(57)【要約】  白色ＬＥＤ等の発光装置の高輝度化を実現できるＥｕを付活したα型サイアロン及び発光装置を提供する。α型サイアロンは、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓ）１２−（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６−ｎ（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示され、Ｅｕを固溶させたα型サイアロンで成り、α型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径は５μｍ以上であり、好ましくは、前記α型サイアロンの二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比が０．５６以上である。発光装置１０は、発光光源１２と波長変換部材１５とを含み、波長変換部材１５は、発光光源１２より発生する近紫外から青色光を吸収し、黄〜橙色光を発生するα型サイアロン１８を含む。
2012101899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ）１２−（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６−ｎ（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、前記α型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径が５μｍ以上であるα型サイアロン。
【請求項２】
前記α型サイアロンの二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比が０．５６以上である請求項１に記載のα型サイアロン。
【請求項３】
前記α型サイアロンの二次粒子中における一次粒子の平均個数が２．５以下である請求項１又は２に記載のα型サイアロン。
【請求項４】
前記α型サイアロンの一次粒子の１０％面積平均径が３μｍ以上である請求項１乃至３のいずれか一項に記載のα型サイアロン。
【請求項５】
前記α型サイアロンの二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比が０．６５以上である請求項4に記載のα型サイアロン。
【請求項６】
前記α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径（５０％体積平均径）が１３μｍ以上３０μｍ以下である請求項１乃至５のいずれか一項に記載のα型サイアロン。
【請求項７】
発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、前記波長変換部材は蛍光体を含み、前記蛍光体が請求項１乃至６のいずれか一項に記載のα型サイアロンである発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体が、さらにＥｕ固溶β型サイアロンを含む請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記蛍光体が、さらにＥｕ固溶β型サイアロン、及び、ＣａＡｌＳｉＮ３を含む請求項７記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光光源が、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生するＬＥＤチップである請求項７乃至９のいずれか一項記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一項記載の発光装置を有する照明装置。
【請求項１２】
請求項７乃至１０のいずれか一項記載の発光装置を有する信号機。
【請求項１３】
請求項７乃至１０のいずれか一項記載の発光装置を有する液晶パネル。
【請求項１４】
請求項７乃至１０のいずれか一項記載の発光装置を有する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体として利用されるα型サイアロン、それを利用した発光装置、照明装置、信号機、液晶パネル、及び、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物、酸窒化物蛍光体として、特定の希土類元素が付活されたα型サイアロンは、有用な蛍光特性を有することが知られており、白色ＬＥＤ等に適用されている。α型サイアロンは、α型窒化ケイ素結晶のＳｉ−Ｎ結合が部分的にＡｌ−Ｎ結合とＡｌ−Ｏ結合で置換され、電気的中性を保つために、結晶格子間に特定の元素（Ｃａ、並びにＬｉ、Ｍｇ、Ｙ、又はＬａとＣｅを除くランタニド金属）が格子内に侵入固溶した構造を有している。侵入固溶する元素の一部を発光中心となる希土類元素とすることにより蛍光特性が発現する。中でも、Ｃａを固溶させ、その一部をＥｕで置換したα型サイアロン蛍光体は、紫外〜青色領域の幅広い波長域で比較的効率よく励起され、黄〜橙色発光を示す。このようなα型サイアロンの蛍光特性をさらに向上させる試みとして、例えば、分級処理によって、特定の平均粒径を有するα型サイアロンを選別することが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９６８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、より高い発光効率を有するα型サイアロンを提供すること、並びに、当該α型サイアロンを利用した高効率で発光可能な発光装置等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】
【０００５】
本発明のα型サイアロンは、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ）１２−（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６−ｎ（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、α型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径が５μｍ以上である。【０００６】
α型サイアロンの二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比は０．５６以上であることが好ましい。【０００７】
α型サイアロンの二次粒子中における一次粒子の平均個数は、２．５以下が好ましい。【０００８】
α型サイアロンの一次粒子の１０％面積平均径は、３μｍ以上が好ましい。【０００９】
α型サイアロンの二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比は、０．６５以上が好ましい。【００１０】
α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径（５０％体積平均径）は、１３μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。【００１１】
本発明の発光装置は、発光光源と波長変換部材とを含み、波長変換部材は、発光光源より発生する近紫外から青色光を吸収して蛍光を発生する蛍光体を含み、蛍光体が上記α型サイアロンである。【００１２】
蛍光体には、前記α型サイアロンの他に、Ｅｕを固溶させたβ型サイアロンを含有させることが好ましい。又は、前記α型サイアロンの他に、Ｅｕを固溶させたβ型サイアロン及びＣａＡｌＳｉＮ３を含有させるのが好ましい。【００１３】
発光装置における発光光源としては、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生するＬＥＤチップであることが好ましい。【００１４】
本発明は、上記発光装置を有する照明装置、信号機、液晶パネル及び画像表示装置にも関する。信号機としては交差点に配置される交通信号機、自動車や自動二輪車の方向指示器等があり、画像表示装置としては、液晶パネルに画像を表示する画像表示装置、スクリーンに画像を表示するプロジェクタ等がある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高い発光効率を有するα型サイアロンを提供することができ、高い発光効率を有する発光装置、照明装置、信号機、液晶パネル、及び、画像表示装置を提供することができる。【００１６】
本発明の発光装置によれば、前記の高発光効率を実現できるα型サイアロンを用いているので、高輝度の発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＥＢＳＤ法の測定に用いる装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の発光装置の構造を模式的に示した断面図である。
【図３】実施例１のα型サイアロンの走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像；Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ像）を示す図である。
【図４】実施例１のα型サイアロンのＥＢＳＤ法により得られた像（ＥＢＳＤ像）を示す図である。
【図５】実施例２のα型サイアロンのＳＥＭ像を示す図である。
【図６】実施例２のα型サイアロンのＥＢＳＤ像を示す図である。
【図７】実施例３のα型サイアロンのＳＥＭ像を示す図である。
【図８】実施例３のα型サイアロンのＥＢＳＤ像を示す図である。
【図９】実施例３に係る蛍光体の波長５９８ｎｍの蛍光強度を測定した時の励起スペクトルを示す図である。
【図１０】比較例１のα型サイアロンのＳＥＭ像を示す図である。
【図１１】比較例１のα型サイアロンのＥＢＳＤ像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
（α型サイアロン）
本発明の実施形態に係るα型サイアロンは、一般式：（Ｍ）ｘ（Ｅｕ）ｙ（Ｓｉ）１２−（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６−ｎ（ただし、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素）で示されるα型サイアロンであり、α型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径が５μｍ以上である。
【００１９】
α型サイアロンの固溶組成は、上記一般式におけるｘとｙ及びそれに付随するＳｉ／Ａｌ比やＯ／Ｎ比により決まるｍとｎで表される。特にＭとして、Ｃａを使用すると、幅広い組成範囲でα型サイアロンが安定化し、その一部を発光中心となるＥｕで置換することにより、紫外〜青色の幅広い波長域の光で励起され、黄〜橙色の可視発光を示す蛍光体が得られる。
【００２０】
一般的なα型サイアロンは、α型サイアロンとは異なる第二結晶相や不可避的に存在する非晶質相のため、組成分析等により固溶組成を厳密に規定することができない。α型サイアロンの結晶相としては、α型サイアロン単相が好ましく、他の結晶相としてのβ型サイアロン、窒化アルミニウム又はそのポリタイポイド等を含んでいても良い。
【００２１】
α型サイアロンの製造方法としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム及び侵入固溶元素の化合物からなる混合粉末を高温の窒素雰囲気中で加熱して反応させる方法がある。加熱工程で構成成分の一部が液相を形成し、この液相に物質が移動することにより、α型サイアロン固溶体が生成する。合成後のα型サイアロンは複数の等軸状の一次粒子が焼結して塊状の二次粒子を形成する。本発明における一次粒子とは、粒子内の結晶方位が同一であり、単独で存在することができる最小粒子をいう。
【００２２】
本発明者等は、発光特性と粒子性状との関係を検討し、α型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径又は１０％面積平均径（以下、これらを総称して面積平均径という。）によって発光強度を制御できるとの知見を得て、本発明に至った。
【００２３】
まずα型サイアロンの一次粒子の面積平均径について説明する。α型サイアロンの個々の一次粒子、すなわち単結晶粒子が、断面積の小さな順から、ＣＡ１，ＣＡ２，ＣＡ３，・・・，ＣＡｉ，・・・，ＣＡｋのように並べられる一次粒子の集団があるとする。ここで言う一次粒子とは、全ての単結晶粒子を意味し、複数の一次粒子同士が粒界を介して焼結して二次粒子を構成しているものと、二次粒子を構成していないものとを区別することなく含む。この一次粒子の集団の断面積の合計（ＣＡ１＋ＣＡ２＋ＣＡ３＋・・・＋ＣＡｉ＋・・・＋ＣＡｋ）を１００％として累積カーブを求めたとき、この累積カーブの１０％、５０％にあたる点の一次粒子の断面積（ｓ１０、ｓ５０）より計算した一次粒子径を、それぞれ一次粒子の１０％面積平均径、５０％面積平均径とする。
【００２４】
α型サイアロンの二次粒子の面積平均径についても、上記と同様に説明できる。すなわち、α型サイアロンの一次粒子が焼結して形成された二次粒子が、断面積の小さな順から、ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３，・・・，ＣＢｉ，・・・，ＣＢｋのように並べられる二次粒子の集団があるとする。この二次粒子の集団の断面積の合計（ＣＢ１＋ＣＢ２＋ＣＢ３＋・・・＋ＣＢｉ＋・・・＋ＣＢｋ）を１００％として累積カーブを求めたとき、この累積カーブの１０％、５０％にあたる点の二次粒子の断面積（Ｓ１０、Ｓ５０）より計算した二次粒子径を、それぞれ二次粒子径の１０％面積平均径、５０％面積平均径とする。
【００２５】
次に、一次粒子及び二次粒子の面積平均径を求めるための具体的な方法について説明する。面積平均径を求めるには、一次粒子及び二次粒子の断面積を測定し、それぞれについて累積カーブを作成する必要がある。粒子の断面積は、電子後方散乱回折像法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、以下、ＥＢＳＤ法ともいう。）を利用して測定する。図１は、ＥＢＳＤ法の測定に用いる装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、ＥＢＳＤ法に用いる装置１は、走査型電子顕微鏡２に電子後方散乱回折像法測定装置３を付加した装置から構成されている。走査型電子顕微鏡２は、鏡筒部２Ａ、試料４が載置されるステージ部２Ｂ、ステージ制御部２Ｃ、電子線走査部２Ｄ、制御用コンピュータ２Ｅ等から構成されている。電子後方散乱回折像法測定装置３は、試料４に電子線５が照射されて発生し後方へ散乱された電子６を検出する蛍光スクリーン７と、この蛍光スクリーン７の蛍光画像を撮像するカメラ８と、図示しない電子後方散乱回折像のデータの取得及び解析を行うソフトウエア等から構成されている。
【００２６】
この装置を用いて、試料４であるα型サイアロンに電子線を照射して結晶構造と結晶面に対応した電子散乱を生じさせ、この電子散乱のパターンの形状を、ソフトウエアにより解析する。より具体的には、個々の蛍光体の粒子における結晶方位を識別し、個々の結晶方位毎に区別できる一次粒子の断面積を画像解析により求める。このときさらに、一次粒子の面積平均径を算出したのと同一のＥＢＳＤ画像を用いて、複数の一次粒子同士が粒界を介して焼結した二次粒子の断面積を求める。
【００２７】
次いで、得られた断面積から、上記のように累積カーブを作成し、１０％、５０％にあたる点の一次粒子の断面積ｓ１０、ｓ５０を求め、これらを用いて、下式（１）、（２）から、円換算した場合の直径にあたる一次粒子の１０％面積平均径及び５０％面積平均径を算出する。
一次粒子の１０％面積平均径＝２×（ｓ１０／π）１／２    （１）
一次粒子の５０％面積平均径＝２×（ｓ５０／π）１／２    （２）
同様に、得られた断面積から、上記のように累積カーブを作成し、１０％、５０％にあたる点の二次粒子の断面積Ｓ１０、Ｓ５０を求め、これらを用いて、下式（３）、（４）から、円換算した場合の直径にあたる二次粒子の１０％面積平均径及び５０％面積平均径を算出する。
二次粒子の１０％面積平均径＝２×（Ｓ１０／π）１／２    （３）
二次粒子の５０％面積平均径＝２×（Ｓ５０／π）１／２    （４）
【００２８】
前記一次粒子の面積平均径が小さいほど、結晶粒界に存在する不純物が増加すると共に結晶性が低下し、発光効率が低下する傾向にある。本発明の一次粒子の５０％面積平均径は５μｍ以上である。また、二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比が大きい程、二次粒子内における一次粒子間の粒界面積の割合が小さく、発光効率は大きくなる。好ましい二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比は０．５６以上である。
【００２９】
また、二次粒子中における一次粒子の平均個数が少ないほど、発光効率は大きくなる。この二次粒子数に対する一次粒子数の比は、ＥＢＳＤ法により得られたα型サイアロンの画像内の二次粒子の個数と、二次粒子を構成する一次粒子の個数とを数え、二次粒子数に対する一次粒子数の比を取ることによって算出する。二次粒子中における一次粒子の平均個数は、２．５以下であることが好ましい。
【００３０】
一次粒子の１０％面積平均径が小さい程、一次粒子径が小さいものが多く含まれる。一次粒子径が小さいものが多いと、結晶粒界の割合が増えるとともに、光の散乱が増え、発光効率が低下する。このため、好ましい一次粒子の１０％面積平均径は３μｍ以上である。また、二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比が大きい程、二次粒子内における一次粒子間の粒界面積の割合が小さく、発光効率が大きくなる。好ましい二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比は０．６５以上である。
【００３１】
一次粒子の面積平均径の制御は、原料粉の組成、原料粉に添加する予め合成したα型サイアロン粉末の粒径及び添加量の他、加熱処理条件、合成物の粉砕条件などによって行うことができる。一次粒子の面積平均径の上限は、後述する二次粒子の大きさの上限にあわせて、自ずと決まる。
【００３２】
α型サイアロンの発光強度をさらに向上させるためには、α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径を１３μｍ以上３０μｍ以下とすればよい。Ｄ５０は、体積基準の積算分率における５０％粒径（５０％体積平均径）である。
【００３３】
前記α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径は、あまりに大きいと白色ＬＥＤ等の発光装置に応用した際、樹脂中の分散状態が悪く、輝度の低下や色のバラツキが生じるという傾向にある。このため、α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径は、３０μｍ以下であることが好ましく、特に好ましくは２０μｍ以下である。逆に、α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径は、あまりに小さいと蛍光体自身の発光効率が低下したり、光の散乱により発光装置の輝度が低下したりするという傾向がある。このためＤ５０粒径は１３μｍ以上が好ましい。
【００３４】
α型サイアロンの二次粒子のＤ５０粒径の制御は、粉砕又は分級で行うか、又は水中に入れて粒子径が小さく沈降しにくい二次粒子を除去する工程で行なうことができる。
【００３５】
本発明のα型サイアロンは、特に近紫外乃至青色光で効率良く励起され、５９０〜６３０ｎｍの波長領域にピークのある発光特性を示すので、近紫外又は青色ＬＥＤを発光光源とする発光装置用の黄〜橙蛍光体として優れている。このため、本発明のα型サイアロンは、単独又は他の蛍光体と組み合わせて種々の発光素子、特に紫外ＬＥＤチップや青色ＬＥＤチップを光源とする白色ＬＥＤに好適に使用できる。
【００３６】
（α型サイアロンの製造方法）
本発明のα型サイアロンの製造方法について説明する。α型サイアロンは、合成過程において、主として原料粉末の一部が反応して液相が形成し、その液相を介して各元素が移動することにより、固溶体形成と粒成長が進む。カルシウム原料として、窒化カルシウムを使用して合成した酸素含有率の低いα型サイアロンは、高濃度のカルシウムの固溶ができる。特にＣａ固溶濃度が高い場合、酸化物原料を使用した従来組成よりも高波長側（５９０ｎｍ以上）に発光ピーク波長を有する蛍光体が得られる。具体的には前記一般式において、ｘ＋ｙ＞１．５が好ましい。Ｃａの一部をＬｉ、Ｍｇ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く。）に置換し、発光スペクトルの微調整を行うこともできる。
【００３７】
上記以外の原料粉末としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム及びＥｕ化合物がある。Ｅｕ化合物としては、酸化ユーロピウム、加熱後に酸化ユーロピウムになる化合物、及び、窒化ユーロピウムがあり、好ましくは、系内の酸素量を減らすことができる窒化ユーロピウムが好ましい。
【００３８】
予め合成したα型サイアロン粉末を適量原料粉末に添加すると、これが粒成長の基点となり、比較的短軸径の大きなα型サイアロンを得ることができ、添加するα型サイアロンの形態を変えることで粒形状を制御することができる。
【００３９】
前記した各原料を混合する方法としては、乾式混合する方法、原料各成分と実質的に反応しない不活性溶媒中で湿式混合した後に溶媒を除去する方法がある。混合装置としては、Ｖ型混合機、ロッキングミキサー、ボールミル、振動ミルがある。大気中で不安定な窒化カルシウムの混合については、その加水分解や酸化が合成品特性に影響するため、不活性雰囲気のグローブボックス内で行うことが好ましい。
【００４０】
混合して得た粉末（以下、単に原料粉末という）を、原料及び合成される蛍光体と反応性の低い材質の容器、例えば窒化ホウ素製容器内に充填し、窒素雰囲気中で、１６５０〜１８５０℃の温度範囲で所定時間加熱することによりα型サイアロン蛍光体を得る。
【００４１】
加熱処理の温度を１６５０℃以上とすることにより、未反応生成物の残存する量を抑制し、十分に一次粒子を成長させることができ、１８５０℃以下とすることにより、顕著な粒子間の焼結を抑制できる。
【００４２】
原料粉末の容器内への充填は、加熱中に粒子間焼結を抑制する観点から、嵩高くすることが好ましい。具体的には、原料粉末の容器に充填する際に嵩密度を０．６ｇ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。
【００４３】
加熱処理における加熱時間は、未反応物が多く存在したり、一次粒子が成長不足であったり、粒子間の焼結が生じてしまったりという不都合が生じない時間範囲として、２時間以上２４時間以下が好ましい。
【００４４】
上述の工程によって外形がインゴット状のα型サイアロンが生成される。このインゴット状のα型サイアロンを、クラッシャー、乳鉢粉砕、ボールミル、振動ミル、ジェットミル等の粉砕機による粉砕工程と、これらの粉砕処理後の篩分級工程とによって、二次粒子のＤ５０粒径が調整されたα型サイアロンの粉末を得る。また、水溶液中に分散させて粒子径が小さく沈降しにくい二次粒子を除去する工程で行なうことで、二次粒子のＤ５０粒径を調整することができる。
【００４５】
（発光装置）
本発明の実施形態に係る発光装置について、図２を参照しながら説明する。図２は、α型サイアロンを用いた本発明の発光装置１０の構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本発明の発光装置１０は、発光光源１２としてのＬＥＤチップと、発光光源１２を搭載する第１のリードフレーム１３と、第２のリードフレーム１４と、発光光源１２を被覆する波長変換部材１５と、発光光源１２と第２のリードフレーム１４を電気的につなぐボンディングワイヤ１６と、これらを覆う合成樹脂製のキャップ１９で形成されている。波長変換部材１５は、蛍光体１８と、蛍光体１８を分散する封止樹脂１７とを有する。
【００４６】
第１のリードフレーム１３の上部１３ａには、発光光源１２として発光ダイオードチップ搭載用の凹部１３ｂが形成されている。凹部１３ｂは、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状を有していると共に、凹部１３ｂの内面が反射面となっている。この反射面の底面に発光光源１２の下面側の電極がダイボンディングされている。発光光源１２の上面に形成されている他方の電極は、ボンディングワイヤ１６を介して第２のリードフレーム１４の表面と接続されている。
【００４７】
発光光源１２としては、各種ＬＥＤチップを用いることができ、特に好ましくは、近紫外から青色光の波長として３００ｎｍ〜５００ｎｍの光を発生するＬＥＤチップである。
【００４８】
発光装置１の波長変換部材１５に用いる蛍光体１８としては、本発明に係るα型サイアロンに加えて、ユーロピウム、セリウム、ストロンチウム、カルシウムが固溶したβ型サイアロン、ＣａＡｌＳｉＮ３、ＹＡＧの単体又は混合体を用いることができる。これらを併用することによって、発光装置１０の光波長制御をすることができる。
【００４９】
本発明のα型サイアロンは、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の近紫外光や可視光を励起源として照射することで、５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の波長にピークを持つ黄〜橙色の発光特性を有する。このため、発光光源１２として近紫外ＬＥＤチップ又は青色ＬＥＤチップを用い、蛍光体１８として本発明のα型サイアロン、あるいは本発明のα型サイアロンと、波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である赤色発光蛍光体、青色発光蛍光体、緑発光蛍光体の単体又は混合体とを組み合わせて用いることによって、白色光を得ることができる。
【００５０】
本発明における発光装置１０の発光色は、蛍光体１８として配合する蛍光体の発光波長や配合比を調整することによって、電球色等の白色光以外の色に変更することもできる。
【００５１】
本発明の発光装置１０は、蛍光体１８として用いられるα型サイアロンの発光効率が高いため、高い発光強度を有する。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明に係る実施例について、表１を参照しつつ詳細に説明する。
【表１】
2012101899.tif 000003
【００５３】
＜実施例１＞
（α型サイアロンの合成）
原料粉末の配合組成として、α型窒化ケイ素粉末（電気化学工業株式会社製ＮＰ４００グレード）５３．４質量％、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ株式会社製Ｆグレード）１９．３質量％、酸化ユーロピウム粉末（信越化学工業社製ＲＵグレード）０．９質量％、二次粒子のＤ５０が１２．１μｍの予め合成したα型サイアロン添加粉末を１５．０重量％とし、これらの混合物に対してロッキングミキサー（愛知電機社製ＲＭ−１０）を用い、６０分間乾式で混合した後、目開き１５０μｍのステンレス製篩を全通させ、予備混合粉末を得た。【００５４】
この予備混合粉末を窒素雰囲気下のグローブボックス内に入れ、高純度化学研究所社製の窒化カルシウム粉末と混合した。混合比は予備混合粉末：窒化カルシウム粉末＝８８．６：１１．４質量比とした。その後、同じくグローブボックス内で、目開き２５０μｍのステンレス製篩を通して原料混合粉末を得た後、その原料混合粉末１２０ｇを、内部の容積が０．４リットルの蓋付きの円筒型窒化ホウ素製容器（電気化学工業社製Ｎ−１グレード）に充填した。【００５５】
この原料混合粉末を容器ごとカーボンヒーターの電気炉で大気圧窒素雰囲気中、１８００℃で１６時間の加熱処理を行った。原料混合粉末に含まれる窒化カルシウムは、空気中で容易に加水分解しやすいので、原料混合粉末を充填した窒化ホウ素製容器はグローブボックスから取り出した後、速やかに電気炉にセットし、直ちに真空排気し、窒化カルシウムの反応を防いだ。【００５６】
合成物は乳鉢で軽く解砕し、目開き１５０μｍの篩を全通させ、蛍光体粉末を得た。この蛍光体粉末に対して、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折測定（Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、以下、ＸＲＤ測定という。）により、結晶相を調べたところ、存在する結晶相はα型サイアロン単相であった。【００５７】
（ＥＢＳＤで求めた１０％面積平均径、及び５０％面積平均径）
実施例１のα型サイアロンの一次粒子の１０％面積平均径、及び５０％面積平均径を、ＥＢＳＤ法を用いて測定した。ＥＢＳＤ法として、走査型電子顕微鏡（日本電子社製ＦＥ−ＳＥＭ、ＪＳＭ−７００１Ｆ型）２に電子後方散乱回折像法測定装置（ＥＤＡＸ−ＴＳＬ社製ＯＩＭ装置）３を付加した装置を用いて測定した。【００５８】
具体的には、実施例１のα型サイアロンに電子線を照射して結晶構造と結晶方位に対応した散乱を生じさせ、この散乱のパターンの形状を、ソフトウエア（ＥＤＡＸ−ＴＳＬ社製ＯＩＭ、Ｖｅｒ５．２）により解析して個々の蛍光体の粒子における結晶方位を識別した。さらに、個々の結晶方位における粒子形状を画像解析し、前記（１）乃至（４）式から一次粒子の１０％面積平均径、５０％面積平均径、及び二次粒子の１０％面積平均径、５０％面積平均径を算出した。さらに、得られた画像から二次粒子中における一次粒子の平均個数を算出した。【００５９】
ＥＢＳＤ法で求めた結晶方位の測定条件を以下に示す。
加速電圧：１５ｋＶ
作動距離：１５ｍｍ
試料傾斜角度：７０°
測定領域：８０μｍ×２００μｍ
ステップ幅：０．２μｍ
測定時間：５０ｍｓｅｃ／ステップ
データポイント数：約４００，０００ポイント【００６０】
（画像解析）
画像解析にあっては、図３の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像、電子の加速電圧は１５ｋＶ、倍率は５００倍）に示す実施例１のα型サイアロンから、図４のＥＢＳＤ像を作製することによって行った。図４において、結晶方位の同じ部分が単一色領域で示されており、この単一色領域が一次粒子に相当する。解析の対象とする一次粒子の数が多いほど統計的な解析精度が向上する。一次粒子の数が３０００個以上であれば解析に十分なデータが得られる。この画像解析により求めた実施例１のα型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径及び１０％面積平均径は、表１に示すように、それぞれ５．７μｍ及び３．０μｍであった。二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比及び二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比は、それぞれ０．６０及び０．６８であり、二次粒子中における一次粒子の平均個数は２．０であった。【００６１】
（Ｄ５０）
実施例１のα型サイアロンの二次粒子の粒度分布をレーザー回折散乱法によって測定し、Ｄ５０を求めた。実施例１のα型サイアロンのＤ５０は、１３．５μｍであった。【００６２】
（発光ピーク波長）
凹型のセルの表面が平滑になるように実施例１のα型サイアロンを充填し、積分球を取り付けた。この積分球に、発光光源（Ｘｅランプ）から４５５ｎｍの波長に分光した単色光を、光ファイバーを用いて導入した。この単色光を励起源として、α型サイアロンに照射し、分光光度計（大塚電子社製、ＭＣＰＤ−７０００）を用いて、試料の蛍光スペクトル測定を行ない、発光ピーク波長を求めた。発光ピーク波長は実施例１のピーク波長は、表１に示すように、５９７ｎｍであった。【００６３】
（発光効率）
同じ測定器を用い、反射率が９９％の標準反射板（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社製、商品名「スペクトラロン」）を試料部にセットし、波長４５５ｎｍの励起光のスペクトルを測定した。その際、４５０〜４６５ｎｍの波長範囲のスペクトルから励起光フォトン数（Ｑｅｘ）を算出した。次いで、α型サイアロンを試料部にセットし、得られたスペクトルデータから発光フォトン数（Ｑｅｍ）を算出した。発光フォトン数は、４６５〜８００ｎｍの範囲で算出した。得られた三種類のフォトン数から発光効率（＝Ｑｅｍ／Ｑｅｘ×１００）を求めた。波長４５５ｎｍの青色光で励起した場合の発光効率は、６６．６％であった。【００６４】
＜実施例２＞
実施例２のα型サイアロンの原料粉末の配合組成として、α型窒化ケイ素粉末４４．０質量％、窒化アルミニウム粉末１５．９質量％、酸化ユーロピウム粉末０．８質量％、二次粒子のＤ５０が１３．５μｍの予め合成したα型サイアロン添加粉末を３０．０重量％とする予備混合粉末を用い、さらに窒素雰囲気下のグローブボックス内で、予備混合粉末と窒化カルシウム粉末の混合比（質量比）＝９０．７：９．３で混合した。α型サイアロン添加粉末以外の原料粉末のグレードについては、実施例１と同じものを用いた。これら以外の条件は、実施例１と同様にして実施例２のα型サイアロンを作製した。【００６５】
実施例２のα型サイアロンのＳＥＭ像を図５に示す。ＥＢＳＤ像を図６に示す。実施例１と同じく、実施例２のα型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径及び１０％面積平均径を算出した結果、表１に示すように、それぞれ７．７μｍ及び４．０μｍであった。二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比及び二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比は、それぞれ０．５７及び０．６６であり、二次粒子中における一次粒子の平均個数は２．０であった。さらに二次粒子の粒度分布を測定し、Ｄ５０を求めた結果、表１に示すように、１７．７μｍであった。実施例２のα型サイアロンの分光蛍光光度計による評価において、発光効率及びピーク波長は、表１に示すように、６９．１％、５９６ｎｍであった。【００６６】
＜実施例３＞
実施例３のα型サイアロンの原料粉末の配合組成として、α型窒化ケイ素粉末を５６．６質量％、窒化アルミニウム粉末を２０．４質量％、酸化ユーロピウム粉末を１．０質量％、二次粒子のＤ５０が１９．４μｍの予め合成したα型サイアロン添加粉末を１０．０重量％とする予備混合粉末を用い、さらに窒素雰囲気下のグローブボックス内で、予備混合粉末と窒化カルシウム粉末の混合比＝８８．０：１２．０質量比で混合した。α型サイアロン添加粉末以外の原料粉末については、実施例１及び２と同じものを用いた。そして、実施例１及び２と同様にして、窒化ホウ素製容器に充填後、電気炉で加熱処理を行い、合成物を得た。その後、合成物を超音速ジェット粉砕機（日本ニューマチック工業社製ＰＪＭ―８０型）により粉砕エアー圧力０．２ＭＰａで粉砕し、目開き１５０μｍの篩を全通させ、蛍光体粉末を得た。【００６７】
実施例３のα型サイアロンのＳＥＭ像を図７に示す。ＥＢＳＤ像を図８に示す。実施例１及び実施例２と同じく、実施例３のα型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径及び１０％面積平均径を算出した結果、表１に示すように、それぞれ１１．７μｍ及び５．８μｍであった。二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比及び二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比は、それぞれ０．６３及び０．８１であり、二次粒子中における一次粒子の平均個数は２．１であった。Ｄ５０は、二次粒子の粒度分布を測定して算出した結果、表１に示すように、１４．１μｍであった。実施例３のα型サイアロンの分光蛍光光度計による評価において、発光効率及びピーク波長は、表１に示すように、６６．５％、５９８ｎｍであった。さらに、上述の分光蛍光光度計により、実施例３のα型サイアロンの励起スペクトルの測定を行った。図９に実施例３の蛍光体の波長５９８ｎｍの蛍光強度を測定した時の励起スペクトルを示す。本発明の蛍光体は、紫外〜可視の幅広い波長域で励起される。特に波長３００〜５００ｎｍで効率良く励起されることから、近紫外及び青色ＬＥＤを励起源とする発光装置に適している。【００６８】
＜比較例１＞
二次粒子のＤ５０が１０．４μｍである予め合成したα型サイアロン添加粉末を用いたこと以外は、実施例１のα型サイアロンの原料粉末と同じ配合組成として、比較例１のα型サイアロンを作製した。【００６９】
比較例１のα型サイアロンのＳＥＭ像を図１０に示す。ＥＢＳＤ像を図１１に示す。実施例１乃至３と同じく、比較例１のα型サイアロンの一次粒子の５０％面積平均径及び１０％面積平均径を算出した結果、表１に示すように、４．８μｍ及び２．７μｍであった。二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比及び二次粒子の１０％面積平均径に対する一次粒子の１０％面積平均径の比は、それぞれ０．５５及び０．６４であり、二次粒子中における一次粒子の平均個数は２．６であった。さらに二次粒子の粒度分布を測定し、Ｄ５０を求めた結果、表１に示すように、１１．６μｍであった。比較例１のα型サイアロンの分光蛍光光度計による評価において、発光効率及びピーク波長は、表１に示すように、６０．９％、５９９ｎｍであり、実施例１乃至３の発光効率より低い値であった。【００７０】
＜実施例４＞
実施例３の加熱処理後に得られた合成物を超音速ジェット粉砕機により粉砕する際、粉砕エアー圧力を、実施例３より低い０．１５ＭＰａで粉砕し、目開き１５０μｍの篩を全通させ、蛍光体粉末を得た。実施例４のα型サイアロンは、一次粒子の５０％面積平均径が５μｍ以上であるが、α型サイアロンの二次粒子の５０％面積平均径に対する一次粒子の５０％面積平均径の比が０．５６未満の例である。実施例４の蛍光体１８の発光効率及びピーク波長は、表１に示すように、６４．２％、５９８ｎｍであった。【００７１】
＜実施例５＞
α型サイアロンを用いた発光装置の例を、図２を参照して詳細に説明する。蛍光体１８は、実施例３のα型サイアロンと、Ｓｉ５．７５Ａ０．２５Ｏ０．２５Ｎ７．７５：Ｅｕの組成を持つβ型サイアロン：Ｅｕ蛍光体の混合体である。β型サイアロン：Ｅｕ蛍光体の発光ピーク波長は５４３ｎｍであり、この蛍光体の４５０ｎｍ励起での発光効率は５４％であった。【００７２】
封止樹脂１７への蛍光体１８の配合は、以下のように行った。蛍光体１８を予め個別にシランカップリング剤（信越シリコーン社製ＫＢＥ４０２）でシランカップリング処理し、シランカップリング処理された蛍光体１８を封止樹脂１７としてのエポキシ樹脂（サンユレック社製ＮＬＤ−ＳＬ−２１０１）に混練することにより完了した。
発光光源１２としては、発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤチップを用いた。【００７３】
＜比較例２＞
比較例２の発光装置は、実施例５の発光装置１０において、蛍光体１８として用いた実施例３のα型サイアロンを比較例１のα型サイアロンに変更した以外は、実施例５と同様に作製した。【００７４】
実施例５の発光装置１０及び比較例２の発光装置を同一条件で発光させ、輝度計により同一条件下での中心照度及びＣＩＥ色度（ＣＩＥ１９３１）を測定した。色度座標（ｘ，ｙ）が（０．３１，０．３２）の白色発光装置で中心照度を比較すると、実施例５は比較例２に対して１．２２倍の明るさであった。
【符号の説明】
【００７５】
１：ＥＢＳＤ法に用いる装置
２：走査型電子顕微鏡
２Ａ：鏡筒部
２Ｂ：ステージ部
２Ｃ：ステージ制御部
２Ｄ：電子線走査部
２Ｅ：制御用コンピュータ
３：電子後方散乱回折像法測定装置
４：試料
５：電子線
６：後方散乱された電子
７：蛍光スクリーン
８：カメラ
１０：発光装置
１２：発光光源（ＬＥＤチップ）
１３：第１のリードフレーム
１３ａ：上部
１３ｂ：凹部
１４：第２のリードフレーム
１５：波長変換部材
１６：ボンディングワイヤ
１７：封止樹脂
１８：蛍光体（α型サイアロン）
１９：キャップ
【図１】
2012101899.tif 000004
【図２】
2012101899.tif 000005
【図３】
2012101899.tif 000006
【図４】
2012101899.tif 000007
【図５】
2012101899.tif 000008
【図６】
2012101899.tif 000009
【図７】
2012101899.tif 000010
【図８】
2012101899.tif 000011
【図９】
2012101899.tif 000012
【図１０】
2012101899.tif 000013
【図１１】
2012101899.tif 000014
【国際調査報告】
2012101899.tif 000015
2012101899.tif 000016
2012101899.tif 000017
2012101899.tif 000018