JPWO2015093429A1 - 蛍光体、発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、紫外から近紫外線の波長領域で効率よく励起され青色発光するサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）蛍光体、当該蛍光体の製造方法、及び当該蛍光体を用いた発光装置に関する。本発明の蛍光体は、一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで示され、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、ａ＋ｂ＝１、０．０１＜ｂ＜０．２０、１．６５＜ｃ＜２．５０、２．５０＜ｄ＜４．００、３．１５＜ｅ＜４．９０、及び、２．８０＜ｆ＜４．３０であり、ＭｅはＳｒとＢａのいずれか一方又は双方であり、近紫外又は紫色光で励起した場合に波長４５０〜４８５ｎｍの範囲にピークを持つ青色を発光する蛍光体であって、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９０％以上であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８５％以上であることを特徴とする。
Description
本発明は、紫外から近紫外線の波長領域で効率よく励起され青色発光するサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）系蛍光体、当該蛍光体の製造方法、及び当該蛍光体を用いた発光装置に関する。
化学的安定性、耐熱性、耐久性に優れる蛍光体として、結晶構造が安定である窒化物や酸窒化物の蛍光体が注目されている。なかでも、窒化物、酸窒化物を代表するものとして、サイアロン蛍光体が広く用いられている。
特許文献１には、発光効率に優れたＥｕ付活β型サイアロン蛍光体として、電子スピン共鳴スペクトルによる計測における２５℃でのｇ＝２．００±０．０２の吸収に対応するスピン密度を２．０×１０１７個／ｇ以下に制御することが提案されている。スピン密度を制御することにより、母体結晶自体による発光を伴わない光吸収が低減され、発光効率が改善するとされている。特に実施例に具体的に開示されている蛍光体の発光効率は３９〜５８％にまで改善されたことが示されている。
しかし、発光光源からの励起光を効率よく吸収し発光することは、ＬＥＤ用途に限らず、全ての蛍光体用途に要求される特性である。このため、発光効率のさらなる改善が求められている。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、サイアロン蛍光体の結晶構造及び光学特性について鋭意検討した結果、蛍光体を構成する元素の組成比を特定の範囲とし、なおかつ、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率、及び蛍光ピーク波長での拡散反射率を制御することにより、発光効率を著しく改善できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで示され、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、
ａ＋ｂ＝１、
０．０１＜ｂ＜０．２０、
１．６５＜ｃ＜２．５０、
２．５０＜ｄ＜４．００、
３．１５＜ｅ＜４．９０、及び、
２．８０＜ｆ＜４．３０であり、
ＭｅはＳｒとＢａのいずれか一方又は双方であり、近紫外又は紫色光で励起した場合に波長４５０〜４８５ｎｍの範囲にピークを持つ青色を発光する蛍光体であって、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９０％以上であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８５％以上である蛍光体を提供することを目的とする。
ａ＋ｂ＝１、
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ＭｅはＳｒとＢａのいずれか一方又は双方であり、近紫外又は紫色光で励起した場合に波長４５０〜４８５ｎｍの範囲にピークを持つ青色を発光する蛍光体であって、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９０％以上であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８５％以上である蛍光体を提供することを目的とする。
また本発明は、当該蛍光体の製造方法であって、原料を混合する混合工程と、混合工程後の原料を焼成する焼成工程と、焼成工程後の焼成物をアニール処理するアニール工程とを有し、混合工程におけるＳｒ及び／又はＢａを供給する原料がこれらのアルミン酸塩である、蛍光体の製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、上述の蛍光体と発光光源とを備える発光装置を提供することを目的とする。
本発明の蛍光体は、蛍光体の組成比及び拡散反射率を制御することにより、従前のサイアロン蛍光体よりも高い発光効率を実現することができる。また、本発明の蛍光体の製造方法によれば、上述のような発光特性に優れる蛍光体を再現性良く製造できる。さらに、本発明の発光装置は、上述のような高発光効率の蛍光体を用いることにより、輝度に優れた発光装置を実現できる。
＜蛍光体＞
１．組成
本発明に係る蛍光体は、一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで表される。当該一般式は蛍光体の組成式を表しており、ａ〜ｆは元素の比である。本明細書中、特に記載しない限り、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、ａ＋ｂ＝１となるように算出した場合の数値を表す。言うまでもないが、ａ〜ｆに正の任意の数値を乗じた元素比も同じ組成式を与える。
１．組成
本発明に係る蛍光体は、一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで表される。当該一般式は蛍光体の組成式を表しており、ａ〜ｆは元素の比である。本明細書中、特に記載しない限り、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、ａ＋ｂ＝１となるように算出した場合の数値を表す。言うまでもないが、ａ〜ｆに正の任意の数値を乗じた元素比も同じ組成式を与える。
ａ＋ｂ＝１となるように算出した場合の組成比ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、ａ＋ｂ＝１、０．０１＜ｂ＜０．２０、１．６５＜ｃ＜２．５０、２．５０＜ｄ＜４．００、３．１５＜ｅ＜４．９０、及び、２．８０＜ｆ＜４．３０である。
組成比ａ〜ｆが当該範囲を逸脱すると、蛍光体の結晶構造が不安定化し、第二相の形成を助長し、拡散反射率の低下を引き起こす。その結果、母体結晶による非発光吸収が増大し、発光効率が低下してしまう。
組成比ａ〜ｆが当該範囲を逸脱すると、蛍光体の結晶構造が不安定化し、第二相の形成を助長し、拡散反射率の低下を引き起こす。その結果、母体結晶による非発光吸収が増大し、発光効率が低下してしまう。
なかでも、発光元素であるＥｕのイオン濃度を表すｂは、０．０１以下では発光元素イオンの原子数が少ないため十分な発光効率が得られず、０．２０以上では第二相の形成が助長されたり、発光元素イオンの原子数が多くなりすぎて、隣接する発光イオン同士による励起エネルギーの再吸収効果である濃度消光と呼ばれる現象を生じる結果、発光強度が低下する場合がある。Ｅｕのイオン濃度を表すｂは、より好ましくは０．０１５＜ｂ＜０．１５であり、さらに好ましくは、０．０２０＜ｂ＜０.１００の範囲である。
また、上記一般式におけるＭｅは、ＳｒとＢａのいずれか一方又は双方である。ＭｅをＳｒとＢａのいずれか一方又は双方としたのは、Ｍｅ元素として、Ｂａは結晶構造を維持したままＳｒに対して全ての比率で結晶構造中に固溶置換させることが可能であるためである。
２．拡散反射率
本発明の蛍光体は、上述の組成的特徴を満たすことのほかに、特定の波長領域における拡散反射率が所定の数値範囲にあることを特徴の一つとしている。すなわち、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９０％以上、より好ましくは９４％以上であり、かつ、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８５％以上、より好ましくは８７％以上である。
本発明の蛍光体は、上述の組成的特徴を満たすことのほかに、特定の波長領域における拡散反射率が所定の数値範囲にあることを特徴の一つとしている。すなわち、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９０％以上、より好ましくは９４％以上であり、かつ、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８５％以上、より好ましくは８７％以上である。
拡散反射率を上記範囲に制御することにより発光効率が著しく向上する理由としては、主に以下のことが考えられる。
すなわち、蛍光体の発光は発光中心となるＥｕ２＋イオンの電子遷移により生じることから、一般に、母体結晶による発光を伴わない吸収が少なく、光の透過性が高いほど発光効率は向上する。拡散反射率は蛍光体粉末内での光拡散過程における光の吸収により低下するため、拡散反射率が高いことは光の透過性が高いことを意味する。本発明のように一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで表される蛍光体は３００〜５００ｎｍの範囲の光により励起されるので、波長７００ｎｍより大きい発光領域での拡散反射率は、蛍光体中のＥｕ２＋以外の吸収、つまり母体結晶による発光を伴わない吸収を示す。このため、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が高いほど、母体結晶による発光を伴わない吸収が少なく、光取り出し効率に優れると考えられる。
すなわち、蛍光体の発光は発光中心となるＥｕ２＋イオンの電子遷移により生じることから、一般に、母体結晶による発光を伴わない吸収が少なく、光の透過性が高いほど発光効率は向上する。拡散反射率は蛍光体粉末内での光拡散過程における光の吸収により低下するため、拡散反射率が高いことは光の透過性が高いことを意味する。本発明のように一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで表される蛍光体は３００〜５００ｎｍの範囲の光により励起されるので、波長７００ｎｍより大きい発光領域での拡散反射率は、蛍光体中のＥｕ２＋以外の吸収、つまり母体結晶による発光を伴わない吸収を示す。このため、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が高いほど、母体結晶による発光を伴わない吸収が少なく、光取り出し効率に優れると考えられる。
一方、波長７００〜８００ｎｍでの拡散反射率とは別に、蛍光ピーク波長での拡散反射率も蛍光特性と密接な関係を示す。蛍光ピーク波長での拡散反射率は、結晶内のＥｕ２＋近傍に結晶欠陥が存在することにより低減する。そして、Ｅｕ２＋周囲に結晶欠陥が存在すると、Ｅｕ２＋の励起した電子がトラップされ発光が抑制されてしまう。このため、蛍光ピーク波長での拡散反射率が高いほど、発光が抑制されず、発光効率が優れると考えられる。
本発明の蛍光体は、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率、及び蛍光ピーク波長での拡散反射率の両方を上記所定範囲に制御したことにより、従来の蛍光体よりも発光効率が格段に優れている。
拡散反射率は、蛍光体における結晶欠陥、第二相、可視光を吸収する不純物の存在と密接に関係しており、これらを低減することによって上記範囲に制御できる。
なかでも、蛍光体に含まれる不純物である炭素の含有量を０．０６ｗｔ％以下、より好ましくは０．０４ｗｔ％以下に制御する。炭素含有量が０．０６ｗｔ％を超えると、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が著しく低下し、母体結晶による非発光吸収が増大し、発光効率が低下する傾向がある。本発明の蛍光体に不純物として存在し得る炭素は、蛍光体の原料に含まれるものや、焼成の際に使用する容器等から混入するものが考えられる。
また、蛍光体を製造する際に、アニール処理や酸処理を行うことによっても結晶欠陥が低減されるため、拡散反射率を向上させることができる。
なかでも、蛍光体に含まれる不純物である炭素の含有量を０．０６ｗｔ％以下、より好ましくは０．０４ｗｔ％以下に制御する。炭素含有量が０．０６ｗｔ％を超えると、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が著しく低下し、母体結晶による非発光吸収が増大し、発光効率が低下する傾向がある。本発明の蛍光体に不純物として存在し得る炭素は、蛍光体の原料に含まれるものや、焼成の際に使用する容器等から混入するものが考えられる。
また、蛍光体を製造する際に、アニール処理や酸処理を行うことによっても結晶欠陥が低減されるため、拡散反射率を向上させることができる。
以上のように組成比及び拡散反射率を制御することにより、本発明の蛍光体は、波長３００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の紫外から近紫外線の光によって励起され、波長４５０ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の青色に発光ピーク波長を有し、高い発光効率、具体的には５８％以上の発光効率を実現することができる。
＜蛍光体の製造方法＞
本発明の蛍光体の製造方法は、アルミン酸塩を含む原料を混合する混合工程と、混合工程後の原料を焼成する焼成工程と、焼成工程後にアニール処理するアニール工程とを含む。また、アニール工程後に、酸処理工程をさらに含むことが好ましい。
本発明の蛍光体の製造方法は、アルミン酸塩を含む原料を混合する混合工程と、混合工程後の原料を焼成する焼成工程と、焼成工程後にアニール処理するアニール工程とを含む。また、アニール工程後に、酸処理工程をさらに含むことが好ましい。
１．混合工程
混合工程に用いる原料として炭酸ストロンチウムなどの炭素を含む原料を使用すると、原料粉由来の炭素の一部が炭素又は炭化物として蛍光体に含まれることにより、波長７００〜８００ｎｍにおける平均拡散反射率が低下してしまう傾向がある。このため、特に、Ｓｒ及び／又はＢａを供給する原料をこれらのアルミン酸塩に限定することにより、蛍光体に含まれる不純物としての炭素の含有量を大幅に低減することができ、高い発光効率を実現することが可能である。
混合工程に用いる原料として炭酸ストロンチウムなどの炭素を含む原料を使用すると、原料粉由来の炭素の一部が炭素又は炭化物として蛍光体に含まれることにより、波長７００〜８００ｎｍにおける平均拡散反射率が低下してしまう傾向がある。このため、特に、Ｓｒ及び／又はＢａを供給する原料をこれらのアルミン酸塩に限定することにより、蛍光体に含まれる不純物としての炭素の含有量を大幅に低減することができ、高い発光効率を実現することが可能である。
好ましい原料の組合せとして、アルミン酸ストロンチウム粉末及び／又はアルミン酸バリウム粉末と、窒化ケイ素粉末及び／又は酸化シリコン粉末と、酸化アルミニウム粉末及び／又は窒化アルミニウム粉末と、酸化ユーロピウム粉末とを用いることができる。これらの原料の配合割合は、組成比ａ〜ｆに基づいて適宜設計することができる。
原料を混合するには、乾式混合する方法や、原料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がある。混合装置としては、例えば、Ｖ型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミルを用いることができる。また、必要に応じてフラックスを加えてもよい。フラックスとしては、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、Ａｌのハロゲン化物などが使用可能である。
２．焼成工程
混合粉末を乾燥後、少なくとも混合粉末が接する面が窒化ホウ素からなる坩堝等の容器内に充填し、１気圧以上とした焼成炉内において、空気、アルゴン、又は窒素雰囲気中で、１４５０〜１７５０℃で焼成する。焼成温度が１４５０℃未満であると化合物同士が十分に反応せず、第二相の生成や結晶性の低下を生じ、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が低下する傾向がある。一方、焼成温度が１７５０℃より高いと、液相を介した反応により焼成物が完全に焼結体となり、これを粉末化する際に行う機械的粉砕等によって結晶性が低下する傾向がある。
焼成工程における最高温度での保持時間は、焼成温度によっても変わるが、通常は１〜２０時間である。
混合粉末を乾燥後、少なくとも混合粉末が接する面が窒化ホウ素からなる坩堝等の容器内に充填し、１気圧以上とした焼成炉内において、空気、アルゴン、又は窒素雰囲気中で、１４５０〜１７５０℃で焼成する。焼成温度が１４５０℃未満であると化合物同士が十分に反応せず、第二相の生成や結晶性の低下を生じ、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が低下する傾向がある。一方、焼成温度が１７５０℃より高いと、液相を介した反応により焼成物が完全に焼結体となり、これを粉末化する際に行う機械的粉砕等によって結晶性が低下する傾向がある。
焼成工程における最高温度での保持時間は、焼成温度によっても変わるが、通常は１〜２０時間である。
３．アニール工程
アニール工程は、焼成炉を用い、焼成炉内を１気圧以上、１３００℃以上１６５０℃以下で行うのが好ましい。アニール工程での雰囲気は、窒素、アルゴン及び水素のうちの一種もしくは二種以上の混合雰囲気を用いることができる。
アニール工程は、焼成炉を用い、焼成炉内を１気圧以上、１３００℃以上１６５０℃以下で行うのが好ましい。アニール工程での雰囲気は、窒素、アルゴン及び水素のうちの一種もしくは二種以上の混合雰囲気を用いることができる。
４．酸処理工程
酸処理工程を行う場合、塩酸、硫酸、硝酸のうちの一種若しくは二種以上の混合溶液又はその混合溶液をイオン交換水で希釈した酸性溶液を用いることができる。酸処理工程を行うことにより、蛍光体の表面に残存した不純物を気化除去することができ、発光効率をさらに向上することができる。
酸処理工程を行う場合、塩酸、硫酸、硝酸のうちの一種若しくは二種以上の混合溶液又はその混合溶液をイオン交換水で希釈した酸性溶液を用いることができる。酸処理工程を行うことにより、蛍光体の表面に残存した不純物を気化除去することができ、発光効率をさらに向上することができる。
＜発光装置＞
本発明の発光装置は、発光素子と本発明の蛍光体とを含む。かかる発光装置は、本発明の蛍光体の他に、本発明の蛍光体より長波長に発光ピーク波長を有する蛍光体１種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の発光装置は、発光素子と本発明の蛍光体とを含む。かかる発光装置は、本発明の蛍光体の他に、本発明の蛍光体より長波長に発光ピーク波長を有する蛍光体１種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の蛍光体より長波長に発光ピーク波長を有する蛍光体とは、４８５ｎｍ以上の波長域に発光ピークを有する蛍光体であり、例えば、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｓｒ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｌｉ，Ｃａ）（Ａｌ，Ｓｉ）２（Ｎ，Ｏ）３：Ｃｅ、（Ｃａ,Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕがある。本発明の蛍光体と併用できる蛍光体は、特に限定されるものではなく、発光装置に要求される輝度や演色性等に応じて適宜選択できる。
発光素子は、好ましくは、３４０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の発光を有する無機発光素子又は有機発光素子である。発光素子は、レーザーダイオード素子やＬＥＤ素子が好ましい。
発光装置は、液晶ＴＶ用バックライト、プロジェクタの光源装置、照明装置、交通信号機又は道路標識等とすることができる。
本発明を以下に示す実施例によってさらに詳しく説明する。表１は、各実施例及び比較例の蛍光体の組成比、拡散反射率、炭素含有量、発光効率を示したものである。
＜実施例１＞
１．蛍光体の製造
実施例１の蛍光体を、以下の混合工程、焼成工程、アニール工程を経て製造した。
＜混合工程＞
蛍光体の原料として、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、及びＥｕ２Ｏ３（酸化ユーロピウム）の粉末を用いた。これらを表１記載の組成比になるように秤量し、Ｖ型混合機（筒井理化学器械社製Ｓ−３）を用いて混合し、混合粉末とした。
１．蛍光体の製造
実施例１の蛍光体を、以下の混合工程、焼成工程、アニール工程を経て製造した。
＜混合工程＞
蛍光体の原料として、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、及びＥｕ２Ｏ３（酸化ユーロピウム）の粉末を用いた。これらを表１記載の組成比になるように秤量し、Ｖ型混合機（筒井理化学器械社製Ｓ−３）を用いて混合し、混合粉末とした。
＜焼成工程＞
得られた混合粉末を、蓋付きの円筒型窒化ホウ素製容器（電気化学工業社製Ｎ−１グレード）に充填した。混合粉末を充填した窒化ホウ素製坩堝を、炭素繊維形成体を断熱材とした黒鉛ヒーター過熱方式を用いた電気炉にセットし、混合粉末を焼成した。焼成は、ロータリーポンプ及び拡散ポンプにより電気炉の過熱筺体内を真空として、室温から窒素ガスを１気圧まで充填し、室温から１６５０℃まで毎時５００℃の速度で昇温し、１６５０℃で４時間保持した。焼成物を粉砕し、蛍光体を粉末状にした。
得られた混合粉末を、蓋付きの円筒型窒化ホウ素製容器（電気化学工業社製Ｎ−１グレード）に充填した。混合粉末を充填した窒化ホウ素製坩堝を、炭素繊維形成体を断熱材とした黒鉛ヒーター過熱方式を用いた電気炉にセットし、混合粉末を焼成した。焼成は、ロータリーポンプ及び拡散ポンプにより電気炉の過熱筺体内を真空として、室温から窒素ガスを１気圧まで充填し、室温から１６５０℃まで毎時５００℃の速度で昇温し、１６５０℃で４時間保持した。焼成物を粉砕し、蛍光体を粉末状にした。
＜アニール工程＞
得られた焼成物に、窒素雰囲気中（大気圧）、１５００℃、８時間のアニール処理を行って実施例１の蛍光体を得た。
得られた焼成物に、窒素雰囲気中（大気圧）、１５００℃、８時間のアニール処理を行って実施例１の蛍光体を得た。
２．組成比の分析
組成比ａ〜ｆは、得られた蛍光体を以下の方法で分析することにより求めた。すなわち、Ｍｅ元素、Ｅｕ元素、Ａｌ及びＳｉの陽イオン元素についてはＩＣＰ発光分光分析法により、Ｏ及びＮの陰イオンについては酸素窒素分析計を用いて、炭素含有量に関してはＣ／Ｓ同時分析計（ＣＳ−４４４ＬＳ型）を用いて求めた。
組成比ａ〜ｆは、得られた蛍光体を以下の方法で分析することにより求めた。すなわち、Ｍｅ元素、Ｅｕ元素、Ａｌ及びＳｉの陽イオン元素についてはＩＣＰ発光分光分析法により、Ｏ及びＮの陰イオンについては酸素窒素分析計を用いて、炭素含有量に関してはＣ／Ｓ同時分析計（ＣＳ−４４４ＬＳ型）を用いて求めた。
３．拡散反射率の測定
７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率、及び蛍光ピーク波長での拡散反射率は、日本分光社製紫外可視分光光度計（Ｖ−５５０）に積分球装置（ＩＳＶ−４６９）を取り付けた装置で測定した。標準反射板（スペクトラロン）でベースライン補正を行い、蛍光体粉末試料を充填した固体試料ホルダーをセットし、４５０〜８００ｎｍの波長範囲で拡散反射率の測定を行った。
７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率は、この測定結果のうちの７００ｎｍから８００ｎｍでの平均値である。蛍光ピーク波長での拡散反射率は、この測定結果のうちの蛍光ピーク波長（４６９ｎｍ付近）での測定結果である。
７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率、及び蛍光ピーク波長での拡散反射率は、日本分光社製紫外可視分光光度計（Ｖ−５５０）に積分球装置（ＩＳＶ−４６９）を取り付けた装置で測定した。標準反射板（スペクトラロン）でベースライン補正を行い、蛍光体粉末試料を充填した固体試料ホルダーをセットし、４５０〜８００ｎｍの波長範囲で拡散反射率の測定を行った。
７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率は、この測定結果のうちの７００ｎｍから８００ｎｍでの平均値である。蛍光ピーク波長での拡散反射率は、この測定結果のうちの蛍光ピーク波長（４６９ｎｍ付近）での測定結果である。
４．発光効率の測定
蛍光体の発光効率は以下の方法で測定した。大塚電子株式会社製ＭＣＰＤ−７０００を用い、その試料部に反射率が９９％の標準反射板（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社製、スペクトラロン）をセットし、波長４０５ｎｍの励起光のスペクトルを測定した。その際、４００〜４１５ｎｍの波長範囲のスペクトルから励起光フォトン数（Ｑｅｘ）を算出した。次いで、試料部に蛍光体をセットし、得られたスペクトルデータから蛍光フォトン数（Ｑｅｍ）を算出した。蛍光フォトン数は、４１５〜８００ｎｍの範囲で算出した。得られたフォトン数から発光効率（＝Ｑｅｍ／Ｑｅｘ×１００）を求めた。
蛍光体の発光効率は以下の方法で測定した。大塚電子株式会社製ＭＣＰＤ−７０００を用い、その試料部に反射率が９９％の標準反射板（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社製、スペクトラロン）をセットし、波長４０５ｎｍの励起光のスペクトルを測定した。その際、４００〜４１５ｎｍの波長範囲のスペクトルから励起光フォトン数（Ｑｅｘ）を算出した。次いで、試料部に蛍光体をセットし、得られたスペクトルデータから蛍光フォトン数（Ｑｅｍ）を算出した。蛍光フォトン数は、４１５〜８００ｎｍの範囲で算出した。得られたフォトン数から発光効率（＝Ｑｅｍ／Ｑｅｘ×１００）を求めた。
実施例１の蛍光体の組成はＢａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８３Ｓｉ２．７５Ｏ３．２８Ｎ３．１２であった。実施例１の蛍光体は、発光効率が６０％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９５％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８７％であり、炭素含有量が０．０４ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
＜実施例２＞
実施例２は、アニール工程後に得られた蛍光体を、イオン交換水にて硝酸を希釈した酸性溶液に３０〜６０分投入して酸処理工程を行ったこと以外は実施例１と同様に製造した。硝酸の希釈率は容量比で１２％とした。
実施例２の蛍光体の組成は、Ｂａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８９Ｓｉ２．８４Ｏ３．４５Ｎ３．１３であった。実施例２の蛍光体は発光効率が６７％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９６％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が９３％であり、炭素含有量は０．０４ｗｔ％であった。表１には記載していないが、発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
実施例２は、アニール工程後に得られた蛍光体を、イオン交換水にて硝酸を希釈した酸性溶液に３０〜６０分投入して酸処理工程を行ったこと以外は実施例１と同様に製造した。硝酸の希釈率は容量比で１２％とした。
実施例２の蛍光体の組成は、Ｂａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８９Ｓｉ２．８４Ｏ３．４５Ｎ３．１３であった。実施例２の蛍光体は発光効率が６７％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９６％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が９３％であり、炭素含有量は０．０４ｗｔ％であった。表１には記載していないが、発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
＜実施例３＞
実施例３は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと以外は実施例２と同様に製造した。実施例３の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８３Ｓｉ２．６８Ｏ３．３８Ｎ３．１２であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：１．２４であった。
実施例３の蛍光体は、発光効率が６２％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９４％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８７％であり、炭素含有量が０．０２ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
実施例３は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと以外は実施例２と同様に製造した。実施例３の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８３Ｓｉ２．６８Ｏ３．３８Ｎ３．１２であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：１．２４であった。
実施例３の蛍光体は、発光効率が６２％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９４％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８７％であり、炭素含有量が０．０２ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
＜実施例４＞
実施例４は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと以外は実施例２と同様に製造した。実施例４の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ２．１０Ｓｉ３．８４Ｏ３．９５Ｎ４．２２であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：１．１９であった。
実施例４の蛍光体は、発光効率が６２％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９４％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８８％であり、炭素含有量が０．０２ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
実施例４は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと以外は実施例２と同様に製造した。実施例４の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ２．１０Ｓｉ３．８４Ｏ３．９５Ｎ４．２２であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：１．１９であった。
実施例４の蛍光体は、発光効率が６２％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９４％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８８％であり、炭素含有量が０．０２ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
＜実施例５＞
実施例５は、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）の代わりにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を用いたこと以外は実施例２と同様に製造した。実施例５の蛍光体の組成は、Ｂａ０．９６Ｅｕ０．０４Ａｌ１．９３Ｓｉ２．９９Ｏ３．５５Ｎ３．０９であった。
実施例５の蛍光体は、発光効率が５９％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９５％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が９３％であり、炭素含有量が０．０３ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
実施例５は、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）の代わりにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を用いたこと以外は実施例２と同様に製造した。実施例５の蛍光体の組成は、Ｂａ０．９６Ｅｕ０．０４Ａｌ１．９３Ｓｉ２．９９Ｏ３．５５Ｎ３．０９であった。
実施例５の蛍光体は、発光効率が５９％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９５％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が９３％であり、炭素含有量が０．０３ｗｔ％であった。表１には記載しなかったが、その発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
＜比較例１＞
比較例１は、アニール処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様に製造した。比較例１の蛍光体の組成は、Ｂａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８５Ｓｉ２．７４Ｏ３．５０Ｎ３．１８であった。比較例１の蛍光体は、発光効率が４９％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９４％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が７９％であった。表１には記載しなかったが、比較例１の蛍光体の発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
比較例１は、アニール処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様に製造した。比較例１の蛍光体の組成は、Ｂａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．８５Ｓｉ２．７４Ｏ３．５０Ｎ３．１８であった。比較例１の蛍光体は、発光効率が４９％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９４％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が７９％であった。表１には記載しなかったが、比較例１の蛍光体の発光ピーク波長は４６９ｎｍ±８ｎｍの範囲内であった。
＜比較例２＞
比較例２は、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）の代わりに炭酸バリウムを用いたこと以外は実施例２と同様に製造した。比較例２の蛍光体の組成はＢａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．９０Ｓｉ３．０５Ｏ３．７５Ｎ３．２３であった。比較例２の蛍光体は、発光効率が５５％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８７％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８４％であり、炭素含有量が０．０８ｗｔ％であった。
比較例２は、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）の代わりに炭酸バリウムを用いたこと以外は実施例２と同様に製造した。比較例２の蛍光体の組成はＢａ０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．９０Ｓｉ３．０５Ｏ３．７５Ｎ３．２３であった。比較例２の蛍光体は、発光効率が５５％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８７％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８４％であり、炭素含有量が０．０８ｗｔ％であった。
＜比較例３＞
比較例３は、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）の代わりに炭酸バリウム及び炭酸ストロンチウムを用いたこと以外は、実施例２と同様に製造した。比較例３の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．９１Ｓｉ２．８９Ｏ３．５９Ｎ３．２０であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：１．２２であった。比較例３の蛍光体は、発光効率が５４％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８６％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８４％であり、炭素含有量が０．１０ｗｔ％であった。
比較例３は、ＳｒＡｌ２Ｏ４（アルミン酸ストロンチウム）の代わりに炭酸バリウム及び炭酸ストロンチウムを用いたこと以外は、実施例２と同様に製造した。比較例３の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．９１Ｓｉ２．８９Ｏ３．５９Ｎ３．２０であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：１．２２であった。比較例３の蛍光体は、発光効率が５４％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８６％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８４％であり、炭素含有量が０．１０ｗｔ％であった。
＜比較例４＞
比較例４は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと、及びＳｉの組成比ｄが本発明に規定する範囲に含まれないこと以外は、実施例２と同様に製造した。比較例４の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．６８Ｓｉ２．４９Ｏ３．６０Ｎ２．７７であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：２．５５であった。比較例４の蛍光体は、発光効率が４８％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８３％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が７９％であった。
比較例４は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと、及びＳｉの組成比ｄが本発明に規定する範囲に含まれないこと以外は、実施例２と同様に製造した。比較例４の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．９３Ｅｕ０．０７Ａｌ１．６８Ｓｉ２．４９Ｏ３．６０Ｎ２．７７であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：２．５５であった。比較例４の蛍光体は、発光効率が４８％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８３％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が７９％であった。
＜比較例５＞
比較例５は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと、及びＥｕ、Ａｌ、Ｏの組成比ｂ、ｃ、ｅが本発明に規定する範囲に含まれないこと以外は、実施例２と同様に製造した。比較例５の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．７８Ｅｕ０．２２Ａｌ２．５２Ｓｉ２．９９Ｏ４．９１Ｎ３．１０であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：２．４５であった。比較例５の蛍光体は、発光効率が４３％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８０％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が７７％であった。
比較例５は、さらにＢａＡｌ２Ｏ４（アルミン酸バリウム）を原料として配合したこと、及びＥｕ、Ａｌ、Ｏの組成比ｂ、ｃ、ｅが本発明に規定する範囲に含まれないこと以外は、実施例２と同様に製造した。比較例５の蛍光体の組成は、（Ｓｒ，Ｂａ）０．７８Ｅｕ０．２２Ａｌ２．５２Ｓｉ２．９９Ｏ４．９１Ｎ３．１０であり、Ｓｒ、Ｂａの組成比がＳｒ：Ｂａ＝１．００：２．４５であった。比較例５の蛍光体は、発光効率が４３％であり、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が８０％であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が７７％であった。
図１に、実施例１、２及び比較例１、２の蛍光体の拡散反射スペクトルを示す。実施例２は、酸処理を行ったことにより、実施例１よりも拡散反射率が高いことを確認できる。比較例１は、アニール処理を行わなかったことにより、実施例１よりも拡散反射率が低くなり、特にピーク波長付近での拡散反射率が著しく低下したことが認められる。また、比較例２は、原料に炭酸塩を用いたことにより炭素含有量が高く、特に波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率に著しい低下が認められる。
＜実施例６＞
封止材に混合した実施例１の蛍光体と、発光素子としての発光ダイオードとを用いて発光部材を製造した。この発光部材は、比較例１又は２の蛍光体を用いて同様に製造した発光部材に比べて、高い輝度を示した。
また、この発光部材を用いて発光装置を製造したところ、従来よりも高輝度を実現することができた。
封止材に混合した実施例１の蛍光体と、発光素子としての発光ダイオードとを用いて発光部材を製造した。この発光部材は、比較例１又は２の蛍光体を用いて同様に製造した発光部材に比べて、高い輝度を示した。
また、この発光部材を用いて発光装置を製造したところ、従来よりも高輝度を実現することができた。
Claims (5)
- 一般式：ＭｅａＥｕｂＡｌｃＳｉｄＯｅＮｆで示され、組成比ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、
ａ＋ｂ＝１、
０．０１＜ｂ＜０．２０、
１．６５＜ｃ＜２．５０、
２．５０＜ｄ＜４．００、
３．１５＜ｅ＜４．９０、及び、
２．８０＜ｆ＜４．３０であり、
ＭｅはＳｒとＢａのいずれか一方又は双方であり、近紫外又は紫色光で励起した場合に波長４５０〜４８５ｎｍの範囲にピークを持つ青色を発光する蛍光体であって、波長７００〜８００ｎｍでの平均拡散反射率が９０％以上であり、蛍光ピーク波長での拡散反射率が８５％以上である蛍光体。 - 炭素含有量が０．０６ｗｔ％以下である、請求項１に記載の蛍光体。
- 請求項１又は２に記載の蛍光体と、発光光源とを有する発光装置。
- 請求項１又は２に記載の蛍光体を製造する蛍光体の製造方法であって、原料を混合する混合工程と、混合工程後の原料を焼成する焼成工程と、焼成工程後の焼成物をアニール処理するアニール工程とを有し、混合工程におけるＳｒ及び／又はＢａを供給する原料がこれらのアルミン酸塩である、蛍光体の製造方法。
- アニール工程後にさらに酸処理工程を有する請求項４記載の蛍光体の製造方法。
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