WO2024142449A1 - 発光装置、照明装置、画像表示装置及び車両用表示灯 - Google Patents

発光装置、照明装置、画像表示装置及び車両用表示灯 Download PDF

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悠平 稲田
友幸 来島
尚登 広崎
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三菱ケミカル株式会社
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    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting device, a lighting device, an image display device, and a vehicle indicator light.
  • this type of white-emitting LED has been used in which a nitride phosphor that emits red light and a phosphor that emits green light are mounted on a blue LED chip using blue light from the blue LED chip as excitation light. LEDs with high color rendering, color reproducibility, and/or luminous efficiency are required.
  • S/CASN phosphors and 2-5-8 phosphors have a relatively wide peak half-width in their emission spectra (hereinafter, sometimes referred to as “spectral half-width", or “A full width at half maximum”, or “FWHM”) of about 80 nm to 90 nm (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
  • spectral half-width or “A full width at half maximum”, or “FWHM”
  • FWHM full width at half maximum
  • a light-emitting device that includes at least a light source and a red phosphor, the red phosphor including a red phosphor whose chromaticity coordinates of the emitted color are in a specific range, and the red phosphor has a half-width in the emission spectrum that is within a certain range, and thus completed the present invention.
  • the red phosphor including a red phosphor whose chromaticity coordinates of the emitted color are in a specific range, and the red phosphor has a half-width in the emission spectrum that is within a certain range.
  • ⁇ 4> A light emitting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the red phosphor contains a phosphor that is substantially free of Mn.
  • ⁇ 5> A light emitting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the emission spectrum of the red phosphor includes at least one emission peak having an emission peak wavelength of 648 nm or less.
  • ⁇ 6> A light-emitting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, in which the internal quantum efficiency of the red phosphor is 30% or more.
  • ⁇ 12> The light emitting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8> and ⁇ 10>, wherein the red phosphor includes a phosphor including at least a crystal phase having a composition represented by the following formula [4]: Re x MA a MB b (MC' 1-y MD y ) c (N, O) d X e [4] (In the above formula [4], (N, O) means containing N and O, MA contains one or more elements selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba, Na, K, Y, Gd, and La, MB contains one or more elements selected from the group consisting of Li, Mg, and Zn, MC' is Al, MD contains one or more elements selected from the group consisting of Si, Ga, In, and Sc, X contains one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I, Re contains one or more elements selected from the group consisting of Eu, Ce, Pr, Tb, and Dy, and a,
  • ⁇ 13> A light emitting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>, wherein the second light emitter further includes a yellow phosphor and/or a green phosphor.
  • ⁇ 17> A vehicle indicator lamp having a light emitting device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 14> as a light source.
  • a red phosphor that satisfies at least the following (A) and (B).
  • the emission spectrum includes at least one emission peak having a full width at half maximum (FWHM) of 20 nm or more and 65 nm or less;
  • the chromaticity coordinates of the emitted color are located between two straight lines represented by the following formulas (a) and (b) based on the coordinates represented by (x, y) in the CIE 1931 chromaticity coordinate system, and 0.290 ⁇ y ⁇ 0.350.
  • y 0.992 - x ...
  • y 1.000 - x ... (b)
  • a red phosphor in ⁇ 18> in which the y value of the chromaticity coordinate of red light is 0.300 or more.
  • ⁇ 20> A red phosphor in ⁇ 18> or ⁇ 19> above, in which the y value of the chromaticity coordinate of red light is 0.310 or less.
  • a red phosphor comprising any one of ⁇ 18> to ⁇ 20> above, the phosphor being substantially free of Mn.
  • ⁇ 22> A red phosphor according to any one of ⁇ 18> to ⁇ 21>, wherein the emission spectrum includes at least one emission peak having an emission peak wavelength of 648 nm or less.
  • ⁇ 23> A red phosphor according to any one of ⁇ 18> to ⁇ 22> above, in which the internal quantum efficiency is 30% or more.
  • (N, O) means containing N and O
  • MA contains one or more elements selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba, Na, K, Y, Gd, and La
  • MB contains one or more elements selected from the group consisting of Li, Mg, and Zn
  • MC' is Al
  • MD contains one or more elements selected from the group consisting of Si, Ga, In, and Sc
  • X contains one or more elements selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I
  • Re contains one or more elements selected from the group consisting of Eu, Ce, Pr, Tb, and Dy
  • a, b, c, d
  • Ix/Iy be equal to or less than the above upper limit, a phosphor with high phase purity and a narrow full width at half maximum (FWHM) in the emission spectrum can be obtained, improving the luminous efficiency of the light emitting device.
  • the internal quantum efficiency of the red phosphor is 30% or more.
  • the internal quantum efficiency is preferably 35% or more, more preferably 40% or more, even more preferably 45% or more, particularly preferably 50% or more, and even more preferably 55% or more. There is no upper limit, and the higher the better, but it is usually 100% or less.
  • the internal quantum efficiency of the red phosphor can be determined by a conventional method, for example, it can be calculated from an emission spectrum measured using a spectrophotometer.
  • Oxygen (O), nitrogen (N), and halogen elements (X) can be supplied by using oxides, nitrides, halides, etc. as phosphor raw materials that serve as the supply sources of each of the elements, and can also be appropriately contained by creating an oxygen- or nitrogen-containing atmosphere during the synthesis reaction.
  • the material of the crucible is preferably one that does not react with the phosphor raw material or reactants, and examples of such materials include ceramics such as alumina, quartz, boron nitride, silicon carbide, and silicon nitride, metals such as nickel (Ni), platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), iridium (Ir), and rhodium (Rh), and alloys containing these as the main components.
  • ceramics such as alumina, quartz, boron nitride, silicon carbide, and silicon nitride
  • metals such as nickel (Ni), platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), iridium (Ir), and rhodium (Rh), and alloys containing these as the main components.
  • the light emitting device has a first light emitting body (excitation light source), and can use a red phosphor that satisfies at least the above (A) and (B) as a second light emitting body.
  • the configuration of the light emitting device is not limited, and any known device configuration can be used.
  • the LED element may be fixed to a package such as a bullet-type package or an SMD-type package, or may be directly fixed on a circuit board as in the case of a chip-on-board type light-emitting device.
  • a package such as a bullet-type package or an SMD-type package
  • a circuit board such as a chip-on-board type light-emitting device.
  • optical coupling between the LED element and the phosphor There is no limitation on the form of optical coupling between the LED element and the phosphor, and the space between them may simply be filled with a transparent medium (including air), or an optical element such as a lens, an optical fiber, a light guide plate, or a reflecting mirror may be interposed between them.
  • the applications of the light-emitting device are not particularly limited, and the device can be used in various fields in which conventional light-emitting devices are used.
  • light-emitting devices with high color rendering properties can be particularly suitably used as light sources for lighting devices and image display devices.
  • a light emitting device including a red phosphor with a good emission wavelength can be used in a red vehicle indicator light or a white vehicle indicator light containing the red light.
  • the present invention may provide an illumination device including the light-emitting device as a light source.
  • the light emitting device is applied to a lighting device, there is no limitation on the specific configuration of the lighting device, and the light emitting device as described above may be appropriately incorporated into a known lighting device for use.
  • a surface-emitting lighting device in which a number of light emitting devices are arranged on the bottom surface of a holding case may be mentioned.
  • the present invention may provide an image display device including the light emitting device as a light source.
  • the specific configuration of the image display device is not limited, but it is preferable to use the light emitting device together with a color filter.
  • the image display device is a color image display device using a color liquid crystal display element
  • the image display device can be formed by using the light emitting device as a backlight, and combining an optical shutter using liquid crystal and a color filter having red, green, and blue pixels.
  • Quantum efficiency measurement The quantum efficiency was calculated based on the emission spectrum measured using a spectrofluorometer FP8500 (manufactured by JASCO Corporation) under the following measurement conditions.
  • Light source Xenon lamp Excitation wavelength: 455 nm
  • Phosphors 2 to 9 were obtained in the same manner as Phosphor 1, except that nitride raw materials containing Ga were appropriately used so that the phosphor had a composition shown in Table 1 and the firing temperature was set to 845°C.
  • FIG. 1 shows the emission colors of the samples of phosphors 1 to 10 plotted based on the coordinates represented by (x, y) in the CIE chromaticity coordinates.
  • Phosphors 1 and 10 are red phosphors that do not satisfy (B) above, because their CIE chromaticity coordinates do not lie between the two straight lines represented by formulas (a) and (b).
  • phosphors 2 to 9 are red phosphors that satisfy (A) and (B) above.
  • FIGS. 2A and 2B The relationship between the emission intensity and wavelength of phosphors 1 to 10 is shown in FIGS. 2A and 2B.
  • phosphors 2 to 9 have dramatically improved emission intensities compared to phosphors 1 and 10.
  • the normalized emission spectra of the above phosphor and a CASN phosphor (BR-101/J, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) having an emission peak wavelength of 646 nm as a reference phosphor are shown in Fig. 3. From Fig. 3, it is understood that the phosphor according to the present invention has a good emission spectrum with a narrow half-width, and that phosphors 5, 8 and 9 have shorter emission peak wavelengths than phosphor 1 and the like.
  • FIGS. 4A to 4D show the results of simulating the relative emission intensity for the white LEDs of Comparative Examples 1, 3 to 4 and Examples 1 to 7 and 15, and Figures 5A to 5E show the results of simulating the relative emission intensity when the emission intensity at the emission peak wavelength of each white LED is set to 1.
  • Table 2 also shows the results of determining the general color rendering index Ra, the red color rendering index R9, and the spectral efficiency (LER), which is the luminous flux (Lm) per energy (Wopt) of the emission spectrum and is an index of conversion efficiency, from each spectrum.
  • Ra general color rendering index
  • R9 red color rendering index
  • LER spectral efficiency
  • ratio/wt% refers to the weight percentage of each phosphor when the total weight of each phosphor is taken as 100%, with “green” being the LuAG phosphor, "red 1" being the first red phosphor, and “red 2" being the second red phosphor.
  • FIGS. 5A and 7A show that the embodiment according to the present invention includes a well-balanced red and green range compared to Comparative Examples 1 and 2, resulting in improved spectral efficiency.
  • the examples according to the embodiments of the present invention have preferable emission intensity in the red region compared to examples such as Comparative Example 4, thereby ensuring R9, and at the same time, they have succeeded in improving LER by suppressing emission intensity in the wavelength region of 660 nm or more, where the relative luminous efficiency is low, compared to Comparative Example 1, thereby obtaining a light-emitting device with good color rendering and conversion efficiency.
  • Comparative Examples 2 and 6 with each example in Figures 7A and 7C, it can be seen that the same effect can be obtained even for emission colors that show different correlated color temperatures.
  • Example 1 A simulation was performed in the same manner as in Example 1, except that a CASN phosphor (BR-101/J, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) having an emission peak wavelength of 646 nm was used instead of the second red phosphor.
  • 5D to 5E show the relative luminescence intensity in Reference Example 1 and the normalized relative luminescence intensity in each Example. Table 2 shows various characteristics of the white LED of Reference Example 1.
  • the light-emitting device of the present invention has a sharp peak in the red region and is able to suppress the emission intensity in the wavelength region of 680 nm or more, where the relative luminous efficiency is low, and it is therefore possible to provide a light-emitting device that has high color rendering or red color reproducibility and high conversion efficiency.
  • a phosphor that has a good emission peak wavelength, a narrow peak half-width in the emission spectrum, and/or high emission intensity, and by including this phosphor, it is possible to provide a light-emitting device, a lighting device, an image display device, and/or a vehicle indicator lamp that has good color rendering or color reproducibility and good conversion efficiency.
  • the light-emitting device of the present invention has good color rendering, color reproducibility, conversion efficiency, safety, and contrast, and can therefore be used in lighting devices, image display devices, vehicle indicator lights, etc.

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Abstract

本発明の課題は、演色性、色再現性、変換効率、安全性、コントラストのいずれか1つ以上が良好な発光装置、照明装置、画像表示装置及び/又は車両用表示灯を提供することである。本発明は、第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、前記第2の発光体は少なくとも、以下(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を含む、発光装置に関する。 (A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、 (B)発光色の色度座標がCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、それぞれ以下の式(a)及び式(b)で表される2本の直線の間に存在し、かつ、0.290≦y≦0.350である。 y=0.992-x ・・・(a) y=1.000-x ・・・(b)

Description

発光装置、照明装置、画像表示装置及び車両用表示灯
 本発明は、発光装置、照明装置、画像表示装置及び車両用表示灯に関する。
 近年、省エネルギーの流れを受け、LEDを用いた発光装置、照明装置、画像表示装置及び/又は車両用表示灯の需要が増加している。このような装置に用いられるLEDは、例えば、青又は近紫外波長の光を発するLEDチップ上に、蛍光体を配置した白色発光LEDである。
 このようなタイプの白色発光LEDとしては、青色LEDチップ上に、青色LEDチップからの青色光を励起光として、赤色に発光する窒化物蛍光体と緑色に発光する蛍光体を用いたものが近年用いられている。演色性、色再現性、および/又は発光効率が高いLEDが求められている。
 発光装置が備える赤色蛍光体は、例えば一般式K(Si,Ti)F:Mn、KSi1-xNaAl:Mn(0<x<1)で表されるKSF蛍光体(例えば非特許文献1を参照)、一般式(Sr,Ca)AlSiN:Euで表されるS/CASN蛍光体(例えば、特許文献1を参照)、一般式CaSi:Euで表される2-5-8蛍光体等(例えば、非特許文献2を参照)が知られている。
 ところで、KSF蛍光体はMnで賦活されているため有害であり、より人体や環境に害のない蛍光体が求められている。別の観点から論ずれば、例えば非特許文献1の図4等に示されるように、KSF蛍光体は蛍光減衰時間(Decay Time)が数ミリ秒と長い(例えば、非特許文献1を参照)。このことは、KSFを備える照明装置は、特に高出力の装置において、輝度飽和を起こして変換効率が低下する可能性があり、或いはKSFを備える画像表示装置(ディスプレイ)はコントラストが低下する可能性があることを意味する。
 また、S/CASN蛍光体及び2-5-8蛍光体は発光スペクトルにおけるピーク半値幅(以下、「スペクトル半値幅」、或いは「A full width at half maximum」「FWHM」と記載する場合がある)が80nm~90nm程度と比較的広いものが多い(例えば特許文献1及び非特許文献2を参照)。このため、赤色としてこれらの蛍光体を主として用いた発光装置は、例えば比視感度(relative visibility)が低い700nm以上の波長領域の発光強度が大きくなる場合が多く、発光効率の変換効率が低下する場合がある。
日本国特開2006-008721号公報
J. Mater. Chem. C, 2015, Vol. 3, Issue 21, p. 5484-5489 Chemistry Letters, 2006, Vol. 35, No. 3, p. 334-335
 上記の課題を踏まえ、本発明は一つの観点において、演色性、色再現性、変換効率、安全性、コントラストのいずれか1つ以上が良好な発光装置、照明装置、画像表示装置及び/又は車両用表示灯を提供することを目的とする。
 本発明者等は鋭意検討したところ、少なくとも光源と赤色蛍光体を備える発光装置であって、前記赤色蛍光体は発光色の色度座標が特定範囲にある赤色蛍光体を含み、かつ、該赤色蛍光体は、発光スペクトルにおける半値幅が一定範囲である発光装置が上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成させた。非限定的ないくつかの実施形態を以下に示す。なお、本発明は、以下に示すいずれかの実施形態に対して、他の1以上の実施形態の特徴の一部又は全部を、更に備える実施形態も含む。
<1>:第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、前記第2の発光体は少なくとも、以下(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を含む、発光装置。
(A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、
(B)発光色の色度座標がCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、それぞれ以下の式(a)及び式(b)で表される2本の直線の間に存在し、かつ、0.290≦y≦0.350である。
y=0.992-x ・・・(a)
y=1.000-x ・・・(b)
<2>:前記<1>において、前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標のyの値が0.300以上である、発光装置。
<3>:前記<1>又は<2>において、前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標のyの値が0.310以下である、発光装置。
<4>:前記<1>~<3>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体が実質的にMnを含まない蛍光体を含む、発光装置。
<5>:前記<1>~<4>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が648nm以下の発光ピークを少なくとも1つ含む、発光装置。
<6>:前記<1>~<5>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体の内部量子効率が30%以上である、発光装置。
<7>:前記<1>~<6>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体の発光スペクトルにおけるピーク半値幅が57nm以下である、発光装置。
<8>:前記<1>~<7>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体の発光ピーク波長x(nm)と発光スペクトルにおけるピーク半値幅y(nm)とが、y≦184-0.2xの関係を満たす、発光装置。
<9>:前記<1>~<8>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、発光装置。
 ReMAMBMC   [1]
(上記式[1]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2)
<10>:前記<1>~<9>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、発光装置。
 ReMAMB(MC’1-yMD   [2]
(上記式[2]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2
  0.0<y≦1.0)
<11>:前記<1>~<9>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[3]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、発光装置。
 ReMAMBMC(N、O)   [3]
(上記式[3]中、(N,O)はN及びOを含むことを意味し、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2)
<12>:前記<1>~<8>及び<10>のいずれか1つにおいて、前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[4]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、発光装置。
 ReMAMB(MC’1-yMD(N、O)   [4]
(上記式[4]中、(N,O)はN及びOを含むことを意味し、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2
  0.0<y≦1.0)
<13>:前記<1>~<12>のいずれか1つにおいて、前記第2の発光体が、更に黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体を含む、発光装置。
<14>:前記<1>~<13>のいずれか1つにおいて、前記黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体は、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、及び酸窒化物蛍光体のいずれか1種以上を含む、発光装置。
<15>:前記<1>~<14>のいずれか1つに記載の発光装置を光源として備える、照明装置。
<16>:前記<1>~<14>のいずれか1つに記載の発光装置を光源として備える、画像表示装置。
<17>:前記<1>~<14>のいずれか1つに記載の発光装置を光源として備える、車両用表示灯。
<18>:少なくとも以下(A)及び(B)を満たす、赤色蛍光体。
(A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、
(B)発光色の色度座標がCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、それぞれ以下の式(a)及び式(b)で表される2本の直線の間に存在し、かつ、0.290≦y≦0.350である。
y=0.992-x ・・・(a)
y=1.000-x ・・・(b)
<19>:前記<18>において、赤色光の色度座標のyの値が0.300以上である、赤色蛍光体。
<20>:前記<18>又は<19>において、赤色光の色度座標のyの値が0.310以下である、赤色蛍光体。
<21>:前記<18>~<20>のいずれか1つにおいて、実質的にMnを含まない蛍光体を含む、赤色蛍光体。
<22>:前記<18>~<21>のいずれか1つにおいて、発光スペクトルは、発光ピーク波長が648nm以下の発光ピークを少なくとも1つ含む、赤色蛍光体。
<23>:前記<18>~<22>のいずれか1つにおいて、内部量子効率が30%以上である、赤色蛍光体。
<24>:前記<18>~<23>のいずれか1つにおいて、発光スペクトルにおけるピーク半値幅が57nm以下である、赤色蛍光体。
<25>:前記<18>~<24>のいずれか1つにおいて、発光ピーク波長x(nm)と発光スペクトルにおけるピーク半値幅y(nm)とが、y≦184-0.2xの関係を満たす、赤色蛍光体。
<26>:前記<18>~<25>のいずれか1つにおいて、少なくとも下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、赤色蛍光体。
 ReMAMBMC   [1]
(上記式[1]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2)
<27>:前記<18>~<26>のいずれか1つにおいて、少なくとも下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、赤色蛍光体。
 ReMAMB(MC’1-yMD   [2]
(上記式[2]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2
  0.0<y≦1.0)
<28>:前記<18>~<26>のいずれか1つにおいて、少なくとも下記式[3]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、赤色蛍光体。
 ReMAMBMC(N、O)   [3]
(上記式[3]中、(N,O)はN及びOを含むことを意味し、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2)
<29>:前記<18>~<26>のいずれか1つにおいて、少なくとも下記式[4]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、赤色蛍光体。
 ReMAMB(MC’1-yMD(N、O)   [4]
(上記式[4]中、(N,O)はN及びOを含むことを意味し、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2
  0.0<y≦1.0)
 本発明は複数の実施形態において、演色性、色再現性、変換効率、安全性、コントラストのいずれか1つ以上が良好な発光装置、照明装置、画像表示装置及び/又は車両用表示灯を提供することができる。
図1は、各実施例に用いた蛍光体2~9、並びに、比較例1~6に用いた蛍光体1及び10のサンプルの色を、CIE色度座標における(x、y)で表される座標を基準にプロットした図である。 図2Aは、蛍光体1の発光ピーク波長における発光強度を1としたときの蛍光体2~5の発光強度を示す図である。 図2Bは、蛍光体1の発光ピーク波長における発光強度を1としたときの蛍光体6~10の発光強度を示す図である。 図3は、参考蛍光体、並びに、蛍光体1、2、5、8及び9の発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度を示す図である。 図4Aは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例1、並びに、実施例1及び実施例2の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図4Bは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例3及び比較例4、並びに、実施例3及び実施例4の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図4Cは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例1、並びに、実施例5及び実施例6の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図4Dは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例1、並びに、実施例7及び実施例15の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図5Aは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例1及び比較例4、並びに、実施例1及び実施例2の白色LEDの発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図5Bは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例1、比較例3及び比較例4、並びに、実施例3及び実施例4の白色LEDの発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図5Cは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、比較例1及び比較例4、並びに、実施例5及び実施例6の白色LEDの発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図5Dは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、参考例1、比較例4、並びに、実施例7及び実施例15の白色LEDの発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図5Eは、CIE色度座標(0.437,0.404)、色温度3000Kにおける、参考例1、並びに、実施例3及び実施例7の白色LEDの発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図6Aは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例2、並びに、実施例8及び実施例9の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図6Bは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例5及び比較例6、並びに、実施例10及び実施例11の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図6Cは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例2、並びに、実施例12及び実施例13の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図6Dは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例2、並びに、実施例14及び実施例16の白色LEDの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図7Aは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例2及び比較例6、並びに、実施例8及び実施例9の白色LEDの500nm以上780nm以下の領域に存在する発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図7Bは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例2、比較例5及び比較例6、並びに、実施例10及び実施例11の白色LEDの500nm以上780nm以下の領域に存在する発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図7Cは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、比較例2及び比較例6、並びに、実施例12及び実施例13の白色LEDの500nm以上780nm以下の領域に存在する発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図7Dは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、参考例2、比較例6、並びに、実施例14及び実施例16の白色LEDの500nm以上780nm以下の領域に存在する発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。 図7Eは、CIE色度座標(0.380,0.377)、色温度4000Kにおける、参考例2、並びに、実施例10及び実施例14の白色LEDの500nm以上780nm以下の領域に存在する発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を示す図である。
 以下、本発明について実施形態や例示物を示して説明するが、本発明は以下の実施形態や例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
 なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書中の蛍光体の組成式において、各組成式の区切りは読点(、)で区切って表わす。また、カンマ(,)で区切って複数の元素を列記する場合には、列記された元素のうち1種又は2種以上を任意の組み合わせ及び組成で含有していてもよいことを示している。例えば、「(Ca,Sr,Ba)Al:Eu」という組成式は、「CaAl:Eu」と、「SrAl:Eu」と、「BaAl:Eu」と、「Ca1-xSrAl:Eu」と、「Sr1-xBaAl:Eu」と、「Ca1-xBaAl:Eu」と、「Ca1-x-ySrBaAl:Eu」(但し、式中、0<x<1、0<y<1、0<x+y<1である。)とを全て包括的に示しているものとする。
 本発明は一実施形態において、第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、前記第2の発光体は少なくとも、以下(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を含む、発光装置である。
 また、本発明は別の実施形態において、以下(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を含む赤色蛍光体である。
(A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、
(B)発光色の色度座標がCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、それぞれ以下の式(a)及び式(b)で表される2本の直線の間に存在し、かつ、0.290≦y≦0.350である。
y=0.992-x ・・・(a)
y=1.000-x ・・・(b)
 別の観点からいえば、本発明は一実施形態において、第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、前記第2の発光体は少なくとも、以下(A)及び(C)を満たす赤色蛍光体を含む、発光装置である。
 また、本発明は別の実施形態において、以下(A)及び(C)を満たす赤色蛍光体を含む赤色蛍光体である。
(A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、
(C)前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標はCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、四つの頂点、点A(0.710、0.290)、点B(0.650、0.350)、点C(0.642、0.350)、及び点D(0.702、0.290)によって囲まれた領域内にある。
 一実施形態において、前記赤色蛍光体が発する赤色光における色度座標におけるx+yの値は、通常0.992以上1.000以下であり、別の実施形態においては0.992より大きくしてもよく、0.994以上、0.996以上としてもよく、また1.000未満、又は0.999以下としても良い。
 一実施形態において、前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標におけるyの値は、好ましくは0.340以下、より好ましくは0.330以下、さらに好ましくは0.320以下、特に好ましくは0.310以下、殊更に好ましくは0.300以下である。前記色度座標におけるyの値が上記上限以下であることで、赤色における演色性または色再現性の良好な発光装置を提供することができ、例えば画像常時装置(ディスプレイ)用途に好適である。
 上記の実施形態は下記の様に表現することもできる。すなわち、例えば前記yの値が0.340以下の実施形態においては、前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標はCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、四つの頂点、点A(0.710、0.290)、点E(0.660、0.340)、点F(0.652、0.340)及び点D(0.702、0.290)によって囲まれた領域内にある。yの上限値を変更した実施形態においては、点E及び点Fにおけるyの値を変更後の上限値とし、点Eのxの値は[1-変更後のyの上限値]、点Fのxの値は[0.992-変更後のyの値の上限値]としたものに読み替えることができる。
 別の実施形態において、前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標におけるyの値は、好ましくは0.295以上、より好ましくは0.300以上、さらに好ましくは0.310以上、特に好ましくは0.315以上である。前記色度座標におけるyの値が上記下限以上であることで、赤色領域の比視感度が高く、変換効率の良好な発光装置を提供することができ、例えば照明用途に好適である。
 上記の実施形態は下記の様に表現することもできる。すなわち、例えば前記yの値が0.295以上の実施形態においては、前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標はCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、四つの頂点、点G(0.705、0.295)、点B(0.650、0.350)、点C(0.642、0.350)及び点H(0.697、0.295)によって囲まれた領域内にある。yの下限値を変更した実施形態においては、それぞれ点G及び点Hにおけるyの値を変更後の下限値とし、点Gのxの値は[1-変更後のyの下限値]、点Hのxの値は[0.992-変更後のyの下限値]としたものに読み替えることができる。
 一実施形態において、発光装置が備える前記赤色蛍光体は、実質的にMnを含まない蛍光体を含み、特定の実施形態においては、実質的にMnを含まない蛍光体のみから成る。
 発光装置が備える赤色蛍光体の一部または全部がMnを実質的に含まない蛍光体であることで、すなわち、赤色蛍光体が実質的にMnを含まない蛍光体を含むことで、有害なMn化合物を低減し或いは除外し、人体及び環境に良い発光装置を提供することができる。
 なお、本明細書において特定成分を「実質的に含まない」蛍光体とは、蛍光体の結晶相の組成を構成する元素として特定成分を含まず、また添加元素、賦活剤などとして特定成分が加えられていない蛍光体を意味する。特定成分を「実質的に含まない」蛍光体は、不純物等の形で特定成分が意図せず微量混入することを許容する。
<赤色蛍光体>
 一実施形態において、前記赤色蛍光体は少なくとも、下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む。
 ReMAMBMC   [1]
(上記式[1]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2)
 式[1]中、Reにはユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)及びイッテルビウム(Yb)等を用いることができるが、発光波長および発光量子効率を向上する観点から、Reは好ましくはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、より好ましくはEuを含み、更に好ましくはReの80モル%以上はEuであり、より更に好ましくはReはEuである。
 式[1]中、MAはカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、及びランタン(La)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはCa、Sr、Baから成る群より選ばれる1種以上の元素を含み、より好ましくはMAはSrを含む。また、好ましくは、MAの80モル%以上は上記好ましい元素から成り、より好ましくはMAは上記好ましい元素から成る。
 式[1]中、MBはリチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、及び亜鉛(Zn)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはLiを含み、より好ましくはMBの80モル%以上はLiであり、更に好ましくはMBはLiである。
 式[1]中、MCはアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、及びスカンジウム(Sc)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、好ましくはAl、Ga又はSiを含み、より好ましくはAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素を含み、更に好ましくはMCの80モル%以上はAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成り、特に好ましくはMCの90モル%以上はAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成り、最も好ましくはMCはAl及びGaから成る群より選ばれる1種以上の元素から成る。
 一実施形態において、MCの80モル%以上はAlであり、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95モル%以上、さらに好ましくは98モル%以上がAlである。MCの80モル%以上がAlであることで、S/CASN等の既存の赤色蛍光体と同程度の発光ピーク波長および発光強度を示し、かつスペクトル半値幅が狭い赤色蛍光体を提供することができ、この様な赤色蛍光体を備える発光装置は、従来と同程度かそれ以上の変換効率(Conversion Efficiensy、Lm/W)を維持しつつ、演色性又は色再現性が良好である。
 式[1]中、Nは窒素を表す。結晶相全体の電荷バランスを保つため、又は発光ピーク波長を調整するため、Nは一部が酸素(O)で置換されていてもよい。
 式[1]中、Xはフッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、及びヨウ素(I)から成る群から選ばれる1種以上の元素を含む。すなわち、特定の実施形態においては、結晶構造安定化及び蛍光体全体の電荷バランスを保つ観点から、Nは、その一部がXで表した上記ハロゲン元素で置換されていてもよい。
 前記式[1]は、明記した以外の成分が、不可避的に、或いは意図せず、微量に含まれる場合を含む。
 明記した以外の成分としては、人為的に加えた元素と元素番号が1つ異なる元素、人為的に加えた元素の同族元素、人為的に加えた希土類元素と別の希土類元素、及び原料にハロゲン化物を用いた際のハロゲン元素、その他各種原料に不純物として一般的に含まれ得る元素などが挙げられる。
 本明細書において特定成分を「人為的に加える」とは、蛍光体の結晶相の組成を構成する元素として意図的に特定成分を加えることを意味し、不純物等の形で特定成分が意図せず微量混入した場合は「人為的に加える」ことには当たらない。特定成分が人為的に加えられた蛍光体は、特定成分を実質的に含むということができる。
 明記した以外の成分が不可避的に、又は意図せず含まれる場合としては、例えば原料の不純物由来、及び粉砕工程、合成工程等の製造プロセスにおいて導入される場合が考えられる。また、微量添加成分としては反応助剤、及び原料などが挙げられる。
 上記式[1]中、a、b、c、d、e、xはそれぞれ蛍光体に含まれるMA、MB、MC、N、X及びReのモル含有量を示す。
 aの値は、通常0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは0.9以上であり、通常1.4以下、好ましくは1.3以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.1以下である。
 bの値は、通常0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは0.9以上であり、通常1.4以下、好ましくは1.3以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.1以下である。
 cの値は、通常2.1以上、好ましくは2.4以上、より好ましくは2.6以上、更に好ましくは2.8以上であり、通常3.9以下、好ましくは3.6以下、より好ましくは3.4以下、更に好ましくは3.2以下である。
 dの値は、通常3以上、好ましくは3.2以上、より好ましくは3.4以上、更に好ましくは3.6以上、より更に好ましくは3.8以上であり、通常5以下、好ましくは4.8以下、より好ましくは4.6以下、更に好ましくは4.4以下、より更に好ましくは4.2以下である。
 eの値は特に制限されないが、通常0以上であり、通常0.2以下、好ましくは0.1以下、より好ましくは0.06以下、更に好ましくは0.04以下、より更に好ましくは0.02以下である。
 xの値は、通常0より大きい値であり、好ましくは0.0001以上、より好ましくは0.001以上であり、通常0.2以下、好ましくは0.15以下、より好ましくは0.12以下、更に好ましくは0.1以下、より更に好ましくは0.08以下である。xの値が上記下限以上又は上記下限より大きい値であることで、良好な発光強度の蛍光体を得ることができ、xの値が上記上限以下であることで、Reが良好に結晶内に取り込まれ、発光中心として機能しやすい蛍光体を得ることができ、このような赤色蛍光体を備えることで、変換効率が良好な発光装置を提供することができる。
 b、c、d、eが上記範囲にあることで、結晶構造が安定化する。また、d、eの値は蛍光体全体の電荷バランスを保つ目的で適度に調節できる。
 また、aの値が上記範囲にあることで、結晶構造が安定化し、異相の少ない蛍光体が得られ、このような赤色蛍光体を備えることで、励起光の吸収効率が良く、赤色および全体の変換効率が良好な発光装置を提供することができる。
 b+cの値は、通常3.1以上、好ましくは3.4以上、より好ましくは3.7以上であり、通常4.9以下、好ましくは4.6以下、より好ましくは4.3以下である。
 b+cの値が上記範囲であることで、結晶構造が安定化する。
 d+eの値は、通常3.2以上、好ましくは3.4以上、より好ましくは3.7以上であり、通常5.0以下、好ましくは4.6以下、より好ましくは4.3以下である。
 d+eの値が上記範囲であることで、結晶構造が安定化する。
 いずれの値も上記した範囲であると得られる赤色蛍光体の発光ピーク波長及び発光スペクトルにおける半値幅が良好である点で好ましい。
 なお、前記赤色蛍光体の元素組成の特定方法は特に限定されず、常法で求めることができ、例えばGD-MS、ICP分光分析法、又はエネルギー分散型X線分析装置(EDX)等により特定できる。
 一実施形態において、前記赤色蛍光体は少なくとも、下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む。
 ReMAMB(MC’1-yMD   [2]
(上記式[2]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
  0.7≦a≦1.3
  0.7≦b≦1.3
  2.4≦c≦3.6
  3.2≦d≦4.8
  0.0≦e≦0.2
  0.0<x≦0.2
  0.0<y≦1.0)
 前記式[2]におけるMA、MB、N、X、Re元素の種類及び構成は、前記式[1]と同様とすることができる。
 前記MC’はAlである。
 前記MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、結晶安定性および発光強度を向上する観点から、好ましくはGa及びSiから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、より好ましくはGaを含む。
 更に好ましい特定の実施形態においては、MDの80モル%以上はGaであり、MDはGaから成る構成としてもよい。
 前記式[2]におけるa、b、c、d、e及びxの値及び好ましい範囲は、前記式[1]と同様とすることができる。
 前記式[2]におけるyの値は、0.0より大きく、通常0.01以上、好ましくは0.015以上、より好ましくは0.03以上、更に好ましくは0.05以上、特に好ましくは0.10以上であり、通常1.00以下、好ましくは0.70以下、より好ましくは0.50以下、更に好ましくは0.30以下、特に好ましくは0.25以下である。
 yの値が上記下限以上であることで、蛍光体の発光ピーク波長が短波長化し、この様な赤色蛍光体を用いることで、演色性又は色再現性の良好な発光装置を提供できる。また、yの値が上記上限以下であることで、発光強度が良好な蛍光体を得ることができ、この様な赤色蛍光体を用いることで変換効率の良好な発光装置を提供できる。目的に応じて好ましい発光強度と発光ピーク波長を得るため、yの値は適宜調整することができる。
 式[1]又は式[2]において、Nの一部が酸素(O)で置換された場合、式[1]を以下の式[3]、式[2]を以下の式[4]と読み替えてもよい。
 ReMAMBMC(N、O)   [3]
 ReMAMB(MC’1-yMD(N、O)   [4]
 なお、式[3]及び[4]において(N,O)はN及びOを含むことを意味し、Re、MA、MB、MC、MC’、MD、X、x、y、a、b、c、d、eは全て式[1]又は[2]と同様である。
 前記(N,O)サイトにおけるN(窒素)の割合は任意に調整することができるが、好ましくは50モル%以上であり、より好ましく70モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上である。(N、O)におけるN(窒素)の割合を適宜調整することで、結晶相全体の電荷バランスを保ち、又は発光ピーク波長を調整することができる。
 また、本明細書において式[1]又は式[2]に関する記載は、全て式[3]又は式[4]についても適用することができる。
[結晶相の粒径]
 本実施形態の赤色蛍光体の結晶相の粒径は、体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径)で通常2μm以上40μm以下であり、下限値は、好ましくは3μm、より好ましくは4μm、更に好ましくは5μmであり、また上限値は、好ましくは35μm、より好ましくは30μm、更に好ましくは25μm、特に好ましくは20μmである。
 体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径)が上記下限以上であると結晶相がLEDパッケージ内で示す発光特性を向上する観点から好ましく、上記上限以下であると結晶相がLEDパッケージの製造工程においてノズルの閉塞を回避できる点から好ましい。
 蛍光体の結晶相の体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径)は、当業者に周知の測定技術により測定できるが、好ましい実施形態においては、例えばレーザー粒度計により測定できる。本明細書における実施例において、体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径、(d50))とは、レーザー回折・散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて、試料を測定し、粒度分布(累積分布)を求めたときの体積基準の相対粒子量が50%になる粒子径と定義される。
{赤色蛍光体の物性など}
[空間群]
 本実施形態の赤色蛍光体における結晶系(空間群)は、本発明の効果が得られる限り制限されないが、特定の実施形態においては、P-1であることが好ましい。本実施形態の赤色蛍光体における空間群は、粉末X線回折又は単結晶X線回折にて区別しうる範囲において統計的に考えた平均構造が上記の長さの繰り返し周期を示していれば特に限定されないが、「International Tables for Crystallography(Third,revised edition),Volume A SPACE-GROUP SYMMETRY」に基づく2番に属するものであることが好ましい。
 上記の空間群であることで、発光スペクトルにおけるピーク半値幅(FWHM)が狭くなり、発光効率の良い赤色蛍光体が得られる。
 ここで、空間群は常法に従って求めることができ、例えば電子線回折や粉末又は単結晶を用いたX線回折構造解析及び中性子線回折構造解析等により求めることができる。
 本実施形態の赤色蛍光体は、特定の実施形態において、粉末X線回析スペクトルにおいて2θ=38~39度の領域に現れるピークの強度をIx、2θ=37~38度の領域に現れるピークの強度をIyとして、Iyを1としたときのIxの相対強度であるIx/Iyは好ましくは0.140以下であり、より好ましくは0.120以下、更に好ましくは0.110以下、より更に好ましくは0.080以下、特に好ましくは0.060以下、とりわけ好ましくは0.040以下であり、また通常0以上であるが、小さければ小さいほど良い。
 2θ=37~38度の領域のピークは本実施形態の赤色蛍光体の主相に特徴的なピークの1つであり、Iyが相対的に高いことで、より相純度が高い赤色蛍光体が得られる。Ix/Iyが上記上限以下であることで、相純度が高く、発光スペクトルにおける半値幅(FWHM)の狭い蛍光体を得られるため、発光装置の発光効率が向上する。
[赤色蛍光体の内部量子効率]
 一実施形態において、赤色蛍光体の内部量子効率が30%以上である。前記内部量子効率は好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上、殊更好ましくは55%以上であり、上限は制限されず高いほど好ましいが、通常100%以下である。
 赤色蛍光体の内部量子効率は常法で求めることができ、例えば分光光度計を用いて測定した発光スペクトルから算出できる。
[発光スペクトルの特性]
 本実施形態の赤色蛍光体は、適切な波長を有する光を照射することで励起し、発光スペクトルにおいて良好な発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅(FWHM)を示す赤色光を放出する。以下、上記発光スペクトル及び励起波長、発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅(FWHM)について記載する。
(励起波長)
 本実施形態の赤色蛍光体は、通常270nm以上、好ましくは300nm以上、より好ましくは320nm以上、更に好ましくは350nm以上、特に好ましくは400nm以上、また、通常550nm以下、好ましくは520nm以下、より好ましくは500nm以下の波長範囲に励起ピークを有する。即ち、近紫外から青色領域の光で励起される。
 なお、発光スペクトルの形状、及び下記発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅の記載は励起波長によらず適用できるが、量子効率を向上させる観点からは、吸収及び励起の効率が良い上記範囲の波長を有する光を照射することが好ましい。
(発光ピーク波長)
 一実施形態において、前記赤色蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が通常620nm以上660nm以下の発光ピークを少なくとも1つ含む。
 特定の実施形態において、前記赤色蛍光体の発光スペクトルは、好ましくは625nm以上、より好ましくは630nm以上、さらに好ましくは635nm以上、よりさらに好ましくは640nm以上、極めて好ましくは645nm以上の発光ピークを少なくとも1つ含む。発光ピーク波長が前記下限以上の発光ピークを少なくとも1つ含む赤色蛍光体を備える発光装置は、赤色の演色性または色再現性が良好であり、画像表示装置(ディスプレイ)用バックライド等の用途に好適である。或いは、鮮明な赤色発光が可能となり、ブレーキランプなどの用途に好適である。
 別の特定の実施形態において、前記発光スペクトルは好ましくは655nm以下、より好ましくは650nm以下、さらに好ましくは648nm以下、よりさらに好ましくは645nm以下、特に好ましくは640nm以下、極めて好ましくは637nm以下に発光ピークを少なくとも1つ含む。発光スペクトルが前記上限以下の発光ピークを少なくとも1つ含む赤色蛍光体は、比視感度の低い700nm付近の波長領域の発光強度が低く、この様な赤色蛍光体を備える発光装置は、変換効率が良好であり、例えば照明装置の用途に好適である。
 前記発光ピーク波長を調整する方法は特に制限されないが、例えばMC元素の構成を調整することで、発光スペクトルにおけるピーク半値幅を狭く保ったまま発光ピーク波長を調整することができる。特定の実施形態においては、MCのうちAlの占める割合を高くすることで発光ピーク波長を長波長側に調整し、また前記式[1]におけるMCの一部におけるAl以外の元素、或いは式[2]におけるMD元素の割合を高めることで、発光ピーク波長を短波長側に調整することができる。
(発光スペクトルにおけるピーク半値幅)
 本実施形態の赤色蛍光体は、発光スペクトルにおけるピーク半値幅が、通常70nm以下、好ましくは65nm以下、より好ましくは60nm以下、さらに好ましくは57nm以下、特に好ましくは55nm以下、最も好ましくは50nm以下であり、また通常10nm以上である。
 発光スペクトルにおけるピーク半値幅が上記範囲内である赤色蛍光体を用いることで、液晶ディスプレイなどの画像表示装置において色純度を低下させずに色再現範囲を広くすることができる。
 また、発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅が上記上限以下にあることで、発光波長領域の視感度が相対的に高い赤色蛍光体を提供でき、このような赤色蛍光体を発光装置に用いることで、変換効率の高い発光装置を提供することができる。
 なお、前記赤色蛍光体を波長450nm前後の光で励起するには、例えば、GaN系LEDを用いることができる。また、前記赤色蛍光体の発光スペクトルの測定、並びにその発光ピーク波長、ピーク相対強度及び発光スペクトルにおけるピーク半値幅の算出は、例えば、市販のキセノンランプ等300~400nmの発光波長を有する光源と、一般的な光検出器を備える蛍光測定装置など、市販のスペクトル測定装置を用いて行うことができる。
 前記発光装置は一実施形態において、赤色蛍光体の発光ピーク波長x(nm)と発光スペクトルにおけるピーク半値幅y(nm)とが、y≦184-0.2xの関係を満たす。
 蛍光体の発光ピーク波長とピーク半値幅が上記式を満たす蛍光体を用いることで、発光装置の変換効率を向上させることができる。
<蛍光体の製造方法>
 本実施形態の蛍光体は、蛍光体を構成する各元素の原料を、各元素の割合が前記式[1]又は式[2]を満たすように混合し、加熱することで合成することができる。
[蛍光体原料]
 各元素(MA、MB、MC、MC’、Re)の供給源となる蛍光体原料は特に制限されないが、例えば各元素の単体、酸化物、窒化物、水酸化物、塩化物、フッ化物などハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などの無機塩、酢酸塩などの有機酸塩などが挙げられる。その他、前記元素群が2種以上含まれる化合物を用いてもよい。また、各化合物は水和物などであってもよい。
 なお、後述の実施例においては、Re以外の各元素については窒化物を、Re元素についてはフッ化物又は酸化物を蛍光体原料として用いた。
 各蛍光体原料の入手方法は特に制限されず、市販のものを購入して用いることができる。
 各蛍光体原料の純度は特に制限されないが、元素比を厳密にする観点、及び不純物による異相の出現を避ける観点から、純度は高いほど好ましく、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは97モル%以上、更に好ましくは99モル%以上であり、上限は特に制限されないが、通常100モル%以下であり、不可避的に混入する不純物が含まれていてもよい。
 後述の実施例においては、いずれも純度95モル%以上の蛍光体原料を用いた。
 酸素元素(O)、窒素元素(N)、及びハロゲン元素(X)については、前記各元素の供給源となる蛍光体原料として酸化物、窒化物、及びハロゲン化物等を用いることで供給できるほか、合成反応の際に酸素又は窒素含有雰囲気とすることで適宜含ませることができる。
[混合工程]
 蛍光体原料の混合方法は特に制限されず、常法を用いることができる。例えば、目的とする組成が得られるように蛍光体原料を秤量し、ボールミル等を用いて十分混合し、蛍光体原料混合物を得る。上記混合方法としては、特に限定はされないが、具体的には、下記(a)及び(b)の方法が挙げられる。
(a)例えばハンマーミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル等の乾式粉砕機、又は、乳鉢と乳棒等を用いる粉砕と、例えばリボンブレンダー、V型ブレンダー、ヘンシェルミキサー等の混合機、又は、乳鉢と乳棒を用いる混合とを組み合わせ、前述の蛍光体原料を粉砕混合する乾式混合法。
(b)前述の蛍光体原料に水等の溶媒又は分散媒を加え、例えば粉砕機、乳鉢と乳棒、又は蒸発皿と撹拌棒等を用いて混合し、溶液又はスラリーの状態とした上で、噴霧乾燥、加熱乾燥、又は自然乾燥等により乾燥させる湿式混合法。
 蛍光体原料の混合は、上記乾式混合法又は湿式混合法のいずれでもよいが、水分による蛍光体原料の汚染を避けるために、乾式混合法や非水溶性溶媒を使った湿式混合法が好ましい。
 なお、後述の実施例においては、(a)の方法を採用した。
[加熱工程]
 加熱工程(以下、焼成工程と記載する場合もある)では、例えば、混合工程で得られた蛍光体原料混合物をるつぼに入れ、引き続き、それを500℃~1200℃の温度で加熱する。前記加熱工程の温度は好ましくは600℃以上、より好ましくは700℃以上であり、好ましくは1000℃以下、より好ましくは950℃以下であり、900℃以下としてもよい。
 加熱温度(以下、焼成温度と記載する場合もある)を低温にすることで、特に950℃以下とすることで、式[1]で示される組成の相純度が高く、発光強度の高い蛍光体が得られる。この理由として、1000℃以上、1100℃以上などの高温では蒸気圧の高いLi、Mg、Na等を含んだ物質等が揮発しやすく、蛍光体の合成反応において各元素の比率が変動しやすい反面、950℃以下等の低温で合成を行うことで各元素の比率の変動を抑制できる可能性が挙げられる。
 また、加熱工程の圧力は、目的の蛍光体が得られる限り常圧でも加圧状態でも構わないが、蛍光体原料に含まれる元素の揮発を防ぐために加圧することが好ましい。加圧する場合、圧力は通常0.1MPa以上200MPa以下であり、好ましくは100MPa以下である。圧力が上記範囲にあることで、蛍光体原料の良好な反応性を確保できる。
 加圧の方法は制限されず、例えば密封した容器を加熱する方法、機械的に加圧する方法、又はガス圧を用いる方法などを用いることができる。
 るつぼの材質は蛍光体原料又は反応物と反応しないものが好ましく、アルミナ、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミック、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)等の金属、あるいは、それらを主成分とする合金等が挙げられる。
 加熱は不活性雰囲気下で行うことが好ましく、窒素、アルゴン、ヘリウム等が主成分のガスを用いることができる。
 なお、後述の実施例においては、窒素雰囲気下で加熱を行った。
 加熱工程では、上記の温度帯において、通常10分~200時間、好ましくは1時間~100時間、より好ましくは2時間~50時間にわたって加熱を行う。また、かかる加熱工程は1回行ってもよく、複数回行ってもよい。加熱工程を複数回に分けて行う態様としては、欠陥を修復するために加圧下で加熱するアニール工程を含む態様、一次粒子又は中間物を得る一次加熱の後に、二次粒子又は最終生成物を得る二次加熱を行う態様などが挙げられる。
 これにより、本実施形態の蛍光体が得られる。
<発光装置>
 本発明は一実施態様において、第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、
 前記第2の発光体は少なくとも、以下(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を含む、発光装置である。
(A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、
(B)発光色の色度座標がCIE1931色度座標系を基準に、それぞれ以下の式(a)及び式(b)で表される2本の直線の間に存在し、かつ、0.290≦y≦0.350である。
y=0.992-x ・・・(a)
y=1.000-x ・・・(b)
 本発明は別の一実施形態において、前記第2の発光体として、少なくとも前記式[1]又は[2]で表される組成を有する結晶相を含む赤色蛍光体を含む発光装置である。ここで、第2の発光体は、1種の蛍光体を単独で使用してもよく、2種以上の蛍光体を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
 本実施形態における発光装置は、該第2の発光体として、少なくとも前記(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を備えるほか、更に、励起光源からの光の照射下において、黄色の蛍光を発する黄色蛍光体、緑色の蛍光を発する緑色蛍光体、ないし赤色領域(橙色ないし赤色)の蛍光を発する赤色蛍光体(前記(A)及び(B)の少なくとも一方を満たさない赤色蛍光体)を使用することができる。
 また、特定の実施形態において、本発明に係る発光装置は、第2の発光体が、更に黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体を含む発光装置である。
 具体的には、発光装置を構成する場合、黄色蛍光体としては、550nm以上600nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものが好ましく、緑色蛍光体としては、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものが好ましい。また、橙色ないし赤色蛍光体は、通常615nm以上、好ましくは620nm以上、より好ましくは625nm以上、更に好ましくは630nm以上で、通常660nm以下、好ましくは650nm以下、より好ましくは645nm以下、更に好ましくは640nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものである。
 上記の波長領域の蛍光体を適切に組み合わせることで、優れた色再現性を示す発光装置を提供できる。尚、励起光源については、420nm未満の波長範囲に発光ピークを有するものを用いてもよい。
 以下、赤色蛍光体として、少なくとも前記(A)及び(B)を満たす蛍光体を用いる場合の発光装置の形態について記載するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
 上記の場合、本実施形態の発光装置は、例えば、次の(X)、(Y)又は(Z)の形態とすることができる。
(X)第1の発光体と、第2の発光体とを備え、第2の発光体は少なくとも前記(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体と、更に、550nm以上600nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)とを含む態様。
(Y)第1の発光体と、第2の発光体とを備え、第2の発光体は少なくとも前記(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体と、更に、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)とを含む態様。
(Z)第1の発光体と、第2の発光体とを備え、第2の発光体は少なくとも前記(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体と、更に、550nm以上600nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)と、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)とを含む態様。
 上記形態における黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体としては市販のものを用いることができ、例えば、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体などを用いることができる。特定の実施形態において、黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体は、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、及び酸窒化物蛍光体のいずれか1種以上を含む。
(黄色蛍光体)
 黄色蛍光体に用いることができるガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)(Al,Ga)12:(Ce,Eu,Nd)、シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:(Eu,Ce)、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Ba,Ca,Mg)Si:Eu(SION系蛍光体)、(Li,Ca)(Si,Al)12(O,N)16:(Ce,Eu)(α-サイアロン蛍光体)、(Ca,Sr)AlSi(O,N):(Ce,Eu)(1147蛍光体)、(La,Ca,Y、Gd)(Al,Si)11:(Ce、Eu)(LSN蛍光体)などが挙げられる。
 これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 黄色蛍光体としては、上記蛍光体においてガーネット系蛍光体が好ましく、中でも、YAl12:Ceで表されるYAG系蛍光体が最も好ましい。
(緑色蛍光体)
 緑色蛍光体に用いることができるガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)(Al,Ga)12:(Ce,Eu,Nd)、Ca(Sc,Mg)Si12:(Ce,Eu)(CSMS蛍光体)、シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO10:(Eu,Ce)、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO:(Ce,Eu)(BSS蛍光体)、酸化物蛍光体としては、例えば、(Ca,Sr,Ba,Mg)(Sc,Zn):(Ce,Eu)(CASO蛍光体)、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)Si:(Eu,Ce)、Si6-zAl8-z:(Eu,Ce)(β-サイアロン蛍光体)(0<z≦1)、(Ba,Sr,Ca,Mg,La)(Si,Al)12:(Eu,Ce)(BSON蛍光体)、(La,Ca,Y、Gd)(Al,Si)11:(Ce、Eu)(LSN蛍光体)などが挙げられる。
 これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(赤色蛍光体)
 赤色蛍光体としては、少なくとも前記(A)及び(B)を満たす本実施形態の蛍光体を用いるが、本実施形態の蛍光体に加えて、例えばガーネット系蛍光体、硫化物蛍光体、ナノ粒子蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体などの他の橙色ないし赤色蛍光体を用いることができる。他の橙色ないし赤色蛍光体としては、例えば下記の蛍光体を用いることができる。
 硫化物蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)S:Eu(CAS蛍光体)、LaS:Eu(LOS蛍光体)、ガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Lu,Gd,Tb)MgAlSi12:Ce、ナノ粒子としては、例えば、CdSe、窒化物又は酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)AlSiN:Eu(S/CASN蛍光体)、(CaAlSiN1-x・(SiO:Eu(CASON蛍光体)、(La,Ca)(Al,Si)11:Eu(LSN蛍光体)、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O):Eu(258蛍光体)、(Sr,Ca)Al1+xSi4-x7-x:Eu(1147蛍光体)、M(Si,Al)12(O,N)16:Eu(Mは、Ca,Srなど)(αサイアロン蛍光体)、Li(Sr,Ba)Al:Eu(上記のxは、いずれも0<x<1)などが挙げられる。
 これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[発光装置の構成]
 本実施形態に係る発光装置は、第1の発光体(励起光源)を有し、且つ、第2の発光体として少なくとも前記(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を使用することができ、その構成は制限されず、公知の装置構成を任意にとることが可能である。
 前記第1の発光体としてはGaN系半導体、ZnO系半導体、SiC系半導体など、各種の半導体で発光構造を形成したLED素子を用いることができる。
 装置構成及び発光装置の実施形態としては、例えば、日本国特開2007-291352号公報に記載のものが挙げられる。
 そのほか、LED素子は、砲弾型パッケージ、SMD型パッケージなどのパッケージに固定してもよいし、チップ・オン・ボード型発光装置の場合のように回路基板上に直接固定してもよい。LED素子と蛍光体との光学的な結合の形態に限定はなく、両者の間は単に透明な媒体(空気を含む)で充たされているだけであってもよいし、あるいは、レンズ、光ファイバ、導光板、反射ミラーのような光学素子が両者の間に介在していてもよい。蛍光体粒子が透光性マトリックス中に分散された構造は、典型的には、粒子状の蛍光体を分散させた樹脂ペーストを硬化させることにより形成される。このようなペーストの硬化物がLED素子を埋め込んだ構造の他、かかる硬化物がLED素子の表面の一部を膜状に覆った構造、かかる硬化物からなるフィルムがLED素子から離れた場所に配置された構造など、種々の構造が採用可能である。
{発光装置の用途}
 発光装置の用途は特に制限されず、通常の発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能であるが、演色性が高い発光装置は、中でも照明装置や画像表示装置の光源として、とりわけ好適に用いることができる。
 また、発光波長が良好な赤色蛍光体を備える発光装置は、赤色の車両用表示灯、又は該赤色を含む白色光の車両用表示灯に用いることもできる。
[照明装置]
 本発明は一実施形態において、前記発光装置を光源として備える照明装置とすることができる。
 前記発光装置を照明装置に適用する場合、その照明装置の具体的構成に制限はなく、前述のような発光装置を公知の照明装置に適宜組み込んで用いればよい。例えば、保持ケースの底面に多数の発光装置を並べた面発光照明装置等を挙げることができる。
[画像表示装置]
 本発明は一実施形態において、前記発光装置を光源として備える画像表示装置とすることができる。
 前記発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合、その画像表示装置の具体的構成に制限はないが、カラーフィルターとともに用いることが好ましい。例えば、画像表示装置として、カラー液晶表示素子を利用したカラー画像表示装置とする場合は、前記発光装置をバックライトとし、液晶を利用した光シャッターと赤、緑、青の画素を有するカラーフィルターとを組み合わせることにより画像表示装置を形成することができる。
[車両用表示灯]
 本発明は一実施形態において、前記発光装置を光源として備える車両用表示灯とすることができる。
 車両用表示灯に用いる発光装置は、特定の実施形態においては、白色光を放射する発光装置であることが好ましい。白色光を放射する発光装置は、発光装置から放射される光が、光色の黒体輻射軌跡からの偏差duv(Δuvとも言う)が-0.0200~0.0200であり、かつ色温度が5000K以上30000K以下であることが好ましい。
 車両用表示灯に用いる発光装置は、特定の実施形態においては、赤色光を放射する発光装置であることが好ましい。該実施形態においては、例えば、発光装置が青色LEDチップから照射される青色光を吸収して赤色に発光することで、赤色光の車両用表示灯としてもよい。
 車両用表示灯は、車両のヘッドランプ、サイドランプ、バックランプ、ウインカー、ブレーキランプ、フォグランプなど、他の車両や人等に対して何らかの表示を行う目的で車両に備えられた照明を含む。
 以下、本発明のいくつかの具体的な実施形態を実施例により説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、下記のものに限定されるものではない。
{測定方法}
[発光スペクトルの測定]
 発光スペクトルは、分光蛍光光度計FP8500(日本分光株式会社製)にて以下の測定条件のとおり測定した。
・光源:キセノンランプ
・励起波長:455nm
・測定波長範囲:380~780nm
・測定間隔:1.0nm
 色度座標の値は、発光スペクトルデータ480nm~780nmから、CIE1931 XYZ等式関数を用いて算出した。
[量子効率の測定]
 量子効率は、分光蛍光光度計FP8500(日本分光株式会社製)にて以下の測定条件のとおり測定した発光スペクトルに基づいて算出した。
・光源:キセノンランプ
・励起波長:455nm
・測定波長範囲:380~780nm
・測定間隔:1.0nm
[蛍光体配合シミュレーション]
 測定された各蛍光体の励起発光スペクトル、内部量子効率および励起光の吸収効率の情報などから449nmの光を放出する青色LEDチップスペクトルと任意の蛍光体を組み合わせた際に特定の色度座標点を満たすような白色スペクトルを仮想的に作成し、その際の蛍光体配合比を見積もるシミュレーションを行った。
 得られた白色スペクトルから、発光スペクトルのエネルギー(Wopt)あたりの光束(Lm)であるスペクトル効率(LER)およびR1~R15の演色指数を算出した。
<蛍光体の製造>
[蛍光体1]
 本発明の一実施形態または比較例に係る発光装置に用いる例示的赤色蛍光体を製造した。
 日本国特開2017-008130号公報ならびにChemistry of Materials 2019 31 (12), 4614-4618等を参考に、Sr:Li:Alが約1:1:3となるように各元素の窒化物を混合し、窒化ホウ素製るつぼに収め、容器を密封した上で、窒素ガス雰囲気下1000℃で5時間加熱し、蛍光体1を得た。
[蛍光体2~9]
 蛍光体の組成が表1に示す組成となるように適宜Gaを含む窒化物原料を用い、また焼成温度を845℃としたほかは、蛍光体1と同様にして蛍光体2~9を得た。
[蛍光体10]
 蛍光体の組成が表1に示す組成となるようにGaを含む窒化物原料を用い、また焼成温度を1020℃としたほかは、蛍光体1と同様にして蛍光体10を得た。蛍光体1~10の特性を表1に示す。なお、表1において、相対発光強度は蛍光体1の発光強度を1とした場合の相対値を記載している。
 蛍光体1~10のサンプルの発光色を、CIE色度座標における(x、y)で表される座標を基準にプロットしたものを図1に示す。
 蛍光体1及び10はCIE色度座標が式(a)及び式(b)で表される2本の直線間に存在しない点で前記(B)を満たさない赤色蛍光体であることが分かる。他方、蛍光体2~9は、前記(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体であることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 蛍光体1~10の発光強度と波長との関係を図2A~図2Bに示す。
 図2A~図2Bからわかる様に、蛍光体2~9は、蛍光体1及び10と比較して、発光強度が飛躍的に向上していることが分かる。
 また、前記蛍光体と、参考蛍光体として発光ピーク波長646nmのCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR-101/J)の規格化発光スペクトルを図3に示す。図3より、本発明に係る蛍光体が半値幅の狭い良好な発光スペクトルを有していること、及び、蛍光体5、8及び9は蛍光体1等と比較して発光ピーク波長が短波長化していることが分かる。
 なお、蛍光体1~10の粉末X線回折パターンはいずれもSrLiAlと良い一致を示した。
<比較例1、比較例3~4、実施例1~7、実施例15>
 第一の赤色蛍光体として、前記(A)及び(B)のいずれも満たさない、発光ピーク波長620nmのSCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR2/620)と、第二の赤色蛍光体として表1に示した各蛍光体と、緑色蛍光体としてLuAG蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BG-801/B4)とを用いる想定で、各蛍光体の発光スペクトル、内部量子効率(iQE)等の情報を元に、各蛍光体を備える白色LEDの発光スペクトルを導出した。全てのシミュレーションは、449nmの光を放出する青色LEDチップを仮定して実施した。また、白色LEDに求められる典型的な規格の一つを満たしつつ変換効率が良好な発光スペクトルを得られるかを確認する目的で、全てのシミュレーションは平均演色評価数Raが90以上、赤色の演色評価数R9が50以上となるうえで、CIE色度座標がプランク曲線上の3000Kの白色光の座標(0.437、0.404)と一致するように緑色蛍光体及び第一、第二の赤色蛍光体の量を調整し、特性を比較した。
 比較例1、3~4及び実施例1~7、15の白色LEDについて、相対発光強度のシミュレーション結果を図4A~図4Dに、各白色LEDの発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を図5A~図5Eに示す。また、各スペクトルから平均演色評価数Ra、赤色の演色評価数R9、並びに、変換効率の一つの指標となる発光スペクトルのエネルギー(Wopt)あたりの光束(Lm)であるスペクトル効率(LER)を求めた結果を、表2に示す。
<比較例2、比較例5~6、実施例8~14、実施例16>
 比較例2、5~6及び実施例8~14、16として、CIE色度座標がプランク曲線上の4000Kの白色光の座標(0.380、0.377)と一致する様にしたほかは、比較例1及び実施例1~7と同様にしてシミュレーションを行った。
 比較例2、5~6及び実施例8~14、16の白色LEDについて、相対発光強度のシミュレーション結果を図6A~図6Dに、各白色LEDの500nm以上780nm以下の波長領域に存在する発光ピーク波長における発光強度をそれぞれ1としたときの相対発光強度のシミュレーション結果を図7A~図7Eに示す。また、各スペクトルから平均演色評価数Ra、赤色の演色評価数R9、並びにスペクトル効率(LER)を求めた結果を、表3に示す。
 なお、表2及び表3における蛍光体の「比率/wt%」とは、各蛍光体の合計重量を100%とした際の、各蛍光体の重量割合であり、「緑」は前記LuAG蛍光体、「赤1」は前記第一の赤色蛍光体、「赤2」は前記第二の赤色蛍光体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 Ra≧90、R9≧50の仕様において、実施例1~7、15は比較例1に対して、また実施例8~14、16は比較例2に対して、それぞれスペクトル効率LERが大幅に向上していた。
 なお、赤色蛍光体の色度座標が本発明の要件を満たさない蛍光体1を用いた比較例1、2については、Ra及び相関色温度を満たすには多量の第二の赤色蛍光体が必要となり、R9が必要以上に高くなっている反面、LERが低かった。
 これに対し、蛍光体2を用いた実施例1、8については、必要なR9を確保しつつLERを改善することに成功しており、発光ピーク波長が650nmを下回る蛍光体3~9を赤色蛍光体2に用いた例については、更にその効果が顕著であった。
 別の観点から見れば、図5A及び図7Aからは、本発明の実施態様に当たる実施例は、比較例1及び2と比べて赤色、緑色領域をバランスよく含み、結果としてスペクトル効率が改善していることが分かる。
 また、図5Cからは、本発明の実施態様に当たる実施例は、比較例4の様な例と比べて赤色領域に好ましい発光強度を有することでR9を確保しつつ、かつ比較例1と比べて比視感度が低い660nm以上などの波長領域の発光強度を抑える事でLERを向上することに成功しており、演色性と変換効率が共に良好な発光装置を得られることが分かる。図7A及び図7Cにおいて比較例2及び6と各実施例を比較することで、異なる相関色温度を示す発光色においても同様の効果が得られることが分かる。
 また、蛍光体10を用いた場合、蛍光体の組み合わせを複数のパターン試したが、いずれもRa≧90かつR9≧50となる発光スペクトルを得ることができなかった。
 典型的なパターンとして、蛍光体10を多量に用いたものを比較例3及び5、赤色蛍光体をあまり用いず専ら緑色蛍光体を用いた場合を比較例4及び6として示した。
 いずれも計算上、赤色の演色性R9がマイナスの値となったが、これは正確な値として考慮できるものではなく、赤色の演色性が低すぎて正確に算出することができなかったことを意味する。
<参考例1>
 第二の赤色蛍光体に代えて発光ピーク波長646nmのCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR-101/J)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシミュレーションを行った。
 図5D~図5Eに、参考例1における相対発光強度と、各実施例における相対発光強度を規格化したものを示す。
 また、表2に参考例1の白色LEDの各種特性を示す。
<参考例2>
 第二の赤色蛍光体に代えて発光ピーク波長646nmのCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR-101/J)を用いたこと以外は、実施例8と同様にしてシミュレーションを行った。
 図7D~図7Eに、480nm~780nmの波長領域における最大発光強度を1としたときの、参考例2における相対発光強度と、各実施例における相対発光強度を規格化したものを示す。
 これらの図から明らかなように、本発明に係る発光装置は、赤色領域に鋭いピークを有し、かつ比視感度の低い680nm以上の波長領域の発光強度を低く抑えることができており、演色性または赤色の色再現性が高く、かつ変換効率の高い発光装置を提供できることが分かる。
 以上に示すとおり、本実施形態によれば、発光ピーク波長が良好で、発光スペクトルにおけるピーク半値幅が狭く、及び/又は発光強度の高い蛍光体を提供することができ、また、該蛍光体を備えることで、演色性又は色再現性が良好であり、かつ変換効率が良好な発光装置、照明装置、画像表示装置及び/又は車両用表示灯を提供することができる。
 以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
 以上、各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
 なお、本出願は、2022年12月27日出願の日本特許出願(特願2022-210188)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
 本発明の発光装置は、演色性、色再現性、変換効率、安全性、コントラストのいずれか1つ以上が良好であるため、照明装置、画像表示装置、車両用表示灯等に利用することができる。

Claims (17)

  1.  第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光装置であって、前記第2の発光体は少なくとも、以下(A)及び(B)を満たす赤色蛍光体を含む、発光装置。
    (A)発光スペクトルが、ピーク半値幅(FWHM)が20nm以上65nm以下である少なくとも1つの発光ピークを含み、
    (B)発光色の色度座標がCIE1931色度座標系において(x、y)で表される座標を基準に、それぞれ以下の式(a)及び式(b)で表される2本の直線の間に存在し、かつ、0.290≦y≦0.350である。
    y=0.992-x ・・・(a)
    y=1.000-x ・・・(b)
  2.  前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標のyの値が0.300以上である、請求項1に記載の発光装置。
  3.  前記赤色蛍光体が発する赤色光の色度座標のyの値が0.310以下である、請求項1又は2に記載の発光装置。
  4.  前記赤色蛍光体が実質的にMnを含まない蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
  5.  前記赤色蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が648nm以下の発光ピークを少なくとも1つ含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
  6.  前記赤色蛍光体の内部量子効率が30%以上である、請求項1又は2に記載の発光装置。
  7.  前記赤色蛍光体の発光スペクトルにおけるピーク半値幅が57nm以下である、請求項1又は2に記載の発光装置。
  8.  前記赤色蛍光体の発光ピーク波長x(nm)と発光スペクトルにおけるピーク半値幅y(nm)とが、y≦184-0.2xの関係を満たす、請求項1又は2に記載の発光装置。
  9.  前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
     ReMAMBMC   [1]
    (上記式[1]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
      0.7≦a≦1.3
      0.7≦b≦1.3
      2.4≦c≦3.6
      3.2≦d≦4.8
      0.0≦e≦0.2
      0.0<x≦0.2)
  10.  前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[2]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
     ReMAMB(MC’1-yMD   [2]
    (上記式[2]中、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
      0.7≦a≦1.3
      0.7≦b≦1.3
      2.4≦c≦3.6
      3.2≦d≦4.8
      0.0≦e≦0.2
      0.0<x≦0.2
      0.0<y≦1.0)
  11.  前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[3]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
     ReMAMBMC(N、O)   [3]
    (上記式[3]中、(N,O)はN及びOを含むことを意味し、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MCはAl、Si、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、xは、それぞれ、下記式を満たす。
      0.7≦a≦1.3
      0.7≦b≦1.3
      2.4≦c≦3.6
      3.2≦d≦4.8
      0.0≦e≦0.2
      0.0<x≦0.2)
  12.  前記赤色蛍光体が少なくとも下記式[4]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
     ReMAMB(MC’1-yMD(N、O)  [4]
    (上記式[4]中、(N,O)はN及びOを含むことを意味し、MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、MC’はAlであり、MDはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
      0.7≦a≦1.3
      0.7≦b≦1.3
      2.4≦c≦3.6
      3.2≦d≦4.8
      0.0≦e≦0.2
      0.0<x≦0.2
      0.0<y≦1.0)
  13.  前記第2の発光体が、更に黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
  14.  前記黄色蛍光体及び/又は緑色蛍光体は、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、及び酸窒化物蛍光体のいずれか1種以上を含む、請求項13に記載の発光装置。
  15.  請求項1又は2に記載の発光装置を光源として備える、照明装置。
  16.  請求項1又は2に記載の発光装置を光源として備える、画像表示装置。
  17.  請求項1又は2に記載の発光装置を光源として備える、車両用表示灯。
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