专利名称：氧氮化物荧光体及发光器件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种利用Eu(铕)激活的氧氮化物荧光体和使用该荧光体的发光器件。
背景技术：
以往，广泛应用氧化物荧光体或硫化物荧光体作为荧光体，近年来，氮化物荧光体和氧氮化物荧光体作为新型荧光体受到关注，其研究日益盛行。
一直以来使用的氧氮化物荧光体例如有利用Eu(铕)激活的Ca(钙)固溶α-塞隆荧光体(アルフアサイアロン)(例如，参照特开2002-363554号公报)。需要说明的是，在以下的说明中，适当地将先前的氧氮化物荧光体、即Ca固溶α-塞隆荧光体称为塞隆荧光体。
上述塞隆荧光体可以用作例如以蓝色发光二极管元件(蓝色LED元件)为光源的白色发光二极管(白色LED)的波长变换材料。
上述白色发光二极管作为代替现有的白炽灯和荧光灯的下一代高效照明装置倍受瞩目，其研究开发也日益盛行。
在白色发光二极管中，成为现在主流的具有作为光源的蓝色发光二极管元件和作为用于将从蓝色发光二极管元件发出的蓝色光的一部分的波长进行变换的波长变换材料的荧光体，发出白色光，该白色光由经过上述波长变换从蓝色发光二极管发出的波长未变换的蓝色光和波长变换的黄色光混合产生的。
为了提高以这样的波长变换型的白色发光二极管为主的发光器件的发光效率及发光强度，不只是改善作为光源的蓝色发光二极管元件，还需要改善来提高荧光体的变换效率。
塞隆荧光体是适合这种白色发光二极管的荧光体，但要求进一步提高发光效率及发光强度。
发明内容
如权利要求1所述的本发明，其主要特征在于，用通式Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y表示，x为0.75以上1.0以下，且y为0.04以上0.25以下，主相具有α-塞隆结晶结构。
如权利要求2所述的本发明，其主要特征在于，具有半导体光源元件和用于将从半导体光源元件发出的光的波长进行变换的波长变换材料，波长变换材料是用通式Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y表示、x为0.75以上1.0以下、且y为0.04以上0.25以下、主相具有α-塞隆结晶结构的氧氮化物荧光体。
如权利要求3所述的本发明，其主要特征在于，在如权利要求2所述的发明中，半导体光源元件是发光中心波长为400nm至480nm的半导体发光二极管元件。
由于本发明的氧氮化物荧光体用通式Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y表示、x为0.75以上1.0以下、且y为0.04以上0.25以下、主相具有α-塞隆结晶结构，因此，可以提高发光效率及发光强度。
另外，由于本发明的发光器件具有半导体光源元件和用于将从半导体光源元件发出的光的波长进行变换的波长变换材料，波长变换材料是用通式Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y表示、x为0.75以上1.0以下、且y为0.04以上0.25以下、主相具有α-塞隆结晶结构的氧氮化物荧光体，因此，可以提高发光效率及发光强度。
另外，由于半导体光源元件是发光中心波长为400nm至480nm的半导体发光二极管元件，因此，特别可以实现发光效率及发光强度得到提高的照明用白色发光二极管灯。
图1是表示用Eu激活的Ca固溶α-塞隆的各试样的组成的表。
图2是表示图1所示的各试样的发光峰值波长、激发峰值波长及发光强度的表。
图3是表示塞隆荧光体的试样3的激发光谱和发光光谱的图。
图4是表示对图2所示的试样中的主要试样，激发波长为450nm、460nm及470nm的发光主波长的表。
图5是表示塞隆荧光体的试样的Ca浓度的x值为0.875时的发光光谱的图。
图6是表示塞隆荧光体的试样的Eu浓度的y值为0.0833时的发光光谱的图。
图7是表示本发明的第1实施例的白色发光二极管灯的断面图。
图8是表示图7所示的白色发光二极管灯的立体图。
图9是表示本发明的第2实施例的白色发光二极管灯的断面图。
图10是表示图9所示的白色发光二极管灯的立体图。
图11是表示用Eu激活的Ca固溶α-塞隆的各试样的组成的表。
图12是表示图11所示的各试样的荧光强度及发光峰值波长的表。
图13是表示将本发明的第4实施例的氧氮化物荧光体的激发光谱及发光光谱和市售的钇铝石榴石型荧光体的激发光谱及发光光谱进行比较的图。
图14是表示将本发明的第5实施例的发光二极管灯的发光光谱和市售的白色发光二极管灯的发光光谱进行比较的图。
具体实施例方式
下面，一边参照附图，一边对本发明的氧氮化物荧光体及发光器件进行说明。
需要说明的是，在以下的实施例中，表示本发明的发光器件是照明用白色发光二极管灯的情况，但是，以下的实施例毕竟是用于说明本发明的，并不限制本发明的范围。因而，本领域的技术人员可以采用包含这些的各种要素或全部要素的各种实施例，这些实施例也包含在本发明的范围内。
另外，在用于说明以下的实施例的全图中，同一要素赋予同一符号，将省略相关的重复说明。
(实施例1)首先，对本发明的塞隆荧光体(氧氮化物荧光体)进行说明。
在解决先前所述的课题时，本发明的发明者专心致志地进行了反复研究，结果发现，在用2价铕(Eu)激活的钙(Ca)固溶α-塞隆荧光体中，具有特定的组成区域范围的荧光体，与具有其它的组成区域范围的荧光体相比，显示出特别优良的发光强度。
α-塞隆荧光体是用2价铕(Eu)激活的钙(Ca)固溶α-塞隆荧光体，其组成用以下的式(1)或式(2)表示。
CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu2+y……(1)[数学式2]Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y……(2)在本发明的实验(第1实验)中，合成以下图1所示的23种组成不同的试样及没有示于本说明书的进一步多个不同组成的试样，进行其光学特性的评价。
下面，对上述试样的组成设计进行说明。
最初，确定表示式(1)的Ca含量的x值和表示Eu含量的y值。试样1～试样23的各试样的x、y值如图1所示。
其次，设2×x+3×y为m、(2×x+3×y)/2为n。这时，由于原料中使用Eu2O3，因此以Eu为3价进行组成设计。其中，在焙烧后的产物中，由于Eu被还原成2价，因此m及n的值可能会随之发生些许变化。
作为合成上述各试样时的起始原料，使用了α-氮化硅(α-Si3N4)、氮化铝(AlN)、碳酸钙(CaCO3)、氧化铕(Eu2O3)。
需要说明的是，依照前述组成设计算出的各原料的质量比如图1所示。
然后，根据上述比例，称量、混合原料粉末。进行混合作业时，在原料粉末中添加正己烷，将其利用湿式行星式球磨机混合2小时。
然后，将混合后的原料粉末利用旋转蒸发器干燥，将其用乳钵充分揉开，收纳于氮化硼制的带盖容器中。
然后，将上述带盖容器和原料粉末一起烧结。这时，使用烧结炉，在1600℃、0.1MPa的氮气环境中进行8小时的处理。
经过上述烧结处理的原料粉末形成一个块，因此，将其变成粉末状后作为试样。
需要说明的是，上述原料粉末只需稍微用力就可以变成粉末状。
然后，测定通过进行上述各处理合成的23种粉末荧光体试样的激发光谱及发光光谱。
需要说明的是，这时，使用用若丹明B法及标准光源进行光谱校正的荧光分光光度计。
用该荧光分光光度计的测定结果如以下图2所示，由该结果可知，塞隆荧光体是在广泛的组成区域范围显示强的荧光强度的良好荧光体，其中，在x为0.75以上1.0以下(0.75≤x≤1.0)且y为0.04以上0.25以下(0.04≤y≤0.25)的组成区域范围中，可以显示比以往的荧光体更好的特性。而且，在x为0.75以上1.0以下(0.75≤x≤1.0)且y为0.04以上0.0833以下(0.04≤y≤0.0833)的组成区域范围中，可以显示更良好的特性，其中，试样3(x＝0.875，y＝0.0833)具有更加良好的特性。
图3是表示上述试样3的激发光谱及发光光谱的图，前者用线A表示、后者用线B表示。这些激发光谱及发光光谱是用荧光分光光度计测定的。另外，激发光谱测定时的发光监测波长是和图2所示的发光峰值波长同样的582nm，发光光谱测定时的激发波长是和图2所示的激发峰值波长同样的410nm。
以试样3为主的本发明的塞隆荧光体，适合于各种发光装置和各种显示装置中使用的发光器件，特别适合于照明用白色发光二极管灯的波长变换材料。
白色发光二极管灯大致分为近紫外光激发型、蓝色激发型，在此，以现在为主流的蓝色激发型为例进行说明。
蓝色激发型白色发光二极管灯具有发光中心波长为450～470nm的半导体蓝色发光二极管元件、由该元件发出的光激发而发出作为其补色的黄色光的荧光体。
在以下图4中，表示对图2所示的试样中发光强度大的主要试样，用波长为450nm、460nm、470nm激发时的发光主波长(主波长)。
另外，图5表示前述x值(Ca含量)为0.875的试样中主要试样的激发波长为460nm的发光光谱。在本图中，线C表示试样2的发光光谱，线D表示试样3的发光光谱，线E表示试样4的发光光谱。
另外，图6表示前述y值(Eu含量)为0.0833的试样中主要试样的激发波长为460nm的发光光谱。在本图中，线F表示试样3的发光光谱，线G表示试样8的发光光谱，线H表示试样13的发光光谱。
由上述结果可知，本发明的塞隆荧光体适合于蓝色激发型白色发光二极管(照明用白色发光二极管灯)。
需要说明的是，如图3的激发光谱表明的，由于本发明的塞隆荧光体即使用近紫外光也能以高效率进行激发，因此，通过和其它荧光体混合，可以适合作为近紫外光激发型白色发光二极管灯的黄色荧光体使用。
下面，对具有本发明的塞隆荧光体的发光器件，以白色发光二极管灯为例进行说明。
图7是本发明的第1实施例(实施例1)的白色发光二极管灯1a的断面图，图8是图7所示的白色发光二极管灯1a的立体图。
白色发光二极管灯1a是上部形成了弯曲面的大致圆筒形状，换言之，具有与炮弹相似的形状，其由引线2以及3、发出蓝色光的蓝色发光二极管元件(半导体光源元件)4、接合线5、上述塞隆荧光体(波长变换材料)7、第1树脂6及第2树脂8构成，引线2以及3的下部露出。
在引线2的上端部设置凹部，在该凹部安装发光二极管元件(发光元件)4，通过使用接合线5和导电膏的小片接合等将引线2及引线3电连接。
另外，包含前述凹部的蓝色发光二极管元件4的附近，利用第1树脂6密封，该第1树脂6中分散有塞隆荧光体7。
另外，上述引线2及3、蓝色发光二极管元件4、接合线5、第1树脂6利用第2树脂8密封。
下面，对上述白色发光二极管灯1a的制作程序进行说明。
在第1工序，用导电膏将蓝色发光二极管元件4小片接合在引线2上的元件安装用凹部中。
在第2工序，用接合线5将发光二极管元件和另一引线3丝焊。
在第3工序，用分散有35重量％的塞隆荧光体7的第1树脂6预浸元件安装用凹部，使得覆盖蓝色发光二极管元件4，并使第1树脂6固化。
在第4工序，使引线2及3的上部、蓝色发光二极管元件4和第1树脂6用第2树脂8包围、固化。需要说明的是，该第4工序通常是利用铸造来进行的。
另外，引线2及3可以作成一体，这时，引线2及3具有在其下部连结的形状，使用这样作成一体的引线时，工序4后设置除去连结引线2及3的部分，使引线2及3成为分别的部件的第5工序。
(实施例2)下面，使用图9及图10对本发明的第2实施例(实施例2)的白色发光二极管灯1b进行说明。图9是白色发光二极管灯1b的断面图，图10是图9所示的白色发光二极管灯1b的立体图。
在图7及图8所示的白色发光二极管灯1a中，表示的是塞隆荧光体7分散于蓝色发光二极管元件4的附近即第1树脂6中的情况，但并不限定于此，也可以如本实施例一样，可以作成将塞隆荧光体7分散于第2树脂8中即树脂全体中的结构。
需要说明的是，制作上述白色发光二极管灯1b时，不进行第1树脂6的固化，而是在第2树脂8中使塞隆荧光体7分散、固化。
另外，该白色发光二极管灯1b的效果和白色发光二极管灯1a相同。
需要说明的是，可以使用发光中心波长在400～480nm范围内的元件作为上述蓝色发光二极管元件4。
另外，紫外光激发型的情况下，在使用紫外光发光二极管元件的同时，荧光体使用2种～5种左右的荧光体粉末的混合物，将其中1种设定为本发明的塞隆荧光体(例如试样3)。
另外，特别是使用发光中心波长为460nm的蓝色发光二极管元件和试样3的塞隆荧光体时，可以实现色温度低、且发出目视者感到有温暖感的白色光的白色发光二极管灯，其发光强度比使用以往的α-塞隆荧光体的白色发光二极管更强。
(实施例3)下面，对本发明的第2实验进行说明。在第2实验中，利用和第1实验不同的合成条件，合成以下图11所示的28种组成不同的试样，并进行其光学特性的评价。
图11表示第2实验中使用的试样组成设计和根据各组成设计算出的各原料的混合组成。和图1进行对比可知，图11所示的28种试样中23种试样具有和图1所示的试样同样的组成。
准备和第1实验中使用的起始原料同样的原料，称量原料粉末，以实现图11所示的组成x及组成y。然后，在称量的原料粉末中添加正己烷，将添加了正己烷的原料粉末利用湿式行星式球磨机进行混合。混合时间设定为2小时。
然后，将混合好的原料粉末利用旋转蒸发器干燥，将其用乳钵充分研碎，然后，用根据日本工业标准JIS Z 8801的公称网孔125μm的不锈钢制试验用网筛以适当的粒径进行造粒，收纳于氮化硼制的带盖容器中。
然后，将上述带盖容器和原料粉末一起烧结。使用烧结炉，在1700℃、1MPa的氮气环境中进行8小时的烧结。和第1实验相比，设定为高温且高压。烧结后，上述原料粉末形成一个块，因此，将其变成粉末状，得到粉末荧光体试样。需要说明的是，烧结后的原料粉末的块，只需稍微用力就可以变成粉末状。
然后，测定如上所述合成的28种粉末荧光体试样的激发光谱及发光光谱。光谱测定使用用若丹明B法及标准光源进行光谱校正的荧光分光光度计。
图12分别表示在激发波长450nm及405nm测定的荧光强度及发光峰值波长。波长450nm是假定本实施例的荧光体试样应用于作为现在主流的蓝色激发型白色发光二极管灯中时的波长，波长405nm是假定该试样应用于估计今后普及的近紫外光激发型白色发光二极管灯中时的波长。需要说明的是，405nm激发型白色发光二极管灯，称为近紫外光激发型或蓝紫色光激发型。
首先，来关注图12中的在激发波长450nm测定的荧光强度。试样38、试样42、试样43、试样33、试样37、试样32及试样47显示出特别高的荧光强度，而且，试样48、试样41、试样52、试样34、试样39及试样44也显示出高荧光强度。该结果和在0.75≤x≤1.0且0.04≤y≤0.25的组成中得到良好特性的第1实验结果基本一致。
而且还表明，塞隆荧光体在x为0.75以上1.0以下(0.75≤x≤1.0)且y为0.04以上0.0833以下(0.04≤y≤0.0833)的组成区域范围中显示更良好的特性。
需要说明的是，在第2实验中，和第1实验不同，x＝1.25的试样47及试样48的荧光强度得到提高。这可以认为，通过变更烧结条件提高烧结温度增加氮气压力，改善了其特性。由此可以推测，x大的试样是难以烧结的组成，与x不那么大的试样相比，必须设定更高温、高压。在研究制造条件方面，从降低制造成本的观点考虑以及从抑制因制造条件波动引起的特性降低的观点考虑，优选选择即使在低烧结温度、低氮气压力下也能得到良好特性的组成。由以上结果可以得出如下结论和第1实验的结果相同，优选0.75≤x≤1.0且0.04≤y≤0.25，而且其中特别优选0.75≤x≤1.0且0.04≤y≤0.0833。
下面，对在激发波长405nm测定的荧光强度进行说明。试样42、试样38、试样33、试样43、试样32及试样37显示出特别高的荧光强度，而且，试样41、试样47、及试样31、试样52、试样48、及试样46显示出次于其的高荧光强度。试样36、试样39、试样51、试样53、试样34、试样56及试样44也显示充分的荧光强度。由此确认，即使作为近紫外光激发型白色发光二极管灯用，组成范围0.75≤x≤1.0且0.04≤y≤0.25的荧光体试样也显示出良好的特性，而且其中0.75≤x≤1.0且0.04≤y≤0.0833的荧光体试样显示出特别良好的特性。
(实施例4)对将本发明的氧氮化物荧光体的实施例和市售的钇铝石榴石型荧光体进行比较的结果进行说明。图13表示本发明的荧光体试样(以下称为试样FY6)的激发光谱及发光光谱和市售的钇铝石榴石型荧光体的激发光谱及发光光谱。
试样FY6具有x＝0.875及y＝0.07的组成。因此，其混合组成为α-Si3N465.14重量％、AlN 19.03重量％、CaCO313.56重量％、Eu2O32.27重量％。烧结条件为温度1700℃、氮气压力0.5MPa、保持50小时。在烧结后的后处理中，使用根据JIS Z 8801的公称网孔45μm的不锈钢制试验用网筛分级挑选45μm以下的来使用。除了这些条件变更外，利用和实施例3同样的程序进行合成。用于比较的荧光体，具有用通式(Y，Gd)3Al5O12:Ce3+表示的组成。
试样FY6的发光光谱，是以波长450nm的光为激发光进行测定的。另外，试样FY6的激发光谱，是以发光监测波长为585nm进行测定的。对于市售的钇铝石榴石型荧光体，是以激发光波长为460nm、发光监测波长为568nm进行测定的。和实施例3同样，测定使用用若丹明B法及标准光源进行光谱校正的荧光分光光度计。
在图13中，线I表示试样FY6的激发光谱，线J表示试样FY6的发光光谱，线K表示市售的钇铝石榴石型荧光体的激发光谱，线L表示市售的钇铝石榴石型荧光体的发光光谱。如图所示，试样FY6与市售的钇铝石榴石型荧光体相比，具有非常高的荧光强度。另外，即使在激发光谱中，试样FY6与市售的钇铝石榴石型荧光体相比，也具有大的激发强度，而且，其频带从紫外光区域到蓝色光区域非常宽。由这些结果可知，本发明的氧氮化物荧光体是优良的荧光体。需要说明的是，由试样FY6的发光光谱求出的CIE1931色度图上的色度坐标(x，y)为(0.52，0.48)。
(实施例5)下面，对将本发明的发光器件的实施例5的发光二极管灯的发光光谱和市售的发光二极管灯进行比较的结果进行说明。
实施例5的发光二极管灯是图7及图8所示的结构的炮弹型白色发光二极管灯，荧光体7使用前述的实施例4的试样FY6。另外，蓝色发光二极管元件4使用具有SiC衬底的InGaN型蓝色发光二极管元件。实测的发光峰值波长为454nm。
实施例5的发光二极管灯，其可见度效率36.3lm/W(流明每瓦特)、色温度2780K、CIE1931色度图上的色度坐标(x，y)为(0.46，0.41)。由这些测定值可知，该发光二极管灯具有相当于由JIS Z 9112-1990“荧光灯的光源色及演色性的区分”规定的昼光色、昼白色、白色、温白色、电灯色中的电灯色的色度。因此，作为比较对象，从市售的各种白色发光二极管灯中选择具有同样的电灯色的色度的白色发光二极管灯。用于比较的市售的炮弹型电灯色发光二极管灯具有可见度效率22.5lm/W(流明每瓦特)、色温度2800K、CIE1931色度图上的色度坐标(x，y)为(0.46，0.41)。
图14表示比较结果。在图14中，线M表示本实施例的发光二极管灯的发光光谱，线N表示市售的发光二极管灯的发光光谱。如图所示，实施例5的发光二极管灯和市售的发光二极管灯相比，具有非常大的发光强度，按可见度效率而言，为市售品的约1.6倍的明亮。
如上所述，参照几个实施例对本发明的氧氮化物荧光体及发光器件进行了说明，但本发明并不限定于这些实施例，可以有各种变形。例如，在上述的实施例1及2中，详细叙述了发光二极管元件在上部(接合线5侧)具有1个电极、下部(引线2的凹部底面侧)具有另一个电极的结构，但也可以使用下部没有电极上部有两个电极的发光二极管元件。
这时，由于发光二极管元件只要适当固定即可，因此，在第1工序中没有必要使用导电膏，在第2工序中通过2根接合线进行焊接。
另外，本发明中的引线的形状，只要可以安装发光二极管元件，任何一种都可以使用。
产业实用性根据本发明的氧氮化物荧光体及使用该荧光体的发光器件，可以改善发光效率及发光强度，进而可以提供代替以往的发热电灯和荧光灯的下一代照明装置。
权利要求
1.一种氧氮化物荧光体，其特征在于，用通式Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y表示，所述x为0.75以上1.0以下、且所述y为0.04以上0.25以下，主相具有α-塞隆结晶结构。
2.一种发光器件，其具有半导体光源元件和用于将从所述半导体光源元件发出的光的波长进行变换的波长变换材料，其特征在于，所述波长变换材料用通式Cax(Si，Al)12(O，N)16:Eu2+y表示，所述x为0.75以上1.0以下、且所述y为0.04以上0.25以下，主相具有α-塞隆结晶结构。
3.如权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述半导体光源元件是发光中心波长为400nm至480nm的半导体发光二极管元件。
全文摘要
提高氧氮化物荧光体以及发光器件的发光效率和发光强度。将塞隆荧光体(7)为用通式Ca
文档编号C09K11/77GK1934219SQ20058000919
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月22日
发明者佐久间健, 广崎尚登 申请人:株式会社藤仓, 独立行政法人物质·材料研究机构