JP4283336B2 - 蛍光体及びその製造方法、蛍光体含有組成物、発光装置、並びに画像表示装置及び照明装置 - Google Patents
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Description
(i)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光ピーク波長が、510nm以上542nm以下である。
(ii)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光ピーク半値幅が、75nm以下である。
(iii)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の、下記式で規定される外部量子効率が、0.42以上である。
(外部量子効率)=(内部量子効率)×(吸収効率)
(iv)該蛍光体の表面の少なくとも一部が、酸素を含有する物質からなる。
(v)該蛍光体が、2価及び3価の原子価を取り得る金属元素(以下「MII元素」という。)を含有すると共に、該蛍光体中に含有される2価の元素の合計モル数に対する該MII元素のモル数の比率が、1%よりも大きく、15%未満である。
0.210≦x≦0.330、及び、
0.480≦y≦0.670
を満たすことが好ましい。
0.5<{[Ba]/([Ba]+[Sr])}≦1
を満たすことが好ましい。
L*≧90、
a*≦−20、
b*≧30、及び
{a*/b*}≦−0.45
を満たすことを特徴とする、蛍光体に存する。
MIは、Ba、Ca、Sr、Zn及びMgからなる群より選ばれる1種以上の元素を表わす。
MIIは、2価及び3価の原子価を取り得る1種以上の金属元素を表わす。
x、α及びβは各々、
0.01<x<0.3、
1.5≦α≦2.5、及び、
3.5≦β≦4.5
を満たす数を表わす。)
0.5<{[Ba]/([Ba]+[Sr])}≦1
を満たすことが好ましい。
以上のことを鑑みて、本願発明の要旨は下記(i)〜(vii)を満たし、かつ、蛍光体前駆体を焼成し、該焼成の後で強還元性雰囲気下において、フラックスとして蛍光体中のケイ素(Si)に対するモル比で0.05モル以上のSrCl2を単独、もしくは、さらに0.1モル以上のCsClの存在下で焼成する工程を経て得られたことを特徴とする、蛍光体に存する(請求項1)。
(i)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光ピーク波長が、510nm以上542nm以下である。
(ii)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光ピーク半値幅が、75nm以下である。
(iii)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の、下記式で規定される外部量子効率が、0.59以上である。
(外部量子効率)=(内部量子効率)×(吸収効率)
(iv)下記式[1]で表わされる化学組成を有する。
MIは、少なくともBa及びSrを含有する、Ba、Ca、及びSrからなる群より選ばれる2種以上の元素を表わし、MIとしてCaを含有する場合にはCaによる置換量がモル比率の値で10%以下であり、
MIIは、Euを表わし、
x、α及びβは、各々、
0.04≦x<0.3、
α=2、及び、
3.5≦β≦4.5を満たす数を表わす。)
(v)前記式[1]において、前記MIとして少なくともBa及びSrを含有するとともに、MI全体に対するBa及びSrのモル比をそれぞれ[Ba]及び[Sr]とした場合に、[Ba]及び[Sr]が、
0.5<{[Ba]/([Ba]+[Sr])}≦0.8
を満たす。
(vi)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光色のCIE色度座標のx値及びy値が、それぞれ
0.210≦x≦0.330、及び、
0.480≦y≦0.670
を満たす。
(vii)蛍光体中に含有される、前記式[1]におけるMI元素と、Euとの合計モル数に対する、Euのモル数の比率が、15%未満である。
このとき、前記強還元性雰囲気下における焼成が、固体カーボン共存下であることが好ましい(請求項2)。
また、上記蛍光体が、前記式[1]に記載された元素以外に、更に、アルカリ金属元素、及びハロゲン元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、これらの元素の含有量の合計が1ppm以上であることが好ましい(請求項3)。
また、上記蛍光体が、結晶成長促進作用を有するフラックスと結晶成長抑制作用を有するフラックスとを組み合わせて用いて焼成することにより得られたことが好ましい(請求項4)。
また、上記蛍光体が、前記式[1]に記載された元素以外に、前記蛍光体が、更にTb、Ag、La、Sm、及びPrからなる群から選ばれる1種以上の元素を含有し、これらの元素の含有量の合計が蛍光体1モルに対し0.0001モル%以上であることが好ましい(請求項5)。
また、上記蛍光体の物体色をL*a*b*表色系で表した場合にL*、a*、及びb*が、それぞれ
L*≧95、
a*≦−30、
b*≧45
を満たすことが好ましい(請求項6)。
また、該蛍光体の重量メジアン径が10μm以上、30μm以下であることが好ましい(請求項7)。
本発明の別の要旨は、上述の蛍光体と、液体媒体とを含有することを特徴とする、蛍光体含有組成物に存する(請求項8)。
本発明の別の要旨は、第1の発光体と、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の発光体とを備え、該第2の発光体が、上述の蛍光体を少なくとも1種以上、第1の蛍光体として含有することを特徴とする、発光装置に存する(請求項9)。
このとき、前記第2の発光体が、前記第1の蛍光体とは発光ピーク波長の異なる少なくとも1種以上の蛍光体を、第2の蛍光体として含有することが好ましい(請求項10)。
また、前記第1の発光体が、420nm以上500nm以下の範囲に発光ピークを有し、前記第2の発光体が、前記第2の蛍光体として、570nm以上780nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも一種の蛍光体を含有することが好ましい(請求項11)。
また、前記第1の発光体が、300nm以上420nm以下の範囲に発光ピークを有し、前記第2の発光体が、前記第2の蛍光体として、420nm以上470nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも一種の蛍光体と、570nm以上780nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも一種の蛍光体とを含有することが好ましい(請求項12)。
また、前記第1の発光体が、420nm以上500nm以下の範囲に発光ピークを有し、前記第2の発光体が、前記第2の蛍光体として、580nm以上620nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体を含有することが好ましい(請求項13)。
また、前記第2の蛍光体として、(Sr,Ca,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、又はCeで付活したCaAlSiN3構造を有する窒化物系蛍光体を含有することが好ましい(請求項14)。
本発明の別の要旨は、上述の発光装置を光源として備えることを特徴とする、画像表示装置に存する(請求項15)。
本発明の別の要旨は、上述の発光装置を光源として備えることを特徴とする、照明装置に存する(請求項16)。
本発明の一態様に係る蛍光体(以下「本発明の特定特性蛍光体」或いは単に「特定特性蛍光体」という場合がある。)は、特定波長の光で励起した場合の発光ピーク波長、発光ピーク半値幅及び外部量子効率、並びに組成が後述の規定を満たすものである。
また、本発明の一態様に係る蛍光体(以下「本発明の特定組成蛍光体」或いは単に「特定組成蛍光体」という場合がある。)は、その組成及び物体色が後述の規定を満たすものである。
なお、「特定特性蛍光体」及び「特定組成蛍光体」という語は、あくまでも説明の便宜のために用いるものであり、本発明の蛍光体になんら影響を与えるものではない。
本発明の特定特性蛍光体は、以下に説明する特徴を有する。
特定特性蛍光体は、緑色蛍光体としての用途に鑑みて、ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合における発光スペクトルを測定した場合に、以下の特徴を有する。
また、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、励起光源として150Wキセノンランプを、スペクトル測定装置としてマルチチャンネルCCD検出器C7041(浜松フォトニクス社製)を備える蛍光測定装置(日本分光社製)を用いて行なうことができる。
(吸収効率αq)
吸収効率(以下「αq」で表わす場合がある。)は、励起光源(後述する「第一の発光体」に相当する。)が発する光(励起光)の光子数に対し、蛍光体が吸収する光子数の割合を意味する。なお、以下の記載では「光子」を「フォトン」と言う場合がある。
具体的に、特定特性蛍光体をピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合における吸収効率αqは、通常0.55以上、好ましくは0.6以上、より好ましくは0.75以上であることが望ましい。蛍光体の吸収効率αqが低過ぎると、所定の発光を得るために必要な励起光量が大きくなり、消費エネルギーが大きくなる傾向がある。
なお、蛍光体の吸収効率αqの測定方法については後述の通りである。
内部量子効率(以下「ηi」で表わす場合がある。)とは、蛍光体が吸収した励起光の光子数に対する、蛍光体が発光した光子数の比率を意味する。
具体的に、特定特性蛍光体をピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合における内部量子効率ηiは、通常0.57以上、好ましくは0.69以上、より好ましくは0.79以上であることが望ましい。蛍光体の内部量子効率ηiが低過ぎると、所定の発光を得るために必要な励起光量が大きくなり、消費エネルギーが大きくなる傾向がある。
なお、蛍光体の内部量子効率ηiの測定方法については後述の通りである。
外部量子効率(以下「ηo」で表わす場合がある。)とは、励起光の光子数に対する蛍光体の発光光子数の割合を表わす値であり、前記の吸収効率αqと前記の内部量子効率ηiとの積に相当する。即ち、外部量子効率ηoは、下記式で規定されることになる。
(外部量子効率ηo)=(内部量子効率ηi)×(吸収効率αq)
具体的に、特定特性蛍光体をピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合における外部量子効率ηoは、通常0.42以上、好ましくは0.50以上、より好ましくは0.55以上、更に好ましくは0.65以上である(この要件を以下「要件(iii)」と言う場合がある。)。蛍光体の外部量子効率ηoが低いと、所定の発光を得るために必要な励起光量が大きくなり、消費エネルギーが大きくなる傾向がある。
なお、蛍光体の外部量子効率ηoの測定方法については後述の通りである。
蛍光体の吸収効率αq、内部量子効率ηi及び外部量子効率ηoを求める方法について、以下に説明する。
すなわち、励起光に対してほぼ100%の反射率Rを持つ物質、例えばLabsphere製「Spectralon」(450nmの励起光に対して98%の反射率Rを持つ。)等の白色反射板を測定対象として、蛍光体サンプルと同様の配置で上述の集光装置に取り付け、該分光測定装置を用いて反射スペクトルを測定する(この反射スペクトルを以下「Iref(λ)」とする。)。
吸収効率αq = Nabs/N =(式II)/(式I)
内部量子効率ηiは、蛍光現象に由来するフォトンの数NPLを、蛍光体サンプルが吸収したフォトンの数Nabsで割った値である。
具体的に、上記(式III)の積分区間の下限は、上記(式I)の積分区間の上端を取り、積分区間の上限は、蛍光に由来するフォトンを包含するために必要十分な範囲とする。
ηi = (式III)/(式II)
ηo = (式III)/(式I)
即ち、外部量子効率ηoは、蛍光に由来するフォトンの数NPLを励起光の全フォトン数Nで割った値である。
特定特性蛍光体は、少なくともその表面の一部、好ましくはその表面の実質的に全体が、酸素を含有する物質からなる(この要件を以下「要件(iv)」と言う場合がある。)。
一方、特定特性蛍光体が窒化物蛍光体や硫化物蛍光体である場合は、燐酸カルシウムやシリカ等で表面をコーティングし、少なくとも蛍光体の表面の一部を、酸素を含有する物質とすることが好ましい。但し、解砕処理等の間に蛍光体の表面が酸化され、酸化膜が形成される場合があるので、この場合には積極的にコーティングを行なわなくともよい。
特定特性蛍光体は、その組成に2価及び3価の原子価を取り得る1種以上の元素(以下「MII」という場合がある。)を有する。MIIは付活元素として機能するものである。MIIの具体例としては、Cr、Mn等の遷移金属元素;Eu、Sm、Tm、Yb等の希土類元素;等が挙げられる。MIIとしては、これらの元素のうち何れか一種を単独で含有していてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有していてもよい。中でもMIIとしては、Sm、Eu、Ybが好ましく、Euが特に好ましい。
特定特性蛍光体の発光色は、CIE色度座標の一つ、x、y表色系(CIE 1931表色系)で表現することができる。
また、特定特性蛍光体のCIE色度座標yの値は、通常0.480以上、好ましくは0.490以上、より好ましくは0.495以上、また、通常0.670以下、好ましくは0.660以下、より好ましくは0.655以下の範囲であることが望ましい。
CIE色度座標x及びyの値が上述の範囲を満たすことにより、白色光合成時には色再現範囲が広くなるという利点が得られる。
なお、蛍光体のCIE色度座標x及びyの値は、波長480nm〜800nmの範囲における発光スペクトルから、JIS Z8724に準じて計算することにより算出することができる。
特定特性蛍光体は、前述したように、その組成に2価及び3価の原子価を取り得る1種以上の元素(MII)を有する。更に、その他の元素を含有していてもよい。
一方、本発明の特定組成蛍光体は、以下に説明する特徴を有する。
特定組成蛍光体は、下記式[1]で表わされる化学組成を有することを、その特徴とする。
Tbの含有量が多過ぎると、温度特性向上効果が低下する傾向があり、Tbの含有量が少な過ぎると耐久性向上効果が低下する場合がある。
Prの含有量としては、蛍光体1モルに対し、通常0.0001モル%以上、中でも0.001モル%以上、更には0.01モル%以上、また、通常5モル%以下、中でも1モル%以下、更には0.5モル%以下の範囲であることが好ましい。
Prの含有量が多過ぎると、濃度消光を起こし、輝度が低下する傾向にあり、Prの含有量が少な過ぎると外部量子効率向上効果が低下する場合がある。
特定組成蛍光体は、その物体色をL*a*b*表色系(CIE 1976表色系)で表わした場合に、L*値、a*値及びb*値が以下の式を満たすことを、もう一つの特徴とする。
L*≧90
a*≦−20
b*≧30
{a*/b*}≦−0.45
また、物体色とは、光が物体で反射したときの色を意味する。本発明においては、測定物(即ち、蛍光体)を決められた光源(白色光源。例えば、標準光D65を使用することができる。)で照射し、得られた反射光をフィルターで分光して、L*、a*、b*の値を求めている。
物体色は、蛍光体原料の還元度(例えば、MII全体に対する2価の元素のモル比の割合で示される。)と関連し、還元度が高いと(例えば、MII全体に対する2価の元素のモル比の割合が高いと)上記範囲の物体色を有すると考えられる。後述するように、固体カーボン存在下等の強還元性雰囲気下で蛍光体原料を焼成する等、本発明の製造方法に従って製造すると、上記の範囲の物体色を有する蛍光体を得ることができる。
特定組成蛍光体は、励起波長は特に限定されないが、通常300nm以上、中でも350nm以上、更には380nm以上、また、通常500nm以下、中でも480nm以下、更には470nm以下の波長範囲の光で励起可能であることが好ましい。例えば、青色領域の光、及び/又は、近紫外領域の光で励起可能であれば、半導体発光素子等を第1の発光体とする発光装置に好適に使用することができる。
特定組成蛍光体は、その重量メジアン径が、通常10μm以上、中でも12μm以上、また、通常30μm以下、中でも25μm以下の範囲であることが好ましい。重量メジアン径が小さ過ぎると、輝度が低下し、蛍光体粒子が凝集してしまう傾向がある。一方、重量メジアン径が大き過ぎると、塗布ムラやディスペンサー等の閉塞が生じる傾向がある。なお、特定組成蛍光体の重量メジアン径は、例えばレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置等の装置を用いて測定することができる。
また、特定組成蛍光体は、その結晶子径が大きいほど好ましく、通常20nm以上、中でも100nm以上であることが好ましい。ここで、結晶子径とは、粉末X線回折において半値幅を測定することにより求めることができるものである。結晶子間の界面では、無輻射失活が起こり、発光エネルギーの熱エネルギーへの変換が起こると考えられている。結晶子が大きいと、結晶子界面が少なくなるため、熱エネルギーへの変換が少なく、輝度が高くなる。
また、前述したように、Tbを含有する場合等、一部の特定組成蛍光体は、温度特性にも優れる。具体的には、455nmの波長の光を照射した場合の25℃での輝度に対する100℃での発光スペクトル図中の発光ピーク強度値の割合が、通常50%以上であり、好ましくは60%以上、特に好ましくは70%以上である。
また、特定組成蛍光体は、耐久性にも優れる。特に、前述したように、Tb等を含有する場合は耐久性により優れる。具体的には、特定組成蛍光体を用いて発光装置を構成したときに、点灯開始直後(0時間)の「緑色ピークの発光強度/青色ピークの発光強度」の値を100%とした時の1000時間の「緑色ピークの発光強度/青色ピークの発光強度」の値が、通常85%以上、中でも好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上であることが好ましい。
本発明の蛍光体を得るための原料、蛍光体製造法等については以下の通りである。
なお、本発明の蛍光体が前記式[1]で表される蛍光体とは構成元素が異なる場合は、原料の変更等を行えば以下の製造方法で製造することができる。
本発明の蛍光体の製造に使用されるMI源、Si源及びMII源としては、MI、Si及びMIIの各元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、蓚酸塩、カルボン酸塩、ハロゲン化物等が挙げられる。これらの化合物の中から、複合酸化物への反応性や、焼成時におけるNOx、SOx等の発生量の低さ等を考慮して、適宜選択すればよい。
これらのSi源は、何れか一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、Sm源、Tm源、Yb源等の具体例としては、Eu源の具体例として挙げた各化合物において、EuをそれぞれSm、Tm、Yb等に置き換えた化合物が挙げられる。
これらのMII源は、何れか一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
これらの他の元素を含有する化合物は、何れか一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
MI源、Si源及びMII源を混合する手法は特に制限されないが、例としては、下記の(A)乾式法及び(B)湿式法の手法が挙げられる。
焼成工程は通常、上述の混合工程により得られた混合物を、各蛍光体原料と反応性の低い材料からなるルツボ又はトレイ等の耐熱容器中に充填し、焼成することにより行なう。焼成時に用いる耐熱容器の材質としては、アルミナ、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム等のセラミックス、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、或いは、それらを主成分とする合金、カーボン(グラファイト)等が挙げられる。ここで、石英製の耐熱容器は、比較的低温、すなわち、1200℃以下での熱処理に使用することができ、好ましい使用温度範囲は1000℃以下である。上述した耐熱容器の材質のうち、中でもアルミナ、金属が好ましい。
本発明の蛍光体を製造するためには、本発明の付活元素MIIが発光に寄与するイオン状態(価数)となるように、必要な雰囲気を選択する。例えば、本発明の蛍光体における緑色発光をもたらす好ましいMII元素の一つである付活元素のEuは、少なくともその一部が2価イオンであることが望ましい。具体的に、全Euに占めるEu2+の割合は高いほど好ましく、通常50%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上である。しかしながら、Euの原料として通常は、Eu2O3等の3価のEuイオンを含む化合物が用いられる。従って、2価イオンであるEu2+を含有し、緑色発光をもたらす蛍光体を得るために、従来は、3価イオンEu3+を2価イオンEu2+に還元するべく、一酸化炭素、水素含有窒素、水素等の何らかの還元雰囲気下で焼成するのが一般的であった。しかし、これらの焼成雰囲気下でも、原料等由来の酸素が含まれてしまうため、酸素濃度を充分に低減することは困難であった。また、MII元素としてSm、Tm、Yb等を用いる場合にも、上述のEuの場合と同様の課題があった。
なお、ルツボに蓋をする等、密閉した条件下で焼成を行なうことが好ましい。
焼成工程においては、良好な結晶を成長させる観点から、反応系にフラックスを共存させることが好ましい。フラックスの種類は特に制限されないが、1価の元素又は原子団と−1価の元素とを含有する化合物、1価の元素又は原子団と−3価の元素又は原子団とを含有する化合物、2価の元素と−1価の元素とを含有する化合物、2価の元素と−3価の元素又は原子団とを含有する化合物、3価の元素と−1価の元素とを含有する化合物、並びに、3価の元素と−3価の元素又は原子団を含有する化合物とからなる群から選ばれる化合物をフラックスとして使用することが好ましい。
2価の元素は、例えば、アルカリ土類金属元素、及び亜鉛(Zn)からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましく、ストロンチウム(Sr)又はバリウム(Ba)であることがより好ましい。
3価の元素は、例えば、ランタン(La)等の希土類元素、イットリウム(Y)、アルミニウム(Al)、及びスカンジウム(Sc)からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましく、イットリウム(Y)又はアルミニウム(Al)であることがより好ましい。
−1価の元素は、例えば、ハロゲン元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましく、塩素(Cl)又はフッ素(F)であることが好ましい。
−3価の元素又は原子団は、例えば、リン酸基(PO4)であることが好ましい。
なお、焼成工程を一次焼成と二次焼成とに分割し、混合工程により得られた原料混合物をまず一次焼成した後、ボールミル等で再度粉砕してから二次焼成を行なってもよい。
上述の焼成工程の加熱処理後は、必要に応じて、洗浄、乾燥、粉砕、分級処理等がなされる。
粉砕処理には、原料の混合工程に使用できるとして列挙した粉砕機が使用できる。洗浄は、脱イオン水等の水、メタノール、エタノール等の有機溶剤、アンモニア水等のアルカリ性水溶液等で行なうことができる。分級処理は、篩分や水篩を行なう、或いは、各種の気流分級機や振動篩等各種の分級機を用いることにより行なうことができる。中でも、ナイロンメッシュによる乾式分級を用いると、重量メジアン径20μm程度の分散性の良い蛍光体を得ることができる。
また、洗浄処理後に乾燥処理を行うことが好ましい。乾燥処理の方法に特に制限はないが、必要に応じて、蛍光体の性質に合わせて適宜乾燥処理方法を選択することが好ましい。例えば、特定組成蛍光体は、長時間、高温高湿の雰囲気下(例えば熱水中)にさらしたりすると、蛍光体の母体表面の一部が溶解し、溶解した部分は空気中の二酸化炭素と反応して炭酸塩に変わることがある。従って、特定組成蛍光体に乾燥処理を施す際は、真空乾燥、減圧乾燥、凍結乾燥等の低温乾燥や、スプレードライ等の短時間乾燥が好ましく、また、窒素やアルゴンガス等の二酸化炭素を含まない雰囲気中で乾燥するか、もしくは水分を低沸点溶剤に置換して風乾する方法が好ましい。
なお、上述の手順により得られた本発明の蛍光体を用いて、後述の方法で発光装置を製造する際には、耐湿性等の耐候性を一層向上させるために、又は、後述する発光装置の蛍光体含有部における樹脂に対する分散性を向上させるために、必要に応じて、蛍光体の表面を異なる物質で被覆する等の表面処理を行なってもよい。
(i)前記表面処理物質が連続膜を構成して、本発明の蛍光体の表面を被覆する態様。
(ii)前記表面処理物質が多数の微粒子となって、本発明の蛍光体の表面に付着することにより、本発明の蛍光体の表面を被覆する態様。
本発明の蛍光体は、蛍光体を使用する任意の用途に用いることができるが、特に、青色光又は近紫外光で励起可能であるという特性を生かして、各種の発光装置(後述する「本発明の発光装置」)に好適に用いることができる。組み合わせる蛍光体の種類や使用割合を調整することで、様々な発光色の発光装置を製造することができる。特に、本発明の蛍光体が緑色蛍光体であることから、青色光を発する励起光源と橙色ないし赤色の蛍光を発する蛍光体(橙色ないし赤色蛍光体)を組み合わせれば、白色発光装置を製造することができる。この場合の発光色は、本発明の蛍光体や組み合わせる橙色ないし赤色蛍光体の発光波長を調整することにより、好みの発光色にすることができるが、例えば、いわゆる擬似白色(例えば、青色LEDと黄色蛍光体を組み合わせた発光装置の発光色)の発光スペクトルと類似した発光スペクトルを得ることもできる。更に、この白色発光装置に赤色の蛍光を発する蛍光体(赤色蛍光体)を組み合わせれば、赤色の演色性に極めて優れた発光装置や電球色(暖かみのある白色)に発光する発光装置を実現することができる。また、近紫外光を発する励起光源に、本発明の蛍光体と、青色の蛍光を発する蛍光体(青色蛍光体)及び赤色蛍光体を組み合わせても、白色発光装置を製造することができる。
本発明の蛍光体は、液体媒体と混合して用いることもできる。特に、本発明の蛍光体を発光装置等の用途に使用する場合には、これを液体媒体中に分散させた形態で用いることが好ましい。本発明の蛍光体を液体媒体中に分散させたものを、適宜「本発明の蛍光体含有組成物」と呼ぶものとする。
本発明の蛍光体含有組成物に含有させる本発明の蛍光体の種類に制限は無く、上述したものから任意に選択することができる。また、本発明の蛍光体含有組成物に含有させる本発明の蛍光体は、1種のみであってもよく、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。更に、本発明の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、本発明の蛍光体以外の蛍光体を含有させてもよい。
本発明の蛍光体含有組成物に使用される液体媒体としては、該蛍光体の性能を目的の範囲で損なわない限りにおいて特に限定されない。例えば、所望の使用条件下において液状の性質を示し、本発明の蛍光体を好適に分散させるとともに、好ましくない反応を生じないものであれば、任意の無機系材料及び/又は有機系材料が使用できる。
また、上記式(i)において、M、D、T及びQは、各々0以上1未満の数であり、且つ、M+D+T+Q=1を満足する数である。
具体的には、下記一般式(ii)及び/又は(iii)で表わされる化合物、及び/又はそのオリゴマーを加水分解・重縮合して得られる重縮合物が挙げられる。
(式(ii)中、Mは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、及びチタンより選択される少なくとも1種の元素を表わし、Xは、加水分解性基を表わし、Y1は、1価の有機基を表わし、mは、Mの価数を表わす1以上の整数を表わし、nは、X基の数を表わす1以上の整数を表わす。但し、m≧nである。)
(式(iii)中、Mは、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、及びチタンより選択される少なくとも1種の元素を表わし、Xは、加水分解性基を表わし、Y1は、1価の有機基を表わし、Y2は、u価の有機基を表わし、sは、Mの価数を表わす1以上の整数を表わし、tは、1以上、s−1以下の整数を表わし、uは、2以上の整数を表わす。)
シリコーン系材料は、一般に半導体発光素子や素子を配置する基板、パッケージ等との接着性が弱いことが課題とされるが、密着性が高いシリコーン系材料として、特に、以下の特徴〔1〕〜〔3〕のうち1つ以上を有する縮合型シリコーン系材料が好ましい。
〔2〕後に詳述する方法によって測定した固体Si−核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおいて、下記(a)及び/又は(b)のSiに由来するピークを少なくとも1つ有する。
(a)ピークトップの位置がテトラメトキシシランを基準としてケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク。
(b)ピークトップの位置がテトラメトキシシランを基準としてケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク。
〔3〕シラノール含有率が0.1重量%以上、10重量%以下である。
以下、上記の特徴〔1〕〜〔3〕について説明する。
従来のシリコーン系材料の基本骨格は炭素−炭素及び炭素−酸素結合を基本骨格としたエポキシ樹脂等の有機樹脂であるが、これに対し本発明のシリコーン系材料の基本骨格はガラス(ケイ酸塩ガラス)などと同じ無機質のシロキサン結合である。このシロキサン結合は、下記表2の化学結合の比較表からも明らかなように、シリコーン系材料として優れた以下の特徴がある。
(II)電気的に若干分極している。
(III)鎖状構造の自由度は大きく、フレキシブル性に富む構造が可能であり、シロキサン鎖中心に自由回転可能である。
(IV)酸化度が大きく、これ以上酸化されない。
(V)電気絶縁性に富む。
シリコーン系材料を白金るつぼ中にて大気中、450℃で1時間、次いで750℃で1時間、950℃で1.5時間保持して焼成し、炭素成分を除去した後、得られた残渣少量に10倍量以上の炭酸ナトリウムを加えてバーナー加熱し溶融させ、これを冷却して脱塩水を加え、更に塩酸にてpHを中性程度に調整しつつケイ素として数ppm程度になるよう定容し、ICP分析を行なう。
本発明に好適なシリコーン系材料の固体Si−NMRスペクトルを測定すると、有機基の炭素原子が直接結合したケイ素原子に由来する前記(a)及び/又は(b)のピーク領域に少なくとも1本、好ましくは複数本のピークが観測される。
一方、(b)に記載のピークの半値幅は、通常5.0ppm以下、好ましくは4.0ppm以下、また、通常0.3ppm以上、好ましくは0.4ppm以上の範囲である。
シリコーン系材料について固体Si−NMRスペクトルを行なう場合、以下の条件で固体Si−NMRスペクトル測定及び波形分離解析を行なう。また、得られた波形データより、シリコーン系材料について、各々のピークの半値幅を求める。また、全ピーク面積に対するシラノール由来のピーク面積の比率より、全ケイ素原子中のシラノールとなっているケイ素原子の比率(%)を求め、別に分析したケイ素含有率と比較することによりシラノール含有率を求める。
装置:Chemagnetics社 Infinity CMX−400 核磁気共鳴分光装置
29Si共鳴周波数:79.436MHz
プローブ:7.5mmφCP/MAS用プローブ
測定温度:室温
試料回転数:4kHz
測定法:シングルパルス法
1Hデカップリング周波数:50kHz
29Siフリップ角:90゜
29Si90゜パルス幅:5.0μs
繰り返し時間:600s
積算回数:128回
観測幅:30kHz
ブロードニングファクター:20Hz
基準試料:テトラメトキシシラン
フーリエ変換後のスペクトルの各ピークについてローレンツ波形及びガウス波形或いは両者の混合により作成したピーク形状の中心位置、高さ、半値幅を可変パラメータとして、非線形最小二乗法により最適化計算を行なう。
なお、ピークの同定は、AIChE Journal, 44(5), p.1141, 1998年等を参考にする。
本発明に好適なシリコーン系材料は、シラノール含有率が、通常0.1重量%以上、好ましくは0.3重量%以上、また、通常10重量%以下、好ましくは8重量%以下、更に好ましくは5重量%以下の範囲である。シラノール含有率を低くすることにより、シラノール系材料は経時変化が少なく、長期の性能安定性に優れ、吸湿・透湿性何れも低い優れた性能を有する。但し、シラノールが全く含まれない部材は密着性に劣るため、シラノール含有率に上記のごとく最適な範囲が存在する。
液体媒体の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の蛍光体含有組成物全体に対して、通常50重量%以上、好ましくは75重量%以上であり、通常99重量%以下、好ましくは95重量%以下である。液体媒体の量が多い場合には特段の問題は起こらないが、半導体発光装置とした場合に所望の色度座標、演色指数、発光効率等を得るには、通常、上記のような配合比率で液体媒体を用いることが望ましい。一方、液体媒体が少な過ぎると流動性がなく取り扱い難くなる可能性がある。
なお、本発明の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、蛍光体及び液体媒体以外に、その他の成分を含有させてもよい。また、その他の成分は、1種のみを用いてもよく、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。
本発明の発光装置(以下、適宜「発光装置」という)は、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の発光体とを有する発光装置であって、該第2の発光体として前述の[1.蛍光体]の項で記載した本発明の蛍光体を少なくとも1種以上第1の蛍光体として含有するものである。
即ち、本発明の緑色蛍光体のCIE色度座標xの値は、通常0.210以上、好ましくは0.240以上、より好ましくは0.263以上、また、通常0.330以下、好ましくは0.310以下、より好ましくは0.300以下の範囲であることが望ましい。
また、本発明の緑色蛍光体のCIE色度座標yの値は、通常0.480以上、好ましくは0.490以上、より好ましくは0.495以上、また、通常0.670以下、好ましくは0.660以下、より好ましくは0.655以下の範囲であることが望ましい。
CIE色度座標x及びyの値が上述の範囲を満たすことにより、白色光合成時に色再現範囲が広くなるという利点が得られる。
日本のカラーTVの標準であるNTSC方式では、基準となるR、G、B色度点を、CIE色度座標上のポイント(x、y)で次のように規定している。R(0.67,0.33)、G(0.21,0.71)、B(0.14,0.08)
(第1の発光体)
本発明の発光装置における第1の発光体は、後述する第2の発光体を励起する光を発光するものである。
なお、第1の発光体は、1個のみを用いてもよく、2個以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の発光装置における第2の発光体は、上述した第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する発光体であり、第1の蛍光体として前述の本発明の蛍光体(緑色蛍光体)を含有するとともに、その用途等に応じて適宜、後述する第2の蛍光体(赤色蛍光体、青色蛍光体、橙色蛍光体等)を含有する。また、例えば、第2の発光体は、第1及び第2の蛍光体を封止材料中に分散させて構成される。
本発明の発光装置における第2の発光体は、第1の蛍光体として、少なくとも上述の本発明の蛍光体を含有する。本発明の蛍光体は、何れか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。また、第1の蛍光体としては、本発明の蛍光体以外にも、本発明の蛍光体と同色の蛍光を発する蛍光体(同色併用蛍光体)を用いてもよい。通常、本発明の蛍光体は緑色蛍光体であるので、第1の蛍光体として、本発明の蛍光体と共に他種の緑色蛍光体を併用することができる。
該緑色蛍光体として具体的には、例えば、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行なう(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Euで表わされるユウロピウム付活アルカリ土類シリコンオキシナイトライド系蛍光体等が挙げられる。
以上例示した緑色蛍光体は、何れか一種を単独で使用してもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の発光装置における第2の発光体は、その用途に応じて、上述の第1の蛍光体以外にも蛍光体(即ち、第2の蛍光体)を含有していてもよい。この第2の蛍光体は、第1の蛍光体とは発光波長が異なる蛍光体である。通常、これらの第2の蛍光体は、第2の発光体の発光の色調を調節するために使用されるため、第2の蛍光体としては第1の蛍光体とは異なる色の蛍光を発する蛍光体を使用することが多い。上記のように、通常は第1の蛍光体として緑色蛍光体を使用するので、第2の蛍光体としては、例えば橙色ないし赤色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体等の緑色蛍光体以外の蛍光体を用いる。
第2の蛍光体として橙色ないし赤色蛍光体を使用する場合、当該橙色ないし赤色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、橙色ないし赤色蛍光体の発光ピーク波長は、通常570nm以上、好ましくは580nm以上、より好ましくは585nm以上、また、通常780nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは680nm以下の波長範囲にあることが好適である。
第2の蛍光体として青色蛍光体を使用する場合、当該青色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、青色蛍光体の発光ピーク波長は、通常420nm以上、好ましくは430nm以上、より好ましくは440nm以上、また、通常490nm以下、好ましくは480nm以下、より好ましくは470nm以下、更に好ましくは460nm以下の波長範囲にあることが好適である。
第2の蛍光体として黄色蛍光体を使用する場合、当該青色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、黄色蛍光体の発光ピーク波長は、通常530nm以上、好ましくは540nm以上、より好ましくは550nm以上、また、通常620nm以下、好ましくは600nm以下、より好ましくは580nm以下の波長範囲にあることが好適である。
特に、RE3M5O12:Ce(ここで、REは、Y、Tb、Gd、Lu、及びSmからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を表わし、Mは、Al、Ga、及びScからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を表わす。)やMa 3Mb 2Mc 3O12:Ce(ここで、Maは2価の金属元素、Mbは3価の金属元素、Mcは4価の金属元素を表わす。)等で表わされるガーネット構造を有するガーネット系蛍光体、AE2MdO4:Eu(ここで、AEは、Ba、Sr、Ca、Mg、及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を表わし、Mdは、Si、及び/又はGeを表わす。)等で表わされるオルソシリケート系蛍光体、これらの系の蛍光体の構成元素の酸素の一部を窒素で置換した酸窒化物系蛍光体、AEAlSiN3:Ce(ここで、AEは、Ba、Sr、Ca、Mg及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素を表わす。)等のCaAlSiN3構造を有する窒化物系蛍光体等のCeで付活した蛍光体が挙げられる。
上記第2の蛍光体としては、1種類の蛍光体を単独で使用してもよく、2種以上の蛍光体を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、第1の蛍光体と第2の蛍光体との比率も、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。従って、第2の蛍光体の使用量、並びに、第2の蛍光体として用いる蛍光体の組み合わせ及びその比率等は、発光装置の用途等に応じて任意に設定すればよい。
上述した各種の蛍光体を製造する際に、イミド化合物及び/又はアミド化合物を原料として用いる特定の製造方法(これを以下「イミド・アミド法」という場合がある。)によって製造することが好ましい場合がある。以下、このイミド・アミド法について説明する。
イミド化合物又はアミド化合物に含まれるアルカリ土類金属元素としては、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)が挙げられる。中でもストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)が好ましい。イミド化合物は、上述のアルカリ土類金属元素のうち、一種を単独で含有していてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有していてもよい。
イミド化合物の例としては、各種のアルカリ土類金属元素のイミド化合物が用いられるが、中でもSrのイミド化合物(例えばSrNH等)、Baのイミド化合物(例えばBaNH等)が好ましい。
アミド化合物の例としては、Y(NH2)3、Ln2(NH2)2、Ln3(NH2)3、M1Ln2 2(NH2)5、M1Ln3 2(NH2)7、M1 3Ln2(NH2)5、M1 3Ln3(NH2)6、M1Al(NH2)4、M2Al(NH2)5、M2(NH2)2が挙げられる。なお、式中、「Ln2」は、2価のランタノイド元素、具体的には、Sm、Eu及びYbからなる群より選ばれる一種又は二種以上の元素を表わし、「Ln3」は、3価のランタノイド元素、具体的には、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er及びTmからなる群より選ばれる一種又は二種以上の元素を表わし、「M1」は、アルカリ金属元素、具体的には、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群より選ばれる一種又は二種以上の元素を表わし、「M2」は、アルカリ土類金属元素、具体的には、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選ばれる一種又は二種以上の元素を表わす。これらの定義は、本「イミド・アミド法」の欄を通じて同様である。
イミド・アミド法では、一種のイミド化合物又はアミド化合物を単独で用いていてもよく、二種以上のイミド化合物及び/又はアミド化合物を任意の組み合わせ及び比率で用いていてもよい。
焼成工程は通常、原料となるアルカリ土類金属を秤量し、反応性の低い材料からなるルツボ又はトレイ等の耐熱容器中に充填し、焼成することにより行なう。焼成時に用いる耐熱容器の材質としては、アルミナ、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム等のセラミックス、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、或いは、それらを主成分とする合金、カーボン(グラファイト)等が挙げられる。ここで、石英製の耐熱容器は、比較的低温、すなわち、1200℃以下での熱処理に使用することができ、好ましい使用温度範囲は1000℃以下である。上述した耐熱容器の材質のうち、中でもアルミナ、金属が好ましい。
焼成時の温度は、通常300℃以上、好ましくは400℃以上、また、通常800℃以下、好ましくは700℃以下の範囲である。焼成温度が低過ぎると生成反応が充分に進まず、イミド化合物が十分に得られない場合があり、高過ぎると生成したイミド化合物が分解して反応活性の低い窒化物が生成する場合がある。
焼成時の圧力は、焼成温度等によっても異なるため特に限定されないが、通常0.01MPa以上、好ましくは0.1MPa以上であり、また、通常200MPa以下、好ましくは100MPa以下である。このうち、工業的には大気圧〜1MPa程度が、コスト及び手間の点で簡便であり好ましい。
焼成時の雰囲気は、アンモニア雰囲気とする。但し、上記焼成温度範囲内での保持時の雰囲気をアンモニア雰囲気とすればよく、その他の雰囲気は特に制限されない。
焼成時間は、焼成時の温度や圧力等によっても異なるため特に制限されないが、通常10分以上、好ましくは30分以上、また、通常10時間以下、好ましくは6時間以下の範囲である。焼成時間が短過ぎると生成反応が不十分となる場合があり、長過ぎると無駄な焼成エネルギーを費やし製造コストが高くなる場合がある。
蛍光体原料としては、上述した一種又は二種以上のイミド化合物及び/又はアミド化合物と、必要に応じてその他の化合物とを用いる。蛍光体原料となるイミド化合物及び/又はアミド化合物並びにその他の化合物の種類や比率は、製造対象となる蛍光体の組成に応じて選択すればよい。
上述の蛍光体原料を用いる点の他、イミド・アミド法の手順は通常の蛍光体の製造方法と同様である。即ち、蛍光体原料を秤量後、混合し(混合工程)、得られた混合物を所定の焼成条件で焼成し(焼成工程)、必要に応じて粉砕、洗浄、表面処理等を行なうことにより、蛍光体が製造される。なお、イミド化合物及びアミド化合物は大気中の水分に弱いため、例えばアルゴンガス、窒素ガス等の不活性気体を充填したグローブボックス内で秤量や混合等の操作を行なうことが好ましい。
蛍光体原料を混合する手法は特に制限されないが、例としては、下記の(A)乾式法及び(B)湿式法の手法が挙げられる。イミド化合物及び/又はアミド化合物は水等の極性溶媒に対して不安定であるため、通常は(A)乾式法を用いる。
(A)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、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、前述の原料を粉砕混合する乾式混合法。
(B)前述の原料に水、メタノール、エタノール等の溶媒又は分散媒を加え、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。
焼成時の温度は、通常1000℃以上、好ましくは1200℃以上、また、通常1900℃以下、好ましくは1800℃以下の範囲である。焼成温度が低過ぎると発光特性が低下する場合があり、高過ぎると目的としている蛍光体が生成しない場合がある。
焼成時の圧力は、焼成温度等によっても異なるため特に限定されないが、通常0.01MPa以上、好ましくは0.1MPa以上であり、また、通常200MPa以下、好ましくは100MPa以下が望ましい。
焼成時間は、焼成時の温度や圧力等によっても異なるため特に制限されないが、通常10分以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは4時間以上、また、通常24時間以下、好ましくは8時間以下、より好ましくは6時間以下である。焼成時間が短過ぎると生成反応が不十分となる場合があり、長過ぎると無駄な焼成エネルギーを費やし、製造コストが高くなる場合がある。
焼成時の雰囲気は制限されないが、通常は窒素ガス(N2)雰囲気やアルゴンガス雰囲気等の不活性雰囲気が好ましい。
即ち、イミド・アミド法で原料として用いられるイミド化合物(例えばSrNH)やアミド化合物は、従来の蛍光体の製法で用いられる酸化合物(例えばSrCO3)と比べて酸素含有量が少ないため、蛍光体原料として用いることにより、得られる蛍光体中の酸素含有量を低下させるとともに、蛍光体の輝度を向上させることができるものと考えられる。
また、蛍光体原料としては窒化物(例えばSr2N)を用いることもできるが、Sr2N等の窒化物は空気中で不安定である上に、Sr等のアルカリ土類金属元素に対するNの比率が低いため、得られる蛍光体が結晶欠陥を生じ易い傾向にある。これに対してSrNH等のイミド化合物やアミド化合物は、アルカリ土類金属元素に対するNの比率が窒化物よりも高いため、得られる蛍光体に結晶欠陥が生じ難く、その結果として蛍光体の結晶性が向上し、輝度向上効果が得られるものと考えられる。
更に、イミド化合物やアミド化合物に含まれる水素(H)が焼成中に酸素(O)と反応して水(H2O)を生成するため、得られる蛍光体中の酸素濃度をより一層低下させることができるものと推測される。
イミド・アミド法を用いることにより、上述のように蛍光体の酸素濃度が減少し、得られる蛍光体の結晶性及び純度を向上させることができるが、これによって、得られる蛍光体の輝度を向上させる効果だけではなく、Eu等の付活元素の周囲環境がより均一となることにより、蛍光体の発光スペクトルのピークがシャープになる(即ち、発光ピーク半値幅が狭くなる)という効果も得られるものと推測される。
本発明の発光装置において、上記第1及び/又は第2の蛍光体は、通常、封止材料である液体媒体に分散させて用いられる。
該液体媒体としては、前述の[2.蛍光体含有組成物]の項で記載したのと同様のものが挙げられる。
また、上記液体媒体としては、更に、拡散剤、フィラー、粘度調整剤、紫外線吸収剤等公知の添加剤を含有していてもよい。
本発明の発光装置は、上述の第1の発光体及び第2の発光体を備えていれば、そのほかの構成は特に制限されないが、通常は、適当なフレーム上に上述の第1の発光体及び第2の発光体を配置してなる。この際、第1の発光体の発光によって第2の発光体が励起されて(即ち、第1及び第2の蛍光体が励起されて)発光を生じ、且つ、この第1の発光体の発光及び/又は第2の発光体の発光が、外部に取り出されるように配置されることになる。この場合、第1の蛍光体と第2の蛍光体とは必ずしも同一の層中に混合されなくてもよく、例えば、第1の蛍光体を含有する層の上に第2の蛍光体を含有する層が積層する等、蛍光体の発色毎に別々の層に蛍光体を含有するようにしてもよい。
以下、本発明の発光装置について、具体的な実施の形態を挙げて、より詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態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。
本発明の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、色再現範囲が広く、且つ、演色性も高いことから、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られる。
本発明の発光装置を照明装置に適用する場合には、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、図3に示されるような、前述の発光装置(4)を組み込んだ面発光照明装置(11)を挙げることができる。
本発明の発光装置を画像表示装置に適用する場合には、その画像表示装置の具体的構成に制限は無いが、例えば、図4及び図5に示すようなものが代表例として例示される。
以下、各部材について説明を行なう。
フレーム(18)は、表示装置(15)を構成する光源(16)等の部材を保持する基部であり、その形状は任意である。
また、フレーム(18)の材質も任意であり、例えば、金属、合金、ガラス、カーボン等の無機材料、合成樹脂等の有機材料など、用途に応じて適当なものを用いることができる。
光源(16)は前述のような本発明の発光装置において励起光を発する第1の発光体に位置づけられるものである。該光源(16)から発せられる光は、蛍光体部(17R),(17G),(17B)に含有される蛍光体を励起する励起光となる。更に、光源(16)が発する光自体を表示装置(15)の観察者が見ることができるようにすることも可能であり、その場合、光源(16)から発せられた光は画素が発する光自体ともなる。
光源(16)の前方(図中右側)、詳しくは光源(16)と光シャッター(20)との間には、偏光子(19)を設けることが好ましい。偏光子(19)は、光源(16)から発せられた光のうち所定方向の光のみを選択するために設けられるものである。本実施形態においても、偏光子(19)を光源(16)と光シャッター(20)との間に設置しているものとする。
本実施形態において、光シャッター(20)は、照射された光を、光量を調節して透過させるものである。詳しくは、背面に照射された光を、表示する画像に対応して、画素毎に、光量を調節して前方に透過させる部材である。本実施形態の場合、光シャッター(20)は、光源(16)から蛍光体部(17R),(17G),(17B)へ発せられる光の光量を、各画素毎に調節して前方に透過させるようになっている。なお、光源(16)が発した光をそのまま画素の光として用いる場合にも、光源(16)が発した光の光量を調節して前方に透過させるように構成する。
光シャッター(20)の前方には、通常、光シャッター(20)を透過して光量を調節された光を受け付ける検光子(21)が設けられる。検光子(21)は、光シャッター(20)を通過した光のうち一定の偏光面のみをもつものを選択するためのものである。
蛍光体部(17R),(17G),(17B)は、光源(16)が発した励起光を吸収し、表示装置(15)が表示する画像を形成するための可視光を発する蛍光体を含有する部分である。また、蛍光体部(17R),(17G),(17B)は画素に対応して通常1つずつ設けられ、表示装置(15)の画素が発することになる光を生じるようになっている。従って、本実施形態では、観察者は、この蛍光体部(17R),(17G),(17B)が発する蛍光を見て画像を認識するようになっている。
該バインダーとしては、本用途に通常用いられるものであれば、特に限定はされないが、上述の液体媒体として記載したような無色透明の材料が用いられる。
更に、画像表示装置(15)と同様、制御部の制御回路をより簡単にすることも可能である。
本発明の画像表示装置は、上記画像表示装置の実施形態に限定されるものではなく、各構成については、任意に変更可能である。
例えば、上記の実施形態では赤色、緑色及び青色の3種の光を用いて画像を表示する場合を説明したが、上記の赤色、緑色及び青色以外の光を用いて画像表示を行うようにしてもよく、更に、2種、又は、4種以上の光を用いて画像表示を行うようにしてもよい。
また、本発明の画像表示装置には更に別の構成部材を組み合わせて用いてもよい。例えば、特開2005−884506号公報の第0039段落以下に記載があるように、保護フィルムを採用するようにしてもよい。
これらの光学機能を有するフィルムは、例えば、以下のような方法により形成することができる。
また、以下の各表の「組成」の欄では、特に断り書きのない限り、蛍光体の各元素の比率を、蛍光体中のケイ素(Si)1モルに対する各元素のモル数(即ち、ケイ素に対する各元素のモル比)で示している。
以上の定義により、例えば、以下の各表に示す「Eu」の比率は、上記式[1]におけるαとxとを掛け合わせた数値(αx)と等しくなる。
蛍光体原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)の各粉末を用いた。これらの蛍光体原料は何れも、純度が99.9%以上で、重量メジアン径D50が10nm以上、5μm以下の範囲内のものを用いた。これらの蛍光体原料を、各元素の比率が下記表3の実施例1〜6及び比較例1〜8に示すモル比となるように秤取した。これらの蛍光体原料の粉末を、自動乳鉢にて十分に均一となるまで混合し、アルミナ製ルツボに充填して、大気圧下、空気中で1000℃、12時間焼成した。次いで、ルツボの内容物を取り出し、フラックスとしてSrCl2又はNH4Clを、下記表3の実施例1〜6及び比較例1〜8に示すモル比となるように加えて、乾式ボールミルで混合粉砕した。得られた混合粉砕物を再度、アルミナ製ルツボに充填した。実施例1、3及び5においては、焼成時にルツボに原料を詰め、その上に固体カーボン(ブロック状)を載せて蓋をした。また、実施例2、4及び6、並びに、比較例1〜5及び8においては、ルツボ周囲の空間にビーズ状カーボンを設置した。比較例6及び7においては、カーボンを使用しなかった。真空炉中で真空ポンプにて2Paまで減圧した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))を大気圧になるまで導入した。この操作を再度繰り返した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))流通下、大気圧下で1200℃で4時間加熱することにより、焼成を行なった。得られた焼成物をボールミルで解砕した後、スラリー状態のまま篩を通して粗い粒子を除去した後、水洗し、水簸して微粒子を流去し、乾燥後、凝集した粒子を解すために篩仕上げすることにより、蛍光体を製造した。これらを以下、実施例1〜6及び比較例1〜8の蛍光体と呼ぶ。
Eu−L3吸収端のX線吸収端近傍微細構造(X−ray absorption near−edge fine structure。以下「XANES」と略記する。)スペクトルは、財団法人高輝度光科学研究センター大型放射光施設(SPring−8)のビームラインBL19B2第一ハッチに設置されているXAFS測定装置において、Si(111)二結晶分光器と高次光除去ミラーを用いて測定した。X線のエネルギー較正は、金属銅箔のCu−K吸収端XANESスペクトルにおいて8980.3eVに現れるプリエッジピークにおける分光器の角度を12.7185度として行ない、更にサンプル測定前後に酸化ユウロピウムのEu−L3吸収端XANES測定を実施して経時に伴う分光器の微小なずれを補正した。XANESスペクトルの測定は、Eu−L3吸収端(6970eV付近)近傍で約0.4eV(分光器の角度にして0.00094度)間隔、各点2秒の積算時間で、透過法により行なった。すなわち、窒素ガスを充填した電極長17cm及び31cmの電離箱をそれぞれ入射X線及びサンプルを透過したX線の検出器として用い、Lambert−Beerの式に従ってX線吸収係数をμt=ln(I0/I)(ここで、I0は入射X線強度、Iは透過X線強度を示す。)として定義した。測定のための試料としては、焼成後に篩を通した各実施例及び各比較例の蛍光体粉末を70mg程度の窒化ホウ素とメノウ乳鉢で均一になるまで混合し、150kg重/cm2の圧力下で直径10mmの錠剤に成形したものを用いた。
以上の手順により得られた、実施例1〜6及び比較例1〜8の各蛍光体における全Euに対するEu2+の割合(Eu2+/Eu)を、後出の表4に示す。
また、比較例5及び7は、Eu量が多過ぎるため、濃度消光を起こし、発光ピーク強度が低下しているものと考えられる。
以上の結果から、吸収効率αq=Nabs/N=(式II)/(式I)を算出した。
内部量子効率ηiは、蛍光現象に由来するフォトンの数NPLを蛍光体サンプルが吸収したフォトンの数Nabsで割った値である。ここで、NPLは、下記(式III)で求められる量に比例する。
なお、デジタルデータとなったスペクトルから積分を行なうことに関しては、吸収効率αqを求めた場合と同様に行なった。
また、上記の表3、表4、表6及び表7の結果から、実施例1〜6の蛍光体は、何れも本発明の特定特性蛍光体及び特定組成蛍光体の双方に該当することが分かる。
上述した図2(b)に示す発光装置と同様の構成の発光装置を作製し、その色再現範囲をNTSC比により評価した。発光装置の作製は以下の手順により行なった。
なお、以下の実施例及び比較例において作製した発光装置の各構成要素のうち、図2(b)に対応する構成要素が描かれているものについては、適宜その符号をカッコ書きにて示すものとする。
実施例7において、蛍光体(B)の代わりに、凡そ波長560nm〜750nmの光を発光する蛍光体であるCa0.998Eu0.08AlSiN3(この蛍光体を「蛍光体(C)」という場合がある。)を用い、蛍光体(A)と蛍光体(C)との重量比を88:12としたこと以外は、実施例7と同様の手順により発光装置を作製した。
実施例7において、青色LED(22)としてCree社製460MB290を用い、蛍光体含有樹脂部(23)の発光物質として、凡そ波長480nm〜720nmの光を発光する蛍光体であるY3Al5O12:Ce(化成オプトニクス社製、P46−Y3)を用いたこと以外は、実施例7と同様の手順により発光装置を作製した。
蛍光体原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)の各粉末を用いた。これらの蛍光体原料は何れも、純度が99.9%以上で、重量メジアン径D50が10nm以上、5μm以下の範囲内のものを用いた。これらの蛍光体原料を、得られる蛍光体の組成が下記表9の実施例9〜33及び比較例10に示す組成となるように秤取した。なお、実施例9〜33及び比較例10においては、蛍光体中に含まれる2価の元素の総量に対するEu量の比率は、何れも7.5モル%である。これらの蛍光体原料の粉末を、自動乳鉢にて十分均一となるまで混合し、アルミナ製ルツボに充填して、大気圧下、窒素雰囲気中で1000℃、12時間焼成した。次いで、ルツボの内容物を取り出し、フラックスとして下記表8に記載の化合物を加えて、乾式ボールミルで混合粉砕した。得られた混合粉砕物を再度、アルミナ製ルツボに充填し、その上に固体カーボン(ブロック状)を載せて蓋をした。真空炉中で真空ポンプにて2Paまで減圧した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))を大気圧になるまで導入した。この操作を再度繰り返した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))流通下、大気圧下で1200℃で4時間加熱することにより、焼成を行なった。得られた焼成物をボールミルで解砕した後、スラリー状態のまま篩を通して粗い粒子を除去した後、水洗し、水簸して微粒子を流去し、乾燥後、凝集した粒子を解すために篩仕上げすることにより、蛍光体を製造した。これらを以下、実施例9〜33及び比較例10の蛍光体と呼ぶ。
JIS Z8701で規定される刺激値Yは輝度に比例するので、刺激値Yの相対値を相対輝度とした。なお、Y3Al5O12:Ce(化成オプトニクス社製P46−Y3)を455nmで励起したときの輝度を100として表わした。
発光スペクトルの480nm以上800nm以下の波長領域のデータから、JIS Z8701で規定されるXYZ表色系における色度座標xとyを算出した。
なお、実施例33のように、2価の元素を含有する化合物同士を組み合わせて用いることも可能である。
蛍光体原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)の各粉末を用いた。これらの蛍光体原料は何れも、純度が99.9%以上で、重量メジアン径D50が10nm以上、5μm以下の範囲内のものを用いた。これらの蛍光体原料を、下記表12の実施例34〜36に示す割合となるように秤取した。これらの蛍光体原料の粉末を、自動乳鉢にて十分均一となるまで混合し、アルミナ製ルツボに充填して、大気圧下、窒素雰囲気中で1100℃、12時間焼成した。次いで、ルツボの内容物を取り出し、フラックスとしてSrCl2を、蛍光体中のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように加えて、乾式ボールミルで混合粉砕した。得られた混合粉砕物を再度、アルミナ製ルツボに充填し、その上に固体カーボン(ブロック状)を載せて蓋をした。真空炉中で真空ポンプにて2Paまで減圧した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))を大気圧になるまで導入した。この操作を再度繰り返した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))流通下、大気圧下で1200℃で6時間加熱することにより、焼成を行なった。得られた焼成物をボールミルで解砕した後、スラリー状態のまま篩を通して粗い粒子を除去した後、水洗し、水簸して微粒子を流去し、乾燥後、凝集した粒子を解すために篩仕上げすることにより、蛍光体を製造した。これらを以下、実施例34〜36の蛍光体と呼ぶ。
上記特許文献1(米国特許第6982045号明細書)の「FIG.5」に記載のSr0.5Ba1.5SiO4:Euを、上述の実施例1の方法に従って製造した。
即ち、蛍光体原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)の各粉末をモル比で1.5:0.48:0.01:1.05となるように秤取し、脱イオン水を加えてスラリーを作成し、ボールミルで粉砕混合を行なった。得られた混合物を乾燥した後、フラックスとしてNH4Clを、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.01となるように混合して、粒子径が平均1μm〜5μm程度になるまで更にボールミルで粉砕し、原料混合物を得た。得られた混合物を石英製ルツボに充填して、大気圧下、空気中で1000℃、1時間焼成した(一次焼成)。次いで、ルツボ内の焼成物を取り出し、フラックスとしてNH4Clを原料混合時と同量加えて、粒子径が平均1μm〜5μm程度になるまで乾式ボールミルで混合粉砕した。得られた焼成物を再度石英製ルツボに充填し蓋をして、下記表15の比較例11〜14に示す二次焼成条件により、大気圧下、還元雰囲気中で3時間焼成した(二次焼成)。得られた焼成物をボールミルで解砕した後、スラリー状態のまま篩を通し、粗い粒子を除去した後、水洗し、水簸して微粒子を流去した。乾燥後、凝集した粒子を解すために篩仕上げを行ない、蛍光体を製造した。これらを以下、比較例11〜14の蛍光体と呼ぶ。
比較例11においては、水素含有窒素雰囲気(窒素:水素=96:4(体積比))下、1000℃で3時間焼成した。
比較例12においては、原料を詰めて蓋をした前記の石英製ルツボを、更に大きなルツボに入れて、前記石英製ルツボ周囲の空間にビーズ状カーボンを設置し、蓋をした。これを空気中、1000℃で3時間焼成した。即ち、一酸化炭素に近い雰囲気(擬似CO雰囲気)で焼成したことになる。
比較例13においては、焼成温度を1200℃としたこと以外は、比較例11と同様の条件で焼成を行なった。
比較例14においては、焼成温度を1200℃としたこと以外は、比較例12と同様の条件で焼成を行なった。
以下に説明する実施例37〜39及び比較例15〜47では、蛍光体を製造する際に、蛍光体原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)の各粉末を、下記の表18に記載の組成(1)〜組成(6)の組成となるように秤量して用いた。以下の説明では、これらの組成を単に、組成(1)〜組成(6)として表わす。
蛍光体原料の粉末を、下記の表19に記載の組成となるように秤量し、自動乳鉢にて十分に均一となるまで混合し、アルミナ製ルツボに充填して、大気圧下、窒素雰囲気中で1100℃、12時間焼成した(一次焼成)。次いで、ルツボの内容物を取り出し、フラックスとしてSrCl2を、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように加えて、乾式ボールミルで混合粉砕した。得られた混合粉砕物を再度、アルミナ製ルツボに充填し、その上に固体カーボンを載せて蓋をした。真空炉中で真空ポンプにて2Paまで減圧した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))を大気圧になるまで導入した。この操作を再度繰り返した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))流通下、大気圧下で1200℃で6時間加熱することにより、焼成を行なった(二次焼成)。得られた焼成物をボールミルで解砕した後、スラリー状態のまま篩を通して粗い粒子を除去した後、水洗し、水簸して微粒子を流去し、乾燥後、凝集した粒子を解すために篩仕上げすることにより、蛍光体を製造した。これらを以下、実施例37及び比較例15〜19の蛍光体と呼ぶ。実施例37及び比較例15〜19の蛍光体の製造条件を下記の表19に示す。
一次焼成の雰囲気を大気中としたこと、また、二次焼成ではフラックスを使用せず、代わりに一次焼成において、フラックスとしてSrCl2を、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように使用したこと以外は、上述の実施例37及び比較例15〜19と同様の条件で蛍光体を製造した。これらを以下、実施例38及び比較例20〜24の蛍光体と呼ぶ。実施例38及び比較例20〜24の蛍光体の製造条件を下記の表22に示す。
一次焼成の雰囲気を大気中としたこと、一次焼成においてフラックスとして、SrCl2の代わりにNH4Clを、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように使用したこと、二次焼成においてフラックスを使用しなかったこと、及び、固体カーボンを使用しなかったこと以外は、上述の実施例37及び比較例15〜19と同様の条件で蛍光体を製造した。これらを以下、比較例25〜30の蛍光体と呼ぶ。比較例25〜30の蛍光体の製造条件を下記の表25に示す。
一次焼成において、フラックスとしてNH4Clの代わりにSrCl2を、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように使用したこと以外は、比較例25〜30と同様の条件で蛍光体を製造した。これらを以下、実施例39及び比較例31〜35の蛍光体と呼ぶ。実施例39及び比較例31〜35の蛍光体の製造条件を下記の表28に示す。
一次焼成において雰囲気を大気中とし、フラックスとしてNH4Clを、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように使用したこと、及び、二次焼成において雰囲気を大気中とし、固体カーボン存在下で焼成し(即ち、一酸化炭素に近い雰囲気とし)、フラクッスを使用しなかったこと以外は、実施例37及び比較例15〜19と同様の条件により蛍光体を製造した。これらを以下、比較例36〜41の蛍光体と呼ぶ。比較例36〜41の蛍光体の製造条件を下記の表31に示す。
一次焼成において、フラックスとしてNH4Clの代わりにSrCl2を、蛍光体のケイ素(Si)に対するモル比で0.1となるように使用したこと以外は、比較例36〜41と同様の条件により蛍光体を製造した。これらを以下、比較例42〜47の蛍光体と呼ぶ。比較例42〜47の蛍光体の製造条件を下記の表34に示す。
図2(b)に示す発光装置と同様の構成の発光装置を、以下の手順により作製した。
第1の発光体(22)としては、波長450nm〜470nmで発光する青色発光ダイオード(以下適宜「青色LED」と略する。)であるCree社製のC460EZ290を用いた。この青色LED(22)を、フレーム(24)の凹部の底の端子に、接着剤として銀ペーストを用いてダイボンディングした。この際、青色LED(22)で発生する熱の放熱性を考慮して、接着剤である銀ペーストは薄く均一に塗布した。150℃で2時間加熱し、銀ペーストを硬化させた後、青色LED(22)とフレーム(24)の電極(26)とをワイヤボンディングした。ワイヤ(25)としては、直径25μmの金線を用いた。
実施例40の発光装置の製造手順において、蛍光体含有樹脂部(23)の発光物質として蛍光体(D)を単独で用いたこと、青色LED(22)としてC460MB290(Cree製、発光波長450nm〜470nm)を用いたこと以外は、実施例40と同様の手順により発光装置を作製した。
実施例40の発光装置の製造手順において、第1の発光体(22)として青色LEDの代わりに近紫外発光ダイオード(以下、「近紫外LED」という場合がある。)C395MB290 BR0428−03A(Cree社製、発光波長390nm〜400nm)を用いたこと、蛍光体含有樹脂部(22)の発光物質として、蛍光体(C)(赤色蛍光体)、蛍光体(D)(緑色蛍光体)、及び凡そ波長420nm〜460nmの光を発光する青色蛍光体であるBaMgAl10O17:Eu(以下、蛍光体(E)という場合がある。)を用いて、蛍光体(C)と蛍光体(D)と蛍光体(E)との重量比を2:2:17としたこと、これらの蛍光体(C)、蛍光体(D)及び蛍光体(E)の合計重量に対し、エポキシ樹脂の代わりにシリコーン樹脂(東レダウコーニング社JCR6101UP)を21:100の重量比となるように加え、更に、アエロジル(日本アエロジル社製のRY−200S)を加えて蛍光体スラリー(蛍光体含有組成物)を作製したこと、及び、蛍光体スラリーの加熱硬化の条件を70℃で1時間、続いて150℃で2時間としたこと以外は、実施例40と同様の手順により発光装置を作製した。
図2(b)に示す発光装置と同様の構成の発光装置を、以下の手順により作製した。
第1の発光体(22)としては、波長450nm〜470nmで発光する青色発光ダイオード(以下適宜「青色LED」と略する。)であるCree社製のC460EZ290を用いた。この青色LED(22)を、フレーム(24)の凹部の底の端子に、接着剤として銀ペーストを用いてダイボンディングした。この際、青色LED(22)で発生する熱の放熱性を考慮して、接着剤である銀ペーストは薄く均一に塗布した。150℃で2時間加熱し、銀ペーストを硬化させた後、青色LED(22)とフレーム(24)の電極(26)とをワイヤボンディングした。ワイヤ(25)としては、直径25μmの金線を用いた。
両末端シラノールジメチルシリコーンオイル(GE東芝シリコーン社製XC96−723)140g、フェニルトリメトキシシランを14g、及び、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート粉末を0.308g用意し、これを攪拌翼とコンデンサとを取り付けた三つ口コルベン中に計量し、室温にて15分触媒が十分溶解するまで攪拌した。この後、反応液を120℃まで昇温し、120℃全還流下で30分間攪拌しつつ初期加水分解を行なった。
蛍光体原料として、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化テルビウム(Tb4O7)の各粉末を用いた。これらの蛍光体原料は何れも、純度が99.9%以上で、重量メジアン径D50が10nm以上、5μm以下の範囲内のものを用いた。これらの蛍光体原料を、各元素の比率が下記表37の実施例44〜50に示すモル比となるように秤取した。また、実施例45及び実施例47〜50では、蛍光体原料として酸化テルビウムを、蛍光体1モル(即ち、蛍光体中のケイ素(Si)1モル)に対するTbのモル比が下記表37の「Tb」に示すモル比となるように秤量して使用した(例えば、実施例45では、蛍光体1モルに対してTbが0.001モルとなるように、即ち、蛍光体に対するTbのモル比が0.1モル%となるように、酸化テルビウムを秤量した。)。なお、蛍光体のモル数は、上記式[1]で表わされる組成を1分子と見做して算出された分子量に基づいて求めた。また、これらの蛍光体原料の粉末に、フラックスとしてSrCl2を加えて、エタノールとともに自動乳鉢にて十分均一となるまで混合し、乾燥後アルミナ製ルツボに充填して、大気圧下、窒素雰囲気中で1100℃、12時間焼成した。次いで、ルツボの内容物を取り出し、乾式ボールミルで混合粉砕した。得られた混合粉砕物を再度、アルミナ製ルツボに充填し、その上に固形カーボンを載せて蓋をした。真空炉中で真空ポンプにて2Paまで減圧した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))を大気圧になるまで導入した。この操作を再度繰り返した後、水素含有窒素ガス(窒素:水素=96:4(体積比))流通下、大気圧下で1200℃で6時間加熱することにより、焼成を行なった。得られた焼成物をボールミルで解砕した後、スラリー状態のまま篩を通して粗い粒子を除去した後、水洗し、水簸して微粒子を流去し、乾燥後、凝集した粒子を解すために篩仕上げすることにより、蛍光体を製造した。これらを以下、実施例44〜50の蛍光体と呼ぶ。
具体的には、25℃において、ピーク波長455nmの光で励起して得られる輝度をI455(25)とし、100℃において、ピーク波長455nmの光で励起して得られる輝度をI455(100)としたとき、{I455(100)/I455(25)}の値を、輝度維持率として求めた。
なお、本発明者等の検討では、他の希土類イオンや、周期表第IB族の金属イオンにも、同様の効果が見られることが推測される。
実施例40において、青色LEDとしてC460MB290(Cree製、発光波長460nm)を用いたこと、蛍光体含有樹脂部(22)の発光物質として、実施例44の蛍光体を単独で用いたこと、蛍光体の重量に対し、エポキシ樹脂の代わりに上述の実施例43で使用した無機系材料を6:100の重量比となるように加え、更に、アエロジル(日本アエロジル社のCOK84)を加えて蛍光体スラリー(蛍光体含有組成物)を作製したこと以外は、実施例40と同様の手順により発光装置を作製した。得られた発光装置を、その青色LEDに20mAの電流を通電して駆動し、実施例40と同様の条件で発光させたところ、青緑色の発光が得られた。
実施例44の蛍光体の代わりに実施例45の蛍光体を用いたこと以外は、実施例51と同様の手順により発光装置を作製した。得られた発光装置を、実施例51と同様の条件で発光させたところ、青緑色光の発光が得られた。
発光装置の点灯開始直後(この時点を以下「0時間」という。)に、ファイバマルチチャンネル分光器(オーシャンオプティクス社製USB2000)を用いて、発光スペクトル及び色度座標を測定した。次いで、エージング装置、LED AGING SYSTEM100ch LED環境試験装置(山勝電子工業(株)製、YEL−51005)を用いて、85℃、相対湿度85%の条件下、発光装置を駆動電流20mAで連続して1000時間点灯させた後(この時点を以下「1000時間」という。)、ファイバマルチチャンネル分光器(オーシャンオプティクス社製USB2000)を用いて再度、発光スペクトル及び色度座標のx値及びy値を測定した。
最後に、上述の各実施例及び比較例において発光装置の製造に使用した蛍光体のうち、これまで製造方法を述べていない蛍光体の製造方法を、参考例として以下に記載する。
得られる蛍光体の化学組成比がCa0.992AlEu0.008SiN3となるように、蛍光体1モルに対する比で、Ca3N2が0.3306モル、AlNが1モル、Si3N4が0.363モル、Eu2O3が0.004モルとなるように各原料粉末を秤量した。それらを卓上ミキサーで混合し、窒化硼素製ルツボ中で、0.5MPaの窒素雰囲気中、最高1800℃で2時間焼成した。得られた焼成粉をアルミナ乳鉢上で粉砕し、450μmと224μmのナイロンメッシュに通した。その後、純水中で1時間攪拌し、ボールミル粉砕処理を行なった。引き続き、粒径を整えるための分級処理、乾燥を行なうことにより、蛍光体Ca0.992AlEu0.008SiN3を製造した。
蛍光体Sr2Si5N8:Euを、以下に説明する2通りの方法で製造した。以下、参考例2Aで用いた製法を「イミド・アミド法」、参考例2Bで用いた製法を「従来法」という場合がある。なお、上述の実施例43では、参考例2Aの製法(イミド・アミド法)で得られた蛍光体(Sr0.992Eu0.008)2Si5N8を用いた。
まず、以下の方法によりSrNHを製造した。
高純度アルゴンガスで満たされたグローブボックス内でSr金属3.1566gを電子天秤で秤量し、これをAl2O3ボートに載せた。これを更に石英ガラス管に入れ、石英ガラス管の両端にバルブを取り付けて密封した。この石英ガラス管をグローブボックスから取り出し、管状炉にセットした。次いで、石英ガラス管の両端のバルブの先をアンモニアガスラインに連結させた。石英ガラス管内が5×10−3Pa程度になるまで真空にした後で、ロータリーポンプを止めて高純度アンモニアガスを一時間流通させた。その後、1時間かけて250℃まで昇温した後、1時間維持した。更に、650℃まで2時間かけて昇温し、4時間維持した後、室温まで放冷した。焼成終了後、両端のバルブを閉じた状態で石英ガラス管をグローブボックス内に取り込んで保管した。このようにして得られた化合物SrNHを、後述する蛍光体の出発原料として用いた。
組成比が(Sr0.992Eu0.008)2Si5N8となるように、蛍光体原料として、上述のSrNHを0.4638g、Si3N4(宇部興産)を0.5283g、Eu2O3(信越化学)を0.0080g用いた。これらの蛍光体原料を、高純度アルゴンガスで満たされたグローブボックス内で電子天秤により秤量した。グローブボックス内で、これら全ての蛍光体原料をアルミナ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、混合した粉体を窒化ホウ素製ルツボに充填し、軽く荷重をかけて成形した。この窒化ホウ素製ルツボを、富士電波工業製の抵抗加熱式真空加圧雰囲気熱処理炉に設置し、炉内を5×10−3Pa未満となるまで減圧し、ほぼ真空とした。室温から昇温速度20℃/分で昇温し、800℃に達した時点で高純度窒素ガス(99.9995%)の導入を開始した。炉内温度を800℃に維持しながら、炉内の圧力が0.92MPaになるまで窒素ガスを30分間導入し続けた。高純度窒素ガスの圧力を0.92MPaに保持しながら、更に昇温速度20℃/分で1200℃まで昇温し、そのまま5分間保持し、熱電対から放射温度計に換えた。次いで、放射温度計で測温しながら、昇温速度20℃/分で1600℃まで昇温し、1600℃で2時間維持した後、昇温速度20℃/分で1800℃まで昇温し、1800℃で2時間維持した。その後、降温速度20℃/分で1200℃まで冷却し、次いで放冷した。得られた焼成物を大気中、アルミナ乳鉢を用いて30分間粉砕し、蛍光体(Sr0.992Eu0.008)2Si5N8の粉末を得た。
以上の製法(イミド・アミド法)により得られた蛍光体(Sr0.992Eu0.008)2Si5N8を以下、参考例2Aの蛍光体という。
組成比が(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8となるように、原料として、SrCO3を1.96モル、Si3N4を1.66モル、Eu2O3を0.02モルの割合で秤量し、これらを良く混合した。得られた原料混合物をカーボン(グラファイト)製ルツボに入れ、富士電波工業製の抵抗加熱式真空加圧雰囲気熱処理炉を用いて、圧力0.92MPa、温度1800℃で2時間加熱することにより焼成を行なった(一次焼成)。焼成後、アルミナ乳鉢で粉砕し、得られた粉末を窒化ホウ素製ルツボに入れ、富士電波工業製の抵抗加熱式真空加圧雰囲気熱処理炉で、圧力0.92MPa、温度1800℃で2時間加熱することにより、再度焼成を行なった(二次焼成)。得られた焼成物をアルミナ乳鉢で粉砕し、蛍光体(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8の粉末を得た。
以上の製法(従来法)により得られた蛍光体(Sr0.98Eu0.02)2Si5N8を以下、参考例2Bの蛍光体という。
参考例2A及び参考例Bの蛍光体について、励起波長455nmで発光スペクトルを測定した。その結果を図14に示す。
SrNHは、参考例2Bの製法で用いたSrCO3よりも酸素含有量が少ないため、蛍光体原料として用いることにより、得られる蛍光体中の酸素含有量を低下させるとともに、蛍光体の輝度を向上させることができるものと考えられる。
これに対してSrNHは、Srに対するNの比率がSr2Nよりも高いため、得られる蛍光体に結晶欠陥が生じ難く、その結果として、蛍光体の結晶性が向上し、輝度向上効果が得られるものと考えられる。
更に、SrNHに含まれる水素(H)が焼成中に酸素(O)と反応して水(H2O)を生成するため、得られる蛍光体中の酸素濃度をより一層低下させることができるものと推測される。
<母合金の製造>
金属元素組成比がAl:Si=1:1(モル比)となるように各金属を秤量した。黒鉛製ルツボを用い、アルゴン雰囲気で高周波誘導式溶融炉を用いて原料金属を溶融した後、ルツボから金型へ注湯して凝固させ、金属元素組成元素比がAl:Si=1:1である合金を得た。これを以下「母合金」と言う。
Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.008:0.792:0.2:1:1(モル比)となるように、上述の母合金及びその他の原料金属を秤量した。炉内を5×10−2Paまで真空排気した後、排気を中止し、炉内にアルゴンを所定圧まで充填した。この炉内で、カルシア製ルツボ内で母合金を溶解し、次いでSrを溶解し、ルツボから溶湯を金型へ注湯して凝固させた。これを以下「蛍光体原料用合金」と言う。
得られた蛍光体原料用合金を、窒素雰囲気下、アルミナ乳鉢上で粗粉砕した後、超音速ジェット粉砕機を用い、窒素雰囲気下、粉砕圧力0.15MPa、原料供給速度0.8kg/hrで粉砕した。得られた合金粉末を水洗、分級処理、乾燥することにより、蛍光体Sr0.792Ca0.200AlEu0.008SiN3を製造した。
製造される蛍光体の化学組成比がBa0.7Eu0.3MgAl10O17となるように、蛍光体1モルに対する比で、BaCO3を0.7モル、MgCO3を1モル、Eu2O3を0.15モル、γ−Al2O3を5モルとなるように各原料粉末を秤量した。それらを袋中で混合し、224μmのナイロンメッシュに通した。得られた混合物をアルミナ製ルツボ中で、固体カーボン存在下の一酸化炭素ガス含有雰囲気中、最高温度1550℃で5時間加熱することにより焼成した。焼成粉が冷めてからアルミナ乳鉢中で乳棒を用いて粉砕をし、水洗、分級処理、乾燥を行なうことにより、蛍光体Ba0.7Eu0.3MgAl10O17を製造した。
2:面発光型GaN系LD(第1の発光体)
3:基板
4:発光装置
5:マウントリード
6:インナーリード
7:第1の発光体
8:蛍光体含有樹脂部
9:導電性ワイヤ
10:モールド部材
11:面発光照明装置
12:保持ケース
13:発光装置
14:拡散板
15:表示装置
16:光源
17R,17G,17B:蛍光体部
17−1:透明基板
17−2:ブラックマトリックス層
18:フレーム
19:偏光子
20:光シャッター
20−1:背面電極
20−2:液晶層
20−3:前面電極
21:検光子
22:第1の発光体
23:蛍光体含有樹脂部(第2の発光体)
24:フレーム
25:導電性ワイヤ
26,27:電極
Claims (16)
- 下記(i)〜(vii)を満たし、かつ、
蛍光体前駆体を焼成し、該焼成の後で強還元性雰囲気下において、フラックスとして蛍光体中のケイ素(Si)に対するモル比で0.05モル以上のSrCl2を単独、もしくは、さらに0.1モル以上のCsClの存在下で焼成する工程を経て得られた
ことを特徴とする、蛍光体。
(i)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光ピーク波長が、510nm以上542nm以下である。
(ii)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光ピーク半値幅が、75nm以下である。
(iii)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の、下記式で規定される外部量子効率が、0.59以上である。
(外部量子効率)=(内部量子効率)×(吸収効率)
(iv)下記式[1]で表わされる化学組成を有する。
MIは、少なくともBa及びSrを含有する、Ba、Ca、及びSrからなる群より選ばれる2種以上の元素を表わし、MIとしてCaを含有する場合にはCaによる置換量がモル比率の値で10%以下であり、
MIIは、Euを表わし、
x、α及びβは、各々、
0.04≦x<0.3、
α=2、及び、
3.5≦β≦4.5を満たす数を表わす。)
(v)前記式[1]において、前記MIとして少なくともBa及びSrを含有するとともに、MI全体に対するBa及びSrのモル比をそれぞれ[Ba]及び[Sr]とした場合に、[Ba]及び[Sr]が、
0.5<{[Ba]/([Ba]+[Sr])}≦0.8
を満たす。
(vi)ピーク波長400nm又は455nmの光で励起した場合の発光色のCIE色度座標のx値及びy値が、それぞれ
0.210≦x≦0.330、及び、
0.480≦y≦0.670
を満たす。
(vii)蛍光体中に含有される、前記式[1]におけるMI元素と、Euとの合計モル数に対する、Euのモル数の比率が、15%未満である。 - 前記強還元性雰囲気下における焼成が、固体カーボン共存下である
ことを特徴とする、請求項1に記載の蛍光体。 - 前記式[1]に記載された元素以外に、更に、アルカリ金属元素、及びハロゲン元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、これらの元素の含有量の合計が1ppm以上である
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の蛍光体。 - 結晶成長促進作用を有するフラックスと結晶成長抑制作用を有するフラックスとを組み合わせて用いて焼成することにより得られた
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の蛍光体。 - 前記式[1]に記載された元素以外に、前記蛍光体が、更にTb、Ag、La、Sm、及びPrからなる群から選ばれる1種以上の元素を含有し、これらの元素の含有量の合計が蛍光体1モルに対し0.0001モル%以上である
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の蛍光体。 - 物体色をL*a*b*表色系で表した場合にL*、a*、及びb*が、それぞれ
L*≧95、
a*≦−30、
b*≧45
を満たす
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか一項に記載の蛍光体。 - 該蛍光体の重量メジアン径が10μm以上、30μm以下である
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載の蛍光体。 - 請求項1〜7の何れか一項に記載の蛍光体と、液体媒体とを含有する
ことを特徴とする、蛍光体含有組成物。 - 第1の発光体と、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の発光体とを備え、
該第2の発光体が、請求項1〜7の何れか一項に記載の蛍光体を少なくとも1種以上、第1の蛍光体として含有する
ことを特徴とする、発光装置。 - 前記第2の発光体が、前記第1の蛍光体とは発光ピーク波長の異なる少なくとも1種以上の蛍光体を、第2の蛍光体として含有する
ことを特徴とする、請求項9に記載の発光装置。 - 前記第1の発光体が、420nm以上500nm以下の範囲に発光ピークを有し、
前記第2の発光体が、前記第2の蛍光体として、570nm以上780nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも一種の蛍光体を含有する
ことを特徴とする、請求項10に記載の発光装置。 - 前記第1の発光体が、300nm以上420nm以下の範囲に発光ピークを有し、
前記第2の発光体が、前記第2の蛍光体として、420nm以上470nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも一種の蛍光体と、570nm以上780nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも一種の蛍光体とを含有する
ことを特徴とする、請求項10に記載の発光装置。 - 前記第1の発光体が、420nm以上500nm以下の範囲に発光ピークを有し、
前記第2の発光体が、前記第2の蛍光体として、580nm以上620nm以下の範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体を含有する
ことを特徴とする、請求項10に記載の発光装置。 - 前記第2の蛍光体として、(Sr,Ca,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、又はCeで付活したCaAlSiN3構造を有する窒化物系蛍光体を含有する
ことを特徴とする、請求項10〜13の何れか一項に記載の発光装置。 - 請求項9〜14の何れか一項に記載の発光装置を光源として備える
ことを特徴とする、画像表示装置。 - 請求項9〜14の何れか一項に記載の発光装置を光源として備える
ことを特徴とする、照明装置。
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