JP4927907B2 - 白色発光蛍光体およびその発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光体に関し、特に白色発光装置に応用可能な蛍光体に関する。
半導体発光装置は、発光ダイオード(light emitting diodes,LEDs)およびレーザーダイオード(laser diodes)を含む。半導体発光装置を利用して紫外線(ultraviolet)または近紫外線(near ultraviolet)を提供し、異なる蛍光体と組み合わせ、各種の光源の製造に使用することができる。
白色発光ダイオードは、LED産業において、最も期待された新興製品であり、蛍光灯の代わり、フラットパネルディスプレイのバックライトに応用することができ、体積が小さく、熱量、消費電力が低く、使用寿命が長いなどの長所を有している。白色発光とは、多種の色の光を混合してなる光であり、人の目で見える白色発光形式には、例えば、青色発光と黄色発光の組み合わせ、または緑色発光、青色発光、赤色発光の組み合わせなど、少なくとも2種類の光の混合がなければならない。
現在商品化されている白色発光装置の多くは、青色発光LEDを使用して黄色蛍光体粉末Y3Al5O12:Ce (YAG:Ce)で変換し、白色発光を生成している。この商品化された黄色蛍光体粉末は、固体焼結合成法で1400℃から1600℃の高温反応によって得られる。波長467nmの青色発光LEDがこの黄色蛍光体粉末を励起すると、放出波長550nmの黄色発光を得ることができ、そのCIE色度座標は(0.48, 0,50)である。
青色発光LEDと組み合わせて使用する黄色蛍光体粉末の合成条件は厳しく、その製造には、比較的高い温度で固体焼結を行なう必要があり、かつ発光スペクトルに青色発光部分の貢献が不足すると、白色発光装置での応用に、演色性が比較的よくないといった欠点を有する。
前記問題を解決するため、本発明は、化学式を(M1-m-nCem Eun)3Al2O5X2とする白色発光蛍光体を提供する。うち、MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、かつ0＜m＜1、0＜n＜1である。
本発明はまた、化学式を(M1-nEun)3Al2O5X2とする白色発光蛍光体を提供する。うち、MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、かつ0＜n＜1である。
本発明はさらに、半導体光源と、化学式を(M1-m-nCem Eun)3Al2O5X2とする白色発光蛍光体とを含む発光装置を提供する。うちMはCa、SrおよびBaにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、かつ0＜m＜1、0＜n＜1である。
本発明はさらに、半導体光源と、化学式を(M1-nEun)3Al2O5X2とする白色発光蛍光体とを含む発光装置を提供する。MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうち少なくとも1つから選ばれ、かつ0＜n＜1である。
本発明の主な目的は、新しい組成成分を有する一連の白色発光蛍光体を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、発光装置に用いる、広波長帯の放射源を提供可能な一連の白色発光蛍光体を提供することである。
本発明のさらにもう1つの目的は、成分を調整することにより色調を変えることができる一連の白色発光蛍光体を提供することである。
本発明のさらにもう1つの目的は、中低温を利用して製造する一連の白色発光蛍光体を提供することである。
本発明のさらにもう1つの目的は、半導体光源と蛍光体との組み合わせにより、発光装置に応用可能な発光装置を提供することである。
次に、具体的な実施例により、本発明について詳しく説明する。当業者は、本説明書に開示された内容により、本発明の特徴および効果を容易に理解することができる。本発明はまた、その他の異なる実施例により実行または応用することもでき、本説明書における各項の詳細は、異なる観点に基づき、本発明の主旨を逸脱せずに、各種の修飾および変更を行なうこともできる。
本発明の第１実施例の白色発光蛍光体は、固体法を利用して、中低温（約800℃〜約1000℃）で製造する。(Sr1-m-nCemEun)3Al2O5Cl2（0＜m＜1、0＜n＜1）を例とし、製造方法は、次のステップを含む。化学計量により、酸化ストロンチウム(SrO)、塩化ストロンチウム(SrCl2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化セリウム(CeO2)および酸化ユーロピウム(Eu2O3)を秤取し、研磨し、以上の原料を均一に混合した後、坩堝中に入れ、高温炉に入れる。水素ガスおよびアルゴンガスの混合雰囲気の下、約800℃〜約1100℃で4〜8時間焼結した後、本発明で開示する白色発光蛍光体:(Sr1-m-nCemEun)3Al2O5Cl2，うち0＜m＜1、0＜n＜1を得ることができる。
以上の工程における塩化ストロンチウム(SrCl2)の代わりに、臭化ストロンチウム(SrBr2)、塩化カルシウム(CaCl2)、臭化カルシウム(CaBr2)、臭化バリウム(BaBr2)または塩化バリウム(BaCl2)などの各種の異なる金属塩類を用いることができる。酸化ストロンチウム(SrO)の代わりに、酸化カルシウム(CaO)または酸化バリウム(BaO)などの各種の異なる金属塩類を用いることができる。異なる金属塩類を選定することにより、本発明で開示する各種蛍光体を得ることができる。
本発明で提供する(Sr1-m-nCemEun)3Al2O5Cl2（0＜m＜1かつ0＜n＜1）白色発光蛍光体は、紫外線、近紫外線または青色発光によって励起することができる。励起された後、2つの発光波長帯を有し、それぞれ青色発光および黄色オレンジ発光の範囲に位置する。(Sr1-m-nCemEun)3Al2O5Cl2（0＜m＜1かつ0＜n＜1）蛍光体は、波長約300nmから約370nmの放射源によって励起することができ、かつ前記蛍光体が励起された後の2つの発光波長帯の混合光の色度座標値のx値は、約0.25〜0.50で、y値は約0.25〜0.40である。
図1および図2は、本発明の第１実施例で合成した(Sr0.987Ce0.01Eu0.003)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体の励起スペクトルおよび光ルミネセンススペクトルである。図に示すとおり、(Sr0.987Ce0.01Eu0.003)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体の最適励起波長は340nmであり、かつ340nmの放射源でこの白色発光蛍光体を励起し、同時に生成可能な波長は、それぞれ438nmおよび583nmの放出であり、それぞれ青色発光および黄色オレンジ発光に属す。この2種類の異なる波長帯の放出光を混合した後に、白色発光を生成することができる。
本発明で提供する(M1-m-nCemEun)3Al2O5X2は、約300nmから約370nmの紫外線で励起するときに、mおよびnの比例で調整し、異なる色度の放出光を得ることができる。m＞0かつ一定値であり、すなわちm＞＞nであるときの放出波長帯は青色発光であり、0.5＞n＞0である時の放出波長帯は白色発光であり、n＞＞mであるときの放出波長帯は黄色オレンジ発光である。
表1は、(Sr1-m-nCemEun)3Al2O5Cl2の変調励起波長、m値とn値の色度変化の比較である。かつ点1から点7までの色度の変化は、図3に示すとおりである。点1から点7までを観察すると、励起波長340nmの条件の下で、(Sr1-m-nCemEun)3Al2O5Cl2のm値とn値を調整すると、青色発光、白色発光、黄色発光などの各種の異なる範囲の発光を得ることができることが分かる。図3におけるYAG:Ce連続線は、商品YAG:Ceおよび青色発光LEDチップにより混ぜられた白色発光である。本発明とYAG:Ce連続線の色度座標を比較すると、本発明が比較的高い演色性を有していることが分かる。
本発明の第2実施例の白色発光蛍光体は、(Sr1-nEun)3Al2O5Cl2 (0＜n＜1)を例とし、固体法を利用して、中低温（800℃〜1000℃）で製造し、次のステップを含む。化学計量により酸化ストロンチウム(SrO)、塩化ストロンチウム(SrCl2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化セリウム(CeO2)および酸化ユーロピウム(Eu2O3)を秤取し、研磨し、以上の原料を均一に混合した後、坩堝中に入れ、高温炉に入れる。水素ガスおよびアルゴンガスの混合雰囲気の下、約800℃〜約1100℃で4〜8時間焼結した後、本発明で開示する蛍光体:(Sr1-nEun)3Al2O5Cl2,うち0＜n＜1を得ることができる。
以上の方法における塩化ストロンチウム(SrCl2)の代わりに、臭化ストロンチウム(SrBr2)、塩化カルシウム(CaCl2)、臭化カルシウム(CaBr2)、臭化バリウム(BaBr2)または塩化バリウム(BaCl2)などの各種の異なる金属塩類を用いることができる。酸化ストロンチウム(SrO)の代わりに、酸化カルシウム(CaO)または酸化バリウム(BaO)などの各種の異なる金属塩類を用いることができる。異なる金属塩類を選定することにより、本発明で開示する各種蛍光体を得ることができる。
以上の方法に基づき製造した(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2と商品蛍光体YAG:Ceの励起スペクトルの比較は、図4に示すとおりである。本発明において合成した(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2蛍光体は、波長約300nmから波長約430nmの放射源で励起することができ、すなわち紫外線、近紫外線または青色発光で励起することができる。YAG:Ce商品の励起スペクトルは、顯示在青色発光の波長範囲においてのみ、YAG:Ce商品を有効に励起することができることを示している。
図5は、蛍光分光光度計（Fluorescence spectrophotometer）を利用して本発明の第2実施例で製造した(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体とYAG:Ce商品の光ルミネセンススペクトルを測定した比較である。その結果、本発明で提供する(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体は、波長360nmの放射源で励起することを示し、その発光波長帯は約500nmから約740nmであり、かつ主放出ピークは波長約583nmの黄色オレンジ発光であった。YAG:Ce蛍光体商品の発光波長帯は、約500nmから約700nmの間で、かつ主放出ピークは波長約550nmの黄色発光であった。両者を比べると、本発明で提供する(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体には、発光範囲の赤方偏移の現象が見られた。図3および図4によって、この黄色オレンジ発光蛍光粉を300nmから波長約430nmの放射源と組み合わせると、放出光と放射源を結合し、より高い演色性の白色発光を得ることができることが証明された。
本発明で提供する(Sr1-nEun)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体は、紫外線、近紫外線または青色発光により励起することができ、励起後に発する黄色オレンジ発光の色度座標値のx値は約0.40〜0.60であり、y値は約0.40〜0.50である。(Sr1-nEun)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体を波長約380nmから約410nmの放射源で励起すると、励起後に発する黄色オレンジ発光は、放射源と混合した後に白色発光を放出し、色度座標値のx値は約0.25〜0.50であり、y値は約0.40〜0.50である。
図6は、本発明で提供する(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2白色発光蛍光体と商品化された蛍光体YAG:CeのCIE色度座標比較図である。本発明で提供する(Sr0.99Eu0.01)3Al2O5Cl2の360nm励起源に励起された後の発光色度座標は、(0.55, 0.43)の黄色オレンジ発光であり、YAG:Ce商品の467nm励起源に励起された後の発光色度座標は、(0.48, 0.50)の黄色発光であった。
そのため、本発明で開示する白色発光蛍光体は、例えば、発光ダイオードまたはレーザーダイオードなどの半導体光源を含む発光装置に応用することができる。この半導体光源は、紫外線、近紫外線または青色発光の光源を発することができる。半導体光源を本発明の白色発光蛍光体に組み合わせると、異なる色の発光波長帯を放出することができる。
前記のとおり、本発明で提供する白色発光蛍光体は、新しい組成成分を有するだけでなく、かつ中低温で製造することができ、広い励起範囲(紫外線から青色発光領域)を有し、取得しやすい紫外線または青色発光放射源チップと組み合わせることができる。また、本発明で提供する蛍光体は、組成成分比を調整することにより、発光波長帯を変えることができ、青色発光、白色発光、黄色オレンジ発光を跨ぐことができる。
以上は、本発明の比較的優れた実施例でしかなく、本発明の特許出願権を限定するものではない。また、以上の説明は、本技術分野の当業者が理解し、実施できるものであるため、本発明で開示した主旨を逸脱せずに完成したその他の同等の変更または修飾は、いずれも特許請求の範囲に含まれるものとする。
Claims (4)
- 化学式が
(M1-m-nCemEun)3Al2O5X2
であり、式中、MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、うち
0＜m＜1,0＜n＜1
とする白色発光蛍光体。 - 化学式が
(M1-nEun)3Al2O5X2
であり、式中、MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、うち0＜n＜1とする白色発光蛍光体。 - 半導体光源と、
該半導体光源によって励起することができ、化学式が
(M1-m-nCemEun)3Al2O5X2
であり、式中、MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、うち
0 ＜ m ＜1,0 ＜ n ＜ 1
とする白色発光蛍光体と、
を含む発光装置。 - 半導体光源と、
該半導体光源によって励起することができ、化学式が
(M1-nEun)3Al2O5X2
であり、式中、MはCa、SrおよびBaにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、XはClおよびBrにより構成される群のうちの少なくとも1つから選ばれ、うち0＜n＜1とする白色発光蛍光体と、
を含む発光装置。
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