专利名称：红色荧光体、制造红色荧光体的方法、白色光源、照明装置、及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及红色荧光体及其制造方法，并涉及白色光源、照明装置，和使用红色荧 光体的液晶显示装置。
背景技术：
由发光二极管形成的白色光源用作照明装置和液晶显示装置的背光源。此种白色 光源的已知实例是这样的，其中含铈的钇铝石榴石(下文，“YAG:Ce”)荧光体设置在蓝色发 光二极管(下文，“蓝色LED”)的发射端上。作为另一个实例，包括设置在蓝色LED发射端上的绿色和红色硫化物荧光体的那 些是已知的(参见，例如，专利文献1)。进一步地，已提出这样的构造，其中制备成CaAlSiN3 结晶中的诸如Mn和Eu元素的固溶体的荧光材料，与预定比例的另一种荧光材料一起设置 在蓝紫色或蓝色发光LED发射端上(参见，例如，专利文献2)。专利文献1 JP-A-2002-60747专利文献2 日本专利号3931239然而，因为包括设置在蓝色LED发射端上的YAG: Ce荧光体的白色光源缺少YAG: Ce 荧光体发射光谱中的红色分量，所以该白色光似乎呈微蓝色，且色域窄。因而，很难用使用 此种白色光源的照明装置制作纯白光照明。进一步地，用使用此种白色光源作为背光源的 液晶显示装置很难实现理想的色彩再现。在包括设置在蓝色LED发射端上的绿色和红色硫化物荧光体的白色光源中，该硫 化物红色荧光体发生水解致使亮度随时间降低。所以很难用使用此种白色光源的照明装置 或液晶显示装置制作高质量照明或亮度未被降低的显示。使用制备成CaAlSiN3结晶中的诸如Mn和Eu元素固溶体的荧光材料的白色光源 很繁琐，因为它使用和混合两类荧光材料。因此，本发明目的在于提供强发光强度且高亮度的红色荧光体，其制造方法、白色 光源和使用该红色荧光体并制作纯白光照明的照明装置，以及色彩再现性理想的液晶显示
直ο
发明内容
为了实现前述目的，本发明红色荧光体包含以组成式(1)的比例的元素A、铕 (Eu)、硅(Si)、铝(Al)、氧(0)和氮(N)，
_] [A(m_x)EUx]Si9Aly0nN[12+y_2(n_m)/3]· · ·组成式(1)，其中组成式(1)中的元素A是镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)中的至少一种。 进一步地，在组成式(1)中，m、x、y和η在组成式(1)中满足关系式3 < m < 5、0 < χ < 1、 O < y < 2 禾口 O < η < 10。通过包括锶和铕，上述构造的红色荧光体能够发射红光，并且，由于前述组合物，发光强度强且亮度高。证实在例如662nm的发射峰波长处，该红色荧光体能够产生比 YAGiCe荧光体高约1. 5倍的发光强度。本发明也涉及此种红色荧光体的制造方法。制备元素A的碳酸盐化合物、氮化铕、 氮化硅和氮化铝，以便包含组成式(1)比例的元素A、铕(Eu)、硅(Si)和铝(Al)。将这些 与三聚氰胺混合从而产生混合物。煅烧该混合物，并粉碎所得煅烧产物。从而获得组成式 (1)的红色荧光体。本发明也涉及白色光源，其中该红色荧光体和绿色荧光体在透明树脂中的混炼 (kneaded)产物设置在蓝色发光二极管上，本发明也涉及基板(substrate)上包括多个此 种白色光源的照明装置，和使用该白色光源作为液晶显示面板背光源的液晶显示装置。因为使用了本发明红色荧光体，所以本发明白色光源在红色波段(例如，640nm 770nm波段)中具有峰值发射波长，并具有强的发光强度和高的亮度。因此，可以获得三种 原色的明亮白色光，包括通过蓝色发光二极管的蓝色光、通过绿色荧光体的绿色光，和通过 红色荧光体的红光。使用此种白色光源的照明装置和背光源因此能够用发射的明亮白光制 作照明和显示。如上所述，利用该红色波段中的发光峰值波长，本发明红色荧光体能够发射红光， 并比传统荧光体具有更强的发光强度和更高的亮度。因为本发明白色光源使用本发明红色荧光体，其在该红色波段中具有发光峰值波 长，并比传统的红色荧光体具有更强的发光强度和更高的亮度，所以可以有利地获得宽色 域的明亮白光。因为本发明照明装置使用本发明白色光源，所以可以获得宽色域的明亮白光，并 从而可以制作高亮度纯白光照明。本发明液晶显示装置使用本发明白色光源作为对液晶显示面板进行照明的背光 源，因而该液晶显示面板可以用宽色域的明亮白光照明。因此，可在液晶显示面板的显示屏 上获得高亮度的纯白色，并可以执行色彩再现性优良的高质量显示。
图1是表示本发明红色荧光体发射光谱实例的示意图。图2是表示本发明红色荧光体发射特性的Eu浓度相关性示意图。图3是阐明本发明红色荧光体色度(X，Y)与Eu浓度的相关性示意图。图4表示在最大峰值=lcps/nm(部分1)处归一化之后每个本发明红色荧光体的 发射光谱。图5表示在最大峰值=lcps/nm(部分2)处归一化之后每个本发明红色荧光体的 发射光谱。图6表示组成式⑴中铝(Al)原子数比y不同的各个红色荧光体的发射光谱。图7是表示基于图6，铝组成比率相对于硅(Si)和铝(Al)总组成比率[y/(9+y)] 不同的光学特性值示意图。图8是表示本发明红色荧光体中的钙含量与发光强度之间的关系示意图。图9是表示实施例中制造的红色荧光体的温度特性示意图。图10是表示本发明红色荧光体的制造方法实施方式的流程图。
图11是表示本发明白色光源实施方式的横断面示意图。图12是表示本发明白色光源的发射光谱实例的示意图。图13是表示本发明照明装置实施方式的平面示意图。图14是表示本发明液晶显示装置实施方式的示意性框图。图15是实施例中制造的红色荧光体的HAADF-STEM图像。图16表示实施例中制造的红色荧光体每点处的TEM-EDX分析光谱。图17表示实施例中制造的红色荧光体每点处的TEM-EDX分析光谱。图18是图15中HAADF-STEM图像的放大视图。图19表示实施例中制造的每个红色荧光体的)(DR分析光谱。图20是表示发光强度比率与制造红色荧光体时添加的三聚氰胺量之间的关系示 意图。图21是表示发光强度比率与制造红色荧光体的第一热处理步骤中的加热温度之 间的关系示意图。图22是表示峰值发光强度比率与制造红色荧光体时添加的三聚氰胺量之间的关 系示意图。图23是表示相对亮度比率与制造红色荧光体时添加的三聚氰胺量之间的关系示 意图。图M是表示制造红色荧光体时添加的三聚氰胺量与残留在该红色荧光体中的氧 量之间的关系示意图。图25是表示制造红色荧光体时添加的三聚氰胺量与残留在该红色荧光体中的碳 量之间的关系示意图。图沈是表示制造红色荧光体时添加的三聚氰胺量与该红色荧光体的平均颗粒尺 寸之间的关系示意图。图27是表示制造红色荧光体时添加的氮化铕量与该红色荧光体的峰值发光强度 比率之间的关系示意图。图观是表示制造红色荧光体时添加的氮化铕量与该红色荧光体的相对亮度比率 之间的关系示意图。图四是表示在三聚氰胺和氮化铝的组分比率固定时，碳酸锶、氮化铕和氮化硅的 组分比率变化的比率示意图。图30是表示通过本发明制造方法制造的红色荧光体的χ-射线衍射图样示意图。标识数字和符号的描述1 白色光源21 蓝色发光二极管100液晶显示装置120背光源(照明装置5)
具体实施例方式实施本发明的方式下面参考附图，按照下面顺序描述本发明实施方式。
5 照明装置 43 混炼产物 110 液晶显示面板
1.第一实施方式(红色荧光体的构造)2.第二实施方式(红色荧光体的制造方法)3.第三实施方式(白色光源的示例构造)4.第四实施方式(照明装置的示例构造)5.第五实施方式(液晶显示装置的示例构造)1.第一实施方式(红色荧光体的构造)该红色荧光体是这样的化合物，其含有下面组成式(1)的比例的元素A、铕(Eu)、 硅(Si)、铝(Al)、氧(0)和氮(N)0[A(m_x)EUx]Si9Aly0nN[12+y_2(n_m)/3]· · ·组成式(1)组成式(1)中的元素A是镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)中的至少一种，并可 以是这些元素中的一种以上。优选地，锶(Sr)用作元素A。通过包含钙(Ca)作为元素A， 该红色荧光体的发光峰值波长可根据该钙(Ca)含量控制，如后面将要描述的。在组成式(1)中，m、χ、y和η满足关系式3 < m < 5、0 < χ < 1、0 < y < 2和0 < η < 10。计算组成式⑴中氮(N)的原子数比[12+y-2(n-m)/3]，使得组成式⑴中每个元 素的原子数比之和变成中性。具体地，当组成式(1)中氮(N)的原子数比为α时，并且当 组成式(1)中每个元素的电荷被抵消时，获得下面等式。2 (m-x) +2x+4 X 9+3y_2n_3 α = 0从这个等式可以如下计算氮(N)的原子数比。α = 12+y-2(n_m)/3组成式(1)的红色荧光体为属于正交晶系空间点群Pmn21的晶体结构化合物，具 体为这样的构造，其中该晶体结构中的一些硅(Si)原子被铝(Al)代替。下面描述此种构造的红色荧光体特性。光学特性图1表示组成式(1)的红色荧光体⑴(7)的发射光谱，其中该组成式使用锶 (Sr)作为元素A。为了比较，也给出传统YAG:Ce荧光体的发射光谱。下表1给出从图1 的发射光谱中选取的组成式(1)红色荧光体(1) (7)的光学特性值。该测量值基于用 FLU0R0L0G3 (SPEX)进行的450nm激发光的辐射。表 权利要求
1.一种红色荧光体，其包含以组成式(1)中的原子数比的元素A、铕(Eu)、硅(Si)、铝 (Al)、氧(0)和氮(N)，
2.根据权利要求1所述的红色荧光体，其中，所述组成式(1)的化合物具有属于正交晶 系空间点群Pmn21的晶体结构。
3.根据权利要求1或2所述的红色荧光体，其中，所述元素A是锶(Sr)。
4.一种制造红色荧光体的方法，所述方法包括制备元素A的碳酸盐化合物、氮化铕、氮化硅和氮化铝以包含以下面所述组成式(1)中 的原子数比的元素A、铕(Eu)、硅(Si)和铝(Al)，并混合三聚氰胺从而生成混合物，
5.根据权利要求4所述的制造红色荧光体的方法，其中，所述混合物的煅烧和所述混 合物的煅烧产物的粉碎重复进行。
6.一种白色光源，包含形成在元件基板上的蓝色发光二极管；和混炼产物，其设置在所述蓝色发光二极管上，并作为红色荧光体和绿色荧光体在透明 树脂中混炼的产物，其中，所述红色荧光体包含以组成式(1)中的原子数比的元素Α、铕(Eu)、硅(Si)、铝 (Al)、氧(0)和氮(N)，
7.一种照明装置，其包含设置在照明基板上的多个白色光源，其中每一个所述白色光源包括形成在元件基板上的蓝色发光二极管；和混炼产物，其设置在所述蓝色发光二极管上，并作为红色荧光体和绿色荧光体在透明 树脂中混炼的产物，和其中，所述红色荧光体包含以组成式(1)中的原子数比的元素Α、铕(Eu)、硅(Si)、铝 (Al)、氧(0)和氮(N)，
8. 一种液晶显示装置，其包含 液晶显示面板；和利用对所述液晶显示面板进行照明的多个白色光源的背光源， 其中每一个所述白色光源包括 形成在元件基板上的蓝色发光二极管；和混炼产物，其设置在所述蓝色发光二极管上，并作为红色荧光体和绿色荧光体在透明 树脂中混炼的产物，和其中，所述红色荧光体包含以组成式(1)中的原子数比的元素A、铕(Eu)、硅(Si)、铝 (Al)、氧(0)和氮(N)，tA(m-x)Eux] Si9A1 yOnN[！2+y_2(n_m)/3]...组成式(1)，其中，组成式(1)中的元素A是镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)中的至少一种，并 且组成式(1)中m、x、y和η满足关系式3 < m < 5、0 < χ < 1、0 < y < 2和0 < η < 10。
全文摘要
利用包含硅、铝、锶、铕、氮和氧的化合物，其使得红色荧光体能够获得强的发光强度和高的亮度，并且其使得白色LED色域能够通过使用该红色荧光体增大。该红色荧光体包含以组成式(1)中的原子数比的元素A、铕(Eu)、硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和氮(N)，[A(m-x)Eux]Si9AlyOnN[12+y-2(n-m)/3]...组成式(1)，其中组成式(1)中的元素A是镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)中的至少一种，并且在组成式(1)中m、x、y和n满足关系式3＜m＜5、0＜x＜1、0＜y＜2和0＜n＜10。
文档编号C09K11/08GK102083941SQ20098012408
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月2日
发明者五十岚崇裕, 伊泽孝昌, 楠木常夫, 秋保启 申请人:索尼公司