JP5331089B2 - 蛍光体およびそれを用いた発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、主として発光装置に用いられる酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体に関し、さらには前記蛍光体を用いた波長変換部を備えた発光装置に関するものである。
半導体発光素子と蛍光体を組み合わせた発光装置は、低消費電力、小型、高輝度かつ広範囲な色再現性が期待される次世代の発光装置として注目され、活発に研究、開発が行われている。発光素子から発せられる一次は、通常長波長の紫外線から青色の範囲、即ち380nmから480nmのものが用いられる。また、この用途に適合した様々な蛍光体を用いた波長変換部も提案されている。
さらには、最近この種の発光装置に対して変換効率(明るさ)のみならず、入力のエネルギーをより高くし、さらに明るくしようとする試みがなされている。入力エネルギ−を高くした場合、波長変換部を含めた発光装置全体の効率的な放熱が必要となってくる。このために、発光装置全体の構造、材質などの開発も進められているが、動作時における発光素子及び波長変換部の温度上昇は避けられないのが現状である。
現在白色の発光装置としては、青色発光の発光素子(ピ−ク波長、450nm前後)とその青色により励起され黄色発光を示す3価のセリウムで付活された(Y,Gd)3(A
l,Ga)512蛍光体あるいは2価のユ−ロピウムで付活された(Sr,Ba,Ca)2SiO4蛍光体との組み合わせが主として用いられている。
しかしながら、特に3価のセリウムで付活された(Y,Gd)3(Al,Ga)512蛍光体においては、100℃では25℃での輝度(明るさ)を100%とした時に、その輝度は85%前後に低下するために、入力エネルギ−を高く設定出来ないという技術課題を有している。そのために、温度特性が良好な酸窒化物蛍光体あるいは窒化物蛍光体が注目され、活発に開発が行われている。
しかしながら、この種の酸窒化物蛍光体あるいは窒化物蛍光体においては、特性は良好であるが、特性の変動、特に輝度特性の変動が大きいと言う技術課題を有している。従って、この種の酸窒化物蛍光体あるいは窒化物蛍光体において、特性の安定化、特に輝度特性の安定化が急務となっている。
この種の酸窒化物蛍光体あるいは窒化物蛍光体に関しては、たとえば特開2002−363554号公報(特許文献1)において、α型SIALON(サイアロン)の記載がある。即ち、代表的なものとしてEu2+イオンの付活量を変化させたCa−アルファサイアロン蛍光体について言及した記載がある。しかしながら、特許文献1には、発光強度の安定性あるいは発光強度に及ぼす不純物元素の影響については、言及されてはいない。
また、特開2006−89547号公報(特許文献2)においては、緑色蛍光体としてβ−サイアロン:Euあるいは黄色蛍光体としてCa−α−サイアロン:Euの記載がある。しかしながら、特許文献2においても、発光強度の安定性あるいは発光強度に及ぼす不純物元素の影響については、言及されてはいない。
さらには、特開2004−182780号公報(特許文献3)においては、Lxy((2/3)x+(4/3)y):R、または、Lxyz((2/3)x+(4/3)y-(2/3)z):Rで表される黄色から赤色領域に発光する窒化物蛍光体の記載がある。また特許文献3には、第V族元素(V、Nb、Ta)、第VI族元素(Cr、Mo、W)、第VII族元素(Re)、第VIII族元素(Fe、Co、Ir、Ni、Pd、Pt、Ru)を添加した窒化物蛍光体と、該元素を添加していない窒化物蛍光体とを比べると、残光を短くすることができるという効果を有することが記載されている。また、これらの元素も、輝度の調整を行うことができる。ここで、前記窒化物蛍光体の組成に含まれる元素と異なる第V族元素、第VI族元素、第VII族元素、第VIII族元素は、前記窒化物蛍光体の組成に含まれる元素の重量に対して100ppm以下であることが好ましい。これは第V族元素、第VI族元素、第VII族元素、第VIII族元素は、本窒化物蛍光体の発光を阻害するキラー元素であり、発光効率を大幅に下げるため、系外に除去しておくことが好ましいからである、と記載されている。しかしながら、各第V族元素、第VI族元素、第VII族元素、第VIII族元素について、発光を阻害する程度およびMnについては、詳細に言及されていない。
特開2002−363554号公報 特開2006−89547号公報 特開2004−182780号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、半導体発光素子からの430〜480nmの範囲の光によって高効率で安定に発光する窒化物蛍光体および酸窒化物蛍光体、ならびに、これらの蛍光体を用いた、高効率で特性の安定した発光装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明者らは特定の2価のユ−ロピウム付活の窒化物及び酸窒化物蛍光体において、粉体特性(特に輝度特性)に悪影響を及ぼす不純物元素について詳細に調査、実験、検討を重ねた結果、特定の不純物を精度良く制御することにより、輝度特性の安定した窒化物及び酸窒化物蛍光体を得ることが出来ることを見出したものである。特にMnはユーロピウムサイトの吸収したエネルギーを吸収し、不要な遷移を引き起こすことから、精度良く制御する必要がある。すなわち、本発明は以下のとおりである。
本発明は、一般式(A):EuaSibAlcde
(一般式(A)中、0.005≦a≦0.4、b+c=12、d+e=16を満足する数である)で実質的に表されるβ型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下であることを特徴とする2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体である。
また本発明は、一般式(B):MIfEugSihAlkmn
(一般式(B)中、MIはLi、Na、K、Cs、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<f≦3.0、0.005≦g≦0.4、h+k=12、m+n=16を満足する数である)で実質的に表されるα型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下であることを特徴とする2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体である。ここにおいて、MIはLiおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素であることが、好ましい。
また、本発明は、一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
(一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属元素であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、MIIIは3価の金属元素からなり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.001≦p≦0.05を満足する数である)で実質的に表され、Mnの含有率が5ppm以下であることを特徴とする2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である。ここにおいて、MIIIがAl、GaおよびIn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い。
本発明はまた、一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長よりも長い波長を有する二次光を発する波長変換部とを備えた発光装置であって、前記波長変換部は緑色系発光蛍光体、黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体から選ばれる少なくともいずれかを含み、前記緑色系発光蛍光体は、
一般式(A):EuaSibAlcde
(一般式(A)中、0.005≦a≦0.4、b+c=12、d+e=16を満足する数である)で実質的に表されるβ型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体であり、前記黄色系発光蛍光体は、
一般式(B):MIfEugSihAlkmn
(一般式(B)中、MIはLi、Na、K、Cs、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<f≦3.0、0.005≦g≦0.4、h+k=12、m+n=16を満足する数である)で実質的に表されるα型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体であり、前記赤色系発光蛍光体は、
一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
(一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属元素であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、MIIIは3価の金属元素からなり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.001≦p≦0.05を満足する数である)で実質的に表され、Mnの含有率が5ppm以下である2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である、発光装置についても提供する。
また本発明は、一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長よりも長い波長を有する二次光を発する波長変換部とを備えた発光装置であって、前記波長変換部は複数の緑色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体を含み、
前記緑色系発光蛍光体は、
一般式(A):EuaSibAlcde
(一般式(A)中、0.005≦a≦0.4、b+c=12、d+e=16を満足する数である)で実質的に表されるβ型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体であり、
前記赤色系発光蛍光体は、
一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
(一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属元素であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、MIIIは3価の金属元素からなり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.001≦p≦0.05を満足する数である)で実質的に表され、Mnの含有率が5ppm以下である2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である、発光装置についても提供する。
また本発明は、一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長よりも長い波長を有する二次光を発する波長変換部とを備えた発光装置であって、前記波長変換部は複数の黄色系発光蛍光体を含み、
前記黄色系発光蛍光体は、
一般式(B):MIfEugSihAlkmn
(一般式(B)中、MIはLi、Na、K、Cs、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<f≦3.0、0.005≦g≦0.4、h+k=12、m+n=16を満足する数である)で実質的に表されるα型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体である、発光装置についても提供する。
本発明の発光装置は、前記黄色系発光蛍光体として、上記一般式(B)中、MIがLiおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素である、2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体を用いたものであることが好ましい。
また本発明の発光装置は、前記赤色系発光蛍光体として、上記一般式(C)中、MIIIがAl、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の元素である、2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を用いたものであることが好ましい。
本発明の発光装置において、前記発光素子は窒化ガリウム系半導体素子であり、当該発光素子からの一次光が波長430〜480nmの範囲内にあることが、好ましい。
本発明の発光装置は、白色LEDであることが好ましく、LCD用バックライト光源に用いられるものであることがより好ましい。
本発明の発光装置は、一般照明機器として用いられることが好ましい。
本発明の蛍光体は430〜480nmの範囲の光によって、高効率で安定に発光するとともに、本発明の蛍光体を有する波長変換部を用いた発光装置は、発光素子からの発光を効率良く吸収して、高効率で安定した白色光を得ることができる。
本発明の好ましい一例の発光装置1を模式的に示す断面図である。 本発明の好ましい他の例の発光装置21を模式的に示す断面図である。
本発明は、〔1〕β型SIALONである2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体(以下、「第1の蛍光体」と呼称する。)、〔2〕α型SIALONである2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体(以下、「第2の蛍光体」と呼称する。)、ならびに〔3〕2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体(以下、「第3の蛍光体」と呼称する。)について提供するものである。以下、各蛍光体について詳しく説明する。
〔1〕第1の蛍光体
本発明の第1の蛍光体は、下記一般式(A)で実質的に表されるβ型SIALON(サイアロン)である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体である。
一般式(A):EuaSibAlcde
上記一般式中、aの値は、0.005≦a≦0.4であり、0.01≦a≦0.2であるのが好ましい。aの値が0.005未満であると、十分な明るさが得られないという不具合があり、またaの値が0.4を超えると、濃度消光などにより、明るさが大きく低下するという不具合がある。また、上記一般式中、b+c=12であり、d+e=16である。
このようなβ型SIALONである2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体としては、具体的には、Eu0.03Si11.63Al0.370.0315.97、Eu0.05Si11.50Al0.500.0515.95、Eu0.10Si11.00Al1.000.1015.90、Eu0.30Si9.80Al2.200.3015.70、Eu0.005Si11.70Al0.300.0315.97、Eu0.01Si11.60Al0.400.0115.99、Eu0.15Si10.00Al2.000.2015.80などを挙げることができるが、勿論これらに限定されるものではない。
本発明の第1の蛍光体は、Feの含有率が20ppm以下、好ましくは10ppm以下である。第1の蛍光体中におけるFeの含有率が20ppmを超えると、明るさの低下が大きくなり、実用的ではないためである。なお、第1の蛍光体中におけるFeの含有率は、たとえば質量分析計を備えたICP分析装置を用いて微量分析を行うことにより、その値を算出することができる。
また、本発明の第1の蛍光体は、Mnの含有率が10ppm以下、好ましくは5ppm以下である。第1の蛍光体中におけるMnの含有率が10ppmを超えると、明るさの低下が大きくなり、実用的ではないためである。なお、第1の蛍光体中におけるMnの含有率についても、たとえば質量分析計を備えたICP分析装置を用いて微量分析を行うことにより、その値を算出することができる。
本発明の第1の蛍光体は、その粒径については特に制限されるものではないが、通気法により測定された平均粒径が2〜8μmの範囲内であるのが好ましく、3〜6μmの範囲内であるのがより好ましい。第1の蛍光体の平均粒径が2μm未満であると、結晶成長が不十分であり、これを用いた発光装置において明るさが大きく低下する傾向にある。一方、第1の蛍光体の平均粒径が8μmを超えると、異常成長した粗大粒子が生成し易く実用的ではない。
〔2〕第2の蛍光体
本発明の第2の蛍光体は、下記一般式(B)で実質的に表されるα型SIALONである2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体である。
一般式(B):MIfEugSihAlkmn
上記一般式(B)中、MIは、Li、Na、K、Cs、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。中でも、LiおよびCaから選ばれる少なくとも1種を用いることにより、これを用いた発光装置においてより明るく発光するものを得ることができることから、MIがLiおよびCaから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、上記一般式(B)中、fの値は0<f≦3.0であり、0.1≦f≦2.0であるのが好ましい。fの値が0である(すなわち、MIが含まれない)場合、またfの値が3.0を超える場合には、十分な明るさが得られないという不具合がある。
また上記一般式(B)中、gの値は0.005≦g≦0.4であり、0.02≦g≦0.2であるのが好ましい。gの値が0.005未満である場合には、十分な明るさが得られないという不具合があり、gの値が0.4を超える場合には、濃度消光などにより、明るさが大きく低下するという不具合がある。
また、上記一般式(B)中、h+k=12であり、m+n=16である。
このようなα型SIALONである2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体としては、具体的には、Ca0.6Eu0.05Si10.50Al1.500.7015.30、Ca0.2Eu0.01Si10.10Al1.900.8015.20、Ca1.0Eu0.06Si0.70Al1.301.2014.80、Ca0.3Eu0.10Si10.20Al1.800.4015.60、Ca0.4Mg0.1Eu0.03Si10.00Al2.001.1014.90、Ca0.75Eu0.01Si9.75Al2.250.7615.24、Ca0.50Li0.10Eu0.01Si11.50Al0.500.2015.80、Ca1.00Sr0.10Eu0.20Si10.00Al2.00
0.3015.70などを挙げることができるが、勿論これらに限定されるものではない。
本発明の第2の蛍光体は、Feの含有率が20ppm以下、好ましくは10ppm以下である。第2の蛍光体中におけるFeの含有率が20ppmを超えると、明るさの低下が大きくなり、実用的ではないためである。なお、第2の蛍光体中におけるFeの含有率は、第1の蛍光体について上述したのと同様の方法にて測定することができる。
また、本発明の第2の蛍光体は、Mnの含有率が10ppm以下、好ましくは5ppm以下である。第2の蛍光体中におけるMnの含有率が10ppmを超えると、明るさの低下が大きくなり、実用的ではないためである。なお、第2の蛍光体中におけるMnの含有率は、第1の蛍光体について上述したのと同様の方法にて測定することができる。
また、本発明の第2の蛍光体は、その粒径については特に制限されるものではないが、通気法により測定された平均粒径が2〜8μmの範囲内であるのが好ましく、3〜6μmの範囲内であるのがより好ましい。第2の蛍光体の平均粒径が2μm未満であると、結晶成長が不十分であり、これを用いた発光装置において明るさが大きく低下する傾向にある。一方、第2の蛍光体の平均粒径が8μmを超えると、異常成長した粗大粒子が生成しやすく、実用的ではないという傾向にある。
〔3〕第3の蛍光体
本発明の第3の蛍光体は、下記一般式(C)で実質的に表される2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である。
一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
上記一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
また一般式(C)中、MIIIは3価の金属元素であり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。中でも、より一層高効率に赤色系を発光することができることから、MIIIはAl、GaおよびIn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い。
また上記一般式(C)中、pの値は、0.001≦p≦0.05であり、0.005≦p≦0.02であるのが好ましい。pの値が0.001未満であると、十分な明るさが得られないという不具合があり、pの値が0.05を越えると、濃度消光などにより、明るさが大きく低下するという不具合がある。
このような2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体としては、具体的には、Ca0.990
0.010SiAlN3、(Ca0.97Mg0.02Eu0.01)(Al0.99Ga0.01)SiN3、(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3、(Ca0.97Sr0.01Eu0.02)(Al0.98In0.02)SiN3、(Ca0.999Eu0.001)AlSiN3、(Ca0.895Mg0.100Eu0.005)AlSiN3、(Ca0.79Sr0.20Eu0.01)AlSiN3、(Ca0.98Eu0.02)(Al0.95Ga0.05)SiN3などを挙げることができるが、勿論これらに限定されるものではない
本発明の第3の蛍光体は、Feの含有率が10ppm以下、好ましくは5ppm以下である。第3の蛍光体中におけるFeの含有率が10ppmを超えると、明るさの低下が大きくなり、実用的ではないためである。なお、第3の蛍光体中におけるFeの含有率は、第1の蛍光体について上述したのと同様の方法にて測定することができる。
また、本発明の第3の蛍光体は、Mnの含有率が5ppm以下、好ましくは1ppm以下である。第3の蛍光体中におけるMnの含有率が5ppmを超えると、明るさの低下が大きくなり、実用的ではないためである。なお、第3の蛍光体中におけるMnの含有率は、第1の蛍光体について上述したのと同様の方法にて測定することができる。
また、本発明の第3の蛍光体は、その粒径については特に制限されるものではないが、通気法により測定された平均粒径が3〜10μmの範囲内であるのが好ましく、4〜7μmの範囲内であるのがより好ましい。第3の蛍光体の平均粒径が3μm未満であると、結晶成長が不十分であり、これを用いた発光装置において明るさが大きく低下する傾向にある。一方、第3の蛍光体の平均粒径が10μmを超えると、異常成長した粗大粒子が生成しやすく、実用的ではないという傾向にある。
本発明は、上述した本発明の第1〜第3の蛍光体を用いた発光装置についても提供するものである。すなわち、本発明の発光装置は、一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長以上の長さの波長を有する二次光を発する波長変換部とを基本的に備え、当該波長変換部が、上述した第1の蛍光体を緑色系発光蛍光体として、上述した第2の蛍光体を黄色系発光蛍光体として、上述した第3の蛍光体を赤色系発光蛍光体として、これらの第1〜第3の蛍光体のうちの少なくともいずれかを含むものである。ここで、図1は、本発明の好ましい一例の発光装置1を模式的に示す断面図である。また、図2は、本発明の好ましい他の例の発光装置21を模式的に示す断面図である。図1に示す例の発光装置1は、発光素子2と波長変換部3とを基本的に備え、波長変換部3が緑色系発光蛍光体4として上述した第1の蛍光体を含み、赤色系発光蛍光体5として上述した第2の蛍光体を含む。また、図2に示す例の発光装置21は、発光素子2と波長変換部22とを基本的に備え、波長変換部22が、黄色系発光蛍光体23として上述した第3の蛍光体を含む。このように本発明の発光装置は、波長変換部が、(1)緑色系発光蛍光体(上述した第1の蛍光体)および赤色系発光蛍光体(上述した第3の蛍光体)を含む(図1に示す例)か、または、(2)黄色系発光蛍光体(上述した第2の蛍光体)を含む(図2に示す例)ように実現されてなることが好ましい。
本発明の発光装置1,21に用いられる第1〜第3の蛍光体は、いずれも、FeおよびMnの含有率が一定以下であるものである。このように、特定の2価のユーロピウム付活の酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体において、粉体特性(特に輝度特性)に影響を及ぼす不純物元素であるFeおよびMnの含有率を一定以下に制御することにより、輝度特性の安定した酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体が実現される。したがって、このような第1〜第3の蛍光体を用いた本発明の発光装置1,21では、発光素子2からの光を効率よく吸収し、高効率で安定した白色光を得ることができるものである。
また本発明の発光装置1,21において用いられる本発明の第1〜第3の蛍光体はセラミックス材料であるので耐熱性が高く、また、熱膨張係数が小さい材料なので、バンドギャップの変異が小さい。本発明の発光装置1,21では、このような第1の蛍光体および第3の蛍光体を用いることで、温度に対する蛍光発光の効率低下が小さく、従来と比較して温度特性が格段に改善された発光装置を実現することができるという利点がある。
また図1に示す例の発光装置1において緑色系発光蛍光体4として用いられる本発明の蛍光体は、発光スペクトルの半値幅が狭いため、上述した温度特性が良好であると同時に、色再現性(NTSC比)も良好である。したがって、このような本発明の発光装置1は、発光素子2からの発光を効率よく吸収して、高効率な白色光を発光するとともに、色再現性(NTSC比)が著しく良好な白色を得ることができ、さらには、平均演色評価数(Ra)も優れており、一般照明用としても良好な白色を得ることができる。このような本発明の発光装置1は、白色LEDとして実現されることが好ましく、中でも、LCD用のバックライト用光源として特に好適に用いることができるものである。
図2に示す例の発光装置21において、波長変換部22中に含有される黄色系発光蛍光体(本発明の第2の蛍光体)23は、上述と同様の理由から、一般式(B)中におけるMIはLiおよびCa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い。また、本発明の発光装置21において、波長変換部22中に含有される赤色系発光蛍光体(本発明の第3の蛍光体)23は、上述と同様の理由から、一般式(C)中におけるMIIIはAl、GaおよびIn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い。
図1に示す例の本発明の発光装置1において、波長変換部3は、たとえば媒体として熱硬化型シリコーン封止材を用い、これに緑色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体を混練し、発光素子2を封止して成形することで作製できる。緑色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体それぞれの配合比率は特に制限されるものではないが、所望の色度の白色光を得るために、たとえば、緑色系発光蛍光体を媒体に対する重量比で1/10、赤色系発光蛍光体を媒体に対する重量比で1/50として波長変換部を作製する場合が例示される(この場合、7、750Kの白色光を得ることができる。)。
本発明の発光装置1,21における波長変換部3,22は、上述した緑色系発光蛍光体4、黄色系発光蛍光体23および赤色系発光蛍光体5から選ばれる少なくともいずれかを含有し、発光素子2から発せられる一次光の一部を吸収して、一次光の波長以上の長さの波長を有する二次光を発し得るものであれば、その媒質6は特に制限されるものではない。媒質(透明樹脂)6としては、たとえばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
また、波長変換部は、上述した蛍光体および媒質以外に、本発明の効果を阻害しない範囲で、適宜のSiO2、TiO2、ZrO2、Al23、Y23などの添加剤を含有してい
ても勿論よい。
本発明の発光装置1,21に用いられる発光素子2としては、効率の観点から、窒化ガリウム(GaN)系半導体を好ましく用いることができる。また、本発明の発光装置1を効率的に発光させる観点から、本発明の発光装置1,21に用いられる発光素子2はピーク波長が430〜480nmの範囲の一次光を発するものであることが好ましく、440〜470nmの範囲の一次光を発するものであることがより好ましい。発光素子2が発する一次光のピーク波長が430nm未満の場合には、演色性が悪くなり、実用的ではない。また、480nmを超えると、白色での明るさが低下し、実用的でなくなる傾向にある。
本発明の発光装置1に用いられる緑色系発光蛍光体4、黄色系発光蛍光体23および赤色系発光蛍光体5は、不純物元素であるFeおよびMnの含有率が一定以下となるように制御すること以外は、従来公知の適宜の方法にて作製することができる。また、本発明の発光装置における波長変換部は、上述した緑色系発光蛍光体4、黄色系発光蛍光体23および赤色系発光蛍光体5を適宜の樹脂中に分散させ、適宜の条件で成形することによって作製することが可能であり、その作製方法は特に制限されるものではない。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<実施例1>
Fe含有率が10ppm、Mn含有率が2ppmである窒化珪素(Si34)粉末143.73g、Fe含有率が5ppm、Mn含有率が1ppmである窒化アルミニウム(AlN)粉末5.06g、Fe含有率が2ppm、Mn含有率が0.5ppmである酸化ユーロピウム(Eu23)粉末1.22gをボールミルにより十分混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製の坩堝に入れ10気圧の窒素雰囲気中で、2000℃、8時間焼成した。得られた焼成物をボールミルなどにより粉砕した。この粉砕した粉末を窒化ホウ素製の坩堝に入れ、5気圧の窒素雰囲気中で、1700℃、10時間焼成した。得られた焼成物をボールミルにより粉砕した。粉砕後、1Lのビーカ中に純水1Lを入れ、さらに焼成物を投入し、撹拌を行う。所定時間撹拌後、撹拌を止め静置することによって、粉砕時生じた微粒子成分を除去した。この洗浄操作を繰り返し行うことによって、大部分の微粒子成分を除去した。その後、濾過、乾燥(110℃、16時間)した。得られた蛍光体はFe含有率が10ppm、Mn含有率が2ppmであるEu0.03Si11.63Al0.370.0315.97で表されるβ型SIALONであった。
<比較例1>
実施例1と同様の方法によって、Fe含有率が50ppm、Mn含有率が15ppmであるEu0.03Si11.63Al0.370.0315.97で表される蛍光体を作製した。
<実施例2>
Fe含有率が15ppm、Mn含有率が6ppmである窒化珪素(Si34)粉末158.14g、Fe含有率が4ppm、Mn含有率が1ppmである窒化アルミニウム(AlN)粉末19.75g、Fe含有率が2ppm、Mn含有率が0.3ppmである酸化ユ−ロピウム(Eu23)粉末2.83g、Fe含有率が1ppm、Mn含有率が0.3ppmである炭酸カルシウム(CaCO3)粉末19.29gをボールミルにより十分混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製の坩堝に入れ10気圧の窒素雰囲気中で、1700℃、12時間焼成した。得られた焼成物をボールミルにより粉砕した。粉砕後、1Lのビ−カ中に純水1Lを入れ、さらに焼成物を投入し、撹拌を行った。所定時間撹拌後、撹拌を止め静置することによって、粉砕時生じた微粒子成分を除去した。この洗浄操作を繰り返し行うことによって、大部分の微粒子成分を除去した。その後、濾過、乾燥(110℃、16時間)した。得られた蛍光体はFe含有率が12ppm、Mn含有率が5ppmであるCa0.6Eu0.05Si10.50Al1.500.7015.30で表されるα型SIALONであった。
<比較例2>
実施例2と同様の方法によって、Fe含有率が74ppm、Mn含有率が21ppmであるCa0.6Eu0.05Si10.50Al1.500.7015.30で表されるα型SIALONを作製した。
<実施例3>
Fe含有率が3ppm、Mn含有率が1ppmである窒化カルシウム(Ca32)粉末35.34g、Fe含有率が4ppm、Mn含有率が1ppmである窒化アルミニウム(AlN)粉末29.61g、Fe含有率が9ppm、Mn含有率が5ppmである窒化珪素(Si34)粉末33.78g、Fe含有率が2ppm、Mn含有率が0.3ppmである酸化ユ−ロピウム(Eu23)1.27gをボールミルにより十分混合した。得られた混合物を窒化ホウ素製の坩堝に入れ、窒素雰囲気中で、1500℃、5時間焼成した。得られた焼成物をボールミルにより粉砕した。粉砕後、1Lのビ−カ中に純水1Lを入れ、さらに焼成物を投入し、撹拌を行った。所定時間撹拌後、撹拌を止め静置することによって、粉砕時生じた微粒子成分を除去した。この洗浄操作を繰り返し行うことによって、大部分の微粒子成分を除去した。その後、濾過、乾燥(110℃、16時間)する。得られた蛍光体はFe含有率が5ppm、Mn含有率が2ppmであるCa0.990Eu0.010SiAlN3で表される窒化物蛍光体であった。
<比較例3>
実施例3と同様の方法によって、Fe含有率が21ppm、Mn含有率が10ppmであるCa0.990Eu0.010SiAlN3蛍光体を作製した。
<評価試験1>
実施例1〜3、比較例1〜3で得られた蛍光体を用い、日立製分光光度計(F−2500)にて450nmの励起光を照射し、540nm付近の発光のピーク高さを測定した。結果を表1に示す。
表1から、本発明の蛍光体は従来品に比し、特性の安定性、特に輝度特性の安定性に優れていることが判る。
<実施例4〜14、比較例4〜14>
表2に示すような各種蛍光体について、実施例1〜3とそれぞれ同様な方法で作製し、評価試験を行った。
表2から、本発明の蛍光体は従来品に比し、特性の安定性、特に輝度特性の安定性に優れていることが判る。
<実施例15>
発光素子として、440nmにピ−ク波長を有する窒化ガリウム(GaN)系半導体を用いた。波長変換部には、黄色系発光蛍光体としてFe含有率が12ppm、Mn含有率が5ppmであるCa0.6Eu0.05Si10.50Al1.500.7015.30(α型SIALON)なる組成のもの(実施例2)を用いた。この蛍光体を所定のシリコーン樹脂中に分散して波長変換部を形成し、発光装置を作製した。
<比較例15>
Fe含有率が74ppm、Mn含有率が21ppmであるCa0.6Eu0.05Si10.50Al1.500.7015.30(α型SIALON)で表される黄色系発光蛍光体を波長変換部に用いたこと以外は、実施例15と同様にして発光装置を作製した。
<評価試験2>
実施例15、比較例15で作製した発光装置について、順電流20mAを通電し、その特性(光度)を評価した。その結果を表3に示す。
表3から、本発明の発光装置は従来品に比し、特性の安定性、特に輝度特性の安定性に優れていることが判る。
<実施例16〜18、比較例16〜18>
表4に示すような発光素子と蛍光体の組み合わせで、実施例15と同様の方法で発光装置を作製し、評価試験を行った。
表4から、本発明の発光装置は従来品に比し、特性の安定性、特に輝度特性の安定性に優れていることが判る。
今回開示された実施の形態、実施例および比較例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,21 発光装置
2 発光素子
3,22 波長変換部
4 緑色系発光蛍光体
5 赤色系発光蛍光体
6 媒体
23 黄色系発光蛍光体

Claims (14)

  1. 一般式(A):EuaSibAlcde
    (一般式(A)中、0.005≦a≦0.4、b+c=12、d+e=16を満足する数である)
    で実質的に表されるβ型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下であることを特徴とする2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体。
  2. 一般式(B):MIfEugSihAlkmn
    (一般式(B)中、MIはLi、Na、K、Cs、Mg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<f≦3.0、0.005≦g≦0.4、h+k=12、m+n=16を満足する数である)
    で実質的に表されるα型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下であることを特徴とする2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体。
  3. MIはLiおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項2に記載のα型SIALONである2価のユ−ロピウム付活酸窒化物蛍光体。
  4. 一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
    (一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属元素であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、MIIIは3価の金属元素からなり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.001≦p≦0.05を満足する数である)
    で実質的に表され、Mnの含有率が5ppm以下であることを特徴とする2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体。
  5. MIIIがAl、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項4に記載の2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体。
  6. 一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長よりも長い波長を有する二次光を発する波長変換部とを備えた発光装置であって、前記波長変換部は緑色系発光蛍光体、黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体から選ばれる少なくともいずれかを含み、
    前記緑色系発光蛍光体は、
    一般式(A):EuaSibAlcde
    (一般式(A)中、0.005≦a≦0.4、b+c=12、d+e=16を満足する数である)
    で実質的に表されるβ型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体であり、
    前記黄色系発光蛍光体は、
    一般式(B):MIfEugSihAlkmn
    (一般式(B)中、MIはLi、Na、K、Cs、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<f≦3.0、0.005≦g≦0.4、h+k=12、m+n=16を満足する数である)
    で実質的に表されるα型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体であり、
    前記赤色系発光蛍光体は、
    一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
    (一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属元素であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、MIIIは3価の金属元素からなり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.001≦p≦0.05を満足する数である)
    で実質的に表され、Mnの含有率が5ppm以下である2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である、発光装置。
  7. 一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長よりも長い波長を有する二次光を発する波長変換部とを備えた発光装置であって、前記波長変換部は複数の緑色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体を含み、
    前記緑色系発光蛍光体は、
    一般式(A):EuaSibAlcde
    (一般式(A)中、0.005≦a≦0.4、b+c=12、d+e=16を満足する数である)
    で実質的に表されるβ型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体であり、
    前記赤色系発光蛍光体は、
    一般式(C):(MII1-pEup)MIIISiN3
    (一般式(C)中、MIIはアルカリ土類金属元素であり、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、MIIIは3価の金属元素からなり、Al、Ga、In、Sc、Y、La、GdおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.001≦p≦0.05を満足する数である)
    で実質的に表され、Mnの含有率が5ppm以下である2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である、発光装置。
  8. 一次光を発する発光素子と、前記一次光の一部を吸収して、一次光の波長よりも長い波長を有する二次光を発する波長変換部とを備えた発光装置であって、前記波長変換部は複数の黄色系発光蛍光体を含み、
    前記黄色系発光蛍光体は、
    一般式(B):MIfEugSihAlkmn
    (一般式(B)中、MIはLi、Na、K、Cs、Mg、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<f≦3.0、0.005≦g≦0.4、h+k=12、m+n=16を満足する数である)
    で実質的に表されるα型SIALONであって、Mnの含有率が10ppm以下である2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体である、発光装置。
  9. 前記黄色系発光蛍光体として、上記一般式(B)中、MIがLiおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素である、2価のユーロピウム付活酸窒化物蛍光体を用いたことを特徴とする、請求項6または8に記載の発光装置。
  10. 前記赤色系発光蛍光体として、上記一般式(C)中、MIIIがAl、GaおよびInから選ばれる少なくとも1種の元素である、2価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を用いたことを特徴とする、請求項6または7に記載の発光装置。
  11. 前記発光素子が窒化ガリウム系半導体素子であり、当該発光素子からの一次光が波長430〜480nmの範囲内にあることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の発光装置。
  12. 白色LEDであることを特徴とする請求項7に記載の発光装置。
  13. LCD用バックライト光源に用いられるものである、請求項12に記載の発光装置。
  14. 一般照明機器として用いられるものである、請求項7に記載の発光装置。
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