[发明专利]赛隆荧光粉及其制备方法以及使用该荧光粉的照明器具和发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及由紫外线或蓝色光激发以发射可见光的赛隆(sialon)荧光粉及其制备方法以及使用该荧光粉的照明器具和发光元件。进一步更详细地说，本发明涉及可用于蓝色发光二极管(蓝色LED)或者紫外发光二极管(紫外LED)的荧光粉及其制备方法以及使用该荧光粉的照明器具和发光元件，尤其为白色发光二极管(白色LED)。 

背景技术

作为荧光粉，众所周知使用硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐、硫化物作为母体材料并使用过渡金属或稀土金属作为发光中心的荧光粉。 

另一方面，通过具有紫外线或蓝色光等高能量的激发源激发而发射可见光的这种白色LED引起了人们的关注并且正在被开发。然而，当在该用途中使用前述现有的荧光粉时，受激发源照射的结果，产生荧光粉亮度降低的问题。 

作为亮度降低少的荧光粉，最近，氮化物、氮氧化物荧光粉已经受到了人们的注目，它们是具有稳定晶体结构并且能够将激发光、发光向长波长侧迁移的材料。 

作为氮化物、氮氧化物荧光粉，已知的是，特定稀土元素被活化的α型赛隆(Si-Al-O-N)具有有用的荧光特性，并且研究了其在白色LED等中的应用(参见专利文献1～5、非专利文献1和2)。 

α型赛隆具有如下的结构：α型氮化硅晶体的Si-N键部分地 被Al-N键和Al-O键取代，为了保持电中性，在晶格之间特定元素(Ca和Li、Mg、Y或者除了La和Ce以外的镧系金属)侵入固溶到晶格内。通过使一部分侵入固溶的元素成为形成发光中心的稀土元素，从而表现荧光特性。 

α型赛隆通过将包括氮化硅、氮化铝、根据需要的氧化铝以及侵入固溶的元素的氧化物等的混合粉末在氮气气氛和高温下烧结来获得。根据氮化硅和铝化合物之问的比例、侵入固溶的元素的类型以及成为发光中心的元素的比率等，可以获得各种各样的荧光特性。尤其，将作为侵入固溶元素的Ca与作为发光中心的Eu固溶的α型赛隆，有效地在紫外～蓝色区的宽波长范围内被激发，发射黄～橙色光。因此，通过将它与互补色的蓝色发光LED组合，预期可用于白色LED用途。 

还发现，通过活化稀土元素获得的Ca₂(Si，Al)₅N₈、CaSiAlN₃或β型赛隆也具有同样的荧光特性(参见专利文献6、7、非专利文献2、3)。 

另外，提出了氮化铝、氮化硅镁、氮化硅钙、氮化硅钡、氮化镓、氮化硅锌等氮化物、氮氧化物的荧光粉(以下依次称之为氮化物荧光粉和氮氧化物荧光粉)。 

作为这些荧光粉的合成方法，例如在α型赛隆粉末的情况下，已知有一种还原氮化法，其为将氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、可在晶格内固溶的金属或元素的氧化物等的混合粉末在碳的存在下、在氮气气氛中加热处理的还原氮化法(参见非专利文献4～6)。 

虽然非专利文献4～6中所报告的方法具有原料粉末廉价并且可以在大约1500℃的较低温度下合成的特点，但由于在合成过程中经由许多中间产物并且产生了SiO、CO等气体成分，所以很难获得单相物质，并且难以严格控制组成、难以控制粒度。

另外，通过在高温下将氮化硅、氮化铝和固溶到它们的晶格内的金属或元素的氧化物等的混合物烧结，将所得的烧结体粉碎，也可获得赛隆粉末，但具有由于粉碎操作导致荧光粉的发光强度降低的问题。 

如上述，在现有技术中，仅将包含构成元素的氮化物和包含活化元素(activating elements)的化合物混合和加热，或者仅将构成元素的氧化物的混合物用碳等进行还原氮化的话，不能获得具有充分特性的氮化物荧光粉或者氮氧化物荧光粉。 

尤其，在赛隆荧光粉的情况下，在使用包含其构成元素的钙、钇等固溶元素和铈、铕等活化元素的氧化物作为原料的制备方法中，通过烧结过程中的液相烧结，粒子间的结合变得牢固，为了获得目标粒度的粉末，有必要在过于严格条件下进行粉碎处理。在该情况下，粉碎条件越严格，混入的杂质越多，并且存在在各个颗粒表面上产生缺陷、发光特性劣化的问题。 

为了解决该问题，本发明人等提出了一种制备方法，其为通过使用不含氧的原料，例如氟化钙、氰化钙等原料以及设计烧结用原料的混合方法等，由此几乎不需要粉碎处理的制备方法，且该方法可以提高发光强度(参见专利文献8、9)。