TWI522446B - 螢光體及其應用 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種無機機能材原料用合金粉末及其製造方法。詳細而言,本發明係關於一種作為螢光體之製造原料較佳之無機機能材原料用合金粉末及其製造方法。又,本發明關於一種螢光體及其製造方法。本發明亦關於一種使用有該螢光體之含螢光體組合物及發光裝置、以及使用有該發光裝置之影像顯示裝置及照明裝置。
螢光體用於螢光燈、螢光顯示管(VFD)、場發射顯示器(FED)、電漿顯示板(PDP)、陰極射線管(CRT)、白色發光二極體(LED)等。即使於該等任一用途中,為使螢光體發光,亦必須將用以激發螢光體之能量供給於螢光體,且螢光體受到真空紫外線、紫外線、可見光線、電子射線等具有較高能量之激發源之激發,而發出紫外線、可見光線、紅外線。然而,當螢光體長時間暴露於上述激發源時,存在螢光體亮度降低之問題。
因此,近年來,取代習知之矽酸鹽螢光體、磷酸鹽螢光體、鋁酸鹽螢光體、硼酸鹽螢光體、硫化物螢光體、及硫氧化物螢光體等螢光體,就三元系以上之氮化物,合成有較多新穎物質。尤其最近以來,於以氮化矽為基質之多組成氮化物或者氮氧化物中,開發有具有優良
特性之螢光體。
於專利文獻1中,揭示有一種由通式MxSiyNz:Eu[此處M為至少一個選自由Ca、Sr、及Ba所組成之群中之鹼土類金屬元素,且z=2/3x+4/3y]所表示之螢光體。該等螢光體使鹼土類金屬氮化而合成鹼土類金屬氮化物,並於其中添加氮化矽而合成,或者藉由以鹼土類金屬及矽之醯亞胺為原料並於N2或者Ar氣流中進行加熱而合成。其任一者均必須使用對空氣或者水分敏感之鹼土類金屬作為原料,因此在工業上大量合成時存在有問題。
又,於專利文獻2中,揭示有源自構造M16Si15O6N32之氮氧化物、構造MSiAl2O3N2、M13Si18Al12O18N36、MSi5Al2ON9及M3Si5AlON10之賽隆(sialon)之氮氧化物螢光體。尤其,當M為Sr之情形時,揭示有如下情形:將SrCO3與AlN、Si3N4以1:2:1比例加以混合,並於還原氣體環境中(N2/H2)加熱,而獲得SrSiAl2O3N2:Eu2+。
於此情形時,所獲得之螢光體,僅為氮氧化物,而不含氧之氮化物則未能獲得。
作為氮氧化物螢光體,提議有使Eu2+離子活化之Ca-α賽隆螢光體(專利文獻4)。
該螢光體,由大致如下所述之製程而製造。
首先,將氮化矽(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氧化銪(Eu2O3)之原料粉末以Si:Al:Eu=13:9:1之方式加以混合,並於透過施加200大氣壓之壓力而將原料混合粉末壓縮成形之狀態下,於1大氣壓氮氣中藉由1700℃溫度下保持1小時之熱壓法而進行燒成,製造Eu-α賽隆。其次,將氮化矽(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氧化鈣(CaO)之原料粉末以Si:Al:Ca=13:9:3之方式加以混合,於透過施加200大氣壓之壓力而將原
料混合粉末壓縮成形之狀態下,於1大氣壓氮氣中藉由1700℃溫度下保持1小時之熱壓法而進行燒成,製造Ca-α賽隆。繼之,將如此而獲得之Eu-α賽隆與Ca-α賽隆之粉末以50:50之比例加以混合,於1大氣壓之氮氣中藉由1700℃溫度下保持1小時之熱壓法而進行燒成,製造活化有目標Eu2+離子之Ca-α賽隆螢光體。據報告,由該製程而獲得之螢光體,會受到波長450nm至500nm之藍色光而激發,並發出波長550nm至600nm之黃色光。
然而,於以紫外線或者藍色光作為激發源之白色LED或者電漿式顯示器等用途中,業者尋求使用時劣化程度較小之螢光體。
又,上述氮化物或者氮氧化物螢光體,因為所使用之原料粉末之反應性均較低,故而於燒成時,以出於促進原料混合粉末間之固相反應之目的而於高溫下經過壓縮成形之狀態,亦即為增加原料粉末間之接觸面積使之得到加熱,而以非常硬之燒結體狀態下進行合成。因此,如此所獲得之燒結體必須加以粉碎直至適於螢光體使用目的之微粉末狀態為止。然而,當使用通常之機械性粉碎方法例如鄂式粉碎機或者球磨機等,並花費較長時間與巨大能量粉碎包含較硬燒結體之螢光體時,存在將會導致於螢光體之結晶母體中產生較多缺陷,使螢光體之發光強度顯著降低之不良情形。
因此,嘗試有於加熱時並不進行壓縮成形而以粉末狀態進行燒成之方法,但因低溫下將不會促進原料之氮化物粉末間的固相反應,無法生成目標螢光體,故而必須於1800℃以上之高溫下合成螢光體。然而,由於存在有於如此高溫下進行燒成時將會產生伴有氮脫離氮化物原料之分解反應之不良情形,因此為抑制此種情形,而必須於5大氣壓以上之氮氣環境下加以燒成,因而不僅需要較高燒成能量,而且需
要非常昂貴之高溫高壓燒成爐,故將導致螢光體製造成本上升。
又,於合成氧濃度較低之氮化物時,必須使用氮化鈣(Ca3N2)、氮化鍶(Sr3N2)等鹼土類金屬氮化物來代替使用鹼土類金屬氧化物之原料粉末,一般而言,2價金屬氮化物在含有水分之氣體環境下較為不穩定,易於與水分產生反應而生成氫氧化物,尤其於Sr之情形時,此傾向更為顯著。因此,難以將需要合成之螢光體中所含有之氧濃度控制為較低。
如此情形使得業者尋求不將該等金屬氮化物用作原料之新穎製造方法。
近年來,關於以金屬作為原材料之氮化物螢光體之製造方法,專利文獻3對此有進行報告。於專利文獻3中揭示有一例氮化鋁系螢光體之製造方法,記載有可使用過渡元素、稀土類元素、鋁及其合金作為原料之例示。然而,實際上並未記載有將合金用作原料之實施例,其特徵為使用Al金屬作為Al源。又,使用點燃原料,瞬間使之上升至高溫(3000K)為止之燃燒合成法方面,與本發明大不相同,推測利用該方法將難以獲得高特性之螢光體。即,利用瞬間升溫至3000K之高溫之方法將無法使活化元素均一分佈,故難以獲得特性較高之螢光體。又,關於包含由合金原料而獲得之鹼土類元素之氮化物螢光體,進而包含矽之氮化物螢光體方面,並無記載。
然而,作為包含Si與鹼土類金屬元素之合金,眾所周知有Ca7Si、Ca2Si、Ca5Si3、CaSi、Ca2Si2、Ca14Si19、Ca3Si4、SrSi、SrSi2、Sr4Si7、Sr5Si3、Sr7Si。又,作為包含Si、鋁、及鹼土類金屬元素之合金,眾所周知有Ca(Si1-xAlx)2、Sr(Si1-xAlx)2、Ba(Si1-xAlx)2、Ca1-xSrx(Si1-yAly)2等。其中亦針對A(B0.5Si0.5)2:(A=Ca、Sr、Ba:B=Al、Ga),研究有超傳導
特性,例如揭示於非專利文獻1及非專利文獻2中。然而,並無將該等合金用作螢光體原料之例示。又,該等合金係用於學術研究而以實驗室程度將其少量製備者,習知中,並無工業上大量生產如此合金之例。
如上所述,包含Sr(Ca)2Si5N8、CaAlSiN3等Si與鹼土類金屬元素之螢光體,由於藉由藍色發光二極體或者近紫外線發光二極體而得到激發,並表現出黃色乃至紅色之發光,故而用以構成藉由組合藍色發光二極體或者近紫外線發光二極體而發出白色光之二極體的材料,對於工業方面較為有效。
然而,於習知中,並未提供有如下技術:其可於工業上大量生產包含以合金為材料製造如此之螢光體所必需之Si與鹼土類金屬元素之合金。亦即,於習知之合金製造方法中,存在如下問題:混入有雜質;由於沸點較低之鹼土類金屬會產生揮發故難以獲得組成符合設計要求之合金;所獲得之合金組成均一性較低。
另一方面,為製造螢光體,即使微量混入有雜質,亦將對所獲得之螢光體之發光特性產生不良影響,又,例如活化元素均一分佈為符合設計之組成,對於實現具有較理想發光特性之螢光體則係必要條件,因此必須具有可在工業上大量生產不會混入雜質,合金組成符合設計要求,組成均一性較高之螢光體原料用合金之技術。
並且,即使獲得如此之合金,原料合金若為塊狀,用以螢光體化之反應幾乎不進行,故而必須研究如何可使較理想之反應順利進行。
專利文獻1:日本專利特表2003-515665號公報
專利文獻2:日本專利特開2003-206481號公報
專利文獻3:日本專利特開2005-54182號公報
非專利文獻1:M.Imai,Applied Physics Letters,80(2002)1019-1021
非專利文獻2:M.Imai,Physical Review B,68,(2003),064512
專利文獻4:日本專利特開2002-363554號公報
本發明之第1態樣之目的在於提供一種無機機能材原料用合金粉末,其於將合金作為原料製造螢光體等無機機能材時,可有效且均一地進行用以無機機能材化之反應,製造高性能之無機機能材。
第1態樣之合金粉末,其係作為無機機能材之製造原料之合金粉末,其特徵在於:該合金含有至少1種金屬元素、至少1種活化元素M1,且該粉末之重量中值粒徑D50為5μm以上且40μm以下。
該合金粉末,可經由於含氮環境下粉碎該合金之步驟而製造。
第2態樣之目的在於提供一種無需用以促進氮化物原料固相反應之壓縮成形或者燒成後長時間之強力粉碎處理,或者昂貴之高溫高壓燒成爐等,而可低價製造化學組成均一之螢光體的方法。第2態樣之目的尤其在於,以如此之對工業上有效之方法,製造將氮化物、氮氧化物、氧化物等作為母體之螢光體。
第2態樣之螢光體的製造方法之特徵在於:於含氮環境下加熱含有2種以上構成螢光體之金屬元素的合金。
第3態樣之目的在於提供一種利用簡便技術,提高螢光體亮度之技術。
第3態樣之螢光體,其係將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其特徵在於:將該螢光體分散於重量比為10倍之水中後靜置1小時所獲得之上清液之電導率為50mS/m以下。
第4態樣之目的在於:自近紫外線區域藉由藍色區域之光進行激
發時,可獲得發光為黃色乃至橙色,或者橙色乃至紅色之亮度及發光效率較高之螢光體。
第4態樣之螢光體之特徵在於:於使用CuKα射線(1.54184Å)而得到測量之粉末X射線繞射圖案中,如下所示之區域1~區域6中之峰值強度比I為8%以下。
其中,峰值強度比I於2θ為10°以上且60°以下之範圍的粉末X射線繞射圖案中,該峰值之高度Ip相對於存在於2θ為34°以上且37°以下之範圍中之最強峰值的高度Imax之比為(Ip×100)/Imax(%)。此處,峰值強度為進行背景校正後所得之值。
區域1係2θ為10°~17°之範圍。
區域2係2θ為18.3°~24°之範圍。
區域3係2θ為25.3°~30.7°之範圍。
區域4係2θ為32°~34.3°之範圍。
區域5係2θ為37°~40°之範圍。
區域6係2θ為41.5°~47°之範圍。
第5態樣之目的在於:自近紫外線區域藉由藍色區域之光進行激發時,可獲得發光為黃色乃至橙色,或者橙色乃至紅色之亮度及發光效率較高之螢光體。
第5態樣之螢光體,其係將氮化物或者氮氧化物作為母體,並含有活化元素M1者,其特徵在於:85莫耳%以上之活化元素M1之價數低於最高氧化數。
1‧‧‧發光裝置
2‧‧‧框架
2A‧‧‧凹部
3‧‧‧第1發光體(藍色LED)
4‧‧‧第2發光體(螢光體含有部)
5‧‧‧銀漿料
6‧‧‧導線
7‧‧‧模塑部
8‧‧‧面發光照明裝置
9‧‧‧擴散板
10‧‧‧保持箱
11‧‧‧第2發光體
12‧‧‧面發光型GaN系LD(第1發光體)
13‧‧‧基板
14‧‧‧藍色LED
15‧‧‧螢光體含有部
16‧‧‧框架
17‧‧‧導線
18‧‧‧端子
19‧‧‧端子
圖1係示意性表示本發明之發光裝置的一實施例之剖面圖。
圖2係示意性表示一例使用有本發明之發光裝置的面發光照明裝
置之剖面圖。
圖3係示意性表示本發明之發光裝置的其他實施形態之立體圖。
圖4係示意性表示發光裝置的一實施例之剖面圖。
圖5係表示發光裝置的發光光譜之圖表。
圖6係表示發光裝置的發光光譜之圖表。
圖7係表示清洗後之螢光體的發光光譜之圖表。
圖8係表示清洗後之螢光體的粉末X射線繞射圖案之圖表。
圖9係表示未清洗之螢光體的粉末X射線繞射圖案之圖表。
圖10係表示螢光體的粉末X射線繞射圖案之圖表。
圖11係表示Eu-K吸收端之EXAFS光譜之圖表。
圖12係表示Eu-L3吸收端之XANES光譜之圖表。
本發明者們,發現使用特定範圍之重量中值粒徑D50、粒徑分佈之合金粉末時,可獲得亮度及發光效率較高之發光體等無機機能材料。又,本發明者們發現微量包含於合金中之氧、碳等濃度,對合金活性及所獲得之螢光體特性有較大影響。
即,例如以合金作為原料之一部份而製造螢光體時,必須進行氮化、氧化、或者硫化反應等,此時,控制合金粉末之活性將極其重要。
控制合金粉末之活性的最有效方法之一在於調節粒徑。當重量中值粒徑D50過大時活性會較低,將導致粒子內部無法充分進行反應,而重量中值粒徑D50過小時活性會過高,將難以控制化學反應,導致無法以高純度獲得目標物質。
本發明之第1態樣係依據如此見解而實現的。
第1態樣之無機機能材用合金粉末係作為無機機能材之製造原料
之合金粉末,其特徵在於:該合金含有至少1種金屬元素、至少1種活化元素M1,且該粉末之重量中值粒徑D50為5μm以上且40μm以下。
較佳的是,合金粉末中所包含之粒徑10μm以下之合金粒子比例為80重量%以下,粒徑45μm以上之合金粒子比例為40重量%以下,QD為0.59以下,鐵之量為500ppm以下。
較佳的是,合金粉末中所包含之氧之量為0.5重量%以下。
更佳的是,合金粉末中所包含之碳之量為0.06重量%以下。
該無機機能材原料用合金粉末,可含有至少包含Si之4價金屬元素M4、及1種以上非Si金屬元素。
該無機機能材原料用合金粉末,可含有活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。
該無機機能材原料用合金粉末,可含有鹼土類金屬元素作為2價金屬元素M2。
該無機機能材原料用合金粉末,進而可包含3價金屬元素M3。
較佳的是,活化元素M1係選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之1種以上元素。
較佳的是,2價金屬元素M2係選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3係選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,至少包含Si之4價金屬元素M4係選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之1種以上元素。
較佳的是,2價金屬元素M2之50莫耳%以上為Ca及/或者Sr,3價金屬元素M3之50莫耳%以上為Al,至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上為Si。
較佳的是含有Eu及/或者Ce作為活化元素M1,含有Ca及/或者
Sr作為2價金屬元素M2,含有Al作為3價金屬元素M3,含有Si作為至少包含Si之4價金屬元素M4。
該無機機能材原料用合金粉末,可較佳用作螢光體之製造原料。
該無機機能材原料用合金粉末,可經由於含氮環境下粉碎上述合金之步驟而製造。
較佳的是,於該粉碎後進行分級處理。
根據本發明之第1態樣,可藉由控制合金粉末之重量中值粒徑D50、粒徑分佈、包含於合金中之微量元素的量,而獲得高特性之無機機能材。
本發明之第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,更佳的是作為螢光體之製造用原料,其可以低成本製造亮度或者發光效率等發光特性優良之螢光體。
以下,就本發明第1態樣進而加以詳細說明,但第1態樣並不限定於以下說明,於該精神範圍內可實施各種變化。
於第1態樣之說明中,使用「~」所表示之數值範圍,表示包括揭示於「~」前後之數值,作為下限值及上限值之範圍。
再者,於下述中,至於第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,就螢光體原料用合金粉末加以主要說明,但第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,不僅限於對製造螢光體,而且對製造其他無機機能材亦較為有效。
又,於本說明書中,所謂合金粉末係指合金粒子之聚集體。
首先,就第1態樣之無機機能材原料用合金粉末中較佳之合金組成加以說明。第1態樣之無機機能材原料用合金粉末之合金組成,含
有至少1種金屬元素,及至少1種活化元素M1。此處,所謂活化元素M1係於無機機能材中,呈現作為目標之功能,或者提高相關功能之呈現性所需之元素,並且微量添加於無機機能材之母體結晶中。
第1態樣之合金粉末之合金係含有至少包含Si之4價金屬元素M4、及1種以上非Si金屬元素者,詳細而言,其係含有活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4者。較佳的是,其包含鹼土類金屬元素作為2價金屬元素M2,而若為如此之合金組成時,則作為用以製造含有Si與鹼土類金屬元素之(Sr、Ca)2Si5N8:Eu、Ce、CaAlSiN3:Eu、Ce等工業上有效之黃色乃至橙色,或者橙色乃至紅色發光螢光體之原料,較為有效。
該合金,更佳的是包含活化元素M1、2價金屬元素M2、3價金屬元素M3、及至少包含Si之4價金屬元素M4,且由下述通式[1]所表示,如此之無機機能材原料用合金粉末,對於製造將由下述通式[2]所表示之氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體較為合適。
M1 aM2 bM3 cM4 d [1]
M1 aM2 bM3 cM4 dNeOf [2](其中,a、b、c、d、e、f分別為下述範圍內之數值。
0.00001≦a≦0.15
a+b=1
0.5≦c≦1.5
0.5≦d≦1.5
2.5≦e≦3.5
0≦f≦0.5)
作為活化元素M1,可使用構成將氮化物或者氮氧化物作為母體的
螢光體之結晶母體中可含有之各種發光離子,但由於使用選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之1種以上元素時,可製造發光特性較高之螢光體,故而較佳。又,作為活化元素M1,較佳的是包含1種或者2種以上Mn、Ce、Pr及Eu,尤其由於包含Ce及/或者Eu則可獲得表現出高亮度紅色發光之螢光體,故而更佳。又,為使其具有提高亮度或者賦予蓄光性等各種功能,作為活化元素M1除可含有Ce及/或者Eu以外,亦可含有1種或者多種之共活化元素。
作為活化元素M1以外之元素,可使用各種2價、3價、4價金屬元素,而2價金屬元素M2係選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3係選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,4價金屬元素M4係選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之1種以上元素,故可獲得發光特性較高之螢光體,因此較佳。
又,若將組成調整為2價金屬元素M2之50莫耳%以上為Ca及/或者Sr,則可獲得發光特性較高之螢光體,故而較佳,而更佳的是,使M2之80莫耳%以上為Ca及/或者Sr,更佳的是,使90莫耳%以上為Ca及/或者Sr,最佳的是,使所有M2為Ca及/或者Sr。
又,若將組成調整為3價金屬元素M3之50莫耳%以上為Al時,則可獲得發光特性較高之螢光體,故而較佳,但更佳的是,使M3之80莫耳%以上為Al,尤其更佳的是,使90莫耳%以上為Al,最佳的是,使所有M3為Al。
又,若將組成調整為至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上為Si,則可獲得發光特性較高之螢光體故而較佳,但更佳的是,
使M4之80莫耳%以上為Si,尤其更佳的是,使90莫耳%以上為Si,最佳的是,使所有M4為Si。
尤其,可藉由使M2之50莫耳%以上為Ca及/或者Sr,且使M3之50莫耳%以上為Al,且使元素M4之50莫耳%以上為Si,而製造發光特性特別高之螢光體,故而較佳。
又,上述通式[1]、[2]中a~f之數值範圍之較佳理由如下所示。
當a小於0.00001時,存在無法獲得充分發光強度之傾向,當a大於0.15時,存在濃度淬滅增大導致發光強度降低之傾向。因此,以使a達到0.00001≦a≦0.15之範圍之方式混合原料。由於相同理由,較佳的是,使0.0001≦a≦0.1,更佳的是,使0.001≦a≦0.05,進而更佳的是,使0.002≦a≦0.04,最佳的是,使0.004≦a≦0.02。
a與b之合計,由於螢光體之結晶母體中活化元素M1取代金屬元素M2之原子位置,故而以使該合計達到1之方式調整原料混合組成。
當c小於0.5時,或c大於1.5時,均存在於製造時會產生異相,導致上述螢光體產率降低之傾向。因此,以c達到0.5≦c≦1.5之範圍內之方式混合原料。考慮到發光強度之觀點,則較佳的是,0.5≦c≦1.5,更佳的是,0.6≦c≦1.4,最佳的是,0.8≦c≦1.2。
當d小於0.5之情形時,或d大於1.5之情形時,均存在於製造時會產生異相,導致上述螢光體產率降低之傾向。因此,以d達到0.5≦d≦1.5之範圍內之方式混合原料。又,考慮到發光強度之觀點,則較佳的是,0.5≦d≦1.5,更佳的是,0.6≦d≦1.4,最佳的是,0.8≦d≦1.2。
e為表示含氮量之係數,且成為e=2/3+c+(4/3)d。
於此式中代入0.5≦c≦1.5,0.5≦d≦1.5時,則e的範圍為1.84≦d≦4.17。
然而,由上述通式[2]所表示之螢光體組成中,當表示氮之含有量之e未滿2.5時,則存在螢光體之產率會下降之傾向。又,當e超過3.5時,則存在螢光體之產率會下降之傾向。因此,e通常為2.5≦e≦3.5。
考慮有由上述通式[2]所表示之螢光體中之氧作為原料金屬中之雜質而混入之情形,或者於粉碎步驟,氮化步驟等製造製程時得到導入之情形。較佳的是,作為氧之比例之f於螢光體之發光特性可允許下降之範圍中為0≦f≦0.5。
作為合金組成之具體例,可列舉EuSrCaAlSi合金、EuSrAlSi合金、EuCaAlSi合金、EuSrMgAlSi合金、EuCaMgAlSi合金、EuCaSi合金、EuSrCaSi合金、EuSrSi合金等,更具體而言,可列舉Eu0.008Sr0.792Ca0.2AlSi、Eu0.008Sr0.892Ca0.1AlSi、Eu0.008Sr0.692Ca0.3AlSi、Eu0.008Ca0.892Mg0.1AlSi等。
作為螢光體組成之具體例,可列舉(Sr、Ca、Mg)AlSiN3:Eu、(Sr、Ca、Mg)AlSiN3:Ce、(Sr、Ca)2Si5N8:Eu、(Sr、Ca)2Si5N8:Ce等。
其中,第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,不僅可用於將上述氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體之原料,亦可用於將氧化物、硫化物、硫氧化物、碳化物等作為母體之螢光體之原料,又不僅可用作螢光體,也可用作各種無機機能材之原料。
第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,較佳的是,作為雜質之氧的含有量為0.5重量%以下。當含氧量多於0.5重量%時,則於例如
氮化物螢光體之製造中,將無法獲得亮度較高之螢光體。含氧量特別佳的是0.4重量%以下,尤其佳的是0.3重量%以下。
又,為獲得亮度高之螢光體,含碳量較佳的是0.06重量%以下,含鐵量較佳的是500ppm以下,特別佳的是300ppm以下,尤其佳的是100ppm以下。
含鐵量、含氧量、含碳量越少越好,而其下限並無特別限制,但根據原料高純度化或者防止於合金製造步驟中混入雜質之所謂工業性技術之界限,通常其下限為,含鐵量為1ppm、含氧量為0.01重量%、含碳量0.1重量%左右。
為使無機機能材原料用合金粉末中之含鐵量、含氧量及含碳量為上述上限以下,而較佳的是,於下述無機機能材原料用合金粉末之製造方法中,進行如下等操作:使用高純度者作為原料金屬;適當選擇粉碎機之材質與被粉碎物之關係;選定熔解、鑄造、粉碎步驟中之氣體環境。
於第1態樣中,所謂重量中值粒徑係由重量基準粒徑分佈曲線而求得之數值。上述重量基準粒徑分佈曲線係利用雷射繞射/散射法測量粒徑分佈而獲得者,其例如可於氣溫25℃、濕度70%之環境下,使各物質分散於乙二醇中,利用雷射繞射式粒徑分佈測量裝置(堀場製作所製造[LA-300]),於粒徑範圍0.1μm~600μm內測量而獲得。該重量基準粒徑分佈曲線中累計值為50%時之粒徑值表述為重量中值粒徑D50。又,累計值為25%及75%時之粒徑值分別表述為D25、D75,並定義為QD=(D75-D25)/(D75+D25)。QD較小意味著粒徑分佈較為狹窄。
第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,必須藉由構成合金粉末
之金屬元素之活化程度,調整粒徑,重量中值粒徑D50通常為5μm以上且40μm以下。又,較佳的是粒徑10μm以下之合金粒子之比例為80重量%以下,粒徑45μm以上之合金粒子之比例為40重量%以下,且QD為0.59以下。
第1態樣之無機機能材原料用合金粉末的重量中值粒徑D50之下限通常為5μm以上,較佳的是8μm以上,更佳的是10μm以上,進而更佳的是13μm以上。另一方面,上限為40μm以下,較佳的是35μm以下,進而較佳的是32μm以下,尤其佳的是25μm以下。當重量中值粒徑D50小於5μm時,有時進行氮化等反應時散熱速度會過大,導致難以控制反應,而當其大於40μm時,則有時粒子內部之氮化等反應會變得不充分。
當細粒子之比例,即粒徑10μm以下之合金粒子之比例多於80重量%時,則存在氮化等反應時之散熱速度將會過大,導致難以控制反應之傾向。更佳的是粒子10μm以下之合金粒子的比例為60重量%以下,進而更佳的是50重量%以下,尤其佳的是30重量%以下。又,當粗粒子之比例,即粒徑45μm以上之合金粒子的比例多於40重量%時,則粒子內部氮化等反應變得不充分之粒子比例將會較多,於例如製造螢光體時則存在發光特性下降之傾向。進而更佳的是粒徑45μm以上之合金粒子的比例為30重量%以下。
又,當QD大於0.59時,則存在透過氮化等反應而獲得之生成物變得具有不均勻性之傾向。進而較佳的是QD值為0.55以下,尤其佳的是0.5以下。
製造第1態樣之無機機能材原料用合金粉末時,以成為1種以上
金屬元素與1種以上活化元素M1,更加具體而言,以成為例如上述通式[1]之組成的方式,將作為原料之金屬或者該合金加以稱量,並使其熔解形成合金,繼而進行粉碎、分級。此時,當製造例如包括Si與鹼土類金屬元素之合金之情形時,則較佳的是,使高熔點(高沸點)之Si及/或者含有Si之合金熔解後,使低熔點(低沸點)之鹼土類金屬熔解。又,關於熔解時因揮發或者與坩堝材質產生反應等而損失之金屬元素,可根據需要事先稱量而過量添加。
用於製造合金之金屬純度,考慮到所合成之螢光體之發光特性方面,較佳的是,使用將雜質純化到0.1莫耳%以下,較佳的是0.01莫耳%以下之金屬,作為活化元素M1之金屬原料。使用Eu作為活化元素M1之情形時,較佳的是使用Eu金屬作為Eu原料。作為非活化元素M1之元素原料,使用2價、3價、4價之各種金屬等,但依據同樣理由,使用任一者所含有之雜質濃度為0.1莫耳%以下,較佳的是0.01莫耳%以下之高純度金屬原料即可製造發光特性較高之螢光體,故而較佳。
原料金屬之形狀並無限制,但通常使用直徑從數mm至數十mm之粒狀或者塊狀者。
使用鹼土類金屬元素作為2價金屬元素M2之情形時,作為該原料並不限制為粒狀、塊狀等形狀,但較佳的是依據原料化學性質,選擇適當形狀。例如,Ca即使為粒狀、塊狀中任一者,均於大氣中較為穩定,故可加以使用,但Sr因化學上之活性,故而較佳的是使用塊狀原料。
當原料金屬熔解時,尤其當製造含有鹼土類金屬元素作為Si與2價金屬元素M2之螢光體原料用合金之情形時,存在如下問題。
Si之熔點為1410℃,與鹼土類金屬元素之沸點為相同程度(例如,Ca之沸點為1494℃,Sr之沸點為1350℃,Ba之沸點為1537℃)。尤其因Sr之沸點低於Si之熔點,故而極其難以使Sr與Si同時熔解。
因此,於第1態樣中首先使Si金屬熔解,而較佳的是,製造母合金,其次熔解鹼土類金屬,藉此解決該問題。
進而,亦藉由於如此般熔解Si金屬後使鹼土類金屬熔解,而達到所獲得之合金純度提高,使以其為原料之螢光體特性顯著提高之效果。
關於第1態樣中之原料金屬的熔解法,並無特別限制,但通常而言,可使用電弧熔解法、高頻感應加熱法(以下,有時稱為「高頻熔解法」。)、電阻加熱法、電子束法等。其中較佳的是,電弧熔解法、高頻熔解法,尤其佳的是高頻熔解法。
以下,以1)電弧熔解/電子束熔解之情形,2)高頻熔解之情形為例加以更詳細說明。
1)電弧熔解/電子束熔解之情形
於電弧熔解/電子束熔解之情形時,按照以下步驟進行熔解。
i)藉由電子束或者電弧放電,熔解Si金屬或者包含Si之合金,ii)其次,藉由間接加熱而熔解鹼土類金屬,獲得包含Si與鹼土類金屬元素之合金。
此處,當於包含Si之熔湯中熔入有鹼土類金屬後,可藉由電子束或者電弧放電而加熱/攪拌促進混合。
2)高頻熔解之情形
因包含鹼土類金屬元素之合金與氧之反應性較高,故而必須於真空或者惰性氣體中進行熔解而並非於大氣中進行熔解。如此之條件下則通常而言,較佳的是高頻熔解。然而,Si為半導體,故難以藉由使用有高頻率之感應加熱而進行熔解。例如,相對於鋁在20℃時之電阻率為2.8×10-8Ω.m,半導體用多晶系Si之比電阻率為105Ω.m以上。由於如此般無法將比電阻率較大者直接進行高頻熔解,因此一般而言,使用導電性晶座,並藉由熱傳導或者放射而於Si中進行傳熱,使之熔解。晶座亦可為圓盤狀、管狀等,而較佳的是使用坩堝。晶座之材質,一般而言使用石墨、鉬、碳化矽等,但存在其等與鹼土類金屬易於產生反應之問題。另一方面,可熔解鹼土類金屬之坩堝(氧化鋁、氧化鈣等)為絕緣體,故無法用作晶座。因此,當將鹼土類金屬與Si裝入坩堝中,進行高頻熔解時,無法將眾所周知之導電性坩堝(石墨等)用作晶座,並藉由間接性加熱同時熔解Si金屬與鹼土類金屬。因此,藉由以如下順序進行熔解,則可解決該問題。
i)使用導電性坩堝,並藉由間接加熱而熔解Si金屬。
ii)其次,藉由使用絕緣性坩堝,熔解鹼土類金屬,而獲得包含Si與鹼土類金屬元素之合金。
於上述i)、ii)步驟之間既可冷卻Si金屬,亦可無需冷卻而連續熔解鹼土類金屬。於連續進行熔解時,可使用如此坩堝,其於導電性容器上,受到適於鹼土類金屬熔解之氧化鈣、氧化鋁等之被覆。
揭示更具體之步驟,如下所示。
i)於高頻熔解時,使用導電性坩堝並藉由間接加熱而熔解Si金屬與金屬M(例如Al、Ga),由此獲得導電性合金(母合金)。
ii)其次,使用耐鹼土類金屬性坩堝,使i)之母合金熔解後,藉由使
鹼土類金屬熔解,而獲得包含Si與鹼土類金屬元素之合金。
作為於首先使Si金屬或者包含Si之母合金熔解,其次使鹼土類金屬熔解之具體方法,例如可列舉首先使Si金屬或者包含Si之母合金先熔解,並添加鹼土類金屬之方法等。
亦可使Si與非2價金屬元素M2之金屬M合金化,使之賦予導電性。此情形時,較佳的是,所獲得之合金熔點低於Si。Si與Al之合金,其熔點接近1010℃時,由於熔點變得低於鹼土類金屬元素之沸點,故而尤為較佳。
當使用Si與非2價金屬元素M2之金屬M的母合金時,對其組成並無特別限制,但較佳的是母合金具有導電性,通常而言,較佳的是於莫耳比為Si:M=1:0.01~5之範圍中,製造熔點低於鹼土類金屬元素沸點之母合金。
再者,進而可於包含Si之母合金中,添加Si金屬。
於第1態樣中,除使Si金屬熔解後使鹼土類金屬熔解之情形以外,對其他原料金屬之熔解時期並無特別限制,但通常而言,使量較多者,或者熔點較高者先行熔解。
為使活化元素M1均一分散,又,為使活化元素M1之添加量為少量,而較佳的是,使Si熔解後使活化元素M1熔解。
當製造由上述通式[1]所示之4價金屬元素M4為Si,且至少包含Sr作為2價金屬元素M2之螢光體原料用合金之情形時,較佳的是按照如下步驟使其熔解。
1)製造Si與3價金屬元素M3之母合金。此時,較佳的是,使Si與M3以通式[1]中之Si:M3比進行合金化。
2)使1)之母合金熔解後,使Sr熔解。
3)其後,使非Sr之2價金屬元素、活化元素M1熔解。
如此之原料金屬熔解時之氣體環境,較佳的是惰性氣體環境,而其中較佳的是Ar。
又,通常而言壓力較佳的是1×103Pa以上且1×105Pa以下,考慮到安全性方面,於大氣壓以下進行較為理想。
自藉由熔解原料金屬而製造之合金熔湯中直接製造螢光體,則存在較多技術上之問題。因此,經由將藉由熔解原料金屬而製造之合金熔湯注入至模具中加以成型之鑄造步驟,獲得凝固體。其中,於該鑄造步驟中,有時會因熔解金屬之冷卻速度不同而產生偏析,熔解狀態下組成均一者之組成分佈上會產生偏差。因此,較理想的是冷卻速度儘量加快。又,較佳的是,模具使用銅等熱傳導性較好之材料,並且較佳的是易於進行散熱之形狀。又,較佳的是,亦根據需要並藉由水冷等手段設法使模具冷卻。
藉由如此之操作,使用例如相對於厚度底面積較大之模具,將熔湯澆注入模具後,較佳的是儘早使之凝固。
又,由於合金組成不同而偏析程度相異,因此較佳的是,藉由必需之分析手段,例如ICP發光光譜分析法等,自所獲得之凝固體之數處,採集試料,進行組成分析,決定防止偏析所必需之冷卻速度。
如此般進行鑄造時之氣體環境,較佳的是惰性氣體環境,而其中較佳的是Ar。
於鑄造步驟中所獲得之合金塊可藉由緊接著進行粉碎,而製備具有較理想之粒徑、粒徑分佈之合金粉末。作為粉碎方法,可利用乾式
法、或使用乙二醇、己烷、丙酮等有機溶劑之濕式法而進行。以下,以乾式法為例加以詳細說明。
該粉碎步驟,可根據需要,分為粗略粉碎步驟、中等粉碎步驟、及微細粉碎步驟等多個步驟。於此情形時,亦可於全部粉碎步驟中使用相同裝置進行粉碎,但亦可因步驟不同而改變所使用之裝置。
所謂粗略粉碎步驟係粉碎為直徑1cm左右之步驟,其可使用鄂式粉碎機、回轉軋碎機、輥碎機、衝擊軋碎機等粉碎裝置。所謂中等粉碎步驟係粉碎為直徑1mm左右之步驟,其可使用錐式粉碎機、輥碎機、鎚碎機、盤式粉碎機等粉碎裝置。而於微細粉碎步驟中,可使用球磨機、管磨機、棍磨機、輥磨機、搗碎機、混砂機、振動研磨機、噴射粉碎機等粉碎裝置。
其中,考慮到防止雜質混入之觀點,而較佳的是,於微細粉碎步驟中使用噴射粉碎機。為使用噴射粉碎機,而必須事先將合金塊粉碎至粒徑為數mm左右(例如50μm~5mm)為止。於噴射粉碎機中,主要為利用以自噴嘴起始壓力直至大氣壓為止進行噴射之流體膨脹能量,進行粒子粉碎,而可藉由粉碎壓力控制粒徑,防止混入雜質。粉碎壓力因裝置不同而相異,然而通常而言,於錶壓力(gauge pressure)中為0.01MPa以上且2MPa以下之範圍,其中,較佳的是0.05MPa以上且未滿0.4MPa,進而較佳的是0.1MPa以上且0.3MPa以下。
於任一情形時,為使粉碎步驟中不混入鐵等雜質,均必須適當選擇粉碎機之材質與被粉碎物之關係。例如,粉末接受部較佳的是實施有陶瓷襯層,而於陶瓷中,較佳的是氧化鋁、碳化鎢、氧化鋯等。
又,為防止合金粉末氧化,而較佳的是在惰性氣體環境下進行粉碎,惰性氣體環境中之氧濃度較佳的是10%以下,尤其佳的是5%以
下。又,作為氧濃度之下限,通常為10ppm左右。可考慮藉由設在特定範圍之氧濃度,而於粉碎中在合金表面上形成有氧化被膜,並使之穩定化。於氧濃度高於5%之氣體環境中施行粉碎步驟之情形時,因粉碎中粉塵有可能散熱燃燒,故必須具有不產生粉塵之設備。惰性氣體之種類並無特別限制,但通常而言,使用有氮、氬、氦等氣體中之1種單獨氣體環境或者2種以上之混合氣體環境,尤其考慮到經濟性觀點,則較佳的是氮。
又,為使粉碎中之合金粉末的溫度不會升高,而可根據需要進行冷卻。
於粉碎步驟中經過粉碎之合金粉末,使用振動篩、篩子等使用有網眼之篩檢裝置,空氣分離器等慣性分級裝置,氣旋等離心分離機,調整為上述較理想之重量中值粒徑D50及粒徑分佈。
較佳的是,該分級步驟於惰性氣體環境下進行,惰性氣體環境中之氧濃度較佳的是10%以下,尤其佳的是5%以下。惰性氣體之種類並無特別限制,但通常而言,使用氮、氬、氦等氣體中之1種或者2種以上,尤其考慮到經濟性觀點,較佳的是氮。
對於使用第1態樣之無機機能材原料用合金粉末,製造螢光體方法,並無特別限制,根據氧化物、硫化物、氮化物等螢光體之種類設定有反應條件,但以下以氮化反應為例加以說明。
合金粉末之氮化處理例如按照以下方式進行。
即,首先將作為氮化處理原料之合金粉末填充於坩堝或者托盤
(tray)中。至於此處所使用之坩堝或者托盤之材質,可列舉氮化硼、氮化矽、氮化鋁、鎢等,但因氮化硼耐腐蝕性優良故而較佳。
將填充有該合金粉末之坩堝或者托盤,收納入可控制氣體環境之加熱爐後,使含有氮之氣體流通,使用該含氮之氣體將系統內進行充分置換。可根據需要,於將系統真空排氣後,使含氮之氣體流通。
作為氮化處理時所使用之含氮氣體,可列舉包含氮之氣體,例如氮、氨、或者氮與氫之混合氣體等。由於系統內之氧濃度對所製造之螢光體的含氧量具有影響,當含量太高時,會變得無法獲得較高發光,故而氮化處理氣體環境中之氧濃度越低越好,通常使之為1000ppm以下,較佳的是100ppm以下,更佳的是10ppm以下。又,可根據需要,將碳、鉬等吸氧劑放入系統內加熱部份,使氧濃度降低。
氮化處理藉由於填充有含氮氣體之狀態或者使其流通之狀態下加熱而進行,然而其壓力可為較大氣壓略微減壓,大氣壓或者加壓之任一狀態。為防止大氣中混入氧,而較佳的是設為大氣壓以上。若壓力不足大氣壓,則當加熱爐之密閉性較差時,將會混入大量氧,而導致可能無法獲得特性較高之螢光體。含氮氣體之壓力較佳的是至少以錶壓力為0.2MPa以上,最佳的是自10MPa至200MPa。
合金粉末之加熱通常於800℃以上,較佳的是於1000℃以上,進而較佳的是於1200℃以上,且通常於2200℃以下,較佳的是於2100℃以下,進而較佳的是於2000℃以下之溫度實施。當加熱溫度低於800℃時,氮化處理所需時間將變得非常長故而較不理想。另一方面,當加熱溫度高於2200℃時,所生成之氮化物將會揮發或者分解,使得所獲得之氮化物螢光體之化學組成出現偏差,導致可能無法獲得特性較高之螢光體,又,亦可能導致成為再現性較差者。
氮化處理時之加熱時間(最高溫度下之保持時間),可為合金粉末與氮反應所必需之時間,然而通常為1分鐘以上,較佳的是10分鐘以上,更佳的是30分鐘以上,進而更佳的是60分鐘以上。當加熱時間短於1分鐘時,氮化反應無法結束,導致無法獲得特性較高之螢光體。加熱時間之上限由生產效率方面決定,通常為24小時以下。
以下,透過實施例對第1態樣加以更具體說明,然而本發明只要不超過其宗旨,並不限定為以下實施例。
合金原料所使用之金屬單體均為雜質濃度0.01莫耳%以下之高純度品。又,原料金屬之形狀中,Sr為塊狀,其他為粒狀。
稱量各金屬,使金屬元素組成比達到Al:Si=1:1(莫耳比),並使用石墨坩堝,於氬氣體環境下使用高頻感應式熔解爐,熔解原料金屬後,自坩堝向模具澆注,並使其凝固,獲得金屬元素組成元素比為Al:Si=1:1之合金(母合金)。
稱量母合金、其他原料金屬,使Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.008:0.792:0.2:1:1(莫耳比)。使爐內真空排氣至5×10-2Pa後,中止排氣,將氬填充至爐內直至達到特定壓力。在此爐內,於氧化鈣坩堝內將母合金熔解,繼之,將Sr溶解,添加Eu、Ca,並於確認熔解有所有組成之熔湯藉由感應電流而得到攪拌後,將熔湯自坩堝澆注至模具並使之凝固。
將所獲得之合金溶入鹼中,並使之溶解於稀鹽酸內後,利用ICP
發光光譜分析法(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry;以下,有時亦稱為「ICP法」。)進行組成分析後,中心部為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.782:0.212:1:0.986,表面部為,Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.756:0.210:1:0.962,故可確認為於分析精度範圍內均一。
所獲得之合金表現出與Sr(Si0.5Al0.5)2類似之粉末X射線繞射圖案,因此鑒定為所謂的AlB2型鹼土類矽化物之金屬間化合物。
於氮氣體環境(氧濃度4%)下使用氧化鋁研缽將所獲得之合金粉碎10分鐘,將網眼53μm篩以下者分離,再次將篩以上者粉碎10分鐘,並重複該操作,獲得合金粉末。將所獲得之合金粉末之粒徑分佈、元素分析結果示於表1中。再者,元素分析係含氧量藉由氧氮同時分析裝置(Leco公司製),含碳量藉由碳/硫分析裝置(堀場製作所公司製),而鐵藉由ICP化學分析裝置而進行。
又,合金粉末之粒徑分佈及重量中值粒徑D50,於氣溫25℃、濕度70%之環境下,使螢光體分散於乙二醇中,並藉由雷射繞射式粒徑分佈測量裝置(堀場製作所製「LA-300」),根據於粒徑範圍0.1μm~600μm內進行測量後所獲得之重量基準粒徑分佈曲線而求得,使累計值為50%時之粒徑值為重量中值粒徑D50。又,使該累計值為25%及75%時之粒徑值分別為D25、D75,並根據QD=(D75-D25)/(D75+D25)而計算QD。
將實施例1-1中所獲得之合金粉末10g填充至氮化硼製坩堝(內徑55mm)中,並於熱均壓裝置(HIP)內進行設定,將裝置內真空排氣為5×10-1Pa後,加熱至300℃,並於300℃下連續1小時進行真空排氣。其後,填充1MPa之氮,於使之冷卻後,排出壓力直至0.1MPa為止,並再次填充氮直至1MPa為止,將該操作重複2次。於開始加熱前,填充氮直至50MPa為止,以約600℃/hr升溫至試料溫度1900℃為止。此時,以約50MPa/hr於氮中使內壓升壓至135MPa後,進而使之升壓至190MPa為止,於1900℃,190MPa下保持1小時,獲得螢光體。
對所獲得之螢光體粉末進行X射線繞射測量之結果,生成有與CaAlSiN3同型之斜方晶晶相。以螢光分光光度計測量465nm激發下之發光特性,將下述參考例1-2之螢光體亮度作為100%而求得相對亮度。結果示於表1。
除使用有氧化鋁研缽之粉碎時間為5分鐘以外,其他與實施例1-1相同之方式,獲得合金粉末,其粒徑分佈、元素分析結果示於表1。又,與參考例1-1相同,進行氮化處理,並測量所獲得之螢光體發光特性,結果示於表1。
使用超音速噴射粉碎機(日本PNEUMATIC工業(股)製「PJM-80SP」),於氮氣體環境下(氧濃度2%),以粉碎壓力0.15MPa、原料供給速度0.8kg/hr,將於氮氣體環境下使用氧化鋁研缽將以與實施例1-1相同之方式而獲得之合金粗略粉碎至大約1mm者。所獲得之合金粉末之粒徑分佈、元素分析結果示於表1中。又,以與參考例1-1相同之方式,進行氮化處理,並測量所獲得之螢光體發光特性,結果
示於表1。
除使超音速噴射粉碎機之粉碎壓力為0.1MPa以外,以與實施例1-3相同之方式,獲得合金粉末。所獲得之合金粉末之粒徑分佈、元素分析結果示於表1。又,以與參考例1-1相同之方式,進行氮化處理,並測量所獲得之螢光體發光特性,結果示於表1。
除使超音速噴射粉碎機之粉碎壓力為0.4MPa,使原料供給速度為0.7kg/hr以外,以與實施例1-3相同之方式進行粉碎,獲得合金粉末。所獲得之合金粉末之粒徑分佈、元素分析結果示於表1。又,以與參考例1-1相同之方式,進行氮化處理,並測量所獲得之螢光體發光特性,結果示於表1。
於氬氣體環境中稱量Eu2O3、Ca3N2、AlN、及Si3N4,使金屬元素組成比為Eu:Ca:Al:Si=0.008:0.992:1:1,並使用混合機進行混合。將該混合粉填充至氮化硼製坩堝,於氣體環境加熱爐中進行設定。使裝置內進行真空排氣直至達到1×10-2Pa為止後,中止排氣,對裝置內填充氮直至達到0.1MPa後,加熱至1600℃,並保持5小時,由此獲得目標之螢光體。
關於該螢光體,使用螢光分光光度計測量465nm激發下之發光特性後,發光波長為648nm。
除將使用有氧化鋁研缽之粉碎時間設為5小時,且並未進行篩檢以外,以與實施例1-1相同之方式進行粉碎,獲得合金粉末。所獲得
之合金粉末之粒徑分佈、元素分析結果示於表1。使用該合金粉末,以與參考例1-1相同之方式進行氮化處理後,獲得有黑色固體,但其並未發光。
以與實施例1-3相同之方式,將以與實施例1-1相同方式而獲得之合金,進行粗略粉碎,並使用不銹鋼製機械式粉碎機,於氮氣體環境下進行粉碎。所獲得之合金粉末之粒徑分佈、元素分析結果示於表1。又,以與參考例1-1相同之方式,進行氮化處理,並測量所獲得之螢光體發光特性,結果示於表1。
由以上結果可知,根據第1態樣可製造高亮度之螢光體。
本發明者等發現:可藉由於含氮環境下加熱含有構成螢光體之2種以上金屬元素的組成之合金,達到第2態樣之目的。
第2態樣之螢光體之製造方法,其特徵在於:其於含氮環境下加
熱含有構成螢光體之2種以上金屬元素的合金。
較佳的是,該合金之中值粒徑D50為100μm以上。
較佳的是,該螢光體含有至少包含Si之4價金屬元素M4、及1種以上非Si之金屬元素。
較佳的是,該螢光體含有活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。
較佳的是,該螢光體含有鹼土類金屬元素作為2價金屬元素M2。
該螢光體可進而包含3價金屬元素M3。
較佳的是,活化元素M1係選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb所組成之群中之1種以上元素,2價金屬元素M2係選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3係選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,至少包含Si之4價金屬元素M4係選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之1種以上元素。
該螢光體可包含Eu及/或Ce作為活化元素M1。
2價金屬元素M2之50莫耳%以上可為Ca及/或Sr,3價金屬元素M3之50莫耳%以上可為Al,至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上可為Si。
較佳的是,該螢光體以氮化物或者氮氧化物作為母體。
於第2態樣之螢光體之製造方法中,可對含氮環境下加熱上述合金所獲得之螢光體進行再加熱。
可提供一種含有由第2態樣之螢光體之製造方法所製造之螢光體、液狀媒體之含螢光體組合物。
又,第2態樣之特徵在於:於含有激發光源、將來自該激發光源
之至少一部份光進行波長轉換之螢光體的發光裝置中,該螢光體含有以第2態樣之螢光體之製造方法而製造之螢光體。
第2態樣提供一種具有該發光裝置之影像顯示裝置。
第2態樣提供一種具有該發光裝置之照明裝置。
根據第2態樣之螢光體之製造方法,可低價提供一種表現出高亮度發光,且使用時劣化較少之螢光體。
又,第2態樣之螢光體之製造方法,可應用於氮化物、氮氧化物、氧化物、硫化物、硫氧化物、碳化物等螢光體。
藉由第2態樣之製造方法而獲得之螢光體,以高於習知之賽隆螢光體之高亮度進行發光,並且尤其於選擇Eu作為活化元素之情形時,可以高亮度呈現出長波長之橙色乃至紅色之發光。又,即使於長時間暴露於激發源時,該螢光體之亮度亦不會下降,因此,可提供一種較好使用於螢光燈、螢光顯示管(VFD)、場發射顯示器(FED)、電漿顯示板(PDP)、陰極射線管(CRT)、白色發光二極體(LED)等之有效的螢光體。
以下,就第2態樣加以更詳細說明,然而第2態樣並不限於以下說明,於其宗旨範圍內可實施各種變化。
又,於第2態樣之說明中,使用「~」所表示之數值範圍,表示包括揭示於「~」前後之數值,作為下限值及上限值之範圍。
關於藉由第2態樣所製造之螢光體組成並無特別限制,以下舉例加以說明。
較佳的是,藉由第2態樣所製造之螢光體(以下稱為「本發明之螢光體」。)包含活化元素M1、至少包含Si之4價金屬元素M4、一種以上非Si金屬元素,詳細而言,本發明之螢光體係包含活化元素M1、2
價金屬元素M2、及4價金屬元素M4者。例如,可列舉Sr2Si5N8:Eu、Ce等。此處,至於2價金屬元素M2,較佳的是其係鹼土類金屬元素。
較佳的是,第2態樣之螢光體,又可包含活化元素M1、2價金屬元素M2、3價金屬元素M3、及至少包含Si之4價金屬元素M4,且將下述通式[2]所表示之氮化物或者氮氧化物作為母體。
M1 aM2 bM3 cM4 dNeOf [2](其中,a、b、c、d、e、f分別為下述範圍內之數值。
0.00001≦a≦0.15
a+b=1
0.5≦c≦1.5
0.5≦d≦1.5
2.5≦e≦3.5
0≦f≦0.5)
至於活化元素M1,可使用各種發光離子,該等各種發光離子可包含於構成以氮化物或者氮氧化物為母體之螢光體之結晶母體中,但若使用選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之一種以上元素,則可製造發光特性較高之螢光體,故而較佳。又,至於活化元素M1,較佳的是其包含1種或者2種以上Mn、Ce、Pr及Eu,尤其包含Ce及/或Eu可獲得呈現出高亮度紅色發光之螢光體,故而更佳。又,為使之具有提高亮度或賦予蓄光性等各種功能,作為活化元素M1,除可包含Ce及/或Eu以外,亦可包含1種或多種共活化元素。
至於活化元素M1以外之元素,可使用各種2價、3價、4價金屬元素,而2價金屬元素M2係選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成
之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3係選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,至少包含Si之4價金屬元素M4選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之係1種以上元素,因此可獲得發光特性較高之螢光體,故而較佳。
又,若將組成調整為2價金屬元素M2之50莫耳%以上為Ca及/或Sr,則可獲得發光特性較高之螢光體,故而較佳,但更佳的是使M2之80莫耳%以上為Ca及/或Sr,進而較佳的是使90莫耳%以上為Ca及/或Sr,最佳的是使所有M2為Ca及/或Sr。
又,若將組成調整為3價金屬元素M3之50莫耳%以上為Al,則可獲得發光特性較高之螢光體,故而較佳,但更佳的是使M3之80莫耳%以上為Al,尤其佳的是使90莫耳%以上為Al,最佳的是使所有M3為Al。
又,若將組成調整為至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上為Si,則可獲得發光特性較高之螢光體,故而較佳,但更佳的是使M4之80莫耳%以上為Si,尤其佳的是使90莫耳%以上為Si,最佳的是使所有M4為Si。
尤其,可藉由使2價金屬元素M2之50莫耳%以上為Ca及/或Sr,且使3價金屬元素M3之50莫耳%以上為Al,且使至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上為Si,而製造發光特性特別高之螢光體,故而較佳。
又,上述通式[2]中a~f之數值範圍之較佳理由如下所示。
當a小於0.00001時,存在無法獲得充分發光強度之傾向,而當a大於0.15時,則存在濃度淬滅增大而導致發光強度降低之傾向。因此,以使a達到0.00001≦a≦0.15之範圍內之方式混合原料。以相同理由,
較佳的是使0.0001≦a≦0.1,更佳的是使0.001≦a≦0.05,進而較佳的是使0.002≦a≦0.04,最佳的是使0.004≦a≦0.02。
a與b之合計,由於螢光體之結晶母體中活化元素M1取代金屬元素M2之原子位置,故而以使該合計達到1之方式調整原料混合組成。
當c小於0.5時,或c大於1.5時,均存在於製造時會產生異相,導致上述螢光體產率下降之傾向。因此,以c達到0.5≦c≦1.5之範圍內之方式混合原料。考慮到發光強度之觀點,則較佳的是,0.5≦c≦1.5,更佳的是,0.6≦c≦1.4,最佳的是,0.8≦c≦1.2。
當d小於0.5之情形時,或d大於1.5之情形時,均存在於製造時會產生異相,導致上述螢光體產率下降之傾向。因此,以d達到0.5≦d≦1.5之範圍內之方式混合原料。又,考慮到發光強度之觀點,則較佳的是,0.5≦d≦1.5,更佳的是,0.6≦d≦1.4,最佳的是,0.8≦d≦1.2。
e為表示含氮量之係數,且下式成立e=2/3+c+(4/3)d。
於此式中代入0.5≦c≦1.5,0.5≦d≦1.5時,則e的範圍為
1.84≦d≦4.17。
然而,上述通式[2]所表示之螢光體組成中,當表示氮之含有量之e未滿2.5時,則存在螢光體之產率會下降之傾向。又,即使e超過3.5,亦存在螢光體產率會下降之傾向。因此,e通常為2.5≦e≦3.5。
考慮有上述通式[2]所表示之螢光體中之氧作為原料金屬中之雜質而混入之情形,或者於粉碎步驟,氮化步驟等製造製程時得到導入之情形。較佳的是,作為氧之比例之f於螢光體之發光特性可允許下降之範圍內為0≦f≦0.5。
上述通式[2]所表示之螢光體中,可製成由下述通式[3]所表示之螢光體M1’ a’Srb’Cac’M2’ d’Ale’Sif’Ng’ [3](其中,a’、b’、c’、d’、e’、f’、g’分別為下述範圍內之數值。
0.00001≦a’≦0.15
0.1≦b’≦0.99999
0≦c’<1
0≦d’<1
a’+b’+c’+d’=1
0.5≦e’≦1.5
0.5≦f’≦1.5
0.8×(2/3+e’+4/3×f’)≦g’≦1.2×(2/3+e’+4/3×f’))
此處,活化元素M1’與上述通式[2]中之M1相同,表示選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之1種以上元素。作為活化元素M1,較佳的是,其中亦包含1種或2種以上Mn、Ce、Pr及Eu,尤其佳的是含有Ce及/或Eu。
M2’表示Mg及/或者Ba,較佳的是Mg。可藉由使其含有Mg,而使螢光體之發光波長為長波。
a’之範圍通常為0.00001≦a’≦0.15,較佳的是0.001≦a’≦0.05,更佳的是0.002≦a’≦0.01。
b’之範圍通常為0.1≦b’≦0.99999,較佳的是0.6≦b’≦0.99999,更佳的是0.7≦b’≦0.99999。
c’之範圍通常為0≦c’≦1,較佳的是0≦c’≦0.5,更佳的是0≦c’≦0.3。
d’之範圍通常為0≦d’≦1,較佳的是0≦d’≦0.5,更佳的是0≦d’≦0.2。
a’、b’、c’、d’之相互關係通常滿足a’+b’+c’+d’=1。
e’之範圍通常為0.5≦e’≦1.5,較佳的是0.8≦e’≦1.2,更佳的是0.9≦e’≦1.1。
f’之範圍通常為0.5≦f’≦1.5,較佳的是0.8≦f’≦1.2,更佳的是0.9≦f’≦1.1。
g’之範圍通常為0.8(2/3+e’+4/3×f’)≦g’≦1.2×(2/3+e’+4/3×f’),較佳的是0.9×(2/3+e’+4/3×f’)≦g’≦1.1×(2/3+e’+4/3×f’),更佳的是,2.5≦g’≦3.5。
以下,將通式[3]中之b’值為0.6≦b’≦0.99999之範圍,且d’=0之螢光體,即Sr取代量較多之螢光體簡稱為「SCASN螢光體」。
本發明之螢光體中所含有之氧,可認為係混入作為原料金屬中之雜質者,於粉碎步驟、氮化步驟等製程時混入者等。
氧之含有量於螢光體之發光特性可允許下降之範圍內,通常為5重量%以下,較佳的是2重量%以下,最佳的是1重量%以下。
再者,作為螢光體組成之具體例,可列舉(Sr,Ca,Mg)AlSiN3:Eu、(Sr,Ca,Mg)AlSiN3:Ce、(Sr,Ca)2Si5N8:Eu、(Sr,Ca)2Si5N8:Ce等。
製造本發明之螢光體時,稱量作為原料之金屬或其合金,以使之成為下述通式[1]之組成,並使其熔解並形成合金,製造螢光體原料用合金,繼之,粉碎該螢光體原料用合金,其後藉由於含氮氣體環境下
進行加熱而實行氮化。此時,若製造例如包括Si與鹼土類金屬元素之合金時,較佳的是,使高熔點(高沸點)Si及/或含有Si之合金熔解後,使低熔點(低沸點)鹼土類金屬熔解。又,對於熔解時因揮發或與坩堝材質反應等而損失之金屬元素,可根據需要,事先稱量而過量添加。
M1 aM2 bM3 cM4 d [1](其中,M1、M2、M3、M4、a、b、c、d分別與上述通式[1]定義相同。)
關於用於合金製造之金屬純度之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬形狀之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬熔解之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於熔湯鑄造之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於鑄塊粉碎之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
於粉碎步驟中經過粉碎之合金粉末,使用振動篩、篩子等使用有網眼之篩檢裝置,空氣分離器等慣性分級裝置,氣旋等離心分離機,而調整為上述較理想之重量中值粒徑D50及粒徑分佈。
較佳的是,該分級步驟於惰性氣體環境下進行,惰性氣體環境中
之氧濃度較佳的是10%以下,尤其佳的是5%以下。惰性氣體種類並無特別限制,但通常而言,使用氮、氬、氦等氣體中之1種或者2種以上,尤其考慮到經濟性觀點,較佳的是氮。
加熱處理前之合金粉末之重量中值粒徑D50,由於必須藉由構成合金粉末之金屬元素活化程度調整粒徑,故通常之情形時,其為100μm以下,較佳的是80μm以下,尤其佳的是60μm,又,通常其為0.1μm以上,較佳的是0.5μm以上,尤其佳的是1μm以上。又,當其含有Sr之情形時,由於與氣體環境之反應性較高,故而較理想的是,通常使合金粉末之重量中值粒徑D50為5μm以上,較佳的是8μm以上,更佳的是10μm以上,尤其佳的是13μm以上。當小於上述重量中值粒徑D50之範圍時,氮化等反應時之散熱速度增大,可能導致難以控制反應。另一方面,當大於上述重量中值粒徑D50之範圍時,可能導致合金粒子內部之氮化等反應變得不充分。
對於使用上述合金製造螢光體之方法,並無特別限制,且根據氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、硫氧化物、碳化物等螢光體之種類設定有反應條件,以下以氮化反應為例加以說明。
關於螢光體原料用合金氮化處理之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
可藉由如此般對合金進行氮化處理,而獲得以氮化物或者氮氧化物為母體之螢光體,但由於所獲得之以氮化物或者氮氧化物為母體之螢光體可根據需要,獲得較高發光,因此可藉由再次進行加熱處理而使粒子成長。
較佳的是,將由氮化處理所獲得之氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體進行再加熱處理時之加熱條件為1200℃以上且2200℃以下。當該溫度不足1200℃時,即使進行再加熱,使粒子成長之效果亦將較小。另一方面,以超過2200℃之溫度進行加熱時,不僅將消耗多餘加熱能量,而且會導致螢光體分解,故而若不使作為一部份氣體環境之氮壓力變得非常高,則無法製造目標螢光體。根據相同理由,加熱處理溫度較佳的是1300℃以上,進而較佳的是1400℃以上,最佳的是1500℃以上。又,加熱處理溫度較佳的是2100℃以下,進而較佳的是2000℃以下,最佳的是1900℃以下。
基本上,使再加熱處理以氮化物或者氮氧化物為母體之螢光體時之氣體環境,為含氮氣體等惰性氣體環境或者還原性氣體環境。氣體環境中之氧濃度通常為1000ppm以下,較佳的是100ppm以下,更佳的是10ppm以下。於氧濃度超過1000ppm之含氧氣體中或大氣中等氧化氣體環境下進行再加熱處理時,螢光體將被氧化,故無法獲得目標螢光體。其中,可藉由使之為含有0.1ppm~10ppm微量氧之氣體環境,而與相對低溫下合成螢光體,因此較佳。
為防止大氣中混入氧,較佳的是,使再加熱處理時之壓力為大氣壓以上之壓力。若壓力不足大氣壓,則與氮化處理時之加熱步驟相同,當加熱爐之密閉性較差時,將混入大量氧,導致可能無法獲得特性較高之螢光體。
通常使再加熱處理時之加熱時間(最高溫度下之保持時間),為1分鐘以上且100小時以下。若保持時間過短,則粒子成長將無法充分進行,又,若保持時間過長,則存在不僅會消耗多餘加熱能量,而且氮將自螢光體表面脫附,導致發光特性降低之傾向。根據相同理由,較
佳的是使保持時間為10分鐘以上,更佳的是30分鐘以上,並且較佳的是使保持時間為24小時以下,更佳的是12小時以下。
藉由該態樣之製造方法所獲得之螢光體,具有以下特性。
由該態樣之製造方法所獲得之Eu活化SCASN螢光體,對於鑒於作為橙色乃至紅色螢光體之用途,而以波長465nm之光進行激發時的發光光譜進行測量之情形時,較佳的是具有以下特徵。
首先,由該態樣方法所製造之螢光體(以下稱為「本發明之螢光體」。)的上述發光光譜中之峰值波長λp(nm),通常為大於590nm,其中較佳的是600nm以上,又,通常為650nm以下,其中較佳的是640nm以下之範圍。該發光峰值波長λp過短時,則存在呈現微黃之傾向,而當其過長時,則存在呈現暗紅之傾向,而任一情形中均存在作為橙色乃至紅色光之特性下降之可能性,故而較不理想。
又,該態樣之螢光體於上述發光光譜中之發光峰值的半峰全幅值(full width at half maximum。以下適當簡稱為「FWHM」。)通常為大於50nm,其中較佳的是70nm以上,進而較佳的是75nm以上,又,該半峰全幅值通常為未滿120nm,其中較佳的是100nm以下,進而較佳的是90nm以下之範圍。當該半峰全幅值FWHM過於狹窄時,則可能使發光強度下降,而當其過寬時,則可能使色純度下降,因此任一情形均不理想。
再者,當以波長465nm之光激發該態樣之螢光體時,可使用例如GaN系發光二極體。又,本發明之螢光體發光光譜之測量,以及該發光峰值波長,峰值相對強度及峰值半峰全幅值之計算,可使用例如日
本分光公司製之螢光測量裝置等裝置而進行。
該態樣之螢光體,較佳的是其重量中值粒徑D50通常為3μm以上,其中較佳的是5μm以上之範圍,又,較佳的是其通常為30μm以下,其中較佳的是20μm以下之範圍。當重量中值粒徑D50過小時,存在亮度下降,導致螢光體粒子凝集之傾向,故而較不理想。另一方面,當重量中值粒徑D50過大時,則存在產生塗佈不均或分配器等堵塞之傾向,故而較不理想。
再者,該態樣中螢光體之重量中值粒徑D50,可使用例如雷射繞射/散射式粒徑分佈測量裝置等裝置而加以測量。
該態樣之螢光體,較佳的是其內部量子效率越高越好。其值通常為0.5以上,較佳的是0.6以上,進而較佳的是0.7以上。當內部量子效率較低時,則存在發光效率下降之傾向,故而較不理想。
該態樣之螢光體,較佳的是其吸收效率亦越高越好。其值通常為0.5以上,較佳的是0.6以上,進而較佳的是0.7以上。當吸收效率較低時,則存在發光效率下降之傾向,故而較不理想。
該態樣之螢光體,可發揮高亮度且演色性較高之特性,而較佳使用於各種發光裝置。例如,當本發明之螢光體為橙色乃至紅色螢光體之情形時,若組合綠色螢光體、藍色螢光體等,則可實現高演色性白色發光裝置。可將如此獲得之發光裝置,用作影像顯示裝置之發光部(尤其液晶用背光等)或照明裝置。
將該態樣之螢光體用於發光裝置等之用途時,較佳的是於使之分散在液狀媒體中之形態下加以使用。於液狀媒體中分散有該態樣之螢光體者,適當稱作「該態樣之含螢光體組合物」。
作為可使用於該態樣之含螢光體組合物之液狀媒體,於較理想之使用條件下呈現出液態性質,且若其係較佳地使該態樣之螢光體,並且不會產生較不理想之反應等者,則可根據目的等選擇任意者。作為液狀媒體之例,可列舉硬化前之熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂,可列舉例如加成反應型矽酮樹脂、縮合反應型矽酮樹脂、改質矽酮樹脂、環氧樹脂等。又,無機系材料可使用例如如下溶液,其藉由溶膠-凝膠法,對含有陶瓷前驅體聚合物或者金屬醇鹽之溶液進行水解聚合而形成。如此之液狀媒體既可單獨使用一種,亦可以任意組合以及比例併用二種以上。
液狀媒體之使用量,可行的是根據用途等適當進行調整,但一般而言,液狀媒體相對於本發明螢光體之重量比,通常為3重量%以上,較佳的是5重量%以上,又,其通常為30重量%以下,較佳的是15重量%以下之範圍。
又,該態樣之含螢光體組合物,可添加於本發明之螢光體及液狀媒體中,並根據其用途等,含有其他任意組成。作為其他組成,可列舉擴散劑、增稠劑、増量劑、干擾劑等。具體而言,可列舉矽膠等二氧化矽系微細粉末、氧化鋁等。
其次,就該態樣之發光裝置加以說明。本態樣之發光裝置構成為至少包括:作為激發光源之第1發光體、藉由來自第1發光體之光進行照射而發射可見光之第2發光體。
該態樣之發光裝置中之第1發光體係發射激發下述第2發光體之光者。第1發光體之發光波長若與下述第2發光體之吸收波長重複,則無特別限制,故可使用廣域發光波長區域之發光體。通常,使用有含有自近紫外線區域至藍色區域為止之發光波長之發光體,使用有具體數值通常為300nm以上,較佳的是330nm以上,又,通常為500nm以下,較佳的是480nm以下之峰值發光波長之發光體。至於該第1發光體,一般使用半導體發光元件,具體而言,使用有發光二極體(light emitting diode。以下,適當簡稱為「LED」。)或半導體雷射二極體(semiconductor laser diode。以下,適當簡稱為「LD」。)等。
其中,至於第1發光體,較佳的是使用有GaN系化合物半導體之GaN系LED或LD。其原因在於,GaN系LED或LD,與發射該區域光之SiC系LED等相比,發光輸出或外部量子效率非常大,故藉由與上述螢光體進行組合,獲得於電力非常降低時非常明亮之發光。例如,相對於20mA之電流負荷,通常GaN系LED或LD具有SiC系100倍以上之發光強度。於GaN系LED或LD中,較佳的是,含有AlXGaYN發光層、GaN發光層、或者InXGaYN發光層者。於GaN系LED中,其中含有InXGaYN發光層者因其發光強度非常強,故而尤其較佳,而於GaN系LD中,InXGaYN層與GaN層多重量子井構造者因其發光強度非常強,故而尤其較佳。
再者,於上述中,X+Y之值通常為0.8~1.2範圍內之值。於GaN系LED中,較佳的是,對於該等發光層中摻雜有Zn或Si者或無摻雜劑者,調整其發光特性。
GaN系LED係以該等發光層、p層、n層、電極、及基板為基本
構成要素者,而含有於n型與p型之AlXCaYN層、GaN層、或者InXGaYN層等中將發光層作為夾層之異質構造者,因發光效率較高,故而較佳,進而將異質構造成為量子井構造者,因發光效率更高,因此更佳。
該態樣之發光裝置中之第2發光體係因來自上述第1發光體之光的照射而發出可見光之發光體,含有下述第1螢光體(橙色乃至紅色螢光體),並且根據其用途等適當含有下述第2螢光體(綠色螢光體、藍色螢光體等)。
螢光體組成並無特別限制,但較佳的是,於作為結晶母體之由Y2O3、Zn2SiO4等所代表之金屬氧化物、由Sr2Si5N8等所代表之金屬氮化物、由Ca5(PO4)3Cl等所代表之磷酸鹽及由ZnS、SrS、CaS等所代表之硫化物中,組合Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等稀土類金屬離子或Ag、Cu、Au、Al、Mn、Sb等金屬離子,作為活化元素或者共活化元素。
作為結晶母體之較佳示例,可列舉例如(Zn,Cd)S、SrGa2S4、SrS、ZnS等硫化物,Y2O2S等硫氧化物,(Y,Gd)3Al5O12、YAlO3、BaMgAl10O17、(Ba,Sr)(Mg,Mn)Al10O17、(Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn,Mn)Al10O17、BaAl12O19、CeMgA11O19、(Ba,Sr,Mg)O/Al2O3、BaAl2Si2O8、SrAl2O4、Sr4Al14O25、Y3Al5O12等鋁酸鹽,Y2SiO5、Zn2SiO4等矽酸鹽,SnO2、Y2O3等氧化物、GdMgB5O10、(Y,Gd)BO3等硼酸鹽、Ca10(PO4)6(F,Cl)2、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2等鹵代磷酸鹽、Sr2P2O7、(La,Ce)PO4等磷酸鹽等。
其中,上述結晶母體及活化元素或共活化元素,對於元素組成並無特別限制,可與同族元素進行局部取代,故而若所獲得之螢光體自
近紫外線吸收可見區域之光並發出可見光,則可加以使用。
具體而言,作為螢光體可使用以下所列舉者,但該等終究為例示,而本發明中可使用之螢光體並不限於其等。再者,於以下例示中,適當省略表示有僅局部構造相異之螢光體。例如,將「Y2SiO5:Ce3+」、「Y2SiO5:Tb3+」及「Y2SiO5:Ce3+,Tb3+」合併表示為「Y2SiO5:Ce3+,Tb31」,及將「La2O2S:Eu」、「Y2O2S:Eu」及「(La,Y)2O2S:Eu」合併表示為「(La,Y)2O2S:Eu」。省略之處由逗點(,)分開表示。
該態樣之發光裝置中之第2發光體,至少含有上述本發明之螢光體,作為橙色乃至紅色螢光體(以下適當將其稱作「第1螢光體」。)。本發明之螢光體既可單獨使用任一種,亦可以任一組合及比例併用二種以上。又,除本發明之螢光體外,可併用其他一種或二種以上橙色乃至紅色螢光體,作為第1螢光體。
將發出紅色螢光之螢光體(以下適當稱為「紅色螢光體」)所發出之螢光的具體波長範圍作為例示,則較理想的是,峰值波長通常為570nm以上,較佳的是580nm以上,又,其通常為700nm以下,較佳的是680nm以下。
作為該態樣之螢光體以外之橙色乃至紅色螢光體,可列舉例如包含含有紅色斷裂面之斷裂粒子,且進行紅色區域發光並由(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu所表示之銪活化鹼土類矽氮化物系螢光體,包含具有大致球狀作為規則性結晶成長形狀之成長粒子,且進行紅色區域發光並由(Y,La,Gd,Lu)2O2S:Eu所表示之銪活化稀土類硫氧化物系螢光體等。
進而,於本實施形態中可使用如下螢光體,其揭示於日本專利特
開2004-300247號公報中,含有包含至少選自由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W、及Mo所組成之群中之1種以上元素之氮氧化物及/或硫氧化物,且含有具有Al元素之一部份或者全部由Ga元素所取代之α賽隆構造之氮氧化物。再者,其等為含有氮氧化物及/或硫氧化物之螢光體。
又,此外作為紅色螢光體,可使用(La,Y)2O2S:Eu等Eu活化硫氧化物螢光體,Y(V,P)O4:Eu、Y2O3:Eu等Eu活化氧化物螢光體,(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu、Mn、(Ba,Mg)2SiO4:Eu、Mn等Eu、Mn活化矽酸鹽螢光體,(Ca,Sr)S:Eu等Eu活化硫化物螢光體,YAlO3:Eu等Eu活化鋁酸鹽螢光體,LiY9(SiO4)6O2:Eu、Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu、(Sr,Ba,Ca)3SiO5:Eu、Sr2BaSiO5:Eu等Eu活化矽酸鹽螢光體,(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Tb,Gd)3Al5O12:Ce等Ce活化鋁酸鹽螢光體,(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu等Eu活化氮化物螢光體,(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Ce等Ce活化氮化物螢光體,(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Mn等Eu、Mn活化鹵代磷酸鹽螢光體,(Ba3Mg)Si2O8:Eu、Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8:Eu、Mn等Eu、Mn活化矽酸鹽螢光體,3.5MgO/0.5MgF2/GeO2:Mn等Mn活化凝膠錳酸鹽螢光體,Eu活化α賽隆等之Eu活化氮氧化物螢光體,(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu、Bi等Eu、Bi活化氧化物螢光體,(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu、Bi等Eu、Bi活化硫氧化物螢光體,(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu、Bi等Eu、Bi活化釩酸鹽螢光體,SrY2S4:Eu、Ce等Eu、Ce活化硫化物螢光體,CaLa2S4:Ce等Ce活化硫化物螢光體,(Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu、Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu、Mn等Eu、Mn活化磷酸鹽螢光體,(Y,Lu)2WO6:Eu、Mo等Eu、Mo活化鎢酸鹽螢光體,(Ba,Sr,Ca)xSiyNz:
Eu、Ce(其中,x、y、z為1以上整數)等Eu、Ce活化氮化物螢光體,(Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH):Eu、Mn等Eu、Mn活化鹵代磷酸鹽螢光體,((Y,Lu,Gd,Tb)1-xScxCey)2(Ca,Mn)1-r(Mg,Zn)2+rSiz-qGeqO12+δ等Ce活化矽酸鹽螢光體等。
至於紅色螢光體,亦可利用包含將β-二酮酯、β-二酮、芳香族羧酸、或者布忍斯特酸等之陰離子作為配位基之稀土類元素離子錯合物之紅色有機螢光體、苝系顏料(例如,二苯幷{[f,f’]-4,4’,7,7’-四苯基}二茚(1,2,3-cd:1’,2’,3’-1m]苝)、蒽醌系顏料、色澱系顏料、偶氮系顏料、喹吖啶酮系顏料、蒽系顏料、異吲哚啉系顏料、異吲哚啉酮系顏料、酞菁系顏料、三苯甲烷系鹼性染料、陰丹士林系顏料、靛酚系顏料、花青系顏料、二系顏料。
又,紅色螢光體中峰值波長為580nm以上,較佳的是590nm以上,又,峰值波長為620nm以下,較佳的是610nm以下範圍內者,可較佳用作橙色螢光體。作為如此之橙色螢光體之例,可列舉(Sr,Ba)3SiO5:Eu、(Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+等。
進而,該態樣之發光裝置中第2發光體可根據其用途,而含有發光波長與上述第1螢光體(本發明之螢光體)相異之螢光體(以下將其適當稱為「第2螢光體」。)。作為第2螢光體既可單獨使用一種螢光體,亦可以任意組成及比例併用二種以上螢光體。
作為與第1螢光體(橙色乃至紅色螢光體)併用之第2螢光體之例,可列舉綠色發光之螢光體(以下適當稱為「綠色螢光體」。),及藍色發光之螢光體(以下適當稱為「藍色螢光體」。)。
將發出綠色螢光之螢光體(以下適當稱為「綠色螢光體」)所發射之螢光的具體波長範圍作為例示,則較理想的是,峰值波長通常為490nm以上,較佳的是500nm以上,又,峰值波長通常為570nm以下,較佳的是550nm以下。
作為如此態樣之綠色螢光體,可列舉包含具有斷裂面之斷裂粒子,且進行綠色區域發光並由(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu所表示之銪活化鹼土類矽氮氧化物系螢光體,以及包含具有斷裂面之斷裂粒子,且進行綠色區域發光並由(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu所表示之銪活化鹼土類矽酸鹽系螢光體等。
又,此外作為綠色螢光體,亦可使用Sr4Al14O25:Eu、(Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu等Eu活化鋁酸鹽螢光體,(Sr,Ba)Al2Si208:Eu、(Ba,Mg)2SiO4:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu、(Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)9(Sc,Y,Lu,Gd)2(Si,Ge)6O24:Eu等Eu活化矽酸鹽螢光體,Y2SiO5:Ce、Tb等Ce、Tb活化矽酸鹽螢光體,Sr2P2O7-Sr2B2O5:Eu等Eu活化硼酸磷酸鹽螢光體,Sr2Si3O8-2SrCl2:Eu等Eu活化鹵代矽酸鹽螢光體,Zn2SiO4:Mn等Mn活化矽酸鹽螢光體,CeMgAl11O19:Tb、Y3Al5O12:Tb等Tb活化鋁酸鹽螢光體,Ca2Y8(SiO4)6O2:Tb、La3Ga5SiO14:Tb等Tb活化矽酸鹽螢光體,(Sr,Ba,Ca)Ga2S4:Eu、Tb、Sm等Eu、Tb、Sm活化硫代沒食子酸酯螢光體,Y3(Al,Ga)5O12:Ce、(Y,Ga,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce等Ce活化鋁酸鹽螢光體,Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3(Sc,Mg,Na,Li)2Si3O12:Ce等Ce活化矽酸鹽螢光體,CaSc2O4:Ce等Ce活化氧化物螢光體,SrSi2O2N2:Eu、(Sr,Ba,Ca)Si2O2N2:Eu、Eu活化β賽隆、Eu活化α賽隆等Eu活化氮氧化物螢光體,BaMgAl10O7:Eu、Mn等
Eu、Mn活化鋁酸鹽螢光體,SrAl204:Eu等Eu活化鋁酸鹽螢光體,(La,Gd,Y)2O2S:Tb等Tb活化硫氧化物螢光體,LaPO4:Ce、Tb等Ce、Tb活化磷酸鹽螢光體,ZnS:Cu、Al、ZnS:Cu、Au、Al等硫化物螢光體,(Y,Ga,Lu,Sc,La)BO3:Ce、Tb、Na2Gd2B2O7:Ce、Tb、(Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6:K、Ce、Tb等Ce、Tb活化硼酸鹽螢光體,Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Mn等Eu、Mn活化鹵代矽酸鹽螢光體,(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu等Eu活化硫代鋁酸鹽螢光體或硫代沒食子酸鹽螢光體,(Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu、Mn等Eu、Mn活化鹵代矽酸鹽螢光體等。
又,作為綠色螢光體,亦可使用吡啶-苯二甲醯亞胺縮合衍生物、苯幷酮系、喹唑啉酮系、鄰吡喃酮系、喹酞酮系、萘二甲醯亞胺系等螢光色素、鋱錯合物等有機螢光體。
將發出藍色螢光之螢光體(以下適當稱為「藍色螢光體」)所發出之螢光的具體波長範圍作為例示,則較理想的是,峰值波長通常為420nm以上,較佳的是440nm以上,又,其通常為480nm以下,較佳的是470nm以下。
作為如此藍色螢光體,可列舉包含具有大致六邊形作為規則性結晶成長形狀之成長粒子,且進行藍色區域發光並由BaMgAl10O17:Eu所表示之銪活化鋇鎂鋁酸鹽系螢光體,包含具有大致球狀作為規則結晶成長形狀之成長粒子,且進行藍色區域發光並由(Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu所表示之銪活化鹵代磷酸鈣系螢光體,包含具有大致立方體形狀作為規則結晶成長形狀之成長粒子,且進行藍色區域發光並由(Ca,Sr,Ba)2B5O9Cl:Eu所表示之銪活化鹼土類氯硼鹽酸系螢光
體,包含具有斷裂面之斷裂粒子,且進行藍綠色區域發光並由(Sr,Ca,Ba)Al2O4:Eu或者(Sr,Ca,Ba)4Al14O25:Eu所表示之銪活化鹼土類鋁酸鹽系螢光體等。
又,此外作為藍色螢光體,亦可使用Sr2P2O7:Sn等Sn活化磷酸鹽螢光體,Sr4Al14O25:Eu、BaMgAl10O17:Eu、BaAl8O13:Eu等Eu活化鋁酸鹽螢光體,SrGa2S4:Ce、CaGa2S4:Ce等Ce活化硫代沒食子酸鹽螢光體,(Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu、BaMgAl10O17:Eu、Tb、Sm等Eu活化鋁酸鹽螢光體,(Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu、Mn等Eu、Mn活化鋁酸鹽螢光體,(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、(Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH):Eu、Mn、Sb等Eu活化鹵代磷酸鹽螢光體,BaAl2Si2O8:Eu、(Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu等Eu活化矽酸鹽螢光體,Sr2P2O7:Eu等Eu活化磷酸鹽螢光體,ZnS:Ag、ZnS:Ag、Al等硫化物螢光體,Y2SiO5:Ce等Ce活化矽酸鹽螢光體,CaWO4等鎢酸鹽螢光體,(Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu、Mn、(Sr,Ca)10(PO4)6/nB2O3:Eu、2SrO/0.84P2O5/0.16B2O3:Eu等Eu、Mn活化硼酸磷酸鹽螢光體,Sr2Si3O8/2SrCl2:Eu等Eu活化鹵代矽酸鹽螢光體等。
又,作為藍色螢光體,例如亦可使用萘二甲醯亞胺系、苯幷惡唑系、苯乙烯系、鄰吡喃酮系、哌啶系、三唑系化合物之螢光色素、銩錯合物等有機螢光體。
又,上述螢光體既可單獨使用1種,亦可以任意組合及比例併用2種以上。
於該態樣發光裝置中,是否使用以上所說明之第2螢光體(紅色螢光體、藍色螢光體、綠色螢光體等)及其種類,可行的是根據發光裝置
之用途而適當加以選擇。例如當構成本發明之發光裝置作為橙色乃至紅色發光之發光裝置之情形時,通常可僅使用第1螢光體(橙色乃至紅色螢光體),而無需使用第2螢光體。
另一方面,當構成該態樣之發光裝置作為白色發光之發光裝置之情形時,為獲得較理想之白色光,可行的是適當組合第1發光體、第1螢光體(橙色乃至紅色螢光體)及第2螢光體。具體而言,當構成本發明之發光裝置作為白色發光之發光裝置之情形時,作為第1發光體、第1螢光體、第2螢光體之較佳組合例,列舉以下i)~iii)之組合。
i)使用藍色發光體(藍色LED等)作為第1發光體,使用紅色螢光體(本發明之螢光體等)作為第1螢光體,使用綠色螢光體作為第2螢光體。
ii)使用近紫外線發光體(近紫外線LED等)作為第1發光體,使用紅色螢光體(本發明之螢光體等)作為第1螢光體,併用藍色螢光體及綠色螢光體作為第2螢光體。
iii)使用藍色發光體(藍色LED等)作為第1發光體,使用橙色螢光體(本發明之螢光體等)作為第1螢光體,使用綠色螢光體作為第2螢光體。
用於本發明之發光裝置中之第2螢光體的重量中值粒徑,通常為10μm以上,其中較佳的是15μm以上,又,其通常為30μm以下,其中較佳的是20μm以下之範圍。當重量中值粒徑過小時,則存在亮度下降,螢光體粒子出現凝集之傾向,故而較不理想。而另一方面,當重量中值粒徑過大時,則存在產生塗佈不均或分配器等堵塞之傾向,故而較不理想。
可行的是,該態樣之發光裝置包括上述第1發光體及第2發光體,其他構造則並無特別限制,通常而言,於適當之框架上配置有上述第1發光體及第2發光體。此時,配置為藉由第1發光體之發光而激發第2發光體,使之發光,且該第1發光體之發光及/或第2發光體之發光可於外部截取。此情形時,紅色螢光體可不必與藍色螢光體、綠色螢光體混合於相同層中,亦可於例如含有藍色螢光體與綠色螢光體之層上積層有含有紅色螢光體之層。
除使用上述第1發光體、第2發光體及框架外,通常亦使用有封止材料。具體而言,採用該封止材料之目的在於,使上述第1螢光體及/或第2螢光體分散而構成第2發光體,或者接著第1發光體、第2發光體及框架間。
作為所使用之封止材料,通常可列舉熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等。具體而言,可列舉聚甲基丙烯酸甲酯等甲基丙烯酸樹脂;聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物等苯乙烯樹脂;聚碳酸酯樹脂;聚酯樹脂;苯氧基樹脂;丁縮醛樹脂;聚乙烯醇;乙基纖維素、乙酸纖維素、乙酸丁酯纖維素等纖維素系樹脂;環氧樹脂;酚系樹脂;矽酮樹脂等。又,無機系材料,可使用例如對藉由溶膠-凝膠法將金屬醇鹽、陶瓷前驅體聚合物或者含有金屬醇鹽之溶液水解聚合而成之溶液或者該等之組合施行固化處理之無機系材料,例如含有矽氧烷鍵之無機系材料。
以下,針對該態樣之發光裝置,列舉具體實施形態,並加以更詳細說明,但本發明並不限定於以下實施形態,於並未脫離本發明之精神範圍內可實施各種變形。
圖1係示意性表示關於本態樣之一實施形態之發光裝置構造之圖。本實施形態之發光裝置1包括:框架2;作為光源之藍色LED(第1發光體)3;及螢光體含有部(第2發光體)4,其吸收自藍色LED3所發出之一部分光,並發出具有與其相異波長之光。
框架2係用以保持藍色LED3、螢光體含有部4之樹脂製基部。於框架2上面,形成有開口於圖1中上側之剖面台狀之凹部(窪陷)2A。藉此,框架2成為杯狀,故而可使自發光裝置1所散發出之光具有指向性,因此可有效利用散發出來之光。進而,框架2之凹部2A內面,可藉由鍍銀等,而提高可見光域中全部光之反射率,藉此,照射於框架2之凹部2A內面之光,亦可由發光裝置1向特定方向散發。
於框架2之凹部2A之底部上,設置有藍色LED3作為光源。藍色LED3透過電力供應而發出藍色光。由該藍色LED3所發出之一部分藍色光,將由螢光體含有部4內之發光物質(第1螢光體及第2螢光體)吸收而成為激發光,又,其他部份則自發光裝置1朝向特定方向散發。
又,藍色LED3如上述般設置於框架2之凹部2A底部,但此處於框架2與藍色LED3之間藉由銀漿料(於接著劑中混合有銀粒子者)5而接著,藉此,藍色LED3設置於框架2上。進而,該銀漿料5亦可實現使藍色LED3中所產生之熱量有效散熱至框架2中之作用。
進而,於框架2上,安裝有用以對藍色LED3供應電力之金製導線6。即,構成為使用導線6並藉由導線接合而接線至設於藍色LED3上部表面之電極上(省略圖示),並藉由對該導線6通電,而將電力供應給藍色LED3,使藍色LED3發出藍色光。再者,導線6根據藍色LED3構造而安裝有1根或者多根。
進而,於框架2之凹部2A上,設置有螢光體含有部4,其吸收自
藍色LED3所發出之一部分光,並發出具有相異波長之光。螢光體含有部4由螢光體與透明樹脂而形成。螢光體係由藍色LED3所發出之藍色光而得到激發,並發出波長長於藍色光之長波長光的物質。構成螢光體含有部4之螢光體既可為一種,亦可為包含多個之混合物,故可行的是,選擇使藍色LED3所發出之光與螢光體發光部4所發出之光的總和成為較理想之顏色。顏色不僅可為白色,亦可為黃色、橙色、粉紅色、紫色、藍綠色等。又,亦可為該等色與白色之間的中間色。又,透明樹脂係螢光體含有部4之封止材料,此處使用上述封止材料。
模塑部7自外部保護藍色LED3、螢光體含有部4、及導線6等,並且具有作為用以控制配光特性之透鏡之功能。於模塑部7上可主要使用環氧樹脂。
圖2係示意性表示組裝有圖1所示之發光裝置的面發光照明裝置之一例的剖面圖。於圖2中,8為面發光照明裝置,9為擴散板,10為保持箱。
該面發光照明裝置8於使內面為白色平滑面等不透光性之方形保持箱10之底面上,以於其外側上設置用以驅動發光裝置1之電源及電路等(未圖示)之方式,配置多個發光裝置1。為使發光均一化,而於相當於保持箱10蓋部之處,固定有經過乳白色處理之丙烯酸系樹脂板等擴散板9。
並且,藉由驅動面發光照明裝置8,並對發光裝置1之藍色LED3施加電壓,而使藍色光等發光。於螢光體含有部4上,作為波長轉換材料之本發明之螢光體及根據需要而添加之其他螢光體將吸收該發光之一部份,並將其轉換為波長更長之長波長光,並使之與未被螢光體所吸收之藍色光等進行混色,藉此可獲得高亮度之發光。使該光透過
擴散板9,而出射至圖式上方,由此獲得於保持箱10之擴散板9面內明亮度均一之照明光。
又,於本發明之發光裝置中,尤其使用面發光型者作為激發光源(第1發光體)之情形時,較佳的是使螢光體含有部(第2發光體)作為膜狀。即,由於來自面發光型發光體之光的剖面面積十分大,故而若使第2發光體於其剖面方向上為膜狀,則自第1發光體朝向螢光體照射之剖面面積於每一螢光體單位量上將會變大,故可使來自螢光體之發光強度變大。
又,當使用面發光型者作為第1發光體,並使用膜狀者作為第2發光體之情形時,較佳的是,製成直接使膜狀第2發光體接觸於第1發光體之發光面之形狀。此處所謂接觸係指製作出並不經由空氣或氣體而使第1發光體與第2發光體緊密相接之狀態。其結果,由於可避免來自第1發光體之光由第2發光體膜面反射而向外滲透的所謂光量損失,故可提高裝置整體之發光效率。
圖3係示意性表示如此般使用面發光型者作為第1發光體,並適用膜狀者作為第2發光體之發光裝置之一例的立體圖。於圖3中,11表示具有上述螢光體之膜狀第2發光體,12表示作為第1發光體之面發光型GaN系LD,13表示基板。為形成相互接觸之狀態,而可分別製作出第1發光體12之LD與第2發光體11,並藉由接著劑或其他手段而使該等表面彼此接觸,或者可於第1發光體12發光面上使第2發光體11成膜(成型)。其等結果,可形成使第1發光體12與第2發光體11相接觸之狀態。
本發明之發光裝置之用途並無特別限制,可用於通常之發光裝置
所使用之各種技術領域,但因其高亮度,且演色性亦較高,故而其中尤其可較佳用作影像顯示裝置或照明裝置之光源。再者,當使用本發明之發光裝置作為影像顯示裝置之光源之情形時,較佳的是,與彩色濾光片共同使用。
以下,透過實施例進而具體說明第2態樣,但第2態樣於未超出其精神範圍之前提下,並不限定於以下實施例。
用於合金原料中之金屬單體之任一者均為雜質濃度為0.01莫耳%以下之高純度品。又,原料金屬形狀中,Sr為塊狀,其他為粒狀。
稱量各金屬,使金屬元素組成比(莫耳比)成為Al:Si=1:1,使用石墨坩堝,於氬氣體環境下使用高頻感應式熔解爐使原料金屬熔解後,自坩堝向模具注入熔湯並使之凝固,獲得金屬元素組成比為Al:Si=1:1之合金(母合金)。
其次,稱量母合金、其他原料金屬,使Eu:Ca:Al:Si=0.008:0.992:1:1。對爐內施行真空排氣直至達到5×10-2Pa為止,其後中止排氣,於爐內填充氬直至達到特定壓力為止。於該爐內,於氧化鈣坩堝內溶解母合金,其次添加Ca、Eu,並於確認到利用感應電流而使熔解有所有組成之熔湯得到攪拌後,自坩堝向經過水冷之銅製模具(厚度為40mm之板狀)注入熔湯並使之凝固,獲得作為目標之組成合金。
於氬氣體環境中,在氧化鋁坩堝內粉碎該合金之後,將100mesh篩子內經過篩檢之篩檢者填充於氮化硼製托盤中,並於管狀式電爐之氧化鋁製反應管中進行安裝。又,經過篩檢之粒徑中,中值粒徑D50為58.6μm。
於該反應管內透過大氣壓使氮流通,並一面將氧濃度保持為20ppm以下,一面使之升溫至1600℃,於該溫度下保持10小時,獲得螢光體。
藉由粉末X射線繞射法,鑒定生成於所得之螢光體中之晶相,其結果,確認到生成有CaAlSiN3斜方晶系之結晶。又,螢光體組成之分析中,藉由ICP發光光譜分析法(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry;以下有時稱為「ICP法」。),並使用JOBAIBON公司製ICP化學分析裝置「JY 38S」分析金屬元素。N、O則藉由全氮氧分析儀(LECO公司製)而進行分析。結果示於表2。
透過螢光分光光度計測量該螢光體之波長465nm激發下之發光特性,將發光波長及以下述比較例2-1之螢光體亮度為100%而求出之相對亮度的結果示於表2中。
稱量各金屬,使金屬元素組成比成為Al:Si=1:1(莫耳比),使用石墨坩堝,並於氬氣體環境下使用高頻感應式熔解爐使原料金屬熔解後,自坩堝向模具注入熔湯並使之凝固,獲得金屬元素組成比為Al:Si=1:1之合金(母合金)。
其次,稱量母合金及其他原料金屬,以使Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.008:0.792:0.2:1:1。對爐內施行真空排氣直至達到5×10-2Pa為止後,中止排氣,並將氬填充於爐內直至達到特定壓力為止。於該爐內,使用氧化鈣坩堝溶解母合金,繼而溶解Sr,進而添加Eu、Ca,並於確認到利用感應電流而使熔解有所有組成之熔湯得到攪拌後,自坩堝向經過水冷之銅製模具(厚度為40mm之板狀)注入熔湯並使之凝固。
對所獲得之厚度為40mm之板狀合金使用ICP法進行組成分析。
自板重心附近一點及板端面一點採樣約10g,進行元素分析後,板中心部為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.782:0.212:1:0.986,板端部為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.756:0.210:1:0.962,組成於分析精度之範圍內實質相同。
所獲得之合金表現有與Sr(Si0.5Al0.5)2類似之粉末X射線繞射圖案,故鑒定為稱作AlB2型鹼土類矽化物之金屬間化合物。
繼之,以與實施例2-1相同之方式粉碎該板狀合金,將所獲得之合金粉末1g填充至氮化硼製坩堝(內徑18mm)內,並於熱均壓裝置(HIP)內進行安裝,對裝置內施行真空排氣直至達到5×10-1Pa後,將其加熱至300℃,並於300℃下連續進行1小時真空排氣。此後,填充氮直至達到1MPa為止,並於冷卻後排出壓力直至達到0.1MPa為止,再次填充氮直至達到1MPa,重複該操作2次。於開始加熱前,填充氮直至達到50MPa為止,以約600℃/hr升溫,直至達到試料溫度1800℃為止。與此同時,以約50MPa/hr速度導入氮直至內壓達到135MPa為止後,進而升壓至180MPa,並於1800℃、180MPa下保持1小時,獲得螢光體。
藉由粉末X射線繞射法對生成於所獲得之螢光體中之晶相進行鑒定之結果,確認為生成有與CaAlSiN3同型之斜方晶系結晶。
以與實施例2-1相同之方式,分析該螢光體之組成,結果示於表2。
又,使用螢光分光光度計,測量該螢光體之波長465nm激發下之發光特性,求出發光波長及以下述比較例2-1之螢光體亮度為100%之相對亮度,並將結果示於表2。
使用與實施例2-2中所使用者相同之熱均壓裝置,並再次於相同
條件下對實施例2-2中所獲得之合金進行再加熱,獲得螢光體。
利用粉末X射線繞射法,對生成於所獲得之螢光體中之晶相進行鑒定,其結果,確認到生成有與CaAlSiN3同型之斜方晶系結晶。
以與實施例2-1相同之方式,分析該螢光體組成,結果示於表2。
又,使用螢光分光光度計,測量該螢光體之波長465nm激發下之發光特性,求出發光波長、及以下述比較例2-1之螢光體亮度為100%之相對亮度,結果示於表2。
於氬氣體環境中稱量Eu2O3、Ca3N2、AlN及Si3N4,以使金屬元素組成比成為Eu:Ca:Al:Si=0.008:0.992:1:1,並使用混合機加以混合。將該混合粉填充至氮化硼製坩堝中,並於氣體環境加熱爐中進行安裝。對裝置內施行真空排氣直至達到1×10-2Pa為止後,中止排氣,對裝置內填充氮,直至達到0.1MPa為止後,將其加熱至1600℃,保持5小時,獲得螢光體。
藉由粉末X射線繞射法,對生成於所得之螢光體中之晶相進行鑒定,其結果,確認到生成有CaAlSiN3斜方晶系結晶。
以與實施例2-1相同之方式,分析該螢光體之組成,結果示於表2中。
又,利用螢光分光光度計,測量該螢光體之波長465nm激發下之發光特性,求得發光波長,結果示於表2。又將此時之亮度設為100%。
於氬氣體環境中稱量EuN、Sr3N2、Ca2N3、AlN及Si3N4,使金屬元素組成比為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.008:0.792:0.2:1:1,並使用混合機加以混合。將該混合粉填充於氮化硼製坩堝中,並於氣體環境
加熱爐中進行安裝。對裝置內施行真空排氣直至達到1×10-2Pa為止後,中止排氣,對裝置內填充氮直至達到0.9MPa後,加熱至1800℃為止,並保持2小時,獲得螢光體。
藉由粉末X射線繞射法,對生成於所獲得之螢光體中之晶相加以鑒定,其結果,確認到生成有CaAlSiN3斜方晶系結晶。
以與實施例2-1相同之方式,分析該螢光體之組成,結果示於表2。
又,藉由螢光光譜光度計,測量該螢光體之波長465nm激發下之發光特性,求出發光波長及以下述比較例2-1之螢光體亮度為100%之相對亮度,結果示於表2。
由表2可明確,按照本發明之方法,由合金之氮化處理而獲得之螢光體,與利用以氮化物為原料之習知方法而獲得之螢光體相比,更明顯表現出較高之發光亮度。
製作如圖4所示之發光裝置。該發光裝置之製作按照以下順序進行。再者,實施例2-4各構成要素中,關於描述對應於圖4之構成要素者,以括號格式適當表示其符號。
至於第1發光體(14),使用作為藍色發光二極體(以下適當簡稱為「LED」。)之Cree公司之460MB。其於主波長456nm~458nm內發
光。使用銀漿料作為接著劑,將該藍色LED(14)接合於框架(16)之凹部底端子(19)。此時,考慮到由藍色LED(14)所產生之熱量的散熱性,較薄且均一地塗佈作為接著劑之銀漿料。在150℃下加熱2小時,使銀漿料硬化後,導線接合藍色LED(14)之電極與框架(16)之端子(18)。使用直徑25μm之金線作為導線(17)。
至於螢光體含有部(15)之發光物質,使用作為橙色螢光體之上述實施例3之螢光體(有時將該螢光體稱為「螢光體(A)」。)、作為發出大致波長520nm~760nm之光之螢光體的Ba1.39Sr0.46Eu0.15SiO4(有時將該螢光體稱為「螢光體(B)」),製作含螢光體組合物。將所獲得之含螢光體組合物,注入於上述框架(16)之杯狀凹部中,加熱使之硬化,形成螢光體含有部(15)。
於室溫下對該藍色LED(14)通電20mA之電流,驅動所獲得之發光裝置,使其發光。測量其白色色度點,x/y=0.31/0.33,故其演色性指數(Ra)為90。
該發光裝置之發光光譜示於圖5。
於實施例2-4中,除使用作為大致發出波長560nm~750nm之光之螢光體的Ca2.94Ce0.06Sc1.94Mg0.06Si3O12(有時將該螢光體稱為「螢光體(C)」。),代替螢光體(B)以外,藉由與實施例2-4相同之順序,製作發光裝置。
以與實施例2-4相同之條件使所獲得之發光裝置發光,測量其白色色度點,x/y=0.31/0.33,故其演色性指數(Ra)為88。
該發光裝置之發光光譜示於圖6中。
由本發明之製造方法而獲得之以氮化物或者氮氧化物為母體之螢
光體,可較佳使用於螢光燈、螢光顯示管(VFD)、場發射顯示器(FED)、電漿料顯示板(PDP)、陰極射線管(CRT)、白色發光二極體(LED)等。
本發明者等發現如下情形,於以合金為原料而製造之以氮化物或者氮氧化物為母體之螢光體中,根據需要將該螢光體粉碎,並加以分級,並使之分散於該螢光體10倍重量之水中後,靜置1小時所獲得之上清液中之作為溶解離子量指標之電導率,與螢光體之發光效率之間存在關聯性。
第3態樣之螢光體,其係以氮化物或者氮氧化物為母體者,其特徵在於:將該螢光體分散於重量比10倍之水中後,靜置1小時所獲得之上清液的電導率為50mS/m以下。
該螢光體可包含活化元素M1、至少包含Si之4價金屬元素M4、及至少1種非Si金屬元素。
該螢光體可包含活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。
螢光體可包含鹼土類金屬元素作為2價金屬元素M2。
螢光體進而可包含3價金屬元素M3。
螢光體可包含選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之1種以上元素,作為活化元素M1。
2價金屬元素M2可為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3可為選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,至少包含Si之4價金屬元素M4可為選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之1種以上元素。
2價金屬元素M2之50莫耳%以上可為Ca及/或Sr,3價金屬元素M3之50莫耳%以上可為Al,至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上可為Si。
螢光體可包含Eu及/或Ce作為活化元素M1,包含Ca及/或Sr作為2價金屬元素M2,包含Al作為3價金屬元素M3,包含Si作為至少包含Si之4價金屬元素M4。
分散有螢光體之水的電導率可為0.001mS/m以上且1mS/m以下。
較佳的是,螢光體以合金為原料進行製造。
第3態樣提供一種含有上述螢光體、及液狀媒體之含螢光體組合物。
第3態樣提供一種發光裝置,其係含有激發光源、及將來自該激發光源之至少一部份光進行波長轉換之螢光體者,其特徵在於:該螢光體含有上述螢光體。
第3態樣提供一種含有該發光裝置之影像顯示裝置。
第3態樣提供一種含有該發光裝置之照明裝置。
根據第3態樣,可藉由簡便方法,使螢光體亮度得到提高。
又,可藉由使用含有該螢光體之組合物,而獲得發光效率較高之發光裝置。該發光裝置,可較佳用於影像顯示裝置或照明裝置等用途中。
以下,就本發明之第3態樣加以詳細說明,但第3態樣並不限定於以下實施形態,故可於該精神範圍內實施各種變化。
又,於第3態樣之說明中使用「~」所表示之數值範圍,表示包括揭示於「~」前後之數值,作為下限值及上限值之範圍。
對於第3態樣之以氮化物或氮氧化物為母體之螢光體組成,並無特別限制,以下舉例加以說明。
第3態樣之螢光體,較佳的是,包含活化元素M1、至少包含Si之4價金屬元素M4、及1種以上非Si金屬元素,詳細而言,本發明之螢光體包含活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。可列舉例如Sr2Si5N8:Eu、Ce等。此處,作為2價金屬元素M2,較佳的是鹼土類金屬元素。
較佳的是,第3態樣之螢光體,又可包含活化元素M1、2價金屬元素M2、3價金屬元素M3、及至少包含Si之4價金屬元素M4,並將下述通式[2]所表示之氮化物或者氮氧化物作為母體。
M1 aM2 bM3 cM4 dNeOf [2](其中,a、b、c、d、e、f分別為下述範圍內之數值。
0.00001≦a≦0.15
a+b=1
0.5≦c≦1.5
0.5≦d≦1.5
2.5≦e≦3.5
0≦f≦0.5)
關於該螢光體組成之說明與第1態樣之合金組成之說明共通。
關於活化元素M1之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於活化元素M1以外元素之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
又,關於2價金屬元素M2之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
又,關於3價金屬元素M3之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
又,關於至少包含Si之4價金屬元素M4之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
與第1態樣相同,可藉由使M2之50莫耳%以上為Ca及/或Sr,且M3之50莫耳%以上為Al,且元素M4之50莫耳%以上為Si,而製造發光特性尤其高之螢光體,故而較佳。
又,關於上述通式[2]中a~f之數值範圍與,及其較佳理由之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
由上述通式[2]所表示之螢光體中,亦可製成下述通式[3]所表示之螢光體。
M1’ a’Srb’Cac’M2’ d’Ale’Sif’Ng’ [3](其中,a’、b’、c’、d’、e’、f’、g’分別為下述範圍內之數值。
0.00001≦a’≦0.15
0.1≦b’≦0.99999
0≦c’<1
0≦d’<1
a’+b’+c’+d’=1
0.5≦e’≦1.5
0.5≦f’≦1.5
0.8×(2/3+e’+4/3×f’)≦g’≦1.2×(2/3+e’+4/3×f’))
該通式[3]之說明,與第2態樣相同,故援引第2態樣之說明。
第3態樣之螢光體中所含有之氧,可認為作為原料金屬中之雜質而混入者,於粉碎步驟、氮化步驟等之製造製程時所混入者等。
氧之含有量於螢光體之發光特性可允許下降之範圍內,通常為5重量%以下,較佳的是2重量%以下,最佳的是1重量%以下。螢光體之含氧量存在有因下述清洗而減少之傾向。
作為螢光體組成之具體例,可列舉(Sr,Ca,Mg)AlSiN3:Eu、(Sr,Ca,Mg)AlSiN3:Ce、(Sr,Ca)2Si5N8:Eu、(Sr,Ca)2Si5N8:Ce等。
製造第3態樣之螢光體時,稱量作為原料之金屬或其合金,使之成為例如下述通式[1]之組成,並使之熔解形成合金,製造螢光體原料用合金,其次進行該螢光體原料用合金之粉碎、氮化、清洗處理。此時,當製造例如含有Si與鹼土類金屬元素之合金時,較佳的是,使高熔點(高沸點)之Si金屬及/或含有Si之合金熔解後,使低熔點(低沸點)之鹼土類金屬熔解。
M1 aM2 bM3 cM4 d [1](其中,M1、M2、M3、M4、a、b、c、d分別與上述通式[1]定義相同。)
關於用於合金製造之金屬純度之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬形狀之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬熔解之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於熔湯鑄造之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於鑄塊粉碎之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於合金粉末分級之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於螢光體原料用合金氮化處理之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
透過鄂式粉碎機、搗碎機、鎚碎機等將氮化螢光體原料用合金所獲得之螢光體進行粗略粉碎後,使用中性或者酸性溶液進行清洗。
作為此處所使用之中性溶液,較佳的是使用水。可使用之水的種類,並無特別限制,但較佳的是脫鹽水或者蒸餾水。所使用之水之電導率通常為0.001mS/m以上,較佳的是0.01mS/m,又,該電導率通常為1mS/m以下,較佳的是0.1mS/m以下。又,水溫通常較佳的是室溫(25℃左右),但亦可藉由使用較佳的是40℃以上,進而較佳的是50℃以上,又,較佳的是90℃以下,進而較佳的是80℃以下之溫水或者熱水,而減少用以獲得作為目標之螢光體之清洗次數。
又,作為酸性溶液,較佳的是酸性水溶液。對於酸性水溶液種類並無特別限制,但可使用稀釋有1種或者2種以上之鹽酸、硫酸等無機酸之水溶液。酸水溶液之酸濃度通常為0.1mol/l以上,較佳的是0.2mol/l以上,又,該酸濃度通常為5mol/l以下,較佳的是2mol/l以下。使用酸性水溶液而並非中性水溶液,對於螢光體之溶解離子量之降低
效率方面較為有效,但用於該清洗之酸水溶液之酸濃度超過5mol/l時,則存在溶解螢光體表面之可能性,故而較不理想,而該酸濃度不足0.1mol/l時,則將無法充分獲得使用酸之效果。於本發明中,作為該酸並不需要如氟酸般腐蝕性較強之酸。
作為螢光體之清洗方法,並無特別限制,但具體而言,可列舉如下方法,將所獲得之螢光體粒子放入上述中性或者酸性溶液(以下有時稱為「清洗媒」。),並藉由攪拌特定時間,而使其分散,其後,對螢光體粒子進行固液分離處理。
清洗螢光體時之攪拌方法並無特別限制,可行的是使螢光體粒子均一分散。例如,可使用晶圓攪拌器或攪拌機等。
清洗媒量並無特別限制,然而其過少時,則無法獲得充分之清洗效果,而過多時則需要大量清洗媒,故較不合理,因此較佳的是,其為進行清洗之螢光體之重量2倍以上,尤其佳的是5倍以上,且較佳的是其為1000倍以下,尤其佳的是100倍以下。
攪拌時間,於下述實施例中為10分鐘,但可行的是,使螢光體與上述清洗媒可進行充分接觸的時間,其通常為1分鐘以上且1小時以下。
使清洗媒與螢光體粒子固液分離之方法,並無特別限制,但可列舉例如過濾、離心分離、傾析等。
其中,螢光體粒子之清洗方法,如上述般,對於清洗媒中攪拌螢光體粒子而於分散後進行的固液分離,並無特別限制,可使用於清洗媒流體中漂洗螢光體粒子之方法等。
又,可多次進行如此之清洗步驟。
又,當進行多次清洗步驟時,可組合水清洗與酸水溶液所進行之
清洗而進行,於該情形時,為防止酸附著於螢光體上,較佳的是,利用酸水溶液進行清洗後進行水清洗。又,可於水清洗後,利用酸水溶液進行清洗,其後再進行水清洗。
又,當多次進行清洗步驟之情形時,可於進行清洗步驟間加入上述粉碎步驟或分級步驟。
於本發明中,螢光體之清洗係針對清洗後之螢光體,進行如下水分散性測試,並使此時上清液之電導率達到特定值以下而進行。
即,根據需要藉由乾式球磨機等軋碎乃至粉碎清洗後之螢光體,並利用篩或者水簸器進行分級,將其製粒為較理想之重量中值粒徑,其後,於該螢光體10倍重量之水中,攪拌特定時間例如10分鐘,使其分散後,靜置1小時,藉此使比重重於水之螢光體粒子自然沈澱。測量此時上清液之電導率,並根據需要,重複上述清洗操作,直至使該電導率達到通常50mS/m以下,較佳的是10mS/m以下,最佳的是5mS/m以下為止。
作為用於該螢光體之水分散性測試之水,並無特別限制,但與上述清洗媒之水相同,較佳的是脫鹽水或者蒸餾水,尤其電導率通常為0.001mS/m以上,較佳的是0.01mS/m以上,又,該電導率通常為1mS/m以下,較佳的是0.1mS/m以下。又,用於上述螢光體之水分散性測試中之水溫,通常為室溫(25℃左右)。
可藉由進行如此之清洗,而於螢光體分散於重量比10倍之水中後,靜置1小時,獲得所得之上清液電導率為50mS/m以下之本發明之螢光體。
再者,上述螢光體之水分散性測試中上清液電導率之測量,可使用東亞DKK公司製電導率計「EC METER CM-30G」等而進行。
螢光體構造組成因一部分溶解,而成為離子溶於水中,藉此使上述螢光體之水分散性測試中上清液之電導率上升。上述上清液之電導率較低則意味著螢光體中該水溶性組成之含量較少。
如上述般,螢光體之含氧量亦將藉由上述清洗而減少,但可推測其原因在於因含氧之雜質相,例如結晶性較差之氮化物水解而產生之氫氧化物得到除去。
例如,可推定上述SCASN螢光體於清洗步驟中,將產生以下情形。
1)結晶性較差之氮化物等水解而成為例如Sr(OH)2等氫氧化物,並溶於水中。當使用溫水、或者稀薄之酸進行清洗時,其等將有效除去,使電導率降低。另一方面,當酸濃度過高時,或者長時間暴露於酸中時,母體SCASN螢光體本身可能出現分解,故而較不理想。
2)合金之氮化步驟中自用於燒成時之氮化硼(BN)製坩堝所混入之硼,將形成水溶性硼氮-鹼土類化合物,並混入於螢光體中,但可藉由上述清洗而分解.除去該等。
第3態樣中之發光效率及亮度提高之理由尚未完全清楚,但由於將燒成不久後之螢光體取至空氣中時,可略微感覺到氨之氣味,因此可考慮藉由清洗,而除去該未反應或者反應不充分部份分解而生成之部份。
又,螢光體以粉體進行使用,並以分散於其他分散媒中之狀態下使用之情形較多。因此,為易於進行該等分散操作而對螢光體進行各種表面處理之方法,於業者中係屬一般。若理解為於進行有相關表面處理之螢光體中,進行表面處理前之階段取決於本發明,則較為貼切。
上述清洗後,使螢光體乾燥,直至附著水分消失為止,以供於使用。
SCASN螢光體之情形時,由於進行上述清洗操作,故而存在使用有Cu-Kα射線(1.54184Å)之粉末X射線繞射峰值中,2θ=33.2±0.2°之峰值強度(高度)比會下降之傾向。其顯示出由於進行清洗,因此雜質自螢光體中得以除去。
SCASN螢光體之粉末X射線繞射圖案中,當使2θ=33.2°±0.2°之峰值高度Ip相對於2θ為35.5°~37°之範圍中的最強峰值高度Imax之強度比為I=(Ip×100)/Imax之時,I通常為15%以下,較佳的是10%以下,更加的是5%以下,尤其佳的是3%以下。此處峰值強度為進行背景校正後所獲得之數值。
由第3態樣所獲得之Eu活化SCASN螢光體之發光光譜之說明,與第2態樣之發光光譜之說明相同,故援引第2態樣之說明。
第3態樣之螢光體重量中值粒徑D50之說明與第2態樣相同,故援引第2態樣之說明。
本發明之螢光體,較佳的是,其內部量子效率越高越好。其值之說明援引第2態樣之說明。
本發明之螢光體,較佳的是,其吸收效率亦越高越好。其值之說明援引第2態樣之說明。
關於第3態樣之螢光體用途之說明,援引第2態樣之說明。
將本發明之螢光體用於發光裝置等用途之情形時,較佳的是,以使其分散於液狀媒體中之形態進行使用。關於其之說明援引第2態樣之揭示。
其次,就第3態樣之發光裝置加以說明。第3態樣之發光裝置構成為至少包括,作為激發光源之第1發光體、藉由來自第1發光體之光的照射而發出可見光之第2發光體。該發光裝置之說明,與第2態樣之發光裝置相同,故援引第2態樣之揭示。亦援引圖1~3。
本發明之發光裝置用途之說明,援引第2態樣之說明。
以下,將第3態樣作為實施例加以更具體說明,但第3態樣只要不超過其精神範圍,則並不限定於以下實施例。
下述各實施例及各比較例中,各種評估透過以下方法進行。
透過使用篩進行分級,而製粒為重量中值粒徑為9μm後(其中,清洗後之螢光體粒子重量中值粒徑為9μm之情形時,不進行該操作。),將該螢光體粒子置入螢光體重量之10倍量的水中,使用攪拌器攪拌10分鐘使其分散。於放置1小時後,確認到螢光體沈澱,並測量上清液之電導率。
電導率使用東亞DKK公司製之電導率計「EC METER CM-30G」進行測量。清洗及測量於室溫下進行。
再者,於各實施例及各比較例中用於清洗以及螢光體之水分散性測試中之水的電導率為0.03mS/m。
於日本分光公司製螢光測量裝置中,使用150W氙氣燈作為激發光源。使氙氣燈之光透過焦點距離10cm之繞射格子分光儀,透過光纖僅將450nm~475nm之光照射於螢光體。透過焦點距離為25cm之繞射格子分光儀而對藉由激發光照射而產生之光進行分光,並藉由浜松光子技術公司製多通道CCD檢測器「C7041」而測量300nm~800nm之各波長發光強度。繼之,經由個人電腦之敏感性校正等信號處理而獲得發光光譜。
根據該發光光譜之480nm~800nm波長區域之資料,算出JIS Z8701所規定之XYZ表色系中的色度座標x與y。
又,根據以JIS Z8724為基準而算出之XYZ表色系中刺激值Y,算出將下述參考例3-3中螢光體之刺激值Y值作為100%之相對亮度。
再者,色度座標及亮度,以刪除激發藍色光之方式測量。
根據ICP發光光譜分析法(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry;以下有時稱為「ICP法」。),並使用JOBAIBON公司製之ICP化學分析裝置「JY 38S」加以分析。
測量前,使用超音波分散器(KAIJO(股)製)使頻率為19KHz,使超音波強度為5W,並以超音波分散試料25秒。再者,於分散液中,為防止再凝集而使用微量添加有界面活性劑之水。
重量中值粒徑之測量中,使用雷射繞射/散射式粒徑分佈測量裝置(堀場製作所製造)。
粉末X射線繞射測量條件,詳細如下所示。
測量裝置:PANalytica1公司製PW1700型
粉末X射線繞射測量條件:X射線源:Cu-Kα射線(λ=1.54184Å),輸出設定:40kV.30mA
測量時光學條件:發射狹縫=1°
散射狹縫=1°
受光狹縫=0.2mm
繞射峰值之位置2θ(繞射角)
測量範圍:2θ=10~89.95°
掃描速度:0.05度(2θ)/sec,連續掃描
試料製備:使用瑪瑙研缽以人力進行粉碎,並使用試料成形工模(前Philips公司製PW1001/00型)進行成形
樣品固持器:PANalytica1公司製之PW1781/00型
試料部尺寸
外徑:53mm
內徑:27mm
深度=2.6mm
以下,合金原料中所使用之金屬單體之任一者均為雜質濃度0.01莫耳%以下之高純度品。又,原料金屬之形狀中,Sr為塊狀,其他為粒狀。
使用第2態樣之實施例2-2中所製造之合金。如第2態樣所揭示
般,自板重心附近一點,及板端面附近一點,對所獲得之厚度40mm板狀合金採樣約10g,並藉由ICP法進行元素分析後,板中心部為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.782:0.212:1:0.986,板之端面為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.756:0.210:1:0.962,組成於分析精度之範圍內實質相同。因此,可認為以Eu為主,各個元素為均一分佈。
如同第2態樣般,該合金表現出類似於Sr(Si0.5Al0.5)2之粉末X射線繞射圖案,故鑒定為其係所謂AlB2型鹼土類矽化物之金屬間化合物。
將於氮氣流中將該板狀合金塊粉碎為重量中值粒徑17.4μm而獲得之合金粉末5g,填充於內徑55mm之氮化硼製托盤中,並於熱均壓裝置(HIP裝置)內進行安裝。對裝置內施行真空排氣後,將其加熱至300℃,於300℃下連續1小時施行真空排氣。其後,填充1MPa之氮,並於冷卻後排出壓力直至達到0.1MPa為止,再填充氮直至達到1MPa為止,並且重複該操作2次。於開始加熱前,填充氮直至達到50MPa為止,以約600℃/hr進行升溫直至達到試料溫度1900℃為止,與此同時以平均45MPa/hr使內壓升壓至190MPa為止。其後一面將裝置內壓保持為190MPa,一面加熱至1900℃,並於該溫度下保持1小時,獲得目標螢光體,再進行粗略粉碎。
所獲得之螢光體的粉末X射線繞射測量結果,生成有與CaAlSiN3同型之斜方晶晶相。
將合成例3-1中所獲得之螢光體放入重量比10倍量之水中,使用攪拌器攪拌10分鐘使其分散。靜置1小時後,確認到螢光體出現沈澱,再加以過濾,藉此分離螢光體。
對該清洗後之螢光體,進行水分散性測試,測量上清液電導率,結果示於表3-1。
又,將清洗後之螢光體於120℃下進行乾燥後,測試發光特性,結果示於表3-1。
表3-1中,亮度係使下述參考例3-3所獲得之螢光體亮度為100%。
將合成例3-1所獲得之螢光體放入重量比10倍量之水中,使用攪拌器攪拌10分鐘使其分散。靜置1小時後,確認到螢光體出現沈澱,再加以過濾,藉此分離螢光體。將該操作重複17次。
對該清洗後之螢光體,進行水分散性測試,測量上清液之電導率,結果示於表3-1。
又,將清洗後之螢光體於120℃下進行乾燥後,測試發光特性,結果示於表3-1。
將合成例3-1所獲得之螢光體放入重量比5倍量之0.5mol/l鹽酸水溶液中,使用攪拌器攪拌10分鐘,使其分散。靜置1小時後,確認到螢光體出現沈澱,再加以過濾,藉此分離螢光體。將該操作重複6次。
對該清洗後之螢光體,進行水分散性測試,測量上清液之電導率,結果示於表3-1。
又,將清洗後之螢光體於120℃下進行乾燥後,測試發光特性,發光光譜示於圖7,發光特性之資料示於表3-1及表3-2。
又,於表3-2中,相對峰值強度係使下述參考例3-3之相對峰值強度為100%而進行表示的。
又,將該清洗後之螢光體粉末X射線繞射圖案示於圖8中。由圖8可知,2θ=33.2°±0.2°之峰值相對於2θ為35.5°以上且37°以下之範圍中最強峰值(Imax)的強度比I為1.9%。
對合成例3-1所獲得之螢光體,無需進行清洗,而直接進行水分散性測試,測量上清液之電導率,結果示於表3-1。
又,測試發光特性,結果示於表3-1及表3-2。
又,將該螢光體粉末X射線繞射圖案示於圖9中。自圖9可知,2θ=33.2°±0.2°之峰值相對於2θ為35.5°以上且37°以下之範圍中之最強峰值的強度比I為4.6%。
實施例3-4及比較例3-2中所使用之螢光體,除於使用HIP裝置進行燒成前,於常壓氮氣流中,1030℃下預燒8小時以外,以與合成例3-1相同之方法進行合成。
將合成例3-2所獲得之螢光體放入重量比10倍量之水中,使用攪拌器攪拌10分鐘,並使其分散。靜置1小時後,確認到螢光體出現沈澱,再加以過濾,藉此分離螢光體。將所獲得之螢光體透過球磨機加以粉碎,並進行分級,使重量中值粒徑D50為9μm。將所獲得之螢光體放入重量比5倍量之0.5mol/l鹽酸水溶液中,使用攪拌器攪拌10分鐘,使其分散。靜置1小時後,藉由過濾而分離螢光體,進而於10倍量之水中重複6次進行分散過濾之操作。因所獲得之螢光體之重量中值粒徑D50為9μm,故上述清洗操作,並未改變重量中值粒徑D50。
對該清洗後之螢光體,進行水分散性測試,測量上清液之電導率,
結果示於表1。又,測試發光特性,結果示於表3-1。
無需清洗合成例3-2中所獲得之螢光體,而直接進行水分散性測試,測量上清液之電導率,結果示於表3-1。又,測試發光特性,結果示於表1。
使用第2態樣之比較例2-1中所製造之螢光體。
對該螢光體,透過螢光光譜光度計測量激發465nm時之發光特性,發光波長為648nm。
根據該等結果可清楚瞭解,藉由螢光體之清洗操作,可使水分散性測試中上清液之電導率降低,由此使螢光體之亮度提高。
又,將實施例3-3與比較例3-1之粉末X射線繞射圖案加以比較,可知實施例3-3中結晶性得到提高,並可藉由清洗而除去結晶性較差部份。
本發明者們發現,以合金為原料而製造之螢光體,在粉末X射線繞射圖案中,雜質峰值較低,且亮度及發光效率較高。
第4態樣之螢光體,於使用CuKα射線(1.54184Å)而測量之粉末X射線繞射圖案中,以下述區域1~區域6中峰值強度比I為8%以下之氮化物或者氮氧化物作為母體。
其中,峰值強度比I於26為10°以上且60°以下之範圍的粉末X射線繞射圖案中,相對於存在於2θ為34°以上且37°以下範圍之最強峰值之高度Imax,該峰值高度Ip比為(Ip×100)/Imax(%)。此處,峰值強度為進行背景校正後所得之數值。
該螢光體可含有至少包含Si之4價金屬元素M4、與至少1種非Si金屬元素。
該螢光體可含有活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。
螢光體可含有鹼土類金屬元素作為2價金屬元素。
螢光體進而可包含3價金屬元素M3。
螢光體可包含選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之1種以上元素,作為活化元素M1。
2價金屬元素M2可為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3可為選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,4價金屬元素M4可為選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之1種以上元素。
2價金屬元素M2之50莫耳%以上可為Ca及/或Sr,3價金屬元素M3之50莫耳%以上可為Al,4價金屬元素M4之50莫耳%以上可為Si。
螢光體可含有Eu及/或Ce作為活化元素M1,含有Ca及/或Sr作為2價金屬元素M2,含有Al作為3價金屬元素M3,含有Si作為4價金屬元素M4。
較佳的是,螢光體以合金為原料進行製造。
螢光體之發光峰值波長,較佳的是590nm以上且650nm以下。
第4態樣提供一種含螢光體組合物,其含有該螢光體及液狀媒體。
第4態樣提供一種發光裝置,其係含有激發光源、及將來自該激發光源之至少一部份光進行波長轉換之螢光體者,其特徵在於:該螢光體含有上述任一螢光體。
第4態樣提供一種含有該發光裝置之影像顯示裝置。
第4態樣提供一種含有該發光裝置之照明裝置。
第4態樣之以氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,表現出亮度高於習知之氮化物或者氮氧化物螢光體之高亮度發光,並且作為黃色乃至橙色,或者橙色乃至紅色之螢光體較為優異。又,第4態樣之螢光體,即使長時間暴露於激發源時,亮度亦不會降低,因此可有效較佳使用於VFD、FED、PDP、CRT、白色LED等。又,由於母體顏色為紅色系,且吸收紫外線,故亦適於紅色顏料及紫外線吸收劑。
又,可藉由使用含有該螢光體之組合物,而獲得發光效率較高之發光裝置。該發光裝置,可較佳使用於影像顯示裝置或照明裝置等之用途。
以下,就本發明之第4態樣加以詳細說明,但第4態樣並不限定於以下說明,並可於該精神範圍內實施各種變化。
再者,於第4態樣之說明中,使用「~」所表示之數值範圍,表示包含揭示於「~」前後之數值作為下限值及上限值的範圍。
第4態樣之以氮化物或者氮氧化物為母體之螢光體組成與第3態樣相同,故全部援引第3態樣之組成說明。第3態樣中所援引之第1態樣的合金組成說明及第2態樣之說明亦重複援引至第4態樣中。
慎重起見,對第4態樣之螢光體組成加以如下簡單說明。
該態樣之螢光體,與第3態樣之螢光體相同,較佳的是包含活化元素M1、至少包含Si之4價金屬元素M4、1種以上非Si金屬元素,詳細而言,本發明之螢光體包含活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。可列舉例如Sr2Si5N8:Eu、Ce等。此處,作為2價金屬元素M2,較佳的是鹼土類金屬元素。
較佳的是,第3態樣之螢光體又可包含活化元素M1、2價金屬元素M2、3價金屬元素M3、及至少包含Si之4價金屬元素M4,並且以下述通式[2]所表示之氮化物或者氮氧化物作為母體。
M1 aM2 bM3 cM4 dNeOf [2]
並且,於上述通式[2]所表示之螢光體中,可製成下述通式[3]所表示之螢光體。
M1’ a’Srb’Cac’M2’ d’Ale’Sif’Ng’ [3]
可知悉,該通式[2]、[3]之說明已充分進行,因此援引先行態樣中之說明。
製造第4態樣之螢光體時,稱量作為原料之金屬或其合金,以成為例如下述通式[3]之組成,使其熔解並合金化,製造螢光體原料用合金,繼而,粉碎該螢光體原料用合金,施行氮化處理。此時,若製造例如包含Si與鹼土類金屬元素之合金時,較佳的是,使高熔點(高沸點)之Si金屬及/或包含Si之合金熔解後,再使低熔點(低沸點)之鹼土類金屬熔解。
M1 aM2 bM3 cM4 d [1](其中,M1、M2、M3、M4、a、b、c、d分別與上述第1態樣定義相同。)
關於用於合金製造之金屬純度之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬形狀之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬熔解之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於熔湯鑄造之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於鑄塊粉碎之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於合金粉末分級之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
對於使用合金粉末,製造第4態樣之螢光體之方法,並無特別限制,根據氧化物、硫化物、氮化物等螢光體之種類設定反應條件,以下以氮化反應為例加以說明。
關於合金粉末氮化處理之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
較佳的是,於合金之氮化處理後,對所獲得之螢光體進行粉碎、分級處理。尤其佳的是,進行粉碎、分級處理。以使例如所獲得之螢光體粒子之90%以上成為5μm以上且20μm以下之粒子。
關於第4態樣之螢光體結晶構造加以敍述。
本發明之螢光體具有與WO2005/052087所揭示之CASN構造相同之斜方晶(Cmc2I、# 36)之結晶構造。格子常數通常為9.8Å≦a≦9.93Å,5.6Å≦b≦5.8Å,5.0Å≦c≦5.2Å,280Å≦V≦300Å,進而較佳的是,其為9.8Å≦a≦9.93Å,5.69Å≦b≦5.77Å,5.1Å≦c≦5.18Å,285Å≦V≦298Å。
本發明者們,對第4態樣之螢光體使用CuKα射線(1.54184Å)時所
測量之粉末X射線繞射圖案進行研究。將粉末X射線繞射圖案之例,表示於下述表4中。於表4中,X射線粉末繞射峰值之位置以2θ(設為10°至60°之範圍。)表示。
本發明之螢光體,可改變可包含於上述通式[1]中之Sr、Ca之量,然而於表4中,以例1、例2、例3、例4、例5之順序減少Ca之量,並使Sr之量増加。其任一者均為與CaAlSiN3同型之斜方晶,並表示有最強峰值以下的若干峰值。
由表4可知,因Sr之取代量,繞射峰值位置會出現偏離。因Sr之離子半徑大於Ca,故而Sr取代量越多者,格子常數變得越大,峰值位置之2θ值將變得越小。
源自結晶構造與第4態樣之螢光體CaAlSiN3結晶相同之粉末X射線繞射圖案中之峰值位置,通常以例5為下限,以例1為上限,較佳
的是以例4作為下限,以例2作為上限。進而較佳的是,於例3之峰值位置±0.2°之範圍內。
第4態樣之螢光體,通常具有表4所示之峰值中的7條,較佳的是具有10條以上。
又,第4態樣之螢光體除具有上述峰值以外,具有以下特徵。
即,出現於下述所示區域1~區域6之峰值係表示存在第4態樣之螢光體以外之結晶者,較佳的是其等峰值強度較低。分別出現於區域1~6中之峰值之峰值強度比I通常為8%以下,較佳的是5%以下,更佳的是3%以下。
其中,峰值強度比I於2θ為10°以上且60°以下之範圍的粉末X射線繞射圖案中,該峰值之高度Ip相對於存在於2θ為34°以上且37°以下範圍中之最強峰值之高度Imax之比為(Ip×100)/Imax(%)。此處峰值強度為進行背景校正後所得之值。
區域1:2θ為10°~17°之範圍。
區域2:2θ為18.3°~24°之範圍。
區域3:2θ為25.3°~30.7°之範圍。
區域4:2θ為32°~34.3°之範圍。
區域5:2θ為37°~40°之範圍。
區域6:2θ為41.5°~47°之範圍。
例如,由第4態樣而獲得之Eu活化SCASN螢光體之發光光譜的說明,與第2態樣之發光光譜之說明相同,故援引第2態樣之說明。
第4態樣之螢光體之重量中值粒徑D50之說明與第2態樣相同,故
援引第2態樣中之說明。
較佳的是,第4態樣之螢光體之內部量子效率越高越好。其值之說明援引第2態樣之說明。
較佳的是,第4態樣之螢光體之吸收效率亦越高越好。其值之說明援引第2態樣之說明。
第4態樣之螢光體用途之說明,援引第2態樣之說明。
將本發明之螢光體用於發光裝置等用途之情形時,較佳的是,以使其分散於液狀媒體中之形態進行使用。關於其之說明援引第2態樣之揭示。
其次,就第4態樣之發光裝置加以說明。第4態樣之發光裝置構成為至少包括:作為激發光源之第1發光體、藉由來自第1發光體之光照射而發出可見光之第2發光體。該發光裝置之說明,與第2態樣之發光裝置相同,故援引第2態樣之揭示。亦援引有圖1~3。
本發明之發光裝置用途之說明,援引第2態樣之說明。
以下,以第4態樣為實施例,加以更具體說明,但第4態樣只要不超過該精神範圍,則並不限定於以下實施例。
下述各實施例及各比較例中,各種評估透過以下方法進行。
發光光譜、色度座標、及亮度之測量援引第3態樣之揭示。
化學組成之分析援引第3態樣之揭示。
粉末X射線繞射測量條件之說明援引第3態樣之揭示。
用於合金原料之金屬單體之任一者均為雜質濃度0.01莫耳%以下之高純度品。又,原料金屬之形狀中,Sr為塊狀,其他為粒狀。
使用由第2態樣之實施例2-2所製造之合金。如同第2態樣所揭示般,自板重心附近一點,與板端面附近一點,對所獲得之厚度40mm板狀合金採樣約10g,並藉由ICP法進行元素分析後,板中心部為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.782:0.212:1:0.986,板之端面為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.009:0.756:0.21:1:0.962,組成於分析精度之範圍內實質相同。因此,可認為以Eu為主,各元素分佈均一。
如同第2態樣般,該合金表現出類似於Sr(Si0.5Al0.5)2之粉末X射線繞射圖案,故鑒定為其係所謂AlB2型鹼土類矽化物之金屬間化合物。
將於氮氣流中將該板狀合金塊粉碎為重量中值粒徑20μm而獲得之合金粉末5g,填充於內徑55mm之氮化硼製托盤,並於熱均壓裝置(HIP裝置)內進行安裝。對裝置內施行真空排氣直至達到5×10-1Pa為止後,將其加熱至300℃,並於300℃下連續進行1小時真空排氣。其後,填充1MPa之氮,於冷卻後排出壓力直至成為0.1MPa為止,再次填充氮直至達到1MPa為止,重複進行2次該操作。於開始加熱前,填充氮直至達到50MPa為止,以600℃/時進行升溫至試料溫度達到
1900℃為止,與此同時,以平均45MPa/時使內壓上升至190MPa。其後,一面將裝置內壓保持為190MPa一面加熱至1900℃為止,於該溫度下保持2小時,獲得螢光體。
所獲得之螢光體之粉末X射線繞射圖案如圖10所示,生成有與CaAlSiN3同型之斜方晶晶相,又,峰值位置(2θ)如表5-3所示,而該螢光體各區域之峰值強度比則如表5-1所示。
又,關於該螢光體,發光特性之測試結果示於表5-1,ICP化學分析結果示於表5-2。
表5-1中,亮度將下述參考例4-1中所獲得之螢光體亮度設為100%。
除於氣體環境加熱爐中(1600℃,常壓)施行氮化以外,以與實施例4-1相同之操作,獲得螢光體。該螢光體之評估結果示於表5-1、表5-2。
所獲得之螢光體之發光峰值之波長為641nm,相對亮度為117%。
使用第2態樣之比較例2-1中所製造之螢光體。該螢光體之發光峰值波長為648nm。於表5-3中表示有該螢光體之粉末X射線繞射圖案之峰值位置(2θ)。
本發明者們發現,以合金為原料而製造之螢光體具有較高特性,又,於所有活化元素中,活化元素之價數及其比例與螢光體特性具有
關聯性,由此完成第5態樣。
第5態樣之螢光體,其係以氮化物或者氮氧化物為母體,並含有活化元素M1之螢光體,其特徵在於:活化元素M1之85莫耳%以上為低於最高氧化數之價數。
該螢光體可含有至少包含Si之4價金屬元素M4、與至少1種以上非Si金屬元素。
螢光體可含有活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。
該螢光體可含有鹼土類金屬元素作為2價金屬元素。
該螢光體進而可含有3價金屬元素M3。
該螢光體可含有選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及Yb所組成之群中之1種以上元素,作為活化元素M1。
2價金屬元素M2可為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3可為選自由Al、Ga、In、及Sc所組成之群中之1種以上元素,至少包含Si之4價金屬元素M4可為選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及Hf所組成之群中之1種以上元素。
2價金屬元素M2之50莫耳%以上可為Ca及/或Sr,3價金屬元素M3之50莫耳%以上可為Al,至少包含Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上可為Si。
該螢光體可含有Eu及/或Ce作為活化元素M1,含有Ca及/或Sr作為2價金屬元素M2,含有Al作為3價金屬元素M3,含有Si作為至少包含Si之4價金屬元素M4。
較佳的是,該螢光體以合金為原料進行製造。
較佳的是,該螢光體之發光峰值波長為590nm以上且650nm以下。
第5態樣提供一種含螢光體組合物,其含有該螢光體及液狀媒體。
第5態樣提供一種發光裝置,其係含有激發光源、將來自該激發光源之至少一部份光進行波長轉換之螢光體的發光裝置,其特徵在於:該螢光體含有上述螢光體。
第5態樣提供一種具有該發光裝置之影像顯示裝置。
第5態樣提供一種具有該發光裝置之照明裝置。
第5態樣之以氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體係表現出亮度高於習知之氮化物或者氮氧化物螢光體的高亮度發光者,並作為黃色乃至橙色,或者橙色乃至紅色之螢光體較為優異。又,第5態樣之螢光體,即使長時間暴露於激發源中時,亮度亦不會降低,故可有效地較佳使用於VFD、FED、PDP、CRT、白色LED等。又,由於母體顏色為紅色系,且可吸收紫外線,因此,亦適於紅色顏料及紫外線吸收劑。
又,可藉由使用含有該螢光體之組合物,而獲得發光效率較高之發光裝置。該發光裝置可較佳用於影像顯示裝置或照明裝置等用途。
以下,就本發明之第5態樣之實施形態加以詳細說明,但第5態樣並不限定於以下實施形態,於該精神範圍內可實施各種變化。
又,於第5態樣之說明中,使用「~」所表示之數值範圍,表示包含揭示於「~」前後之數值作為下限值及上限值的範圍。
第5態樣之以氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體的組成,與第3態樣相同,故全部援引第3態樣之組成說明。第3態樣中所援引
之第1態樣的合金組成說明及第2態樣之說明亦重複援引至第5態樣中。
慎重起見,就第5態樣之螢光體組成加以如下簡單說明。
該態樣之螢光體,與第3態樣之螢光體相同,較佳的是其含有活化元素M1、至少包含Si之4價金屬元素M4、1種以上非Si金屬元素,詳細而言,本發明之螢光體含有活化元素M1、2價金屬元素M2、及至少包含Si之4價金屬元素M4。可列舉例如Sr2Si5N8:Eu、Ce等。此處,作為2價金屬元素M2,較佳的是鹼土類金屬元素。
較佳的是,第3態樣之螢光體又可包含活化元素M1、2價金屬元素M2、3價金屬元素M3、及至少包含Si之4價金屬元素M4,並以下述通式[2]所表示之氮化物或者氮氧化物作為母體。
M1 aM2 bM3 cM4 dNeOf [2]
並且,於上述通式[2]所表示之螢光體中,可製成下述通式[3]所表示之螢光體。
M1’ a’Srb’Cac’M2’ d’Ale’Sif’Ng’ [3]
可知悉,由於該通式[2]、[3]之說明已充分進行,故援引先行之態樣中之說明。
製造第5態樣之螢光體時,稱量作為原料之金屬或該合金,以使之成為例如下述通式[3]之組成,使其熔解,並合金化,製造螢光體原料用合金,其次粉碎、氮化該螢光體原料用合金。此時,若製造例如包括Si與鹼土類金屬元素之合金之情形時,較佳的是,使高熔點(高沸點)之Si及/或包含Si之合金熔解後,使低熔點(低沸點)之鹼土類金屬熔解。
M1 aM2 bM3 cM4 d [1](其中,M1、M2、M3、M4、a、b、c、d分別與上述第1態樣定義相同。)
關於用於合金製造之金屬純度之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬形狀之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於原料金屬熔解之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於熔湯鑄造之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於鑄塊粉碎之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
關於合金粉末分級之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣之說明。
對於使用合金粉末,製造第5態樣之螢光體之方法,並無特別限制,根據氧化物、硫化物、氮化物等螢光體之種類設定反應條件,以下以氮化反應為例加以說明。
關於合金粉末氮化處理之說明與第1態樣相同,故援引第1態樣
之說明。
較佳的是,於合金之氮化處理後,對所獲得之螢光體進行粉碎、分級處理。尤其佳的是,進行粉碎、分級處理,以使例如所獲得之螢光體粒子90%以上成為5μm以上且20μm以下之粒子。
第5態樣之螢光體,其特徵在於:包含於該螢光體中之活化元素M1之85莫耳%以上為低於最高氧化數之價數。
以下,以第5態樣之螢光體中進行橙色乃至紅色發光的較佳活化元素之一Eu為例加以說明。活化元素M1之Eu,至少其一部份為2價離子。具體而言,較佳的是,螢光體中Eu2+占所有Eu之比例越高越好,其通常為85莫耳%以上,較佳的是90莫耳%以上,更佳的是92莫耳%以上。作為提高Eu2+占所有Eu之比例之方法,眾所周知有於螢光體之製造步驟中,於例如一氧化碳、氮/氫、氫等某一還原氣體環境下進行燒成之方法,本發明中可藉由以合金作為起始材料,而成功提高Eu2+占所有Eu之比例。
以下表示一例求得Eu2+占所有Eu之比例的方法。
Eu2+占所有Eu之比例,可藉由測量例如Eu-L3吸收端之XANES光譜而算出。XANES係出現於各元素之特性吸收端與其附近之共鳴吸收峰值之總稱,其較敏感地反映有該元素之價數或構造。一般而言,眾所周知出現於稀土類L3吸收端XANES光譜之較強共鳴峰值能量,由稀土類元素之價數而決定,於Eu之情形時,Eu2+峰值具有低於Eu3+峰值約8eV之能量,因此可分離2個而定量。
又,發光中心原子周邊之局部構造,可藉由測量例如Eu-L3吸收端或者Eu-K吸收端之EXAFS光譜而獲悉。EXAFS係出現於各元素之特性吸收端之高能量側之微細振動構造,因而可敏感反映出吸收元素周邊之局部構造。藉由適當處理EXAFS光譜後進行傅立葉轉換,而獲得以吸收元素為中心之徑向構造函數。一般而言,只要具有類似組成及結晶構造,便具備Eu周邊之配位構造,則峰值強度將會增大。
又,較佳的是,於Eu-L3吸收端或者Eu-K吸收端EXAFS光譜之傅立葉轉換中,源自第一接近原子(N、O等陰離子)之峰值較為尖銳。又,較佳的是,源自第一接近原子(N、O等陰離子)之峰值相對於源自第二接近原子(Si、Al、Sr、Ca等陽離子)之峰值的強度為50%以上。
此處,眾所周知,如Eu2+或Ce3+般於4f5d-4f過渡中發光之活化元素,由於作為最外殼軌道之5d軌道之順序受到結晶場影響,因此發光特性非常強地依存於活化元素之環境。尤其,可推測出由活化元素之第一接近原子而形成之環境,會對發光特性具有較大影響。
本發明者們發現,於EXAFS光譜之傅立葉轉換中,存在源自第一接近原子之峰值強度相對於源自第二接近原子之峰值強度越高,則發光強度或亮度提高得越多之傾向。可解釋為,源自第一接近原子之峰值強度(高度)相對較大,則第一接近原子-活化元素間距離分佈將相對狹小,即,形成有結晶中之活化元素第一接近原子之環境更接近均一。可推測到因活化元素之周圍環境接近均一,而使發光效率提高。
例如,由第5態樣而獲得之Eu活化SCASN螢光體之發光光譜之說明,與第2態樣之發光光譜之說明相同,故援引第2態樣之說明。
第5態樣之螢光體重量中值粒徑D50之說明與第2態樣相同,故援引第2態樣之說明。
第5態樣之螢光體,較佳的是其內部量子效率越高越好。其值之說明援引第2態樣之說明。
第5態樣之螢光體,較佳的是其吸收效率亦越高越好。其值之說明援引第2態樣之說明。
第5態樣之螢光體用途之說明,援引第2態樣之說明。
將本發明之螢光體用於發光裝置等用途之情形時,較佳的是,以使其分散於液狀媒體中之形態加以使用。與其相關聯之說明援引第2態樣之揭示。
其次,就第5態樣之發光裝置加以說明。第5態樣之發光裝置構成為至少包含:作為激發光源之第1發光體、藉由來自第1發光體之光照射而發出可見光之第2發光體。該發光裝置之說明,與第2態樣之發光裝置之說明相同,故援引第2態樣之揭示。亦援引有圖1~3。
本發明之發光裝置用途之說明,援引第2態樣之說明。
以下,藉由實施例,對第5態樣加以更具體說明,但第5態樣只要不超過該精神範圍,則並不限定於以下實施例。
下述各實施例及各比較例中,各種評估藉由以下方法而進行。
發光光譜、色度座標、及亮度之測量援引第4態樣之揭示。
化學組成分析方法之說明援引第4態樣之揭示。
螢光體Eu-L3吸收端之X射線吸收端附近微細構造(X-ray absorption near-edge fine structure:XANES)光譜及廣域X射線吸收微細構造(Extended X-ray absorption fine structure:EXAFS),於大學共同利用機關法人高能量加速器研究機構物質構造化學研究所放射光利用研究設施(光子工廠)之設於電子束燈BL9A之XAFS測量裝置中,使用Si(111)2結晶分光儀與高階光除去鏡片進行測量。
X射線之能量校正,於金屬銅箔之Cu-K吸收端XANES光譜上,將表現為8980.3eV之前緣峰值中之分光儀角度作為12.7185°而進行,進而實施氧化銪之Eu-L3吸收端XANES測量,校正分光儀之微小偏差。Eu-K吸收端之EXAFS,於財團法人高亮度光科學研究中心大型放射光設施(SPring-8)之電子束燈BL19B2第一影線(hatch)上所設置之XAFS測量裝置中,使用Si(311)2結晶光譜儀進行測量。
Eu-L3吸收端XANES及EXAFS光譜之測量,於包括Eu-L3吸收端(6970eV附近)約700eV之範圍中,利用透過法而進行。即,將填充有氮氣之電極長為17cm及31cm之電離箱作為分別透過入射X射線及樣品之X射線檢測器使用,並按照朗伯-比爾(Lambert-Beer)式,定義X射線吸收係數為μt=ln(I0/I)(此處,I0表示入射X射線強度,I表示透過X射線強度。)。於Eu-L3吸收端附近,為正確獲得峰值能量,而將測量間隔設為0.25eV(使之為分光儀之角度,0.0006度)。Eu-K吸收端EXAFS光譜之測量,於包括Eu-K吸收端(48530eV附近)約2000eV之
範圍內,利用透過法而進行。即,將各填充有氬75%-氪25%混合氣體及氪氣體之電極長為17cm及31cm之電離箱作為透過入射X射線及樣品之X射線檢測器使用,並按照朗伯-比爾式,定義X射線吸收係數為μt=ln(I0/I)。
用以測量之試料中,將燒成後透過篩檢之螢光體粉末約400mg,或者螢光體粉末約15mg與60mg左右之氮化硼加以混合,於瑪瑙研缽中進行混合直至達到均一為止,於150kg重/cm2之壓力下,將其成型為直徑10mm之片劑而使用。
當為除去背景影響而對所獲得之Eu-L3吸收端XANES光譜進行一階微分,則源自Eu2+及Eu3+之光譜圖案將分別出現於6965-6976eV附近及6976-6990eV附近。因此,求出各自能量範圍內之微分光譜最大值與最小值之差,將其除以Eu2+、Eu3+標準試料之Eu-L3吸收端XANES微分光譜之最大值與最小值之差,並定義經過規格化者,作為Eu2+、Eu3+峰值強度p,q,並定義Eu2+占Eu之整體之比例r為r=p/(p+q)。
另一方面,Eu-L3吸收端EXAFS光譜及Eu-K吸收端EXAFS光譜,利用一般性方法實施有資料處理。即,將吸收端前之利用背景配適除以類似向量函數(μt=Cλ3-Dλ4)之函數後,以吸收提高之轉折點為基準,將X射線能量轉換為波數k,經由三次樣條函數法之原子吸收部份之去除,強度規格化,而獲得EXAFS函數χ(k)。進而,於大致3至9Å-1之範圍內,對EXAFS函數乘以波數3次方之函數k3χ(k)進行傅立葉轉換,獲得徑向構造函數。由此,由於源自Eu第一接近原子(N、O等陰離子)及第二接近原子(Si、Al、Sr、Ca等陽離子)之峰值,分別出現於1.5~2.2Å與2.2~3.4Å,因此將各自之最大值定義為t,u,將第一接近原子之峰值強度相對於第二接近原子之峰值的比s定義為s=t/u。
用於合金原料之金屬單體之任一者均為雜質濃度為0.01莫耳%以下之高純度品。又,原料金屬形狀中,Sr為塊狀,其他為粒狀。
使用第4態樣之實施例1中所合成之合金。
所獲得之螢光體粉末X射線繞射測量結果,生成有與CaAlSiN3同型之斜方晶晶相。
對該螢光體,使用螢光高度光譜儀,測試波長465nm激發下之發光特性,將下述參考例5-1中之螢光體之發光亮度作為100%求得相對亮度,其為195%,發光峰值波長為627nm。
對螢光體進行ICP元素分析之結果,Eu2+之比例、EXAFS解析結果示於表6。又,發光波長及亮度示於表7,色度座標及將參考例5-1作為100%之發光峰值強度示於表8。
又,Eu-K吸收端之EXAFS光譜示於圖11,Eu-L3吸收端XANES光譜示於圖12。
於氬氣體環境中稱量EuN、Sr3N2、Ca2N3、AlN及Si3N4,以使其為Eu:Sr:Ca:Al:Si=0.008:0.792:0.2:1:1,並於研缽中進行混合。除於加熱溫度1800℃、壓力180MPa下加熱該混合粉1小時以外,以與實施例5-1相同之方式施行氮化處理,得到螢光體。
對該螢光體,使用螢光光度分光儀,測量465nm激發下之發光特性,並將下述參考例5-1中之螢光體發光亮度作為100%,求得相對亮度。發光峰值之波長為628nm。對螢光體進行ICP元素分析之結果,Eu2+之比例及EXAFS解析結果示於表6。又,發光波長及亮度示於表
7。
又,將Eu-K吸收端之EXAFS光譜示於圖11,將Eu-L3吸收端XANES光譜示於圖12。
圖11中,實施例5-1與比較例5-1相比,源自Eu第一接近原子(N、O等陰離子)之峰值(存在於約2Å之處)變得較為尖銳。其表示本發明之螢光體,與藉由習知之氮化物混合法而製造之螢光體(比較例5-1)相比,形成第一接近原子之Eu周圍之配位環境較為完善。
使用第2態樣之比較例1中所製造之螢光體。
再者,本申請案,基於2005年4月1日申請之日本專利申請案(特願2005-106285)、2006年3月27日申請之日本專利申請案(特願2006-085148)、2006年3月27日申請之日本專利申請案(特願2006-085149)、2006年3月27日申請之日本專利申請案(特願2006-085150)、2006年3月28日申請之日本專利申請案(特願2006-086849)及2006年3月28日申請之日本專利申請案(特願2006-086850),並透過引用而援引其全文。
1‧‧‧發光裝置
2‧‧‧框架
2A‧‧‧凹部
3‧‧‧第1發光體(藍色LED)
4‧‧‧第2發光體(螢光體含有部)
5‧‧‧銀漿料
6‧‧‧導線
7‧‧‧模塑部
Claims (12)
- 一種將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,係以氮化物或者氮氧化物作為母體者,其特徵在於:該螢光體係以下述式[2]所示之螢光體,且將該螢光體分散於以重量比計為10倍之水中後,靜置1小時所獲得之上清液的電導率為50mS/m以下;M1 aM2 bM3 cM4 dNeOf [2](上述式[2]中,M1係表示活化元素、M2係表示2價金屬元素、M3係表示3價金屬元素、M4係表示包含Si之4價金屬元素;a、b、c、d、e、f分別為下述範圍內之數值;0.00001≦a≦0.15 a+b=1 0.5≦c≦1.5 0.5≦d≦1.5 2.5≦e≦3.5 0≦f≦0.5)。
- 如申請專利範圍第1項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其中,2價金屬元素M2係選自由Mg、Ca、Sr、Ba及Zn所組成之群中之1種以上元素,3價金屬元素M3係選自由Al、Ga、In及Sc所組成之群中之1種以上元素,至少包含Si之4價金屬元素M4係選自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr及Hf所組成之群中之1種以上元素。
- 如申請專利範圍第1項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其係以下述式[3]所示:M1’ a’Srb’Cac’M2’ d’Ale’Sif’Ng’ [3](上述式[3]中,M1’係表示活化元素、M2’為Mg及/或Ba; a’、b’、c’、d’、e’、f’、g’分別為下述範圍內之數值:0.00001≦a’≦0.15 0.1≦b’≦0.99999 0≦c’<1 0≦d’<1 a’+b’+c’+d’=1 0.5≦e’≦1.5 0.5≦f’≦1.5 0.8×(2/3+e’+4/3×f’)≦g’≦1.2×(2/3+e’+4/3×f’))。
- 如申請專利範圍第3項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其中,含有選自由Cr、Mn、Fe、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb所組成之群中之1種以上元素作為活化元素M1’。
- 如申請專利範圍第2項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其中,2價金屬元素M2之50莫耳%以上係Ca及/或Sr,3價金屬元素M3之50莫耳%以上係Al,至少含有Si之4價金屬元素M4之50莫耳%以上係Si。
- 如申請專利範圍第5項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其中,含有Eu及/或Ce作為活化元素M1,含有Ca及/或Sr作為2價金屬元素M2,含有Al作為3價金屬元素M3,含有Si作為至少包含Si之4價金屬元素M4。
- 如申請專利範圍第1項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光體,其中,分散有螢光體之水的電導率為0.001mS/m以上且1mS/m以下。
- 如申請專利範圍第1項之將氮化物或者氮氧化物作為母體之螢光 體,其係以合金作為原料而製造。
- 一種含螢光體之組成物,其特徵在於:含有申請專利範圍第1項之螢光體與液狀媒體。
- 一種發光裝置,係具有激發光源及將來自該激發光源之至少一部份光進行波長轉換的螢光體者,其特徵在於:該螢光體含有申請專利範圍第1項之螢光體。
- 一種影像顯示裝置,其特徵在於:具有申請專利範圍第10項之發光裝置。
- 一種照明裝置,其特徵在於:具有申請專利範圍第10項之發光裝置。
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