JP4433793B2 - 蛍光体及びそれを用いた発光素子 - Google Patents
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この様な(La,Eu)2O2S又は(La,Eu,Sm)2O2S蛍光体を赤色成分として用い、青色発光や緑色発光及び黄色発光の蛍光体と混合して得られる白色発光蛍光体又は多色蛍光体においても、当然十分な輝度を得ることは出来ず、蛍光ランプに代わる照明、液晶や携帯電話バックライト用光源として期待されているLED発光素子としての色再現性、演色性、及び輝度や発光効率などの特性について市場ニーズに十分応ずることが出来ていない。
即ち、本発明は下記の構成からなる。
≦x≦0.30及び0≦y≦0.50を満たす数を表し、LnはY、及びGdの少なくとも1種の3価希土類元素を表す。)で表される母体組成を有する蛍光体であって、該蛍光体重量に対し90ppm〜5000ppmのLiを含有し、発光ピークの波長が390nm〜500nmの発光素子からの放射光の照射下で用いられることを特徴とする赤色発光蛍光体。
(2)前記蛍光体のCuKα特性X線による粉末回折X線スペクトルにおいて、そのスペクトルの回折角(2θ)39.2°での回折強度I39と36.7°での回折強度I37との比I39/I37が0.2≦I39/I37≦10であること及び又は回折角(2θ)25.8°での回折強度I26と回折角(2θ)28.6°での回折強度I29との比I26/I29が0.2≦I26/I29≦10であることを特徴とする(1)に記載の赤色発光蛍光体。
(4)緑色発光蛍光体が、ZnS:Cu,Al、ZnS:Au,Al、ZnS:Au,Cu,Al、BaMgAl10O17:Eu,Mn、Ca2MgSi2O7:Eu、SrGa2S4
:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)Ga2S4:Eu及びY2SiO5:Ce,Tbの中の少なくとも一つの蛍光体を含有し、青色発光蛍光体が、BaMgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Ca2B5O9Cl:Eu、Sr2Mg
Si2O7:Eu、(Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu及びZnS:Ag,Alの
中の少なくとも一つの蛍光体を含有し、黄色蛍光体が、(Y、Gd)3Al5O12:Ce、(Y,Gd,Ce,Sm)3Al5O12、(Y,Gd,Ce)3(Al,Ga)5O12、(Y,Gd,Ce,Sm)3(Al,Ga)5O12、ZnS:Au,Al、(Ca,Ce)(Si,Al)12(O,N)16、SrAl2O4:Euの中の少なくとも一つの蛍光体を含有することを特徴とする(3)に記載の白色発光及び多色発光蛍光体。
(5)前記(1)〜(4)のいずれかに記載の蛍光体と、390nm〜500nmの波長領域に発光ピークを有する発光素子を備えることを特徴とする発光素子。
(6)390nm〜500nmの波長領域に発光ピークを有する発光素子が、LEDチップ(発光ダイオードチップ)またはLDチップ(半導体レーザー)であることを特徴とする(5)に記載の発光素子。
焼成を終えた焼成物は、一旦水に漬けた後、水洗を行って焼成時発生した多硫化アルカリ等の不要物を溶解除去し、其の後必要に応じうすい鉱酸水溶液で洗浄した後水洗を加え、ボールミル等による分散処理を施す、そして更に水篩等の湿式分級法で不要な大粒子を除くなどの分級処理を加えた後、乾燥、篩いを行うことにより本発明の蛍光体が得られる。また必要性に応じ耐久性の改善のために無機物又は有機物の表面処理を施してもよい。
その結果、表1の励起波長405nmの照射下での従来のLiを含有しないLa2O2S:Eu蛍光体(比較例1)とLiを300ppm含有する本発明の蛍光体(実施例7)との比較で30%以上の輝度向上があり、Li添加により出来上がる蛍光体の輝度に大きな影響を与えることが分かる。
図1は、励起波長300nmから500nmの光を照射した時得られる発光において、625nmの主発光ピークの発光強度を励起光の各波長に対して相対的に示したグラフであるが、本発明の蛍光体の励起スペクトルは従来の蛍光体に比べ長波長側にシフトしており、特に370nm以上の紫外〜青色の波長域で発光強度が高く、長波長側でエネルギー吸収効率が良好であることを示している。このことは本発明の目的である近紫外線及び青色光励起用の発光素子の特性に適合することを意味している。
また、図1の各スペクトルの比較で示される様に、長波長領域ではEu濃度は、0.06molよりも0.15molの方が高く、Eu濃度が高い方が高輝度になる傾向を示している。なおEu濃度の0.06molは上記一般式(La1−x−y,Eux,Lny)2O2Sでx=0.06を意味する。
上記の結果よりLi濃度とEu濃度の影響を同時に考慮すると、Euの含有量xが0.05≦x≦0.30でかつ、Liの含有量が10ppm〜5000ppmである条件が、実用上最も好ましい領域と言える。なおLi及びEuの蛍光体中の濃度解析は、蛍光体を硝酸に全溶解し分析可能な濃度に希釈してICP分析で行なわれた。
詳述すると、従来蛍光体においては、回折角(2θ)28.6°〔d=3.1〕の角度に最も強い回折ピークがあり結晶構造上(101)面の成長が顕著であることがわかる。これに対し、本発明蛍光体では、図4−1で示される様に2θ=28.6°の(101)よりも2θ=25.6〜25.9°の(002)面の強度比が大きく、(002)面の成長が顕著である。
また、回折角(2θ)36.7°と39.2°を比較してみると、従来蛍光体においては、2θ=36.7°の強度が2θ=39.2°の強度よりも大きいのに対し、本発明蛍光体では図4−1で示される様に、2θ=36.7°〔d=2.4〕の(102)面の強度よりも2θ=39.2°〔d=2.3〕の(003)面の強度が強く、(003)面の成長が顕著である。
表2の結果より、従来蛍光体のそれぞれの強度比は0.18と小さい値を示しているのに対し、本発明の蛍光体の強度比は大きな値を示し、I39/I37の場合で0.2≦I39/I37≦10の範囲にあることが分かる。
また一方、蛍光体の輝度との関係を見ると図5で示される様に、強度比が0.3以上で輝度への顕著な効果を示しており、0.3≦I39/I37≦10の範囲が実用上好ましい範囲と考えられる。
具体的には緑色発光蛍光体としては、ZnS:Cu,Al、ZnS:Au,Al、ZnS:Au,Cu,Al、BaMgAl10O17:Eu,Mn、Ca2MgSi2O7:Eu、SrGa2S4:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)Ga2S4:Eu、Y2SiO5:Ce,Tb等、また青色発光蛍光体としては、BaMgAl10O17:Eu又は(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Ca2B5O9Cl:Eu、Sr2MgSi2O7:Eu、(Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu、ZnS:Ag,Al等、また黄色蛍光体としては(Y、Gd)3Al5O12:Ce、(Y,Gd,Ce,Sm)3Al5O12、(Y,Gd,Ce)3(Al,Ga)5O12、(Y,Gd,Ce,Sm)3(Al,Ga)5O12、ZnS:Au,Al、(Ca,Ce)(Si,Al)12(O,N)16、SrAl2O4:Eu等が好ましいものとして使用できる。
まず構成要素の一つである励起用発光としては、近紫外〜短波長可視光の波長域に発光する発光素子が用いられる。この励起用光源である発光素子としては、発光ピークの波長λが370〜500nmにある発光素子で、より好ましくは390〜430nm及び460〜480nmである(Ga1−xInx)N(但し、xは0≦x≦0.5)等の窒化物系化合物半導体からなる発光ダイオード(LED)や半導体レーザー(LD)を使用することができる。
このステム1にはドーム状の透明な樹脂モールド5が固着される。そして、この透明な樹脂モールド5の内面には、蛍光体を分散させた結合剤が塗布され蛍光体層6(蛍光体+樹脂)が形成されている。樹脂モールド5は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ポリスチレンなどの樹脂で構成され、LEDチップ3の気密封止用キャップの役割を兼ねてステム1に固着されている。電極端子2に通電することによってLEDチップ3が発光し、この発光光が空間層を介して透明な樹脂モールド5の内壁面に形成されている蛍光体層6面に照射され、蛍光体層6がこのLEDチップ3からの発光を吸収して励起され、LEDチップ3とは異なる発光波長で本発明の構成要素として示された蛍光体に固有の発光を呈する。
〔実施例1〕
蛍光体出発原料として、La2O3を180gと、Eu2O3を34.3g混合し、次いで本発明蛍光体の製造に必要なLi源としてLiNO3を4.8g添加する。次いでLi2CO3を48.0gと副原料であるK2CO3を9.0gとKH2PO4を21.2gとSを52.1g投入し、混合して調合物とした。得られた混合物はアルミナルツボに充填し、蓋をし最高温度1150℃にて焼成した。次いで得られた焼成物を純水にて十分洗浄し多硫化アルカリなどの不純物を取り除いた後、蛍光体スラリー状態で希釈塩酸を加え蛍光体表面に付着している不要なアルカリ物を洗浄除去した。
其の後分散処理、乾燥、篩いを行うことにより、実施例1のLiを950ppm含有し、Eu濃度が0.15molの(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。なお得られた蛍光体の組成及び含有Li、Euの量については、X線回折分析並びにICP分析により確認した。また、酸洗を行わずに作製した本発明蛍光体のLiの含有量は4100ppmであった。
表2に示されるように回折角(2θ)=39.2°での回折強度を表すI39と回折角=36.7°での回折強度を表すI37の回折強度比(比I39/I37)は、本発明の蛍光体が4.5であるのに対し、比較例1の従来の蛍光体は0.18で其の差は顕著であった。
尚、酸洗を行わずに作製した本発明の蛍光体の発光輝度及びX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は、上記の酸洗して作製した蛍光体と同様の特性を示した。
LiNO3 3.6g
Li2CO3 36.0g
Na2CO3 17.2g
K2CO3 9.0g
KH2PO4 21.2g
S 52.1g
Li原料及び副原料が上記の様な各原料を用いる以外は、実施例1と同様にして実施例2のLiを170ppm含有するEu濃度が0.15molの(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。
この実施例2の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に405nm励起の輝度が166%で比較例1の従来蛍光体よりも高輝度であった。また、表2に記載したように実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は0.70であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
LiNO3 2.4g
Li2CO3 24.0g
Na2CO3 34.5g
K2CO3 9.0g
KH2PO4 21.2g
S 52.1g
Li原料及び副原料が上記の様な各原料を用いる以外は、実施例1と同様にして実施例3のLiを110ppm含有するEu濃度が0.15molの(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。
この実施例3の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に405nm励起の輝度が150%で比較例1の従来蛍光体よりも高輝度であった。また、表2に記載したように実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は0.34であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
LiNO3 0.96g
Li2CO3 9.6g
Na2CO3 55.1g
K2CO3 9.0g
KH2PO4 21.2g
S 52.1g
Li原料及び副原料が上記の様な各原料を用いる以外は、実施例1と同様にして実施例4のLiを90ppm含有するEu濃度が0.15molの(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。
この実施例4の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に405nm励起の輝度が129%で比較例1の従来蛍光体よりも高輝度であった。また、表2に記載したように実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は0.28であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
LiNO3 0.5g
Li3PO4 18.1g
Na2CO3 68.9g
K2CO3 9.0g
S 52.1
Li原料及び副原料が上記の様な各原料を用い、焼成温度が1200℃であること以外は実施例5のLiを130ppm含有するEu濃度が0.15molの(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。
この実施例5の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に405nm励起の輝度が130%で比較例1の蛍光体よりも高輝度であった。また、実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は0.32であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
蛍光体出発原料のとして、La2O3を180gと、Eu2O3を34.3g混合することに替え、La2O3を169gとEu2O3を45.8g混合すること以外は、実施例1と同様にしてLiを810ppm含有しEu濃度が0.20molの(La0.80,Eu0.20)2O2S蛍光体を得た。
この実施例6の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に415nm励起の輝度が197%で比較例1の従来蛍光体よりも高輝度であった。また、実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は7.0であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
La2O3 199g
Eu2O3 13.7g
Li3PO4 6.0g
Li2CO3 52.8g
S 52.1g
Li原料及び副原料が上記の様な各原料を用い、焼成温度を1200℃とする以外は、実施例1と同様にして実施例7のLiを300ppm含有し、Eu濃度が0.06molの(La0.94,Eu0.06)2O2S蛍光体を得た。
この実施例7の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に415nm励起の輝度が160%で比較例1の蛍光体よりも高輝度であった。また、実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は5.0であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
蛍光体出発原料のとして、La2O3を180gと、Eu2O3を34.3g混合することに替え、La2O3を159gとGd2O3を23.6g、Eu2O3を34.3g混合すること以外は、実施例1と同様にしてLiを660ppm含有しEu濃度が0.15molの(La0.75,Gd0.10,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。
この実施例8の輝度を実施例1と同様にして測定したところ表1に記載した様に405nm励起の輝度が132%で比較例1の蛍光体よりも高輝度であった。また、実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は3.9であり、比較例1の蛍光体それよりも大きかった
蛍光体出発原料として、La2O3を180gと、Eu2O3を34.3g混合することに替え、La2O3を159gとY2O3を14.7g、Eu2O3を34.3g混合すること以外は、実施例1と同様にしてLiを570ppm含有しEu濃度が0.15molの(La0.75,Y0.10,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。
この実施例9の輝度を実施例1と同様にして測定したところ表1に記載した様に405nm励起の輝度が130%で比較例1の蛍光体よりも高輝度であった。また、実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は3.7であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
実施例1の出発原料として、La2O3を180gと、Eu2O3を34.3g混合することに替え、La2O3を148gと、Eu2O3を68.6g混合すること以外は、実施例1と同様にしてLiを700ppm含有しEu濃度が0.30molの(La0.70,Eu0.30)2O2S蛍光体を得た。
この実施例10の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、表1に記載した様に415nm励起の輝度が151%で比較例1の蛍光体よりも高輝度であった。また、実施例1と同様にしてX線回折から求めた回折強度比(比I39/I37)は4.6であり、比較例1の蛍光体のそれよりも大きかった。
蛍光体出発原料として、La2O3を199gと、Eu2O3を13.7g混合し、次いでNa2CO3を75.8gとNa2HPO4を11.1gとSを52.1g投入し、焼成温度1200℃で焼成すること以外は、実施例1と同様にして、比較例1のLiを含有しないEu濃度が0.06molの(La0.94,Eu0.06)2O2S蛍光体を作製した。なお実施例1と同様にして測定した時得られたこの蛍光体の輝度を100%とした。
蛍光体出発原料として、La2O3を180gと、Eu2O3を34.3g混合し、次いでNa2CO3を68.9gとKH2PO4を21.2gとSを52.1g投入し、焼成温度1200℃で焼成すること以外は、実施例1と同様にして、のLiを含有しないEu濃度が0.15molの(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体を得た。なお実施例1と同様にして測定した時得られたこの蛍光体の輝度を100%とした。
実施例1に記載の本発明のLiを含有する(La0.94,Eu0.06)2O2S赤色蛍光体とBaMgAl10O17:Eu,Mn蛍光体及びBaMgAl10O17:Eu蛍光体を色度値がx=0.31、y=0.33に成るように混合し、実施例11の白色発光の蛍光体を得た。この実施例11の蛍光体の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、415nm励起の輝度が135%で比較例3の蛍光体よりも35%の輝度向上を示した。又CIE表色系による発光色度もx=0.31、y=0.33で後記比較例3と同色で問題はなかった。
実施例1に記載の本発明のLiを含有する(La0.85,Eu0.15)2O2S赤色蛍光体と(Y,Gd)3Al5O12蛍光体を2対8の割合で混合し実施例12の蛍光体を得た。
この実施例12の蛍光体の輝度を実施例1と同様にして測定したところ、415nm励起の輝度が119%で比較例4の蛍光体よりも19%の輝度向上を示した。またCIE表色系による発光色度もx=0.31、y=0.33で後記比較例4と同色で問題はなかった。
比較例1に記載の(La0.94,Eu0.06)2O2S赤色蛍光体とBaMgAl10O17:Eu、Mn蛍光体及びBaMgAl10O17:Eu蛍光体を色度値がx=0.31,y=0.33に成るように混合量を調整し、各々白色発光の蛍光体を作製し、比較例3の蛍光体とした。なお実施例1と同様に測定した時得られたこの蛍光体の輝度を100%とした。
比較例1に記載の(La0.94,Eu0.06)2O2S赤色蛍光体と(Y,Gd)3Al5O12蛍光体を2対8の割合で混合し、発光色度がx=0.31、y=0.33の比較例4の蛍光体を得た。なお実施例1と同様にして測定した時得られたこの蛍光体の輝度を100%とした。
本発明の蛍光体を用いた本発明の発光素子は、実施例1に記載のLlを含有する(La0.85,Eu0.15)2O2S蛍光体10gとエポキシ樹脂(日東電工社製、NT8014)1gと酸無水物系硬化剤1gを混合して蛍光体塗布液を作製し、これを400nm付近に発光する近紫外線発光のLEDチップ上に所定量滴下して乾燥して発光素子を作製した。
このようにして得られた発光素子に通電したところ、発光色はCIE表色系で表示される色度がx=0.66、y=0.33である赤色であった。また、輝度は下記の従来の蛍光体を用いた後記比較例5に対し40%明るかった。
実施例1の蛍光体に替えて、実施例11の白色蛍光体を使用すること以外は、実施例13と同様にして本発明の発光素子を作製した。
得られた発光素子に通電し発光特性を測定したところ、発光色はCIE表色系で表示される色度がx=0.31、y=0.33である白色であった。また、輝度は下記の従来蛍光体を用いた後記比較例6に対し20%程明るかった。
実施例1の蛍光体に替えて、比較例2の赤色蛍光体を使用すること以外は、実施例13と同様にして本発明の発光素子を作製した。実施例13と同様にして得られた発光素子の発光特性を測定した。なおこの時得られた発光素子の輝度を100%とした。
実施例1の蛍光体に替えて、比較例3の白色蛍光体を使用すること以外は、実施例13と同様にして本発明の発光素子を作製した。実施例13と同様にして得られた発光素子の発光特性を測定した。なおこの時得られた発光素子の輝度を100%とした。
3 LEDチップ 4 金線
5 樹脂モールド 6 蛍光体層
Claims (6)
- 一般式(La1-x-y,Eux,Lny)2O2S(但し、x及びyはそれぞれ0.10≦x
≦0.30及び0≦y≦0.50を満たす数を表し、LnはY、及びGdの少なくとも1種の3価希土類元素を表す。)で表される母体組成を有する蛍光体であって、該蛍光体重量に対し90ppm〜5000ppmのLiを含有し、発光ピークの波長が390nm〜500nmの発光素子からの放射光の照射下で用いられることを特徴とする赤色発光蛍光体。 - 前記蛍光体のCuKα特性X線による粉末回折X線スペクトルにおいて、そのスペクトルの回折角(2θ)39.2°での回折強度I39と36.7°での回折強度I37との比I39/I37が0.2≦I39/I37≦10であること及び又は回折角(2θ)25.8°での回折強度I26と回折角(2θ)28.6°での回折強度I29との比I26/I29が0.2≦I26/I29≦10であることを特徴とする請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- 請求項1又は2に記載の赤色発光蛍光体と、緑色発光蛍光体及び又は青色発光蛍光体及び又は黄色発光蛍光体との混合で構成され、発光ピークの波長が390nm〜500nmの発光素子からの放射光の照射下で用いられることを特徴とする白色発光及び多色発光蛍光体。
- 緑色発光蛍光体が、ZnS:Cu,Al、ZnS:Au,Al、ZnS:Au,Cu,Al、BaMgAl10O17:Eu,Mn、Ca2MgSi2O7:Eu、SrGa2S4:E
u、(Sr,Ca,Ba,Mg)Ga2S4:Eu、及びY2SiO5:Ce,Tbの中の少なくとも一つの蛍光体を含有し、青色発光蛍光体が、BaMgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Ca2B5O9Cl:Eu、Sr2MgS
i2O7:Eu、(Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu及びZnS:Ag,Alの中
の少なくとも一つの蛍光体を含有し、黄色蛍光体が、(Y、Gd)3Al5O12:Ce、(Y,Gd,Ce,Sm)3Al5O12、(Y,Gd,Ce)3(Al,Ga)5O12、(Y,Gd,Ce,Sm)3(Al,Ga)5O12、ZnS:Au,Al、(Ca,Ce)(Si,Al)12(O,N)16、SrAl2O4:Euの中の少なくとも一つの蛍光体を含有することを特徴とする請求項3に記載の白色発光及び多色発光蛍光体。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の蛍光体と、390nm〜500nmの波長領域に
発光ピークを有する発光素子を備えることを特徴とする発光素子。 - 390nm〜500nmの波長領域に発光ピークを有する発光素子が、LEDチップ(発光ダイオードチップ)またはLDチップ(半導体レーザー)であることを特徴とする請求項5に記載の発光素子。
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