JP2004529252A - 広域スペクトルテルビウム含有ガーネット蛍光物質及びこれを組み込んだ白色光源 - Google Patents
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Abstract
Description
(本発明の背景)
本発明は、希土類金属イオンで活性化したガーネット構造を有する広域スペクトル可視光放出蛍光物質に関する。特に、本発明は、青色光励起下で黄色光を放出するセリウムで活性化されたテルビウムアルミニウム酸化物ガーネット蛍光物質に関する。本発明は、更に、これら蛍光物質を使用する白色光源に関する。
蛍光物質は、電磁スペクトルの一部の放射エネルギーを吸収し、電磁スペクトルの他の部分のエネルギーを放出する発光物質である。一つの重要なクラスの蛍光物質は、非常に高い化学的純度で、調節された組成物の結晶性無機化合物であり、これに少量の他の要素(「活性剤」と呼ぶ)を添加して、これを効率的な蛍光材料に転換する。活性剤と無機化合物との正しい(right)組み合わせにより、放出の色は、調節され得る。最も有用で周知の蛍光物質は、可視範囲外の電磁放射線による励起に応じて、放射線を電磁スペクトルの可視部分に放出する。よく知られた蛍光物質は、水銀蒸気放電ランプに使用され、励起した水銀蒸気によって放出された紫外(UV)放射線を可視光に転換する。他の蛍光物質は、電子(陰極線管を使用して)によって又はX線(例えば、シンチレーターX線検出システム)によって励起されながら、可視光を放出し得る。
【0002】
蛍光物質を使用する照明デバイスの効率は、励起している放射線の波長と放射された放射線の波長との違いが狭くなるに従って、増加する。従って、白色光源の効率の改善の追求において、UV放射線の波長より長い波長を有する刺激放射線源、及び、このような波長に対応する蛍光物質を探すことに専念する努力が払われてきた。光放出ダイオード(LED)技術における最近の進歩は、近UV〜青色の範囲で効率的なLEDの放出をもたらす。ここで使用する「近UV」の語は、約315nm〜約400nmの範囲の波長を有するUV放射線を意味する。近UV〜青色の範囲におけるこれらのLED放出放射線は、以下、「UV/青色LED」と呼ぶ。ここで使用する、UV/青色LEDは、近UV範囲、青色光の範囲、又は近UVから青色の広い範囲における波長を有する放射線を放出してもよい。これは、照明の技術に進歩し、これらUV/青色LED放射線源から放出され、種々のカラーLEDを生成するための蛍光物質の使用に柔軟性を考慮に入れた放射線によって刺激され得る蛍光物質の範囲を提供する。このような蛍光物質は、UV/青色LEDからの放出と組み合わされる場合、効率的で、ほとんど力を消費しない長い耐久性を提供し得る。
【0003】
インジウム、アルミニウム、及びガリウムの窒化物の組み合わせに基づく多くの近UV/青色LEDが最近表れている。例えば、米国特許第5,777,350号明細書は、インジウム及びガリウム窒化物及びp-及びn-型AlGaNの複数層を含むLEDを開示し、これは、約380nm〜約420nmの範囲の波長において放出する。このようなLEDの活性層は、他の材料をドープしてLEDピーク放出をUV〜青色波長域内にシフトする。青色光波長中のピーク放出を有するLEDをセリウムで活性化された黄色光放出イットリウムアルミニウムガーネット蛍光物質(YAG:Ce)のコーティングと組み合わせて、白色光を生成することは、米国特許第5,998,925号に開示されている。白色光デバイスに必要な実質的な部分は、LEDベースデバイスによって満たされてもよいが、UV/青色LEDと蛍光物質とを組み合わせる能力は、限定される。これは、YAG:Ceが、青色域における放射線で励起され得る黄色光放出蛍光物質としてのみ知られているからである。
従って、近UV〜青色域で励起可能で、かつ、可視域において放出する新規蛍光物質を提供することを要する。更に、青緑から赤の広い波長域において光を放出し、その結果、UV/青色LEDと組み合わせて、高効率及び/又は高色調指数(CRI)の白色光を生ずる新規蛍光物質を提供することが望ましい。
【0004】
(本発明の概要)
本発明は、近UV〜青色域(約315nm〜約480nm)の波長を有する放射線によって励起可能で、緑色から黄色の波長域において放出ピークを有する約490nm〜約770nmの広域の波長において可視光を効率的に放出する蛍光物質を提供する。一般的に、本発明の蛍光物質は、少なくともテルビウムと、アルミニウム、ガリウム、及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素とを含む酸化物固体であり、かつ、セリウム、プラセオジウム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属で活性化される。テルビウムは、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、サマリウム及びルテチウムからなる群より選択される少なくとも1つの希土類金属によって部分的に置換されていてもよい。本発明の蛍光物質は、ガーネット構造を有し、以下の一般式を有する:
(Tb1-x-yAxREy)3DzO12
Aは、Y,La、Gd及びSmからなる群から選択されるメンバーであり;REは、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるメンバーであり;Dは、Al,Ga,In,及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるメンバーであり;xは、0から約0.5の範囲にあり、及びyは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜5の範囲内にある。本発明の一つの様相は、4<z<5である。
【0005】
本発明の他の様相において、希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質の調製方法が提供され、これは、以下のステップを含む:(1) 化学量論的量のテルビウムの酸素含有化合物、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の希土類金属の酸素含有化合物;及びAl,Ga及びInからなる群より選択される少なくとも1種のメンバーの酸素含有化合物を準備する工程;(2)これら酸素含有化合物を混合して混合物を形成する工程;(3)任意に、Tb,Al,Ga,In,Y,La,Gd,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,及びLuのフッ化物からなる群より選択される少なくとも1種のフラックス化合物を、フラックスとして作用するのに十分な量で混合物中に添加する工程;及び(4)混合物を希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質に転換するのに十分な還元雰囲気、温度及び時間で混合物を焼成する工程。
【0006】
本発明の他の様相において、テルビウム;Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb、及びLuからなる群より選択される少なくとも1種の他の希土類金属;及び、Al,Ga,及びInからなる群より選択される少なくとも1種の金属の、酸素含有化合物の化学量論的量の溶液は、アルカリ溶液中に沈殿し、金属の水酸化物の混合物を得る。沈殿された水酸化物の混合物は、酸化雰囲気においてか焼される。か焼された材料は、さらに十分に混合され、及びその後、か焼された混合物を希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質に転換するのに十分な還元雰囲気、温度及び時間で焼成される。
本発明の他の態様において、白色光を放出する光源が提供され、これは、UV/青色LED、式(Tb1-x-yAxREy)3DzO12(式中、A、RE、D、x、y及びzは、上述の通り)を有する希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質の量を含む。蛍光物質は、UV/青色LEDに隣接して配列され、蛍光物質は、UV/青色LEDによって放出された放射線から可視光の少なくとも一部を吸収する。蛍光物質によって放出された光及びUV/青色LEDによって放出された放射線の一部は、組み合わされて白色光を生じる。
【0007】
(発明の詳細な説明)
本発明は、近UV〜青色域における波長を有する放射線によって効率的に励起可能で、青色〜赤色(約490nm〜約770nm)の広域スペクトルを有する可視域の光を効率的に放出する蛍光物質を提供する。この蛍光物質は、人の目の最大感度の範囲を含む緑色〜黄色域(約540nm〜約600nm)に放出ピークを有する。本発明の蛍光物質は、一般式(Tb1-x-yAxREy)3DzO12を有する希土類活性化テルビウム含有ガーネット(ここで「TAG:Ce」ともいう)であり、式中、Aは、Y,La、Gd及びSmからなる群から選択されるメンバーであり;REは、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuからなる群から選択されるメンバーであり;Dは、Al,Ga及びInからなる群より選択されるメンバーであり;xは、0〜約0.5、好ましくは、0〜約0.3、より好ましくは0〜約0.2の範囲にあり;及びyは、約0.0005〜約0.2、好ましくは約0.005〜約0.1、より好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzは、約4〜約5、好ましくは約4.5〜5、より好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある。
一つの好ましい態様において、蛍光物質は、式(Tb1-yCey)aAl4.9O12を有するセリウムで活性化されたテルビウムアルミニウムガーネットであり、yは上記した値をとり、aは、約2.8〜3の範囲にある。
【0008】
他の好ましい態様において、アルミニウムは、ガリウム、インジウム、又はこれらの組み合わせで部分的に置換される。この場合、蛍光物質は、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12を有し、y及びzは、上述した定義であり、及び0<s≦0.5及びr+s<1のとき0≦r≦0.5であり、0≦s≦0.5及びr+s<1のとき0<r≦0.5である。好ましくは、rは、約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsは、好ましくは、約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある。
他の好ましい態様において、テルビウムは、Y,Gd,Sm、又はこれらの組み合わせの一つによって部分的に置換され、アルミニウムは、置換されない。この場合、蛍光物質は、式(Tb1-y-u-v-wCeyYuGdvSmw)3AlzO12を有し、式中、y及びzは、上述した定義であり、0≦u,v,w≦0.5、及び0.0005≦y+u+v+w<1である。各u,v,及びwは、好ましくは、約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.005〜約0.1の範囲である。
更に好ましい態様において、蛍光物質は、式(Tb1-x-yAxCey)3AlzO12を有し、式中、AはY又はGdであり、0<x≦0.5、並びに、y及びzは、上述した定義である。
【0009】
本発明の蛍光物質は、以下のステップを含む方法によって生産される:(1) 化学量論的量のテルビウムの酸素含有化合物、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の希土類金属の酸素含有化合物;及びAl,Ga及びInからなる群より選択される少なくとも1種のメンバーの酸素含有化合物を準備する工程;(2)酸素含有化合物を混合して混合物を形成する工程;及び(3)混合物を希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質に転換するのに十分な還元雰囲気、温度及び時間で混合物を焼成する工程。
本発明の他の態様において、テルビウム、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属のフッ化物の量は、フラックス剤として、酸素含有化合物の混合物中に、混合工程の前又は間に加えられる。混合物の全質量の約20質量%未満、好ましくは、約10質量%未満のフッ化物化合物の量は、フラックスの目的に適している。
【0010】
酸素含有化合物を、限定されることなく、高速ブレンダー又はリボンブレンダー中で撹拌し、又はブレンドする工程を含むいかなる機械的方法によって一緒に混合してもよい。酸素含有化合物は、ボールミル、ハンマーミル、又はジェットミルで一緒に混合し及び粉砕してもよい。混合は、特に酸素含有化合物の混合物が続く沈殿のための溶液中に作られるようになる場合、ウェットミルによって行われてもよい。混合物がウエットの場合、還元雰囲気下、約900℃〜約1700℃、好ましくは、約1000℃〜約1600℃、より好ましくは、約1200℃〜約1500℃の温度で、全ての混合物を最終ガーネット組成物に転換するのに十分な時間焼成する前に、まず乾燥されてもよい。この焼成は、バッチ式又は連続プロセスで行われ、好ましくは、良好な気−固接触を促進するために撹拌又は混合行為で行われてもよい。焼成時間は、焼成される混合物の量、焼成装置を通して導かれる気体の速度、及び、焼成装置における気−固接触の特性に依存する。典型的に、約10時間までの焼成時間が適当である。還元雰囲気は、典型的に、還元ガス、例えば、水素、一酸化炭素、又はこれらの組み合わせを含み、任意に不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、又はこれらの組み合わせで希釈される。これとは別に、混合物を含むるつぼは、高純度炭素粒子を含む第2の閉じたるつぼに充填されてもよく、及び空気中で焼成されて炭素粒子が空気中に存在する酸素で反応し、それによって還元雰囲気を提供するのに必要な一酸化炭素を生成してもよい。
【0011】
(実施例)
以下の量のテルビウム、セリウム、及びアルミニウムの酸化物、及びフッ化アルミニウムを十分にドライブレンドした。
Tb4O7:6.805g
CeO2:0.194g
Al2O3:3.062g
AlF3:0.105g
この混合物は、混合物とともに充填されたココナッツチャコールの粒子を含む第2の閉じたるつぼの内側におかれた第1のるつぼ中に配置し、組み合わせた混合物を、1450℃で5時間、窒素中10(体積)%のH2と、ココナッツチャコールの反応によって生成したガスとの組み合わせである還元雰囲気において、箱のファーネス中で焼成した。5時間後、固体を同じH2/N2混合物の流れのもとで冷却した。最終蛍光物質は、元素分析によって測定して、(Tb0.97Ce0.03)3Al4.9O12の組成を有していた。蛍光物質の450nm励起下での励起スペクトル及び放出スペクトルを測定し、それぞれ図1及び2に示す。本発明の蛍光物質は、約490nm〜約770nmの可視域において広域スペクトルの放出を示す。よって、放出は、青色−緑色から赤色光の範囲をカバーする。従って、この放出スペクトルと、例えば、LED放出青色光から放出される青色光との組み合わせは、白色光を提供する。
【0012】
蛍光物質合成のための1以上の出発材料は、酸化物以外の酸素含有化合物、例えば、ニトレート、サルフェート、アセテート、シトレート、又はクロレートであってもよい。例えば、Tb4O7、Al(NO3)3・9H2O、Ce(NO3)3・9H2O及びAlF3の量は、ブレンドされ、硝酸溶液に溶解される。酸溶液の強度は、酸素含有化合物に速やかに溶解するために選択され、この選択は、当業者の技術の範囲内である。水酸化アンモニウムは、その後、Tb、Ce、及びAlを含む酸性溶液に段階的に加えられ、その間、撹拌してTb、Ce、及びAlの水酸化物の混合物を沈殿させた。有機塩基;例えば、メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ジメタノールアミン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、トリメタノールアミン、トリエタノールアミン、又はトリプロパノールアミンは、水酸化アンモニウムの代わりに使用されてもよい。沈殿物をろ過し、脱イオン水でろ過し、乾燥した。乾燥した沈殿物を、ボールミルし、又はこれとは別に、十分にブレンドし、その後約400℃〜約1600℃の空気中で、出発材料の実質的に完全な脱水を確保するために十分な時間、か焼した。このか焼は、一定温度で行われてもよい。これとは別に、か焼温度は、か焼の持続時間の間、周囲温度から立ち上がり、最終温度で保持されてもよい。か焼された材料は、1200〜1600℃で、H2、COのような還元雰囲気、又はこれらのガスの1つと不活性ガスとの混合、又はココナッツチャコールと酸素含有化合物の分解の生成物との反応によって発生した雰囲気下で同様に焼成されて、すべてのか焼された材料を所望の蛍光物質組成物に転換した。
【0013】
本発明の他の態様において、蛍光物質は、その組成が非化学量論的である場合、高い量子効率を有する。表1は、高量子効率が、一般式TbaAlbO12:Ce3+(式中a/bは0.6とは異なり、bは5より少ない)を有する蛍光物質に対して達成されることを示す。表1に示す相対的量子効率は、標準セリウム活性化アルミン酸イットリウムガーネット蛍光物質に対して比較されている。
【0014】
表1
【0015】
白色光放出デバイス
本発明の希土類活性化テルビウム含有蛍光物質を、約400nm〜約800nmの範囲の青色光を放出するLEDを含むデバイスに取り込むと、電力を効率的に使用する白色光源が提供される。白色光源を加工して、一つの青色LEDを使用することによる点光源デバイス又は多数の青色LEDを使用することによって広い範囲を照らすデバイスを提供してもよい。
図3に示すような本発明の1つの態様は、白色光源10は、約400nm〜約480nmの範囲の青色光を放出するLED100と、本発明の蛍光物質を含む。LED100は、LED100に隣接する反射表面140を有するキャップ120にマウントされている。白色光放出デバイスに好適な青色LEDは、InGaN半導体ベースLEDであり、上述した米国特許第5,777,350号明細書に記載されている(この文献はここで参考として取り入れる)。他のUV/青色LEDを、更に使用してもよく、例えば、大きなバンドギャップを提供する種々の金属をドープしたGaN半導体をベースとするLEDがある。導線150及び152は、電力をLED100に供給するために備えられている。透明鋳造物160は、エポキシ、シリコーン、又はガラス180を含み、本発明の蛍光物質の実質的に均一な粒子200が分散される。これとは別に、蛍光物質粒子は、LED100の上に適用されてもよく、又は透明鋳造物160の部分だけに分散されてもよい。他の透明ポリマーを更に使用して、透明鋳造物を形成してもよい。加えて、光散乱材料の粒子、例えば、TiO2又はAl2O3を透明鋳造物中に蛍光物質に混じって含め、光源10から放出された光の均一性を改善してもよい。LEDのInGaN活性層の組成物、及び鋳造物に適用された蛍光物質の量を選択する結果、蛍光物質によって吸収されないLEDによって放出された青色光の一部、並びに、蛍光物質によって放出された広域スペクトル光を組み合わせて、所望の色温度及びCRIの白色光源10を提供する。
【0016】
図4は、青色LED及び本発明の蛍光物質の種々の組み合わせから生じる白色光を提供する光源の範囲の色座標を示す。図4において、点Aは、本発明の(Tb0.97Ce0.03)3Al4.9O12蛍光物質のピーク放出の座標を表し、点B及びCは、それぞれ、450nm及び470nmでの青色LEDのピーク放出の座標を表す。線AB及びACは、LEDと本発明の(Tb0.97Ce0.03)3Al4.9O12蛍光物質の組み合わせの光源の色座標を表し、プランク又は黒体軌跡を交差して示される。このような交点は、(Tb0.97Ce0.03)3Al4.9O12蛍光物質と適当な青色LEDとの組み合わせの白色光源の色座標を示す。470nmで放出する青色LEDからの青色光の25%の寄与と、蛍光物質によって放出された光からの75%の寄与を組み合わせたデバイスのコンピュータシミュレーションは、約4300Kの色温度、315ルーメン/ワット(lpw)の明度、及び76のCRIを示す。450nmで放出する青色LEDからの青色光の15%の寄与と、蛍光物質によって放出された光からの85%の寄与を使用した類似のコンピュータシミュレーションは、約3600Kの色温度、342lpwの明度、及び65のCRIを有する白色光源を示す。本発明の1つ以上の蛍光物質を同じデバイスに組み込んで、色調整を提供してもよい。
【0017】
一般的な照明用の広域白色光源を、多数の青色LEDを平らな反射パネル上に配置し、適当な導線を個々のLEDに提供し、少なくとも1つの本発明の蛍光物質とポリマーバインダー、例えば、エポキシを含むコーティングを提供し、その後、全体の組み合わせ構造を透明で気密なシール中に密封することによって製造してもよい。蛍光物質/ポリマーコーティングは、個々のLED上に直接適用されてもよく、又は全体のパネル表面の上に適用されてもよい。前者の場合、追加のポリマーコーティングを、蛍光物質がLED上に適用された後に全体のパネル表面の上に適用してもよい。加えて、不活性固体の粒子、例えば、TiO2又はAl2O3を、ポリマーマトリックス中に提供してデバイスからの光放出の均一性を向上してもよい。
種々の態様をここで記載したが、要素、改変、均等物、又はこれらにおける改善の種々の組み合わせが当業者によってなされてもよく、これらは、添付した請求の範囲で定義された本発明の範囲内にあることが、本明細書から理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】組成物(Tb0.97Ce0.03)3Al4.9O12を有する本発明の蛍光物質の室温励起スペクトルを示す。
【図2】(Tb0.97Ce0.03)3Al4.9O12蛍光物質の室温励起スペクトルを示す。
【図3】本発明の蛍光物質を使用する白色光源の態様を示す。
【図4】本発明のUV/青色LED及びテルビウム含有蛍光物質の組み合わせから生産した光源の範囲のカラーコーディネートを示す。
Claims (64)
- テルビウムと、アルミニウム、ガリウム、及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素とを含む希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質であって;前記蛍光物質が、セリウム、プラセオジウム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属イオンで活性化されることを特徴とする、希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 前記テルビウムが、Y、La、Gd、及びSmからなる群より選択される少なくとも1つの希土類金属によって部分的に置換される、請求項1に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 式(Tb1-x-yAxREy)3DzO12
(式中、Aは、Y,La、Gd及びSmからなる群から選択されるメンバーであり;REは、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるメンバーであり;Dは、Al,Ga,In,及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるメンバーであり;xは0〜約0.5の範囲にあり、及びyは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜約5の範囲内にある)を有する、請求項2に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。 - xが、好ましくは0〜約0.3、及びより好ましくは0〜約0.2の範囲にあり;yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある、請求項3に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 式(Tb1-yCey)3AlzO12
(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜約5の範囲にある)を有する、請求項1に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。 - yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある、請求項5に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 前記蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0≦r≦0.5、0<s≦0.5、及びr+s<1である)を有する、請求項1に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 前記蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0<r≦0.5、0≦s≦0.5、及びr+s<1である)を有する、請求項1に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;rが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある、請求項7に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;rが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある、請求項8に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 式(Tb1-y-u-v-wCeyYuGdvSmw)3AlzO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0≦u,v,w≦0.5、及び0.0005≦y+u+v+w<1である)を有する、請求項1に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- 式(Tb1-y-u-v-wCeyYuGdvSmw)3AlzO12(式中、yは、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzは、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;各u,v,及びwは、好ましくは、約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.005〜約0.1の範囲である)を有する、請求項1に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- Aが、Y及びGdからなる群より選択されるメンバーであり、REがCeであり、及びDがAlである、請求項3に記載の希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質。
- (1) テルビウムの酸素含有化合物の量、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の希土類金属の酸素含有化合物;及びAl,Ga及びInからなる群より選択される少なくとも1種のメンバーの酸素含有化合物を準備する工程;
(2)酸素含有化合物を一緒に混合して混合物を形成する工程;及び
(3)混合物を希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質に転換するのに十分な還元雰囲気、温度及び時間で混合物を焼成する工程、
を含むことを特徴とする、希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質を生産する方法。 - Tb,Al,Ga,In,Y,La,Ga,Sm,Ce,Pr,Nd,Eu,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,及びLuからなる群より選択される少なくとも1種の金属のフッ素化物の量を、混合工程の前に添加する工程であって、前記量が、前記テルビウム含有ガーネット蛍光物質の調製にフラックスとして作用するのに十分な量である工程を更に含む、請求項14に記載の方法。
- Tb,Al,Ga,In,Y,La,Ga,Sm,Ce,Pr,Nd,Eu,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,及びLuからなる群より選択される少なくとも1種の金属のフッ素化物の量を、混合工程中に添加する工程であって、前記量が、前記テルビウム含有ガーネット蛍光物質の調製にフラックスとして作用するのに十分な量である工程を更に含む、請求項14に記載の方法。
- 前記酸素含有化合物が、酸化物である、請求項15に記載の方法。
- 混合が、前記混合物を撹拌、ブレンド、及び粉砕することからなる群より選択される方法によって行われる、請求項15に記載の方法。
- 前記温度が、約900℃〜約1700℃の範囲にある、請求項15に記載の方法。
- 前記温度が、好ましくは約1000℃〜約1600℃、及びより好ましくは約1200℃〜約1500℃の範囲にある、請求項19に記載の方法。
- 前記時間が、約10時間より少ない、請求項15に記載の方法。
- 前記還元雰囲気が、水素、一酸化炭素、及びこれらの混合物からなる群より選択されるガスと、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及びこれらの混合物からなる群より選択される不活性ガスとを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記還元雰囲気が、炭素粒子で充填された閉じた容器中で発生したガスを含む、請求項15に記載の方法。
- (1) テルビウムの酸素含有化合物の量;Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の希土類金属の酸素含有化合物;及びAl,Ga及びInからなる群より選択される少なくとも1種のメンバーの酸素含有化合物を準備する工程;
(2)前記酸素含有化合物を含む第1溶液を調製する工程;
(3)塩基を含む第2溶液を準備する工程;
(4)前記第2溶液を前記第1溶液に加えて沈殿物を得る工程;
(5)前記沈殿物を分離する工程;
(6)前記沈殿物を脱水するのに十分な、酸化雰囲気、温度、時間で前記沈殿物をか焼する工程;及び
(7) 混合物を希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質に転換するのに十分な、還元雰囲気、温度及び時間で該混合物を焼成する工程、
を含むことを特徴とする、希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質を生産する方法。 - Tb,Al,Ga,In,Y,La,Ga,Sm,Ce,Pr,Nd,Eu,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,及びLuからなる群より選択される少なくとも1種の金属のフッ素化物を、前記第1溶液中に添加する工程を更に含む、請求項24に記載の方法。
- 前記酸素含有化合物が、ニトレート、サルフェート、アセテート、シトレート、クロレート、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項24に記載の方法。
- 前記塩基が、水酸化アンモニウムである、請求項24に記載の方法。
- 前記か焼が、約400℃〜約1600℃の範囲の温度で行われる、請求項24に記載の方法。
- 前記か焼が、約10時間未満続けられる、請求項25に記載の方法。
- 前記酸素雰囲気が、酸素、空気、及びこれらの混合物からなる群より選択されるものと、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノンからなる群より選択される不活性ガスである、請求項24に記載の方法。
- 前記還元雰囲気が、水素、一酸化炭素、これらの混合物、及び、これらの混合物と、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及びこれらの混合物から選択される不活性ガスとからなるもの、から選択されるガスを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記還元雰囲気が、炭素粒子で充填された閉じた容器中で発生したガスを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記焼成が、約900℃〜約1700℃の範囲の温度で行われる、請求項24に記載の方法。
- 前記温度が、好ましくは約1000℃〜約1600℃、より好ましくは約1200℃〜約1600℃の範囲の温度で行われる請求項30に記載の方法。
- 光源が、
・近UV〜青色の範囲の波長を有する放射線を放出し得る少なくとも1つのLED;及び
・透明ポリマー、並びに、テルビウムと、アルミニウム、ガリウム、及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素とを含む希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質の粒子を含む蛍光物質鋳造物であって;前記蛍光物質が、セリウム、プラセオジウム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属イオンで活性化され;前記蛍光物質鋳造物が、前記少なくとも1つのLEDを実質的に囲み;前記蛍光物質が前記少なくとも1つのLEDから放出される前記放射線の一部を吸収し、かつ、可視域の波長を有する光を放出する、
を含むことを特徴とする、白色光放出光源。 - 前記少なくとも1つのLEDによって放出される前記放射線が、約315nm〜約480nmの範囲にあり、及び、前記蛍光物質が、約490nm〜約770nmの範囲の波長を有する光を放出し得る、請求項32に記載の光源。
- 前記LEDが、好ましくは約400nm〜約480nmの範囲で放出する、請求項33に記載の光源。
- 前記テルビウムが、Y、La、Gd、及びSmからなる群より選択される少なくとも1つの希土類金属によって部分的に置換される、請求項32に記載の光源。
- 前記希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質が、式(Tb1-x-yAxREy)3DzO12(式中、Aは、Y,La、Gd及びSmからなる群から選択されるメンバーであり;REは、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるメンバーであり;Dは、Al,Ga,In,及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるメンバーであり;xは、0〜約0.5の範囲にあり、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜約5の範囲内にある)を有する、請求項32に記載の光源。
- xが、好ましくは0〜約0.3、及びより好ましくは0〜約0.2の範囲にあり;yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある、請求項39に記載の光源。
- 前記希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3AlzO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜約5の範囲にある)を有する、請求項35に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある、請求項41に記載の光源。
- 前記蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0≦r≦0.5、0<s≦0.5、及びr+s<1である)を有する、請求項35に記載の光源。
- 前記蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0<r≦0.5、0≦s≦0.5、及びr+s<1である)を有する、請求項35に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;rが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある、請求項43に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;rが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある、請求項44に記載の光源。
- 前記希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質が、式(Tb1-y-u-v-wCeyYzGdvSmw)3AlzO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0≦u,v,w≦0.5、及び0.0005≦y+u+v+w<1である)を有する、請求項35に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;各u,v,及びwが、好ましくは、約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.005〜約0.1の範囲である、請求項47に記載の光源。
- Aが、Y及びGdからなる群より選択されるメンバーであり、REがCeであり、及びDがAlである、請求項39に記載の光源。
- 光源が、
・近UV〜青色の範囲の波長を有する放射線を放出し得る少なくとも1つのLED;及び
・透明ポリマー、並びに、テルビウムと、アルミニウム、ガリウム、及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1つの元素とを含む希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質の粒子を含むコーティングであって;前記蛍光物質が、セリウム、プラセオジウム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属イオンで活性化され;前記コーティングが、前記少なくとも1つのLEDに隣接して配置され;前記蛍光物質が前記少なくとも1つのLEDから放出される前記放射線の一部を吸収し、かつ、可視域の波長を有する光を放出する、
を含むことを特徴とする、白色光放出光源。 - 前記少なくとも1つのLEDによって放出される前記放射線が、約315nm〜約480nmの範囲にあり、及び、前記蛍光物質が、約490nm〜約770nmの範囲の波長を有する光を放出し得る、請求項50に記載の光源。
- 前記LEDが、好ましくは約400nm〜約480nmの範囲で放出する、請求項51に記載の光源。
- 前記テルビウムが、Y、La、Gd、及びSmからなる群より選択される少なくとも1つの希土類金属によって部分的に置換される、請求項50に記載の光源。
- 前記希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質が、式(Tb1-x-yAxREy)3DzO12(式中、Aは、Y,La、Gd及びSmからなる群から選択されるメンバーであり;REは、Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるメンバーであり;Dは、Al,Ga,In,及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるメンバーであり;xは、0〜約0.5の範囲にあり、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜約5の範囲内にある)を有する、請求項50に記載の光源。
- xが、好ましくは0〜約0.3、及びより好ましくは0〜約0.2の範囲にあり;yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある、請求項54に記載の光源。
- 前記希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3AlzO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、及びzは、約4〜約5の範囲にある)を有する、請求項50に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にある、請求項56に記載の光源。
- 前記蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0≦r≦0.5、0<s≦0.5、及びr+s<1である)を有する、請求項50に記載の光源。
- 前記蛍光物質が、式(Tb1-yCey)3(Al1-r-sGarIns)zO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0<r≦0.5、0≦s≦0.5、及びr+s<1である)を有する、請求項50に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;rが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある、請求項58に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;rが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にあり;及びsが、好ましくは約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.05〜約0.2の範囲にある、請求項59に記載の光源。
- 前記希土類活性化テルビウム含有ガーネット蛍光物質が、式(Tb1-y-u-v-wCeyYuGdvSmw)3AlzO12(式中、yは、約0.0005〜約0.2の範囲にあり、zは、約4〜約5の範囲にあり、0≦u,v,w≦0.5、及び0.0005≦y+u+v+w<1である)を有する、請求項50に記載の光源。
- yが、好ましくは約0.005〜約0.1、及びより好ましくは約0.005〜約0.07の範囲にあり;及びzが、好ましくは約4.5〜約5、及びより好ましくは約4.6〜約5の範囲内にあり;各u,v,及びwが、好ましくは、約0.005〜約0.3、より好ましくは約0.005〜約0.1の範囲である、請求項59に記載の光源。
- Aが、Y及びGdからなる群より選択されるメンバーであり、REがCeであり、及びDがAlである、請求項54に記載の光源。
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