荧光体及其制备方法、发光装置及图像显示装置.pdf

本发明提供一种荧光体，该荧光体具有与现有荧光体不同的发光特性，并且在与波长470nm以下的LED组合时发光强度高，且化学稳定性及热稳定性良好。本发明的荧光体至少包含含有A元素、D元素、E元素和X元素(其中，A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)的，由Sr1Si3Al2O4N4所示的结晶构成的无机结晶、或具有与Sr1Si3Al2O4N4所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶中固溶有M元素(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素)的无机化合物。

1.  一种荧光体，至少包含含有A元素、D元素、E元素和X元素(其中，A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)的，由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶构成的无机结晶、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶中固溶有M元素(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素)的无机化合物。

2.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
具有与所述Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶为A₁Si₃Al₂O₄N₄或A₁(D,E)₅X₈所示的结晶。

3.  根据权利要求2所述的荧光体，其中，
所述A元素包含Sr和Ba的任一种或两者，所述D元素包含Si，所述E元素包含Al，所述X元素包含N，根据需要所述X元素包含O。

4.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述M元素包含Eu。

5.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述无机结晶为单斜晶系的结晶。

6.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述无机结晶为单斜晶系的结晶，并且具有空间群P2₁的对称 性，
晶格常数a、b、c为：
a＝0.72516±0.05nm
b＝0.93431±0.05nm
c＝1.08761±0.05nm
(这里，上述的「±0.05」为公差)
的范围的值。

7.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
具有与所述Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶为Ba₁Si₃Al₂O₄N₄、或者(Sr,Ba)₁Si₃Al₂O₄N₄。

8.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
具有与所述Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶由
(Sr,Ba)₁Si_3-xAl_2+xO_4+xN_4-x
(其中，-1≦x≦2)
的组成式表示。

9.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述无机化合物在
A₁Si_3-xAl_2+xO_4+xN_4-x
(其中，-1≦x≦2)
所示的结晶中固溶有Eu。

10.  根据权利要求9所述的荧光体，其中，
所述A元素为Sr及Ba的组合。

11.  根据权利要求10所述的荧光体，其中，
所述无机结晶使用参数x和y，并且由
Eu_y(Sr,Ba)₁Si_3-xAl_2+xO_4+xN_4-x
(其中，-1≦x≦2、0.0001≦y≦0.5)
表示。

12.  根据权利要求9所述的荧光体，其中，
所述x为0。

13.  根据权利要求9所述的荧光体，其中，
所述A元素为Sr及Ba的组合，
所述x为0，
在波长295nm至420nm的照射光下发出波长440nm以上且520nm以下的蓝色的荧光。

14.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述无机化合物是平均粒径为0.1μm以上且20μm以下的单结晶颗粒或单结晶的聚集体。

15.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述无机化合物所含有的杂质元素Fe、Co、Ni的总计为500ppm以下。

16.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述荧光体除所述无机化合物以外，还包含与所述无机化合物不同的结晶相或非晶相，并且
所述无机化合物的含量为20质量％以上。

17.  根据权利要求16所述的荧光体，其中，
与所述无机化合物不同的结晶相或非晶相是具有导电性的无机 物质。

18.  根据权利要求17所述的荧光体，其中，
所述具有导电性的无机物质是包含选自Zn、Al、Ga、In、Sn的一种或两种以上的元素的氧化物、氮氧化物、或氮化物、或者这些的混合物。

19.  根据权利要求16所述的荧光体，其中，
与所述无机化合物不同的结晶相或非晶相是荧光体。

20.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
通过照射激发源，发出在440nm至520nm的范围的波长上具有波峰的荧光。

21.  根据权利要求19所述的荧光体，其中，
所述激发源是具有100nm以上且420nm以下的波长的真空紫外线、紫外线或可见光、电子束或X射线。

22.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
激发源被照射后发出的光的颜色是CIE1931色度坐标上的(x,y)的值，并且满足

0.  05≦x≦0.3

0.  02≦y≦0.4
的条件。

23.  根据权利要求1所述的荧光体，其中，
所述无机化合物由组成式M_dA_eD_fE_gX_h(其中，式中d+e+f+g+h＝1，并且M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素、A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种 以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)所表示，并且参数d、e、f、g、h满足

0.  00001≦d≦0.05

0.  05≦e≦0.1

0.  07≦f≦0.3

0.  07≦g≦0.3

0.  45≦h≦0.6
的所有条件的范围。

24.  根据权利要求23所述的荧光体，其中，
包含在所述组成式中，满足

0.  5/5≦(d+e)/(f+g)≦2/5
的关系的无机化合物。

25.  根据权利要求24所述的荧光体，其中，
包含在所述组成式中，满足

0.  9/5≦(d+e)/(f+g)≦1.2/5
的关系的无机化合物。

26.  根据权利要求23所述的荧光体，其中，
在所述组成式中，所述参数d、e、f、g、h为满足

0.  06≦d+e≦(1/14)+0.05
(5/14)-0.05≦f+g≦(5/14)+0.05
(8/14)-0.05≦h≦0.6
的所有条件的范围的值。

27.  根据权利要求23所述的荧光体，其中，
包含在所述组成式中，所述参数f、g满足
2/5≦f/(f+g)≦4/5
的条件的无机化合物。

28.  根据权利要求23所述的荧光体，其中，
包含在所述组成式中，所述X元素包含N和O，且以组成式M_dA_eD_fE_gO_h1N_h2(其中，公式中，d+e+f+g+h1+h2＝1、及h1+h2＝h)表示，并且满足
2/8≦h1/(h1+h2)≦6/8
的条件的无机化合物。

29.  根据权利要求28所述的荧光体，其中，
包含在所述组成式中，满足

3.  5/8≦h1/(h1+h2)≦4.5/8
的条件的无机化合物。

30.  一种荧光体的制备方法，其中，
通过对金属化合物的混合物进行灼烧，即，在含有氮的惰性气氛环境中，在1200℃以上且2200℃以下的温度范围内，对能够构成权利要求1所述的荧光体的原料混合物进行灼烧。

31.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
所述金属化合物的混合物包括含有M的化合物、含有A的化合物、含有D的化合物、含有E的化合物、和含有X的化合物(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素；A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)。

32.  根据权利要求31所述的荧光体的制备方法，其中，
所述含有M的化合物是选自含有M的金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物，所述含有A的化合物是选自含有A的金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物，所述含有D的化合物是选自金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物。

33.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
所述金属化合物的混合物至少含有铕的氧化物或氮化物、锶的氮化物或氧化物或碳酸盐、及/或钡的氮化物或氧化物或碳酸盐、氧化硅或氮化硅、氧化铝或氮化铝。

34.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
含有所述氮的惰性气氛环境为0.1MPa以上且100MPa以下的压力范围的氮气气氛环境。

35.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
灼烧炉的发热体、隔热体或试剂容器使用石墨。

36.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
将粉末体或凝聚体形状的金属化合物的松密度保持为40％以下的填充率的状态下，填充到容器后进行灼烧。

37.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
灼烧所使用的容器为氮化硼制。

38.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
金属化合物的粉末体颗粒或凝聚体的平均粒径为500μm以下。

39.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
通过喷雾干燥机、筛析或气流分级，将金属化合物的凝聚体的平均粒径控制在500μm以下。

40.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
灼烧方法不是采用热压法，而是采用常压烧结法或气压烧结法。

41.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
通过选自粉碎、分级、酸处理的一种乃至多种的方法，将通过灼烧而合成的荧光体粉末的平均粒径调整至50nm以上且200μm以下的粒度。

42.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
对灼烧后的荧光体粉末、或粉碎处理后的荧光体粉末、或粒度调整后的荧光体粉末，在1000℃以上且在灼烧温度以下的温度下，进行热处理。

43.  根据权利要求30所述的荧光体的制备方法，其中，
在所述金属化合物的混合物中，添加在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物而进行灼烧。

44.  根据权利要求43所述的荧光体的制备方法，其中，
所述在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物为选自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素的氟化物、氯化物、碘化物、溴化物、或磷酸盐中的一种或两种以上的混合物。

45.  根据权利要求43所述的荧光体的制备方法，其中，
通过灼烧后在溶剂中清洗，使在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物的含量降低。

46.  一种发光装置，其中，
在包括发光体及第一荧光体的发光装置中，所述第一荧光体为权利要求1至29任一项所述的荧光体。

47.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
所述发光体为发出330～500nm的波长的光的发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、半导体激光、或有机发光二极管(OLED)。

48.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
所述发光装置为白色发光二极管、或包括多个白色发光二极管的照明器具、液晶面板用背光光源。

49.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
所述发光装置还包括第二荧光体，并且
所述发光体发出波峰波长为300～420nm的紫外光或可见光，通过混合所述第一荧光体发出的蓝色光和所述第二荧光体发出的470nm以上的波长的光，而发出白色光或白色光以外的光。

50.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
还包括由所述发光体发出波峰波长为420～500nm以下的光的蓝色荧光体。

51.  根据权利要求50所述的发光装置，其中，
所述蓝色荧光体选自AlN:(Eu,Si)、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、SrSi₉Al₁₉ON₃₁:Eu、LaSi₉Al₁₉N₃₂:Eu、α-塞隆:Ce、JEM:Ce。

52.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
还包括由所述发光体发出波峰波长为500nm以上且550nm以下的光的绿色荧光体。

53.  根据权利要求52所述的发光装置，其中，
所述绿色荧光体选自β-塞隆:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)₂SiO₄:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si₂O₂N₂:Eu。

54.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
还包括由所述发光体发出波峰波长为550nm以上且600nm以下的光的黄色荧光体。

55.  根据权利要求54所述的发光装置，其中，
所述黄色荧光体选自YAG:Ce、α-塞隆:Eu、CaAlSiN₃:Ce、La₃Si₆N₁₁:Ce。

56.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
还包括由所述发光体发出波峰波长为600nm以上且700nm以下的光的红色荧光体。

57.  根据权利要求56所述的发光装置，其中，
所述红色荧光体选自CaAlSiN₃:Eu、(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu、Ca₂Si₅N₈:Eu、Sr₂Si₅N₈:Eu。

58.  根据权利要求46所述的发光装置，其中，
所述发光体为发出为320～420nm波长的光的LED。

59.  一种图像显示装置，其中，
在由包括激发源和荧光体构成的图像显示装置中，至少采用权利要求1至29任一项所述的荧光体。

60.  根据权利要求59所述的图像显示装置，其中，
所述图像显示装置为真空荧光显示器(VFD)、场发射显示器(FED)、等离子显示器面板(PDP)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)的任一种。

61.  一种颜料，包含根据权利要求1至29任一项所述的荧光体。

62.  一种紫外线吸收剂，包含根据权利要求1至29任一项所述的荧光体。

荧光体及其制备方法、发光装置及图像显示装置
技术领域
本发明涉及以Sr₁Si₃Al₂O₄N₄及具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄相同的结晶结构的结晶(以下，称作Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶)为基体结晶的荧光体、其制备方法及其用途。
背景技术
荧光体被用于真空荧光显示器(VFD(Vacuum-Fluorescent Display))、场发射显示器(FED(Field Emission Display))或表面传导电子发射显示器(SED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display))、等离子显示器面板(PDP(Plasma Display Panel))、阴极射线管(CRT(Cathode-Ray Tube))、液晶显示器背光(Liquid-Crystal Display Backlight)、白色发光二极管(LED(Light-Emitting Diode))等。在这些的任一用途中，为了使荧光体发光，都需要向荧光体提供用于激发荧光体的能量。荧光体可以由真空紫外线、紫外线、电子束、蓝色光等具有高能量的激发源激发，从而发出蓝色光、绿色光、黄色光、橙色光、红色光等可见光线。但是，荧光体暴露于所述激发源的结果，存在荧光体的亮度容易下降的问题，因此需要亮度下降少的荧光体。因此提出了塞隆荧光体、氮氧化物荧光体、氮化物荧光体等以在结晶结构中含有氮的无机结晶为基体的荧光体，来作为即使在高能量的激发源的激发下也会亮度下降少的荧光体，从而替代现有的硅酸盐荧光体、磷酸盐荧光体、铝酸盐荧光体、硫化物荧光体等荧光体。
该塞隆荧光体的一个例子，可以通过如下所述的制备工艺来制备。首先，以规定的摩尔比将氮化硅(Si₃N₄)、氮化铝(AlN)、氧化铕(Eu₂O₃)混合，在1气压(0.1MPa)的氮气中，1700℃的 温度下保持一小时，从而通过热压法进行灼烧来制备(参见例如专利文献1)。由该工艺得到的激活Eu²⁺离子的α型塞隆(α-sialon)，是由450至500nm的蓝色光激发而发出550至600nm的黄色光的荧光体。此外，已知在保持α塞隆的结晶结构的状态下，通过改变Si与Al的比例或氧与氮的比例，可使发光波长发生变化(参见例如专利文献2及专利文献3)。
作为塞隆荧光体的其他例子，已知β型赛隆(β-sialon)中激活Eu²⁺的绿色荧光体(参见专利文献4)。在该荧光体中，在保持结晶结构的状态下，通过改变氧含量，可使发光波长变化为短波长(参见例如专利文献5)。此外，已知激活Ce³⁺则成为蓝色荧光体(参见例如专利文献6)。
氮氧化物荧光体的一个例子，已知以JEM相(LaAl(Si_6-zAl_z)N_10-zO_z)作为基体结晶使Ce激活的蓝色荧光体(参见专利文献7)。在该荧光体中，已知在保持结晶结构的状态下，通过以Ca置换La的一部分，可以使激发波长为长波长，同时可以使发光波长为长波长。
作为氮氧化物荧光体的其他例子，已知以La-N结晶La₃Si₈N₁₁O₄作为基体结晶使Ce激活的蓝色荧光体(参见专利文献8)。
氮化物荧光体的一个例子，已知以CaAlSiN₃作为基体结晶使Eu²⁺激活的红色荧光体(参见专利文献9)。通过使用该荧光体，具有提高白色LED的显色性的效果。作为光学活性元素添加有Ce的荧光体是橙色的荧光体。
如此，荧光体通过成为基体的结晶和固溶于其中的金属离子(激活离子)的组合，来决定发光颜色。进而，由于基体结晶和激活离子的组合决定发光光谱、激发光谱等发光特性或化学稳定性、热稳定性，因此在基体结晶不同或激活离子不同的情况下，视为不同的荧光体。此外，即使化学组成相同而结晶结构不同的材料，由于基体结晶不同而使发光特性或稳定性不同，因此视为不同的荧光体。
另外，在众多的荧光体中，在保持基体结晶的结晶结构的状态 下，能够通过置换构成元素的种类，而使发光颜色产生变化。例如：在YAG(yttrium aluminum garnet、钇铝石榴石)中添加有Ce的荧光体发出绿色光，但是以Gd置换YAG结晶中的Y的一部分，以Ga置换YAG结晶中的Al的一部分的荧光体呈现黄色发光。另外，在CaAlSiN₃中添加有Eu的荧光体中，已知通过以Sr置换Ca的一部分，可保持结晶结构不变而使组成发生变化，并且使发光波长为短波长。如此，在保持结晶结构不变而进行元素置换的荧光体，视为相同群组的材料。
根据这些，在新的荧光体的开发中，发现具有新的结晶结构的基体结晶非常重要，通过激活这样的基体结晶中负责发光的金属离子，而发现荧光特性，从而能够提出新的荧光体。
[专利文献]
专利文献1:日本专利第3668770号专利说明书
专利文献2:日本专利第3837551号专利说明书
专利文献3:日本专利第4524368号专利说明书
专利文献4:日本专利第3921545号专利说明书
专利文献5:国际公开第2007/066733号公报
专利文献6:国际公开第2006/101096号公报
专利文献7:国际公开第2005/019376号公报
专利文献8:日本专利特开2005-112922号公报
专利文献9:日本专利第3837588号专利说明书
发明内容
本发明是为了满足上述要求而作出的，其目的之一在于提供一种具有与现有的荧光体不同的发光特性(发光颜色或激发特性、发光光谱)，并且在与波长470nm以下的LED组合时发光强度高，且化学稳定性及热稳定性良好的无机荧光体。本发明的另一个目的在于提供一种使用所述荧光体的耐久性优异的发光装置、及耐久性优异的图像显示装置。
本发明人等在上述状况下，对以含有氮的新的结晶及以其他元素置换了该结晶结构中的金属元素或N的结晶为基体的荧光体，进行详细的研究，发现以具有Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的结晶结构的结晶为基体的无机材料，发出高亮度的荧光。此外，发现特定的组成显示蓝色的发光。
此外，上述中通过作为代表性的一种化合物的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄，表现出特定的结晶结构，但通常是以A₁(D,E)₅X₈表示的结晶或结晶类的结晶结构。这里，A可以为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素，D可以为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素，E可以为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素，X可以为选自O、N、F的一种或两种以上的元素。
尤其是，A元素包含Sr和Ba的任一种或两者，D元素包含Si，E元素包含Al，X元素包含N，根据需要X元素包含O。通过将这里记载的元素适当地组合，能够形成上述结晶结构。例如，优选能够以(Sr,Ba)₁(Si,Al)₅(O,N)₈表示的结晶或结晶类。这里，(Sr,Ba)₁在整体的摩尔比例中为1比13(5+8＝13)，该1由Sr及Ba构成。例如，可以含有「Sr_0.5Ba_0.5」、「Sr₀Ba₁」、「Sr₁Ba₀」等。
同样地，(Si,Al)₅在整体的摩尔比例中为5比9(1+8＝9)，该5由Si及Al构成。例如，可以含有「Si₂Al₃」、「Si₃Al₂」之类的「Si_fAl_g」(0<f<5且0<g<5且f+g＝5)等。同样地，(O,N)₈在整体的摩尔比例中为8比6(1+5＝6)，该8由O及N构成。例如，可以含有「O₄N₄」之类的「O_h1N_h2」(0<h1<8且0<h2<8且h1+h2＝8)等。但是，为了保持该化合物内的电荷的中性，优选满足2+4·f+3·g＝2·h1+3·h2。
另外，发现通过使用该荧光体，可以获得具有高发光效率并且温度变动小的白色发光二极管(发光装置)、或使用该二极管的照明器具、或显色鲜明的图像显示装置。
本发明人鉴于上述情况反复进行了锐意研究，结果是通过采用以下所记载的结构，成功地提供了在特定波长区域以高亮度显示发 光现象的荧光体。此外，使用后述的方法成功地制备了具有优异的发光特性的荧光体。另外，通过使用该荧光体并且采用以下所记载的结构，成功地提供了具有优异的特性的发光装置、照明器具、图像显示装置、颜料、紫外线吸收剂。具体如下所述。
(1)一种荧光体，至少包含含有A元素、D元素、E元素和X元素(其中，A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)的，由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶构成的无机结晶(固溶体结晶)、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶中固溶有M元素(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素)的无机化合物。
这里，相同的结晶结构包含实质上相同的结构、或所谓类似的结构。因此，可以说晶格常数较长者或较短者均具有相同的结构。
通常，所谓固溶体是指固体中溶入其他固体而成为均匀的一个固体，所谓固溶是指成为这种状态或是这种状态。例如，即使在无机化合物的结晶结构中溶入其他原子，仍保持原来的结晶结构的形状而在固体状态下混合的状态称为固溶，可以将其物质称为固溶体。作为更具体的例子，固溶体包含置换型固溶体及侵入型固溶体。
置换型固溶体是溶质原子替代溶剂原子的物质，各自的原子的大小大致相同，则容易进行置换。可以想到原子半径的差异小于或等于10％左右，则成分比的整体完全固溶，但差异为10％以上，则固溶度急剧减小，差异为15％以上，则变得几乎不固溶。该经验准则是休姆·饶塞里(Hume-Rothery)准则的一种。侵入型固溶体是原子半径比较小的元素侵入结晶晶格的原子间的空隙的物质。这里所述的固溶体可以是任意一方或两者。
另外，固溶时，优选作为整体保持电荷的中性。但是，由于存在结晶结构内至少局部产生电子及/或空穴的情况，因此电荷的中 性并非只在构成的元素中成立。
(2)根据上述(1)所述的荧光体，其中，具有与所述Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶为A₁Si₃Al₂O₄N₄或A₁(D,E)₅X₈所示的结晶。
(3)根据上述(1)或(2)所述的荧光体，其中，所述A元素包含Sr和Ba的任一种或两者，所述D元素包含Si，所述E元素包含Al，所述X元素包含N，根据需要所述X元素包含O。
(4)根据上述(1)至(3)任一项所述的荧光体，其中，M元素包含Eu。
(5)根据上述(1)至(4)任一项所述的荧光体，其中，所述无机结晶为单斜晶系的结晶。
(6)根据上述(1)至(5)任一项所述的荧光体，其中，所述无机结晶为单斜晶系的结晶，并且具有空间群P2₁的对称性，
晶格常数a、b、c为：
a＝0.72516±0.05nm
b＝0.93431±0.05nm
c＝1.08761±0.05nm
(这里，上述的「±0.05」为公差)
的范围的值。
(7)根据上述(1)至(6)任一项所述的荧光体，其中，具有与所述Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶为Ba₁Si₃Al₂O₄N₄、或者(Sr,Ba)₁Si₃Al₂O₄N₄。
(8)根据上述(1)至(7)任一项所述的荧光体，其中，具有与所述Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶由
(Sr,Ba)₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2)
的组成式表示。
(9)根据上述(1)至(8)任一项所述的荧光体，其中，
所述无机化合物在A₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2)
所示的结晶中固溶有Eu。
(10)根据上述(1)至(9)任一项所述的荧光体，其中，所述A元素为Sr和Ba的组合。
(11)根据上述(1)至(10)任一项所述的荧光体，其中，所述无机结晶使用参数x和y，并且由
Eu_y(Sr,Ba)₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2、0.0001≦y≦2)
表示。
(12)根据上述(8)至(11)任一项所述的荧光体，其中，所述x为0。
(13)根据上述(9)或(11)所述的荧光体，其中，所述A元素为Sr和Ba的组合，所述x为0，在波长295nm至420nm的照射光下发出波长440nm以上且520nm以下的蓝色的荧光。
(14)根据上述(1)至(13)任一项所述的荧光体，其中，所述无机化合物是平均粒径为0.1μm以上且20μm以下的单结晶颗粒或单结晶的聚集体。
(15)根据上述(1)至(14)任一项所述的荧光体，其中，所述无机化合物所含有的杂质元素Fe、Co、Ni的总计为500ppm以下。
(16)根据上述(1)至(15)任一项所述的荧光体，其中所述荧光体除所述无机化合物以外，还包含与所述无机化合物不同的结晶相或非晶相，并且所述无机化合物的含量为20质量％以上。
(17)根据上述(16)所述的荧光体，其中，与所述无机化合物不同的结晶相或非晶相是具有导电性的无机物质。
(18)根据上述(17)所述的荧光体，其中，所述具有导电性的无机物质是包含选自Zn、Al、Ga、In、Sn的一种或两种以上的元素的氧化物、氮氧化物、或氮化物、或者这些的混合物。
(19)根据上述(16)至(18)任一项所述的荧光体，其中，与所述无机化合物不同的结晶相或非晶相是荧光体。
(20)根据上述(1)至(19)任一项所述的荧光体，其中，通过照射激发源，发出在440nm至520nm的范围的波长上具有波峰的荧光。
(21)根据上述(1)至(20)任一项所述的荧光体，其中，所述激发源是具有100nm以上且420nm以下的波长的真空紫外线、紫外线或可见光、电子束或X射线。
(22)根据上述(1)至(21)任一项所述的荧光体，其中，激发源被照射后发出的光的颜色是CIE1931色度坐标上的(x,y)的值，并且满足
0.05≦x≦0.3
0.02≦y≦0.4
的条件。
(23)根据上述(1)至(22)任一项所述的荧光体，其中，所述无机化合物由组成式M_dA_eD_fE_gX_h(其中，公式中d+e+f+g+h＝1，并且M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素、A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)所表示，并且参数d、e、f、g、h满足
0.00001≦d≦0.05
0.05≦e≦0.1
0.07≦f≦0.3
0.07≦g≦0.3
0.45≦h≦0.6
的所有条件的范围。
(24)根据上述(23)所述的荧光体，其中，包含在所述组成式中，满足
0.5/5≦(d+e)/(f+g)≦2/5
的关系的无机化合物。
(25)根据上述(24)所述的荧光体，其中，包含在所述组成式中，满足
0.9/5≦(d+e)/(f+g)≦1.2/5
的关系的无机化合物。
(26)根据上述(23)至(25)任一项所述的荧光体，其中，在所述组成式中，所述参数d、e、f、g、h为满足
0.06≦d+e≦(1/14)+0.05
(5/14)-0.05≦f+g≦(5/14)+0.05
(8/14)-0.05≦h≦0.6
的所有条件的范围的值。
(27)根据上述(23)至(25)任一项所述的荧光体，其中，包含在所述组成式中，所述参数f、g满足
2/5≦f/(f+g)≦4/5
的条件的无机化合物。
(28)根据上述(23)至(25)任一项所述的荧光体，其中，包含在所述组成式中，所述X元素包含N和O，且以组成式M_dA_eD_fE_gO_h1N_h2(其中，公式中，d+e+f+g+h1+h2＝1、及h1+h2＝h)表示，并且满足
2/8≦h1/(h1+h2)≦6/8
的条件的无机化合物。
(29)根据上述(28)所述的荧光体，其中，包含在所述组成式中，满足
3.5/8≦h1/(h1+h2)≦4.5/8
的条件的无机化合物。
(30)一种荧光体的制备方法，其中，通过对金属化合物的混合物进行灼烧，即，在含有氮气的惰性气氛环境中，在1200℃以上且2200℃以下的温度范围内，对能够构成权利要求1所述的荧光体的原料混合物进行灼烧。
(31)根据上述(30)所述的荧光体的制备方法，其中，所述金属化合物的混合物包括含有M的化合物、含有A的化合物、含有D的化合物、含有E的化合物、和含有X的化合物(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素；A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)。
(32)根据上述(31)所述的荧光体的制备方法，其中，所述含有M的化合物是选自含有M的金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物，所述含有A的化合物是选自含有A的金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物，所述含有D的化合物是选自金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物。
(33)根据上述(30)至(32)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，所述金属化合物的混合物至少含有铕的氮化物或氧化物、锶的氮化物或氧化物或碳酸盐、及/或钡的氮化物或氧化物或碳酸盐、氧化硅或氮化硅、氧化铝或氮化铝。
(34)根据上述(30)至(33)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，含有所述氮气的惰性气氛环境为0.1MPa以上且100MPa以下的压力范围的氮气气氛环境。
(35)根据上述(30)至(34)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，灼烧炉的发热体、隔热体或试剂容器使用石墨。
(36)根据上述(30)至(35)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，将粉末体或凝聚体形状的金属化合物的松密度保持为40％以下的填充率的状态下，填充到容器后进行灼烧。
(37)根据上述(30)至(36)任一项所述的荧光体的制备方 法，其中，灼烧所使用的容器为氮化硼制。
(38)根据上述(30)至(37)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，金属化合物的粉末体颗粒或凝聚体的平均粒径为500μm以下。
(39)根据上述(30)至(38)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，通过喷雾干燥机、筛析或气流分级，将金属化合物的凝聚体的平均粒径控制在500μm以下。
(40)根据上述(30)至(39)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，灼烧方法不是采用热压法，而是采用常压烧结法或气压烧结法。
(41)根据上述(30)至(40)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，通过选自粉碎、分级、酸处理的一种乃至多种的方法，将通过灼烧而合成的荧光体粉末的平均粒径调整至50nm以上且200μm以下的粒度。
(42)根据上述(30)至(41)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，对灼烧后的荧光体粉末、或粉碎处理后的荧光体粉末、或粒度调整后的荧光体粉末，在1000℃以上且在灼烧温度以下的温度下，进行热处理。
(43)根据上述(30)至(42)任一项所述的荧光体的制备方法，其中，在所述金属化合物的混合物中，添加在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物，而进行灼烧。
(44)根据上述(43)所述的荧光体的制备方法，其中，所述在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物为选自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素的氟化物、氯化物、碘化物、溴化物、或磷酸盐中的一种或两种以上的混合物。
(45)根据上述(43)所述的荧光体的制备方法，其中，通过灼烧后在溶剂中清洗，使在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物的含量降低。
(46)一种发光装置，其中，在包括发光体及第一荧光体的发 光装置中，所述第一荧光体为权利要求1至29任一项所述的荧光体。
(47)根据上述(46)所述的发光装置，其中，所述发光体为发出330～500nm的波长的光的发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、半导体激光、或有机发光二极管(OLED)。
(48)根据上述(46)或(47)所述的发光装置，其中，所述发光装置为白色发光二极管、或包括多个白色发光二极管的照明器具、液晶面板用背光光源。
(49)根据上述(46)至(48)任一项所述的发光装置，其中，所述发光装置还包括第二荧光体，并且所述发光体发出波峰波长为300～420nm的紫外光或可见光，通过混合所述第一荧光体发出的蓝色光和所述第二荧光体发出的470nm以上的波长的光，而发出白色光或白色光以外的光。
(50)根据上述(46)至(48)任一项所述的发光装置，其中，还包括由所述发光体发出波峰波长为420～500nm以下的光的蓝色荧光体。
(51)根据上述(50)所述的发光装置，其中，所述蓝色荧光体选自AlN:(Eu,Si)、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、SrSi₉Al₁₉ON₃₁:Eu、LaSi₉Al₁₉N₃₂:Eu、α-塞隆:Ce、JEM:Ce。
(52)根据上述(46)至(51)任一项所述的发光装置，其中，还包括由所述发光体发出波峰波长为500nm以上且550nm以下的光的绿色荧光体。
(53)根据上述(52)所述的发光装置，其中，所述绿色荧光体选自β-塞隆:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)₂SiO₄:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si₂O₂N₂:Eu。
(54)根据上述(46)至(53)任一项所述的发光装置，其中，还包括由所述发光体发出波峰波长为550nm以上且600nm以下的光的黄色荧光体。
(55)根据上述(54)所述的发光装置，其中，所述黄色荧光体选自YAG:Ce、α-塞隆:Eu、
(56)根据上述(46)至(55)任一项所述的发光装置，其中， 还包括由所述发光体发出波峰波长为600nm以上且700nm以下的光的红色荧光体。
(57)根据上述(56)所述的发光装置，其中，所述红色荧光体选自CaAlSiN₃:Eu、(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu、Ca₂Si₅N₈:Eu、Sr₂Si₅N₈:Eu。
(58)根据上述(46)至(57)任一项所述的发光装置，其中，所述发光体为发出为320～420nm的波长的光的LED。
(59)一种图像显示装置，其中，在由包括激发源和荧光体构成的图像显示装置中，至少采用上述(1)至(29)任一项所述的荧光体。
(60)根据上述(59)所述的图像显示装置，其中，所述图像显示装置为荧光显示管(VFD)、场发射显示器(FED)、等离子显示器面板(PDP)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)的任一种。
(61)一种颜料，包含上述(1)至(29)任一项所述的荧光体。
(62)一种紫外线吸收剂，包含上述(1)至(29)任一项所述的荧光体。
本发明的荧光体是包含二元元素、三元元素和四元元素的多元氮氧化物，其中以由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶、或作为具有与其所示的结晶相同的结晶结构的其他结晶的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶作为主成分，可显示比现有的氧化物荧光体或氮氧化物荧光体亮度高的发光，并且在特定的组成中作为蓝色荧光体优异。由于该荧光体即使在暴露于激发源的情况下，亮度也不会降低，因此可以提供一种适合用于白色发光二极管等发光装置、照明器具、液晶用背光光源、VFD、FED、PDP、CRT等的有用的荧光体。此外，由于该荧光体吸收紫外线，因此适合用于颜料及紫外线吸收剂。
附图说明
图1是表示Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构地图。
图2是表示根据Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构计算的使用了 CuKα射线的粉末X射线衍射的图。
图3是表示根据Sr_0.5Ba_0.5Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构计算的使用了CuKα射线的粉末X射线衍射的图。
图4是表示在实施例2中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图5是表示在实施例7中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图6是表示在实施例8中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图7是表示在实施例9中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图8是表示在实施例21中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图9是表示在实施例25中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图10是表示在实施例26中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图11是表示在实施例32中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图12是表示在实施例36中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图13是表示在实施例41中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图14是表示在实施例46中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图15是表示在实施例52中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图16是表示在实施例56中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图17是表示在实施例57中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。
图18是表示在实施例21中合成的荧光体的激发光谱及发光光谱的图。
图19是表示本发明的照明器具(炮弹型LED照明器具)的概要图。
图20是表示本发明的照明器具(基板安装型LED照明器具)的概要图。
图21是表示本发明的图像显示装置(等离子显示器面板)的的概要图。
图22是表示本发明的图像显示装置(场发射显示器面板)的的概要图。
附图标记说明：1、炮弹型发光二极管灯；2、导线；3、导线；4、发光二极管元件；5、接合线(金属丝)；6、树脂；7、荧光体；8、树脂；11、基板安装用芯片型白色发光二极管灯；12、导线；13、导线；14.发光二极管元件；15.接合线；16、树脂；17.荧光体；18、树脂；19、氧化铝陶瓷；20、侧面部件；31、红色荧光体；32、绿色荧光体；33、蓝色荧光体；34、紫外线发光单元；35、紫外线发光单元；36、紫外线发光单元；37、电极；38、电极；39、电极；40、电极；41、介质层：42、介质层；43、保护层；44、玻璃基板；45、玻璃基板；51、玻璃；52、阴极；53、阳极；54闸极、；55、发射极；56、荧光体；57、电子。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的荧光体详细地进行说明。
本发明的荧光体，至少包含含有A元素、D元素、E元素和X元素(其中，A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为 选自O、N、F的一种或两种以上的元素)的，由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶构成的无机结晶、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶中固溶有M元素(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素)的无机化合物。
由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶是本发明人新合成，并且通过结晶结构分析确认为新结晶，是在本发明之前未被记载的结晶。
图1是表示Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构地图。
作为例示的由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶构成的无机结晶，根据本发明人对合成的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄进行的单结晶结构分析可知，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶属于单斜晶系，并且属于P2₁空间群(International Tables for Crystallography的4号空间群)，具有表1所示的结晶参数和原子坐标位置。
在表1中，晶格常数a、b、c表示单位晶格的轴的长度，α、β、γ表示单位晶格的轴间的角度。原子坐标将单位晶格设为作为单位的0至1之间值，来表示单位晶格中的各原子的位置。分析结果是，在该结晶中，存在有Sr、Si、Al、O、N的各原子，Sr有四种位置(Sr(1A)、Sr(1B)、Sr(2A)、Sr(2B))，Sr(1)是以Sr(1A)为61.3％、Sr(1B)为38.7％的比例存在，Sr(2)是以Sr(2A)为66.9％、Sr(2B)为33.1％的比例存在。此外，得到Si和Al无需区别位置而存在于SiAl(1)至SiAl(10)的10种类的位置上的分析结果。另外，得到O和N无需区别位置而存在于NO(1)至NO(16)的16种类的位置上的分析结果。
表1.Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构的数据


根据使用表1的数据分析的结果可知，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶是图1所示的结构，具有在由Si或Al、O或N的键合构成的四面体连接而成的结构中含有Sr元素的结构。在该结晶中，Eu等成为激活离子的M元素以置换Sr元素的一部分的形式被溶入到结晶中。
作为与合成及结构分析后的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶具有相同的结晶结构的结晶，有A₁Si₃Al₂O₄N₄结晶和A₁(D,E)₅X₈所示的结晶。代表性的A元素是Ba、或Sr和Ba的混合。代表性的X元素是O和N的混合。在A₁(Si,Al)₅(O,N)₈结晶中，Si和Al能够无需彼此区别地进入Si和Al所进入的位置，O和N能够无需彼此区别地进入O和N所进入的位置。由此，能够在保持结晶结构的状态下，设为相对于A元素为1，则Si和Al总计为5，O和N总计为8的原子数的比例。其中，理想的是Si/Al和O/N满足保持结晶中的电中性的条件。
本发明的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶能够通过X射线衍射或中子衍射来识别。作为表示与本发明所示的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的X射线衍射结果相同的衍射的物质，有A₁(D,E)₅X₈所示的结晶。另外，有在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶中通过构成元素与其他元素置换，来使晶格常数或原子位置发生变化的结晶。这里，所谓以其他元素置换构成元素是指，例如Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶中的Sr的一部分或全部由Sr以外的A元素(其中，A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素)或M元素(M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素)置换的物质。还有，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶中的Si的一部分或全部由Si以外的D元素(其中，D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素)置换的物质。还有，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶中的Al的一部分或全部由Al以外的E元素(其中，E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素)置换的物质。还有，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶中的O或N的一部分或全部由氟置换的物质。这些置换以结晶中的整体的电荷为中性的方式进行。这些元素置换的结果为结晶结构未改变的物质是 Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶。通过元素的置换，由于荧光体的发光特性、化学稳定性、热稳定性发生变化，因此可以在保持结晶结构的范围内根据用途而适时地选择。
Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶可以通过以其他元素置换其构成成分、或固溶Eu等激活元素，来使晶格常数发生变化，但结晶结构和原子所具有的位置、和根据其坐标被付予的原子位置，并未变化到结构原子间的化学键发生断裂的程度。在本发明中，将下述情况定义为相同的结晶结构，而判断是否为Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶：由在P2₁的空间群中对X射线衍射或中子衍射的结果进行特沃尔德解析(Rietveld analysis)而求出的晶格常数及原子坐标计算出的Al-N及Si-N的化学键的长度(接近原子间距离)，与由表1所示的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的晶格常数及由原子坐标计算出的化学键的长度相比为±5％以内。该判断标准是，通过实验可知，在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶中，化学键的长度变化超过±5％，则化学键断裂而成为其他结晶，因此将其作为标准。因此，可以设定为不会发生化学键断裂而成为其他结晶的范围，也可以设定为基于该数值的标准。
另外，在固溶量小的情况下，作为Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的简便的判断方法，有下面的方法。由对新的物质测量得到的X射线衍射结果计算出的晶格常数、和使用表1的结晶结构数据计算出的衍射的波峰位置(2θ)，在主要波峰上一致时，则可以特定该结晶结构是相同的。
图2是表示由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构计算出的使用了CuKα射线的粉末X射线衍射的图。
通过将图2与作为比较对象的物质的X射线衍射图相比，能够简便地判断是否为Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶。作为Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的主要波峰，通过衍射强度较强的10条左右进行判断即可。表1在以该含义特定Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶方面是标准，非常重要。此外，也能够使用单斜结晶以外的其他晶系定义Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构的类似的结构，在这种情况下表现为使用不同的空间群、晶格 常数及平面指数，但X射线衍射结果(例如，图2)及结晶结构(例如，图1)并未变化，因此使用其的识别方法或识别结果也相同。为此，在本发明中，作为单斜结晶是进行X射线衍射的分析的物质。对于基于表1的物质的识别方法，在后述的实施例中进行具体描述，在此仅做简要说明。
在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶中，激活M元素可以获得荧光体，其中，M元素为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素。根据Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的组成、激活元素的种类和数量，可使激发波长、发光波长、发光强度等发光特性发生变化，因此根据用途进行选择即可。另外，当包含Eu来作为M元素时，可以获得发光强度高的荧光体。
如上所述，在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶中，可以包含以Ba替代Sr，部分置换后的结晶或结晶系。例如，根据对Sr_0.5Ba_0.5Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶进行的单结晶结构分析，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶属于单斜晶系，并属于P2₁空间群(International Tables for Crystallography的4号空间群)，具有表2所示的结晶参数及原子坐标位置。表2中的标记的含义与表1相同。可知晶格常数a至c稍微变大、β稍微变大。然而，由于其变化程度非常小，在结晶学上或工程学上，可以说与表1的结晶表示相同的结晶结构。即，可以说实质上具有与图1的结晶相同的结构。并且，同样地，在该结晶中，Eu等成为激活离子的M元素以置换Sr元素的一部分的形式被溶入到结晶中。关于其他的结晶结构，由于与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同，在此省略说明。
表2.Sr_0.5Ba_0.5Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构数据


图3是表示根据Sr_0.5Ba_0.5Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构，计算得 到的使用了CuKα射线的粉末X射线衍射的图。在图3中，有与图2中出现的衍射线对应的衍射线，可知是相同的结晶结构。使用图2及图3，能够更加准确地简便地判断是否为Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶(包含Sr_0.5Ba_0.5Si₃Al₂O₄N₄结晶)。
此外，在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶中，可以包含Ba₁Si₃Al₂O₄N₄结晶或结晶系。Ba₁Si₃Al₂O₄N₄结晶具有与图1相同的结构，并能够具有图2或图3所示的X射线衍射图。并且，与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶同样地，属于单斜结晶，并属于P2₁空间群(International Tables for Crystallography的4号空间群)。
在A₁(D,E)₅X₈所示的结晶中，至少A元素包含Sr和Ba的任一种或两者，D元素包含Si，E元素包含Al，X元素包含N，根据需要X元素包含O的组成发光强度高。其中，尤其亮度高的是，以A是Sr和Ba的混合、D是Si、E是Al、X是N及O的组合的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶为基体的荧光体。
具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶为Ba₁Si₃Al₂O₄N₄或(Sr,Ba)₁Si₃Al₂O₄N₄的荧光体，其结晶稳定且发光强度高。
具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶由
(Sr,Ba)₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2)
的组成式表示的结晶作为主体的荧光体是，发光强度高并且通过改变组成，能够控制色调的变化的荧光体。
这里，在M元素是Eu、D元素是Si、E元素是Al、X元素是O及N、其组成式使用参数x，由
AlSi₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2)
所示的结晶中固溶有Eu的无机化合物，结晶稳定并且作为荧光体发挥功能。更优选的是A元素是Sr及Ba的组合，则成为发出在波长440nm～520nm的范围内具有波峰的荧光的蓝色荧光体。此 外，X是0，则结晶尤其稳定，成为高亮度发光的荧光体。
另外，该无机化合物也可以使用参数x和y，由
Eu_y(Sr,Ba)₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2、0.0001≦y≦2)
所示。在这样的范围内，保持稳定的结晶结构的状态下通过改变x和y的参数，在组成范围内，能够改变Eu/(Sr,Ba)的比例、Si/Al的比例、N/O的比例。由此，由于能够使激发波长或发光波长连续地变化，因此是容易进行材料设计的荧光体。
Eu作为激活元素M，可以获得尤其是发光强度高的荧光体。
在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶中，无机结晶是单斜晶系的结晶尤其稳定，以此为主体结晶的荧光体发光强度高。
另外，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶相同的结晶结构的无机结晶是单斜晶系的结晶，并且具有空间群P2₁的对称性，晶格常数a、b、c为：
a＝0.72516±0.05nm
b＝0.93431±0.05nm
c＝1.08761±0.05nm
(这里，上述的「±0.05」为公差)
的范围的值，这样的结晶尤其稳定，以此为主体结晶的荧光体发光强度高。离开该范围，存在结晶变得不稳定，并且发光强度降低的情况。
无机化合物由组成式M_dA_eD_fE_gX_h(其中，式中d+e+f+g+h＝1，并且M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素、A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)所表示，并且参数d、e、f、g、h满足
0.00001≦d≦0.05
0.05≦e≦0.1
0.07≦f≦0.3
0.07≦g≦0.3
0.45≦h≦0.6
的所有条件的荧光体发光强度尤其高。
参数d是激活元素的添加量，少于0.00001，则发光离子的量不充分而亮度降低。多于0.05，则由于发光离子间的相互作用导致浓度猝灭，有可能发光强度降低。参数e是表示Ba等的碱土类元素的组成的参数，并且少于0.05或高于0.1，则结晶结构变得不稳定且发光强度下降。参数f是表示Si等的D元素的组成的的参数，并且少于0.07或高于0.3，则结晶结构变得不稳定且发光强度下降。参数g是表示Al等的E元素的组成的参数，并且少于0.07或高于0.3，则结晶结构变得不稳定且发光强度下降。参数h是表示O、N、F等的X元素的组成的参数，并且少于0.45或高于0.6，则结晶结构变得不稳定且发光强度下降。X元素是阴离子，以与A、M、D、E元素的阳离子保持中性的电荷的方式，决定O、N、F比例的组成。
此外，在上述的组成式中，含有满足
0.5/5≦(d+e)/(f+g)≦2/5
的关系的无机化合物的荧光体的荧光特性优异。
在上述组成中，含有满足
0.9/5≦(d+e)/(f+g)≦1.2/5
的关系的无机化合物的荧光体，由于发出高亮度的光，因此优选。
在上述组成中，含有满足
1.0/5≦(d+e)/(f+g)≦1.2/5
的关系的无机化合物的荧光体，由于发出高亮度的光，因此进一步优选。
另外，在所述组成式中，含有所述参数d、e、f、g、h为满足
0.06≦d+e≦(1/14)+0.05
(5/14)-0.05≦f+g≦(5/14)+0.05
(8/14)-0.05≦h≦0.6
的所有条件的范围的值的无机化合物的荧光体，结晶结构稳定且发光强度尤其高。其中，满足
d+e＝1/14
f+g＝5/14
h＝8/14
的所有条件的值的结晶，即，具有(M,A)₁(D,E)₅X₈的组成的结晶，结晶结构稳定且发光强度尤其高。
进一步地，参数f、g为满足
2/5≦f/(f+g)≦4/5
的组成，结晶结构稳定且发光强度高。
此外，包含在所述组成式中，所述X元素包含N和O，且以组成式M_dA_eD_fE_gOh₁N_h2(其中，式中，d+e+f+g+h1+h2＝1、及h1+h2＝h)表示，并且满足
2/8≦h1/(h1+h2)≦6/8
的条件的无机化合物，则荧光特性优异。
进一步地，包含在所述组成式中，优选为满足
3.5/8≦h1/(h1+h2)≦4.5/8
的条件的无机化合物，则荧光特性优异。无机化合物中含有的N和O的原子数之比在上述范围内，则后述的结晶结构稳定且发光强度高。
包含在所述组成式中，进一步优选为满足
3.6/8≦h1/(h1+h2)≦4.1/8
的条件的无机化合物，则发光强度变得更高。
作为激活元素的M元素至少包含Eu的荧光体，是在本发明中发光强度高的荧光体，通过照射激发源，发出在400nm～590nm范围的波长上具有波峰的荧光。
A元素至少包含Sr及/或Ba，D元素至少包含Si，E元素至 少包含Al，X元素至少包含O和N的组成，发光强度高，并且通过照射激发源，发出在440nm～520nm范围的波长上具有波峰的蓝色的荧光。更优选的是A元素包含Sr及Ba两者。由此，由于后述的结晶结构稳定，因此发光强度变高。另外，E元素可以包含硼，这种情况下，硼的含量为0.001质量％以上且1质量％以下。由此，发光强度能够变高。
无机化合物是平均粒径为0.1μm以上且20μm以下的单结晶颗粒或单结晶的聚集体的荧光体发光效率高，并且安装在LED上时操作性良好，因此优选将粒径控制在该范围内。
无机化合物所含有的Fe、Co、Ni杂质元素可能使发光强度降低。通过使荧光体中的这样的元素的总计为500ppm以下，从而使发光强度降低的影响变小。
作为本发明的一个实施方式，是由以Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶为基体的荧光体、和与该荧光体不同的结晶相或非晶相的混合物构成，并且Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的荧光体的含量为20质量％以上的荧光体。在使用Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的荧光体单体不能获得目标特性时或附加导电性等功能时，可以使用本实施方式。Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶荧光体的含量可以根据目标特性进行调整，但含量为20质量％以下时，有可能使发光强度降低。
由于电子束激发的用途等荧光体需要导电性时，可以添加其他结晶相或非晶相的、具有导电性的无机物质。
作为具有导电性的无机物质，可以举出包含选自Zn、Al、Ga、In、Sn的一种或两种以上的元素的氧化物、氮氧化物、或氮化物、或者这些的混合物。例如，氧化锌、氮化铝、氮化铟、氧化锡等。
在使用Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的荧光体单体不能获得目标的发光光谱时，可以添加第二种的其他的荧光体。作为其他的荧光体，可以举出BAM荧光体、β-塞隆荧光体、α-塞隆荧光体、(Sr,Ba)₂Si₅N₈荧光体、CaAlSiN₃荧光体、(Ca,Sr)AlSiN₃荧光体等。或者，作为其他的荧光体，还可以使用上述的其他的结晶相或非晶相。
作为本发明的一个实施方式，是通过照射激发源，在400nm～590nm范围的波长上具有波峰的荧光体。例如，激活Eu的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的荧光体，通过调整组成，在该范围具有发光波峰。
作为本发明的一个实施方式，是通过照射激发源，在440nm～520nm范围的波长上具有波峰的荧光体。例如，M元素为Eu、A元素为Sr及Ba、D元素为Si、E元素为Al、X元素为O和N的上述的无机化合物，是在(Sr,Ba)₁Si₃Al₂O₄N₄结晶中固溶有Eu的荧光体。由此，照射波长为295nm至420nm的光，则发出波长为440nm以上且520nm以下的蓝色的荧光，因此，可以用作白色LED等的蓝色发光的用途。
作为本发明的一个实施方式，是通过激发源为具有100nm以上且420nm以下的波长的真空紫外线、紫外线或可见光、电子束或X射线而进行发光的荧光体。通过使用这些激发源，能够更有效地发光。
作为本发明的一个实施方式，是激发源被照射后发出的光的颜色是CIE1931色度坐标上的(x,y)的值，并且满足
0.05≦x≦0.3
0.02≦y≦0.4
的范围的荧光体。例如，通过调整至以
Euy(Sr,Ba)₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x
(其中，-1≦x≦2、0.0001≦y≦0.5)
所示的组成，可以获得显示出该范围的色度坐标上的颜色的荧光体。可以用作白色LED等的蓝色发光的用途。
与通常的氧化物荧光体或现有的塞隆荧光体相比，这样得到的本发明的荧光体的特征在于：具有电子束或X射线、及从紫外线至可见光的幅度较宽的激发范围、进行蓝色发光、尤其在特定的组成中呈现440nm～520nm的蓝色并且发光波长或发光幅度能够调节。由此，通过这样的发光特性，本发明的荧光体适合用于照明器具、 图像显示装置、颜料、紫外线吸收剂。此外，本发明的荧光体还具有即使暴露在高温下也不会劣化因而耐热性优异、在氧化气氛环境及水分环境下的长期的稳定性优异的优点，因此能够提供耐久性优异的制品。
这样的本发明的荧光体的制备方法不做特别限定，例如，通过对金属化合物的混合物进行灼烧，即，在含有氮的惰性气氛环境中，在1200℃以上且2200℃以下的温度范围内，对能够构成Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的荧光体的原料混合物进行灼烧。通过在1000℃以上的温度下进行灼烧以使原料混合物能够反应，从而能够得到本发明的荧光体。为了更充分地进行反应，该灼烧温度优选为1200℃以上，为了进一步促进反应，更优选为1600℃以上。然而，由于该反应也取决于气氛环境的种类及压力，因此，在以氮为主分成或氮含量100％的1MPa的气氛环境下，超过2200℃，则容易促使Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶分解从而不优选。更优选为2000℃以下，进一步优选为1800℃以下。气氛压力变高，则即使在更高温下也可以抑制分解，另一方面，气氛压力变低，有可能在低温下也会产生分解。因此，为了抑制分解，优选在高压且低温下进行灼烧。此外，灼烧时间优选在高温下短时间进行灼烧即可，在低温下长时间进行灼烧。例如，在1600℃下进行灼烧时，灼烧时间优选为0.1小时以上，更优选为1小时以上，进一步优选为2小时以上。另一方面，考虑节能或防止化合物的分解，灼烧时间优选为100小时以下，更优选为10小时以下，进一步优选为8小时以下。本发明的主结晶为单斜晶系且属于空间群P2₁，但是通过灼烧温度等的合成条件，存在混入具有与此不同的结晶系或空间群的结晶的情况，在这种情况下，由于发光特性的变化微小，因此能够用作高亮度荧光体。
作为起始原料，例如金属化合物的混合物，可以使用含有M的化合物、含有A的化合物、含有D的化合物、含有E的化合物、含有X的化合物(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素；A为选自Mg、Ca、Sr、Ba的 一种或两种以上的元素；D为选自Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf的一种或两种以上的元素；E为选自B、Al、Ga、In、Sc、Y、La的一种或两种以上的元素；X为选自O、N、F的一种或两种以上的元素)。
作为起始原料，含有M的化合物是选自含有M的金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的的单体或两种以上的混合物；含有A的化合物是选自含有A的金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物；含有D的化合物是选自金属、硅化物、氧化物、碳酸盐、氮化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物，由于原料容易得到并且稳定性优异，因此优选；含有X的化合物是选自含有氧化物、氮化物、氮氧化物、氟化物、或氟氧化物的单体或两种以上的混合物，由于原料容易得到并且稳定性优异，因此优选。
在制备激活Eu的(Sr,Ba)₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶的荧光体时，使用至少含有铕的氧化物或氮化物、锶的氧化物或氮化物或碳酸盐、及/或钡的氧化物或氮化物或碳酸盐、氧化硅或氮化硅、氧化铝或氮化铝的起始原料，由于灼烧时反应容易进行，因此优选使用。
从灼烧温度为高温，并且灼烧气氛环境为含有氮的惰性气氛环境的方面考虑，用作灼烧的灼烧炉优选使用金属电阻加热方式或石墨电阻加热方式、并且采用碳作为灼烧炉的高温部的材料的电炉。在含有氮的惰性气氛环境为0.1MPa以上且100MPa以下的压力范围，由于可以抑制作为起始原料和产物的氮化物或氮氧化物的热分解，因此优选。灼烧气氛环境中的氧分压为0.0001％以下时，由于可以抑制作为起始原料和产物的氮化物或氮氧化物的氧化反应，因此优选。灼烧炉的发热体、隔热体或试剂容器可以使用石墨。
以粉末体或凝聚体形状来制备荧光体时，可以采用在将原料保持为松密度为40％以下的填充率的状态下，填充到容器后进行灼烧的方法。通过保持松密度为40％以下的填充率，能够使颗粒彼此间牢固地粘结。这里，所谓相对松密度是，粉末体的质量除以容器的 溶剂所得到的值(松密度)与粉末体物质的真密度之比。
作为灼烧原料混合物时保持原料混合物的容器，可以使用各种耐热性材料，从对本发明所使用的金属氮化物的材质劣化的不良影响较低的方面考虑，适于使用学术杂志Journal of the American Ceramic Society的2002年85卷5号1229页至1234页(该文献通过参照方式并入本说明书)所记载的、用作α-塞隆的合成的涂敷有氮化硼的坩埚之类的涂敷有氮化硼的容器或氮化硼烧结体。在这种条件下进行灼烧，则硼或氮化硼会从容器混入制品中，是少量，则发光特性不会降低因此影响小。进而，通过添加少量的氮化硼，存在使制品的耐久性得到提高的情况，因此根据情况有时会优选。
以粉末体或凝聚体形状来制备荧光体时，原料的粉末体颗粒或凝聚体的平均粒径为500μm以下，则由于反应性和操作性优异，因此优选。
作为使颗粒或凝聚体的平均粒径为500μm以下的方法，使用喷雾干燥机、筛析或气流分级，则作业效率和操作性优异，因此优选。
作为获得颗粒或凝聚体的制品的方法，灼烧方法不采用热压法，而是采用常压烧结法或气压烧结法等不从外部机械性的施压的烧结方法。
由于发光强度高，因此荧光体粉末的平均粒径优选为以标准体积的中值粒径(d50)计为50nm以上且200μm以下。标准体积的中值粒径的测定，例如可以通过Micro-track或激光散射法来测定。通过使用选自粉碎、分级、酸处理的一种至多种的方法，可以将通过灼烧而合成的荧光体粉末的平均粒径粒度调整至50nm以上且200μm以下。
通过对灼烧后的荧光体粉末、或粉碎处理后的荧光体粉末、或粒度调整后的荧光体粉末，在1000℃以上且灼烧温度以下的温度下进行热处理，存在使粉末中所含有的缺陷或由粉碎引起的损伤得到修复的情况。缺陷或损伤有时会成为发光强度下降的主要原因，在这种情况下，通过热处理而使发光强度得到修复。
在为了合成荧光体而进行灼烧时，通过添加在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物而进行灼烧，可以作为助熔剂发挥作用，并促进反应或颗粒成长，从而获得稳定的结晶，并存在由此使发光强度得到提高的情况。
作为在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物，可以举出：选自Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba的一种或两种以上的元素的氟化物、氯化物、碘化物、溴化物、或磷酸盐中的一种或两种以上的混合物。由于这些无机化合物的溶点不同，因此，可以根据合成温度分开使用。
另外，通过灼烧后在溶剂中清洗，使在灼烧温度以下的温度下形成液相的无机化合物的含量降低，从而存在使荧光体的发光强度变高的情况。
在将本发明的荧光体用于发光装置等用途时，优选以使其分散在液体介质中的形态来使用。此外，也能够作为含有本发明的荧光体的荧光体混合物来使用。对于本发明的荧光体分散在液体介质中而形成的物质，称为荧光体含有组成物。
作为能够在本发明的荧光体含有组成物中使用的液体介质，只要在所期望的使用条件下显示液状的性质，并且使本发明的荧光体适当地分散，同时不产生不适反应等即可，能够根据目的等选择任意的液体介质。作为液体介质的例子，可以举出：固化前的加成反应型硅酮树脂、缩合反应型硅酮树脂、变性硅酮树脂、环氧树脂、乙烯聚合物类树脂、聚乙烯类树脂、聚丙烯类树脂、聚酯类树脂等。这些液体介质可以单独使用一种，也可以将两种以上以任意组合及任意比例同时使用。
液体介质的用量可以根据用途等适当调整，但通常地，相对于本发明的荧光体的液体介质的重量比通常为3重量％以上，优选为5重量％以上，此外，通常为30重量％以下，优选为15重量％以下的范围。
此外，本发明的荧光体含有组成物，在本发明的荧光体及液体 介质以外，还可以根据其通途等，含有其他的任意成分。作为其他的任意成分，可以举出：扩散剂、增粘剂、增量剂、干扰剂等。具体地，可以举出微粉硅胶等的二氧化硅类微粉、氧化铝等。
本发明的发光装置，至少使用发光体或发光光源、和本发明的荧光体构成(下面也称为第一荧光体)。
作为发光体或发光光源，有LED发光器具、激光二极管、EL发光器具、荧光灯等。LED发光装置能够使用本发明的荧光体，通过日本专利特开平5-152609、特开平7-99345、第2927279号特许公报等所记载的公知的方法来制造。这种情况下，较为理想的是发出330nm～500nm的波长的光的发光体或发光光源，其中优选为330nm～420nm的紫外(或紫)LED发光元件、或420nm～480nm的蓝色LED发光元件。作为这些LED发光元件，有由GaN或InGaN等的氮化物半导体构成的元件，通过调整组成，能够成为发出规定的波长的光的发光光源。
作为本发明的发光装置，有包含本发明的荧光体的白色发光二极管、或包含多个白色发光二极管的照明器具、液晶面板用背光光源等。
在这样的发光装置中，除第一荧光体以外，还可以包含选自激活Eu的β-塞隆荧光体、激活Eu的α-塞隆黄色荧光体、激活Eu的Sr₂Si₅N₈橙色荧光体、激活Eu的(Ca,Sr)AlSiN₃橙色荧光体、以及激活Eu的CaAlSiN₃红色荧光体的一种或两种以上的荧光体。作为上述以外的黄色荧光体，也可以使用例如：YAG:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si₂O₂N₂:Eu等。
作为本发明的发光装置的一个方式，有如下的发光装置：发光体或发光光源发出波峰波长为300～420nm的紫外光或可见光，并通过混合本发明的荧光体发出的蓝色光、和本发明的其他荧光体(也称为第二荧光体)发出的470nm以上的波长的光，而发出白色光或白色光以外的光。
作为本发明的发光装置的一个方式，除第一荧光体以外，还可 以包含由发光体或发光光源发出波峰波长为420nm以上且500nm以下的光的蓝色荧光体。作为这样的蓝色荧光体，有AlN:(Eu,Si)、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、SrSi₉Al₁₉ON₃₁:Eu、LaSi₉Al₁₉N₃₂:Eu、α-塞隆:Ce、JEM:Ce等。
作为本发明的发光装置的一个方式，除第一荧光体以外，还可以包含由发光体或发光光源发出波峰波长为500nm以上且550nm以下的光的绿色荧光体。作为这样的绿色荧光体，例如有β-塞隆:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)₂SiO₄:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si₂O₂N₂:Eu等。
作为本发明的发光装置的一个方式，除第一荧光体以外，还可以包含由发光体或发光光源发出波峰波长为550nm以上且600nm以下的光的黄色荧光体。作为这样的黄色荧光体，有YAG:Ce、α-塞隆(α-sialon):Eu、CaAlSiN₃:Ce、La₃Si₆N₁₁:Ce等。
作为本发明的发光装置的一个方式，除第一荧光体以外，还可以包含由发光体或发光光源发出波峰波长为600nm以上且700nm以下的光的红色荧光体。作为这样的红色荧光体，有CaAlSiN₃:Eu、(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu、Ca₂Si₅N₈:Eu、Sr₂Si₅N₈:Eu等。
作为本发明的发光装置的一个方式，使用由发光体或发光光源发出320nm～420nm的波长的光的LED，则发光效率高，因此能够构成高效率的发光装置。
本发明的图像显示装置至少包括激发源和本发明的荧光体，有荧光显示管(VFD)、场发射显示器(FED)、等离子显示器面板(PDP)、阴极射线管(CRT)等。可以确认本发明的荧光体由100～190nm的真空紫外线、190～380nm的紫外线、电子束等的激发而发光，通过这些激发源和本发明的荧光体的组合，能够构成上述的图像显示装置。
包含具有特定的化学组成的无机化合物结晶相的本发明的荧光体，由于具有白色的物体色，因此能够作为颜料或荧光颜料使用。即，对本发明的荧光体照射太阳光或荧光灯等的照明，则可以观察白色的物体色，从其显色良好、并且长时间不会劣化的方面考虑， 本发明的荧光体适于无机颜料。为此，用于涂料、油墨、颜料、釉药、或添加到塑料制品中的着色剂等，能够长期地高度地维持良好的显色。
本发明的氮化物荧光体，由于吸收紫外线，因此也适合作为紫外线吸收剂。为此，用作涂料、或涂敷在塑料制品的表面、或捏和至塑料制品的内部，则紫外线的阻断效果较高，并且能够有效地保护制品以免因紫外线劣化。
实施例
通过以下所示的实施例对本发明进一步地详细说明，但其只是为了帮助更容易地理解本发明而公开的，本发明并不局限于这些实施例。
[合成中所使用的原料]
合成中所使用的原料粉末是，比表面积为11.2m²/g的粒度的、氧含量为1.29重量％、α型含量为95％的氮化硅粉末(宇部兴产株式会社制造的SN-E10等级)、二氧化硅粉末(SiO₂、高纯度化学研究所制造)、比表面积为3.3m²/g的粒度的、氧含量为0.82重量％的氮化铝粉末(株式会社TOKUYAMA制造的E等级)、比表面积为13.2m²/g的粒度的氧化铝粉末(大明化学工业制造的Diamicron)、氧化钙(高纯度化学制造)、氧化锶(高纯度化学制造)、氧化钡(BaO、高纯度化学制造)、氧化铈(CeO₂、纯度99.9％、信越化学工业株式会社制造)、氧化铕(Eu₂O₃、纯度99.9％、信越化学工业株式会社制造)、稀土氧化物(Eu₂O₃、纯度99.9％、信越化学工业株式会社制造)。
[结晶Sr₁Si₃Al₂O₄N₄的合成和结构分析]
设计氮化硅为40.56质量％、氮化硅为29.48质量％、氧化铝为29.96质量％的比例的混合组成。称量这些原料为上述的混合组成，使用氮化硅烧结体制的杵和研钵，进行5分钟的混合。接着，将得到的混合粉末填充至氮化硼制的坩埚。混合粉末(粉末体)的松密 度约为30％。
将填充有混合粉末的坩埚安装在石墨电阻加热方式的电炉上。灼烧的操作如下：首先，通过扩散泵将灼烧气氛环境设为1×10^-1Pa以下压力的真空，并以每小时500℃的速度从室温加热至800℃，在800℃下导入纯度为99.999体积％的氮，而使炉内的压力为1MPa，以每小时500℃的速度升温至1900℃，并在该温度下保持2小时。
用光学显微镜观察合成物，从合成物中提取17μm×10μm×10μm大小的结晶颗粒。使用具备能量分散型元素分析仪(EDS、Bruker AXS公司制造的QUANTAX)的扫描型电子显微镜(SEM、日立高新技术公司制造的SU1510)，对结晶颗粒中含有的元素进行分析。其结果是，可以确认存在Sr、Si、Al、N元素，并且测量得到Sr、Si、Al的含有原子数的比例为1:3:2。
接着，用有机类粘结剂将该结晶固定在玻璃纤维的前端。使用带MoKα射线的旋转对阴极的单结晶X射线衍射装置(Bruker AXS公司制造的SMART APEXII Ultra)，在X射线的输出为50kV50mA的条件下对其进行X射线衍射测定。其结果是，可以确认该结晶颗粒是单结晶。
接着，使用单结晶结构分析软件(Bruker AXS公司制造的APEX2)，从X射线衍射测定结果求出结晶结构。将得到的结晶结构表示在表1中，将结晶结构的图表示在图1中。表1中记述有结晶系、空间群、晶格常数、原子的种类和原子位置，使用该数据，能够确定单位晶格的形状及大小以及其中的原子的排列。另外，Si和Al以某比例进入相同的原子位置，氧和氮以某比例进入相同的原子位置，在作为整体平均化时而成为该结晶的组成比例。作为表示分析结果的可靠性的值(R1)为0.0659，从而可以得到可靠性高的分析结果。
该结晶属于单斜晶系(monoclinic)，且属于P2₁空间群(International Tables for Crystallography的4号空间群)，晶格常数a、b、c为a＝0.72516nm、b＝0.93431nm、c＝1.08761nm、角度α＝90°、 β＝104.489°、γ＝90°。此外，原子位置如表1所示。另外，表中，Si和Al以由组成决定的某比例存在于相同的原子位置，O和N以由组成决定的某比例存在于相同的原子位置。此外，Sr为+2元、Al为+3元、Si为+4元，因此，知道原子位置和Sr、Al、Si的比例，则可以从结晶的电中性条件求出占据(O、N)位置的O和N的比例。从EDS的测定值的Sr:Si:Al的比例和结晶结构数据求出的该结晶的组成是Sr₁Si₃Al₂O₄N₄。另外，起始原料组成与结晶组成不同是由于生成了Sr₁Si₃Al₂O₄N₄以外的组成物作为少量的第二相，但本发明由于使用单结晶，因此分析结果表示纯粹的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄的结构。
进行类似组成的研究可知，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶在保持结晶结构的状态下，能够以Ba置换Sr的一部分或全部。即，A₁Si₃Al₂O₄N₄(A为选自Sr、Ba的一种或两种或混合的元素)结晶具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构。另外，能够以Al置换Si的一部分、以Si置换Al的一部分、以氧置换N的一部分，可以确认该结晶是具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的结晶群组中的一个组成。此外，也可以从电中性的条件记述
A₁Si₃-xAl₂+xO₄+xN₄-x(其中，-1≦x≦2)
所示的组成。
从结晶结构数据可以确认该结晶是至今未被记载的新的物质。由结晶结构数据计算出的粉末X射线衍射图表示在图2中。今后，进行合成物的X射线衍射测定，并且测定出的粉末图与图2相同，则能够判断为生成图1的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶。另外，保持Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的结晶结构不变而使晶格常数等发生变化时，根据通过粉末X射线衍射测定而得到的晶格常数的值和表1的结晶结构数据，能够通过计算得到粉末X射线衍射图，因此通过与计算图比较，能够判断生成Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶。
[荧光体实施例及比较例：例1至例66]
按照表3所示的设计组成，称量原料成为表5的混合组成(摩尔比)。这里，关于使用有成为设计组成的标准的参数的转换参数， 汇总在表4中。这些转换参数的意义如上所述。根据使用原料的种类而产生组成不同，即表3的设计组成和表5的混合组成不同的情况下，以金属离子量吻合的方式来决定组成。使用氮化硅烧结体制的杵和研钵，对称量的原料粉末进行5分钟的混合。然后，将得到的混合粉末填充至氮化硼制的坩埚。粉末体的松密度约为20％至30％。
将填充有混合粉末的坩埚安装在石墨电阻加热方式的电炉上。灼烧的操作如下：首先，通过扩散泵将灼烧气氛环境设为1×10^-1Pa以下压力的真空，并以每小时500℃的速度从室温加热至800℃，在800℃下导入纯度为99.999体积％的氮，而使炉内的压力为1MPa，以每小时500℃的速度升温至表6所示的设定温度，并在该温度下仅保持表6所示的时间。
表3.荧光体合成的实施例及比较例中的设计组成


4.荧光体合成的实施例及比较例中的设计组成参数变换



表5.荧光体合成的实施例及比较例中的原料混合组成



表6.荧光体合成的实施例及比较例中的灼烧条件



接着，使用玛瑙制的研钵粉碎合成的化合物，进行使用有Cu的Kα射线的粉末X射线衍射测定。将主要的生成相表示在表7中。其结果是，可以确认具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的相为主要的生成相。关于该生成相，后文更详细的叙述。此外，根据EDS的测定，可以确认合成物包含稀土类元素、碱土类金属、Si、Al、O、N。即，可以确认合成物是在Sr₁Si₃Al₂O₄N₄系结晶中固溶有Eu或Ce等的发光离子M的荧光体。
表7.荧光体合成的实施例及比较例中的主要的生成相



灼烧后，将该得到的灼烧体粉碎成粗粉末后，使用氮化硅烧结体制的坩埚和研钵用手粉碎，并通过30μm的筛孔的筛网。测定粒度分布之前，平均粒径为3μm～8μm。
另外，可以想到混合原料组成和合成物的化学组成不同的部分，作为杂质第二相而微量混在合成物中。
图4至图17是分别表示在实施例2、7、8、9、21、25、26、32、36、41、46、52、56、57中合成的荧光体的粉末X射线衍射结果的图。在这些任意的图中，均包含图2所示的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的粉末X射线衍射图，可以确认具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的相为主要的生成相。如此，得到的荧光体的粉末X射线衍射图包含图2所示的粉末X射线衍射图，则能够确认存在由本发明的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶构成的无机结晶。粉末X射线衍射图结晶结构相同但间距d不同，则按照nλ＝2d·sinθ变换，因此即使是变换(θ的变换)的粉末X射线衍射图，也包含在图2所示的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的粉末X射线衍射图中。另外，已知根据微晶大 小的差异，衍射线的幅度会变宽(变窄)，即使存在幅度大小，也可以包含在图2所示的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶的粉末X射线衍射图中。尤其是后述的产生荧光体的元素的固溶，能够成为使间距变化的主要因素，此外，能够改变微晶的大小，因此能够使衍射线的幅度发生变化。具体地，可以说图4至图17均包含由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示结晶的构成的无机结晶、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的无机结晶。另外，该无机结晶的量可以通过市场销售的软件(程序)进行测定。这样，将定量的结晶相的结果汇总在表8中。
表8.荧光体合成的实施例中结构相

根据表8可知，本发明的Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶、或具有与 Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的结晶至少含有20质量％以上，且为主要生成相。
图18是表示在实施例21中合成的荧光体的激发光谱及发光光谱的图。同样地，关于其他实施例，均可以确认到相同的发光光谱。并且，由于Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶本身不包含荧光成分，因此不是荧光体(参见表3至表7及表9的比较例)。因此，无法获得图18的发光光谱。即，从Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶或具有与其相同的结晶结构的无机化合物的检测、成为荧光成分的元素的检测、进而以下所述的特有的发光光谱的存在，能够确认在由Sr₁Si₃Al₂O₄N₄所示的结晶构成的无机结晶、或具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的无机结晶中，包含固溶有M元素(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Yb的一种或两种以上的元素)的无机化合物的荧光体的生成。
合成的荧光体的粉末X射线衍射结果(图4至17)表示与结构分析的结果(图2及图3)一致，可以确认尤其在实施例21中，Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶与X射线衍射图相同，具有与Sr₁Si₃Al₂O₄N₄结晶相同的结晶结构的的结晶是主要成分。进而，在实施例21中，通过EDS的测定，可以确认合成物包含Eu、Sr、Ba、Si、Al、O、N。此外，可以确认Sr:Ba:Si:Al的比例为0.5:0.5:3:2。即，可以确认合成物为在Sr_0.5Ba_0.5Si₃Al₂O₄N₄结晶中固溶有Eu的荧光体。在实施例21中，可知在343nm下能够最有效率地进行激发，可知在343nm下进行激发时发光光谱呈现在472nm具有波峰的发光。此外，可以确认实施例21的荧光体的发光颜色在CIE1931色度坐标上，为0.05≦x≦0.3及0.02≦y≦0.4的范围内。
用发出波长365nm的光的灯照射这些粉末的结果，可以确认合成物发出蓝色～红色的光。使用荧光分光光度计测定出该粉末的发光光谱及激发光谱。将激发光谱的波峰波长和发光光谱的波峰波长表示在表9中。根据表9可知，本发明的荧光体以波长295nm～540nm的光激发，而发出蓝色～红色的光。例如，根据包含Eu来 作为M元素、并且A元素是Sr或Sr和Ba的组合的实施例可知，本发明的荧光体主要以波长295nm～380nm的紫外线或波长380nm～420nm的紫色光激发，发出高亮度的蓝色～蓝绿色的光，其中，仅以控制组成，即可发出440nm以上且520nm以下的蓝色的高亮度的光。
表9.荧光体合成的实施例及比较例中的激发发光特性



[发光装置及图像显示装置的实施例：实施例67至70]
接着，对使用了本发明的荧光体的发光装置进行说明。
[实施例67]
图19是表示本发明的照明器具(炮弹型LED照明器具)的概要图。
制作出图19所示的所谓炮弹型白色发光二极管灯(1)。有两条导线(2、3)，其中一条(2)有凹部，放置有在365nm处具有发光波峰的紫外发光二极管元件(4)。紫外发光二极管元件(4)的下部电极和凹部的底面通过导电性基体而电连接，上部电极和另一条导线(3)通过金属丝(5)而电连接。荧光体(7)分散在树脂中，并安装在发光二极管元件(4)的附近。分散有该荧光体的第一树脂(6)为透明，并且覆盖紫外发光二极管元件(4)的整体。包括凹部的导线的前端部、蓝色发光二极管元件、分散有荧光体的第一树脂，通过透明的第二树脂(8)而被密封。透明的第二树脂(8)整体为大致圆柱形状，并且其前端部形成透镜形状的曲面，通称为炮弹型。
在本实施例中，将实施例21中所制作的荧光体与α-塞隆:Eu黄色荧光体以质量比混合成7:3的荧光体粉末，并以37质量％的浓度混入环氧树脂，使用分滴器适量地滴入该混合物，从而形成分散有混合了荧光体的混合物(7)的第一树脂(6)。得到的发光装置的显色为x＝0.33、y＝0.33，为白色。
[实施例68]
图20是表示本发明的照明器具(基板安装型LED照明器具)的概要图。
制作出图20所示的基板安装用芯片型白色发光二极管灯(11)。在可见光反射率高的白色氧化铝陶瓷基板(19)上固定有两条导线(12、13)，这些导线的一端位于基板的大致中央部，另一端分别 露出外部，在向电基板安装时成为被焊接的电极。导线中的一条(12)以其一端成为基板中央部的方式，放置并固定有发光波峰波长为365nm的紫外发光二极管元件(14)。紫外发光二极管元件(14)的下部电极和下方的导线通过导电性基体而电连接，上部电极和另一条导线(13)通过金属丝(15)而电连接。
将混合有第一树脂(16)、实施例21中所制作的荧光体与α-塞隆:Eu黄色荧光体以质量比混合成7:3的荧光体(17)的混合物，安装在发光二极管元件的附近。分散有该荧光体的第一树脂为透明，并且覆盖紫外发光二极管元件(14)的整体。此外，在陶瓷基板上固定有在中央部开口的形状的壁面部件(20)。壁面部件(20)其中央部形成有用于容纳紫外发光二极管元件(14)及使荧光体(17)分散的树脂(16)的孔，面向中央的部分为斜面。该斜面是用于将光取出至前方的反射面，其斜面的曲面形状是考虑光的反射方向而确定的。此外，至少构成反射面的面是白色或具有金属光泽的可见光线反射率高的面。在本实施例中，通过白色的硅酮树脂构成该壁面部件(20)。壁面部件的中央部的孔，形成凹部来作为芯片型发光二极管灯的最终形状，这里以密封紫外发光二极管元件(14)及使荧光体(17)分散的第一树脂(16)的全部的方式，填充有透明的第二树脂(18)。在本实施例中，第一树脂(16)和第二树脂(18)使用相同的环氧树脂。荧光体的添加比例、所达到的色度等与实施例67大致相同。
接着，对使用有本发明的荧光体的图像显示装置的设计例进行说明。
[实施例69]
图21是表示本发明的图像显示装置(等离子显示器面板)的概要图。
红色荧光体(CaAlSiN₃:Eu²⁺)(31)、绿色荧光体(β-塞隆:Eu²⁺)(32)及本发明的实施例21的蓝色荧光体(33)，涂敷在经由电极(37、38、39)及电介质层(41)配置于玻璃基板(44)上的各个 单元(34、35、36)的内面。对电极(37、38、39、40)通电，则在单元中通过Xe放电而产生真空紫外线，由此，荧光体被激发，发出红、绿、蓝的可见光，该光经由保护层(43)、电介质层(42)、玻璃基板(45)从外侧观察到，并作为图像显示装置发挥功能。
[实施例70]
图22是表示本发明的图像显示装置(场发射显示器面板)的概要图。
本发明的实施例30的蓝色荧光体(56)涂敷在阳极(53)的内面。通过在阴极(52)和闸极(54)之间施加电压，从发射极(55)发出电子(57)。电子由于阳极(53)和阴极的电压而加速，与蓝色荧光体(56)冲突而使荧光体发光。整体由玻璃(51)保护。图中表示由一个发射极和一个荧光体构成的一个发光单元，但实际上除蓝色以外，配置有多个绿色、红色的单元，从而构成发出多彩的颜色的显示器。关于绿色或红色的单元中所使用的荧光体不做特别指定，只要使用由低速的电子束发出高亮度的荧光体即可。
工业实用性
本发明的氮化物荧光体，具有与现有的荧光体不同的发光特性(发光颜色或激发特性、发光光谱)，并且在与波长470nm以下的LED组合时发光强度高，且化学稳定性及热稳定性良好。进而，由于该荧光体在暴露于激发源的情况下，亮度也不会降低，因此是一种适合用于VFD、FED、PDP、CRT、白色LED等的氮化物荧光体。期待今后在各种显示装置中的材料设计中广泛应用，并对产业的发展作出贡献。