JP2012188640A - 蛍光体およびそれを用いた発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般式(M1−xECx)aSibAlOcNdで表わされる組成を有する、Sr2Si7Al3ON13属蛍光体であって、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体。また、この蛍光体と、緑色発光蛍光体と発光素子とを組み合わせた発光装置。
【選択図】図2
Description
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とするものである。
下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、前記発光素子(S1)からの照射光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体(R)と、
下記一般式(2):
(M’1−x’EC’x’)3−y’Al3+z’Si13−z’O2+u’N21−w’ (2)
(式中、M’は1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
EC’は、Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x’≦1、
−0.1≦y’≦0.3、
−3≦z’≦1、
−3<u’−w’≦1.5)
で表される組成を有し、前記発光素子(S1)からの照射光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体(G)と、
を具備することを特徴とするものである。
250nm〜430nmの波長の光を発光する発光素子(S2)と、
下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、前記発光素子(S2)からの照射光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体(R)と、
下記一般式(2):
(M’1−x’EC’x’)3−y’Al3+z’Si13−z’O2+u’N21−w’ (2)
(式中、M’は1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
EC’は、Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x’≦1、
−0.1≦y’≦0.3、
−3≦z’≦1、
−3<u’−w’≦1.5)
で表される組成を有し、前記発光素子(S2)からの照射光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体(G)と、
前記発光素子(S2)からの照射光で励起した際に波長400〜490nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体(B)と、
を具備することを特徴とするものである。
本発明の一実施形態である赤色発光蛍光体(R)は、下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有するものである。
発光中心元素ECは、元素Mの少なくとも0.1モル%を置換することが望まれる。置換量が0.1モル%未満の場合には、十分な発光効果を得ることが困難となる。発光中心元素ECは、元素Mの全量を置き換えてもよいが、置換量が50モル%未満の場合には、発光確率の低下(濃度消光)を極力抑制することができる。
0<x<0.4、好ましくは0.01≦x≦0.3、より好ましくは0.02≦x≦0.2、
0.55<a<0.80、好ましくは0.65<a<0.70、より好ましくは0.66≦a≦0.69、
2<b<3、好ましくは2.1≦b≦2.7、より好ましくは2.2≦b≦2.4、
0<c≦0.6、好ましくは0.3<c<0.6、より好ましくは0.43≦c≦0.51、
4<d<5、好ましくは4.1≦d≦4.5、より好ましくは4.2≦d≦4.3である。
本発明の実施形態にかかる赤色発光蛍光体は、特定された組成および特定された形状を有するものであれば、その製造法は特に限定されない。しかしながら、そのような特定の赤色発光蛍光体は下記の方法により製造することができる。
焼成後の粉体に洗浄等の後処理を必要に応じて施して、実施形態にかかる蛍光体が得られる。洗浄を行う場合には、例えば純水洗浄、酸洗浄により行なうことができる。
本発明の実施形態である発光装置に用いられる緑色発光蛍光体(G)のひとつは、下記組成式(2)で示されるものである。
(M’1−x’EC‘x’)3−y’Al3+z’Si13−z’O2+u’N21−w’ (2)
式中、M’は1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、EC’は、Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x’≦1、好ましくは0.001≦x’≦0.5、
−0.1≦y’≦0.3、好ましくは−0.1≦y’≦0.15、より好ましくは−0.09≦y’≦0.07、
−3≦z’≦1、好ましくは−1≦z’≦1、より好ましくは0.2≦z’≦1、
−3<u’−w’≦1.5、好ましくは−1<u’−w’≦1、より好ましくは−0.1≦u’−w’≦0.3、である。
本発明の実施形態にかかる緑色発光蛍光体は、例えば、元素はM’の窒化物、AlやSiの、窒化物、酸化物、または炭化物、および発光中心元素EC’の酸化物、窒化物、または炭酸塩を出発原料として用いて、合成することができる。より具体的には、元素はM’としてSrを含有し、発光中心元素EC’としてEuを含有する蛍光体を目的とする場合には、Sr3N2、AlN、Si3N4、Al2O3およびEuNを出発原料として用いることができる。Sr3N2の代わりにCa3N2、Ba3N2、Sr2NあるいはSrN等、もしくはこれらの混合物を用いてもよい。
これらを所望の組成になるように秤量混合し、得られた混合粉末を焼成することによって、目的の蛍光体が得られる。混合に当たっては、例えば、グローブボックス中で乳鉢混合するといった手法が挙げられる。また、るつぼの材質は、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カーボン、窒化アルミニウム、サイアロン、酸化アルミ、モリブデンあるいはタングステン等としてもよい。
本発明の実施形態による発光装置は、後述するように前記した赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体とを組み合わせて用いるが、さらに青色発光蛍光体を組み合わせることもできる。このように用いられる青色発光蛍光体は、400〜490nmの間にピークを有する発光を示すものであれば、特に限定されない。
本発明の実施形態による発光装置は、前記した蛍光体と、それを励起することができる発光素子とを具備するものである。
出発原料としてSr3N2、EuN、Si3N4、Al2O3およびAlNを用意した。これら各々2.676g、0.398g、6.080g、0.680g、0.683gをバキュームグローブボックス中で秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1850℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.92Eu0.08)3Al3Si13O2N21であるような蛍光体(G1)を合成した。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、焼成時間を2時間に変えた以外は実施例1と同様にして、赤色発光蛍光体(R2)を合成した。この赤色発光蛍光体(R2)の457nm励起における発光スペクトルは図2に示す通りであった。この赤色発光蛍光体R2の平均粒子径は28μm、アスペクト比は2.2であった。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、焼成時間を0.5時間に変えた以外は実施例1と同様にして、赤色発光蛍光体(R3)を合成した。この赤色発光蛍光体(R3)の457nm励起における発光スペクトルは図2に示す通りであった。この赤色発光蛍光体R3の平均粒子径は26μm、アスペクト比は3.7であった。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、実施例1と焼成雰囲気のみ異なる方法で赤色発光蛍光体(R4)を合成した。ここで焼成雰囲気は水素:窒素の比が5:5となるように変更した。この赤色発光蛍光体(R4)の457nm励起における発光スペクトルは図2に示す通りであった。この赤色発光蛍光体R4の平均粒子径は36μm、アスペクト比は2.0であった。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、実施例2と焼成雰囲気のみ異なる方法で赤色発光蛍光体(R5)を合成した。ここで焼成雰囲気は水素:窒素の比が5:5となるように変更した。この赤色発光蛍光体R5の平均粒子径は34μm、アスペクト比は2.8であった。
実施例2と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、実施例3と焼成雰囲気のみ異なる方法で赤色発光蛍光体(R6)を合成した。ここで焼成雰囲気は水素:窒素の比が5:5となるように変更した。この赤色発光蛍光体R6の平均粒子径は27μm、アスペクト比は3.2であった。
これらの蛍光体を用いて、実施例4と同様の発光装置を作製した。この発光装置を積分球内に設置し、20mA、3.1Vで駆動させたところ、色度(0.345,0.352)、色温度5000K、光束効率59.79lm/W、Ra=92であった。この発光装置の発光スペクトルは図15に示す通りであった。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、出発原料としてSr3N2、EuN、Si3N4、AlNを用意した。これら各々2.625g、0.237g、4.911g、1.844gをバキュームグローブボックス中で秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1850℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.95Eu0.05)2Al3Si7N14であるような赤色発光蛍光体(R7)を合成した。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、出発原料としてSr3N2、EuN、Si3N4、AlNを用意した。これら各々2.667g、0.166g、5.086g、1.691gをバキュームグローブボックス中で秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1850℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.96Eu0.04)2Al3Si7N14であるような赤色発光蛍光体(R8)を合成した。
出発原料としてSrCO3、Eu2O3、Si3N4およびAlNを用意した。これら各々0.664g、0.792g、3.788g、7.009gを秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1800℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.50Eu0.50)3Al19Si9ON31であるような蛍光体(B2)を合成した。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、焼成時間を16時間に変えた以外は実施例1と同様にして比較となる赤色発光蛍光体(R9)を合成した。
発光ピーク波長460nmの発光ダイオードを、8mm角のAlNパッケージ上に半田を用いて接合し、金ワイヤーを介して電極に接続した。この発光ダイオード上にドーム状に透明樹脂を塗布し、その上にピーク波長585nmの赤色発光蛍光体(Ba0.1Sr0.8Ca0.1)2SiO4:Eu2+を40重量%混入させた透明樹脂を層状に塗布し、その上に(Ba0.1Sr0.8)2SiO4:Eu2+を30重量%混入させた透明樹脂を層状に塗布して、図4に示された構造を有する発光装置を製造した。この緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体の発光強度の温度依存性を、室温における発光強度を1として規格化すると図25に示す通りであった。この発光装置を積分球内に設置し、20mA、3.1Vで駆動させたところ、色度(0.345,0.352)、色温度5000K、光束効率68.6lm/W、Ra=86であった。20mA駆動における発光スペクトルは図26に示す通りであった。
101 リード
102 リード
103 樹脂部
104 反射面
105 凹部
106 発光チップ
107 ボンディングワイヤー
108 ボンディングワイヤー
109 蛍光層
110 蛍光体
111 樹脂層
401 AlNパッケージ
402 発光ダイオード
403 ボンディングワイヤー
404 透明樹脂層
405 赤色蛍光体層
406 緑色蛍光体層
801−JIS規格 昼光色の色度範囲
802−JIS規格 昼白色の色度範囲
803−JIS規格 白色の色度範囲
804−JIS規格 温白色の色度範囲
805−JIS規格 電球色の色度範囲
806−黒体輻射の色軌跡
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、出発原料としてSr3N2、EuN、Si3N4、AlNを用意した。これら各々2.625g、0.237g、4.911g、1.844gをバキュームグローブボックス中で秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1850℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.95Eu0.05)2Al3Si7N14であるような赤色発光蛍光体(R7)を合成した。
実施例1と同様にして緑色発光蛍光体(G1)を合成した。また、出発原料としてSr3N2、EuN、Si3N4、AlNを用意した。これら各々2.667g、0.166g、5.086g、1.691gをバキュームグローブボックス中で秤量後、めのう乳鉢内で乾式混合したものを、BNるつぼに充填し、7.5気圧のN2雰囲気中、1850℃で4時間焼成して、設計組成が(Sr0.96Eu0.04)2Al3Si7N14であるような赤色発光蛍光体(R8)を合成した。
Claims (8)
- 下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体。 - 前記元素Mの窒化物または炭化物、Alの窒化物、酸化物、または炭化物、Siの窒化物、酸化物、または炭化物、および前記発光中心元素ECの酸化物、窒化物、または炭酸塩を原料として用い、これらの原料を混合してから4時間以下の焼成時間で焼成することにより製造されたものである、請求項1に記載の蛍光体。
- 焼成時間が、0.1時間以上2時間以下である、請求項2に記載の蛍光体。
- 焼成を、5気圧以上の圧力下、1500〜2000℃で行う、請求項2または3に記載の蛍光体。
- 蛍光体のCuKα特性X線を用いて測定したXRDプロファイルが、回折角度(2θ)が、15.0〜15.25°、23.1〜23.20°、24.85〜25.05°、26.95〜27.15°、29.3〜29.6°、30.9〜31.1°、31.6〜31.8°、33.0〜33.20°、35.25〜35.45°、36.1〜36.25°、および56.4〜56.65である11箇所のうち、少なくとも7箇所に同時に回折ピークを示す成分を含有するものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蛍光体。
- 250nm〜500nmの波長の光を発光する発光素子(S1)と、
下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、前記発光素子(S1)からの照射光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体(R)と、
下記一般式(2):
(M’1−x’EC’x’)3−y’Al3+z’Si13−z’O2+u’N21−w’ (2)
(式中、M’は1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
EC’は、Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x’≦1、
−0.1≦y’≦0.3、
−3≦z’≦1、
−3<u’−w’≦1.5)
で表される組成を有し、前記発光素子(S1)からの照射光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体(G)と、
を具備することを特徴とする発光装置。 - 250nm〜430nmの波長の光を発光する発光素子(S2)と、
下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、前記発光素子(S2)からの照射光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体(R)と、
下記一般式(2):
(M’1−x’EC’x’)3−y’Al3+z’Si13−z’O2+u’N21−w’ (2)
(式中、M’は1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
EC’は、Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x’≦1、
−0.1≦y’≦0.3、
−3≦z’≦1、
−3<u’−w’≦1.5)
で表される組成を有し、前記発光素子(S2)からの照射光で励起した際に波長490〜580nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体(G)と、
前記発光素子(S2)からの照射光で励起した際に波長400〜490nmの間にピークを有する発光を示すことを特徴とする蛍光体(B)と、
を具備することを特徴とする発光装置。 - 下記一般式(1):
(M1−xECx)aSibAlOcNd (1)
(式中、Mは1族元素、2族元素、3族元素、Alを除く13族元素、希土類元素、4族元素およびSiを除く14族元素から選択される元素であり、
ECはEu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、およびFeから選ばれる元素であり、
0<x<0.4,
0.55<a<0.80、
2<b<3、
0<c≦0.6、
4<d<5)
で表わされる組成を有し、前記蛍光体の結晶の平均粒子径が20〜100μm、前記蛍光体の結晶のアスペクト比が2〜4であり、かつ、波長250〜500nmの光で励起した際に波長580〜660nmの間にピークを有する発光を示す蛍光体の製造法であって、
前記元素Mの窒化物または炭化物、Alの窒化物、酸化物、または炭化物、Siの窒化物、酸化物、または炭化物、および前記発光中心元素ECの酸化物、窒化物、または炭酸塩を原料として用い、これらの原料を混合してから4時間以下の焼成時間で焼成することを特徴とする蛍光体の製造法。
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