JP2023106305A - 蛍光体 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含み、本実施形態の蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域における反射率の最小値が20%以上である蛍光体。RexMAaMBbMCcNdXe[1](MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、Laの1種以上。MBはLi、Mg、Znの1種以上。MCはAl、Si、Ga、In、Scの1種以上。XはF、Cl、Br、Iの1種以上。ReはEu、Ce、Pr、Tb、Dyの1種以上。0.7≦a≦1.30.7≦b≦1.32.4≦c≦3.63.2≦d≦4.80.0≦e≦0.20.0<x≦0.2)【選択図】図2

Description

本発明は、蛍光体に関する。
近年、省エネルギーの流れを受け、LEDを用いた照明やバックライトの需要が増加している。ここで用いられるLEDは、青または近紫外波長の光を発するLEDチップ上に、蛍光体を配置した白色発光LEDである。
このようなタイプの白色発光LEDとしては、青色LEDチップ上に、青色LEDチップからの青色光を励起光として、赤色に発光する窒化物蛍光体と緑色に発光する蛍光体を用いたものが近年用いられている。LEDとしては、更なる発光効率が求められており、赤色蛍光体としても発光特性に優れた蛍光体が所望されている。
赤色蛍光体としては、例えば一般式K(Si,Ti)F:Mn、KSi1-xNaAl:Mn(0<x<1)で表されるKSF蛍光体、一般式(Sr,Ca)AlSiN:Euで表されるS/CASN蛍光体等が知られているが、KSF蛍光体についてはMn賦活の劇物であるため、より人体及び環境によい蛍光体が求められている。また、S/CASN蛍光体については半値幅(FWHM)が80nm~90nm程度と比較的大きいものが多く、発光波長帯が比視感度の低い波長帯を含みやすいため、変換効率を改善する観点から、より半値幅の小さい赤色蛍光体が求められている。
また、近年の発光装置に適用し得る赤色蛍光体として、例えば、特許文献1には実施例においてSrLiAl:Euの組成式で表される蛍光体が開示されている。
特許第6335884号公報
しかしながら、特許文献1に記載の蛍光体は発光強度が不明であり、より発光強度の良好な蛍光体が求められている。
上記課題に鑑みて、本発明は、発光ピーク波長が良好で、半値幅が小さく、かつ発光強度の高い赤色蛍光体を提供することを目的とする。
本発明者等は鋭意検討したところ、特定組成で表される結晶相を含むとともに所定の波長領域における反射率、或いは複数の所定波長領域における反射率の差ないし比率が一定範囲となる様な蛍光体が、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下のものを含む。
<1> 蛍光体であって、
下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含み、かつ、
所定の波長領域における反射率の最小値が20%以上であり、前記所定の波長領域は、前記蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域である、蛍光体。
ReMAMBMC [1]
(上記式[1]中、
MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2)
<2> 前記式[1]において、MAの80モル%以上がSr、Ca及びBaから成る群より選ばれる1種以上の元素である、<1>に記載の蛍光体。
<3> 前記式[1]において、MBの80モル%以上がLiである、<1>~<2>のいずれかに記載の蛍光体。
<4> 前記式[1]において、MCの80モル%以上がAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成る、<1>~<3>のいずれかに記載の蛍光体。
<5> 前記式[1]において、MCの80モル%以上がAlである、<1>~<4>のいずれかに記載の蛍光体。
<6> 前記式[1]において、Reの80モル%以上がEuである、<1>~<5>のいずれかに記載の蛍光体。
<7> 前記式[1]で表される組成を有する結晶相の空間群がP-1である、<1>~<6>のいずれかに記載の蛍光体。
<8> 発光スペクトルにおいて620nm以上、660nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する、<1>~<7>のいずれかに記載の蛍光体。
<9> 発光スペクトルにおける半値幅(FWHM)が70nm以下である、<1>~<8>のいずれかに記載の蛍光体。
<10> 蛍光体であって、
下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含み、かつ、
所定の波長領域における反射率の最小値が20%以上であり、前記所定の波長領域は、前記蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域である、蛍光体。
ReMAMB(MC’1-yMD [2]
(上記式[2]中、
MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MC’はAlであり、
MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2
0.0<y≦1.0)
<11> 前記式[2]において、MAの80モル%以上がSr、Ca及びBaから成る群より選ばれる1種以上の元素である、<10>に記載の蛍光体。
<12> 前記式[2]において、MBの80モル%以上がLiである、<10>又は<11>に記載の蛍光体。
<13> 前記式[2]において、MDの80モル%以上がGaである、<1>~<12>のいずれかに記載の蛍光体。
<14> 前記式[2]において、Reの80モル%以上がEuである、<10>~<13>のいずれかに記載の蛍光体。
<15> 前記式[2]で表される組成を有する結晶相の空間群がP-1である、<10>~<14>のいずれかに記載の蛍光体。
<16> 発光スペクトルにおいて620nm以上、660nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する、<10>~<15>のいずれかに記載の蛍光体。
<17> 発光スペクトルにおける半値幅(FWHM)が70nm以下である、<19>~<16>のいずれかに記載の蛍光体。
本発明によれば、発光ピーク波長が良好で、半値幅が小さく、かつ発光強度の高い赤色蛍光体を提供することができる。
実施例1及び比較例1の蛍光体のXRDパターンである。 実施例1及び比較例1の蛍光体の発光スペクトルである。 実施例4~9の蛍光体のXRDパターンである。 比較例1及び実施例4~9の蛍光体の発光スペクトルである。 実施例4、5、9及び参考例1の蛍光体の規格化発光スペクトルである。 各実施例及び比較例の蛍光体における反射率スペクトルである。 各実施例の蛍光体における反射率スペクトルである。 各実施例の蛍光体における反射率スペクトルである。 各実施例の蛍光体の、特定波長帯における反射率の最小値と発光強度との関係、及び、複数の特定波長帯における反射率同士の差若しくは比率と発光強度との関係を示す図である。 実施例において、シミュレーションした発光装置の発光特性を示すチャートである。
以下、本発明について実施形態や例示物を示して説明するが、本発明は以下の実施形態や例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書中の蛍光体の組成式において、各組成式の区切りは読点(、)で区切って表わす。また、カンマ(,)で区切って複数の元素を列記する場合には、列記された元素のうち1種又は2種以上を任意の組み合わせ及び組成で含有していてもよいことを示している。例えば、「(Ca,Sr,Ba)Al:Eu」という組成式は、「CaAl:Eu」と、「SrAl:Eu」と、「BaAl:Eu」と、「Ca1-xSrAl:Eu」と、「Sr1-xBaAl:Eu」と、「Ca1-xBaAl:Eu」と、「Ca1-x-ySrBaAl:Eu」(但し、式中、0<x<1、0<y<1、0<x+y<1である。)とを全て包括的に示しているものとする。
<蛍光体>
本発明は一実施態様において、蛍光体であり、該蛍光体は下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含み、かつ、所定の波長領域における反射率の最小値が20%以上であり、前記所定の波長領域は、前記蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域である、蛍光体である。
ReMAMBMC [1]
(上記式[1]中、
MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2)
式[1]中、Reにはユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)及びイッテルビウム(Yb)等を用いることができるが、本発明においては、発光波長および発光量子効率の観点から、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはEuを含み、より好ましくはReの80モル%以上はEuであり、更に好ましくはReはEuである。
式[1]中、MAはカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、及びランタン(La)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはCa、Sr、Baから成る群より選ばれる1種以上の元素を含み、より好ましくはMAはSrを含む。また、好ましくは、MAの80モル%以上は上記好ましい元素から成り、より好ましくはMAは上記好ましい元素から成る。
式[1]中、MBはリチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、及び亜鉛(Zn)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはLiを含み、より好ましくはMBの80モル%以上はLiであり、更に好ましくはMBはLiである。
式[1]中、MCはアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、及びスカンジウム(Sc)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはAl、Ga又はSiを含み、より好ましくはAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素を含み、更に好ましくはMCの80モル%以上はAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成り、特に好ましくはMCの90モル%以上はAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成り、最も好ましくはMCはAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成る。
一実施形態において、MCの80モル%以上はAlであり、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95モル%以上、さらに好ましくは98モル%以上がAlである。MCの80モル%以上がAlであることで、S/CASN等の既存の赤色蛍光体と同程度の発光ピーク波長および発光強度を示し、かつ半値幅が小さい赤色蛍光体を提供することができ、この様な赤色蛍光体を用いることで、従来と同程度かそれ以上の変換効率(Conversion Efficiensy、Lm/W)を維持しつつ、演色性又は色再現性に優れる発光装置を提供することができる。
式[1]中、Nは窒素を表す。結晶相全体の電荷バランスを保つため、又は発光ピーク波長を調整するため、Nは一部が酸素(O)で置換されていてもよい。
式[1]中、Xはフッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、及びヨウ素(I)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含む。すなわち、特定の実施形態においては、結晶構造安定化及び蛍光体全体の電荷バランスを取る観点から、Nは、その一部がXで表した上記ハロゲン元素で置換されていてもよい。
前記式[1]は、明記した以外の成分が、不可避的に、意図せず、又は微量添加成分等に由来して、微量に含まれる場合を含む。
明記した以外の成分としては、意図的に加えた元素と元素番号1つ異なる元素、意図的に加えた元素の同族元素、意図的に加えた希土類元素と別の希土類元素、及びRe原料にハロゲン化物を用いた際のハロゲン元素、その他各種原料に不純物として一般的に含まれ得る元素などが挙げられる。
明記した以外の成分が不可避的に、または意図せず含まれる場合としては、例えば原料の不純物由来、及び粉砕工程、合成工程等の製造プロセスにおいて導入される場合が考えられる。また、微量添加成分としては反応助剤、及びRe原料などが挙げられる。
上記式[1]中、a、b、c、d、e、xはそれぞれ蛍光体に含まれるMA、MB、MC、N、X及びReのモル含有量を示す。
aの値は、通常0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは0.9以上であり、通常1.4以下、好ましくは1.3以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.1以下である。
bの値は、通常0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは0.9以上であり、通常1.4以下、好ましくは1.3以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.1以下である。
cの値は、通常2.1以上、好ましくは2.4以上、より好ましくは2.6以上、更に好ましくは2.8以上であり、通常3.9以下、好ましくは3.6以下、より好ましくは3.4以下、更に好ましくは3.2以下である。
dの値は、通常3以上、好ましくは3.2以上、より好ましくは3.4以上、更に好ましくは3.6以上、より更に好ましくは3.8以上であり、通常5以下、好ましくは4.8以下、より好ましくは4.6以下、更に好ましくは4.4以下、より更に好ましくは4.2以下である。
eの値は特に制限されないが、通常0以上であり、通常0.2以下、好ましくは0.1以下、より好ましくは0.06以下、更に好ましくは0.04以下、より更に好ましくは0.02以下である。
xの値は、通常0より大きい値であり、好ましくは0.0001以上、より好ましくは0.001以上であり、通常0.2以下、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.12以下、更に好ましくは0.1以下、より更に好ましくは0.08以下である。xの値が上記下限以上または上記下限より大きい値であることで、良好な発光強度の蛍光体を得ることができ、xの値が上記上限以下であることで、Reが良好に結晶内に取り込まれ、発光中心として機能しやすい蛍光体を得ることができる。
b、c、d、eが上記範囲にあることで、結晶構造が安定化する。また、d、eの値は蛍光体全体の電荷バランスを取る目的で適度に調節できる。
また、aの値が上記範囲にあることで、結晶構造が安定化し、異相の少ない蛍光体が得られる。
b+cの値の値は、通常3.1以上、好ましくは3.4以上、より好ましくは3.7以上であり、通常4.9以下、好ましくは4.6以下、より好ましくは4.3以下である。
b+cの値が上記範囲であることで、結晶構造が安定化する。
d+eの値は、通常3.2以上、好ましくは3.4以上、より好ましくは3.7以上であり、通常5.0以下、好ましくは4.6以下、より好ましくは4.3以下である。
d+eの値が上記範囲であることで、結晶構造が安定化する。
いずれの値も上記した範囲であると得られる蛍光体の発光ピーク波長及び発光スペクトルにおける半値幅が良好である点で好ましい。
なお、本実施形態の蛍光体の元素組成の特定方法は特に限定されず、常法で求めることができ、例えばGD-MS、ICP分光分析法、又はエネルギー分散型X線分析装置(EDX)等により特定できる。
本発明は一実施態様において、蛍光体であり、下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含み、かつ、所定の波長領域における反射率の最小値が20%以上であり、前記所定の波長領域は、前記蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域である、蛍光体である。
ReMAMB(MC’1-yMD [2]
(上記式[2]中、
MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MC’はAlであり、
MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2
0.0<y≦1.0)
前記式[2]におけるMA、MB、N、X、Re元素の種類及び構成は、前記式[1]と同様とすることができる。
前記MC’はAlである。
前記MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、結晶安定性および発光強度の観点から、好ましくはGa及びSiから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、より好ましくはGaを含む。
前記式[2]におけるa、b、c、d、e及びxの値及び好ましい範囲は、前記式[1]と同様とすることができる。
前記式[2]におけるyの値は、0.0より大きく、通常0.01以上、好ましくは0.015以上、より好ましくは0.03以上、更に好ましくは0.05以上、特に好ましくは0.10以上であり、通常1.00以下、好ましくは0.70以下、より好ましくは0.50以下、更に好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.25以下である。
yの値が上記下限以上であることで、蛍光体の発光ピーク波長が短波化し、この様な蛍光体を用いることで、演色性又は色再現性の良好な発光装置を提供できる。また、yの値が上記上限以下であることで、発光強度が良好な蛍光体を得ることができ、この様な蛍光体を用いることで変換効率の良好な発光装置を提供できる。目的に応じて好ましい発光強度と発光ピーク波長を得るため、yの値は適宜調整することができる。
[結晶相の粒径]
本実施形態の蛍光体の結晶相の粒径は、体積基準の平均粒径で通常2μm以上35μm以下であり、下限値は、好ましくは3μm、より好ましくは4μm、更に好ましくは5μmであり、また上限値は、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下、更に好ましくは20μm、特に好ましくは15μmである。
体積基準の平均粒径が上記下限以上であると結晶相がLEDパッケージ内で示す発光特性の点から好ましく、上記上限以下であると結晶相がLEDパッケージの製造工程においてノズルの閉塞を回避できる点から好ましい。
蛍光体の結晶相の体積基準の平均粒径は、レーザー粒度計により測定できる。ここで体積基準の平均粒径とは、レーザー回折・散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて、試料を測定し、粒度分布(累積分布)を求めたときの体積基準の相対粒子量が50%になる粒子径(d50)と定義される。
{蛍光体の物性など}
[空間群]
本実施形態の蛍光体における結晶系(空間群)は、P-1であることがより好ましい。本実施形態の蛍光体における空間群は、粉末X線回折又は単結晶X線回折にて区別しうる範囲において統計的に考えた平均構造が上記の長さの繰り返し周期を示していれば特に限定されないが、「International Tables for Crystallography(Third,revised edition),Volume A SPACE-GROUP SYMMETRY」に基づく2番に属するものであることが好ましい。
上記の空間群であることで、発光スペクトルにおける半値幅(FWHM)が小さくなり、発光効率の良い蛍光体が得られる。
ここで、空間群は常法に従って求めることができ、例えば電子線回折や粉末又は単結晶を用いたX線回折構造解析及び中性子線回折構造解析等により求めることができる。
本実施形態の蛍光体の粉末X線回析スペクトルにおいて2θ=38~39度の領域に現れるピークの強度をIx、2θ=37~38度の領域に現れるピークの強度をIyとして、Iyを1としたときのIxの相対強度であるIx/Iyは好ましくは0.140以下であり、より好ましくは0.120以下、更に好ましくは0.110以下、より更に好ましくは0.080以下、特に好ましくは0.060以下、とりわけ好ましくは0.040以下であり、また通常0以上であるが、小さければ小さいほど良い。
2θ=37~38度の領域のピークは結晶系(空間群)がP-1である際に観察される特徴的なピークの1つであり、Iyが相対的に高いことで、よりP-1の相純度が高い蛍光体を得られる。Ix/Iyが上記上限以下であることで、相純度が高く、半値幅(FWHM)の小さい蛍光体であるため、発光装置の発光効率が向上する。
[特定波長帯における反射率]
一つの実施形態においては、前記蛍光体は、所定の波長領域における反射率の最小値(以降、A%と記載することもある)が通常20%以上であり、前記所定の波長領域は、前記蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域である。前記反射率の最小値は、好ましくは25%以上、より好ましくは30%以上、更に好ましくは35%以上、特に好ましくは50%以上、殊更好ましくは60%以上、極めて好ましくは70%以上である。
この反射率の上限は特に制限されず、高ければ高いほど良いが、通常100%以下である。反射率が上記下限以上であることで、発光強度又は量子効率に優れる赤色蛍光体を提供し、この様な蛍光体を用いることで、変換効率が良好な発光装置を提供できる。
一つの実施形態において、前記蛍光体の反射率A(%)に係る所定の波長領域は、発光ピーク波長から800nmまでの波長領域である。本実施形態の蛍光体の反射率を規定するに当たり、上記波長帯を選択した理由を、以下に説明する。
本発明者らは以下の知見を得た;
1.前記式[1]又は[2]で表される結晶相を有する蛍光体の一部は、励起されない状態で、自然光の下、粉末状の蛍光体のボディカラーを目視で確認した際に、わずかに灰色がかって見える。本明細書中では、この状態を「くすんで」いる、又は「くすみ」がある、と表現することもある。
2.前記式[1]又は[2]で表される結晶相を有する蛍光体の内、上記「くすみ」の少ない蛍光体は発光強度又は量子効率に優れ、この様な蛍光体を用いることで、変換効率が良好な発光装置を提供できる。
3.前記式[1]又は[2]で表される結晶相を有する蛍光体の内、「くすみ」の少ない蛍光体は、全体的に反射率が高い傾向にあり、特に、特定の波長帯の光に対する反射率を以て規定し、或いは前記特定の波長帯の光に対する反射率を含む指標を以て規定することで、的確に特定できる。
前記特定の波長帯は、通常励起スペクトル領域と異なる波長帯に属する波長が好ましい。
1つの視点からは、前記特定の波長帯は、発光ピーク波長以上、発光スペクトル長波側の端部以下の波長領域における波長が好ましい。
特定の実施形態においては、前記特定の波長帯は、通常、発光ピーク波長以上900nm以下の波長を選択することができ、上限は好ましくは800nm以下、より好ましくは780nm以下である。波長領域は、必要に応じて、上記下限以上上限以下の任意の波長帯を取ることができる。
本実施形態の蛍光体の励起スペクトル領域は主に300nm~520nmであるが、600nm付近にも吸収が生じる場合がある。ここで、励起スペクトル領域における波長の反射率を測定した場合、入射した光を蛍光体が吸収してしまい、反射率が吸収率の影響を受けるため、励起スペクトル領域における波長の反射率のみでは、蛍光体のボディカラーを規定するには不適である。
以上の観点から、本発明に好適な蛍光体を反射率で規定するに当たっては、蛍光体の吸収の影響が少ない前記波長帯の反射率によって、或いはこの反射率が関係する指標を用いることで、蛍光体のボディカラーを正確に規定できる。
一つの実施形態においては、前記蛍光体は、発光ピーク波長Wp(nm)から[Wp-50](nm)までの波長領域における反射率の最小値をB%としたとき、前記反射率A(%)との差[A-B]の値は好ましくは-1.5ポイント以上であり、より好ましくは0.0ポイント以上、更に好ましくは3.0ポイント以上、特に好ましくは4.0ポイント以上である。[A-B]の上限は特に制限されないが、通常50.0ポイント以下である。
[A-B]の値が上記下限以上であることで、発光強度の高い蛍光体を得ることができ、この様な蛍光体を用いることで、変換効率の高い発光装置を提供できる。
前記[A-B]の値が高いことで発光強度の高い蛍光体を得られる理由は定かではないが、例えば、反射率A(%)に係る発光ピーク波長以上の波長帯においてはRe元素(賦活剤元素)による光の吸収が無いため、吸収率が低く反射率が高いことが望ましいとと考えられる一方、前記反射率B(%)にはRe元素(賦活剤元素)による光の吸収が反映され、吸収率が高いほど反射率が低下することから、[A-B]の値が大きいことで賦活剤元素による発光に寄与する光の吸収が高く、従って発光強度が高い蛍光体が得られる可能性が挙げられる。この場合、前記反射率A(%)とB(%)に係る波長領域は連続しているため、A(%)とB(%)は比較的近い値となる可能性が高いため、結果としてB(%)単独でなく、A(%)とB(%)の比較によって規定することが好ましいと考えられる。
一つの実施形態においては、前記蛍光体は、400nmから550nmの波長領域における反射率の最小値をC%としたとき、前記反射率A(%)との差[A-C]の値は好ましくは0.0ポイント以上であり、より好ましくは2.0ポイント以上、更に好ましくは5.0ポイント以上、特に好ましくは10.0ポイント以上、殊更好ましくは15.0ポイント以上、極めて好ましくは20.0ポイント以上である。[A-C]の上限は特に制限されないが、通常50.0ポイント以下である。
[A-C]の値が上記下限以上であることで、発光強度の高い蛍光体を得ることができ、この様な蛍光体を用いることで、変換効率の高い発光装置を提供できる。
一つの実施形態においては、前記蛍光体は、400nmから550nmの波長領域における反射率の最小値をC%としたとき、前記反射率A(%)との比率C/Aの値は好ましくは1.05以下であり、より好ましくは1.00以下、更に好ましくは0.90以下、特に好ましくは0.80以下、殊更好ましくは0.75以下である。C/Aの下限は特に制限されないが、通常0.0以上である。
C/Aの値が上記上限以下であることで、発光強度の高い蛍光体を得ることができ、この様な蛍光体を用いることで、変換効率の高い発光装置を提供できる。
前記[A-C]の値が大きいこと、又はC/Aの値が小さいことで発光強度の高い蛍光体を得られる理由は定かではないが、例えば、反射率A%に係る発光ピーク波長以上の波長帯においては発光に寄与する光の吸収があまり無いため、吸収率が低く反射率が高いことが望ましいと考えられる一方、前記反射率C(%)に係る波長帯は励起光源に青色光を用いることが多い波長帯であり、吸収率が高いほど反射率は下がるため、反射率C(%)が低い蛍光体は発光に寄与する励起光の吸収が高く、従って発光強度が高い蛍光体が得られる、等の可能性が挙げられる。
なお、後述の実施例にも見て取れる様に、不純物などによって発光に寄与しない吸収が大きな蛍光体は、広い波長帯で全般的に反射率が低下する傾向があるため、上記の視点で蛍光体を特定する場合、C(%)単独でなく、A(%)とC(%)の比較によって規定することが好ましいと考えられる。
[発光スペクトルの特性]
本実施形態の蛍光体は、適切な波長を有する光を照射することで励起し、発光スペクトルにおいて良好な発光ピーク波長および半値幅(FWHM)を示す赤色光を放出する。以下、上記発光スペクトル及びその測定に係る励起波長、発光ピーク波長および半値幅(FWHM)について記載する。
(励起波長)
本実施形態の蛍光体は、通常270nm以上、好ましくは300nm以上、より好ましくは320nm以上、更に好ましくは350nm以上、特に好ましくは400nm以上、また、通常500nm以下、好ましくは480nm以下、より好ましくは460nm以下の波長範囲に励起ピークを有する。即ち、近紫外から青色領域の光で励起される。
なお、発光スペクトルの形状、及び下記発光ピーク波長および半値幅の記載は励起波長に寄らず適用できるが、量子効率を向上させる観点からは、吸収及び励起の効率が良い上記範囲の波長を有する光を照射することが好ましい。
(発光ピーク波長)
本実施形態の蛍光体は、発光スペクトルにおけるピーク波長が通常620nm以上、好ましくは625nm以上、より好ましくは630nm以上である。また、この発光スペクトルにおけるピーク波長は通常670nm以下、好ましくは660nm以下、より好ましくは655nm以下である。
蛍光体の発光スペクトルにおけるピーク波長が上記範囲であることで、発光色が良好な赤色となり、これを用いることで演色性又は色再現性の良い発光装置を提供できる。また、蛍光体の発光スペクトルにおけるピーク波長が上記上限以下であることで、赤色の視感度が良好で、ルーメン当量lm/Wの良好な発光装置を提供できる。
発光装置においては、用途に応じてピーク波長の異なる蛍光体を用いることができる。ピーク波長の異なる蛍光体を得る方法は特に制限されないが、1つの方法としては、MC元素の構成を変えることで実現できる。
一実施形態においては、前記式[1]においてMCにAlを用い、かつAlの比率を高くすることで発光ピーク波長が長い蛍光体を得ることができる。この実施形態においては、発光ピーク波長は好ましくは640nm以上、より好ましくは645nm以上であり、通常670nm以下、好ましくは660nm以下である。発光波長がこの範囲にある蛍光体を備えることで、例えば照明用途に用いる発光装置において、発光効率と演色性を両立させた発光装置、または液晶ディスプレイのバックライトユニットに用いる発光装置において、発光効率と色再現範囲を両立させた発光装置を提供できる。
別の一実施形態においては、MC’(Al)及びMD元素を用いる前記式[2]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を備えることで、発光ピーク波長が相対的に短い蛍光体を得ることができる。この実施形態においては、発光ピーク波長は通常615nm以上、好ましくは620nm以上、より好ましくは625nm以上、更に好ましくは630nm以上であり、通常660nm以下、好ましくは645nm以下、より好ましくは640nm以下である。発光波長が上記範囲にある蛍光体を備えることで、演色性又は色再現性の良好な発光装置を得ることができる。
(発光スペクトルの半値幅)
前記蛍光体は、発光スペクトルにおける発光ピークの半値幅が、通常80nm以下、好ましくは70nm以下、より好ましくは60nm以下、更に好ましくは55nm以下、特に好ましくは50nm以下であり、また通常10nm以上である。
発光ピークの半値幅が上記範囲内であることで、液晶ディスプレイなどの画像表示装置に使用する場合には色純度を低下させずに画像表示装置の色再現範囲を広くすることができる。
また、発光ピーク波長および半値幅が上記上限以下にあることで、発光波長領域の視感度が相対的に高い蛍光体を提供でき、このような蛍光体を発光装置に用いることで、変換効率の高い発光装置を提供することができる。
なお、前記蛍光体を波長450nm前後の光で励起するには、例えば、GaN系LEDを用いることができる。また、前記蛍光体の発光スペクトルの測定、並びにその発光ピーク波長、ピーク相対強度及びピーク半値幅の算出は、例えば、市販のキセノンランプ等300~400nmの発光波長を有する光源と、一般的な光検出器を備える蛍光測定装置など、市販のスペクトル測定装置を用いて行うことができる。
<蛍光体の製造方法>
本実施形態の蛍光体は、蛍光体を構成する各元素の原料を、各元素の割合が前記式[1]又は[2]を満たすように混合し、加熱することで合成することができる。
[原料]
各元素(MA、MB、MC、MC’、MD、Re)の原料は特に制限されないが、例えば各元素の単体、酸化物、窒化物、水酸化物、塩化物、フッ化物などハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などの無機塩、酢酸塩などの有機酸塩などが挙げられる。その他、前記元素群が2種以上含まれる化合物を用いてもよい。また、各化合物は水和物などであってもよい。
なお、後述の実施例においては、Sr、LiN、AlN、GaN、及びEuF或いはEuを出発原料として用いた。
各原料の入手方法は特に制限されず、市販のものを購入して用いることができる。
各原料の純度は特に制限されないが、元素比を厳密にする観点、及び不純物による異相の出現を避ける観点から、純度は高いほど好ましく、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは97モル%以上、更に好ましくは99モル%以上であり、上限は特に制限されないが、通常100モル%以下であり、不可避的に混入する不純物が含まれていてもよい。
後述の実施例においては、いずれも純度95モル%以上の原料を用いた。
酸素元素(O)、窒素元素(N)、ハロゲン元素(X)については、前記各元素の原料に酸化物、窒化物、及びハロゲン化物等を用いることで供給できるほか、合成反応の際に酸素又は窒素含有雰囲気とすることで適宜含ませることができる。
[混合工程]
原料の混合方法は特に制限されず、常法を用いることができる。例えば、目的組成が得られるように蛍光体原料を秤量し、ボールミル等を用いて十分混合し、蛍光体原料混合物を得る。上記混合手法としては、特に限定はされないが、具体的には、下記(a)及び(b)の手法が挙げられる。
(a)例えばハンマーミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル等の乾式粉砕機、又は、乳鉢と乳棒等を用いる粉砕と、例えばリボンブレンダー、V型ブレンダー、ヘンシェルミキサー等の混合機、又は、乳鉢と乳棒を用いる混合とを組み合わせ、前述の蛍光体原料を粉砕混合する乾式混合法。
(b)前述の蛍光体原料に水等の溶媒又は分散媒を加え、例えば粉砕機、乳鉢と乳棒、又は蒸発皿と撹拌棒等を用いて混合し、溶液又はスラリーの状態とした上で、噴霧乾燥、加熱乾燥、又は自然乾燥等により乾燥させる湿式混合法。
蛍光体原料の混合は、上記乾式混合法又は湿式混合法のいずれでもよいが、水分による蛍光体原料の汚染を避けるために、乾式混合法や非水溶性溶媒を使った湿式混合法が好ましい。
なお、後述の実施例においては、(a)の方法を採用した。
[加熱工程]
加熱工程では、例えば、混合工程で得られた蛍光体原料混合物をるつぼに入れ、引き続き、それを500℃~1200℃の温度、好ましくは600℃~1000℃、より好ましくは700~950℃の温度で加熱する。
るつぼの材質は蛍光体原料又は反応物と反応しないものが好ましくアルミナ、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミック、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、イリジウム、ロジウム等の金属、あるいは、それらを主成分とする合金等が挙げられる。
なお、後述の実施例においては、窒化ホウ素製るつぼを用いた。
加熱は不活性雰囲気下で行うことが好ましく、窒素、アルゴン、ヘリウム等が主成分のガスを用いることができる。
なお、後述の実施例においては、窒素雰囲気下で加熱を行った。
加熱工程では、上記の温度帯において、通常10分~200時間、好ましくは1時間~100時間、より好ましくは3~50時間にわたって加熱を行う。また、本加熱工程は1回で行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。複数回に分けて行う態様としては、欠陥を修復するために加圧下で加熱するアニールを行う態様、一次粒子又は中間物を得る一次加熱の後に、二次粒子又は最終生成物を得る二次加熱を行う態様などが挙げられる。
これにより、本実施形態の蛍光体が得られる。
[蛍光体の選別]
以上の方法で概ね本実施形態に係る蛍光体を得られるが、蛍光体の特性は反応容器中の微小な付着物、各試薬の不純物、各原料試薬のロット等、微細な差異によって本発明要件の範囲からわずかに外れる場合があるほか、粒子径の大きい物と小さい物、反射率等の異なる蛍光体等が混ざり合う場合がある。
このため、例えば、いくつか条件を変化させて蛍光体を製造し、得られた蛍光体を分級、洗浄等で選別し、反射率、XRDスペクトル等を分析し、本発明の要件を満たす蛍光体を選別することで、本実施形態の蛍光体を確実に得ることができる。
<発光装置>
本発明は一実施態様において、第1の発光体(励起光源)と、当該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを含む発光装置であって、該第2の発光体として、前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を含む発光装置である。ここで、第2の発光体は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本実施態様における発光装置は、該第2の発光体として、前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を含むほか、更に、励起光源からの光の照射下において、黄色、緑色、ないし赤色領域(橙色ないし赤色)の蛍光を発する蛍光体を使用することができる。具体的には、発光装置を構成する場合、黄色蛍光体としては、550nm以上、600nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものが好ましく、緑色蛍光体としては、500nm以上、560nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものが好ましい。また、橙色ないし赤色蛍光体は、通常615nm以上、好ましくは620nm以上、より好ましくは625nm以上、更に好ましくは630nm以上で、通常660nm以下、好ましくは650nm以下、より好ましくは645nm以下、更に好ましくは640nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものである。
上記の波長帯の蛍光体を適切に組み合わせることで、優れた色再現性を示す発光装置を提供できる。尚、励起源については、420nm未満の波長範囲に発光ピークを有するものを用いてもよい。
以下、赤色蛍光体として、620nm以上660nm以下の波長範囲に発光ピークを有する、前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を用い、且つ第1の発光体が300nm以上460nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを用いる場合の、発光装置の態様について記載するが、本実施態様はこれらに限定されるものではない。
上記の場合、本実施態様の発光装置は、例えば、次の(A)、(B)又は(C)の態様とすることができる。
(A)第1の発光体として、300nm以上460nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを用い、第2の発光体として、550nm以上600nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)、及び前記[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を用いる態様。
(B)第1の発光体として、300nm以上460nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを用い、第2の発光体として、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)、及び前記[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を用いる態様。
(C)第1の発光体として、300nm以上460nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを用い、第2の発光体として、550nm以上600nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)、及び前記[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を用いる態様。
上記の態様における緑色又は黄色の蛍光体としては市販のものを用いることができ、例えば、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体などを用いることができる。
(黄色蛍光体)
黄色蛍光体に用いることができるガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)(Al,Ga)12:(Ce,Eu,Nd)、 シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:(Eu,Ce)、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Ba,Ca,Mg)Si:Eu(SION系蛍光体)、(Li,Ca)(Si,Al)12(O,N)16:(Ce,Eu)(α-サイアロン蛍光体)、(Ca,Sr)AlSi(O,N):(Ce,Eu)(1147蛍光体)、(La,Ca,Y、Gd)(Al,Si)11:(Ce、Eu)(LSN蛍光体)などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
黄色蛍光体としては、上記蛍光体においてガーネット系蛍光体が好ましく、中でも、YAl12:Ceで表されるYAG系蛍光体が最も好ましい。
(緑色蛍光体)
緑色蛍光体に用いることができるガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)(Al,Ga)12:(Ce,Eu,Nd)、Ca(Sc,Mg)Si12:(Ce,Eu)(CSMS蛍光体)、シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO10:(Eu,Ce)、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:(Ce,Eu)(BSS蛍光体)、 酸化物蛍光体としては、例えば、(Ca,Sr,Ba,Mg)(Sc,Zn):(Ce,Eu)(CASO蛍光体)、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)Si:(Eu,Ce)、Si6-zAl8-z:(Eu,Ce)(β-サイアロン蛍光体)(0<z≦1)、(Ba,Sr,Ca,Mg,La)(Si,Al)12:(Eu,Ce)(BSON蛍光体)、アルミネート蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)Al1017:(Eu,Mn)(GBAM系蛍光体)などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(赤色蛍光体)
赤色蛍光体としては、前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を用いるが、本実施形態の蛍光体に加えて、例えばMn付活フッ化物蛍光体、ガーネット系蛍光体、硫化物蛍光体、ナノ粒子蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体などの他の橙色ないし赤色蛍光体を用いることができる。他の橙色ないし赤色蛍光体としては、例えば下記の蛍光体を用いることができる。
Mn付活フッ化物蛍光体としては、例えば、K(Si,Ti)F:Mn、KSi1-xNaAl:Mn(0<x<1)(まとめてKSF蛍光体)、 硫化物蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)S:Eu(CAS蛍光体)、LaS:Eu(LOS蛍光体)、 ガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Lu,Gd,Tb)MgAlSi12:Ce、ナノ粒子としては、例えば、CdSe、窒化物または酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)AlSiN:Eu(S/CASN蛍光体)、(CaAlSiN1-x・(SiO:Eu(CASON蛍光体)、(La,Ca)(Al,Si)11:Eu(LSN蛍光体)、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O):Eu(258蛍光体)、(Sr,Ca)Al1+xSi4-x7-x:Eu(1147蛍光体)、M(Si,Al)12(O,N)16:Eu(Mは、Ca,Srなど)(αサイアロン蛍光体)、Li(Sr,Ba)Al:Eu(上記のxは、いずれも0<x<1)などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[発光装置の構成]
本実施態様に係る発光装置は、第1の発光体(励起光源)を有し、且つ、第2の発光体として少なくとも前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体を使用することができ、その構成は制限されず、公知の装置構成を任意にとることが可能である。
装置構成及び発光装置の実施形態としては、例えば、特開2007-291352号公報に記載のものが挙げられる。その他、発光装置の形態としては、砲弾型、カップ型、チップオンボード、リモートフォスファー等が挙げられる。
{発光装置の用途}
発光装置の用途は特に制限されず、通常の発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能であるが、演色性が高い点から、中でも照明装置や画像表示装置の光源として、とりわけ好適に用いることができる。
また、発光波長が良好な赤色の蛍光体を備える点から、赤色の車両用表示灯、又は該赤色を含む白色光の車両用表示灯に用いることもできる。
[照明装置]
本発明は一実施態様において、前記発光装置を光源として備える照明装置とすることができる。
前記発光装置を照明装置に適用する場合、その照明装置の具体的構成に制限はなく、前述のような発光装置を公知の照明装置に適宜組み込んで用いればよい。例えば、保持ケースの底面に多数の発光装置を並べた面発光照明装置等を挙げることができる。
[画像表示装置]
本発明は一実施態様において、前記発光装置を光源として備える画像表示装置とすることができる。
前記発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合、その画像表示装置の具体的構成に制限はないが、カラーフィルターとともに用いることが好ましい。例えば、画像表示装置として、カラー液晶表示素子を利用したカラー画像表示装置とする場合は、前記発光装置をバックライトとし、液晶を利用した光シャッターと赤、緑、青の画素を有するカラーフィルターとを組み合わせることにより画像表示装置を形成することができる。
[車両用表示灯]
本発明は一実施形態において、前記発光装置を備える車両用表示灯とすることができる。
車両用表示灯に用いる発光装置は、特定の実施形態においては、白色光を放射する発光装置であることが好ましい。白色光を放射する発光装置は、発光装置から放射される光が、光色の黒体輻射軌跡からの偏差duvが-0.0200~0.0200であり、かつ色温度が5000K以上、30000K以下であることが好ましい。
車両用表示灯に用いる発光装置は、特定の実施形態においては、赤色光を放射する発光装置であることが好ましい。該実施形態においては、例えば、発光装置が青色LEDチップから照射される青色光を吸収して赤色に発光することで、赤色光の車両用表示灯としてもよい。
車両用表示灯は、車両のヘッドランプ、サイドランプ、バックランプ、ウインカー、ブレーキランプ、フォグランプなど、他の車両や人等に対して何らかの表示を行う目的で車両に備えられた照明を含む。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、下記のものに限定されるものではない。
{測定方法}
[粉末X線回折測定]
粉末X線回折(XRD)は、粉末X線回折装置SmartLab 3(Rigaku社製)にて精密測定した。
測定条件は以下の通りである。
CuKα管球使用
X線出力=45kV、200mA
発散スリット=自動
検出器=高速1次元X線検出器(D/teX Ultra 250)
捜査範囲2θ=5~95度
読み込み幅=0.02度
[反射率の測定]
反射スペクトルは、紫外可視分光光度計(日本分光社製、V-560)にて以下の測定条件の通り行った。反射率は、発泡樹脂加工したPTFE製の標準反射板(ラブズフェア社製、スペクトラロン標準反射板)を100%として、発光ピーク波長から800nmの波長領域における反射率の最小値から求めた。
光源:重水素放電管(190~350nm)
:タングステンよう素ランプ(330~900nm)
測定波長範囲:200~800nm
測定間隔:0.5nm
[発光スペクトルの測定]
発光スペクトルは、分光蛍光光度計F-4500(日立ハイテクノロジー社製)にて以下の測定条件の通り行った。
光源:キセノンランプ
励起波長:455nm
測定波長範囲:200~800nm
測定間隔:0.2nm
[量子効率の測定]
量子効率は、量子効率測定システムQE-2100(大塚電子社製)にて以下の測定条件の通り行った。
光源:キセノンランプ
励起波長:455nm
測定波長範囲:200~850nm
測定間隔:0.5nm
<蛍光体の特性評価>
前述の蛍光体の製造方法に従って蛍光体を製造し、発光スペクトル及び反射率を測定した上で、発光ピーク波長から800nmまでの波長領域における反射率の最小値が本発明の要件を満たす蛍光体を選別することで、前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む本実施形態の蛍光体に該当する赤色蛍光体(実施例1~2)を用意した。また、本発明との比較対象として、発光ピーク波長から800nmの波長領域における反射率の最小値が17.74%である比較例1の蛍光体を用意した。
各蛍光体の組成、発光ピーク波長から800nmの波長領域における反射率の最小値、発光ピーク波長、半値幅、及び比較例1の蛍光体の発光強度を1とした時の相対発光強度を、表1に示す。また、実施例1と比較例1の蛍光体のXRDパターン及び発光スペクトルをそれぞれ図1及び図2に示す。
実施例1~2の蛍光体は空間群がP-1であり、発光ピーク波長は644付近であった。また、半値幅はそれぞれ54nm、57nmと良好であり、かつ、発光強度が比較例1の蛍光体と比較して数倍又は10倍以上と大幅に向上しており、発光装置に適用した場合、変換効率が良好な発光装置を得られることが分かる。
Figure 2023106305000002
次に、MC元素の構成及び前記反射率を種々変更した蛍光体(実施例3~9)を用意した。各実施例の組成、発光ピーク波長から800nmの波長領域における反射率の最小値、発光ピーク波長、半値幅、比較例1の発光強度を1とした時の相対発光強度、及び内部量子効率(iQE)を表1に示す。なお、実施例3~9の空間群はいずれもP-1であった。また、表2に、所定波長領域における反射率の最小値、及び各領域に係る反射率の最小値同士の差又は比率を示す。
また、既存蛍光体の例を示す参考例1として、CaAlSiN:Euで表される組成を有する市販のCASN蛍光体(三菱ケミカル社製、BR-101/J)を用意した。参考例1の蛍光体の空間群はCmc2、発光ピーク波長は646nm、半値幅は87nmであった。
Figure 2023106305000003
実施例4~9の蛍光体のXRDパターンを図3に示す。実施例4~9の蛍光体の発光スペクトルを図4に示す。実施例4、5、9、及び参考例1の蛍光体の発光ピーク強度を1とした時の規格化発光スペクトルを図5に示す。また、各実施例及び比較例の蛍光体の反射率スペクトルを図6A~Cに、各実施例の蛍光体の相対発光強度と、前記反射率A~Cに係る反射率A、A-B、A-C、並びにC/Aとの関係を図7A~Dに示す。なお、参考例1の蛍光体の発光ピーク波長は646nm、半値幅は87nmであった。
各実施例から分かる様に、本発明の蛍光体は、組成を調整することで用途に応じて様々な発光ピーク波長を実現できることが分かる。また、各実施例の蛍光体は比較例1の蛍光体と比べていずれも非常に高い発光強度を示した。
また、各実施例の蛍光体は参考例1の蛍光体と比較して半値幅が非常に小さく、この様な蛍光体を用いることで、演色性又は色再現度と変換効率が共に良好な発光装置を提供できることが分かる。
次に、本実施形態の蛍光体を備える発光装置の特性に係るシミュレーションの結果S1~S9を記載する。
第一の赤色蛍光体として発光ピーク波長620nmのSCASN蛍光体(三菱ケミカル社製、BR-102/D)と、第二の赤色蛍光体として下記表3に示す前記実施例及び比較例の蛍光体、又は発光ピーク波長646nmのCASN蛍光体(三菱ケミカル社製、BR-101/J)と、緑色蛍光体としてLuAG蛍光体(三菱ケミカル社製、BG-801/B4)とを用いる想定で、各蛍光体の発光スペクトル、内部量子効率(iQE)等の情報を元に、各蛍光体を備える白色LEDの発光スペクトルを導出した。全てのシミュレーションは、449nmの光を放出する青色LEDチップを仮定して実施した。また、演色性評価数Raが90以上を満たしたうえで色度座標がプランク曲線上の3000Kの白色光の座標と一致する様に緑色蛍光体及び第一、第二の赤色蛍光体の量を調整し、特性を比較した。結果を図8A~Gに示す。また、各スペクトルから演色性評価数Ra、赤色の演色性評価数R9、並びに変換効率(LER)を求めた結果を表3に示す。
なお、表3における「蛍光体質量 相対値」とは、各蛍光体の合計質量を100%とした際の、各蛍光体の質量割合であり、「緑」は前記LuAG蛍光体、「赤1」は前記第一の赤色蛍光体、「赤2」は前記第二の赤色蛍光体である。
Figure 2023106305000004
表3に示す通り、本発明の要件を満たす各実施例の蛍光体を用いた発光装置は、比較例1の蛍光体を用いた場合と比べて色再現性Raが飛躍的に改善した他、参考例1の蛍光体を用いた場合と比べてLER又はR9、もしくはその両方が改善し、変換効率と演色性又は色再現性が共に優れることが分かる。なお、第二の赤色蛍光体に比較例1の蛍光体を用いた例では、赤色領域の発光強度が低いため、赤色の色再現度を示すR9の値が非常に低く、正確に評価できなかった。
以上示す通り、本発明に係る蛍光体は、赤色として好ましい波長、優れた半値幅及び発光強度を示し、この様な蛍光体を備える発光装置を用いることで、演色性又は色再現性に優れ、かつ変換効率が良好な発光装置、照明装置、画像表示装置及び車両用表示灯などを提供できる。

Claims (2)

  1. 蛍光体であって、
    下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含み、かつ、
    前記蛍光体の所定の波長領域における反射率の最小値が20%以上であり、前記所定の波長領域は、前記蛍光体の発光ピーク波長から800nmまでの領域であり、
    発光スペクトルにおける半値幅(FWHM)が70nm以下であり、
    発光スペクトルにおいて645nm以下に発光ピーク波長を有する、蛍光体。
    RexMAaMBb(MC’1-yMDy)cNdXe [2]
    (上記式[2]中、
    MAはSrであり、
    MBはLiであり、
    MC’はAlであり、
    MDはGaであり、
    XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
    ReはEuであり、
    a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
    0.7≦a≦1.3
    0.7≦b≦1.3
    2.4≦c≦3.6
    3.2≦d≦4.8
    e=0
    0.0<x≦0.2
    0.0<y≦1.0)
  2. 前記式[2]で表される組成を有する結晶相の空間群がP-1である、請求項1に記載の蛍光体。
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