TOP > 国内特許検索 > Ce3+賦活黄色および赤色発光蛍光体 > 明細書

明細書 :Ce3+賦活黄色および赤色発光蛍光体

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2015-137341 (P2015-137341A)
公開日 平成27年7月30日(2015.7.30)
発明の名称または考案の名称 Ce3+賦活黄色および赤色発光蛍光体
国際特許分類 C09K  11/78        (2006.01)
H01L  33/50        (2010.01)
FI C09K 11/78 CPH
H01L 33/00 410
請求項の数または発明の数 5
出願形態 OL
全頁数 9
出願番号 特願2014-010838 (P2014-010838)
出願日 平成26年1月23日(2014.1.23)
発明者または考案者 【氏名】戸田 健司
【氏名】佐藤 峰夫
【氏名】上松 和義
【氏名】金 善旭
出願人 【識別番号】304027279
【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100140394、【弁理士】、【氏名又は名称】松浦 康次
審査請求 未請求
テーマコード 4H001
5F142
Fターム 4H001XA08
4H001XA20
4H001XA21
4H001XA38
4H001XA56
4H001YA58
5F142AA25
5F142DA45
5F142DA54
5F142DA56
5F142DA73
5F142DA74
要約 【課題】強い赤色成分を有した黄色または赤色に発光する新規な蛍光体を提供する。
【解決手段】スカンジウム酸塩蛍光体は、一般式(I):MSc(但し、前記式(I)中、MはCa、Sr及びBaからなる群から選択された少なくとも1種を含む2価の金属元素である。aは2.7~3.3、bは3.6~4.4、cは8.1~9.9の範囲の数である。)で表される化合物を母体とし、該母体内に発光中心イオンとしてCeを含有してなる。MはSr又はBa若しくはこれらの組合せであることが好ましい。仕込み時の組成としては、M(Sc1-xCe(但し、0<x≦0.10)で表されることが好ましく、x=0.0025~0.0035であることがさらに好ましい。
【選択図】図3
特許請求の範囲 【請求項1】
一般式(I): MSc(但し、前記式(I)中、MはCa、Sr及びBaからなる群から選択された少なくとも1種を含む2価の金属元素である。aは2.7~3.3、bは3.6~4.4、cは8.1~9.9の範囲の数である。)で表される化合物を母体とし、該母体内に発光中心イオンとしてCeを含有してなることを特徴とするスカンジウム酸塩蛍光体。
【請求項2】
MはSr又はBa若しくはこれらの組合せ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】
仕込み時の組成として、M(Sc1-xCe(但し、0<x≦0.10)で表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の蛍光体。
【請求項4】
x=0.0025~0.0035であることを特徴とする請求項3に記載の蛍光体。
【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載の蛍光体を含み、波長380~500nmの紫外線又は青色光を励起源として、波長500~800nmの可視光を発することを特徴とする光源。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、母体化合物が発光中心イオンとしてセリウム(Ce3+)を含有するスカンジウム酸塩蛍光体に関し、具体的には、紫外線又は青色光で励起した状態において可視光を発光可能な新規なスカンジウム酸塩蛍光体に関する。
【背景技術】
【0002】
青色光励起による発光材料は数多く知られており、現在市販されている白色LEDには、例えば、黄色に発光する蛍光体であるYAG:Ce3+(YAl12:Ce3+(非特許文献1))が使用されており、この黄色蛍光体と青色LEDとを組み合わせることで疑似白色を得ている。
【0003】
しかしながら、前述の黄色蛍光体は赤色成分が弱く、これを利用した従来の白色LEDでは赤色が弱い演色性に欠ける白色光にならざるを得ないため、より赤色を強く発光可能な蛍光体が求められている。
【先行技術文献】
【0004】

【非特許文献1】G.Blasse and A.Bril,Appl. Phys. Lett.,11,53(1967)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
そこで、本発明では上記事情に鑑み、強い赤色成分を有した黄色または赤色に発光する新規な蛍光体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の無機化合物を母体とし、該母体内に発光中心イオンとしてCe3+を含有してなる蛍光体が、紫外線又は青色光を励起した状態で、より長波長側に最大発光波長のピークを有し、赤色成分が強い黄色または赤色に発光可能であること(つまり、前述の目的を達成できること)を見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち本発明は、以下の構成・特徴を備えるものである。
【0008】
(態様1)
一般式(I): MSc(但し、前記式(I)中、MはCa、Sr及びBaからなる群から選択された少なくとも1種を含む2価の金属元素である。aは2.7~3.3、bは3.6~4.4、cは8.1~9.9の範囲の数である。)で表される化合物を母体とし、該母体内に発光中心イオンとしてCeを含有してなることを特徴とするスカンジウム酸塩蛍光体。
(態様2)
MはSr又はBa若しくはこれらの組合せであることを特徴とする態様1に記載の蛍光体。
(態様3)
仕込み時の組成として、M(Sc1-xCe(但し、0<x≦0.10)で表されることを特徴とする態様1又は2に記載の蛍光体。
(態様4)
x=0.0025~0.0035であることを特徴とする態様3に記載の蛍光体。
(態様5)
態様1~4のいずれか1項に記載の蛍光体を含み、波長380~500nmの紫外線又は青色光を励起源として、波長500~800nmの可視光を発することを特徴とする光源。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、白色LEDに利用される従来の黄色発光蛍光体であるYAG:Ce3+蛍光体に比べて、青色光励起条件下で最大発光波長のピークが20~100nm程度、長波長側にシフトして強く発光する(つまり、強い赤色成分を有した黄色または赤色に発光可能な)新規な蛍光体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】BaScの結晶構造を示した図である。
【図2】実施例1で得られたBaSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)試料と、実施例2で得られたSrSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)試料と、Ceを賦活していないBaScと、のX線回析パターンである。
【図3】実施例1で得られたBaSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)試料の励起および発光スペクトルである。
【図4】実施例2で得られたSrSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)試料の励起および発光スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の蛍光体は、前記式(I)MSc:Ce3+で表される化合物を母体とするスカンジウム酸塩蛍光体であることを特徴とする。但し、前記式(I)中、Mは、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)及びBa(バリウム)からなる群から選択された少なくとも1種を含む2価の金属元素であり、aは2.7~3.3、bは3.6~4.4、cは8.1~9.9の範囲の数である。

【0012】
なお、前記母体の一例として、BaScの結晶構造を図1に示す。ここで、発光中心となるCeが賦活されると、上記結晶構造中に4個存在する3価のサイトScに置換していくものと考えられる。この場合のCeの酸素配位数は、6配位である。

【0013】
前記蛍光体において、MはSr又はBa若しくはこれらの組合せであることが好ましい。

【0014】
前記蛍光体は、仕込み時の組成として、M(Sc1-xCe(但し、0<x≦0.10)で表されることが好ましい。なお、前記一般式(I)は製造した結果物の構造として表示されるが、仕込み時には化学量論比となるよう秤量されなければならない。そして、製造後には、Ce3+が製造された蛍光体の結晶構造のうち、どのサイトに結合されたかの特定は現実的には困難であるため、上記仕込み時の組成で表すことにした。

【0015】
さらに、前記蛍光体は、発光強度の向上(改善)の観点から、x=0.0025~0.0035であることを特徴とすることが好ましい。

【0016】
本発明によれば、前記蛍光体を含み、波長380~500nmの紫外線又は青色光を励起源として、波長500~800nmの可視光を発することを特徴とする光源も提供される。

【0017】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形形態での実施が可能である。
【実施例1】
【0018】
本発明のスカンジウム酸塩蛍光体の一例として、組成式BaSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)で表される蛍光体について以下に説明する。
【実施例1】
【0019】
(BaSc:Ce3+の蛍光体の製造方法)
出発原料として、BaCO(炭酸バリウム)、Sc(酸化スカンジウム)をモル分率で3:2の割合で秤量し、前記酸化スカンジウム中のScの濃度に対してCeが0.3モル%となるよう酸化セリウムを秤量した。つまり、仕込み時の組成として、Ba(Sc1-xCe(但し、x=0.003)で表されるように調整した。その後、乳鉢で攪拌混合し、全体が均一となるように粉砕した。そして、粉砕した混合物をアルミナるつぼに入れて、電気炉で大気雰囲気下・摂氏1500℃で12時間焼成した。その後、5%H含有N雰囲気下・摂氏1300℃で12時間焼成した。なお、実施例1では、前述の通り、2種類の焼成工程により試料の焼成を行ったが、必ずしもこれに限定されず、いずれか一方の焼成工程だけで焼成したり、別の焼成方法を用いたりしても良い。また、前述の焼成温度・焼成時間は例示に過ぎず、1200℃~1600℃・6時間~24時間の範囲で選択可能である。
【実施例1】
【0020】
(BaSc:Ce3+の蛍光体の評価方法)
前述の方法で合成した蛍光体を、アルミナ乳鉢で粉砕した後、粉末X線回折装置により試料の同定を行なった。さらに、蛍光分光光度計を用いて、合成した蛍光体の蛍光特性を評価した。
【実施例1】
【0021】
(実施例1に係る蛍光体のXRDパターン)
図2の第2段に、実施例1によって得られた試料(BaSc:Ce3+)の粉末X線回折(XRD)パターンを示す。得られた粉末は、目的物であるBaSc相(図2の最下段を参照)と同定された。他に不純物相が観察されないことから、添加したCe3+はBaSc相に取り込まれたと考えられる。
【実施例1】
【0022】
(実施例1に係る蛍光体の蛍光特性)
図3は、実施例1の蛍光体の蛍光特性(励起スペクトルおよび発光スペクトル)を示した図である。図3の横軸における短波長側の曲線が、実施例1の蛍光体の励起スペクトル(図3中の破線を参照)を示し、一方、長波長側の曲線が、前記励起条件に対応して発光した蛍光体の発光スペクトルを示す(図3中の実線を参照)。
【実施例1】
【0023】
この図3に示すように、実施例の蛍光体は380~500nmの間に励起吸収帯を持つことが観察された。実施例1の蛍光体は、約440nmの青色光を著しく吸収し、500~800nmの範囲に亘るブロードな黄色(強い赤色成分を有した黄色)の発光を示すことを確認した。なお、発光波長の最大ピークは約590nmであった。
【実施例1】
【0024】
なお、上記製造方法において、Scの濃度に対するCeの濃度を0.1~10モル%まで変化させてみたが、このように変更したCeの濃度条件で製造した試料(実施例1の変形例)でも、赤色成分の強い黄色発光が確認された。しかしながら、Ceの濃度が0.3モル%(すなわち、x=0.003)のときに、発光強度は最大となった。従って、実施例1の蛍光体は、発光強度の向上(改善)の観点から、x=0.0025~0.0035に設定することが好ましいことが分かった。
【実施例1】
【0025】
なお、前述した焼成条件を、大気雰囲気下での焼成温度を摂氏1500℃±50℃、5%H含有N雰囲気下での焼成温度を摂氏1300℃±50℃とした場合、つまり、前述した焼成温度を50℃上昇又は低下させて焼成した試料(実施例1の変形例)についても、同様に、赤色成分の強い黄色発光が確認された。
【実施例2】
【0026】
本発明のスカンジウム酸塩蛍光体の実施例2として、組成式SrSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)で表される蛍光体について以下に説明する。
【実施例2】
【0027】
(SrSc:Ce3+の蛍光体の製造方法)
実施例2の製造方法においては、実施例1の製造方法で用いた原料うち、BaCO(炭酸バリウム)をSrCO(炭酸ストロンチウム)に変更した以外は、実施例1と同様の製造条件下で合成し、SrSc:Ce3+(0.3モル%の賦活濃度)を製造した。
【実施例2】
【0028】
(実施例2に係る蛍光体のXRDパターン)
図2の第1段に、実施例2によって得られた試料(SrSc:Ce3+)の粉末X線回折(XRD)パターンを示す。なお、現在のところ、実施例2の試料を同定に必要なSrSc相の参照用XRDパターン(Simulation)は存在しないが、得られた粉末(実施例2)は、実施例1のBaSc相(図2の最下段を参照)とほぼ同様の結晶構造を有することが観察されたため、SrSc相であることが推定できた。
【実施例2】
【0029】
(実施例2に係る蛍光体の蛍光特性)
図4は、実施例2の蛍光体の蛍光特性(励起スペクトルおよび発光スペクトル)を示した図である。図4の横軸における短波長側の曲線が、実施例2の蛍光体の励起スペクトル(図4中の破線を参照)を示し、一方、長波長側の曲線が、前記励起条件に対応して発光した蛍光体の発光スペクトルを示す(図4中の実線を参照)。
【実施例2】
【0030】
この図4に示すように、実施例2の蛍光体は380~500nmの間に励起吸収帯を持つことが観察された。実施例2の蛍光体は、約435nmの青色光を著しく吸収し、500~800nmの範囲に亘るブロードな赤色の発光を示すことを確認した。なお、発光波長の最大ピークは約620nmであった。
【実施例2】
【0031】
なお、実施例1と実施例2とを比較した場合、実施例2で製造した蛍光体は、実施例1におけるBaよりもイオン半径の小さいSrを用いるために、より強い結晶場を形成し、より長波長側での赤色発光を示すことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明の蛍光体は、白色LEDに利用される従来の黄色蛍光体に代替可能であり、又は、この従来品に添加することで白色LEDの演色性の改善が期待できる。とりわけ、本発明のBaSc:Ce3+蛍光体を用いた場合では、従来の黄色蛍光体に置き換えることが期待でき、SrSc:Ce3+蛍光体を用いた場合では従来の黄色蛍光体と混合して用いることで演色性の大幅な改善が期待できる。従って、本発明は、産業上の利用価値及び利用可能性が非常に高い。
図面
【図2】
0
【図3】
1
【図4】
2
【図1】
3