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JP2023080391A - 酸化物蛍光体及び発光装置 - Google Patents

酸化物蛍光体及び発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】赤色光から近赤外光の波長範囲に発光ピーク波長を有する酸化物蛍光体を提供する。【解決手段】酸化物蛍光体は、下記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する。 (Li1-tM1t)u(Ga1-vM2v)5Ow:Crx,Niy,M3z(1)(式(1)中、M1は、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M2は、B、Al、Sc、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M3は、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Bi、V、Nb及びTaからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、t、u、v、w、x、y及びzは、それぞれ0≦t≦1.0、0.7≦u≦1.6、0≦v<1.0、7.85≦w≦11.5、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.5、0.25<x+y≦1.2、y<x、0≦z≦0.5を満たす。)【選択図】図4

Description

本開示は、酸化物蛍光体及び発光装置に関する。
赤色光から近赤外光の波長範囲に発光強度を有する発光装置は、例えば赤外線カメラ、赤外線通信、生体認証の1種である静脈認証、青果等の食品の糖度を非破壊で測定する食品成分分析機器等への使用が望まれている。
このような発光装置として、発光ダイオード(LED)と蛍光体とを組み合わせた発光装置が挙げられる。
また、発光装置に組み合わされる蛍光体として、赤色光から近赤外光の波長範囲に比較的大きな発光スペクトルの発光強度を有する蛍光体(以下、「近赤外発光蛍光体」ともいう。)が挙げられる。
特許文献1には、蛍光体として、680nm以上760nm以下の波長範囲内に発光ピーク波長を有し、組成がCaYAlO:Mn4+で表される蛍光体が開示されている。上述したような各用途に好適な蛍光体として、例えば、より半値全幅が大きく、発光ピーク波長がより長い波長範囲にある発光スペクトルを有する近赤外発光蛍光体が求められる場合もある。
特表2020-528486号公報
本開示は、赤色光から近赤外光の波長範囲に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルの半値全幅がより広く、発光エネルギーが高い酸化物蛍光体、それを用いた発光装置を提供することを目的とする。
第一態様は、下記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する、酸化物蛍光体である。
(Li1-t (Ga1-v :Cr,Ni,M (1)
(前記式(1)中、Mは、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、B、Al、Sc、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Bi、V、Nb及びTaからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、t、u、v、w、x、y及びzは、それぞれ0≦t≦1.0、0.7≦u≦1.6、0≦v<1.0、7.85≦w≦11.5、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.5、0.25<x+y≦1.2、y<x、0≦z≦0.5を満たす。)
第二態様は、前記酸化物蛍光体と、365nm以上500nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、前記酸化物蛍光体を照射する発光素子と、を備える、発光装置である。
本開示によれば、赤色光から近赤外光の波長範囲に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルの半値全幅がより広く、発光エネルギーが高い酸化物蛍光体及び発光装置を提供することができる。
図1は、発光装置の第1構成例の一例を示す概略断面図である。 図2は、発光装置の第1構成例の他の例を示す概略断面図である。 図3Aは、発光装置の第2構成例を示す概略平面図である。 図3Bは、発光装置の第2構成例を示す概略断面図である。 図4は、実施例1及び2に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図5は、実施例3及び4に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図6は、実施例5及び6に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図7は、実施例7及び8に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図8は、実施例9及び10に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図9は、実施例11及び12に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図10は、実施例13に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図11は、実施例14及び15に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図12は、実施例16及び17に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルと、比較例1及び5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図13は、比較例1から5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図14は、実施例に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。
以下、本開示に係る酸化物蛍光体及び発光装置を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は、以下の酸化物蛍光体及び発光装置に限定されない。なお、可視光について、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等、例えば赤色光の波長範囲は、JIS Z8110に従う。
蛍光体を用いた発光装置には、視認対象や使用状況に応じて、最適な波長範囲の光を出射することが求められる。例えば医療現場等においては、生体内の情報を簡易に得ることが求められる場合がある。生体内には、光吸収体として例えば水、ヘモグロビン、メラニン等が含まれる。例えばヘモグロビンは、波長が650nm未満の可視光の波長範囲の光の吸収率が高く、可視光の波長範囲の光を出射する発光装置では、生体内に可視光の波長範囲の光が透過し難く、生体内の情報を得難い。そのため、生体内を光が透過しやすい「生体の窓」と呼ばれる波長範囲がある。その「生体の窓」と呼ばれる波長範囲の少なくとも一部を含む、例えば650nm以上1050nm以下の近赤外光の波長範囲の光を出射する発光装置が求められる場合がある。例えば生体内の血液中の酸素濃度の増減を、酸素と結合するヘモグロビンの光の吸収の増減によって測定することが可能であれば、発光装置からの光の照射によって生体内の情報を簡易に得ることが可能となる。そのため、発光装置に用いられる蛍光体は、励起光源からの光を吸収し、例えば650nm以上1050nm以下の近赤外光の波長範囲の一部を含む光を出射する蛍光体が求められる場合がある。
例えば食品分野においては、青果物の糖度を非破壊で測定する非破壊糖度計や米の非破壊食味計等が求められている。青果物の糖度、酸度、熟度、内部損傷等の内部品質や、異常乾燥等の青果物の果皮表面やその果皮表面近くの果皮表層に現れる表層品質を、非破壊で測定する方法として、波長が700nm以上2500nm以下の近赤外光を用いた近赤外分光法が用いられる場合がある。近赤外分光法は、青果物に近赤外光の波長範囲の光を照射して、青果物を透過した透過光や、青果物が反射した反射光を受光して、光の強度の減少(光の吸収)により青果物の品質を測定する。このような食品分野において使用される近赤外分光法の分析装置には、タングステンランプやキセノンランプのような光源が用いられている。
酸化物蛍光体
酸化物蛍光体は、下記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する。
(Li1-t (Ga1-v :Cr,Ni,M (1)
前記式(1)中、Mは、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、B、Al、Sc、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Bi、V、Nb及びTaからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、t、u、v、w、x、y及びzは、それぞれ0≦t≦1.0、0.7≦u≦1.6、0≦v<1.0、7.85≦w≦11.5、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.5、0.25<x+y≦1.2、y<x、0≦z≦0.5を満たす。酸化物蛍光体は、励起光を吸収し、生体内や青果物等の食品内部の情報を測定することが可能となる近赤外光の波長範囲の一部を含む幅広い波長範囲で発光スペクトルの半値全幅が広く、発光エネルギーが高い光を発することができる。本明細書において、「モル比」とは、特に断りのない限り、蛍光体の化学組成1モル中の各元素の比を表す。本明細書において、組成式中、カンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、これらの複数の元素のうち少なくとも1種の元素を組成中に含有することを意味する。また、本明細書において、蛍光体の組成を表す組成式中、コロン(:)の前は母体結晶を構成する元素及びそのモル比を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。
酸化物蛍光体は、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、賦活元素として、少なくともCrを含み、共賦活元素としてCr及びNiの両方を含むことが好ましい。共賦活元素として、Cr及びNiの両方を含む場合は、まずCrが励起光のエネルギーを吸収し、Crに吸収されたエネルギーがNiに伝達されてNiが効率よく励起されることで、近赤外光の波長範囲に広い半値全幅を有する発光スペクトルを有する光を発することができる。前記式(1)で表される組成式に含まれる組成1モルにおいて、xはCrのモル比を表し、yはNiのモル比を表す。前記式(1)中、x及びyは、0<y≦0.5、1.5≦x/y≦50を満たすことが好ましい。前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体は、Crのモル比がNiのモル比よりも大きく、Crによる励起光の吸収が大きく、Niが効率よく励起されることで、近赤外光の波長範囲に半値全幅の広い発光スペクトルを有する光を発することができる。前記式(1)中、x及びyは、2.0≦x/y≦40を満たしてもよく、2.5≦x/y≦30を満たしてもよく、2.8≦x/y≦25を満たしてもよい。前記式(1)中、x及びyは、0.26≦x+y≦1.2を満たしてもよい。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、賦活元素であるCrのモル比を表す変数xは、0.05≦x≦1.2を満たし、0.08≦x≦0.8を満たすことが好ましく、0.1≦x≦0.5を満たすことがより好ましい。賦活元素としてCrを有する酸化物蛍光体は、Crが励起光を吸収し、母体結晶の結晶場の強さにより、696nm付近に発光ピーク波長を有するAl(ルビー)のような光を発する場合と、近赤外光の波長範囲に含まれる700nmから815nmの範囲に発光ピーク波長を有するBeAl(アレキサンドライト)のような光を発する場合がある。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、Niを含まない場合、すなわち、y=0の場合には、700nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルの半値全幅が比較的広い光を発する。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、Crとともに、賦活元素であるNiのモル比を表す変数yは、0≦y≦0.5を満たし、0<y≦0.5を満たしてもよく、0.001≦y≦0.3を満たしてもよく、0.005≦y≦0.2を満たしてもよい。共賦活元素としてNiを有する酸化物蛍光体は、Niが複数のエネルギー準位を有するため、複雑な発光スペクトルを有し、近赤外光の波長範囲に半値全幅の広い発光ピーク波長を有する光を発する。
酸化物蛍光体は、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、Gaと元素Mの合計のモル数を100モル%としたときに、CrとNiの合計が、5モル%を超えることが好ましく、5.01モル%以上24モル%以下の範囲内であることがより好ましい。酸化物蛍光体が、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、Gaと元素Mの合計のモル数を100モル%としたときに、CrとNiの合計が5モル%を超えると、酸化物蛍光体は、近赤外光の波長範囲において半値全幅がより広い発光スペクトルを有する光が発せられる。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、第1元素Mは、Na、K及びRbからなる群から選択される少なくとも1種の元素でもよい。前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、必要に応じて含まれる第1元素Mのモル比は、酸化物蛍光体の組成1モルにおいて、Gaのモル比又は第2元素Mを含むときは第2元素MとGaの合計のモル比を5としたときに、第1元素Mのモル比は、変数tと変数uの積で表され、変数tは、0≦t≦0.8を満たしてもよく、0≦t≦0.5を満たしてもよい。変数uは、0.8≦u≦1.5を満たしてもよく、0.9≦u≦1.2を満たしてもよく、u=1を満たしてもよい。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、第2元素Mは、B、Al、Sc、In、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素でもよく、第2元素Mは、Al、Sc、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素でもよい。第2元素Mのモル比は、酸化物蛍光体の組成1モルにおいて、Gaのモル比又は第2元素Mを含むときは第2元素MとGaの合計のモル比を5としたときに、必要に応じて含まれる第2元素Mのモル比は、変数vと5の積で表され、変数vは、0≦v≦0.8を満たしてもよく、0≦v≦0.5を満たしてもよく、0≦v≦0.3を満たしてもよい。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、酸化物蛍光体に含まれるO(酸素)のモル比は、酸化物蛍光体の組成1モルにおいて、Gaのモル比又は第2元素Mを含むときは第2元素MとGaの合計のモル比を5としたときに、O(酸素)のモル比を表す変数wは、7.85≦w≦11.5を満たし、7.9≦w≦11.0を満たしてもよく、7.95≦w≦10.5を満たしてもよく、w=8でもよい。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成において、酸化物蛍光体の組成1モルにおいて、第3元素Mのモル比を表す変数zは、0≦z≦0.5を満たし、0≦z≦0.3を満たしてもよく、0≦z≦0.2を満たしてもよい。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体は、発光ピーク波長を有する発光スペクトルの半値全幅が150nm以上であることが好ましい。前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体の発光ピーク波長を有する発光スペクトルの半値全幅は、160nm以上であることが好ましく、170nm以上であることがより好ましく、180nm以上であることがさらに好ましい。酸化物蛍光体は、発光ピーク波長を有する発光スペクトルの半値全幅がより大きいことが好ましい。発光ピーク波長を有する発光スペクトルの半値全幅は250nm以下であってよく、240nm以下であってもよく、230nm以下であってもよく、220nm以下であってもよい。本明細書において、半値全幅は、発光スペクトルにおいて、最大の発光強度を示す発光ピーク波長における発光強度に対して50%となる波長幅をいう。例えば、生体内では、光の吸収と散乱が生じ、生体内の血液中の微妙な光の伝播挙動の変化を測定するためには、半値全幅が広い発光スペクトルを有する光が照射されることが好ましい。また、青果物や米等の食品を非破壊で測定する場合おいても食品内部の情報を得るために、半値全幅が広い発光スペクトルを有する光が照射されることが好ましい。半値全幅が広い発光スペクトルを有する光は、発光ピーク波長を有する発光スペクトルにおいて、発光強度が0の値をベースラインとし、このベースラインと、発光強度を有する発光スペクトルの曲線で囲まれた領域を、特定の波長範囲で積分した値である面積がより広いことが、酸化物蛍光体の発光エネルギーがより高いという点で好ましい。なお、発光強度は、発光スペクトルにおいて、励起光の発光強度を基準とする相対的な発光強度比で示す場合がある。
前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体は、1150nm以上1300nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することが好ましく、1200nm以上1300nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することがより好ましい。前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体は、Niを含まない場合、すなわち、y=0の場合には、700nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することが好ましく、710nm以上850nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有することがより好ましい。酸化物蛍光体が、700nm以上2500nm以下の範囲内の波長範囲と重複する範囲に発光ピーク波長を有することによって、例えば、生体内の情報又は非破壊で青果物等の情報を得やすい発光装置とすることができる。
発光装置
発光装置は、前記式(1)で表される組成式に含まれる酸化物蛍光体と、365nm以上500nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、酸化物蛍光体を照射する発光素子と、を備える。酸化物蛍光体は、透光性材料とともに波長変換部材を構成する部材として用いることができる。
発光装置は、酸化物蛍光体を照射する発光素子として、例えば窒化物系半導体を用いたLEDチップ又はLDチップを備えることが好ましい。
発光素子は、好ましくは365nm以上500nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、より好ましくは370nm以上490nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、さらに好ましくは375nm以上480nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する。発光素子を酸化物蛍光体の励起光源として用いることにより、発光素子からの光と酸化物蛍光体を含む蛍光体からの蛍光との所望の波長範囲の混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。発光素子の発光スペクトルにおける発光ピークの半値全幅は、例えば、30nm以下とすることができる。発光素子として、例えば、窒化物系半導体を用いた発光素子を用いることが好ましい。励起光源として窒化物系半導体を用いた発光素子を使用することによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
発光装置は、上述した酸化物蛍光体を含む第1蛍光体を必須とし、さらに異なる蛍光体を含んでいてもよい。発光装置は、第1蛍光体の他に、それぞれ蛍光体の発光スペクトルにおいて、420nm以上495nm未満の範囲内に発光ピーク波長を有する第2蛍光体、495nm以上590nm未満の範囲内に発光ピーク波長を有する第3蛍光体、590nm以上700nm未満の範囲内に発光ピーク波長を有する第4蛍光体、及び700nm以上1050nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する第5蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体を備えることが好ましい。発光装置は、上述の酸化物蛍光体を含む第1蛍光体を必須とし、さらに異なる蛍光体を含むことにより、発光素子の発光ピーク波長以上1600nm以下の範囲内で連続する発光スペクトルが得られる。発光装置の発光スペクトルが、発光素子の発光ピーク波長以上1600nm以下の範囲内で連続するとは、発光スペクトルが発光素子の発光ピーク波長以上1600nm以下における全ての波長範囲内で、発光スペクトルの発光強度が0%とならずに、発光スペクトルが途切れることなく連続することをいう。生体内や青果物等の測定対象又は検出対象に応じて、可視光から近赤外光の一部を含む波長範囲で連続した発光スペクトルを有する光を出射する光源が必要になる場合がある。タングステンランプやキセノンランプを光源として用いた場合、可視光から近赤外光の一部を含む波長範囲まで発光スペクトルが途切れることなく、連続した発光スペクトルを有する光が出射される。しかしながら、タングステンランプやキセノンランプを光源として使用すると装置の小型化が難しい。発光スペクトルが発光素子の発光ピーク波長以上1600nm以下の範囲内で連続する光を発する発光装置は、タングステンランプやキセノンランプを光源とした用いた発光装置と比較して小型化が可能である。小型の発光装置は、スマートフォン等の小型モバイルに搭載することができ、生体内の情報が得られると体調管理等に使用することができる。ここで、「発光素子の発光ピーク波長以上1600nm以下の範囲内」とは、例えば発光素子の発光ピーク波長が450nmである場合には、450nm以上1600nm以下の範囲内をいう。
発光装置は、発光素子の発光ピーク波長以上1600nm以下の範囲内で連続する発光スペクトルを有し、可視光から近赤外までの幅広い波長範囲で発光する。このような発光装置は、例えば反射分光式の測定装置や、生体内や青果物等を非破壊で測定可能となるとともに演色性にも優れた光が求められる照明装置に使用することができる。
上述した酸化物蛍光体を含む第1蛍光体とは組成が異なる、第2蛍光体は、下記式(2a)で表される組成式に含まれる組成を有するリン酸塩蛍光体、下記式(2b)で表される組成式に含まれる組成を有するアルミニウム酸塩蛍光体及び下記式(2c)で表される組成を有するアルミニウム酸塩蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体を含むことが好ましく、2種以上の蛍光体を含んでいてもよい。
(Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO(F,Cl,Br,I):Eu (2a)
(Ba,Sr,Ca)MgAl1017:Eu (2b)
SrAl1425:Eu (2c)
第3蛍光体は、下記式(3a)で表される組成式に含まれる組成を有するケイ酸塩蛍光体、下記式(3b)で表される組成式に含まれる組成を有するアルミニウム酸塩蛍光体又はガリウム酸塩蛍光体、下記式(3c)で表される組成式に含まれる組成を有するβサイアロン蛍光体、下記式(3d)で表される組成式に含まれる組成を有するハロゲン化セシウム鉛蛍光体、及び下記式(3e)で表される組成式に含まれる組成を有する窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体を含むことが好ましく、2種以上の蛍光体を含んでいてもよい。第3蛍光体が2種以上の蛍光体を含む場合は、2種以上の第3蛍光体のそれぞれが495nm以上610nm未満の範囲内でそれぞれ異なる範囲に発光ピーク波長を有する蛍光体であることが好ましい。
(Ca,Sr,Ba)MgSi16(F,Cl,Br):Eu (3a)
(Lu,Y,Gd,Tb)(Al,Ga)12:Ce (3b)
Si6-zAl8-z:Eu (0<z≦4.2) (3c)
CsPb(F,Cl,Br) (3d)
(La,Y,Gd)Si11:Ce (3e)
第4蛍光体は、下記式(4a)で表される組成式に含まれる組成を有する窒化物蛍光体、下記式(4b)で表される組成を有するフルオロゲルマン酸塩蛍光体、下記式(4c)で表される組成式に含まれる組成を有する酸窒化物蛍光体、下記式(4d)で表される組成式に含まれる組成を有するフッ化物蛍光体、下記式(4e)で表される組成式に含まれる組成を有するフッ化物蛍光体、下記式(4f)で表される組成式に含まれる組成を有する窒化物蛍光体、及び下記式(4g)で表される組成式に含まれる組成を有する窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体を含むことが好ましく、2種以上の蛍光体を含んでいてもよい。第4蛍光体が2種以上の蛍光体を含む場合は、2種以上の第4蛍光体のそれぞれが610nm以上700nmm未満の範囲内でそれぞれ異なる範囲に発光ピーク波長を有する蛍光体であることが好ましい。
(Sr,Ca)AlSiN:Eu (4a)
3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn (4b)
(Ca,Sr,Mg)Si12-(m+n)Alm+n16-n:Eu (4c)
(前記式(4c)中、k、m、nは、0<k≦2.0、2.0≦m≦6.0、0≦n≦2.0を満たす。)
[M 1-bMn4+ ] (4d)
(前記式(4d)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH からなる群から選択される少なくとも1種を含み、その中でもKが好ましい。Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含み、その中でもSi、Geが好ましい。bは、0<b<0.2を満たし、cは、[M 1-bMn4+ ]イオンの電荷の絶対値であり、dは、5<d<7を満たす。)
A’c’[M1-b’Mn4+ b’d’] (4e)
(前記式(4e)中、A’は、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH からなる群から選択される少なくとも1種を含み、その中でもKが好ましい。M’は、第4族元素、第13族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含み、その中でもSi、Alが好ましい。b’は、0<b’<0.2を満たし、c’は、[M1-b’Mn4+ b’d’]イオンの電荷の絶対値であり、d’は、5<d’<7を満たす。)
(Ba,Sr,Ca)Si:Eu (4f)
(Sr,Ca)LiAl:Eu (4g)
第5蛍光体は、下記式(5a)で表される組成を有するガリウム酸塩蛍光体、下記式(5b)で表される組成を有するアルミニウム酸塩蛍光体、下記式(5c)で表される組成を有するガリウム酸塩蛍光体、下記式(5d)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体、下記式(5e)で表される組成式に含まれる組成を有するアルミニウム酸塩蛍光体、上記酸化物蛍光体とは組成の異なる下記式(5f)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体、及び上記酸化物蛍光体とは組成の異なる下記式(5g)で表される組成式に含まれる組成を有する酸化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体を含むことが好ましく、2種以上の蛍光体を含んでいてもよい。
Ga:Cr (5a)
Al:Cr (5b)
ZnGa:Cr (5c)
(Mg1-t1 t1u1(Ga1-v1-x1-y1 v1w1:Crx1,M y1 (5d)
(前記式(5d)中、Mは、Ca、Sr、Ba、Ni及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、B、Al、In及びScからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、Eu、Ce、Tb、Pr、Nd、Sm、Yb、Ho、Er、Tm及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、t1、u1、v1、w1、x1及びy1は、0≦t1≦0.8、0.7≦u1≦1.3、0≦v1≦0.8、3.7≦w1≦4.3、0.02≦x1≦0.3、0≦y1≦0.2、y1<x1を満たす。)
(Lu,Y,Gd,Tb)(Al,Ga)12:Ce,Cr (5e)
10 11 12 13 :Cr、M14 (5f)
(前記式(5f)中、M10は、Li、Na、Ka、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M11は、Mg、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M12は、Ba、Al、Ga、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M13は、Si、Ti、Ge、Zr、Sn、Hf及びPbからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M14は、Eu、Ce、Tb、Pr、Nd、Sm、Yb、Ho、Er、Tm、Ni及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、e、f、g、h、i及びjは、0<e≦0.2、0≦f≦0.1、f<e、0.7≦g≦1.3、1.5≦h≦2.5、0.7≦i≦1.3、12.9≦j≦15.1を満たす。)
15 t216 u2(Ge1-v217 v2w2:Crx2,M18 y2 (5g)
(前記式(5g)中、M15は、Li、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M16は、Ca、Sr、Mg、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M17は、Si、Ti、Zr、Sn、Hf及びPbからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M18は、Eu、Ce、Tb、Pr、Nd、Sm、Yb、Ho、Er、Tm、Ni及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、t2、u2、v2、w2、x2及びy2は、1.5≦t2≦2.5、0.7≦u2≦1.3、0≦v2≦0.4、12.9≦w2≦15.1、0<x2≦0.2、0≦y2≦0.10、y2<x2を満たす。)
発光装置の一例を図面に基づいて説明する。図1は、発光装置の第1構成例の一例を示す概略断面図である。図2は、発光装置の第1構成例の他の例を示す概略断面図である。
発光装置100は、図1に示されるように、凹部を有する成形体40と、励起光源となる発光素子10と、発光素子10を被覆する波長変換部材50と、を備える。成形体40は、第1リード20及び第2リード30と、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む樹脂部42と、が一体的に成形されてなるものである。成形体40は、凹部の底面を構成する第1リード20及び第2リード30が配置され、凹部の側面を構成する樹脂部42が配置されている。成形体40の凹部の底面に、発光素子10が載置されている。発光素子10は、一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は、第1リード20及び第2リード30とそれぞれワイヤ60を介して電気的に接続されている。発光素子10は、波長変換部材50により被覆されている。波長変換部材50は、発光素子10を波長変換する蛍光体70と、透光性材料を含む。蛍光体70は、酸化物蛍光体を含む第1蛍光体71を必須として含む。蛍光体70は、第1蛍光体71の発光ピーク波長とは異なる波長範囲に発光ピーク波長を有する蛍光体を含んでいてもよい。図2に示されるように、蛍光体70は、それぞれ上述した、第2蛍光体72、第3蛍光体73、第4蛍光体74、及び第5蛍光体75からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体を含むことが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。蛍光体70は、第1蛍光体71を必須として含み、第2蛍光体72、第3蛍光体73、第4蛍光体74、及び第5蛍光体75を含んでいてもよい。波長変換部材50は、発光素子10及び蛍光体70を外部環境から保護するための部材としても機能する。発光装置100は、第1リード20及び第2リード30を介して、外部からの電力の供給を受けて発光する。
図3A及び図3Bは、発光装置の第2構成例を示す。図3Aは、発光装置200の概略平面図である。図3Bは、図3Aに示す発光装置200のIIIB-IIIB’線の概略断面図である。発光装置200は、365nm以上500nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子10と、発光素子10からの光により励起されて発光する第1蛍光体71を含む波長変換体52とその波長変換体52が配置された透光体53とを含む波長変換部材51と、を備える。発光素子10は、基板1上に導電部材61であるバンプを介してフリップチップ実装されている。波長変換部材51の波長変換体52は、接着層80を介して発光素子10の発光面上に設けられている。発光素子10及び波長変換部材51は、その側面が光を反射する被覆部材90によって覆われている。波長変換体52は、発光素子10からの光により励起されて、酸化物蛍光体を含む第1蛍光体71を必須として含む。波長変換体52は、第2蛍光体、第3蛍光体、第4蛍光体、及び第5蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。発光素子10は、基板1上に形成された配線及び導電部材61を介して、発光装置200の外部からの電力の供給を受けて、発光装置200を発光させることができる。発光装置200は、発光素子10を過大な電圧の印加による破壊から防ぐための保護素子等の半導体素子11を含んでいてもよい。被覆部材90は、例えば半導体素子11を覆うように設けられる。以下、発光装置に用いる各部材について説明する。なお、詳細は、例えば特開2014-112635号公報の開示を参照することもできる。
蛍光体とともに波長変換部材を構成する透光性材料は、樹脂、ガラス及び無機物からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、及びこれらの変性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂及び変性シリコーン樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れている点で、好ましい。波長変換部材には、蛍光体と透光性材料の他に、必要に応じてフィラー、着色剤、光拡散材を含んでいてもよい。フィラーとしては、例えば酸化ケイ素、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等が挙げられる。
波長変換部材が、樹脂と蛍光体を含む場合には、樹脂中に蛍光体を含む波長変換部材形成用組成物を形成し、波長変換部材形成用組成物を用いて波長変換部材を形成することが好ましい。波長変換部材形成用組成物は、酸化物蛍光体を含む第1蛍光体の含有量が、樹脂100質量部に対して、20質量部以上100質量部以下の範囲内であることが好ましく、25質量部以上90質量部以下の範囲内でもよく、30質量部以上85質量部以下の範囲内でもよい。第1蛍光体は、酸化物蛍光体のみを含んでいてもよい。第1蛍光体に含まれる酸化物蛍光体は、組成が異なる2種以上の酸化物蛍光体が含まれていてもよい。
波長変換部材形成用組成物は、各蛍光体の含有量が以下に説明する範囲内となるようにする。
波長変換部材形成用組成物に含まれる第2蛍光体の含有量は、樹脂100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下の範囲内でもよく、20質量部以上90質量部以下の範囲内でもよく、30質量部以上80質量部以下の範囲内でもよい。
波長変換部材形成用組成物に含まれる第3蛍光体の含有量は、樹脂100質量部に対して、5質量部以上100質量部以下の範囲内でもよく、10質量部以上90質量部以下の範囲内でもよく、15質量部以上80質量部以下の範囲内でもよく、20質量部以上70質量部以下の範囲内でもよく、25質量部以上60質量部以下の範囲内でもよい。
波長変換部材形成用組成物に含まれる第4蛍光体の含有量は、樹脂100質量部に対して、1質量部以上50質量部以下の範囲内でもよく、2質量部以上40質量部以下の範囲内でもよく、3質量部以上30質量部以下の範囲内でもよく、4質量部以上40質量部以下の範囲内でもよく、5質量部以上20質量部以下の範囲内でもよい。
波長変換部材形成用組成物に含まれる第5蛍光体の含有量は、樹脂100質量部に対して、5質量部以上100質量部以下の範囲内でもよく、10質量部以上90質量部以下の範囲内でもよく、20質量部以上80質量部以下の範囲内でもよく、30質量部以上70質量部以下の範囲内でもよい。波長変換部材形成用組成物中に第5蛍光体を含み、第5蛍光体が2種以上の蛍光体を含む場合には、第5蛍光体の含有量は、2種以上の第5蛍光体の合計の含有量をいう。波長変換部材形成用組成物中に第2蛍光体から第5蛍光体のいずれかの蛍光体を2種以上含む場合も、2種以上の蛍光体の合計の含有量をいう。
波長変換部材形成用組成物に含まれる蛍光体の合計の含有量は、樹脂100質量部に対して、50質量部以上300質量部以下の範囲内でもよく、100質量部以上280質量部以下の範囲内でもよく、120質量部以上260質量部以下の範囲内でもよく、150質量部以上250質量部以下の範囲内でもよい。
波長変換部材は、透光体を備えていてもよい。透光体は、ガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスは、例えばホウ珪酸ガラスや石英ガラスが挙げられる。樹脂は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が挙げられる。波長変換部材が基板を備える場合は、基板は、絶縁性材料であって、発光素子からの光や外光を透過し難い材料からなることが好ましい。基板の材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)、ポリフタルアミド(PPA)樹脂等の樹脂を上げることができる。発光素子と波長変換部材の間には、接着層が介在する場合、接着層を構成する接着剤は、発光素子と波長変換部材を光学的に連結できる材料からなることが好ましい。接着層を構成する材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、及びポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂であることが好ましい。
発光装置に必要に応じて設けられる半導体素子は、例えば発光素子を制御するためのトランジスタや、過大な電圧印加による発光素子の破壊や性能劣化を抑制するための保護素子が挙げられる。保護素子としてはツェナーダイオード(Zener Diode)が挙げられる。発光装置が被覆部材を備える場合には、被覆部材の材料としては、絶縁性材料を用いることが好ましい。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)、ポリフタルアミド(PPA)樹脂、シリコーン樹脂が挙げられる。被覆部材には、必要に応じて着色剤、蛍光体、フィラーを添加してもよい。発光装置は、導電部材として、バンプを用いてもよい。バンプの材料としては、Au又はその合金、他の導電部材として、共晶ハンダ(Au-Sn)、Pb-Sn、鉛フリーハンダ等を用いることができる。
発光装置の製造方法
第1構成例の発光装置の製造方法の一例を説明する。なお、詳細は、例えば特開2010-062272号公報の開示を参照することもできる。発光装置の製造方法は、成形体の準備工程と、発光素子の配置工程と、波長変換部材形成用組成物の配置工程と、樹脂パッケージ形成工程とを含むことが好ましい。成形体として、複数の凹部を有する集合成形体を用いる場合には、樹脂パッケージ形成工程後に、各単位領域の樹脂パッケージごとに分離する個片化工程を含んでいてもよい。
成形体の準備工程において、複数のリードを熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いて一体成形し、側面と底面とを有する凹部を有する成形体を準備する。成形体は、複数の凹部を含む集合基体からなる成形体であってもよい。
発光素子の配置工程において、成形体の凹部の底面に発光素子が配置され、発光素子の正負の電極が第1リード及び第2リードにワイヤにより接続される。
波長変換部材形成用組成物の配置工程において、成形体の凹部に波長変換部材形成用組成物が配置される。
樹脂パッケージ成形工程において、成形体の凹部に配置された波長変換部材形成用組成物を硬化させて、樹脂パッケージが形成され、発光装置が製造される。複数の凹部を含む集合基体からなる成形体を用いた場合は、樹脂パッケージの形成工程後に、個片化工程において、複数の凹部を有する集合基体の各単位領域の樹脂パッケージごとに分離され、個々の発光装置が製造される。以上のようにして、図1又は図2に示す発光装置を製造することができる。
第2構成例の発光装置の製造方法の一例を説明する。なお、詳細は、例えば特開2014-112635号公報、又は、特開2017-117912号公報の開示を参照することもできる。発光装置の製造方法は、発光素子の配置工程、必要に応じて半導体素子の配置工程、波長変換体を含む波長変換部材の形成工程、発光素子と波長変換部材の接着工程、被覆部材の形成工程を含むことが好ましい。
例えば、発光素子の配置工程において、基板上に発光素子を配置する。発光素子と半導体素子とは、例えば、基板上にフリップチップ実装される。次に、波長変換体を含む波長変換部材の形成工程において、波長変換体は、透光体の一面に印刷法、接着法、圧縮成形法、電着法により板状、シート状又は層状の波長変換体を形成することによって得てもよい。例えば、印刷法は、蛍光体と、バインダー又は溶剤となる樹脂とを含む波長変換体用組成物を透光体の一面に印刷し、波長変換体を含む波長変換部材を形成することができる。次に、発光素子と波長変換部材の接着工程において、波長変換部材を発光素子の発光面に対向させて、発光素子上に波長変換部材を接着層により接合する。次に、被覆部材の形成工程において、発光素子及び波長変換部材の側面が被覆部材用組成物で覆われる。この被覆部材は、発光素子から出射された光を反射させるためのものであり、発光装置が半導体素子も備える場合は、その半導体素子が被覆部材で埋設されるように形成することが好ましい。以上のようにして、図3A及び図3Bに示す発光装置を製造することができる。
酸化物蛍光体の製造方法
酸化物蛍光体の製造方法は、Liを含む第1化合物と、Gaを含む第2化合物と、Crを含む第3化合物と、必要に応じてNiを含む第4化合物と、必要に応じてNa、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の第1元素Mを含む第5化合物と、必要に応じてB、Al、Sc、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の第2元素Mを含む第6化合物と、必要に応じてSi、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Bi、V、Nb及びTaからなる群から選択される少なくとも1種の第3元素Mを含む第7化合物と、を準備することと、酸化物蛍光体の組成1モルにおけるGaのモル比又は第2元素Mを含むときは第2元素M及びGaの合計のモル比を5としたときに、Li及び第1元素Mのモル比が0.7以上1.6以下の範囲内となり、Crのモル比が0.05以上1.2以下の範囲内となり、Niのモル比が0以上0.5以下の範囲内となり、CrとNiの合計のモル比が0.25を超えて1.2以下の範囲内となり、Niを含む場合には、NiよりもCrのモル比が大きくなるように、第1化合物と、第2化合物と、第3化合物と、必要に応じて第4化合物と、さらに必要に応じて第5化合物、第6化合物及び第7化合物と、を調整して混合した原料混合物を準備することと、原料混合物を、酸素を含む雰囲気の中で、1000℃以上1700℃以下の範囲内の温度で熱処理して、酸化物蛍光体を得ること、を含み、第1化合物、第2化合物及び第3化合物からなる群から選択される少なくとも1種は酸化物を用いることが好ましい。CrとNiの合計のモル比が、0.26以上1.2以下の範囲内となるように、原料混合物を準備してもよい。
原料混合物の準備工程
原料
酸化物蛍光体を製造するため、上述のような原料を準備する。第1化合物等は、それぞれ酸化物、炭酸塩、塩化物及びこれらの水和物等が挙げられ、酸化物が好ましい。第1化合物等は粉体であることが好ましい。
第1化合物は、具体的には、LiO、LiCO、LiClが挙げられる。第2化合物は、具体的には、Ga、GaCl、GaCl、GaBrが挙げられる。第3化合物は、具体的には、Cr、Cr(CO、CrClが挙げられる。第4化合物は、NiO、NiCO(OH)(HO)、NiClが挙げられる。
第1元素Mを含む第5化合物、第2元素Mを含む第6化合物、第3元素Mを含む第7化合物は、酸化物、炭酸塩、塩化物及びこれらの水和物が挙げられる。
原料混合物
原料となる各化合物は、得ようとする酸化物蛍光体の組成1モルにおけるGaのモル比又は第1元素Mを含むときは第1元素M及びGaの合計のモル比を5としたときに、Li及び第1元素Mのモル比が0.7以上1.6以下の範囲内となり、Crのモル比が0.05以上1.2以下の範囲内となり、Niのモル比が0以上0.5以下の範囲内となり、CrとNiの合計のモル比が0.25を超えて1.2以下の範囲内となり、Niを含む場合には、NiよりもCrのモル比が大きくなるように、第1化合物と、第2化合物と、第3化合物と、必要に応じて第4化合物と、さらに必要に応じて第5化合物、第6化合物及び第7化合物と、を計量し、各化合物を混合して原料混合物を得てもよい。計量した第1化合物、第2化合物及び第3化合物、必要に応じて含まれる第4化合物、第5化合物、第6化合物及び第7化合物は、湿式又は乾式で混合し、原料混合物を得る。計量された各化合物は、混合機を用いて混合してもよい。混合機は工業的に通常用いられているボールミルの他、振動ミル、ロールミル、ジェットミル等を用いることができる。
原料となる各化合物が、各化合物中に含まれるLi、Ga、Cr、必要に応じて含まれるNi、さらに必要に応じて含まれる第1元素M、第2元素M、及び第3元素Mが、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成となるように、各化合物を計量し、混合して原料混合物を準備することが好ましい。
フラックス
原料混合物は、フラックスを含んでいてもよい。原料混合物がフラックスを含むことで、原料間の反応がより促進され、さらには固相反応がより均一に進行するために粒径が大きく、発光特性により優れた蛍光体を得ることができる。蛍光体を得るための熱処理の温度が、フラックスとして用いた化合物の液相の生成温度と同程度の温度であると、フラックスによって原料間の反応が促進される。フラックスとしては、希土類元素、アルカリ土類金属元素、及びアルカリ金属元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を含むハロゲン化物を用いることができる。フラックスとしては、ハロゲン化物の中でも、フッ化物を用いることができる。フラックスに含まれる元素が、酸化物蛍光体を構成する元素の少なくとも一部と同一の元素である場合には、目的とする組成を有する酸化物蛍光体の原料の一部として、酸化物蛍光体の組成が目的の組成となるようにフラックスを加えることもでき、目的の組成となるように原料を混合した後、さらに添加するようにフラックスを加えることもできる。
熱処理して酸化物蛍光体を得る工程
原料混合物は、黒鉛等の炭素、窒化ホウ素(BN)、アルミナ(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等の材質の坩堝やボートに載置して、炉内で熱処理することができる。
熱処理雰囲気
熱処理は、酸素を含む雰囲気中で行うことが好ましい。雰囲気中の酸素の含有率は特に制限されない。酸素を含む雰囲気中の酸素の含有率は、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは15体積%以上である。熱処理は、大気雰囲気(酸素含有率が20体積%以上)で行うことが好ましい。酸素の含有率が1体積%未満の酸素を含まない雰囲気であると、望ましい組成を有する酸化物蛍光体が得られない場合がある。
熱処理温度
熱処理温度は、1000℃以上1700℃以下の範囲内であり、好ましくは1100℃以上1600℃以下の範囲内であり、より好ましくは1300℃以上1550℃以下の範囲内である。熱処理温度が1000℃以上1700℃以下であれば、熱による分解が抑制され、目的とする組成を有し、安定した結晶構造を有する蛍光体が得られる。
熱処理においては、所定温度で保持時間を設けてもよい。保持時間は、例えば0.5時間以上48時間以内でもよく、1時間以上40時間以内でもよく、2時間以上30時間以内でもよい。保持時間を0.5時間以上48時間以内で設けることによって、結晶成長を促進することができる。
熱処理雰囲気の圧力は、標準気圧(0.101MPa)でもよく、0.101MPa以上でもよく、0.11MPa以上200MPa以下の加圧雰囲気で行ってもよい。熱処理によって得られる熱処理物は、熱処理温度が高温になる場合には、結晶構造が分解され易くなるが、加圧雰囲気にした場合には、結晶構造の分解が抑制することができる。
熱処理時間は、熱処理温度、熱処理時の雰囲気の圧力によって適宜選択することができ、好ましくは0.5時間以上20時間以内である。二段階以上の熱処理を行なう場合でも、一回の熱処理時間は0.5時間以上20時間以内であることが好ましい。熱処理時間が0.5時間以上20時間以内であると、得られる熱処理物の分解が抑制され、安定した結晶構造を有し、励起光の照射によって近赤外光の波長範囲に半値全幅の広い発光スペクトルを有する光を発する酸化物蛍光体を得ることができる。また、生産コストも低減でき、製造時間を比較的短くすることができる。熱処理時間は、より好ましくは1時間以上10時間以内であり、さらに好ましくは1.5時間以上9時間以内である。
熱処理して得られた熱処理物は、粉砕、分散、固液分離、乾燥等の後処理を行ってもよい。固液分離は濾過、吸引濾過、加圧濾過、遠心分離、デカンテーション等の工業的に通常用いられる方法により行うことができる。乾燥は、真空乾燥機、熱風加熱乾燥機、コニカルドライヤー、ロータリーエバポレーター等の工業的に通常用いられる装置により行うことができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
酸化物蛍光体
実施例1
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.37g、NiOが0.27gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.25,Ni0.05なるように計量した。仕込み組成において、モル比の記載のない元素のモル比は1である。メノウ乳鉢とメノウ乳棒を用いて、10分間、各原料を混合して、原料混合物を得た。得られた原料混合物を、アルミナ製の坩堝に配置し、1450℃、標準気圧(0.101MPa)の大気雰囲気(酸素含有率が20体積%)中で、8時間熱処理した。熱処理後、得られた熱処理物を粉砕して、実施例1の酸化物蛍光体を得た。
実施例2
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.37g、NiOが0.22gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.25,Ni0.04になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の酸化物蛍光体を得た。
実施例3
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.37g、NiOが0.16gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.25,Ni0.03になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3の酸化物蛍光体を得た。
実施例4
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.37g、NiOが0.05gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.25,Ni0.01LiCaGe14:Cr0.03になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4の酸化物蛍光体を得た。
実施例5
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.48g、NiOが0.16gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.27,Ni0.03になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5の酸化物蛍光体を得た。
実施例6
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.48g、NiOが0.22gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.27,Ni0.04になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の酸化物蛍光体を得た。
実施例7
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.65g、NiOが0.16gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.30,Ni0.03になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例7の酸化物蛍光体を得た。
実施例8
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.65g、NiOが0.22gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.30,Ni0.04になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8の酸化物蛍光体を得た。
実施例9
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.92g、NiOが0.22gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.35,Ni0.04になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例9の酸化物蛍光体を得た。
実施例10
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.92g、NiOが0.27gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.35,Ni0.05になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例10の酸化物蛍光体を得た。
実施例11
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.92g、NiOが0.16gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.35,Ni0.03になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11の酸化物蛍光体を得た。
実施例12
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.10g、NiOが0.38gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.20,Ni0.07になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例12の酸化物蛍光体を得た。
実施例13
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが1.54gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.28になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例13の酸化物蛍光体を得た。
実施例14
原料としてLiCOが2.67g、Gaが28.8g、Alが2.77g、Crが1.37g、NiOが0.27gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa4.25Al0.75:Cr0.25,Ni0.05になるように計量した以外は、実施例1と同様にして、実施例14の酸化物蛍光体を得た。
実施例15
原料としてLiCOが2.67g、Gaが23.7g、Alが5.55g、Crが1.37g、NiOが0.27gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa3.5Al1.5:Cr0.25,Ni0.05になるように計量した以外は、実施例1と同様にして、実施例15の酸化物蛍光体を得た。
実施例16
原料としてLiCOが2.67g、Gaが28.8g、Scが3.75g、Crが1.37g、NiOが0.27gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa4.25Sc0.75:Cr0.25,Ni0.05になるように計量した以外は、実施例1と同様にして、実施例16の酸化物蛍光体を得た。
実施例17
原料としてLiCOが2.67g、Gaが28.8g、Inが7.55g、Crが1.37g、NiOが0.27gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa4.25In0.75:Cr0.25,Ni0.05になるように計量した以外は、実施例1と同様にして、実施例17の酸化物蛍光体を得た。
比較例1
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが0.33g、NiOが0.32gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.06,Ni0.06になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の酸化物蛍光体を得た。
比較例2
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが0.33g、NiOが0.05gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.06,Ni0.01になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2の酸化物蛍光体を得た。
比較例3
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが0.33g、NiOが1.25gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.06,Ni0.25になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3の酸化物蛍光体を得た。
比較例4
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが0.006gになるように計量した各原料を用いた。各原料を、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.001になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4の酸化物蛍光体を得た。
比較例5
原料としてLiCOが2.67g、Gaが33.9g、Crが0.006g、NiOが0.005gになるように計量した各原料を用いた。得られる酸化物蛍光体の組成1モルにおける各元素は、仕込み組成における各元素のモル比がLiGa:Cr0.001,Ni0.001になるように計量したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例5の酸化物蛍光体を得た。
発光スペクトル及び発光特性の測定
実施例の各酸化物蛍光体及び比較例1の酸化物について、量子効率測定システム(QE-2000、大塚電子株式会社製)を用いて発光スペクトルを測定した。量子効率測定システムで用いた励起光の発光ピーク波長は450nmであった。図4から図12に各実施例に係る各酸化物蛍光体の発光スペクトルと対比のために比較例1に係る酸化物蛍光体及び比較例5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す。また、図13に各比較例に係る各酸化物蛍光体の発光スペクトルを示す。得られた各蛍光体の発光スペクトルから、発光特性として、励起光の発光ピーク波長を超える波長範囲における発光ピーク波長、半値全幅(FWHM)、発光スペクトル面積を求めた。得られた各酸化物蛍光体の発光スペクトルにおいて、発光強度は、励起光の発光強度に対する相対値として、相対発光強度比(任意値)として表した。相対発光強度比(任意値)が0の値をベースラインとし、このベースラインと発光ピーク波長を有する1100nm以上1400nm以下の発光スペクトルと、1100nmの縦軸の直線と、1400nmの縦軸の直線と、で囲まれた領域の積分値を各酸化物蛍光体の発光スペクトル面積とした。比較例1に係る酸化物蛍光体の発光スペクトル面積100%に対する各酸化物蛍光体の発光スペクトル面積の相対値を発光スペクトル面積比(%)とした。この発光スペクトル面積比が大きいほど、酸化物蛍光体の発光エネルギーが高いことを示す。結果を表1に記載する。
Figure 2023080391000002
表1又は図4から図9に示すように、実施例1から12に係る酸化物蛍光体は、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有し、1150nm以上1300nm以下の近赤外光の波長範囲に発光ピーク波長を有し、150nm以上の半値全幅を有する発光スペクトルが得られた。実施例1から12に係る酸化物蛍光体は、発光強度が0の値をベースラインとし、このベースラインと、1150nmにおける縦軸を示す直線と、1400nmにおける縦軸を示す直線と、発光スペクトルとで囲われた領域の積分値で表される発光スペクトル面積が、比較例1に係る酸化物蛍光体の発光スペクトル面積よりも広く、発光エネルギーが高い光を発していた。
表1又は図10に示すように、実施例13に係る酸化物蛍光体は、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有し、その発光スペクトルは、700nm以上900nm以下の波長範囲に発光ピーク波長と、比較例4よりも広い、150nm以上の半値全幅を有していた。
表1又は図11及び12に示すように、実施例14から17に係る酸化物蛍光体は、前記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有し、その発光スペクトルは、1150nm以上1300nm以下の波長範囲に発光ピーク波長と、150nm以上の半値全幅を有していた。
表1又は図13に示すように、比較例1から3及び5に係る酸化物蛍光体は、1150nm以上1300nm以下の近赤外光の波長範囲に発光ピーク波長を有していた。
比較例1から3及び5に係る酸化物蛍光体は、前記式(1)で表される組成式を満たさず、Gaの総モル比に対するCrとNiの合計のモル比が5モル%未満であるため、1150nm以上1400nmの範囲内の発光スペクトル面積は、実施例1から12に係る酸化物蛍光体よりも小さくなった。さらに、比較例5に係る酸化物蛍光体の発光スペクトル面積比は、比較例1よりも50%以下に小さくなった。
比較例3に係る酸化物蛍光体は、酸化物蛍光体の組成において、Crのモル比がNiのモル比よりも小さく、Crによる励起光の吸収が少ないことで、CrからNiへの励起光のエネルギー伝達も少ない。そのため、1150nm以上1400nmの範囲内の発光スペクトル面積は、比較例1及び2に係る酸化物蛍光体よりも小さくなった。また、Crのモル比が0.05未満と小さく、賦活元素としてNiを含んでいない比較例4に係る酸化物蛍光体は、賦活元素であるCrに由来する700nmから815nmの範囲内に発光ピーク波長は確認できたものの、賦活元素であるNiに由来する1150nm以上1300nm以下の範囲内には発光ピーク波長が確認できなかった。
実施例に係る発光装置
発光装置に用いる波長変換部材には、以下の仕込み組成で表され、発光ピーク波長が420nmの発光素子で励起したとき、各蛍光体の発光ピーク波長は、表2に記載した。
第1蛍光体
実施例1:式(1-1):LiGa:Cr0.25,Ni0.05
第2蛍光体
式(2a-1):Ca10(POCl:Eu
第3蛍光体
式(3a-1):CaMgSi16Cl:Eu
式(3b-1):LuAl12:Ce
第4蛍光体
式(4a-1):(Sr,Ca)AlSiN:Eu
式(4f-1):(Ba,Sr)Si:Eu
第5蛍光体
式(5a-1):Ga:Cr
式(5g-1):NaCaGe14:Cr
実施例の発光装置
実施例1に係る酸化物蛍光体を第1蛍光体として用いた。表2に示す第2蛍光体、第3蛍光体、第4蛍光体及び第5蛍光体を、表2に示す配合となるように、シリコーン樹脂とを混合分散した後、さらに脱泡することにより波長変換部材形成用組成物を得た。表2には、各実施例及び比較例において、樹脂100質量部に対する、第1蛍光体、第2蛍光体、第3蛍光体、第4蛍光体及び第5蛍光体の配合を質量部で表した。波長変換部材形成用組成物中の蛍光体の合計は、樹脂100質量部に対して、205.4質量部であった。次に図2に示すような凹部を有する成形体を準備し、凹部の底面に発光ピーク波長が420nmであり、窒化ガリウム系化合物半導体を有する発光素子を第1リードに配置した後、波長変換部材形成用組成物を、発光素子の上に注入、充填し、さらに加熱することで波長部材形成用組成物中の樹脂を硬化させた。発光素子の発光スペクトルの半値全幅は、15nmであった。このような工程により実施例に係る発光装置を作製した。
発光スペクトルの測定
実施例に係る発光装置に係る発光装置について、分光測光装置と積分球を組み合わせた光計測システムを用いて、室温(25℃±5℃)における発光スペクトルを測定した。
Figure 2023080391000003
図14は、実施例に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図14に示すように、実施例に係る発光装置発光スペクトルは、発光素子の発光ピーク波長(420nm)以上1600nm以下の範囲内で連続していた。
本開示に係る酸化物蛍光体は、生体内の情報を得るための医療用の発光装置、スマートフォン等の小型モバイル機器に搭載して体調管理するための発光装置、青果物や米等の食品内部の情報を非破壊で測定する分析装置用の発光装置、膜厚等の測定に使用される反射分光式測定装置の発光装置にも用いることができる。本開示に係る酸化物蛍光体を用いた発光装置は、医療装置、小型モバイル、分析装置、反射分光式測定装置に使用できる。
10:発光素子、11:半導体素子、20:第1リード、30:第2リード、40:成形体、42:樹脂部、50、51:波長変換部材、52:波長変換体、53:透光体、60:ワイヤ、61:導電部材、70:蛍光体、71:第1蛍光体、72:第2蛍光体、73:第3蛍光体、74:第4蛍光体、75:第5蛍光体、80:接着層、90:被覆部材、100、200:発光装置。

Claims (8)

  1. 下記式(1)で表される組成式に含まれる組成を有する、酸化物蛍光体。
    (Li1-t (Ga1-v :Cr,Ni,M (1)
    (前記式(1)中、Mは、Na、K、Rb及びCsからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、B、Al、Sc、In及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Bi、V、Nb及びTaからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、t、u、v、w、x、y及びzは、それぞれ0≦t≦1.0、0.7≦u≦1.6、0≦v<1.0、7.85≦w≦11.5、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.5、0.25<x+y≦1.2、y<x、0≦z≦0.5を満たす。)
  2. 前記式(1)中、x及びyは、0<y≦0.5、1.5≦x/y≦50を満たす、請求項1に記載の酸化物蛍光体。
  3. 前記式(1)中、x及びyは、0.08≦x≦0.8、0.001≦y≦0.3を満たす、請求項1又は2に記載の酸化物蛍光体。
  4. 前記式(1)中、x及びyは、0.1≦x≦0.5、0.005≦y≦0.2を満たす、請求項1又は2に記載の酸化物蛍光体。
  5. 前記酸化物蛍光体は、発光ピーク波長を有する発光スペクトルの半値全幅が150nm以上である、請求項1から4のいずれか1項に記載の酸化物蛍光体。
  6. 前記酸化物蛍光体は、1150nm以上1300nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する、前記請求項1から5のいずれか1項に記載の酸化物蛍光体。
  7. 前記酸化物蛍光体は、700nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する請求項1又は5に記載の酸化物蛍光体。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の酸化物蛍光体と、365nm以上500nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、前記酸化物蛍光体を照射する発光素子と、を備える、発光装置。
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