JP4978819B2 - 赤色蛍光体、赤色蛍光体の製造方法、白色光源、照明装置、および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
また本発明の他の赤色蛍光体は、元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、酸素(O)、および窒素(N)を、上記組成式(1)の割合で含有し、さらに炭素(C)を含有する。
さらに本発明は、以上のような組成式(1)の赤色蛍光体の製造方法でもある。元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、およびアルミニウム(Al)が、組成式(1)の原子数比となるように、元素Aの炭酸化合物、窒化ユーロピウム、窒化シリコン、および窒化アルミニウムを用意し、これらと共にさらにメラミンを56mol%以上67mol%以下の範囲内で混合して混合物を生成し、混合物の焼成と、当該焼成によって得られた焼成物の粉砕とを行う。これにより、元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、酸素(O)および窒素(N)を、組成式(1)の原子数比で含有し、さらに、炭素(C)を含有する赤色蛍光体を得ることができる。
1.第1実施形態(第1の赤色蛍光体の構成)
2.第2実施形態(第2の赤色蛍光体の構成)
3.第3実施形態(赤色蛍光体の製造方法)
4.第4実施形態(白色光源の構成例)
5.第5実施形態(照明装置の構成例)
6.第6実施形態(液晶表示装置の構成例)
第1の赤色蛍光体は、元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、酸素(O)、および窒素(N)を、下記組成式(1)の割合で含有する化合物である。尚、この組成式(1)は、シリコンの原子数比を9に固定して示したものである。
図1には、元素Aにストロンチウム(Sr)を用いた組成式(1)の各赤色蛍光体(1)〜(7)の発光スペクトルを示す。また比較として、従来のYAG:Ce蛍光体の発光スペクトルを示す。また下記表1には、図1の発光スペクトルから読み取られた組成式(1)の各赤色蛍光体(1)〜(7)の光学特性値を示す。尚、測定は、SPEX社製FLUOROLOG3で、450nmの励起光を照射した際の測定値である。
図2(1)には、組成式(1)におけるm,xの比x/mに対する、組成式(1)の範囲の赤色蛍光体の発光強度比を、従来のYAG:Ce蛍光体に対する比として示す。図2(1)から、組成式(1)の赤色蛍光体は、x/m=3.75%付近に発光強度のピークがあり、ユーロピウム(Eu)の濃度によって発光強度が変化することが分かる。そして、組成式(1)の赤色蛍光体は、x/m≦11%であれば従来のYAG:Ce蛍光体に対して1.5倍の発光強度が得られるため好ましく、x/m=3.75%付近で最も高い発光強度を得ることが可能であることが分かる。
図3には、組成式(1)の各赤色蛍光体の色度(X,Y)を示す。各赤色蛍光体は、組成式(1)の範囲でm,xの比x/mの値をそれぞれに設定してユーロピウム(Eu)の濃度を変化させたものである。図3から元素A[ストロンチウム(Sr)]に対するユーロピウム(Eu)の相対濃度が高いほど、色度(X,Y)が(+X,−Y)側にシフトすることが分かる。このことから、組成式(1)の各赤色蛍光体は、元素A[ストロンチウム(Sr)]に対するユーロピウム(Eu)の濃度によって色度の制御が可能であることが分かる。
図4、図5には、組成式(1)の各赤色蛍光体の発光スペクトルを、最大ピーク=1cps/nmとして規格化したデータを示す。図4、図5のデータは、それぞれ組成式(1)の範囲において、アルミニウム(Al)の原子数比yを変化させた各赤色蛍光体の発光スペクトルを示している。尚、これらのデータの一部には、比較としてアルミニウム(Al)の原子数比yが、組成式(1)の範囲である0<y<2には含まれない化合物の発光スペクトルも示した。
図8には、組成式(1)における元素Aをストロンチウム(Sr)およびカルシウム(Ca)とし、その割合を変化させた各赤色蛍光体においての発光スペクトルを示す。この図8に示すように、Ca/Sr=0、すなわちカルシウム(Ca)が含まれない場合の発光ピーク波長は、664nmであった。それが、Ca/Sr=0.27、すなわちストロンチウムが1に対してカルシウムが0.27含まれる場合の発光ピーク波長は、678nmであった。また、Ca/Sr=0.41、すなわちストロンチウムが1に対してカルシウムが0.41含まれる場合の発光ピーク波長は、679nmであった。Ca/Sr=0.55、すなわちストロンチウムが1に対してカルシウムが0.55含まれる場合の発光ピーク波長は、684nmであった。
図9には、組成式(1)の赤色蛍光体(9)の温度特性を示す。また比較として、アルミニウムを含まず組成式(1)からは外れるy=0の蛍光体(9’)の温度特性と、従来のYAG:Ce蛍光体の温度特性も示した。
尚、このような組成式(1)で示される赤色蛍光体には、炭素(C)が含有されていても良い。この炭素(C)は、赤色蛍光体の製造プロセスにおける原材料に由来する元素であり、合成の過程で除去されずにそのまま赤色蛍光体を構成する合成材料中に残されても良い。炭素(C)が含まれることによって、生成過程での余剰な酸素(O)を取り除き、酸素量を調整する機能を果たす。
また、赤色蛍光体は、組成式(1)におけるユーロピウム(Eu)に換えて、セレン(Ce)を用いてもよい。この場合、赤色蛍光体中には、セレン(Ce)と共に、その電荷補償原子としてリチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)が含有されることとする。
以上の第1実施形態においては、赤色蛍光体としてアルミニウムを含有する組成式(1)の化合物を説明した。しかしながら、赤色蛍光体の変形例としては、アルミニウムを含有しない、元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)酸素(O)、および窒素(N)からなる化合物も例示される。この化合物は、下記組成式(1)-aで表される。ただし、組成式(1)-a中の元素Aは、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、またはバリウム(Ba)の少なくとも1つであり、複数種類であってもよい。この元素Aにはストロンチウム(Sr)が好ましく用いられる。
第2の赤色蛍光体は、元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、炭素(C)、酸素(O)、および窒素(N)を、下記組成式(2)の割合で含有する化合物である。尚、この組成式(1)は、シリコンと炭素の合計の原子数比を9に固定して示したものである。
図10および図11には、組成式(2)の各赤色蛍光体について測定した発光スペクトル(a)と、発光スペクトルから読み取られた組成式(2)の各赤色蛍光体のピーク波長(b)を示す。ここで測定した組成式(2)の各赤色蛍光体は、元素Aにストロンチウム(Sr)を用い、ストロンチウム(Sr)を用い、およびユーロピウム(Eu)の含有量を各値に固定して、さらに炭素(C)の含有量を各値としたものである。測定は、SPEX社製FLUOROLOG3で、450nmの励起光を照射した際の測定値である。
次に、上記組成式(1)の赤色蛍光体の製造方法に係る一実施の形態を、図14のフローチャートによって以下に説明する。
赤色蛍光体としてアルミニウム(Al)を含有をしない上記組成式(1)-aまたは組成式(2)の化合物の製造方法にも、図14のフローチャートによって説明した製造方法を適用することができる。
次に、白色光源に係る一実施の形態を、図15の概略断面図によって説明する。
次に、照明装置に係る一実施の形態を、図17の概略平面図によって説明する。
次に、液晶表示装置に係る一実施の形態を、図18の概略構成図によって説明する。
次に、実施例1として上記組成式(1)の赤色蛍光体と、比較例として上記組成式(1)からは外れる化合物(蛍光体)とを、図14のフローチャートを用いて説明した手順に従って以下のように合成した。
実施例1で説明したと同様の手順で、組成式(1)の一例であるSr3.4Eu0.7Si9Al0.7O0.7N10(m=4.1,x=0.7,y=0.7,n=0.7)の赤色蛍光体を作製した。尚、実施例2における窒素の組成比10は、組成式(1)[12+y−2(n−m)/3]に当てはまらないが、これはICP分析が酸素濃度および窒素濃度の測定値の信頼性が低いことに起因している。一方、ICP分析はSr,Eu,Si,Alの測定信頼性は非常に高く、またSr,Eu,Si,Alの値に基づいた電荷補償から考えると組成式(1)の組成になることことに疑問はない。
実施例1で説明したと同様の手順で、組成式(1)の範囲でアルミニウム(Al)の含有量(原子数比y)を変化させた各赤色蛍光体を作製した。アルミニウム(Al)以外の元素の原子数比は、(y+9)/m=2.425、x/m=3.75%とした。尚、比較としてアルミニウム(Al)を含有しない赤色蛍光体(原子数比y=0)も作製した。
実施例1で説明したと同様の手順において、メラミンの添加量を変化させて組成式(1)各赤色蛍光体を作製した。
実施例1で説明した手順における第1熱処理工程における加熱温度を変化させたこと以外は、実施例1と同様の手順で組成式(1)の範囲の赤色蛍光体を作製した。図25には、作製した赤色蛍光体の発光強度を、YAG:Ce蛍光体の発光強度の比として示す。
実施例1で説明した手順において、原料化合物の混合モル比を下記表3のようにした以外は、実施例1と同様にして赤色蛍光体を作製した。これらのサンプルのうち、Si9−10以外では、組成式(1)の範囲の赤色蛍光体を得ることができた。Si9−10は、組成式(1)のy=0であってアルミニウム(Al)を含有しない赤色蛍光体が得られた。
上記窒化ユーロピウムは7.5mol%以上10.8mol%以下とする。
上記窒化シリコンは36.0mol%以上37.8mol%以下とする。
上記窒化アルミニウムは8.7mol%以上10.0mol%以下とする。
かつ上記炭酸ストロンチウム、窒化シリコン、窒化ユーロピウム、窒化アルミニウムおよびメラミンを合わせた全mol数に対して、上記メラミンの添加量は60mol%以上65mol%以下とする。
次に、実施例1で説明した手順において、原料化合物として、さらに窒化カルシウム(Ca3N2)を用い、原料化合物の混合モル比を下記表6のようにした以外は、実施例1と同様にして赤色蛍光体を作製した。
上記窒化シリコンは33.0mol%以上41.0mol%以下とする。
上記窒化ユーロピウムは7.0mol%以上12.5mol%以下とする。
上記窒化アルミニウムは少なくとも含み12.0mol%以下とする。
かつ上記炭酸ストロンチウム、窒化シリコン、窒化ユーロピウムおよび窒化アルミニウムを合わせた全mol数に対して、上記メラミンの添加量は60mol%以上65mol%以下とする。
次に、実施例8として、上記組成式(2)の赤色蛍光体を図14のフローチャートを用いて説明した手順に従って以下のように合成した。
Claims (11)
- 前記組成式(2)で示される化合物が、斜方晶系空間点群Pmn21に属する結晶構造で構成された
請求項1に記載の赤色蛍光体。 - 前記元素Aは、ストロンチウム(Sr)である
請求項1または2に記載の赤色蛍光体。 - 前記混合物の焼成と、当該焼成によって得られた焼成物の粉砕とを、繰り返し行う
請求項4に記載の赤色蛍光体の製造方法。 - 照明基板上に複数の白色光源が配置され、
前記白色光源は、
素子基板上に形成された青色発光ダイオードと、
前記青色発光ダイオード上に配置されていて赤色蛍光体と緑色蛍光体を透明樹脂に混練した混練物を有し、
前記赤色蛍光体は、
元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、炭素(C)、酸素(O)、および窒素(N)を、下記組成式(2)の原子数比で含有する
照明装置。
組成式(2)中のm、x、z、nは、3<m<5、0<x<1、0<z<9、0<n<10なる関係を満たす。 - 液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを照明する複数の白色光源を用いたバックライトとを有し、
前記白色光源は、
素子基板上に形成された青色発光ダイオードと、
前記青色発光ダイオード上に配置されていて赤色蛍光体と緑色蛍光体を透明樹脂に混練した混練物を有し、
前記赤色蛍光体は、
元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、炭素(C)、酸素(O)、および窒素(N)を、下記組成式(2)の原子数比で含有する
液晶表示装置。
組成式(2)中のm、x、z、nは、3<m<5、0<x<1、0<z<9、0<n<10なる関係を満たす。 - 元素A、ユーロピウム(Eu)、シリコン(Si)、およびアルミニウム(Al)が、下記組成式(1)の原子数比となるように、元素Aの炭酸化合物、窒化ユーロピウム、窒化シリコン、および窒化アルミニウムを用意し、これらと共にさらにメラミンを56mol%以上67mol%以下の範囲内で混合して混合物を生成し、
前記混合物の焼成と、当該焼成によって得られた焼成物の粉砕とを行う
赤色蛍光体の製造方法。
組成式(1)中のm、x、y、nは、3<m<5、0<x<1、0<y<2、0<n<10なる関係を満たす。 - メラミンの混合量を60mol%以上65mol%以下の範囲内にする
請求項10に記載の赤色蛍光体の製造方法。
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