JP2008506011A - 効率的な緑色発光蛍光体、及び赤色発光蛍光体との組合せ - Google Patents
効率的な緑色発光蛍光体、及び赤色発光蛍光体との組合せ Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2004年7月6日に出願された米国特許出願第60/585,664号及び2004年9月3日に出願された米国特許出願第60/606,981号の優先権を主張するものである。
本発明の一実施形態によれば、式:
Sr1−x3Gax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xは0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3は0〜1である)を有する蛍光体であって、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されていることを特徴とする蛍光体蛍光体提供される。
Sr1−x3Gax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xが0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3が0〜1である)を有する蛍光体であって、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されていてもよく、蛍光体組成物のメジアン粒径が2〜4.5μmであり、蛍光体組成物の量子効率が85%以上であり得る蛍光体組成物が提供される。
Sr1−x3Gax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xは0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3は0〜1である)有する蛍光体であって、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されていることができ、該蛍光体組成物のメジアン粒径が2〜12μmである蛍光体の製造方法であって、
該製造方法の製造物中に所望の平均粒径(後記の沈殿工程(1回又は複数回)の後で測定された成果)を実現するため適切であるとして選択された条件下でSrSO4/CaSO4及びEu(OH)3を析出させること;
該第1の析出工程の製造物と共にGa(OH)3を析出させること;
該第2の析出工程の生成物又はその後に繰り返されるこの工程の製造物を粉砕するサブ工程、及び粉砕された製造物を硫化水素中で焼成するサブ工程の2つのサブ工程を少なくとも1回実行すること;
少なくとも1回、該焼成された製造物をそれが溶けない溶媒中で懸濁させ、該焼成された製造物の一部分を、その第2の部分を懸濁させたまま、沈殿させるための時間を設けること;及び
懸濁された部分又は沈殿された部分の1つ以上の部分中の蛍光体を回収することを含むことを特徴とする蛍光体の製造方法が提供される。上記の第1の析出は、例えば、水よりも低い極性を有する水溶性有機溶液中で実行することができる。或いは、(又は、付加的に)、第1の析出は界面活性剤を含有する水溶液中で実行してもよい。
光出力;
光源;及び
光源と光出力との間に設けられ波長変換器であって、Sr1−x3Cax3Ga2S4:Eu:xGa2S3(式中、xは0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3は0〜1である)を含み、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されており、492nm〜577nmの波長を有する光出力における光を増加させるのに効果的である波長変換器を有することを特徴とする発光装置がさらに提供される。
光出力;
光源;及び
光源と光出力との間に設けられ波長変換器であって、Sr1−x3Cax3rGa2S4:Eu:xGa2S3(式中、xは0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3は0〜1である)を含み、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されていることができ、該蛍光体組成物のメジアン粒径が2〜4.5μmであり、該蛍光体組成物の量子効率が85%以上であり、492nm〜577nmの波長を有する光出力における光を増加させるのに効果的である波長変換器を有することを特長とする発光装置もまた提供される。
Sr1−x3Cax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xは0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3は0〜1である)を有し、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されている第1の蛍光体;及び式:
Srx2Ca1−x2S:Eu2+,Y (II)
(式中、x2は0〜1(又は約0.3〜約0.8)の数であり、Yは、原子形態又はイオン形態の1種以上のハロゲン化物である)を有する第2の蛍光体を含むことを特徴とする蛍光体混合物を提供する。
以下の用語は、本出願の目的のため、以下に記載されたそれぞれの意味を有する。
・粒子
粒子は蛍光体の単結晶又は単結晶状成分の凝集体であり得る。
・微粒子
微粒子は蛍光体の単結晶又は単結晶状成分である。
本発明の方法は、第1の蛍光体形成プロセスと第2の分粒プロセスとを含む。
1.(硝酸塩のような)可溶性のストロンチウム塩又はカルシウム塩と、(硝酸塩のような)可溶性の3価のユーロピウム塩との(希硝酸のような)溶液を形成する工程。任意で、少量の3価のプラセオジムが(Pr6O11のような)可溶性塩又は鉱物として添加される。
2.(水酸化アンモニウムによる中和のように)ストロンチウム/カルシウム/ユーロピウム溶液を十分に中和し、同時に(硫酸又は硫酸アンモニウムのような)硫酸塩の供給源を添加する工程。この場合の「同時に」とは、所望の形態の析出物を得るため十分に連動して、という意味である。ストロンチウム/カルシウムは、硫酸塩を形成すると考えられ、中和と共に、以下の(ストロンチウムと思われる)析出物:
Sr(SO4)+Eu(NO3)3+NH4OH→SrSO4↓+Eu(OH)3↓+NH4OH
を形成する。析出物の形成は、ユーロピウム水酸化物で被覆された硫酸ストロンチウム微粒子であると考えられる。この析出工程では、粒子内の微粒子のサイズは、析出の或る特定のパラメータを用いて調整可能である。例えば、アセトン又はエタノールのような有機溶媒への水溶性媒体の添加は、溶媒の極性を低下させ、小さい微粒子を有する微粉を生じさせる。ソルビタンモノラウレートのような有機界面活性剤を水溶性媒体中に分散させることにより、非常に小さい微粒子の析出物が得られる。より小さい粒径は、より小さい粒子において高い効率を可能にすると考えられる。このような効率的なより小さい粒子は本発明のプロセスを用いて実現することができる。
3.硝酸塩のような酸可溶性ガリウム塩の第2の溶液を形成する工程。例えば、金属ガリウムは硝酸中で溶解することができる(例えば、一晩かけて)。ガリウム酸化物は硫化物に転換することが困難であるため、その使用はあまり好ましくない。
4.第2の析出は、第1のSr/Ca/Eu析出の懸濁液と、以下の(ストロンチウムと思われる)式:
Sr(SO4):Eu:(2.0+x)Ga(OH)3
において過剰量xのガリウムを与えるため添加されたガリウム溶液との混合後に実行される。析出は、(例えば、アンモニアで)十分に中和することによって、又は、(尿素のような)カオトロピック剤を添加することによって実行される。
5.第2の析出物から生じた微粉は、乾燥、粉砕、硫化水素中で焼成される。焼成は環状炉内の(アルミナボートのような)耐火ボートで行われ得る。適切な焼成は、例えば、800℃、5時間であり得る。第2の粉砕及び硫化水素下での焼成工程は、均一性を確実にするため適用され得る。適切な第2の焼成は、例えば、900℃、2時間であり得る。X線分析は、“x”が組成式(I)で使用されるので、xを決定するため使用され得る。
本発明は、組成式
Srx2Ca1−x2S:Eu2+,Y (II)
(式中、x2は0〜1(例えば、約0.3〜0.8等)の数であり、Yは、その原子又はイオンいずれかの形態の1つ又は複数のハロゲンである)を有する赤色ストロンチウム−カルシウム硫化物蛍光体、及びその製造方法に関する。これら蛍光体は、95%までの高い量子効率を有する。これらの発光体は、光をエレクトロルミネセント装置から種々の波長の異なる発光に変化させるか、又は変換するのに有用である。
a) ストロンチウム及びカルシウムの硫酸塩の混合物を形成すること;
b) 酸化ユーロピウムの溶液を硫酸塩沈殿物に添加すること;
c) 固体を、約900℃の温度までフォーミングガス雰囲気中で焼成すること;
d) 約1,000℃の温度まで硫化水素雰囲気中で焼成し、硫酸塩を対応する硫化物に変換すること;
e) 適量のハロゲン化物活性剤を添加すること;及び
f) 工程e)の混合物を約1,100℃まで窒素雰囲気中で焼成すること
により製造される。
第3の波長変換器として使用するのに適切な蛍光体は、当業者に既知である。そのようなものとしては、米国特許第6,783,700号(参考のため、その全体が本明細書中に取り込まれる)に記載されたものが挙げられる。さらに、式I(Prでの置換の有無)を有する適切に選択された蛍光体、特に、2004年4月15日に出願されたPCT出願WO2004US11927(これも、参考のために、その全体が本明細書中に取り込まれる)に記載されたものが挙げられる。
照明装置に使用する場合、蛍光体は、一次光源、例えば、300〜420nmの波長を発光する半導体光源、又は二次光、例えば、同じ波長範囲で発光する他の蛍光体(1種以上)の発光による光によって励起され得ることが認識されるであろう。励起光が、本発明の蛍光体に関して二次的である場合、励起誘導光は、関連する光源である。本発明の蛍光体を使用する装置としては、蛍光体により生成した光を、装置内部(例えば、一次光源等)でなく光出力に指向させるミラー(例えば、誘電ミラー等)が挙げられる。
以下の実施例は、本発明をさらに説明するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
蛍光体形成プロセスの1つの例示的な工程は以下の通りであった。
1.Eu3+/Sr2+溶液の調製:1.408グラムのEu2O3を200mLの希硝酸中に溶解した。その溶液に28.34グラムのSrCO3を徐々に添加した。硝酸は必要に応じて添加した。0.6mLの0.01M Pr6O11溶液をこの系に添加した。脱イオン水を300mLになるまで添加した。
2.硫酸塩溶液の調製:60グラムの(NH4)2SO4を300mLの溶液にするため、270mLの脱イオン水中に溶解した。
3.SrSO4微粉の析出:工程2で調製した硫酸塩溶液を、工程1の溶液に10分間に亘って撹拌しながら添加してSrSO4微粉を形成した。pHは2.2に調整した。
4.Ga溶液の調製:28.72グラムのガリウム金属を200mLの濃硝酸中に溶解した。溶液は硝酸が蒸気を発生する(及び、調製物が茶色がかる)まで加温した。溶液を室温まで冷却し、一晩放置した。この一晩の放置後、溶液は透明な緑色となった。溶液を、黄色になり次に透明になるまで加熱した。脱イオン水を、500mL溶液を作るために添加した。pHを、水酸化アンモニウム(約40mL)を用いて2.02にし、その後、600mLになるまで脱イオン水を添加した。
5.Ga(OH)3の析出:工程4で調製したGa溶液を工程3からの懸濁液に添加し、pHを7.0に調整した。懸濁液を17時間室温で撹拌し、次に、2時間放置した。白色微粉からなる生成物を濾過した。
6.粉末をアセトンで洗い流し、次いで、粉末を回収するためのもう1回の濾過の前に1,400mLのアセトンを用いて1時間にわたって50℃で撹拌した。粉末を乾燥した。
7.粉末を5時間ボールミルで微粉砕し、濾過し、一晩かけて乾燥した。
8.粉末をH2Sガス中で5時間にわたって800℃で焼成した。室温まで冷却した後、粉末を40分間微粉砕した(又はボールミル粉砕でもよい)。
9.蛍光体をH2Sガス中で2時間にわたって900℃で再度焼成した。
蛍光体形成プロセスの1つの例示的な工程は以下の通りであった。
1.Eu3+/Sr2+溶液の調製:2.815グラムのEu2O3を400mLの希硝酸中に溶解した。56.69グラムのSrCO3をその溶液にゆっくり添加した。追加の硝酸は必要に応じて添加した。1.2mLの0.01M Pr6O11溶液をこの系に添加した。脱イオン水を600mLの溶液となるまで添加した。次に、600mLのエチルアルコールを1,200mLになるまで添加した。
2.硫酸溶液の調製:50mLの97%濃硫酸を300mLの脱イオン水で希釈した。
3.SrSO4微粉の析出:工程2で調製した硫酸溶液を、工程1で調製したEu3+/Sr2+溶液に10分間撹拌しながら添加し、SrSO4微粉を生成した。pHを1.3に調整した。
4.Ga溶液の調製:57.17グラムのガリウム金属を400mLの濃硝酸中に溶解した。溶液を硝酸が発煙する(茶色がかる)まで加温した。溶液を室温まで冷却し、一晩放置された後、溶液は透明な緑色となった。溶液は、黄色になり次に透明になるまで、加熱した。脱イオン水を1,000mL溶液になるまで添加した。pHを、水酸化アンモニウム(約80mL)を用いて1.2に調整し、その後、脱イオン水を1,200mLになるまで添加した。
5.工程4で調製しGa溶液を、工程3で得られた懸濁液に強力に撹拌しながら添加した。エチルアルコールを3.4Lの総体積になるまで懸濁液に添加した。pHを7.0に調整した。懸濁液を2時間撹拌し、その後、一晩放置した。上澄みをデカントし、粉末を濾過した。粉末をアセトンで数回洗浄した。粉末を55℃で一晩かけて乾燥した。
6.粉末を5時間にわたってアルミナボールを用いてアセトン中でボールミル粉砕し、次に濾過し、一晩かけて乾燥した。
7.粉末をH2Sガス中で5時間にわたって800℃で、前駆物質として焼成した。焼成した蛍光体生成物を粉砕した。
8.蛍光体をH2Sガス中で1時間にわたって900℃で再焼成した。
蛍光体形成プロセスの1つの例示的な工程は以下の通りであった。
1.Eu3+/Sr2+溶液の調製:2.815グラムのEu2O3を400mLの希硝酸中に溶解した。56.69グラムのSrCO3をその溶液にゆっくり添加した。追加の硝酸を必要に応じて添加した。1.2mLの0.01M Pr6O11溶液をこの系に添加した。脱イオン水を600mLになるまで添加した。SrCO3重量(1.4mL)の2重量%のソルビタンモノラウレートを添加した。次に、600エチルアルコールを1,200mLになるまで添加した。
2.硫酸塩溶液の調製:120グラムの(NH4)2SO4を600mL溶液とするため540mLの脱イオン水中に溶解した。
3.SrSO4微粉の析出:工程2で調製した硫酸塩溶液を、工程1の溶液に10分間撹拌しながら添加してSrSO4微粉が形成した。pHは1.75に調整した。
4.Ga溶液の調製:57.54グラムのガリウム金属を400mLの濃硝酸中に溶解した。溶液を硝酸が発煙する(茶色がかる)まで加温した。溶液を室温まで冷却し、一晩放置した。この放置後、溶液は透明な緑色となった。溶液を、黄色になり次に透明になるまで加熱した。脱イオン水を1,000mLになるまで添加した。pHは、水酸化アンモニウム(約80mL)を用いて2.02に調整した。その後、脱イオン水を1,200mLになるまで添加した。
5.Ga(OH)3の析出:工程4で調製したGa溶液を、工程3からの懸濁液に添加し、pHを7.0に調整した。懸濁液を2時間室温で攪拌し、次いで15時間放置した。白色微粉を濾過によって回収した。
6.粉末をアセトンで洗い、濾過し、1,400mLのアセトンと共に1時間にわたって50℃で混合し、再度濾過した。粉末を乾燥した。
7.粉末を12時間ボールミルで微粉砕した。
8.粉末をH2Sガス中で5時間にわたって800℃で焼成した。室温まで冷却した後、粉末を40分間微粉砕した(又はボールミル粉砕でもよい)。
9.蛍光体をH2Sガス中で2時間にわたって900℃で再度焼成した。
分粒プロセスの1つの例示的な工程は以下の通りであった。
1.STG蛍光体のエチルアルコール懸濁液の調製:135グラムのSTG蛍光体粉末を450mLのエチルアルコール中に懸濁した。粉末の粒径は1〜14μmの範囲内であり、平均が7.6μm(ミクロン)であった。
2.懸濁液を12分間超音波処理した。
3.懸濁液を30分間静置した。粉末の一部分は沈殿したが、粉末の別の部分は懸濁状態のままであった。
4.懸濁液を別の容器へ移し、沈殿した部分は粒径の大きい部分として分離した。
5.中間粒径の部分(第2の沈殿部分)及び最も粒径の小さい部分(第2の上澄み)を得るため工程3及び工程4を繰り返した。
平均粒径が10.5μmである一定量のSTG蛍光体をアセトン中に懸濁する。懸濁液を、次に0.635cm(1/4インチ)ガラス玉を収容するアルミナ製ミリングジャーに入れた。次いで粉砕を40分間続けた。粉砕後、粉末を55℃で乾燥した。粒径は7.2μm(平均)であることが測定された。粉体化されたサンプルの量子効率は39%であり、一方、粉体化されていないサンプルの量子効率は91%であった。粉体化された蛍光体の500℃で2時間のアニーリングは、部分的に発光効率を45%まで回復させた。
炭酸カルシウム(300グラム)を水と攪拌し、硝酸を添加して炭酸塩を溶解した。わずかに過剰な炭酸カルシウムを添加し、5以上のpHを有する溶液を得た。得られた硝酸カルシウム溶液は、外観が乳状であった。
等モル量(4.76mol)のパートAで調製した硫酸カルシウム及び硫酸ストロンチウムを、希硝酸に溶解してスラリー状にした酸化ユーロピウムと合わせた。得られた固形物を粉砕し、一晩オーブン乾燥し、乳鉢及び乳棒で粉砕した。
Claims (25)
- 式:
Sr1−x3Gax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xは0〜約0.2(又は約0.0001〜約0.2)であり、x3は0.0001〜1である)を有する蛍光体であって、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されていることを特徴とする蛍光体。 - 492nm〜560nmの波長を有する発光ピークを伴って発光する請求項1に記載の蛍光体。
- 光出力を発生する光源;及び
前記光出力の少なくとも一部をより長波長に変換するよう配置された請求項1に記載の蛍光体を有することを特徴とする発光装置。 - 前記光源が、215nm〜515nmの範囲内の光を発するLEDである請求項3に記載の発光装置。
- 前記光出力の少なくとも一部をより長波長に変換するように配置された1つ以上のさらなる蛍光体を有している請求項3に記載の発光装置。
- 前記蛍光体が、前記装置の総光出力が白色色度を有するように前記光出力を充分に変換するように選択されたものである請求項5に記載の発光装置。
- 前記蛍光体組成物のメジアン粒径が2〜4.5μmである請求項1に記載の粒子組成物。
- 前記蛍光体が、492nm〜560nmの波長を有する発光ピークを伴って発光する請求項7に記載の蛍光体。
- 前記蛍光体組成物の量子効率が85%以上である請求項7に記載の粒子組成物。
- 光出力を有する発光装置であって、
光源;及び
前記光出力の少なくとも一部をより長波長に変換するように配置された請求項9に記載の蛍光体を有することを特徴とする発光装置。 - 第1の発光エネルギーを有する蛍光体及びより低い発光エネルギーを有する第2の蛍光体を含む2種以上の蛍光体の混合物であって、式:
Sr1−x3Cax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xは0〜約0.2であり、x3は0.0001〜1である)を有し、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されている第1の蛍光体;及び式:
Srx2Ca1−x2S:Eu2+,Y (II)
(式中、x2は0〜1.0の数であり、Yは、原子形態又はイオン形態の1種以上のハロゲン化物である)を有する第2の蛍光体を含むことを特徴とする蛍光体混合物。 - xが約0.0001〜約0.2である請求項11に記載の蛍光体混合物。
- 前記式Iの蛍光体のメジアン粒径が2〜4.5μmである請求項11に記載の蛍光体混合物。
- 前記第1の蛍光体が、492nm〜560nmの波長を有する発光ピークを伴って発光する請求項11に記載の蛍光体混合物。
- 前記第2の蛍光体が、605nm〜650nmの波長を有する発光ピークを伴って発光する請求項14に記載の蛍光体混合物。
- 前記第2の蛍光体が、605nm〜650nmの波長を有する発光ピークを伴って発光する請求項11に記載の蛍光体混合物。
- x2が0.3〜0.8の数である請求項11に記載の蛍光体混合物。
- 光出力を発生する光源;及び
前記光出力の少なくとも一部をより長波長に変換するように配置された請求項11に記載の蛍光体混合物を有することを特徴とする発光装置。 - 前記光出力の少なくとも一部をより長波長に変換するように配置される1つ又は複数のさらなる蛍光体をさらに備える、請求項18に記載の発光装置。
- 前記蛍光体が、前記装置の総光出力が白色色度を有するように光出力を充分に変換するように選択されたものである請求項18に記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体が、光出力を変換して605nm〜660nmの波長を有する光を増加させるのに効果的なものである請求項18に記載の発光装置。
- 前記第1の蛍光体が、光出力を変換して492nm〜560nmの波長を有する光を増加させるのに効果的なものである請求項18に記載の発光装置。
- 第3の蛍光体であって、光出力を変換して530nm〜610nmの波長を有する光を増加させるのに効果的なものである第3の蛍光体をさらに含む請求項18に記載の発光装置。
- 前記光源が215nm〜515nmの範囲内の光を発するLEDである請求項18に記載の発光装置。
- 式:
Sr1−x3Gax3Ga2S4:Eu:xGa2S3 (I)
(式中、xは0〜約0.2であり、x3は0.0001〜1である)有する蛍光体であって、ユーロピウム成分の微小量が、効率を高めるのに有効な量のプラセオジムで置換されていることができ、該蛍光体組成物のメジアン粒径が2〜12μmである蛍光体の製造方法であって、
該製造方法の製造物中に所望の平均粒径を実現するため適切であるとして選択された条件下でSrSO4/CaSO4及びEu(OH)3を析出させること;
該第1の析出工程の製造物と共にGa(OH)3を析出させること;
該第2の析出工程の生成物又はその後に繰り返されるこの工程の製造物を粉砕するサブ工程、及び粉砕された製造物を硫化水素中で焼成するサブ工程の2つのサブ工程を少なくとも1回実行すること;
少なくとも1回、該焼成された製造物をそれが溶けない溶媒中で懸濁させ、該焼成された製造物の一部分を、その第2の部分を懸濁させたまま、沈殿させるための時間を設けること;及び
懸濁された部分又は沈殿された部分の1つ以上の部分中の蛍光体を回収することを含むことを特徴とする蛍光体の製造方法。
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