JP2015529707A - 赤色発光窒化物系蛍光体 - Google Patents
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Abstract
Description
(Sr1−xCax)2Si5N8:Eu2+系組成物は、Piaoらによる、「Preparation of(Sr1−xCax)2Si5N8:Eu2+solid solutions and their luminescence properties」(J.of the Electrochem.Soc.153(12)H232〜H235(2006)(「Preparation Paper」))と題される記事において、説明されている。Preparation PaperにおいてPiaoらによって教示されるように、「...(Sr1−xCax)2Si5N8:Eu2+中のCa2+の溶液は、x=0.5の組成物に限定される。第1の[Ca2Si5N8]相は、x=0.6の組成物で(Sr1−xCax)2Si5N8:Eu2+中に現れる。2つの相は、オルソロンビックからモノクリニック構造への変換が発生する、0.5<x<0.75の範囲内で共存する。」Piaoらは、Ca2+修飾陽イオンが赤色窒化物蛍光体中で位置する場所にいくらかの光明を投じ、「Sr2+/Ca2+イオンの位置を取るドープしたEu2+イオンは、2つの相の[100]及び[010]配向に沿ったSi6N6輪によってそれぞれ形成される、チャネル中に配置される。」Ca2+含量が、[Sr2Si5N8]相中でx=0.5に増加し、SrCaSi5N8を形成する際、「粒子はよりよく結晶化され、(粒子の)サイズが増大する。」これは、向上した光学特性を引き起こすであろう。xが0.6(60原子百分率)まで増加するにつれ、「SEM像は、異なる形態を有する2つの相が存在することを示す。」Piaoら、Preparation PaperのH233頁を参照されたい。
いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、本実施形態の修正陽イオン格子間部位の本質に関して、それらについて既知である、又は推測されることを説明することが有益である。これは、用語「格子間位置」が、本開示において電荷平衡変性陽イオンが挿入される部位を記載するために使用されるため、主に専門用語の問題である。(読者は、Ca2+などの変性陽イオンが、Al3+のSi4+との置換によって創出される電荷不均衡を電荷平衡させるために使用され得ることを想起するであろう。)用語「格子間」は、修飾陽イオンが、結晶格子部位上の既存のイオンと一般的に交換、又は置換をしないという事実を強調するために選択された。前に強調するように、修飾陽イオンは既存の結晶ホスト構造に添加される陽イオンである。
本発明の実施形態は、一般式M’xM”2A5−yDyE8:REによって表される窒化物系蛍光体組成物を対象とする。ここで、M’は1+陽イオン、2+陽イオン、及び3+陽イオンのうちの少なくとも1つであり、M”はMg、Ca、Sr、Ba、及びZnのうちの少なくとも1つである。AはSi及びGeのうちの少なくとも1つである。元素DはA成分を置換的に交換し、Dは周期表の第IIIBカラム元素からなる群から選択される。一実施形態において、DはB、Al、及びGaのうちの少なくとも1つである。
以上に記載される実験の結果は、これらの実験(一般的な傾向を示す可能性がある)に対して、最大のより長い発光波長への偏移、及び付随するフォトルミネッセンス強度における最小の減少は、Siを置換する第IIIBカラム元素Alの、修飾陽イオンとしてのCaとの組み合わせに対して発見されたことを示す。使用される開始材料の量、ピーク波長発光、蛍光体の化学量論、及び置換された/添加されたものの要約を、後続の表1に示す。
図15は、青色InGaN LEDと、式Eu0.05Ca0.1Sr1.95Si4.8Al0.2N8(試料2から)を有する赤色蛍光体と、式Ce:Lu3Al5O12を有する緑色蛍光体と、を含む白色LED(2727℃(3000K))からのスペクトルを示し、図16は、青色InGaN LEDと、式Eu0.05Ca0.1Sr1.95Si4.8B0.2N8(試料3から)を有する赤色蛍光体と、式Ce:Lu3Al5O12を有する緑色蛍光体と、を含む白色LED(2727℃(3000K))からのスペクトルを示す。
米国を含む多くの地域内で、規制機関が交換LEDランプのための性能基準を設定する。例えば、米国環境保護局(EPA)は、米国エネルギー省(DOE)と共に、ランプが「ENERGY STAR(登録商標)」適合製品として指定され得る、例えば、電力使用必要条件、最小光出力必要条件、配光必要条件、発光効率必要条件、寿命などを特定する、性能仕様書を交付する。ENERGY STAR(登録商標)の「一体式LEDランプのプログラム必要条件」は、全てのLEDランプに対して「最小ルーメン定期試験周期(6000時間)後の色度の変化が、CIE 1976(u’,v’)図上で0.007内である」こと、及びランプ型に応じて、ランプは「稼動の15,000又は25,000時間で≧70%ルーメン維持(L70)」を有しなくてはならないことを必要とする。ENERGY STAR(登録商標)必要条件は、ランプ性能のためのものであり、LED、蛍光体、電子ドライバー回路、光学、及び機械的部品などのランプの全ての部品を含む。原理的に、時効処理に伴う白色LEDの輝度における劣化は、蛍光体だけでなく、青色LEDチップが原因である。劣化の更なる源は、(基材などの)充填材料、結合ワイヤ、及びシリコーンで封入される他の部品に由来し得る。その一方、配色における変化に影響を与える要因は、主に蛍光体劣化が独占する。蛍光体性能の観点から、ENERGY STAR(登録商標)に準拠するためには、必要条件は、85℃及び85%の相対湿度での促進試験下の蛍光体の1000時間後の、各座標に対して0.01以下の色度における変化(CIE Δx、CIE Δy)を必要とすると考えられる。促進試験を、以下、蛍光体粒子がエポキシー又はシリコーンなどの結合剤と結合され、その後LEDチップに適用されるように調整された蛍光体被覆LED上に行う。被覆LEDを規定温度及び湿度の、試験周期間連続的に稼動する炉内に配置する。
本明細書に記載される実施例及び比較実施例のそれぞれに対して、開始材料は、化合物Si3N4、AlN、Ca3N2、Sr3N2、BN、GaN、SiO2、Al2O3、及びEuCl3のうちの少なくとも1つを含んだ。
試料1〜4中で例示される蛍光体の所望の組成物を得るために、表2Aに記載される組成物に従って固体粉末を秤量した。原材料のこの混合物を、その後プラスチックのミリング容器にミリングビーズと共に装填し、グローブボックス中に密封し、続いて、約2時間のボールミリング工程を行った。混合粉末を、その後30nmの内径、及び30nmの高さを有するモリブデンるつぼに充填し、充填されたるつぼをモリブデン蓋で覆い、黒鉛ヒータを備えるガス焼結炉内に配置した。
蛍光体の設計組成物を得るために、固体粉末を、表3Aに記載される混合物組成物に従って秤量し、試料1〜4に記載されるのと同一の合成手順を使用した。試験結果を、表3Bに記載する。
蛍光体の設計組成物を得るために、固体粉末を、表4Aに記載される混合物組成物に従って秤量し、試料1〜4に記載されるのと同一の合成手順を使用した。試験結果を、表4Bに記載する。
蛍光体の設計組成物を得るために、固体粉末を、表5Aに記載される混合物組成物に従って秤量し、試料1〜4に記載されるのと同一の合成手順を使用した。試験結果を、表5Bに記載する。
この群の蛍光体の所望な組成物を得るために、固体粉末を、表6Aに記載される混合物組成物に従って秤量し、試料1〜4に記載されるのと同一の合成手順を使用した。試験結果を、表6Bに記載する。
試料22〜27の蛍光体の所望の組成物を得るために、表7Aに記載される組成物に従って固体粉末を秤量した。試料1〜4に対して使用されるものと同一の合成手順を使用した。試験結果を、表7Bに記載する。
試料28〜32の蛍光体の所望の組成物を得るために、表8Aに記載される組成物に従って固体粉末を秤量した。試料1〜4に対して使用されるものと同一の合成手順を使用した。試験結果を、表8Bに記載する。表8B中の強度測定は、他の表に記載される試料の強度測定に使用したものとは異なる装置を使用して行い、この異なる装置を使用した絶対強度測定は、他の試料のために使用した装置のものより低いことに留意されたい。
Claims (28)
- Li、Na、K、Sc、Ca、Mg、Sr、Ba、及びYのうちの少なくとも1つである、元素Mと、
Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnのうちの少なくとも1つである、元素M’と、
ケイ素と、
アルミニウムと、
窒素と、
Eu、Ce、Tb、Pr、及びMnのうちの少なくとも1つである、元素REと、を含む、窒化物系組成物を有する赤色発光蛍光体であって、
前記赤色発光蛍光体が、その中に組み込まれたM及びAlを有するM’2Si5N8:REの一般結晶構造を有し、前記赤色発光蛍光体が、約85℃及び約85%の相対湿度での1000時間の時効処理後の色度座標CIE Δx及びCIE Δyにおける変化が、各座標に対して約0.03未満、又はそれと等しいように構成される、赤色発光蛍光体。 - Mが、Caである、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- M’が、Srである、請求項1又は2に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、Ca、Sr、Si、Al、N、及びEuからなる、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- Mが、前記一般結晶構造中で実質的に格子間位置に位置し、Alが、前記一般結晶構造中でSiと置き換わる、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、青色LEDによる励起の下、約85℃及び約85%の相対湿度での1000時間の時効処理後のフォトルミネッセンス強度における減少が、約30%以下であるように構成される、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、約200nm〜約420nmの範囲の波長の放射光を吸収し、623nmを超えるフォトルミネッセンスのピーク発光波長を有する光を発光する、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体がCa0.1Sr2.0Al0.20Si4.80N8:Euである、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体がEu0.05Ca0.1Sr1.95Al0.20Si4.80N8である、請求項1に記載の赤色発光蛍光体。
- 化学式M(x/v)M’2Si5−xAlxN8:RE(式中、
Mは、原子価vを有する少なくとも1つの一価、二価、又は三価金属であり、
M’は、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnのうちの少なくとも1つであり、
REは、Eu、Ce、Tb、Pr、及びMnのうちの少なくとも1つである)によって表される窒化物系組成物を含む赤色発光蛍光体であって、
xが、0.1≦x<0.4を満たし、前記赤色発光蛍光体が、M’2Si5N8:REの一般結晶構造を有し、Alが、前記一般結晶構造中でSiと置き換わり、Mが、前記一般結晶構造中で実質的に格子間位置に位置する、赤色発光蛍光体。 - Mが、Li、Na、K、Sc、Ca、Mg、Sr、Ba、及びYのうちの少なくとも1つである、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- Mが、Caであり、M’が、Srであり、REが、Euである、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、Ca、Sr、Si、Al、N、及びEuからなる、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- xが、0.10≦x<0.25を満たす、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、青色LEDによる励起の下、約85℃及び約85%の湿度での1000時間の時効処理後のフォトルミネッセンス強度における前記減少が、約30%以下であるように構成される、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、約85℃及び約85%の相対湿度での1000時間の時効処理後の色度座標CIE Δx及びCIE Δyにおける偏差が、各座標に対して約0.03未満、又はそれと等しいように構成される、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、約200nm〜約420nmの範囲の波長の放射光を吸収し、623nmを超えるフォトルミネッセンスのピーク発光波長を有する光を発光する、請求項10に記載の赤色発光蛍光体。
- 前記赤色発光蛍光体が、
Eu0.05Ca0.075Sr1.95Al0.15Si4.85N8と、
Eu0.05Ca0.1Sr1.95Al0.20Si4.80N8と、
Eu0.05Ca0.125Sr1.95Al0.25Si4.75N8と、
Eu0.05Ca0.15Sr1.95Al0.30Si4.70N8と、
Eu0.05Ca0.2Sr1.95Al0.40Si4.60N8と、からなる群から選択される、請求項10に記載の蛍光体。 - 200nm〜480nmの範囲内の発光波長を有する励起源と、
請求項1に記載の赤色発光蛍光体であって、励起放射光を前記励起源から吸収し、約620nm〜約650nmの範囲内のピーク発光波長を有する光を発光するように構成される、赤色発光蛍光体と、
黄緑色発光蛍光体と、を備える、白色光照明源。 - 前記赤色発光蛍光体が、式Eu:Ca01Sr2.0Al0.20Si4.80N8を有する、請求項19に記載の白色光照明源。
- 前記黄緑色発光蛍光体が、式Ce:Lu3Al5O12を有する、請求項19に記載の白色光照明源。
- 前記励起源が、420nm〜470nmの範囲内の発光波長を有する、請求項19に記載の白色光照明源。
- 前記赤色発光蛍光体が、励起放射光を前記励起源から吸収し、約628nm〜約634nmの範囲内のピーク発光波長を有する光を発光するように構成される、請求項19に記載の白色光照明源。
- 200nm〜480nmの範囲内の発光波長を有する励起源と、
請求項12に記載の赤色発光蛍光体であって、励起放射光を前記励起源から吸収し、約620nm〜約650nmの範囲内のピーク発光波長を有する光を発光するように構成される、赤色発光蛍光体と、
黄緑色発光蛍光体と、を備える、白色光照明源。 - 前記赤色発光蛍光体が、励起放射光を前記励起源から吸収し、約628nm〜約634nmの範囲内のピーク発光波長を有する光を発光するように構成される、請求項24に記載の白色光照明源。
- 前記赤色発光蛍光体が、式Eu:Ca0.1Sr2.0Al0.20Si4.80N8を有する、請求項24に記載の白色光照明源。
- 前記黄緑色発光蛍光体が、式Ce:Lu3Al5O12を有する、請求項24に記載の白色光照明源。
- 前記励起源が、420nm〜470nmの範囲内の発光波長を有する、請求項24に記載の白色光照明源。
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