WO2012011444A1 - β型サイアロン、β型サイアロンの製造方法及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Euを固溶させたα型サイアロンは、Ca-α型サイアロンが好ましい。
(β型サイアロン)
本発明の実施形態に係るβ型サイアロンは、一般式:Si6-ZAlZOZN8-Z:Eu(0<Z≦0.42)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、Eu2+固溶β型サイアロンを、β型サイアロンという。
本発明者等は、一次粒子の50%面積平均径がβ型サイアロンの発光強度に寄与している知見を得、β型サイアロンの発光強度を向上させるためには、一次粒子の50%面積平均径が5μm以上、好ましくは7μm以上であればよいことを見出した。
β型サイアロンの個々の一次粒子、すなわち単結晶粒子において、断面の面積の小さな順から、CA1,CA2,CA3,・・・,CAi,・・・,CAkの面積を持つ粒子がある。この一次粒子の集団の全面積(CA1+CA2+CA3+・・・+CAi+・・・+CAk)を100%として累積カーブを求め、累積カーブが50%となる点の一次粒子の面積より計算した一次粒子径を、50%面積平均径とした。
一次粒子の50%面積平均径は、電子後方散乱回折像法(Electron backscatter diffraction、EBSD法とも呼ぶ。)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を付加して構成される。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。
β型サイアロン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解析する。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、個々の結晶方位における粒子径を画像解析し、下式(1)から一次粒子の50%面積平均径を算出する。
一次粒子の50%面積平均径=2×(S/π)1/2 (1)
式中、S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。
β型サイアロンの二次粒子のD50粒径が大きいと、白色LED等の発光装置に応用した際、樹脂中の分散状態が悪く、輝度の低下や色のバラツキが生じるという傾向にある。逆に、β型サイアロンの二次粒子のD50粒径が小さいと、蛍光体自身の発光効率低下又は、光の散乱による発光装置の輝度低下という傾向がある。
本発明のβ型サイアロンの製造方法は、焼成工程及び熱処理工程を有し、焼成工程は原料を、1950℃を超え2200℃以下、10時間以上の環境下に置くものであり、熱処理工程は、焼成工程後のβ型サイアロンのホスト結晶中における外部励起光で励起された電子(励起電子を捕獲する電子トラップ)の数を減少させるための工程である。熱処理工程後、品質の向上のための酸処理工程、比重の軽い浮遊物を除去する除去工程を含むことが、好ましい。
β型サイアロンの構成元素であるSi、Al、N、O、Euを含む原料を混合し、得られた混合組成物を原料混合物とする。原料混合物としては、例えば窒化ケイ素(Si3N4)と、窒化アルミニウム(AlN)と、酸化ケイ素(SiO2)及び/又は酸化アルミニウム(Al2O3)とさらに、Euの金属、酸化物、炭酸塩、窒化物又は酸窒化物から選ばれるEu化合物とを含むものがある。
本発明の第2の実施形態に係るβ型サイアロンを用いた発光装置について詳細に説明する。
図2は、本発明の第2の実施形態に係るβ型サイアロンを用いた発光装置10の構造を模式的に示す断面図である。
本発明の発光装置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と第1のリードフレーム13と第2のリードフレーム14と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を分散しつつ配合した封止樹脂17とからなる。
原料混合物として、焼成後のβ型サイアロンのZ値が0.25となるように、α型窒化ケイ素粉末(電気化学工業社製、NP-400グレード、酸素含有量0.96質量%、β相含有量14.8質量%)95.5質量%、窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、Fグレード、酸素含有量0.9質量%)3.1質量%、酸化アルミニウム粉末(大明化学社製、TM-DARグレード)0.6質量%、酸化ユーロピウム粉末(信越化学工業社製、RUグレード)0.8質量%を配合し、原料混合物を得た。Z値を0.25にするための配合比は、酸化ユーロピウムの酸素量を考慮に入れずに算出した。
次に、加熱処理で得た粉末を、50%フッ化水素酸と70%硝酸の1:1混酸中で処理した。粉末及び混酸からなる懸濁液は、処理中に茶色っぽい緑色から鮮やかな緑色に変化した。その後、懸濁液の水洗及び乾燥によってβ型サイアロンを得た。
実施例1のβ型サイアロンの一次粒子の50%面積平均径を、EBSD法を用いて測定した。EBSD法は、走査電子顕微鏡(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。
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
画像解析にあっては、図3に示すように、実施例1のβ型サイアロンの走査型電子顕微鏡像(SEM像、電子の加速電圧は15kVであり、倍率は500倍)から、図4(A)のEBSD像を作製し、図4(A)のEBSD像から図4(B)の図を作製することによって行った。
図4(B)において、斜線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型サイアロンのESBD50%面積平均径は、表1に示すように、5.4μmであった。
実施例1のβ型サイアロンの粒度分布をレーザー回折散乱法によって測定し、D50を求めた。実施例1のβ型サイアロンのD50は、21.8μmであった。
実施例1のβ型サイアロンの蛍光による発光ピーク強度は、分光蛍光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、F4500)を用い、蛍光スペクトルを測定した。455nmの青色光を励起光とした場合における蛍光スペクトルのピーク波長の高さを測定した。この測定値から、同一条件でYAG:Ce蛍光体(化成オプト社製、P46-Y3)を用いて測定したピーク波長の高さに対する相対値を求めた。励起光には、分光したキセノンランプ光源を使用した。実施例1のβ型サイアロンの発光ピーク強度は207%であった。
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(非特許文献1参照)。実施例1のβ型サイアロンのCIE色度は、X=0.361、Y=0.618であった。
比較例1は、実施例1での焼成容器の体積を0.085リットルとし、加熱処理工程の条件を1800℃で4時間とした以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
比較例2は、実施例1での焼成時の温度を1950℃とした以外は、実施例1と同じ条件にて作製した。
本発明の実施例5に係る発光装置10の構造は図2と同様である。蛍光体18は、実施例4のβ型サイアロンと、Ca0.66Eu0.04Si9.9Al2.1O0.7N15.3の組成を持つCa-α型サイアロン:Eu蛍光体の混合体である。Ca-α型サイアロン:Eu蛍光体の発光ピーク波長は585nmであり、この蛍光体の450nm励起での発光効率は60%であった。
蛍光体18を予め個別にシランカップリング剤(信越シリコーン社製、KBE402)でシランカップリング処理し、シランカップリング処理された蛍光体18を封止樹脂17としてのエポキシ樹脂(サンユレック社製、NLD-SL-2101)に混練することにより完了した。
比較例3の発光装置は、実施例5の発光装置10において、蛍光体18として用いた実施例4のβ型サイアロンを比較例1のβ型サイアロンに変更した以外は、実施例5と同様に作製した。
また、本発明に係る発光装置は、照明装置、液晶パネルのバックライト、画像表示用プロジェクターの光源等に適用することができる。
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)
19:キャップ
Claims (9)
- 酸化アルミニウム又は酸化ケイ素の少なくとも一つと、窒化ケイ素と、窒化アルミニウムと、ユーロピウム化合物とを混合する混合工程と、混合工程後の混合物を1950℃を超え2200℃以下、10時間以上の条件で焼成する焼成工程と、焼成工程後に1300℃以上1600℃以下、分圧10kPa以下の窒素以外の不活性ガスの雰囲気中で熱処理する熱処理工程を有するβ型サイアロンの製造方法。
- 前記焼成工程が、2000℃以上2200℃以下、10時間以上の条件で焼成するものである請求項1記載のβ型サイアロンの製造方法。
- 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。 - 前記β型サイアロンの一次粒子の50%面積平均径が7μm以上である請求項3に記載のβ型サイアロン。
- 前記β型サイアロンの二次粒子のD50粒径が30μm以下である請求項3又は4に記載のβ型サイアロン。
- 発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、
波長変換部材は、発光光源より発生する近紫外から青色光を吸収して蛍光を発生する蛍光体を含み、
蛍光体が請求項3乃至請求項5のいずれか一項に記載の蛍光体である発光装置。 - 前記発光光源が、350nm~500nmの波長の光を発生するLEDチップである請求項6に記載の発光装置。
- 請求項7に記載の発光装置で用いられている蛍光体が、請求項3記載の蛍光体と、Euを固溶させたα型サイアロンとを有する蛍光体である発光装置。
- Euを固溶させたα型サイアロンがCa-α型サイアロンである請求項8に記載の発光装置。
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