荧光体、发光元件及照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及荧光体，并且还涉及包括该荧光体的发光元件及照明装置。更具体地， 其涉及发射由紫外光至蓝光所激发的橙光的荧光体、发光元件和照明装置。
【背景技术】
[0002] SiAlON 分类为 a -SiAlON 和 0 -SiAlON。a -SiAlON 为由通式 表示的氮氧化物材料，当它们被稀土元素固溶时产生荧光体，并且当它们包含固溶的金属 元素时，该结构是稳定的。通常固溶以稳定荧光体的主晶结构的金属元素的实例包括Li、 Ca、Mg、Y等（参见专利文献1至4)。
[0003] 专利文献1公开了 Ca固溶的a -SiAlON荧光体，其由通式CaJUySiK^Alo^ 〇nNie-n表示（其中， x和y各自为大于〇且小于2的值；x+y为大于0且2以下的值；m为 2 (x+y)且n为0. 5以上且2以下的值）。如对专利文献1中所述荧光体所描述的，当Ca2+ 用作用于稳定该结构的金属离子时，可以在广泛的组成范围内得到稳定的结构并且获得高 的发光效率。相反，专利文献2至4公开了 Li固溶的a-SiAlON荧光体，其包含Li+作为 用于稳定该结构的金属离子。
[0004] 引用目录
[0005] 专利文献
[0006] [专利文献 1]JP-A No. 2002-363554
[0007] [专利文献 2]W0 No. 2〇〇7/004493
[0008] [专利文献 3]W0 No. 2〇10/018873
[0009] [专利文献 4]JP_A No. 2〇10_2〇2738
[0010] 发明概述
[0011] 技术问题
[0012] Eu活化的Ca固溶的a -SiAlON荧光体，例如专利文献1中所述的那些，当它们发 射橙光时呈现出最高的发光效率。另一方面，与Ca固溶的a -SiAlON荧光体相比，Li固溶 的a -SiAlON荧光体，例如专利文献2至4中所述的那些，发射具有蓝移荧光谱（即，向更 短的波长移动）的光，但存在荧光强度随着蓝移而下降的问题。
[0013] 因此，本发明的目的是提供：Li固溶的a-SiAlON荧光体，其包含用于稳定该结构 的固溶的Li+，所述荧光体与目前可获得的任何荧光体相比在发光效率方面更高；以及包括 该荧光体的发光元件及照明装置。
[0014] 问题的解决方案
[0015] 发明人深入地研宄了 Li固溶的a -SiAlON荧光体的组成与发光效率之间的关系， 其中通常用于发射光蓝移的Li+用于稳定该结构，并且发现当Li固溶的a-SiAlON荧光体 具有在不允许发射黄光但允许发射更长波长的橙光的特定范围内的组成时，其具有极高的 发光效率，并完成本发明。
[0016] 本发明的荧光体是Eu活化的Li固溶的a-SiAlON，其晶格常数a为0.7820nm至 0? 7835nm，晶格常数C为0? 5645nm至0? 5670nm，氧含量为0.4质量％至1.2质量％，并且铕 (Eu)含量为0.3质量％至1.2质量％，并且当用峰值波长为450nm至460nm的单色光激发 时，所述Eu活化的Li固溶的a -SiAlON发射在荧光谱中峰值波长为580nm至595nm的光。
[0017] 本文所用的"峰值波长"是具有最大光强度的波长。
[0018] 在本发明的荧光体中的一部分Li优选被选自Mg、Ca、Y和镧系元素（然而，不包括 La、Ce和Eu)的一种或多种元素置换，同时保持该荧光体的电中性。
[0019] 本发明的荧光体的整个结晶相中a-SiAlON晶体的含量优选为90质量％以上。
[0020] 本发明的发光元件包括上述荧光体以及将激发光照射该荧光体的光源。
[0021] 光源优选为峰值发射波长为240nm至480nm的发光二极管或激光二极管。
[0022] 本发明的照明器具包括上述发光元件。
[0023] 本发明的有益效果
[0024] 根据本发明可以获得具有迄今为止不可能实现的高发光效率的Eu活化的Li固溶 的a -SiAlON，因为由此规定了其晶格常数以及氧含量和铕含量。
[0025] 附图简述
[0026] 图1是示出实施例1和比较例1的荧光体的激发光谱和荧光谱的图，其中在横坐 标上绘制波长且在纵坐标上绘制相对光强度。
[0027] 实施方案描述
[0028] 在下文中，参考附图来详细地描述本发明的有利的实施方案。
[0029] (第一实施方案）
[0030] 本发明的第一实施方案的荧光体是Eu活化的Li固溶的a -SiAlON，其晶格常数a 为0. 7820nm至0. 7835nm，晶格常数c为0. 5645nm至0. 5670nm，氧含量为0. 4质量％至1. 2 质量％，并且铕（Eu)含量为0. 3质量％至1. 2质量％以下。本实施方案中的荧光体当用峰 值波长为450nm至460nm的单色光激发时在荧光谱中具有580nm至595nm的峰值波长。
[0031] [组分]
[0032] 本实施方案中的荧光体的Eu活化的Li固溶的a -SiAlON由通式LixEuySi12_(m+n) Alm+n0nN16_n表示。在上式中，x和y各自为大于0且小于2的值；x+y为大于0且2以下的 值；m为x+2y ;并且n为0. 5以上且2以下的值。
[0033] [固溶的金属元素]
[0034] 在本实施方案的荧光体中，Li+用作用于稳定所述结构的金属离子，但不用于常规 的光谱蓝移，而是用于制备荧光强度与Ca 2+固溶时的荧光强度相比更高的荧光体，因为该 荧光体的组成在特定范围内调节。
[0035] 在本实施方案的荧光体中，上述通式中的Li可以部分地被选自Mg、Ca、Y和镧系元 素（然而，不包括La、Ce和Eu)的一种或多种元素置换，从而微调荧光性质，同时保持该荧 光体的电中性。
[0036] [晶格常数]
[0037] 在本实施方案中的荧光体中，a-SiA10N的晶格常数a被限制为0.7820nm至 0. 7835nm，并且晶格常数c为0. 5645nm至0. 5670nm，归因于以下原因。
[0038] a -SiAlON的组成由通式的m和n来限定。a -SiAlON是经修饰的a -氮化硅晶 体，其中一部分Si-N键被A1-N键和A1-0键置换，并且以固溶形式将Li和Eu引入晶体的 空隙以保持电中性。m和n各自表示在晶胞中取代的A1-N键和A1-0键的数量。
[0039] 然而，微观上，a -SiAlON在颗粒（晶体）间具有组成波动，而在宏观上，其包含所 产生的异相（结晶相和非晶相）以及在颗粒边界和表面上形成的氧化物层。因此，聚集态 (bulk state)的组成不总是表示发射荧光的a-SiAlON晶体的固溶组成。处于类似的原 因，a-SiAlON的掺合组成与实际获得的a-SiAlON的组成不同。
[0040] a -SiAlON具有与a -氮化硅相同的晶体结构。a -氮化硅晶体具有六方晶系并 且其空间群为P63/m。当a-氮化硅的Si-N键被分别具有更大键长的A1-N键和A1-0键置 换时，当它们在a -SiAlON中固溶时，沿着三个轴a、b和c的晶格常数随着固溶的量的增加 而增加。沿着轴a的晶格常数与沿着轴b的晶格常数相同。因为A1-N键的长度大于A1-0 键的长度，所以当m和n的数值波动时，晶格常数的变化不同。因此，可以通过晶格常数严 格地限制a-SiAlON的组成范围。
[0041]不可能获得具有过大的晶格常数a(具体地，晶格常数a大于0.7835nm)的 a-SiAlON，这归因于Li的最大固体溶解度。另一方面，具有过小的晶格常数a(具体地， 晶格常数a小于0. 7820nm)并具有过小或过大的晶格常数c(具体地，晶格常数c小于 0. 564511111或大于5670腹）的€[-3141(^具有显著更小的荧光强度。本文所用的晶格常数是 通过X-射线衍射测量所测定的值。
[0042] 晶格常数a为0. 7820nm至0. 7835nm且晶格常数c为0. 5645nm至0. 5670nm的 a-SiAlON产生具有高荧光峰值强度的荧光体。
[0043][氧含量：0.4质量％至1.3质量％ ]
[0044] 在具有过小的氧含量（具体地，氧含量小于0.4质量％ )的Eu活化的Li固溶 的a -SiAlON中，晶粒在制备过程中较少有效地生长，阻止了具有高荧光强度的晶粒的产 生。另一方面，具有过大氧含量（具体地，氧含量大于1.3质量％)的Eu活化的Li固溶的 a -SiAlON具有在上述特定范围之外的a -SiAlON晶格常数。因此，Eu活化的Li固溶的 a -SiAlON的氧含量为0. 4质量％至1. 3质量％。
[0045][铕（Eu)含量：0?3质量％至1. 2质量％ ]
[0046] 具有过小Eu含量（具体地，Eu含量小于0. 3质量％ )的Eu活化的Li固溶的 a -SiAlON不具有足够高的荧光强度。另一方面，具有过大Eu含量（具体地，Eu含量大于 1. 2质量％ )的Eu活化的Li固溶的a -SiAlON因为Eu原子之间的能量转移导致的荧光浓 度淬灭而呈现低荧光强度。因此，Eu活化的Li固溶的a -SiAlON的Eu含量为0. 3质量％ 至1. 2质量％。
[0047][峰值波长]
[0048] a -SiAlON荧光体在其荧光谱中的峰值波长可以根据激发波长而变化。发明人已 经发现，当使用最常用作激发光源的发蓝光的二极管（蓝色LED)时并当峰值波长在荧光谱 中为580nm至595nm时，可以获得高荧光强度。换言之，当由峰值波长为450nm至460nm的 单色光激发时，如果所获得的峰值波长在荧光谱中小于580nm或大于595nm，则荧光体具有 降低的荧光强度。
[0049][结晶相]
[0050] 在本实施方案的荧光体中存在的结晶相不限于a-SiAlON单相，并且可以包含 氮化硅、氮化铝、氮化硅锂及其固溶的其他结晶相，只要不影响荧光性质即可。然而，为 了改善荧光强度，荧光体中a -SiAlON晶体的含量优选为90质量％以上。
[0051] 如上所详述的，本实施方案的荧光体，即，具有特定的晶格常数a、晶格常数c、氧 含量和Eu含量并且当由峰值波长为450nm至460nm的单色光激发时发射峰值波长在荧光 谱的特定范围内的光的Eu活化的Li固溶的a -SiAlON，可以以迄今为止不可能实现的高发 光效率发射橙光。本实施方案中的荧光体可以有利地用作由紫外光或蓝光激发的荧光体。
[0052](第二实施方案）
[0053] 本发明的第二实施方案中的发光元件包括荧光体和光源，并且在其中使用的荧光 体是第一实施方案中的上述荧光体。用于将激发光照射荧光体的光源可以是例如发射最高 强度的光的光源，并且它的峰值波长为240nm至480nm。特别优选使用峰值发射波长在上述 范围内的LED和LD (激光二极管）。本实施方案中的发光元件包括第一实施方案的上述荧 光体，该发光元件具有比先前更好的发光效率，并且呈现有利的发射性质。
[0054](第三实施方案）
[0055] 本发明的第三实施方案中的照明器具是包括第二实施方案中的上述发光元