JP2003183638A - 予めコートされたホスファー粒子を処理するためのプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクトロルミネセント（ＥＬ）ランプの耐
湿性を改善すること、コートされたホスファーをコート
するための改善されたプロセスを提供すること、及びホ
スファー粒子をコートするための新しい材料群を提供す
ること。 【解決手段】 耐湿コーティングを有するエレクトロル
ミネセントホスファー粒子が、該粒子を約３０分間、水
蒸気及び有機トリクロロシラン化合物の混合物で流動床
において処理されることによって、再コートされる。結
果として得られるシロキサンコーティングは、更に該ホ
スファーの耐湿性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロルミネ
セント（ＥＬ）ランプのためのホスファー（phosphor）
の微粒子の製造に関し、特に、予めコートされたホスフ
ァー粒子を処理して明るさ（輝度）を損なうことなく電
気的安定性を改善するためのプロセスに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬパネルは、本質的に、二つの伝導性
電極の間に誘電性層を有するコンデンサーである。電極
の一つは、透明な金属層、例えばインジウム錫オキサイ
ド（ＩＴＯ）である。誘電性層は、銅をドープされたＺ
ｎＳホスファー粉末を含むか、あるいは、誘電性層に隣
接したホスファー粉末の分離した層が存在する。ホスフ
ァー粉末は強電場の存在下で非常に少ない電流を使用し
て光を放出する。

【０００３】ＥＬホスファー粒子は硫化亜鉛ベースの材
料であり、一般に、硫化銅（Ｃｕ₂Ｓ）、セレン化亜鉛
（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）などの１以上
の化合物を、硫化亜鉛結晶構造内に固溶状態で又は粒子
構造中の第二の相もしくはドメインとして含む。ＥＬホ
スファーは、一般に、ドーパント（例えば、臭素、塩
素、マンガン、銀など）などの他の材料の適度な量を、
カラーセンターとして、活性剤として、又は粒子格子中
の欠陥を改質して上記ホスファーの性質を改質するため
に含む。銅活性化硫化亜鉛ホスファーは、ブルー及びグ
リーンの光を電場の適用下で発生させ、銅／マンガン−
活性化硫化亜鉛ホスファーは、オレンジの光を電場の適
用下で発生させる。共に、これらホスファーは、白色光
を電場の適用下で発生させる。

【０００４】ホスファー粒子は、プロセス及びポスト−
プロセス処理、例えばミリング、に応じて、多くのサイ
ズのものとすることができる。１〜５０μ、好ましくは
１０〜４０μの平均粒子直径を有するＥＬホスファー粒
子は、典型的には、スクリーン印刷及びロールコーティ
ングされたＥＬパネルのために使用される。大きすぎる
ホスファー粒子は、非常に薄いホスファー層を形成する
ことと抵触するかもしれないし、粒子の粗い又は不均一
な光出力をもたらすかもしれないし、そして、典型的に
は製造中に懸濁液から沈殿するのが速すぎる傾向にあ
る。小さすぎるホスファー粒子は、相対的な表面積が増
大することにより使用中により速く劣化するかもしれな
いし、凝集し自由に流れないかもしれないし、そして、
高荷重でバインダーと混合することが困難であるかもし
れない。ホスファーの輝度は、時間と使用法によって劣
化する。ホスファーが水分に曝される場合、更に劣化す
る。

【０００５】ホスファーを耐湿性コーティングで包み、
そのホスファーの性能を改善することは、この分野で知
られている。包まれたホスファー粒子は、流動床反応器
を使用して１以上の金属酸化物の実質的に連続なコーテ
ィングでコートされる。特に、金属酸化物コーティング
は、反応器の一のゾーンにおいて適切な前駆体を導入
し、別のゾーンにおいて水蒸気で加水分解することによ
って製造される。流動床は、攪拌と粒子の分離を維持
し、その結果、コーティングは各粒子の表面上に成長す
ることができ、粒子同士が接合することはない。金属酸
化物コーティングは、実質的に透明であり、典型的には
約０．１〜３．０μの厚み、より好ましくは約０．１〜
０．５μの厚みである。薄すぎるコーティングは、水分
を透過するかもしれない。厚すぎるコーティングは、透
明性がより少ないかもしれない。例えば、米国特許第５
４１８０６２号（Ｂｕｄｄ）、第５４３９７０５号（Ｂ
ｕｄｄ）、第５５９３７８２号（Ｂｕｄｄ）、第５０８
０９２８号（Ｋｌｉｎｅｄｉｎｓｔ）、及び第５２２０
２４３号（Ｋｌｉｎｅｄｉｎｓｔ）を参照。

【０００６】上記Ｋｌｉｎｅｄｉｎｓｔ特許において形
成されたアルミナコーティングは、水と反応して水酸化
アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃）を生成する傾向があ
る。水酸化アルミニウムは、ランプ材料を劣化させる。
アルミナコーティングを排除することは、そのコーティ
ングの恩恵があるので、望ましくない。米国特許第５１
５１２１５号（Ｓｉｇａｉ）は、フルオレセントホスフ
ァー粒子上のアルミナコーティングの水和／可溶化の問
題を記載し、７００〜８５０℃の温度で粒子を加熱して
この問題を治癒することを提案している。ＥＬホスファ
ーは、そのような温度をそのまま適用しても耐えること
はできない。従って、コーティングの恩恵をあきらめる
ことなく、そのコーティングを用いて問題を解決すると
いう問題が残っている。

【０００７】ホスファー粒子をポリウレアシラザンでコ
ートして接着及び加水分解安定性を改善することは、こ
の分野で知られている（例えば、ＰＣＴ公開出願ＷＯ９
９／３５８８９（Ｋｏｓａら）参照）。このプロセスは
かなり効果的であるが、廃溶媒の処分及び湿ったホスフ
ァー粒子の乾燥の問題がある。

【０００８】クロロシラン化合物は水又はアルコールと
反応して反応性シラノールを形成することが知られてい
る。シラノールが酸化物状の表面（水酸基を含む）と結
合する反応は、普通は、不活性有機溶媒中又は溶媒とし
ての役割を果たす反応性アルコール中で行われる（A Gu
ide to Dow Corning Silane Coupling Agents, 1985,Do
w Corning Corp.参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記に鑑みて、本発明
の目的は、それゆえに、エレクトロルミネセント（Ｅ
Ｌ）ランプの耐湿性を改善することである。

【００１０】本発明の別の目的は、コートされたホスフ
ァーをコートするための改善されたプロセスを提供する
ことである。本発明の更なる目的は、ホスファー粒子を
コートするための新しい材料群を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ホスファー
粒子上の第二のコーティングを提供してその粒子の寿
命、明るさ及び耐湿性を改善することが見出された本発
明において達成される。特に、粒子は、流動床反応器に
おいてアルキル又はアリールクロロシラン化合物で処理
される。該化合物は、粒子を実質的にコートし、ホスフ
ァーの高温、高湿度環境に対する耐性を大いに改善す
る。不活性キャリアガス中に運ばれる、水−反応性種と
しての揮発性クロロシラン蒸気は、流動床においてホス
ファー粒子の表面上に直接にシロキサンを生成する。コ
ートされたＥＬホスファー上に使用するための表面−活
性シロキサンの新しい群が見出された。

【００１２】本発明のより完全な理解が、以下の詳細な
説明に添付図面を組み合わせて考察することにより得ら
れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１において、流動床反応器１１
は、コートされたホスファー１２の計量された量で部分
的に満たされている。フード中に配置され、又は付属品
１３を通じて適切な孔へ排気される場合、反応器１１は
ガラスウール（図示せず）で覆われている。水及び試薬
は、チャンバー１５及び１７において窒素キャリアガス
中で別々に気化される。単一の窒素源（図示せず）を使
用することができ、又は分離した源を使用することもで
きる。バルブ１８及び１９は、チャンバー１５及び１７
から下流に配置されている。追加のバルブ又は流量計を
加えることができる。バルブ１８は、反応器１１の底に
向かう水蒸気の流れを制御し、バルブ１９は、反応物の
流れを制御する。加熱器２１は、好ましくは使用され
ず、反応は周囲温度、例えば２０℃〜３０℃、で起こ
る。コーティングは、１５０℃ほどの高さで首尾よく適
用されたが、周囲温度より高い温度で実施することによ
るプロセスのコストが増大するという不合理がある。バ
ルブ１８は、最初に開かれ、最後に閉じられる。バルブ
１９は、二番目に開かれ、約３０分間開かれている。バ
ルブが閉じられた後、二重にコートされたホスファー
は、その後、１以上の保存容器に注入される。ホスファ
ーをふるいにかける必要はない。反応器は、使用後、窒
素でパージされることができる。プロセスの機械的な性
状はクリティカルではない。

【００１４】ホスファー上の金属酸化物コーティング
は、ある元素、主として、ケイ素、チタン又はアルミニ
ウム、に結合する水酸基（ＯＨ）を有すると信じられ
る。シラン化合物は、流動床において加水分解によって
シラノールへと転化される。シラノールは、第一のコー
ティングの表面上の水酸基と反応して酸素原子を介して
その表面とケイ素とを結合し、それによって、ホスファ
ー粒子を包む第二のコーティングを形成する。

【００１５】

【実施例】３７００グラムのホスファー粉末は、直径１
５０ｍｍを有する反応器中に置かれた。水蒸気を６．１
３リットル／分の速度で流し、反応物を１．８２リット
ル／分で３０分間流した。フェニルトリクロロシラン
（ＰＴＣＳ−図２）、ｎ−プロピルトリクロロシラン
（図３）、及びtert−ブチルトリクロロシラン（図４）
がうまく作用した。ヘキサメチルジシラザン（図５）及
びジエチルアミノトリメチルシラン（図６）は作用しな
かった。

【００１６】他の有機トリクロロシラン（アルキル及び
アリールトリクロロシラン）を使用しても作用すると予
想される。有用性は、クロロシランの揮発性によって制
限されるかもしれない。即ち、高い分子量を有し揮発性
が低い化合物は有用でないことになる。アルコキシシラ
ン及びジクロロ−及びモノクロロシランもまた作用する
と信じられる。しかし、トリクロロ化合物は、アルコキ
シ化合物よりも、より容易に商業的に入手でき、より大
きな反応性を有し、より良い揮発性を有するので、最も
有用である。

【００１７】流量と時間はクリティカルではない。別の
実験では、４００グラムのホスファーについて、水蒸気
の流量は３．５リットル／分であり、前駆体（ＰＴＣ
Ｓ）の流量は０．６リットル／分であった。処理は加水
分解を含むので、水が優位であることが好ましい。水蒸
気の前駆体に対する比は、２：１〜８：１又はそれ以上
とすることができる。４０００グラムのサンプルについ
て、５分及び６０分の時間が等しく効果的だった。

【００１８】ＥＬランプをテストする方法はたくさんあ
り、ＥＬランプを徹底的に、即ち、全ての可能な変数に
ついて、テストしようとする試みは商業的には非現実的
である。例えば、ＡＣサプライからパワーを供給される
ＥＬランプが、インバーターからパワーを供給されるＥ
Ｌランプとは異なる挙動を示すことが見出されている。

【００１９】二つのテストが期待されるランプ性能の合
理的な指標として見出されている。第一のテストは、
「インバーターソーク」テストと呼ばれる。このテスト
では、ランプが６５℃で相対湿度９５％に曝露される。
ランプは曝露の間パワーを供給されないが、移動して、
インバーターからパワーを供給され、データが取られ、
その後、湿度チャンバーに戻される。インバーターソー
クテストでは、保存中のランプの相対的な安定性が示さ
れる。第二のテストは、「パワーサプライ」テストと呼
ばれる。このテストでは、ランプが、６５℃の温度で相
対湿度９５％を有するチャンバーにおいてＡＣ駆動パワ
ーサプライからパワーを供給される。第二のテストで
は、電気化学的効果による腐食及び劣化に対するランプ
の耐性が示される。

【００２０】［インバーターソークテスト Ｎｏ．１］
フェニルトリクロロシランで上述したように処理された
複数のＥＬランプを６５℃、９５％湿度で保存し、その
後、インバーターから一時的にパワーを供給するととも
に、輝度（ｆｔ−Ｌ）を測定した。ランプは約５０ＶＲ
ＭＳ、２５０Ｈｚでパワーを供給された。

【００２１】

【表１】

【００２２】列記された３つのホスファーは、Arizona,
ChandlerのDurel Corporationから入手できる。２２５
型ホスファーはグリーンホスファーであり、６０４型ホ
スファーはブルーホスファーであり、６１５型はブルー
−グリーンホスファーである。３つ全てのホスファー
は、二酸化ケイ素及び二酸化チタンでコートされてい
る。「ＤＭ」は、フェニルトリクロロシランを用いる、
図１に関して記載されるような第二のコーティングを示
す。「ＲＭ」は、ポリウレアシラザンを用いる、上述し
た公開されたＰＣＴ出願に記載されるような第二のコー
ティングを示す。

【００２３】データが図７にプロットされている。以下
の全てのチャートにおいて、本発明によりコートされた
ランプのデータは実線でプロットされ、従来技術により
コートされたランプのデータは破線でプロットされる。
６１５ＤＭホスファーにおける４４時間(hours)での輝
度の著しい低下（曲線３１）は、理解されない。６１５
ＤＭホスファーで作製したランプは最初にテストされ、
他のサンプルはテストの前にやや乾燥したのかもしれな
い。

【００２４】いずれの曲線も最後のデータ点（上記表に
おける５４５時間(hours)でのデータ列）は、ランプが
ソークチャンバーから取り出されテストの前に乾燥させ
ておいた後、取得した。２２５ＲＭホスファー（曲線３
２）を除き、本発明によりコートされたランプは、その
他のランプよりも良好に回復した。全てのホスファー及
びコーティングがテストされて、その結果は、非常に局
部的なレベルでの化学現象における変量の平均であり、
この平均は、化学現象における小さな違いで有意にシフ
トするかもしれない。

【００２５】［パワーサプライテスト１］フェニルトリ
クロロシランで上述したように処理された複数のＥＬラ
ンプを６５℃、９５％湿度で保存し、その間、パワーサ
プライから８０ＶＲＭＳ、２００Ｈｚで連続的にパワー
を供給した。輝度（ｆｔ−Ｌ）を、パワーを中断するこ
となく測定した。

【００２６】

【表２】

【００２７】このテストからのデータは、図８にプロッ
トされている。理解できるように、本発明によりコート
されたランプの性能は、テストの間中、改善された輝度
を有した。

【００２８】［パワーサプライテスト２］フェニルトリ
クロロシランで上述したように処理された複数のＥＬラ
ンプを８５℃（テスト１よりも２０℃高い）、９５％湿
度で保存し、その間、パワーサプライから８０ＶＲＭ
Ｓ、２００Ｈｚで連続的にパワーを供給した。輝度（ｆ
ｔ−Ｌ）を、パワーを中断することなく測定した。

【００２９】

【表３】

【００３０】このテストからのデータは、図９にプロッ
トされている。再び、本発明によりコートされたホスフ
ァーは、従来技術によりコートされた粒子よりも良好で
あった。データは、約１１８時間（hours）後に収束す
るようである。しかし、この時点では、ランプは初期の
輝度の半分以下であり、これはランプの寿命の定義づけ
となる。ランプの寿命は、通常の用途では、普通は、は
るかに長い。８５℃でのパワーサプライテストは、ラン
プについて劣化（wear on a lamp）を促進するように設
計された厳しいテストである。

【００３１】［インバーターソークテスト Ｎｏ．２］
フェニルトリクロロシランで上述したように処理された
異なるホスファーから作られた複数のＥＬランプを６５
℃、９５％湿度で保存し、その後、インバーターから一
時的にパワーを供給するとともに、輝度（ｆｔ−Ｌ）を
測定した。ランプは約５０ＶＲＭＳ、２５０Ｈｚでパワ
ーを供給された。ＥＬ４０は、Osram Sylvaniaによって
販売されているグリーン、アルミナコートされたホスフ
ァーである。ＴＮＥ４００も、Osram Sylvaniaによって
販売されているグリーン、アルミナコートされたホスフ
ァーである。前述のとおり、最後の行のデータは、ラン
プがソークチャンバーから取り出されテストの前に乾燥
させておいた後、取得した。

【００３２】

【表４】

【００３３】このテストからのデータは、図１０にプロ
ットされている。図１０において、曲線３３はコートさ
れていないＴＮＥ４００を表し、曲線３４はコートされ
たＴＮＥ４００を表している。第二のコーティングは輝
度、特に初期の輝度を低下させたが、やや良好な堅実な
動作を与えた。パワーサプライテストは、より有望だっ
た。

【００３４】［パワーサプライテスト３］フェニルトリ
クロロシランで上述したように処理された複数のＥＬラ
ンプを６５℃、９５％湿度で保存し、その間、パワーサ
プライから８０ＶＲＭＳ、２００Ｈｚで連続的にパワー
を供給した。輝度（ｆｔ−Ｌ）を、パワーを中断するこ
となく測定した。

【００３５】

【表５】

【００３６】このテストからのデータは、図１１にプロ
ットされている。図１１において、曲線４１はコートさ
れたＴＮＥ４００を表し、曲線４４はコートされていな
いＴＮＥ４００を表している。コートされたＥＬ４０の
曲線は、コートされていないＴＮＥ４００の曲線よりも
やや下で始まるが、テストの終わりではやや高い（より
明るい）。本発明によりコートされたランプは、コート
されていないランプよりも良好にテストに耐えた。

【００３７】図１２は本発明により構成されたＥＬラン
プの断面図である。様々な層は、比例して示されていな
い。ランプは、透明基板６１（ポリエステル、ポリカー
ボネートなどの二軸配向プラスチックのシート）を含
む。透明フロント電極６２が基板６１の上に横たわって
いる。この電極６２は、インジウム錫オキサイド、イン
ジウムオキサイド又は他の透明伝導体の薄層である。ホ
スファー層６５はフロント電極の上に横たわり、誘電性
層６６はホスファー層の上に横たわる。層６５及び６６
は、いくつかの用途では結合される。誘電性層６６の上
に横たわるのは、不透明なリア電極６８である。任意の
裏打ち層６９もまた、例えば、ランプ６０の密封のため
に用意されてもよい。二重コートされたホスファー粒子
が使用されるときは、密封層は必要ない。

【００３８】こうして本発明は、材料の新しい群の一つ
でランプをコートすることにより、ＥＬランプの耐湿性
を改善する。コーティングプロセスは、使用される材料
が従来技術の溶媒システムが伴う処分の問題を与えない
点で改善されている。

【００３９】こうして本発明を説明してきたが、様々な
改良が本発明の範囲内で行い得ることが当業者に明らか
となるだろう。例えば、窒素は低コスト、資源が豊富で
あり、便利なキャリアガスであるが、アルゴンなどの他
のキャリアガスを代替として使用できるだろう。与えら
れたデータはほんの例に過ぎない。より湿度の高い（相
対湿度＞１５％）又は温度の低い（室温＜２３℃）環境
において取得したデータは、異なるかもしれない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるホスファー粒子の処理に適する
装置の一覧図である。

【図２】 フェニルトリクロロシランの構造式である。

【図３】 ｎ−プロピルトリクロロシランの構造式であ
る。

【図４】 tert−ブチルトリクロロシランの構造式であ
る。

【図５】 ヘキサメチルジシラザンの構造式である。

【図６】 ジエチルアミノトリメチルシランの構造式で
ある。

【図７】 第一のベーパーソークテストからのデータの
チャートである。

【図８】 第一のパワーサプライテストからのデータの
チャートである。

【図９】 第二のパワーサプライテストからのデータの
チャートである。

【図１０】 第二のベーパーソークテストからのデータ
のチャートである。

【図１１】 第三のパワーサプライテストからのデータ
のチャートである。

【図１２】 本発明により作製されたＥＬランプの断面
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB11 AB13 BA07 CA06 CB01 DA04 DA05 DB01 DB02 EA02 4H001 CA01 CC04 CC05 CC11

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属酸化物のコーティングを有するエレ
   クトロルミネセントホスファーを処理するための方法で
   あって、 ａ）コートされたエレクトロルミネセントホスファーの
   流動床を用意する工程； ｂ）キャリアガスにおいて水を蒸発させて、第一のガス
   を形成する工程； ｃ）キャリアガスにおいて有機トリクロロシラン化合物
   を蒸発させて、第二のガスを形成する工程； ｄ）第一のガス及び第二のガスを流動床を通過させて、
   エレクトロルミネセントホスファー上にシロキサンコー
   ティングを形成する工程；を含む方法。
2. 【請求項２】 工程ｄ）が約３０分間続けられる、請求
   項１の方法。
3. 【請求項３】 前記有機トリクロロシラン化合物がアル
   キルトリクロロシランから本質的になる、請求項１の方
   法。
4. 【請求項４】 前記有機トリクロロシラン化合物がアリ
   ールトリクロロシランから本質的になる、請求項１の方
   法。
5. 【請求項５】 前記有機トリクロロシラン化合物がフェ
   ニルトリクロロシラン、ｎ−プロピルトリクロロシラン
   及びtert-ブチルトリクロロシランからなる群から選択
   される、請求項１の方法。
6. 【請求項６】透明な電極；該透明な電極の上に横たわる
   ホスファー層；該ホスファー層の上に横たわる誘電性
   層；及び該誘電性層の上に横たわるリア電極；を含むエ
   レクトロルミネセントランプであって、 前記ホスファー層は、各ホスファー粒子の上に横たわる
   耐湿コーティング及び金属酸化物コーティングを有する
   ホスファー粒子を含むランプ。
7. 【請求項７】 前記耐湿コーティングは、前記ホスファ
   ー粒子を流動床において水蒸気及び有機トリクロロシラ
   ンの混合物で処理することによって形成される、請求項
   ６のランプ。
8. 【請求項８】 粒子を処理するための方法であって、 ａ）粒子の流動床を用意する工程； ｂ）第一のキャリアガスにおいて水を蒸発させて、第一
   のガス混合物を形成する工程； ｃ）第二のキャリアガスにおいて有機トリクロロシラン
   化合物を蒸発させて、第二のガス混合物を形成する工
   程； ｄ）第一のガス混合物及び第二のガス混合物を流動床を
   通過させて、流動床に対して又はキャリアガスに対して
   熱を適用することなく、粒子上にシロキサンコーティン
   グを形成する工程；を含む方法。
9. 【請求項９】 前記通過させる工程が周囲温度で行われ
   る、請求項８の方法。
10. 【請求項１０】 前記第一のキャリアガスが第二のキャ
    リアガスと同じである、請求項８の方法。