JPWO2013180216A1 - 蛍光体、その製造方法、発光装置および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記A3(D,E)8X14で示される結晶は、少なくともA元素にSrまたはCaを含み、D元素にSiを含み、必要に応じてE元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む、蛍光体(「蛍光体(2)」という)でもよい。
格子定数a、b、cが、
a = 0.48170±0.05 nm
b = 2.42320±0.05 nm
c = 1.05600±0.05 nm
の範囲の値である、蛍光体(「蛍光体(7)」という)であってもよい。ここで、「±0.05」は、許容範囲を示し、aについていえば、例えば、 0.48170−0.05 ≦ a ≦ 0.48170+0.05という範囲を意味することができる(以下同様)。
0.00001 ≦ d ≦ 0.05
0.05 ≦ e ≦ 0.3
0.15 ≦ f ≦ 0.4
0 ≦ g ≦ 0.15
0.45 ≦ h ≦ 0.65
の条件を全て満たす範囲の組成で表される、蛍光体(「蛍光体(8)」という)であってもよい。
d+e = (3/25)±0.05
f+g = (8/25)±0.05
h = (14/25)±0.05
の条件を全て満たす範囲の値である、蛍光体(「蛍光体(9)」という)であってもよい。ここで、「±0.05」は、許容範囲を示し、d+eについていえば、例えば、(3/25)−0.05 ≦ d+e ≦ (3/25)+0.05という範囲を意味することができる(以下同様)。
3/8 ≦ f/(f+g) ≦ 8/8
の条件を満たす、蛍光体(「蛍光体(10)」という)であってもよい。
0/14 ≦ h1/(h1+h2) ≦ 8/14
の条件を満たす、蛍光体(「蛍光体(11)」という)であってもよい。
EuySr3−ySi8−xAlxN10−xO4+x、EuyCa3−ySi8−xAlxN10−xO4+x、または、Euy(Li,Sr)3−ySi8−xAlxN10−xO4+x
ただし、
0 ≦ x < 8
0.0001 ≦ y ≦ 2
で示される、蛍光体(「蛍光体(14)」という)であってもよい。
0.1 ≦ x0 ≦ 0.7
0.2 ≦ y0 ≦ 0.9
の条件を満たす、蛍光体(「蛍光体(24)」という)であってもよい。尚、通常、CIE1931色度座標上の値は、(x,y)で示されるが、組成式に用いるx及びyとの混同を避けるために、xをx0と、yをy0としている(以下、同様)。
Sr3Si8−xAlxN10−xO4+x、Ca3Si8−xAlxN10−xO4+x、(Sr,Li)3Si8−xAlxN10−xO4+x(ただし、0 ≦ x < 8)の組成式で示される結晶を母体結晶(ホスト)とする蛍光体は、発光強度が高く、組成を変えることにより色調の変化が制御できる蛍光体である。
a = 0.48170±0.05 nm
b = 2.42320±0.05 nm
c = 1.05600±0.05 nm
の範囲のものは結晶が特に安定であり、これらを母体結晶とする蛍光体は発光強度が高い。この範囲を外れると結晶が不安定となり発光強度が低下することがある。
0.00001 ≦ d ≦ 0.05
0.05 ≦ e ≦ 0.3
0.15 ≦ f ≦ 0.4
0 ≦ g ≦ 0.15
0.45 ≦ h ≦ 0.65
の条件を全て満たす蛍光体は特に発光強度が高い。
d+e = (3/25)±0.05
f+g = (8/25)±0.05
h = (14/25)±0.05
の条件を全て満たす範囲の値の結晶は結晶構造が安定であり特に発光強度が高い。なかでも、
d+e = 3/25
f+g = 8/25
h = 14/25
の条件を全て満たす値の結晶、すなわち、(M,A)3(D,E)8X14の組成を持つ結晶は、結晶構造が特に安定であり特に発光強度が高い。
3/8 ≦ f/(f+g) ≦ 8/8
の条件を満たす組成は、結晶構造が安定であり発光強度が高い。
0/14 ≦ h1/(h1+h2) ≦ 8/14
の条件を満たす組成は、結晶構造が安定であり発光強度が高い。
0.00001 ≦ d ≦ 0.05
0.1 ≦ e ≦ 0.2
0.25 ≦ f ≦ 0.35
g = 0
0.5 ≦ h ≦ 0.6
の条件を満たす組成は、黄色から赤色発光する蛍光体となり得る。
EuySr3−ySi8−xAlxN10−xO4+x、EuyCa3−ySi8−xAlxN10−xO4+x、または、Euy(Sr,Li)3−ySi8−xAlxN10−xO4+x
ただし、
0 ≦ x < 8
0.0001 ≦ y ≦ 2
で示される蛍光体は、安定な結晶構造を保ったままxとyのパラメータを変えることによる組成範囲でEu/Sr比、Eu/Ca比、Eu/(Sr+Li)比、Si/Al比、N/O比を変化させることができる。これにより、励起波長や発光波長を連続的に変化させることができるため、材料設計がやりやすい蛍光体である。
0.1 ≦ x0 ≦ 0.7
0.2 ≦ y0 ≦ 0.9
範囲の蛍光体がある。例えば、
EuySr3−ySi8−xAlxN10−xO4+x
ただし、
0 ≦ x < 8
0.0001 ≦ y ≦ 2
で示される組成に調整することにより、この範囲の色度座標の色を発色する蛍光体が得られる。白色LED等の黄色から赤色発光の用途に用いると良い。
合成に使用した原料粉末は、比表面積11.2m2/gの粒度の、酸素含有量1.29重量%、α型含有量95%の窒化ケイ素粉末(宇部興産(株)製のSN−E10グレード)と、二酸化ケイ素粉末(SiO2;高純度化学研究所製)と、比表面積13.2m2/gの粒度の酸化アルミニウム粉末(大明化学工業製タイミクロン)と、炭酸リチウム(高純度化学製)と、窒化ホウ素(電気化学工業製)と、酸化カルシウム(高純度化学製)と、純度99.5%の窒化ストロンチウム(Sr3N2;セラック製)と、酸化ストロンチウム(高純度化学製)と、酸化セリウム(CeO2;純度99.9%、信越化学工業(株)製)と、酸化ユーロピウム(Eu2O3;純度99.9%信越化学工業(株)製)と、希土類酸化物(純度99.9%信越化学工業製)とであった。
窒化ケイ素(Si3N4)、二酸化ケイ素(SiO2)、および、酸化ストロンチウム(SrO)をモル比で2.33:1:3の割合で混合組成を設計した。これらの原料粉末を、上記混合組成となるように秤量し、窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。次いで、得られた混合粉末を、窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。混合粉末(粉体)の嵩密度は約33%であった。
Sr3Si8−xAlxN10−xO4+x、Ca3Si8−xAlxN10−xO4+x、(Sr,Li)3Si8−xAlxN10−xO4+x、Ba3Si8−xAlxN10−xO4+x、(Sr,Ba)3Si8−xAlxN10−xO4+x(ただし、0 ≦ x < 8)で示される組成としても記述できる。
表2および表3に示す設計組成に従って、原料を表4の原料混合組成(質量比)となるように秤量した。使用する原料の種類によっては表2および表3の設計組成と表4の混合組成で組成が異なる場合が生じるが、この場合は金属イオンの量が合致するように混合組成を決定した。秤量した原料粉末を窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢を用いて5分間混合を行なった。その後、混合粉末を窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。粉体の嵩密度は約20%から30%であった。
図5は、実施例22で合成した合成物の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。
次ぎに、本発明の蛍光体を用いた発光装置について説明する。
図7は、本発明による照明器具(砲弾型LED照明器具)を示す概略図である。
図8は、本発明による照明器具(基板実装型LED照明器具)を示す概略図である。
図9は、本発明による画像表示装置(プラズマディスプレイパネル)を示す概略図である。
図10は、本発明による画像表示装置(フィールドエミッションディスプレイパネル)を示す概略図である。
2、3.リードワイヤ。
4.発光ダイオード素子。
5.ボンディングワイヤ。
6、8.樹脂。
7.蛍光体。
11.基板実装用チップ型白色発光ダイオードランプ。
12、13.リードワイヤ。
14.発光ダイオード素子。
15.ボンディングワイヤ。
16、18.樹脂。
17.蛍光体。
19.アルミナセラミックス基板。
20.側面部材。
31.赤色蛍光体。
32.緑色蛍光体。
33.青色蛍光体。
34、35、36.紫外線発光セル。
37、38、39、40.電極。
41、42.誘電体層。
43.保護層。
44、45.ガラス基板。
51.ガラス。
52.陰極。
53.陽極。
54.ゲート。
55.エミッタ。
56.蛍光体。
57.電子。
Claims (57)
- 少なくともA元素とD元素とX元素(ただし、Aは、Li、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)を含み、必要に応じてE元素(ただし、Eは、B、Al、Ga、In、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素)を含む、Sr3Si8O4N10で示される結晶、あるいは、Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶に、M元素(ただしMは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を含む、蛍光体。
- 前記Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、その組成がA3(D,E)8X14で示される結晶であり、
前記A3(D,E)8X14で示される結晶は、少なくともA元素にSrまたはCaを含み、D元素にSiを含み、必要に応じてE元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む、請求項1に記載の蛍光体。 - 前記Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、Sr3Si8O4N10、Ca3Si8O4N10、または、(Sr,Li)3Si8O4N10である、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、
Sr3Si8−xAlxN10−xO4+x、Ca3Si8−xAlxN10−xO4+x、または、(Sr,Li)3Si8−xAlxN10−xO4+x(ただし、0 ≦ x < 8)の組成式で示される、請求項1に記載の蛍光体。 - 前記M元素がEuである、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、単斜晶系の結晶である、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、単斜晶系の結晶であり、空間群P21/nの対称性を持ち、
格子定数a、b、cが、
a = 0.48170±0.05 nm
b = 2.42320±0.05 nm
c = 1.05600±0.05 nm
の範囲の値である、請求項1に記載の蛍光体。 - 前記無機化合物は、組成式MdAeDfEgXh(ただし、式中d+e+f+g+h = 1であり、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Li、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、In、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータd、e、f、g、hが、
0.00001 ≦ d ≦ 0.05
0.05 ≦ e ≦ 0.3
0.15 ≦ f ≦ 0.4
0 ≦ g ≦ 0.15
0.45 ≦ h ≦ 0.65
の条件を全て満たす範囲の組成で表される、請求項1に記載の蛍光体。 - 前記パラメータd、e、f、g、hが、
d+e = (3/25)±0.05
f+g = (8/25)±0.05
h = (14/25)±0.05
の条件を全て満たす範囲の値である、請求項8に記載の蛍光体。 - 前記パラメータf、gが、
3/8 ≦ f/(f+g) ≦ 8/8
の条件を満たす、請求項8に記載の蛍光体。 - 前記X元素がNとOとを含み、組成式MdAeDfEgOh1Nh2(ただし、式中d+e+f+g+h1+h2 = 1、および、h1+h2 = hである)で示され、
0/14 ≦ h1/(h1+h2) ≦ 8/14
の条件を満たす、請求項8に記載の蛍光体。 - 前記M元素として少なくともEuを含む、請求項8に記載の蛍光体。
- 前記A元素として少なくともSrまたはCaを含み、前記D元素として少なくともSiを含み、必要に応じて前記E元素として少なくともAlを含み、前記X元素として少なくともOとNを含む、請求項8に記載の蛍光体。
- 前記無機化合物の組成式がパラメータxとyを用いて
EuySr3−ySi8−xAlxN10−xO4+x、EuyCa3−ySi8−xAlxN10−xO4+x、または、Euy(Li,Sr)3−ySi8−xAlxN10−xO4+x
ただし、
0 ≦ x < 8
0.0001 ≦ y ≦ 2
で示される、請求項1に記載の蛍光体。 - 前記無機化合物が、平均粒径0.1μm以上20μm以下の単結晶粒子あるいは単結晶の集合体である、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記無機化合物に含まれる、Fe、Co、Ni不純物元素の合計が500ppm以下である、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記無機化合物に加えて、前記無機化合物とは異なる他の結晶相あるいはアモルファス相をさらに含み、前記無機化合物の含有量が20質量%以上である、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記他の結晶相あるいはアモルファス相が、導電性を持つ無機物質である、請求項17に記載の蛍光体。
- 前記導電性を持つ無機物質が、Zn、Al、Ga、In、Snから選ばれる1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物、または窒化物、あるいはこれらの混合物である、請求項18に記載の蛍光体。
- 前記他の結晶相あるいはアモルファス相が、前記無機化合物とは異なる無機蛍光体である、請求項17に記載の蛍光体。
- 励起源を照射することにより560nm以上650nm以下の範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光する、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記励起源が100nm以上450nm以下の波長を持つ真空紫外線、紫外線または可視光、電子線またはX線である、請求項21に記載の蛍光体。
- 前記Sr3Si8O4N10で示される結晶および前記Sr3Si8O4N10で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶にEuが固溶してなり、360nmから450nmの光を照射すると560nm以上650nm以下の黄色から赤色の蛍光を発する、請求項1に記載の蛍光体。
- 励起源が照射されたときに発光する色がCIE1931色度座標上の(x0,y0)の値で、
0.1 ≦ x0 ≦ 0.7
0.2 ≦ y0 ≦ 0.9
の条件を満たす、請求項1に記載の蛍光体。 - 金属化合物の混合物であって焼成することにより、請求項1に記載の無機化合物を構成しうる原料混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成する、請求項1に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記金属化合物の混合物が、Mを含有する化合物と、Aを含有する化合物と、Dを含有する化合物と、Xを含有する化合物と、必要に応じてEを含有する化合物(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Li、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、In、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とからなる、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記Mを含有する化合物が、Mを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
前記Aを含有する化合物が、Aを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
前記Dを含有する化合物が、Dを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物である、請求項26に記載の蛍光体の製造方法。 - 前記金属化合物の混合物が、少なくとも、ユーロピウムの窒化物または酸化物と、ストロンチウムの窒化物または酸化物または炭酸塩と、酸化ケイ素または窒化ケイ素とを含有する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記窒素を含有する不活性雰囲気が、0.1MPa以上100MPa以下の圧力範囲の窒素ガス雰囲気である、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 焼成炉の発熱体、断熱体、または試料容器に黒鉛を使用する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 粉体または凝集体形状の金属化合物を、嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 焼成に使う容器が窒化ホウ素製である、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 金属化合物の粉体粒子または凝集体の平均粒径が500μm以下である、請求項25記載の蛍光体の製造方法。
- スプレイドライヤ、ふるい分け、または風力分級により、金属化合物の凝集体の平均粒径を500μm以下に制御する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 焼結手段がホットプレスによることなく、専ら常圧焼結法もしくはガス圧焼結法による手段である、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 粉砕、分級、酸処理から選ばれる1種ないし複数の手法により、焼成により合成した蛍光体粉末の平均粒径を50nm以上20μm以下に粒度調整する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 焼成後の蛍光体粉末、あるいは粉砕処理後の蛍光体粉末、もしくは粒度調整後の蛍光体粉末を、1000℃以上で焼成温度以下の温度で熱処理する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記金属化合物の混合物に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物を添加して焼成する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物が、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素のフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、あるいはリン酸塩の1種または2種以上の混合物である、請求項38に記載の蛍光体の製造方法。
- 焼成後に溶剤で洗浄することにより、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物の含有量を低減させる、請求項38に記載の蛍光体の製造方法。
- 少なくとも発光体と蛍光体(第1の蛍光体)とから構成される発光装置において、少なくとも請求項1に記載の蛍光体を前記蛍光体(第1の蛍光体)として用いる、発光装置。
- 前記発光体が、330〜500nmの波長の光を発する発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、半導体レーザ、または有機EL発光体(OLED)である、請求項41に記載の発光装置。
- 前記発光装置が、白色発光ダイオード、白色発光ダイオードを複数含む照明器具、または、液晶パネル用バックライトである、請求項41に記載の発光装置。
- 前記発光体がピーク波長300〜450nmの紫外または可視光を発し、
請求項1に記載の蛍光体が発する青色から赤色光と、他の蛍光体が発する450nm以上の波長の光とを混合することにより白色光または白色光以外の光を発する、請求項41に記載の発光装置。 - 前記発光体によりピーク波長420nm〜500nm以下の光を発する青色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
- 前記青色蛍光体が、AlN:(Eu,Si)、BaMgAl10O17:Eu、SrSi9Al19ON31:Eu、LaSi9Al19N32:Eu、α−サイアロン:Ce、JEM:Ceから選ばれる、請求項45に記載の発光装置。
- 前記発光体によりピーク波長500nm以上550nm以下の光を発する緑色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
- 前記緑色蛍光体が、β−サイアロン:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Euから選ばれる、請求項47に記載の発光装置。
- 前記発光体によりピーク波長550nm以上600nm以下の光を発する黄色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
- 前記黄色蛍光体が、YAG:Ce、α−サイアロン:Eu、CaAlSiN3:Ce、La3Si6N11:Ceから選ばれる、請求項49に記載の発光装置。
- 前記発光体によりピーク波長600nm以上700nm以下の光を発する赤色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
- 前記赤色蛍光体が、CaAlSiN3:Eu、(Ca,Sr)AlSiN3:Eu、Ca2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Euから選ばれる、請求項51に記載の発光装置。
- 前記発光体が320〜450nmの波長の光を発するLEDである、請求項41に記載の発光装置。
- 励起源と蛍光体(第1の蛍光体)とから構成される画像表示装置において、少なくとも請求項1に記載の蛍光体を前記蛍光体(第1の蛍光体)として用いる、画像表示装置。
- 前記画像表示装置が、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)のいずれかである、請求項54に記載の画像表示装置。
- 請求項1に記載の無機化合物からなる顔料。
- 請求項1に記載の無機化合物からなる紫外線吸収剤。
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