JP2009512741A - 固体照明用途のセリウム系蛍光体材料 - Google Patents

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Abstract

〜ａ＝１４．８８Åの格子パラメータの面心立方ユニットセルに結晶化するＣａＳｉＮ２−δＯδ：Ｃｅ３＋等のカルシウムシリケートニトリド三成分系を有し、高強度の赤色光を発する発光性セリウム（Ｃｅ）添加化合物。このＣｅ添加化合物は、下記のいずれかにおいて、白色光用途に使用可能である：（ｉ）黄色または緑色の蛍光体を有する青色ＬＥＤを基材とする系の光品質を向上するため、（ｉｉ）青色ＬＥＤおよび緑色蛍光体との組み合わせにおけるオレンジ色蛍光体として、または（ｉｉｉ）紫外（ＵＶ）ＬＥＤ並びに赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）の蛍光体を有する構成における赤色蛍光体として。Ｃａサイトにおいてより小型の元素に置換すると、またはＳｉサイトにおいてより大型の元素に置換すると、発光波長は黄色またはオレンジ色の領域の方向に短波長化する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、同時継続であって同一人に譲渡された次の米国特許出願：２００５年９月３０日にＡｎｔｈｏｎｙ Ｋ．ＣｈｅｅｔｈａｍとＲｏｎａｎ Ｐ．Ｌｅ Ｔｏｑｕｉｎとによって出願された、発明名称が「ＣＥＲＩＵＭ ＢＡＳＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＦＯＲ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＬＩＧＨＴＩＮＧ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」、代理人事件番号が３０７９４．１３８−ＵＳ−Ｐ１（２００５−６１８−１）である米国仮特許出願第６０／７２２，９００号、および２００５年９月３０日にＲｏｎａｎ Ｐ．Ｌｅ ＴｏｑｕｉｎとＡｎｔｈｏｎｙ Ｋ．Ｃｈｅｅｔｈａｍによって出願された、発明名称が「ＮＩＴＲＩＤＥ ＡＮＤ ＯＸＹ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＥＲＩＵＭ ＢＡＳＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＦＯＲ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＬＩＧＨＴＩＮＧ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」、代理人事件番号が３０７９４．１４５−ＵＳ−Ｐ１（２００５−７５３−１）である米国仮特許出願第６０／７２２，６８２号の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の優先権の利益を主張するものであり、これらの出願は参考として本明細書に援用される。
本出願は、同時継続であって同一人に譲渡された次の米国特許出願：Ｒｏｎａｎ Ｐ．Ｌｅ ＴｏｑｕｉｎとＡｎｔｈｏｎｙ Ｋ．Ｃｈｅｅｔｈａｍとによって同日に出願された、発明名称が「ＮＩＴＲＩＤＥ ＡＮＤ ＯＸＹ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＥＲＩＵＭ ＢＡＳＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＦＯＲ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＬＩＧＨＴＩＮＧ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」、代理人事件番号が３０７９４．１４５−ＵＳ−Ｕ１（２００５−７５３−２）である米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号であって、２００５年９月３０日にＲｏｎａｎ Ｐ．Ｌｅ ＴｏｑｕｉｎとＡｎｔｈｏｎｙ Ｋ．Ｃｈｅｅｔｈａｍによって出願された、発明名称が「ＮＩＴＲＩＤＥ ＡＮＤ ＯＸＹ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＣＥＲＩＵＭ ＢＡＳＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＦＯＲ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＬＩＧＨＴＩＮＧ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」、代理人事件番号が３０７９４．１４５−ＵＳ−Ｐ１（２００５−７５３−１）である米国仮特許出願第６０／７２２，６８２の優先権を主張する、出願に関連し、これらの出願は参考として本明細書に援用される。
（発明の分野）
本発明は、固体照明用途のセリウム（Ｃｅ）系蛍光体材料に関する。
（関連技術の記述）
（注：本出願は、本明細書全体において、例えば［ｘ］のように括弧内の１つ以上の参照番号により示される、多数の異なる公表資料を参照する。これら参照番号に従って配列されるこれら異なる公表資料のリストは、後述の「参考文献」と題する段落にある。これら公表資料のそれぞれを、本明細書において参照により援用する。）
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体材料を基材とする発光ダイオード（ＬＥＤ）は、紫外（ＵＶ）および／または青色（３００ｎｍ〜４６０ｎｍ）を、高効率かつ長寿命で発生する［１、１５］（非特許文献１、非特許文献２）。このようなＬＥＤからの発光は、蛍光体材料の発光特性を用いてより低エネルギーの放射線に変換することが可能である。高強度の青色光（１０）は、図１（ａ）に示すように、白色光（１４）に見える青色および黄色の光（１３）が発せられるように青色ＬＥＤ（１１）と黄色蛍光体（１２）とを組み合わせることにより、白色ＬＥＤデバイスを作製するのに用いることができる。あるいは、図１（ｂ）に示す緑色とオレンジ色蛍光体との混合体（１５）は、白色光（１４）に見える青色、緑色、およびオレンジ色の光（１６）を発するであろう。あるいは、高強度のＵＶ光（２０）は、図２に示すように、ＵＶＬＥＤ（２１）と、白色光（２４）に見える赤色、緑色、および青色の光（２３）を発する３つの赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）蛍光体の混合体（２２）とを組み合わせることにより、白色ＬＥＤデバイスを作製するのに用いることができる。ＬＥＤ（１１）および（２１）は、それぞれ基板（１７）および（２５）上に形成してもよい。
最初に商品化された白色ＬＥＤは、青色フォトンを黄色フォトンに変換するＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＹＡＧ）蛍光体層と組み合わされた、４６０ｎｍ付近の青色フォトンを発するＩｎＧａＮチップを基材としていた［２、３］（非特許文献３、特許文献１）。その結果、わずかに青味がかった白色光が発生される。これは、原理的には、第二の蛍光体からの赤色フォトンを加えることにより改良できる。事実、赤色蛍光体は、用いられる構成に関わらず白色ＬＥＤの開発に必要であり、赤色に対する人間の目の感度が低いことを補償するために、非常に強度の高いものでなければならない［４］（非特許文献４）。しかし、高強度の赤色蛍光体は、ストークスシフトが増加して量子収率が低下するため、実現が非常に困難である。
Ｃｅ３＋添加材料では、通常、ＵＶ発光が観察される［５］（非特許文献５）。しかし、高結晶場対称性（Ｃｅ−ＹＡＧ［２］（非特許文献３））により、または強共有結合性Ｃｅ環境（硫化物またはオキシニトライド［６］（非特許文献６））により、発光波長のエネルギーが減少することがある。Ｃｅ３＋添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）は最も重要な実例であり、青色励起（４６０ｎｍにおける）において強力な黄色発光（５４０ｎｍにおける）を示す。この特異な黄色発光は、微小正方晶系歪に関連するＣｅサイトの立方結晶場が原因である［２］（非特許文献３）。以前にＶａｎ Ｋｒｅｖｅｌらが実証したように［６］（非特許文献７）、より共有結合性の強い窒素等のアニオンで酸素を置換することにより、オキシニトリド化合物で緑色〜黄色のＣｅ３＋発光を観察することも可能である。さらに共有結合特性を強化しようとして、新たなＥｕ２＋添加サイアロン［７、８］（特許文献２、非特許文献７）またはシリコン（オキシ）ニトリド［９〜１１］（特許文献３〜特許文献５）系材料に到達した。これらの材料は、非常に高効率のオレンジ色発光を示すことが報告されている。Ｅｕ２＋添加Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８（ここに、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム）は、今までのところ、最も興味深いものの一つである［１０］（特許文献４）。ニトリド化合物に見られるより長波長の発光波長は、ＵＶの一部および可視スペクトル範囲を包含するより広い励起バンドと関連性がある。
米国特許第５，９９８，９２５号明細書 米国特許第６，７１７，３５３号明細書 米国特許第６，６７０，７４８号明細書 米国特許第６，６８２，６６３号明細書 米国特許出願公開第２００３／０００６７０２号明細書 Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｇ．Ｆａｓｏｌ，Ｔｈｅ Ｂｌｕｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＧａＮ Ｂａｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｒｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ（１９９７）． Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎ Ｂａａｒｓ，ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｈｅｏｒｙ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ａ．Ｈ．Ｋｉｔａｉ，Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ，Ｌｏｎｄｏｎ（１９９３）． Ｇ．Ｂｌａｓｓｅ ａｎｄ Ａ．Ｂｒｉｌｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．，１１（１９６７）：Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，４７（１９６７）５１３９． Ｔ．Ｊｕｓｔｅｌ，Ｈ．Ｎｉｋｏｌ，Ｃ．Ｒｏｎｄａ，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，１９９８，３７，３０８４３１０３． Ｇ．Ｂｌａｓｓｅ，Ｂ．Ｃ．Ｇｒａｂｍｅｉｅｒ，Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ（１９９４）． Ｊ．Ｗ．Ｈ．ｖａｎ Ｋｒｅｖｅｌ，Ｈ．Ｔ．Ｈｉｎｔｚｅｎ，Ｒ． Ｍｅｔｓｅｌａａｒ，Ａ．Ｍｅｉｊｅｒｉｎｋ，Ｊ．Ａｌｌｏｙｓ Ｃｏｍｐｄ．２６８（１−２），２７２−２７７（１９９８）． Ｊ．Ｗ．Ｈ．ｖａｎ Ｋｒｅｖｅｌ，Ｊ．Ｗ．Ｔ．ｖａｎ Ｒｕｔｔｅｎ，Ｈ．Ｍａｎｄａｌ，Ｈ．Ｔ．Ｈｉｎｚｅｎ，Ｒ．Ｍｅｔｓｅｌａａｒ，Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．１６５（１）１９−２４（２００２）．
本発明は、高強度の赤色光を発する発光性Ｃｅ化合物、すなわち、ＣａＳｉＮ２−δＯδ：Ｃｅ３＋を開示する。これは、〜ａ＝１４．８８Åの格子パラメータを有する面心立方ユニットセルに結晶化するカルシウムシリケートニトリド（ｃａｌｃｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｎｉｔｒｉｄｅ）三成分系の新相（ｎｅｗ ｐｈａｓｅ）である。この化合物は、下記のいずれかにおいて、白色光用途に使用可能である：（ｉ）黄色／緑色蛍光体を有する青色ＬＥＤを基材とする系の光品質向上のため、（ｉｉ）青色ＬＥＤ＋オレンジ色および緑色蛍光体におけるオレンジ色蛍光体として、または（ｉｉｉ）ＵＶＬＥＤプラス３ＲＧＢ蛍光体構成における赤色蛍光体として。Ｃａサイトにおいてより小型の元素に置換すると、またはＳｉサイトにおいてより大型の元素に置換すると、発光波長が黄色／オレンジ色領域の方向に短波長化するため、この化合物は、青色ＬＥＤとともに黄色蛍光体として直接的に用いることもできる。このことから、本発明は、以下に示す多数の異なる実施形態を包含する。
一実施形態において、本発明は固体照明用途の装置であり、ＬＥＤと、このＬＥＤに近接して配置され、このＬＥＤからの放射線で励起されたときにオレンジ色〜赤色の光を発する発光性Ｃｅ化合物とを備える。ＬＥＤおよび発光性Ｃｅ化合物の種々の組み合わせは、（１）発光性Ｃｅ化合物が黄色または緑色の蛍光体と組合わされて用いられる場合の青色ＬＥＤ、（２）発光性Ｃｅ化合物がオレンジ色蛍光体として緑色蛍光体と組合わされて用いられる場合の青色ＬＥＤ、または（３）発光性Ｃｅ化合物がＲＧＢ蛍光体群の中の赤色蛍光体として用いられる場合のＵＶＬＥＤ、を含んでもよい。
発光性Ｃｅ化合物は次の式で表され、
Ｍｘ（Ｓｉ，Ａｌ）ｙＮｚ−δＯδ：Ｃｅ３＋
ここに、
Figure 2009512741
 、ｚ＝２、０≦δ＜２であり、Ｍはカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、またはバリウム（Ｂａ）である。一つの代替実施形態において、ゲルマニウム（Ｇｅ）でシリコン（Ｓｉ）を置換してもよい。別の代替実施形態では、Ｍはイットリウム（Ｙ）またはランタニド（Ｌｎ）元素であり、Ｓｉは電荷補償（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）のためにアルミニウム（Ａｌ）またはガリウム（Ｇａ）により置換される。
発光性Ｃｅ化合物は、下記の処置を用いて作製してもよい。
（ａ）混合体を形成するために、化学量論量の、（１）Ｃａ３Ｎ２またはＣａ金属、（２）ＡｌＮ、（３）Ｓｉ３Ｎ４Ｓｉ２Ｎ２ＮＨ、またはＳｉ（ＮＨ）２、および（４）金属、ニトライドまたは酸化物のいずれかとしての希土類源（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｓｏｕｒｃｅ）であるＣｅ、を混合することと、
（ｂ）酸化または加水分解を防止するために、［Ｏ２］＜１百万分率（ｐｐｍ）および［Ｈ２Ｏ］＜１ｐｐｍの条件で混合体の重量を計量し、粉に挽くことと、
（ｃ）０．５〜４リッタ／分の条件のＮ２流通下で１３００℃と１５００℃との間の温度に加熱するために、混合体をＡｌ２Ｏ３またはＢＮのるつぼ内に充填すること。
次に図面について説明する。図面では、同じ参照番号は全体にわたって同じ部分を表す。
以下の好適な実施形態についての説明では、この一部を形成する添付図面を参照する。添付図面の中には、本発明を実施できる特定の実施形態が概略図により示されている。他の実施形態を利用してもよいこと、および本発明の範囲から逸脱することなく構成を改変してもよいことが理解されるべきである。
（技術の開示）
本発明の主題は、青色またはＵＶのＬＥＤを基材とする白色固体照明での用途に、新規の蛍光体材料を発見することである。そのため、本発明は、オレンジ色〜赤色の発光材料の合成と、蛍光体単体としてのそれの応用、または、白色ＬＥＤを実現する他のものとの組み合わせにおける、例えば図１および２に示す態様でのそれの応用とを対象に含む。
本発明は、放射線により励起されたときにオレンジ色〜赤色の光を発し、ＵＶ〜緑色または黄色の範囲の波長を吸収する発光性Ｃｅ化合物を有する組成物を範囲に含む。
この組成物は次の式で表すことができ、
Ｍｘ（Ｓｉ，Ａｌ）ｙＮｚ−δＯδ：Ｃｅ３＋
ここに、
Figure 2009512741
 、ｚ＝２および０≦δ＜２である。Ｍは主にカルシウム（Ｃａ）であるが、下記の表３に示すマグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）等の異なるアルカリ土類とのＭサイト上での化学的置換は可能である。表３は、Ｍサイトへの置換により約５０ｎｍの実質的な発光波長のシフトがいかに観察されたかも示しており、放射線により励起されたときに発光性Ｃｅ化合物がいかにオレンジ色〜赤色の光を発するかを表している。シリコン（Ｓｉ）原子もゲルマニウム（Ｇｅ）原子で置換可能である。イットリウム（Ｙ）またはランタニド（Ｌｎ）元素はＭサイト上で、電荷補償のためのアルミニウム（Ａｌ）またはガリウム（Ｇａ）原子によるＳｉの置換と同時に置換してもよい。表３は、複合物がいかにＵＶ〜緑色の光を吸収でき、またはＵＶ〜緑色の光により励起され得るかも示している。
図３は、いかにしてこれらの材料を準備し得るかを示すフローチャートである。
ブロック３０は、混合体を形成するために、化学量論量の、（１）Ｃａ３Ｎ２またはＣａ金属、（２）ＡｌＮ、（３）Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ２Ｎ２ＮＨ、またはＳｉ（ＮＨ）２、および（４）金属、もし可能であればニトライド、または酸化物のいずれかであるＣｅ等の希土類源、を混合する処置を示す。この処置は、希土類等のより大きなイオン半径を有する元素を、Ｃａ結晶学的サイトに導入すること、および／またはアニオン副格子内の空位の存在若しくは酸素置換により導入することを含んでもよい。
ブロック３１は、混合体の重量を計量し、粉に挽く処置を示す。これは、酸化または加水分解等の劣化を防止するために、グローブボックス内（［Ｏ２］＜１百万分率（ｐｐｍ）および［Ｈ２Ｏ］＜１ｐｐｍ）で実施されなければならない。
ブロック３２は、この混合体を、管炉内で０．５〜４リッタ／分の窒素（Ｎ２）流通下で１３００℃と１５００℃との間の温度に加熱する、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）またはニトリドボロン（ＢＮ）のるつぼ内に充填する処置を示す。
Ｘ線回折、２９ＳｉＮＭＲ分光法およびＵＶ／可視発光励起分光法を用いて、すべてのサンプルを特性評価した。
ＣａＳｉＮ２相は、セルパラメータａｏ＝５．１２２９Å、ｂｏ＝１０．２０７４Å、およびｃｏ＝１４．８２３３Åで、斜方晶系対称（空間群Ｐｎｍａ）に結晶化することが既に報告されている［１２〜１４］。図４に示すように、カルシウムシリケートニトリド三成分系（ＣａＳｉＮ２）の新相の特性評価を行うのに、シンクロトロンＸ線回折試験が用いられた。本明細書で紹介されるＣａＳｉＮ２関連相は、取り得る空間群がＦ２３の立方晶の対称性、および〜ａ＝１４．８８Åの精製セルパラメータを有する。この相は、ａｃ＝２√２ａｏ、ａｃ＝√２ａｏａｃ＝ｃｏの関係に従い、文献で報告されているものと関係付けることができる。ここで報告される新相は、Ｃａ結晶学的サイトに、希土類等のより大きなイオン半径を有する元素を導入することによってのみ、および／またはアニオン副格子内の空位の存在若しくは酸素置換によって（すなわち、δおよび窒素濃度の選択によって）のみ、得ることができる。
ＣａＳｉＮ２−δＯδ：Ｃｅ３＋化合物のＣａサイトにおいてより小型の元素に置換すると、またはＳｉサイトにおいてより大型の元素に置換すると、発光波長は黄色／オレンジ色のスペクトル領域の方向に短波長化する。
図５（ａ）および６（ａ）は、オレンジ色〜赤色の光を発する発光性Ｃｅ化合物のさらなる実施例であり、図５（ｂ）および６（ｂ）は、ＵＶ〜黄色の範囲の波長を含む励起スペクトル、すなわちバンドを有する発光性Ｃｅ化合物のさらなる実施例である。
ＣａＳｉＮ２−δＯδ：Ｃｅ３＋化合物にはいくつかの重要な特性がある。第一に、図５（ａ）に示すように、それは高強度の赤色発光（ピークは〜６２０ｎｍ）を示す最初のＣｅ３＋蛍光体材料である。それは、図５（ｂ）および６（ｂ）に示すように、黄色および緑色の領域、並びに青色および紫外の領域で励起可能な、希少な蛍光体の１つでもある。赤色発光は、図５（ｂ）に示すように、緑色光を赤色に変換する第二の蛍光体としてそれを付加することにより、ＹＡＧおよび青色ＬＥＤ構成の青味がかった色合いを補償するのに用いることができる。第二に、緑色から赤色への遷移は、光合成による植物成長を促進するのに有用であろう。第三に、この蛍光体の波長可変発光（下記の表３参照）により、図６（ａ）に示すように単独の黄色またはオレンジ色の蛍光体としても、または図６（ｂ）に示すように４６０ｎｍ（例えば、青色ＬＥＤ）で励起可能な緑色発光蛍光体との組み合わせにおいても、それは非常に興味深いものになっている。ＣａおよびＳｉサイトでの置換により、最大点が５００ｎｍと６５０ｎｍとの間にあり、４５０ｎｍから７００ｎｍまでの可視スペクトルを範囲に含む発光が生じる。励起バンドを４００ｎｍと６００ｎｍとの間に調整することも可能である。予測されるように、これらの化合物は、図５（ａ）、５（ｂ）、６（ａ）、および６（ｂ）に示すように、比較的ブロードなピークを有する典型的なセリウム化合物の発光／励起ピーク形状（すなわち、スペクトル）を示す。図５（ａ）および６（ａ）の発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）はおそらく〜９０ｎｍであり、オレンジ色および赤色の光に対応する波長の全スペクトルを含む。図５（ｂ）および６（ｂ）における励起スペクトルは、ＦＷＨＭが６０ｎｍであろう。発光および励起がブロードであるというこれらの特徴により、有益な色表現特性が得られる。
これらの新規の蛍光体は、発光性Ｃｅ化合物が、図５（ｂ）および６（ｂ）に示すようにＧａＮまたはＺｎＯ系ＬＥＤを用いてＵＶ（〜３８０ｎｍ）で励起可能なため、固体照明の設計用にＵＶＬＥＤとともに用いられる３種類の蛍光体（赤色、緑色、および青色）を有する群における黄色または赤色の蛍光体としても興味深いであろう。
図７は固体照明用途の装置の概略図であり、ＬＥＤ（７０）および発光性Ｃｅ化合物（７１）を有する組成物を含む。但し、発光性Ｃｅ化合物はＬＥＤ（７０）に近接して配置されており、発光性Ｃｅ化合物は、ＬＥＤからの放射線（７３）により励起されたときにオレンジ色〜赤色光（７２）を発する。
発光性Ｃｅ化合物は、１つ以上の他の蛍光体（７４）と組み合わせて用いてもよい。例えば、ＬＥＤ（７０）が青色ＬＥＤである場合、発光性Ｃｅ化合物（７１）は、青色ＬＥＤとともに、黄色または緑色の蛍光体等の他の蛍光体（７４）と組み合わせて用いてもよい。あるいは、ＬＥＤ（７０）が青色ＬＥＤである場合、発光性Ｃｅ化合物（７１）は、青色ＬＥＤとともに、オレンジ色蛍光体として緑色蛍光体等の他の蛍光体（７４）と組み合わせて用いてもよい。同様に、ＬＥＤ（７０）がＵＶＬＥＤである場合、発光性Ｃｅ化合物はＵＶＬＥＤとともに、ＲＧＢ蛍光体群（７４）における赤色蛍光体として用いてもよい。ＬＥＤ（７０）からの放射線（７３）および他の蛍光体（７４）との組み合わせにおいて発光性Ｃｅ化合物により発せられる光（７５）の合成は、白色光（７６）に見えるであろう。
発光性化合物または蛍光体を形成するのに、Ｃｅ以外の他の希土類をカルシウムシリケートニトリド系の新相に導入しまたは添加してもよい。同一の立方晶の対称性は存続し、一連の希土類に渡ってユニットセルパラメータの典型的減少が観察される（下記の表１参照）。蛍光体としての用途の観点からも、これらの材料の光学特性は興味深い（下記の表２参照）。それ故、図７の装置は、立方晶の対称性（面心立方等）を有し、他の希土類を添加されたカルシウムシリケートニトリド三成分系からの発光性化合物（７１）を利用してもよい。
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（結論）
本発明の好適な実施形態についての説明の結論をここに記す。本発明の１つ以上の実施形態についての前述の説明は、図解と記述を目的に提供されている。これは、網羅的であること、または本発明を開示の正確な形態に限定することを目的とするものではない。上述の教示に鑑みて、本発明の骨子から本質的に逸脱することなしに、多数の変形および変更が可能である。この詳細な説明によってではなく、これの最後に加えられている請求項によって本発明の範囲が制限されることが意図されている。
Figure 2009512741
Figure 2009512741
Figure 2009512741
図１（ａ）および１（ｂ）は、図１（ａ）に示す黄色蛍光体、または図１（ｂ）に示すオレンジ色と緑色蛍光体との混合、のいずれかを有する青色ＬＥＤ（〜４６０ｎｍ）を基材とする白色ＬＥＤ構成の概略図である。 図１（ａ）および１（ｂ）は、図１（ａ）に示す黄色蛍光体、または図１（ｂ）に示すオレンジ色と緑色蛍光体との混合、のいずれかを有する青色ＬＥＤ（〜４６０ｎｍ）を基材とする白色ＬＥＤ構成の概略図である。 図２は、３種類の蛍光体材料、すなわち青色、緑色、および赤色を有するＵＶＬＥＤ（〜３８０ｎｍ）を基材とする白色ＬＥＤ構成の概略図である。 図３は、発光性希土類添加化合物の作製方法を示すフローチャートである。 図４は、Ｃｅ３＋添加ＣａＳｉＮ２−δＯδ相のシンクロトロンＸ線回折パターンのグラフであり、ユニットセルパラメータａ＝１４．８８２２（５）Åの空間群Ｆ２３においてＬｅ Ｂａｉｌ精製（ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）を行っている。 図５（ａ）は、Ｃｅ３＋添加化合物ＣａＳｉＮ２の発光スペクトルのグラフであり、励起波長は５３５ｎｍである。 図５（ｂ）は、発光波長を６３０ｎｍに固定させたときの、Ｃｅ３＋添加化合物ＣａＳｉＮ２の励起スペクトルのグラフである。 図６（ａ）は、Ｃｅ３＋添加化合物Ｃａ（Ｓｉ，Ａｌ）Ｎ２の発光スペクトルのグラフであり、励起波長は４７５ｎｍである。 図６（ｂ）は、発光波長を５６０ｎｍに固定させたときの、Ｃｅ３＋添加化合物Ｃａ（Ｓｉ，Ａｌ）Ｎ２の励起スペクトルのグラフである。 図７は、ＬＥＤおよびＬＥＤに近接して配置された発光性Ｃｅ化合物を有する固体照明用途の装置の概略図である。

Claims (18)

  1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    該発光ダイオードからの放射線によって励起されたときにオレンジ色〜赤色の光を発する発光性セリウム（Ｃｅ）化合物と
    を備えた固体照明用途の装置。
  2. 前記発光ダイオードは青色発光ダイオードであり、前記発光性セリウム化合物は黄色または緑色の蛍光体と組み合わされて該青色発光ダイオードとともに用いられる、請求項１に記載の装置。
  3. 前記発光ダイオードは青色発光ダイオードであり、前記発光性セリウム化合物はオレンジ色蛍光体として、緑色蛍光体と組み合わされて該青色発光ダイオードとともに用いられる、請求項１に記載の装置。
  4. 前記発光ダイオードは紫外（ＵＶ）発光ダイオードであり、前記発光性セリウム化合物は赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）の蛍光体の群における赤色蛍光体として、該紫外発光ダイオードとともに用いられる、請求項１に記載の装置。
  5. 放射線により励起されたときにオレンジ色〜赤色の光を発する発光性セリウム（Ｃｅ）化合物を備える、組成物。
  6. 前記発光性Ｃｅ化合物が紫外（ＵＶ）〜緑色の範囲の波長で励起される、請求項５に記載の組成物。
  7. 前記発光性Ｃｅ化合物が、次の式で表され、
    Ｍｘ（Ｓｉ，Ａｌ）ｙＮｚ−δＯδ：Ｃｅ３＋
    ここに、
    Figure 2009512741
     、ｚ＝２、０≦δ＜０であり、Ｍはカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、またはバリウム（Ｂａ）である、請求項５に記載の組成物。
  8. ゲルマニウム（Ｇｅ）がシリコン（Ｓｉ）の代わりに用いられる、請求項７に記載の組成物。
  9. Ｍがイットリウム（Ｙ）またはランタニド（Ｌｎ）元素であり、電荷補償のためにシリコン（Ｓｉ）がアルミニウム（Ａｌ）またはガリウム（Ｇａ）により置換された、請求項７に記載の組成物。
  10. 前記発光性Ｃｅ化合物が立方ユニットセルに結晶化するカルシウムシリケートニトリド三成分系の新相である、請求項７に記載の組成物。
  11. 前記発光性Ｃｅ化合物がＣａＳｉＮ２−δＯδ：Ｃｅ３＋を備える、請求項１０に記載の組成物。
  12. Ｃａサイトにおいてより小型の元素に置換することにより、またはＳｉサイトにおいてより大型の元素に置換することにより、発光波長が黄色またはオレンジ色のスペクトル領域の方向に短波長化する、請求項１１に記載の組成物。
  13. 前記発光性Ｃｅ化合物が、
    （ａ）混合体を形成するために、化学量論量の、（１）Ｃａ３Ｎ２またはＣａ金属、（２）ＡｌＮ、（３）Ｓｉ３Ｎ４Ｓｉ２Ｎ２ＮＨ、またはＳｉ（ＮＨ）２、および（４）金属、ニトライドまたは酸化物のいずれかとしての希土類源であるＣｅ、を混合するステップと、
    （ｂ）酸化または加水分解を防止するために、［Ｏ２］＜１百万分率（ｐｐｍ）および［Ｈ２Ｏ］＜１ｐｐｍの条件で該混合体の重量を計量し、粉に挽くステップと、
    （ｃ）該混合体を０．５〜４リッタ／分の条件のＮ２流通下で１３００℃と１５００℃との間の温度に加熱するステップと
    を用いて作製される、請求項７に記載の組成物。
  14. 前記発光性化合物が黄色または緑色の蛍光体と組み合わされて、青色発光ダイオードとともに用いられる、請求項５に記載の組成物。
  15. 前記発光性Ｃｅ化合物がオレンジ色蛍光体として、緑色蛍光体と組み合わされて青色発光ダイオードとともに用いられる、請求項５に記載の組成物。
  16. 前記発光性Ｃｅ化合物が赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）の蛍光体の群における赤色蛍光体として、紫外（ＵＶ）発光ダイオードとともに用いられる、請求項５に記載の組成物。
  17. （ａ）混合体を形成するために、化学量論量の、（１）Ｃａ３Ｎ２またはＣａ金属、（２）ＡｌＮ、（３）Ｓｉ３Ｎ４Ｓｉ２Ｎ２ＮＨ、またはＳｉ（ＮＨ）２、および（４）金属、ニトライドまたは酸化物のいずれかとしての希土類源、を混合するステップと、
    （ｂ）酸化または加水分解を防止するために、［Ｏ２］＜１百万分率（ｐｐｍ）および［Ｈ２Ｏ］＜１ｐｐｍの条件で該混合体の重量を計量し、粉に挽くステップと、
    （ｃ）該混合体を０．５〜４リッタ／分の条件のＮ２流通下で１３００℃と１５００℃との間の温度に加熱するステップと
    を含む、発光性化合物の作製方法。
  18. 前記希土類源がセリウム（Ｃｅ）である、請求項１７に記載の方法。
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