JP7278924B2 - β型サイアロン蛍光体および発光装置 - Google Patents
β型サイアロン蛍光体および発光装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、β型サイアロン蛍光体および発光装置に関する。
一次光を発する発光素子と、一次光を吸収して二次光を発する蛍光体とを組み合わせた発光装置が知られている。
近年、発光装置の高出力化に伴い、蛍光体の耐熱性および耐久性に対する要求が高まっており、結晶構造が安定したβ型サイアロン蛍光体が注目されている。
近年、発光装置の高出力化に伴い、蛍光体の耐熱性および耐久性に対する要求が高まっており、結晶構造が安定したβ型サイアロン蛍光体が注目されている。
β型サイアロンの結晶構造内にＥｕ２＋を固溶させた蛍光体は、紫外から青色の光で励起され５２０～５５０ｎｍの緑色発光を示す蛍光体である。Ｅｕ２＋を固溶させたβ型サイアロンは、Ｅｕ固溶β型サイアロンとも呼ばれる。この蛍光体は、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と呼ぶ。）等の発光装置の緑色発光成分として使用されている。Ｅｕ固溶β型サイアロンは、Ｅｕ２＋を固溶させた蛍光体の中でも、発光スペクトルは非常にシャープであり、特に青、緑、赤の光の３原色からなる狭帯域発光が要求される液晶ディスプレイパネルのバックライト光源の緑色発光成分に好適な蛍光体である。
このようなβ型サイアロン蛍光体に関する技術としては、例えば、以下の特許文献１に記載のものが挙げられる。
特許文献１（国際公開第２０１２／０１１４４４号）には、一般式：Ｓｉ６－ＺＡｌＺＯＺＮ８－Ｚ（０＜Ｚ≦０．４２）で示され、Ｅｕを固溶させたβ型サイアロンであって、β型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径が５μｍ以上であるβ型サイアロンが記載されている。
β型サイアロン蛍光体および発光装置は輝度のさらなる向上が求められている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、輝度が向上したβ型サイアロン蛍光体および発光装置を提供するものである。
本発明者らは、輝度が向上したβ型サイアロン蛍光体および発光装置を提供するために鋭意検討を重ねた。その結果、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０をそれぞれ特定の範囲にすると、β型サイアロン蛍光体およびそれを用いた発光装置の輝度を向上できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明によれば、以下に示すβ型サイアロン蛍光体および発光装置が提供される。
［１］
ユウロピウムが固溶したβ型サイアロン蛍光体であって、
上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径をＤ５０とし、
上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の１０％面積平均径をＤ１０としたとき、
上記Ｄ５０が７．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［２］
上記［１］に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の９０％面積平均径をＤ９０としたとき、
（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．４５以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［３］
上記［１］または［２］に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
一般式Ｓｉ６－ｚＡｌｚＯｚＮ８－ｚ：Ｅｕ２＋（０＜Ｚ≦４．２）で示されるβ型サイアロン蛍光体。
［４］
上記［１］乃至［３］のいずれか一つに記載のβ型サイアロン蛍光体において、
上記β型サイアロン蛍光体の二次粒子のＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）が５μｍ以上５０μｍ以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［５］
上記［１］乃至［４］のいずれか一つに記載のβ型サイアロン蛍光体において、
上記β型サイアロン蛍光体の二次粒子数に対する一次粒子数の比が１．９０以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［６］
発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、
上記波長変換部材は蛍光体を含み、
上記蛍光体が上記［１］乃至［５］のいずれか一つに記載のβ型サイアロン蛍光体を含む発光装置。
［７］
上記［６］に記載の発光装置において、
上記発光光源が、３００ｎｍ～５００ｎｍの波長の光を発生するＬＥＤチップを含む発光装置。
［８］
上記［６］または［７］に記載の発光装置において、
上記蛍光体が、マンガンが固溶したＫＳＦ系蛍光体をさらに含む発光装置。
ユウロピウムが固溶したβ型サイアロン蛍光体であって、
上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径をＤ５０とし、
上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の１０％面積平均径をＤ１０としたとき、
上記Ｄ５０が７．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［２］
上記［１］に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の９０％面積平均径をＤ９０としたとき、
（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．４５以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［３］
上記［１］または［２］に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
一般式Ｓｉ６－ｚＡｌｚＯｚＮ８－ｚ：Ｅｕ２＋（０＜Ｚ≦４．２）で示されるβ型サイアロン蛍光体。
［４］
上記［１］乃至［３］のいずれか一つに記載のβ型サイアロン蛍光体において、
上記β型サイアロン蛍光体の二次粒子のＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）が５μｍ以上５０μｍ以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［５］
上記［１］乃至［４］のいずれか一つに記載のβ型サイアロン蛍光体において、
上記β型サイアロン蛍光体の二次粒子数に対する一次粒子数の比が１．９０以下であるβ型サイアロン蛍光体。
［６］
発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、
上記波長変換部材は蛍光体を含み、
上記蛍光体が上記［１］乃至［５］のいずれか一つに記載のβ型サイアロン蛍光体を含む発光装置。
［７］
上記［６］に記載の発光装置において、
上記発光光源が、３００ｎｍ～５００ｎｍの波長の光を発生するＬＥＤチップを含む発光装置。
［８］
上記［６］または［７］に記載の発光装置において、
上記蛍光体が、マンガンが固溶したＫＳＦ系蛍光体をさらに含む発光装置。
本発明によれば、輝度が向上したβ型サイアロン蛍光体および発光装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、改良等を行うことができる。実施形態に開示されている複数の構成要素は、適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。数値範囲の「Ａ～Ｂ」は特に断りがなければ、Ａ以上Ｂ以下を表す。
（β型サイアロン蛍光体）
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、ユウロピウムが固溶したβ型サイアロン蛍光体であって、上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径をＤ５０とし、上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の１０％面積平均径をＤ１０としたとき、上記Ｄ５０が７．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下である。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、ユウロピウムが固溶したβ型サイアロン蛍光体であって、上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径をＤ５０とし、上記β型サイアロン蛍光体の一次粒子の１０％面積平均径をＤ１０としたとき、上記Ｄ５０が７．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下である。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、例えば、一般式Ｓｉ６－ｚＡｌｚＯｚＮ８－ｚ：Ｅｕ２＋（０＜Ｚ≦４．２）で示され、Ｅｕ２＋を固溶させたβ型サイアロンからなる蛍光体である。以下、ユウロピウムが固溶したβ型サイアロンを単にβ型サイアロンともいう。
一般式Ｓｉ６－ｚＡｌｚＯｚＮ８－ｚ：Ｅｕ２＋において、Ｚ値とユウロピウムの含有量は特に限定されないが、Ｚ値は、例えば０を超えて４．２以下であり、β型サイアロン蛍光体の発光強度をより向上させる観点から、好ましくは０．００５以上１．０以下である。またユウロピウムの含有量は０．１質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。
β型サイアロン蛍光体は、複数の粒子が焼成工程での加熱処理時に強固に一体化されたものであり、複数の粒子の各一粒を一次粒子、複数の粒子が強固に一体化されたものを二次粒子と呼んでいる。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体によれば、β型サイアロン蛍光体の一次粒子のＤ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が上記範囲内であると、発光強度すなわち輝度を向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
β型サイアロン蛍光体の一次粒子の粒子径が大きいと、結晶粒界に存在する不純物の割合が低下して結晶性が向上するため、発光効率を向上させることができると考えられる。そのため、β型サイアロン蛍光体の一次粒子のＤ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が上記範囲内であると、一次粒子の粒子径が小さく発光効率が低いβ型サイアロン粒子の割合が相対的に少なくなり、一次粒子の粒子径が大きく発光効率が高いβ型サイアロン粒子の割合が相対的に多くなり、その結果、β型サイアロン蛍光体の発光強度を向上させることができると考えられる。
以上の理由から、本実施形態によれば、輝度が向上したβ型サイアロン蛍光体および発光装置を提供することができる。
本実施形態において、β型サイアロン蛍光体の一次粒子のＤ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０は、後述するように、β型サイアロン蛍光体の原料の一つであるユウロピウム化合物を２回以上に分けて添加して焼成工程をおこなうとともに、２回目の焼成工程において従来よりもユウロピウム化合物を多量に添加して製造すること等によって実現することが可能である。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
β型サイアロン蛍光体の一次粒子の粒子径が大きいと、結晶粒界に存在する不純物の割合が低下して結晶性が向上するため、発光効率を向上させることができると考えられる。そのため、β型サイアロン蛍光体の一次粒子のＤ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が上記範囲内であると、一次粒子の粒子径が小さく発光効率が低いβ型サイアロン粒子の割合が相対的に少なくなり、一次粒子の粒子径が大きく発光効率が高いβ型サイアロン粒子の割合が相対的に多くなり、その結果、β型サイアロン蛍光体の発光強度を向上させることができると考えられる。
以上の理由から、本実施形態によれば、輝度が向上したβ型サイアロン蛍光体および発光装置を提供することができる。
本実施形態において、β型サイアロン蛍光体の一次粒子のＤ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０は、後述するように、β型サイアロン蛍光体の原料の一つであるユウロピウム化合物を２回以上に分けて添加して焼成工程をおこなうとともに、２回目の焼成工程において従来よりもユウロピウム化合物を多量に添加して製造すること等によって実現することが可能である。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径をＤ５０は７．０μｍ以上２０．０μｍ以下であるが、好ましくは９．０μｍ以上であり、そして好ましくは１８．０μｍ以下、より好ましくは１５．０μｍ以下である。
また、（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下であるが、好ましくは０．５５以下であり、より好ましくは０．５３以下であり、さらに好ましくは０．５１以下である。これにより、β型サイアロン粒子間の特性の差を小さくすることができ、その結果、得られる発光装置の発光特性や色のバラツキを低減することができる。
また、（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下であるが、好ましくは０．５５以下であり、より好ましくは０．５３以下であり、さらに好ましくは０．５１以下である。これにより、β型サイアロン粒子間の特性の差を小さくすることができ、その結果、得られる発光装置の発光特性や色のバラツキを低減することができる。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体において、β型サイアロン蛍光体の発光強度をさらに向上させる観点から、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の９０％面積平均径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．４５以下であることが好ましく、１．３５以下であることがより好ましい。また、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が上記上限値以下であると、β型サイアロン粒子間の特性の差を小さくすることができ、その結果、得られる発光装置の発光特性や色のバラツキを低減することができる。
一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０について説明する。
β型サイアロン蛍光体の個々の一次粒子、すなわち単結晶粒子が、断面積の小さな順から、ＣＡ１，ＣＡ２，ＣＡ３，・・・，ＣＡｉ，・・・，ＣＡｋのように並べられる一次粒子の集団があるとする。ここで言う一次粒子とは、全ての単結晶粒子を意味し、複数の一次粒子同士が粒界を介して焼結して二次粒子を構成しているものと、二次粒子を構成していないものとを区別することなく含む。この一次粒子の集団の断面積の合計（ＣＡ１＋ＣＡ２＋ＣＡ３＋・・・＋ＣＡｉ＋・・・＋ＣＡｋ）を１００％として累積カーブを求めたとき、この累積カーブの５０％、１０％および９０％にあたる点の一次粒子の断面積（Ｓ５０、Ｓ１０、Ｓ９０）より計算した一次粒子径を、それぞれ一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、９０％面積平均径Ｄ９０および１０％面積平均径Ｄ１０とする。
β型サイアロン蛍光体の個々の一次粒子、すなわち単結晶粒子が、断面積の小さな順から、ＣＡ１，ＣＡ２，ＣＡ３，・・・，ＣＡｉ，・・・，ＣＡｋのように並べられる一次粒子の集団があるとする。ここで言う一次粒子とは、全ての単結晶粒子を意味し、複数の一次粒子同士が粒界を介して焼結して二次粒子を構成しているものと、二次粒子を構成していないものとを区別することなく含む。この一次粒子の集団の断面積の合計（ＣＡ１＋ＣＡ２＋ＣＡ３＋・・・＋ＣＡｉ＋・・・＋ＣＡｋ）を１００％として累積カーブを求めたとき、この累積カーブの５０％、１０％および９０％にあたる点の一次粒子の断面積（Ｓ５０、Ｓ１０、Ｓ９０）より計算した一次粒子径を、それぞれ一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、９０％面積平均径Ｄ９０および１０％面積平均径Ｄ１０とする。
一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０を求めるための具体的な方法について説明する。面積平均径を求めるには、一次粒子の断面積を測定し、累積カーブを作成する必要がある。
粒子の断面積は、電子後方散乱回折像法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、以下、ＥＢＳＤ法ともいう。）を利用して測定することができる。
図１は、ＥＢＳＤ法の測定に用いる装置の構成を示す模式図である。
図１に示すように、ＥＢＳＤ法に用いる装置１は、走査型電子顕微鏡２に電子後方散乱回折像法測定装置３を付加した装置から構成されている。走査型電子顕微鏡２は、鏡筒部２Ａ、試料４が載置されるステージ部２Ｂ、ステージ制御部２Ｃ、電子線走査部２Ｄ、制御用コンピュータ２Ｅ等から構成されている。電子後方散乱回折像法測定装置３は、試料４に電子線５が照射されて発生し後方へ散乱された電子６を検出する蛍光スクリーン７と、この蛍光スクリーン７の蛍光画像を撮像するカメラ８と、図示しない電子後方散乱回折像のデータの取得及び解析を行うソフトウエア等から構成されている。
粒子の断面積は、電子後方散乱回折像法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、以下、ＥＢＳＤ法ともいう。）を利用して測定することができる。
図１は、ＥＢＳＤ法の測定に用いる装置の構成を示す模式図である。
図１に示すように、ＥＢＳＤ法に用いる装置１は、走査型電子顕微鏡２に電子後方散乱回折像法測定装置３を付加した装置から構成されている。走査型電子顕微鏡２は、鏡筒部２Ａ、試料４が載置されるステージ部２Ｂ、ステージ制御部２Ｃ、電子線走査部２Ｄ、制御用コンピュータ２Ｅ等から構成されている。電子後方散乱回折像法測定装置３は、試料４に電子線５が照射されて発生し後方へ散乱された電子６を検出する蛍光スクリーン７と、この蛍光スクリーン７の蛍光画像を撮像するカメラ８と、図示しない電子後方散乱回折像のデータの取得及び解析を行うソフトウエア等から構成されている。
この装置を用いて、試料４であるβ型サイアロン蛍光体に電子線を照射して結晶構造と結晶面に対応した電子散乱を生じさせ、この電子散乱のパターンの形状を、ソフトウエアにより解析する。より具体的には、個々の蛍光体の粒子における結晶方位を識別し、個々の結晶方位毎に区別できる一次粒子の断面積を画像解析により求める。 次いで、得られた断面積から、上記のように累積カーブを作成し、５０％、１０％および９０％にあたる点の一次粒子の断面積（Ｓ５０、Ｓ１０、Ｓ９０）を求め、これらを用いて、下記式（１）、（２）および式（３）から、円換算した場合の直径にあたる一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０をそれぞれ算出する。
一次粒子の５０％面積平均径＝２×（Ｓ５０／π）１／２ （１）
式中、Ｓ５０は、個々の一次粒子の面積の累積カーブが５０％となる点の一次粒子の面積である。
一次粒子の１０％面積平均径＝２×（Ｓ１０／π）１／２ （２）
式中、Ｓ１０は、個々の一次粒子の面積の累積カーブが１０％となる点の一次粒子の面積である。
一次粒子の９０％面積平均径＝２×（Ｓ９０／π）１／２ （３）
式中、Ｓ９０は、個々の一次粒子の面積の累積カーブが９０％となる点の一次粒子の面積である。
一次粒子の５０％面積平均径＝２×（Ｓ５０／π）１／２ （１）
式中、Ｓ５０は、個々の一次粒子の面積の累積カーブが５０％となる点の一次粒子の面積である。
一次粒子の１０％面積平均径＝２×（Ｓ１０／π）１／２ （２）
式中、Ｓ１０は、個々の一次粒子の面積の累積カーブが１０％となる点の一次粒子の面積である。
一次粒子の９０％面積平均径＝２×（Ｓ９０／π）１／２ （３）
式中、Ｓ９０は、個々の一次粒子の面積の累積カーブが９０％となる点の一次粒子の面積である。
樹脂中の分散状態を向上させ、β型サイアロン蛍光体を用いて作製されるＬＥＤ等の発光装置の色バラツキや輝度の低下を抑制する観点から、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の二次粒子のＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）は５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましい。
また、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の二次粒子のＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）は５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。これにより、β型サイアロン蛍光体の発光効率を向上させたり、光の散乱を抑制して輝度を向上させたりすることができる。
ここで、本実施形態において「ＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）」とは、ＪＩＳ Ｒ１６２９：１９９７に準拠したレーザー回折散乱法による体積基準の積算分率における５０％径を意味する。
また、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の二次粒子のＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）は５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。これにより、β型サイアロン蛍光体の発光効率を向上させたり、光の散乱を抑制して輝度を向上させたりすることができる。
ここで、本実施形態において「ＤＶ５０粒径（５０％体積平均径）」とは、ＪＩＳ Ｒ１６２９：１９９７に準拠したレーザー回折散乱法による体積基準の積算分率における５０％径を意味する。
また、β型サイアロン蛍光体の二次粒子中における一次粒子の平均個数が少ないほど、発光効率は大きくなる。このβ型サイアロン蛍光体の二次粒子数に対する一次粒子数の比の二次粒子数に対する一次粒子数の比は、ＥＢＳＤ法により得られたβ型サイアロンの画像内の二次粒子の個数と、二次粒子を構成する一次粒子の個数とを数え、二次粒子数に対する一次粒子数の比を取ることによって算出する。β型サイアロン蛍光体の二次粒子数に対する一次粒子数の比すなわち二次粒子中における一次粒子の平均個数は、１．９０以下であることが好ましく、１．８０以下であることがより好ましく、１．７０以下であることがさらに好ましく、１．６０以下であることがよりさらに好ましい。
また、β型サイアロン蛍光体の二次粒子数に対する一次粒子数の比が上記上限値以下であると、β型サイアロン粒子間の特性の差を小さくすることができ、その結果、得られる発光装置の発光特性や色のバラツキを低減することができる。
また、β型サイアロン蛍光体の二次粒子数に対する一次粒子数の比が上記上限値以下であると、β型サイアロン粒子間の特性の差を小さくすることができ、その結果、得られる発光装置の発光特性や色のバラツキを低減することができる。
本実施形態に係るβ型サイアロンは、紫外線から可視光の幅広い波長域で励起され、高効率で５２０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内を主波長とした緑色の発光をするので、緑色発光の蛍光体として優れている。
また、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、発光素子における蛍光体層の材料として好適に用いることができる。発光素子は、ディスプレイのバックライト光源、照明装置等の発光装置に適用することができる。発光素子としては、特に限定されないが、ＬＥＤと、ＬＥＤの発光面側に積層された蛍光体層とを備える。ＬＥＤとしては、３００～５００ｎｍの波長の光を発する紫外ＬＥＤまたは青色ＬＥＤ、特に４４０～４８０ｎｍの波長の光を発する青色ＬＥＤを用いることができる。特に、本実施形態に係る製造方法によって得られたβ型サイアロン蛍光体は、紫外から青色光の幅広い波長で励起され、高輝度の緑色発光を示すことから、青色または紫外光を光源とする白色ＬＥＤの蛍光体として好適に使用できる。
また、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、発光素子における蛍光体層の材料として好適に用いることができる。発光素子は、ディスプレイのバックライト光源、照明装置等の発光装置に適用することができる。発光素子としては、特に限定されないが、ＬＥＤと、ＬＥＤの発光面側に積層された蛍光体層とを備える。ＬＥＤとしては、３００～５００ｎｍの波長の光を発する紫外ＬＥＤまたは青色ＬＥＤ、特に４４０～４８０ｎｍの波長の光を発する青色ＬＥＤを用いることができる。特に、本実施形態に係る製造方法によって得られたβ型サイアロン蛍光体は、紫外から青色光の幅広い波長で励起され、高輝度の緑色発光を示すことから、青色または紫外光を光源とする白色ＬＥＤの蛍光体として好適に使用できる。
（β型サイアロン蛍光体の製造方法）
次に、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法について説明する。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、従来のβ型サイアロン蛍光体の製造方法とは異なるものである。すなわち、一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が上記範囲内であるβ型サイアロン蛍光体は、β型サイアロン蛍光体の原料の一つであるユウロピウム化合物を２回以上に分けて添加して焼成工程をおこなうとともに、２回目の焼成工程において従来よりもユウロピウム化合物を多量に添加して製造するという製法上の工夫点を採用することによって初めて得ることができる。
ただし、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、上記製法上の工夫点を採用することを前提に、例えば、その他の具体的な製造条件は種々のものを採用することができる。
次に、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法について説明する。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、従来のβ型サイアロン蛍光体の製造方法とは異なるものである。すなわち、一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が上記範囲内であるβ型サイアロン蛍光体は、β型サイアロン蛍光体の原料の一つであるユウロピウム化合物を２回以上に分けて添加して焼成工程をおこなうとともに、２回目の焼成工程において従来よりもユウロピウム化合物を多量に添加して製造するという製法上の工夫点を採用することによって初めて得ることができる。
ただし、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体は、上記製法上の工夫点を採用することを前提に、例えば、その他の具体的な製造条件は種々のものを採用することができる。
以下、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法をより具体的に説明する。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、少なくとも以下の２つの焼成工程を含む。すなわち、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、第一ユウロピウム化合物を含む第一原料粉末を焼成して、β型サイアロン粒子を含む第一焼成粉を得る第一焼成工程と、得られた第一焼成粉および第二ユウロピウム化合物を含む第二原料粉末を焼成して、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を得る第二焼成工程と、を含む。
ここで、第二焼成工程において、第二ユウロピウム化合物を従来の基準よりも多く添加する方法、より具体的には、第二焼成工程において、β型サイアロンに固溶可能なＥｕ量よりもＥｕ量が過剰になるように第二ユウロピウム化合物を添加する。
第二焼成工程において、β型サイアロンに固溶可能なＥｕ量よりもＥｕ量が過剰になるように第二ユウロピウム化合物を添加することによって、第二焼成工程におけるβ型サイアロン粒子の焼成時に液相を形成し、粒子径が小さいβ型サイアロン粒子の一次粒子をより粗大化できる。これにより、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０を上記範囲内に調整することが可能となる。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、少なくとも以下の２つの焼成工程を含む。すなわち、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、第一ユウロピウム化合物を含む第一原料粉末を焼成して、β型サイアロン粒子を含む第一焼成粉を得る第一焼成工程と、得られた第一焼成粉および第二ユウロピウム化合物を含む第二原料粉末を焼成して、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を得る第二焼成工程と、を含む。
ここで、第二焼成工程において、第二ユウロピウム化合物を従来の基準よりも多く添加する方法、より具体的には、第二焼成工程において、β型サイアロンに固溶可能なＥｕ量よりもＥｕ量が過剰になるように第二ユウロピウム化合物を添加する。
第二焼成工程において、β型サイアロンに固溶可能なＥｕ量よりもＥｕ量が過剰になるように第二ユウロピウム化合物を添加することによって、第二焼成工程におけるβ型サイアロン粒子の焼成時に液相を形成し、粒子径が小さいβ型サイアロン粒子の一次粒子をより粗大化できる。これにより、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０および（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０を上記範囲内に調整することが可能となる。
また、このβ型サイアロン蛍光体の製造方法は、第二焼成粉をさらに焼成して第三の焼成粉を得る第三の焼成工程を１回以上さらに含んでもよく、その際にさらにユウロピウム化合物を加えてもよい。
ここで、本実施形態において「第一焼成工程」とは、第一ユウロピウム化合物を含む原料粉末を熱処理する１回目の焼成工程のことを意味し、「第二焼成工程」とは、第二ユウロピウム化合物を添加して熱処理する２回目の焼成工程のことを意味し、「第三の焼成工程」とは、第二焼成工程以降に行う焼成工程のことを意味する。
また、本実施形態において「第一ユウロピウム化合物」とは第一焼成工程で添加されるユウロピウム化合物のことを意味し、「第二ユウロピウム化合物」とは第二焼成工程で添加されるユウロピウム化合物のことを意味する。
また、本実施形態において「第一原料粉末」とは第一焼成工程に用いる原料粉末のことを意味し、「第二原料粉末」とは第二焼成工程に用いる原料粉末のことである。それぞれの原料粉末は混合されていることが好ましい。
また、本実施形態において「第一焼成粉」とは第一焼成工程で得られる生成物のことを意味し、「第二焼成粉」とは第二焼成工程で得られる生成物のことを意味し、「第三の焼成粉」とは第三の焼成工程で得られる生成物のことを意味する。
また、本実施形態において「第一ユウロピウム化合物」とは第一焼成工程で添加されるユウロピウム化合物のことを意味し、「第二ユウロピウム化合物」とは第二焼成工程で添加されるユウロピウム化合物のことを意味する。
また、本実施形態において「第一原料粉末」とは第一焼成工程に用いる原料粉末のことを意味し、「第二原料粉末」とは第二焼成工程に用いる原料粉末のことである。それぞれの原料粉末は混合されていることが好ましい。
また、本実施形態において「第一焼成粉」とは第一焼成工程で得られる生成物のことを意味し、「第二焼成粉」とは第二焼成工程で得られる生成物のことを意味し、「第三の焼成粉」とは第三の焼成工程で得られる生成物のことを意味する。
また、本実施形態において、「工程」には、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。組成物中のユウロピウムの含有量は、組成物中にユウロピウムに該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
第一原料粉末は、第一ユウロピウム化合物に加えて、窒化ケイ素および窒化アルミニウムを含むことが好ましい。窒化ケイ素およびアルミニウム化合物はβ型サイアロンの骨格を形成するための材料であり、ユウロピウム化合物は発光中心を形成するための材料である。
また、第一原料粉末は、β型サイアロンをさらに含有してもよい。β型サイアロンは、骨材または核となる材料である。
第一原料粉末に含有される上記各成分の形態は、特に限定されないが、いずれも粉末状であることが好ましい。
また、第一原料粉末は、β型サイアロンをさらに含有してもよい。β型サイアロンは、骨材または核となる材料である。
第一原料粉末に含有される上記各成分の形態は、特に限定されないが、いずれも粉末状であることが好ましい。
ユウロピウム化合物としては、特に限定されないが、例えば、ユウロピウムを含む酸化物、ユウロピウムを含む水酸化物、ユウロピウムを含む窒化物、ユウロピウムを含む酸窒化物、ユウロピウムを含むハロゲン化物等を挙げることができる。これらは、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、酸化ユウロピウム、窒化ユウロピウムおよびフッ化ユウロピウムをそれぞれ単独で用いることが好ましく、酸化ユウロピウムを単独で用いることがより好ましい。
ユウロピウム化合物は、複数回の焼成工程の焼成前にそれぞれ分けて添加される。具体的には、ユウロピウム化合物は、第一焼成工程および第二焼成工程の焼成前にそれぞれ添加される。
それぞれの焼成工程において、ユウロピウムは、β型サイアロン中に固溶するもの、揮発するもの、異相成分として残存するものとに分けられる。ユウロピウムを含有した異相成分は酸処理等で除去することが可能であるが、あまりに多量に生成した場合、酸処理で不溶な成分が生成し、輝度が低下する。また、余分な光を吸収しない異相であれば、残存した状態でもよく、この異相にユウロピウムが含有されていてもよい。なお、複数回の焼成工程の焼成前にユウロピウム化合物を添加する場合、ユウロピウム化合物以外のβ型サイアロン蛍光体原料をユウロピウム化合物と共に添加してもよい。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法において、第一焼成粉および第二ユウロピウム化合物の合計を１００質量％としたとき、β型サイアロン蛍光体の輝度向上に寄与しないＥｕをより一層効果的に除去し、得られるβ型サイアロン蛍光体の輝度をより一層向上させる観点から、第二ユウロピウム化合物の割合は好ましくは１．０質量％以上、より好ましくは２．０質量％以上、さらに好ましくは３．０質量％以上であり、酸処理で不溶な異相成分の発生量を低下させ、得られるβ型サイアロン蛍光体の輝度をより一層向上させる観点から、第二ユウロピウム化合物の割合は好ましくは１８．０質量％以下、より好ましくは１７．０質量％以下、さらに好ましくは１５．０質量％以下である。
また、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法において、第二ユウロピウム化合物の割合が上記範囲内であると、β型サイアロン蛍光体の輝度向上に寄与しないＥｕをより一層効果的に除去できるとともに、酸処理で不溶な異相成分の発生を抑制できるため、異相成分を除去する製造工程等を簡略でき、その結果、β型サイアロン蛍光体の製造時間を短縮することが可能である。
また、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法において、第二ユウロピウム化合物の割合が上記範囲内であると、β型サイアロン蛍光体の輝度向上に寄与しないＥｕをより一層効果的に除去できるとともに、酸処理で不溶な異相成分の発生を抑制できるため、異相成分を除去する製造工程等を簡略でき、その結果、β型サイアロン蛍光体の製造時間を短縮することが可能である。
第一原料粉末と第二原料粉末に含まれるユウロピウムの総量は特に限定されないが、最終的に得られたβ型サイアロン蛍光体に固溶したユウロピウム量の３倍以上であることが好ましく、４倍以上であることがより好ましい。
また、第一原料粉末と第二原料粉末に含まれるユウロピウムの総量は特に限定されないが、最終的に得られたβ型サイアロン蛍光体に固溶したユウロピウム量の１８倍以下であることが好ましい。これにより、酸処理で不溶な異相成分の発生量を低下させることができ、得られるβ型サイアロン蛍光体の輝度をより一層向上させることができる。
また、第一原料粉末と第二原料粉末に含まれるユウロピウムの総量は特に限定されないが、最終的に得られたβ型サイアロン蛍光体に固溶したユウロピウム量の１８倍以下であることが好ましい。これにより、酸処理で不溶な異相成分の発生量を低下させることができ、得られるβ型サイアロン蛍光体の輝度をより一層向上させることができる。
第一原料粉末中に含まれるユウロピウム量は特に限定されないが、最終的に得られるβ型サイアロン蛍光体に固溶したユウロピウム量よりも多いことが好ましい。
また、第一原料粉末中に含まれるユウロピウム量は、最終的に得られるβ型サイアロン蛍光体に固溶したユウロピウム量の３倍以下であることが好ましい。これにより、酸処理で不溶な異相成分の発生量を低下させることができ、得られるβ型サイアロン蛍光体の輝度をより一層良好にすることができる。
また、第一原料粉末中に含まれるユウロピウム量は、最終的に得られるβ型サイアロン蛍光体に固溶したユウロピウム量の３倍以下であることが好ましい。これにより、酸処理で不溶な異相成分の発生量を低下させることができ、得られるβ型サイアロン蛍光体の輝度をより一層良好にすることができる。
各焼成工程において、ユウロピウム化合物を含む原料粉末は、例えば、乾式混合する方法や、原料の各成分と実質的に反応しない不活性溶媒中で湿式混合した後に溶媒を除去する方法等を用いて得ることができる。なお、混合装置としては、特に限定されないが、例えば、Ｖ型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミル等を用いることができる。
各焼成工程における焼成温度は、特に限定されないが、１８００℃以上２１００℃以下の範囲であることが好ましい。
焼成温度が上記下限値以上であると、β型サイアロン蛍光体の粒成長がより効果的に進行するため、光吸収率、内部量子効率及び外部量子効率をより一層良好にすることができる。
焼成温度が上記上限値以下であると、β型サイアロン蛍光体の分解をより一層抑制できるため、光吸収率、内部量子効率および外部量子効率をより一層良好にすることができる。
各焼成工程における昇温時間、昇温速度、加熱保持時間および圧力等の他の条件も特に限定されず、使用する原料に応じて適宜調整すればよい。典型的には、加熱保持時間は３～３０時間が好ましく、圧力は０．６～１０ＭＰａが好ましい。
焼成温度が上記下限値以上であると、β型サイアロン蛍光体の粒成長がより効果的に進行するため、光吸収率、内部量子効率及び外部量子効率をより一層良好にすることができる。
焼成温度が上記上限値以下であると、β型サイアロン蛍光体の分解をより一層抑制できるため、光吸収率、内部量子効率および外部量子効率をより一層良好にすることができる。
各焼成工程における昇温時間、昇温速度、加熱保持時間および圧力等の他の条件も特に限定されず、使用する原料に応じて適宜調整すればよい。典型的には、加熱保持時間は３～３０時間が好ましく、圧力は０．６～１０ＭＰａが好ましい。
各焼成工程において、混合物の焼成方法としては、例えば、焼成中に混合物と反応しない材質（例えば、窒化ホウ素）からなる容器に混合物を充填して窒素雰囲気中で加熱する方法を用いることができる。このような方法を用いることにより、結晶成長反応や固溶反応等を進行させ、β型サイアロン蛍光体を得ることができる。
第一焼成粉および第二焼成粉は、粒状または塊状の焼結体である。粒状または塊状の焼結体は、解砕、粉砕、分級等の処理を単独または組み合わせて用いることにより、所定のサイズのβ型サイアロン蛍光体にすることができる。
具体的な処理方法としては、例えば、焼結体をボールミルや振動ミル、ジェットミル等の一般的な粉砕機を使用して所定の粒度に粉砕する方法が挙げられる。ただし、過度の粉砕は、光を散乱し易い微粒子を生成するだけでなく、粒子表面に結晶欠陥をもたらすため、β型サイアロンの発光効率の低下を引き起こすことがあるので留意すべきである。なお、この処理は、後述する酸処理やアルカリ処理後に行ってもよい。
具体的な処理方法としては、例えば、焼結体をボールミルや振動ミル、ジェットミル等の一般的な粉砕機を使用して所定の粒度に粉砕する方法が挙げられる。ただし、過度の粉砕は、光を散乱し易い微粒子を生成するだけでなく、粒子表面に結晶欠陥をもたらすため、β型サイアロンの発光効率の低下を引き起こすことがあるので留意すべきである。なお、この処理は、後述する酸処理やアルカリ処理後に行ってもよい。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法において、第二焼成工程後に、第二焼成工程の焼成温度よりも低い温度で第二焼成粉を加熱してアニール処理物を得るアニール工程をさらに含んでよい。
このアニール工程は希ガス、窒素ガス等の不活性ガス、水素ガス、一酸化炭素ガス、炭化水素ガス、アンモニアガス等の還元性ガス、若しくはこれらの混合ガス、または真空中等の純窒素以外の非酸化性雰囲気中で行うことが好ましく、特に好ましくは水素ガス雰囲気中やアルゴン雰囲気中である。
また、アニール工程は、大気圧下または加圧下のいずれで行ってもよい。アニール工程における熱処理温度は、特に限定されないが、１２００～１７００℃が好ましく、１３００℃～１６００℃がより好ましい。
このアニール工程を行うことにより、β型サイアロン蛍光体の発光効率をより一層向上させることができる。また、元素の再配列により、ひずみや欠陥が除去されるため、透明性も向上させることができる。なお、アニール工程では、異相が発生する場合があるが、これは後述する酸処理等によって除去することができる。
このアニール工程は希ガス、窒素ガス等の不活性ガス、水素ガス、一酸化炭素ガス、炭化水素ガス、アンモニアガス等の還元性ガス、若しくはこれらの混合ガス、または真空中等の純窒素以外の非酸化性雰囲気中で行うことが好ましく、特に好ましくは水素ガス雰囲気中やアルゴン雰囲気中である。
また、アニール工程は、大気圧下または加圧下のいずれで行ってもよい。アニール工程における熱処理温度は、特に限定されないが、１２００～１７００℃が好ましく、１３００℃～１６００℃がより好ましい。
このアニール工程を行うことにより、β型サイアロン蛍光体の発光効率をより一層向上させることができる。また、元素の再配列により、ひずみや欠陥が除去されるため、透明性も向上させることができる。なお、アニール工程では、異相が発生する場合があるが、これは後述する酸処理等によって除去することができる。
また、アニール工程の前に、β型サイアロン蛍光体を構成する元素の化合物を添加混合してもよい。添加する化合物としては、特に限定されないが、各元素の酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物、塩化物等が挙げられる。特に、シリカ、酸化アルミニウム、酸化ユウロピウム、フッ化ユウロピウム等を、各熱処理物に添加することで、β型サイアロン蛍光体の輝度をより一層向上させることができる。ただし、添加する原料は、固溶しない残分がアニール工程後の酸処理やアルカリ処理等によって除去できることが望ましい。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体の製造方法において、第二焼成粉または第二焼成粉のアニール処理物を、酸処理、アルカリ処理および／またはフッ素処理する工程をさらにおこなってもよい。
ここで、酸処理またはアルカリ処理は、例えば、酸性またはアルカリ性の液体と、第二焼成粉または第二焼成粉のアニール処理物と、を接触させる処理である。フッ素処理は、例えば、フッ素を含むガスと、第二焼成粉または第二焼成粉のアニール処理物と、を接触させる工程である。
このような工程を行うことにより、焼成工程やアニール工程等で発生した異相成分（発光阻害因子）を溶解除去することができるため、β型サイアロン蛍光体の光吸収率、内部量子効率および外部量子効率をより一層向上させることができる。
酸性の液体としては、例えば、フッ化水素酸、硫酸、リン酸、塩酸、硝酸から選ばれる１種以上の酸を含む水溶液を用いることができる。アルカリ性の液体としては、例えば、水酸化カリウム、アンモニア水、水酸化ナトリウムから選ばれる１種以上のアルカリを含む水溶液を用いることができるが、より好ましくは酸性の水溶液であり、特に好ましくはフッ化水素酸と硝酸の混合水溶液である。
ここで、酸処理またはアルカリ処理は、例えば、酸性またはアルカリ性の液体と、第二焼成粉または第二焼成粉のアニール処理物と、を接触させる処理である。フッ素処理は、例えば、フッ素を含むガスと、第二焼成粉または第二焼成粉のアニール処理物と、を接触させる工程である。
このような工程を行うことにより、焼成工程やアニール工程等で発生した異相成分（発光阻害因子）を溶解除去することができるため、β型サイアロン蛍光体の光吸収率、内部量子効率および外部量子効率をより一層向上させることができる。
酸性の液体としては、例えば、フッ化水素酸、硫酸、リン酸、塩酸、硝酸から選ばれる１種以上の酸を含む水溶液を用いることができる。アルカリ性の液体としては、例えば、水酸化カリウム、アンモニア水、水酸化ナトリウムから選ばれる１種以上のアルカリを含む水溶液を用いることができるが、より好ましくは酸性の水溶液であり、特に好ましくはフッ化水素酸と硝酸の混合水溶液である。
酸性またはアルカリ性の液体を用いた処理方法としては、特に限定されないが、第二焼成粉または第二焼成粉のアニール処理物を、上述の酸またはアルカリを含む水溶液に分散し、数分から数時間程度（例えば１０分～６時間）、撹拌して反応させることにより行うことができる。この処理の後、β型サイアロン蛍光体以外の物質をろ過で分離し、β型サイアロン蛍光体に付着した物質を水洗することが望ましい。
（発光装置）
以下、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を用いた発光装置について詳細に説明する。
本実施形態に係る発光装置は、発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、上記波長変換部材は蛍光体を含み、上記蛍光体が本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を含む。
以下、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を用いた発光装置について詳細に説明する。
本実施形態に係る発光装置は、発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、上記波長変換部材は蛍光体を含み、上記蛍光体が本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を含む。
図２は、本発明に係る実施形態の発光装置１０の構造の一例を模式的に示した断面図である。
図２に示す発光装置１０は、発光光源１２としてのＬＥＤチップと、発光光源１２を搭載する第１のリードフレーム１３と、第２のリードフレーム１４と、発光光源１２を被覆する波長変換部材１５と、発光光源１２と第２のリードフレーム１４を電気的につなぐボンディングワイヤ１６と、これらを覆う合成樹脂製のキャップ１９で形成されている。波長変換部材１５は、蛍光体１８と、蛍光体１８を分散する封止樹脂１７とを有する。
図２に示す発光装置１０は、発光光源１２としてのＬＥＤチップと、発光光源１２を搭載する第１のリードフレーム１３と、第２のリードフレーム１４と、発光光源１２を被覆する波長変換部材１５と、発光光源１２と第２のリードフレーム１４を電気的につなぐボンディングワイヤ１６と、これらを覆う合成樹脂製のキャップ１９で形成されている。波長変換部材１５は、蛍光体１８と、蛍光体１８を分散する封止樹脂１７とを有する。
第１のリードフレーム１３の上部１３ａには、発光光源１２として発光ダイオードチップを搭載するための凹部１３ｂが形成されている。凹部１３ｂは、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状を有していると共に、凹部１３ｂの内面が反射面となっている。この反射面の底面に発光光源１２の下面側の電極がダイボンディングされている。発光光源１２の上面に形成されている他方の電極は、ボンディングワイヤ１６を介して第２のリードフレーム１４の表面と接続されている。
発光光源１２としては、各種ＬＥＤチップを用いることができ、特に好ましくは、近紫外から青色光の波長として３００ｎｍ～５００ｎｍの光を発生するＬＥＤチップである。
発光装置１０の波長変換部材１５に用いる蛍光体１８は、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を含む。また、発光装置１０の光波長制御を制御する観点から、蛍光体１８は、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体に加えて、α型サイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３、ＹＡＧの単体又は混合体等の蛍光体をさらに含んでもよい。これらの蛍光体に固溶される元素としては、例えば、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）等が挙げられる。これらの蛍光体は一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体と組み合わせて用いる蛍光体としては、マンガンが固溶したＫＳＦ系蛍光体が好ましい。緑色を示す本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体と、赤色を示す上記ＫＳＦ系蛍光体とを組み合わせて用いることによって、例えば、高演色ＴＶ等に適したバックライト用ＬＥＤとして好適に用いることができる。
発光光源１２と波長変換部材１５を組み合わせることによって高い発光強度を有する光を発光させることができる。
これらの中でも、本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体と組み合わせて用いる蛍光体としては、マンガンが固溶したＫＳＦ系蛍光体が好ましい。緑色を示す本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体と、赤色を示す上記ＫＳＦ系蛍光体とを組み合わせて用いることによって、例えば、高演色ＴＶ等に適したバックライト用ＬＥＤとして好適に用いることができる。
発光光源１２と波長変換部材１５を組み合わせることによって高い発光強度を有する光を発光させることができる。
本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体を用いた発光装置１０の場合、発光光源１２として、特に３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長を含有している近紫外光や可視光を励起源として照射することで、５２０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長にピークを持つ緑色の発光特性を有する。このため、発光光源１２として近紫外ＬＥＤチップ又は青色ＬＥＤチップと本実施形態に係るβ型サイアロン蛍光体とを用い、さらに波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である赤色発光蛍光体、青色発光蛍光体、黄色発光蛍光体又は橙発光蛍光体の単体又は混合体とを組み合わせることによって、白色光にすることができる。
本発明の発光装置１０は、発光強度が向上したβ型サイアロン蛍光体を含むため、輝度を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
Ｖ型混合機（筒井理化学器械社製Ｓ－３）を用いて、宇部興産社製のα型窒化ケイ素粉末（ＳＮ－Ｅ１０グレード、酸素含有量１．０質量％）９５．８０質量％、トクヤマ社製の窒化アルミニウム粉末（Ｆグレード、酸素含有量０．８質量％）２．７４質量％、大明化学社製の酸化アルミニウム粉末（ＴＭ－ＤＡＲグレード）０．５６質量％および信越化学工業社製の酸化ユウロピウム粉末（ＲＵグレード）０．９０質量％を混合し、次いで、得られた混合物を目開き２５０μｍの篩に通過させて凝集物を取り除き、第一原料混合粉末を得た。ここでの配合比（第一配合組成（質量％）と呼ぶ。）は、β型サイアロンの一般式：Ｓｉ６－ＺＡｌＺＯＺＮ８－Ｚにおいて、酸化ユウロピウムを除いて、Ｓｉ／Ａｌ比から算出してＺ＝０．２２となるように設計したものである。
Ｖ型混合機（筒井理化学器械社製Ｓ－３）を用いて、宇部興産社製のα型窒化ケイ素粉末（ＳＮ－Ｅ１０グレード、酸素含有量１．０質量％）９５．８０質量％、トクヤマ社製の窒化アルミニウム粉末（Ｆグレード、酸素含有量０．８質量％）２．７４質量％、大明化学社製の酸化アルミニウム粉末（ＴＭ－ＤＡＲグレード）０．５６質量％および信越化学工業社製の酸化ユウロピウム粉末（ＲＵグレード）０．９０質量％を混合し、次いで、得られた混合物を目開き２５０μｍの篩に通過させて凝集物を取り除き、第一原料混合粉末を得た。ここでの配合比（第一配合組成（質量％）と呼ぶ。）は、β型サイアロンの一般式：Ｓｉ６－ＺＡｌＺＯＺＮ８－Ｚにおいて、酸化ユウロピウムを除いて、Ｓｉ／Ａｌ比から算出してＺ＝０．２２となるように設計したものである。
得られた第一配合組成を有する原料粉末２００ｇを、内径１０ｃｍ、高さ１０ｃｍの蓋付きの円筒型窒化ホウ素容器に充填し、カーボンヒーターの電気炉で０．８ＭＰａの加圧窒素雰囲気中、１９５０℃で１０時間の加熱処理（第一焼成工程）を行った。上記加熱処理を行った粉末を、超音速ジェット粉砕器（日本ニューマチック工業社製、ＰＪＭ－８０ＳＰ）により粉砕し、次いで、得られた粉砕物を目開き４５μｍのナイロン篩に通過させて、第一焼成粉を得た。
得られた第一焼成粉と、信越化学工業社製の酸化ユウロピウム粉末（ＲＵグレード）とを９０：１０となる配合比（第二配合組成（質量％）と呼ぶ。）で配合し、Ｖ型混合機（筒井理化学器械社製Ｓ－３）を用いて、第一焼成粉と酸化ユウロピウム粉末を混合した。次いで、得られた混合物を目開き２５０μｍのナイロン篩に通過させて凝集物を取り除き、第二原料混合粉末を得た。
得られた第一焼成粉と、信越化学工業社製の酸化ユウロピウム粉末（ＲＵグレード）とを９０：１０となる配合比（第二配合組成（質量％）と呼ぶ。）で配合し、Ｖ型混合機（筒井理化学器械社製Ｓ－３）を用いて、第一焼成粉と酸化ユウロピウム粉末を混合した。次いで、得られた混合物を目開き２５０μｍのナイロン篩に通過させて凝集物を取り除き、第二原料混合粉末を得た。
得られた第二配合組成を有する原料粉末２００ｇを、内径１０ｃｍ、高さ１０ｃｍの蓋付きの円筒型窒化ホウ素容器に充填し、カーボンヒーターの電気炉で０．８ＭＰａの加圧窒素雰囲気中、２０２０℃で１２時間の加熱処理（第二焼成工程）を行った。上記加熱処理を行った粉末を、超音速ジェット粉砕器（日本ニューマチック工業社製、ＰＪＭ－８０ＳＰ）により粉砕し、次いで、得られた粉砕物を目開き４５μｍのナイロン篩を通過させて、第二焼成粉を得た。なお、篩の通過率は９２％であった。
得られた第二焼成粉２０ｇを、内径５ｃｍ、高さ３．５ｃｍの蓋付き円筒型窒化ホウ素容器に充填し、カーボンヒーターの電気炉で、大気圧アルゴン雰囲気中、１５００℃で８時間のアニール処理を行った。アニール処理を行った粉末に対して、５０％フッ化水素酸と７０％硝酸の１：１混酸中、７５℃で３０分間浸す酸処理を行った。そのまま酸処理後の粉末を沈殿させ、上澄み液と微粉を除去するデカンテーションを溶液のｐＨが５以上で上澄み液が透明になるまで繰り返し、最終的に得られた沈殿物をろ過、乾燥し、実施例１の蛍光体粉末を得た。
粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であり、β型サイアロン蛍光体が得られていることがわかった。ＩＣＰ発光分光分析により測定したＥｕ含有量は、０．７２質量％であった。
ここで、実施例１における第一配合組成および第二配合組成を表１に示す。
粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であり、β型サイアロン蛍光体が得られていることがわかった。ＩＣＰ発光分光分析により測定したＥｕ含有量は、０．７２質量％であった。
ここで、実施例１における第一配合組成および第二配合組成を表１に示す。
＜ＥＢＳＤで求めた５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０＞
実施例１のβ型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０を、ＥＢＳＤ法を用いて測定した。ＥＢＳＤ法として、走査型電子顕微鏡（日本電子社製ＦＥ－ＳＥＭ、ＪＳＭ－７００１Ｆ型）２に電子後方散乱回折像法測定装置（ＥＤＡＸ－ＴＳＬ社製ＯＩＭ装置）３を付加した装置を用いて測定した。
実施例１のβ型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０を、ＥＢＳＤ法を用いて測定した。ＥＢＳＤ法として、走査型電子顕微鏡（日本電子社製ＦＥ－ＳＥＭ、ＪＳＭ－７００１Ｆ型）２に電子後方散乱回折像法測定装置（ＥＤＡＸ－ＴＳＬ社製ＯＩＭ装置）３を付加した装置を用いて測定した。
具体的には、実施例１のβ型サイアロン蛍光体に電子線を照射して結晶構造と結晶方位に対応した散乱を生じさせ、この散乱のパターンの形状を、ソフトウエア（ＥＤＡＸ－ＴＳＬ社製ＯＩＭ、Ｖｅｒ５．２）により解析して個々の蛍光体の粒子における結晶方位を識別した。さらに、個々の結晶方位における粒子形状を画像解析し、上記（１）、（２）および（３）式から、一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、１０％面積平均径Ｄ１０および９０％面積平均径Ｄ９０をそれぞれ算出した。さらに、得られた画像から二次粒子中における一次粒子の平均個数（β型サイアロンの二次粒子数に対する一次粒子数の比）を算出した。
ＥＢＳＤ法で求めた結晶方位の測定条件を以下に示す。
加速電圧：１５ｋＶ
作動距離：１５ｍｍ
試料傾斜角度：７０°
測定領域：８０μｍ×２００μｍ
ステップ幅：０．２μｍ
測定時間：５０ｍｓｅｃ／ステップ
データポイント数：約４００，０００ポイント
加速電圧：１５ｋＶ
作動距離：１５ｍｍ
試料傾斜角度：７０°
測定領域：８０μｍ×２００μｍ
ステップ幅：０．２μｍ
測定時間：５０ｍｓｅｃ／ステップ
データポイント数：約４００，０００ポイント
＜画像解析＞
画像解析にあっては、図３の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像、電子の加速電圧は１５ｋＶ、倍率は５００倍）に示す実施例１のβ型サイアロン蛍光体から、図４のＥＢＳＤ像を作製することによって行った。図４において、黒背景以外の箇所が一次粒子であり、各輪郭の内部に示した線は、 方位の異なる一次粒子の境界を示している。一次粒子の数が多いほど統計的な解析精度が向上する。一次粒子の数が３０００個以上であれば解析に十分なデータが得られる。
この画像解析により求めた実施例１のβ型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の１０％面積平均径をＤ１０、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の９０％面積平均径Ｄ９０、（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０およびβ型サイアロンの二次粒子数に対する一次粒子数の比を表２にそれぞれ示す。
画像解析にあっては、図３の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像、電子の加速電圧は１５ｋＶ、倍率は５００倍）に示す実施例１のβ型サイアロン蛍光体から、図４のＥＢＳＤ像を作製することによって行った。図４において、黒背景以外の箇所が一次粒子であり、各輪郭の内部に示した線は、 方位の異なる一次粒子の境界を示している。一次粒子の数が多いほど統計的な解析精度が向上する。一次粒子の数が３０００個以上であれば解析に十分なデータが得られる。
この画像解析により求めた実施例１のβ型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径Ｄ５０、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の１０％面積平均径をＤ１０、β型サイアロン蛍光体の一次粒子の９０％面積平均径Ｄ９０、（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０およびβ型サイアロンの二次粒子数に対する一次粒子数の比を表２にそれぞれ示す。
＜ＤＶ５０（５０％体積平均径）＞
実施例１のβ型サイアロン蛍光体の粒度分布をレーザー回折散乱法によって測定し、ＤＶ５０を求めた。
実施例１のβ型サイアロン蛍光体の粒度分布をレーザー回折散乱法によって測定し、ＤＶ５０を求めた。
＜蛍光特性の評価＞
β型サイアロン蛍光体の蛍光特性は、以下の方法で測定したピーク強度およびピーク波長により評価した。
装置としては、ローダミンＢ法および標準光源により校正した分光蛍光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｆ－７０００）を用いた。得られた蛍光体粉末を専用の固体試料ホルダーに充填し、次いで、分光蛍光光度計を用いて、波長４５５ｎｍに分光した励起光を照射したときの蛍光スペクトルを測定し、得られた蛍光スペクトルからピーク強度およびピーク波長を求めた。得られた結果を表２に示す。
なお、ピーク強度は測定装置や条件によって変化するため単位は任意単位であり、各実施例および比較例において同一条件で測定し、各実施例および比較例のβ型サイアロン蛍光体を連続して測定し、比較を行った。表２では、比較例１のβ型サイアロン蛍光体のピーク強度を１００％とした場合、蛍光体のピーク強度を示している。
β型サイアロン蛍光体の蛍光特性は、以下の方法で測定したピーク強度およびピーク波長により評価した。
装置としては、ローダミンＢ法および標準光源により校正した分光蛍光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｆ－７０００）を用いた。得られた蛍光体粉末を専用の固体試料ホルダーに充填し、次いで、分光蛍光光度計を用いて、波長４５５ｎｍに分光した励起光を照射したときの蛍光スペクトルを測定し、得られた蛍光スペクトルからピーク強度およびピーク波長を求めた。得られた結果を表２に示す。
なお、ピーク強度は測定装置や条件によって変化するため単位は任意単位であり、各実施例および比較例において同一条件で測定し、各実施例および比較例のβ型サイアロン蛍光体を連続して測定し、比較を行った。表２では、比較例１のβ型サイアロン蛍光体のピーク強度を１００％とした場合、蛍光体のピーク強度を示している。
＜ＣＩＥ色度＞
蛍光スペクトルのＣＩＥ（国際照明委員会:Commission Internationale de l'Eclairage）色度は、瞬間マルチ測光システム（大塚電子社製、ＭＣＰＤ－７０００）にて、積分球を用いて４５５ｎｍの励起に対する蛍光を集光した全光束の発光スペクトル測定で求めた。
蛍光スペクトルのＣＩＥ（国際照明委員会:Commission Internationale de l'Eclairage）色度は、瞬間マルチ測光システム（大塚電子社製、ＭＣＰＤ－７０００）にて、積分球を用いて４５５ｎｍの励起に対する蛍光を集光した全光束の発光スペクトル測定で求めた。
（実施例２および３）
第二配合組成を表１に示す配合比に変更した以外は、実施例１と同じ方法によりβ型サイアロン蛍光体粉末をそれぞれ得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、いずれも存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
第二配合組成を表１に示す配合比に変更した以外は、実施例１と同じ方法によりβ型サイアロン蛍光体粉末をそれぞれ得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、いずれも存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
（比較例１）
実施例１の第二焼成工程に相当する工程を実施しない以外は実施例１と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
実施例１の第二焼成工程に相当する工程を実施しない以外は実施例１と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
（実施例４）
実施例２の第１焼成工程において、実施例２の第一焼成粉を５質量％添加し、第一配合組成を表１に示す配合比に変更したこと以外は、実施例２と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
実施例２の第１焼成工程において、実施例２の第一焼成粉を５質量％添加し、第一配合組成を表１に示す配合比に変更したこと以外は、実施例２と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
（比較例２）
実施例４の第二焼成工程に相当する工程を実施しない以外は実施例４と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
実施例４の第二焼成工程に相当する工程を実施しない以外は実施例４と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
（実施例５）
粉砕条件を調整し、より小粒径となるよう調整したこと以外は、実施例２と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
粉砕条件を調整し、より小粒径となるよう調整したこと以外は、実施例２と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
（比較例３）
実施例５の第二焼成工程に相当する工程を実施しない以外は実施例５と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
実施例５の第二焼成工程に相当する工程を実施しない以外は実施例５と同様の方法でβ型サイアロン蛍光体粉末を得た。得られたβ型サイアロン蛍光体に対して、粉末Ｘ線回折測定を行った結果、存在する結晶相はβ型サイアロン単相であった。
また、実施例１と同様の評価をおこなった。得られた結果を表１および表２にそれぞれ示す。
表２から、実施例１～５のβ型サイアロン蛍光体は、比較例１～３のβ型サイアロン蛍光体に比べて蛍光のピーク強度が高く、高輝度のβ型サイアロン蛍光体であることが分かった。
１ ＥＢＳＤ法に用いる装置
２ 走査型電子顕微鏡
２Ａ 鏡筒部
２Ｂ ステージ部
２Ｃ ステージ制御部
２Ｄ 電子線走査部
２Ｅ 制御用コンピュータ
３ 電子後方散乱回折像法測定装置
４ 試料
５ 電子線
６ 後方散乱された電子
７ 蛍光スクリーン
８ カメラ
１０ 発光装置
１２ 発光光源（ＬＥＤチップ）
１３ 第１のリードフレーム
１３ａ 上部
１３ｂ 凹部
１４ 第２のリードフレーム
１５ 波長変換部材
１６ ボンディングワイヤ
１７ 封止樹脂
１８ 蛍光体（β型サイアロン蛍光体）
１９ キャップ
２ 走査型電子顕微鏡
２Ａ 鏡筒部
２Ｂ ステージ部
２Ｃ ステージ制御部
２Ｄ 電子線走査部
２Ｅ 制御用コンピュータ
３ 電子後方散乱回折像法測定装置
４ 試料
５ 電子線
６ 後方散乱された電子
７ 蛍光スクリーン
８ カメラ
１０ 発光装置
１２ 発光光源（ＬＥＤチップ）
１３ 第１のリードフレーム
１３ａ 上部
１３ｂ 凹部
１４ 第２のリードフレーム
１５ 波長変換部材
１６ ボンディングワイヤ
１７ 封止樹脂
１８ 蛍光体（β型サイアロン蛍光体）
１９ キャップ
Claims (8)
- ユウロピウムが固溶したβ型サイアロン蛍光体であって、
前記β型サイアロン蛍光体は、一般式Ｓｉ６－ｚＡｌｚＯｚＮ８－ｚ：Ｅｕ２＋（０＜Ｚ≦４．２）で示され、
以下の手順により、前記β型サイアロン蛍光体の単結晶粒子を特定し、当該単結晶粒子の５０％面積径をＤ５０とし、前記単結晶粒子の１０％面積径をＤ１０としたとき、
前記β型サイアロン蛍光体は、前記単結晶粒子からなる粒子と、複数の前記単結晶粒子が粒界を介して焼結してなる粒子とを含むものであって、
Ｄ５０が９．２μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
（Ｄ５０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．６０以下であるβ型サイアロン蛍光体。
（手順）
（ｉ）前記β型サイアロン蛍光体を測定対象とする電子後方散乱回折像法の測定により、電子後方散乱回折像のデータを得る。
（ｉｉ）前記電子後方散乱回折像のデータを解析し、個々の前記β型サイアロン蛍光体の粒子における結晶方位を識別し、個々の結晶方位毎に区別できる領域を単結晶粒子とする。当該単結晶粒子の断面積を画像解析により求める。
（ｉｉｉ）前記単結晶粒子の前記断面積から累積カーブを作成し、５０％および１０％にあたる点の単結晶粒子の断面積を求め、これらを用いて、円換算した場合の直径にあたる単結晶粒子の５０％面積径および１０％面積径をそれぞれ求める。 - 請求項１に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
前記手順の（ｉｉｉ）において、９０％にあたる点の単結晶粒子の断面積を求め、これを用いて、円換算した場合の直径にあたる単結晶粒子の９０％面積径を求め、当該単結晶粒子の９０％面積径をＤ９０としたとき、
（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．４５以下であるβ型サイアロン蛍光体。 - 請求項１または２に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
前記一般式において、０．００５≦Ｚ≦１．０であるβ型サイアロン蛍光体。 - 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
前記β型サイアロン蛍光体のＤＶ５０粒径（ＪＩＳ Ｒ １６２９：１９９７に準拠したレーザー回折散乱法による体積基準の積算分率における５０％体積径）が５μｍ以上５０μｍ以下であるβ型サイアロン蛍光体。 - 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のβ型サイアロン蛍光体において、
前記単結晶粒子が粒界を介して焼結してなる粒子の数に対する前記単結晶粒子からなる粒子の数の比が１．９０以下であるβ型サイアロン蛍光体。 - 発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、
前記波長変換部材は蛍光体を含み、
前記蛍光体が請求項１乃至５のいずれか一項に記載のβ型サイアロン蛍光体を含む発光装置。 - 請求項６に記載の発光装置において、
前記発光光源が、３００ｎｍ～５００ｎｍの波長の光を発生するＬＥＤチップを含む発光装置。 - 請求項６または７に記載の発光装置において、
前記蛍光体が、マンガンが固溶したＫＳＦ系蛍光体をさらに含む発光装置。
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