JP2010280877A - 蛍光体材料および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐水性や耐紫外光などを向上させることにより、長寿命化を図ることができる蛍光体材料および発光装置を提供する。
【解決手段】 蛍光体粒子１１と、この蛍光体粒子１１の表面全体を被覆した被覆層１２とを有し、被覆層１２は、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウムおよびアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種の金属酸化物を含んでいる。これにより、耐水性や耐紫外光などが改善され、長寿命化を図ることができるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光体粒子の表面に被覆層を有する蛍光体材料およびそれを用いた発光装置に関する。

ＬＥＤランプは、携帯機器，ＰＣ周辺機器，ＯＡ機器，各種スイッチあるいはバックライト用光源などの各種表示装置に用いられている。このようなＬＥＤランプは、各種の色を発光するために、蛍光体が用いられており、種々の蛍光体が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１０５４４９号公報

しかしながら、これらの蛍光体は、水分を吸着して加水分解することにより、表面が劣化してしまい、あるいは、紫外光により表面が分解されて劣化してしまう。よって、輝度などの特性が低下してしまい、十分な寿命を得ることができないという問題があった。

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、耐水性や耐紫外光などを向上させることにより、長寿命化を図ることができる蛍光体材料および発光装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光体材料は、蛍光体粒子と、この蛍光体粒子の表面全体を被覆した被覆層とを有し、被覆層は、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウムおよびアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種の金属酸化物を含むものである。

本発明の発光装置は、本発明の蛍光体材料を含むものである。

本発明の蛍光体材料によれば、蛍光体粒子の表面全体に、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウムおよびアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種の金属酸化物よりなる被覆層を形成するようにしたので、耐水性や耐紫外光などの特性を向上させることができる。よって、本発明の蛍光体材料を用いた発光装置によれば、長寿命化を図ることができる。

特に、イットリウム（Ｙ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群のうちの少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物により被覆層を形成するようにすれば、より高い特性を得ることができ、また、コストを抑制することができる。

また、被覆層の厚みを、５ｎｍ以上１μｍ以下とするようにすれば、優れた耐水性を得ることができると共に、高い透過性を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る蛍光体材料の構成を表す模式図である。 本発明の一実施の形態以外の蛍光体材料の構成を表す模式図である。 図１の蛍光体材料を用いた発光装置の構成を表す図である。 実施例１の蛍光体材料のＴＥＭ写真である。 図４の蛍光体材料の拡大写真である。 比較例２の蛍光体材料のＴＥＭ写真である。 実施例１の発光装置の輝度維持率を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る蛍光体材料１０を模式的に表したものである。この蛍光体材料１０は、蛍光体粒子１１と、被覆層１２とを有している。

蛍光体粒子１１としては、例えば、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：ＥｕあるいはＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６：Ｅｕなどの青色系蛍光体、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ，（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｔｂあるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ_２Ｏ_３：Ｍｎなどの緑色系蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：ＥｕあるいはＹＰＶＯ_４：Ｅｕなどの赤色系蛍光体が挙げられる。

被覆層１２は、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウム・アルミニウム・ガーネットなどのイットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウム，およびＭｇＡｌ_２Ｏ_４などのアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種を主成分として形成されている。これにより、紫外光に対する経時劣化を抑制することができると共に、耐水性を向上させることができるからである。中でも、希土類酸化物が好ましく、イットリウム，ガドリニウムおよびイッテルビウムからなる群のうちの少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物がより好ましく、特にＹ_２Ｏ_３が望ましい。より高い効果を得ることができ、また、コストを抑制することができるからである。被覆層１２は、これらの単層であってもよいし、複数層を重ねたものであってもよい。

なお、被覆層１２には、製造の過程において、他の成分が混入されることもあるが、その場合には、他の成分の割合を０．１質量％以下とすることが好ましい。紫外光に対する経時劣化をより抑制することができると共に、耐水性をより向上させることができるからである。また、他の成分は、被覆層１２の特性に対して悪影響を与えないものが好ましく、具体的には、ケイ素（Ｓｉ），ナトリウム（Ｎａ），鉄（Ｆｅ），亜鉛（Ｚｎ），クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），カルシウム（Ｃａ），マンガン（Ｍｎ），チタン（Ｔｉ）あるいはカリウム（Ｋ）などがある。

なお、緑色系蛍光体は紫外光による劣化が大きいが、Ｙ_２Ｏ_３により被覆層１２を形成すれば、劣化を飛躍的に抑制することができるので好ましい。

被覆層１２は、蛍光体粒子１１の表面全体を被覆している。これにより、蛍光体粒子１１の水分との接触による加水分解を抑制することができ、耐水性を向上させることができるからである。また、蛍光体粒子１１には、被覆層１２を通して紫外光があたるので、劣化を防止する効果を向上させることができるからである。図２は、蛍光体粒子１１１の表面の一部を被覆層１１２で被覆した蛍光体材料１１０を模式的に示したものであるが、被覆層１１２の間から蛍光体粒子１１１が露出しているので、十分な効果を得ることができない。なお、本発明において、被覆層１２が蛍光体粒子１１の表面全体を被覆しているというのは、空孔などの欠陥が存在する場合までも排除するものではなく、実質的に１００％近くの被覆率であることを意味している。

被覆層１２の厚みは、５ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。厚みが薄いと形成することが困難であると共に、耐水性向上の効果が少なくなり、厚みが厚いと、透過性が低下してしまうと共に、コスト高になってしまうからである。

この蛍光体材料１０は、例えば、蛍光体粒子１１の表面にゾルゲル法を用いて被覆層１２を形成することができる。具体的には、例えば、溶媒に金属塩を溶解した溶液に、蛍光体粒子１１を浸漬したのち、溶液が付着した蛍光体粒子１１を取り出し、乾燥などによりゲル化して焼成することにより、被覆層１２を形成することが好ましい。溶媒に金属塩を溶解した溶液に蛍光体粒子１１を浸漬して蛍光体粒子１１の表面に溶液を付着させることにより、蛍光体粒子１１の表面全体に被覆層１２を形成することができるからである。溶媒には、有機溶媒や水などを用いることができ、金属塩としては、炭酸塩、硝酸塩、アルコキシドなどを用いることができる。焼成温度は、３００℃以上１０００℃以下とすることが好ましい。３００℃未満であると、被覆層１２を形成することが困難であり、１０００℃を超えると、蛍光体粒子１１の材料によっては、熱劣化が発生する場合があるからである。

図３は、この蛍光体材料１０を用いた発光装置２０の一構成例を表わすものである。この発光装置２０は、基板２１の上に発光素子２２が搭載されており、発光素子２２は基板２１の上に形成された配線２３とワイヤ２４により電気的に接続されている。また、発光素子２２の周りには例えばリフレクタ枠２５が形成されており、発光素子２２の上には、発光素子２２を覆うように封止層２６が形成されている。封止層２６は、例えば、蛍光体材料１０を分散させた樹脂により構成されている。

発光素子２２には、例えば、励起光として紫外光、青色光、または緑色光を発するものが用いられる。蛍光体材料１０としては、例えば、発光素子２２から発光された励起光を吸収して赤色光を発するもの、青色光を発するもの、黄色光を発するものなどが、１種類または必要に応じて混合して用いられる。中でも、発光素子２２に紫外光を発するものを用いる場合に、本発明の蛍光体材料１０を用いることが好ましい。本発明の蛍光体材料１０は、優れた耐紫外光特性を有しているからである。

このように本実施の形態によれば、蛍光体粒子１１の表面全体に、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウムおよびアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種の金属酸化物よりなる被覆層１２を形成するようにしたので、耐水性や耐紫外光などの特性を向上させることができる。よって、この蛍光体材料１０を用いた発光装置２０によれば、長寿命化を図ることができる。

特に、イットリウム，ガドリニウムおよびイッテルビウムからなる群のうちの少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物により被覆層１２を形成するようにすれば、より高い特性を得ることができ、また、コストを抑制することができる。

また、被覆層１２の厚みを、５ｎｍ以上１μｍ以下とするようにすれば、優れた耐水性を得ることができると共に、高い透過性を得ることができる。

（実施例１）
蛍光体粒子１１として、青色系のものと、緑色系のものと、赤色系ものをそれぞれ用意し、溶媒にイットリウム塩を溶解した溶液に浸漬した。次いで、溶液を付着させた蛍光体粒子１１を取り出し、乾燥させてゲル化したのち、５００℃で２時間焼成した。

図４は、得られた蛍光体材料１０の表面付近のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）写真の一例を表したものであり、図５は、図４のＴＥＭ写真の一部を拡大したものである。図４および図５において、１１で示した部分が蛍光体粒子であり、１２で示した部分が被覆層である。なお、被覆層１２の上の白色の部分は、分析時に用いるカーボン膜である。

図４および図５に示したように、この蛍光体材料１０は、蛍光体粒子１１の表面全体に被覆層１２が形成されていることが分かる。

続いて、得られた蛍光体材料１０を用い、図３に示したような発光装置２０を作製した。発光素子２２には紫外光を発するものを用い、蛍光体材料１０には青色を発するものと、緑色を発するものと、赤色を発するものを混合して用いることにより、白色の発光を得るように調整した。また、蛍光体材料１０に緑色を発するもののみを用いることにより、緑色の発光装置２０も作製した。

（比較例１）
蛍光体粒子に被覆層を形成せずに、そのまま蛍光体材料として用いたことを除き、他は実施例１と同様にして発光装置を作製した。

（比較例２）
蛍光体粒子１１１の表面に、イットリウム塩を溶媒に溶解した溶液を噴霧して付着させることにより、被覆層１１２を形成したことを除き、他は実施例１と同様にして蛍光体材料１１０を作製し、発光装置を作製した。図６は、得られた蛍光体材料の表面付近のＴＥＭ写真の一例を表したものである。図６において、１１１で示した部分が蛍光体粒子であり、１１２で示した部分が被覆層である。なお、蛍光体粒子１１および被覆層１１２の上の白色の部分は、分析時に用いるカーボン膜である。図６に示したように、この蛍光体材料１１０は、蛍光体粒子１１１の表面の一部に、部分的に、被覆層１１２の粒子が付着していることが分かる。

（劣化試験）
実施例１および比較例１，２の各発光装置２０について、発光試験を行い、輝度維持率の経時変化を調べた。図７に実施例１と比較例１の結果を比較して示す。図７に示したように、被覆層１２を形成した実施例１によれば、被覆層を形成していない比較例１に比べて輝度維持率の低下を大幅に抑制することができた。また、比較例２では、比較例１に比べて輝度維持率の低下は若干抑制されたものの、実施例１のように大幅な改善はされなかった。すなわち、蛍光体粒子１１の表面全体を被覆層１２で被覆するようにすれば、劣化を大幅に改善することができることが分かった。

（実施例２）
イットリウム塩を溶解した溶液における蛍光体粒子１１の濃度を変化させて、被覆層１２の厚みを５ｎｍ〜１μｍの範囲で変化させたことを除き、他は実施例１と同様にして蛍光体材料１０および発光装置２０を作製した。その際、蛍光体粒子１１には、緑色系のものを用いた。

続いて、実施例１と同様にして劣化試験を行った。その結果、被覆層１２の厚みが５ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で、良好な輝度維持率が得られた。すなわち、被覆層１２の厚みは、５ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内が好ましいことが分かった。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、被覆層１２は、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウム，およびアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種を主成分として形成された単層、あるいは複数層を重ねたものについて説明したが、これらに加えて、蛍光体粒子に悪影響を与えない他の物質を含む層が形成されていてもよい。

ＬＥＤなどの発光装置に用いることができる。

１０…蛍光体材料、１１…蛍光体粒子、１２…被覆層、２０…発光装置、２１…基板、２２…発光素子、２３…配線、２４…ワイヤ、２５…リフレクタ枠、２６…封止層、１１０…蛍光体材料、１１１…蛍光体粒子、１１２…被覆層

Claims (5)

1. 蛍光体粒子と、この蛍光体粒子の表面全体を被覆した被覆層とを有し、
   前記被覆層は、希土類酸化物，酸化アルミニウム，イットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウムおよびアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種の金属酸化物を含む
   ことを特徴とする蛍光体材料。
2. 前記希土類酸化物は、イットリウム（Ｙ），ガドリニウム（Ｇｄ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）からなる群のうちの少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の蛍光体材料。
3. 前記被覆層の厚みは、５ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の蛍光体材料。
4. 溶媒に金属塩を溶解した溶液に、前記蛍光体粒子を浸漬したのち、前記溶液が付着した前記蛍光体粒子を取り出し、ゲル化して焼成することにより、前記被覆層を形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光体材料。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の蛍光体材料を含む発光装置。