JP5833918B2 - 蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置に関し、とりわけ、酸素及び窒素を含有し、化学的に安定した蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置に関する。
光源より放出される光と、これに励起されて光源の光と異なる色相の光を放出できる蛍光体とを組み合わせることで、光の混色の原理により多様な波長の光を放出可能な発光装置が開発されている。このような発光装置として、例えば、青色光を放出する半導体発光素子(LED)と、緑〜黄色に発光するイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAl12:Ce)を用いた白色LED発光装置がある。この白色LED発光装置は、発光素子から放出される青色光の一部が波長変換された緑〜黄色光と、変換されなかった青色光とが加色混合されて白色光が得られる。しかしながらこの方式では、可視光の長波長領域の発光が不足しているため、電球色のように赤みを帯びた白色光を得ることができず、演色性が低いという問題点があった。
これに対して、青色光を放出する発光素子と、該発光素子の青色光により励起されて緑色、赤色に発光する蛍光体とを用いる発光装置は、光の3原色である青色、緑色、赤色の3原色が加色混合されて演色性の良い白色光を得ることができる。また、光の3原色を加色混合する方式には、近紫外領域の光を放出する発光素子を用いて、該発光素子から放出される近紫外領域の光によって青色、緑色、赤色発光の蛍光体を励起し、それぞれの蛍光体の発光によって白色光を得る方法もある。このような発光装置に用いることができる蛍光体として、近紫外から可視光の短波長領域の光を波長変換し、赤色光などの可視光の長波長領域の光を放出する蛍光体の開発が盛んに行われている。
例えば、青色LEDを光源とする白色LEDの高輝度化を可能とする、希土類元素を付活させた酸窒化物蛍光体が提供されている(例えば、特開2002−363554号公報(特許文献1)参照)。酸窒化物蛍光体として、一般式:MeSi12−(m+n)Al(m+n)16−n:Re1Re2で示され、アルファサイアロンに固溶する金属Me(MeはCa、Mg、Y、又はLaとCeを除くランタニド金属の一種若しくは二種以上)の一部若しくは全てが、発光中心となるランタニド金属Re1(Re1は、Ce,Pr、Eu、Tb、Yb、又はErの一種若しくは二種以上)又は二種類のランタニド金属Re1及び共付活剤としてのRe2(Re2はDy)で置換される。金属Meが二価のとき、0.6<m<3.0、かつ、0≦n<1.5である。また、金属Meが三価のとき、0.9<m<4.5、かつ、0≦n<1.5である。
この酸窒化物蛍光体とは、本願発明に係る蛍光体とは、Meに対するAl、Si、Nの比率が異なるため組成が異なる。
また、近紫外〜青色光で励起可能であり、温色系光、特に赤色系光を放つ蛍光体組成物が提供されている(例えば、特開2005−48105号公報(特許文献2)参照)。この蛍光体組成物は、a((1−x−y)MO・xEuO・yCe))・bSi・cAlNの組成式で表される組成物を主体として含む蛍光体組成物であって、蛍光体組成物が、結晶質からなり、組成式中のMが、Mg、Ca、Sr、およびBaから選ばれる少なくとも一つのアルカリ土類金属元素であり、組成式中のa、b、c、x、yがそれぞれ、0.3≦a/(a+b)≦0.9、0.2≦a/(a+c)≦0.8、0.3≦c/(b+c)≦0.9、0≦x≦0.2、0≦y≦0.2、0.002≦x+y≦0.2、の関係を満たす蛍光体組成物である。
しかしながら、この蛍光体の組成式はa,b,cの組成範囲が規定されていないため、発明の開示が十分に成されておらず、発明が十分に特定されていない。一方、この特許文献の実施例に基づくと、実施例1〜18、及び、実施例20〜25の蛍光体組成物と、本願発明とは、Mに対するNの比率が異なるため組成が異なる。また実施例19の蛍光体組成物と、本願発明とは、Mに対するAlの比率が異なるため組成が異なる。
発光のピーク波長が580〜680nmの範囲にあり、高い発光強度を有するという発光特性を持ち、紫外〜可視光(波長250〜550nm)の広範囲な波長域の励起光に対し平坦で効率の高い励起帯を持つという励起帯特性を有する蛍光体が提供されている(例えば、特開2006−63323号公報(特許文献3)参照)。CoKα線による粉末X線回折パターンにおいて最も強度のある回折ピークの相対強度を100%としたとき、X線回折パターンのブラッグ角度(2θ)が、36.5°〜37.5°、および41.9°〜42.9°である範囲に相対強度10%以上の回折ピークを示す相を主とした生成相として含む蛍光体である。蛍光体の生成相は、組成式M:Zで表記され、M元素はCa,Sr、Mgなどの元素であり、A元素はAl等の元素であり、B元素はSi等の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は、Eu等の元素であり、n=2/3m+a+4/3b−2/3b−2/3o、m/(a+b)≧1/2、(o+n)/(a+b)>4/3、o≧0であり、m:a:b=1:1:1である蛍光体である。
しかしながら、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、MとA、B、Nの比率が異なるため組成が異なる。
緑色〜黄色範囲に発光スペクトルのブロードなピークを持ち、近紫外・紫外光から青色光の広範囲な光を励起光として用いることのできる広く平坦な励起帯をもった蛍光体が提供されている(例えば、国際公開番号WO2006/093298号公報(特許文献4)参照)。この蛍光体は、一般式、M:Zで表記され、M元素はCa,Sr、Mgなどの元素であり、A元素はAl等の元素であり、B元素はSi等の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は、Eu等の元素であり、4.0<(a+b)/m<7.0、a/m≧0.5、b/a>2.5、n>o、n=2/3m+a+4/3b−2/3oであり、波長300nmから500nmの範囲の光で励起したとき、発光スペクトルにおけるピーク波長が500nmから650nmの範囲にある蛍光体である。
しかしながら、この蛍光体の組成式はa,b,m、o,nの組成範囲が規定されていないため、発明の開示が十分に成されておらず、発明が十分に特定されていない。一方、実施例に基づくと、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、Mに対するA、若しくは、Mに対するB、Mに対するNの比率が異なるため組成が異なる。
青色の範囲(ピーク波長が400nm〜500nm)にブロードな発光スペクトルを持ち、また、近紫外・紫外の範囲に広く平坦な励起帯を持つ蛍光体が提供されている(例えば、国際公開番号WO2006/106883号公報(特許文献5)参照)。この蛍光体は、一般式、M:Zで表記され、M元素はCa,Sr、Mgなどの元素であり、A元素はAl等の元素であり、B元素はSi等の元素であり、Oは酸素であり、Nは窒素であり、Z元素は、Eu等の元素であり、5.0<(a+b)/m<9.0、0≦a/m≦2.0、0≦o<n、n=2/3m+a+4/3b−2/3oであり、波長250nmから430nmの範囲の光で励起したとき、発光スペクトルにおけるピーク波長が400nmから500nmの範囲にある蛍光体である。
しかしながら、この蛍光体の組成式はa,b,m、o,nの組成範囲が明示されていないため、十分に開示がなされていない。一方、実施例に基づくと、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、Mに対するNの比率が異なるため組成が異なる。また、この蛍光体は青色に発光するため、本願発明の蛍光体とは発光色が異なる。
高い輝度や橙色や赤色発光特性を有する蛍光体が提供されている(例えば、特開2006−89547号公報(特許文献6)参照)。この蛍光体は、ASi5−xAl8−x(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、またはBaから選ばれる1種であり、xが、0.05以上0.8以下の値)で示される結晶を活性物質とし、これに金属元素M(ただし、Mは、Eu等の元素)を固溶した蛍光体である。
しかしながら、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、Aに対するSi、Al、O、Nの比率が異なるため組成が異なる。
従来の希土類付活サイアロン蛍光体より緑色の輝度が高く、従来の酸窒化物蛍光体よりも耐久性に優れる緑色蛍光体が提供されている(例えば、特開2005−255895号公報(特許文献7)参照)。この蛍光体は、β型Si結晶構造を持つ窒化物または酸窒化物の結晶中に金属元素M(ただし、Mは、Mn、Ce、Euから選ばれる1種の元素)が固溶してなる、Si6−zAl8−z(ただし0<z<4.2)で表され、励起源を照射することにより波長500nmから600nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光することを特徴とする蛍光体である。
しかしながら、この蛍光体は、Ca、Sr等の元素を有していない。また、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、組成が異なる。さらに、この蛍光体は緑色に発光するため、本願発明の蛍光体とは発光色が異なる。
青色乃至紫外光を光源とする白色発光ダイオードを実現できる、β型サイアロン蛍光体が提供されている(例えば、国際公開番号WO2006/121083号公報(特許文献8)参照)。この蛍光体は、Si6−zAl8−z(ただし0.24≦z≦4.2)で示されるβ型サイアロンを母体材料とし、発光中心としてEuを固溶するβ型サイアロン蛍光体である。
しかしながら、この蛍光体は、Ca、Sr等の元素を有していない。また、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、組成が異なる。さらに、この蛍光体は緑色に発光するため、本願発明の蛍光体とは発光色が異なる。
一次光源の放射線を少なくとも部分的に変換する黄色から赤色を放射する蛍光体を用いる光源において、蛍光体がニトリドシリケートタイプMSi:Eu(ここで、MはCa、Sr、Ba、Znの群から選択される少なくとも1つのアルカリ土類金属であり、かつz=2/3x+4/3yであり、x=2及びy=5、又は、x=1及びy=7である。)のホスト格子を有する、黄色から赤色を放射する蛍光体を用いる光源に関する(例えば、国際公開番号WO2001/40403号公報(特許文献9)参照)。
しかしながら、この蛍光体は、Alの元素を有していない。また、この蛍光体と本願発明の蛍光体とは、組成が異なる。
さらに、赤色光などの可視光の長波長領域の光を放出する蛍光体として、例えば、CaS:Eu、LnS:Euが知られているが、化学的安定性が悪く、温度の高い条件では輝度が著しく低下する。また蛍光体の発光輝度も満足するものではなかった。近年では、近紫外から可視光の短波長領域に良好な励起帯を持ち、黄〜赤色光に波長変換可能な蛍光体であって、かつ、化学的に安定している窒素を含有した蛍光体が開発されている。このような窒素を含有する蛍光体には、例えば、CaSi:Euがあり、演色性を向上させるためにこの蛍光体を搭載した発光装置が報告されている(例えば、特開2007−142389号公報(特許文献10)参照)。
しかしながら、上記の窒素を含有する蛍光体では、温度の高い条件下で発光させると輝度が大きく低下する問題があった。また温度特性の悪い蛍光体は、発光装置に搭載した形態においては、高温下になると、この蛍光体の発光と、これと色相の異なる他の発光との混色における比率が大きくズレてしまうため、色むらの要因になる。
本発明は、従来のこのような問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の主な目的は、温度特性に優れており、かつ、近紫外から可視光の短波長領域の光によって励起され、黄〜赤色光を放出可能な蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置を提供することにある。
本発明は、以下の一般式で表される蛍光体である。
AlSi:Eu
(Mは、Ca、Sr、Baから選択される1種以上の第二族元素であり、a=2、b=2.4〜6.0、c=5.0〜8.5、d=1.0〜3.0、e=11.0〜16.0である。)
また、この蛍光体は、460nmの光源により励起されたとき、570nm〜670nmに発光ピーク波長を有する性質を有する。
ここで、EuはMの一部と置換され、MとEuとの合計モル数が2molという意味であり、特に断りのない限り、以下同様である。
本発明は、Ca、Sr、Baから選択される1種以上の第二族元素であるM、Al、Si、O及びNを含有し、Euで付活された蛍光体である。この蛍光体は、CuKα線によるX線回折パターンにおいて、ブラッグ角度が17.9°以上18.5°以下の範囲にある回折ピークの強度を100%としたとき、ブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの相対強度は150%以上310%以内であり、かつ、ブラッグ角度が34.8°以上35.4°以下の範囲内にある回折ピークの相対強度が320%以上550%以内である相を主とした生成相を含有する。
また、この蛍光体は、近紫外から可視光の短波長領域の光を吸収した際の発光スペクトルが、570nmから670nmの範囲内にピーク波長を有することが好ましい。

また、この蛍光体は、19.0重量%以上29.5重量%以下のSiを含有することが好ましい。
また、この蛍光体は、斜方晶系に帰属し、かつ、結晶格子の格子定数が、4.4Å≦a≦5.4Å、7.0≦b≦8.0Å、11.1Å≦c≦12.1Åであることが好ましい。
本発明は、近紫外から可視光の短波長領域内にピーク波長を有する光を放つ励起光源と、この励起光源からの光の一部を吸収して蛍光を発する前記蛍光体と、を有する発光装置である。
本発明の蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置によれば、近紫外から可視光の短波長領域の青色光によって励起され、黄〜赤色光を発光する蛍光体であって、かつ、温度の高い条件下においても輝度の低下が少ない蛍光体を得ることができる。また、この蛍光体を用いた発光装置においては、高温下においても、この蛍光体の輝度の低下が少ないため、この蛍光体と色相の異なる他の発光との混色における比率のズレを抑制することができる。
実施例1〜4に係る蛍光体のX線回折パターンの測定結果を示す。 比較例1に係る蛍光体のX線回折パターンの測定結果を示す。 実施例4及び比較例1に係る蛍光体の励起スペクトルを示す。 実施例4及び比較例1に係る蛍光体の反射スペクトルを示す。 実施例4及び比較例1に係る蛍光体を460nmで励起した際の発光スペクトルを示す。 実施例4及び比較例1に係る蛍光体の温度特性を示す。 実施例5〜11に係る蛍光体のX線回折パターンの測定結果を示す。 本実施の形態に係る発光装置の斜視図を示す。 図8のVIB−VIB’線における断面図を示す。 実施例18に係る発光装置の発光スペクトルを示す。 実施例19に係る発光装置の発光スペクトルを示す。 実施例20に係る発光装置の発光スペクトルを示す。 実施例23に係る発光装置の発光スペクトルを示す。 実施例24に係る発光装置の発光スペクトルを示す。 実施例25に係る蛍光体を撮影したSEM写真である。 実施例25に係る蛍光体の発光スペクトルを示す。 実施例25に係る蛍光体の励起スペクトルを示す。 実施例25に係る蛍光体の反射スペクトルを示す。 比較例の蛍光体の発光スペクトルを示す。 比較例の蛍光体の発光スペクトルを示す。 比較例の蛍光体の発光スペクトルを示す。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための、蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置を例示するものであって、本発明を以下のものに特定しない。
なお色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、JIS Z8110に従う。具体的には、380nm〜455nmが青紫色、455nm〜485nmが青色、485nm〜495nmが青緑色、495nm〜548nmが緑色、548nm〜573nmが黄緑色、573nm〜584nmが黄色、584nm〜610nmが黄赤色、610nm〜780nmが赤色である。
本実施の形態に係る蛍光体は、以下の一般式で表される。
AlSi:Eu
(Mは、Ca、Sr、Baから選択される1種以上の第二族元素であり、a=2、b=2.4〜6.0、c=5.0〜8.5、d=1.0〜3.0、e=11.0〜16.0である。)
この蛍光体は、460nmの光源により励起されたとき、570nm〜670nmに発光ピーク波長を有する性質を有する。
本実施の形態に係る蛍光体は、Ca、Sr、Baから選択される1種以上の第二族元素であるM、及び、Al、Si、O、Nを含有し、Euで付活される蛍光体である。Alはアルミニウム、Siは珪素、Oは酸素、Nは窒素、Euはユーロピウムである。この蛍光体は、後述するX線回折パターンで規定される結晶構造を有した生成相を含有している。本実施の形態に係る蛍光体は、近紫外から可視光の短波長領域の光を吸収して、黄色〜赤色に発光する。ここで、本明細書において近紫外から可視光の短波長領域とは、特に限定されないが250nm〜520nmであることが好ましい。
本実施の形態に係る蛍光体が示すX線回折パターンについて、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態に係る蛍光体の一例として後述する実施例1〜4の蛍光体について、CuKα線によるX線回折パターンを示した図である。
実施例1〜4に係る各X線回折パターンに示されているように、本実施の形態に係る蛍光体は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°、24.5°〜25.1°、30.6°〜31.2°、34.8°〜35.4°、35.7°〜36.3°、68.7°〜69.3°の範囲内に回折ピークを有する。
ここで、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%としたとき、ブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの相対強度は150%〜310%であることが好ましい。同様にブラッグ角度が30.6°〜31.2°の範囲内にある回折ピークの相対強度は190%〜460%であることが好ましい。同様にブラッグ角度が34.8°〜35.4°の範囲内にある回折ピークの相対強度は320%〜550%であることが好ましい。同様にブラッグ角度が35.7°〜36.3°の範囲内にある回折ピークの相対強度が270%〜570%であることが好ましい。同様にブラッグ角度が68.7°〜69.3°の範囲内にある回折ピークの相対強度が160%〜320%であることが好ましい。
実施例1〜4に係る各X線回折パターンに示されているように、本実施の形態に係る蛍光体は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%としたとき、ブラッグ角度が29.0°〜29.6°の範囲内にある回折ピークの相対強度は90%〜240%が好ましい。同様にブラッグ角度が31.4°〜32.0°の範囲内にある回折ピークの相対強度は310%〜910%が好ましい。同様にブラッグ角度が47.9°〜48.5°の範囲内にある回折ピークの相対強度は140%〜290%が好ましい。
ここで、本実施の形態に係る蛍光体のX線回折パターンの測定方法について説明する。XRD装置及びその測定条件を以下に示す。
XRD装置:株式会社リガク製MiniFlex
X線管球:CuKα
管電圧:30kV
管電流:15mA
スキャン方法:2θ/θ
スキャン速度:4°/min
サンプリング間隔:0.02°
また、Al/Si比の変更、他元素による固溶、加えて、X線が照射される試料面が平らでなかったときや、XRD装置の測定条件の違いにより回折ピークのブラッグ角度のズレが生じることもある。そのため、回折ピークのブラッグ角度の範囲が若干ズレることは許容されると考えられる。
本実施の形態に係る蛍光体は、250nm〜520nmの広波長域にわたり効率よく励起されるブロードな励起スペクトルを示す。本実施の形態に係る蛍光体は、この波長領域内の光で励起された時の最大発光強度を100%とすると、励起波長が300nm〜470nmの光で励起された時は50%以上の強度で発光することができる。また、励起波長が300nm〜470nmの光で励起された時は75%以上の強度で発光することがより好ましい。
本実施の形態に係る蛍光体は、573nm〜650nmの波長域にピーク波長を有し、黄色乃至赤色に発光する。特に584nm〜630nmの波長域にピーク波長を設定することにより、高輝度な黄赤色乃至赤色の光を得ることができる。さらに、本実施の形態に係る蛍光体の発光スペクトルの半値幅は、100nm〜125nmとすることができるが、好ましくは107nm〜117nmである。このように半値幅の広い発光スペクトルを有することによって、広波長域の色を再現することができる。
また、実施例1〜17に基づくと、本実施の形態に係る蛍光体を構成する元素のモル比は、第二族元素M+Eu:Al:Si:N=1:1.1〜4.3:2.6〜4.9:4.7〜8.9であることが好ましい。より好ましくは、第二族元素M+Eu:Al:Si:O:N=1:2〜3:3.1〜4.1:0.2〜1.3:6.1〜8.1である。さらに、第二族元素M+Eu:O=1:0.2〜0.8であることがより好ましい。また、第二族元素M+Eu:N=1:6.7〜8.0がより好ましく、最も好ましくは7.2〜8.0である。このようなモル比で各元素を含有することにより、本実施の形態に係る蛍光体は高輝度な黄色〜赤色光を放出することができる。
また、実施例21〜63に基づくと、本実施の形態に係る蛍光体を構成する元素のモル比は、第二族元素M+Eu:Al:Si:O:N=2:2.4〜6.0:5.0〜8.5:1.0〜3.0:11.0〜16.0である。実施例27〜34に基づくと、Eu濃度は、第二族元素M+Eu:Eu=2:0.03〜0.29であることが好ましい。実施例35〜38に基づくと、第二族元素M+Eu:Al+Si=2:10.56〜11.90であることが好ましい。実施例39〜43に基づくと、Al:Si=1:1.7〜2.5であることが好ましい。実施例44〜48に基づくと、第二族元素M+Eu:Al=2:3.43〜3.91であることが好ましい。実施例49〜54に基づくと、第二族元素M+Eu:Si=2:6.66〜7.96であることが好ましい。実施例55〜63に基づくと、第二族元素M+Eu:O:N=2:1.10〜2.00:11.38〜13.11であることが好ましい。このようなモル比で各元素を含有することにより、本実施の形態に係る蛍光体は高輝度な黄色〜赤色光を放出することができる。
また、本実施の形態に係る蛍光体のCa、Sr、Baから選択される1種以上の第二族元素であるMは、Srであることが好ましい。またSrの一部または完全にCa、Baで置換してもよい。Srの一部をCaで置換する場合は、Srに対するCa濃度が10%以内であることが好ましく、より好ましくは5%以内である。また、Srの一部をBaで置換する場合は、Srに対するBa濃度が8%以内であることが好ましく、より好ましくは4%以内である。このように、第二族元素Mを、Ca、Sr、Baの配合比を調整することにより、蛍光体のピーク波長を適宜調整できる。
また、本実施の形態に係る蛍光体は、希土類であるEuを付活剤として用いる。付活剤の濃度は、元素Mに対して、好ましくは0.001%〜20%であり、より好ましくは8%〜12%である。ただし、付活剤はEuのみに限定されず、Euの一部を、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の希土類金属やアルカリ土類金属で置換してもよい。これにより、置換された元素とEuが共付活し、この蛍光体の発光色の色調を変化させるなど発光特性を調整できる。
また、実施例1〜17に基づくと、本実施の形態に係る蛍光体は、22.0重量%以上29.0重量%以下のM+Euと、13.0重量%以上22.0重量%以下のAlを含有していることが好ましい。また、19.0重量%以上29.5重量%以下のSiを含有していることが好ましい。さらに、0.1重量%以上9.0重量%以下のOと、22.0重量%以上30.0重量%以下のNとを含有することが好ましい。このような重量%でもって各元素を含有することにより、高輝度な黄色〜赤色光を放出することができる。
また、実施例21〜63に基づくと、本実施の形態に係る蛍光体は、23.0重量%以上31.0重量%以下のM+Euと、10.0重量%以上16.0重量%以下のAlと、23.0重量%以上31.0重量%以下のSiと、2.5重量%以上8.0重量%以下のOと、22.0重量%以上28.0重量%以下のNとを含有することが好ましい。このような重量%でもって各元素を含有することにより、高輝度な黄色〜赤色光を放出することができる。
また、本実施の形態に係る蛍光体は、OとNとの元素の組成比を変化させることで、色調や輝度を調節することができる。さらに、(M+Al+Si)/(O+N)における陽イオンと陰イオンの組成比を変化させることでも、発光スペクトルや強度を微妙に調整できる。したがって、組成比を調節することで意図的にピーク波長を変位させることができる。
また、本実施の形態に係る蛍光体は、その組成中にLi、Na、K、Rb、Cs、Mn、Re、Cu、Ag、Auからなる群より選択された少なくとも1種以上の元素を含有していてもよい。さらに、その他の元素についても蛍光体の特性を損なわない程度に混入されていてもよい。
また、本実施の形態に係る蛍光体は、約25℃の条件下での発光輝度を100%としたとき、約100℃の条件下では88%以上の輝度を維持することができる。また、約200℃の条件下では、62%以上の輝度を維持することができる。
また、本実施の形態に係る蛍光体は、後述するX線回折パターンから結晶構造を解析すると、斜方晶系に帰属する結晶の単位格子を有している。また、この蛍光体は、大部分が結晶を有することが好ましい。具体的には、少なくとも50重量%以上、より好ましくは80重量%以上が結晶を有している。これは、発光性を有する結晶相の割合を示し、50重量%以上、結晶相を有しておれば、実用に耐え得る発光が得られるため好ましい。また、このような粉体であれば、製造及び加工が容易である。例えばガラス体(非晶質)は構造がルーズなため、蛍光体中の成分比率が一定せず色度ムラを生じる恐れがある。したがって、これを回避するため生産工程における反応条件を厳密に一様になるよう制御する必要が生じる。
また、本実施の形態に係る蛍光体を発光装置に搭載することを考慮すれば、この蛍光体の平均粒径は、1μm乃至100μmの範囲が好ましく、より好ましくは2μm乃至50μmである。この平均粒径値を有する蛍光体が、頻度高く含有されていることが好ましい。さらに、粒度分布においても狭い範囲に分布しているものが色ムラを抑制でき好ましい。なお、この平均粒径は、F.S.S.S.No(Fisher Sub Sieve Sizer's No)における空気透過法で得られる。具体的には、気温25℃、湿度70%の環境下において、1cm分の試料を計り取り、専用の管状容器にパッキングした後一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読み取り平均粒径に換算する。
(製造方法)
以下に、本実施の形態に係る蛍光体の製造方法について説明する。この蛍光体は、その組成に含有される元素の単体や酸化物、炭酸塩あるいは窒化物などを原料とし、各原料を所定の仕込み組成比となるように秤量する。「仕込み組成比」とは、各原料の混合物において、蛍光体の構成元素を含む原料における各元素のモル比が示されている。
実施例1〜17に基づくと、本実施の形態に係る蛍光体の仕込み組成比は、M+Eu:Al:Si:N=1:1〜3:3〜4.875:5〜8.13であり、好ましくはM+Eu:Al:Si:N=1:1〜2:3.375〜4.5:5.63〜7.5である。また、実施例21〜63に基づくと、以下の表に示すようにM+Eu、Al、Si、Nを所定の仕込み組成比とする。この関係を満たすように各原料を秤量する。また、これらの原料にフラックスなどの添加材料を適宜加えることができる。さらに必要に応じてホウ素を含有させることもできる。
これらの原料は、混合機を用いて湿式又は乾式で均一になるように混合する。混合機は工業的に通常用いられているボールミルの他、振動ミル、ロールミル、ジェットミルなどの粉砕機を用いることができる。また、粉末の比表面積を一定範囲とするために、工業的に通常用いられている沈降槽、ハイドロサイクロン、遠心分離器などの湿式分離機、サイクロン、エアセパレータなどの乾式分級機を用いて分級することもできる。
この混合物を、SiC、石英、アルミナ、窒化ホウ素等の材質からなる坩堝内や板状のボートに載置し、焼成する。焼成には、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。
また、焼成は、流通する還元雰囲気中にて行うことが好ましい。具体的には、窒素雰囲気、窒素及び水素の混合雰囲気、アンモニア雰囲気又は、それらの混合雰囲気中で焼成することが好ましい。
焼成温度は好ましくは1200℃から2000℃であり、さらに好ましくは1500℃から1800℃である。また、焼成時間は好ましくは15時間から200時間であり、より好ましくは20時間から150時間であり、最も好ましくは40時間から150時間である。
焼成後は、焼成されたものを粉砕、分散、濾過等して目的の蛍光体粉末を得る。固液分離は濾過、吸引濾過、加圧濾過、遠心分離、デカンテーションなどの工業的に通常用いられる方法により行うことができる。また乾燥は、真空乾燥機、熱風加熱乾燥機、コニカルドライヤー、ロータリーエバポレーターなどの工業的に通常用いられる装置や方法により達成できる。
ここで、具体的な蛍光体原料について説明する。仕込み組成比の元素Mを構成するCa、Sr、Baの原料は、元素単独を使用できる他、金属、酸化物、イミド、アミド、窒化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩など各種の塩類などの化合物を使用することができる。具体的には、SrCO、Sr、CaCOなどを用いることができる。
また、仕込み組成比のAl、Siは、元素単独の他、金属、酸化物、イミド、アミド、窒化物及び各種塩類などの化合物を用いることができる。また、あらかじめ元素M、Si、Alを混合したものを使用してもよい。具体的には、AlN、Al、Si、SiOなどを用いることができる。また、例えば、Siを含有した化合物において、原料のSiの純度は、2N以上のものが好ましいが、Li、Na、K、B、Cuなどの異なる元素が含有されていてもよい。さらに、Siの一部をAl、Ga、In、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfで置換させるために、それらの元素を含有した化合物を使用することもできる。
さらに、付活剤のEuは、好ましくは単独で使用されるが、ハロゲン塩、酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩などを使用することができる。具体的には、Euなどを用いることができる。また、Euの一部を他の元素で置換する場合は、Euを含有した化合物に、他の希土類元素などを含有した化合物を混合することができる。
さらに必要に応じて加える元素は、通常、酸化物、若しくは水酸化物で加えられるが、これに限定されるものではなく、メタル、窒化物、イミド、アミド、若しくはその他の無機塩類でも良く、また、予め他の原料に含まれている状態でも良い。また、各々の原料は、平均粒径が約0.1μm以上15μm以下、より好ましくは約0.1μmから10μmの範囲であることが、他の原料との反応性、焼成時及び焼成後の粒径制御などの観点から好ましく、上記範囲以上の粒径を有する場合は、アルゴン雰囲気中若しくは窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行うことで達成できる。
(発光装置)
以下に、本実施の形態に係る蛍光体を搭載した発光装置の例を示す。発光装置には、例えば蛍光ランプ等の照明器具、ディスプレイやレーダ等の表示装置、液晶用バックライト等が挙げられる。また、励起光源としては近紫外から可視光の短波長領域の光を放つ発光素子が好ましい。特に半導体発光素子は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。他の励起光源として、既存の蛍光灯に使用される水銀灯等を適宜利用できる。
発光素子を搭載した発光装置には、砲弾型や表面実装型など種々の形式がある。ここでは、表面実装型の発光装置を例示し、図8及び図9を参照して説明する。
図8及び図9は、本実施の形態に係る発光装置60であって、図8は発光装置60の斜視図を、図9は図8のIVB−IVB’線における発光装置60の断面図をそれぞれ示す。発光装置60は、表面実装型の1種であるサイドビュー型の発光装置である。
発光装置60は、凹部14と、この凹み内部に収納される発光素子2とを有し、さらに凹部14内は、蛍光体3を含有する樹脂によって充填されている。この凹部14はパッケージ17の一部であって、すなわちパッケージ17は、凹部14と、この凹部14に連結された支持体16とから構成される。凹部14と支持体16との双方の間には、正負のリード電極15が介在されて、凹部14における発光素子2の載置面を構成している。さらに、リード電極15は、パッケージ17の外面側に露出して、この外形に沿うように設けられている。発光素子2は、凹部14内のリード電極15上に搭載されて電気的に接続されており、このリード電極15を介して外部から電力の供給を受けて発光可能となる。図面は発光装置60を実装した一般的な状態であって、すなわち発光素子2が載置される面と直交する幅広な面を底面として載置されている。上記構造により発光素子の実装面と略平行な方向、すなわち発光装置の載置面と隣接した側面より発光可能な発光装置60とできる。
また、本実施の形態に係る発光装置60は、以上のように構成されたパッケージ17の凹部14内に載置された発光素子2を被覆するように透光性樹脂が充填され、封止部材18が形成される。この封止部材18には蛍光体3が含有されている。
以下に、本実施の形態に係る発光装置を構成する部材について説明する。
(発光素子)
発光素子2は、紫外線領域から可視光領域までの光を発することができる。発光素子2から発する光のピーク波長は、240nm乃至520nmが好ましく、420nm乃至470nmがさらに好ましい。この発光素子2は、例えば、窒化物半導体素子(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いることができる。窒化物半導体素子を用いることで機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
(蛍光体)
本実施の形態に係る蛍光体3は、封止部材18中で部分的に偏在するよう配合されている。このように発光素子2に接近して載置することにより、発光素子2からの光を効率よく波長変換することができ、発光効率の優れた発光装置とできる。また、蛍光体3を封止部材17中にほぼ均一の割合で混合することによって、色ムラのない光を得るようにすることもできる。
また、蛍光体3は2種以上の蛍光体を用いてもよい。例えば、本実施の形態に係る発光装置60において、青色光を放出する発光素子2と、これに励起されて緑色光を発する蛍光体と、赤色光を発する蛍光体を併用することで、演色性に優れた白色光を得ることができる。赤色光を発する蛍光体としては、(Ca1−xSr)AlBSiN3+y:Eu(0≦x≦1.0、0≦y≦0.5)または(Ca1−ZSrSi:Eu(0≦z≦1.0)等の蛍光体を、本実施の形態に係る蛍光体と併用して用いることができる。これらの赤色光を発する蛍光体を併用することで、三原色に相当する成分光の半値幅を広くできるため、より暖色系に富んだ白色光を得られる。
その他、さらに併用できる蛍光体の一例として、赤色光を発する蛍光体としては、(La,Y)S:Eu等のEu付活酸硫化物蛍光体、(Ca,Sr)S:Eu等のEu付活硫化物蛍光体、(Y,Tb,Gd)Al12:Ce等のCe付活アルミン酸塩蛍光体、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(POCl:Eu,Mn等のEu,Mn付活ハロリン酸塩蛍光体、LuCaMg(Si,Ge)12:Ce等のCe付活酸化物蛍光体、α型サイアロン等のEu付活酸窒化物蛍光体を用いることができる。
また、緑色光を発する蛍光体としては、(Ca,Sr,Ba)SiO:Eu、CaScSi12:Ce等のケイ酸塩蛍光体、CaMgSi16Cl2−δ:Eu,Mn等のクロロシリケート蛍光体、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si12:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、CaSc2O4:Ce、β型サイアロン等の酸窒化物蛍光体、Y(Al,Ga)12:Ce等のCe付活アルミン酸塩蛍光体、SrGa:Eu等のEu付活硫化物蛍光体、を用いることができる。
また、青色光を発する蛍光体としては、(Sr,Ca,Ba)Al:Eu、(Sr,Ca,Ba)Al1425:Eu、(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Eu、BaMgAl1425:Eu,Tb,Sm等のEu付活アルミン酸塩蛍光体、(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Eu,Mn等のEu,Mn付活アルミン酸塩蛍光体、SrGa:Ce、CaGa:Ce等のCe付活チオガレート蛍光体、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(POCl:Eu等のEu付活ハロリン酸塩蛍光体を用いることができる。
(封止部材)
封止部材18は、発光装置60の凹部内に載置された発光素子2を覆うように透光性樹脂で充填されて形成される。透光性樹脂は、シリコーン樹脂組成物を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の絶縁樹脂組成物を用いることもできる。また、封止部材18には蛍光体3が含有されているが、さらに適宜、添加部材を含有させることもできる。例えば光拡散材を含むことで、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。
以下に本発明に係る蛍光体の実施例1〜17を示す。実施例1〜17において、原料は、炭酸ストロンチウム(SrCO)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、酸化ユーロピウム(Eu)を共通して使用し、これらの原料を以下の各仕込み組成比になるように秤量し、蛍光体をそれぞれ得た。ただし、これらの実施例は本発明の技術思想を具体化するための蛍光体及びその製造方法を例示するものであって、本発明に係る蛍光体及びその製造方法を下記のものに特定しない。
(実施例1〜4)
実施例1に係る蛍光体の仕込み組成比は、Sr0.9Eu0.1AlSiON7.33である。具体的には、SrCO、AlN、Si、Euの粉末を原料とし、モル比でSrCO:AlN:Si:Eu=0.9:2.0:1.33:0.1となるように各原料を秤量した。具体的には、各原料を以下に示す質量に計量した。ただし、各蛍光体原料の純度を100%と仮定している。
SrCO・・・・15.84g
AlN・・・・9.77g
Si・・・・22.29g
Eu・・・・2.10g
上記のように秤量した原料をボールミルによって乾式で十分に混合した後、当該混合物を炉内に載置し、窒素及び水素混合の還元雰囲気中、約1600℃で約20時間の焼成を行った。これにより、仕込み組成比がSr0.9Eu0.1AlSiON7.33である蛍光体を得た。実施例1の蛍光体の生成における反応式の例を下記の化1に示す。
Figure 0005833918
ただし、上記の化学式は、原料に含まれる元素が失われることなく反応したとする、理論上想定される反応式である。本実施の形態に係る蛍光体は、焼成する際に元素の一部が失われているため、上記の反応式に示された生成物の組成とは異なる組成を有している。後述するように、焼成後の生成物の元素分析を行い、算出した組成は、Sr1.80Eu0.20Al4.15Si7.032.2712.42であった。
実施例2〜4の蛍光体は、焼成時間を40時間、60時間、80時間とした他は、実施例1と同様の操作を行うことによって得た。
表1に、実施例1〜4の蛍光体について、仕込み組成比と、焼成時間、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。表1における輝度は、後述する比較例1のCaSi:Euの輝度を100%とした時の相対輝度である。
特に断りのない限り、以下の実施例に係る蛍光体は、460nmにピーク波長を持つ励起源を用いて、蛍光体を発光させている。
Figure 0005833918
図1に、実施例1〜4の蛍光体のX線回折パターンを示す。
このX線回折パターンにおいて、表2に示した各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
この結果から、実施例1の蛍光体よりも実施例2〜4の蛍光体は、ブラッグ角度が31.4°〜32.0°の範囲内にある回折ピークの強度が減少している。これは、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度が、ブラッグ角度が31.4°〜32.0°の範囲にある回折ピークに対して増大していることを示している。
表3に、実施例1〜4の蛍光体の温度特性を示す。表に示す輝度は、約25℃の条件下における各実施例に係る蛍光体の輝度を100%とし、これに対する相対輝度を示している。
Figure 0005833918
この結果から、実施例1〜4の蛍光体は、約100℃まで昇温させた条件下で発光させた場合は88%以上の輝度を保ち、約200℃まで昇温させた条件下では62%以上の輝度を保っており、優れた温度特性を有していることがわかる。
表4に、実施例1〜4の蛍光体を元素分析した結果を示す。元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例1〜4の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならない。
Figure 0005833918
表5に、実施例2〜4の蛍光体の格子定数を算出した値を示す。
Figure 0005833918
表6に、実施例1〜4の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例1〜4の蛍光体は、いずれも高い輝度を示した。また、460nmにピーク波長を持つ青色発光の発光素子で励起すると、601nm〜609nmにピーク波長を持つ赤色に発光した。また、焼成時間が異なることにより焼成後の蛍光体の組成比も異なる。
(比較例1)
黄色〜赤色に発光する蛍光体である、CaSi:Euを比較例1とした。比較例1は、Eu濃度が0.06であるCa1.94Si:Eu0.06である。以下の表7に、比較例1の蛍光体について、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。
Figure 0005833918
図2に、比較例1の蛍光体のX線回折パターンを示す。
このX線回折パターンにおいて、表8に示した各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークについての強度を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
この結果から、比較例1の蛍光体におけるブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの強度は、40.1%である。これに対して、実施例1〜4の蛍光体については、ブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの強度がいずれも200%を超えている。このように、実施例1〜4と比較例1の蛍光体は、X線回折ピークが異なっている。
表9に、比較例1の温度特性を示す。表に示す輝度は、約25℃の条件下における各実施例に係る蛍光体の輝度を100%とし、これに対する相対輝度を示している。
Figure 0005833918
比較例1の蛍光体は、約100℃まで昇温させた条件下で発光させた場合は87.5%の輝度を保っている。しかしながら、約200℃まで昇温させた条件下では43.9%まで輝度が低下する。
図3に、実施例4及び比較例1の蛍光体の励起スペクトルを示す。図4に、実施例4及び比較例1の蛍光体の反射スペクトルを示す。図5に、実施例4及び比較例1の蛍光体を460nmの光で励起した際の発光スペクトルを示す。図6に、実施例4及び比較例1の温度特性を示す。
(実施例5〜11)
実施例5〜11の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例5〜11は、SrAlSi:EuにおいてSr+Eu:Al+Si=2:4.5〜6.0の範囲で仕込み組成比を変更させたものである。
表9は、実施例5〜11の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
図7に、実施例5〜11の蛍光体のX線回折パターンを示す。
このX線回折パターンにおいて、表11に示した各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークについての強度を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
以上の結果から、実施例7に係る蛍光体は、高い輝度を得た。
(実施例12〜17)
実施例12〜17の蛍光体は、Srに対するEu濃度が、所定の濃度になるよう原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。
表12は、仕込み組成比、Eu濃度、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長の測定結果を示す。ここで輝度は、実施例15の輝度を100%とした時の相対輝度で示している。
Figure 0005833918
表13は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表14に、実施例12〜17の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例12〜17の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならない。
Figure 0005833918
表15に、実施例12〜17の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例12〜17の蛍光体は、460nmにピーク波長を持つ青色発光の発光素子で励起すると、593nm〜602nmにピーク波長を持つ赤色に発光した。Eu濃度が6%〜12%までは、高輝度を維持しているが、14%を超えると濃度消光が生じ、発光輝度が低下すると思われる。また、Eu濃度を増加させるにつれてピーク波長を長波長にすることができる。
(実施例18〜20、比較例2)
実施例18は、組成式Ca7.5MgSi16Cl1.8:Eu0.5のクロロシリケート蛍光体と、実施例4の組成式Sr1.78Al5.73Si7.841.0415.95:Eu0.22で表される蛍光体と、を用いて白色発光の発光装置を製作した。
実施例19は、組成式Y2.96(Al0.8Ga0.212:Ce0.04のYAG蛍光体と、実施例4の組成式Sr1.78Al5.73Si7.841.0415.95:Eu0.22で表される蛍光体と、を用いて白色発光の発光装置を製作した。
実施例20は、組成式(Sr0.45Ba0.551.93SiO:Eu0.07のシリケート蛍光体と、実施例4の組成式Sr1.78Al5.73Si7.841.0415.95:Eu0.22で表される蛍光体と、を用いて白色発光の発光装置を製作した。
比較例2として、組成式Y2.96(Al0.8Ga0.212:Ce0.04のYAG蛍光体と、比較例2の組成式Ca1.94Si:Eu0.06の窒化物蛍光体と、を用いて白色発光の発光装置を製作した。
表16は、実施例18〜20、及び、比較例2の発光装置の発光特性を示す。
また、図10は、実施例18に係る発光装置の発光スペクトルを示す。図11は、実施例19に係る発光装置の発光スペクトルを示す。図12は、実施例20に係る発光装置の発光スペクトルを示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例18〜20の白色発光の発光装置は、比較例2と比較して、いずれも高い演色性(Ra)を示した。また、上述したように、実施例4の蛍光体は、比較例1の蛍光体と比較して、温度特性に優れていることから、発送装置とした場合においても、実施例18〜20の発光装置は、比較例2の発光装置と比べて長寿命であり、高い信頼性を有するものである。
(実施例21、22)
実施例21、22の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、実施例1とほぼ同様の操作を行って得た。ただし、焼成時間は大幅に短縮し5時間とした。実施例21、22は、SrAlSi:Euにおいて、Al:O:N=2:0.4:5.87、及び、Al:O:N=1.25:0.35:5.15の範囲でAl、OとNの仕込み組成比を変更させたものである。
表17に、実施例21、22の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表18は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表19に、実施例21、22の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例21、22の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表20に、実施例21、22の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例21、22の蛍光体は、短時間で他の実施例と比べて同等以上の特性を持つ蛍光体を提供することができる。実施例1〜17の蛍光体が、長時間焼成によって不要な元素が飛散し、最適な組成を生成していたのに対し、実施例21、22の蛍光体は、直接最適組成を狙うことで、短時間でも合成ができたと考える。実施例21及び22のモル比は、第二族元素M+Eu:Al:Si:O:N=2:4.0〜5.8:7.3〜7.8:1.3〜1.4:14.0〜15.7である。
また、実施例22の蛍光体のXRDデータの解析結果より、実施例22の蛍光体は斜方晶系に帰属し、a=11.647Å、b=21.462Å、c=4.975Åであった。
(実施例23、24)
実施例23は、組成式Ca7.5MgSi16Cl1.8:Eu0.5のクロロシリケート蛍光体と、実施例22の組成式Sr1.78Al4.09Si7.761.3114.25:Eu0.22で表される蛍光体と、を用いて白色発光の発光装置を製作した。
実施例24は、組成式Y2.96(Al0.8Ga0.212:Ce0.04のYAG蛍光体と、実施例22の組成式Sr1.78Al4.09Si7.761.3114.25:Eu0.22で表される蛍光体と、を用いて白色発光の発光装置を製作した。
表21は、実施例23、24の発光装置の発光特性を示す。
また、図13は、実施例23に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図14は、実施例24に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。
Figure 0005833918
この結果から、実施例23、24の白色発光の発光装置は、比較例2の白色発光の発光装置と比較して、いずれも高い演色性(Ra)を示した。
(実施例25、26)
実施例25、26の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。焼成時間は5時間である。
表22に、実施例25、26の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表23は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表24に、実施例25、26の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例25、26の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表25に、実施例25、26の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
図15は、実施例25に係る蛍光体を撮影したSEM写真である。図16は、実施例25に係る蛍光体の発光スペクトルを示す。図17は、実施例25に係る蛍光体の励起スペクトルを示す。図18は、実施例25に係る蛍光体の反射スペクトルを示す。
以上の結果から、実施例25、26の蛍光体は、比較例1と比較して、高い輝度を示した。モル比は、第二族元素M+Eu:Al:Si:O:N=2:2.7〜3.2:5.9〜6.4:1.1〜1.3:10.8〜12.1であった。
(実施例27〜34)
実施例27〜34の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例27〜34は、(Sr,Eu)AlSi13の仕込み組成比においてEu濃度を変更させたものである。この蛍光体は、原料にSr及びEuを用いており、Srの一部がEuで置換されるため、最終生成物の組成比は仕込み組成比と異なる値となる。
表26に、実施例27〜34の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表27は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表28に、実施例27〜34の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例27〜34の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表29に、実施例27〜34の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例27〜34の蛍光体は、Eu濃度が1.5%〜15%で高い輝度を有する。また、Eu濃度を増加させるにつれてピーク波長を長波長にすることができる。
なお、Srに対するEu濃度を75%とした場合、輝度は37.5%であった。このとき、X線回折ピークの強度におけるブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの強度は135.4であり、ブラッグ角度が34.8°〜35.4°の範囲内にある回折ピークの強度は218.9であった。また、Srの全部をEuで置換した、Eu濃度が100%であった場合、輝度は15.6%であった。このとき、X線回折ピークの強度におけるブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの強度は118.4であり、ブラッグ角度が34.8°〜35.4°の範囲内にある回折ピークの強度は200.7であった。また、他の蛍光体に比べ、大幅なEu置換が可能である。さらに、濃度消光が起こりにくい。Eu濃度は、第二族元素M+Eu:Eu=2:0.03〜0.29であることが好ましい。
(実施例35〜38)
実施例35〜38の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例35〜38は、SrAlSi:EuにおいてSr+Eu:Al+Si=2:9〜13の範囲で仕込み組成比を変更させたものである。ただし、OとNの仕込み組成比をO:N=1:13に維持している。
表30に、実施例35〜38の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表31は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表32に、実施例35〜38の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例35〜38の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表33に、実施例35〜38の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例35〜38の蛍光体は、Sr+Eu:Al+Si=2:11〜12にすることで高い輝度を示す蛍光体を提供することができる。また、ピーク波長も610nm〜601nmの範囲にシフトさせることもできる。
なお、Sr+Eu:Al+Si=2:7とした場合、輝度は14.9%であった。このとき、X線回折ピークの強度におけるブラッグ角度が34.8°〜35.4°の範囲内にある回折ピークの強度は611.0であった。モル比において第二族元素M+Eu:Al+Si=2:10.56〜11.90であることが好ましい。
(実施例39〜43)
実施例39〜43の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例39〜43は、SrAlSi:Euにおいて、Al:Si=2.4:7.6〜3.9:6.1の範囲で仕込み組成比を変更させたものである。ただし、OとNの仕込み組成比をO:N=1:13に維持している。
表34に、実施例39〜43の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表35は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表36に、実施例39〜43の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例39〜43の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表37に、実施例39〜43の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例39〜43の蛍光体は、460nmにピーク波長を持つ青色発光の発光素子で励起すると、608nm〜621nmにピーク波長を持つ赤色に発光した。また、実施例41、42の蛍光体は、高い輝度を示した。モル比において、Al:Si=1:1.7〜2.5であることが好ましい。
(実施例44〜48)
実施例44〜48の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例44〜48は、SrAlSi:Euにおいて、Sr+Eu:Al=2:2.4〜3.9の範囲でAlの仕込み組成比を変更させたものである。ただし、OとNの仕込み組成比をO:N=1:13に維持している。
表38に、実施例44〜48の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表39は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表40に、実施例44〜48の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例44〜48の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表41に、実施例44〜48の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例44〜48の蛍光体は、460nmにピーク波長を持つ青色発光の発光素子で励起すると、601nm〜621nmにピーク波長を持つ赤色に発光した。また、Al量を多くするにつれてピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。モル比において、第二族元素M+Eu:Al=2:3.43〜3.91であることが好ましい。
(実施例49〜54)
実施例49〜54の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例49〜54は、SrAlSi:Euにおいて、Sr+Eu:Si=2:6.1〜7.9の範囲でSiの仕込み組成比を変更させたものである。ただし、OとNの仕込み組成比をO:N=1:13に維持している。
表42に、実施例49〜54の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表43は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表44に、実施例49〜54の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例49〜54の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表45に、実施例49〜54の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例49〜54の蛍光体は、460nmにピーク波長を持つ青色発光の発光素子で励起すると、608nm〜621nmにピーク波長を持つ赤色に発光した。また、実施例51〜54の蛍光体は、高い輝度を有する。また実施例51〜54の蛍光体は、ピーク波長を608nm付近とすることもできる。モル比において、第二族元素M+Eu:Si=2:6.66〜7.96であることが好ましい。
(実施例55〜63)
実施例55〜63の蛍光体は、所定の仕込み組成比となるように、SrCO、AlN、Al、Si、Euの粉末を原料とし、原料を秤量した他は、実施例1と同様の操作を行って得た。実施例55〜63は、SrAlSi:Euにおいて、O:N=0.053〜0.257:1の範囲でOとNの仕込み組成比を変更させたものである。
表46に、実施例55〜63の蛍光体について、仕込み組成比、発光色の色度座標、輝度、発光スペクトルのピーク波長を測定した結果を示す。また、輝度は、比較例1の蛍光体の輝度を100%とした時の相対輝度である。
Figure 0005833918
表47は、X線回折パターンにおける各ブラッグ角度の範囲内にある回折ピークの強度の値を示す。この回折ピークの強度は、ブラッグ角度が17.9°〜18.5°の範囲内にある回折ピークの強度を100%とし、その他の回折ピークの相対強度を示している。
Figure 0005833918
表48に、実施例55〜63の蛍光体を元素分析した結果を示す。この元素分析値は、重量%で示されている。また、この元素分析値は、各元素を別途に測定しており測定誤差がわずかに生じる。従って、実施例55〜63の蛍光体を構成している全ての元素の重量%を足した値は必ずしも正確に100%にはならないこともある。
Figure 0005833918
表49に、実施例55〜63の算出化学式を示す。
Figure 0005833918
この結果から、実施例55〜63の蛍光体は、460nmにピーク波長を持つ青色発光の発光素子で励起すると、609nm付近にピーク波長を持つ赤色に発光した。また、実施例55〜62の蛍光体は、高い輝度を示した。
なお、組成式Sr1.81Al3.11Si7.040.9412.70:Eu0.19の蛍光体とした場合、輝度は3.1%でほとんど発光しなかった。このとき、X線回折ピークの強度におけるブラッグ角度が34.8°〜35.4°の範囲内にある回折ピークの強度は929.3であった。また、組成式Sr1.81Al2.99Si6.584.079.42:Eu0.19の蛍光体とした場合、輝度は25.9%でほとんど発光しなかった。このとき、X線回折ピークの強度におけるブラッグ角度が34.8°〜35.4°の範囲内にある回折ピークの強度は296.6であった。モル比において、第二族元素M+Eu:O:N=2:1.10〜2.00:11.38〜13.11であることが好ましい。
(比較例)
特許文献1の記載に基づいてCa0.625Al1.475Si10.5250.07515.925:Eu0.075の製造を行った。表50は、Ca0.625Al1.475Si10.5250.07515.925:Eu0.075の発光特性を示す。図19は、比較例の蛍光体の発光スペクトルを示す。当該蛍光体は、Y2.96(Al0.8,Ga0.212:Ce0.04のYAG蛍光体と比較している。この結果、当該蛍光体はYAG蛍光体と比べて非常に輝度が低く実用的でない結果を得た。
Figure 0005833918
特許文献2の記載に基づいてSr1.96AlSi:Eu0.04の製造を行った。表51は、Sr1.96AlSi:Eu0.04の発光特性を示す。図20は、比較例の蛍光体の発光スペクトルを示す。当該蛍光体は、Y2.96(Al0.8,Ga0.212:Ce0.04のYAG蛍光体と比較している。この結果、当該蛍光体はYAG蛍光体と比べて非常に輝度が低く実用的でない結果を得た。
Figure 0005833918
特許文献4の記載に基づいてSr1.94AlSi12.6:Eu0.06、Sr1.90AlSi14:Eu0.10、Sr1.80AlSi1015.34:Eu0.20の製造を行った。表52は、上記蛍光体の発光特性を示す。図21は、比較例の蛍光体の発光スペクトルを示す。当該蛍光体は、YAG蛍光体と比較している。この結果、当該蛍光体はYAG蛍光体と比べて非常に輝度が低く実用的でない結果を得た。
Figure 0005833918
本発明の蛍光体及びこれを用いた発光装置は、蛍光表示管、ディスプレイ、PDP、CRT、FL、FEDおよび投射管等、特に青色発光ダイオード又は紫外線発光ダイオードを光源とする発光特性に極めて優れた暖色系の白色光を発する照明用光源、バックライト光源等に好適に利用できる。
2 発光素子
3 蛍光体
14 凹部
15 リード電極
16 支持体
17 パッケージ
18 封止部材
60 発光装置

Claims (5)

  1. 近紫外から可視光の領域の光を吸収した際の発光スペクトルが570nmから670nmの範囲内にピーク波長を有し、以下の一般式で表される蛍光体であって、
    SrAlSi:Eu(ここで、a=2、b=4〜6、c=6.2〜8.2、d=0.4〜2.6、e=12.2〜16.2である。)
    CuKα線によるX線回折パターンにおいて、ブラッグ角度が17.9°以上18.5°以下の範囲にある回折ピークの強度を100%としたとき、ブラッグ角度が24.5°〜25.1°の範囲内にある回折ピークの相対強度は150%以上310%以内である相を主とした生成相を含有することを特徴とする蛍光体。
  2. ブラッグ角度が34.8°以上35.4°以下の範囲内にある回折ピークの相対強度が320%以上550%以内である相を主とした生成相を含有することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
  3. 前記蛍光体は、19.0重量%以上29.5重量%以下のSiを含有することを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光体。
  4. 前記生成相は斜方晶系に帰属し、かつ、結晶格子の格子定数が、4.4Å≦a≦5.4Å、7.0≦b≦8.0Å、11.1Å≦c≦12.1Åであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の蛍光体。
  5. 近紫外から可視光の短波長領域内にピーク波長を有する光を放つ励起光源と、前記励起光源からの光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光体と、を有する発光装置であって、前記蛍光体は、請求項1から4のいずれか一項に記載の蛍光体を含有することを特徴とする発光装置。
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