アルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含む白色発光素子
【課題】白色発光素子用蛍光体及びこれを含む白色発光素子を提供する。
【解決手段】本発明は、（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅで表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含むＬＥＤである。式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、Ｚは、一価または二価元素、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４、１４．４＜ｄ＜１７．６、１４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。
【解決手段】本発明は、（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅで表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含むＬＥＤである。式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、Ｚは、一価または二価元素、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４、１４．４＜ｄ＜１７．６、１４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含む白色発光素子（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ：ＬＥＤ）に係り、さらに詳細には、広い励起波長領域及び広い波長範囲の発光領域を有し、優れた発光効率を示すアルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含む白色発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を利用した白色ＬＥＤは、白熱電球に比べて寿命が長く、小型化が可能であり、低電圧で駆動できるので、家庭用蛍光灯、液晶表示素子のバックライトなどをはじめとする照明分野全般にわたって代替光源としての可能性が認められている。
【０００３】
このような白色ＬＥＤを具現する方法は、光の三原色である赤色、緑色、青色を出す３個のＬＥＤを組み合わせて白色を具現する方式、青色ＬＥＤを光源として用いて黄色蛍光体を励起させることで白色を具現する方式、またはＵＶ ＬＥＤを光源として用いて三原色蛍光体を励起させて白色を具現する方式に主に分けられる。
【０００４】
前記のような白色ＬＥＤを具現する場合、赤色蛍光体としては、Ｋ５Ｅｕ２．５（ＷＯ４）６．２５、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどが使われ、緑色蛍光体として（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕなどが使われ、青色蛍光体としてＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕなどが使われることが一般的である。
【０００５】
前記の３方式のうち、３番目の方式によれば、高電流下での使用が可能であり、色感に優れるので、これについての研究が最近最も活発に進められている。このようなＵＶ ＬＥＤを光源とし、緑色蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎなどが使われて、ＣＲＴ、照明などに適用されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような従来の蛍光体は、ホスト材料となる化合物の結晶構造上の理由から発光効率が低く、このような低い発光効率だけでなく、発光ピーク波長領域が狭くて、自然光と類似した発光を得ることが困難であった、という問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、前記問題点を解決してＵＶ励起光源で発光効率に優れ、かつ発光ピーク波長領域の広いアルカリ土類金属シリケート系蛍光体を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、前記の蛍光体を含む発光効率に優れ、自然光に近い特性を有する白色ＬＥＤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、下記化学式１で表示される化合物であるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体が提供される。
【００１０】
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅ ・・・（化学式１）
【００１１】
前記式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、Ｚは、一価または二価元素、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４、１４．４＜ｄ＜１７．６、１４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、ＵＶ ＬＥＤと、前述したアルカリ土類金属シリケート系蛍光体を含む白色ＬＥＤが提供される。
【００１３】
前記ＵＶ ＬＥＤの励起波長が３９０〜４６０ｎｍの範囲であることが望ましく、前記白色ＬＥＤは、青色蛍光体及び赤色蛍光体のうちから選択された一つ以上をさらに含みうる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、広い励起波長領域を有するので、白色ＬＥＤを具現するにあたってＵＶ ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにいずれも適用可能であり、また、発光スペクトルの総発光面積が従来の蛍光体より広いので、さらに優れた発光効率を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
本発明は、下記化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体を提供し、この蛍光体は、広い励起波長領域を有するので、白色ＬＥＤを具現するにあたってＵＶ ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにいずれも適用可能であり、また、発光スペクトルの総発光面積が従来の蛍光体より広いので、さらに優れた発光効率を示す。
【００１７】
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅ ・・・（化学式１）
【００１８】
前記式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、Ｚは、一価または二価元素（例えば、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｓ２−、ＯＨ−等）、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４、１４．４＜ｄ＜１７．６、１４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。なお、Ｚが含まれる場合としては、例えば、（１）合成に際し、フッ化物、塩化物、硫化物などをフラックス（融剤）として使用した場合であって、これら化合物のアニオン成分が取り込まれた場合や、（２）空気中に放置した場合などに、水分と反応してＯＨ−が付加された場合などがある。
【００１９】
前記本発明による化学式１の化合物は、ブレディガイト（ｂｒｅｄｉｇｉｔｅ）構造を有する。本発明のブレディガイト構造を有する化合物は、結晶場が他のさまざまなアルカリ土類金属サイトを含み、このとき、アルカリ土類金属のそれぞれのサイトに、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、ｄＹ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、ＳｎまたはＳｂのようなドーパントが一部または全部置換できるので、広い励起波長領域及び発光領域を有するようになる。
【００２０】
前記のような特性のブレディガイト構造を有する化合物は、蛍光体として有用に使われることができ、特に、照明用白色ＬＥＤに適している。また、広い励起波長領域を有するため、励起光源として、ＵＶ ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにいずれも適用可能である。
【００２１】
前記化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、３９０〜４６０ｎｍの範囲の励起波長領域で吸収スペクトルを示し、ピーク波長５００〜５５０ｎｍで優れた発光効率を示す。
【００２２】
本発明による化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、前記化学式から分かるように、アルカリ土類金属以外に、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つ以上の金属イオンが共にドーピングされている。前記イオンは、ブレディガイト構造の蛍光体ホスト格子によってＵＶ光を強く吸収でき、多様な色の光を具現することが可能である。
【００２３】
前記化学式１の化合物は、独特の結晶構造を有する。図３は、前記化学式１の化合物の一例であるＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６のブレディガイト結晶構造を示す図である。前記化学式１でＭ１は、斜方晶系結晶構造内のユニットセルで８個のサイトを占めているが、これらは、ＥｕまたはＭｎなどによって置換されて蛍光体として使われうる。前記８個それぞれのサイトは、異なる結晶場を有するので、各サイトに置換されたＥｕまたはＭｎなどの賦活剤（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）を励起させるのに必要な励起光源の波長はそれぞれ異なり、これにより、発光スペクトルの波長も広い範囲にわたって現れる。本発明の化合物のこのような特性は、自然光に近いＬＥＤ光を得るための蛍光体として有用に用いられる。
【００２４】
図２Ａは、自然光の波長によるエネルギー強度を示すグラフであり、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明による化合物の場合に励起光線の波長の分布と発光波長の分布を概略的に示すグラフである。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、縦軸のエネルギー（％）は、スペクトルの最大発光強度を１００％としたときの標準化強度又は相対強度を示している。従来の赤色、緑色、青色の蛍光体は、それぞれのカラーに対応する狭くて一定の波長帯域でのみ強い発光が得られる一方、本発明による化合物の場合は、図２Ｃのように波長による発光を表すグラフを図示すれば、非常に自然光に近いグラフ、すなわち図２Ａと類似したグラフが現れる。
【００２５】
前記化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、特に、下記化学式２で表示される蛍光体であることが望ましい。
【００２６】
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄ ・・・（化学式２）
【００２７】
前記式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、ＳｉまたはＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４及び１４．４＜ｄ＜１７．６である。
【００２８】
前記化学式２で表示される蛍光体の具体的な例として、（Ｃａ０．９９Ｅｕ０．０１）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６（Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕと同様に表記される）、（Ｃａ０．９６Ｅｕ０．０１Ｍｎ０．０３）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６（Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎと同様に表記される）、（Ｃａ０．９９Ｃｅ０．０１）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６などがある。
【００２９】
本発明による化学式１の蛍光体の製造方法は、特に制限されず、固相法、液相法または気相法が可能である。固相法によって製造される場合を説明すれば次の通りである。
【００３０】
以下、本発明の望ましい一実施形態によるＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎの場合を例に挙げて説明する。
【００３１】
カルシウム含有化合物、マグネシウム含有化合物のうちから選択された一つ以上、ユーロピウム含有化合物、マンガン含有化合物、リン酸化合物、シリコン含有化合物を化学量論的な含有量程度採取してこれらを混合する。このように得た混合物は、必要に応じて粉砕過程を経て、これを乾燥して８００〜１３００℃で１次焼結する。
【００３２】
次いで、前記１次焼結された結果物を水素と窒素との混合ガス雰囲気下で１０００〜１５００℃で２次焼結する。ここで、前記混合ガスで水素の含有量は、少なくとも５体積％程度になるように調節する。
【００３３】
前記焼結を２段階にかけて実施することは、１次焼結は、混合原料に含まれた水分、有機物または一部塩の錯体のような不純物を除去させつつ、結晶成長を促進させるためである。１次焼結温度が８００℃未満であれば、結晶がよく形成されず、１３００℃を超過すれば、混合成分内で不要な未反応物質を形成することがあり、２次相焼結生成反応を妨げて波長変換効率を低下させるという問題点がある。
【００３４】
前記２次焼結温度が１０００℃未満であれば、合成反応が円滑に行われないため、ＵＶ波長領域で所望の発光強度が得られず、１５００℃を超過すれば、目的物が高温で溶解されてガラス相が形成されて発光強度が減少し、所望の物性の粉末を得難いため望ましくない。
【００３５】
前記カルシウム含有化合物としては、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏなどを使用し、前記マグネシウム含有化合物としては、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ３などを使用する。カルシウムの代わりにストロンチウムまたはバリウムを使用する場合、このようなストロンチウム含有化合物としては、ＳｒＣＯ３、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏなどを使用し、バリウム含有化合物としては、ＢａＣＯ３、ＢａＣｌ２などを使用する。そして、前記ユーロピウム含有化合物としては、Ｅｕ２Ｏ３などを使用し、前記マンガン含有化合物としては、ＭｎＣＯ３、ＭｎＯ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏなどを使用し、前記リン酸化合物としては、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、などを使用し、前記シリコン含有化合物としては、ＳｉＯ２、Ｈ２ＳｉＯ３、ＴＥＯＳなどを使用する。
【００３６】
本発明の他の態様において、ＬＥＤ及び緑色蛍光体として前記本発明の蛍光体を含む白色ＬＥＤを提供する。緑色蛍光体としては、具体的には、ユーロピウム・マンガン共賦活アルミン酸塩緑色発光蛍光体を使用することができる。
【００３７】
前記本発明による白色ＬＥＤは、青色蛍光体及び赤色蛍光体のうちから選択された一つ以上をさらに含みうる。
【００３８】
以下、前記本発明による白色ＬＥＤの製造方法について説明する。
【００３９】
まず、前記化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体に青色蛍光体及び赤色蛍光体を混合して蛍光体組成物を準備する。
【００４０】
前記青色蛍光体の例として、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｍｇ，ＣＡ，Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８・２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋などを使用する。
【００４１】
前記青色蛍光体の含有量は、具現しようとする発光領域によって可変的であるが、緑色蛍光体１質量部を基準として０．１〜１５質量部、特に０．１〜５質量部であることが望ましい。青色蛍光体の含有量が前記範囲を外れれば、色特性などが望ましくない。
【００４２】
前記赤色蛍光体の例として、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）１０（ＰＯ４）６（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，ＯＨ）２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）ＢＯ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋； ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｙ，Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ｘＳｉｙＮｚ：Ｅｕ２＋（０．５≦ｘ≦３．１、５≦ｙ≦８、０＜ｚ≦３）、（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００４３】
前記赤色蛍光体の含有量は、具現しようとする発光領域によって可変的であるが、緑色蛍光体１質量部を基準として０．１〜１５質量部、特に、０．１〜５質量部であることが望ましい。赤色蛍光体の含有量が前記範囲を外れれば、色特性などが望ましくない。
【００４４】
本発明の化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、緑色蛍光体として使われる。
【００４５】
本発明による白色ＬＥＤにおいて、望ましくは、前記緑色蛍光体の放出ピーク波長が５００〜５５０ｎｍであり、前記青色蛍光体の放出ピーク波長が４４０〜４６０ｎｍであり、前記赤色蛍光体の放出ピーク波長が５９０〜６９０ｎｍである。
【００４６】
前記の組成を有する蛍光体組成物を利用して作ったＬＥＤは、９０以上の優れた演色指数を有し、照明光として使用する際に色表現に優れて自然光に近い。
【００４７】
図１は、本発明の一実施形態による白色ＬＥＤの構造を示す概略図であって、高分子レンズタイプの表面実装型ＬＥＤを示すものである。ここで、高分子レンズの一実施形態としてエポキシレンズを使用する。
【００４８】
図１を参照して、ＵＶ ＬＥＤチップ１０は、金ワイヤー２０を介して電気リード線３０とダイボンディングされ、本発明による緑色蛍光体を含有する蛍光体組成物４０を含むように、エポキシモールド層５０が形成されている。そして、図１で成形モールド６０の内部は、アルミニウムまたは銀でコーティングされた反射膜からなり、これは、ダイオードから放出された光を上方に反射させる役割及び適当量のエポキシを閉じ込める役割を果たす。
【００４９】
前記エポキシモールド層５０の上部には、エポキシドームレンズ７０が形成されており、このエポキシドームレンズ７０は、所望の指向角によって形態を変えうる。
【００５０】
本発明のＬＥＤは、図１の構造のみに限定されることを意味するものではなく、この他に他の構造、例えばＬＥＤに蛍光体が実装されるタイプ、砲弾型、ＰＣＢタイプの表面実装型タイプの構造を有するＬＥＤでありうる。
【００５１】
一方、本発明の化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、前述のＬＥＤ以外に、水銀ランプ、キセノンランプなどのランプまたは自発光液晶表示素子（ＬＣＤ）にも適用可能である。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を下記実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明が下記実施例により限定されるものではない。
【００５３】
（合成例１：Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ（（Ｃａ０．９９Ｅｕ０．０１）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６）の製造）
ＣａＣＯ３ ３０ｇ、ＭｇＯ１．７４ｇ、ＳｉＯ２ １０．４ｇ及びＥｕ２Ｏ３ ０．５ｇを混合した。前記混合物をアルミナるつぼに入れて、これを電気炉に置いた。還元大気（５％ Ｈ２及び９５％ Ｎ２）下で、１０００〜１３００℃で３〜１０時間熱処理した。このように得た焼結体を粉末に粉砕し、蒸溜水で洗浄して、蛍光体サンプルＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕを得た。
【００５４】
前記粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）分析を実施し、その結果を図６Ａに示し、予めシミュレーションした結果である図６Ｂと比較した。図６Ａの結果が図６Ｂの結果と同一であるので、前記合成例１によって製造された蛍光体は、ブレディガイト構造を有するということを確認することができる。
【００５５】
図７は、本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＳＥＭ写真である。
【００５６】
（合成例２：Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎ（（Ｃａ０．９９Ｅｕ０．０１）７（Ｍｇ０．９Ｍｎ０．１）Ｓｉ４Ｏ１６）の製造）
ＣａＣＯ３ ３５ｇ、ＭｇＯ １．８ｇ、ＳｉＯ２ １２．１ｇ、Ｅｕ２Ｏ３ ０．６ｇ及びＭｎＣＯ３ ０．６ｇを混合した。前記混合物をアルミナるつぼに入れて、これを電気炉に置いた。還元大気（５％ Ｈ２及び９５％ Ｎ２）下で、１０００〜１３００℃で３〜１０時間熱処理した。このように得た焼結体を粉末に粉砕し、蒸溜水で洗浄して、蛍光体サンプルＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎを得た。
【００５７】
前記合成例１及び２によって製造された蛍光体の吸収スペクトルを調べ、その結果を図４に示した。
【００５８】
図４で、市販されている緑色発光蛍光体の吸収スペクトルと比較する際、合成例１及び２の化合物は、約３９０〜約４５０ｎｍの波長帯で高い吸収特性を示した。
【００５９】
前記合成例１及び２によって製造された蛍光体の発光スペクトルを調べ、その結果を図５に示した。
【００６０】
図５は、約３９０ｎｍ付近の励起波長で発光スペクトルを測定した結果であって、約４３０〜６１０ｎｍの広い波長領域で発光が具現されたことを確認することができ、これにより、合成例１及び２の化合物が自然光に近い光を具現するのに有用であるということが分かった。また、市販されている緑色発光蛍光体の発光スペクトルと比較すると、合成例１及び２の化合物が広い波長領域で発光できるだけでなく、Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎ発光スペクトル曲線内部面積が緑色発光蛍光体の場合の１１２％であり、高い発光強度が得られて、白色ＬＥＤ用蛍光体として実用化するのに適していることを確認することができた。
【００６１】
（実施例１：白色ＬＥＤの製造）
緑色蛍光体として前記合成例１で製造した化合物を使用し（賦活剤はＥｕ２＋）、赤色蛍光体としてＹ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｂｉを使用し、青色蛍光体として（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕを使用し、励起光源としてＵＶ ＬＥＤ（波長：約３９０ｎｍ）を使用し、図１のような白色ＬＥＤを製造した。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施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、各種の変更例また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。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、白色発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態による白色ＬＥＤ構造を示す概略図である。
【図２Ａ】自然光の波長によるエネルギー強度を示すグラフである。
【図２Ｂ】本発明による化合物の励起光線の波長分布を概略的に示すグラフである。
【図２Ｃ】本発明による化合物の発光波長の分布を概略的に示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による蛍光体、Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６の結晶構造である。
【図４】本発明の合成例１及び２によって製造された蛍光体の吸収スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の合成例１及び２によって製造された蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図６Ａ】本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを示すずである。
【図６Ｂ】本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルのシミュレーションである。
【図７】本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ＬＥＤチップ
２０ 金ワイヤー
３０ 電気リード線
４０ 蛍光体組成物
５０ エポキシモールド層
６０ 成形モールド
７０ エポキシドームレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含む白色発光素子（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ：ＬＥＤ）に係り、さらに詳細には、広い励起波長領域及び広い波長範囲の発光領域を有し、優れた発光効率を示すアルカリ土類金属シリケート系蛍光体及びこれを含む白色発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を利用した白色ＬＥＤは、白熱電球に比べて寿命が長く、小型化が可能であり、低電圧で駆動できるので、家庭用蛍光灯、液晶表示素子のバックライトなどをはじめとする照明分野全般にわたって代替光源としての可能性が認められている。
【０００３】
このような白色ＬＥＤを具現する方法は、光の三原色である赤色、緑色、青色を出す３個のＬＥＤを組み合わせて白色を具現する方式、青色ＬＥＤを光源として用いて黄色蛍光体を励起させることで白色を具現する方式、またはＵＶ ＬＥＤを光源として用いて三原色蛍光体を励起させて白色を具現する方式に主に分けられる。
【０００４】
前記のような白色ＬＥＤを具現する場合、赤色蛍光体としては、Ｋ５Ｅｕ２．５（ＷＯ４）６．２５、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどが使われ、緑色蛍光体として（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕなどが使われ、青色蛍光体としてＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕなどが使われることが一般的である。
【０００５】
前記の３方式のうち、３番目の方式によれば、高電流下での使用が可能であり、色感に優れるので、これについての研究が最近最も活発に進められている。このようなＵＶ ＬＥＤを光源とし、緑色蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎなどが使われて、ＣＲＴ、照明などに適用されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような従来の蛍光体は、ホスト材料となる化合物の結晶構造上の理由から発光効率が低く、このような低い発光効率だけでなく、発光ピーク波長領域が狭くて、自然光と類似した発光を得ることが困難であった、という問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、前記問題点を解決してＵＶ励起光源で発光効率に優れ、かつ発光ピーク波長領域の広いアルカリ土類金属シリケート系蛍光体を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、前記の蛍光体を含む発光効率に優れ、自然光に近い特性を有する白色ＬＥＤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、下記化学式１で表示される化合物であるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体が提供される。
【００１０】
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅ ・・・（化学式１）
【００１１】
前記式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、Ｚは、一価または二価元素、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４、１４．４＜ｄ＜１７．６、１４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、ＵＶ ＬＥＤと、前述したアルカリ土類金属シリケート系蛍光体を含む白色ＬＥＤが提供される。
【００１３】
前記ＵＶ ＬＥＤの励起波長が３９０〜４６０ｎｍの範囲であることが望ましく、前記白色ＬＥＤは、青色蛍光体及び赤色蛍光体のうちから選択された一つ以上をさらに含みうる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、広い励起波長領域を有するので、白色ＬＥＤを具現するにあたってＵＶ ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにいずれも適用可能であり、また、発光スペクトルの総発光面積が従来の蛍光体より広いので、さらに優れた発光効率を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
本発明は、下記化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体を提供し、この蛍光体は、広い励起波長領域を有するので、白色ＬＥＤを具現するにあたってＵＶ ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにいずれも適用可能であり、また、発光スペクトルの総発光面積が従来の蛍光体より広いので、さらに優れた発光効率を示す。
【００１７】
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅ ・・・（化学式１）
【００１８】
前記式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、Ｚは、一価または二価元素（例えば、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｓ２−、ＯＨ−等）、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４、１４．４＜ｄ＜１７．６、１４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。なお、Ｚが含まれる場合としては、例えば、（１）合成に際し、フッ化物、塩化物、硫化物などをフラックス（融剤）として使用した場合であって、これら化合物のアニオン成分が取り込まれた場合や、（２）空気中に放置した場合などに、水分と反応してＯＨ−が付加された場合などがある。
【００１９】
前記本発明による化学式１の化合物は、ブレディガイト（ｂｒｅｄｉｇｉｔｅ）構造を有する。本発明のブレディガイト構造を有する化合物は、結晶場が他のさまざまなアルカリ土類金属サイトを含み、このとき、アルカリ土類金属のそれぞれのサイトに、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、ｄＹ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、ＳｎまたはＳｂのようなドーパントが一部または全部置換できるので、広い励起波長領域及び発光領域を有するようになる。
【００２０】
前記のような特性のブレディガイト構造を有する化合物は、蛍光体として有用に使われることができ、特に、照明用白色ＬＥＤに適している。また、広い励起波長領域を有するため、励起光源として、ＵＶ ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにいずれも適用可能である。
【００２１】
前記化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、３９０〜４６０ｎｍの範囲の励起波長領域で吸収スペクトルを示し、ピーク波長５００〜５５０ｎｍで優れた発光効率を示す。
【００２２】
本発明による化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、前記化学式から分かるように、アルカリ土類金属以外に、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つ以上の金属イオンが共にドーピングされている。前記イオンは、ブレディガイト構造の蛍光体ホスト格子によってＵＶ光を強く吸収でき、多様な色の光を具現することが可能である。
【００２３】
前記化学式１の化合物は、独特の結晶構造を有する。図３は、前記化学式１の化合物の一例であるＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６のブレディガイト結晶構造を示す図である。前記化学式１でＭ１は、斜方晶系結晶構造内のユニットセルで８個のサイトを占めているが、これらは、ＥｕまたはＭｎなどによって置換されて蛍光体として使われうる。前記８個それぞれのサイトは、異なる結晶場を有するので、各サイトに置換されたＥｕまたはＭｎなどの賦活剤（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）を励起させるのに必要な励起光源の波長はそれぞれ異なり、これにより、発光スペクトルの波長も広い範囲にわたって現れる。本発明の化合物のこのような特性は、自然光に近いＬＥＤ光を得るための蛍光体として有用に用いられる。
【００２４】
図２Ａは、自然光の波長によるエネルギー強度を示すグラフであり、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明による化合物の場合に励起光線の波長の分布と発光波長の分布を概略的に示すグラフである。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、縦軸のエネルギー（％）は、スペクトルの最大発光強度を１００％としたときの標準化強度又は相対強度を示している。従来の赤色、緑色、青色の蛍光体は、それぞれのカラーに対応する狭くて一定の波長帯域でのみ強い発光が得られる一方、本発明による化合物の場合は、図２Ｃのように波長による発光を表すグラフを図示すれば、非常に自然光に近いグラフ、すなわち図２Ａと類似したグラフが現れる。
【００２５】
前記化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、特に、下記化学式２で表示される蛍光体であることが望ましい。
【００２６】
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄ ・・・（化学式２）
【００２７】
前記式中、Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、Ｍ２は、ＳｉまたはＧｅのうちから選択された一つ以上であり、Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４及び１４．４＜ｄ＜１７．６である。
【００２８】
前記化学式２で表示される蛍光体の具体的な例として、（Ｃａ０．９９Ｅｕ０．０１）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６（Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕと同様に表記される）、（Ｃａ０．９６Ｅｕ０．０１Ｍｎ０．０３）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６（Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎと同様に表記される）、（Ｃａ０．９９Ｃｅ０．０１）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６などがある。
【００２９】
本発明による化学式１の蛍光体の製造方法は、特に制限されず、固相法、液相法または気相法が可能である。固相法によって製造される場合を説明すれば次の通りである。
【００３０】
以下、本発明の望ましい一実施形態によるＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎの場合を例に挙げて説明する。
【００３１】
カルシウム含有化合物、マグネシウム含有化合物のうちから選択された一つ以上、ユーロピウム含有化合物、マンガン含有化合物、リン酸化合物、シリコン含有化合物を化学量論的な含有量程度採取してこれらを混合する。このように得た混合物は、必要に応じて粉砕過程を経て、これを乾燥して８００〜１３００℃で１次焼結する。
【００３２】
次いで、前記１次焼結された結果物を水素と窒素との混合ガス雰囲気下で１０００〜１５００℃で２次焼結する。ここで、前記混合ガスで水素の含有量は、少なくとも５体積％程度になるように調節する。
【００３３】
前記焼結を２段階にかけて実施することは、１次焼結は、混合原料に含まれた水分、有機物または一部塩の錯体のような不純物を除去させつつ、結晶成長を促進させるためである。１次焼結温度が８００℃未満であれば、結晶がよく形成されず、１３００℃を超過すれば、混合成分内で不要な未反応物質を形成することがあり、２次相焼結生成反応を妨げて波長変換効率を低下させるという問題点がある。
【００３４】
前記２次焼結温度が１０００℃未満であれば、合成反応が円滑に行われないため、ＵＶ波長領域で所望の発光強度が得られず、１５００℃を超過すれば、目的物が高温で溶解されてガラス相が形成されて発光強度が減少し、所望の物性の粉末を得難いため望ましくない。
【００３５】
前記カルシウム含有化合物としては、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏなどを使用し、前記マグネシウム含有化合物としては、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ３などを使用する。カルシウムの代わりにストロンチウムまたはバリウムを使用する場合、このようなストロンチウム含有化合物としては、ＳｒＣＯ３、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏなどを使用し、バリウム含有化合物としては、ＢａＣＯ３、ＢａＣｌ２などを使用する。そして、前記ユーロピウム含有化合物としては、Ｅｕ２Ｏ３などを使用し、前記マンガン含有化合物としては、ＭｎＣＯ３、ＭｎＯ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏなどを使用し、前記リン酸化合物としては、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、などを使用し、前記シリコン含有化合物としては、ＳｉＯ２、Ｈ２ＳｉＯ３、ＴＥＯＳなどを使用する。
【００３６】
本発明の他の態様において、ＬＥＤ及び緑色蛍光体として前記本発明の蛍光体を含む白色ＬＥＤを提供する。緑色蛍光体としては、具体的には、ユーロピウム・マンガン共賦活アルミン酸塩緑色発光蛍光体を使用することができる。
【００３７】
前記本発明による白色ＬＥＤは、青色蛍光体及び赤色蛍光体のうちから選択された一つ以上をさらに含みうる。
【００３８】
以下、前記本発明による白色ＬＥＤの製造方法について説明する。
【００３９】
まず、前記化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体に青色蛍光体及び赤色蛍光体を混合して蛍光体組成物を準備する。
【００４０】
前記青色蛍光体の例として、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｍｇ，ＣＡ，Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８・２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋などを使用する。
【００４１】
前記青色蛍光体の含有量は、具現しようとする発光領域によって可変的であるが、緑色蛍光体１質量部を基準として０．１〜１５質量部、特に０．１〜５質量部であることが望ましい。青色蛍光体の含有量が前記範囲を外れれば、色特性などが望ましくない。
【００４２】
前記赤色蛍光体の例として、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）１０（ＰＯ４）６（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，ＯＨ）２：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）ＢＯ３：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｂｉ３＋；（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋； ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋；（Ｙ，Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋、Ｍｏ６＋；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ｘＳｉｙＮｚ：Ｅｕ２＋（０．５≦ｘ≦３．１、５≦ｙ≦８、０＜ｚ≦３）、（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００４３】
前記赤色蛍光体の含有量は、具現しようとする発光領域によって可変的であるが、緑色蛍光体１質量部を基準として０．１〜１５質量部、特に、０．１〜５質量部であることが望ましい。赤色蛍光体の含有量が前記範囲を外れれば、色特性などが望ましくない。
【００４４】
本発明の化学式１のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、緑色蛍光体として使われる。
【００４５】
本発明による白色ＬＥＤにおいて、望ましくは、前記緑色蛍光体の放出ピーク波長が５００〜５５０ｎｍであり、前記青色蛍光体の放出ピーク波長が４４０〜４６０ｎｍであり、前記赤色蛍光体の放出ピーク波長が５９０〜６９０ｎｍである。
【００４６】
前記の組成を有する蛍光体組成物を利用して作ったＬＥＤは、９０以上の優れた演色指数を有し、照明光として使用する際に色表現に優れて自然光に近い。
【００４７】
図１は、本発明の一実施形態による白色ＬＥＤの構造を示す概略図であって、高分子レンズタイプの表面実装型ＬＥＤを示すものである。ここで、高分子レンズの一実施形態としてエポキシレンズを使用する。
【００４８】
図１を参照して、ＵＶ ＬＥＤチップ１０は、金ワイヤー２０を介して電気リード線３０とダイボンディングされ、本発明による緑色蛍光体を含有する蛍光体組成物４０を含むように、エポキシモールド層５０が形成されている。そして、図１で成形モールド６０の内部は、アルミニウムまたは銀でコーティングされた反射膜からなり、これは、ダイオードから放出された光を上方に反射させる役割及び適当量のエポキシを閉じ込める役割を果たす。
【００４９】
前記エポキシモールド層５０の上部には、エポキシドームレンズ７０が形成されており、このエポキシドームレンズ７０は、所望の指向角によって形態を変えうる。
【００５０】
本発明のＬＥＤは、図１の構造のみに限定されることを意味するものではなく、この他に他の構造、例えばＬＥＤに蛍光体が実装されるタイプ、砲弾型、ＰＣＢタイプの表面実装型タイプの構造を有するＬＥＤでありうる。
【００５１】
一方、本発明の化学式１で表示されるアルカリ土類金属シリケート系蛍光体は、前述のＬＥＤ以外に、水銀ランプ、キセノンランプなどのランプまたは自発光液晶表示素子（ＬＣＤ）にも適用可能である。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を下記実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明が下記実施例により限定されるものではない。
【００５３】
（合成例１：Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ（（Ｃａ０．９９Ｅｕ０．０１）７ＭｇＳｉ４Ｏ１６）の製造）
ＣａＣＯ３ ３０ｇ、ＭｇＯ１．７４ｇ、ＳｉＯ２ １０．４ｇ及びＥｕ２Ｏ３ ０．５ｇを混合した。前記混合物をアルミナるつぼに入れて、これを電気炉に置いた。還元大気（５％ Ｈ２及び９５％ Ｎ２）下で、１０００〜１３００℃で３〜１０時間熱処理した。このように得た焼結体を粉末に粉砕し、蒸溜水で洗浄して、蛍光体サンプルＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕを得た。
【００５４】
前記粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）分析を実施し、その結果を図６Ａに示し、予めシミュレーションした結果である図６Ｂと比較した。図６Ａの結果が図６Ｂの結果と同一であるので、前記合成例１によって製造された蛍光体は、ブレディガイト構造を有するということを確認することができる。
【００５５】
図７は、本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＳＥＭ写真である。
【００５６】
（合成例２：Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎ（（Ｃａ０．９９Ｅｕ０．０１）７（Ｍｇ０．９Ｍｎ０．１）Ｓｉ４Ｏ１６）の製造）
ＣａＣＯ３ ３５ｇ、ＭｇＯ １．８ｇ、ＳｉＯ２ １２．１ｇ、Ｅｕ２Ｏ３ ０．６ｇ及びＭｎＣＯ３ ０．６ｇを混合した。前記混合物をアルミナるつぼに入れて、これを電気炉に置いた。還元大気（５％ Ｈ２及び９５％ Ｎ２）下で、１０００〜１３００℃で３〜１０時間熱処理した。このように得た焼結体を粉末に粉砕し、蒸溜水で洗浄して、蛍光体サンプルＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎを得た。
【００５７】
前記合成例１及び２によって製造された蛍光体の吸収スペクトルを調べ、その結果を図４に示した。
【００５８】
図４で、市販されている緑色発光蛍光体の吸収スペクトルと比較する際、合成例１及び２の化合物は、約３９０〜約４５０ｎｍの波長帯で高い吸収特性を示した。
【００５９】
前記合成例１及び２によって製造された蛍光体の発光スペクトルを調べ、その結果を図５に示した。
【００６０】
図５は、約３９０ｎｍ付近の励起波長で発光スペクトルを測定した結果であって、約４３０〜６１０ｎｍの広い波長領域で発光が具現されたことを確認することができ、これにより、合成例１及び２の化合物が自然光に近い光を具現するのに有用であるということが分かった。また、市販されている緑色発光蛍光体の発光スペクトルと比較すると、合成例１及び２の化合物が広い波長領域で発光できるだけでなく、Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎ発光スペクトル曲線内部面積が緑色発光蛍光体の場合の１１２％であり、高い発光強度が得られて、白色ＬＥＤ用蛍光体として実用化するのに適していることを確認することができた。
【００６１】
（実施例１：白色ＬＥＤの製造）
緑色蛍光体として前記合成例１で製造した化合物を使用し（賦活剤はＥｕ２＋）、赤色蛍光体としてＹ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｂｉを使用し、青色蛍光体として（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕを使用し、励起光源としてＵＶ ＬＥＤ（波長：約３９０ｎｍ）を使用し、図１のような白色ＬＥＤを製造した。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施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、各種の変更例また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。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、白色発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態による白色ＬＥＤ構造を示す概略図である。
【図２Ａ】自然光の波長によるエネルギー強度を示すグラフである。
【図２Ｂ】本発明による化合物の励起光線の波長分布を概略的に示すグラフである。
【図２Ｃ】本発明による化合物の発光波長の分布を概略的に示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による蛍光体、Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６の結晶構造である。
【図４】本発明の合成例１及び２によって製造された蛍光体の吸収スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の合成例１及び２によって製造された蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図６Ａ】本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを示すずである。
【図６Ｂ】本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルのシミュレーションである。
【図７】本発明の合成例１によって製造された蛍光体のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ＬＥＤチップ
２０ 金ワイヤー
３０ 電気リード線
４０ 蛍光体組成物
５０ エポキシモールド層
６０ 成形モールド
７０ エポキシドームレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式１で表示される化合物であることを特徴とする、アルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅ ・・・（化学式１）
前記式中、
Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、
Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、
Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、
Ｚは、一価または二価元素、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、
０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ≦１、 ６．３＜ａ＜７．７、 ０．９＜ｂ＜１．１、 ３．６＜ｃ＜４．４、 １４．４＜ｄ＜１７．６、 １４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。
【請求項２】
前記蛍光体が、ブレディガイト構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
【請求項３】
前記蛍光体が、下記化学式２で表示される化合物であることを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄ ・・・（化学式２）
前記式中、
Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、
Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、
Ａ、Ｂは、それぞれ独立してＥｕまたはＭｎであり、
０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４及び１４．４＜ｄ＜１７．６である。
【請求項４】
前記化学式１の化合物が、Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：ＥｕまたはＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎであることを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
【請求項５】
ＬＥＤと、
緑色蛍光体として請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体と、
を含むことを特徴とする、白色発光素子。
【請求項６】
前記ＬＥＤの励起波長が、３９０〜４６０ｎｍの範囲であることを特徴とする、請求項５に記載の白色発光素子。
【請求項７】
青色蛍光体及び赤色蛍光体のうちから選択された一つ以上をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の白色発光素子。
【請求項８】
前記青色蛍光体は、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｍｇ，ＣＡ，Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋及びＳｒ２Ｓｉ３Ｏ８・２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項９】
前記赤色蛍光体は、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋； （Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）１０（ＰＯ４）６（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，ＯＨ）２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）ＢＯ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋； （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋； （Ｙ，Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋，Ｍｏ６＋； （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ｘＳｉｙＮｚ：Ｅｕ２＋（０．５≦ｘ≦３．１、５≦ｙ≦８、０＜ｚ≦３）及び（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項１０】
前記緑色蛍光体の放出ピーク波長が５００〜５５０ｎｍであり、前記青色蛍光体の放出ピーク波長が４４０〜４６０ｎｍであり、前記赤色蛍光体の放出ピーク波長が５９０〜６９０ｎｍであることを特徴とする、請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項１１】
前記白色発光素子は、照明用であることを特徴とする、請求項５から請求項１０のうちいずれか一項に記載の白色発光素子。
【請求項１】
下記化学式１で表示される化合物であることを特徴とする、アルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄＺｅ ・・・（化学式１）
前記式中、
Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、
Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、
Ａ、Ｂは、それぞれ独立して、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｓｎ及びＳｂからなる群から選択された一つであり、
Ｚは、一価または二価元素、Ｈ及びＮからなる群から選択された一つ以上であり、
０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ≦１、 ６．３＜ａ＜７．７、 ０．９＜ｂ＜１．１、 ３．６＜ｃ＜４．４、 １４．４＜ｄ＜１７．６、 １４．４＜ｄ＋ｅ＜１７．６及び０≦ｅ≦０．１８である。
【請求項２】
前記蛍光体が、ブレディガイト構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
【請求項３】
前記蛍光体が、下記化学式２で表示される化合物であることを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
（Ｍ１１−ｘ−ｙＡｘＢｙ）ａＭｇｂＭ２ｃＯｄ ・・・（化学式２）
前記式中、
Ｍ１は、Ｂａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選択された一つであり、
Ｍ２は、Ｓｉ及びＧｅのうちから選択された一つ以上であり、
Ａ、Ｂは、それぞれ独立してＥｕまたはＭｎであり、
０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、６．３＜ａ＜７．７、０．９＜ｂ＜１．１、３．６＜ｃ＜４．４及び１４．４＜ｄ＜１７．６である。
【請求項４】
前記化学式１の化合物が、Ｃａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：ＥｕまたはＣａ７ＭｇＳｉ４Ｏ１６：Ｅｕ，Ｍｎであることを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体。
【請求項５】
ＬＥＤと、
緑色蛍光体として請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のアルカリ土類金属シリケート系蛍光体と、
を含むことを特徴とする、白色発光素子。
【請求項６】
前記ＬＥＤの励起波長が、３９０〜４６０ｎｍの範囲であることを特徴とする、請求項５に記載の白色発光素子。
【請求項７】
青色蛍光体及び赤色蛍光体のうちから選択された一つ以上をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の白色発光素子。
【請求項８】
前記青色蛍光体は、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｍｇ，ＣＡ，Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋及びＳｒ２Ｓｉ３Ｏ８・２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ２＋からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項９】
前記赤色蛍光体は、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋； （Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）１０（ＰＯ４）６（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，ＯＨ）２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）ＢＯ３：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｇｄ，Ｙ，Ｌｕ，Ｌａ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋； （Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋；ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋； （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋； （Ｙ，Ｌｕ）２ＷＯ６：Ｅｕ３＋，Ｍｏ６＋； （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ｘＳｉｙＮｚ：Ｅｕ２＋（０．５≦ｘ≦３．１、５≦ｙ≦８、０＜ｚ≦３）及び（Ｓｒ，ＣＡ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項１０】
前記緑色蛍光体の放出ピーク波長が５００〜５５０ｎｍであり、前記青色蛍光体の放出ピーク波長が４４０〜４６０ｎｍであり、前記赤色蛍光体の放出ピーク波長が５９０〜６９０ｎｍであることを特徴とする、請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項１１】
前記白色発光素子は、照明用であることを特徴とする、請求項５から請求項１０のうちいずれか一項に記載の白色発光素子。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２４９３３（Ｐ２００８−２４９３３Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６１５７（Ｐ２００７−１８６１５７）
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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