JP7022931B2 - 蛍光体および発光装置 - Google Patents
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Description
本開示の第1の態様に係る蛍光体は、化学組成(Lu1-p-q,Cep,Mq)xβyγzOを有する結晶相を含有する。前記Mは、Y、La、Sc、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびYbからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素である。前記βは、前記β全体の90モル%以上のSiを含む。前記γは、前記γ全体の90モル%以上のNを含む。前記x、y、z、p、およびqは、5.5≦x≦6.5、10.5≦y≦11.5、19.5≦z≦20.5、0<p<0.03、および0≦q≦0.5、を満たす。
以下、本開示の実施の形態について詳細に説明する。当然ながら、本開示はこれらの実施形態に限定されるものでなく、本開示の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。同一または実質的に同一の構成には同一の符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
実施形態1では、本開示の蛍光体の実施形態について説明する。
以下、実施形態1の蛍光体の製造方法について説明する。ここでは、上記化学組成において、MがY、βがSi、およびγがNである場合を例に挙げて説明する。
q)6Si11N20(0<p<0.03、0≦q≦0.5)の化学組成比となるように、Lu化合物、Ce化合物、Y化合物、およびSi化合物(またはSi単体)を用意してもよい。具体的な原料としては、例えば、LuN粉末(またはLu2O3粉末)、CeN粉末(またはCeO2粉末若しくはCeF3粉末)、YN粉末、およびSi3N4粉末を用いてもよい。
実施形態1の蛍光体は、発光装置に利用され得る。実施形態1の発光装置は、励起光源と、第一の蛍光体と、を少なくとも備える。励起光源は、波長440nm以上460nm以下の光を発する。第一の蛍光体は、励起光源の発する光を照射され、励起光源の発する光よりも長波長の蛍光を発する。第一の蛍光体は、実施形態1で説明した何れかの蛍光体である。以上の構成によれば、高出力時においても量子効率の高い発光装置を構成することができると共に、波長455nm以上500nm以下の波長領域に光の欠落が少なく、かつ演色性の高い白色光源が実現され得る。
実施形態2では、本開示の発光装置の実施形態について説明する。
第一の蛍光体Aの発光スペクトルは、波長550nm以上600nm以下の範囲内にピークを含む。この発光スペクトルのピークの半値全幅は、130nm以上であり、140nm以上であってもよい。第一の蛍光体Aの発光スペクトルのピークの半値全幅の上限は、特には限定されないが、例えば200nm以下である。第一の蛍光体Aの発光スペクトルでは、波長500nmの成分の強度が、上記ピークの強度の25%以上である。
第一の蛍光体Bの発光スペクトルは、波長500nm以上600nm以下の範囲内にピークを含む。この発光スペクトルのピークの半値全幅は、130nm以上であり、140nm以上であってもよい。第一の蛍光体Bの発光スペクトルのピークの半値全幅の上限は、特には限定されないが、例えば200nm以下である。第一の蛍光体Bの発光スペクトルでは、波長500nmの成分の強度が上記ピークの強度の25%以上であり、かつ、波長480nmにおける発光スペクトルの強度が発光スペクトルの上記ピークの強度の15%以上である。
実施形態3では、本開示の発光装置の一例として、LEDチップを光源として備えるLED発光装置について説明する。図1は、実施形態3のLED発光装置の一実施形態を示す模式的な断面図である。図1に示すように、LED発光装置10は、蛍光体11と、LEDチップ(励起光源の一例)15と、LED封止体24と、を備える。また、LED発光装置10は支持体23を備えてもよい。支持体23は、LEDチップ15を支持する。本実施形態では、LED発光装置10は、面実装が可能な構造を備えている。よって、支持体23は基板である。なお、LED発光装置10においては、蛍光体11およびLED封止体24によって、波長変換素子が構成されている。
蛍光体11は、LEDチップ15から出射される光のうち、一部の波長成分またはすべての波長成分を吸収し、蛍光を発する。吸収する光の波長および蛍光の波長は、蛍光体11に含まれる蛍光材料の種類によって決まる。蛍光体11は、光の混色により白色光が作り出されるように、複数の異なる色の蛍光体を含む混合蛍光体であってもよい。蛍光体11は、黄色蛍光体および赤色蛍光体の混合蛍光体であってもよい。赤色蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、Sr2Si5N8:Eu2+、La3(Si6-x,Alx)N11-3/x:Ce3+、Lu2CaMg2Si3O12:Ce3+、および(Y,La)6Si11N20O:Ce3+などの蛍光体を用いることができる。黄色蛍光体としては、実施形態1の蛍光体が用いられる。
実施形態4では、本開示の発光装置の一例として、LDを光源として備えるLD発光装置について説明する。図2は、実施形態4に係るLD発光装置60の概略構成を示している。LD発光装置60は、LD素子(励起光源の一例)58と、波長変換部材(波長変換素子の一例)61と、を備える。波長変換部材61は、蛍光体を含む。蛍光体は、LD素子58からの出射光を、より長波長の光に波長変換する。
実施形態5では、本開示の照明装置の一例として、光ファイバーを用いた照明装置について説明する。図3は、実施形態5に係る照明装置130の概略構成を示している。照明装置130は、LD素子58と、入射光学系59と、光ファイバー132と、波長変換部材131と、出射光学系122と、を備える。
蛍光体の発光スペクトルおよび励起スペクトルは、分光蛍光光度計(日本分光製FP-6500)を用いて測定された。発光スペクトルは、励起光のピーク波長を380nmに設定し、蛍光体の発光を420nm~800nmの範囲で測定することによって測定された。この時のピーク波長を発光ピーク波長とした。励起スペクトルは、蛍光体発光のモニター波長を570nmに設定し、励起光を250nm~500nmの範囲で変化させることによって測定された。
蛍光体の発光寿命は、蛍光寿命測定装置(浜松ホトニクス製Quantaurus-Tau小型蛍光寿命測定装置)を用いて測定された。励起光のピーク波長を365nmに設定し、蛍光体発光のモニター波長を570nmに設定し、励起光を遮断した後の時間に対する発光強度の時間変化が測定された。この時の発光強度が、励起光遮断前の発光強度に対して1/eとなる時間が、1/e発光寿命として求められた。
蛍光体の粉末X線回折パターンは、X線回折測定装置(Rigaku製RINT2100)を用いて測定された。測定は、Cu-Kα線を用い、表1に示す条件で行われた。
出発原料として、LuN粉末、YN粉末、Si3N4粉末、およびCeN粉末を用意した。出発原料として用いたLuN粉末には、Lu2O3が混在していた。化学組成(Lu1-p-q,Cep,Yq)xSiyNzOを有する結晶相を含有する蛍光体の合成には、酸素源として、LuN粉末に混在しているLu2O3が利用された。試料番号1から7の蛍光体を合成するために、出発原料の粉末を表2に示す配合組成となるように秤量し混合した。出発原料の粉末の混合は、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、乳鉢を用いて乾式混合することによって行われた。混合して得られた原料粉末を、窒化ホウ素製の坩堝に入れた。この原料粉末を0.5MPaの窒素雰囲気中で1900℃にて2時間焼成した。以上の方法により、試料番号1から7の蛍光体が作製された。
試料番号1から7の蛍光体の発光スペクトルは、それぞれ、図4から10に示されている。試料番号1から7の蛍光体の励起スペクトルは、それぞれ、図11から17に示されている。さらに、発光スペクトルから、最大ピークの発光強度(以下、最大ピーク値と呼ぶ)に対する、波長500nmにおける発光強度の比率および波長480nmにおける発光強度の比率、が求められた。試料番号1から7の蛍光体のXRDパターンは、図18および19に示されている。なお、比較例として、Er6Si11N20O結晶(ICSD-84706)のXRDパターンも、図18および19に示されている。試料番号1から7の蛍光体の発光ピーク波長、最大ピーク値に対する発光強度比、励起ピーク波長、発光ピークの半値全幅(発光半値全幅)および1/e発光寿命は、表3に示されている。なお、表3中の*印は、その試料が比較例であることを示している。比較例として、黄色蛍光体として一般に用いられているYAG蛍光体(試料番号8)についても、表3に示されている。YAGについてはLED用として市販されている蛍光体が用いられた。YAGの発光スペクトルを測定する場合には、励起波長を450nmとした。
試料番号1から8の蛍光体と発光ピーク波長445nmの青色LDとを組み合わせて白色光源を構成した場合の演色評価数を表4に示す。試料番号9から16の発光スペクトルを、それぞれ、図20から27に示す。なお、白色発光の色度は、CIE色度座標値y=0.345となるように調整した。
11 蛍光体
12 赤色蛍光体
13 黄色蛍光体
15 LEDチップ
21 ボンディングワイヤ
22 電極
23 支持体
24 LED封止体
25 半田
58 LD素子
59 入射光学系
60 LD発光装置
61 波長変換部材
62 蛍光体層、第2の蛍光体層
63 第1の蛍光体層
68 バインダー
69 バインダー
130 照明装置
131 波長変換部材
132 光ファイバー
Claims (14)
- 化学組成(Lu1-p-q,Cep,Mq)xβyγzOを有する結晶相を含有し、
前記Mは、Y、La、Sc、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびYbからなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であり、
前記βは、前記β全体の90モル%以上のSiを含み、
前記γは、前記γ全体の90モル%以上のNを含み、
前記x、y、z、p、およびqは、5.5≦x≦6.5、10.5≦y≦11.5、19.5≦z≦20.5、0<p<0.03、および0≦q≦0.5、を満たす、蛍光体。 - 前記蛍光体の発光スペクトルは、波長540nm以上600nm以下の範囲内にピークを含む、請求項1に記載の蛍光体。
- 前記発光スペクトルは、波長550nm以上600nm以下の範囲内に前記ピークを含む、請求項2に記載の蛍光体。
- 前記発光スペクトルの前記ピークの半値全幅は、130nm以上である、請求項2または3に記載の蛍光体。
- 前記発光スペクトルにおいて、波長500nmの成分の強度が、前記ピークの強度の25%以上である、請求項2から4のいずれか1項に記載の蛍光体。
- 前記発光スペクトルにおいて、波長500nmの成分の強度が、前記ピークの強度の100%未満である、請求項5に記載の蛍光体。
- 前記蛍光体の励起スペクトルは、波長360nm以上390nm以下の範囲内に第一のピークを含み、波長410nm以上440nm以下の範囲内に第二のピークを含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の蛍光体。
- 前記第一のピークは、前記第二のピークよりも大きい、請求項7に記載の蛍光体。
- 前記Mは、前記M全体の90モル%以上のYを含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の蛍光体。
- 前記Mは、Yであり、
前記βは、Siであり、
前記γは、Nである、請求項9に記載の蛍光体。 - 前記結晶相の1/e発光寿命が100ns以下である、請求項1から10のいずれか1項に記載の蛍光体。
- 前記結晶相の前記1/e発光寿命が50ns以下である、請求項11に記載の蛍光体。
- 波長440nm以上460nm以下の光を発する励起光源と、
前記励起光源の発する前記光により励起されて発光する、請求項1から12のいずれか1項に記載の蛍光体である第一の蛍光体と、を備える、発光装置。 - 前記励起光源は、LDである、請求項13に記載の発光装置。
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