(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムランタンガーネット蛍光体であって、
焼結温度Ｔ及び焼結圧力Ｐの合成反応雰囲気により作られ、
前記リチウムランタンガーネット蛍光体の一般式はＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxであり、
そのうち、ｘ＝０．１、０≦ｙ≦２であり、
ＲはＰｒまたはＳｍであることを特徴とする、
リチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項２】
前記リチウムランタンガーネット蛍光体は、波長帯域３５０〜５００ｎｍによって励起されることを特徴とする、請求項１記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項３】
前記リチウムランタンガーネット蛍光体の発光波長帯域は４５０〜７００ｎｍであることを特徴とする、請求項１記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項４】
前記焼結温度Ｔは９００〜１２００℃、かつ焼結圧力は０．１〜０．９ＭＰａであることを特徴とする、請求項１記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項５】
前記合成反応雰囲気にはＨ2及びＮ2を含むことを特徴とする、請求項１記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項６】
前記合成反応雰囲気におけるＨ2とＮ2の比率はＨ2＝１０％、Ｎ2＝９０％であることを特徴とする、請求項５記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項７】
前記焼結温度Ｔは１０５０℃であることを特徴とする、請求項６記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【請求項８】
リチウムランタンガーネット蛍光体と、
発光チップとからなり、
かつリチウムランタンガーネット蛍光体の一般式はＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxであり、
そのうち、ｘ＝０．１、０≦ｙ≦２であり、
ＲはＰｒまたはＳｍであることを特徴とする、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のリチウムランタンガーネット蛍光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蛍光体に関し、特に一般式に示すＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxリチウムランタンガーネット蛍光体及びこれらを備える発光ダイオードに関する。そのうち、０＜ｘ≦１．０，０≦ｙ≦２、Ｒはランタン金属の元素である。
【背景技術】
【０００２】
省エネ、炭素軽減の意識台頭につれて、各国とも従来の光源に取り代わる白色発光ダイオード（Ｗｈｉｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，ＷＬＥＤ）の開発に取り掛かっている。発光ダイオードは高発光効率、低消費電力（電気消費量は従来の白熱灯の十分の一、蛍光灯の二分の一）、長寿命、低汚染、体積が小さい、操作反応が速いなどの長所を有し、従来の灯源では克服が難しい課題を解決できる。
現在はすでに白色発光ダイオードは交通信号灯、広告看板、自動車照明、携帯式装置及び表示装置などの素子に幅広く応用されている。このほか、白色発光ダイオードの低エネルギー消費及び低汚染の長所は、今日に推奨されている省エネ、炭素軽減のコンセプトに適っているため、グリーン照明エネルギーと名付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許ＵＳ  ５，９９８，９２５号
【特許文献２】米国特許ＵＳ  ７，５７３，１９０号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ（ｖｏｌ．７，  ｐ．５）ジャーナル
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
日亜化学株式会社が１９９６年に青色光発光ダイオードを利用し、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ3Ｏ5Ｏ12：Ｃｅ；  Ｃｅｒｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ；  ＹＡＧ：Ｃｅ）ドープの蛍光体を励起させ、青色光とＹＡＧ：Ｃｅが発光する黄色光を混合した後に白色光（米国特許ＵＳ  ５，９９８，９２５号特許文献１）を形成した。
しかし、この種の白色発光ダイオードは出射光に発光領域に赤色光を欠いており演色性も低い（Ｒａ＜８０）。そこで、演色性を増強して白色光発光装置の適用性を高くするため、赤色蛍光体が添加されている。
現時点で、良く使用されている赤色蛍光体は（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3である（米国特許ＵＳ  ７，５７３，１９０特許文献２）。しかし、赤色光の光出射は広帯域スペクトルに属し、スペクトル領域が７００ナノメータ（ｎｍ）を超える非可視光の部分は装置の効率が低下されるため、青色光励起に適した赤色蛍光体の開発は目下の重要課題である。
白光発光ダイオードは青色光ダイオードを利用するほか、紫外線発光ダイオードを使用し青、緑、赤三色蛍光体を励起することによって、白光を発光する方式がある。この種の結合方式は全スペクトル帯域を有し、高演色性の光源であるため、紫外線発光ダイオード用に適した蛍光体の開発は現時点の重要な研究目標である。
【０００６】
１９８８年Ｍａｚｚａ氏らがＭａｔｅｒｉａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ（ｖｏｌ．７，ｐ．５）ジャーナル（非特許文献１）にてＬｉ5Ｌａ2Ｍ2Ｏ12（Ｍ＝Ｎｂ，Ｔａ）構造を発表しており、さらに、２００６年にはＣｕｓｓｅｎ氏らがＣｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ｖｏｌ．４，ｐ．４１２）において、中性子回折技術によりカチオン格子を鑑定し、Ｌｉ5Ｌａ2Ｍ2Ｏ12（Ｍ＝Ｎｂ，Ｔａ）の完全な構造データが提出した。これは一種のガーネット構造タイプに属する。
この構造の一般式はＡ3Ｂ2（ＸＯ4）3、Ａ、Ｂ通常は二価陽イオンまたは三価陽イオンであり、Ｘはほとんどシリカまたはアルミなどの元素より構成する。イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12；Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ；ＹＡＧ）、Ｌｉ5Ｌａ2Ｍ2Ｏ12のうちランタンとＭ（Ｎｂ及びＴａ）にそれぞれ式のＡ位置及びＢ位置に埋め込み、ランタンを埋め込む格子位置は八配位であり、その配位原子はすべて酸素原子である。この種の結晶化合物は簡単に作られるが、励起により可視光出射の特性を有しない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述公知技術の課題に対して、本発明の目的は青色光または紫外光の励起により赤色蛍光またはその他帯域光の蛍光体を発光すると共に、演色性を増強し、かつ生産プロセスを簡素化するほか、低コストのリチウムランタンガーネット蛍光体及びこれらを備える発光ダイオードを提供することである。
【０００８】
前述目的を達成するため、本発明のリチウムランタンガーネット蛍光体は固相反応法により合成し、その一般式はＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxである。そのうち、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦２、Ｒはランタン系金属元素であり、かつ蛍光体発光の中心である。そのうち、固相反応法に使用された焼結温度は９００〜１２００℃、焼結圧力は０．１〜０．９ＭＰａ、かつ合成の反応条件はＨ2と、Ｎ2と、を含める。この蛍光体は波長３５０〜５００ｎｍの発光ダイオードによって励起することができ、かつ出射の波長は４５０〜７００ｎｍである。
【０００９】
一実施例において、焼結温度Ｔは１０５０℃であり、かつ合成反応雰囲気のＨ２及びＮ２の比例はそれぞれＨ2＝１０％、Ｎ2＝９０％である。
【００１０】
前述目的に基づき、本発明において、もう一種のリチウムランタンガーネット蛍光体を備える発光ダイオードを提供し、リチウムランタンガーネット蛍光体と、発光チップからなり、リチウムランタンガーネット蛍光体の一般式はＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxである。そのうち、０＜ｘ≦１．０，０≦ｙ≦２，Ｒはランタン系金属元素である。
【００１１】
前述設計により、本発明で提供するリチウムランタンガーネット蛍光体は、ドープされるランタン系金属元素の違いによって、青色光帯域または紫外光帯域の光線を有効に吸収して、かつ青色緑色帯域または赤色帯域の光線を発光する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｄ）のＸ線粉末のスペクトル図である。
【図２】本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｄ）の励起光スペクトル図である。
【図３Ａ】本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｂ）の出射光スペクトル図である。
【図３Ｂ】本発明の好ましい実施例（Ｃ）〜（Ｄ）の出射光スペクトル図である。
【図４】本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｄ）の色度座標図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の内容のさらなる理解を図るため、以下にて図面と合わせて説明する。
【実施例】
【００１４】
本発明のリチウムランタンガーネット蛍光体は固相反応法によって作られ、焼結温度は９００〜１２００℃、焼結圧力は０．１〜０．９ＭＰａ、化学式Ｌｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxによって示すことができる。そのうち、０＜ｘ≦１．０，０≦ｙ≦２、Ｒはランタン系金属元素であり、セリウムＣｅ、ユーロピウムＥｕ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、サマリウムＳｍ、テリビウムＴｂ、エルビウムＥｒ、イッテルビウムＹｂ及びジスプロシウムＤｙそのいずれかより選択する。さらに、前述リチウムランタンガーネット蛍光体及び発光チップを利用し、リチウムランタンガーネット蛍光体を備える発光ダイオードを作ることができる。
リチウムランタンガーネット蛍光体の一般式はＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxである。そのうち、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦２、Ｒはランタン金属の元素である。前述設計により、本発明で提供するリチウムランタンガーネット蛍光体は、ドープされるランタン系金属元素の違いによって、青色光帯域または紫外光帯域の光線を有効に吸収して、かつ青色緑色帯域または赤色帯域の光線を発光する。
一例として、Ｌｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒxにおいて、Ｌａの格子位置に活性剤としてランタン系金属元素Ｒをドープすることによって、Ｌｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒx、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦２を作ることができる。そのうち、Ｒはプラセオジムイオンのとき、当該化合物を青色光によって励起すると、青緑色光と赤色光を発光し、もし、Ｒはセマリウムのとき、紫外光によって励起すると、青色蛍光を発光する。本発明のリチウムランタンガーネット蛍光体の好ましい実施例による配合は下表に示す。
【００１５】
【表１】
0005586670.tif 000002
【００１６】
図１の本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｄ）のＸ線粉末解析像は、本発明の実施例（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて製造されたＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒx（ｘ＝０．１；ｙ＝０または２；Ｒ＝Ｐｒ，Ｓｍ）サンプルをＸ線粉末解析像により、結晶相の純度を鑑定したものである。その結果が公知構造の標準スペクトルに一致していることから、本発明の実施例に基づき、合成された蛍光体のサンプルが純粋相であることが裏付けている。
【００１７】
図２の本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｄ）の励起スペクトルを参照して説明する。図からわかるように、本発明実施例（Ａ）〜（Ｄ）  に基づいて製造されたＬｉ5Ｌａ3-xＮｂ2-yＴａyＯ12Ｒx（ｘ  ＝  ０．１；ｙ＝０または２；Ｒ  ＝  Ｐｒ，  Ｓｍ）サンプルのうち、プラセオジムをドープされたサンプル（Ａ）、（Ｂ）は４３０〜４５０ｎｍ帯域の光源励起に適しており、青色発光ダイオードの励起波長帯域範囲に符合し、サマリウムイオンをドープされたサンプル（Ｃ）、（Ｄ）は３５０〜４３０ｎｍ域の光源励起に適しており、紫外光発光ダイオードの紫外光發光の励起波長帯域範囲に符合している。
【００１８】
引き続き図３Ａの本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｂ）の発光スペクトル図を参照して説明する。図からわかるように、本発明の実施例（Ａ）〜（Ｂ）  に基づいて製造されたＬｉ5Ｌａ2.9Ｎｂ2-yＴａyＯ12  Ｐｒ0.1（ｙ＝０または２）サンプルは、青色光の励起によって、青緑光と赤色光を発光できる。この種の蛍光体の出射波長帯域は４６０〜７００  ｎｍである。
【００１９】
引き続き図３Ｂの本発明の好ましい実施例（Ｃ）〜（Ｄ）の発光スペクトル図を参照して説明する。図からわかるように、本発明の実施例（Ｃ）〜（Ｄ）に基づいて製造されたＬｉ5Ｌａ2.9Ｎｂ2-yＴａyＯ12Ｓｍ0.1（ｙ＝０または２）サンプルは、紫外光の励起によって、赤色光を発光できる。この種の蛍光体の出射波長帯域は５５０〜７００  ｎｍである。
【００２０】
引き続き図４の本発明の好ましい実施例（Ａ）〜（Ｄ）の色度座標図を参照して説明する。本実施例（Ａ）〜（Ｄ）の発光スペクトルを国際照明委員会が制定された色度座標図に基づいて公式換算し、発光の色度座標を算出した後、座標図に表示する。図４に示すように、本発明の好ましい実施例の発光は赤色光帯域であることがわかる。
【００２１】
前述とおり、本発明は斬新なリチウムランタンガーネット化合物からなる赤色光蛍光体を提供し、３５０〜４５０ｎｍの光波を有効に吸収した後、４５０〜７００ｎｍ帯域の光線を発光することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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