JP6292126B2 - 蛍光体、その蛍光体を用いた蛍光体含有組成物及び発光装置、並びに、その発光装置を用いた画像表示装置及び照明装置 - Google Patents

蛍光体、その蛍光体を用いた蛍光体含有組成物及び発光装置、並びに、その発光装置を用いた画像表示装置及び照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、赤色系の蛍光を発する蛍光体、及びその製造方法と、その蛍光体を用いた蛍光体含有組成物及び発光装置、並びに、その発光装置を用いた画像表示装置及び照明装置に関する。
近年、GaN(窒化ガリウム)系半導体発光素子(以下、「半導体発光素子」を「LED」と称する場合がある。)と、波長変換材料としての蛍光体とを組み合わせて構成される白色発光装置が、消費電力が小さく長寿命であるという特徴を活かして画像表示装置や照明装置の発光源として注目されている。中でも、In添加GaN系青色LEDと、Ce付活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系黄色蛍光体とを組み合わせた白色発光装置が代表的な発光装置として挙げられる。
このような白色発光装置は、ディスプレイ用バックライトなどの新たな用途への使用が期待されており、それに伴い、半導体発光素子と組み合わせる蛍光体の研究開発も進められている。
例えば、特許文献1にMn4+で付活された酸化物蛍光体が開示されている。また、特許文献2〜5には、Mn4+で付活されたフッ素含有蛍光体やこれらの蛍光体と半導体発光素子とを組み合わせた発光装置が開示されている。特許文献2〜5に例示されているフッ素含有蛍光体は、フッ素イオンの配位中心となる金属イオンとして、主に1価のアルカリ金属イオンと3価、4価または5価のイオンとを有するものである。
日本国特開2011−36303号公報 米国特許第3576756号明細書 米国特許第7497973号明細書 米国特許第7648649号明細書 国際公開第2011/073871号
特許文献1の酸化物蛍光体では発光波長が700nm以上であり、波長が長過ぎて視感度が悪く、輝度が非常に低くなってしまい赤色蛍光体としての実用性がなかった。一般的に、波長650nm以上の領域では視感度が著しく悪くなるので、650nm以上の領域に主発光波長をもつ赤色蛍光体は実用性に劣る。また、波長600nm以下の領域に主発光波長をもつ蛍光体は赤色としては認識されず、通常オレンジ色として認識されてしまう。よって、赤色としての色純度が著しく悪くなるので、赤色蛍光体としての実用性に劣る。
一方、特許文献2〜5に記載の蛍光体では、Mn4+で付活されたフッ素含有蛍光体は600〜650nmに主発光波長を持ち、色純度が良い赤色蛍光体として注目を集めたが、アルカリ金属イオンを多く含むことにより蛍光体の耐水性が下がり、経時的に劣化する傾向にあり、実用化に耐えないものであることが、本発明者等の検討により明らかとなった。
Mn4+で付活されたフッ素含有蛍光体を使用した発光装置を実用化するためには、Mn4+で付活されたフッ素含有蛍光体の耐水性の向上が望まれる。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、発明の目的は、視感度の良好な領域に主発光波長を有する発光特性に優れた赤色蛍光体であって、耐水性や経時的な耐久性に優れたハロゲン含有蛍光体を提供することにある。加えて、この蛍光体を用いた蛍光体含有組成物及び発光装置と、この発光装置を用いた画像表示装置及び照明装置を提供することにある。
本発明者等は上記課題に鑑み、ハロゲン含有蛍光体の組成について詳細に検討した。その結果、蛍光体中にアルカリ土類金属元素やAlなどの13族元素を多く含有させることによって、水への溶解度を低くし、耐水性が向上した結果、経時劣化を改善することを見出し、本発明を完成させた。また、本発明者等は、前記蛍光体が、表示装置、照明装置等の用途に好適に使用できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の要旨は、以下の(1)〜(18)の発明に存する。
(1)下記式[1]で表される化学組成を有する結晶相を含有し、600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有する、蛍光体。
:R・・・ 式[1]
ただし、上記式[1]において、
Aは1種以上のアルカリ金属元素を示し、
Bは1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
Cは周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
Dは周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
Xは少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
Rは少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
a、b、c、dおよびxはそれぞれ、0<a<2、0<b<1、0<c<1、0<d≦1、0.8≦c+d≦1.2および5.0≦x≦7.0を満たす数を表す。
(2)下記式[2]で表される化学組成を有する結晶相を含有し、該結晶相はガーネット構造を有さない蛍光体であり、少なくともMn4+で付活されることにより600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有する、蛍光体。
aii bii cii dii xii ・・・ 式[2]
ただし、上記式[2]において、
は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は1種以上のハロゲン元素を示し、
aii、bii、cii、diiおよびxiiはそれぞれ、0≦aii<1、0<bii<1、0<cii<1、0≦dii<1および0<xii<1であって、aii+bii+cii+dii+xii=1を満たす数を表す。
(3)前記Bとして含まれるアルカリ土類金属元素の元素数(Z2)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z2/Z8)が、0.05以上であり、かつ、前記Cの元素数(Z3)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z3/Z8)が0.02以上である、上記(2)に記載の蛍光体。
(4)前記Bが、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Cが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素である、上記(2)または(3)に記載の蛍光体。
(5)前記Cが、少なくともAlを含む1種以上の元素であって、
前記Cとして含まれるAlの元素数(Z4)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z4/Z8)が0.01以上である、(2)〜(4)のいずれか1つに記載の蛍光体。
(6)前記式[2]で表される化学組成が、下記式[3]で表される、上記(1)に記載の蛍光体。
aiii biii ciii diii xiii diii:R・・・ 式[3]
ただし、上記式[3]において、
は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
は1種以上の周期表第16族元素を示し、
は少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
aiii、biii、ciii、diiiおよびxiiiはそれぞれ、0.8≦aiii≦1.2、0.8≦biii≦1.2、0≦ciii≦1.2、0≦diii≦1、0.8≦ciii+diii≦1.2、5.0≦xiii≦7.0および5.0≦xiii+diii≦7.0を満たす数を表す。
(7) 前記Aが、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Bが、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Cが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素である、上記(6)に記載の蛍光体。
(8)前記Dが、Ti、Zr、Hf、Si、GeおよびSnからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Yが、少なくともOを含む、上記(6)または(7)に記載の蛍光体。
(9)前記式[2]で表される化学組成が、下記式[4]で表される、上記(1)に記載の蛍光体。
(A aiv biv(C civ div eiv)(X xiv yiv:R・・・ 式[4]
ただし、上記式[4]において、
は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は前記Bとは異なる1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
は1種以上の周期表第16族元素を示し、
は少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
aiv、biv、civ、div、eiv、xivおよびyivはそれぞれ、0<aiv≦2.0、0≦biv≦1.0、0<aiv+biv≦2.5、0<civ≦2.0、0<div≦2.0、0≦eiv≦1.0、0.5≦civ+div+eiv≦2.5、0<xiv≦2.0、0≦yiv≦1.0および0.5≦xiv+yiv≦2.5を満たす数を表す。
(10) 前記Aが、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Bが、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上を主として含む元素であり、
前記Cが、Mgを主として含む元素であり、
前記Dが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素である、上記(9)に記載の蛍光体。
(11)前記Cが、Mgである、上記(9)または(10)に記載の蛍光体。
(12)前記Eが、Ti、Zr、Hf、Si、GeおよびSnからなる群から選択される1種以上の元素であり、
前記Yが、少なくともOを含む、上記(9)〜(11)のいずれか1つに記載の蛍光体。
(13)前記蛍光体がパイロクロア構造を有する結晶相を含有する、上記(10)〜(13)のいずれか1つに記載の蛍光体。
(14)上記(1)〜(13)のいずれか1つに記載の蛍光体と、液体媒体とを含有する、蛍光体含有組成物。
(15)第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、
該第2の発光体として上記(1)〜(13)のいずれか1つに記載の蛍光体の1種以上を含む第1の蛍光体を含有する、発光装置。
(16)前記第2の発光体として、前記第1の蛍光体とは発光ピーク波長の異なる1種以上の蛍光体を含む第2の蛍光体を含有する、上記(15)に記載の発光装置。
(17)上記(15)または(16)に記載の発光装置を備える、照明装置。
(18)上記(15)または(16)に記載の発光装置を備える、画像表示装置。
本発明によれば、実用的な色純度や輝度を保持しつつ、フッ素含有蛍光体の耐水性および耐久性を向上させることができる。
また、本発明の蛍光体を用いれば、高効率、及び高演色性の発光装置、画像表示装置、照明装置を提供することができる。
図1は、本発明の半導体発光装置の一実施形態を示す模式的斜視図である。 図2(a)は、本発明の砲弾型発光装置の一実施形態を示す模式的断面図であり、図2(b)は、本発明の表面実装型発光装置の一実施形態を示す模式的断面図である。 図3は、本発明の照明装置の一実施形態を示す模式的断面図である。 図4は、実施例1の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図5は、実施例1の蛍光体のXRDパターンである。 図6は、実施例2の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図7は、実施例2の蛍光体のXRDパターンである。 図8は、実施例3の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図9は、実施例3の蛍光体のXRDパターンである。 図10は、実施例4の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図11は、実施例5の蛍光体のXRDパターンである。 図12は、実施例6の蛍光体のXRDパターンである。 図13は、実施例7の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図14は、実施例7の蛍光体のXRDパターンである。 図15は、実施例8の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図16は、実施例8の蛍光体のXRDパターンである。 図17は、実施例9の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図18は、実施例9の蛍光体のXRDパターンである。 図19は、実施例10の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図20は、実施例11の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図21は、実施例12の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図22は、実施例13の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図23は、実施例14の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図24は、実施例15の蛍光体の励起スペクトル(破線)、及び発光スペクトル(実線)である。 図25は、比較例3の蛍光体のXRDパターンである。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「周期表」は「長周期型周期表」を指すものとする。
本明細書中の蛍光体の組成式において、組成式中のカンマ(,)で区切って複数の元素を列記する場合には、列記された元素のうち1種又は2種以上を任意の組み合わせ及び組成で含有していてもよいことを示している。例えば、「(Ca,Sr,Ba)Al:Eu」という組成式は、「CaAl:Eu」と、「SrAl:Eu」と、「BaAl:Eu」と、「Ca1−xSrAl:Eu」と、「Sr1−xBaAl:Eu」と、「Ca1−xBaAl:Eu」と、「Ca1−x−ySrBaAl:Eu」とを全て包括的に示しているものとする(但し、前記式中、0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)。
尚、本明細書において、「4価のMn」と「Mn4+」とは同義である。
また、本発明において、式[1]で表される化学組成を有する結晶相を含有する蛍光体を「本発明の蛍光体[1]」と称し、以下同様とし、本発明の全ての蛍光体をまとめて説明するときは「本発明の蛍光体」と称す。
[1.蛍光体]
[1−1.蛍光体の組成]
(式[1]で表される蛍光体について)
本発明の蛍光体は、下記式[1]で表される化学組成を有する結晶相を含有し、600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有する(以下、「本発明の蛍光体[1]」と称する場合がある。)。
:R・・・ 式[1]
ただし、上記式[1]において、
Aは1種以上のアルカリ金属元素を示し、
Bは1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
Cは周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
Dは周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
Xは少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
Rは少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
a、b、c、dおよびxはそれぞれ、0<a<2、0<b<1、0<c<1、0<d≦1、0.8≦c+d≦1.2および5.0≦x≦7.0を満たす数を表す。
本発明の蛍光体[1]は、蛍光体粒子が上記式[1]で示される化学組成を有するものである。なお、本明細書における蛍光体粒子とは、単粒子を意味する。
上記式[1]において、Aは、アルカリ金属元素から選ばれる少なくとも1種の1価の元素を表す。ここで、アルカリ金属元素とは、Li、Na、K、Rb、CsおよびFrであり、好ましくはLi、Na、K、RbおよびCsである。A元素は、これらのアルカリ金属元素のうち1種を単独で含有していてもよく、2種以上を任意の比率で併有していてもよい。また、発光特性に著しい低下をもたらさない限りは、A元素の一部がNH基で置換されていてもよい。A元素としては、少なくともLi、NaまたはKを含むことが好ましい。
上記式[1]において、Bは、アルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも1種の2価の元素を表す。ここで、アルカリ土類金属元素とは、Mg、Ca、Sr、BaおよびRaであり、好ましくはMg、Ca、SrおよびBaであり、特に好ましくはSr、Ca、Baである。B元素は、これらのアルカリ金属元素のうち1種を単独で含有していてもよく、2種以上を任意の比率で併有していてもよい。
上記式[1]において、Cは、周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の3価の元素を表す。ここで、周期表第3族元素および第13族元素からなる群とは、Sc、Y、La、希土類元素、B、Al、GaおよびInのことをいう。C元素としては、少なくともAl、Ga、In、ScまたはYを含むことが好ましく、Al、GaまたはYを含むことがより好ましく、AlまたはYを含むことが更に好ましく、少なくともAlを含むことが特に好ましい。C元素として、Alを単独で含有していてもよく、AlとAl以外の元素を任意の比率で併有していてもよい。C元素中のAlの比率は50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることがさらに好ましい。
上記式[1]において、Dは、周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の4価の元素を表す。ここで、周期表第4族元素および第14族元素からなる群とは、Ti、Zr、Hf、C、Si、Ge、SnおよびPbのことをいう。D元素は、これらの元素のうち1種を単独で含有していてもよく、2種以上を任意の比率で併有していてもよいが、D元素としては、Ti、SiまたはGeを含むことが好ましい。
上記式[1]において、Xは、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を表す。ここでF以外のハロゲン元素とは、Cl、BrおよびIのことをいう。X元素として、Fを単独で含有していてもよく、FとF以外の元素を任意の比率で併有していてもよい。また、発光特性に著しい低下をもたらさない限りは、X元素の一部がOH基で置換されていてもよい。X元素中のFの比率は50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることがさらに好ましい。
Rは少なくとも4価のMnを含む元素を示す。4価のMnは付活元素として、通常Cの元素またはDの元素に置換して、結晶内に存在する。Rとしては、4価のMn以外にCu、Znを含んでいてもよい。4価のMn以外のCu、Znの量は発光特性を著しく低下させない限り特に制限はないが、多すぎる場合、本発明の蛍光体以外の化学組成を示す異相が増える傾向にあることから4価のMnの量と同等量までが好ましい。
より具体的には、本発明の蛍光体[1]の付活元素(付活イオン)であるMn4+の濃度は置換されるC元素及びD元素の合計に対し通常0.01モル%以上、好ましくは0.05モル%以上、さらに好ましくは1モル%以上、特に好ましくは3モル%以上であり、通常50モル%以下、好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下、特に好ましくは20モル%以下である。
上記範囲内であると、濃度消光がしにくく、更に本発明の蛍光体以外の化学組成を示す異相が生じにくい為、発光特性が良好である点で好ましい。
前記式[1]において、「a」はA元素(1種以上のアルカリ金属元素)のモル比を示す。「a」は、0<a<2を満たす数であり、好ましくは1.70以上、より好ましくは1.80以上であり、また、好ましくは1.95以下、より好ましくは1.90以下、特に好ましくは1.85以下である。
前記式[1]において、「b」はB元素(1種以上のアルカリ土類金属元素)のモル比を示す。「b」は、0<b<1を満たす数であり、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.15以上であり、また、好ましくは0.50以下、より好ましくは0.40以下、特に好ましくは0.30以下である。
前記式[1]において、「c」はC元素(周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「c」は、0<c<1を満たす数であり、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上であり、また、好ましくは0.50以下、より好ましくは0.40以下である。
前記式[1]において、「d」はD元素(周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「d」は、0<d≦1を満たす数であり、好ましくは0.50以上、より好ましくは0.60以上、更に好ましくは0.80以上、特に好ましくは0.85以上、最も好ましくは0.88以上であり、また、好ましくは0.995以下、より好ましくは0.95以下、更に好ましくは0.90以下である。
cおよびdは、各々、上記範囲内であって、0.8≦c+d≦1.2を満たす数であり、好ましくは0.85以上、より好ましくは0.90以上であり、また、好ましくは1.15以下、より好ましくは1.10以下、更に好ましくは1.05以下である。
上記範囲内であると、発光特性に優れ、耐水性が良くなる点で好ましい。
前記式[1]において、「x」はX元素(少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素)のモル比を示す。「x」は、5≦x≦7を満たす数であり、好ましくは5.5以上、より好ましくは5.8以上であり、また、好ましくは6.5以下、より好ましくは6.2以下、特に好ましくは6.1以下である。
本発明の式[1]で表される蛍光体として、好ましくは下記の具体例のものが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Li1.5Mg0.5Al0.5Si0.5、Li1.95Mg0.05Al0.05Si0.95、Li1.5Ca0.5Al0.5Si0.5、Li1.95Ca0.05Al0.05Si0.95、Li1.5Sr0.5Al0.5Si0.5、Li1.95Sr0.05Al0.05Si0.95、Li1.5Ba0.5Al0.5Si0.5、Li1.95Ba0.05Al0.05Si0.95
Na1.5Mg0.5Al0.5Si0.5、Na1.95Mg0.05Al0.05Si0.95、Na1.5Ca0.5Al0.5Si0.5、Na1.95Ca0.05Al0.05Si0.95、Na1.5Sr0.5Al0.5Si0.5、Na1.95Sr0.05Al0.05Si0.95、Na1.5Ba0.5Al0.5Si0.5、Na1.95Ba0.05Al0.05Si0.95
1.5Mg0.5Al0.5Si0.5、K1.95Mg0.05Al0.05Si0.95、K1.5Ca0.5Al0.5Si0.5、K1.95Ca0.05Al0.05Si0.95、K1.5Sr0.5Al0.5Si0.5、K1.95Sr0.05Al0.05Si0.95、K1.5Ba0.5Al0.5Si0.5、K1.95Ba0.05Al0.05Si0.95
Rb1.5Mg0.5Al0.5Si0.5、Rb1.95Mg0.05Al0.05Si0.95、Rb1.5Ca0.5Al0.5Si0.5、Rb1.95Ca0.05Al0.05Si0.95、Rb1.5Sr0.5Al0.5Si0.5、Rb1.95Sr0.05Al0.05Si0.95、Rb1.5Ba0.5Al0.5Si0.5、Rb1.95Ba0.05Al0.05Si0.95
Cs1.5Mg0.5Al0.5Si0.5、Cs1.95Mg0.05Al0.05Si0.95、Cs1.5Ca0.5Al0.5Si0.5、Cs1.95Ca0.05Al0.05Si0.95、Cs1.5Sr0.5Al0.5Si0.5、Cs1.95Sr0.05Al0.05Si0.95、Cs1.5Ba0.5Al0.5Si0.5、Cs1.95Ba0.05Al0.05Si0.95
Li1.5Mg0.5Al0.5Ge0.5、Li1.95Mg0.05Al0.05Ge0.95、Li1.5Ca0.5Al0.5Ge0.5、Li1.95Ca0.05Al0.05Ge0.95、Li1.5Sr0.5Al0.5Ge0.5、Li1.95Sr0.05Al0.05Ge0.95、Li1.5Ba0.5Al0.5Ge0.5、Li1.95Ba0.05Al0.05Ge0.95
Na1.5Mg0.5Al0.5Ge0.5、Na1.95Mg0.05Al0.05Ge0.95、Na1.5Ca0.5Al0.5Ge0.5、Na1.95Ca0.05Al0.05Ge0.95、Na1.5Sr0.5Al0.5Ge0.5、Na1.95Sr0.05Al0.05Ge0.95、Na1.5Ba0.5Al0.5Ge0.5、Na1.95Ba0.05Al0.05Ge0.95
1.5Mg0.5Al0.5Ge0.5、K1.95Mg0.05Al0.05Ge0.95、K1.5Ca0.5Al0.5Ge0.5、K1.95Ca0.05Al0.05Ge0.95、K1.5Sr0.5Al0.5Ge0.5、K1.95Sr0.05Al0.05Ge0.95、K1.5Ba0.5Al0.5Ge0.5、K1.95Ba0.05Al0.05Ge0.95
Rb1.5Mg0.5Al0.5Ge0.5、Rb1.95Mg0.05Al0.05Ge0.95、Rb1.5Ca0.5Al0.5Ge0.5、Rb1.95Ca0.05Al0.05Ge0.95、Rb1.5Sr0.5Al0.5Ge0.5、Rb1.95Sr0.05Al0.05Ge0.95、Rb1.5Ba0.5Al0.5Ge0.5、Rb1.95Ba0.05Al0.05Ge0.95
Cs1.5Mg0.5Al0.5Ge0.5、Cs1.95Mg0.05Al0.05Ge0.95、Cs1.5Ca0.5Al0.5Ge0.5、Cs1.95Ca0.05Al0.05Ge0.95、Cs1.5Sr0.5Al0.5Ge0.5、Cs1.95Sr0.05Al0.05Ge0.95、Cs1.5Ba0.5Al0.5Ge0.5、Cs1.95Ba0.05Al0.05Ge0.95
Li1.5Mg0.5Al0.5Ti0.5、Li1.95Mg0.05Al0.05Ti0.95、Li1.5Ca0.5Al0.5Ti0.5、Li1.95Ca0.05Al0.05Ti0.95、Li1.5Sr0.5Al0.5Ti0.5、Li1.95Sr0.05Al0.05Ti0.95、Li1.5Ba0.5Al0.5Ti0.5、Li1.95Ba0.05Al0.05Ti0.95
Na1.5Mg0.5Al0.5Ti0.5、Na1.95Mg0.05Al0.05Ti0.95、Na1.5Ca0.5Al0.5Ti0.5、Na1.95Ca0.05Al0.05Ti0.95、Na1.5Sr0.5Al0.5Ti0.5、Na1.95Sr0.05Al0.05Ti0.95、Na1.5Ba0.5Al0.5Ti0.5、Na1.95Ba0.05Al0.05Ti0.95
1.5Mg0.5Al0.5Ti0.5、K1.95Mg0.05Al0.05Ti0.95、K1.5Ca0.5Al0.5Ti0.5、K1.95Ca0.05Al0.05Ti0.95、K1.5Sr0.5Al0.5Ti0.5、K1.95Sr0.05Al0.05Ti0.95、K1.5Ba0.5Al0.5Ti0.5、K1.95Ba0.05Al0.05Ti0.95
Rb1.5Mg0.5Al0.5Ti0.5、Rb1.95Mg0.05Al0.05Ti0.95、Rb1.5Ca0.5Al0.5Ti0.5、Rb1.95Ca0.05Al0.05Ti0.95、Rb1.5Sr0.5Al0.5Ti0.5、Rb1.95Sr0.05Al0.05Ti0.95、Rb1.5Ba0.5Al0.5Ti0.5、Rb1.95Ba0.05Al0.05Ti0.95
Cs1.5Mg0.5Al0.5Ti0.5、Cs1.95Mg0.05Al0.05Ti0.95、Cs1.5Ca0.5Al0.5Ti0.5、Cs1.95Ca0.05Al0.05Ti0.95、Cs1.5Sr0.5Al0.5Ti0.5、Cs1.95Sr0.05Al0.05Ti0.95、Cs1.5Ba0.5Al0.5Ti0.5、Cs1.95Ba0.05Al0.05Ti0.95
Li1.5Mg0.5Al0.5Zr0.5、Li1.95Mg0.05Al0.05Zr0.95、Li1.5Ca0.5Al0.5Zr0.5、Li1.95Ca0.05Al0.05Zr0.95、Li1.5Sr0.5Al0.5Zr0.5、Li1.95Sr0.05Al0.05Zr0.95、Li1.5Ba0.5Al0.5Zr0.5、Li1.95Ba0.05Al0.05Zr0.95
Na1.5Mg0.5Al0.5Zr0.5、Na1.95Mg0.05Al0.05Zr0.95、Na1.5Ca0.5Al0.5Zr0.5、Na1.95Ca0.05Al0.05Zr0.95、Na1.5Sr0.5Al0.5Zr0.5、Na1.95Sr0.05Al0.05Zr0.95、Na1.5Ba0.5Al0.5Zr0.5、Na1.95Ba0.05Al0.05Zr0.95
1.5Mg0.5Al0.5Zr0.5、K1.95Mg0.05Al0.05Zr0.95、K1.5Ca0.5Al0.5Zr0.5、K1.95Ca0.05Al0.05Zr0.95、K1.5Sr0.5Al0.5Zr0.5、K1.95Sr0.05Al0.05Zr0.95、K1.5Ba0.5Al0.5Zr0.5、K1.95Ba0.05Al0.05Zr0.95
Rb1.5Mg0.5Al0.5Zr0.5、Rb1.95Mg0.05Al0.05Zr0.95、Rb1.5Ca0.5Al0.5Zr0.5、Rb1.95Ca0.05Al0.05Zr0.95、Rb1.5Sr0.5Al0.5Zr0.5、Rb1.95Sr0.05Al0.05Zr0.95、Rb1.5Ba0.5Al0.5Zr0.5、Rb1.95Ba0.05Al0.05Zr0.95
Cs1.5Mg0.5Al0.5Zr0.5、Cs1.95Mg0.05Al0.05Zr0.95、Cs1.5Ca0.5Al0.5Zr0.5、Cs1.95Ca0.05Al0.05Zr0.95、Cs1.5Sr0.5Al0.5Zr0.5、Cs1.95Sr0.05Al0.05Zr0.95、Cs1.5Ba0.5Al0.5Zr0.5、Cs1.95Ba0.05Al0.05Zr0.95
Li1.5Mg0.5Al0.5Sn0.5、Li1.95Mg0.05Al0.05Sn0.95、Li1.5Ca0.5Al0.5Sn0.5、Li1.95Ca0.05Al0.05Sn0.95、Li1.5Sr0.5Al0.5Sn0.5、Li1.95Sr0.05Al0.05Sn0.95、Li1.5Ba0.5Al0.5Sn0.5、Li1.95Ba0.05Al0.05Sn0.95
Na1.5Mg0.5Al0.5Sn0.5、Na1.95Mg0.05Al0.05Sn0.95、Na1.5Ca0.5Al0.5Sn0.5、Na1.95Ca0.05Al0.05Sn0.95、Na1.5Sr0.5Al0.5Sn0.5、Na1.95Sr0.05Al0.05Sn0.95、Na1.5Ba0.5Al0.5Sn0.5、Na1.95Ba0.05Al0.05Sn0.95
1.5Mg0.5Al0.5Sn0.5、K1.95Mg0.05Al0.05Sn0.95、K1.5Ca0.5Al0.5Sn0.5、K1.95Ca0.05Al0.05Sn0.95、K1.5Sr0.5Al0.5Sn0.5、K1.95Sr0.05Al0.05Sn0.95、K1.5Ba0.5Al0.5Sn0.5、K1.95Ba0.05Al0.05Sn0.95
Rb1.5Mg0.5Al0.5Sn0.5、Rb1.95Mg0.05Al0.05Sn0.95、Rb1.5Ca0.5Al0.5Sn0.5、Rb1.95Ca0.05Al0.05Sn0.95、Rb1.5Sr0.5Al0.5Sn0.5、Rb1.95Sr0.05Al0.05Sn0.95、Rb1.5Ba0.5Al0.5Sn0.5、Rb1.95Ba0.05Al0.05Sn0.95
Cs1.5Mg0.5Al0.5Sn0.5、Cs1.95Mg0.05Al0.05Sn0.95、Cs1.5Ca0.5Al0.5Sn0.5、Cs1.95Ca0.05Al0.05Sn0.95、Cs1.5Sr0.5Al0.5Sn0.5、Cs1.95Sr0.05Al0.05Sn0.95、Cs1.5Ba0.5Al0.5Sn0.5、Cs1.95Ba0.05Al0.05Sn0.95
Li1.85Mg0.15Al0.15Si0.85、Li1.995Mg0.005Al0.005Si0.995、Li1.85Ca0.15Al0.15Si0.85、Li1.995Ca0.005Al0.005Si0.995、Li1.85Sr0.15Al0.15Si0.85、Li1.995Sr0.005Al0.005Si0.995、Li1.85Ba0.15Al0.15Si0.85、Li1.995Ba0.005Al0.005Si0.995
Na1.85Mg0.15Al0.15Si0.85、Na1.995Mg0.005Al0.005Si0.995、Na1.85Ca0.15Al0.15Si0.85、Na1.995Ca0.005Al0.005Si0.995、Na1.85Sr0.15Al0.15Si0.85、Na1.995Sr0.005Al0.005Si0.995、Na1.85Ba0.15Al0.15Si0.85、Na1.995Ba0.005Al0.005Si0.995
1.85Mg0.15Al0.15Si0.85、K1.995Mg0.005Al0.005Si0.995、K1.85Ca0.15Al0.15Si0.85、K1.995Ca0.005Al0.005Si0.995、K1.85Sr0.15Al0.15Si0.85、K1.995Sr0.005Al0.005Si0.995、K1.85Ba0.15Al0.15Si0.85、K1.995Ba0.005Al0.005Si0.995
Rb1.85Mg0.15Al0.15Si0.85、Rb1.995Mg0.005Al0.005Si0.995、Rb1.85Ca0.15Al0.15Si0.85、Rb1.995Ca0.005Al0.005Si0.995、Rb1.85Sr0.15Al0.15Si0.85、Rb1.995Sr0.005Al0.005Si0.995、Rb1.85Ba0.15Al0.15Si0.85、Rb1.995Ba0.005Al0.005Si0.995
Cs1.85Mg0.15Al0.15Si0.85、Cs1.995Mg0.005Al0.005Si0.995、Cs1.85Ca0.15Al0.15Si0.85、Cs1.995Ca0.005Al0.005Si0.995、Cs1.85Sr0.15Al0.15Si0.85、Cs1.995Sr0.005Al0.005Si0.995、Cs1.85Ba0.15Al0.15Si0.85、Cs1.995Ba0.005Al0.005Si0.995
Li1.85Mg0.15Al0.15Ge0.85、Li1.995Mg0.005Al0.005Ge0.995、Li1.85Ca0.15Al0.15Ge0.85、Li1.995Ca0.005Al0.005Ge0.995、Li1.85Sr0.15Al0.15Ge0.85、Li1.995Sr0.005Al0.005Ge0.995、Li1.85Ba0.15Al0.15Ge0.85、Li1.995Ba0.005Al0.005Ge0.995
Na1.85Mg0.15Al0.15Ge0.85、Na1.995Mg0.005Al0.005Ge0.995、Na1.85Ca0.15Al0.15Ge0.85、Na1.995Ca0.005Al0.005Ge0.995、Na1.85Sr0.15Al0.15Ge0.85、Na1.995Sr0.005Al0.005Ge0.995、Na1.85Ba0.15Al0.15Ge0.85、Na1.995Ba0.005Al0.005Ge0.995
1.85Mg0.15Al0.15Ge0.85、K1.995Mg0.005Al0.005Ge0.995、K1.85Ca0.15Al0.15Ge0.85、K1.995Ca0.005Al0.005Ge0.995、K1.85Sr0.15Al0.15Ge0.85、K1.995Sr0.005Al0.005Ge0.995、K1.85Ba0.15Al0.15Ge0.85、K1.995Ba0.005Al0.005Ge0.995
Rb1.85Mg0.15Al0.15Ge0.85、Rb1.995Mg0.005Al0.005Ge0.995、Rb1.85Ca0.15Al0.15Ge0.85、Rb1.995Ca0.005Al0.005Ge0.995、Rb1.85Sr0.15Al0.15Ge0.85、Rb1.995Sr0.005Al0.005Ge0.995、Rb1.85Ba0.15Al0.15Ge0.85、Rb1.995Ba0.005Al0.005Ge0.995
Cs1.85Mg0.15Al0.15Ge0.85、Cs1.995Mg0.005Al0.005Ge0.995、Cs1.85Ca0.15Al0.15Ge0.85、Cs1.995Ca0.005Al0.005Ge0.995、Cs1.85Sr0.15Al0.15Ge0.85、Cs1.995Sr0.005Al0.005Ge0.995、Cs1.85Ba0.15Al0.15Ge0.85、Cs1.995Ba0.005Al0.005Ge0.995
Li1.85Mg0.15Al0.15Ti0.85、Li1.995Mg0.005Al0.005Ti0.995、Li1.85Ca0.15Al0.15Ti0.85、Li1.995Ca0.005Al0.005Ti0.995、Li1.85Sr0.15Al0.15Ti0.85、Li1.995Sr0.005Al0.005Ti0.995、Li1.85Ba0.15Al0.15Ti0.85、Li1.995Ba0.005Al0.005Ti0.995
Na1.85Mg0.15Al0.15Ti0.85、Na1.995Mg0.005Al0.005Ti0.995、Na1.85Ca0.15Al0.15Ti0.85、Na1.995Ca0.005Al0.005Ti0.995、Na1.85Sr0.15Al0.15Ti0.85、Na1.995Sr0.005Al0.005Ti0.995、Na1.85Ba0.15Al0.15Ti0.85、Na1.995Ba0.005Al0.005Ti0.995
1.85Mg0.15Al0.15Ti0.85、K1.995Mg0.005Al0.005Ti0.995、K1.85Ca0.15Al0.15Ti0.85、K1.995Ca0.005Al0.005Ti0.995、K1.85Sr0.15Al0.15Ti0.85、K1.995Sr0.005Al0.005Ti0.995、K1.85Ba0.15Al0.15Ti0.85、K1.995Ba0.005Al0.005Ti0.995
Rb1.85Mg0.15Al0.15Ti0.85、Rb1.995Mg0.005Al0.005Ti0.995、Rb1.85Ca0.15Al0.15Ti0.85、Rb1.995Ca0.005Al0.005Ti0.995、Rb1.85Sr0.15Al0.15Ti0.85、Rb1.995Sr0.005Al0.005Ti0.995、Rb1.85Ba0.15Al0.15Ti0.85、Rb1.995Ba0.005Al0.005Ti0.995
Cs1.85Mg0.15Al0.15Ti0.85、Cs1.995Mg0.005Al0.005Ti0.995、Cs1.85Ca0.15Al0.15Ti0.85、Cs1.995Ca0.005Al0.005Ti0.995、Cs1.85Sr0.15Al0.15Ti0.85、Cs1.995Sr0.005Al0.005Ti0.995、Cs1.85Ba0.15Al0.15Ti0.85、Cs1.995Ba0.005Al0.005Ti0.995
Li1.85Mg0.15Al0.15Zr0.85、Li1.995Mg0.005Al0.005Zr0.995、Li1.85Ca0.15Al0.15Zr0.85、Li1.995Ca0.005Al0.005Zr0.995、Li1.85Sr0.15Al0.15Zr0.85、Li1.995Sr0.005Al0.005Zr0.995、Li1.85Ba0.15Al0.15Zr0.85、Li1.995Ba0.005Al0.005Zr0.995
Na1.85Mg0.15Al0.15Zr0.85、Na1.995Mg0.005Al0.005Zr0.995、Na1.85Ca0.15Al0.15Zr0.85、Na1.995Ca0.005Al0.005Zr0.995、Na1.85Sr0.15Al0.15Zr0.85、Na1.995Sr0.005Al0.005Zr0.995、Na1.85Ba0.15Al0.15Zr0.85、Na1.995Ba0.005Al0.005Zr0.995
1.85Mg0.15Al0.15Zr0.85、K1.995Mg0.005Al0.005Zr0.995、K1.85Ca0.15Al0.15Zr0.85、K1.995Ca0.005Al0.005Zr0.995、K1.85Sr0.15Al0.15Zr0.85、K1.995Sr0.005Al0.005Zr0.995、K1.85Ba0.15Al0.15Zr0.85、K1.995Ba0.005Al0.005Zr0.995
Rb1.85Mg0.15Al0.15Zr0.85、Rb1.995Mg0.005Al0.005Zr0.995、Rb1.85Ca0.15Al0.15Zr0.85、Rb1.995Ca0.005Al0.005Zr0.995、Rb1.85Sr0.15Al0.15Zr0.85、Rb1.995Sr0.005Al0.005Zr0.995、Rb1.85Ba0.15Al0.15Zr0.85、Rb1.995Ba0.005Al0.005Zr0.995
Cs1.85Mg0.15Al0.15Zr0.85、Cs1.995Mg0.005Al0.005Zr0.995、Cs1.85Ca0.15Al0.15Zr0.85、Cs1.995Ca0.005Al0.005Zr0.995、Cs1.85Sr0.15Al0.15Zr0.85、Cs1.995Sr0.005Al0.005Zr0.995、Cs1.85Ba0.15Al0.15Zr0.85、Cs1.995Ba0.005Al0.005Zr0.995
Li1.85Mg0.15Al0.15Sn0.85、Li1.995Mg0.005Al0.005Sn0.995、Li1.85Ca0.15Al0.15Sn0.85、Li1.995Ca0.005Al0.005Sn0.995、Li1.85Sr0.15Al0.15Sn0.85、Li1.995Sr0.005Al0.005Sn0.995、Li1.85Ba0.15Al0.15Sn0.85、Li1.995Ba0.005Al0.005Sn0.995
Na1.85Mg0.15Al0.15Sn0.85、Na1.995Mg0.005Al0.005Sn0.995、Na1.85Ca0.15Al0.15Sn0.85、Na1.995Ca0.005Al0.005Sn0.995、Na1.85Sr0.15Al0.15Sn0.85、Na1.995Sr0.005Al0.005Sn0.995、Na1.85Ba0.15Al0.15Sn0.85、Na1.995Ba0.005Al0.005Sn0.995
1.85Mg0.15Al0.15Sn0.85、K1.995Mg0.005Al0.005Sn0.995、K1.85Ca0.15Al0.15Sn0.85、K1.995Ca0.005Al0.005Sn0.995、K1.85Sr0.15Al0.15Sn0.85、K1.995Sr0.005Al0.005Sn0.995、K1.85Ba0.15Al0.15Sn0.85、K1.995Ba0.005Al0.005Sn0.995
Rb1.85Mg0.15Al0.15Sn0.85、Rb1.995Mg0.005Al0.005Sn0.995、Rb1.85Ca0.15Al0.15Sn0.85、Rb1.995Ca0.005Al0.005Sn0.995、Rb1.85Sr0.15Al0.15Sn0.85、Rb1.995Sr0.005Al0.005Sn0.995、Rb1.85Ba0.15Al0.15Sn0.85、Rb1.995Ba0.005Al0.005Sn0.995
Cs1.85Mg0.15Al0.15Sn0.85、Cs1.995Mg0.005Al0.005Sn0.995、Cs1.85Ca0.15Al0.15Sn0.85、Cs1.995Ca0.005Al0.005Sn0.995、Cs1.85Sr0.15Al0.15Sn0.85、Cs1.995Sr0.005Al0.005Sn0.995、Cs1.85Ba0.15Al0.15Sn0.85、Cs1.995Ba0.005Al0.005Sn0.995
また、本発明の式[1]で表される蛍光体は、上述したA元素、B元素、C元素、D元素およびX元素の各構成元素の他に、本発明の効果に影響を与えない範囲内で不可避的に混入してしまう元素、例えば不純物元素などを含んでいてもよい。
尚、本発明の蛍光体[1]は、ガーネット構造以外の構造である。これにより、従来よりも耐水性が飛躍的に向上した新規な赤色蛍光体となる。
前述の特許文献1〜4には、アルカリ土類金属、AlおよびFのいずれをも含む蛍光体については記載がなく、特許文献5には、付活イオンレベルの少量のアルカリ土類金属を含む記載しかなく、母体をなすほど多くのアルカリ土類金属、AlおよびFを含む本願発明の蛍光体は、組成比も明確に異なり、新規な蛍光体であると考えられる。
(式[2]で表される化学組成を有する結晶相)
本発明の蛍光体は、下記式[2]で表される化学組成を有する結晶相を含有し、該結晶相はガーネット構造を有さない蛍光体であり、少なくともMn4+で付活されることにより600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有する蛍光体である(以下、「本発明の蛍光体[2]」と称する場合がある。)。
aii bii cii dii xii ・・・ 式[2]
ただし、上記式[2]において、
は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は1種以上のハロゲン元素を示し、
aii、bii、cii、diiおよびxiiはそれぞれ、0≦aii<1、0<bii<1、0<cii<1、0≦dii<1および0<xii<1であって、aii+bii+cii+dii+xii=1を満たす数を表す。
本発明の蛍光体[2]は、蛍光体粒子が上記式[2]で示される化学組成を有するものである。なお、本明細書における蛍光体粒子とは、単粒子を意味する。
上記式[2]において、Aは、前記式[1]におけるAと同義である。好ましい態様も同様である。
前記Aとして含まれるアルカリ金属の元素数(Z1)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z1/Z8)は、0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上であり、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.20以下である。
上記式[2]において、Bは前記式[1]におけるBと同義である。好ましい態様も同様である。
前記Bとして含まれるアルカリ土類金属元素の元素数(Z2)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z2/Z8)は、0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.10以上であり、特に好ましくは0.15以上、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下、特に好ましくは0.30以下である。
上記式[2]において、Cは前記式[1]におけるCと同義である。好ましい態様も同様である。
前記Cとして含まれる周期表第3族元素および第13族元素からなる群の元素数(Z3)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z3/Z8)が0.02以上であることが好ましく、より好ましくは0.10以上、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下である。また、C元素がAlを必須として含む場合において、前記Cとして含まれるAlの元素数(Z4)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z4/Z8)が0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上であり、さらに好ましくは0.10以上であり、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.20以下である。
本発明の蛍光体[2]において、Bとして含まれるアルカリ土類金属元素の元素数(Z2)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z2/Z8)が、0.05以上であり、かつCとして含まれる周期表第3族元素および第13族元素からなる群の元素数(Z3)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z3/Z8)が、0.02以上であることが好ましい。
上記式[2]において、Dは前記式[1]におけるDと同義である。好ましい態様も同様である。
前記Dとして含まれる周期表第4族元素および第14族元素からなる群の元素数(Z5)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z5/Z8)は、0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上であり、また、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.10以下である。
上記式[2]において、Xは、ハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種の1価のアニオンを表す。ここでハロゲン元素とは、F、Cl、BrおよびIのことをいう。X元素として、少なくともFを含有することが好ましく、Fを単独で含有していてもよく、FとF以外の元素を任意の比率で併有していてもよい。また、発光特性に著しい低下をもたらさない限りは、X元素の一部がOH基で置換されていてもよい。X元素中のFの比率は50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることがさらに好ましい。
前記Xとして含まれるハロゲン元素の元素数(Z6)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z6/Z8)は、0.30以上であることが好ましく、より好ましくは0.40以上であり、また、好ましくは0.80以下、より好ましくは0.70以下で、特に好ましくは0.60以下である。X元素がFを必須として含む場合において、前記Xとして含まれるFの元素数(Z7)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z7/Z8)が0.30以上であることが好ましく、より好ましくは0.40以上であり、また、好ましくは0.80以下、より好ましくは0.70以下、特に好ましくは0.60以下である。
前記式[2]において、「aii」はA元素(1種以上のアルカリ金属元素)のモル比を示す。「aii」は、0≦aii<1を満たす数であり、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上であり、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.20以下である。
前記式[2]において、「bii」はB元素(1種以上のアルカリ土類金属元素)のモル比を示す。「bii」は、0<bii<1を満たす数であり、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.15以上であり、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下、特に好ましくは0.30以下である。
前記式[2]において、「cii」はC元素(周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「cii」は、0<cii<1を満たす数であり、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.10以上であり、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下である。
前記式[2]において、「dii」はD元素(周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「dii」は、0≦dii<1を満たす数であり、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上であり、また、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.10以下である。
前記式[2]において、「xii」はX元素(1種以上のハロゲン元素)のモル比を示す。「xii」は、0<xii<1を満たす数であり、好ましくは0.30以上、より好ましくは0.40以上であり、また、好ましくは0.80以下、より好ましくは0.70以下、特に好ましくは0.60以下である。
aii、bii、cii、diiおよびxiiはそれぞれ、上記の範囲内であって、aii+bii+cii+dii+xii=1を満たす数を表す。
本発明の蛍光体[2]の第二の態様は、少なくとも、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土類金属元素、AlならびにFを含む母体結晶を有し、少なくともMn4+で付活されることにより600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有することを特徴とする(以下、「本発明の蛍光体[2’]」と称する場合がある。)。
前記アルカリ土類金属元素の元素数(Z2)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z2/Z8)が、0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.10以上であり、特に好ましくは0.15以上、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下、特に好ましくは0.30以下である。
前記Alの元素数(Z4)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z4/Z8)が0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上であり、さらに好ましくは0.10以上、また、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.20以下である。
また、前記Fの元素数(Z7)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z7/Z8)が好ましくは0.30以上、より好ましくは0.40以上であり、また、好ましくは0.80以下、より好ましくは0.70以下、特に好ましくは0.60以下である。
本発明の蛍光体[2’]としては、好ましくは、CaAlF、SrAlF、BaAlF、CaAlF、SrAlF、BaAlF、CaAlF、SrAlF、BaAlF、BaAl12、BaAlF13、Ba20Al1276、BaMgAlF、BaMgAlF、SrAl16、BaCaMgAl14、LiMgAlF、LiCaAlF、LiSrAlF、LiBaAlF、NaCaAlF、NaSrAlF、NaBaAlF、NaMgAlF、NaMgAlF、NaCaMgAlF14、NaCaAl14、NaCaAl33、NaSrAl34、NaSrAl26、KMgAlF、KCaAl、RbMgAlF、(Na,K,Rb)MgAlFなどが挙げられる。
本発明の蛍光体[2]及び[2’]の付活イオンであるMn4+の濃度は、周期表第3族および第13族元素からなる群から選ばれる元素及び周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる元素の合計に対して、通常0.01モル%以上、好ましくは0.05モル%以上、さらに好ましくは1モル%以上、特に好ましくは3モル%以上であり、通常50モル%以下、好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下、特に好ましくは20モル%以下である。付活イオンであるMn4+濃度が少なすぎると、本発明の蛍光体を含有する装置において後述する第一発光体からの光を吸収する能力が著しく減少する傾向にある。一方、Mn4+濃度が多すぎると濃度消光が著しくなり、発光効率が顕著に減少する傾向にある。
また、本発明の蛍光体[2]及び[2’]は、上述したA元素、B元素、C元素、D元素、X元素やアルカリ土類金属元素、AlならびにFの各構成元素の他に、本発明の効果に影響を与えない範囲内で不可避的に混入してしまう元素、例えば不純物元素などを含んでいてもよい。
前述の特許文献1〜4には、アルカリ土類金属、AlおよびFのいずれをも含む蛍光体については記載がなく、特許文献5には、付活イオンレベルの少量のアルカリ土類金属を含む記載しかなく、母体をなすほど多くのアルカリ土類金属、AlおよびFを含む本願発明の蛍光体は、新規な蛍光体であると考えられる。
本発明の蛍光体[2]及び[2’]における結晶相は、ガーネット構造以外の構造である。これにより、従来よりも耐水性が飛躍的に向上した新規な赤色蛍光体となる。
(式[3]で表される蛍光体について)
本発明の蛍光体は、前記式[2]で表される化学組成が下記式[3]で表されることが好ましい(以下、「本発明の蛍光体[3]」と称する場合がある。)。
aiii biii ciii diii xiii diii:R・・・ 式[3]
ただし、上記式[3]において、
は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
は1種以上の周期表第16族元素を示し、
は少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
aiii、biii、ciii、diiiおよびxiiiはそれぞれ、0.8≦aiii≦1.2、0.8≦biii≦1.2、0≦ciii≦1.2、0≦diii≦1、0.8≦ciii+diii≦1.2、5.0≦xiii≦7.0および5.0≦xiii+diii≦7.0を満たす数を表す。
式[3]におけるA、B、CおよびDは、各々、前記式[1]におけるA、B、CおよびDと同義である。具体例及び好ましい態様も同様である。
また、式[3]におけるXおよびRは、各々、前記式[1]におけるXおよびRと同様である。好ましい態様も同様である。
式[3]におけるYは、周期表第16族元素から選ばれる少なくとも1種の2価のアニオンを表す。ここで周期表第16族元素とは、O、S、SeおよびTeのことをいう。Yとして、少なくともOを含有することが好ましく、Oを単独で含有していてもよく、OとO以外の元素を任意の比率で併有していてもよい。Y中のOの比率は50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることがさらに好ましい。
前記式[3]において、「aiii」はA(1種以上のアルカリ金属元素)のモル比を示す。「aiii」は、0.8≦aiii≦1.2を満たす数であり、好ましくは0.85以上、より好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.15以下、より好ましくは1.1以下、特に好ましくは1.05以下である。
前記式[3]において、「biii」はB素(1種以上のアルカリ土類金属元素)のモル比を示す。「biii」は、0.8≦biii≦1.2を満たす数であり、好ましくは0.85以上、より好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.15以下、より好ましくは1.1以下、特に好ましくは1.05以下である。
前記式[3]において、「ciii」はC元素(周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「ciii」は、0≦ciii≦1.2を満たす数であり、好ましくは0.85以上、より好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.15以下、より好ましくは1.10以下である。
前記式[3]において、「diii」はD元素(周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)およびY元素(周期表第16族元素)のモル比を示す。「diii」は、0≦diii≦1を満たす数であり、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上であり、また、好ましくは0.9以下、より好ましくは0.8以下である。
前記式[3]において、「xiii」はX元素(1種以上のハロゲン元素)のモル比を示す。「xiii」は、5.0≦xiii≦7.0を満たす数であり、好ましくは5.3以上、より好ましくは5.5以上であり、また、好ましくは6.7以下、より好ましくは6.5以下である。
また、「diii」は、C元素に対するD元素の置換量、およびX元素に対するY元素の置換量を示す。従って、ciii+diiiは、0.8≦ciii+diii≦1.2を満たす数となる。さらに、ciii+diiiは、好ましくは0.85以上、より好ましくは0.9以上、特に好ましくは0.95以上であり、また、好ましくは1.15以下、より好ましくは1.1以下、特に好ましくは1.05以下である。上記のとおり、本発明の蛍光体において、「ciii」のモル比と「diii」のモル比を上記範囲とする、即ちciii、diii、ciii+diiiの数を上記範囲とすることにより、付活元素であるMnが4価イオンとして価数を維持しやすくなり、Mn4+イオンからの発光特性の良い蛍光体を得ることができる。
本発明において、本発明の蛍光体[3]は、式[3]におけるAが、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される1種以上の元素であり、Bが、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、Cが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、かつ、Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素であることが好ましく、Dが、Ti、Zr、Hf、Si、GeおよびSnからなる群から選択される1種以上の元素であり、かつ、Yが、少なくともOを含むことがより好ましい。
また、xiii+diiiは、5.0≦xiii+diii≦7.0満たす数となる。さらに、xiii+diiiは、好ましくは5.3以上、より好ましくは5.5以上、特に好ましくは5.7以上であり、また、好ましくは6.7以下、より好ましくは6.5以下、特に好ましくは6.3以下である。上記のとおり、本発明の蛍光体において、「xiii」のモル比と「diii」のモル比を上記範囲とする、即ちxiii、diii、xiii+diiiの数を上記範囲とすることにより、ハロゲン元素の一部が酸素などに置換され、置換量が適当な範囲にあることによって耐水性が向上した蛍光体を得ることができる。
本発明の蛍光体[3]としては、好ましくは、LiCaAlF、LiSrAlF、LiBaAlF、NaCaAlF、NaSrAlF、NaBaAlF、KCaAlF、KSrAlF、KBaAlF、RbCaAlF、RbSrAlF、RbBaAlF、LiCaAl0.5Ti0.55.50.5、LiSrAl0.5Ti0.55.50.5、LiBaAl0.5Ti0.55.50.5、NaCaAl0.5Ti0.55.50.5、NaSrAl0.5Ti0.55.50.5、NaBaAl0.5Ti0.55.50.5、KCaAl0.5Ti0.55.50.5、KSrAl0.5Ti0.55.50.5、KBaAl0.5Ti0.55.50.5、RbCaAl0.5Ti0.55.50.5、RbSrAl0.5Ti0.55.50.5、RbBaAl0.5Ti0.55.50.5、LiCaTiFO、LiSrTiFO、LiBaTiFO、NaCaTiFO、NaSrTiFO、NaBaTiFO、KCaTiFO、KSrTiFO、KBaTiFO、RbCaTiFO、RbSrTiFO、RbBaTiFOなどが挙げられる。
また、本発明の式[3]で表される蛍光体は、上述したA元素、B元素、C元素、D元素、X元素およびY元素の各構成元素の他に、本発明の効果に影響を与えない範囲内で不可避的に混入してしまう元素、例えば不純物元素などを含んでいてもよい。
前述の特許文献1〜4には、アルカリ土類金属、AlおよびFのいずれをも含む蛍光体については記載がなく、特許文献5には、付活イオンレベルの少量のアルカリ土類金属を含む記載しかなく、母体をなすほど多くのアルカリ土類金属、AlおよびFを含む本願発明の蛍光体は、組成比も明確に異なり、新規な蛍光体であると考えられる。
(式[4]で表される蛍光体について)
本発明の蛍光体は、前記式[2]で表される化学組成が、下記式[4]で表されることが好ましい(以下、「本発明の蛍光体[4]」と称する場合がある。)。
(A aiv biv(C civ div eiv)(X xiv yiv:R・・・ 式[4]
ただし、上記式[4]において、
は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は前記Bとは異なる1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
は少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
は1種以上の周期表第16族元素を示し、
は少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
aiv、biv、civ、div、eiv、xivおよびyivはそれぞれ、0<aiv≦2.0、0≦biv≦1.0、0<aiv+biv≦2.5、0<civ≦2.0、0<div≦2.0、0≦eiv≦1.0、0.5≦civ+div+eiv≦2.5、0<xiv≦2.0、0≦yiv≦1.0および0.5≦xiv+yiv≦2.5を満たす数を表す。
式[4]におけるA、B、CおよびDは、各々、前記式[1]におけるA、B、CおよびDと同義である。具体例及び好ましい態様も同様である。
また、式[4]におけるXおよびRは、各々、前記式[1]におけるXおよびRと同様である。好ましい態様も同様である。
更に、式[4]におけるYは、前記式[3]におけるYと同様である。好ましい態様も同様である。
上記式[4]において、Eは、周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の4価の元素を表す。ここで、周期表第4族元素および第14族元素からなる群とは、Ti、Zr、Hf、C、Si、Ge、SnおよびPbのことをいう。E元素は、これらの元素のうち1種を単独で含有していてもよく、2種以上を任意の比率で併有していてもよい。E元素としては、少なくともTi、C、SiまたはGeを含むことが好ましく、少なくともTiまたはGeを含むことがより好ましい。
前記式[4]において、「aiv」はA元素(1種以上のアルカリ金属元素)のモル比を示す。「aiv」は、0<aiv≦2.0を満たす数であり、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.8以上であり、また、好ましくは1.6以下、より好ましくは1.2以下である。
前記式[4]において、「biv」はB元素(1種以上のアルカリ土類金属元素)のモル比を示す。「biv」は、0≦biv≦1.0を満たす数であり、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上であり、また、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.7以下である。
また、「biv」は、A元素に対するB元素の置換量を示す。従って、aiv+bivは、0<aiv+biv≦2.5を満たす数となる。さらに、aiv+bivは、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは2.3以下、より好ましくは2.1以下である。上記のとおり、本発明の蛍光体において、「aiv」のモル比と「biv」のモル比を上記範囲とする、即ちaiv、biv、aiv+bivの数を上記範囲とすることにより、アルカリ金属がアルカリ土類金属に置換し、置換量が適当な範囲にあることによって耐水性が向上した蛍光体を得ることができる。
前記式[4]において、「civ」はC元素(1種以上のアルカリ土類金属元素)のモル比を示す。「civ」は、0<civ≦2.0を満たす数であり、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下である。
前記式[4]において、「div」はD元素(周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「dv」は、0<div≦2.0を満たす数であり、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下である。
前記式[4]において、「eiv」はE元素(周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素)のモル比を示す。「eiv」は、0≦eiv≦1を満たす数であり、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上であり、また、好ましくは0.9以下、より好ましくは0.8以下である。
また、「civ」は、D元素に対するC元素の置換量を示し、「eiv」は、D元素に対するE元素の置換量を示す。従って、civ+div+eivは、0.5≦civ+div+eiv≦2.5を満たす数となる。さらに、civ+div+eivは、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは2.3以下、より好ましくは2.1以下である。上記のとおり、本発明の蛍光体において、「civ」のモル比と「div」のモル比と「ev」のモル比を上記範囲とする、即ちciv、div、eiv、civ+div+eivの数を上記範囲とすることにより、付活元素であるMnが4価イオンとして価数を維持しやすくなり、Mn4+イオンからの発光特性の良い蛍光体を得ることができる。
前記式[4]において、「xiv」はX元素(1種以上のハロゲン元素)のモル比を示す。「xiv」は、0<xiv≦2.0を満たす数であり、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下である。
また、「yiv」は、Y元素(1種以上の周期表第16族元素)のモル比を示す。「yiv」は、0≦yiv≦1.0を満たす数であり、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上であり、また、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.7以下である。
さらに、「yiv」は、X元素に対するY元素の置換量を示す。従って、xiv+yivは、0.5≦xiv+yiv≦2.5を満たす数となる。さらに、xiv+yivは、好ましくは0.75以上、より好ましくは0.85以上、特に好ましくは0.90以上であり、また、好ましくは2.25以下、より好ましくは2.15以下、特に好ましくは2.10以下である。上記のとおり、本発明の蛍光体において、「xiv」のモル比と「yiv」のモル比を上記範囲とする、即ちxiv、yiv、xiv+yivの数を上記範囲とすることにより、ハロゲン元素の一部が酸素などに置換され、置換量が適当な範囲にあることによって耐水性が向上した蛍光体を得ることができる。
本発明において、本発明の蛍光体[4]は、式[4]におけるAが、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される1種以上の元素であり、Bが、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上を主として含む元素であり、Cが、Mgを主として含む元素であり、Dが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、かつ、Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素であることが好ましく、Cが、Mgであることがより好ましく、Eが、Ti、Zr、Hf、Si、GeおよびSnからなる群から選択される1種以上の元素であり、かつ、Yが、少なくともOを含むことがさらに好ましい。
本発明の蛍光体[4]としては、好ましくは下記の具体例のものが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
LiMgAlF、NaMgAlF、KMgAlF、RbMgAlF、CsMgAlF、LiCaAlF、NaCaAlF、KCaAlF、RbCaAlF、CsCaAlF、LiSrAlF、NaSrAlF、KSrAlF、RbSrAlF、CsSrAlF
LiCaMgAlF14、NaCaMgAlF14、KCaMgAlF14、RbCaMgAlF14、CsCaMgAlF14、LiSrMgAlF14、NaSrMgAlF14、KSrMgAlF14、RbSrMgAlF14、CsSrMgAlF14
LiMg1.25Al0.5Ti0.25、NaMg1.25Al0.5Ti0.25、KMg1.25Al0.5Ti0.25、RbMg1.25Al0.5Ti0.25、CsMg1.25Al0.5Ti0.25、LiCaMg0.25Al0.5Ti0.25、NaCaMg0.25Al0.5Ti0.25、KCaMg0.25Al0.5Ti0.25、RbCaMg0.25Al0.5Ti0.25、CsCaMg0.25Al0.5Ti0.25、LiSrMg0.25Al0.5Ti0.25、NaSrMg0.25Al0.5Ti0.25、KSrMg0.25Al0.5Ti0.25、RbSrMg0.25Al0.5Ti0.25、CsSrMg0.25Al0.5Ti0.25、LiMg1.45Al0.1Ti0.45、NaMg1.45Al0.1Ti0.45、KMg1.45Al0.1Ti0.45、RbMg1.45Al0.1Ti0.45、CsMg1.45Al0.1Ti0.45、LiCaMg0.45Al0.1Ti0.45、NaCaMg0.45Al0.1Ti0.45、KCaMg0.45Al0.1Ti0.45、RbCaMg0.45Al0.1Ti0.45、CsCaMg0.45Al0.1Ti0.45、LiSrMg0.45Al0.1Ti0.45、NaSrMg0.45Al0.1Ti0.45、KSrMg0.45Al0.1Ti0.45、RbSrMg0.45Al0.1Ti0.45、CsSrMg0.45Al0.1Ti0.45
LiMgAl0.5Ti0.56.50.5、NaMgAl0.5Ti0.56.50.5、KMgAl0.5Ti0.56.50.5、RbMgAl0.5Ti0.56.50.5、CsMgAl0.5Ti0.56.50.5、LiCaAl0.5Ti0.56.50.5、NaCaAl0.5Ti0.56.50.5、KCaAl0.5Ti0.56.50.5、RbCaAl0.5Ti0.56.50.5、CsCaAl0.5Ti0.56.50.5、LiSrAl0.5Ti0.56.50.5、NaSrAl0.5Ti0.56.50.5、KSrAl0.5Ti0.56.50.5、RbSrAl0.5Ti0.56.50.5、CsSrAl0.5Ti0.56.50.5
LiMgAl0.1Ti0.96.10.9、NaMgAl0.1Ti0.96.10.9、KMgAl0.1Ti0.96.10.9、RbMgAl0.1Ti0.96.10.9、CsMgAl0.1Ti0.96.10.9、LiCaAl0.1Ti0.96.10.9、NaCaAl0.1Ti0.96.10.9、KCaAl0.1Ti0.96.10.9、RbCaAl0.1Ti0.96.10.9、CsCaAl0.1Ti0.96.10.9、LiSrAl0.1Ti0.96.10.9、NaSrAl0.1Ti0.96.10.9、KSrAl0.1Ti0.96.10.9、RbSrAl0.1Ti0.96.10.9、CsSrAl0.1Ti0.96.10.9
LiCaMg3.25Al0.5Ti0.2514、NaCaMg3.25Al0.5Ti0.2514、KCaMg3.25Al0.5Ti0.2514、RbCaMg3.25Al0.5Ti0.2514、CsCaMg3.25Al0.5Ti0.2514、LiSrMg3.25Al0.5Ti0.2514、NaSrMg3.25Al0.5Ti0.2514、KSrMg3.25Al0.5Ti0.2514、RbSrMg3.25Al0.5Ti0.2514、CsSrMg3.25Al0.5Ti0.2514
LiCaMg3.45Al0.1Ti0.4514、NaCaMg3.45Al0.1Ti0.4514、KCaMg3.45Al0.1Ti0.4514、RbCaMg3.45Al0.1Ti0.4514、CsCaMg3.45Al0.1Ti0.4514、LiSrMg3.45Al0.1Ti0.4514、NaSrMg3.45Al0.1Ti0.4514、KSrMg3.45Al0.1Ti0.4514、RbSrMg3.45Al0.1Ti0.4514、CsSrMg3.45Al0.1Ti0.4514
LiCaMgAl0.9Ti0.113.90.1、NaCaMgAl0.9Ti0.113.90.1、KCaMgAl0.9Ti0.113.90.1、RbCaMgAl0.9Ti0.113.90.1、CsCaMgAl0.9Ti0.113.90.1、LiSrMgAl0.9Ti0.113.90.1、NaSrMgAl0.9Ti0.113.90.1、KSrMgAl0.9Ti0.113.90.1、RbSrMgAl0.9Ti0.113.90.1、CsSrMgAl0.9Ti0.113.90.1
LiCaMgAl0.5Ti0.513.50.5、NaCaMgAl0.5Ti0.513.50.5、KCaMgAl0.5Ti0.513.50.5、RbCaMgAl0.5Ti0.513.50.5、CsCaMgAl0.5Ti0.513.50.5、LiSrMgAl0.5Ti0.513.50.5、NaSrMgAl0.5Ti0.513.50.5、KSrMgAl0.5Ti0.513.50.5、RbSrMgAl0.5Ti0.513.50.5、CsSrMgAl0.5Ti0.513.50.5
LiCaMg2.5Al1.513.50.5、NaCaMg2.5Al1.513.50.5、KCaMg2.5Al1.513.50.5、RbCaMg2.5Al1.513.50.5、CsCaMg2.5Al1.513.50.5、LiSrMg2.5Al1.513.50.5、NaSrMg2.5Al1.513.50.5、KSrMg2.5Al1.513.50.5、RbSrMg2.5Al1.513.50.5、CsSrMg2.5Al1.513.50.5
LiCaMgAl13O、NaCaMgAl13O、KCaMgAl13O、RbCaMgAl13O、CsCaMgAl13O、LiSrMgAl13O、NaSrMgAl13O、KSrMgAl13O、RbSrMgAl13O、CsSrMgAl13O、
LiCaMgAlTiF12、NaCaMgAlTiF12、KCaMgAlTiF12、RbCaMgAlTiF12、CsCaMgAlTiF12、LiSrMgAlTiF12、NaSrMgAlTiF12、KSrMgAlTiF12、RbSrMgAlTiF12、CsSrMgAlTiF12
本発明の蛍光体[4]の付活元素(付活イオン)であるMn4+の濃度は置換されるC元素、D元素およびE元素の合計に対し通常0.01モル%以上、好ましくは0.05モル%以上、さらに好ましくは1モル%以上、特に好ましくは3モル%以上であり、通常50モル%以下、好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下、特に好ましくは20モル%以下である。付活イオンであるMn濃度が少なすぎると、本発明の蛍光体を含有する装置において後述する第一発光体からの光を吸収する能力が著しく減少する傾向にある。一方、Mn濃度が多すぎると濃度消光が著しくなり、発光効率が顕著に減少する傾向にある。上述の通り、4価のMn以外の元素であるMg、Cu、Znの量は、発光特性を著しく低下させない限り特に制限はないが、多すぎる場合、本発明の蛍光体以外の化学組成を示す異相が増える傾向にあることから4価のMnの量と同等量までが好ましい。
また、本発明の蛍光体[4]は、上述したA元素、B元素、C元素、D元素、E元素、X元素およびY元素の各構成元素の他に、本発明の効果に影響を与えない範囲内で不可避的に混入してしまう元素、例えば不純物元素などを含んでいてもよい。
前述の特許文献1〜4には、アルカリ土類金属、AlおよびFのいずれをも含む蛍光体については記載がなく、特許文献5には、付活イオンレベルの少量のアルカリ土類金属を含む記載しかなく、母体をなすほど多くのアルカリ土類金属、AlおよびFを含む本願発明の蛍光体は、組成比も明確に異なり、新規な蛍光体であると考えられる。
(蛍光体[4]の結晶相)
さらに、本発明の蛍光体[4]は、その結晶相の中の少なくとも一部にパイロクロア型結晶相を有していればよいが、その結晶相のうちのより大きな部分がパイロクロア型結晶相であることが好ましい。具体的には、全結晶相内に占めるパイロクロア型結晶相の割合が、通常50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上であり、100%であることが特に好ましい。
本発明の蛍光体[4]は、その結晶相のうちでパイロクロア型結晶相となっている部分が目的とする発光をするため、結晶相の大きな部分がパイロクロア型結晶相となっていることにより、発光輝度を高めることができる。なお、前記の全結晶相内に占めるパイロクロア型結晶相の割合は、粉末X線回折法により測定できる。
本発明の蛍光体[4]が前記の組成を有すると共にパイロクロア型結晶相を有することにより、耐久性が優れ、且つ、高輝度に発光できるようになる。
本発明の蛍光体[4]は、X線回折パターンにおいて、波長1.54ÅのX線を照射した際に、2θが14.0°から16.0°の間に少なくとも1本以上のピークを有し、29.5°から31.5°の間に少なくとも1本以上のピークを有し、37.5°から39.5°の間に少なくとも1本以上のピークを有し、45.5°から47.5°の間に少なくとも1本以上のピークを有し、49.5°から51.5°の間に少なくとも1本以上のピークを有することが好ましい。本発明の蛍光体[4]はこれらのピークをメインピークとして有することが好ましいが、これ以外のピークを有していてもよい。
[1−2.蛍光体の特性]
<発光スペクトル>
本発明の蛍光体は、ピーク波長455nmの光で励起して発光スペクトルを測定した場合に、以下の特徴を有することが好ましい。
上述の発光スペクトルにおけるピーク波長λp(nm)が、通常600nmより大きく、中でも605nm以上、さらには610nm以上、また、通常660nm以下、中でも650nm以下の範囲であることが好ましい。この発光ピーク波長λpが短過ぎると黄味を帯びる傾向がある一方で、長過ぎると暗赤味を帯びる傾向があり、何れも橙色ないし赤色光としての特性が低下する場合があるので好ましくない。
また、本発明の蛍光体は、上述の発光スペクトルにおける発光ピークの半値幅(Full width at half maximum。以下適宜「FWHM」と略称する。)が、通常1nmより大きく、中でも2nm以上、更には3nm以上、また、通常50nm未満、中でも30nm以下、更には10nm以下、また更には8nm以下であり、この中でも7nm以下の範囲であることが好ましい。この半値幅(FWHM)が狭過ぎると発光ピーク強度が低下する場合があり、広過ぎると色純度が低下する場合がある。
なお、上記の蛍光体をピーク波長455nmの光で励起するには、例えば、キセノン光源を用いることができる。また、本発明の蛍光体の発光スペクトルの測定は、例えば、励起光源として150Wキセノンランプを、スペクトル測定装置としてマルチチャンネルCCD検出器C7041(浜松フォトニクス社製)を備える蛍光測定装置(日本分光社製)等を用いて行うことができる。発光ピーク波長、及び発光ピークの半値幅は、得られる発光スペクトルから算出することができる。
<量子効率・吸収効率>
本発明の蛍光体は、その内部量子効率が高いほど好ましい。その値は、通常50%以上、好ましくは75%以上、更に好ましくは85%以上、特に好ましくは90%以上である。内部量子効率が低いと発光効率が低下する傾向にあり、好ましくない。
本発明の蛍光体は、その外部量子効率が高いほど好ましい。その値は、通常20%以上、好ましくは25%以上、更に好ましくは30%以上、特に好ましくは35%以上である。外部量子効率が低いと発光効率が低下する傾向にあり、好ましくない。
本発明の蛍光体は、その吸収効率も高いほど好ましい。その値は通常25%以上、好ましくは30%以上、更に好ましくは42%以上、特に好ましくは50%以上である。吸収効率が低いと発光効率が低下する傾向にあり、好ましくない。
なお、上記内部量子効率、外部量子効率、及び吸収効率は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
<重量メジアン径D50
本発明の蛍光体は、その重量メジアン径D50が、通常0.1μm以上、中でも1μm以上、また、通常50μm以下、中でも30μm以下であることが好ましい。重量メジアン径D50が小さすぎると、輝度が低下する場合や、蛍光体粒子が凝集してしまう場合がある。一方、重量メジアン径D50が大きすぎると、塗布ムラやディスペンサー等の閉塞が生じる傾向がある。
なお、本発明における蛍光体の重量メジアン径D50は、例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置等の装置を用いて測定することができる。
<比表面積>
本発明の蛍光体の比表面積は、通常1.3m/g以下、好ましくは1.1m/g以下、特に好ましくは1.0m/g以下で、通常0.05m/g以上、中でも0.1m/g以上であることが好ましい。蛍光体の比表面積が小さすぎると蛍光体粒子が大きいことから、塗布ムラやディスペンサー等の閉塞を生じる傾向にあり、大きすぎると蛍光体粒子が小さいことから外部との接触面積が大きくなり、耐久性に劣るものとなる。
なお、本発明における蛍光体の比表面積は、BET1点法により、例えば、全自動比表面積測定装置(流動法)(AMS1000A)(大倉理研社製)を用いて測定される。
<粒度分布>
本発明の蛍光体は、その粒度分布において、ピーク値が一つであることが好ましい。
ピーク値が2以上あることは、単粒子によるピーク値と、その凝集体によるピーク値とがあることを示す。そのため、ピーク値が2以上あることは、単粒子が非常に小さいことを意味する。
従って、その粒度分布のピーク値が一つである蛍光体は、単粒子が大きく、凝集体が非常に少ないものである。これにより、輝度が向上するという効果や、また、単粒子が大きく成長できたことに起因して比表面積が小さくなり、耐久性が向上するという効果を有する。
なお、本発明における蛍光体の粒度分布は、例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LA−300)(堀場製作所社製)により測定することができる。測定にあたっては、分散溶媒としてエタノールを用い、蛍光体を分散させてから、光軸上の初期透過率を90%前後に調整し、マグネット回転子で分散溶媒を攪拌しながら凝集による影響を最小限に抑えて測定することが好ましい。
また、上記粒度分布のピークの幅は、狭い方が好ましい。具体的には、蛍光体粒子の粒度分布の四分偏差(QD)が、通常0.18以上、好ましくは0.20以上であり、また通常0.60以下であり、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下、さらに好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.25である。
なお、粒度分布の四分偏差とは、蛍光体粒子の粒径が揃っているほど、小さくなる。即ち、粒径分布の四分偏差が小さいということは、粒度分布のピークの幅が狭く、蛍光体粒子の大きさが揃っていることを意味する。
また、粒度分布の四分偏差は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した粒度分布曲線を用いて算出することができる。
<粒子形状>
本発明のSEM写真の観察から認められる本発明の蛍光体の粒子形状は、3軸方向に均等に成長した粒状であることが好ましい。粒子形状が3軸方向に均等に成長すると比表面積が小さくなり、外部との接触面積が小さいので耐久性に優れる。
なお、このSEM写真は例えばSEM(S−3400N)(日立製作所社製)により撮影することができる。
<耐久性>
本発明の蛍光体は、耐久性に優れる。具体的には、本発明の蛍光体を用いて発光装置を作製し、室温85℃、相対湿度85%の条件下で点灯させないで150時間放置した後の輝度維持率が、通常75%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上である。
<耐水性>
本発明の蛍光体は、耐水性に優れる。具体的には、本発明の蛍光体を水に分散させ、蛍光体からの溶出イオンが飽和状態になってから、導電率の測定を導電率計ES−12(HORIBA社製)を用いて測定した場合の蛍光体の導電率が、好ましくは400uS/cm以下、より好ましくは200uS/cm以下、特に好ましくは160uS/cm以下である。
上記範囲内であると、本発明の蛍光体を用いて発光装置を作製した場合、大気中や他の材料に含まれる水分による蛍光体の劣化抑制、並びに蛍光体からの溶出物による他の材料、例えば後述の液体媒体などへの悪影響が抑制できて、良好な発光装置が得られる点で好ましい。
[1−3.蛍光体の製造方法]
本発明の蛍光体を製造する方法には特に制限はないが、たとえば(1)〜(3)のような方法が挙げられる。
(1)米国特許第3576756号明細書に記載されるように、1気圧の環境下において、貧溶媒を含む2種の溶液(または溶媒)を使用する方法である。たとえば、混合する前の各々の溶液(または溶媒)のうち、一方が目的の蛍光体組成のすべての元素を含有する溶液であって、もう一方が貧溶媒であり、両者を添加・混合して蛍光体を析出させる。
(2)日本国特許第4582259号明細書に記載されるように、1気圧の環境下において、二つ以上の溶液を使用して、これらを混合することにより目的の蛍光体を得る方法である。蛍光体組成を成す元素が二つ以上のそれぞれの溶液に分離されており、これらの溶液を混合して、すべての溶液が混合された際に、初めて蛍光体組成を成す元素がすべて揃い、蛍光体を合成する。本方法では、貧溶媒などを用いることなく、2種の溶液を混合するのみで目的の蛍光体を合成することができるため好ましい。
(3)Chem.Mater.2007,19,4933−4942に記載されるように、1気圧を超え、300℃以下の温度領域とした環境下で、オートクレーブ内において水熱合成を行う方法である。
上記(2)日本国特許第4582259号明細書に記載された二つ以上の溶液を混合して製造する本発明の蛍光体の製造において、少なくとも一つ以上の溶液中に用いられるフッ化水素酸は、その濃度が通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下の水溶液として用いる。
下記は、特に本発明の蛍光体[1]の製造方法について説明する。
本発明の蛍光体[1]を上記(2)の二つ以上の溶液を混合して製造する方法を用いて製造する場合、混合する溶液に、目的とする蛍光体を構成する元素の全ての元素が含まれていないことが好ましい。混合する溶液の組み合わせとしては、具体的には以下の2−1)と以下の2−2)が挙げられる。
2−1)少なくともA元素を含有する溶液と、B元素、C元素、D元素および少なくともMnとFとを含有する溶液とを混合する方法。
2−2)少なくともA元素とB元素とを含有する溶液と、少なくともC元素、MnおよびFを含有する溶液とを混合する方法。なお、Mn以外のR元素はどちらかの溶液に入っていてもよい。また、D元素はC元素を含有する溶液に入っていることが好ましい。
以下に、A元素がNa、B元素がCa、C元素がAl、D元素がSi、X元素がFのみを含む場合を代表例として、各々の製造方法について説明する。ただし、製造の目的とする本発明の蛍光体の組成に含まれる各元素に応じて、A〜D、X、Rの各元素源として用いる原料は適宜変更することができ、好ましい原料は下記と同様に考えることができる。
2−1)少なくともNa(A元素)を含有する溶液と、Ca(B元素)、Al(C元素)、Si(D元素)、および少なくともMnとFとを含有する溶液とを混合して生成物(蛍光体)を析出させる方法
少なくともNa(A元素)を含有する溶液(以下「溶液A」と称す場合がある。)とは、Naが溶解している水溶液である。
この溶液AのNa源としては、NaCl、NaF、NaHF、NaBr、NaI、Na(OH)、NaCO、CHCOONa、NaSO、NaNO、NaF、NaHFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCHCOONa、NaSO、NaNO、NaFおよびNaHFとこれらの水和物が好ましい。これらのNa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、A元素としてNa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、A元素源としてはA元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもA元素を含む酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物およびこれらの水和物が好ましい。
一方、Ca(B元素)、Al(C元素)、Si(D元素)および少なくともMnとFとを含有する溶液(以下「溶液B」と称す場合がある。)とは、Ca、Al、SiおよびMnが溶解しているフッ化水素酸である。
溶液BのCa源としては、CaCl、CaF、CaBr、CaI、Ca(OH)、CaCO、CHCOOCa、CaSO、Ca(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCa(OH)、CaCO、(CHCOO)Ca、Ca(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのCa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、B元素としてCa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、B元素源としてはB元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもB元素を含む炭酸塩、水酸化物、酢酸塩、硝酸塩、フッ化物およびこれらの水和物が好ましい。
Al源としては、Al(OH)、AlF、AlCl、Al(NO、Al(SO、(CHCOO)Al、(NHAlFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高いことからAlF、AlCl、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物が好ましいが、Clを含む原料は発光特性が低下する傾向にあることから、Clを含まない(NHAlF、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物がより好ましい。これらのAl源は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、C元素としてAl以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、C元素源としてはC元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもC元素を含むヘキサフルオロアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
Si源としては、SiO、HSiFおよびSiClを用いることができる。中でも、Clを含まないことからSiOおよびHSiFが好ましい。これらのSi源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Mn源としては、KMnF、KMnO、KMnCl等を用いることができ、中でも、結晶格子を歪ませて不安定化させる傾向にあるClを含まないこと、また付活することのできる酸化数(4価)を維持しながら、MnF錯イオンとしてフッ化水素酸中に安定して存在することができることにより、KMnFが好ましい。これらのMn源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この溶液Bのフッ化水素濃度は通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下であることが好ましい。フッ化水素濃度が低過ぎると、溶液Bに含まれるMn源であるKMnFなどが不安定で加水分解しやすくなり、Mn濃度が激しく変化するので、合成される蛍光体中のMn付活量が制御しにくくなることから、蛍光体の発光効率のバラつきが大きくなる傾向にあり、高過ぎると作業上の危険性が高くなる傾向にある。
溶液Aと溶液Bとの混合方法としては特に制限はなく、溶液Aを攪拌しながら溶液Bを添加して混合してもよく、溶液Bを攪拌しながら溶液Aを添加して混合してもよい。また、溶液Aと溶液Bとを一度に容器に投入して攪拌混合してもよい。
溶液Aと溶液Bとを混合することにより、所定の割合でNa源とCa源とAl源とMg源とMn源とが反応して目的の蛍光体の結晶が析出するため、この結晶を濾過等により固液分離して回収し、エタノール、水、アセトン等の溶媒で洗浄した後、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下で乾燥することが好ましい。乾燥時間としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、例えば、1〜2時間程度乾燥する。また、乾燥する際の環境としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、1気圧の大気中、または1気圧以下の減圧環境、N、Ar、Heといった不活性雰囲気でもよい。
なお、この溶液Aと溶液Bとの混合に際しても、前述の蛍光体原料の仕込み組成と得られる蛍光体の組成とのずれを考慮して、生成物としての蛍光体の組成が目的の組成となるように、溶液Aと溶液Bの混合割合を調整する必要がある。
2−2)少なくともNa(A元素)とCa(B元素)とを含有する溶液と、少なくともAl(C元素)、Si(D元素)とMnおよびFを含有する溶液とを混合して生成物(蛍光体)を析出させる方法
この方法も、貧溶媒を使用しないことが特徴であり、上記2−1)の方法と同様の利点がある。
少なくともNa(A元素)とCa(B元素)とを含有する溶液(以下「溶液C」と称す場合がある。)とは、Na源とCa源とを含有する水溶液である。
溶液CのNa源としては、NaCl、NaF、NaHF、NaBr、NaI、Na(OH)、NaCO、CHCOONa、NaSO、NaNOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCHCOONa、NaSO、NaNO、NaF、NaHFおよびこれらの水和物が好ましい。これらのNa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、A元素としてNa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、A元素源としてはA元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもA元素を含む酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物およびこれらの水和物が好ましい。
溶液CのCa源としては、CaCl、CaF、CaBr、CaI、Ca(OH)、CaCO、(CHCOO)Ca、CaSO、Ca(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、Clを含まないことからCa(OH)、CaCO、(CHCOO)Ca、Ca(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのCa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、B元素としてCa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、B元素源としてはB元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもB元素を含む炭酸塩、水酸化物、酢酸塩、硝酸塩、フッ化物およびこれらの水和物が好ましい。
少なくともAl(C元素)とSi(D元素)とMnおよびFを含有する溶液(以下「溶液D」と称す場合がある。)とは、AlとSiとMnが溶解しているフッ化水素酸である。
溶液DのAl源としては、Al(OH)、AlF、AlCl、Al(NO、Al(SO、(CHCOO)Al、(NHAlFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高いことからAlF、AlCl、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物が好ましいが、Clを含む原料はMnの価数変化に影響を与え発光特性が低下する傾向にあることから、Clを含まない(NHAlF、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物がより好ましい。これらのAl源は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、C元素としてAl以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、C元素源としてはC元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもC元素を含むヘキサフルオロアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
Si源としては、SiO、HSiFおよびSiClを用いることができる。中でも、Clを含まないことからSiO、HSiFが好ましい。これらのSi源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
溶液DのMn源としては、KMnF、KMnO、KMnCl等を用いることができる。中でも、結晶格子を歪ませて不安定化させる傾向にあるCl元素を含まないこと、また付活することのできる酸化数(4価)を維持しながら、MnF錯イオンとしてフッ化水素酸中に安定して存在することができることにより、KMnFが好ましい。Mn源は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この溶液Dのフッ化水素濃度は通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、特に好ましくは35重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下、特に好ましくは45重量%以下であることが好ましい。溶液D中のフッ化水素濃度が低過ぎると、合成される蛍光体中のMn付活量が制御しにくくなることから蛍光体の発光効率のバラつきが大きくなる傾向にある。一方で、フッ化水素濃度が高過ぎると、作業上の危険性が高くなる傾向にある。
溶液Cと溶液Dとの混合方法としては特に制限はなく、溶液Cを攪拌しながら溶液Dを添加して混合してもよく、溶液Dを攪拌しながら溶液Cを添加して混合してもよい。また、溶液Cと溶液Dとを一度に容器に投入して攪拌混合してもよい。
溶液Cと溶液Dとを混合することにより、所定の割合でLi源とBa源とAl源とMg源とMn源とが反応して目的の蛍光体の結晶が析出するため、この結晶を濾過等により固液分離して回収し、エタノール、水、アセトン等の溶媒で洗浄した後、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下で乾燥することが好ましい。乾燥時間としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、例えば、1〜2時間程度乾燥する。また、乾燥する際の環境としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、1気圧の大気中、または1気圧以下の減圧環境、N、Ar、Heといった不活性雰囲気でもよい。
本発明の蛍光体[3]を上記(2)の二つ以上の溶液を混合して製造する方法を用いる場合、混合する溶液に、目的とする蛍光体を構成する元素の全ての元素が含まれていないことが好ましい。混合する溶液の組み合わせとしては、具体的には以下の2−3)と以下の2−4)が挙げられる。
2−3)少なくともC元素を含有する溶液と、少なくともMnとFとを含有する溶液とを混合する方法。なお、A元素、B元素およびMn以外のR元素はどちらかの溶液に入っていてもよい。また、D元素およびY元素はC元素を含有する溶液に入っていることが好ましい。
2−4)少なくともA元素とB元素とを含有する溶液と、少なくともC元素、MnおよびFを含有する溶液とを混合する方法。なお、Mn以外のR元素はどちらかの溶液に入っていてもよい。また、D元素およびY元素はC元素を含有する溶液に入っていることが好ましい。
以下に、A元素がLi、B元素がBa、C元素がAl、X元素がFのみ、Mn以外のR元素としてMgを含む場合を代表例として、各々の製造方法について説明する。ただし、製造の目的とする本発明の蛍光体の組成に含まれる各元素に応じて、A〜D、X、Rの各元素源として用いる原料は適宜変更することができ、好ましい原料は下記と同様に考えることができる。
2−3)少なくともAl(C元素)を含有する溶液と、少なくともMnとFとを含有する溶液とを混合して生成物(蛍光体)を析出させる方法
少なくともAl(C元素)を含有する溶液(以下「溶液E」と称す場合がある。)とは、Alが溶解している水溶液である。
この溶液EのAl源としては、Al(OH)、AlF、AlCl、Al(NO、Al(SO、(CHCOO)Al、(NHAlFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高いことからAlF、AlCl、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物が好ましいが、Clを含む原料は発光特性が低下する傾向にあることから、Clを含まない(NHAlF、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物がより好ましい。これらのAl源は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、C元素としてAl以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、C元素源としてはC元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもC元素を含むヘキサフルオロアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
一方、少なくともMnとFとを含有する溶液(以下「溶液F」と称す場合がある。)とは、Mn源を含むフッ化水素酸である。
溶液FのMn源としては、KMnF、KMnO、KMnCl等を用いることができ、中でも、結晶格子を歪ませて不安定化させる傾向にあるClを含まないこと、また付活することのできる酸化数(4価)を維持しながら、MnF錯イオンとしてフッ化水素酸中に安定して存在することができることにより、KMnFが好ましい。これらのMn源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この溶液Fのフッ化水素濃度は通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下であることが好ましい。フッ化水素濃度が低過ぎると、溶液Fに含まれるMn源であるKMnFなどが不安定で加水分解しやすくなり、Mn濃度が激しく変化するので、合成される蛍光体中のMn付活量が制御しにくくなることから、蛍光体の発光効率のバラつきが大きくなる傾向にあり、高過ぎると作業上の危険性が高くなる傾向にある。
また、本発明の蛍光体を構成するのに必要なLi(A元素)とBa(B元素)と、Mn以外のR元素として含まれてもよいMgは、溶液E、溶液Fのうちどちらに含有されてもよいが、蛍光体組成の大きな変化が起こらないようにAlが含有されている溶液Eの方が好ましい。
Li源としては、LiCl、LiF、LiBr、LiI、Li(OH)、LiCO、CHCOOLi、LiSO、LiNOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCHCOOLi、LiSO、LiNOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのLi源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、A元素としてLi以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、A元素源としてはA元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもA元素を含む酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
Ba源としては、BaCl、BaF、BaBr、BaI、Ba(OH)、BaCO、(CHCOO)Ba、BaSO、Ba(NOおよびこれらの水和物を用いることができるが、水への溶解度が高く、Clを含まないことから(CHCOO)Ba、Ba(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのBa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、B元素としてBa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、B元素源としてはB元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもB元素を含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
Mg源としては、MgCl、MgF、MgBr、MgI、Mg(OH)、MgCO、(CHCOO)Mg、MgSO、Mg(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCHCOOMg、Mg(NOとこれらの水和物が好ましい。これらのMg源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、R元素としてMg以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、Mn以外のR元素源としてはCuまたはZnを含む化合物を用いることができるが、なかでもCuまたはZnを含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液Eと溶液Fとの混合方法としては特に制限はなく、溶液Eを攪拌しながら溶液Fを添加して混合してもよく、溶液Fを攪拌しながら溶液Eを添加して混合してもよい。また、溶液Eと溶液Fとを一度に容器に投入して攪拌混合してもよい。
溶液Eと溶液Fとを混合することにより、所定の割合でLi源とBa源とAl源とMg源とMn源とが反応して目的の蛍光体の結晶が析出するため、この結晶を濾過等により固液分離して回収し、エタノール、水、アセトン等の溶媒で洗浄した後、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下で乾燥することが好ましい。乾燥時間としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、例えば、1〜2時間程度乾燥する。また、乾燥する際の環境としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、1気圧の大気中、または1気圧以下の減圧環境、N、Ar、Heといった不活性雰囲気でもよい。
なお、この溶液Eと溶液Fとの混合に際しても、前述の蛍光体原料の仕込み組成と得られる蛍光体の組成とのずれを考慮して、生成物としての蛍光体の組成が目的の組成となるように、溶液Eと溶液Fの混合割合を調整する必要がある。
2−4)少なくともLi(A元素)とBa(B元素)とを含有する溶液と、少なくともAl(C元素)、MnおよびFを含有する溶液とを混合して生成物(蛍光体)を析出させる方法
この方法も、貧溶媒を使用しないことが特徴であり、上記2−3)の方法と同様の利点がある。
少なくともLi(A元素)とBa(B元素)とを含有する溶液(以下「溶液G」と称す場合がある。)とは、Li源とBa源とを含有する水溶液である。
溶液GのLi源としては、LiCl、LiF、LiBr、LiI、Li(OH)、LiCO、CHCOOLi、LiSO、LiNOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCHCOOLi、LiSO、LiNOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのLi源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、A元素としてLi以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、A元素源としてはA元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもA元素を含む酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液GのBa源としては、BaCl、BaF、BaBr、BaI、Ba(OH)、BaCO、(CHCOO)Ba、BaSO、Ba(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことから(CHCOO)Ba、Ba(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのBa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、B元素としてBa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、B元素源としてはB元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもB元素を含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
少なくともAl(C元素)、MnおよびFを含有する溶液(以下「溶液H」と称す場合がある。)とは、Al源とMn源を含むフッ化水素酸である。
溶液HのAl源としては、Al(OH)、AlF、AlCl、Al(NO、Al(SO、(CHCOO)Al、(NHAlFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高いことからAlF、AlCl、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物が好ましいが、Clを含む原料はMnの価数変化に影響を与え発光特性が低下する傾向にあることから、Clを含まない(NHAlF、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物がより好ましい。これらのAl源は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、C元素としてAl以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、C元素源としてはC元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもC元素を含むヘキサフルオロアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液HのMn源としては、KMnF、KMnO、KMnCl等を用いることができる。中でも、結晶格子を歪ませて不安定化させる傾向にあるCl元素を含まないこと、また付活することのできる酸化数(4価)を維持しながら、MnF錯イオンとしてフッ化水素酸中に安定して存在することができることにより、KMnFが好ましい。Mn源は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この溶液Hのフッ化水素濃度は通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、特に好ましくは35重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下、特に好ましくは45重量%以下であることが好ましい。溶液H中のフッ化水素濃度が低過ぎると、合成される蛍光体中のMn付活量が制御しにくくなることから蛍光体の発光効率のバラつきが大きくなる傾向にある。一方で、フッ化水素濃度が高過ぎると、作業上の危険性が高くなる傾向にある。
溶液Gと溶液Hとの混合方法としては特に制限はなく、溶液Gを攪拌しながら溶液Hを添加して混合してもよく、溶液Hを攪拌しながら溶液Gを添加して混合してもよい。また、溶液Gと溶液Hとを一度に容器に投入して攪拌混合してもよい。
溶液Gと溶液Hとを混合することにより、所定の割合でLi源とBa源とAl源とMg源とMn源とが反応して目的の蛍光体の結晶が析出するため、この結晶を濾過等により固液分離して回収し、エタノール、水、アセトン等の溶媒で洗浄した後、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下で乾燥することが好ましい。乾燥時間としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、例えば、1〜2時間程度乾燥する。また、乾燥する際の環境としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、1気圧の大気中、または1気圧以下の減圧環境、N、Ar、Heといった不活性雰囲気でもよい。
本発明の蛍光体[4]を上記(2)の二つ以上の溶液を混合して製造する方法を用いる場合、混合する溶液に、目的とする蛍光体を構成する元素の全ての元素が含まれていないことが好ましい。混合する溶液の組み合わせとしては、具体的には以下の2−5)と以下の2−6)が挙げられる。
2−5)少なくともD元素を含有する溶液と、少なくともMnとFとを含有する溶液とを混合する方法。なお、A元素とMn以外のR元素はどちらかの溶液に入っていてもよい。また、B元素、C元素、E元素およびY元素は、D元素を含有する溶液に入っていることが好ましい。
2−6)少なくともA〜C元素を含有する溶液と、少なくともD元素とMnとFとを含有する溶液とを混合する方法。なお、E元素およびY元素は、D元素を含有する溶液に入っていることが好ましい。
以下に、A元素がNa、B元素がCa、C元素がMg、D元素がAl、X元素がFのみを含む場合を代表例として、各々の製造方法について説明する。ただし、製造の目的とする本発明の蛍光体の組成に含まれる各元素に応じて、A〜E、X、Y、Rの各元素源として用いる原料は適宜変更することができ、好ましい原料は下記と同様に考えることができる。
2−5)少なくともD元素を含有する溶液と、少なくともMnとFとを含有する溶液とを混合して生成物(蛍光体)を析出させる方法
少なくともAl(D元素)を含有する溶液(以下「溶液I」と称す場合がある。)とは、Alが溶解している水溶液である。
この溶液IのAl源としては、Al(OH)、AlF、AlCl、Al(NO、Al(SO、(CHCOO)Al、(NHAlFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高いことからAlF、AlCl、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物が好ましいが、Clを含む原料は発光特性が低下する傾向にあることから、Clを含まない(NHAlF、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物がより好ましい。これらのAl源は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、D元素としてAl以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、D元素源としてはD元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもD元素を含むヘキサフルオロアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
一方、少なくともMnとFとを含有する溶液(以下「溶液J」と称す場合がある。)とは、Mn源を含むフッ化水素酸である。
溶液JのMn源としては、KMnF、KMnO、KMnCl等を用いることができ、中でも、結晶格子を歪ませて不安定化させる傾向にあるClを含まないこと、また付活することのできる酸化数(4価)を維持しながら、MnF錯イオンとしてフッ化水素酸中に安定して存在することができることにより、KMnFが好ましい。これらのMn源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この溶液Jのフッ化水素濃度は通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下であることが好ましい。フッ化水素濃度が低過ぎると、溶液Jに含まれるMn源であるKMnFなどが不安定で加水分解しやすくなり、Mn濃度が激しく変化するので、合成される蛍光体中のMn付活量が制御しにくくなることから、蛍光体の発光効率のバラつきが大きくなる傾向にあり、高過ぎると作業上の危険性が高くなる傾向にある。
また、本発明の蛍光体を構成するのに必要なNa(A元素)とCa(B元素)とMg(C元素)は、溶液Iおよび溶液Jのうちどちらに含有されてもよいが、蛍光体組成の大きな変化が起こらないようにAlが含有されている溶液Iの方が好ましい。
Na源としては、NaCl、NaF、NaHF、NaBr、NaI、Na(OH)、NaCO、CHCOONa、NaSO、NaNOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからNaF、NaHF、CHCOONa、NaSO、NaNOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのNa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、A元素としてNa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、A元素源としてはA元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもA元素を含む酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
Ca源としては、CaCl、CaF、CaBr、CaI、Ca(OH)、CaCO、(CHCOO)Ca、CaSO、Ca(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからCHCOOCa、Ca(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのCa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、B元素としてCa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、B元素源としてはB元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもB元素を含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
Mg源としては、MgCl、MgF、MgBr、MgI、Mg(OH)、MgCO、(CHCOO)Mg、MgSO、Mg(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことから(CHCOO)Mg、Mg(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのMg源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、C元素としてMg以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、C元素源としてはC元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもC元素を含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液Iと溶液Jとの混合方法としては特に制限はなく、溶液Iを攪拌しながら溶液Jを添加して混合してもよく、溶液Jを攪拌しながら溶液Iを添加して混合してもよい。また、溶液Iと溶液Jとを一度に容器に投入して攪拌混合してもよい。
溶液Iと溶液Jとを混合することにより、所定の割合でNa源とCa源とAl源とMg源とMn源とが反応して目的の蛍光体の結晶が析出するため、この結晶を濾過等により固液分離して回収し、エタノール、水、アセトン等の溶媒で洗浄した後、通常50℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上、また、通常300℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下で乾燥することが好ましい。乾燥時間としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、例えば、1〜2時間程度乾燥する。また、乾燥する際の環境としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、1気圧の大気中、または1気圧以下の減圧環境、N、Ar、Heといった不活性雰囲気でもよい。
なお、この溶液Iと溶液Jとの混合に際しても、前述の蛍光体原料の仕込み組成と得られる蛍光体の組成とのずれを考慮して、生成物としての蛍光体の組成が目的の組成となるように、溶液Iと溶液Jの混合割合を調整する必要がある。
2−6)少なくともNa(A元素)とCa(B元素)とMg(C元素)とを含有する溶液と、少なくともAl(D元素)、MnおよびFを含有する溶液とを混合して生成物(蛍光体)を析出させる方法
この方法も、貧溶媒を使用しないことが特徴であり、上記2−5)の方法と同様の利点がある。
少なくともNa(A元素)とCa(B元素)とMg(C元素)とを含有する溶液(以下「溶液K」と称す場合がある。)とは、Na源とCa源とMg源とを含有する水溶液である。
溶液KのNa源としては、NaCl、NaF、NaHF、NaBr、NaI、Na(OH)、NaCO、CHCOONa、NaSO、NaNOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことからNaF、NaHF、CHCOONa、NaSO、NaNOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのNa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、A元素としてNa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、A元素源としてはA元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもA元素を含む酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液KのCa源としては、CaCl、CaF、CaBr、CaI、Ca(OH)、CaCO、(CHCOO)Ca、CaSO、Ca(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことから(CHCOO)Ca、Ca(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのCa源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、B元素としてCa以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、B元素源としてはB元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもB元素を含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液KのMg源としては、MgCl、MgF、MgBr、MgI、Mg(OH)、MgCO、(CHCOO)Mg、MgSO、Mg(NOおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高く、Clを含まないことから(CHCOO)Mg、Mg(NOおよびこれらの水和物が好ましい。これらのMg源は、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、C元素としてMg以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、C元素源としてはC元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもC元素を含む酢酸塩、硝酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
少なくともAl(D元素)、MnおよびFを含有する溶液(以下「溶液L」と称す場合がある。)とは、Al源とMn源を含むフッ化水素酸である。
溶液LのAl源としては、Al(OH)、AlF、AlCl、Al(NO、Al(SO、(CHCOO)Al、(NHAlFおよびこれらの水和物を用いることができる。中でも、水への溶解度が高いことからAlF、AlCl、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物が好ましいが、Clを含む原料は発光特性が低下する傾向にあることから、Clを含まない(NHAlF、Al(NO、Al(SOおよびこれらの水和物がより好ましい。これらのAl源は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上述の通り、D元素としてAl以外の元素を含む場合でも同様に考えることができ、D元素源としてはD元素を含む化合物を用いることができるが、なかでもD元素を含むヘキサフルオロアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩およびこれらの水和物が好ましい。
溶液LのMn源としては、KMnF、KMnO、KMnCl等を用いることができる。中でも、結晶格子を歪ませて不安定化させる傾向にあるCl元素を含まないこと、また付活することのできる酸化数(4価)を維持しながら、MnF錯イオンとしてフッ化水素酸中に安定して存在することができることにより、KMnFが好ましい。Mn源は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この溶液Lのフッ化水素濃度は通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、特に好ましくは35重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは50重量%以下、特に好ましくは45重量%以下であることが好ましい。溶液L中のフッ化水素濃度が低過ぎると、合成される蛍光体中のMn付活量が制御しにくくなることから蛍光体の発光効率のバラつきが大きくなる傾向にある。一方で、フッ化水素濃度が高過ぎると、作業上の危険性が高くなる傾向にある。
溶液Kと溶液Lとの混合方法としては特に制限はなく、溶液Kを攪拌しながら溶液Lを添加して混合してもよく、溶液Lを攪拌しながら溶液Kを添加して混合してもよい。また、溶液Kと溶液Lとを一度に容器に投入して攪拌混合してもよい。
溶液Kと溶液Lとを混合することにより、所定の割合でNa源とCa源とAl源とMg源とMn源とが反応して目的の蛍光体の結晶が析出するため、この結晶を濾過等により固液分離して回収し、エタノール、水、アセトン等の溶媒で洗浄した後、通常50℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上、また、通常300℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下で乾燥することが好ましい。乾燥時間としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、例えば、1〜2時間程度乾燥する。また、乾燥する際の環境としては、蛍光体に付着した水分を蒸発することができれば、特に制限はないが、1気圧の大気中、または1気圧以下の減圧環境、N、Ar、Heといった不活性雰囲気でもよい。
[1−4.蛍光体の表面処理]
本発明の蛍光体は、蛍光体粒子の不要な凝集を防ぐ目的で、公知の手法を適用し、表面処理が行われていてもよい。ただし、かかる表面処理によって蛍光体を劣化させることがないように留意する必要がある。
[1−5.蛍光体の用途]
本発明の蛍光体は、蛍光体を使用する任意の用途に用いることができる。また、本発明の蛍光体は、本発明の蛍光体を単独で使用することも可能であるが、本発明の蛍光体を2種以上併用したり、本発明の蛍光体とその他の蛍光体とを併用したりした、任意の組み合わせの蛍光体混合物として用いることも可能である。
また、本発明の蛍光体は、特に、青色光で励起可能であるという特性を生かして、各種の発光装置(後述する「本発明の発光装置」)に好適に用いることができる。本発明の蛍光体が通常は赤色発光蛍光体であることから、例えば、本発明の蛍光体に、青色光を発する励起光源を組み合わせれば、紫色〜ピンク色の発光装置を製造することができる。また、本発明の蛍光体に、青色光を発する励起光源、及び緑色光を発光する蛍光体を組み合わせるか、近紫外光を発する励起光源、青色光を発光する蛍光体、及び緑色を発光する蛍光体を組み合わせれば、本発明の蛍光体が、青色光を発する励起光源、又は、青色光を発光する蛍光体からの青色光で励起されて赤色光を発光するので、白色発光装置を製造することができる。
発光装置の発光色としては白色に制限されず、蛍光体の組み合わせや含有量を適宜選択することにより、電球色(暖かみのある白色)やパステルカラー等、任意の色に発光する発光装置を製造することができる。こうして得られた発光装置を、画像表示装置の発光部(特に液晶用バックライトなど)や照明装置として使用することができる。
[2.蛍光体含有組成物]
本発明の蛍光体は、液体媒体と混合して用いることもできる。特に、本発明の蛍光体を発光装置等の用途に使用する場合には、これを液体媒体中に分散させた形態で用いることが好ましい。本発明の蛍光体を液体媒体中に分散させたものを、適宜「本発明の蛍光体含有組成物」と呼ぶものとする。
[2−1.蛍光体]
本発明の蛍光体含有組成物に含有させる本発明の蛍光体の種類に制限は無く、上述したものから任意に選択することができる。また、本発明の蛍光体含有組成物に含有させる本発明の蛍光体は、1種のみであってもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。更に、本発明の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、本発明の蛍光体以外の蛍光体を含有させてもよい。
[2−2.液体媒体]
本発明の蛍光体含有組成物に用いられる液体媒体の種類は特に限定されず、通常、半導体発光素子を覆ってモールディングすることのできる硬化性材料を用いることができる。硬化性材料とは、流体状の材料であって、何らかの硬化処理を施すことにより硬化する材料のことをいう。ここで、流体状とは、例えば液状又はゲル状のことをいう。硬化性材料は、固体発光素子から発せられた光を蛍光体へ導く役割を担保するものであれば、具体的な種類に制限は無い。また、硬化性材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。したがって、硬化性材料としては、無機系材料及び有機系材料並びに両者の混合物のいずれを用いることも可能である。
無機系材料としては、例えば、金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液、またはこれらの組み合わせを固化した無機系材料(例えばシロキサン結合を有する無機系材料)等を挙げることができる。
一方、有機系材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。具体例を挙げると、ポリ(メタ)アクリル酸メチル等の(メタ)アクリル樹脂;ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリエステル樹脂;フェノキシ樹脂;ブチラール樹脂;ポリビニルアルコール;エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート等のセルロース系樹脂;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;シリコーン樹脂等が挙げられる。
本発明の蛍光体含有組成物は、フッ素含有蛍光体を有するので、これら硬化性材料の中では、半導体発光素子からの発光に対して劣化が少なく、耐アルカリ性、耐酸性、耐熱性にも優れる珪素含有化合物を使用することが好ましい。珪素含有化合物とは分子中に珪素原子を有する化合物をいい、ポリオルガノシロキサン等の有機材料(シリコーン系化合物)、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の無機材料、及びホウケイ酸塩、ホスホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩等のガラス材料を挙げることができる。中でも、透明性、接着性、ハンドリングの容易さ、機械的、熱適応力の緩和特性に優れる等の点から、シリコーン系材料が好ましい。
シリコーン系材料とは、通常、シロキサン結合を主鎖とする有機重合体をいい、例えば、縮合型、付加型、改良ゾルゲル型、光硬化型等のシリコーン系材料を用いることができる。
縮合型シリコーン系材料としては、例えば、日本国特開2007−112973号公報、日本国特開2007−112974号公報、日本国特開2007−112975号公報、日本国特開2007−19459号公報および日本国特開2008−34833号公報等に記載の半導体発光デバイス用部材を用いることができる。縮合型シリコーン系材料は半導体発光デバイスに用いられるパッケージや電極、発光素子などの部材との接着性に優れるため、密着向上成分の添加を最低限とすることが出来、架橋はシロキサン結合主体のため耐熱性・耐光性に優れる利点がある。
付加型シリコーン系材料としては、例えば、日本国特開2004−186168号公報、日本国特開2004−221308号公報および日本国特開2005−327777号公報等に記載のポッティング用シリコーン材料、日本国特開2003−183881号公報および日本国特開2006−206919号公報等に記載のポッティング用有機変性シリコーン材料、日本国特開2006−324596号公報に記載の射出成型用シリコーン材料、日本国特開2007−231173号公報に記載のトランスファー成型用シリコーン材料等を好適に用いることができる。付加型シリコーン材料は、硬化速度や硬化物の硬度などの選択の自由度が高い、硬化時に脱離する成分が無く硬化収縮しにくい、深部硬化性に優れるなどの利点がある。
また、縮合型の一つである改良ゾルゲル型シリコーン系材料としては、例えば、日本国特開2006−077234号公報、日本国特開2006−291018号公報および日本国特開2007−119569号公報等に記載のシリコーン材料を好適に用いることができる。改良ゾルゲル型のシリコーン材料は高架橋度で耐熱性・耐光性高く耐久性に優れ、ガス透過性低く耐湿性の低い蛍光体の保護機能にも優れる利点がある。
光硬化型シリコーン系材料としては、例えば日本国特開2007−131812号公報および日本国特開2007−214543号公報等に記載のシリコーン材料を好適に用いることが出来る。紫外硬化方シリコーン材料は、短時間に硬化するため生産性に優れる、硬化に高い温度をかける必要が無く発光素子の劣化が起こりにくいなどの利点がある。
これらのシリコーン系材料は単独で使用してもよいし、混合することにより硬化阻害が起きなければ複数のシリコーン系材料を混合して用いてもよい。
[2−3.液体媒体及び蛍光体の含有率]
液体媒体の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の蛍光体含有組成物全体に対して、通常25重量%以上、好ましくは40重量%以上であり、また、通常99重量%以下、好ましくは95重量%以下、より好ましくは80重量%以下である。液体媒体の量が多い場合には特段の問題は起こらないが、半導体発光装置とした場合に所望の色度座標、演色指数、発光効率等を得るには、通常、上記のような配合比率で液体媒体を用いることが望ましい。一方、液体媒体が少な過ぎると流動性が低下し取り扱い難くなる可能性がある。
液体媒体は、本発明の蛍光体含有組成物において、主にバインダーとしての役割を有する。液体媒体は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。例えば、耐熱性や耐光性等を向上させることを目的として珪素含有化合物を使用する場合は、当該珪素含有化合物の耐久性を損なわない程度に、エポキシ樹脂など他の熱硬化性樹脂を含有してもよい。この場合、他の熱硬化性樹脂の含有量は、バインダーである液体媒体全量に対して通常25重量%以下、好ましくは10重量%以下とすることが望ましい。
本発明の蛍光体含有組成物中の蛍光体の含有率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の蛍光体含有組成物全体に対して、通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは20重量%以上であり、通常75重量%以下、好ましくは60重量%以下である。また、蛍光体含有組成物中の蛍光体に占める本発明の蛍光体の割合についても任意であるが、通常30重量%以上、好ましくは50重量%以上であり、通常100重量%以下である。蛍光体含有組成物中の蛍光体含有量が多過ぎると蛍光体含有組成物の流動性が劣り、取り扱いにくくなることがあり、蛍光体含有量が少な過ぎると発光装置の発光の効率が低下する傾向にある。
[2−4.その他の成分]
本発明の蛍光体含有組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、蛍光体及び液体媒体以外に、その他の成分、例えば、後述の屈折率調整のための金属酸化物や、拡散剤、フィラー、粘度調整剤、紫外線吸収剤等の添加剤を含有させてもよい。その他の成分は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[3.発光装置]
本発明の発光装置(以下、適宜「発光装置」という)は、第1の発光体(励起光源)と、当該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを有する発光装置であって、該第2の発光体として前述の[1.蛍光体]の項で記載した本発明の蛍光体を1種以上含む第1の蛍光体を含有するものである。
本発明の蛍光体としては、通常は、励起光源からの光の照射下において、赤色領域の蛍光を発する蛍光体(以下「本発明の赤色蛍光体」と言う場合がある。)を使用する。本発明の赤色蛍光体は、600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものが好ましい。本発明の赤色蛍光体は、何れか1種を単独で使用してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の赤色蛍光体を使用することにより、本発明の発光装置は、青色領域の発光を有する励起光源(第1の発光体)に対して高い発光効率を示し、更には、照明装置、液晶ディスプレイ用光源等の白色発光装置に使用した場合に優れた発光装置となる。
また、本発明の発光装置に用いられる本発明の赤色蛍光体の好ましい具体例としては、前述の[1.蛍光体]の欄に記載した本発明の蛍光体や、後述の[実施例]の欄の各実施例に用いた蛍光体が挙げられる。
本発明の発光装置は、第1の発光体(励起光源)を有し、且つ、第2の発光体として少なくとも本発明の蛍光体を使用している他は、その構成は制限されず、公知の装置構成を任意にとることが可能である。装置構成の具体例については後述する。
本発明の発光装置の発光スペクトルにおける赤色領域の発光ピークとしては、600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものが好ましい。
なお、発光装置の発光スペクトルは、気温25±1℃に保たれた室内において、オーシャンオプティクス社製の色・照度測定ソフトウェア及びUSB2000シリーズ分光器(積分球仕様)を用いて20mA通電して測定を行なうことができる。この発光スペクトルの380nm〜780nmの波長領域のデータから、JIS Z 8701(1999年)で規定されるXYZ表色系における色度座標として色度値(x,y,z)を算出できる。この場合、x+y+z=1の関係式が成立する。本明細書においては、前記XYZ表色系をXY表色系と称している場合があり、通常(x,y)で表記している。
また、本発明の発光装置は、その発光効率が、通常10lm/W以上、中でも30lm/W以上、特には50lm/W以上であることが好ましい。なお、発光効率は、前述のような発光装置を用いた発光スペクトル測定の結果から全光束を求め、そのルーメン(lm)値を消費電力(W)で割ることにより求められる。消費電力は、20mAを通電した状態で、Fluke社のTrue RMS Multimeters Model 187&189を用いて電圧を測定し、電流値と電圧値の積で求められる。
本発明の発光装置のうち、特に白色発光装置として、具体的には、第1の発光体として後述するような励起光源を用い、上述のような赤色蛍光体の他、後述するような青色の蛍光を発する蛍光体(以下、適宜「青色蛍光体」という)、緑色の蛍光を発する蛍光体(以下、適宜「緑色蛍光体」という)、黄色の蛍光を発する蛍光体(以下、適宜「黄色蛍光体」という)等の公知の蛍光体を任意に組み合わせて使用し、公知の装置構成をとることにより得られる。
ここで、該白色発光装置の白色とは、JIS Z 8701(1999年)により規定された、(黄みの)白、(緑みの)白、(青みの)白、(紫みの)白及び白の全てを含む意であり、このうち好ましくは白である。
[3−1.発光装置の構成]
<3−1−1.第1の発光体>
本発明の発光装置における第1の発光体は、後述する第2の発光体を励起する光を発光するものである。
第1の発光体の発光ピーク波長は、後述する第2の発光体の吸収波長と重複するものであれば、特に制限されず、幅広い発光波長領域の発光体を使用することができる。通常は、紫外領域から青色領域までの発光波長を有する発光体が使用され、青色領域の発光波長を有する発光体を使用することが特に好ましい。
第1の発光体の発光ピーク波長の具体的数値としては、通常200nm以上が望ましい。このうち、青色光を励起光として用いる場合には、通常420nm以上、好ましくは430nm以上、より好ましくは440nm以上、また、通常480nm以下、好ましくは470nm以下、より好ましくは460nm以下の発光ピーク波長を有する発光体を使用することが望ましい。一方、近紫外光を励起光として用いる場合には、本発明の蛍光体が、近紫外光により励起されて青色光を発する蛍光体からの青色光で励起されるので、当該青色蛍光体の励起帯に合うような波長を有する励起光(近紫外光)を選ぶことが好ましい。具体的には、通常300nm以上、好ましくは330nm以上、より好ましくは360nm以上、また、通常420nm以下、好ましくは410nm以下、より好ましくは400nm以下の発光ピーク波長を有する発光体を使用することが望ましい。
第1の発光体としては、一般的には半導体発光素子が用いられ、具体的には発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)等が使用できる。その他、第1の発光体として使用できる発光体としては、例えば、有機エレクトロルミネッセンス発光素子、無機エレクトロルミネッセンス発光素子等が挙げられる。但し、第1の発光体として使用できるものは本明細書に例示されるものに限られない。
中でも、第1の発光体としては、GaN系化合物半導体を使用したGaN系LEDやLDが好ましい。なぜなら、GaN系LEDやLDは、この領域の光を発するSiC系LED等に比し、発光出力や外部量子効率が格段に大きく、前記蛍光体と組み合わせることによって、低電力で非常に明るい発光が得られるからである。例えば、20mAの電流負荷に対し、通常GaN系LEDやLDはSiC系の100倍以上の発光強度を有する。GaN系LEDやLDとしては、AlGaN発光層、GaN発光層又はInGaN発光層を有しているものが好ましい。中でも、発光強度が非常に高いことから、GaN系LEDとしては、InGaN発光層を有するものが特に好ましく、InGaN層とGaN層との多重量子井戸構造のものがさらに好ましい。
なお、上記においてX+Yの値は通常0.8〜1.2の範囲の値である。GaN系LEDにおいて、これら発光層にZnやSiをドープしたものやドーパント無しのものが発光特性を調節する上で好ましいものである。
GaN系LEDはこれら発光層、p層、n層、電極、及び基板を基本構成要素としたものであり、発光層をn型とp型のAlGaN層、GaN層、又はInGaN層などでサンドイッチにしたヘテロ構造を有しているものが、発光効率が高くて好ましく、更にヘテロ構造を量子井戸構造にしたものが、発光効率が更に高いため、より好ましい。なお、第1の発光体は、1個のみを用いてもよく、2個以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<3−1−2.第2の発光体>
本発明の発光装置における第2の発光体は、上述した第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する発光体であり、本発明の赤色蛍光体を含む第1の蛍光体を含有するとともに、その用途等に応じて適宜、後述する第2の蛍光体(青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、橙色蛍光体等)を含有する。また、例えば、第2の発光体は、第1及び第2の蛍光体を封止材料中に分散させて構成される。
上記第2の発光体中に用いられる、本発明の蛍光体以外の蛍光体の組成には特に制限はないが、母体結晶となる、Y、YVO、ZnSiO、YAl12、SrSiO等に代表される金属酸化物、SrSi等に代表される金属窒化物、Ca(POCl等に代表されるリン酸塩及びZnS、SrS、CaS等に代表される硫化物、YS、LaS等に代表される酸硫化物等にCe、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等の希土類金属のイオンやAg、Cu、Au、Al、Mn、Sb等の金属のイオンを付活元素又は共付活元素として組み合わせたものが挙げられる。
下表1に、好ましい結晶母体の具体例を示す。
Figure 0006292126
但し、上記の母体結晶及び付活元素又は共付活元素は、元素組成には特に制限はなく、同族の元素と一部置き換えることもでき、得られた蛍光体は近紫外から可視領域の光を吸収して可視光を発するものであれば用いることが可能である。
具体的には、蛍光体として以下に挙げるものを用いることが可能であるが、これらはあくまでも例示であり、本発明で使用できる蛍光体はこれらに限られるものではない。なお、以下の例示では、前述の通り、構造の一部のみが異なる蛍光体を、適宜省略して示している。
<3−1−2−1.第1の蛍光体>
本発明の発光装置における第2の発光体は、少なくとも上述の本発明の蛍光体を含む第1の蛍光体を含有する。本発明の蛍光体は、何れか1種を単独で使用してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、第1の蛍光体としては、本発明の蛍光体以外にも、本発明の蛍光体と同色の蛍光を発する蛍光体(同色併用蛍光体)を用いてもよい。通常、本発明の蛍光体は赤色蛍光体であるので、第1の蛍光体として、本発明の蛍光体と共に他種の赤色蛍光体ないし橙色の蛍光を発する蛍光体(以下、適宜「橙色蛍光体」という)を併用することができる。
本発明の発光装置に使用される第1の蛍光体の重量メジアン径D50は、通常2μm以上、中でも5μm以上、また、通常30μm以下、中でも20μm以下の範囲であることが好ましい。重量メジアン径D50が小さ過ぎると、輝度が低下し、蛍光体粒子が凝集してしまう傾向がある。一方、重量メジアン径が大き過ぎると、塗布ムラやディスペンサー等の閉塞が生じる傾向がある。
本発明の蛍光体と併用し得る橙色ないし赤色蛍光体としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。
この際、同色併用蛍光体である橙色ないし赤色蛍光体の発光ピーク波長は、通常570nm以上、好ましくは580nm以上、より好ましくは585nm以上、また、通常780nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは680nm以下の波長範囲にあることが好適である。
このような橙色ないし赤色蛍光体として使用できる蛍光体を下表2に示す。
Figure 0006292126
以上の中でも、赤色蛍光体としては、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O):Eu、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O):Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O):Eu、(Sr,Ba)SiO:Eu、(Ca,Sr)S:Eu、(La,Y)S:Eu、Eu(ジベンゾイルメタン)・1,10−フェナントロリン錯体等のβ−ジケトン系Eu錯体、カルボン酸系Eu錯体、KSiF:Mnが好ましく、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O):Eu、(Sr,Ca)AlSi(N,O):Eu、(La,Y)S:Eu、KSiF:Mnがより好ましい。
また、橙色蛍光体としては、(Sr,Ba)SiO:Eu、(Sr,Ba)SiO:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O):Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O):Ceが好ましい。
<3−1−2−2.第2の蛍光体>
本発明の発光装置における第2の発光体は、その用途に応じて、上述の第1の蛍光体以外にも蛍光体(即ち、第2の蛍光体)を含有していてもよい。この第2の蛍光体は、第1の蛍光体とは発光ピーク波長が異なる1種以上の蛍光体である。通常、これらの第2の蛍光体は、第2の発光体の発光の色調を調節するために使用されるため、第2の蛍光体としては第1の蛍光体とは異なる色の蛍光を発する蛍光体を使用することが多い。上記のように、通常は第1の蛍光体として赤色蛍光体を使用するので、第2の蛍光体としては、例えば青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体等の赤色蛍光体以外の蛍光体を用いる。
本発明の発光装置に使用される第2の蛍光体の重量メジアン径D50は、通常2μm以上、中でも5μm以上、また、通常30μm以下、中でも20μm以下の範囲であることが好ましい。重量メジアン径D50が小さ過ぎると、輝度が低下し、蛍光体粒子が凝集してしまう傾向がある。一方、重量メジアン径が大き過ぎると、塗布ムラやディスペンサー等の閉塞が生じる傾向がある。
<青色蛍光体>
本発明の蛍光体に加えて第2の蛍光体として青色蛍光体を使用する場合、当該青色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、青色蛍光体の発光ピーク波長は、通常420nm以上、好ましくは430nm以上、より好ましくは440nm以上、また、通常490nm以下、好ましくは480nm以下、より好ましくは470nm以下、更に好ましくは460nm以下の波長範囲にあることが好適である。使用する青色蛍光体の発光ピーク波長がこの範囲にあると、本発明の蛍光体の励起帯と重なり、当該青色蛍光体からの青色光により、本発明の蛍光体を効率良く励起することができるからである。
このような青色蛍光体として使用できる蛍光体を下表3に示す。
Figure 0006292126
以上の中でも、青色蛍光体としては、(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO(Cl,F):Eu、(Ba,Ca,Mg,Sr)SiO:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO(Cl,F):Eu、(Ba,Ca,Sr)MgSi:Euが好ましく、(Ba,Sr)MgAl1017:Eu、(Ca,Sr,Ba)10(PO(Cl,F):Eu、BaMgSi28:Euがより好ましく、Sr10(POCl:Eu、BaMgAl1017:Euが特に好ましい。
以上例示した青色蛍光体は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<緑色蛍光体>
本発明の蛍光体に加えて第2の蛍光体として緑色蛍光体を使用する場合、当該緑色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、緑色蛍光体の発光ピーク波長は、通常500nmより大きく、中でも510nm以上、更には515nm以上、また、通常550nm以下、中でも542nm以下、更には535nm以下の範囲であることが好ましい。この発光ピーク波長が短過ぎると青味を帯びる傾向がある一方で、長過ぎると黄味を帯びる傾向があり、何れも緑色光としての特性が低下する場合がある。
このような緑色蛍光体として利用できる蛍光体を下表4に示す。
Figure 0006292126
以上の中でも、緑色蛍光体としては、Y(Al,Ga)12:Ce、CaSc:Ce、Ca(Sc,Mg)Si12:Ce、(Sr,Ba)SiO:Eu、(Si,Al)(O,N):Eu(β−sialon)、(Ba,Sr)Si12:N:Eu、SrGa:Eu、BaMgAl1017:Eu,Mnが好ましい。
得られる発光装置を照明装置に用いる場合には、Y(Al,Ga)12:Ce、CaSc:CeCa(Sc,Mg)Si12:Ce、(Sr,Ba)SiO:Eu、(Si,Al)(O,N):Eu(β−sialon)、(Ba,Sr)Si12:N:Euが好ましい。
また、得られる発光装置を画像表示装置に用いる場合には、(Sr,Ba)SiO:Eu、(Si,Al)(O,N):Eu(β−sialon)、(Ba,Sr)Si12:N:Eu、SrGa:Eu、BaMgAl1017:Eu,Mnが好ましい。
以上例示した緑色蛍光体は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<黄色蛍光体>
本発明の蛍光体に加えて第2の蛍光体として黄色蛍光体を使用する場合、当該黄色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、黄色蛍光体の発光ピーク波長は、通常530nm以上、好ましくは540nm以上、より好ましくは550nm以上、また、通常620nm以下、好ましくは600nm以下、より好ましくは580nm以下の波長範囲にあることが好適である。
このような黄色蛍光体として利用できる蛍光体を下表5に示す。
Figure 0006292126
以上の中でも、黄色蛍光体としては、YAl12:Ce、(Y,Gd)Al12:Ce、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu、(Ca,Sr)Si:Euが好ましい。
以上例示した黄色蛍光体は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
具体的に、本発明の半導体発光装置を白色発光の発光装置として構成する場合における、半導体発光素子と、Mn4+で付活されたフッ素含有蛍光体と、他の蛍光体との好ましい組み合わせの例としては、以下の(A)〜(C)の組み合わせが挙げられる。
(A)半導体発光素子として青色発光体(青色LED等)を使用し、赤色蛍光体としてMn4+で付活された本発明の蛍光体を使用し、他の蛍光体として緑色蛍光体または黄色蛍光体を使用する。緑色蛍光体としては、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu系蛍光体、(Ca,Sr)Sc:Ce系蛍光体、Ca(Sc,Mg)Si12:Ce系蛍光体、SrGa:Eu系蛍光体、Eu付活β−サイアロン系蛍光体、(Mg,Ca,Sr,Ba)Si:Eu系蛍光体、及びMSi12:Eu(但し、Mはアルカリ土類金属元素を表わす。)からなる群より選ばれる1種又は2種以上の緑色蛍光体が好ましい。黄色蛍光体としてはYAl12:Ce系蛍光体、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu系蛍光体、及びα−サイアロン系蛍光体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の黄色蛍光体が好ましい。なお、緑色蛍光体と黄色蛍光体を併用してもよい。
(B)半導体発光素子として近紫外発光体(近紫外LED等)を使用し、赤色蛍光体としてMn4+で付活された本発明の蛍光体を使用し、他の蛍光体として青色蛍光体及び緑色蛍光体を使用する。この場合、青色蛍光体としては、(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Eu、(Sr,Ba)MgSi:Eu、及び(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO(Cl,F):Euからなる群より選ばれる1種又は2種以上の青色蛍光体が好ましい。また、緑色蛍光体としては、前述の(A)の項で例示した緑色蛍光体に加え、(Ba,Sr)MgAl1017:Eu,Mn、(Ba,Sr,Ca)Al1425:Eu、及び(Ba,Sr,Ca)Al:Euからなる群より選ばれる1種又は2種以上の緑色蛍光体が好ましい。
(C)半導体発光素子として青色発光体(青色LED等)を使用し、赤色蛍光体としてMn4+で付活された本発明の蛍光体を使用し、さらに橙色蛍光体を使用する。この場合、橙色蛍光体としては(Sr,Ba)SiO:Euが好ましい。
なお、Mn4+で付活された本発明の蛍光体としては、前述したように、好ましくは前記式[1]で表される蛍光体を組み合わせる。
また、上述した蛍光体の組み合わせについて、以下により具体的に説明する。半導体発光素子として青色LED等の青色発光のものを使用し、画像表示装置のバックライトに用いるときは、下表6に示す組み合わせとすることが好ましい。
Figure 0006292126
また、表6に示した組み合わせの中でもより好ましい組み合わせを表7に示す。
Figure 0006292126
さらに、特に好ましい組み合わせを表8に示す。
Figure 0006292126
表6〜8に示す各色蛍光体は、青色領域の光で励起され、それぞれ赤色領域、および緑色領域の中でも狭帯域で発光し、かつ温度変化による発光ピーク強度の変化が少ないという優れた温度特性を有している。
よって、青色領域の光を発する半導体発光素子にこれら各色蛍光体を含む2種以上の蛍光体を組み合わせることで、発光効率を従来よりも高く設定しうる、本発明のカラー画像表示装置用のバックライトに用いる光源に適した半導体発光装置とすることができる。
また、近紫外ないし紫外領域の光を発する固体発光素子と蛍光体とを組み合わせて用いる場合は、上記表6〜8に記載の蛍光体の組み合わせにさらに(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO(Cl,F):Eu、及び(Sr,Ba)MgSi:Eu、(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Euからなる群から選ばれる1種以上の青色蛍光体を組み合わせることが好ましく、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO(Cl,F):Eu、又は(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Euを組み合わせることがより好ましい。この際、緑色蛍光体としては、BaMgAl1017:Eu,Mnを組み合わせることが好ましい。
[4.発光装置の実施形態]
[4−1.発光装置の実施形態]
以下、本発明の発光装置について、具体的な実施の形態を挙げて、より詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
本発明の発光装置の一例における、励起光源となる第1の発光体と、蛍光体を有する蛍光体含有部として構成された第2の発光体との位置関係を示す模式的斜視図を図1に示す。図1中の符号1は蛍光体含有部(第2の発光体)、符号2は励起光源(第1の発光体)としての面発光型GaN系LD、符号3は基板を表す。相互に接触した状態をつくるために、励起光源2(LD)と蛍光体含有部1(第2の発光体)とそれぞれ別個に作製し、それらの面同士を接着剤やその他の手段によって接触させてもよいし、励起光源2(LD)の発光面上に蛍光体含有部1(第2の発光体)を製膜(成型)させてもよい。これらの結果、励起光源(2LD)と蛍光体含有部1(第2の発光体)とを接触した状態とすることができる。
このような装置構成をとった場合には、励起光源(第1の発光体)からの光が蛍光体含有部(第2の発光体)の膜面で反射されて外にしみ出るという光量損失を避けることができるので、装置全体の発光効率を良くすることができる。
図2(a)は、一般的に砲弾型と言われる形態の発光装置の代表例であり、励起光源(第1の発光体)と蛍光体含有部(第2の発光体)とを有する発光装置の一実施例を示す模式的断面図である。該発光装置4において、符号5はマウントリード、符号6はインナーリード、符号7は励起光源(第1の発光体)、符号8は蛍光体含有部、符号9は導電性ワイヤ、符号10はモールド部材をそれぞれ指す。
また、図2(b)は、表面実装型と言われる形態の発光装置の代表例であり、励起光源(第1の発光体)と蛍光体含有部(第2の発光体)とを有する発光装置の一実施例を示す模式的断面図である。図中、符号22は励起光源(第1の発光体)、符号23は蛍光体含有部(第2の発光体)、符号24はフレーム、符号25は導電性ワイヤ、符号26及び符号27は電極をそれぞれ指す。
[4−2.発光装置の用途]
本発明の発光装置の用途は特に制限されず、通常の発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能であるが、演色性が高い、及び色再現範囲が広いことから、中でも照明装置や画像表示装置の光源として、とりわけ好適に用いられる。
<4−2−1.照明装置>
本発明の発光装置を照明装置に適用する場合には、前述のような発光装置を公知の照明装置に適宜組み込んで用いればよい。例えば、図3に示されるような、前述の発光装置4を組み込んだ面発光照明装置11を挙げることができる。
図3は、本発明の照明装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。この図3に示すように、該面発光照明装置は、内面を白色の平滑面等の光不透過性とした方形の保持ケース12の底面に、多数の発光装置13(前述の発光装置4に相当)を、その外側に発光装置13の駆動のための電源及び回路等(図示せず。)を設けて配置し、保持ケース12の蓋部に相当する箇所に、乳白色としたアクリル板等の拡散板14を発光の均一化のために固定してなる。
そして、面発光照明装置11を駆動して、発光装置13の励起光源(第1の発光体)に電圧を印加することにより光を発光させ、その発光の一部を、蛍光体含有部(第2の発光体)としての蛍光体含有樹脂部における前記蛍光体が吸収し、可視光を発光し、一方、蛍光体に吸収されなかった青色光等との混色により演色性の高い発光が得られ、この光が拡散板14を透過して、図面上方に出射され、保持ケース12の拡散板14面内において均一な明るさの照明光が得られることとなる。
<4−2−2.画像表示装置>
本発明の発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合には、その画像表示装置の具体的構成に制限は無いが、カラーフィルターとともに用いることが好ましい。例えば、画像表示装置として、カラー液晶表示素子を利用したカラー画像表示装置とする場合は、上記発光装置をバックライトとし、液晶を利用した光シャッターと赤、緑、青の画素を有するカラーフィルターとを組み合わせることにより画像表示装置を形成することができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
[物性値の測定方法]
後述する各実施例、及び比較例で得られる蛍光体の物性値は、以下の方法で測定、及び算出した。
{発光特性}
<発光スペクトル>
発光スペクトルは、室温(25℃)において、日立製作所社製蛍光分光光度計F−4500を用いて測定した。より具体的には、455nmの励起光を照射して500nm以上700nm以下の波長範囲内の発光スペクトルを得た。また、発光ピーク波長(以下、「ピーク波長」と称することがある。)は、得られた発光スペクトルから読み取った。
<励起スペクトル>
励起スペクトルは、室温(25℃)において、日立製作所社製蛍光分光光度計F−4500を用いて測定した。より具体的には、赤色発光ピークをモニターした、300nm以上550nm以下の波長範囲内の励起スペクトルを得た。たとえば、後術する実施例1においては、赤色発光ピーク632nmをモニターして、300nm以上550nm以下の波長範囲内の励起スペクトルを得た。
{量子効率}
<吸収効率α、内部量子効率η、及び外部量子効率η
量子効率(吸収効率α、内部量子効率η及び外部量子効率η)を求めるに際し、まず、測定対象となる蛍光体サンプル(例えば蛍光体の粉末等)を、測定精度が保たれるように、十分に表面を平滑にしてセルに詰め、積分球等の集光装置に取り付けた。
該集光装置に、蛍光体サンプルを励起するための発光源として、Xeランプを取り付けた。また、発光源の発光ピーク波長が455nmの単色光となるように、フィルターやモノクロメーター(回折格子分光器)等を用いて調整を行なった。
この発光ピーク波長が調整された発光源からの光を、測定対象の蛍光体サンプルに照射し、発光(蛍光)及び反射光を含むスペクトルを分光測定装置(大塚電子株式会社製 MCPD7000)で測定した。
<吸収効率α
吸収効率αは、蛍光体サンプルによって吸収された励起光のフォトン数Nabsを、励起光の全フォトン数Nで割った値として算出した。
具体的な算出手順は以下の通りである。
まず、後者の励起光の全フォトン数Nを、次のようにして求めた。
すなわち、励起光に対してほぼ100%の反射率Rを持つ物質、例えばLabsphere製「Spectralon」(455nmの励起光に対して98%の反射率Rを持つ)等の白色反射板を測定対象として、蛍光体サンプルと同様の配置で上述の集光装置に取り付け、該分光測定装置を用いて反射スペクトルを測定した(この反射スペクトルを以下「Iref(λ)」とする)。
この反射スペクトルIref(λ)から、下記(式I)で表わされる数値を求めた。なお、下記(式I)の積分区間は、435nm〜465nmとした。下記(式I)で表わされる数値は、励起光の全フォトン数Nに比例する。
Figure 0006292126
また、吸収効率αの測定対象となる蛍光体サンプルを集光装置に取り付けたときの反射スペクトルI(λ)から、下記(式II)で表わされる数値を求めた。なお、上記(式II)の積分区間は、上記(式I)で定めた積分区間と同じとした。下記(式II)で求められる数値は、蛍光体サンプルによって吸収された励起光のフォトン数Nabsに比例する。
Figure 0006292126
以上より、吸収効率αを次の式により算出した。
吸収効率α=Nabs/N=(式II)/(式I)
<内部量子効率η
内部量子効率ηは、蛍光現象に由来するフォトンの数NPLを、蛍光体サンプルが吸収したフォトンの数Nabsで割った値として算出した。
上記のI(λ)から、下記式(III)で表わされる数値を求めた。なお、(式III)の積分区間の下限は、466nm〜780nmとした。下記(式III)で求められる数値は、蛍光現象に由来するフォトンの数NPLに比例する。
Figure 0006292126
以上より、内部量子効率ηを次の式により算出した。
η=(式III)/(式II)
<外部量子効率η
外部量子効率ηは、上記の手順により求めた吸収効率αと内部量子効率ηとの積をとることで算出した。
{粉末X線回折測定 一般同定用}
粉末X線回折はPANalytical製粉末X線回折装置X’Pertにて精密測定した。測定条件は以下の通りである。また、測定データについては、データ処理用ソフトX’Pert High Score(PANalytical社製)を用い、ベンディングフィルターを5として自動バックグラウンド処理を実施した。
CuKα管球使用
X線出力=45kV、40mA
発散スリット=自動、照射幅10mm×10mm
検出器=半導体アレイ検出器X’Celerator使用、Cuフィルター使用
走査範囲 2θ=10〜65度
読み込み幅=0.0167度
計数時間=10秒
<合成例1>KMnFの製造
MnFはAngew.Chem.65,304(1953)に開示された方法で、下記で示される反応式によって得ることができる。
Figure 0006292126
すなわち、KF粉体又はKHF粉体をフッ化水素酸(47.3重量%)に溶解させてから、KMnO粉体をこの溶液に入れて溶解させた。溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を滴下していくと、KMnOとHとのモル比が1.5になった時に黄色い沈殿物を得た。その沈殿物をアセトンで洗浄して130℃で1時間乾燥させることにより、KMnFを得た。
以下の実施例及び比較例では、上記のようにして合成したKMnFを用いた。
[蛍光体製造の実施例]
ここに、本発明の蛍光体製造の例を示すが、本発明の効果は組成元素に由来するものであり、ここに記載した製造方法に限定されるものではない。
<実施例1>
MnFをフッ化水素酸(47.3重量%)15mlに溶解させ、溶液1を得た。一方、LiNOとCa(NO・4HOとMg(NO・6HOとAl(NO・9HOとを水5mlに溶解させ溶液2を得た。
その後、大気圧、室温において、溶液1に溶液2を添加することによって沈殿物を得た。この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlの水で洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例1の蛍光体を得た。実施例1の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でLi:Ca:Mg:Al:Mn=2:1:0.1:0.8:0.1とした。
図4に室温で測定した実施例1の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図4に示されるように、実施例1の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが632nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
図5に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例1の蛍光体のXRDパターンを示す。XRDパターンから、結晶相としてLiCaAlFの結晶相ができていることがわかった。
<実施例2>
MnFをフッ化水素酸(47.3重量%)15mlに溶解させ、溶液3を得た。一方、LiNOとSr(NOとMg(NO・6HOとAl(NO・9HOとを水5mlに溶解させ溶液4を得た。
その後、大気圧、室温において、溶液3に溶液4を添加することによって沈殿物を得た。この沈殿物を実施例1と同様に洗浄、濾過、乾燥して実施例2の蛍光体を得た。実施例2の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でLi:Sr:Mg:Al:Mn=2:1:0.1:0.8:0.1とした。
図6に室温で測定した実施例2の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図6に示されるように、実施例2の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが631nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
図7に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例2の蛍光体のXRDパターンを示す。XRDパターンから、結晶相としてLiSrAlFの結晶相ができていることがわかった。
<実施例3>
(NHAlFとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)15mlに溶解させ、溶液5を得た。一方、CHCOOLi・2HOと(CHCOO)Baと(CHCOO)Mg・4HOとを水5mlに溶解させ溶液6を得た。
その後、大気圧、室温において、溶液5に溶液6を添加することによって沈殿物を得た。この沈殿物を実施例1と同様に洗浄、濾過、乾燥して実施例3の蛍光体を得た。実施例3の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でLi:Ba:Mg:Al:Mn=4:0.5:0.1:0.8:0.1とした。
図8に室温で測定した実施例3の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図8に示されるように、実施例3の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが624nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
図9に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例3の蛍光体のXRDパターンを示す。XRDパターンから、結晶相としてLiBaAlFの結晶相ができていることがわかった。
<実施例4>
(NHAlFとKMnFとNaHFとをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに溶解させた。
その後、大気圧、室温において、上記の溶液にBaCO粉末を添加することによって沈殿物を得た。この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄して濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例4の蛍光体を得た。実施例4の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ba:Al:Mn=1:0.5:0.95:0.05とした。
図10に室温で測定した実施例4の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図10に示されるように、実施例4の蛍光体は、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが635nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<実施例5>
(NHAlFとKMnFとNaHFとをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに溶解させ、溶液7を得た。一方、MgCl・6HOを水5mlに溶解させて溶液8を得た。
その後、大気圧、室温において、溶液7に溶液8を添加することによって沈殿物を得た。沈殿物を実施例4と同様に濾過し、乾燥することによって実施例5の蛍光体を得た。実施例5の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Mg:Al:Mn=2:1.05:0.9:0.05とした。
図11に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例5の蛍光体のXRDパターンを示す。XRDパターンから、結晶相としてNaMgAlFのパイロクロア相ができていることがわかった。
<実施例6>
MnFをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに溶解させ、溶液9を得た。一方、NaClとCaCl・2 HOとMgCl・6HOとAlCl・6 HOとを水10mlに溶解させて溶液10を得た。
その後、大気圧、室温において、溶液9に溶液10を添加することによって沈殿物を得た。沈殿物を実施例4と同様に濾過し、乾燥することによって実施例6の蛍光体を得た。実施例6の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ca:Mg:Al:Mn=3:1:3:0.95:0.05とした。
図12に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例6の蛍光体のXRDパターンを示す。XRDパターンから、結晶相として実施例5と同じパイロクロア相ができていることがわかる。
<実施例7>
(NHAlFとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)15mlに溶解させ、溶液11を得た。一方、(CHCOO)Naと(CHCOO)Ca・HOと(CHCOO)Mg・4HOとを水5mlに溶解させて溶液12を得た。
その後、大気圧、室温において、溶液11に溶液12を添加することによって沈殿物を得た。この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlの水で洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例1の蛍光体を得た。実施例7の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ca:Mg:Al:Mn=6:0.9:3.1:0.9:0.1とした。
図13に室温で測定した実施例7の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図13に示されるように、実施例7の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが632nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
図14に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例7の蛍光体のXRDパターンを示す。このXRDパターンと、American Mineralogist,Volume 95,736−740,2010に記載されているCaNaAlMg14結晶の原子座標と構造解析ソフトREITANを使い、波長1.54ÅのX線照射時で計算したXRDパターンを比較した結果、一致することから実施例7で合成された蛍光体はCaNaAlMg14であることが確認された。
<実施例8>
LiFとMgFと(NHAlFとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)15mlに添加して、溶液13を得た。溶液13にBaCO粉体を添加し、2日間静置した後、沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、120℃で2時間乾燥して実施例8の蛍光体を得た。実施例8の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でLi:Ba:Mg:Al:Mn=2:0.5:0.1:0.8:0.1とした。
図15に室温で測定した実施例8の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図15に示されるように、実施例8の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが631nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
図16に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例8の蛍光体のXRDパターンを示す。また、ICP元素分析による各元素の比率はLi:Ba:Al:F=18:7:8:67であった。
<実施例9>
(NHSiFとKMnFと酢酸Alとをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに添加して、溶液14を得た。溶液14に粉体の(CHCOO)Naと(CHCOO)Ca・HOとを添加して、沈殿物を得た。
この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例9の蛍光体を得た。実施例9の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ca:Al:Si:Mn=3:1:1:0.9:0.1とした。実施例9の化学組成分析を、SEM(S−3400N)(日立製作所社製)と、エネルギー分散X線分析装置(EDX)(堀場製作所社製)EX−250 x−actとを用いて、SEM−EDX法により測定を行った。具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)測定において、蛍光体に加速電圧10kVで電子線を照射し、蛍光体中に含まれる各元素から放出される特性Xを検出して元素分析を行った。SEM−EDXによる組成分析の結果、実施例9の蛍光体は、Na:Ca:Al:Si=1.9:0.1:0.1:0.9であることが確認された。
図17に室温で測定した実施例9の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図17に示されるように、実施例9の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが626nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
図18に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、実施例9の蛍光体のXRDパターンを示す。XRDパターンから、NaSiFと同構造であるが、より低角側にシフトしていることからCaとAlの固溶置換による効果であることがわかる。
<実施例10>
SiOとAl(OH)とCaCOとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)15mlに添加して、溶液15を得た。溶液15に、粉体のNaHFを添加して、沈殿物を得た。
この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例10の蛍光体を得た。実施例10の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ca:Al:Si:Mn=3:1:1:2.4:0.1とした。実施例10の化学組成分析を、実施例9と同様にSEM−EDXにより行った結果、実施例10の蛍光体は、Na:Ca:Al:Si=1.95:0.05:0.05:0.95であることが確認された。
図19に室温で測定した実施例10の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図19に示されるように、実施例10の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが626nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<実施例11>
GeOと(NHAlFとCaCOとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに添加して、溶液16を得た。一方、NaHFをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに添加して、溶液17を得た。溶液16に、溶液17を添加して、沈殿物を得た。
この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例10の蛍光体を得た。実施例11の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ca:Al:Ge:Mn=2:0.1:0.1:0.95:0.05とした。実施例11の化学組成分析を、実施例9と同様にSEM−EDXにより行った結果、実施例11の蛍光体は、Na:Ca:Al:Ge=1.95:0.05:0.05:0.95であることが確認された。
図20に室温で測定した実施例11の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図20に示されるように、実施例11の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが626nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<実施例12>
CaCOの代わりに、SrCOを使用した以外は、実施例11と同様にして、実施例12の蛍光体を得た。実施例12の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Sr:Al:Ge:Mn=2:0.1:0.1:0.95:0.05とした。実施例12の化学組成分析を、実施例9と同様にSEM−EDXにより行った結果、実施例12の蛍光体は、Na:Sr:Al:Ge=1.95:0.05:0.05:0.95であることが確認された。
図21に室温で測定した実施例12の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図21に示されるように、実施例12の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが626nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<実施例13>
TiF水溶液とCaCOとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)6mlに添加して、溶液18を得た。この溶液18に、粉体のNaHFと(NHAlFとを添加して、沈殿物を得た。この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例13の蛍光体を得た。実施例13の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でNa:Ca:Ti:Ge:Mn=2:0.1:0.1:0.95:0.05とした。実施例13の化学組成分析を、実施例9と同様にSEM−EDXにより行った結果、実施例13の蛍光体は、Na:Ca:Al:Ti=1.98:0.02:0.02:0.98であることが確認された。
図22に室温で測定した実施例13の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図22に示されるように、実施例13の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが626nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<実施例14>
SiOとAl(OH)とSrCOとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに添加して、溶液19を得た。一方、KHFをフッ化水素酸(47.3重量%)6ml添加して、溶液20を得た。溶液19に、溶液20をゆっくり添加することによって、沈殿物を得た。
この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例14の蛍光体を得た。実施例14の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でK:Sr:Al:Si:Mn=2:0.1:0.1:0.95:0.05とした。実施例14の化学組成分析を、実施例9と同様にSEM−EDXにより行った結果、実施例14の蛍光体は、K:Sr:Al:Si=1.98:0.02:0.02:0.98であることが確認された。
図23に室温で測定した実施例14の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図23に示されるように、実施例14の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが629nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<実施例15>
TiF水溶液とAl(OH)とSrCOとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)10mlに添加して、溶液21を得た。一方、KHFをフッ化水素酸(47.3重量%)6ml添加して、溶液22を得た。溶液21に、溶液22をゆっくり添加することによって、沈殿物を得た。
この沈殿物を濾紙で濾過した後、10mlのエタノールで洗浄してから濾紙で濾過した後、150℃で2時間乾燥して実施例15の蛍光体を得た。実施例15の合成において、各組成元素の仕込組成はモル比でK:Sr:Al:Ti:Mn=2:0.1:0.1:0.95:0.05とした。実施例15の化学組成分析を、実施例9と同様にSEM−EDXにより行った結果、実施例15の蛍光体は、K:Sr:Al:Ti=1.96:0.04:0.04:0.96であることが確認された。
図24に室温で測定した実施例15の蛍光体の励起スペクトル(破線)および発光スペクトル(実線)を示す。図24に示されるように、実施例15の蛍光体は、励起・蛍光スペクトルから、波長300〜500nmの領域で励起され、発光ピークが630nmで波長600〜650nmにあって半値幅が狭く、赤色発光していることがわかる。
<比較例1>
国際公開第2009/099211号に記載の方法で、Mnを賦活したKTiFの比較例1の蛍光体を得た。
<比較例2>
国際公開第2009/099211号に記載の方法で、Mnを賦活したKSiFの比較例2の蛍光体を得た。
<比較例3>
国際公開第2011/073871号に記載の方法で、NaClとMgClとAlClとLiClとKMnFとをフッ化水素酸(47.3重量%)に添加することによって、Mnが賦活されたNaLiAl12の比較例3の蛍光体を得た。
図25に室温で粉末X線回折測定を行って得られた、比較例3の蛍光体のXRDパターンを示す。
下記の導電率の測定方法により、実施例1〜3、7、比較例1〜3の蛍光体について、各々の導電率を測定した。
<導電率の測定>
本発明の蛍光体について、導電率を測定した結果を表9に纏めた。
導電率の測定は、下記の方法にて行った。
蛍光体0.1g以上を水100mlに分散させて、蛍光体からの溶出イオンが飽和状態とする為に、24時間以上室温にて静置した。導電率の測定は、導電率計ES−12(HORIBA社製)を用いて行った。
尚、蛍光体を含まない水の測定も行った。
Figure 0006292126
先ず蛍光体を含まない水の導電率測定結果より、水の汚染などによる導電率への影響がないことを確認した。
表9に示すが如く、本発明の蛍光体は、導電率の値が低い。これは、水への溶出が少ないことを意味しており、つまりは本発明の蛍光体は、耐水性が高いことが判る。
これより、本発明の蛍光体を含む発光装置は、水分による蛍光体の溶出が起きにくい為、蛍光体自体の劣化、又は蛍光体の劣化による溶出物による他の材料への悪影響が少ないので、高品質である。
本発明を詳細にまた特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、2012年12月26日出願の日本特許出願(特願2012−283161)、2013年3月7日出願の日本特許出願(特願2013−045718)及び2013年3月26日出願の日本特許出願(特願2013−064724)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明は、光を用いる任意の分野において用いることができ、例えば屋内及び屋外用の照明などのほか、携帯電話、家庭用電化製品、屋外設置用ディスプレイ等の各種電子機器の画像表示装置などに好適に用いることができる。
1 蛍光体含有部(第2の発光体)
2 励起光源(第1の発光体)(LD)
3 基板
4 発光装置
5 マウントリード
6 インナーリード
7 励起光源(第1の発光体)
8 蛍光体含有部
9 導電性ワイヤ
10 モールド部材
11 面発光照明装置
12 保持ケース
13 発光装置
14 拡散板
22 励起光源(第1の発光体)
23 蛍光体含有部(第2の発光体)
24 フレーム
25 導電性ワイヤ
26 電極
27 電極

Claims (18)

  1. 下記式[1]で表される化学組成を有する結晶相を含有し、600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有する、蛍光体。
    :R・・・ 式[1]
    ただし、上記式[1]において、
    Aは1種以上のアルカリ金属元素を示し、
    Bは1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
    Cは周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    Dは周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    Xは少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
    Rは少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
    a、b、c、dおよびxはそれぞれ、0<a<2、0<b<1、0<c<1、0<d≦1、0.8≦c+d≦1.2および5.0≦x≦7.0を満たす数を表す。
  2. 下記式[2]で表される化学組成を有する結晶相を含有し、該結晶相はガーネット構造を有さない蛍光体であり、少なくともMn4+で付活されることにより600nm以上650nm以下の波長範囲に発光ピークを有する、蛍光体。
    aii bii cii dii xii ・・・ 式[2]
    ただし、上記式[2]において、
    は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
    は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
    は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    は1種以上のハロゲン元素を示し、
    aii、bii、cii、diiおよびxiiはそれぞれ、0≦aii<1、0<bii<1、0<cii<1、0.01≦dii<1および0<xii<1であって、aii+bii+cii+dii+xii=1を満たす数を表す。
  3. 前記Bとして含まれるアルカリ土類金属元素の元素数(Z2)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z2/Z8)が、0.05以上であり、かつ、前記Cの元素数(Z3)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z3/Z8)が0.02以上である、請求項2に記載の蛍光体。
  4. 前記Bが、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Cが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素である、請求項2または請求項3に記載の蛍光体。
  5. 前記Cが、少なくともAlを含む1種以上の元素であって、
    前記Cとして含まれるAlの元素数(Z4)の蛍光体中に含まれる全元素数(Z8)に対する比率(Z4/Z8)が0.01以上である、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の蛍光体。
  6. 前記式[2]で表される化学組成が、下記式[3]で表される、請求項2に記載の蛍光体。
    aiii biii ciii diii xiii diii:R・・・ 式[3]
    ただし、上記式[3]において、
    は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
    は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
    は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    は少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
    は1種以上の周期表第16族元素を示し、
    は少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
    aiii、biii、ciii、diiiおよびxiiiはそれぞれ、0.8≦aiii≦1.2、0.8≦biii≦1.2、0≦ciii≦1.2、0≦diii≦1、0.8≦ciii+diii≦1.2、5.0≦xiii≦7.0および5.0≦xiii+diii≦7.0を満たす数を表す。
  7. 前記Aが、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Bが、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Cが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素である、請求項6に記載の蛍光体。
  8. 前記Dが、Ti、Zr、Hf、Si、GeおよびSnからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Yが、少なくともOを含む、請求項6または請求項7に記載の蛍光体。
  9. 前記式[2]で表される化学組成が、下記式[4]で表される、請求項2に記載の蛍光体。
    (A aiv biv(C civ div eiv)(X xiv yiv:R・・・ 式[4]
    ただし、上記式[4]において、
    は1種以上のアルカリ金属元素を示し、
    は1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
    は前記Bとは異なる1種以上のアルカリ土類金属元素を示し、
    は周期表第3族元素および第13族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    は周期表第4族元素および第14族元素からなる群から選ばれる1種以上の元素を示し、
    は少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素を示し、
    は1種以上の周期表第16族元素を示し、
    は少なくとも4価のMnを含む元素を示し、
    aiv、biv、civ、div、eiv、xivおよびyivはそれぞれ、0<aiv≦2.0、0≦biv≦1.0、0<aiv+biv≦2.5、0<civ≦2.0、0<div≦2.0、0≦eiv≦1.0、0.5≦civ+div+eiv≦2.5、0<xiv≦2.0、0≦yiv≦1.0および0.5≦xiv+yiv≦2.5を満たす数を表す。
  10. 前記Aが、Li、Na、K、RbおよびCsからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Bが、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上を主として含む元素であり、
    前記Cが、Mgを主として含む元素であり、
    前記Dが、Al、Ga、In、ScおよびYからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Xが、少なくともFを含む1種以上のハロゲン元素である、請求項9に記載の蛍光体。
  11. 前記Cが、Mgである、請求項9または請求項10に記載の蛍光体。
  12. 前記Eが、Ti、Zr、Hf、Si、GeおよびSnからなる群から選択される1種以上の元素であり、
    前記Yが、少なくともOを含む、請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の蛍光体。
  13. 前記蛍光体がパイロクロア構造を有する結晶相を含有する、請求項9〜請求項12のいずれか1項に記載の蛍光体。
  14. 請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の蛍光体と、液体媒体とを含有する、蛍光体含有組成物。
  15. 第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、
    該第2の発光体として請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の蛍光体の1種以上を含む第1の蛍光体を含有する、発光装置。
  16. 前記第2の発光体として、前記第1の蛍光体とは発光ピーク波長の異なる1種以上の蛍光体を含む第2の蛍光体を含有する、請求項15に記載の発光装置。
  17. 請求項15または請求項16に記載の発光装置を備える、照明装置。
  18. 請求項15または請求項16に記載の発光装置を備える、画像表示装置。
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