JP4798335B2 - 蛍光体および蛍光体を用いた光源 - Google Patents
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Description
また、近紫外・紫外LEDとRGB他の蛍光体との組み合わせによる白色LED照明では、3色の蛍光体のうち赤色蛍光体が他の蛍光体に比べ長波長側の励起効率が悪く、発光効率が低いために、赤色蛍光体のみ混合割合を多くせざるを得ず、輝度を向上させる蛍光体が不足し高輝度の白色が得られない。更に、当該蛍光体の発光スペクトルがシャープであるため得られる光の演色性が悪いといった問題がある。
そのため最近では、長波長側に良好な励起を持ち、半値幅の広い発光ピークが得られるオキシ窒化物ガラス蛍光体(例えば、特許文献1参照)や、サイアロンを母体とする蛍光体(例えば、特許文献2、3参照)、シリコンナイトライド系などの窒素を含有した蛍光体(例えば、特許文献4、5参照)が報告されている。そして、当該窒素を含有した蛍光体は、酸化物系蛍光体などに比べ共有結合の割合が多くなるため、波長400nm以上の光においても良好な励起帯を持つといった特徴があり、白色LED用蛍光体として注目を集めている。
本発明は、このような光学特性劣化を起こし難い蛍光体、および当該蛍光体を用いた光源を提供することを目的とする。
当該解明結果に基づき、本発明者らは、高温下における酸化等に対して耐久性を発揮する蛍光体を発光部と組み合わせれば、長時間使用されても、発光効率の低下、発光波長の変化等の光学特性劣化を起こし難いLEDを始めとする光源を得ることができることに想到した。
組成式MmBbOoNn:Z(但し、M元素はII価の価数をとる1種以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は付活剤である。)で表記される蛍光体であって、
大気中での室温から1000℃までの熱天秤測定において、重量の変化が10%以下であることを特徴とする蛍光体である。
M元素は、Mg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種以上の元素であり、
B元素は、Si、Geから選択される1種以上の元素であり、
Z元素は、Eu、Mn、Ceから選択される1種以上の元素であることを特徴とする第1の構成に記載の蛍光体である。
前記蛍光体の組成式MmBbOoNn:Zにおいて、m=a+p、b=3、o=a+q、n=4+rとしたときに、aの範囲は0<a≦10であり、pの範囲は−a/2<p<a/2であり、qの範囲は−a/2<q<2aであり、rの範囲は−2<r<2であることを特徴とする第1または第2の構成に記載の蛍光体である。
前記M元素はSrであり、前記B元素はSiであり、前記Z元素はEuであることを特徴とする第1から第3のいずれかの構成に記載の蛍光体である。
第1から第4のいずれかの構成に記載の蛍光体と、紫外〜可視領域のいずれかの光を発する発光部とを有し、前記紫外〜可視領域の光の一部を励起源として、前記蛍光体を発光させることを特徴とする光源である。
前記発光部が発光ダイオードであることを特徴とする第5の構成に記載の光源である。
本発明に係る蛍光体の例として、組成式MmBbOoNn:Z(但し、M元素はII価の価数をとる1種以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は付活剤である。)で表記される蛍光体を準備した。当該実施例1に係る蛍光体について説明するが、本実施例は、M元素としてSr、B元素としてSi、Z元素としてEuを用いた場合であり、2.75SrO・Si3N4:Euの化学式を有する蛍光体である。
図1に示すように、試料温度は、室温から1000℃まで100分間で昇温し、さらに60分間1000℃を保持した。試料温度が前述のように昇温、保持されたとき、大気下における試料の重量変化率は、600℃までは殆ど変化せず、その後、徐々に上昇し1000℃到達時で+5%、60分間保持後で+6%と、試料の重量変化率が+6%以下であることが判明した。一方、図2に示すように、窒素ガス雰囲気下において図1と同様の昇温と保持とを受けた蛍光体は、昇温、保持の際とも重量変化率は1%以下であることが判明した。以上のことより、実施例1に係る蛍光体は、800℃以上で若干酸化を受けるものの、酸化に強い耐性を有していることを示している。また、1000℃迄において窒化は殆ど起きていないと考えられる。
実施例1と同様に、組成式MmBbOoNn:Zで表記される蛍光体として1.25CaO・Si3N4:Euの化学式を有する蛍光体を準備した。
試料温度は、実施例1と同様である。試料温度が前述のように昇温、保持されたとき、大気下における試料の重量変化率は、800℃までは殆ど変化せず、その後、徐々に上昇し1000℃到達時で+2%、60分間保持後で+6%以下と、試料の重量変化率が6%以下であることが判明した。一方、図4に示すように、窒素ガス雰囲気下において図3と同様の昇温と保持とを受けた蛍光体は、1000℃への昇温、保持の際とも重量変化率は1%以下であることが判明した。以上のことより、当該実施例2に係る蛍光体は、800℃以上で若干酸化を受けるものの、酸化に強い耐性を有していることを示している。また、窒化は殆ど起きていないと考えられる。
比較例1に係る、化学式Ca2Si5N8:Euと表記される公知の蛍光体について説明する。
図5に示すように、試料の昇温は実施例1と同様におこなったところ、大気下における試料の重量変化率は、800℃までは殆ど変化しなかったが、その後、大きく上昇し1000℃到達時で+5%、60分間保持後で+12%と試料の重量変化率が12%であることが判明した。一方、図6に示すように、窒素ガス雰囲気下において図5と同様の昇温と保持とを受けた蛍光体は、昇温、保持の際とも重量変化率は2%程度であることが判明した。以上のことより、比較例1に係る蛍光体は酸化に対して耐性を有しておらず800〜1000℃以上で酸化を受けることが判明した。一方、わずかではあるが窒化を受けることも判明した。
本発明の実施例1、2に係る蛍光体は、室温より1000℃までのTG測定において、重量の変化が10%以下であったのに対し、比較例1に係る公知の蛍光体Ca2Si5N8:Euは、室温より1000℃までのTG測定において、重量の変化が10%以上であった。
これは、本発明の実施例1、2に係る蛍光体が、組成式MmBbOoNn:Z(但し、M元素はII価の価数をとる1種以上の元素であり、B元素はIV価の価数をとる1種以上の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は付活剤である。)で表記される蛍光体であり、既に母体構造内に酸素を有するため、それ以上の酸化に対して耐久性を発揮するものと考えられる。
これに対し、比較例1に係る蛍光体は母体構造内に酸素を有さず、酸化に対する耐久性が劣るのではないかと考えられる。
ここで、本発明に係る蛍光体の構造について、さらに説明する。
本発明に係る蛍光体は、上述したように、一般式MmBbOoNn:Zと表記される母体構造を有する蛍光体である。そして、前記蛍光体中においてII価の価数をとるM元素が、Mg、Ca、Sr、Ba、Znから選択される1種以上の元素であり、IV価の価数をとるB元素が、Si、Geから選択される1種以上の元素であり、m=a+p、b=3、o=a+q、n=4+rとしたとき、aが0<a≦10の範囲さらに好ましくは0<a≦6の範囲にあり、pが−a/2<p<a/2であり、qが−a/2<q<2aであり、rが−2<r<2であるとき、高い発光率を有する蛍光体となった。
また、付活剤となるZ元素が、Eu、Mn、Ceから選択される少なくとも1つ以上の元素であると当該蛍光体の発光効率がさらに高まり、さらに好ましい構成である。
さらに、M元素がSrであり、B元素がSiであり、Z元素がEuであると、原料入手が容易な上、極めて発光効率が良い白色発光ユニット用の橙色系の蛍光体が得られ、好ましい構成である。
本発明に係る蛍光体の製造方法について、M元素がSr、B元素がSi、Z元素がEuである蛍光体の製造を例として説明する。
M元素であるSrの原料としては、Srの酸化物、炭酸塩、水酸化物、窒化物などを用いることが出来る。Siの原料としてはSi3N4やSiO2を好個に用いることが出来る。窒素の原料としてはSi3N4やM元素の窒化物(例えば、Srの窒化物)を好個に用いることが出来る。Z元素であるEuの原料としてはEu2O3を好個に用いることが出来る。各原料は、各々、市販の原料で良いが、純度は高い方が好ましいことから、2N以上さらに好ましくは3N以上のものを準備する。
これらの原料配合において、実施例1であれば、モル比がSrCO3:Si3N4:Eu2O3=2.70875:1:0.020625となるように各原料を秤量する。
粉末状となった本発明に係る蛍光体を用いて、演色性に優れた白色発光を始めとする多様な発光をおこなうLEDを始めとした光源を製造することができる。
ここで、当該光源の発光部として、例えば、Gaを含む材料から構成される青色発光するLED発光素子、または青色を発光する放電灯等が適用できる。そして、本発明に係る蛍光体を上記LED発光素子と組み合わせた場合には、各種の照明ユニットやディスプレイ装置を製造することができる。また、本発明に係る蛍光体を上記放電灯と組み合わせた場合には、各種蛍光灯や照明ユニット、ディスプレイ装置を製造することができる。
以下、図面を参照しながら、発光部にGaを含む材料から構成される青色発光するLED発光素子を用いた発光装置について説明する。
図7(A)〜(C)は、砲弾型LED発光装置の模式的な断面図であり、図8(A)〜(E)は、反射型LED発光装置の模式的な断面図である。尚、各図面において、相当する部分については同様の符号を付し、説明を省略する場合がある。
砲弾型LED発光装置においては、リードフレーム3の先端に設けられたカップ状の容器5内に、LED発光素子2が設置される。当該実施の形態では、本発明に係る蛍光体または当該蛍光体をシリコンやエポキシ等の透光性のある樹脂に分散させた混合物(以下、蛍光体1と記載する。)を、カップ状の容器5内の全てに充填してLED発光素子2を埋め込み、この蛍光体1がリードフレーム3の一部及びカップ状の容器5とともに、透光性の樹脂4にてモールドされている。
当該実施の形態では、蛍光体1をシリコンやエポキシ等の透光性のある樹脂に分散させた混合物を、カップ状の容器5上およびLED発光素子2上面に塗布したものである。
当該実施の形態では、蛍光体1をLED発光素子2の上部に設置したものである。
反射型LED発光装置においては、片方のリードフレーム3の先端にLED発光素子2が設置され、このLED発光素子からの発光は、下方に向かい反射板8により反射されて上方より放出される。当該実施の形態では、蛍光体1を反射面8上に塗布するものである。尚、反射板8が形成する凹部内には、LED発光素子2を保護するため透明モールド材9が充填される場合もある。
当該実施の形態では、蛍光体1をLED発光素子2の下部に設置したものである。
当該実施の形態では、蛍光体1を、反射板8が形成する凹部内に充填したものである。
当該実施の形態では、蛍光体1を、LED発光素子2を保護するための前記透明モールド材9の上部に塗布したものである。
次に、図8(E)を用いて、異なる発光装置の1例について説明する。
当該実施の形態では、蛍光体1を、LED発光素子2の表面に塗布したものである。
2.LED発光素子
3.リードフレーム
4.樹脂
5.カップ状の容器
8.反射板
9.透明モールド材
Claims (3)
- 組成式MmBbOoNn:Z(但し、M元素はCa、Srから選択される1種以上の元素であって1.25≦m≦2.75であり、B元素はSiであってb=3であり、1.25≦o≦2.75であり、n=4であり、Z元素はEuである。)で表記される蛍光体であって、
大気中での室温から1000℃までの熱天秤測定において、重量の変化が+6%以下であることを特徴とする蛍光体。 - 請求項1に記載の蛍光体と、紫外〜可視領域のいずれかの光を発する発光部とを有し、前記紫外〜可視領域の光の一部を励起源として、前記蛍光体を発光させることを特徴とする光源。
- 前記発光部が発光ダイオードであることを特徴とする請求項2に記載の光源。
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