xおよびyは、x≦2.7、y≧2.5、y≦1.67x+2かつy≦4.5を同時に満たし、zは、0<z≦0.15の範囲であれば、発光ピーク波長が600nm以上となる。
<LED発光装置>
図3は、本開示の実施の形態1に係るLED発光装置10の一例の模式図である。以下に、組成式(2)で示す蛍光体18と、光源としてLEDチップ11と、を備えたLED発光装置10について説明する。図3は、LED発光装置10の一実施形態を示す概略模式図である。図3に示すように、LED発光装置10は、LEDチップ11が支持体12上に、出射面が支持体12と接する面とならないよう、はんだ13を介して固定されている。さらにLEDチップ11はボンディングワイヤ14によって、支持体12に配置された電極15と電気的に接続されている。またLEDチップ11は、LED波長変換部材16によって覆われており、LED波長変換部材16は、LED封止体17と赤色蛍光体18、黄色蛍光体19、及び、緑色蛍光体20を含む。
図4は、本開示の実施の形態1に係るLD発光装置30の一例の模式図である。以下に、組成式(2)の蛍光体18と、光源としてLD素子31と、を備えたLD発光装置30について説明する。図4は、LD発光装置30の一実施形態を示す概略模式図である。図4に示すように、LD発光装置30は、LD素子31と、入射光学系32と、LD波長変換部材33とを備える。また、LD波長変換部材33は、バインダー34と、図3と同様の赤色蛍光体18、黄色蛍光体19、及び、緑色蛍光体20を含む。
<蛍光体>
実施の形態2に係る蛍光体は、下記組成式(3)
Y3−x−zEuxCezAl5−ySiyO12・・・(3)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
式(3)中のx、yおよびzはそれぞれEuの組成比率、Siの組成比率、Ceの組成比率であり、
xおよびyは、x≦2.7、y≧2.5、y≦1.67x+2かつy≦4.5を同時に満たし、
zは、0<z≦0.15の範囲である。
以下、実施の形態2に係る蛍光体材料の製造方法について説明する。
(1)原料としては、イットリウム(Y)、ユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、アルミニウム(Al)およびケイ素(Si)の原材料として、酸化イットリウム、酸化ユーロピウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、および酸化ケイ素を準備する。原材料はこれら酸化物でなくとも、炭酸塩などを始めとする金属塩化合物とすることも可能である。
(2)原料の粉末の所定量を計量し、十分に混合する。混合方法は、溶液中での湿式混合でも、乾燥粉末の乾式混合でもよい。工業的に用いられるボールミル、媒体攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ジェットミル、攪拌機等を用いることができる。前記混合粉末の0.1重量%から10重量%相当、フラックスとしてフッ化バリウム(BaF2)やフッ化ストロンチウム(SrF2)を混合することもできる。フラックスの効果としては、焼成中に融解し、各原料の拡散を促進して反応性を高めるために用いる。
(4)焼成後は冷却し、解砕、酸によるフラックス洗浄などの工程を経て、蛍光体材料の粉末を得ることができる。
以上によって、蛍光体を得ることができる。
実施例2−1〜実施例2−16および比較例2−1〜比較例2−2の発光スペクトルを、積分球を使用した分光蛍光光度計を用いて測定する。合成した蛍光体を積分球内の所定の位置に設置し、測定装置に付属の青色LED光源から発せられる青色光を粉末に照射し、発光スペクトルを測定することで、発光ピーク波長を得る。
発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長が600nm以上700nm以下であるものを、長波長領域における発光特性が優れたものとして○、発光ピーク波長が600nm未満であるものを、長波長領域における発光特性が不十分なものとして×とする。
Y3−x−zEuxCezAl5−ySiyO12・・・(3)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、式(3)中のx、yおよびzはそれぞれEuの組成比率、Ceの組成比率、Siの組成比率であり、xおよびyは、xおよびyは、x≦2.7、y≧2.5、y≦1.67x+2かつy≦4.5を同時に満たし、zは、0<z≦0.15の範囲であれば、発光ピーク波長が600nm以上となる。
本実施の形態2に係る発光装置は、図3、図4に示した実施の形態1に係る発光装置10、30と赤色蛍光体以外は同一の構成であるため説明は省略する。ただし、赤色蛍光体18には実施の形態2で示した蛍光体を用いる。
<蛍光体>
実施の形態3に係る蛍光体は、
下記組成式(4)
Y3−x−zLaxCezAl5−ySiyO12・・・(4)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
式(4)中のx、yおよびzはそれぞれLaの組成比率、Siの組成比率、Ceの組成比率であり、
xおよびyは、y≧2.5、y≦1.67x+2かつy≦−1.67x+7を同時に満たし、
zは、0<z≦0.15の範囲である。
以下、実施の形態3に係る蛍光体材料の製造方法について説明する。
(1)原料としては、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、アルミニウム(Al)およびケイ素(Si)の原材料として、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、および酸化ケイ素を準備する。原材料はこれら酸化物でなくとも、炭酸塩などを始めとする金属塩化合物とすることも可能である。
(2)上記原料の粉末の所定量を計量し、十分に混合する。混合方法は、溶液中での湿式混合でも、乾燥粉末の乾式混合でもよい。工業的に用いられるボールミル、媒体攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ジェットミル、攪拌機等を用いることができる。前記混合粉末の0.1重量%から10重量%相当、フラックスとしてフッ化バリウム(BaF2)やフッ化ストロンチウム(SrF2)を混合することもできる。フラックスの効果としては、焼成中に融解し、各原料の拡散を促進して反応性を高めるために用いる。
(4)焼成後は冷却し、解砕、酸によるフラックス洗浄などの工程を経て、蛍光体材料の粉末を得ることができる。
以上によって、蛍光体を得ることができる。
実施例3−1〜実施例3−7および比較例3−1〜比較例3−3の発光スペクトルを、積分球を使用した分光蛍光光度計を用いて測定する。合成した蛍光体を積分球内の所定の位置に設置し、測定装置に付属の青色LED光源から発せられる青色光を粉末に照射し、発光スペクトルを測定することで、発光ピーク波長を得る。
発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長が600nm以上700nm以下であるものを、長波長領域における発光特性が優れたものとして○、発光ピーク波長が600nm未満であるものを、長波長領域における発光特性が不十分なものとして×とする。
Y3−x−zLaxCezAl5−ySiyO12・・・(4)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、式(4)中のx、yおよびzはそれぞれLaの組成比率、Ceの組成比率、Siの組成比率であり、xおよびyは、y≧2.5、y≦1.67x+2かつy≦−1.67x+7を同時に満たし、zは、0<z≦0.15の範囲であれば、発光ピーク波長が600nm以上となる。
本実施の形態3に係る発光装置は、図3,図4に示す実施の形態1に係る発光装置10,30と赤色蛍光体以外は同一の構成であるため説明は省略する。ただし、赤色蛍光体18には実施の形態3で示した蛍光体を用いる。
2 Yサイト
3 Alサイト
4 Oサイト
10 LED発光装置
11 LEDチップ
12 支持体
13 はんだ
14 ボンディングワイヤ
15 電極
16 LED波長変換部材
17 LED封止体
18 赤色蛍光体
19 黄色蛍光体
20 緑色蛍光体
30 LD発光装置
31 LD素子
32 入射光学系
33 LD波長変換部材
34 バインダー
Claims (5)
- 下記組成式(1)
Y3−x−zAxCezAl5−ySiyO12・・・(1)
で表されるガーネット型の結晶構造を有する材料を含み、
Aは、Yb、Eu、Laのいずれか一つであり、
式(1)中のx、yおよびzはそれぞれAの組成比率、Znの組成比率、Ceの組成比率であり、
y、およびzは、y≧2.5かつ、
0<z≦0.15である、
蛍光体。 - 前記AはYbであり、
前記zおよびyは、x≦2.7、y≦1.67x+2かつy≦4.5である、
請求項1に記載の蛍光体。 - 前記AはEuであり、
前記zおよびyは、x≦2.7、y≦1.67x+2かつy≦4.5である、
請求項1に記載の蛍光体。 - 前記AはLaであり、
前記zおよびyは、y≦1.67x+2かつy≦−1.67x+7である、
請求項1に記載の蛍光体。 - 請求項1から4の何れか1つに記載の蛍光体と、
400nm以上500nm以下に発光ピーク波長を有する光源と、
を備えている、発光装置。
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