JP2015086299A - Phosphor and light-emitting device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、近紫外から可視領域の光励起で高輝度に発光する蛍光体およびこの蛍光体を用いて光を出力する発光装置に関する。 The present invention relates to a phosphor that emits light with high brightness by light excitation in the near ultraviolet to visible region, and a light-emitting device that outputs light using the phosphor.
発光ダイオード(LED)などの発光素子を光源に用いた発光装置が実用化されている。例えば白色光を出力する発光装置を実現するために、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する複数のLEDが使用されたり、青色LEDと各種の青色励起蛍光体(黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体)とを組み合わせた白色LEDが使用されている。 A light emitting device using a light emitting element such as a light emitting diode (LED) as a light source has been put into practical use. For example, in order to realize a light emitting device that outputs white light, a plurality of LEDs that emit red light, green light, and blue light are used, or blue LEDs and various blue excitation phosphors (yellow phosphor, green fluorescence). Body, red phosphor) is used.
このような発光ダイオードに使用される蛍光体として、Eu2+で付活されたSrO−Al2O3系の化合物は、SrAl12O19:Eu2+、Sr4Al14O25:Eu2+、SrAl2O4:Eu2+が知られており、それぞれの発光ピーク波長は395nm、492nm、520nmにあることが報告され、演色性向上のために実用化が検討されている(非特許文献1参照)。
また、Dy3+などの希土類元素を共付活したSrAl2O4:Eu2+やSr4Al14O25:Eu2+は長残光蛍光体として研究され、実用化されている(特許文献1参照)
As phosphors used in such light emitting diodes, SrO—Al 2 O 3 -based compounds activated by Eu 2+ are SrAl 12 O 19 : Eu 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , SrAl 2 O 4 : Eu 2+ is known, and the respective emission peak wavelengths have been reported to be 395 nm, 492 nm, and 520 nm, and practical application has been studied for improving color rendering (see Non-Patent Document 1). .
Further, SrAl 2 O 4 : Eu 2+ and Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ co-activated with rare earth elements such as Dy 3+ have been studied and put into practical use as long afterglow phosphors (see
しかし、上記先行技術文献に示される蛍光体においては、150℃程度の高温領域で使用する場合、室温(25℃)領域で使用する場合に比べて発光効率が低下するという問題があった。以下、蛍光体の発光効率が、室温領域で使用する場合に比べて150℃程度の高温領域で使用する場合に低下の度合いが小さいことを、温度特性が良いと称する。また、蛍光体の発光効率が、室温領域で使用する場合に比べて150℃程度の高温領域で使用する場合に低下の度合いが大きいことを、温度特性が悪いと称する。 However, the phosphors described in the above prior art documents have a problem that the luminous efficiency is lower when used in a high temperature region of about 150 ° C. than when used in a room temperature (25 ° C.) region. Hereinafter, the fact that the luminous efficiency of the phosphor is less reduced when used in a high temperature region of about 150 ° C. than when used in a room temperature region is referred to as good temperature characteristics. In addition, the fact that the luminous efficiency of the phosphor is greatly reduced when used in a high temperature region of about 150 ° C. compared to the case where it is used in a room temperature region is referred to as poor temperature characteristics.
上記先行技術文献のいずれも温度特性については明記されておらず、上記課題を解決することは困難であった。 None of the above prior art documents clearly describe the temperature characteristics, and it has been difficult to solve the above problems.
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、従来よりも温度特性の良い青緑蛍光体およびこの蛍光体と発光素子を組合せた発光装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a blue-green phosphor having better temperature characteristics than the conventional one and a light-emitting device in which the phosphor and a light-emitting element are combined.
本発明者らは、青緑色蛍光体について鋭意研究を行った結果、Sr4Al14O25:Eu2+、すなわち4SrO・7Al2O3:Eu2+が基本組成であり、これにBaおよび/またはBiを含有させた特定の蛍光体は、非常に優れた温度特性を示し、発光装置等の用途に好適に使用できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies on the blue-green phosphor, the present inventors have found that Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , that is, 4SrO · 7Al 2 O 3 : Eu 2+ is a basic composition, and Ba and / or The present inventors have found that a specific phosphor containing Bi exhibits extremely excellent temperature characteristics and can be suitably used for applications such as a light-emitting device.
すなわち、本発明の一態様によれば、(4−b)M1O・bM2O・cM32O3の組成式で表されるアルミン酸塩蛍光体であって、前記組成式中のM1は2価のアルカリ土類金属元素Srの一部がBa置換され,2価の遷移金属元素Zn,Mnから構成される少なくとも1つの元素であり、M2は希土類元素Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選ばれる少なくとも1つの元素であり、M3は3価の金属Al,Ga,Inから選ばれる少なくとも1つの元素である。
b、cはそれぞれ、
0<b≦1.0、
6.0≦c≦8.0、
の範囲にあることを特徴とするアルミン酸塩蛍光体が提供される。
That is, according to one aspect of the present invention, there is provided an aluminate phosphor represented by a composition formula of (4-b) M1O · bM2O · cM3 2 O 3 , wherein M1 in the composition formula is divalent. A part of the alkaline earth metal element Sr is Ba-substituted and is at least one element composed of the divalent transition metal elements Zn and Mn, and M2 is a rare earth element Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, At least one element selected from Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and M3 is at least one element selected from trivalent metals Al, Ga, and In.
b and c are respectively
0 <b ≦ 1.0,
6.0 ≦ c ≦ 8.0,
Thus, an aluminate phosphor is provided.
本発明によれば、従来よりも温度特性の良い青緑蛍光体およびこの蛍光体と発光素子を組合せた発光装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a blue-green phosphor having better temperature characteristics than the conventional one and a light-emitting device in which this phosphor and a light-emitting element are combined.
本発明の一態様によれば、(4−b)M1O・bM2O・cM32O3の組成式で表されるアルミン酸塩蛍光体である。前記組成式中のM1は2価のアルカリ土類金属元素Sr,Ba,Ca,Mgと2価の遷移金属元素Zn,Mnから構成される少なくとも1つの元素である。但し、M1にはBaが必ず含まれるものとする。ここで、2価のアルカリ土類金属元素としては、好ましくはSrを基本とし、その一部がBa置換されたものを用いることができる。また、M2は希土類元素Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選ばれる少なくとも1つの元素であり、M3は3価の金属Al,Ga,Inから選ばれる少なくとも1つの元素である。
b、cはそれぞれ、
0<b≦1.0、
6.0≦c≦8.0、
の範囲にあることを特徴とする。
According to one embodiment of the present invention, the aluminate phosphor is represented by a composition formula of (4-b) M1O · bM2O · cM3 2 O 3 . M1 in the composition formula is at least one element composed of the divalent alkaline earth metal elements Sr, Ba, Ca, Mg and the divalent transition metal elements Zn, Mn. However, Ba is necessarily included in M1. Here, as the divalent alkaline earth metal element, it is preferable to use an element basically based on Sr and partially substituted with Ba. M2 is at least one element selected from the rare earth elements Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and M3 is 3 It is at least one element selected from valent metals Al, Ga, and In.
b and c are respectively
0 <b ≦ 1.0,
6.0 ≦ c ≦ 8.0,
It is characterized by being in the range of
(実施例1)
組成式(4−a−b)SrO・aBaO・bEuO・cAl2O3の蛍光体を作成した。
この蛍光体の合成例として、具体的な原料例は;
炭酸ストロンチウム(SrCO3):4.009g
炭酸バリウム(BaCO3):0.148g
酸化ユーロピウム(Eu2O3):0.396g
α型酸化アルミニウム(α−Al2O3):5.354g
である。
上記の蛍光体の原料を電子天秤にて秤量し、アルミナボールを入れたポリエチレン製容器に少量のエタノールを加え、ポットミル回転台で60分〜120分間ボールミル混合を行った。回転数は280rpmとした。ナイロンメッシュを用いてアルミナボールと原料混合粉末をふるい分け、原料混合粉末をアルミナるつぼに充填して、電気炉にて900℃〜1000℃、2時間仮焼成した。
仮焼成を終えた原料混合粉末に反応促進剤(フラックス)として以下の原料を添加し、上記条件にて再度ボールミル混合を行った。
ホウ酸(H3BO3):0.093g
ナイロンメッシュでアルミナボールと粉末をふるい分け、得られた粉末をアルミナるつぼに充填し、横型雰囲気管状炉にて焼成を行った。反応ガスとして窒素と水素の混合ガス(体積比率でN2:H2=96:4)を流し、1300℃〜1500℃の温度で2〜3時間焼成した。得られた蛍光体を乳鉢で粉砕し、ナイロンメッシュでふるった。
そして、反応性を高めるために、上記条件にて複数回焼成を行った。
Example 1
A phosphor having the composition formula (4-ab) SrO.aBaO.bEuO.cAl 2 O 3 was prepared.
As a synthesis example of this phosphor, specific examples of raw materials are:
Strontium carbonate (SrCO 3 ): 4.009 g
Barium carbonate (BaCO 3 ): 0.148 g
Europium oxide (Eu 2 O 3 ): 0.396 g
α-type aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ): 5.354 g
It is.
The phosphor materials were weighed with an electronic balance, a small amount of ethanol was added to a polyethylene container containing alumina balls, and ball mill mixing was performed for 60 to 120 minutes on a pot mill rotary table. The rotation speed was 280 rpm. The alumina balls and the raw material mixed powder were screened using a nylon mesh, the raw material mixed powder was filled in an alumina crucible, and pre-baked in an electric furnace at 900 ° C. to 1000 ° C. for 2 hours.
The following raw materials were added as reaction accelerators (flux) to the raw material mixed powder after the pre-baking, and ball mill mixing was performed again under the above conditions.
Boric acid (H 3 BO 3 ): 0.093 g
Alumina balls and powder were screened with a nylon mesh, and the obtained powder was filled in an alumina crucible and fired in a horizontal atmosphere tubular furnace. Nitrogen and hydrogen mixed gas (volume ratio N 2 : H 2 = 96: 4) was passed as a reaction gas, and the mixture was baked at a temperature of 1300 ° C. to 1500 ° C. for 2 to 3 hours. The obtained phosphor was pulverized in a mortar and sieved with a nylon mesh.
And in order to improve the reactivity, it baked several times on the said conditions.
ナイロンメッシュを通した蛍光体は、エタノールとガラスビーズを入れたポリエチレン製容器にて60分〜180分間回転させ、解砕処理を行った。解砕処理後はナイロンメッシュを用いてガラスビーズと蛍光体が分散した溶液を分離した。蛍光体が分散したエタノール溶液をろ過し、乾燥させることで目的の蛍光体サンプルS1すなわち組成式(4−a−b)SrO・aBaO・bEuO・cAl2O3(a=0.10、b=0.3、c=7)で表される蛍光体を得た。 The phosphor passed through the nylon mesh was crushed by rotating it in a polyethylene container containing ethanol and glass beads for 60 to 180 minutes. After the crushing treatment, a solution in which the glass beads and the phosphor were dispersed was separated using a nylon mesh. By filtering and drying the ethanol solution in which the phosphor is dispersed, the target phosphor sample S1, that is, the composition formula (4-ab) SrO.aBaO.bEuO.cAl 2 O 3 (a = 0.10, b = A phosphor represented by 0.3, c = 7) was obtained.
また、SrとBaの配合比を変化させることで、下記表2に示す複数のサンプルS2〜S5についても上記と同様の製造方法により得ることができる。サンプルS2はBa量0.2、サンプル3はBa量0.5、サンプルS4はBa量0.75、サンプルS5はBa量1.0である。 Further, by changing the blending ratio of Sr and Ba, a plurality of samples S2 to S5 shown in Table 2 below can be obtained by the same manufacturing method as described above. Sample S2 has a Ba amount of 0.2, sample 3 has a Ba amount of 0.5, sample S4 has a Ba amount of 0.75, and sample S5 has a Ba amount of 1.0.
例えば原料例として、
炭酸ストロンチウム(SrCO3):3.513g
炭酸バリウム(BaCO3):0.730g
酸化ユーロピウム(Eu2O3):0.390g
α型酸化アルミニウム(α−Al2O3):5.277g
ホウ酸(H3BO3):0.093g
とすることで、上記と同様の製造方法によりサンプルS3すなわち組成式(4−a−b)SrO・aBaO・bEuO・cAl2O3(a=0.50、b=0.3、c=7)で表わされる蛍光体を得ることができる。
For example, as a raw material example
Strontium carbonate (SrCO 3 ): 3.513 g
Barium carbonate (BaCO 3 ): 0.730 g
Europium oxide (Eu 2 O 3 ): 0.390 g
α-type aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ): 5.277 g
Boric acid (H 3 BO 3 ): 0.093 g
Thus, the sample S3, that is, the composition formula (4-ab) SrO.aBaO.bEuO.cAl 2 O 3 (a = 0.50, b = 0.3, c = 7) is produced by the same manufacturing method as described above. ) Can be obtained.
(結晶構造の確認)
粉末X線回折により結晶構造の確認を行った。図1(上)にサンプルS3(Ba量0.5)の粉末X線回折パターンを示す。また、参考のために、図1(下)にICSD(Inorganic Crystal Structure Database)の#88527に登録されている既知のSr4Al14O25の粉末X線回折パターンを示した。
図1の上下の対比によって、Srの一部をBaに置換した蛍光体がSr4Al14O25と同一の結晶構造を有する斜方晶系の単一結晶構造物であることが分かる。
(Confirmation of crystal structure)
The crystal structure was confirmed by powder X-ray diffraction. FIG. 1 (upper) shows a powder X-ray diffraction pattern of sample S3 (Ba content: 0.5). For reference, the powder X-ray diffraction pattern of a known Sr 4 Al 14 O 25 registered in # 88527 of ICSD (Inorganic Crystal Structure Database) is shown in FIG. 1 (bottom).
From the upper and lower comparisons in FIG. 1, it can be seen that the phosphor in which part of Sr is substituted with Ba is an orthorhombic single crystal structure having the same crystal structure as Sr 4 Al 14 O 25 .
(発光特性)
日本分光株式会社製の分光光度計FP−6500を用いて発光スペクトル、励起スペクトルの測定を行った。また、同社製の積分球ユニットにて吸収率、内部量子効率、外部量子効率の測定を行った。
(Luminescent characteristics)
An emission spectrum and an excitation spectrum were measured using a spectrophotometer FP-6500 manufactured by JASCO Corporation. In addition, the absorptivity, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency were measured with the company's integrating sphere unit.
なお、本発明に係る蛍光体と比較対象である従来例に係る蛍光体(比較例)は、具体的に以下の原料例である。
炭酸ストロンチウム(SrCO3):4.378g
酸化ユーロピウム(Eu2O3):0.133g
α型酸化アルミニウム(α−Al2O3):5.396g
ホウ酸(H3BO3):0.094g
すなわち、実施例1に係る発明の特徴であるSrの一部がBaに置換されていないものである。上記の原料例により製造することで、比較例1の蛍光体を得ることができる。
Note that the phosphor according to the present invention and the phosphor according to the conventional example (comparative example), which is a comparison object, are specifically the following raw material examples.
Strontium carbonate (SrCO 3 ): 4.378 g
Europium oxide (Eu 2 O 3 ): 0.133 g
α-type aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ): 5.396 g
Boric acid (H 3 BO 3 ): 0.094 g
That is, a part of Sr, which is a feature of the invention according to Example 1, is not replaced with Ba. The phosphor of Comparative Example 1 can be obtained by manufacturing using the above raw material examples.
また、本発明者らは、このような従来例に係る蛍光体において、Eu量を調整することで内部量子効率及び外部量子効率の優れた蛍光体が得られることを見出した。表1に示す比較例1〜比較例6は、従来例の蛍光体((4−b)SrO・bEuO・cAl2O3)において、Eu量を0.1〜1.0とした時の諸特性(吸収率、内部量子効率、外部量子効率)を示したものである。比較例1はEu量が0.1、比較例2はEu量が0.2、比較例3はEu量が0.3、比較例4はEu量が0.5、比較例5はEu量が0.75、比較例6はEu量が1.0である。
このように、Eu量を変化させた複数のサンプル(比較例1〜比較例6)を作成し実験及び検証した。
Further, the present inventors have found that a phosphor having excellent internal quantum efficiency and external quantum efficiency can be obtained by adjusting the Eu amount in the phosphor according to the conventional example. In Comparative Example 1 to Comparative Example 6 shown in Table 1, the phosphors of the conventional example ((4-b) SrO.bEuO.cAl 2 O 3 ) have various Eu values of 0.1 to 1.0. The characteristics (absorption rate, internal quantum efficiency, external quantum efficiency) are shown. Comparative Example 1 has an Eu amount of 0.1, Comparative Example 2 has an Eu amount of 0.2, Comparative Example 3 has an Eu amount of 0.3, Comparative Example 4 has an Eu amount of 0.5, and Comparative Example 5 has an Eu amount. Is 0.75, and Comparative Example 6 has an Eu content of 1.0.
As described above, a plurality of samples (Comparative Examples 1 to 6) in which the amount of Eu was changed were prepared and tested and verified.
非特許文献1のp.18には、蛍光ランプで用いる場合、Eu量は0.20よりも低濃度で使用することが好ましいと記されている。しかし、本発明者らの実験によると、近紫外〜可視光励起においてはEu量が高い方が好ましい。比較例3に示すEu量が0.3の蛍光体の内部量子効率は72%、外部量子効率は43%であり、比較例1〜比較例6のうちで最も高い数値を示した。そのため、本発明に係る蛍光体と従来例における蛍光体の対比は、以降、Eu量0.3の場合について実施している。 Non-Patent Document 1 p. No. 18 states that when used in a fluorescent lamp, it is preferable to use Eu at a concentration lower than 0.20. However, according to the experiments by the present inventors, it is preferable that the Eu amount is high in near ultraviolet to visible light excitation. The phosphor having the Eu content of 0.3 shown in Comparative Example 3 has an internal quantum efficiency of 72% and an external quantum efficiency of 43%, which is the highest value among Comparative Examples 1 to 6. Therefore, the comparison between the phosphor according to the present invention and the phosphor in the conventional example is carried out for the case where the Eu amount is 0.3.
表2は、実施例1に係る蛍光体において、450nm励起におけるBa置換量を変化させた際の量子効率を示す。Ba量は0.10〜1.00まで変化させ、複数のサンプルS1〜S5(S1:Ba量0.1、S2:Ba量0.2、S3:Ba量0.5、S4:Ba量0.75、S5:Ba量1.0)を準備した。吸収率と内部量子効率の積である外部量子効率について比較例3(Eu量:0.3)と比較した場合、サンプルS1〜S4はほぼ同等であるが、S5は若干低い値を示した。 Table 2 shows the quantum efficiency when changing the Ba substitution amount in the excitation of 450 nm in the phosphor according to Example 1. The Ba amount was changed from 0.10 to 1.00, and a plurality of samples S1 to S5 (S1: Ba amount 0.1, S2: Ba amount 0.2, S3: Ba amount 0.5, S4: Ba amount 0). .75, S5: Ba amount 1.0). When comparing the external quantum efficiency, which is the product of the absorption rate and the internal quantum efficiency, with Comparative Example 3 (Eu amount: 0.3), Samples S1 to S4 were almost equivalent, but S5 showed a slightly lower value.
(温度特性)
表3は、サンプルS1〜S5の450nm励起における温度特性を示す。温度25℃で測定した発光スペクトルの積分強度を100%として、50℃〜150℃における発光スペクトルの積分強度を相対強度(%)として示したものである。
(Temperature characteristics)
Table 3 shows the temperature characteristics of Samples S1 to S5 at 450 nm excitation. The integrated intensity of the emission spectrum measured at a temperature of 25 ° C. is taken as 100%, and the integrated intensity of the emission spectrum at 50 ° C. to 150 ° C. is shown as the relative intensity (%).
表3を見ると、比較例3の温度特性は、25℃を100%とした際に、100℃で79%、125℃で58%、150℃で36%と、100℃を越えたあたりから著しく発光スペクトルの相対強度が低下していることが分かる。それに対し、サンプルS1では100℃で84%、125℃で63%、150℃で42%と比較例3よりも発光スペクトルの相対強度の低下が抑制されていることが分かる。すなわち、サンプルS1は、比較例3よりも温度特性が良い。サンプルS2及びサンプルS3についても同様である。また、サンプルS4においては、100℃における発光スペクトルの相対強度は比較例3より低いが、125℃及び150℃では比較例3よりも高くなっている。そのため、150℃付近の温度特性は比較例3よりサンプルS4の方が良い。なお、Ba量を1.0としたサンプルS5は、150℃における発光スペクトルの相対強度は、比較例3と同等であった。よって、特に好ましいBa量は、0.5以下の範囲である。 Table 3 shows that the temperature characteristics of Comparative Example 3 are as follows: when 25 ° C. is 100%, 79% at 100 ° C., 58% at 125 ° C., 36% at 150 ° C. It can be seen that the relative intensity of the emission spectrum is significantly reduced. On the other hand, in sample S1, it can be seen that the decrease in the relative intensity of the emission spectrum is suppressed more than in Comparative Example 3 at 84% at 100 ° C, 63% at 125 ° C, and 42% at 150 ° C. That is, the sample S1 has better temperature characteristics than the comparative example 3. The same applies to sample S2 and sample S3. In Sample S4, the relative intensity of the emission spectrum at 100 ° C. is lower than that of Comparative Example 3, but is higher than that of Comparative Example 3 at 125 ° C. and 150 ° C. Therefore, the temperature characteristic around 150 ° C. is better for sample S4 than for comparative example 3. The relative intensity of the emission spectrum at 150 ° C. of Sample S5 with Ba content of 1.0 was equivalent to that of Comparative Example 3. Therefore, a particularly preferable Ba amount is in the range of 0.5 or less.
(実施例2)
組成式(4−b)SrO・bEuO・cAl2O3・zBi2O3の蛍光体を作成した。具体的な原料例は下記のとおりである。
炭酸ストロンチウム(SrCO3):4.129g
酸化ユーロピウム(Eu2O3):0.397g
α型酸化アルミニウム(α−Al2O3):5.364g
酸化ビスマス(Bi2O3):0.018
ホウ酸(H3BO3):0.093g
(Example 2)
A phosphor having the composition formula (4-b) SrO.bEuO.cAl 2 O 3 .zBi 2 O 3 was prepared. Specific examples of raw materials are as follows.
Strontium carbonate (SrCO 3 ): 4.129 g
Europium oxide (Eu 2 O 3 ): 0.397 g
α-type aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ): 5.364 g
Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ): 0.018
Boric acid (H 3 BO 3 ): 0.093 g
なお、具体的な製造方法については実施例1と同様であるため省略するが、このようにして、目的の蛍光体サンプルS6すなわち組成式(4−b)SrO・bEuO・cAl2O3・zBi2O3(b=0.3、c=7、z=0.01)で表わされる蛍光体を得た。 Although the specific manufacturing method is the same as that in Example 1, it will be omitted. In this way, the target phosphor sample S6, that is, the composition formula (4-b) SrO.bEuO.cAl 2 O 3 .zBi A phosphor represented by 2 O 3 (b = 0.3, c = 7, z = 0.01) was obtained.
また、Biの添加量を変化させることで、下記表4に示す複数のサンプルS7〜S11についても上記と同様の製造方法により得ることができる。サンプルS7はBi量0.05、サンプルS8はBi量0.1、サンプルS9はBi量0.2、サンプルS10はBi量0.5、サンプルS11はBi量1.0である。 Further, by changing the amount of Bi added, a plurality of samples S7 to S11 shown in Table 4 below can be obtained by the same manufacturing method as described above. Sample S7 has a Bi amount of 0.05, Sample S8 has a Bi amount of 0.1, Sample S9 has a Bi amount of 0.2, Sample S10 has a Bi amount of 0.5, and Sample S11 has a Bi amount of 1.0.
(結晶構造の確認)
実施例1と同様に、粉末X線回折により結晶構造の確認を行った結果を図2に示す。図2(上)にサンプルS7(Bi=0.05)の粉末X線回折パターンを示す。図2(下)は図1(下)と同じICSDの#88527であり、図2の上下の対比によって、Biを添加してもSr4Al14O25と同一の結晶構造を有する斜方晶系の単一結晶構造物であることが分かる。
(Confirmation of crystal structure)
The result of confirming the crystal structure by powder X-ray diffraction as in Example 1 is shown in FIG. FIG. 2 (upper) shows a powder X-ray diffraction pattern of sample S7 (Bi = 0.05). FIG. 2 (bottom) is the same ICSD # 88527 as FIG. 1 (bottom), and orthorhombic crystals having the same crystal structure as Sr 4 Al 14 O 25 even when Bi is added according to the top and bottom of FIG. It can be seen that this is a single crystal structure of the system.
(発光特性)
表4は、450nm励起におけるBi添加量を変化させた場合の実施例2に係る蛍光体の量子効率を示す。実施例1と同様に、日本分光株式会社製の分光光度計FP−6500を用いて発光スペクトル、励起スペクトルの測定を行った。また、同社製の積分球ユニットにて吸収率、内部量子効率、外部量子効率の測定を行った。
(Luminescent characteristics)
Table 4 shows the quantum efficiency of the phosphor according to Example 2 when the amount of Bi added in 450 nm excitation is changed. In the same manner as in Example 1, emission spectra and excitation spectra were measured using a spectrophotometer FP-6500 manufactured by JASCO Corporation. In addition, the absorptivity, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency were measured with the company's integrating sphere unit.
表4を見ると、吸収率と内部量子効率の積である外部量子効率について比較例3と比較した場合、サンプルS6〜S10はほぼ同等である。一方、サンプルS11は著しく低い値を示している。 When Table 4 is seen, when it compares with the comparative example 3 about the external quantum efficiency which is a product of an absorption factor and internal quantum efficiency, sample S6-S10 is substantially equivalent. On the other hand, the sample S11 shows a remarkably low value.
(温度特性)
実施例2に係る蛍光体サンプルS6〜S11の450nm励起における温度特性について比較例3と比較したものを表5に示す。表5は、表3と同様に温度25℃で測定した発光スペクトルの積分強度を100%として、50℃〜150℃における発光スペクトルの積分強度を相対強度(%)として示したものである。サンプルS6〜S11の100℃から150℃における発光スペクトルの相対強度は、いずれも比較例3と比べ、同等以上の値を示している。このことから、従来例に係る蛍光体にBiを添加することにより、温度特性が改善されたことがわかる。
しかし、表4のサンプルS11に見られるとおり、Bi添加量が多くなると発光強度が弱くなるため、実使用においては、Bi量は0.5を超えない範囲が好ましい。さらに、表5に示したように、温度特性の観点からもより好ましいBi量は0.2以下の範囲である。
(Temperature characteristics)
Table 5 shows the temperature characteristics of the phosphor samples S6 to S11 according to Example 2 compared with those of Comparative Example 3 at 450 nm excitation. Table 5 shows, as in Table 3, the integrated intensity of the emission spectrum measured at a temperature of 25 ° C. as 100%, and the integrated intensity of the emission spectrum at 50 ° C. to 150 ° C. as the relative intensity (%). The relative intensities of the emission spectra at 100 ° C. to 150 ° C. of Samples S6 to S11 are all equal to or higher than those of Comparative Example 3. This shows that the temperature characteristics were improved by adding Bi to the phosphor according to the conventional example.
However, as can be seen in sample S11 of Table 4, the emission intensity decreases as the Bi addition amount increases, so that the Bi amount is preferably in a range not exceeding 0.5 in actual use. Furthermore, as shown in Table 5, the Bi amount that is more preferable from the viewpoint of temperature characteristics is in the range of 0.2 or less.
(実施例3)
組成式(4−a−b)SrO・aBaO・bEuO・cAl2O3・zBi2O3で表されるアルミン酸塩蛍光体を作成した。この蛍光体は、従来例に係る蛍光体のSrの一部をBaに置換し、さらにBiが添加された構造となっている。具体的な原料例は下記のとおりである。
炭酸ストロンチウム(SrCO3):4.003g
炭酸バリウム(BaCO3):0.148g
酸化ユーロピウム(Eu2O3):0.395g
α型酸化アルミニウム(α−Al2O3):5.345g
酸化ビスマス(Bi2O3):0.017g
ホウ酸(H3BO3):0.093g
(Example 3)
Composition formula (4-a-b) creating the SrO · aBaO · bEuO · cAl 2 O 3 · zBi aluminate phosphor represented by 2 O 3. This phosphor has a structure in which part of Sr of the phosphor according to the conventional example is replaced with Ba and Bi is further added. Specific examples of raw materials are as follows.
Strontium carbonate (SrCO 3 ): 4.003 g
Barium carbonate (BaCO 3 ): 0.148 g
Europium oxide (Eu 2 O 3 ): 0.395 g
α-type aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ): 5.345 g
Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ): 0.017 g
Boric acid (H 3 BO 3 ): 0.093 g
また、具体的な製造方法については実施例1と同様であるため省略するが、このようにして、目的の蛍光体サンプルS12すなわち組成式((4−a−b)SrO・aBaO・bEuO・cAl2O3・zBi2O3(a=0.1、b=0.3、c=7、z=0.05)で表わされる蛍光体を得た。 The specific manufacturing method is omitted because it is the same as that of the first embodiment. In this way, the target phosphor sample S12, that is, the composition formula ((4-ab) SrO.aBaO.bEuO.cAl A phosphor represented by 2 O 3 · zBi 2 O 3 (a = 0.1, b = 0.3, c = 7, z = 0.05) was obtained.
(発光特性)
表6は、450nm励起における実施例3に係る蛍光体の量子効率を示す。実施例1と同様に。日本分光株式会社製の分光光度計FP−6500を用いて発光スペクトル、励起スペクトルの測定を行った。また、同社製の積分球ユニットにて吸収率、内部量子効率、外部量子効率の測定を行った。
(Luminescent characteristics)
Table 6 shows the quantum efficiency of the phosphor according to Example 3 at 450 nm excitation. Similar to Example 1. An emission spectrum and an excitation spectrum were measured using a spectrophotometer FP-6500 manufactured by JASCO Corporation. In addition, the absorptivity, internal quantum efficiency, and external quantum efficiency were measured with the company's integrating sphere unit.
表6を見ると、実施例3に係る蛍光体サンプルS12は、比較例3、サンプルS1及びサンプルS7と比べても外部量子効率は同等の値を示している。 Table 6 shows that the phosphor sample S12 according to Example 3 has the same external quantum efficiency as compared with Comparative Example 3, Sample S1, and Sample S7.
(温度特性)
実施例3に係る蛍光体サンプルS12の450nm励起における温度特性について比較例3、サンプルS1及びサンプルS7と比較したものを表7に示す。表7は、表3と同様に温度25℃で測定した発光スペクトルの積分強度を100%として、50℃〜150℃における発光スペクトルの積分強度を相対強度(%)として示したものである。サンプルS12の100℃から150℃における発光スペクトルの相対強度は、比較例3と比べ、いずれも大きな値を示している。このことから、実施例3に係る蛍光体は、温度特性が改善されたことがわかる。
また、実施例3に係る蛍光体(S12)は、実施例1に係る蛍光体(S1)及び実施例2に係る蛍光体(S2)と比べても、100℃から150℃における発光スペクトルの相対強度は同等以上の値であることから、実施例1及び実施例2に係る蛍光体よりも温度特性が良いことが分かる。これは、Ba若しくはBiそれぞれを加えたものと比べると、両者を同時に加えた方が相乗効果を得られるためである。
(Temperature characteristics)
Table 7 shows the temperature characteristics of the phosphor sample S12 according to Example 3 compared with those of Comparative Example 3, Sample S1, and Sample S7 at 450 nm excitation. Table 7 shows the integrated intensity of the emission spectrum measured at a temperature of 25 ° C. as in Table 3 as 100%, and the integrated intensity of the emission spectrum at 50 ° C. to 150 ° C. as the relative intensity (%). The relative intensity of the emission spectrum from 100 ° C. to 150 ° C. of sample S12 is larger than that of Comparative Example 3. From this, it can be seen that the phosphor according to Example 3 has improved temperature characteristics.
Further, the phosphor (S12) according to Example 3 has a relative emission spectrum at 100 ° C. to 150 ° C. as compared with the phosphor (S1) according to Example 1 and the phosphor (S2) according to Example 2. Since the intensity is equal to or greater than that, it can be seen that the temperature characteristics are better than those of the phosphors according to Example 1 and Example 2. This is because a synergistic effect can be obtained by adding both of them at the same time as compared with adding Ba or Bi.
(実施例4)
実施例1〜3に係る蛍光体を用いた発光装置を図3に示す。ここでは実施例3に係る蛍光体の例で示すが、実施例1及び実施例2に係る蛍光体も同様に適用することが可能である。
発光装置1は、図3に示すように、近紫外から可視領域の光を出射する発光素子10と、(4−a−b)SrO・aBaO・bEuO・cAl2O3・zBi2O3(a=0.1、b=0.3、c=7、z=0.05)の組成式で表される蛍光体21を含む蛍光体層20とを備える。蛍光体21は、発光素子10の出射光の少なくとも一部又は全てを吸収して、前記発光素子の出射光の波長とは異なる波長へ変換し、可視光を放射する。
Example 4
A light emitting device using the phosphors according to Examples 1 to 3 is shown in FIG. Here, an example of the phosphor according to Example 3 is shown, but the phosphors according to Example 1 and Example 2 can be similarly applied.
As shown in FIG. 3, the light-emitting
発光素子10は、例えば波長が200nm以上470nm程度の光を出射するものを用いることができる。好ましくは、波長が300nm〜470nmに主発光があるものがよく、さらに好ましくは360nm〜470nmに主発光があるものである。発光素子10には、LEDやレーザダイオードなどの半導体発光素子が採用可能である。
For example, a
図3に示したように、発光素子10は、上部よりも底部が狭い凹部を有するパッケージ30の凹部底面に配置されている。パッケージ30の凹部は、蛍光体層20により充填されている。
As shown in FIG. 3, the
パッケージ30は、基板40上に実装されている。図示を省略した電気配線が基板40に配置されており、この電気配線に発光素子10が電気的に接続されている。例えば発光素子10がLEDの場合、発光素子10の正電極と負電極間に電圧を印加することにより発光素子10に駆動電流が流れる。これにより、発光素子10は光を出射する。発光素子10をパッケージ30の凹部底面に配置することにより、出力光Lの指向性が向上する。
The
また、図4には室温時における比較例3と実施例1〜3に係る蛍光体(サンプルS1、S7、S12)の波長に対する発光強度を示す。実施例1〜3に示した蛍光体は、いずれも490nm〜520nm付近にピークを持ち、青緑色に発光する特徴を有している。そのため、実施例1〜3に係る蛍光体を白色発光装置に用いた場合、従来の白色発光装置(青色発光素子に緑色蛍光体及び赤色蛍光体を組み合わせのものが一般的に知られている)では不可能であった高演色性(Ra=90以上)の発光装置を得ることができる。 FIG. 4 shows the emission intensity with respect to the wavelength of the phosphors (Samples S1, S7, S12) according to Comparative Example 3 and Examples 1 to 3 at room temperature. Each of the phosphors shown in Examples 1 to 3 has a feature of having a peak in the vicinity of 490 nm to 520 nm and emitting blue-green light. Therefore, when the phosphor according to Examples 1 to 3 is used in a white light emitting device, a conventional white light emitting device (a combination of a blue phosphor and a green phosphor and a red phosphor is generally known). Thus, it is possible to obtain a light emitting device with high color rendering (Ra = 90 or more), which was impossible.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論であ
る。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明
特定事項によってのみ定められるものである。
As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…発光装置
10…発光素子
20…蛍光体層
21…蛍光体
30…パッケージ
40…基板
L…出力光
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記組成式中のM1は2価のアルカリ土類金属元素Srの一部がBa置換され,2価の遷移金属元素Zn,Mnから構成される少なくとも1つの元素であり、
M2は希土類元素Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選ばれる少なくとも1つの元素であり、
M3は3価の金属Al,Ga,Inから選ばれる少なくとも1つの元素である。
b、cはそれぞれ、
0<b≦1.0、
6.0≦c≦8.0、
の範囲にあることを特徴とするアルミン酸塩蛍光体。 (4-b) an aluminate phosphor represented by a composition formula of M1O · bM2O · cM3 2 O 3 ,
M1 in the composition formula is at least one element composed of the divalent transition metal elements Zn and Mn in which a part of the divalent alkaline earth metal element Sr is Ba-substituted,
M2 is at least one element selected from the rare earth elements Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu,
M3 is at least one element selected from trivalent metals Al, Ga, and In.
b and c are respectively
0 <b ≦ 1.0,
6.0 ≦ c ≦ 8.0,
An aluminate phosphor characterized by being in the range of
0<a≦1.0、
0<b≦1.0、
6.0≦c≦8.0、
の範囲にあることを特徴とするアルミン酸塩蛍光体。 (4-ab) An aluminate phosphor represented by a composition formula of SrO.aBaO.bEuO.cAl 2 O 3 , wherein a, b, and c in the composition formula are
0 <a ≦ 1.0,
0 <b ≦ 1.0,
6.0 ≦ c ≦ 8.0,
An aluminate phosphor characterized by being in the range of
0<a≦1.0、
0<b≦1.0、
6.0≦c≦8.0、
0<z≦1.0
の範囲にあることを特徴とするアルミン酸塩蛍光体。 (4-a-b) a SrO · aBaO · bEuO · cAl 2 O 3 · zBi 2 O aluminate phosphor represented by the composition formula 3, a in the formula, b, c, z Respectively
0 <a ≦ 1.0,
0 <b ≦ 1.0,
6.0 ≦ c ≦ 8.0,
0 <z ≦ 1.0
An aluminate phosphor characterized by being in the range of
0<a≦0.5、
0<b≦1.0、
6.0≦c≦8.0、
0<z≦0.2
の範囲にある請求項3に記載のアルミン酸塩蛍光体。 A, b, c and z in the composition formula are
0 <a ≦ 0.5,
0 <b ≦ 1.0,
6.0 ≦ c ≦ 8.0,
0 <z ≦ 0.2
The aluminate phosphor according to claim 3, which is in the range of.
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