DE112007000090T5 - Fluoreszierende Substanz und Verfahren zur Herstellung dieser - Google Patents

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Abstract

Fluoreszierende Substanz, welche eine fluoreszierende Substanz enthält, die hauptsächlich aus einer Granatstruktur besteht, sowie ein dazugegebenes Element der Gruppe V.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluoreszierende Substanz, die in der Lage ist, sichtbares Licht anzuregen, insbesondere eine fluoreszierende Substanz, welche eine primäre Lichtemissionswellenlänge von einer Lichtquelle derart umwandelt, dass diese als sekundäre Lichtemissionswellenlänge emittiert wird, ein Verfahren zur Herstellung dieser sowie eine Lampe.
  • Es wird die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-019323 , eingereicht am 27. Januar 2006, sowie der Provisional Patent Application Nr. 60/764371 , eingereicht am 2. Februar 2006, beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK
  • In den letzten Jahren ist eine Lampe vorgeschlagen worden, worin eine Leuchtdiode (LED) mit einem fluoreszierenden Licht kombiniert wird, welche eine geringe Größe, hohe Intensität und lange Lebensdauer aufweist. Bei einer derartigen Lampe wird eine LED verwendet, womit elektrische Energie eingespart werden kann, und diese wird in verschiedenen weiten Verwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel einem Bildschirm bzw. Display, einer Hintergrundbeleuchtungsquelle bzw. Rücklichtbeleuchtungsquelle, einem Verkehrssignal und verschiedenen Anzeigen etc.
  • Die Lampe, bei welcher eine LED mit einem fluoreszierenden Licht wie oben kombiniert ist, kann Licht mit einem beliebigen Farbton aussenden, indem die Lichtemissionswellenlänge einer LED unter Verwendung eines oder mehrerer fluoreszierender Lichter in eine sekundäre Lichtemissionswellenlänge umgewandelt wird, selbst wenn nur eine Art einer primären Lichtemissionswellenlänge der LED als Lichtquelle vorliegt.
  • Dadurch ist eine Lampe bei geringen Kosten erhältlich, mit der stabil Licht ausgesendet werden kann, und eine solche Lampe ist weithin wie oben beschrieben verwendet worden.
  • Als eine fluoreszierende Substanz zur Verwendung in einer Lampe, bei der eine LED als Lichtquelle verwendet wird, ist eine fluorierende Substanz mit einer Granatstruktur (YAG:Ce = Y3Al5O12:Ce) weithin bekannt, worin die Grundkomponente Yttrium·Aluminium·Granat ist (YAG = Y3Al5O12), und worin Cer (Ce) als ein Aktivator enthalten ist.
  • Da eine solche fluoreszierende YAG:Ce-Substanz mit einer Granatstruktur hervorragende Temperatureigenschaften, eine breite Anregungswellenlänge und hohe Umwandlungseffizienz der Lichtwellenlänge aufweist und besonders in einem blauen Bereich nahe 460 nm wirksam anregt, ist diese weithin in einer Lampe verwendet worden, bei der eine LED verwendet wird, wurde auch in einer weißen Lampe verwendet, die durch Anregung einer blauen LED gelbes Licht emittiert.
  • Eine Lampe, welche emittiertem Licht einen beliebigen Farbton verleiht, indem eine primäre Lichtemissionswellenlänge, die von einer LED emittiert wird, unter Verwendung einer fluoreszierenden YAG:Ce-Substanz in eine sekundäre Lichtemissionswellenlänge umgewandelt wird, ist im Patentdokument 1 offenbart worden.
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung Nr. 3,065,258 .
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • In der Lampe, bei welcher eine fluoreszierende YAG:Ce-Substanz verwendet wird, wie in Patentdokument 1 offenbart, wird die von einer LED emittierten Lichtwellenlänge durch obige Konstitution effizient in einen beliebigen Farbton umgewandelt.
  • Der Lampe, bei welcher die in Patentdokument 1 offenbarte fluoreszierende Substanz verwendet wird, fehlt jedoch in ausreichendem Maße die Lichtemissionsintensität der sekundären Wellenlänge, und es ist nötig, einen Teil der Komponentenzusammensetzung einer fluoreszierenden YAG:Ce-Substanz auszutauschen, um die Lichtemissionswellenlänge (Anregungswellenlänge) in eine beliebige Bande umzuwandeln.
  • Aus diesem Grund gab es einen starken Bedarf nach der Entwicklung einer fluoreszierenden Substanz, mit der die Lichtemissionsintensität erhöht werden kann und die Lichtemissionswellenlänge leicht umgewandelt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Gegebenheiten gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine fluoreszierende Substanz bereitzustellen, die bezüglich der Lichtemissionseigenschaften, Mehrzweckeigenschaften und der Eigenschaft einer stabilen Lichtemission herausragt, und die bei niedrigen Kosten erhältlich ist, ein Verfahren zur Herstellung dieser sowie eine Lampe.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Ziele zu lösen und schließt die nachfolgende Erfindung ein.
    • (1) Fluoreszierende Substanz, welche eine fluoreszierende Substanz, die hauptsächlich aus einer Granatstruktur besteht, und ein dazugegebenes Element der Gruppe V enthält.
    • (2) Fluoreszierende Substanz nach (1), worin die fluoreszierende Substanz eine fluoreszierende Substanz mit einer Granatstruktur beinhaltet, worin Yttrium·Aluminium·Granat (Y3Al5O12) als Basiskomponente enthalten ist, und weiterhin ein Aktivator enthalten ist.
    • (3) Fluoreszierende Substanz nach (1) oder (2), worin der Gehalt des Elements der Gruppe V nicht mehr als 50 mol-% ist.
    • (4) Fluoreszierende Substanz nach (1) oder (2), worin der Gehalt des Elements der Gruppe V nicht mehr als 25 mol-% ist.
    • (5) Fluoreszierende Substanz nach einem der Punkte (1) bis (4), worin das Element der Gruppe V P ist und im Zustand einer Phosphorverbindung zugesetzt ist.
    • (6) Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz, welches das Mischen einer Y-Verbindung, einer Al-Verbindung, einer Ce-Verbindung und einer Verbindung eines Elements der Gruppe V und Calcinieren des resultierenden Gemischs beinhaltet, um eine fluoreszierende Substanz zu bilden, die hauptsächlich aus einer Granatstruktur besteht.
    • (7) Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz nach (6), welches weiterhin das Vermischen von Y-Oxid, Al-Oxid und Ce-Oxid, um ein vorbestimmtes Zusammensetzungsverhältnis zu erzeugen, und weiterhin die Zugabe einer Phosphorverbindung und anschließend Calcinieren des resultierenden Gemischs beinhaltet.
    • (8) Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz nach (7), worin das Y-Oxid Y2O3 ist, das Al-Oxid Al2O3 ist, das Ce-Oxid CeO2 ist und die Phosphorverbindung H3PO4 ist.
    • (9) Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz nach einem der Punkte (6) bis (8), worin das Calcinieren in einem Inertgas durchgeführt wird.
    • (10) Fluoreszierende Substanz, welche durch das Verfahren nach einem der Punkte (6) bis (9) erhalten wird.
    • (11) Lampe, welche eine LED als Lichtquelle sowie eine fluoreszierende Substanz nach einem der Punkte (1) bis (5) und (10), um von der LED emittiertes Licht mit der fluores zierenden Substanz zu absorbieren und eine Wellenlängenumwandlung durchzuführen, enthält.
    • (12) Lampe, welche eine LED als Lichtquelle sowie eine fluoreszierende Substanz nach einem von (1) bis (5) und (10), um von der LED emittiertes Licht mit der fluoreszierenden Substanz zu absorbieren und weißes Licht auszusenden, enthält.
  • Die erfindungsgemäße fluoreszierende Substanz kann die Lichtemissionsintensität bzw. Leuchtintensität und die Lichtemissionswellenlänge durch die oben angegebenen Merkmalskombinationen (1) bis (5) ändern.
  • Da überdies die Lichtemissionsintensität und die Lichtemissionswellenlänge basierend auf der Art und dem Gehalt eines Elements der Gruppe V variieren, kann eine fluoreszierende Substanz mit beliebigen Eigenschaften durch Änderung des zuzugebenden Elements und der Zugabemenge, entsprechend der geforderten Eigenschaften der fluoreszierenden Substanz erhalten werden.
  • Überdies kann die in (10) oben beschriebene fluoreszierende Substanz mit beliebigen Eigenschaften gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz mit den Merkmalskombinationen von (6) bis (9) oben erhalten werden, indem das zuzugebende Element und die Zugabemenge davon entsprechend den geforderten Eigenschaften der fluoreszierenden Substanz verändert werden.
  • Überdies kann die erfindungsgemäße Lampe bei den Merkmalskombinationen (11) und (12) oben unter Verwendung der fluoreszierenden Substanz die Lichtemissionswellenlänge einer LED als einer primären Lichtquelle in eine sekundäre Lichtemissionswellenlänge umwandeln, wodurch eine wellenlängenumwandelnde Lampe mit einer hohen Lichtemissionsintensität bereitgestellt wird, die Licht mit einem beliebigen Farbton emittieren kann.
  • Gemäß der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung und dem Verfahren zur Herstellung dieser ist es aufgrund der obigen Merkmalskombinationen und Wirkungen möglich, eine sekundäre Lichtemissionswellenlänge einer fluoreszierenden Substanz zu einer Wellenlänge mit beliebigem Farbton zu machen und die Lichtemissionsintensität zu erhöhen.
  • Dadurch ist es möglich, Licht mit einer hohen Intensität und hervorragenden Lichtemissionseigenschaften mit beliebigem Farbton zu erhalten, indem ein oder mehrere Arten von fluoreszierenden Substanzen verwendet werden, selbst wenn die primäre lichtemittierende Wellenlänge einer LED die gleiche Wellenlänge aufweist.
  • Somit kann eine Lampe mit hoher Helligkeit, langer Lebensdauer, geringer Größe und hervorragenden Mehrzweckeigenschaften bei geringen Kosten bereitgestellt werden.
  • Da die Lampe unter Verwendung der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung bezüglich ihrer Mehrzweckeigenschaften herausragt, kann sie für verschiedene Verwendungen, wie zum Beispiel einen Bildschirm/ein Display, ein LCD-Hintergrundlicht, eine weiße LED, eine LED für Beleuchtungszwecke verwendet werden, insbesondere kann eine hohe Effizienz im Fall der Verwendung der Lampe als weiße LED-Lampe bereitgestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Figur zur Erläuterung eines Beispiels der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung, wobei es sich um eine grafische Darstellung handelt, die die Korrelation zwischen der zugegebenen Menge an H3PO4 und der Lichtemissionsintensität in Beispiel 1 zeigt.
  • 2 ist eine Figur zur Erläuterung eines Beispiels der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung, wobei es sich um eine grafische Darstellung handelt, die die Korrelation zwischen der zugegebenen Menge an H3PO4 und der Lichtemissionswellenlänge in Beispiel 1 zeigt.
  • 3 ist eine Figur zur Erläuterung eines Beispiels der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung, wobei es sich um eine grafische Darstellung handelt, welche die Korrelation zwischen der Ce2O3-Konzentration und der Lichtemissionsintensität im Falle des Fixierens der H3PO4-Konzentration auf 3 mol-% in Beispiel 2 zeigt.
  • 4 ist eine Figur zur Erläuterung eines Beispiels der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung, wobei es sich um eine grafische Darstellung handelt, welche die Korrelation zwischen der Ce2O3-Konzentration und der Lichtemissionswellenlänge im Falle des Fixierens der H3PO4-Konzentration auf 3 mol-% in Beispiel 2 zeigt.
  • 5 ist eine Figur zur Erläuterung eines Beispiels der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung, wobei es sich um eine grafische Darstellung handelt, welche die Korrelation zwischen der Konzentration an P beim Synthetisieren der fluoreszierenden Substanz und der Konzentration an P nach dem Synthetisieren der fluoreszierenden Substanz in Beispiel 3 zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Unten folgt eine erläuterung von Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz und einer Lampe unter Verwendung dieser.
  • Fluoreszierende Substanz
  • Die erfindungsgemäße fluoreszierende Substanz wird gebildet, indem ein Element der Gruppe V zu einer fluoreszierenden Substanz gegeben wird, die näherungsweise hauptsächlich aus einer Granatstruktur besteht.
  • Die erfindungsgemäße fluoreszierende Substanz ist zum Beispiel lamellar auf einer Lichtemissionsvorrichtung, wie z. B. einer Lichtquelle wie einer LED, gebildet, und ist in der Lage, durch Anregung der Lichtquelle Licht mit beliebigem Farbton auszusenden und die Emissionsintensität zu erhöhen.
  • Nachfolgend ist eine ausführliche Erläuterung der Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz angegeben.
  • "Aktivator"
  • In der fluoreszierenden Substanz enthält in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die fluoreszierende Substanz, die hauptsächlich aus der Granatstruktur besteht, Yttrium·Aluminium·Granat (YAG = Y3Al5O12) als Grundkomponente sowie eine fluoreszierende Substanz mit der Granatstruktur, die zum Beispiel Cer (Ce) etc. als Aktivator enthält. In der fluoreszierenden Substanz dieser Ausführungsform ist die Leuchteffizienz dadurch erhöht, dass Ce als Aktivator enthalten ist. Es sei angemerkt, dass der in der fluoreszierenden Substanz enthaltene Aktivator nicht auf Ce eingeschränkt ist, sondern ein beliebiges anderes Element geeignet verwendet werden kann.
  • Wie in der Grafik in 4 gezeigt ist, nimmt mit einer Erhöhung des Ce-Gehalts die Lichtemissionswellenlänge der fluoreszierenden Substanz zu. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, die zugegebene Ce-Menge innerhalb des Bereichs einzustellen, in welchem die in der Grafik in 3 gezeigte Leuchtintensität nicht abnimmt, um eine gewünschte Lichtemissionswellenlänge zu erhalten.
  • Eine gewünschte Lichtemissionswellenlänge kann erhalten werden, während die Lichtemissionsintensität erhöht wird, indem die fluoreszierende Substanz der vorliegenden Erfindung lamellar auf einer Lichtemissionsvorrichtung gebildet wird.
  • "Element der Gruppe V"
  • In der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz wird ein Element der Gruppe V zu einer fluoreszierenden Substanz gegeben, die hauptsächlich aus der Granatstruktur besteht, wie z. B. YAG:Ce etc.
  • Das der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz zugegebene Element der Gruppe V ist mindestens eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus N, P, As, Sb und Bi, und die Lichtemissionsintensität wird durch Zugabe des obigen Elements der Gruppe V zu einer fluoreszierenden Substanz, die hauptsächlich aus der Granatstruktur besteht, signifikant erhöht.
  • Weiterhin variieren die Lichtemissionsintensität und die Lichtemissionswellenlänge in Abhängigkeit der Art und Menge des der fluoreszierenden Substanz zuzugebenden Elements der Gruppe V.
  • Eine fluoreszierende Substanz mit beliebiger Eigenschaft kann erhalten werden, indem das zuzugebende Element der Gruppe V und die Menge des zuzugebenden Elements der Gruppe V entsprechend den gewünschten Eigenschaften der fluoreszierenden Substanz geeignet eingestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße fluoreszierende Substanz weist bevorzugt einen Gehalt des Elements der Gruppe V von nicht mehr als 50 mol-% auf, bevorzugter nicht mehr als 25 mol-%.
  • Die Lichtemissionsintensität und die Lichtemissionseigenschaften können effizienter erhöht werden, indem der Gehalt des zur fluoreszierenden Substanz zuzugebenden Elements der Gruppe V auf den obigen Bereich spezifiziert wird.
  • Wenn der Gehalt des Elements der Gruppe V über 50 mol-% ist, ist die obige Wirkung kaum erhältlich.
  • In der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz ist überdies das obige Element der Gruppe V bevorzugt P (Phosphor), und der in der fluoreszierenden Substanz enthaltene P wird bevorzugt in einem Zustand einer Phosphorverbindung zugegeben.
  • Als die Phosphorverbindung sind zum Beispiel Phosphate wie H3PO4 beispielhaft, wobei jede beliebige ausgewählt werden kann.
  • Die Lichtemissionsintensität wird weiter zunehmen, wenn das in der fluoreszierenden Substanz enthaltene Element der Gruppe V P ist.
  • "Herstellungsverfahren"
  • Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz ist näherungsweise als ein Verfahren zur Gewinnung einer fluoreszierenden Substanz, die hauptsächlich aus der Granatstruktur besteht, ausgestaltet, wobei eine Y-Verbindung, eine Al-Verbindung, eine Ce-Verbindung und eine Verbindung eines Elements der Gruppe V gemischt werden und das Gemisch calciniert wird.
  • Überdies kann das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz ein Verfahren sein, welches das im Mischen eines Y-Oxids, eines Al-Oxids und eines Ce-Oxids derart, dass jedes dieser in einem vorbestimmten Zusammensetzungsanteil vorliegt, und weiterhin die Zugabe einer Phosphorverbindung und anschließend Calcinieren des resultierenden Gemischs umfasst.
  • Im Fall der Herstellung der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel Y2O3, Al2O3 und CeO2 als Rohmaterialien zur Vermischung verwendet, um Y3Al5O12:Ce zu bilden, und das Element der Gruppe V, wie z. B. H3PO4 etc., als Phosphorverbindung wird in einer solchen Menge dazugegeben, dass eine gewünschte Lichtemissionsintensität und -wellenlänge erhalten werden kann. Anschließend wird das resultierende Gemisch bei einer vorbestimmten Temperatur und Zeit calciniert, womit die erfindungsgemäße fluoreszierende Substanz bereitgestellt wird.
  • Wenn die fluoreszierenden Substanzen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wird im Fall der Verwendung von P als zuzugebendem Element der Gruppe V und der Zugabe von H3PO4, wie in der Grafik in 1 gezeigt ist, die Lichtemissionsintensität mit höherer zugegebener Konzentration der H3PO4 zunehmen. Wie überdies in 2 gezeigt ist, gibt es keine signifikante Änderung der Lichtemissionswellenlänge der fluoreszierenden Substanz, selbst wenn sich die zugegebene H3PO4-Konzentration ändert.
  • Aus diesem Grund ist es bzgl. der zugegebenen Konzentration an H3PO4 möglich, die zugegebene Konzentration geeignet auszuwählen, bei welcher eine gewünschte Lichtemissionsintensität erhalten werden kann, ohne durch die Lichtemissionsintensität beeinflusst zu sein.
  • In der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz können hohe Lichtemissionsintensität und hohe Lichtemissionseigenschaft durch Zugabe von H3PO4, um P in diese einzubeziehen, bereitgestellt werden.
  • Wenn überdies die erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanzen hergestellt werden, ist es im Fall im Verwendung von Ce als Aktivator und der Zugabe von CeO2, wie oben erwähnt, möglich, die zugegebene Konzentration an Ce geeignet einzustellen, bei welcher eine gewünschte Lichtemissionswellenlänge erhalten werden kann, indem die Zugabemenge an Ce innerhalb eines solches Bereichs eingestellt wird, dass die Lichtemissionsintensität nicht abnimmt.
  • Die Atmosphäre, in welcher die fluoreszierende Substanz der vorliegenden Erfindung unter der obigen Bedingung calciniert wird, kann eine Atmosphäre eines Inertgases sein, wie z. B. H2, Ar etc., oder von N2, insbesondere bevorzugt ein Inertgas wie Ar etc. Die Lichtemissionsintensität kann weiter erhöht werden, indem die fluoreszierende Substanz in einer Atmosphäre eines Inertgases wie Ar etc. calciniert wird (siehe 1).
  • Lampe
  • Die Lampe ist in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer LED als Lichtquelle ausgestattet und wird weitgehend aus der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt gebildet, wobei das von der LED emittierte Licht mittels der fluoreszierenden Substanz absorbiert und dessen Wellenlänge umgewandelt wird.
  • Die Lampe der vorliegenden Erfindung ist mit einer LED als Lichtquelle ausgestattet, und eine primäre Lichtemissionswellenlänge der LED wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz in eine sekundäre Lichtemissionswellenlänge umgewandelt, wodurch das ausgesandte Licht in eine Wellenlänge mit beliebigem Farbton überführt wird und die Lichtemissionsintensität signifikant erhöht wird.
  • Die in der Lampe der vorliegenden Erfindung als Lichtquelle zu verwendende LED ist nicht besonders eingeschränkt, solange diese Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 600 nm aussenden kann, zum Beispiel können ZnSe und eine Nitridverbindung eines Halbleiters eines Elements der Gruppe III etc. verwendet werden.
  • Die Nitridverbindung eines Halbleiters eines Elements der Gruppe III ist eine solche, die durch die folgende Formel dargestellt wird: InαAlβGa1-α-βN (in der Formel ist 0 ≤ α, 0 ≤ β, α + β ≤ 1). Hierunter ist ein Galliumnitridtyp-Verbindungshalbleiter im Hinblick auf den Wirkungsgrad bevorzugt verwendbar. Ein solcher Galliumnitridtyp-Verbindungshalbleiter wird durch MOCVD-Verfahren oder HVPE-Verfahren auf einem Substrat gebildet, wie zum Beispiel einer Lichtemissionsvorrichtung.
  • Als Struktur des Galliumnitridtyp-Verbindungshalbleiters sind eine Homostruktur, eine Heterostruktur, eine Doppelheterostruktur mit einem MIS-Übergang, PIN-Übergang und pn-Übergang beispielhaft. Überdies kann die Lichtemissionswellenlänge durch das Material der Halbleiterschicht und das Ausmaß der Zwischenkristallisation variabel gewählt werden. Es kann sich überdies um eine Einzelquantentopfstruktur handeln, worin die Halbleiteraktivschicht als dünner Film ausgebildet ist, worin der Quanteneffekt erzeugt wird, oder eine Mehrfachquantentopfstruktur.
  • Im Fall der Ablagerung der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung auf eine LED zur Bildung einer Lampe kann zumindest eine Art einer fluoreszierenden Substanz als Einzelschicht oder mehrere Schichten laminiert und angeordnet werden, alternativ können zwei oder mehr Arten fluoreszierende Substanzen in einer Einzelschicht gemischt und angeordnet werden.
  • Beispiele für Verfahren zur Bildung einer fluoreszierenden Substanz auf einer LED sind: ein solches, bei dem eine fluoreszierende Substanz mit einem Beschichtungselement gemischt wird, welches die Oberfläche einer LED bedeckt, ein solches, bei dem eine fluoreszierende Substanz mit einem Formelement einer LED gemischt wird, oder ein solches, bei dem eine fluoreszierende Substanz mit einem Beschichtungskörper gemischt wird, welcher ein Formelement bedeckt, und weiterhin ein solches, bei dem eine transparente Platte, in welche eine fluoreszierende Substanz eingemischt ist, vor der Flutungsseite der LED-Lampe angeordnet ist.
  • Überdies kann als ein Verfahren zur Bildung einer fluoreszierenden Substanz mindestens eine Art einer fluoreszierenden Substanz zu dem Formelement auf der LED gegeben werden. Weiterhin kann eine fluoreszierende Substanzschicht, bestehend aus einer oder mehreren Arten einer fluoreszierenden Substanz, außerhalb der Leuchtvorrichtung angeordnet sein.
  • Als ein Verfahren zur Bildung einer fluoreszierenden Substanz außerhalb einer LED sind beispielhaft: ein solches, bei dem eine fluoreszierende Substanz lamellar auf die äußere Ober fläche des Formelements einer LED aufgebracht wird, ein solches, bei dem ein geformtes Produkt (zum Beispiel kappenförmig), in dem eine fluoreszierende Substanz in einem Kautschuk, einem Harz, einem Elastomer, einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt etc. dispergiert ist, hergestellt wird, oder ein solches, bei dem eine Lichtemissionsvorrichtung mit dem resultierenden geformten Produkt beschichtet wird, sowie ein solches, bei dem das geformte Produkt zu einer Platte geformt wird und diese Platte vor einer LED angeordnet wird.
  • Im Fall des Mischens einer fluoreszierenden Substanz in ein Harz ist das Mischverhältnis der fluoreszierenden Substanz zum Harz zum Beispiel im Bereich von 0,001% bis 50 Massen-%, dies ist aber nicht einschränkend. Das optimale Mischverhältnis variiert in Abhängigkeit des Wirkungsgrads, der Teilchengröße und der spezifischen Dichte einer fluoreszierenden Substanz sowie der Viskosität des Harzes etc., und somit wird das optimale Mischverhältnis allgemein dementsprechend bestimmt.
  • Wie oben erläutert wurde, kann erreicht werden, dass mit der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung und der Lampe unter Verwendung dieser die sekundäre Lichtemissionswellenlänge einer fluoreszierenden Substanz eine Wellenlänge zu einem beliebigen Farbton wird, indem obige Merkmalskombinationen und Wirkungen eingehalten werden, und die Lichtemissionsintensität kann erhöht werden. Es ist somit möglich, Licht mit hoher Ausgabeleistung und hervorragenden Lichtemissionseigenschaften mit einem beliebigen Farbton zu erhalten, indem ein oder mehrere Arten fluoreszierende Substanzen verwendet werden, selbst wenn die primäre Lichtemissionswellenlänge der LED die gleiche Wellenlänge aufweist.
  • Demgemäß kann eine Lampe mit hoher Helligkeit, langer Lebensdauer, geringer Größe und hervorragenden Mehrzweckeigenschaften bei niedrigen Kosten bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass aufgrund der Tatsache, dass die fluoreszierende Substanz und eine Lampe unter Verwendung dieser insbesondere im blauen Bereich nahe 460 nm effizient anregen kann, die obige hervorragende Wirkung noch ausgeprägter wird, wenn die fluoreszierende Substanz in einer LED-Lampe verwendet wird, bei welcher eine blaue LED als Lichtquelle verwendet wird, und welche weißes Licht als Resultat dessen emittiert, dass eine fluoreszierende Substanz durch blaue LED-Anregung gelbes Licht emittiert.
  • Da weiterhin die Lampe der vorliegenden Erfindung bezüglich der Variabilität herausragt, ist die Lampe für viele Verwendungen einsetzbar, wie zum Beispiel einem Display, einem Flüssigkristalldisplay-Hintergrundlicht, weiße LED, LED für Beleuchtungszwecke etc.
  • BEISPIELE
  • Unten ist unter Bezugnahme auf Beispiele eine konkrete Erläuterung der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung und einer Lampe unter Verwendung dieser angegeben, die fluoreszierende Substanz der vorliegenden Erfindung und eine Lampe unter Verwendung dieser sind jedoch nicht auf den Inhalt der nachfolgenden Beispiele eingeschränkt.
  • Beispiel 1
  • 1 und 2 sind Grafiken, welche die relative Intensität (Lichtemissionsintensität) der maximalen Lichtemissionspeakhöhe sowie die Wellenlänge (Lichtemissionswellenlänge) der maximalen Lichtemissionspeakhöhe der fluoreszierenden Substanz zeigen, welche durch Vermischen von Y2O3, Al2O3 und CeO2 derart, dass Y2,91Ce0,09Al5O12 vorlag, und Zugabe von H3PO4 als ein Element der Gruppe V dazu, synthetisiert wurde, wobei die Zugabemenge und Calcinieratmosphäre verändert wurde.
  • Als Atmosphäre zum Calcinieren für die in 1 und 2 gezeigten Daten wurde etwa 100% Gas jeweils für "Ar" und "N2" verwendet, ein gemischtes Gas, bestehend aus 4% Wasserstoff und 96% Stickstoff wurde bei "H2" verwendet, und eine Atmosphärenluft wurde für "Atmosphäre" zum Calcinieren verwendet.
  • Als fluoreszierende Substanz zum Vergleich wurde TYP: KX692B, hergestellt von KASEI OPTO Co., Ltd., verwendet. Diese fluoreszierende Substanz ist eine solche, welche die größte Lichtemissionsintensität von sämtlichen im Handel erhältlichen fluoreszierenden Substanzen aufweist, wobei die Lichtemissionsintensität von 120 bis 130% gegenüber der von TYP: P46-Y3, hergestellt von KASEI OPTO Co., Ltd., reicht, welche als allgemein erhältliche fluoreszierende Substanz als Referenz verwendet wird, wobei in diesem Beispiel die Lichtemissionsintensität bzw. Leuchtintensität als relative Lichtemissionsintensität, bezogen auf den Fall, wo die Lichtemissionsintensität dieser fluoreszierenden Substanz (TYP: KX692B) als 100 standardisiert wurde, ausgedrückt wurde.
  • Die Korrelation zwischen der zugegebenen Menge an H3PO4 und der Lichtemissionsintensität ist in der Grafik in 1 gezeigt.
  • Aus dieser Korrelation ist ersichtlich, dass wenn die zugegebene H3PO4-Menge erhöht wird, die Lichtemissionsintensität größer wird, sodass eine Lichtemissionsintensität von nicht weniger als 120% gegenüber derjenigen der obigen fluoreszierenden Referenzsubstanz erhalten wird. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Wirkung im Fall des Calcinierens in einer Inertgasatmosphäre (Ar, N2) signifikant auftritt.
  • Wie in der Grafik von 1 gezeigt ist, reicht in diesem Beispiel die zur fluoreszierenden Substanz zugegebene H3PO4-Menge von 1 bis 5%, ausgedrückt als mol-%. Aus dem in 1 gezeigten Ergebnis ist klar, dass die Lichtemissionsintensität durch Zugabe von H3PO4 als P zur fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung zunimmt, und dass die Lichtemissionsintensität noch weiter zunimmt, indem ein Inertgas zum Calcinieren der fluoreszierenden Substanz verwendet wird, z. B. eine Ar-Atmosphäre.
  • Die Korrelation zwischen der zugegebenen Menge an H3PO4 und der Lichtemissionswellenlänge ist in der Grafik in 1 gezeigt.
  • Aus dieser Korrelation ist ersichtlich, dass die Lichtemissionswellenlänge der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung sich kaum ändert, unabhängig von der zugegebenen Menge an H3PO4, und dass diese als fluoreszierende Substanz sehr geeignet ist.
  • Wie in der Grafik von 2 gezeigt ist, wird die Lichtemissionswellenlänge der fluoreszierenden Substanz in diesem Beispiel durch die zugegebene Menge an H3PO4 nicht signifikant beeinflusst für den Fall, dass die zugegebene Menge an H3PO4 von 1 bis 5% reicht, ausgedrückt als mol-% Aus diesem Grund kann die zugegebene H3PO4-Menge unabhängig von der gewünschten Lichtemissionswellenlänge bestimmt werden.
  • Demgemäß ist klar, dass in der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung, wenn eine hohe Lichtemissionsintensität benötigt wird, die Lichtemissionsintensität der fluoreszierenden Substanz erhöht werden kann, ohne die Lichtemissionswellenlänge signifikant zu beeinflussen, indem die zugegebene Menge an H3PO4 innerhalb des obigen Bereichs erhöht wird.
  • Beispiel 2
  • 3 und 4 sind Grafiken, welche die relative Intensität (Lichtemissionsintensität) der maximalen Lichtemissionspeakhöhe und die Wellenlänge (Lichtemissionswellenlänge) der maximalen Lichtemissionspeakhöhe der fluoreszierenden Substanz zeigen, welche durch Vermischen von Y2O3, Al2O3 und CeO2 derart, dass Y(3-X)CeXAl5O12 vorlag, und Zugabe einer vorbestimmten Menge an 3 mol-% H3PO4 als ein Element der Gruppe V hierzu, synthetisiert wurde, wobei die CeO2-Konzentration x (mol-%) und die Calcinieratmosphäre variiert wurden.
  • Als eine Atmosphäre zum Calcinieren für die in 3 und 4 gezeigten Daten wurde für "N2" etwa 100% Gas verwendet, und ein gemischtes Gas, bestehend aus 4% Wasserstoff und 96% Stickstoff wurde bei "H2" verwendet.
  • Als fluoreszierende Vergleichssubstanz wurde TYP: KX692B, hergestellt von KASEI OPTO Co., Ltd., die gleiche wie in Beispiel 1, verwendet.
  • Die Korrelation zwischen der CeO2(Ce)-Konzentration in dem Zustand, wo H3PO4 der fluoreszierenden Substanz zugegeben war, und der Lichtemissionsintensität ist in der Grafik von 3 gezeigt.
  • Aus dieser Korrelation ist ersichtlich, dass die Lichtemissionsintensität entsprechend der Ce-Konzentration größer wird in dem Fall, wo H3PO4 der fluoreszierenden Substanz zugegeben war, und dass eine Lichtemissionsintensität von nicht weniger als 120% gegenüber der obigen fluoreszierenden Vergleichssubstanz in einer N2-Atmosphäre erhältlich ist.
  • Wie in der Grafik in 3 gezeigt ist, wird in der fluoreszierenden Substanz der vorliegenden Erfindung die zu der fluoreszierenden Substanz als Aktivator zuzugebende Menge an CeO2 auf eine Ce-Konzentration im Bereich von 0,5 bis 5%, ausgedrückt als mol-%, eingestellt. Es ist klar, dass die Lichtemissionsintensität der erfindungsgemäßen fluoreszierenden Substanz gegenüber dem in 3 gezeigten Ergebnis zugenommen hat. Weiterhin ist klar, dass die hohe Lichtemissionsintensität erhalten werden kann, wenn die Lichtemissionsintensität in der Ce-Konzentration innerhalb des obigen Bereichs nicht weniger als 100% ist, und die Ce-Konzentration in dem obigen Bereich ist, sowohl in der N2- als auch der H2-Atmosphäre.
  • Die Korrelation zwischen der CeO2(Ce)-Konzentration in dem Zustand, in dem H3PO4 zu der fluoreszierenden Substanz zugegeben worden war, und der Lichtemissionswellenlänge ist in der Grafik in 4 gezeigt.
  • Aus dieser Korrelation ist ersichtlich, dass die Lichtemissionsintensität entsprechend der Ce-Konzentration in dem Zustand, in dem H3PO4 der fluoreszierenden Substanz zugegeben worden war, signifikant variiert, und dass diese Variation größer als die Substitutionswirkung von Gd ist, die allgemein bekannt war. Aus dieser Korrelation ist klar, dass eine fluoreszierende Substanz mit gut ausgewogener Lichtemissionsintensität und Lichtemissionswellenlänge durch Wahl der Ce-Konzentration entsprechend der Verwendung hergestellt werden kann, und dass dies eine sehr nützliche fluoreszierende Substanz ist.
  • Wie in der Grafik in 4 gezeigt ist, variiert in diesem Beispiel die Lichtemissionswellenlänge näherungsweise entsprechend der Ce-Konzentration in dem Fall, in dem die Ce-Konzentration in der fluoreszierenden Substanz von 0,5 bis 5% reicht, ausgedrückt als mal-%. Aus dem in 4 gezeigten Ergebnis ist klar, dass die fluoreszierende Substanz der vorliegenden Erfindung eine wünschenswerte Lichtemissionswellenlänge bereitstellen kann, indem die zugegebene Menge an CeO2 eingestellt wird, insbesondere werden die Ce-Konzentration und die Lichtemissionswellenlänge eine näherungsweise lineare Beziehung aufweisen, wenn das Calcinieren der fluoreszierenden Substanz in N2-Atmosphäre durchgeführt wird.
  • Wie weiterhin in der Grafik in 3 oben gezeigt ist, ist klar, dass eine hohe Lichtemissionsintensität erhalten werden kann, wenn die zugegebene CeO2-Menge eine solche Menge ist, dass diese innerhalb des Bereichs der Ce-Konzentration liegt, da die Lichtemissionsintensität nicht weniger als 100% ist, wenn die Ce-Konzentration innerhalb des obigen Bereichs liegt.
  • Aus diesen Ergebnissen ist klar, dass die fluoreszierende Substanz der vorliegenden Erfindung, welche einen Aktivator wie Ce etc. enthält, eine gewünschte Lichtemissionswellenlänge und hohe Lichtemissionsintensität bereitstellen kann.
  • Beispiel 3
  • 5 ist eine Grafik, welche die Korrelation zwischen der Konzentration von P, welches während der Synthese des Rohmaterials der fluoreszierenden Substanz zugegeben worden war, und der Konzentration von P, welches in der fluoreszierenden Substanz enthalten war, nachdem die fluoreszierende Substanz synthetisiert wurde, zeigt, für den Fall der Synthese einer fluoreszierenden Substanz durch Vermischen von Y2O3, Al2O3 und CeO2 derart, dass Y2,91Ce0,09Al5O12 vorlag, und verschiedene P(Phosphor)-Verbindungen als Element der Gruppe V dazugegeben wurden, während die Calcinieratmosphäre variiert wurde.
  • In 5 sind A, B, C und D jeweils ein Beispiel, welches durch Ändern der Art der P-Menge und der Calcinieratmosphäre durchgeführt wurde.
  • Aus dem in 5 gezeigten Ergebnis ist ersichtlich, dass jede P-Konzentration, die während der Synthese des Rohmaterials für die fluoreszierende Substanz zugegeben worden war, und die 2-Konzentration, die in der fluoreszierenden Substanz nach Synthese der fluoreszierenden Substanz enthalten war, in Abhängigkeit der Bedingungen, wie der Art der Verbindung der P-Quelle der Synthesetemperatur, der Calcinieratmosphäre etc., variiert, obwohl hierzwischen in einem gewissen Ausmaß eine Korrelation besteht.
  • Es ist daher ersichtlich, dass es notwendig ist, die geeignete 2-Konzentration in Abhängigkeit von diesen Bedingungen und den gewünschten Eigenschaften der fluoreszierenden Substanz geeignet zu wählen und zu bestimmen.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die erfindungsgemäße fluoreszierende Substanz und die Lampe unter Verwendung dieser können in verschiedenen vielfältigen Verwendungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel einem Display, eine Hintergrundlichtquelle, einem Signal und verschiedenen Anzeigen etc., sodass deren industrieller Verwendungswert extrem hoch ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Fluoreszierende Substanz, die bezüglich der Lichtemissionseigenschaften und Variabilität herausragt, und mit welcher stabil Licht emittiert werden kann, sowie eine Lampe unter Verwendung dieser werden bei geringen Kosten bereitgestellt. Eine derartige fluoreszierende Substanz besteht aus einer fluoreszierenden Substanz, die hauptsächlich aus einer Granatstruktur und einem dazugegebenen Element der Gruppe V besteht. Bevorzugt beinhaltet die fluoreszierende Substanz eine fluoreszierende Substanz mit einer Granatstruktur, worin Yttrium·Aluminium·Granat (Y3Al5O12) als Basiskomponente sowie weiterhin ein Aktivator enthalten ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2006-019323 [0002]
    • - JP 60/764371 [0002]
    • - JP 3065258 [0008]

Claims (12)

  1. Fluoreszierende Substanz, welche eine fluoreszierende Substanz enthält, die hauptsächlich aus einer Granatstruktur besteht, sowie ein dazugegebenes Element der Gruppe V.
  2. Fluoreszierende Substanz nach Anspruch 1, worin die fluoreszierende Substanz eine fluoreszierende Substanz mit einer Granatstruktur, worin Yttrium·Aluminium·Granat (Y3Al5O12) als Basiskomponente enthalten ist, sowie weiterhin einen Aktivator enthält.
  3. Fluoreszierende Substanz nach Anspruch 1 oder 2, worin der Gehalt des Elements der Gruppe V nicht mehr als 50 mol-% ist.
  4. Fluoreszierende Substanz nach Anspruch 1 oder 2, worin der Gehalt des Elements der Gruppe V nicht mehr als 25 mol-% ist.
  5. Fluoreszierende Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Element der Gruppe V P ist und dieses im Zustand einer Phosphorverbindung zugegeben wird.
  6. Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz, umfassend das Mischen einer Y-Verbindung, Al-Verbindung, Ce-Verbindung und einer Verbindung eines Elements der Gruppe V und Calcinieren des resultierenden Gemischs, um eine fluoreszierende Substanz zu bilden, die hauptsächlich aus einer Granatstruktur besteht.
  7. Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz nach Anspruch 6, umfassend das Vermischen von Y-Oxid, Al-Oxid und Ce-Oxid in einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis und weiter Zugabe einer Phosphorverbindung und anschließend Calcinieren des resultierenden Gemischs.
  8. Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz nach Anspruch 7, worin das Y-Oxid Y2O3 ist, das Al-Oxid Al2O3 ist, das Ce-Oxid CeO2 ist und die Phosphorverbindung H3PO4 ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer fluoreszierenden Substanz nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin das Calcinieren in einem Inertgas durchgeführt wird.
  10. Fluoreszierende Substanz, erhalten durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
  11. Lampe, welche eine LED als eine Lichtquelle sowie eine fluoreszierende Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 10 enthält, um mittels der fluoreszierenden Substanz Licht zu absorbieren, welches von der LED emittiert wird, und eine Wellenlängenumwandlung durchzuführen.
  12. Lampe, umfassend eine LED als eine Lichtquelle sowie eine fluoreszierende Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 10, um mittels der fluoreszierenden Substanz von der LED emittiertes Licht zu absorbieren und weißes Licht zu emittieren.
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