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WO2014003076A1 - 蛍光体、その製造方法、発光装置および画像表示装置 - Google Patents

蛍光体、その製造方法、発光装置および画像表示装置 Download PDF

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WO2014003076A1
WO2014003076A1 PCT/JP2013/067571 JP2013067571W WO2014003076A1 WO 2014003076 A1 WO2014003076 A1 WO 2014003076A1 JP 2013067571 W JP2013067571 W JP 2013067571W WO 2014003076 A1 WO2014003076 A1 WO 2014003076A1
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WO
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phosphor
crystal
light
phosphor according
inorganic
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PCT/JP2013/067571
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English (en)
French (fr)
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尚登 広崎
武田 隆史
司朗 舟橋
栄一郎 成松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute for Materials Science
Original Assignee
National Institute for Materials Science
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Priority to JP2014522665A priority patent/JP5881092B2/ja
Priority to KR1020147032306A priority patent/KR101662924B1/ko
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    • H10H20/8512Wavelength conversion materials
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H10W72/01515
    • H10W72/075
    • H10W72/5522
    • H10W74/00
    • H10W90/756

Definitions

  • At least Li element, A element, D element, E element, and X element (where A is one or two selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La)
  • the above elements, D is one or more elements selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf
  • E is one or more elements selected from B, Al, Ga, and In A crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12
  • X is one or more elements selected from O, N, and F
  • (Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 Inorganic crystals having the same crystal structure as the crystals represented by N 12 for example, crystals represented by (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12
  • solid solution crystals of these crystals include M element (Where M is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, D Phosphor, a method of manufacturing comprising the inorganic compound of one or more elements selected from Yb) is solid-solved, and, for
  • Phosphors are fluorescent display tubes (VFD (Vacuum-Fluorescent Display)), field emission displays (FED (Field Emission Display) or SED (Surface-Conduction Electron Display) (Plasma Display) (PDP). ), Cathode ray tube (CRT (Cathode-Ray Tube)), liquid crystal display backlight (Liquid-Crystal Display Backlight), white light emitting diode (LED (Light-Emitting Diode)) and the like.
  • VFD Voluum-Fluorescent Display
  • FED Field Emission Display
  • SED Surface-Conduction Electron Display
  • Cathode ray tube CRT (Cathode-Ray Tube)
  • liquid crystal display backlight Liquid-Crystal Display Backlight
  • LED Light-Emitting Diode
  • sialon phosphors can be used as phosphors with little reduction in luminance even when excited with high energy.
  • phosphors based on inorganic crystals containing nitrogen in the crystal structure such as oxynitride phosphors and nitride phosphors.
  • sialon phosphor is manufactured by a manufacturing process generally described below. First, silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), and europium oxide (Eu 2 O 3 ) are mixed at a predetermined molar ratio, and the temperature is 1700 ° C. in nitrogen at 1 atm (0.1 MPa). It is manufactured by holding for 1 hour and firing by a hot press method (see, for example, Patent Document 1). It has been reported that ⁇ sialon activated by Eu 2+ ions obtained by this process becomes a phosphor that emits yellow light of 550 to 600 nm when excited by blue light of 450 to 500 nm. Further, it is known that the emission wavelength is changed by changing the ratio of Si and Al or the ratio of oxygen and nitrogen while maintaining the crystal structure of ⁇ sialon (for example, Patent Document 2 and Patent Document 2). 3).
  • a green phosphor obtained by activating Eu 2+ to a ⁇ -type sialon is known (see Patent Document 4).
  • this phosphor it is known that the emission wavelength changes to a short wavelength by changing the oxygen content while maintaining the crystal structure (see, for example, Patent Document 5).
  • Ce 3+ when Ce 3+ is activated in ⁇ -type sialon, a blue phosphor is formed (for example, see Patent Document 6).
  • a red phosphor in which Eu 2+ is activated using CaAlSiN 3 as a base crystal is known.
  • this phosphor there is an effect of improving the color rendering properties of the white LED.
  • a phosphor added with Ce as an optically active element has been reported as an orange phosphor.
  • the phosphor can change the emission color by a combination of the base crystal and a metal ion (also referred to as an activated ion or a luminescent ion) to be dissolved therein.
  • a metal ion also referred to as an activated ion or a luminescent ion
  • the emission characteristics such as emission spectrum and excitation spectrum, chemical stability, and thermal stability can be changed depending on the combination of the base crystal and the activated ion. If the ions are different, they may be considered different phosphors.
  • materials having different crystal structures are regarded as different phosphors because the host crystals are different. Such materials having different crystal structures generally have different light emission characteristics and stability.
  • phosphors it is possible to replace the type of constituent elements while maintaining the crystal structure of the host crystal, thereby changing the emission color.
  • a phosphor in which Ce is added to a YAG crystal emits green light but a phosphor in which a part of Y in the YAG crystal is substituted with Gd and a part of Al is substituted with Ga exhibits yellow light emission.
  • a phosphor obtained by adding Eu to CaAlSiN 3 the composition changes while maintaining a crystal structure by substituting part of Ca with Sr, and the emission wavelength is shortened. In this way, the phosphors that have undergone element substitution while maintaining the crystal structure are regarded as the same group of materials.
  • Japanese Patent No. 3668770 Japanese Patent No. 3837551 Japanese Patent No. 4524368 Japanese Patent No. 3921545 International Publication No. 2007/066673 International Publication No. 2006/101096 International Publication No. 2005/019376 JP 2005-112922 A Japanese Patent No. 3837588
  • the present invention is intended to meet such demands, and one of the objects is an LED having emission characteristics (emission color, excitation characteristics, emission spectrum) different from those of conventional phosphors and having a wavelength of 470 nm or less. It is an object to provide an inorganic phosphor having high emission intensity even when combined with the above and chemically and thermally stable. Another object of the present invention is to provide a light-emitting device having excellent durability and an image display device having excellent durability using such a phosphor.
  • a specific composition exhibits green fluorescence having a peak at a wavelength in the range of 500 nm to 550 nm, or red fluorescence having a peak at a wavelength in the range of 620 nm to 670 nm.
  • the present inventor has succeeded in providing a phosphor exhibiting a high luminance light emission phenomenon in a specific wavelength region by adopting the configuration described below. Moreover, it succeeded in manufacturing the fluorescent substance with the outstanding luminescent property using the following method. Furthermore, by using this phosphor, it has succeeded in providing a light emitting device, a lighting apparatus, an image display device, a pigment, and an ultraviolet absorber having excellent characteristics by adopting the configuration described below.
  • the configuration is as described below.
  • the phosphor according to the present invention includes at least a Li element, an A element, a D element, an E element, and an X element (where A is one selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La) Or two or more elements, D is one or more elements selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf, and E is one or two elements selected from B, Al, Ga, and In seed or more elements, X is, O, N, comprise one or more elements) and selected from F, crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12, Li 1 Ba 2 Al 1 An inorganic crystal having the same crystal structure as that represented by Si 7 N 12 , or a solid solution crystal of these crystals, M element (where M is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy , One or more elements selected from Yb) And it may be a phosphor comprising an inorganic compound (referred to as "phosphor (1)").
  • A is one selected from Mg, Ca
  • an inorganic crystal having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is represented by (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12 .
  • a phosphor containing at least Ba in the A element, Si in the D element, Al in the E element, N in the X element, and O in the X element as necessary (“fluorescence” Body (2) ”).
  • the Li 1 Ba inorganic crystal having the same crystal structure and crystal represented by 2 Al 1 Si 7 N 12 is, Li 1 (Ba, La) 2 (Al, Si ) 8 (O, N) 12 , Li 1 (Ba, Sr) 2 (Al, Si) 8 (O, N) 12 , or Li 1 Ba 2 (Al, Si) 8 (O, N) 12 Or a phosphor (referred to as “phosphor (3)”).
  • an inorganic crystal having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is: Li 1 Ba 2 Si 7-x Al 1 + x O x N 12-x , Li 1 (Ba, La) 2 Si 7-x Al 1 + x O x N 12-x , or Li 1 (Ba, Sr) 2 Si 7 -X Al 1 + x O x N 12-x (where 0 ⁇ x ⁇ 4)
  • a phosphor (referred to as “phosphor (4)”) represented by the composition formula:
  • the M element may be a phosphor (referred to as “phosphor (6)”) that is Eu.
  • the inorganic crystal having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is an orthorhombic crystal. It may be a phosphor (referred to as “phosphor (6)”).
  • the inorganic crystal having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is an orthorhombic crystal.
  • a phosphor having a value in the range (referred to as “phosphor (7)”) may be used.
  • “ ⁇ 0.05” indicates an allowable range. For a, for example, it can mean a range of 1.40941-0.05 ⁇ a ⁇ 1.40941 + 0.05 (the same applies hereinafter). .
  • ⁇ 0.05 indicates an allowable range.
  • z + d + e for example, it means a range of (3/23) ⁇ 0.05 ⁇ z + d + e ⁇ (3/23) +0.05. Yes (the same applies below).
  • the parameters f and g are 5/8 ⁇ f / (f + g) ⁇ 8/8
  • a phosphor (referred to as “phosphor (10)”) that satisfies the above condition may be used.
  • the X element contains O and N
  • a phosphor (referred to as “phosphor (11)”) that satisfies the above condition may be used.
  • the M element may be a phosphor (referred to as “phosphor (12)”) containing at least Eu.
  • element A contains Ba
  • element D contains Si
  • element E contains Al
  • element X contains N
  • element X as required May be a phosphor containing O (referred to as “phosphor (13)”).
  • the inorganic compound is Eu y Li 1 Ba 2-y Si 7-x Al 1 + x N 12-x O x , Eu y using parameters x and y.
  • a phosphor (referred to as “phosphor (14)”) having the composition represented by
  • the inorganic compound is a phosphor (referred to as “phosphor (15)”) containing single crystal particles having an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 20 ⁇ m. May be.
  • a phosphor in which the total of Fe, Co and Ni impurity elements contained in the inorganic compound is 500 ppm or less. It may be.
  • the phosphor in addition to the inorganic compound, the phosphor further includes another crystal phase or an amorphous phase different from the inorganic compound, and the content of the inorganic compound is 20% by mass or more. Or a phosphor (referred to as “phosphor (17)”).
  • the other crystal phase or amorphous phase may be a phosphor (referred to as “phosphor (18)”), which is a conductive inorganic substance.
  • the conductive inorganic substance is an oxide, oxynitride, nitride, or one or more elements selected from Zn, Al, Ga, In, and Sn. Or a phosphor (referred to as “phosphor (19)”), which is a mixture thereof.
  • the other crystal phase or amorphous phase is a phosphor (referred to as “phosphor (20)”) which is an inorganic phosphor different from the inorganic compound. There may be.
  • any one of these phosphors (1) to (20) emits fluorescence having a peak in a wavelength range of 500 nm to 550 nm by irradiating an excitation source (referred to as “phosphor (21)”). It may be.
  • the excitation source is a sky ultraviolet ray, ultraviolet ray, visible light, electron beam or X-ray having a wavelength of 100 nm to 450 nm (referred to as “phosphor (22)”). It may be.
  • Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal represented by or represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 A phosphor (referred to as “phosphor (23)”) that emits green fluorescence having an emission peak in a range of 500 nm to 550 nm when irradiated with light of 360 nm to 450 nm when Eu is dissolved in an inorganic crystal having a crystal structure of ).
  • the color emitted when the excitation source is irradiated is a value of (x0, y0) on the CIE1931 chromaticity coordinates, 0 ⁇ x0 ⁇ 0.5 0.1 ⁇ y0 ⁇ 0.9
  • a phosphor (referred to as “phosphor (24)”) that satisfies the above condition may be used.
  • the value on the CIE1931 chromaticity coordinate is represented by (x, y), but in order to avoid confusion with x and y used in the composition formula, x is x0 and y is y0 (hereinafter referred to as “x0”). The same).
  • the mixture of metal compounds capable of constituting the inorganic compound according to claim 1 is baked to produce a nitrogen-containing mixture. It may be a manufacturing method (referred to as “manufacturing method (25)”) in which baking is performed in a temperature range of 1200 ° C. to 2200 ° C. in an active atmosphere.
  • the mixture of the metal compounds includes a compound containing Li, a compound containing M, a compound containing A, a compound containing D, and a compound containing E.
  • Compound containing X (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb, A is Mg, Ca, Sr, Ba)
  • D is one or more elements selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf
  • E is B, Al, Ga, In, Sc 1 or 2 or more elements selected from Y, La
  • X is 1 or 2 or more elements selected from O, N and F
  • the compound containing Li is a metal, silicide, oxide, carbonate, nitride, oxynitride, chloride, fluoride, or acid containing Li. It is a simple substance or a mixture of two or more selected from fluorides,
  • the compound containing M is a single substance or a mixture of two or more selected from metals, silicides, oxides, carbonates, nitrides, oxynitrides, chlorides, fluorides, or oxyfluorides containing M
  • the compound containing A is a single substance or a mixture of two or more selected from metals, silicides, oxides, carbonates, nitrides, oxynitrides, chlorides, fluorides, or oxyfluorides containing A
  • the compound containing D is a simple substance or a mixture of two or more selected from metals, silicides, oxides, carbonates, nitrides, oxynitrides, chlorides, fluorides, or oxy
  • the mixture of the metal compounds contains at least a nitride or oxide of europium, a nitride, oxide or carbonate of lithium, a nitride of barium or It may be a production method (referred to as “production method (28)”) containing an oxide or carbonate, silicon oxide or silicon nitride, and aluminum oxide or aluminum nitride.
  • the pressure range of the inert atmosphere containing nitrogen is 0.1 MPa or more and 100 MPa or less
  • the inert atmosphere containing nitrogen may be a manufacturing method (referred to as “manufacturing method (29)”) that is a nitrogen gas atmosphere.
  • production method (30) using graphite for a heating element, a heat insulator, or a sample container of a firing furnace used in the firing step.
  • the shape of the mixture of the metal compounds is a powder or an aggregate, It may be a manufacturing method (referred to as “manufacturing method (31)”) in which the container is baked after being filled in a state where the bulk density is kept at 40% or less.
  • production method (32) comprising a step of holding the mixture of the metal compounds in a boron nitride container before the firing step.
  • the shape of the mixture of the metal compounds is a powder or an aggregate
  • the powder or aggregate may have an average particle diameter of 500 ⁇ m or less by a production method (referred to as “production method (33)”).
  • any of these manufacturing methods (25) to (33) may be a manufacturing method (referred to as “manufacturing method (34)”) including a step of using a spray dryer, sieving, or air classification.
  • the firing may be a production method (referred to as “production method (35)”) which is an atmospheric pressure sintering method or a gas pressure sintering method. .
  • the average particle size of the phosphor powder synthesized by firing is set to 50 nm or more and 20 ⁇ m or less by one or more methods selected from pulverization, classification, and acid treatment.
  • the manufacturing method (referred to as “manufacturing method (36)”) to be adjusted may be used.
  • the phosphor powder after firing, the phosphor powder after pulverization, or the phosphor powder after particle size adjustment is at a temperature of 1000 ° C. or more and the firing temperature or less. It may be a manufacturing method (referred to as “manufacturing method (37)”) including a step of heat-treating.
  • an inorganic compound that generates a liquid phase at a temperature equal to or lower than the firing temperature is added to the mixture of the metal compounds and fired (“production method (38 ) ”).
  • the inorganic compound that generates a liquid phase at a temperature equal to or lower than the firing temperature is one or more selected from Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, and Ba.
  • a manufacturing method (referred to as “manufacturing method (39)”) that is a fluoride, chloride, iodide, bromide, or a mixture of two or more of two or more elements. Good.
  • production method (40 ) the content of the inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature equal to or lower than the firing temperature is reduced by washing with a solvent after firing (“production method (40 ) ”).
  • the light-emitting device is configured to include at least a light-emitting body or a light-emitting light source and a phosphor (referred to as “first phosphor”), and the phosphor includes at least the phosphors (1) to (24).
  • first phosphor a light-emitting body or a light-emitting light source and a phosphor
  • the phosphor includes at least the phosphors (1) to (24).
  • a light emitting device including any of them (referred to as “light emitting device (41)”) may be used.
  • the light emitter or light source is a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a semiconductor laser, or an organic EL light emitter (OLED) that emits light having a wavelength of 330 to 500 nm. It may be a light emitting device (referred to as “light emitting device (42)”).
  • the light emitting device is a white light emitting diode, a lighting fixture including the plurality of white light emitting diodes, or a backlight for a liquid crystal panel (“light emitting device (43 ) ”).
  • the light emitting body or light emitting light source emits ultraviolet or visible light having a peak wavelength of 300 to 450 nm
  • White light or white light can be obtained by mixing blue to red light emitted from the phosphor (first phosphor) and light having a wavelength of 450 nm or more emitted from another phosphor (referred to as “second phosphor”).
  • a light emitting device that emits light other than light (referred to as “light emitting device (44)”) may be used.
  • the blue phosphor includes AlN: (Eu, Si), BaMgAl 10 O 17 : Eu, SrSi 9 Al 19 ON 31 : Eu, LaSi 9 Al 19 N 32 : Eu, ⁇ -sialon. : Ce, JEM: Ce, a light emitting device (referred to as “light emitting device (46)”) may be used.
  • the light emitting device further includes a green phosphor (referred to as “fourth phosphor”) that emits light having a peak wavelength of 500 nm or more and 550 nm or less by the light emitter.
  • fourth phosphor a green phosphor that emits light having a peak wavelength of 500 nm or more and 550 nm or less by the light emitter.
  • the green phosphor is ⁇ -sialon: Eu, (Ba, Sr, Ca, Mg) 2 SiO 4 : Eu, (Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2 : Eu.
  • a light emitting device referred to as “light emitting device (48)” selected from
  • the phosphor is a yellow phosphor (referred to as “fifth phosphor”) that emits light having a peak wavelength of 550 nm or more and 600 nm or less by the light emitter or the light source. ) Further including a light emitting device (referred to as “light emitting device (49)”). This may mean, for example, that the second phosphor includes the fifth phosphor.
  • the yellow phosphor is selected from YAG: Ce, ⁇ -sialon: Eu, CaAlSiN 3 : Ce, La 3 Si 6 N 11 : Ce (“light emitting device (50)”). ").
  • the light emitting device or the light emitting light source further includes a red phosphor (referred to as “sixth phosphor”) that emits light having a peak wavelength of 600 nm to 700 nm. It may be a light emitting device (referred to as “light emitting device (51)”). This may mean, for example, that the second phosphor includes the sixth phosphor.
  • the red phosphor is selected from CaAlSiN 3 : Eu, (Ca, Sr) AlSiN 3 : Eu, Ca 2 Si 5 N 8 : Eu, and Sr 2 Si 5 N 8 : Eu. It may be a light emitting device (referred to as “light emitting device (52)”).
  • the light emitter or light emitting light source is a light emitting device (referred to as “light emitting device (53)”) which is an LED that emits light having a wavelength of 320 to 450 nm. There may be.
  • the image display device is an image display device including at least an excitation source and a phosphor (referred to as “first phosphor”), and the phosphor is at least one of the phosphors (1) to (24). It may be an image display device including these.
  • the image display device is any one of a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), or a liquid crystal display (LCD). There may be.
  • VFD fluorescent display tube
  • FED field emission display
  • PDP plasma display panel
  • CRT cathode ray tube
  • LCD liquid crystal display
  • the pigment according to the present invention may be composed of the inorganic compound described in any one of the phosphors (1) to (24).
  • the ultraviolet absorbent according to the present invention may be composed of the inorganic compound described in any one of the phosphors (1) to (24).
  • the phosphor of the present invention is a multi-element nitride or multi-element oxynitride containing a monovalent element, a divalent element, a trivalent element, and a tetravalent element, particularly a crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12.
  • the main component is an inorganic crystal having the same crystal structure as that of Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 , or an inorganic compound in which active ions are dissolved in these solid solution crystals. Thereby, it emits light of high luminance from blue to red, and is excellent as a green phosphor in a specific composition.
  • the luminance of the phosphor of the present invention does not decrease even when exposed to an excitation source for a long period of time, it is suitable for light emitting devices such as white light emitting diodes, lighting equipment, backlight sources for liquid crystals, VFD, FED, PDP, CRT, etc. Preferably used.
  • the phosphor of the present invention absorbs ultraviolet rays and is therefore suitable for pigments and ultraviolet absorbers.
  • Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 shows a powder X-ray diffraction pattern using the calculated CuK ⁇ ray from the crystal structure of the crystal.
  • FIG. The figure which shows the excitation spectrum and emission spectrum of the compound synthesize
  • FIG. Schematic which shows the lighting fixture (bullet type LED lighting fixture) by this invention.
  • the phosphor of the present invention includes at least a Li element, an A element, a D element, an E element, and an X element (where A is one selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La) Or two or more elements, D is one or more elements selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf, and E is one or two elements selected from B, Al, Ga, and In A crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 , Li 1 Ba 2 Al 1 , containing at least one element, and X is one or more elements selected from O, N, and F) An inorganic crystal having the same crystal structure as that represented by Si 7 N 12 , or a solid solution crystal of these crystals, M element (where M is Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, One or more elements selected from Yb) were dissolved.
  • A is one selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La
  • D is one or more
  • the machine compound By including the machine compound as a main component, which functions as a high-brightness phosphor.
  • the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 inorganic crystals having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12, or, of For the sake of simplicity, solid solution crystals of crystals may be collectively referred to as Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystals.
  • the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is a crystal that was newly synthesized by the present inventor and confirmed as a new crystal by crystal structure analysis and has not been reported before the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a crystal structure of a Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal.
  • the crystal structure of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal synthesized by the present inventor is one of the crystal structures of a single crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 , and this Li 1 Ba 2 According to the single crystal structure analysis performed on the Al 1 Si 7 N 12 crystal, this Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal belongs to the orthorhombic system, and the Pnnm space group (International Tables for Crystallography No. 58). The crystal elements and atomic coordinate positions shown in Table 1 are included, and each constituent element has a respective occupation ratio in each seat.
  • the lattice constants a, b, and c indicate the lengths of the unit cell axes, and ⁇ , ⁇ , and ⁇ indicate the angles between the unit cell axes.
  • the atomic coordinates indicate the position of each atom in the unit cell as a value between 0 and 1 with the unit cell as a unit.
  • Li is present in one kind of seat Li (1)
  • Ba is present in one kind of seat Ba (1).
  • Si and Al obtained the analysis result which exists in three types of seats (Si, Al (3) from Si, Al (1), without distinguishing a seat.
  • N was obtained from N (1).
  • the analysis result which exists in four types of seats of N (4) was obtained.
  • the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal has the structure shown in FIG. 1, and a skeleton in which tetrahedrons composed of bonds of Si or Al and N are connected. It was found to have a structure containing Li element and Ba element therein. In this crystal, the M element, which becomes an activating ion such as Eu, is incorporated into the crystal mainly in the form of replacing a part of the Ba element.
  • Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal As crystals having the same crystal structure as the synthesized and structurally analyzed Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal, (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12 crystal and (Li, A) 3 (D , E) 8 (O, N) 12 crystals may be included.
  • a typical A element may be a mixture of Ba, Sr and Ba, or a mixture of Sr and La.
  • the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal of the present invention can be identified by X-ray diffraction or neutron diffraction.
  • a substance showing the same diffraction as the X-ray diffraction result of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal shown in the present invention for example, a crystal represented by (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12 is is there.
  • the element replaced with other elements includes, for example, a part of Li in the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal replaced with a monovalent element such as Na. It's okay. Furthermore, a part or all of Ba in the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal is replaced with an A element other than Ba (where A is selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La) 1 or 2 or more elements) or M element (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb) Things may be included.
  • a element other than Ba where A is selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La
  • M element where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb
  • a part or all of Si in the crystal was replaced with a D element other than Si (where D is one or more elements selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf). Things may be included.
  • some or all of Al in the crystal is replaced with an E element other than Al (where E is one or more elements selected from B, Al, Ga, and In). It's okay.
  • a crystal in which part or all of N in the crystal is substituted with oxygen or fluorine may be included. These substitutions are desirably carried out so that the entire charge in the crystal is neutral. Those in which the crystal structure does not change as a result of these element substitutions can be Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 based crystals. Substitution of elements changes the light emission characteristics, chemical stability, and thermal stability of the phosphor, so that it can be selected in a timely manner according to the application within a range where the crystal structure is maintained.
  • the lattice constant of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal changes when the constituent components are replaced by other elements or when an activating element such as Eu is dissolved, but the crystal structure and atoms The site occupied by and the atomic position given by its coordinates do not change so much that the chemical bond between the skeletal atoms is broken.
  • the length of the chemical bond of Al—N and Si—N (proximity) calculated from the lattice constant and atomic coordinates obtained by Rietveld analysis of the X-ray diffraction and neutron diffraction results in the Pnnm space group.
  • the crystal structure is the same when the lattice constant calculated from the X-ray diffraction results measured for the new substance and the diffraction peak position (2 ⁇ ) calculated using the crystal structure data in Table 1 match for the main peak. Can be identified.
  • FIG. 2 is a diagram showing a powder X-ray diffraction pattern using CuK ⁇ rays calculated from the crystal structure of Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal.
  • the main peak of the powder X-ray diffraction pattern of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal has about 10 strong diffraction intensities (depending on conditions, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 , 11, 12, or more).
  • Table 1 is important in that sense and serves as a reference in specifying the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal.
  • the approximate structure of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 based crystal structure can be defined by using another orthorhombic crystal system, in which case different space groups and lattice constants can be defined. However, there is no change in the X-ray diffraction pattern (for example, FIG. 2) and the crystal structure (for example, FIG. 1).
  • Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal one or more selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb as M elements
  • emission characteristics such as excitation wavelength, emission wavelength, emission intensity and the like vary depending on the composition of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal and the type and amount of the activation element, it may be selected according to the application.
  • An inorganic crystal having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is a crystal represented by (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12 , and at least in the A element A composition containing Ba, containing Si in the D element, containing Al in the E element, containing N in the X element, and optionally containing O in the X element has high emission intensity.
  • Eu is added as an M element to a crystal in which the A element is Ba or a combination of Ba and La, the D element is Si, the E element is Al, and the X element is N or a combination of N and O.
  • a phosphor containing a solid solution inorganic compound emits green light having a peak at a wavelength in the range of 500 nm to 550 nm. Further, by further controlling the composition, the phosphor of the present invention emits green light having a peak at a wavelength in the range of 500 nm to 520 nm.
  • Eu is dissolved as a M element in a crystal in which the A element is a combination of Ba and Sr, the D element is Si, the E element is Al, and the X element is N or a combination of N and O.
  • the phosphor containing the inorganic compound emits red light having a peak at a wavelength in the range of 620 nm to 670 nm.
  • An inorganic crystal having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 is Li 1 (Ba, La) 2 (Al, Si) 8 (O, N) 12 , Li 1 (Ba , Sr) 2 (Al, Si) 8 (O, N) 12 or a phosphor of Li 1 Ba 2 (Al, Si) 8 (O, N) 12 has a stable crystal and an emission intensity. high.
  • Inorganic crystals having the same crystal structure as the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 are Li 1 Ba 2 Si 7-x Al 1 + x O x N 12-x , Li 1 (Sr, Ba) 2 Si 7-x Al 1 + x O x N 12-x or Li 1 (Sr, La) 2 Si 7-x Al 1 + x O x N 12-x (where 0 ⁇ x ⁇ 4)
  • a phosphor having a crystal as a host crystal (matrix crystal) is a phosphor that has high emission intensity and can control the change in color tone by changing the composition.
  • the range of x is preferably 0 ⁇ x ⁇ 2 because the crystal becomes stable.
  • the phosphor having the activation element M of Eu has particularly high emission intensity.
  • Inorganic crystals having the same crystal structure as that represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 are orthorhombic crystals, which are particularly stable. Phosphors having these crystals as host crystals have emission intensity. high.
  • the parameter z is a parameter representing the composition of the Li element, and if it is less than 0.035 or more than 0.05, the crystal structure becomes unstable and the light emission intensity decreases.
  • the parameter d is the addition amount of the activating element. If it is less than 0.00001, the amount of activating ions is insufficient and the luminance is lowered. If it exceeds 0.05, the emission intensity may decrease due to concentration quenching due to the interaction between the activated ions.
  • the parameter e is a parameter representing the composition of an alkaline earth element such as Ba, and if it is less than 0.05 or more than 0.1, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases.
  • the parameter f is a parameter representing the composition of the D element such as Si, and if it is less than 0.2 or more than 0.4, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases.
  • the parameter g is a parameter representing the composition of the E element such as Al, and if it is less than 0.03 or more than 0.1, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases.
  • the parameter h is a parameter representing the composition of the X element such as O, N, F, etc. If it is less than 0.45 or more than 0.6, the crystal structure becomes unstable and the emission intensity decreases.
  • the X element is an anion, and the composition of the O, N, and F ratio is determined so that the cation of the A, M, D, and E elements and the neutral charge are maintained.
  • An inorganic compound that satisfies all of the above conditions has a stable crystal structure and particularly high emission intensity.
  • An inorganic compound that satisfies all of the above conditions, that is, a crystal having a composition of (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12 has a particularly stable crystal structure and particularly high emission intensity.
  • parameters f and g are 5/8 ⁇ f / (f + g) ⁇ 8/8
  • An inorganic compound that satisfies the above condition has a stable crystal structure and high emission intensity.
  • the X element contains N and O
  • An inorganic compound that satisfies the above condition has a stable crystal structure and high emission intensity.
  • the phosphor containing at least Eu as the activating element is a phosphor having a high emission intensity in the present invention, and has a peak in a wavelength range of 500 nm to 550 nm in a specific composition.
  • a green phosphor or a red phosphor having a peak at a wavelength in the range of 620 nm to 670 nm is obtained.
  • the crystal structure is stable and the emission intensity is high.
  • the phosphor containing the inorganic compound represented by can change the Eu / Ba ratio, Si / Al ratio, and N / O ratio within the composition range by changing the parameters of x and y while maintaining a stable crystal structure. it can. Thereby, since the excitation wavelength and the emission wavelength can be continuously changed, the phosphor is easy to design a material.
  • the range of x is preferably 0 ⁇ x ⁇ 2 because the crystal becomes stable.
  • a phosphor containing an inorganic compound which is a single crystal particle having an average particle size of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less or an aggregate of single crystals has high luminous efficiency and good operability when mounted on an LED. It is better to control the diameter.
  • the impurity elements of Fe, Co, and Ni contained in the inorganic compound may cause a decrease in emission intensity.
  • the total of these elements in the phosphor is 500 ppm or less, the influence of the decrease in emission intensity is reduced.
  • the phosphor of the present invention includes an inorganic compound in which the above-described Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal is used as a base crystal, and an active ion M is dissolved therein, There is a phosphor which is a mixture with other crystalline phase or amorphous phase different from this and has an inorganic compound content of 20% by mass or more.
  • This embodiment may be used when a desired characteristic cannot be obtained with a single phosphor of Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal, or when a function such as conductivity is added.
  • the content of the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal may be adjusted according to the intended characteristics, but if it is 20% by mass or less, the emission intensity may be lowered. From such a viewpoint, in the phosphor of the present invention, 20% by mass or more is preferably used as a main component of the above-described inorganic compound.
  • an inorganic substance having conductivity as another crystal phase or amorphous phase may be added.
  • Examples of the inorganic substance having conductivity include oxides, oxynitrides, nitrides, or a mixture thereof containing one or more elements selected from Zn, Al, Ga, In, and Sn. Specific examples include zinc oxide, aluminum nitride, indium nitride, and tin oxide.
  • a second other phosphor may be added.
  • Other phosphors include BAM phosphor, ⁇ -sialon phosphor, ⁇ -sialon phosphor, (Sr, Ba) 2 Si 5 N 8 phosphor, CaAlSiN 3 phosphor, (Ca, Sr) AlSiN 3 phosphor Etc.
  • a phosphor having a peak at a wavelength in a range of 620 nm to 670 nm by irradiating an excitation source there is a phosphor having a peak at a wavelength in a range of 620 nm to 670 nm by irradiating an excitation source.
  • a phosphor of Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 based crystal activated with Eu has an emission peak in this range by adjusting the composition.
  • the phosphor in which the A element is Ba or a combination of Ba and La has a wavelength in the range of 500 nm to 550 nm.
  • the phosphor in which the A element is a combination of Ba and Sr has a wavelength in the range of 620 nm to 670 nm. Emits red light with a peak.
  • a phosphor that emits light with vacuum ultraviolet light, ultraviolet light, visible light, electron beam or X-ray having an excitation source with a wavelength of 100 nm to 450 nm. By using these excitation sources, light can be emitted efficiently.
  • the crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 and an inorganic crystal having the same crystal structure and crystal represented by Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12
  • a phosphor in which Eu is dissolved By adjusting the composition, when irradiated with light from 360 nm to 450 nm, green fluorescence having a peak at a wavelength in the range of 500 nm to 550 nm or red fluorescence having a peak at a wavelength in the range of 620 nm to 670 nm is obtained. Since it emits, it is good to use for the application of green light emission or red light emission, such as white LED.
  • a phosphor in which Eu is dissolved in a crystal represented by 8 N 12 emits fluorescence having a high green luminance of 500 nm to 550 nm when irradiated with light of 360 nm to 450 nm.
  • a phosphor in which Eu is dissolved in a crystal represented by Li 1 (Ba, Sr) 2 (Al, Si) 8 N 12 has a high fluorescence intensity of red from 620 nm to 670 nm when irradiated with light from 360 nm to 450 nm. To emit.
  • the color emitted when the excitation source is irradiated is a value of (x0, y0) on the CIE1931 chromaticity coordinates, 0 ⁇ x0 ⁇ 0.5 0.1 ⁇ y0 ⁇ 0.9
  • phosphors for example, Eu y Li 1 Ba 2-y Si 7-x Al 1 + x N 12-x O x
  • a phosphor that develops a color having a chromaticity coordinate in this range can be obtained. It may be used for green light emitting applications such as white LEDs.
  • the phosphor of the present invention has a wide excitation range from electron beam, X-ray, and ultraviolet to visible light, emits light from blue to red, particularly in a specific composition, green or 500 nm to 550 nm or less. It is characterized in that it has a red color of 620 nm or more and 670 nm or less and the emission wavelength and emission peak width can be adjusted. Due to such light emission characteristics, the phosphor of the present invention is suitable for lighting fixtures, image display devices, pigments, and ultraviolet absorbers.
  • the phosphor of the present invention is superior in heat resistance because it does not deteriorate even when exposed to high temperatures, and also has the advantage of excellent long-term stability in an oxidizing atmosphere and moisture environment, and is durable. Can provide excellent products.
  • the method for producing the phosphor of the present invention is not particularly defined.
  • an inorganic material in which Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal is used as a base crystal and active ions M are dissolved therein
  • a mixture of metal compounds that can constitute the compound can be obtained by firing in a temperature range of 1200 ° C. to 2200 ° C. in an inert atmosphere containing nitrogen.
  • the main crystal of the present invention is orthorhombic and belongs to the space group Pnnm, crystals having a different crystal system or space group may be mixed depending on the synthesis conditions such as the firing temperature. Since the change in light emission characteristics is slight, it can be used as a high-luminance phosphor.
  • a mixture of metal compounds is a compound containing Li, a compound containing M, a compound containing A, a compound containing D, a compound containing E, and X.
  • Compound to be contained (where M is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb, A is selected from Mg, Ca, Sr, Ba)
  • M is one or more elements selected from Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb
  • A is selected from Mg, Ca, Sr, Ba)
  • D is one or more elements selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf
  • E is B, Al, Ga, In, Sc, Y
  • X is one or more elements selected from O, N, and F).
  • the compound containing Li is a simple substance or two kinds selected from a metal containing Li, silicide, oxide, carbonate, nitride, oxynitride, chloride, fluoride, or oxyfluoride A mixture of the above, wherein the compound containing M is a simple substance selected from metals containing M, silicides, oxides, carbonates, nitrides, oxynitrides, chlorides, fluorides, or oxyfluorides, or A mixture of two or more and the compound containing A is selected from metals, silicides, oxides, carbonates, nitrides, oxynitrides, chlorides, fluorides, or oxyfluorides containing A A simple substance or a mixture of two or more kinds, and the compound containing D is selected from a metal, silicide, oxide, carbonate, nitride, oxynitride, chloride, fluoride, or oxyfluoride containing D Selected single or
  • a phosphor of Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal activated with Eu at least a nitride or oxide of europium, a nitride, oxide or carbonate of lithium, barium It is preferable to use a starting material containing a nitride, oxide or carbonate, silicon oxide or silicon nitride, and aluminum oxide or aluminum nitride because the reaction easily proceeds during firing.
  • the furnace used for firing has a high firing temperature and the firing atmosphere is an inert atmosphere containing nitrogen, carbon is used as the material of the high-temperature part of the furnace in the metal resistance heating method or the graphite resistance heating method.
  • An electric furnace is preferred.
  • the pressure range of the inert atmosphere containing nitrogen is preferably in the range of 0.1 MPa to 100 MPa because the thermal decomposition of the starting material and the product nitride or oxynitride is suppressed.
  • the inert atmosphere containing nitrogen is preferably a nitrogen gas atmosphere.
  • the oxygen partial pressure in the firing atmosphere is preferably 0.0001% or less in order to suppress the oxidation reaction of the starting material and the product nitride or oxynitride.
  • the firing time varies depending on the firing temperature, but is usually about 1 to 10 hours.
  • the relative bulk density is a ratio of a value (bulk density) obtained by dividing the mass of the powder filled in the container by the volume of the container and the true density of the substance of the powder. Unless otherwise specified, in the present invention, the relative bulk density is simply referred to as bulk density.
  • boron or boron nitride components are mixed from the container into the product, but if the amount is small, the light emission characteristics are not deteriorated, so the influence is small. Furthermore, the addition of a small amount of boron nitride may improve the durability of the product, which is preferable in some cases.
  • the shape of the mixture of metal compounds is powder or aggregate, and if the average particle diameter is 500 ⁇ m or less, the reactivity and operability are excellent. preferable.
  • the particle size of the particles or aggregates As a method of setting the particle size of the particles or aggregates to 500 ⁇ m or less, it is preferable to use a spray dryer, sieving, or air classification because the work efficiency and operability are excellent.
  • a firing method in which mechanical pressure is not applied from the outside of the atmospheric pressure sintering method or the gas pressure sintering method without using hot pressing is preferable.
  • the average particle diameter of the phosphor powder is preferably from 50 nm to 200 ⁇ m in terms of volume-based median diameter (d50) because the emission intensity is high.
  • the volume-based average particle diameter can be measured by, for example, a microtrack or a laser scattering method.
  • the average particle size of the phosphor powder synthesized by firing may be adjusted to 50 nm to 200 ⁇ m.
  • Defects contained in the powder and damage due to pulverization by heat-treating the phosphor powder after firing, the phosphor powder after pulverization treatment, or the phosphor powder after particle size adjustment at a temperature of 1000 ° C. or more and below the firing temperature May recover. Defects and damage may cause a decrease in emission intensity, and the emission intensity is restored by heat treatment.
  • an inorganic compound that generates a liquid phase may be added at a temperature lower than the firing temperature and fired.
  • An inorganic compound that generates such a liquid phase acts as a flux, and reaction and grain growth may be promoted to obtain a stable crystal, which may improve the emission intensity.
  • the content of the inorganic compound that forms a liquid phase at a temperature lower than the firing temperature is reduced. This may increase the emission intensity of the phosphor.
  • the phosphor of the present invention When the phosphor of the present invention is used for a light emitting device or the like, it is preferable to use the phosphor in a form dispersed in a liquid medium. Moreover, it can also be used as a phosphor mixture containing the phosphor of the present invention.
  • the phosphor of the present invention dispersed in a liquid medium is called a phosphor-containing composition.
  • the liquid medium that can be used in the phosphor-containing composition of the present invention is a liquid medium that exhibits liquid properties under the desired use conditions, suitably disperses the phosphor of the present invention, and does not cause undesirable reactions. If there is, it is possible to select an arbitrary one according to the purpose.
  • the liquid medium include addition-reactive silicone resins, condensation-reactive silicone resins, modified silicone resins, epoxy resins, polyvinyl resins, polyethylene resins, polypropylene resins, and polyester resins before curing. These liquid media may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
  • the amount of the liquid medium used may be appropriately adjusted according to the application, etc., but generally, the weight ratio of the liquid medium to the phosphor of the present invention is usually 3% by weight or more, preferably 5% by weight or more, Moreover, it is 30 weight% or less normally, Preferably it is the range of 15 weight% or less.
  • the phosphor-containing composition of the present invention may contain other optional components in addition to the phosphor of the present invention and the liquid medium, depending on the use and the like.
  • other components include a diffusing agent, a thickener, a bulking agent, and an interference agent.
  • silica-based fine powder such as Aerosil, alumina and the like can be mentioned.
  • the light emitting device of the present invention includes at least a light emitter or a light emitting light source and a phosphor, and the phosphor includes at least the phosphor of the present invention described above.
  • Examples of light emitters or light sources include LED light emitting devices, laser diode (LD) light emitting devices, semiconductor lasers, organic EL light emitters (OLED), and fluorescent lamps.
  • An LED light emitting device can be manufactured by using the phosphor of the present invention by a known method as described in JP-A-5-152609, JP-A-7-99345, JP-A-2927279, and the like. In this case, it is desirable that the light emitter or the light source emits light having a wavelength of 330 to 500 nm, and among them, an ultraviolet (or purple) LED light emitting element of 330 to 420 nm or a blue LED light emitting element of 420 to 450 nm is preferable.
  • the LED light-emitting elements are made of a nitride semiconductor such as GaN or InGaN.
  • the LED light-emitting element can be a light-emitting light source that emits light of a predetermined wavelength.
  • Examples of the light emitting device of the present invention include a white light emitting diode, a lighting fixture including a plurality of white light emitting diodes, a backlight for a liquid crystal panel, and the like including the phosphor of the present invention.
  • Eu-activated ⁇ -sialon green phosphor in addition to the phosphor of the present invention, Eu-activated ⁇ -sialon green phosphor, Eu-activated ⁇ -sialon yellow phosphor, Eu-activated Sr 2 Si 5 N It may further include one or more phosphors selected from 8 orange phosphors, Eu-activated (Ca, Sr) AlSiN 3 orange phosphors, and Eu-activated CaAlSiN 3 red phosphors .
  • yellow phosphors other than the above, for example, YAG: Ce, (Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2 : Eu, or the like may be used.
  • the light emitting body or light emitting light source emits ultraviolet or visible light having a peak wavelength of 300 to 450 nm, and the phosphor of the present invention emits blue to red light, and the other phosphor of the present invention.
  • a light-emitting device that emits white light or light other than white light by mixing light having a wavelength of 450 nm or more emitted from the.
  • a blue phosphor that emits light having a peak wavelength of 420 nm to 500 nm or less by a light emitter or a light source can be included.
  • Such blue phosphors include AlN: (Eu, Si), BaMgAl 10 O 17 : Eu, SrSi 9 Al 19 ON 31 : Eu, LaSi 9 Al 19 N 32 : Eu, ⁇ -sialon: Ce, JEM : Ce and the like.
  • a green phosphor that emits light having a peak wavelength of 500 nm or more and 550 nm or less by a light emitting body or a light emitting light source can be included.
  • examples of such green phosphors include ⁇ -sialon: Eu, (Ba, Sr, Ca, Mg) 2 SiO 4 : Eu, (Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2 : Eu, and the like. is there.
  • a yellow phosphor that emits light having a peak wavelength of 550 nm or more and 600 nm or less by a light emitter or a light source can be included.
  • Examples of such a yellow phosphor include YAG: Ce, ⁇ -sialon: Eu, CaAlSiN 3 : Ce, La 3 Si 6 N 11 : Ce.
  • a red phosphor that emits light having a peak wavelength of 600 nm or more and 700 nm or less by a light emitter or a light source can be included.
  • red phosphor include CaAlSiN 3 : Eu, (Ca, Sr) AlSiN 3 : Eu, Ca 2 Si 5 N 8 : Eu, and Sr 2 Si 5 N 8 : Eu.
  • the light-emitting device of the present invention when an LED that emits light having a wavelength of 320 to 450 nm is used as a light emitter or a light-emitting light source, the light-emitting efficiency is high, so that a highly efficient light-emitting device can be configured.
  • the image display device of the present invention includes at least an excitation source and a phosphor, and the phosphor includes at least the phosphor of the present invention described above.
  • Examples of the image display device include a fluorescent display tube (VFD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), a cathode ray tube (CRT), and a liquid crystal display (LCD).
  • VFD fluorescent display tube
  • FED field emission display
  • PDP plasma display panel
  • CRT cathode ray tube
  • LCD liquid crystal display
  • the phosphor of the present invention has been confirmed to emit light by excitation of vacuum ultraviolet rays of 100 to 190 nm, ultraviolet rays of 190 to 380 nm, electron beams, etc., and in combination of these excitation sources and the phosphor of the present invention, An image display apparatus as described above can be configured.
  • the phosphor of the present invention which is mainly composed of an inorganic compound having a specific chemical composition, can be used as a pigment or a fluorescent pigment because it has a white object color. That is, when the phosphor of the present invention is irradiated with illumination such as sunlight or a fluorescent lamp, a white object color is observed, but the color development is good and the phosphor does not deteriorate for a long time. Is suitable for inorganic pigments. For this reason, when used for paints, inks, paints, glazes, colorants added to plastic products, etc., good color development can be maintained high over a long period of time.
  • the phosphor of the present invention absorbs ultraviolet rays and is therefore suitable as an ultraviolet absorber. For this reason, when used as a paint, applied to the surface of a plastic product, or kneaded into a plastic product, the effect of blocking ultraviolet rays is high, and the product can be effectively protected from ultraviolet degradation.
  • the raw material powder used for the synthesis was silicon nitride having a specific surface area of 11.2 m 2 / g, oxygen content of 1.29 wt% and ⁇ -type content of 95% (SN-E10 grade manufactured by Ube Industries, Ltd.) ), Aluminum nitride with a specific surface area of 3.3 m 2 / g and an oxygen content of 0.82% by weight (E grade made by Tokuyama Corporation), and oxidation with a specific surface area of 13.2 m 2 / g.
  • Aluminum Teimicron manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.
  • lithium nitride Li 3 N; manufactured by High-Purity Science Laboratory
  • strontium nitride Sr 3 N 2 ; manufactured by Shellac
  • purity 99.7 % barium nitride and (Ba 3 N 2 made shellac), europium nitride; and (EuN by a metal europium heated for 10 hours at 800 ° C. in an ammonia gas stream, which is obtained by nitriding the metal), nitride La And; (Kojundo Chemical Laboratory Ltd. LaN), cerium nitride Tan; met (CeN metal cerium those nitrided by heating at 600 ° C. in a nitrogen stream).
  • the crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace.
  • the firing operation is performed by setting the firing atmosphere to a vacuum of 1 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa or less with a diffusion pump, heating from room temperature to 800 ° C. at a rate of 500 ° C. per hour, and adding nitrogen having a purity of 99.999% by volume at 800 ° C.
  • the pressure in the furnace was set to 1 MPa, the temperature was raised to 500 ° C./hour up to 1900 ° C., and the temperature was maintained for 2 hours.
  • the synthesized product was observed with an optical microscope, and crystal particles having a size of 16 ⁇ m ⁇ 9 ⁇ m ⁇ 5 ⁇ m were collected from the synthesized product (see FIG. 3).
  • the particles were analyzed using a scanning electron microscope (SEM; SU1510 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) equipped with an energy dispersive element analyzer (EDS; QUANTAX manufactured by Bruker AXS). Analysis was carried out. As a result, the presence of Ba, Si, Al, and N elements was confirmed, and the ratio of the number of contained atoms of Ba, Si, and Al was measured to be 2: 7: 1. Li was detected using the mass spectrum.
  • the composite material is irradiated with laser light having a beam diameter of 30 ⁇ m and a wavelength of 213 nm by a Nd: YAG laser manufactured by New Wave Research, and the Li element volatilized from the composite is subjected to ICP mass spectrum attached to laser ablation. Analyzed by meter.
  • This crystal was fixed to the tip of the glass fiber with an organic adhesive.
  • a single crystal X-ray diffractometer with a rotating counter cathode of MoK ⁇ rays (SMART APEXII Ultra manufactured by Bruker AXS Co., Ltd.) was used to perform X-ray diffraction measurement under the condition that the output of the X-ray source was 50 kV 50 mA. .
  • the crystal particles were a single crystal.
  • the crystal structure was determined from the X-ray diffraction measurement result using single crystal structure analysis software (APEX2 manufactured by Bruker AXS).
  • the obtained crystal structure data is shown in Table 1, and the crystal structure is shown in FIG. Table 1 describes the crystal system, space group, lattice constant, atom type, and atom position, and this data can be used to determine the shape and size of the unit cell and the arrangement of atoms in it. it can.
  • Si and Al enter at the same atomic position, and oxygen and nitrogen enter at the same atomic position, and when they are averaged as a whole, the composition ratio of the crystal is obtained.
  • the atomic positions are as shown in Table 1. In the table, Si and Al are present at a certain ratio determined by the composition at the same atomic position.
  • X in general, in a sialon-based crystal, X (X when expressed as (Li, A) 3 (D, E) 8 X 12 crystal; see paragraph [0083]) includes oxygen and nitrogen. Although Li is +1 valent, Ba is +2 valent, Al is +3 valent, and Si is +4 valent, if the ratio of atomic position and Li, Ba, Al, and Si is known, (O, The ratio of O (-2 valence) to N (-3 valence) occupying the N) position is determined from the electrical neutrality condition of the crystal.
  • the composition of this crystal obtained from the Ba: Si: Al ratio of the measured value of EDS, the analysis result of Li by an ICP mass spectrometer, and the single crystal X-ray structure analysis is Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 Met.
  • the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal had a part or all of Ba as the A element while maintaining its crystal structure (where A is Mg, Ca, Sr, It was found that substitution can be made with one or more elements selected from Ba, Sc, Y and La. That is, the crystal of Li 1 A 2 Al 1 Si 7 N 12 has the same crystal structure as the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal. Among them, Sr and La can obtain stable crystals with a wide range of substitution ratios.
  • a part of Si can be replaced with Al
  • a part of Al can be replaced with Si
  • / or a part of N can be replaced with oxygen
  • this crystal is composed of Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 and It was confirmed to be one composition of a crystal group having the same crystal structure.
  • Li 1 A 2 Si 7-x Al 1 + x O x N 12-x (where 0 ⁇ x ⁇ 4) It can also describe as a composition shown by these.
  • the measured powder X-ray diffraction pattern is the same as in FIG. 2” means that the peak positions (2 ⁇ ) of the main peaks of the powder X-ray diffraction pattern coincide with each other or substantially coincide with each other.
  • the produced phosphor includes single crystal particles (may include a host crystal in which a solid solution element is dissolved), it may be included in the phosphor of the present invention.
  • the weighed raw material powders were mixed for 5 minutes using a silicon nitride sintered pestle and mortar. Thereafter, the mixed powder was put into a crucible made of a boron nitride sintered body. The bulk density of the powder was about 20% to 30%.
  • the crucible containing the mixed powder was set in a graphite resistance heating type electric furnace.
  • the firing operation is performed by setting the firing atmosphere to a vacuum of 1 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa or less with a diffusion pump, heating from room temperature to 800 ° C. at a rate of 500 ° C. per hour, and adding nitrogen having a purity of 99.999% by volume at 800 ° C.
  • the pressure in the furnace was set to 1 MPa, the temperature was raised to 500 ° C. per hour to the set temperature shown in Table 5, and the temperature was maintained for 2 hours.
  • the synthesized compound was pulverized using an agate mortar, and powder X-ray diffraction measurement was performed using Cu K ⁇ rays. The results are shown in FIG.
  • the main product phase is shown in Table 6.
  • the elements contained in the synthesized product were examined by EDS measurement and ICP mass spectrometer. It was confirmed that the composites of Examples 2 to 5, 7 to 12, and 14 contained at least a rare earth element, an alkaline earth metal, Si, Al, Li, and N. It was confirmed that the composites of Examples 6, 13 and 15 contained rare earth elements, alkaline earth metals, Si, Al, Li, O and N.
  • FIG. 4 is a diagram showing a powder X-ray diffraction pattern of the synthesized product in Example 6.
  • the peaks at 52.1.5 degrees, 60.35 degrees, and 21.15 degrees have some inversions in intensity, but they are almost corresponding to each other, indicating good agreement.
  • the angle error of 2 ⁇ was estimated to be ⁇ 1 degree.
  • the composite of Example 6 contains Eu, Ba, Si, Al, O, and N.
  • the Ba: Si: Al ratio was confirmed to be 2: 6: 2.
  • the presence of Li was confirmed by measurement combining laser ablation and CIP-MASS.
  • a phase having the same crystal structure as the Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12 crystal contains 20% by mass or more as a main product phase. It was confirmed. It is suggested that a portion where the composition of the mixed raw material is different from the chemical composition of the synthesized product is mixed in a trace amount in the synthesized product as the impurity second phase.
  • oxide or oxynitride was detected as a secondary phase from the generated phase, but it is considered to be due to impurity oxygen in the raw material.
  • the composites of the examples of the present invention contain as a main component an inorganic compound in which an activating ion M such as Eu or Ce is dissolved in a Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal. It was.
  • the obtained composite (fired body) was coarsely pulverized and then manually pulverized using a silicon nitride sintered crucible and a mortar, and passed through a 30 ⁇ m sieve.
  • the average particle size was 3 to 8 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a diagram showing an excitation spectrum and an emission spectrum of the synthesized product synthesized in Example 6.
  • FIG. 5 shows that the synthesized product of Example 6 can be excited most efficiently at 367 nm, and the emission spectrum when excited at 367 nm emits green light having a peak at 511 nm.
  • the emission color of the composite of Example 6 was within the range of 0 ⁇ x0 ⁇ 0.5 and 0.1 ⁇ y0 ⁇ 0.9 in the CIE1931 chromaticity coordinates.
  • the composite of the present invention is a phosphor capable of being excited by ultraviolet rays of 300 nm to 380 nm, violet or blue light of 380 nm to 450 nm, and emitting blue to red light. .
  • the composite of the example of the present invention contains, as a main component, an inorganic compound in which an activating ion M such as Eu or Ce is dissolved in a Li 1 Ba 2 Al 1 Si 7 N 12- based crystal.
  • an activating ion M such as Eu or Ce
  • a phosphor emitting blue to red light can be obtained by controlling to a specific composition.
  • the A element is Ba or a combination of Ba and La
  • the D element is Si
  • the E element is Al
  • the phosphor containing an inorganic compound in which Eu as a M element is dissolved in a crystal in which the X element is N or a combination of N and O has a wavelength in the range of 500 nm to 550 nm, preferably in the range of 500 nm to 520 nm. Emits green light with a peak at the wavelength.
  • the A element is a combination of Ba and Sr
  • the D element is Si
  • the E element is Al
  • the X element is N or N
  • the part in which the mixed raw material composition differs from the chemical composition of the composite is mixed in a small amount in the composite as the impurity second phase.
  • the composites obtained in Examples 1 to 15 had a white object color and were excellent in color development. It has been found that the inorganic compound, which is the composite of the present invention, can be used as a pigment or a fluorescent pigment because it exhibits a white object color upon irradiation with illumination such as sunlight or a fluorescent lamp.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a lighting fixture (bullet type LED lighting fixture) according to the present invention.
  • a so-called bullet-type white light-emitting diode lamp (1) shown in FIG. 6 was produced.
  • the lower electrode of the ultraviolet light emitting diode element (4) and the bottom surface of the recess are electrically connected by a conductive paste, and the upper electrode and the other lead wire (3) are electrically connected by a gold wire (5). It is connected to the.
  • the phosphor (7) is dispersed in the resin and mounted in the vicinity of the light emitting diode element (4).
  • the first resin (6) in which the phosphor is dispersed is transparent and covers the entire ultraviolet light emitting diode element (4).
  • the tip of the lead wire including the recess, the purple light emitting diode element, and the first resin in which the phosphor is dispersed are sealed with a transparent second resin (8).
  • the transparent second resin (8) has a substantially cylindrical shape as a whole, and has a lens-shaped curved surface at the tip, which is commonly called a shell type.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a lighting fixture (substrate mounted LED lighting fixture) according to the present invention.
  • a chip-type white light emitting diode lamp (11) for board mounting shown in FIG. 7 was produced.
  • Two lead wires (12, 13) are fixed to a white alumina ceramic substrate (19) having a high visible light reflectivity, and one end of each of these wires is located at a substantially central portion of the substrate, and the other end is external. It is an electrode that is soldered when mounted on an electric board.
  • One of the lead wires (12) has a blue light emitting diode element (14) having an emission peak wavelength of 450 nm placed and fixed at one end of the lead wire so as to be at the center of the substrate.
  • the lower electrode of the blue light-emitting diode element (14) and the lower lead wire are electrically connected by a conductive paste, and the upper electrode and another lead wire (13) are a bonding wire made of a fine gold wire ( 15) is electrically connected.
  • a mixture of the first resin (16), the green phosphor produced in Example 6 and the phosphor (17) obtained by mixing the red phosphor produced in Example 4 is mounted in the vicinity of the light emitting diode element. ing.
  • the first resin in which the phosphor is dispersed is transparent and covers the entire blue light emitting diode element (14).
  • a wall surface member (20) having a shape with a hole in the center is fixed on the ceramic substrate.
  • the wall member (20) has a central portion serving as a hole for holding the resin (16) in which the blue light emitting diode element (14) and the phosphor (17) are dispersed, and the portion facing the center is a slope. It has become.
  • This slope is a reflection surface for extracting light forward, and the curved surface shape of the slope is determined in consideration of the light reflection direction. Further, at least the surface constituting the reflecting surface is a surface having a high visible light reflectance having white or metallic luster.
  • the wall member (20) is made of a white silicone resin. The hole at the center of the wall member forms a recess as the final shape of the chip-type light-emitting diode lamp.
  • the first resin in which the blue light-emitting diode element (14) and the phosphor (17) are dispersed A transparent second resin (18) is filled so as to seal all of 16).
  • the same epoxy resin was used for the first resin (16) and the second resin (18). The achieved chromaticity and the like are substantially the same as in Example 17.
  • FIG. 8 is a schematic view showing an image display device (plasma display panel) according to the present invention.
  • the red phosphor (31) of Example 4 of the present invention, the green phosphor (32) of Example 6 of the present invention, and the blue phosphor (BAM: Eu 2+ ) (33) are placed on the glass substrate (44). It is apply
  • FIG. 9 is a schematic view showing an image display device (field emission display panel) according to the present invention.
  • the green phosphor (56) of Example 3 of the present invention is applied to the inner surface of the anode (53).
  • a voltage between the cathode (52) and the gate (54) electrons (57) are emitted from the emitter (55).
  • the electrons are accelerated by the voltage of the anode (53) and the cathode (52), collide with the green phosphor (56), and the phosphor emits light.
  • the whole is protected by glass (51).
  • the figure shows one light-emitting cell consisting of one emitter and one phosphor.
  • a display that can produce a variety of colors is constructed by arranging a number of red and blue cells in addition to green. The Although it does not specify in particular about the fluorescent substance used for a red or blue cell, what emits high brightness
  • the phosphor of the present invention has emission characteristics (emission color, excitation characteristics, emission spectrum) that are different from those of conventional phosphors, and has high emission intensity even when combined with an LED of 470 nm or less.
  • the phosphor is suitable for VFD, FED, PDP, CRT, white LED, and the like because it is stable and has little decrease in luminance of the phosphor when exposed to an excitation source for a long period of time. In the future, it can be expected to contribute greatly to the development of the industry in material design for various display devices.

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Abstract

470nm以下のLEDと組み合わせた場合でも発光強度が高く、化学的および熱的に安定な蛍光体を提供すること。本発明の蛍光体は、Li元素とA元素とD元素とE元素とX元素(Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる少なくとも1種の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる少なくとも1種の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる少なくとも1種の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる少なくとも1種の元素)とを含み、LiBaAlSi12で示される結晶、(Li,A)(D,E)12で示される結晶、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体結晶に、M元素(Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる少なくとも1種の元素)が固溶した無機化合物を含む。

Description

蛍光体、その製造方法、発光装置および画像表示装置
 本発明は、少なくともLi元素と、A元素と、D元素と、E元素と、X元素(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とを含む、LiBaAlSi12で示される結晶、(LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶(例えば、(Li,A)(D,E)12で示される結晶)、または、これらの結晶の固溶体結晶に、M元素(ただしMは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を含む蛍光体、その製造方法、および、その用途に関する。
 蛍光体は、蛍光表示管(VFD(Vacuum-Fluorescent Display))、フィールドエミッションディスプレイ(FED(Field Emission Display)またはSED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display))、プラズマディスプレイパネル(PDP(Plasma Display Panel))、陰極線管(CRT(Cathode-Ray Tube))、液晶ディスプレイバックライト(Liquid-Crystal Display Backlight)、白色発光ダイオード(LED(Light-Emitting Diode))などに用いられている。これらのいずれの用途においても、蛍光体を発光させるためには、蛍光体を励起するためのエネルギーを蛍光体に供給する必要があり、蛍光体は、真空紫外線、紫外線、電子線、青色光などの高いエネルギーを有した励起源により励起されて、青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光等の可視光線を発する。しかしながら、蛍光体は前記のような励起源に曝される結果、蛍光体の輝度が低下し易く、輝度低下のない蛍光体が求められている。そのため、従来のケイ酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、硫化物蛍光体などの蛍光体に代わり、高エネルギーの励起においても輝度低下の少ない蛍光体として、サイアロン蛍光体、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体などの、結晶構造に窒素を含有する無機結晶を母体とする蛍光体が提案されている。
 このサイアロン蛍光体の一例は、概略以下に述べるような製造プロセスによって製造される。まず、窒化ケイ素(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ユーロピウム(Eu)を所定のモル比に混合し、1気圧(0.1MPa)の窒素中において1700℃の温度で1時間保持してホットプレス法により焼成して製造される(例えば、特許文献1参照)。このプロセスで得られるEu2+イオンを付活したαサイアロンは、450から500nmの青色光で励起されて550から600nmの黄色の光を発する蛍光体となることが報告されている。また、αサイアロンの結晶構造を保ったまま、SiとAlとの割合あるいは酸素と窒素との割合を変えることにより、発光波長が変化することが知られている(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。
 サイアロン蛍光体の別の例として、β型サイアロンにEu2+を付活した緑色の蛍光体が知られている(特許文献4参照)。この蛍光体では、結晶構造を保ったまま酸素含有量を変化させることにより発光波長が短波長に変化することが知られている(例えば、特許文献5参照)。また、β型サイアロンにCe3+を付活すると青色の蛍光体となることが知られている(例えば、特許文献6参照)。
 酸窒化物蛍光体の一例は、JEM相(LaAl(Si6-zAl)N10-z)を母体結晶としてCeを付活させた青色蛍光体(特許文献7参照)が知られている。この蛍光体では、結晶構造を保ったままLaの一部をCaで置換することにより、励起波長が長波長化するとともに発光波長が長波長化することが知られている。
 酸窒化物蛍光体の別の例として、La-N結晶LaSi11を母体結晶としてCeを付活させた青色蛍光体(特許文献8参照)が知られている。
 窒化物蛍光体の一例は、CaAlSiNを母体結晶としてEu2+を付活させた赤色蛍光体(特許文献9参照)が知られている。この蛍光体を用いることにより、白色LEDの演色性を向上させる効果がある。光学活性元素としてCeを添加した蛍光体は橙色の蛍光体と報告されている。
 このように、蛍光体は、母体結晶と、それに固溶させる金属イオン(付活イオンまたは発光イオンとも呼ぶ)との組み合わせで、発光色が変化し得る。さらに、母体結晶と付活イオンとの組み合わせによって、発光スペクトル、励起スペクトルなどの発光特性、化学的安定性、あるいは、熱的安定性が変化し得るため、母体結晶が異なる場合、あるいは、付活イオンが異なる場合は、異なる蛍光体とみなされてよい。また、たとえ化学組成が同じであっても結晶構造が異なる材料は、母体結晶が異なるので、異なる蛍光体とみなされる。このように結晶構造が異なる材料は、一般に発光特性や安定性が異なる。
 さらに、多くの蛍光体においては、母体結晶の結晶構造を保ったまま、構成する元素の種類を置換することが可能であり、これにより発光色を変化させることが行われている。例えば、YAG結晶にCeを添加した蛍光体は緑色発光をするが、YAG結晶中のYの一部をGdで、Alの一部をGaで置換した蛍光体は、黄色発光を呈する。さらに、CaAlSiNにEuを添加した蛍光体においては、Caの一部をSrで置換することにより結晶構造を保ったまま組成が変化し、発光波長が短波長化することが知られている。このように、結晶構造を保ったまま元素置換を行った蛍光体は、同じグループの材料と見なされる。
 これらのことから、新規蛍光体の開発においては、新規の結晶構造を持つ母体結晶を見つけることが重要であり、このような母体結晶に発光を担う金属イオンを付活して蛍光特性を発現させることにより、新規の蛍光体を提案することができる。
特許第3668770号明細書 特許第3837551号明細書 特許第4524368号明細書 特許第3921545号明細書 国際公開第2007/066733号公報 国際公開第2006/101096号公報 国際公開第2005/019376号公報 特開2005-112922号公報 特許第3837588号明細書
 本発明はこのような要望に応えようとするものであり、目的のひとつは、従来の蛍光体とは異なる発光特性(発光色、励起特性、発光スペクトル)を有し、かつ、470nm以下のLEDと組み合わせた場合でも発光強度が高く、化学的および熱的に安定な無機蛍光体を提供することにある。本発明のもうひとつの目的は、かかる蛍光体を用いた耐久性に優れた発光装置および耐久性に優れる画像表示装置を提供することにある。
 本発明者らにおいては、かかる状況の下で、窒素を含む新しい結晶およびこの結晶構造中の金属元素やNを他の元素で置換した結晶を母体とする蛍光体について詳細な研究を行い、LiBaAlSi12で示される結晶、LiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの固溶体結晶が蛍光体の母体結晶となり、この母体結晶に付活イオンを含有させることにより青色から赤色の蛍光を発することを見いだした。また、特定の組成では、500nm以上550nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色の蛍光、あるいは、620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ赤色の蛍光を示すことを見いだした。
 さらに、この蛍光体を用いることにより、高い発光効率を有し温度変動が小さい白色発光ダイオード(発光装置)や、それを用いた照明器具や、鮮やかな発色の画像表示装置が得られることを見いだした。
 本発明者は、上記実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、以下に記載する構成を講ずることによって特定波長領域で高い輝度の発光現象を示す蛍光体を提供することに成功した。また、以下の方法を用いて優れた発光特性を持つ蛍光体を製造することに成功した。さらに、この蛍光体を使用し、以下に記載する構成を講ずることによって優れた特性を有する発光装置、照明器具、画像表示装置、顔料、紫外線吸収材を提供することにも成功したもので、その構成は、以下に記載のとおりである。
 本発明による蛍光体は、少なくともLi元素と、A元素と、D元素と、E元素と、X元素(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とを含み、LiBaAlSi12で示される結晶、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの結晶の固溶体結晶に、M元素(ただしMは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を含む蛍光体(「蛍光体(1)」という)であってよい。
 この蛍光体(1)において、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、(Li,A)(D,E)12で示される結晶であり、少なくともA元素にBaを含み、D元素にSiを含み、E元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む、蛍光体(「蛍光体(2)」という)でもよい。
 この蛍光体(1)又は(2)において、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、Li(Ba,La)(Al,Si)(O,N)12、Li(Ba,Sr)(Al,Si)(O,N)12、または、LiBa(Al,Si)(O,N)12である、蛍光体(「蛍光体(3)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(3)のいずれかにおいて、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、
LiBaSi7-xAl1+x12-x、Li(Ba,La)Si7-xAl1+x12-x、または、Li(Ba,Sr)Si7-xAl1+x12-x(ただし、0 ≦ x ≦ 4)
の組成式で示される、請、蛍光体(「蛍光体(4)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(4)のいずれかにおいて、前記M元素は、Euである、蛍光体(「蛍光体(6)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(5)のいずれかにおいて、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、斜方晶系の結晶である、蛍光体(「蛍光体(6)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(6)のいずれかにおいて、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、斜方晶系の結晶であり、空間群Pnnmの対称性を持ち、
格子定数a、b、cが、
a = 1.40941±0.05 nm
b = 0.48924±0.05 nm
c = 0.80645±0.05 nm
の範囲の値である、蛍光体(「蛍光体(7)」という)であってもよい。ここで、「±0.05」は、許容範囲を示し、aについていえば、例えば、 1.40941-0.05 ≦ a ≦ 1.40941+0.05という範囲を意味することができる(以下同様)。
 これら蛍光体(1)から(7)のいずれかにおいて、前記無機化合物は、組成式Li(ただし、式中z+d+e+f+g+h = 1であり、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータz、d、e、f、g、hが、
0.035 ≦ z ≦ 0.05
0.00001 ≦ d ≦ 0.05
0.05 ≦ e ≦ 0.1
0.2 ≦ f ≦ 0.4
0.03 ≦ g ≦ 0.1
0.45 ≦ h ≦ 0.6
の条件を全て満たす範囲の組成で表される、蛍光体(「蛍光体(8)」という)であってもよい。
 上記蛍光体(8)において、前記パラメータz、d、e、f、g、hが、
z+d+e = (3/23)±0.05
f+g = (8/23)±0.05
h =( 12/23)±0.05
の条件を全て満たす範囲の値である、蛍光体(「蛍光体(9)」という)であってもよい。ここで、「±0.05」は、許容範囲を示し、z+d+eについていえば、例えば、(3/23)-0.05 ≦ z+d+e ≦ (3/23)+0.05という範囲を意味することができる(以下同様)。
 この蛍光体(8)又は(9)において、前記パラメータf、gが、
5/8 < f/(f+g) < 8/8
の条件を満たす、蛍光体(「蛍光体(10)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(8)から(10)のいずれかにおいて、前記X元素がOとNとを含み、前記無機化合物は、組成式Lih1h2(ただし、式中z+d+e+f+g+h1+h2 = 1、および、h1+h2 = hである)で示され、
0/12 < h1/(h1+h2) ≦ 4/12
の条件を満たす、蛍光体(「蛍光体(11)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(11)のいずれかにおいて、前記M元素は、少なくともEuを含む、蛍光体(「蛍光体(12)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(12)のいずれかにおいて、少なくともA元素にBaを含み、D元素にSiを含み、E元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む、蛍光体(「蛍光体(13)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(13)のいずれかにおいて、前記無機化合物は、パラメータxとyを用いて
EuLiBa2-ySi7-xAl1+x12-x、EuLi(Ba,La)2-ySi7-xAl1+x12-xまたはEuLi(Ba,Sr)2-ySi7-xAl1+x12-x
ただし、
0 ≦ x ≦ 4
0.0001 ≦ y < 2
で示される組成を有する、蛍光体(「蛍光体(14)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(14)のいずれかにおいて、前記無機化合物は、平均粒径0.1μm以上20μm以下の単結晶粒子を含む、蛍光体(「蛍光体(15)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(15)のいずれかにおいて、前記無機化合物に含まれるFe、CoおよびNiの不純物元素の合計は、500ppm以下である、蛍光体(「蛍光体(16)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(16)のいずれかにおいて、前記無機化合物に加えて、前記無機化合物とは異なる他の結晶相あるいはアモルファス相をさらに含み、前記無機化合物の含有量が20質量%以上である、蛍光体(「蛍光体(17)」という)であってもよい。
 この蛍光体(17)において、前記他の結晶相あるいはアモルファス相は、導電性を持つ無機物質である、蛍光体(「蛍光体(18)」という)であってもよい。
 この蛍光体(18)において、前記導電性を持つ無機物質は、Zn、Al、Ga、In、Snから選ばれる1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物、窒化物、あるいは、これらの混合物である、蛍光体(「蛍光体(19)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(17)から(19)のいずれかにおいて、前記他の結晶相あるいはアモルファス相は、前記無機化合物とは異なる無機蛍光体である、蛍光体(「蛍光体(20)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(20)のいずれかにおいて、励起源を照射することにより500nmから550nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光する、蛍光体(「蛍光体(21)」という)であってもよい。
 この蛍光体(21)において、前記励起源が100nm以上450nm以下の波長を持つ空紫外線、紫外線、可視光、または、電子線あるいはX線である、蛍光体(「蛍光体(22)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(22)のいずれかにおいて、前記LiBaAlSi12で示される結晶、または、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶にEuが固溶し、360nmから450nmの光を照射すると500nm以上550nm以下の範囲に発光ピークを持つ緑色の蛍光を発する、蛍光体(「蛍光体(23)」という)であってもよい。
 これら蛍光体(1)から(23)のいずれかにおいて、励起源が照射されたときに発光する色がCIE1931色度座標上の(x0,y0)の値で、
0 ≦ x0 ≦ 0.5
0.1 ≦ y0 ≦ 0.9
の条件を満たす、蛍光体(「蛍光体(24)」という)であってもよい。尚、通常、CIE1931色度座標上の値は、(x,y)で示されるが、組成式に用いるx及びyとの混同を避けるために、xをx0と、yをy0としている(以下、同様)。
 本発明の上記蛍光体(1)から(24)のいずれかを製造する製造方法は、焼成することにより請求項1に記載の無機化合物を構成しうる金属化合物の混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成する、製造方法(「製造方法(25)」という)であってよい。
 上記製造方法(25)において、前記金属化合物の混合物が、Liを含有する化合物と、Mを含有する化合物と、Aを含有する化合物と、Dを含有する化合物と、Eを含有する化合物と、Xを含有する化合物(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、In、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とからなる、製造方法(「製造方法(26)」という)であってもよい。
 上記製造方法(25)又は(26)において、前記Liを含有する化合物が、Liを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
 前記Mを含有する化合物が、Mを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
 前記Aを含有する化合物が、Aを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
 前記Dを含有する化合物が、Dを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
 Eを含有する化合物が、Eを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物である、製造方法(「製造方法(27)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(27)のいずれかにおいて、前記金属化合物の混合物が、少なくとも、ユーロピウムの窒化物または酸化物と、リチウムの窒化物、酸化物または炭酸塩と、バリウムの窒化物または酸化物または炭酸塩と、酸化ケイ素または窒化ケイ素と、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムとを含有する、製造方法(「製造方法(28)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(28)のいずれかにおいて、前記窒素を含有する不活性雰囲気の圧力範囲は、0.1MPa以上100MPa以下であり、
 前記窒素を含有する不活性雰囲気は窒素ガス雰囲気である、製造方法(「製造方法(29)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(29)のいずれかにおいて、焼成する工程で用いる焼成炉の発熱体、断熱体、または、試料容器に黒鉛を使用する、製造方法(「製造方法(30)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(30)のいずれかにおいて、前記金属化合物の混合物の形状は、粉体または凝集体であり、
 嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する、製造方法(「製造方法(31)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(31)のいずれかにおいて、焼成する工程の前に前記金属化合物の混合物を窒化ホウ素製の容器に保持する工程を含む、製造方法(「製造方法(32)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(32)のいずれかにおいて、前記金属化合物の混合物の形状は、粉体または凝集体であり、
 前記紛体または凝集体の平均粒径は、500μm以下である、製造方法(「製造方法(33)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(33)のいずれかにおいて、スプレイドライヤ、ふるい分け、または、風力分級を用いる工程を含む、製造方法(「製造方法(34)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(34)のいずれかにおいて、前記焼成は、常圧焼結法またはガス圧焼結法である、製造方法(「製造方法(35)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(35)のいずれかにおいて、粉砕、分級、酸処理から選ばれる1種ないし複数の手法により、焼成により合成した蛍光体粉末の平均粒径を50nm以上20μm以下に粒度調整する、製造方法(「製造方法(36)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(36)のいずれかにおいて、焼成後の蛍光体粉末、粉砕処理後の蛍光体粉末、または、粒度調整後の蛍光体粉末を、1000℃以上で焼成温度以下の温度で熱処理する工程を含む、製造方法(「製造方法(37)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(37)のいずれかにおいて、前記金属化合物の混合物に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物を添加して焼成する、製造方法(「製造方法(38)」という)であってもよい。
 これら製造方法(25)から(38)のいずれかにおいて、前記焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物は、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素のフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、あるいは、リン酸塩の1種または2種以上の混合物である、製造方法(「製造方法(39)」という)であってもよい。
 上記製造方法(38)又は(39)において、焼成後に溶剤で洗浄することにより、前記焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物の含有量を低減させる、製造方法(「製造方法(40)」という)であってもよい。
 本発明による発光装置は、少なくとも発光体または発光光源と蛍光体(「第1の蛍光体」という)とを備えて構成され、前記蛍光体は、少なくとも上記蛍光体(1)から(24)のいずれかを含む発光装置(「発光装置(41)」という)であってもよい。
 上記発光装置(41)において、前記発光体または発光光源は、330~500nmの波長の光を発する発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、半導体レーザ、または、有機EL発光体(OLED)である、発光装置(「発光装置(42)」という)であってもよい。
 上記発光装置(41)又は(42)において、前記発光装置が、白色発光ダイオード、複数の前記白色発光ダイオードを含む照明器具、または、液晶パネル用バックライトである、発光装置(「発光装置(43)」という)であってもよい。
 これらの発光装置(41)から(43)のいずれかにおいて、前記発光体または発光光源は、ピーク波長300~450nmの紫外または可視光を発し、
 上記蛍光体(第1の蛍光体)が発する青色から赤色の光と他の蛍光体(「第2の蛍光体」という)が発する450nm以上の波長の光とを混合することにより白色光または白色光以外の光を発する、発光装置(「発光装置(44)」という)であってもよい。
 これらの発光装置(41)から(44)のいずれかにおいて、前記発光体または発光光源によりピーク波長420nm~500nm以下の光を発する青色蛍光体(「第3の蛍光体」という)をさらに含む、発光装置(「発光装置(45)」という)であってもよい。これは、例えば、前記第2の蛍光体が当該第3の蛍光体を含むことを意味してもよい。
 上記発光装置(45)において、前記青色蛍光体は、AlN:(Eu,Si)、BaMgAl1017:Eu、SrSiAl19ON31:Eu、LaSiAl1932:Eu、α-サイアロン:Ce、JEM:Ceから選ばれる、発光装置(「発光装置(46)」という)であってもよい。
 これらの発光装置(41)から(46)のいずれかにおいて、前記発光体によりピーク波長500nm以上550nm以下の光を発する緑色蛍光体(「第4の蛍光体」という)をさらに含む、発光装置(「発光装置(47)」という)であってもよい。
 この発光装置(47)において、前記緑色蛍光体は、β-サイアロン:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Euから選ばれる、発光装置(「発光装置(48)」という)であってもよい。
 これらの発光装置(41)から(48)のいずれかにおいて、前記蛍光体は、前記発光体または発光光源によりピーク波長550nm以上600nm以下の光を発する黄色蛍光体(「第5の蛍光体」という)をさらに含む、発光装置(「発光装置(49)」という)であってもよい。これは、例えば、前記第2の蛍光体が当該第5の蛍光体を含むことを意味してもよい。
 上記発光装置(49)において、前記黄色蛍光体は、YAG:Ce、α-サイアロン:Eu、CaAlSiN:Ce、LaSi11:Ceから選ばれる、発光装置(「発光装置(50)」という)であってもよい。
 これらの発光装置(41)から(50)のいずれかにおいて、前記発光体または発光光源によりピーク波長600nm以上700nm以下の光を発する赤色蛍光体(「第6の蛍光体」という)をさらに含む、発光装置(「発光装置(51)」という)であってもよい。これは、例えば、前記第2の蛍光体が当該第6の蛍光体を含むことを意味してもよい。
 上記発光装置(51)において、前記赤色蛍光体は、CaAlSiN:Eu、(Ca,Sr)AlSiN:Eu、CaSi:Eu、SrSi:Euから選ばれる、発光装置(「発光装置(52)」という)であってもよい。
 これらの発光装置(41)から(52)のいずれかにおいて、前記発光体または発光光源は、320~450nmの波長の光を発するLEDである、発光装置(「発光装置(53)」という)であってもよい。
 本発明による画像表示装置は、少なくとも励起源および蛍光体(「第1の蛍光体」という)を備えた画像表示装置において、前記蛍光体は、少なくとも上記蛍光体(1)から(24)のいずれかを含む、画像表示装置であってよい。
 上記画像表示装置において、前記画像表示装置が、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、または、液晶ディスプレイ(LCD)のいずれかであってもよい。
 本発明による顔料は、上記蛍光体(1)から(24)のいずれかに記載の無機化合物からなってもよい。
 本発明の紫外線吸収剤は、上記蛍光体(1)から(24)のいずれかに記載の無機化合物からなってもよい。
 本発明の蛍光体は、1価元素と2価元素と3価元素と4価元素とを含む多元窒化物または多元酸窒化物、なかでもLiBaAlSi12で示される結晶、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を持つ無機結晶、または、これらの固溶体結晶に付活イオンが固溶した無機化合物を主成分として含有する。これにより、青色から赤色の高輝度の発光を示し、特定の組成では緑色の蛍光体として優れている。本発明の蛍光体は、長期間励起源に曝された場合でも、輝度が低下しないため、白色発光ダイオード等の発光装置、照明器具、液晶用バックライト光源、VFD、FED、PDP、CRTなどに好適に使用される。また、本発明の蛍光体は、紫外線を吸収することから顔料および紫外線吸収剤に好適である。
LiBaAlSi12結晶の結晶構造を示す図。 LiBaAlSi12結晶の結晶構造から計算したCuKα線を用いた粉末X線回折パターンを示す図。 合成物から抽出したLiBaAlSi12結晶の単結晶の顕微鏡写真。 実施例6で合成した合成物の粉末X線回折パターンを示す図。 実施例6で合成した合成物の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 本発明による照明器具(砲弾型LED照明器具)を示す概略図。 本発明による照明器具(基板実装型LED照明器具)を示す概略図。 本発明による画像表示装置(プラズマディスプレイパネル)を示す概略図。 本発明による画像表示装置(フィールドエミッションディスプレイパネル)を示す概略図。
 以下、本発明の蛍光体を、図面を参照して詳しく説明する。
 本発明の蛍光体は、少なくともLi元素と、A元素と、D元素と、E元素と、X元素(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とを含む、LiBaAlSi12で示される結晶、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、あるいはこれらの結晶の固溶体結晶に、M元素(ただしMは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を主成分として含むことにより、高輝度な蛍光体として機能する。なお、本明細書では、LiBaAlSi12で示される結晶、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、あるいは、これらの結晶の固溶体結晶を総称して、簡単のため、LiBaAlSi12系結晶と呼ぶことがある。
 LiBaAlSi12で示される結晶は、本発明者が新たに合成し、結晶構造解析により新規結晶であると確認した、本発明より以前において報告されていない結晶である。
 図1は、LiBaAlSi12結晶の結晶構造を示す図である。
 本発明者が合成したLiBaAlSi12結晶の結晶構造は、LiBaAlSi12で示される単結晶の結晶構造のひとつであり、このLiBaAlSi12結晶について行った単結晶構造解析によれば、このLiBaAlSi12結晶は斜方晶系に属し、Pnnm空間群(International Tables for Crystallographyの58番の空間群)に属し、表1に示す結晶パラメータおよび原子座標位置を備え、各構成元素が各席において各占有率を有する。
 表1において、格子定数a、b、cは単位格子の軸の長さを示し、α、β、γは単位格子の軸間の角度を示す。原子座標は単位格子中の各原子の位置を、単位格子を単位とした0から1の間の値で示す。この結晶中には、Li、Ba、Si、Al、Nの各原子が存在し、Liは1種類の席Li(1)に存在し、Baは1種類の席Ba(1)に存在する解析結果を得た。また、SiとAlは席を区別することなく(Si,Al(1)から(Si,Al(3)の3種類の席に存在する解析結果を得た。さらに、NはN(1)からN(4)の4種類の席に存在する解析結果を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1のデータを使った解析の結果、LiBaAlSi12結晶は図1に示す構造であり、SiまたはAlと、Nとの結合で構成される4面体が連なった骨格中にLi元素とBa元素とが含有された構造を持つことが分かった。この結晶中にはEu等の付活イオンとなるM元素は、主にBa元素の一部を置換する形で結晶中に取り込まれる。
 合成および構造解析したLiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造をとる結晶として、(Li,A)(D,E)12結晶および(Li,A)(D,E)(O,N)12結晶が含まれてよい。代表的なA元素は、Ba、SrおよびBaの混合、またはSrおよびLaの混合であってよい。
 (Li,A)(D,E)12結晶においては、LiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造において、Baが入るとされる席にAが、SiとAlとが入るとされる席には相互に区別することなくDとEとが入り、Nが入るとされる席にはXが入ることができる。これにより、同一の結晶構造を保ったまま、LiとA元素とが合計で3に対して、D元素とE元素とが合計で8、X元素が合計で12の原子数の比とすることができる。ただし、Li、A、D、EのカチオンとXのアニオンとの比は結晶中の電気的中性が保たれる条件を満たすことが望ましい。
 (Li、A)(Si、Al)(O,N)12結晶においては、LiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造において、SiとAlとが入るとされる席には相互に区別することなくSiとAlとが入り、Nが入るとされる席にはOとNとが入ることができる。これにより、同一の結晶構造を保ったまま、LiとA元素とが合計で3に対して、SiとAlとが合計で8、OとNとが合計で12の原子数の比とすることができる。ただし、Si/Al比とO/N比とは結晶中の電気的中性が保たれる条件を満たすことが望ましい。
 本発明のLiBaAlSi12系結晶は、X線回折または中性子線回折により同定することができる。本発明で示すLiBaAlSi12結晶のX線回折結果と同一の回折を示す物質として、例えば、(Li,A)(D,E)12で示される結晶がある。さらに、LiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造において、構成元素が他の元素と置き換わることにより格子定数または原子位置が変化した結晶があり得る。ここで、構成元素が他の元素で置き換わるものとは、例えば、LiBaAlSi12結晶中のLiの一部を、Na等の1価の元素で置換したものが含まれてよい。さらに、LiBaAlSi12結晶中のBaの一部または全てを、Ba以外のA元素(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素)あるいはM元素(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)で置換したものが含まれてよい。さらに、結晶中のSiの一部または全てを、Si以外のD元素(ただし、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素)で置換したものが含まれてよい。さらに、結晶中のAlの一部または全てを、Al以外のE元素(ただし、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素)で置換したものが含まれてよい。さらに、結晶中のNの一部または全てが酸素またはフッ素で置換したものが含まれてよい。これらの置換は結晶中の全体の電荷が中性となるように置換されることが望ましい。これらの元素置換の結果、結晶構造が変わらないものは、LiBaAlSi12系結晶とすることができる。元素の置換により、蛍光体の発光特性、化学的安定性、熱的安定性が変化するので、結晶構造が保たれる範囲に置いて、用途に応じて適時選択することができる。
 LiBaAlSi12系結晶は、その構成成分が他の元素で置き換わったり、Euなどの付活元素が固溶したりすることによって格子定数は変化するが、結晶構造と原子が占めるサイトとその座標によって与えられる原子位置とは、骨格原子間の化学結合が切れるほどには大きく変わることはない。本発明では、X線回折や中性子線回折の結果をPnnmの空間群でリートベルト解析して求めた格子定数および原子座標から計算されたAl-NおよびSi-Nの化学結合の長さ(近接原子間距離)が、表1に示すLiBaAlSi12結晶の格子定数と原子座標から計算された化学結合の長さと比べて±5%以内の場合は同一の結晶構造と定義してLiBaAlSi12系結晶かどうかの判定を行う。LiBaAlSi12系結晶において、化学結合の長さが±5%を超えて変化すると、化学結合が切れて別の結晶となることが実験上確認されたため、このような判定基準とした。
 さらに、固溶量が小さい場合は、LiBaAlSi12系結晶の簡便な判定方法として次の方法がある。新たな物質について測定したX線回折結果から計算した格子定数と、表1の結晶構造データを用いて計算した回折のピーク位置(2θ)とが、主要ピークについて一致したときに当該結晶構造が同じものと特定することができる。
 図2は、LiBaAlSi12結晶の結晶構造から計算したCuKα線を用いた粉末X線回折パターンを示す図である。
 実際の合成では粉末形態の合成品が得られるため、得られた合成品の粉末X線回折パターンと図2の粉末X線回折パターンとを比較することにより、LiBaAlSi12系結晶かどうかの簡易的な判定ができる。
 LiBaAlSi12系結晶の粉末X線回折パターンの主要ピークとしては、回折強度の強い10本程度(条件により、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、又はそれ以上の本数を含む)で判定するとよい。表1は、その意味でLiBaAlSi12系結晶を特定する上において基準となるもので重要である。また、LiBaAlSi12系結晶の結晶構造を斜方晶の他の晶系を用いても近似的な構造を定義することができ、その場合異なった空間群、格子定数および面指数を用いた表現となるが、X線回折パターン(例えば図2)および結晶構造(例えば図1)に変わりはない。従って、仮に他の晶系を用いた同定方法であっても、同定結果も本質的に同一となるはずである。このため、本発明では、斜方晶系としてX線回折の解析を行うものとする。この表1に基づく物質の同定方法については、後述実施例において具体的に述べることとし、ここでは概略的な説明に留める。
 LiBaAlSi12系結晶に、M元素として、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素を付活すると蛍光体が得られる。LiBaAlSi12系結晶の組成、付活元素の種類および量により、励起波長、発光波長、発光強度等の発光特性が変化するので、用途に応じて選択するとよい。
 LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、(Li,A)(D,E)12で示される結晶であり、少なくともA元素にBaを含む、D元素にSiを含み、E元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む組成は発光強度が高い。
 さらに、A元素がBaあるいはBaとLaとの組み合わせであり、D元素がSiであり、E元素がAlであり、X元素がNあるいはNとOとの組み合わせである結晶にM元素としてEuが固溶した無機化合物を含む蛍光体は、500nm以上550nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色発光する。また、さらに組成を制御することにより、本発明の蛍光体は、500nm以上520nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色発光する。
 さらに、A元素がBaとSrとの組み合わせであり、D元素がSiであり、E元素がAlであり、X元素がNあるいはNとOとの組み合わせである結晶にM元素としてEuが固溶した無機化合物を含む蛍光体は、620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ赤色発光する。
 LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、Li(Ba,La)(Al,Si)(O,N)12、Li(Ba,Sr)(Al,Si)(O,N)12、または、LiBa(Al,Si)(O,N)12である蛍光体は、結晶が安定であり、発光強度が高い。
 LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、LiBaSi7-xAl1+x12-x、Li(Sr,Ba)Si7-xAl1+x12-x、または、Li(Sr,La)Si7-xAl1+x12-x(ただし、0 ≦ x ≦ 4)の組成式で示される結晶をホスト結晶(母体結晶)とする蛍光体は、発光強度が高く、組成を変えることにより色調の変化が制御できる蛍光体である。xの範囲は、結晶が安定となるため、好ましくは、0 ≦ x <2である。
 付活元素MがEuである蛍光体は、特に発光強度が高い。
 LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、斜方晶系である結晶は特に安定であり、これらをホスト結晶とする蛍光体は発光強度が高い。
 さらに、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶が、斜方晶系の結晶であり、空間群Pnnmの対称性を持ち、
格子定数a、b、cが、
a = 1.40941±0.05 nm
b = 0.48924±0.05 nm
c = 0.80645±0.05 nm
の範囲のものは結晶が特に安定であり、これらをホスト結晶とする蛍光体は発光強度が高い。この範囲を外れると結晶が不安定となり発光強度が低下することがある。
 上述の無機化合物が、組成式Li(ただし、式中z+d+e+f+g+h = 1であり、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータz、d、e、f、g、hが、
0.035 ≦ z ≦ 0.05
0.00001 ≦ d ≦ 0.05
0.05 ≦ e ≦ 0.1
0.2 ≦ f ≦ 0.4
0.03 ≦ g ≦ 0.1
0.45 ≦ h ≦ 0.6
の条件を全て満たす蛍光体は特に発光強度が高い。
 パラメータzは、Li元素の組成を表すパラメータであり、0.035より少ないか0.05より多いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータdは、付活元素の添加量であり、0.00001より少ないと付活イオンの量が不十分で輝度が低下する。0.05より多いと付活イオン間の相互作用による濃度消光のため発光強度が低下する恐れがある。パラメータeは、Ba等のアルカリ土類元素の組成を表すパラメータであり、0.05より少ないか0.1より多いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータfは、Si等のD元素の組成を表すパラメータであり、0.2より少ないか0.4より多いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータgは、Al等のE元素の組成を表すパラメータであり、0.03より少ないか0.1より多いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。パラメータhは、O、N、F等のX元素の組成を表すパラメータであり、0.45より少ないか0.6より多いと結晶構造が不安定になり発光強度が低下する。X元素はアニオンであり、A、M、D、E元素のカチオンと中性の電荷が保たれるようにO、N、F比の組成が決まる。
 さらに、パラメータz、d、e、f、g、hが、
z+d+e = (3/23)±0.05
f+g = (8/23)±0.05
h = (12/23)±0.05
の条件を全て満たす無機化合物は、結晶構造が安定であり特に発光強度が高い。なかでも、
z+d+e = 3/23
f+g = 8/23
h = 12/23
の条件を全て満たす無機化合物、すなわち、(Li,A)(D,E)12の組成を持つ結晶は、結晶構造が特に安定であり特に発光強度が高い。
 さらに、パラメータf、gが、
5/8 < f/(f+g) < 8/8
の条件を満たす無機化合物は、結晶構造が安定であり発光強度が高い。
 上述の組成式において、X元素がNとOとを含み、組成式Lih1h2(ただし、式中z+d+e+f+g+h1+h2 = 1、および、h1+h2 = hである)で示され、
0/12 < O/(O+N) ≦ 4/12
の条件を満たす無機化合物は、結晶構造が安定であり発光強度が高い。
 上述の組成式において、付活元素であるM元素が少なくともEuを含む蛍光体は、本発明の中でも発光強度が高い蛍光体であり、特定の組成では500nm以上550nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色、あるいは、620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ赤色の蛍光体が得られる。
 上述の組成式において、少なくとも、A元素にBaを含み、D元素にSiを含み、E元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じて、X元素にOを含む無機化合物は、結晶構造が安定であり、発光強度が高い。
 パラメータxとyとを用いて
EuLiBa2-ySi7-xAl1+x12-x、EuLi(Ba,La)2-ySi7-xAl1+x12-xまたはEuLi(Ba,Sr)2-ySi7-xAl1+x12-x
ただし、
0 ≦ x ≦ 4
0.0001 ≦ y < 2
で示される無機化合物を含む蛍光体は、安定な結晶構造を保ったままxとyのパラメータを変えることによる組成範囲でEu/Ba比、Si/Al比、N/O比を変化させることができる。これにより、励起波長や発光波長を連続的に変化させることができるため、材料設計がやりやすい蛍光体である。xの範囲は、結晶が安定となるため、好ましくは、0 ≦ x <2である。
 平均粒径0.1μm以上20μm以下の単結晶粒子あるいは単結晶の集合体である無機化合物を含む蛍光体は、発光効率が高く、LEDに実装する場合の操作性がよいため、この範囲の粒径に制御するのがよい。
 無機化合物に含まれるFe、CoおよびNiの不純物元素は、発光強度低下の恐れがある。蛍光体中のこれらの元素の合計が500ppm以下とすることにより、発光強度低下の影響が少なくなる。
 本発明の実施形態の1つとして、本発明の蛍光体は、上述のLiBaAlSi12系結晶を母体結晶とし、これに付活イオンMが固溶した無機化合物と、これと異なる他の結晶相あるいはアモルファス相との混合物であり、無機化合物の含有量が20質量%以上である蛍光体がある。LiBaAlSi12系結晶の蛍光体単体では目的の特性が得られない場合、あるいは、導電性等の機能を付加する場合に本実施形態を用いるとよい。LiBaAlSi12系結晶の含有量は目的とする特性により調整するとよいが、20質量%以下では発光強度が低くなる恐れがある。このような観点から、本発明の蛍光体において、20質量%以上を上述の無機化合物の主成分とすることが好ましい。
 電子線励起の用途など蛍光体に導電性が必要とされる場合は、他の結晶相あるいはアモルファス相として導電性を持つ無機物質を添加するとよい。
 導電性を持つ無機物質には、Zn、Al、Ga、In、Snから選ばれる1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物、窒化物、あるいは、これらの混合物がある。具体的には、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化インジウム、酸化スズなどがある。
 LiBaAlSi12系結晶の蛍光体単体では目的とする発光スペクトルが得られない場合は、第2の他の蛍光体を添加するとよい。他の蛍光体には、BAM蛍光体、β-サイアロン蛍光体、α-サイアロン蛍光体、(Sr,Ba)Si蛍光体、CaAlSiN蛍光体、(Ca,Sr)AlSiN蛍光体等がある。なお、他の結晶相またはアモルファス相として、上述のような本発明の無機化合物と異なる無機蛍光体を用いてもよい。
 本発明の実施形態の1つとして、励起源を照射することにより620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ蛍光体がある。例えば、Euを付活したLiBaAlSi12系結晶の蛍光体は、組成の調整によりこの範囲に発光ピークを持つ。例示的には、Euを付活したLiBaAlSi12系結晶において、A元素がBaまたはBaとLaとの組み合わせである蛍光体は、500nm以上550nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色発光し、Euを付活したLiBaAlSi12系結晶において、A元素がBaとSrとの組み合わせである蛍光体は、620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ赤色発光する。
 本発明の実施形態の1つとして、励起源が100nm以上450nm以下の波長を持つ真空紫外線、紫外線、可視光、または、電子線あるいはX線で発光する蛍光体がある。これらの励起源を用いることにより効率よく発光させることができる。
 本発明の実施形態の1つとして、LiBaAlSi12で示される結晶、および、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶にEuが固溶した蛍光体がある。組成を調整することにより、360nmから450nmの光を照射すると、500nm以上550nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色の蛍光、あるいは、620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ赤色の蛍光を発するので、白色LED等の緑色発光または赤色発光の用途に用いるとよい。
 例示的には、LiBaAlSi12結晶、LiBa(Al,Si)(O,N)12で示される結晶、あるいは、Li(Ba,La)(Al,Si)12で示される結晶にEuが固溶した蛍光体は、360nmから450nmの光を照射すると500nm以上550nm以下の緑色の高輝度を有する蛍光を発する。Li(Ba,Sr)(Al,Si)12で示される結晶にEuが固溶した蛍光体は、360nmから450nmの光を照射すると620nm以上670nm以下の赤色の高輝度を有する蛍光を発する。
 本発明の実施形態の1つとして、励起源が照射されたときに発光する色がCIE1931色度座標上の(x0,y0)の値で、
0 ≦ x0 ≦ 0.5
0.1 ≦ y0 ≦ 0.9
の範囲の蛍光体がある。例えば、
EuLiBa2-ySi7-xAl1+x12-x
ただし、
0 ≦ x ≦ 4
0.0001 ≦ y < 2
で示される組成に調整することにより、この範囲の色度座標の色を発色する蛍光体が得られる。白色LED等の緑色発光の用途に用いるとよい。
 このように本発明の蛍光体は、電子線やX線、及び紫外線から可視光の幅広い励起範囲を持つこと、青色から赤色の発光をすること、特に特定の組成では500nm以上550nm以下の緑色あるいは620nm以上670nm以下の赤色を呈し、かつ、発光波長や発光ピーク幅が調節可能であることが特徴である。このような発光特性により、本発明の蛍光体は、照明器具、画像表示装置、顔料、紫外線吸収剤に好適である。本発明の蛍光体は、高温にさらしても劣化しないことから耐熱性に優れており、酸化雰囲気および水分環境下での長期間の安定性にも優れているという利点をも有し、耐久性に優れた製品を提供し得る。
 このような本発明の蛍光体の製造方法は特に規定されないが、例えば焼成することにより、LiBaAlSi12系結晶を母体結晶としこれに付活イオンMが固溶した無機化合物を構成しうる金属化合物の混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成することにより得ることができる。本発明の主結晶は斜方晶系で空間群Pnnmに属するが、焼成温度等の合成条件により、これと異なる結晶系または空間群を持つ結晶が混入する場合があり得るが、この場合においても、発光特性の変化は僅かであるため高輝度蛍光体として使用することができる。
 出発原料としては、例えば、金属化合物の混合物が、Liを含有する化合物と、Mを含有する化合物と、Aを含有する化合物と、Dを含有する化合物と、Eを含有する化合物と、Xを含有する化合物(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、In、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とを用いるとよい。
 出発原料として、Liを含有する化合物が、Liを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、Mを含有する化合物が、Mを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、Aを含有する化合物が、Aを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、Dを含有する化合物が、Dを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、Eを含有する化合物が、Eを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であるものは、原料が入手しやすく安定性に優れるため好ましい。Xを含有する化合物が、酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物、酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であるものは、原料が入手しやすく安定性に優れるため好ましい。
 Euを付活したLiBaAlSi12系結晶の蛍光体を製造する場合は、少なくとも、ユーロピウムの窒化物または酸化物と、リチウムの窒化物、酸化物または炭酸塩と、バリウムの窒化物、酸化物または炭酸塩と、酸化ケイ素または窒化ケイ素と、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムとを含有する出発原料を用いるのが、焼成時に反応が進行しやすいため好ましい。
 焼成に用いる炉は、焼成温度が高温であり、焼成雰囲気が窒素を含有する不活性雰囲気であることから、金属抵抗加熱方式又は黒鉛抵抗加熱方式で、炉の高温部の材料として炭素を用いた電気炉が好適である。
 窒素を含有する不活性雰囲気の圧力範囲は、出発原料および生成物である窒化物あるいは酸窒化物の熱分解が抑えられるため、好ましくは、0.1MPa以上100MPa以下の範囲である。窒素を含有する不活性雰囲気は、好ましくは、窒素ガス雰囲気である。焼成雰囲気中の酸素分圧は、出発原料および生成物である窒化物あるいは酸窒化物の酸化反応を抑制するため、好ましくは、0.0001%以下である。
 なお、焼成時間は焼成温度によっても異なるが、通常1~10時間程度である。
 蛍光体を粉体または凝集体形状で製造するには、紛体または凝集体の形状である金属化合物の混合物を嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する方法をとるとよい。嵩密度を40%以下の充填率にすることにより、粒子同士の強固な接着をさけることができる。ここで、相対嵩密度とは、容器に充填された粉体の質量を容器の容積で割った値(嵩密度)と粉体の物質の真密度との比である。特に断りのない限り、本発明では、相対嵩密度を単に嵩密度と称する。
 金属化合物の混合物の焼成において、混合物を保持する容器に種々の耐熱性材料が使用されうるが、本発明に使用する金属窒化物に対する材質劣化の悪影響が低いことから、学術雑誌Journal of the American Ceramic Society 2002年85巻5号1229ページないし1234ページに記載の、α-サイアロンの合成に使用された窒化ホウ素をコートしたグラファイトるつぼに示されるように、窒化ホウ素をコートした容器、あるいは、窒化ホウ素焼結体等の窒化ホウ素製の容器が適している。このような条件で焼成を行うと、容器から製品にホウ素あるいは窒化ホウ素成分が混入するが、少量であれば発光特性は低下しないので影響は少ない。さらに少量の窒化ホウ素の添加により、製品の耐久性が向上することがあるので、場合によっては好ましい。
 蛍光体を粉体または凝集体形状で製造するには、金属化合物の混合物の形状は、粉体または凝集体であり、これらの平均粒径は500μm以下とすると、反応性と操作性に優れるので好ましい。
 粒子または凝集体の粒径を500μm以下にする方法として、スプレイドライヤ、ふるい分け、または、風力分級を用いると作業効率と操作性にすぐれるので好ましい。
 蛍光体を粉体または凝集体形状で製造するには、ホットプレスによることなく、常圧焼結法またはガス圧焼結法の外部から機械的な加圧を施さない焼成手法が、好ましい。
 蛍光体粉末の平均粒径は、体積基準のメディアン径(d50)で50nm以上200μm以下のものが、発光強度が高いので好ましい。体積基準の平均粒径の測定は、例えば、マイクロトラックやレーザ散乱法によって測定できる。粉砕、分級、酸処理から選ばれる1種ないし複数の手法を用いることにより、焼成により合成した蛍光体粉末の平均粒径を50nm以上200μm以下に粒度調整するとよい。
 焼成後の蛍光体粉末、粉砕処理後の蛍光体粉末、または、粒度調整後の蛍光体粉末を、1000℃以上で焼成温度以下の温度で熱処理することにより、粉末に含まれる欠陥および粉砕による損傷が回復することがある。欠陥および損傷は発光強度の低下の要因となることがあり、熱処理により発光強度が回復する。
 蛍光体の合成のための焼成時に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物を添加して焼成してもよい。このような液相を生成する無機化合物は、フラックスとして働き、反応および粒成長が促進されて安定な結晶が得られることがあり、これによって発光強度が向上することがある。
 焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物には、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素のフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、あるいは、リン酸塩の1種または2種以上の混合物がある。これらの無機化合物はそれぞれ融点が異なるため、合成温度によって使い分けるとよい。
 さらに、焼成後に溶剤で洗浄することにより、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物の含有量が低減する。これにより、蛍光体の発光強度が高くなることがある。
 本発明の蛍光体を発光装置等の用途に使用する場合には、これを液体媒体中に分散させた形態で用いることが好ましい。また、本発明の蛍光体を含有する蛍光体混合物として用いることもできる。本発明の蛍光体を液体媒体中に分散させたものを、蛍光体含有組成物と呼ぶものとする。
 本発明の蛍光体含有組成物に使用可能な液体媒体としては、所望の使用条件下において液状の性質を示し、本発明の蛍光体を好適に分散させると共に、好ましくない反応等を生じないものであれば、任意のものを目的等に応じて選択することが可能である。液体媒体の例としては、硬化前の付加反応型シリコーン樹脂、縮合反応型シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。これらの液体媒体は一種を単独で使用してもよく、二種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
 液体媒体の使用量は、用途等に応じて適宜調整すればよいが、一般的には、本発明の蛍光体に対する液体媒体の重量比で、通常3重量%以上、好ましくは5重量%以上、また、通常30重量%以下、好ましくは15重量%以下の範囲である。
 また、本発明の蛍光体含有組成物は、本発明の蛍光体および液体媒体に加え、その用途等に応じて、その他の任意の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、拡散剤、増粘剤、増量剤、干渉剤等が挙げられる。具体的には、アエロジル等のシリカ系微粉、アルミナ等が挙げられる。
 本発明の発光装置は、少なくとも発光体または発光光源と蛍光体とを備え、蛍光体は、少なくとも、上述してきた本発明の蛍光体を含む。
 発光体または発光光源としては、LED発光器具、レーザダイオード(LD)発光器具、半導体レーザ、有機EL発光体(OLED)、蛍光ランプなどがある。LED発光装置では、本発明の蛍光体を用いて、特開平5-152609、特開平7-99345、特許公報第2927279号などに記載されているような公知の方法により製造することができる。この場合、発光体または発光光源は、330~500nmの波長の光を発するものが望ましく、中でも330~420nmの紫外(または紫)LED発光素子または420~450nmの青色LED発光素子が好ましい。これらのLED発光素子としては、GaNやInGaNなどの窒化物半導体からなるものがあり、組成を調整することにより、所定の波長の光を発する発光光源となり得る。
 本発明の発光装置としては、本発明の蛍光体を含む、白色発光ダイオード、複数の白色発光ダイオードを含む照明器具、または、液晶パネル用バックライト等がある。
 このような発光装置において、本発明の蛍光体に加えて、Euを付活したβ-サイアロン緑色蛍光体、Euを付活したα-サイアロン黄色蛍光体、Euを付活したSrSi橙色蛍光体、Euを付活した(Ca,Sr)AlSiN橙色蛍光体、および、Euを付活したCaAlSiN赤色蛍光体から選ばれる1種または2種以上の蛍光体をさらに含んでもよい。上記以外の黄色蛍光体としては、例えば、YAG:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si:Euなどを用いてもよい。
 本発明の発光装置の一形態として、発光体または発光光源がピーク波長300~450nmの紫外または可視光を発し、本発明の蛍光体が発する青色から赤色の光と、本発明の他の蛍光体が発する450nm以上の波長の光を混合することにより白色光または白色光以外の光を発する発光装置がある。
 本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長420nm~500nm以下の光を発する青色蛍光体を含むことができる。このような、青色蛍光体としては、AlN:(Eu,Si)、BaMgAl1017:Eu、SrSiAl19ON31:Eu、LaSiAl1932:Eu、α-サイアロン:Ce、JEM:Ceなどがある。
 本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長500nm以上550nm以下の光を発する緑色蛍光体を含むことができる。このような、緑色蛍光体としては、例えば、β-サイアロン:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Euなどがある。
 本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長550nm以上600nm以下の光を発する黄色蛍光体を含むことができる。このような黄色蛍光体としては、YAG:Ce、α-サイアロン:Eu、CaAlSiN:Ce、LaSi11:Ceなどがある。
 本発明の発光装置の一形態として、本発明の蛍光体に加えて、さらに、発光体または発光光源によりピーク波長600nm以上700nm以下の光を発する赤色蛍光体を含むことができる。このような赤色蛍光体としては、CaAlSiN:Eu、(Ca,Sr)AlSiN:Eu、CaSi:Eu、SrSi:Euなどがある。
 本発明の発光装置の一形態として、発光体または発光光源が320~450nmの波長の光を発するLEDを用いると発光効率が高いため、高効率の発光装置を構成することができる。
 本発明の画像表示装置は、少なくも励起源および蛍光体を備え、蛍光体は、少なくとも、上述してきた本発明の蛍光体を含む。
 画像表示装置としては、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)などがある。本発明の蛍光体は、100~190nmの真空紫外線、190~380nmの紫外線、電子線などの励起で発光することが確認されており、これらの励起源と本発明の蛍光体との組み合わせで、上記のような画像表示装置を構成することができる。
 特定の化学組成を有する無機化合物を主成分とする本発明の蛍光体は、白色の物体色を持つことから顔料又は蛍光顔料として使用することができる。すなわち、本発明の蛍光体に太陽光、蛍光灯などの照明を照射すると白色の物体色が観察されるが、その発色がよいこと、そして長期間に渡り劣化しないことから、本発明の蛍光体は無機顔料に好適である。このため、塗料、インキ、絵の具、釉薬、プラスチック製品に添加する着色剤などに用いると長期間に亘って良好な発色を高く維持することができる。
 本発明の蛍光体は、紫外線を吸収するため紫外線吸収剤としても好適である。このため、塗料として用いたり、プラスチック製品の表面に塗布したり内部に練り込んだりすると、紫外線の遮断効果が高く、製品を紫外線劣化から効果的に保護することができる。
 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が、これはあくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示したものであって、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
[合成に使用した原料]
 合成に使用した原料粉末は、比表面積11.2m/gの粒度の、酸素含有量1.29重量%、α型含有量95%の窒化ケイ素(宇部興産(株)製のSN-E10グレード)と、比表面積3.3m/gの粒度の、酸素含有量0.82重量%の窒化アルミニウム((株)トクヤマ製のEグレード)と、比表面積13.2m/gの粒度の酸化アルミニウム(大明化学工業製タイミクロン)と、窒化リチウム(LiN;高純度科学研究所製)と、純度99.5%の窒化ストロンチウム(Sr;セラック製)と、純度99.7%の窒化バリウム(Ba;セラック製)と、窒化ユーロピウム(EuN;金属ユーロピウムをアンモニア気流中で800℃で10時間加熱することにより、金属を窒化して得たもの)と、窒化ランタン(LaN;高純度化学研究所製)と、窒化セリウム(CeN;金属セリウムを窒素気流中で600℃で加熱して窒化したもの)とであった。
[LiBaAlSi12結晶の合成と構造解析]
 窒化リチウム(LiN)、窒化バリウム(Ba)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)をモル比で1:2:3:7の割合で混合組成を設計した。これらの原料粉末を、上記混合組成となるように秤量し、酸素含有量1ppmの窒素雰囲気のグローブボックス中で窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢とを用いて5分間混合を行なった。次いで、得られた混合粉末を、窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。混合粉末(粉体)の嵩密度は約30%であった。
 混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10-1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で1900℃でまで昇温し、その温度で2時間保持した。
 合成物を光学顕微鏡で観察し、合成物中から16μm×9μm×5μmの大きさの結晶粒子を採取した(図3参照)。この粒子をエネルギー分散型元素分析器(EDS;ブルカー・エイエックスエス社製QUANTAX)を備えた走査型電子顕微鏡(SEM;日立ハイテクノロジーズ社製のSU1510)を用いて、結晶粒子に含まれる元素の分析を行った。その結果、Ba、Si、Al、N元素の存在が確認され、Ba、Si、Alの含有原子数の比は、2:7:1であることが測定された。マススペクトルを用いて、Liを検出した。具体的には、New Wave Research社製のNd:YAGレーザによるビーム径30μmで波長213nmのレーザ光を合成物に照射して、合成物から揮散してきたLi元素を、レーザアブレーション付属のICPマススペクトルメータにより分析した。
 この結晶をガラスファイバーの先端に有機系接着剤で固定した。これをMoKα線の回転対陰極付きの単結晶X線回折装置(ブルカー・エイエックスエス社製のSMART APEXII Ultra)を用いて、X線源の出力が50kV50mAの条件でX線回折測定を行った。その結果、この結晶粒子が単結晶であることを確認した。
 次に、X線回折測定結果から単結晶構造解析ソフトウエア(ブルカー・エイエックスエス社製のAPEX2)を用いて結晶構造を求めた。得られた結晶構造データを表1に、結晶構造を図1に示す。表1には、結晶系、空間群、格子定数、原子の種類、原子位置が記述してあり、このデータを用いて、単位格子の形および大きさとその中の原子の並びとを決めることができる。なお、SiとAlとは同じ原子位置にある割合で入り、酸素と窒素とは同じ原子位置にある割合で入り、全体として平均化したときにその結晶の組成割合となる。
 この結晶は、斜方晶系(orthorhombic)に属し、空間群Pnnm、(International Tables for Crystallographyの58番の空間群)に属し、格子定数a、b、cが、a = 1.40941nm、b = 0.48924nm、c = 0.80645nm、角度α = 90°、β = 90°、γ = 90°であった。また原子位置は表1に示す通りであった。なお、表中、SiとAlとは同じ原子位置に組成によって決まるある割合で存在する。また、一般的にサイアロン系の結晶においてX((Li,A)(D,E)12結晶として表した場合のX。段落[0083]参照。)が入る席には酸素と窒素とが入ることができるが、Liは+1価、Baは+2価、Alは+3価、Siは+4価であるので、原子位置とLiとBaとAlとSiとの比がわかれば、(O,N)位置を占めるO(-2価)とN(-3価)との比は結晶の電気的中性の条件から求められる。EDSの測定値のBa:Si:Al比と、ICPマススペクトルメータによるLiの分析結果と、単結晶X線構造解析とから求めたこの結晶の組成は、LiBaAlSi12であった。なお、蛍光体全体として、出発原料組成と生成された結晶組成とが異なるようにみえる場合があるが、それは少量の第二相としてLiBaAlSi12以外の組成物が生成したことによると考えられる。その場合でも、本測定は特に取り出した単結晶を用いているので解析結果は純粋なLiBaAlSi12構造を示している。
 類似組成の検討を行ったところ、LiBaAlSi12結晶は、その結晶構造を保ったままBaの一部または全てをA元素(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素)で置換できることがわかった。すなわち、LiAlSi12の結晶はLiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造を持つ。中でも、SrおよびLaは幅広い置換割合で安定な結晶が得られる。さらにSiの一部をAlで置換、Alの一部をSiで置換、および/または、Nの一部を酸素で置換することができ、この結晶はLiBaAlSi12と同一の結晶構造を持つ結晶グループの1つの組成であることが確認された。また、電気的中性の条件から、
LiSi7-xAl1+x12-x(ただし、0 ≦ x ≦ 4)
で示される組成としても記述できる。
 結晶構造データからこの結晶は今まで報告されていない新規の物質であることが確認された。結晶構造データから計算した粉末X線回折パターンを図2に示す。今後は、合成物の粉末X回折測定を行い、測定された粉末X線回折パターンが図2と同じであれば図1の結晶LiBaAlSi12が生成していると判定できる。さらに、LiBaAlSi12系結晶として結晶構造を保ったまま格子定数等が変化したものは、粉末X線回折測定により得られた格子定数の値と表1の結晶構造データとから計算により粉末X線パターンを計算できるので、計算パターンと比較することによりLiBaAlSi12系結晶が生成していると判定できる。ここで、「測定された粉末X線回折パターンが図2と同じ」とは、粉末X線回折パターンの主要ピークのピーク位置(2θ)が、一致若しくは実質的に一致することを意味する。
[蛍光体実施例および比較例;例1から例15]
 表2および表3に示す設計組成に従って、原料を表4の混合組成(質量比)となるように秤量した。使用する原料の種類によっては表2および表3の設計組成と表4の混合組成との間で組成が異なる場合が生じるが、この場合は金属イオンの量が合致するように混合組成を決定した。生成された蛍光体全体として、想定される結晶の結晶組成からの組成のずれの成分は、生成物(蛍光体)中に第二相として混入するが、その量はわずかであるので、蛍光体としての性能に及ぼす影響は少ない。従って、生成された蛍光体は単結晶粒子(固溶元素が固溶した母体結晶を含んでよい)を含むので、本発明の蛍光体に含まれてよい。秤量した原料粉末を窒化ケイ素焼結体製乳棒と乳鉢とを用いて5分間混合を行なった。その後、混合粉末を窒化ホウ素焼結体製のるつぼに投入した。粉体の嵩密度は約20%から30%であった。
 混合粉末が入ったるつぼを黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、拡散ポンプにより焼成雰囲気を1×10-1Pa以下圧力の真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して炉内の圧力を1MPaとし、毎時500℃で表5に示す設定温度まで昇温し、その温度で2時間保持した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 次に、合成した化合物をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。結果を図4に示す。主な生成相を表6に示す。また、EDS測定およびICPマススペクトルメータにより、合成物中に含まれる元素を調べた。実施例2~5、7~12および14の合成物が、少なくとも、希土類元素、アルカリ土類金属、Si、Al、Li、および、Nを含むことを確認した。実施例6、13および15の合成物が、希土類元素、アルカリ土類金属、Si、Al、Li、OおよびNを含むことを確認した。
 図4は、実施例6で合成した合成物の粉末X線回折パターンを示す図である。
 合成物の粉末X線回折結果(図4)は構造解析の結果(図2)と良い一致を示し、実施例6の合成物のX線回折パターンは、LiBaAlSi12結晶のX線回折パターンが同じであり、LiBaAlSi12結晶と同一の結晶構造を持つ結晶が得られたことが分かった。例えば、図2の2θ=31.40度、33.65度、29.37度、22.11度、12.63度、36.71度、43.22度、52.23度、60.43度、21.22度のピークが、図4の2θ=31.35度、33.65度、28.5度、22.05度、12.6度、36.65度、43.05度、52.1.5度、60.35度、21.15度の夫々のピークと一部に強度の高さの逆転はあるものの、ほぼ対応しているので、良い一致を示している。ここで、2θの角度の誤差は、±1度と見積もった。さらに、EDS測定により、実施例6の合成物は、Eu、Ba、Si、Al、O、Nを含むことが確認された。Ba:Si:Alの比は、2:6:2であることが確認された。また、レーザアブレーションとCIP-MASSとを組み合わせた測定により、Liの存在を確認した。以上から、実施例6の合成物はLiBa(Al,Si)(O,N)12(詳細にはLiBaAlSi11)結晶にEuが固溶した無機化合物であることが確認された。図示しないが、他の実施例も同様のX線回折パターンを得た。同様に、図2の主要ピークとの対応を、それぞれ10本の主要ピークで行った結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表6に示すように、本発明の実施例の合成物は、LiBaAlSi12結晶と同じ結晶構造を持つ相が、主な生成相として、20質量%以上含有されることを確認した。混合原料組成と合成物の化学組成とが異なっている部分は、不純物第二相として合成物中に微量混在していることが示唆される。尚、ここで、原料として酸化物を使用しなくても、生成相から、酸化物若しくは酸窒化物が、副相として検出されたが、原料中の不純物酸素に起因するものと考えられる。
 以上より、本発明の実施例の合成物は、LiBaAlSi12系結晶にEuやCe等の付活イオンMが固溶した無機化合物を主成分として含むことが確認された。
 焼成後、この得られた合成物(焼成体)を粗粉砕の後、窒化ケイ素焼結体製のるつぼと乳鉢とを用いて手で粉砕し、30μmの目のふるいを通した。粒度分布を測定したところ、平均粒径は3~8μmであった。
 これらの粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、青色から赤色に発光することを確認した。この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトルを、蛍光分光光度計を用いて測定した。結果を図5に示す。励起スペクトルのピーク波長と発光スペクトルのピーク波長とを表7に示す。
 図5は、実施例6で合成した合成物の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 図5によれば、実施例6の合成物は、367nmで最も効率よく励起できることがわかり、367nmで励起したときの発光スペクトルは、511nmにピークを持つ緑色発光することがわかった。また、実施例6の合成物の発光色は、CIE1931色度座標において、0 ≦ x0 ≦ 0.5および0.1 ≦ y0 ≦ 0.9の範囲内であることを確認した。
 表7によれば、本発明の合成物は、300nm~380nmの紫外線、380nm~450nmの紫色または青色光で励起することが可能であり、青色から赤色発光する蛍光体であることが確認された。
 以上より、本発明の実施例の合成物は、LiBaAlSi12系結晶にEuやCe等の付活イオンMが固溶した無機化合物を主成分として含み、この無機化合物は蛍光体であることが分かった。
 さらに、表3および表7によれば、特定の組成に制御することにより、青色から赤色発光する蛍光体を得ることができることが分かる。例えば、実施例2、3、6~10、13の合成物に示されるように、A元素がBaあるいはBaとLaとの組み合わせであり、D元素がSiであり、E元素がAlであり、X元素がNあるいはNとOとの組み合わせである結晶にM元素としてEuが固溶した無機化合物を含む蛍光体は、500nm以上550nm以下の範囲の波長、好ましくは、500nm以上520nm以下の範囲の波長にピークを持つ緑色発光する。実施例4、5、11、12の合成物に示されるように、A元素がBaとSrとの組み合わせであり、D元素がSiであり、E元素がAlであり、X元素がNあるいはNとOとの組み合わせである結晶にM元素としてEuが固溶した無機化合物を含む蛍光体は、620nm以上670nm以下の範囲の波長にピークを持つ赤色発光する。
 なお、混合原料組成と合成物の化学組成が異なっている部分は、不純物第二相として合成物中に微量混在していると考えられる。
 図示しないが、実施例1~15で得られた合成物が白色の物体色を持ち、発色に優れていることを確認した。本発明の合成物である無機化合物は、太陽光または蛍光灯などの照明の照射によって、白色の物体色を示すので、顔料または蛍光顔料として利用できることが分かった。
[発光装置および画像表示装置の実施例;実施例16から19]
次ぎに、本発明の蛍光体を用いた発光装置について説明する。
[実施例16]
 図6は、本発明による照明器具(砲弾型LED照明器具)を示す概略図である。
 図6に示すいわゆる砲弾型白色発光ダイオードランプ(1)を製作した。2本のリードワイヤ(2、3)があり、そのうち1本(2)には、凹部があり、365nmに発光ピークを持つ紫外発光ダイオード素子(4)が載置されている。紫外発光ダイオード素子(4)の下部電極と凹部の底面とが導電性ペーストによって電気的に接続されており、上部電極ともう1本のリードワイヤ(3)とが金細線(5)によって電気的に接続されている。蛍光体(7)が樹脂に分散され、発光ダイオード素子(4)近傍に実装されている。この蛍光体を分散した第一の樹脂(6)は、透明であり、紫外発光ダイオード素子(4)の全体を被覆している。凹部を含むリードワイヤの先端部、紫色発光ダイオード素子、蛍光体を分散した第一の樹脂は、透明な第二の樹脂(8)によって封止されている。透明な第二の樹脂(8)は全体が略円柱形状であり、その先端部がレンズ形状の曲面となっていて、砲弾型と通称されている。
 本実施例では、実施例4で作製した赤色蛍光体と、実施例6で作製した緑色蛍光体と、α-サイアロン:Ce青色蛍光体と混合した蛍光体粉末を35重量%の濃度でエポキシ樹脂に混ぜ、これをディスペンサを用いて適量滴下して、蛍光体を混合したもの(7)を分散した第一の樹脂(6)を形成した。得られた発光装置の発色は、x=0.33、y=0.33であり、白色であった。
[実施例17]
 図7は、本発明による照明器具(基板実装型LED照明器具)を示す概略図である。
 図7に示す基板実装用チップ型白色発光ダイオードランプ(11)を製作した。可視光線反射率の高い白色のアルミナセラミックス基板(19)に2本のリードワイヤ(12、13)が固定されており、それらワイヤの片端は基板のほぼ中央部に位置し、他端はそれぞれ外部に出ていて電気基板への実装時ははんだづけされる電極となっている。リードワイヤのうち1本(12)は、その片端に、基板中央部となるように発光ピーク波長450nmの青発光ダイオード素子(14)が載置され固定されている。青色発光ダイオード素子(14)の下部電極と下方のリードワイヤとは導電性ペーストによって電気的に接続されており、上部電極ともう1本のリードワイヤ(13)とが金細線からなるボンディングワイヤ(15)によって電気的に接続されている。
 第一の樹脂(16)と実施例6で作製した緑色蛍光体と実施例4で作製した赤色蛍光体とを混合した蛍光体(17)とを混合したものが、発光ダイオード素子近傍に実装されている。この蛍光体を分散した第一の樹脂は、透明であり、青色発光ダイオード素子(14)の全体を被覆している。また、セラミック基板上には中央部に穴の開いた形状である壁面部材(20)が固定されている。壁面部材(20)は、その中央部が青色発光ダイオード素子(14)及び蛍光体(17)を分散させた樹脂(16)がおさまるための穴となっていて、中央に面した部分は斜面となっている。この斜面は光を前方に取り出すための反射面であって、その斜面の曲面形は光の反射方向を考慮して決定される。また、少なくとも反射面を構成する面は白色または金属光沢を持った可視光線反射率の高い面となっている。本実施例では、該壁面部材(20)を白色のシリコーン樹脂によって構成した。壁面部材の中央部の穴は、チップ型発光ダイオードランプの最終形状としては凹部を形成するが、ここには青色発光ダイオード素子(14)及び蛍光体(17)を分散させた第一の樹脂(16)のすべてを封止するようにして透明な第二の樹脂(18)を充填している。本実施例では、第一の樹脂(16)と第二の樹脂(18)とには同一のエポキシ樹脂を用いた。達成された色度等は、実施例17と略同一である。
 次に、本発明の蛍光体を用いた画像表示装置の設計例について説明する。
 [実施例18]
 図8は、本発明による画像表示装置(プラズマディスプレイパネル)を示す概略図である。
 本発明の実施例4の赤色蛍光体(31)と本発明の実施例6の緑色蛍光体(32)と青色蛍光体(BAM:Eu2+)(33)とが、ガラス基板(44)上に電極(37、38、39)および誘電体層(41)を介して配置されたそれぞれのセル(34、35、36)の内面に塗布されている。電極(37、38、39、40)に通電するとセル中でXe放電により真空紫外線が発生し、これにより蛍光体が励起されて、赤、緑、青の可視光を発し、この光が保護層(43)、誘電体層(42)、ガラス基板(45)を介して外側から観察され、画像表示装置として機能する。
 [実施例19]
 図9は、本発明による画像表示装置(フィールドエミッションディスプレイパネル)を示す概略図である。
 本発明の実施例3の緑色蛍光体(56)が陽極(53)の内面に塗布されている。陰極(52)とゲート(54)の間に電圧をかけることにより、エミッタ(55)から電子(57)が放出される。電子は陽極(53)と陰極(52)の電圧により加速されて、緑色蛍光体(56)に衝突して蛍光体が発光する。全体はガラス(51)で保護されている。図は、1つのエミッタと1つの蛍光体からなる1つの発光セルを示したが、実際には緑色の他に、赤色、青色のセルが多数配置されて多彩な色を発色するディスプレイが構成される。赤色や青色のセルに用いられる蛍光体に関しては特に指定しないが、低速の電子線で高い輝度を発するものを用いるとよい。
 本発明の蛍光体は、従来の蛍光体とは異なる発光特性(発光色や励起特性、発光スペクトル)を有し、かつ、470nm以下のLEDと組み合わせた場合でも発光強度が高く、化学的および熱的に安定であり、さらに励起源に長期間曝された場合の蛍光体の輝度の低下が少ないので、VFD、FED、PDP、CRT、白色LEDなどに好適に使用される蛍光体である。今後、各種表示装置における材料設計において、大いに活用され、産業の発展に寄与することが期待できる。
1.砲弾型発光ダイオードランプ。
2、3.リードワイヤ。
4.発光ダイオード素子。
5.ボンディングワイヤ。
6、8.樹脂。
7.蛍光体。
11.基板実装用チップ型白色発光ダイオードランプ。
12、13.リードワイヤ。
14.発光ダイオード素子。
15.ボンディングワイヤ。
16、18.樹脂。
17.蛍光体。
19.アルミナセラミックス基板。
20.側面部材。
31.赤色蛍光体。
32.緑色蛍光体。
33.青色蛍光体。
34、35、36.紫外線発光セル。
37、38、39、40.電極。
41、42.誘電体層。
43.保護層。
44、45.ガラス基板。
51.ガラス。
52.陰極。
53.陽極。
54.ゲート。
55.エミッタ。
56.蛍光体。
57.電子。

Claims (57)

  1.  少なくともLi元素と、A元素と、D元素と、E元素と、X元素(ただし、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とを含み、LiBaAlSi12で示される結晶、LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶、または、これらの結晶の固溶体結晶に、M元素(ただしMは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素)が固溶した無機化合物を含む蛍光体。
  2.  前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、(Li,A)(D,E)12で示される結晶であり、少なくともA元素にBaを含み、D元素にSiを含み、E元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む、請求項1に記載の蛍光体。
  3.  前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、Li(Ba,La)(Al,Si)(O,N)12、Li(Ba,Sr)(Al,Si)(O,N)12、または、LiBa(Al,Si)(O,N)12である、請求項1に記載の蛍光体。
  4.  前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、
    LiBaSi7-xAl1+x12-x、Li(Ba,La)Si7-xAl1+x12-x、または、Li(Ba,Sr)Si7-xAl1+x12-x(ただし、0 ≦ x ≦ 4)
    の組成式で示される、請求項1に記載の蛍光体。
  5.  前記M元素は、Euである、請求項1に記載の蛍光体。
  6.  前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、斜方晶系の結晶である、請求項1に記載の蛍光体。
  7.  前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶は、斜方晶系の結晶であり、空間群Pnnmの対称性を持ち、
    格子定数a、b、cが、
    a = 1.40941±0.05 nm
    b = 0.48924±0.05 nm
    c = 0.80645±0.05 nm
    の範囲の値である、請求項1に記載の蛍光体。
  8.  前記無機化合物は、組成式Li(ただし、式中z+d+e+f+g+h = 1であり、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、Inから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)で示され、パラメータz、d、e、f、g、hが、
    0.035 ≦ z ≦ 0.05
    0.00001 ≦ d ≦ 0.05
    0.05 ≦ e ≦ 0.1
    0.2 ≦ f ≦ 0.4
    0.03 ≦ g ≦ 0.1
    0.45 ≦ h ≦ 0.6
    の条件を全て満たす範囲の組成で表される、請求項1に記載の蛍光体。
  9.  前記パラメータz、d、e、f、g、hが、
    z+d+e = (3/23)±0.05
    f+g = (8/23)±0.05
    h =( 12/23)±0.05
    の条件を全て満たす範囲の値である、請求項8に記載の蛍光体。
  10.  前記パラメータf、gが、
    5/8 < f/(f+g) < 8/8
    の条件を満たす、請求項8に記載の蛍光体。
  11.  前記X元素がOとNとを含み、前記無機化合物は、組成式Lih1h2(ただし、式中z+d+e+f+g+h1+h2 = 1、および、h1+h2 = hである)で示され、
    0/12 < h1/(h1+h2) ≦ 4/12
    の条件を満たす、請求項8に記載の蛍光体。
  12.  前記M元素は、少なくともEuを含む、請求項8に記載の蛍光体。
  13.  少なくともA元素にBaを含み、D元素にSiを含み、E元素にAlを含み、X元素にNを含み、必要に応じてX元素にOを含む、請求項8に記載の蛍光体。
  14.  前記無機化合物は、パラメータxとyを用いて
    EuLiBa2-ySi7-xAl1+x12-x、EuLi(Ba,La)2-ySi7-xAl1+x12-xまたはEuLi(Ba,Sr)2-ySi7-xAl1+x12-x
    ただし、
    0 ≦ x ≦ 4
    0.0001 ≦ y < 2
    で示される組成を有する、請求項1に記載の蛍光体。
  15.  前記無機化合物は、平均粒径0.1μm以上20μm以下の単結晶粒子あるいは単結晶の集合体である、請求項1に記載の蛍光体。
  16.  前記無機化合物に含まれるFe、CoおよびNiの不純物元素の合計は、500ppm以下である、請求項1に記載の蛍光体。
  17.  前記無機化合物に加えて、前記無機化合物とは異なる他の結晶相あるいはアモルファス相をさらに含み、前記無機化合物の含有量が20質量%以上である、請求項1に記載の蛍光体。
  18.  前記他の結晶相あるいはアモルファス相は、導電性を持つ無機物質である、請求項17に記載の蛍光体。
  19.  前記導電性を持つ無機物質は、Zn、Al、Ga、In、Snから選ばれる1種または2種以上の元素を含む酸化物、酸窒化物、窒化物、あるいは、これらの混合物である、請求項18に記載の蛍光体。
  20.  前記他の結晶相あるいはアモルファス相は、前記無機化合物とは異なる無機蛍光体である、請求項17に記載の蛍光体。
  21.  励起源を照射することにより500nmから550nmの範囲の波長にピークを持つ蛍光を発光する、請求項1に記載の蛍光体。
  22.  前記励起源が100nm以上450nm以下の波長を持つ空紫外線、紫外線、可視光、または、電子線あるいはX線である、請求項21に記載の蛍光体。
  23.  前記LiBaAlSi12で示される結晶、または、前記LiBaAlSi12で示される結晶と同一の結晶構造を有する無機結晶にEuが固溶し、360nmから450nmの光を照射すると500nm以上550nm以下の範囲に発光ピークを持つ緑色の蛍光を発する、請求項1に記載の蛍光体。
  24.  励起源が照射されたときに発光する色がCIE1931色度座標上の(x0,y0)の値で、
    0 ≦ x0 ≦ 0.5
    0.1 ≦ y0 ≦ 0.9
    の条件を満たす、請求項1に記載の蛍光体。
  25.  焼成することにより請求項1に記載の無機化合物を構成しうる金属化合物の混合物を、窒素を含有する不活性雰囲気中において1200℃以上2200℃以下の温度範囲で焼成する、請求項1に記載の蛍光体の製造方法。
  26.  前記金属化合物の混合物が、Liを含有する化合物と、Mを含有する化合物と、Aを含有する化合物と、Dを含有する化合物と、Eを含有する化合物と、Xを含有する化合物(ただし、Mは、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ybから選ばれる1種または2種以上の元素、Aは、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfから選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、B、Al、Ga、In、Sc、Y、Laから選ばれる1種または2種以上の元素、Xは、O、N、Fから選ばれる1種または2種以上の元素)とからなる、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  27.  前記Liを含有する化合物が、Liを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
     前記Mを含有する化合物が、Mを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
     前記Aを含有する化合物が、Aを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
     前記Dを含有する化合物が、Dを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物であり、
     Eを含有する化合物が、Eを含有する金属、ケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物、または酸フッ化物から選ばれる単体または2種以上の混合物である、請求項26に記載の蛍光体の製造方法。
  28.  前記金属化合物の混合物が、少なくとも、ユーロピウムの窒化物または酸化物と、リチウムの窒化物、酸化物または炭酸塩と、バリウムの窒化物または酸化物または炭酸塩と、酸化ケイ素または窒化ケイ素と、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムとを含有する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  29.  前記窒素を含有する不活性雰囲気の圧力範囲は、0.1MPa以上100MPa以下であり、
     前記窒素を含有する不活性雰囲気は窒素ガス雰囲気である、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  30.  焼成炉の発熱体、断熱体、または、試料容器に黒鉛を使用する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  31.  前記金属化合物の混合物の形状は、粉体または凝集体であり、
     嵩密度40%以下の充填率に保持した状態で容器に充填した後に焼成する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  32.  前記金属化合物の混合物を窒化ホウ素製の容器に保持する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  33.  前記金属化合物の混合物の形状は、粉体または凝集体であり、
     前記紛体または凝集体の平均粒径は、500μm以下である、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  34.  スプレイドライヤ、ふるい分け、または、風力分級を用いる、請求項33に記載の蛍光体の製造方法。
  35.  前記焼成は、常圧焼結法またはガス圧焼結法である、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  36.  粉砕、分級、酸処理から選ばれる1種ないし複数の手法により、焼成により合成した蛍光体粉末の平均粒径を50nm以上20μm以下に粒度調整する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  37.  焼成後の蛍光体粉末、粉砕処理後の蛍光体粉末、または、粒度調整後の蛍光体粉末を、1000℃以上で焼成温度以下の温度で熱処理する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  38.  前記金属化合物の混合物に、焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物を添加して焼成する、請求項25に記載の蛍光体の製造方法。
  39.  前記焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物は、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる1種または2種以上の元素のフッ化物、塩化物、ヨウ化物、臭化物、あるいは、リン酸塩の1種または2種以上の混合物である、請求項38に記載の蛍光体の製造方法。
  40.  焼成後に溶剤で洗浄することにより、前記焼成温度以下の温度で液相を生成する無機化合物の含有量を低減させる、請求項38に記載の蛍光体の製造方法。
  41.  少なくとも発光体または発光光源と蛍光体とを備えた発光装置において、前記蛍光体は、少なくとも請求項1に記載の蛍光体を含む、発光装置。
  42.  前記発光体または発光光源は、330~500nmの波長の光を発する発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、半導体レーザ、または、有機EL発光体(OLED)である、請求項41に記載の発光装置。
  43.  前記発光装置は、白色発光ダイオード、複数の前記白色発光ダイオードを含む照明器具、または、液晶パネル用バックライトである、請求項41に記載の発光装置。
  44.  前記発光体または発光光源は、ピーク波長300~450nmの紫外または可視光を発し、
     請求項1に記載の蛍光体が発する青色から赤色の光と他の蛍光体が発する450nm以上の波長の光とを混合することにより白色光または白色光以外の光を発する、請求項41に記載の発光装置。
  45.  前記蛍光体は、前記発光体または発光光源によりピーク波長420nm~500nm以下の光を発する青色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
  46.  前記青色蛍光体は、AlN:(Eu,Si)、BaMgAl1017:Eu、SrSiAl19ON31:Eu、LaSiAl1932:Eu、α-サイアロン:Ce、JEM:Ceから選ばれる、請求項45に記載の発光装置。
  47.  前記蛍光体は、前記発光体によりピーク波長500nm以上550nm以下の光を発する緑色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
  48.  前記緑色蛍光体は、β-サイアロン:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Euから選ばれる、請求項47に記載の発光装置。
  49.  前記蛍光体は、前記発光体または発光光源によりピーク波長550nm以上600nm以下の光を発する黄色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
  50.  前記黄色蛍光体は、YAG:Ce、α-サイアロン:Eu、CaAlSiN:Ce、LaSi11:Ceから選ばれる、請求項49に記載の発光装置。
  51.  前記蛍光体は、前記発光体または発光光源によりピーク波長600nm以上700nm以下の光を発する赤色蛍光体をさらに含む、請求項41に記載の発光装置。
  52.  前記赤色蛍光体は、CaAlSiN:Eu、(Ca,Sr)AlSiN:Eu、CaSi:Eu、SrSi:Euから選ばれる、請求項51に記載の発光装置。
  53.  前記発光体または発光光源は、320~450nmの波長の光を発するLEDである、請求項41に記載の発光装置。
  54.  少なくとも励起源および蛍光体を備えた画像表示装置において、前記蛍光体は、少なくとも請求項1に記載の蛍光体を含む、画像表示装置。
  55.  前記画像表示装置が、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極線管(CRT)、または、液晶ディスプレイ(LCD)のいずれかである、請求項54に記載の画像表示装置。
  56.  請求項1に記載の無機化合物からなる顔料。
  57.  請求項1に記載の無機化合物からなる紫外線吸収剤。
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