荧光体、发光装置及荧光体的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种温度特性十分优异并能够高度有效地发射在发光光谱中具有宽的半宽度的黄光的荧光体。该荧光体通过具有250nm～500nm的峰值波长的光的激励而发射具有500nm～600nm的峰值波长的荧光，并由下式（1）表达：(M1-xCex)2yAlzSi10-zOuNvCw--?(1)M主要是Sr，并且可部分地被选自包含Ba、Ca和Mg的组的至少一种元素置换；x、y、z、u、v和w分别满足0<x≤1、0.8≤y≤1.1、2≤z≤3.5、0<u≤1.5、0.01≤w≤0.1和13≤u+v+w≤15的条件。
【专利说明】焚光体、发光装置及焚光体的制造方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于在2013年3月18日提交的日本专利申请No. 2013-055455并要求其 优先的利益，该申请的全部内容通过引用的方式包含于此。
【技术领域】
[0003] 本公开的实施方式涉及荧光体、发光装置和荧光体的制造方法。
【背景技术】
[0004] 白色发光装置包括例如蓝色LED、通过蓝光的激励而发射红光的荧光体和通过蓝 光的激励而发射绿光的另一荧光体的组合。但是，如果包含通过蓝光的激励而发射黄光的 荧光体，那么可通过使用更少种类的荧光体来制造白色发光装置。作为黄色发光荧光体，例 如，已知Eu激活的正娃酸盐突光体（orthosilicate phosphor)。
[0005] 已针对各种应用研究了这些黄色发光荧光体，并且，越来越要求改善荧光体的温 度特性、量子效率和它们的发光光谱的半宽度（half-width)。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施方式的目的在于解决如上的技术问题。
[0007] 根据实施方式的荧光体通过在250nm?500nm的波长范围内具有峰值的光的激励 而发射在500nm?600nm的波长范围内具有峰值的突光，并该突光体由下式（1)表达：
[0008] 1(^)241#10_麗(；(1)
[0009] 其中，
[0010] Μ是包含Sr的金属元素，
[0011] X、y、z、u、V和W分别满足以下的条件：
[0012] 0<x ^ 1,
[0013] 0. 8 ^ y ^ 1. 1,
[0014] 2 彡 z 彡 3.5，
[0015] 0<u ^ 1. 5,
[0016] 0· 01 彡 w 彡 0· 1，并且
[0017] 13 < u+v+w < 15。
[0018] 根据本实施方式的黄色发光荧光体具有良好的温度特性，并可高度有效地发射在 发光光谱中具有宽的半宽度的黄光。该荧光体与放射在400?500nm的波长范围中具有峰 值的光的发光元件组合使用，并由此变得能够提供发光性能优异的白色发光装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1表示示意性地示出根据实施方式的发光装置的垂直断面图。
[0020] 图2表示示意性地示出根据另一实施方式的发光装置的垂直断面图。
[0021] 图3表示由例子1的荧光体给出的XRD图案。
[0022] 图4表示由例子1的荧光体通过450nm的激励而给出的发光光谱。
[0023] 图5表示由例子2的荧光体给出的XRD图案。
[0024] 图6表示由例子3的荧光体给出的XRD图案。
[0025] 图7表示由例子4的荧光体给出的XRD图案。
[0026] 图8表示由例子5的荧光体给出的XRD图案。
[0027] 图9表示由例子1?5和比较例的荧光体通过450nm的激励而给出的发光光谱。
[0028] 图10表示例子1?5和比较例中通过450nm的激励的碳含量（w)与相对吸收率 之间的关系。
[0029] 图11表不例子1?5和比较例中通过450nm的激励的碳含量（w)与相对量子效 率之间的关系。
[0030] 图12表示例子1?5和比较例中通过450nm的激励的碳含量（W)与相对发光效 率之间的关系。
【具体实施方式】
[0031] 现在参照附图解释实施方式。
[0032] 根据实施方式的荧光体通过在250nm?500nm的波长范围内具有峰值的光的激励 而发射在500nm?600nm的波长范围内具有峰值的突光，并该突光体由下式（1)表达：
[0033] 1(^)241#10_麗(；(1)
[0034] 其中，
[0035] Μ是包含Sr的金属元素，
[0036] X、y、z、u、v和w分别满足以下的条件：
[0037] 0<x ^ 1,
[0038] 0. 8 ^ y ^ 1. 1,
[0039] 2 ^ z ^ 3. 5,
[0040] 0〈u 彡 1. 5，
[0041] 0· 01 彡 w 彡 0· 1，并且
[0042] 13 < u+v+w < 15。
[0043] 由于通过具有峰值波长为250nm?500nm的光的激励而发射具有峰值波长为 500nm?600nm的荧光，因此，根据实施方式的荧光体可发出黄绿色到橙色的范围内的光。 因此，实施方式的荧光体主要发射黄色范围内的光，并由此在以下常被称为"黄色发光荧光 体"。该荧光体具有与Sr2Al3Si7ON13基本上相同的晶体结构的基体（matrix)，并且，基体通 过Ce被激活。根据实施方式的黄色发光突光体由下式（1)表达：
[0044] 1(^)241#10_麗(；(1)
[0045] 其中，
[0046] Μ是包含Sr的金属元素，
[0047] X、y、z、u、v和w分别满足以下的条件：
[0048] 0<x ^ 1,
[0049] 0. 8 ^ y ^ 1. 1,
[0050] 2 < z < 3· 5，
[0051] 0〈u<L5，
[0052] 0· 01 彡 w 彡 0· 1，并且
[0053] 13 < u+v+w < 15。
[0054] 如上式（1)所示，金属元素 Μ至少部分地被发光中心元素 Ce置换。金属元素 Μ基 本上是Sr，S卩，在用作Μ的所有金属中，包含Sr的量最多。Μ还可包含选自包含Ba、Ca和Mg 的组的至少一种元素。优选包含少量的Sr以外的金属元素 M，使得不会在荧光体的制造过 程中形成异相。特别地，Ba、Ca和Mg的量优选分别为基于Μ的总量的10at. %或更少。
[0055] 如果Ce的量为基于Μ和Ce的总量的0. lmol%或更多，那么荧光体可具有足够的 发光效率。因此，X优选为0.001或更大。金属元素 Μ可完全被Ce置换（S卩，X可以为1)， 但X优选为〇. 5或更小，以避免发光概率的降低（S卩，避免浓度淬灭)。
[0056] 根据实施方式的黄色发光突光体包含Ce作为发光中心兀素，并由此通过在250? 500nm的波长范围内具有峰值的光的激励而发射黄绿色到橙色的范围中的光、即发出在 500nm?600nm的波长范围内具有峰值的荧光。即使包含基于Ce的量的约10at. %或更少 的其它元素作为不可避免的杂质，它们也不损害目标效果。不可避免的杂质的例子包含Tb、 Eu 和 Μη。
[0057] y优选为0. 8或更大，进一步优选为0. 85或更大，以避免形成晶体缺陷并防止效率 降低。但是，另一方面，y优选为1. 1或更小，进一步优选为1. 06或更小，使得不会以异相 的形式沉积过量的碱土金属而降低发光效率。因此，y优选满足〇. 8 < X < 1. 1的条件，更 优选满足0. 85 < X < 1. 06的条件。
[0058] z优选为2或更大，进一步优选为2. 2或更大，使得不会以异相的形式沉积过量的 Si而降低发光效率。但是，另一方面，z优选为3. 5或更小，进一步优选为3. 3或更小，使得 不会以异相的形式沉积过量的A1而降低发光效率。因此，z优选满足2 < z < 3. 5的条件， 更优选满足2. 2 < z < 3. 3的条件。
[0059] u优选为1或更小，进一步优选为0. 8或更小，使得晶体缺陷不会增加而降低发光 效率。但是，另一方面，u优选为0. 001或更大以维持所希望的晶体结构并适当地保持发光 光谱的波长。因此，u优选满足0〈u < 1. 5的条件，更优选满足0. 001 < u < 1的条件。
[0060] u+v+w的值优选满足13 < u+v+w < 15的条件，更优选满足13. 2 < u+v+w < 14. 8 的条件，使得实施方式的荧光体可保持所希望的晶体结构，并且还使得不会在荧光体的制 造过程中形成异相。
[0061] 由于满足所有以上的条件，因此，根据本实施方式的荧光体可通过在250?500nm 的波长范围中具有峰值的光的激励而高度有效地发射在发光光谱中具有宽的半宽度的黄 光。因此，荧光体使得能够实现具有高的演色性的白光。并且，本实施方式的黄色发光荧光 体的温度特性也十分优异。
[0062] 可以说根据本实施方式的黄色发光荧光体基于Sr2Al3Si 70N13，但其构成元素 Sr、 Si、A1、0和N被其它元素置换，并且/或者，基体与诸如Ce的其它金属元素溶合以形成固 溶体。诸如置换的这些修改常常轻微地改变晶体结构。但是，其中的原子位置很少改变到 破坏骨架原子之间的化学键的程度。这里，原子位置依赖于晶体结构、由其中的原子占据的 位置和它们的原子坐标。上式（1)包含碳，但目前不清楚在晶体结构中氧或氮原子是否被 碳原子置换。但是，即使这样，作为诸如元素分析的评价结果，可以验证实施方式的荧光体 包含以由式（1)规定的量的碳。
[0063] 只要黄色发光荧光体不改变其基本晶体结构，本公开的实施方式就可获得目标 效果。可能存在荧光体的晶体结构在晶格常数和/或M-N和M-0的化学键长度(接近原 子间距离）上与Sr2Al3Si70N13不同的情况。但是，即使在这种情况下，如果差值处于基于 Sr2Al3Si70N13中的晶格常数或化学键长度（Sr-N和Sr-Ο)的± 15%的范围内，那么晶体结构 也被定义为基本上相同。这里，可通过X射线衍射或中子衍射来确定晶格常数，并且，可从 原子坐标计算M-N和M-0的化学键长度(接近原子间距离)。
[0064] Sr2Al3Si70N13晶体属于单斜晶系，特别是属于晶格常数为
【权利要求】
1. 一种荧光体，该荧光体通过在250nm?500nm的波长范围内具有峰值的光的激励而 发射在500nm?600nm的波长范围内具有峰值的荧光，并且该荧光体由下式（1)表达： (MhCeXAlzSiio-ANvC； (1) 其中， Μ是包含Sr的金属元素， x、y、z、u、v和w分别满足以下的条件： 0<x ^ 1, 0· 8 彡 y 彡 1. 1， 2. z ^ 3. 5, 0〈u 彡 1. 5， 0· 01 彡 w 彡 0· 1， 13. u+v+w < 15。
2. 根据权利要求1的荧光体，其中，Μ还包含选自包含Ba、Ca和Mg的组的至少一种元 素。
3. 根据权利要求1的荧光体，其中，Ba、Ca和Mg的量单独地为基于Μ的总量的10at. % 或更少。
4. 根据权利要求1的荧光体，所述荧光体具有晶格常数从Sr2Al3Si70N 13的晶格常数改 变最多±15%的晶体结构。
5. 根据权利要求1的荧光体，所述荧光体具有M-N和M-0的化学键长度分别从 Sr2Al3Si70N13中的Sr-N和Sr-Ο的化学键长度改变最多±15%的晶体结构。
6. 根据权利要求1的突光体，在根据Bragg-Brendano方法通过Cu-Κα线放射的X射线 衍射测量中，在11.1-11.3。、15.0-15.2。、18.25-18.45°、19.75-19.95°、23.0-23.2。、 24. 85-25. 05 °、25. 55-25. 75 °、25. 95-26. 15 °、29. 3-29. 5 ° ,30. 9-31. 1 °、 31.6-31.8°、33. 0-33. 2 °、33. 6-33. 8 °、33. 95-34. 15 °、34. 35-34. 55°、35. 2-35. 4°、 36. 05-36. 25 °、36. 5-36. 7 °、37. 2-37. 4 °、38. 95-39. 15 ° ,40.45-40.65 °、 42. 8-43. 0°、48. 3-48. 5°、48. 75-48. 95°、56. 4-56. 6°、64. 45-64. 65°、67. 55-67. 75° 和68. 85-69. 05°的衍射角（2 Θ )处表现至少1〇个峰值。
7. -种发光装置，包括： 发光元件，发射在250nm?500nm的波长范围内具有峰值的光；和 发光层，包含根据权利要求1所述的荧光体。
8. 根据权利要求7的发光装置，其中，所述发光层还包含绿色发光荧光体和红色发光 荧光体。
9. 一种用于制造根据权利要求1所述的荧光体的方法，包括以下的步骤： 混合Μ材料、A1材料、Si材料以及Ce材料从而制备混合物，其中，所述Μ材料选自包含 Μ的氮化物和碳化物的组，所述Α1材料选自包含Α1的氮化物、氧化物和碳化物的组，所述 Si材料选自包含Si的氮化物、氧化物和碳化物的组，所述Ce材料选自包含Ce的氧化物、氮 化物和碳酸盐的组；然后， 烧制所述混合物。
10. 根据权利要求9的方法，其中，在1500?2000°C的温度下在5atm或更高的压力下 执行所述烧制的步骤。
11.根据权利要求9的方法，其中，在氮气气氛中执行所述烧制的步骤。
【文档编号】H01L33/50GK104059643SQ201410088682
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】福田由美, 阿尔贝萨惠子, 三石岩 申请人:株式会社东芝