JP2022163451A - Phosphor and light-emitting device including the same - Google Patents

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Junya Tanaka
莉穂 森山
Riho Moriyama
真之介 秋山
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Abstract

To provide a phosphor that shows little decrease in luminance due to brightness saturation under a high-power light source and has excellent emission properties in a blue-green wavelength range.SOLUTION: A phosphor comprises a material having a garnet type crystal structure represented by the following formula (1) Lu3-x-zCezErxAl5-yAyO12 (1), where A is one of Ga, Mg, and Si, with 0<x≤2.85, 0.25≤y and 0<z≤0.12.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、青色系の励起光を吸収し、青緑色の蛍光を発する蛍光体、およびこの蛍光体を用いた発光装置に関する。 The present invention relates to a phosphor that absorbs bluish excitation light and emits blue-green fluorescence, and a light-emitting device using this phosphor.

発光ダイオード(以下、LED)等の半導体発光素子は、小型で消費電力が少なく、高輝度の発光を安定に行うことができるという利点を有しており、白熱灯等の照明器具に替わって、白色光を発するLEDからなる発光装置を用いた照明器具が多く使用されている。白色光を発するLEDとしては、例えば、青色LEDとYAl12:Ceの組成式で示されるCe賦活YAG系の黄色蛍光体とを組み合わせたものが知られている。 Semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) have the advantages of being small, consuming less power, and capable of stably emitting light with high luminance. BACKGROUND ART Many lighting fixtures using light-emitting devices composed of LEDs that emit white light are used. As an LED that emits white light, for example, a combination of a blue LED and a Ce-activated YAG-based yellow phosphor represented by a composition formula of Y 3 Al 5 O 12 :Ce is known.

上記構成の発光装置では、青色LEDの素子にCe賦活YAG蛍光体と樹脂を混合した材料を塗布することで、LEDの青色光とCe賦活YAG蛍光体とから発せられる黄色光との混色により白色光を実現している。ただし、この構成では、Ce賦活YAG蛍光体の発光特性に起因して青白く発色し、演色性に欠けるという問題がある。この問題を改善するものとして、青色LEDと黄色蛍光体とに加えて、緑色蛍光体や赤色蛍光体を複数組み合わせて白色光を発光する手法も用いられている。このような構成にすると不足している波長を互いに補い、可視光成分をより多く含んだ発光が得られる。 In the light-emitting device having the above configuration, a material obtained by mixing Ce-activated YAG phosphor and resin is applied to the element of the blue LED. realizing the light. However, this configuration has a problem that it develops a pale color due to the emission characteristics of the Ce-activated YAG phosphor and lacks color rendering properties. As a solution to this problem, in addition to blue LEDs and yellow phosphors, a technique is also used in which a plurality of green phosphors and red phosphors are combined to emit white light. With such a configuration, the short wavelengths are compensated for, and light emission containing more visible light components can be obtained.

一方、近年、演色性に対するニーズは用途によって多様化しており、より細かく色度を調整するための蛍光体が求められている。その一つに、黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体に加えて、さらに青緑色蛍光体を追加することで演色性を向上させる、という要求がある。これは、LED照明のみならず、プロジェクター等に用いられるレーザーダイオード(LD)と蛍光体ホイールとを用いた光源でも同様である。 On the other hand, in recent years, needs for color rendering properties have diversified depending on the application, and phosphors for more finely adjusting chromaticity are desired. One of them is a demand to improve the color rendering properties by adding a blue-green phosphor in addition to the yellow phosphor, the green phosphor, and the red phosphor. This applies not only to LED lighting, but also to light sources using laser diodes (LD) and phosphor wheels used in projectors and the like.

一般的な青緑色蛍光体として、例えば特許文献1に、青色LEDとEu賦活SiAlON系蛍光体とを組み合わせることにより、発光波長が約500nmとなる青緑色領域の発光を実現可能な蛍光体が開示されている。 As a general blue-green phosphor, for example, Patent Document 1 discloses a phosphor capable of emitting light in the blue-green region with an emission wavelength of about 500 nm by combining a blue LED and an Eu-activated SiAlON phosphor. It is

特開2005-112922号公報JP-A-2005-112922

しかしながら特許文献1の蛍光体には、以下の課題がある。
例えば、励起光源として青色LD等の高出力励起光源を適用し、高輝度、高演色光源を実現しようとする場合、上記特許文献1に記載の蛍光体では発光中心として発光寿命の長いEuを賦活している。このため、高出力光源下では輝度飽和により発光輝度を大きくすることができず、高出力化が困難である。輝度飽和とは、光源の出力に対して蛍光体からの発光輝度が比例しない現象であり、発光する元素の発光寿命が長いほど輝度飽和が起こりやすいことが知られている。前述のCe賦活YAG系蛍光体であれば、EuよりCeの発光寿命が短いため、輝度飽和が起こりにくい。また、特許文献1のEuが賦活される母相は酸窒化物蛍光体であり、その製造プロセス、特に合成反応を行う焼成工程の管理や大型の製造装置が必要であるなど、プロセスが複雑になる。例えば、原料にSiを用いた場合、高温で熱分解するため、焼成時には高圧環境を伴う炉が必要となり、安定的な品質を確保することが難しい。また焼成中はアンモニアといった雰囲気下で行う場合もあり、危険を伴うプロセスとなる場合がある。一方、酸化物蛍光体であれば高圧環境などは不要で、使用する材料に依存するが大気中での合成も可能である。このような理由から、青緑色領域に発光ピークを有する新たなCe賦活酸化物蛍光体が求められている。
However, the phosphor of Patent Document 1 has the following problems.
For example, when applying a high-output excitation light source such as a blue LD as an excitation light source to realize a high-luminance, high-color-rendering light source, the phosphor described in Patent Document 1 activates Eu, which has a long emission life as the emission center. is doing. Therefore, under a high output light source, the emission luminance cannot be increased due to luminance saturation, and it is difficult to increase the output. Luminance saturation is a phenomenon in which the luminance of light emitted from a phosphor is not proportional to the output of a light source. In the above-mentioned Ce-activated YAG-based phosphor, luminance saturation is less likely to occur because Ce has a shorter emission life than Eu. In addition, the mother phase in which Eu is activated in Patent Document 1 is an oxynitride phosphor, and the process is complicated, such as the need for management of the manufacturing process, especially the baking process in which the synthesis reaction is performed, and a large manufacturing apparatus. Become. For example, when Si 3 N 4 is used as a raw material, it is thermally decomposed at a high temperature, so a furnace with a high-pressure environment is required during firing, making it difficult to ensure stable quality. In addition, firing may be performed in an atmosphere such as ammonia, which may be a dangerous process. On the other hand, oxide phosphors do not require a high-pressure environment and can be synthesized in the air, depending on the materials used. For these reasons, a new Ce-activated oxide phosphor having an emission peak in the blue-green region is desired.

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、高出力光源下での輝度飽和による発光輝度の低下が少なく、高演色性を示すことができる蛍光体、即ち、発光ピーク波長480nm以上525nm未満を示すCeを賦活した酸化物蛍光体を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve such conventional problems. It is an object of the present invention to provide a Ce-activated oxide phosphor exhibiting below 525 nm.

本開示の一態様に係る蛍光体は、下記組成式(1)
Lu3-x-zCeErAl5-y12・・・(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、Ga、Mg、Siのいずれか一つであり、
0<x≦2.85、0.25≦yかつ、
0<z≦0.12である。
The phosphor according to one aspect of the present disclosure has the following composition formula (1)
Lu3 -xzCezErxAl5- yAyO12 ( 1 )
including a material having a garnet-type crystal structure represented by
A is any one of Ga, Mg, and Si;
0<x≦2.85, 0.25≦y and
0<z≦0.12.

また、本発明に係る発光装置は、上記蛍光体と、400nm以上450nm以下に発光ピーク波長を有する光源と、
を備えている。
Further, a light-emitting device according to the present invention includes the phosphor, a light source having an emission peak wavelength of 400 nm or more and 450 nm or less,
It has

本発明に係る蛍光体によれば、その発光ピーク波長は480nm以上525nm未満であるため、可視光領域内の青緑色の波長領域において高い演色性を示す。また、発光中心元素としてCeを用いているため、高出力光源の照射下での輝度飽和が少ない。従って、例えば450nmを発光ピーク波長とする青色発光の光源との組み合わせにおいて、高輝度および高演色な発光装置を得ることができる。また、Ceを賦活する母相に酸化物を使用しているため、複雑なプロセスを採ることなく安定した品質の蛍光体を提供することができる。 Since the phosphor according to the present invention has an emission peak wavelength of 480 nm or more and less than 525 nm, it exhibits high color rendering properties in the blue-green wavelength region within the visible light region. In addition, since Ce is used as the luminescence central element, there is little luminance saturation under irradiation with a high-output light source. Therefore, in combination with a light source that emits blue light having an emission peak wavelength of 450 nm, for example, a light-emitting device with high luminance and high color rendering can be obtained. In addition, since an oxide is used for the mother phase that activates Ce, a phosphor with stable quality can be provided without adopting a complicated process.

実施の形態1に係る蛍光体の母結晶の結晶構造の模式図である。1 is a schematic diagram of a crystal structure of a mother crystal of a phosphor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる組成範囲を表す図である。4 is a diagram showing a composition range in which the emission peak wavelength of the phosphor according to Embodiment 1 is 480 nm or more and less than 525 nm; FIG. 実施の形態1に係るLED発光装置の断面構成を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of an LED light emitting device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るLD発光装置の断面構成を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of an LD light emitting device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態2に係る蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる組成範囲を表す図である。5 is a diagram showing a composition range in which the emission peak wavelength of the phosphor according to Embodiment 2 is 480 nm or more and less than 525 nm; FIG. 実施の形態3に係る蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる組成範囲を表す図である。FIG. 10 is a diagram showing a composition range in which the emission peak wavelength of the phosphor according to Embodiment 3 is 480 nm or more and less than 525 nm; 実施例1-1~実施例1-23および比較例1-1~比較例1-3の蛍光体材料の粉末における組成式(2)のx、y、zの値と発光ピーク波長の一覧を示す表1である。A list of the values of x, y, and z in the composition formula (2) and the emission peak wavelength of the phosphor material powders of Examples 1-1 to 1-23 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 Table 1 shows. 実施例2-1~実施例2-13および比較例2-1~比較例2-5の蛍光体材料の粉末における組成式(3)のx、y、zの値と発光ピーク波長の一覧を示す表2である。A list of the values of x, y, and z in the composition formula (3) and the emission peak wavelength of the phosphor material powders of Examples 2-1 to 2-13 and Comparative Examples 2-1 to 2-5 Table 2 shows. 実施例3-1~実施例3-6および比較例3-1~比較例3-5の蛍光体材料の粉末における組成式(4)のx、y、zの値と発光ピーク波長の一覧を示す表3である。A list of x, y, z values and emission peak wavelengths of composition formula (4) in the phosphor material powders of Examples 3-1 to 3-6 and Comparative Examples 3-1 to 3-5 Table 3 is shown.

第1の態様に係る蛍光体は、下記組成式(1)Lu3-x-zCeErAl5-y12・・・(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、Ga、Mg、Siのいずれか一つであり、0<x≦2.85、0.25≦yかつ、0<z≦0.12である。 The phosphor according to the first aspect has a garnet-type crystal structure represented by the following composition formula (1) Lu 3-xz Ce z Er x Al 5-y A y O 12 (1) A is one of Ga, Mg, Si, 0<x≦2.85, 0.25≦y, and 0<z≦0.12.

第2の態様に係る蛍光体は、上記第1の態様において、AはGaであり、0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦4.75かつ、y≧-3.75x+3.06であってもよい。 In the phosphor according to the second aspect, in the first aspect, A is Ga, 0.15 ≤ x ≤ 2.85, 0.25 ≤ y ≤ 4.75, and y ≥ -3.75 x + 3 0.06.

第3の態様に係る蛍光体は、上記第1の態様において、AはMgであり、0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦1.25かつ、y≦0.56x+0.42であってもよい。 A phosphor according to a third aspect is the first aspect, wherein A is Mg, 0.15≦x≦2.85, 0.25≦y≦1.25, and y≦0.56x+0. 42 may be used.

第4の態様に係る蛍光体は、上記第1の態様において、AはSiであり、1.5≦x≦2.85かつ0.25≦y≦0.5であってもよい。 In a phosphor according to a fourth aspect, in the first aspect, A may be Si, and 1.5≦x≦2.85 and 0.25≦y≦0.5.

第5の態様に係る発光装置は、上記第1から第4の何れかの態様に係る蛍光体と、400nm以上450nm以下に発光ピーク波長を有する光源と、を備える。 A light-emitting device according to a fifth aspect includes the phosphor according to any one of the first to fourth aspects, and a light source having an emission peak wavelength of 400 nm or more and 450 nm or less.

以下、本開示の各実施の形態に係る蛍光体及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
まず始めに各実施の形態に共通する本開示に係る蛍光体の特徴について説明する。
Phosphors and manufacturing methods thereof according to embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the component which is common in each figure, and those description is abbreviate|omitted suitably.
First, the features of the phosphor according to the present disclosure that are common to each embodiment will be described.

蛍光体の光学特性は、母結晶と発光中心の種類とで決定する。例えば、一般的に緑色蛍光体として知られているLuAl12:Ceは、母結晶として立方晶系に属するガーネット構造の結晶であり、発光中心はCeである。図1にこのガーネット型結晶1の模式図を示す。Luサイト2とAlサイト3に入る陽イオンに対して、Oサイト4の酸素イオンが配位しており、Luサイト2では12面体配位、Alサイト3に対しては、8面体配位と4面体配位との2種類がある。本実施の形態1においても、母結晶はガーネット構造を有するLuAl12結晶であり、図1におけるLuサイト2の一部がCeで置換され、またLuサイト2、Alサイト3の一部がさらに別の元素で置換された蛍光体となっている。尚、発光中心となるCeについては、全体としての添加量が微量であり、全ての結晶格子に存在しているわけではないため図示していない。Luサイト2、およびAlサイト3の一部を置換することにより、発光中心であるCe周辺の結晶場が変化する。すると、Ce周辺の結晶場の変化に伴い、Ceのバンドギャップが大きくなり、発光波長が短波長側にシフトする。 The optical properties of the phosphor are determined by the mother crystal and the type of luminescent center. For example, Lu 3 Al 5 O 12 :Ce, which is generally known as a green phosphor, is a crystal with a garnet structure belonging to the cubic system as a mother crystal, and the luminescence center is Ce. FIG. 1 shows a schematic diagram of this garnet type crystal 1 . The cations entering Lu site 2 and Al site 3 are coordinated with oxygen ions at O site 4. Lu site 2 is dodecahedral coordination, and Al site 3 is octahedral coordination. There are two types: tetrahedral coordination. In Embodiment 1 as well, the mother crystal is a Lu 3 Al 5 O 12 crystal having a garnet structure, part of the Lu site 2 in FIG. It is a phosphor in which the part is further substituted with another element. Ce, which serves as the luminescence center, is not shown in the figure because the amount of Ce added as a whole is very small and does not exist in all crystal lattices. By substituting the Lu site 2 and part of the Al site 3, the crystal field around Ce, which is the emission center, changes. Then, the bandgap of Ce increases as the crystal field around Ce changes, and the emission wavelength shifts to the shorter wavelength side.

このような各実施の形態における共通要素は下記組成式(1)で表すことができる。
本開示に係る蛍光体は、
Lu3-x-zCeErAl5-y12・・・(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、Ga、Mg、Siのいずれか一つであり、
0<x≦2.85、0.25≦yかつ、
0<z≦0.12であることを特徴とする。
0<xであるのは、Luサイト2を置換するErの組成比が0であると、上記で示した発光元素であるCeに対する結晶場の影響が小さくなり発光ピーク波長に与える影響も小さくなるためである。
x≦2.85であるのは、Luサイト2を置換するErの組成比が2.85より大きいと、熱的に不安定になるためである。具体的には、LuAl12結晶は温度上昇によって発光輝度が低下する温度消光という現象が比較的起きにくい蛍光体とされているが、Erの置換量が多くなるとその温度消光の影響が発現しやすくなるためである。
0.25≦yであるのは、Alサイト3を置換する元素Aの組成比が0.25未満であると、上記で示した発光元素であるCeに対する結晶場の影響が小さくなり発光ピーク波長に与える影響も小さくなるためである。
また、0<z≦0.12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0.12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。
A common element in each of these embodiments can be represented by the following compositional formula (1).
The phosphor according to the present disclosure is
Lu3 -xzCezErxAl5- yAyO12 ( 1 )
including a material having a garnet-type crystal structure represented by
A is any one of Ga, Mg, and Si;
0<x≦2.85, 0.25≦y and
It is characterized by 0<z≦0.12.
The reason for 0<x is that when the composition ratio of Er substituting Lu site 2 is 0, the effect of the crystal field on Ce, which is the light-emitting element shown above, is reduced, and the effect on the emission peak wavelength is also reduced. It's for.
The reason for x≦2.85 is that if the composition ratio of Er substituting the Lu site 2 is larger than 2.85, it becomes thermally unstable. Specifically, the Lu 3 Al 5 O 12 crystal is considered to be a phosphor in which the phenomenon of temperature quenching, in which the emission luminance decreases with temperature rise, is relatively unlikely to occur. is likely to occur.
The reason why 0.25≦y is that when the composition ratio of the element A substituting the Al site 3 is less than 0.25, the effect of the crystal field on Ce, which is the light-emitting element shown above, becomes small, and the light-emitting peak wavelength This is because the effect on the
Also, 0<z≦0.12 is because the value of z is greater than 0 because Ce must be included in order to obtain light emission. The value of z is preferably 0.0001 or more, more preferably 0.003 or more, from the viewpoint of increasing the emission intensity. There is no particular limitation on the maximum value of z as long as the phosphor can emit light. However, when the value of z becomes too large, the emission intensity decreases due to concentration quenching. Therefore, by setting the value of z to 0.12 or less, it is possible to suppress the decrease in emission intensity. Also, the value of z is desirably 0.1 or less from the viewpoint of increasing the emission intensity.

(実施の形態1)
<蛍光体>
実施の形態1に係る蛍光体は、
下記組成式(2)
Lu3-x-zCeErAl5-yGa12・・・(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Erの組成比、Gaの組成比、Ceの組成比であり、
xおよびyは、0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦4.75かつy≧-3.75x+3.06を同時に満たし、zは、0<z≦0.12の範囲である。
(Embodiment 1)
<Phosphor>
The phosphor according to Embodiment 1 is
The following compositional formula (2)
Lu3 -xzCezErxAl5- yGayO12 ( 2 )
including a material having a garnet-type crystal structure represented by
x, y, and z in formula (2) are the composition ratio of Er, the composition ratio of Ga, and the composition ratio of Ce, respectively;
x and y simultaneously satisfy 0.15 ≤ x ≤ 2.85, 0.25 ≤ y ≤ 4.75 and y ≥ -3.75 x + 3.06, and z is in the range of 0 < z ≤ 0.12 be.

組成式(2)において、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0.12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。 In the compositional formula (2), the value of z is greater than 0 because Ce must be included in order to obtain light emission. The value of z is preferably 0.0001 or more, more preferably 0.003 or more, from the viewpoint of increasing the emission intensity. There is no particular limitation on the maximum value of z as long as the phosphor can emit light. However, when the value of z becomes too large, the emission intensity decreases due to concentration quenching. Therefore, by setting the value of z to 0.12 or less, it is possible to suppress the decrease in emission intensity. Also, the value of z is desirably 0.1 or less from the viewpoint of increasing the emission intensity.

<蛍光体の製造方法>
以下、実施の形態1における蛍光体材料の製造方法について説明する。
(1)まず、原材料の粉末を用意する。原材料としては、ルテチウム(Lu)、エルビウム(Er)、セリウム(Ce)、アルミニウム(Al)およびガリウム(Ga)の原材料として、酸化ルテチウム、酸化エルビウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、および酸化ガリウムを準備する。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)次いで、これらの原材料の粉末について所定量を計量し、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。混合には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(BaF)やフッ化ストロンチウム(SrF)を混合することもできる。フラックスは、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効果を有する。
(3)次に、上記のようにして準備した混合粉末を焼成する。焼成には電気炉を使用することができ、例えばアルミナ製の坩堝中に混合粉末を入れて、アルミナ坩堝ごと1200℃以上1700℃以下で1時間以上12時間以下の時間で加熱し焼成する。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。
<Manufacturing method of phosphor>
A method for manufacturing the phosphor material according to Embodiment 1 will be described below.
(1) First, raw material powder is prepared. Lutetium (Lu), erbium (Er), cerium (Ce), aluminum (Al), and gallium (Ga) are prepared as raw materials, and lutetium oxide, erbium oxide, cerium oxide, aluminum oxide, and gallium oxide are prepared as raw materials. . Materials other than these oxides can also be metal salt compounds such as carbonates.
(2) Next, weigh out predetermined amounts of these raw material powders and mix them thoroughly. The mixing method may be wet mixing in solution or dry mixing of dry powders. For mixing, industrially used ball mills, medium stirring mills, planetary mills, vibrating mills, jet mills, stirrers and the like can be used. Barium fluoride (BaF 2 ) or strontium fluoride (SrF 2 ) can be mixed as a flux corresponding to 0.1 wt % to 10 wt % of the mixed powder. Flux melts during firing and has the effect of promoting diffusion of each raw material and increasing reactivity.
(3) Next, the mixed powder prepared as described above is fired. An electric furnace can be used for sintering. For example, the mixed powder is placed in an alumina crucible and heated together with the alumina crucible at 1200° C. or higher and 1700° C. or lower for 1 hour or more and 12 hours or less. After sintering, the powder is cooled, pulverized, and subjected to flux cleaning with an acid to obtain powder of the phosphor material.

<発光特性の評価>
実施例1-1~実施例1-23および比較例1-1~比較例1-3の蛍光体材料の粉末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。合成した蛍光体材料の粉末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蛍光体材料の粉末に照射し、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。
<Evaluation of light emission characteristics>
The emission spectra of the phosphor material powders of Examples 1-1 to 1-23 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 are measured using a spectrofluorophotometer using an integrating sphere. By setting the synthesized phosphor material powder at a predetermined position in the integrating sphere, irradiating the phosphor material powder with blue light emitted from a blue LED light source attached to the measuring device, and measuring the emission spectrum, Obtain the emission peak wavelength.

(判定基準)
発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満であるものを、青緑色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525nm以上であるものを、青緑色領域における発光特性が不十分なものとして×とする。
(criterion)
In the emission spectrum, those with an emission peak wavelength of 480 nm or more and less than 525 nm are evaluated as having excellent emission characteristics in the blue-green region, and those with an emission peak wavelength of 525 nm or more are evaluated as having insufficient emission characteristics in the blue-green region. x as a thing.

実施例1-1~実施例1-23および比較例1-1~比較例1-3の蛍光体材料の粉末における組成式(2)のx、y、zの値と発光ピーク波長の一覧を図7の表1に示す。 A list of the values of x, y, and z in the composition formula (2) and the emission peak wavelength of the phosphor material powders of Examples 1-1 to 1-23 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 It is shown in Table 1 of FIG.

図7の表1に示すように、ErとGaとの組成比を調整することによって、実施例1-1~実施例1-23の発光ピーク波長は、480nm以上525nm未満となり、判定は全て〇となる。これは、Luサイト2をEr、Alサイト3をGaで置換することによって、置換の無いLuAl12結晶と比較して発光イオンであるCeに与えうる結晶場としての影響が変化したためであると考えられる。
比較例1-1~比較例1-3の発光ピーク波長は、525nm以上となり、判定は×となる。
As shown in Table 1 of FIG. 7, by adjusting the composition ratio of Er and Ga, the emission peak wavelengths of Examples 1-1 to 1-23 were 480 nm or more and less than 525 nm, and all judgments were good. becomes. This is because by substituting Er at Lu site 2 and Ga at Al site 3, the influence as a crystal field that can be exerted on Ce, which is a light-emitting ion, has changed compared to the Lu 3 Al 5 O 12 crystal without substitution. It is considered to be
The emission peak wavelength of Comparative Examples 1-1 to 1-3 is 525 nm or more, and the judgment is x.

図2は、実施の形態1に係る蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となるEr組成比とGa組成比との関係を表す図である。横軸はEr組成比であり、組成式(2)のxにあたる。縦軸はGa組成比であり、組成式(2)のyにあたる。〇部は実施例1-1~実施例1-23における発光ピーク波長が480nm以上525nm未満である箇所を表している。×部は比較例1-1~比較例1-3における発光ピーク波長が525nm以上である箇所を表している。図2に示されるように、Er組成比とGa組成比との関係において、蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる境界が存在する。この境界に沿った近似直線を求めると、それぞれ、x≧0.15、x≦2.85、y≧0.25、y≦4.75、y≧-3.75x+3.06であることが分かる。つまり、Er組成比とGa組成比とが、図2において近似直線で囲まれる実線部の領域内部に存在すれば、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる。即ち、組成式(2)
Lu3-x-zCeErAl5-yGa12・・・(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Erの組成比、Gaの組成比、Ceの組成比であり、xおよびyは、0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦4.75かつy≧-3.75x+3.06を同時に満たし、zは、0<z≦0.12の範囲であれば、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Er composition ratio and the Ga composition ratio at which the emission peak wavelength of the phosphor according to Embodiment 1 is 480 nm or more and less than 525 nm. The horizontal axis is the Er composition ratio, which corresponds to x in the composition formula (2). The vertical axis is the Ga composition ratio, which corresponds to y in the composition formula (2). ◯ represents the portions where the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm in Examples 1-1 to 1-23. The X portion represents the portion where the emission peak wavelength is 525 nm or more in Comparative Examples 1-1 to 1-3. As shown in FIG. 2, in the relationship between the Er composition ratio and the Ga composition ratio, there is a boundary where the emission peak wavelength of the phosphor is 480 nm or more and less than 525 nm. Obtaining an approximate straight line along this boundary reveals that x≧0.15, x≦2.85, y≧0.25, y≦4.75, and y≧−3.75x+3.06. . That is, if the Er composition ratio and the Ga composition ratio are within the solid line area surrounded by the approximate straight line in FIG. 2, the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm. That is, the compositional formula (2)
Lu3 -xzCezErxAl5- yGayO12 ( 2 )
x, y, and z in formula (2) are the composition ratio of Er, the composition ratio of Ga, and the composition ratio of Ce, respectively, and x and y are If 0.15 ≤ x ≤ 2.85, 0.25 ≤ y ≤ 4.75 and y ≥ -3.75 x + 3.06 are satisfied at the same time, and z is in the range of 0 < z ≤ 0.12, the emission peak The wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm.

ここで表1および図2のzの値は全て0.09で固定している。Ceは発光中心となる元素であるため、発光輝度への影響は大きいものの、発光ピーク波長への影響は小さいため、0<z≦0.12の範囲であれば、z=0.09でなくとも同様の結果が得られる。 Here, the values of z in Table 1 and FIG. 2 are all fixed at 0.09. Since Ce is an element that serves as an emission center, it has a large effect on the emission luminance, but has a small effect on the emission peak wavelength. Similar results are obtained.

<発光装置>
図3に、本開示の発光装置の一例として、組成式(2)で示す蛍光体と、光源としてLED素子を備えたLED発光装置について説明する。図3は、実施の形態1に係るLED発光装置の断面構成を示す概略断面図である。図3に示すように、LED発光装置10は、LED素子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素子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素子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と青緑色蛍光体18とに加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21を含む。
<Light emitting device>
As an example of the light-emitting device of the present disclosure, FIG. 3 illustrates an LED light-emitting device including a phosphor represented by the compositional formula (2) and an LED element as a light source. 3 is a schematic cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of the LED light emitting device according to Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 3, the LED light emitting device 10 has an LED element 11 fixed on a support 12 via solder 13 so that the emission surface does not come into contact with the support 12 . Furthermore, the LED element 11 is electrically connected to an electrode 15 arranged on the support 12 by a bonding wire 14 . Further, the LED element 11 is covered with an LED wavelength conversion member 16, and the LED wavelength conversion member 16 includes, in addition to the LED encapsulant 17 and the blue-green phosphor 18, a green phosphor 19, a yellow phosphor 20, A red phosphor 21 is included.

LED素子11には、例えば、紫外から青色領域で発光するものが用いられ、波長400nm以上450nm以下に発光スペクトルのピークを有するものが用いられる。 For the LED element 11, for example, one that emits light in the ultraviolet to blue region and has an emission spectrum peak at a wavelength of 400 nm or more and 450 nm or less is used.

本実施の形態では、LED発光装置10は、面実装が可能な構造を備えているため、支持体12は基板である。例えば、LED素子11で発生した熱を効率的に外部へ放熱することができるよう、支持体12は高い熱伝導率を有する基板を用いることができる。例えば、アルミナや窒化アルミニウムなどからなるセラミック基板を支持体12として用いることができる。 In this embodiment, since the LED light-emitting device 10 has a surface-mountable structure, the support 12 is a substrate. For example, a substrate having high thermal conductivity can be used as the support 12 so that the heat generated by the LED element 11 can be efficiently radiated to the outside. For example, a ceramic substrate made of alumina, aluminum nitride, or the like can be used as the support 12 .

LED波長変換部材16中のLED封止体17には、シリコーン樹脂が使用されている。シリコーン樹脂は、例えば、耐変色性が高いジメチルシリコーンを含んでいる。また、耐熱性の高いメチルフェニルシリコーン等もシリコーン樹脂として用いることができる。シリコーン樹脂は1種類の化学式で規定されるシロキサン結合による主骨格を持つ単独重合体であってもよい。また、2種類以上の化学式で規定されるシロキサン結合を有する構造単位を含む共重合体や2種類以上のシリコーンポリマーのアロイであってもよい。 A silicone resin is used for the LED sealing body 17 in the LED wavelength conversion member 16 . The silicone resin contains, for example, dimethylsilicone, which is highly resistant to discoloration. Methylphenyl silicone or the like with high heat resistance can also be used as the silicone resin. The silicone resin may be a homopolymer having a main skeleton defined by one type of chemical formula with a siloxane bond. It may also be a copolymer containing structural units having siloxane bonds defined by two or more types of chemical formulas, or an alloy of two or more types of silicone polymers.

LED波長変換部材16中の蛍光体は、LED素子11からの出射光を、より長波長の光に波長変換する。LED波長変換部材16に含まれる蛍光体は、本実施の形態では青緑色蛍光体18に加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21を全て含んでいるが、青緑蛍光体18以外の蛍光体は少なくとも1種が混合されて構成されていればよい。青緑色蛍光体18としては、実施の形態1の蛍光体を用いることができる。緑色蛍光体19としては、例えば、CaSiOl2:Eu、β-SiAlON:Eu等を用いることができる。黄色蛍光体20としては、例えば、YAl12:Ce、α-SiAlON:Eu等を用いることができる。また、赤色蛍光体21としては、例えば、CaAlSiN:Eu等を用いることができる。 The phosphor in the LED wavelength conversion member 16 wavelength-converts the light emitted from the LED element 11 into light with a longer wavelength. The phosphors contained in the LED wavelength conversion member 16 include all of the green phosphor 19, the yellow phosphor 20, and the red phosphor 21 in addition to the blue-green phosphor 18 in this embodiment. At least one phosphor other than the body 18 may be mixed. As the blue-green phosphor 18, the phosphor of Embodiment 1 can be used. As the green phosphor 19, for example, Ca 3 SiO 4 Cl2 :Eu, β-SiAlON:Eu, or the like can be used. As the yellow phosphor 20, for example, Y 3 Al 5 O 12 :Ce, α-SiAlON:Eu, or the like can be used. As the red phosphor 21, for example, CaAlSiN 3 :Eu or the like can be used.

図3では、特に、LED波長変換部材16が、青緑色蛍光体18に加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21の4種を混合して構成された場合を説明する。4種の蛍光体の混合比率は、所望の白色光の色調や、各蛍光体の発光強度などに応じて、適宜調整することが可能である。青緑色蛍光体18に加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21の4種の蛍光体は、例えば、封止体100重量部に対して、3重量部以上70重量部以下の割合でLED封止体17に含まれている。含有量が3重量部よりも少ない場合、十分な強度の蛍光が得られないため、所望の波長の光を発光するLED発光装置10を実現できなくなる場合がある。4種の蛍光体の重量比は、所望する白色光の色調と、それぞれの蛍光体の発光強度に応じて適宜決定することができる。 In particular, FIG. 3 describes a case where the LED wavelength conversion member 16 is formed by mixing four types of green phosphor 19, yellow phosphor 20, and red phosphor 21 in addition to the blue-green phosphor 18. . The mixing ratio of the four phosphors can be appropriately adjusted according to the desired color tone of white light, the emission intensity of each phosphor, and the like. In addition to the blue-green phosphor 18, the four phosphors of the green phosphor 19, the yellow phosphor 20, and the red phosphor 21 are, for example, 3 parts by weight or more and 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sealing body. It is contained in the LED sealing body 17 at the following ratios. If the content is less than 3 parts by weight, sufficient intensity of fluorescence cannot be obtained, and it may not be possible to realize the LED light emitting device 10 that emits light of a desired wavelength. The weight ratio of the four types of phosphors can be appropriately determined according to the desired color tone of white light and the emission intensity of each phosphor.

尚、青緑色蛍光体18と他の色の蛍光体とを組み合わせることによって、LED発光装置10を、白色以外の色を発するLED発光装置10として構成することもできる。
また、実施の形態1の青緑色蛍光体18以外の緑色蛍光体19、黄色蛍光体20および赤色蛍光体21は、公知方法に従って製造することができる。
By combining the blue-green phosphor 18 with phosphors of other colors, the LED light-emitting device 10 can be configured to emit a color other than white.
Further, green phosphor 19, yellow phosphor 20 and red phosphor 21 other than blue-green phosphor 18 of Embodiment 1 can be manufactured according to a known method.

図4に、本開示の発光装置の一例として、組成式(2)の蛍光体と、光源としてLD素子を備えたLD発光装置について説明する。図4は、LD発光装置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と同様の青緑色蛍光体18に加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21を含む。 As an example of the light emitting device of the present disclosure, an LD light emitting device including a phosphor of composition formula (2) and an LD element as a light source will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment of the LD light emitting device. As shown in FIG. 4 , the LD light emitting device 30 includes an LD element 31 , an incident optical system 32 and an LD wavelength conversion member 33 . LD wavelength conversion member 33 includes binder 34 and green phosphor 19 , yellow phosphor 20 , and red phosphor 21 in addition to blue-green phosphor 18 similar to that in FIG. 3 .

<LD素子>
LD素子31は、LEDよりも高い光パワー密度の光を出射することができる。よって、LD素子31の使用により高出力な発光装置を構成することができる。LD素子31の光パワー密度は、LD発光装置30の高出力化の観点から、例えば、0.5W/mm以上である。また、光パワー密度は、2W/mm以上であってもよく、3W/mm以上であってもよく、10W/mm以上であってもよい。一方で、光パワー密度が高すぎると、光が照射された蛍光体からの発熱量が増大して、LD発光装置30に悪影響を及ぼすおそれがある。よって、光パワー密度は、150W/mm以下であってもよく、100W/mm以下であってもよく、50W/mm以下であってもよく、20W/mm以下であってもよい。
<LD element>
The LD element 31 can emit light with a higher optical power density than an LED. Therefore, by using the LD element 31, a high-output light emitting device can be constructed. The optical power density of the LD element 31 is, for example, 0.5 W/mm 2 or more from the viewpoint of increasing the output of the LD light emitting device 30 . Also, the optical power density may be 2 W/mm 2 or more, 3 W/mm 2 or more, or 10 W/mm 2 or more. On the other hand, if the optical power density is too high, the amount of heat generated from the phosphor irradiated with light increases, which may adversely affect the LD light emitting device 30 . Therefore, the optical power density may be 150 W/mm 2 or less, 100 W/mm 2 or less, 50 W/mm 2 or less, or 20 W/mm 2 or less. .

LD素子31には、例えば、紫外から青色領域で発光するものが用いられ、波長400nm以上450nm以下に発光スペクトルのピークを有するものが用いられる。例えば、青紫光を出射するLD素子、青色光を出射するLD素子を使用することができる。本実施の形態では、LD素子31が、青色光を射出する場合について説明する。 For the LD element 31, for example, one that emits light in the ultraviolet to blue region and has an emission spectrum peak at a wavelength of 400 nm or more and 450 nm or less is used. For example, an LD element that emits blue-violet light and an LD element that emits blue light can be used. In this embodiment, a case where the LD element 31 emits blue light will be described.

<LD波長変換部材>
LD波長変換部材33中のバインダー34は、例えば、樹脂、ガラス、または透明結晶などの媒体である。バインダー34は、単一の材質であってもよく、場所により異なる材質であってもよい。
<LD wavelength conversion member>
The binder 34 in the LD wavelength conversion member 33 is, for example, a medium such as resin, glass, or transparent crystal. The binder 34 may be made of a single material, or may be made of different materials depending on the location.

LD波長変換部材33中の蛍光体は、LD素子31からの出射光を、より長波長の光に波長変換する。LD波長変換部材33の蛍光体は、本実施の形態では青緑色蛍光体18に加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21を全て含んでいるが、青緑蛍光体18以外の蛍光体は少なくとも1種が混合されて構成されていればよい。青緑色蛍光体18としては、実施の形態1の蛍光体を用いることができる。緑色蛍光体19、黄色蛍光体20および赤色蛍光体21としては、図3で例示したものを使用することができる。図4では、特に、LD波長変換部材33が、青緑色蛍光体18に加えて、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21の4種を混合して構成された場合を説明する。4種の蛍光体の混合比率は、所望の白色光の色調や、各蛍光体の発光強度などに応じて、適宜調整することが可能である。 The phosphor in the LD wavelength conversion member 33 wavelength-converts the emitted light from the LD element 31 into light with a longer wavelength. The phosphor of the LD wavelength conversion member 33 includes all of the green phosphor 19, the yellow phosphor 20, and the red phosphor 21 in addition to the blue-green phosphor 18 in this embodiment. At least one of the other phosphors may be mixed. As the blue-green phosphor 18, the phosphor of Embodiment 1 can be used. As the green phosphor 19, the yellow phosphor 20 and the red phosphor 21, those illustrated in FIG. 3 can be used. In FIG. 4, in particular, the case where the LD wavelength conversion member 33 is configured by mixing four kinds of green phosphor 19, yellow phosphor 20, and red phosphor 21 in addition to the blue-green phosphor 18 will be described. . The mixing ratio of the four types of phosphors can be appropriately adjusted according to the desired color tone of white light, the emission intensity of each phosphor, and the like.

LD素子31から射出された青色光は、入射光学系32を通り、LD波長変換部材33中の青緑色蛍光体18、緑色蛍光体19、黄色蛍光体20、赤色蛍光体21により、それぞれ、青緑色光、緑色光、黄色光、赤色光に変換される。LD素子31から射出され、上記4種の蛍光体で吸収されなかった青色光と、青緑色光、緑色光、黄色光、赤色光とを混合して、白色光となる。
上述のように、図3、図4の発光装置によれば、実施の形態1の蛍光体を用いるため、高い演色性および色再現性を実現できる。
Blue light emitted from the LD element 31 passes through an incident optical system 32 and is converted into blue light by the blue-green phosphor 18, green phosphor 19, yellow phosphor 20, and red phosphor 21 in the LD wavelength conversion member 33, respectively. It is converted into green light, green light, yellow light, and red light. The blue light that is emitted from the LD element 31 and is not absorbed by the four types of phosphors is mixed with the blue-green light, green light, yellow light, and red light to produce white light.
As described above, according to the light emitting devices of FIGS. 3 and 4, high color rendering properties and color reproducibility can be achieved because the phosphor of Embodiment 1 is used.

(実施の形態2)
<蛍光体>
実施の形態2に係る蛍光体は、
下記組成式(3)
Lu3-x-zErCeAl5-yMg12・・・(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Erの組成比、Mgの組成比、Ceの組成比であり、
xおよびyは、0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦1.25かつy≦0.56x+0.42を同時に満たし、zは、0<z≦0.12の範囲である。
(Embodiment 2)
<Phosphor>
The phosphor according to Embodiment 2 is
The following compositional formula (3)
Lu 3-xz Er x Ce z Al 5-y Mg y O 12 (3)
including a material having a garnet-type crystal structure represented by
x, y, and z in formula (3) are the composition ratio of Er, the composition ratio of Mg, and the composition ratio of Ce, respectively;
x and y simultaneously satisfy 0.15≦x≦2.85, 0.25≦y≦1.25 and y≦0.56x+0.42, and z is in the range of 0<z≦0.12 .

本実施の形態2においても、母結晶はガーネット構造を有するLuAl12結晶であり、図1におけるLuサイト2、Alサイト3の一部を置換した蛍光体となっている。つまり、Luサイト2はErとCe、Alサイト3はMgで置換される。
組成式(3)において、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0.12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。
In Embodiment 2 as well, the host crystal is a Lu 3 Al 5 O 12 crystal having a garnet structure, and the Lu site 2 and Al site 3 in FIG. 1 are partly replaced to form a phosphor. That is, the Lu site 2 is replaced with Er and Ce, and the Al site 3 is replaced with Mg.
In the compositional formula (3), the value of z is greater than 0 because Ce must be included in order to obtain light emission. The value of z is preferably 0.0001 or more, more preferably 0.003 or more, from the viewpoint of increasing the emission intensity. There is no particular limitation on the maximum value of z as long as the phosphor can emit light. However, when the value of z becomes too large, the emission intensity decreases due to concentration quenching. Therefore, by setting the value of z to 0.12 or less, it is possible to suppress the decrease in emission intensity. Also, the value of z is desirably 0.1 or less from the viewpoint of increasing the emission intensity.

<蛍光体の製造方法>
以下、実施の形態2における蛍光体材料の製造方法について説明する。
(1)まず、原材料の粉末を用意する。原材料としては、ルテチウム(Lu)、エルビウム(Er)、セリウム(Ce)、アルミニウム(Al)およびマグネシウム(Mg)の原材料として、酸化ルテチウム、酸化エルビウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、および酸化マグネシウムを準備する。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)次いで、これらの原材料の粉末について所定量を計量し、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。混合には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(BaF)やフッ化ストロンチウム(SrF)を混合することもできる。フラックスは、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効果を有する。
(3)次に、上記のようにして準備した混合粉末を焼成する。焼成には電気炉を使用することができ、例えばアルミナ製の坩堝中に混合粉末を入れて、アルミナ坩堝ごと1200℃以上1700℃以下で1時間以上12時間以下の時間で加熱し焼成する。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。
<Manufacturing method of phosphor>
A method for manufacturing the phosphor material according to Embodiment 2 will be described below.
(1) First, raw material powder is prepared. Lutetium (Lu), erbium (Er), cerium (Ce), aluminum (Al), and magnesium (Mg) are prepared as raw materials, and lutetium oxide, erbium oxide, cerium oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide are prepared as raw materials. . Materials other than these oxides can also be metal salt compounds such as carbonates.
(2) Next, weigh out predetermined amounts of these raw material powders and mix them thoroughly. The mixing method may be wet mixing in solution or dry mixing of dry powders. For mixing, industrially used ball mills, medium stirring mills, planetary mills, vibrating mills, jet mills, stirrers and the like can be used. Barium fluoride (BaF 2 ) or strontium fluoride (SrF 2 ) can be mixed as a flux corresponding to 0.1 wt % to 10 wt % of the mixed powder. Flux melts during firing and has the effect of promoting diffusion of each raw material and increasing reactivity.
(3) Next, the mixed powder prepared as described above is fired. An electric furnace can be used for sintering. For example, the mixed powder is placed in an alumina crucible and heated together with the alumina crucible at 1200° C. or higher and 1700° C. or lower for 1 hour or more and 12 hours or less. After sintering, the powder is cooled, pulverized, and subjected to flux cleaning with an acid to obtain powder of the phosphor material.

<発光特性の評価>
実施例2-1~実施例2-13および比較例2-1~比較例2-5の蛍光体材料の粉末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。合成した蛍光体材料の粉末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蛍光体材料の粉末に照射し、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。
<Evaluation of light emission characteristics>
The emission spectra of the phosphor material powders of Examples 2-1 to 2-13 and Comparative Examples 2-1 to 2-5 are measured using a spectrofluorophotometer using an integrating sphere. By setting the synthesized phosphor material powder at a predetermined position in the integrating sphere, irradiating the phosphor material powder with blue light emitted from a blue LED light source attached to the measuring device, and measuring the emission spectrum, Obtain the emission peak wavelength.

(判定基準)
発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満であるものを、青緑色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525nm以上であるものを、青緑色領域における発光特性が不十分なものとして×とする。
(criterion)
In the emission spectrum, those with an emission peak wavelength of 480 nm or more and less than 525 nm are evaluated as having excellent emission characteristics in the blue-green region, and those with an emission peak wavelength of 525 nm or more are evaluated as having insufficient emission characteristics in the blue-green region. x as a thing.

実施例2-1~実施例2-13および比較例2-1~比較例2-5の蛍光体材料の粉末における組成式(3)のx、y、zの値と発光ピーク波長の一覧を図8の表2に示す。 A list of the values of x, y, and z in the composition formula (3) and the emission peak wavelength of the phosphor material powders of Examples 2-1 to 2-13 and Comparative Examples 2-1 to 2-5 It is shown in Table 2 of FIG.

図8の表2に示すように、ErとMgとの組成比を調整することによって、実施例2-1~実施例2-13の蛍光体材料の粉末の発光ピーク波長は、480nm以上525nm未満となり、判定は全て〇となる。これは、Luサイト2をEr、Alサイト3をMgで置換することによって、置換の無いLuAl12結晶と比較して発光イオンであるCeに与えうる結晶場としての影響が変化したためであると考えられる。
比較例2-1~比較例2-5の蛍光体材料の粉末の発光ピーク波長は、525nm以上となり、判定は×となる。
As shown in Table 2 of FIG. 8, by adjusting the composition ratio of Er and Mg, the emission peak wavelength of the phosphor material powders of Examples 2-1 to 2-13 was 480 nm or more and less than 525 nm. Therefore, the judgment is all 0. This is because by substituting Er at Lu site 2 and Mg at Al site 3, the influence as a crystal field that can be exerted on Ce, which is a light-emitting ion, was changed compared to the Lu 3 Al 5 O 12 crystal without substitution. It is considered to be
The emission peak wavelengths of the powders of the phosphor materials of Comparative Examples 2-1 to 2-5 are 525 nm or more, and the judgment is x.

図5は、実施の形態2に係る蛍光体の発光ピーク波長480nm以上525nm未満となるEr組成比とMg組成比の関係を表す図である。横軸はEr組成比であり、組成式(3)のxにあたる。縦軸はMg組成比であり、組成式(3)のyにあたる。〇部は実施例2-1~実施例2-13における発光ピーク波長が480nm以上525nm未満である箇所を表している。×部は比較例2-1~比較例2-5における発光ピーク波長が525nm以上である箇所を表している。図5に示されるように、Er組成比とMg組成比との関係において、蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる境界が存在する。この境界に沿った近似直線を求めると、それぞれ、x≧0.15、x≦2.85、y≧0.25、y≦1.25、y≦0.56x+0.42であることが分かる。つまり、Er組成比とMg組成比とが、図5において近似直線で囲まれる実線部の領域内部に存在すれば、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる。即ち、組成式(3)
Lu3-x-zCeErAl5-yMg12・・・(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Erの組成比、Mgの組成比、Ceの組成比であり、xおよびyは、xおよびyは、0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦1.25かつy≦0.56x+0.42を同時に満たし、zは、0<z≦0.12の範囲であれば、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the Er composition ratio and the Mg composition ratio at which the emission peak wavelength of the phosphor according to Embodiment 2 is 480 nm or more and less than 525 nm. The horizontal axis is the Er composition ratio, which corresponds to x in the composition formula (3). The vertical axis is the Mg composition ratio and corresponds to y in the composition formula (3). ◯ represents the portions where the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm in Examples 2-1 to 2-13. The X portion represents the portion where the emission peak wavelength is 525 nm or more in Comparative Examples 2-1 to 2-5. As shown in FIG. 5, in the relationship between the Er composition ratio and the Mg composition ratio, there is a boundary where the emission peak wavelength of the phosphor is 480 nm or more and less than 525 nm. Obtaining approximate straight lines along these boundaries reveals that x≧0.15, x≦2.85, y≧0.25, y≦1.25, and y≦0.56x+0.42. That is, if the Er composition ratio and the Mg composition ratio are within the solid line region surrounded by the approximate straight line in FIG. 5, the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm. That is, the compositional formula (3)
Lu3 -xzCezErxAl5- yMgyO12 ( 3 )
x, y and z in formula (3) are the composition ratio of Er, the composition ratio of Mg, and the composition ratio of Ce, respectively, and x and y are x and y simultaneously satisfy 0.15 ≤ x ≤ 2.85, 0.25 ≤ y ≤ 1.25 and y ≤ 0.56x + 0.42, and z is in the range of 0 < z ≤ 0.12 For example, the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm.

ここで図8の表2および図5のzの値は全て0.09で固定している。Ceは発光中心となる元素であるため、発光輝度への影響は大きいものの、発光ピーク波長への影響は小さいため、0<z≦0.12の範囲であれば、z=0.09でなくとも同様の結果が得られる。 Here, the values of z in Table 2 of FIG. 8 and FIG. 5 are all fixed at 0.09. Since Ce is an element that serves as an emission center, it has a large effect on the emission luminance, but has a small effect on the emission peak wavelength. Similar results are obtained.

<発光装置>
本実施の形態3に係る発光装置は、実施の形態1に係る図3、図4に示す発光装置と同一の構成であるため説明は省略する。ただし、青緑色蛍光体18には実施の形態2で示した蛍光体を用いる。
<Light emitting device>
The light-emitting device according to Embodiment 3 has the same configuration as that of the light-emitting device according to Embodiment 1 shown in FIGS. However, the phosphor shown in the second embodiment is used for the blue-green phosphor 18 .

(実施の形態3)
<蛍光体>
実施の形態3の蛍光体は、
下記組成式(4)
Lu3-x-zErCeAl5-ySi12・・・(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Erの組成比、Siの組成比、Ceの組成比であり、
xおよびyは、1.5≦x≦2.85かつ0.25≦y≦0.5を同時に満たし、zは、0<z≦0.12の範囲である。
(Embodiment 3)
<Phosphor>
The phosphor of Embodiment 3 is
The following compositional formula (4)
Lu3 -xzErxCezAl5- ySiyO12 ( 4 )
including a material having a garnet-type crystal structure represented by
x, y, and z in formula (4) are the composition ratio of Er, the composition ratio of Si, and the composition ratio of Ce, respectively;
x and y simultaneously satisfy 1.5≤x≤2.85 and 0.25≤y≤0.5, and z is in the range of 0<z≤0.12.

本実施の形態3においても、母結晶はガーネット構造を有するLuAl12結晶であり、図1におけるLuサイト2、Alサイト3の一部を置換した蛍光体となっている。つまり、Luサイト2はErとCe、Alサイト3はSiで置換される。
組成式(4)において、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0.12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。
In Embodiment 3 as well, the host crystal is a Lu 3 Al 5 O 12 crystal having a garnet structure, and the Lu site 2 and Al site 3 in FIG. 1 are partly replaced to form a phosphor. That is, the Lu site 2 is replaced with Er and Ce, and the Al site 3 is replaced with Si.
In the compositional formula (4), the value of z is greater than 0 because Ce must be included in order to obtain light emission. The value of z is preferably 0.0001 or more, more preferably 0.003 or more, from the viewpoint of increasing the emission intensity. There is no particular limitation on the maximum value of z as long as the phosphor can emit light. However, when the value of z becomes too large, the emission intensity decreases due to concentration quenching. Therefore, by setting the value of z to 0.12 or less, it is possible to suppress the decrease in emission intensity. Also, the value of z is desirably 0.1 or less from the viewpoint of increasing the emission intensity.

<蛍光体の製造方法>
以下、実施の形態3における蛍光体材料の製造方法について説明する。
(1)まず、原材料の粉末を用意する。原材料としては、ルテチウム(Lu)、エルビウム(Er)、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、酸化ルテチウム、酸化エルビウム、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)次いで、これらの原材料の粉末について所定量を計量し、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。混合には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(BaF)やフッ化ストロンチウム(SrF)を混合することもできる。フラックスは、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効果を有する。
(3)次に、上記のようにして準備した混合粉末を焼成する。焼成には電気炉を使用することができ、例えばアルミナ製の坩堝中に混合粉末を入れて、アルミナ坩堝ごと1200℃以上1700℃以下で1時間以上12時間以下の時間で加熱し焼成する。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。
<Manufacturing method of phosphor>
A method for manufacturing the phosphor material according to Embodiment 3 will be described below.
(1) First, raw material powder is prepared. Raw materials include lutetium (Lu), erbium (Er), cerium (Ce), aluminum (Al), and silicon (Si). Raw materials include lutetium oxide, erbium oxide, cerium oxide, aluminum oxide, and silicon oxide. . Materials other than these oxides can also be metal salt compounds such as carbonates.
(2) Next, weigh out predetermined amounts of these raw material powders and mix them thoroughly. The mixing method may be wet mixing in solution or dry mixing of dry powders. For mixing, industrially used ball mills, medium stirring mills, planetary mills, vibrating mills, jet mills, stirrers and the like can be used. Barium fluoride (BaF 2 ) or strontium fluoride (SrF 2 ) can be mixed as a flux corresponding to 0.1 wt % to 10 wt % of the mixed powder. Flux is effective in that it melts during firing, promotes diffusion of each raw material, and increases reactivity.
(3) Next, the mixed powder prepared as described above is fired. An electric furnace can be used for sintering. For example, the mixed powder is placed in an alumina crucible and heated together with the alumina crucible at 1200° C. or higher and 1700° C. or lower for 1 hour or more and 12 hours or less. After sintering, the powder is cooled, pulverized, and subjected to flux cleaning with an acid to obtain powder of the phosphor material.

<発光特性の評価>
実施例3-1~実施例3-6および比較例3-1~比較例3-5の蛍光体材料の粉末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。合成した蛍光体材料の粉末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蛍光体材料の粉末に照射し、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。
<Evaluation of light emission characteristics>
The emission spectra of the phosphor material powders of Examples 3-1 to 3-6 and Comparative Examples 3-1 to 3-5 are measured using a spectrofluorophotometer using an integrating sphere. By setting the synthesized phosphor material powder at a predetermined position in the integrating sphere, irradiating the phosphor material powder with blue light emitted from a blue LED light source attached to the measuring device, and measuring the emission spectrum, Obtain the emission peak wavelength.

(判定基準)
発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満であるものを、青緑色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525nm以上であるものを、青緑色領域における発光特性が不十分なものとして×とする。
実施例3-1~実施例3-6および比較例3-1~比較例3-5の蛍光体材料の粉末における組成式(4)のx、y、zの値と発光ピーク波長の一覧を図9の表3に示す。
(criterion)
In the emission spectrum, those with an emission peak wavelength of 480 nm or more and less than 525 nm are evaluated as having excellent emission characteristics in the blue-green region, and those with an emission peak wavelength of 525 nm or more are evaluated as having insufficient emission characteristics in the blue-green region. x as a thing.
A list of x, y, z values and emission peak wavelengths of composition formula (4) in the phosphor material powders of Examples 3-1 to 3-6 and Comparative Examples 3-1 to 3-5 It is shown in Table 3 of FIG.

図9の表3に示すように、ErとSiとの組成比を調整することによって、実施例3-1~実施例3-6の蛍光体材料の粉末の発光ピーク波長は、480nm以上525nm未満となり、判定は全て〇となる。これは、Luサイト2をEr、Alサイト3をSiで置換することによって、置換の無いLuAl12結晶と比較して発光イオンであるCeに与えうる結晶場としての影響が変化したためであると考えられる。
比較例3-1~比較例3-5の蛍光体材料の粉末の発光ピーク波長は、525nm以上となり、判定は×となる。
As shown in Table 3 of FIG. 9, by adjusting the composition ratio of Er and Si, the emission peak wavelengths of the phosphor material powders of Examples 3-1 to 3-6 were 480 nm or more and less than 525 nm. Therefore, the judgment is all 0. This is because by substituting Er at Lu site 2 and Si at Al site 3, the effect of the crystal field that can be exerted on Ce, which is a light-emitting ion, has changed compared to the Lu 3 Al 5 O 12 crystal without substitution. It is considered to be
The emission peak wavelength of the powders of the phosphor materials of Comparative Examples 3-1 to 3-5 is 525 nm or more, and the judgment is x.

図6は、実施の形態2に係る蛍光体の発光ピーク波長480nm以上525nm未満となるEr組成比とSi組成比の関係を表す図である。横軸はEr組成比であり、組成式(4)のxにあたる。縦軸はSi組成比であり、組成式(4)のyにあたる。〇部は実施例3-1~実施例3-6における発光ピーク波長が480nm以上525nm未満である箇所を表している。×部は比較例3-1~比較例3-5における発光ピーク波長が525nm以上である箇所を表している。図6に示されるように、Er組成比とSi組成比との関係において、蛍光体の発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる境界が存在する。この境界に沿った近似直線を求めると、それぞれ、x≧1.5、x≦2.85、y≧0.25、y≦0.5であることが分かる。つまり、Er組成比とSi組成比とが、図6において近似直線で囲まれる実線部の領域内部に存在すれば、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる。即ち、組成式(4)
Lu3-x-zErCeAl5-ySi12・・・(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Erの組成比、Siの組成比、Ceの組成比であり、xおよびyは、1.5≦x≦2.85かつ0.25≦y≦0.5を同時に満たし、zは、0<z≦0.12の範囲であれば、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満となる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the Er composition ratio and the Si composition ratio at which the emission peak wavelength of the phosphor according to Embodiment 2 is 480 nm or more and less than 525 nm. The horizontal axis is the Er composition ratio, which corresponds to x in the composition formula (4). The vertical axis is the Si composition ratio and corresponds to y in the composition formula (4). ◯ represents the portions where the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm in Examples 3-1 to 3-6. The X portion represents the portion where the emission peak wavelength is 525 nm or more in Comparative Examples 3-1 to 3-5. As shown in FIG. 6, in the relationship between the Er composition ratio and the Si composition ratio, there is a boundary where the emission peak wavelength of the phosphor is 480 nm or more and less than 525 nm. Obtaining approximate straight lines along these boundaries reveals that x≧1.5, x≦2.85, y≧0.25, and y≦0.5, respectively. In other words, if the Er composition ratio and the Si composition ratio are within the solid line region surrounded by the approximate straight line in FIG. 6, the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm. That is, the compositional formula (4)
Lu3 -xzErxCezAl5- ySiyO12 ( 4 )
x, y, and z in formula (4) are the composition ratio of Er, the composition ratio of Si, and the composition ratio of Ce, respectively, and x and y are When 1.5≦x≦2.85 and 0.25≦y≦0.5 are simultaneously satisfied, and z is in the range of 0<z≦0.12, the emission peak wavelength is 480 nm or more and less than 525 nm.

ここで図9の表3および図6のzの値は全て0.09で固定している。Ceは発光中心となる元素であるため、発光輝度への影響は大きいものの、発光ピーク波長への影響は小さいため、0<z≦0.12の範囲であれば、z=0.09でなくとも同様の結果が得られる。 Here, the values of z in Table 3 of FIG. 9 and FIG. 6 are all fixed at 0.09. Since Ce is an element that serves as an emission center, it has a large effect on the emission luminance, but has a small effect on the emission peak wavelength. Similar results are obtained.

<発光装置>
本実施の形態3に係る発光装置は、実施の形態1に係る図3、図4に示す発光装置と同一の構成であるため説明は省略する。ただし、青緑色蛍光体18には実施の形態3で示した蛍光体を用いる。
<Light emitting device>
The light-emitting device according to Embodiment 3 has the same configuration as that of the light-emitting device according to Embodiment 1 shown in FIGS. However, for the blue-green phosphor 18, the phosphor shown in the third embodiment is used.

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。 It should be noted that the present disclosure includes appropriate combinations of any of the various embodiments and / or examples described above, and each embodiment and / or The effects of the embodiment can be obtained.

本発明に係る蛍光体は、発光ピーク波長が480nm以上525nm未満の範囲であり、青緑色領域の発光量が多く、かつ高出力光源照射下での発光率低下を抑制できる蛍光体である。そこで、青色発光の光源に適用した場合、演色性に優れた発光装置を構成することができ、照明用光源等として好適に使用することができる。 The phosphor according to the present invention has an emission peak wavelength in the range of 480 nm or more and less than 525 nm, emits a large amount of light in the blue-green region, and is capable of suppressing a decrease in light emission rate under irradiation with a high-output light source. Therefore, when applied to a light source that emits blue light, a light emitting device having excellent color rendering properties can be constructed, and can be suitably used as a light source for illumination or the like.

1 ガーネット型結晶
2 Luサイト
3 Alサイト
4 Oサイト
10 LED発光装置
11 LED素子
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 青緑色蛍光体
19 緑色蛍光体
20 黄色蛍光体
21 赤色蛍光体
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
1 Garnet type crystal 2 Lu site 3 Al site 4 O site 10 LED light emitting device 11 LED element 12 Support 13 Solder 14 Bonding wire 15 Electrode 16 LED wavelength conversion member 17 LED encapsulant 18 Blue green phosphor 19 Green phosphor 20 Yellow Phosphor 21 Red Phosphor 30 LD Light Emitting Device 31 LD Element 32 Incident Optical System 33 LD Wavelength Conversion Member 34 Binder

Claims (5)

下記組成式(1)
Lu3-x-zCeErAl5-y12・・・(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、Ga、Mg、Siのいずれか一つであり、
0<x≦2.85、0.25≦yかつ、
0<z≦0.12である、蛍光体。
The following compositional formula (1)
Lu3 -xzCezErxAl5- yAyO12 ( 1 )
including a material having a garnet-type crystal structure represented by
A is any one of Ga, Mg, and Si;
0<x≦2.85, 0.25≦y and
A phosphor, wherein 0<z≦0.12.
前記AはGaであり、
0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦4.75かつ、y≧-3.75x+3.06
である、
請求項1に記載の蛍光体。
The A is Ga,
0.15≦x≦2.85, 0.25≦y≦4.75 and y≧−3.75x+3.06
is
The phosphor according to claim 1.
前記AはMgであり、
0.15≦x≦2.85、0.25≦y≦1.25かつ、y≦0.56x+0.42
である、
請求項1に記載の蛍光体。
The A is Mg,
0.15≤x≤2.85, 0.25≤y≤1.25 and y≤0.56x+0.42
is
The phosphor according to claim 1.
前記AはSiであり、
1.5≦x≦2.85かつ0.25≦y≦0.5
である、
請求項1に記載の蛍光体。
The A is Si,
1.5≤x≤2.85 and 0.25≤y≤0.5
is
The phosphor according to claim 1.
請求項1~4の何れか1つに記載の前記蛍光体と、
400nm以上450nm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。
The phosphor according to any one of claims 1 to 4;
a light source having an emission peak wavelength of 400 nm or more and 450 nm or less;
A light emitting device.
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