説明

蛍光体、照明用光源、及びバックライト

【課題】本発明の課題は、半値幅が狭く輝度の高い紫外線発光蛍光体、並びに該紫外線発光蛍光体を含む照明用光源、バックライト及びディスプレイを提供することである。
【解決手段】下記組成式(1)で表される紫外線発光蛍光体、並びに該紫外線発光蛍光体を含む照明用光源及びバックライトである。下記組成式(1)中、IIaは、アルカリ土類金属を表し、nは、0又は1以上の整数を表す。
組成式(1):IIaCl・nHO:Eu

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は蛍光体、照明用光源、及びバックライトに関し、さらに詳細には発光スペクトルの半値幅が狭く輝度の高い蛍光体、及びそれを利用した照明用光源及びバックライトに関する。
【背景技術】
【0002】
近年の近紫外線LEDの開発に伴い、近紫外線LEDを蛍光体の励起光源とした白色LEDの研究に注目が集まっている。この白色LEDは、白熱灯に比べ熱の発生が小さく省電力であり、水銀を用いないため地球環境に優しく、振動に強いなど耐久性や安定性に優れるなどの特徴を有し、次世代の照明や自動車のライト、液晶ディスプレイのバックライト等への応用が期待されている。
【0003】
しかし、励起光源の紫外線LEDの製造には半導体製造技術を適用する必要があり、価格を抑えることが難しい。また、紫外線LEDを用いる場合には、大画面化を図ることが難しい。
【0004】
また、青色発光の蛍光体については様々な用途が存在するため、上記紫外線発光領域から長波長側にシフトした青色領域での発光蛍光体についても開発が盛んであり、青色領域で強く発光する蛍光体についても開発が熱望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、前記問題点を解決して、新規励起光源を提供することであり、半値幅が狭く輝度の高い蛍光体を提供し、更に、該蛍光体を用いた照明用光源、バックライト及びディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
鋭意研究の結果、以下に記載の蛍光体が、前記課題を達成するために有効であることを導き出し、本発明に至った。
【0007】
<1> 下記組成式(1)で表される蛍光体である。
組成式(1): IIaCl・nHO:Eu
〔式中、IIaは、アルカリ土類金属を表し、nは、0又は1以上の整数を表す。〕
【0008】
<2> 前記組成式(1)におけるIIaが、Sr、Ca、Mg、及びBaからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする前記<1>に記載の蛍光体である。
【0009】
<3> 前記組成式(1)におけるIIaが、Sr及びCaからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする前記<1>に記載の蛍光体である。
【0010】
<4> 前記組成式(1)におけるIIaが、Srであることを特徴とする前記<1>に記載の蛍光体である。
【0011】
<5> 前記組成式(1)におけるIIaが、Caであることを特徴とする前記<1>に記載の蛍光体である。
【0012】
<6> 前記組成式(1)におけるIIaが、SrIIb1−x(xは0<x<1であり、IIbはCa又はMgを表す。)であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体である。
【0013】
<7> 前記<1>〜<6>のいずれか1項に記載の蛍光体と、該蛍光体によって発せられる紫外線で励起される可視光蛍光体の少なくとも1種と、を有する照明用光源である。
【0014】
<8> 前記<1>〜<6>のいずれか1項に記載の蛍光体と、該蛍光体によって発せられる紫外線で励起される可視光蛍光体の少なくとも1種と、を有するバックライトである。
【0015】
<9> 電子線又は紫外線により励起する発光ピーク波長の異なる複数種の蛍光体を有するディスプレイであって、
前記複数種の蛍光体のうち少なくとも1種の蛍光体が、前記<1>〜<6>のいずれか1項に記載の蛍光体であることを特徴とするディスプレイである。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、半値幅が狭く輝度の高い蛍光体、該蛍光体を用いた照明用光源、バックライト及びディスプレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0018】
<紫外線発光蛍光体>
本発明の蛍光体は、下記組成式(1)で表される蛍光体である。
組成式(1): IIaCl・nHO:Eu
【0019】
組成式(1)中、IIaは、アルカリ土類金属を表し、Sr、Ca、Mg、及びBaからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることが、取り扱いの観点から好ましく、Sr及びCaからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることが、発光波長の観点からより好ましい。
【0020】
また、本発明では、IIaが2種以上のアルカリ土類金属で構成された混晶の蛍光体であってもよい。このような混晶の蛍光体としては、SrIIb1−xCl・nHO:Eu等を挙げることができる
ここで前記構造式中、IIbは、CaやMgを挙げることができる。
また前記構造式中、xは0<x<1であり、所望の発光波長に準じて、xの値を適宜選択することができる。例えば、Sr0.5Ca0.5Cl・nHO:Euの場合には、発光ピーク波長は凡そ418nmであり、Sr0.5Mg0.5Cl・nHO:Euの場合には、発光ピーク波長は凡そ410nmである。
なお、xが大きくなると発光波長は短波長側にシフトし、逆にxが小さくなると発光波長は長波長側にシフトする。したがって、所望の発光波長を得るためには、xを適宜調整することが好ましい。
【0021】
IIaが単一元素の場合には、Sr又はCaの場合が発光波長の観点から好ましく、この場合、本発明の紫外線発光蛍光体はSrCl・nHO:Eu又はCaCl・nHO:Euで表される。
IIaが単一元素の場合の発光ピーク波長は紫外線領域にあり、例えば、SrCl・nHO:Euの場合は凡そ407nm、CaCl・nHO:Euの場合は凡そ432nm、BaCl・nHO:Euの場合は凡そ397nmである。
【0022】
組成式(1)中、nは、0、2、6等の0又は1以上の整数を表し、IIaClが水和物であっても水和していなくてもよいことを示す。
【0023】
本発明の紫外線発光蛍光体に対して紫外線で励起した場合の発光スペクトル(PL)は、半値幅が0.2eV以下の鋭いピークとなる。
【0024】
本発明の紫外線発光蛍光体の発光スペクトルは、水和の差異によっては、殆ど変動せず、若干発光ピーク波長が変化する程度であり、いずれの場合も半値幅は狭い。
【0025】
<紫外線発光蛍光体の製造方法>
本発明の紫外線発光蛍光体の製造方法は、特に制限されず、固相法及び気相法のいずれも可能であるが、固相法で製造することが好ましい。固相法の場合には、組成の制御が容易で、且つ焼成温度が1100℃程度と低くなり、製造プロセスが容易であるため低価格化できる点で優利である。このように本発明では、上記組成の母材を好適に得るために、固相法によって合成することが好ましい。
【0026】
紫外線発光蛍光体の製造方法としては、IIaCl・nHOと、Euを含む化合物とを混合する混合工程と、混合物を焼成する焼成工程とを少なくとも含む。
【0027】
前記混合工程において、IIaCl・nHOは、空気中の水分を取り込みやすいため、乾燥したものを素早く用いることが好ましい。
【0028】
Euを含む化合物としては、Euの硫化物、酸化物、炭酸塩、塩化物、水酸化物、硫酸塩、フッ化物、硝酸塩、若しくは酢酸塩、又はこれらの混合物を用いることができ、これらの中でも、硫化物、塩化物、又は硫酸塩を用いることが好ましく、特に塩化物を用いることが好ましい。
【0029】
Euの添加量は、全原料に対してEuとして、0.5モル%〜10モル%であることが好ましく、1モル%〜8モル%であることがより好ましく、2モル%〜4モル%であることが更に好ましい。0.5モル%よりも少ない添加量の場合には、発光強度が著しく低くなる傾向にあり、10モル%よりも多い場合には、濃度消光により発光強度が低下する傾向にあるため好ましくない。
【0030】
また、混合工程では、揮発性有機溶媒を用いてもよいし、揮発性有機溶媒を用いないで製造してもよい。
【0031】
揮発性有機溶媒を用いて製造する場合には、前述のIIaCl・nHOとEuを含有する化合物とを揮発性有機溶媒に混合/分散させる段階と、前記混合懸濁液を乾燥する段階とを含む。
【0032】
前記揮発性有機溶媒の種類は、特に制限されないが、アセトン、エタノール、メタノール、ブタノール等を使用することが望ましく、アセトン、エタノールを使用することがより好ましい。揮発性有機溶媒を用いる場合、揮発性有機溶媒中の溶質(Sr、Ba及びEuを含有する化合物の合算)の濃度は、10質量%〜50質量%であることが好ましく、20質量%〜30質量%であることがより好ましい。濃度が10質量%よりも薄いと、製造可能な量が少なくなると共に、乾燥に長時間を要することになり、50質量%よりも濃いと、均一に混合し難くなる。
【0033】
揮発性有機溶媒を用いないで製造する場合は、原料物質を粉末状にして混合することが好適である。
【0034】
前記焼成工程では、活性炭雰囲気、活性炭と硫黄を混合した雰囲気、空気雰囲気、アルゴン雰囲気、或いはアルゴンと硫化水素を混合した雰囲気で行われ得るが、活性炭雰囲気下、微量の硫黄を含む活性炭雰囲気下、微量の硫化水素を含むアルゴン雰囲気下で焼成することが、酸化及び硫化を防止し、単一層を形成する観点から好ましい。
【0035】
焼成温度は、900℃〜1100℃であることが好ましく、より好ましくは、1000℃〜1100℃であり、更に好ましくは1050℃〜1100℃である。
前記焼成温度が900℃未満の場合には結晶がよく形成されず、1100℃を超える場合には蛍光体が高温で酸化が進行しすぎて発光強度が低下し、所望の物性の粉末を得難い。
【0036】
焼成時間は、10時間以下であることが望ましく、3時間以下であることがより望ましい。焼成温度が短すぎると充分な結晶が得られず、10時間を超える場合には粉末が粗大化して発光度が低下するため望ましくない。
【0037】
焼成した後、得られた蛍光体原料を洗浄して目的の紫外線発光蛍光体を得る。
【0038】
その他、蛍光体の公知の製造方法に用いられる工程を適宜付加し行ってもよい。例えば、焼成工程の後に、粉末状蛍光体の粒子径を整える分級工程を設けてもよい。
【0039】
<照明用光源、バックライト>
本発明の照明用光源及びバックライトは、上記本発明の蛍光体のうち、SrCl・nHO:Eu(発光波長:約405nm)などの紫外線を発光する蛍光体と、該紫外線発光蛍光体によって発せられる紫外線で励起される可視光蛍光体の少なくとも1種と、を有する。
【0040】
上述のように、SrCl・nHO:Euなどの本発明の蛍光体は、紫外線を発光するので、この紫外線によって励起できる可視光蛍光体を組み合わせて、該可視光蛍光体を励起させ、可視光を発光させる。
この可視光蛍光体が単一色であればカラー表示を行うことができ、RBGの可視光発光蛍光体を並設するとフルカラー表示が可能となる。
また、RBGの可視光発光蛍光体を積層したり、或いはRBGの可視光発光蛍光体を混合したりすることによって白色の照明用光源となり、バックライトとしても好適である。
【0041】
405nm程度の近紫外線によって励起する可視光蛍光体としては、例えば、SrGa、CaGa、YAG:Cs、BAM:Eu、BAM:Mnなどを挙げることができる。
【0042】
本発明の照明用光源又はバックライトの製造は、前記可視光蛍光体の前面(光源側)に、直接或いはガラス基板などの透明基板を介して、本発明の紫外線発光蛍光体を含む紫外線発光蛍光体層を設ければよい。このように、本発明の紫外線発光蛍光体層を前面に設けるだけで大画面化を図ることが可能となり、紫外線LEDを適用する場合に比べて大画面化が容易である。
【0043】
前記紫外線発光蛍光体層の膜厚としては、5μm〜500μmが好ましく、10μm〜100μmがより好ましい。紫外線発光蛍光体層が厚すぎると紫外線の透過率が低下し、薄すぎると発光強度が低下する。この範囲の膜厚とすることにより、発光の均一性に優れた照明用光源又はバックライトが得られる。
【0044】
このような本発明の紫外線発光蛍光体層を設けるには、例えば、有機溶媒を使用した沈降塗布、スクリーン印刷、スピンコート等の方法を採用でき、特にスクリーン印刷法によって作製することが好ましい。
【0045】
本発明の紫外線発光蛍光体層を有する白色の照明用光源10の一例を、概略断面図として図1に示す。
【0046】
図1(A)では、紫外線発光蛍光体層12上に、赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び青色蛍光体を混合した可視光発光蛍光体層13を設ける。図1(A)では図示しないが、紫外線発光蛍光体層12と、蛍光体層14との間には、ガラス基板やプラスチック基板などの透明基板を設けてもよい。更に、照明用光源10の全体をポリマーなどで封止してもよい。
【0047】
照明用光源10の紫外線発光蛍光体層12を設けた面側から、紫外線発光蛍光体を励起させるための励起光を照射すると、紫外線発光蛍光体層12から紫外線が発光し、該紫外線によって可視光発光蛍光体層13に含まれる赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体が励起して、赤色、緑色、及び青色の可視光が発光し、これらの光が混ざり合って白色の照明用光源となる。
【0048】
図1(B)では、紫外線発光蛍光体層12上に、赤色蛍光体層14、緑色蛍光体層16、青色蛍光体層18の順に積層する。このように可視光発光の蛍光体層を個別に備えていてもよい。図1(A)と図1(B)とでは発光層の形態が異なるが、それ以外は同様であり、透明基板を設けたり、全体を封止したりしてもよい。
【0049】
図2は、カラー表示用の照明用光源20である。カラー表示用の照明用光源20では、紫外線発光蛍光体層22上に、赤色蛍光体24、緑色蛍光体26、及び青色蛍光体28を並列させる。図2では、紫外線発光蛍光体層22を共通層として設けているが、各色蛍光体に紫外線発光蛍光体層22を別個に設けてもよい。
【0050】
本発明の照明用光源及びバックライトは、本発明の紫外線発光蛍光体を利用しているため、半値幅が狭く輝度が高いため、効率的な光源となる。また、紫外線LEDを用いた白色LEDに比べて製造が簡易であり、安価な照明用光源及びバックライトとなる。
【0051】
<ディスプレイ>
本発明のディスプレイは、電子線又は紫外線により励起する発光ピーク波長の異なる複数種の蛍光体を有するディスプレイであって、前記複数種の蛍光体のうち少なくとも1種の蛍光体が、本発明の上記蛍光体である。本発明の蛍光体を用いるため、本発明のディスプレイは、輝度の高く、且つ色域が広くなる。
ディスプレイの構成としては、公知のものを適宜適用することができる。
【実施例】
【0052】
以下、望ましい実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、発明がそれにより制限されるものではない。
【0053】
[実施例1]
<SrCl・nHO:Eu>
脱酸素雰囲気下で、2gのSrClに対して、EuClを4mol%添加して焼成した。
具体的な焼成方法は、以下の通りである。
乳鉢にSrClとEuClを入れ、これらを混合し、混合した試料を二重アルミナルツボの内側のルツボに入れ、一方、外側のルツボには、活性炭粉末と硫黄粉末を充填させた。
内側のルツボは外側のルツボの充填物である活性炭粉末と硫黄粉末に包みこまれている。このように準備した二重アルミナルツボを1000℃、3時間マッフル炉で加熱し、焼成を行った。得られた焼成物は、乳鉢にて粉砕した。
【0054】
得られた焼成物についてX線回折(XRD)により組成を解析したところ、図3に示すように、SrCl:EuとSrCl・2HO:Euとを含んでいることが確認された。
【0055】
また、得られた焼成物について、He−Cdレーザ(325nm)で励起させた場合の、発光スペクトル(PL)を確認した。その発光スペクトルを図4に示す。
図4に示すように、発光スペクトル(PL)の半値幅は0.157evであり、鋭いピークを呈した。発光ピーク波長は、405nmであった。
【0056】
得られた焼成物をD2ランプ(130〜350nm)で励起させた場合の発光スペクトルを図5に、分光反射率測定装置(島津製作所製)で測定した分光反射率を図6に示す。
【0057】
更に、得られた焼成物について、電流密度60μA/cm、アノード電圧2kVで電子線を照射し励起させた場合の、発光スペクトル(CL)を確認した。その発光スペクトルを図7に示す。図7に示すように、発光スペクトル(CL)も鋭いピークを呈した。発光ピーク波長は、405nmであった。
電子線照射のアノード電圧を変化させた場合の輝度の変化についても確認した。その様子を図8に示す。図8に示すように、アノード電圧を1〜5kVの間で変化させると、1.5〜4cd/mの間で比例して増加した。
【0058】
この焼成物についての色度を、色彩輝度計で測定したところ、CIE色度座標(0.1706,0.02673)となり、色純度の高い蛍光体であることが確認された。
【0059】
[実施例2]
<CaCl・nHO:Eu>
実施例1において、2gのSrClを用いたところを、1.4gのCaClに変更した以外は実施例1と同様にして焼成物を調製した。
得られた焼成物についてX線回折(XRD)により組成を解析したところ、CaCl:EuとCaCl・2HO:Euとを含んでいることが確認された。この焼成物を実施例1と同様の方法で、発光スペクトル(PL)の半値幅、発光ピーク波長、CIE色度座標を測定したところ、半値幅は0.155evであり、432nmの発光ピーク波長を示し、CIE色度座標は(0.1605,0.0230)であった。
【0060】
[実施例3]
<SrCa1−xCl・nHO:Eu>
実施例1において、2gのSrClを用いたところを、1gのSrClと0.7gのCaClとを用いるように変更した以外は実施例1と同様にして焼成物を調製した。
【0061】
得られた焼成物についてX線回折(XRD)により組成を解析したところ、SrCa1−xCl・nHO:Eu(xは0.5、nは0又は2。)であることが確認された。この焼成物を実施例1と同様の方法で、発光スペクトル(PL)の半値幅、発光ピーク波長、CIE色度座標を測定したところ、半値幅は0.17evであり、418nmの発光ピーク波長を示し、CIE色度座標は(0.1659,0.0137)であった。
【0062】
[実施例4]
<SrMg1−xCl・nHO:Eu>
実施例1において、2gのSrClを用いたところを、1gのSrClと0.6gのMgClとを用いるように変更した以外は実施例1と同様にして焼成物を調製した。
【0063】
得られた焼成物についてX線回折(XRD)により組成を解析したところ、SrMg1−xCl・nHO:Eu(xは0.5、nは0又は2。)であることが確認された。
この焼成物を実施例1と同様の方法で、発光スペクトル(PL)の半値幅、発光ピーク波長、CIE色度座標を測定したところ、半値幅は0.14evであり、410nmの発光ピーク波長を示し、CIE色度座標は(0.1601,0.019)であった。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明の白色の照明用光源の一例を示す概略断面図である。
【図2】本発明のカラー照明用光源の一例を示す概略断面図である。
【図3】実施例1で得られた焼成物について、X線回折(XRD)の結果を示す図である。
【図4】実施例1で得られた焼成物について、He−Cdレーザ(325nm)で励起させた場合の発光スペクトル(PL)である。
【図5】実施例1で得られた焼成物の励起発光特性を示す図である。
【図6】実施例1で得られた焼成物の分光反射率を示す図である。
【図7】実施例1で得られた焼成物について、電子線を照射し励起させた場合の発光スペクトル(CL)である。
【図8】実施例1で得られた焼成物について、電子線照射のアノード電圧を変化させた場合の輝度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【0065】
10 白色の照明用光源
13 可視光蛍光体層
12、22 紫外線発光蛍光体層
14、24 赤色蛍光体層
16、26 緑色蛍光体層
18、28 青色蛍光体層
20 カラーの照明用光源

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記組成式(1)で表される蛍光体。
組成式(1): IIaCl・nHO:Eu
〔式中、IIaは、アルカリ土類金属を表し、nは、0又は1以上の整数を表す。〕
【請求項2】
前記組成式(1)におけるIIaが、Sr、Ca、Mg、及びBaからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
【請求項3】
前記組成式(1)におけるIIaが、Sr及びCaからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
【請求項4】
前記組成式(1)におけるIIaが、Srであることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
【請求項5】
前記組成式(1)におけるIIaが、Caであることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
【請求項6】
前記組成式(1)におけるIIaが、SrIIb1−x(xは0<x<1であり、IIbはCa又はMgを表す。)であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
【請求項7】
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の蛍光体と、該蛍光体によって発せられる紫外線で励起される可視光蛍光体の少なくとも1種と、を有する照明用光源。
【請求項8】
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の蛍光体と、該蛍光体によって発せられる紫外線で励起される可視光蛍光体の少なくとも1種と、を有するバックライト。
【請求項9】
電子線又は紫外線により励起する発光ピーク波長の異なる複数種の蛍光体を有するディスプレイであって、
前記複数種の蛍光体のうち少なくとも1種の蛍光体が、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の蛍光体であることを特徴とするディスプレイ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2007−231045(P2007−231045A)
【公開日】平成19年9月13日(2007.9.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−51082(P2006−51082)
【出願日】平成18年2月27日(2006.2.27)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 2005年9月7日 社団法人応用物理学会発行の「2005年(平成17年)秋季第66回応用物理学会学術講演会講演予稿集第3分冊」に発表
【出願人】(304023318)国立大学法人静岡大学 (416)
【Fターム(参考)】