磷光体、发光装置及制造磷光体的方法

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磷光体、发光装置及制造磷光体的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉参考
[0002] 本申是基于在2014年2月25日提交的在先日本专利申请号2014-034258并且要 求该案的优先权益,该案完整内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开的实施方案涉及磷光体、发光装置及制造所述磷光体的方法。
【背景技术】
[0004] 发白光装置包含例如蓝光LED、在蓝光激发下发红光的磷光体以及在蓝光激发下 发绿光的另一种磷光体的组合。然而,如果含有在蓝光激发下发黄光的磷光体,则可以使用 更少种类的磷光体来制造发白光装置。作为在蓝光激发下发黄光的磷光体的实例,已知Ce 活化的含Sr的SiAlON磷光体。
【附图说明】
[0005] 图IA到图IC示出了 Sr2Al3Si7ON13的晶体结构。
[0006] 图2示出了示意性说明根据一个实施方案的发光装置的构造的截面图。
[0007] 图3示出了示意性说明根据另一个实施方案的发光装置的构造的截面图。
[0008] 图4示出了实施例1中制造的磷光体的XRD谱图。
[0009] 图5示出了实施例1中制造的磷光体的发射光谱。
[0010] 图6示出了实施例2中制造的磷光体的XRD谱图。
[0011]图7示出了实施例2中制造的磷光体的发射光谱。
[0012] 图8示出了实施例和比较实施例中制造的磷光体的发射波长与发光效率之间的 关系。
[0013] 图9示出了实施例1和比较实施例1中制造的磷光体的发射峰波长与激发峰波长 之间的关系。
[0014] 图10示出了实施例和比较实施例中制造的磷光体的色度图。
【具体实施方式】
[0015] 现将参照附图解释各实施方案。
[0016] 根据本公开的一个实施方案的磷光体在峰波长范围是250nm到500nm的激发光的 激发下发射出发射峰在500nm到600nm波长范围内的光,并且该磷光体是由下式(1)表示:
[0017] ((SrpM1^p) ^xCex) 2yAlzSi10_zOuN w (1)
[0018] 其中
[0019] M是至少一种碱土金属,并且p、X、y、z、u及w是满足以下条件的数字:
[0020] 0 ^ p ^ 1,
[0021] 0〈x 彡 1,
[0022] 0. 8 ^ y ^ I. I,
[0023] 2 ^ z ^ 3. 5,
[0024] (Ku 彡 1,
[0025] 1.8<z-u,&
[0026] 13 彡 u+w 彡 15。
[0027] 当所述激发光的峰在350nm到475nm范围内变化时,所述发射峰在小于15nm范围 内偏移。
[0028] 以下将详细地解释该实施方案。
[0029] 根据该实施方案的磷光体由于在峰波长是250nm到500nm的激发光的激发下显示 出峰波长是500nm到600nm的发光,故该磷光体可以发射在黄绿色到橙色范围内的光。因 此,这种磷光体主要放射出在黄色范围内的光,并由此在下文中被称为"发黄光磷光体"。所 述实施方案的发黄光磷光体的基质具有与Sr 2Al3Si7ON13S本上相同的晶体结构,并且该基 质被Ce活化。具体地说,根据该实施方案的发黄光磷光体是由下式(1)表示:
[0030] ((SrpM1^p) ^xCex) 2yAlzSi10_zOuN w (1)。
[0031] 在该式中,M是至少一种碱土金属,并且p、X、y、z、u及w是满足以下条件的数字:
[0032] 0 ^ p ^ 1,
[0033] 0〈x 彡 1,
[0034] 0. 8 ^ y ^ I. 1,
[0035] 2 ^ z ^ 3. 5,
[0036] (Ku 彡 1,
[0037] 1.8 彡 z-u,及
[0038] 13 彡 u+w 彡 15。
[0039] 如上式(1)中所示,构成磷光体晶体的金属元素部分被发射中心元素 Ce置换。金 属元素 M是至少一种碱土金属,并且优选是至少一种选自Ba、Ca和Mg的元素。即使该晶体 含有至少一种选自Ba、Ca和Mg的元素,只要p小到0. 1或更小,也不会促进其它相的形成。 在一些情况下,P优选是1,由此使磷光体的发光特性得到优化。然而,即使在那些情况下, 晶体也可能含有无法避免的杂质,如Sr和除Ce外的金属。由所述晶体构成的磷光体一般 显示出本公开的效应。
[0040] 如果至少0. 1摩尔%的量的M被Ce置换,那么该磷光体可以具有足够的发光效 率。金属元素 M可以完全被Ce置换(即,X可以是1),而且如果X小于0.5,则可以最大限 度地避免发射概率(浓度淬灭)的降低。因此,X优选是0.001到0.5,包括0.001和0.5在 内。所述实施方案的磷光体含有Ce作为发射中心,并由此在峰波长范围是250nm到500nm 的激发光的激发下发射在黄绿色到橙色范围内的光,即,峰波长范围是500nm到600nm的发 光。即使以Ce的量计,含有约10原子%或更少量的其它元素(如Tb、Eu及Mn)作为无法 避免的杂质,也不会减弱其目标效应。
[0041] 如果y小于0. 8,则晶体缺陷增加从而降低效率。另一方面,如果y大于1. 1,则过 量的碱土金属可以呈其它相形式沉积,从而使发光特性降级。因此,y优选是0. 85到1. 06, 包括0. 85和1. 06在内。
[0042] 如果z小于2,则过量的Si可以呈其它相形式沉积,从而使发光特性降级。另一 方面,如果Z大于3. 5,则过量的Al可以呈其它相形式沉积,从而使发光特性降级。因此,Z 优选是2. 5到3. 3,包括2. 5和3. 3在内。
[0043] 如果u大于1,则晶体缺陷增加从而降低效率。因此,u优选是0. 001到0. 8,包括 0. 001和0. 8在内。
[0044] 如果z-u的值小于1. 8,则所述实施方案的磷光体无法保持晶体结构,并且有时会 形成其它相,以致无法获得该实施方案的效应。类似地,如果u+w的值小于13或大于15,则 所述实施方案的磷光体无法保持晶体结构,并且有时会形成其它相,以致无法获得该实施 方案的效应。因此,z-u和u+w的值优选分别是2或更大以及13. 2到14. 2,包括端点在内。
[0045] 由于满足了所有以上条件,故根据本发明实施方案的磷光体可以在峰波长范围是 250nm到500nm的激发光的激发下,有效地发射具有较宽半宽度发射光谱的黄光。因此,该 磷光体能够实现具有高显色特性的白光。另外,本发明实施方案的发黄光磷光体还具有优 良的温度依赖性。
[0046] 根据本发明实施方案的发黄光磷光体是基于Sr2Al3Si 7ON13,但其构成元素 Sr、Si、 A1、0及N可以被其它元素和/或Ce置换以与基质形成固溶体。这些变化(如置换)通常 会改变晶体结构。不过,其中的原子位置仅略有改变,因此,化学键不会断裂。此处,原子位 置取决于晶体结构、被晶体结构中的原子占据的位点以及其原子座标。
[0047] 只要所述发黄光磷光体不改变其基本晶体结构,本公开的实施方案就会引起目标 效应。磷光体的晶体结构在晶格常数和/或M-N和M-O化学键长度(邻近原子间距离)方 面不同于Sr 2Al3Si7ON13正是这种情形。然而,即使在这种情况下,如果基于Sr JiAl3Si7ON1^ 晶格常数或化学键长度(Sr-N和Sr-O),差异在± 15 %范围内,那么晶体结构被定义为相同 的。此处,晶格常数可以由X射线衍射法或中子衍射法测定,并且M-N和M-O的化学键长度 (邻近原子间距离)可以由原子座标计算。
[0048] Sr2Al3Si7ON13晶体属于单斜晶系,尤其是属于斜方晶系,其晶格常数例如是 a=l 1.8 A,b=21_6 A及C=5.01 Ad这种晶体属于空间群Pna21。Sr2Al3Si7ON13中的化学 键长度(Sr-N和Sr-Ο)可以由表1中所示的原子座标计算。
[0049] 表 1
[0050]
【主权项】
1?一种由下式(1)表不的磷光体, ((SrpM1^p) ^xCex) 2yAlzSi10_zOuN w (1) 其中 M是至少一种碱土金属,并且p、x、y、z、u及w是满足以下条件的数字: O彡P彡1, 0〈x < 1, 0? 8 彡y彡 1. 1, 2. z ^ 3. 5, (Ku 彡 1, 1. 8 < z_u,及 13 < u+w < 15 ; 所述磷光体在峰波长范围是250nm到500nm的激发光的激发下发射出发射峰在500nm 到600nm波长范围内的光, 其中 当所述激发光的峰在350nm到475nm范围内变化时,所述发射峰在小于15nm的范围内 偏移。
2. 根据权利要求1所述的磷光体,其中M是选自Ba、Ca和Mg中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的磷光体,其中所述数字p不大于0. 1。
4. 根据权利要求1所述的磷光体,在根据布拉格-布伦塔诺法用Cu-K a线放射进行的 X射线衍射测量中,所述磷光体在以下衍射角(2 0)下显示至少十个峰:8. 45°到8.75°、 11.1。到 11.4。、18.2。到 18.5。、19.7。到 20.0。、23.0。到 23.3。、24.8。到 25.1。、 25.65。到 25.95。、26.55。到 26.85。、29.3。到 29.6。、29.8。到 30.1。、30.2。到 30.5°、30.9° 到 31.2°、31.55° 到 31.85°、33.55 ° 到 33.85。、33.9° 到 34.2°、 34.35°到34.65。、35.2。到35.5。、36.0。到36.3。、36.5。到36.8。、48.3。到48.6。 以及 48. 7° 到 49. 0°。
5. -种发光装置,其包括 发光元件,放射出峰值在250nm到500nm波长范围内的光;及 发光层,其包含根据权利要求1所述的磷光体。
6. -种用于制造根据权利要求1所述的磷光体的方法,其包括以下步骤: 混合以下材料以制备混合物: 含Sr的材料,该材料选自Sr的硅化物、氮化物或碳化物, 含M的材料,该材料选自M的硅化物、氮化物或碳化物, 含Al的材料,该材料选自Al的氮化物、氧化物或碳化物, 含Si的材料,该材料选自Si的氮化物、氧化物或碳化物,及 含Ce的材料,该材料选自Ce的氧化物、氮化物或碳酸盐;然后 烧制所述混合物。
7. 根据权利要求6所述的方法,其中所述含Sr和M的材料分别是Sr和M的硅化物。
8. 根据权利要求6所述的方法,其中所述混合物是通过从小到大重量的顺序干混合呈 粉末形式的所述材料来制备。
9. 根据权利要求6所述的方法,其中所述烧制步骤是根据多阶段烧制在组合的两组或 更多组不同的烧制条件下进行。
10. 根据权利要求6所述的方法,其中所述混合物在氢气与氮气的混合气体气氛中于 大气压力下进行烧制,然后继续再在氮气气氛中于增加的压力下进行烧制。
11. 根据权利要求10所述的方法,其中在增加的压力下进行的烧制程序是根据单阶段 烧制在5atm或更高压力及1500°C到2000°C温度下进行。
12. 根据权利要求10所述的方法,其中在增加的压力下进行的烧制程序是在氮气气氛 中进行。
【专利摘要】本公开的实施方案提供一种发黄光的磷光体,所述磷光体三是由式(1)表示:((SrpM1-p)1-xCex)2yAlzSi10-zOuNw。在该式中,M是至少一种碱土金属,并且p、x、y、z、u及w是满足以下条件的数字:0≤p≤1,0<x≤1,0.8≤y≤1.1,2≤z≤3.5,0<u≤1,1.8≤z-u及13≤u+w≤15。当激发光的峰在350nm到475nm范围内变化时,所述磷光体的发射峰在小于15nm范围内偏移。
【IPC分类】H01L33-50, C09K11-64
【公开号】CN104861966
【申请号】CN201510084975
【发明人】福田由美, 阿尔贝萨惠子, 石田邦夫, 加藤雅礼
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年2月16日
【公告号】EP2910621A1, US20150240154
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