JP2017533306A - 蛍光体 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ユウロピウム、セリウム、サマリウムまたはプラセオジムをドープした窒化ホウ素、前記化合物の製造方法、およびクレームしたドープした窒化ホウ素の変換蛍光体としての使用に関する。本発明はまた、クレームしたドープした窒化ホウ素を含む光源に関する。

Description

本発明は、ユウロピウム、セリウム、サマリウムまたはプラセオジムをドープしたホウ窒化物(boronitride)、これらの化合物の製造方法、および本発明による化合物の変換蛍光体としての使用に関する。本発明はさらに、本発明によるドープしたホウ窒化物を含む発光デバイスに関する。
青色および/またはUVスペクトル領域において励起することができる無機蛍光粉末は、蛍光体変換LED、略してpc−LEDのための変換蛍光体として主な重要性を有する。一方、多くの変換蛍光体系が知られており、例えばアルカリ土類金属オルトケイ酸塩、チオガレート、ガーネット、窒化物およびオキシ窒化物であり、各々はCe3+またはEu2+でドープされている。最後に述べた窒化物およびオキシ窒化物蛍光体は、これらの材料が600nmより大きい発光波長を有する赤色発光を示し、したがって<4000Kの色温度を有する温白色pcLEDの生産に重要であるので、特に現在集中的な研究の対象である。
前述の蛍光体の蛍光体変換LEDのための使用の際の欠点は、蛍光体/ポリマー界面で経年劣化することであり、変換層の暗くなることおよびしたがって明るさの低下が生じることを意味する。これは、粉末またはセラミック変換体のカプセル封入がエポキシまたはシリコーン樹脂によって起こるので、特に極めて長い寿命を達成するのに重大である。不都合なことに、両方のポリマーは、小分子、例えばHO、COまたはNHについて拡散不透過性(diffusion-impermeable)ではない。これらは、したがってLEDランプの動作時間中に変換体に到達し、そこで界面で(光)化学反応を開始することができる。したがって、例えばSi、SiCまたはBNの場合のように特に高い長期間安定性を有する材料を見出すことは、特に興味深い。しかしながら、かかる材料は、しばしば製造するのが特に困難である。
したがって、より高い長期間安定性を有する入手できる蛍光体を有するのが、所望されるだろう。本出願が基づくさらなる目的は、当業者に蛍光体変換LEDにおける使用に好適な蛍光体のより大きな選択を提供するための、さらなる蛍光体、特にオレンジ色ないし赤色発光蛍光体の提供である。本発明の目的は、したがってこのタイプの蛍光体を提供することにあった。
驚くべきことに、以下に記載するユウロピウム、セリウム、サマリウムおよび/またはプラセオジムをドープしたホウ窒化物は、この目的を達成し、蛍光体変換LEDにおいて使用するに極めて高度に適していることが、見出された。
Z. Kristallogr. NCS. 220 (2005), 303-304には、EuBa(BNの結晶構造が記載されており、それは、形式的にまたEu0.5Ba(BNとして化学量論的に記載され得る。この化合物のルミネセンス特性は記載されておらず、この化合物の蛍光体変換LEDにおける使用も記載されていない。この化合物は、黒色の空気および水感受性化合物として記載されており、それが蛍光体としての使用に適していないことを意味する。
Journal of Solid State Chemistry 182 (2009), 3299-3304には、Eu2+で活性化されたCaBNFの合成およびルミネセンス特性が開示されている。当該化合物は、ここで深い青色を発光すると記載されている。この化合物は、したがってオレンジ色ないし赤色発光蛍光体として好適ではない。
本発明は、ドーパントが10mol%までの量において存在し、以下の式(1)で表される、ユウロピウム、セリウム、サマリウムおよび/またはプラセオジムをドープした化合物に関する。
(EA)(Ln)2e+f(BNO)(Hal) 式(1)
式中、以下のことが、使用する記号および指数に該当する:
Aは、Li、NaおよびKからなる群から選択された1種以上の元素であり;
EAは、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択された1種以上の元素であり;
Lnは、Sc、Y、La、GdおよびLuからなる群から選択された1種以上の元素であり;
Halは、F、Cl、BrおよびIからなる群から選択された1種以上の元素であり;
0≦a≦3;
0≦b≦5;
0≦c≦6;
1≦e≦4;
0≦f≦2;
0≦g≦6;
0≦h≦1;
0≦i≦1;
ここで、以下のことがさらに指数に該当し:
a+2b+3c=3e+3f+2g+2h+i;
2≦a+b+c≦6;
2≦e+f+g+h+i≦6;
ここで化合物CaBNF:Euは、本発明から除外される。
前提条件a+2b+3c=3e+3f+2g+2h+iの結果、上に定義したように、電荷中性化合物である化合物が得られる。
式(1)中のB、NおよびOは、慣用の化学的命名法に従って、それぞれホウ素、窒素および酸素を表す。
本発明による化合物は、ホウ素および化学量論的数の少なくとも2倍の窒素原子を含むホウ窒化物である。ホウ素および窒素を含む単位は、ここで(BN3−単位であり、それはまた、二量体(B6−もしくは三量体(B9−、または(BN6−単位の形態であり得る。
化合物がEuでドープされている場合、Euは、Eu2+またはEu3+の形態にあり、ここでEu2+は、2個のアルカリ金属Aまたは1個のアルカリ土類金属EAのいずれか、好ましくは1個のアルカリ土類金属EAを交換し、またはEu3+は、1個のランタノイド金属Lnを交換する。
化合物がCeでドープされている場合、Ceは、Ce3+の形態にあり、1個のアルカリ土類金属EAまたは好ましくは1個のランタノイド金属Lnを交換する。
化合物がSmでドープされている場合、Smは、Sm2+またはSm3+の形態にあり、ここでSm2+は、2個のアルカリ金属Aまたは1個のアルカリ土類金属EAのいずれか、好ましくは1個のアルカリ土類金属EAを交換し、またはSm3+は、1個のランタノイド金属Lnを交換する。
化合物がPrでドープされている場合、Prは、Pr3+の形態にあり、1個のアルカリ土類金属EAまたは好ましくは1個のランタノイド金属Lnを交換する。
上に記載したように、ドーパント(=活性剤)、つまりEu、Ce、Smおよび/またはPrは、10mol%までの合計量において存在する。10mol%までの量は、ここで、ドーパントが、格子部位中にドーパントが包含される元素を基準として10mol%までの量において存在し、化合物中でそれを交換することを意味する。化合物がこのように例えばEu2+でドープされており、Eu2+が化合物中のアルカリ土類金属イオンの格子部位中に包含されている場合、Eu2+イオンの量は、アルカリ土類金属イオンおよびEu2+イオンの合計量を基準として最大10%である。
本発明の好ましい態様において、本発明による化合物は、正確に1種のドーパント(活性剤)を含み、つまりEuまたはCeまたはSmまたはPrのいずれかでドープされており、ここでドーパントの割合は、10mol%までである。当該割合は、好ましくは0.1〜5mol%、特に好ましくは0.5〜2mol%、極めて特に好ましくは0.8〜1.2mol%である。
本発明の好ましい態様において、指数a、bおよびcの少なくとも1つは、=0である。本発明による化合物は、したがって、特に好ましくは、3つの群A、EAおよびLnの最大2種からのカチオンを含む。本発明による化合物は、特に好ましくは、群EAおよび/またはLnからのカチオンを含む。aは、したがって、特に好ましくは=0である。
本発明のさらなる好ましい態様において、指数a、b、c、e、f、g、hおよびiは、各々整数を表し、ここでそこからの逸脱は、a、bまたはcについて、対応するカチオンが各場合においてEuまたはCeまたはSmまたはPrでのドーピングによって置き換えられている場合に可能である。
本発明による化合物のホウ素含有単位がBNを表す場合、eは、好ましくは、1、2、3または4、特に好ましくは2または3を表す。
本発明の好ましい態様において、Hal=Fである。特に好ましい態様において、i=0であり、本発明による化合物は、ハロゲン化物Halを含まない。
ホウ素含有単位がBNを表す本発明による化合物の好ましい態様は、以下の式(2)で表されるユウロピウム、セリウム、サマリウムまたはプラセオジムをドープした化合物であり、ここでドーパントは、10mol%までの量において存在する。
(EA)(Ln)(BN(BNO) 式(2)
式中、EAおよびLnは、上に示した意味を有し、以下のことが、使用する指数に該当する:
0≦b≦4、好ましくは0≦b≦3;
0≦c≦6、好ましくは0≦c≦3;
1≦e≦4;
0≦f≦3、好ましくは0≦f≦2、特に好ましくは0≦f≦1;
0≦g≦6、好ましくは0≦g≦3;
0≦h≦1;
ここで、以下のことが、指数に該当する:
2b+3c=3e+3f+2g+2h;
ただし、指数f、gおよびhの最大1つは、>0である。
式(2)で表される前述の化合物の好ましい態様は、化合物(2−Eu)および(2−Ce)および(2−Sm−a)および(2−Sm−b)および(2−Pr)である。
(EA)b−x(Ln)(BN(BNO):Eu 式(2−Eu)
(EA)(Ln)c−y(BN(BNO):Ce 式(2−Ce)
(EA)b−x(Ln)(BN(BNO):Sm 式(2−Sm−a)
(EA)(Ln)c−y(BN(BNO):Sm 式(2−Sm−b)
(EA)(Ln)c−y(BN(BNO):Pr 式(2−Pr)
式中、使用する記号および指数は、式(2)について示した意味を有し、ならびにさらに:
0<x≦0.05;
0<y≦0.05;
式(2−Eu)および(2−Sm−a)においてb>x;
式(2−Ce)、(2−Sm−b)および(2−Pr)においてc>y。
式(2)で表される化合物の好ましい態様は、以下の式(2A)〜(2R)で表されるユウロピウム、セリウム、サマリウムまたはプラセオジムをドープした化合物である。
(EA)4,5(BN 式(2A)
(EA)(BN2−f 式(2B)
(Ln)(BN 式(2C)
(EA)(Ln)(BN 式(2D)
(EA)(Ln)(BN(BNO) 式(2E)
(EA)(Ln)(BN 式(2F)
(EA)(Ln)(BN 式(2G)
(Ln)(BN)O 式(2H)
A(EA)(BN 式(2I)
(EA)(BNO 式(2J)
(EA)BN 式(2K)
A(EA)(BN 式(2L)
(EA)(BN)(Hal) 式(2M)
(Ln)(BN)O 式(2N)
(Ln)(B) 式(2O)
(Ln)(B10) 式(2P)
(Ln)(B) 式(2Q)
(Ln)(B) 式(2R)
式中、使用する記号および指数は、上に示した意味を有する。
式(2B)におけるf>0についての、特にf=1についてのここでのBN単位は、別個のNと一緒の別個のBN単位の形態またはBN単位の形態のいずれかにあり得る。
さらに、例えば式(2A)、(2B)、(2C)および(2G)におけるBN単位は、3つの別個のBN単位の形態または1つのB単位の形態のいずれかにあり得る。さらに、例えば式(2F)におけるBN単位は、2つの別個のBN単位の形態または1つのB単位の形態のいずれかにあり得る。
特に好ましい態様は、以下の化合物(2A−Eu)〜(2R−Pr)である。
(EA)4,5−x(BN:Eu 式(2A−Eu)
(EA)4,5(BN:Ce 式(2A−Ce)
(EA)4,5−x(BN:Sm 式(2A−Sm)
(EA)3−x(BN2−f:Eu 式(2B−Eu)
(EA)(BN2−f:Ce 式(2B−Ce)
(EA)3−x(BN2−f:Sm 式(2B−Sm)
(Ln)3−y(BN:Ce 式(2C−Ce)
(Ln)3−y(BN:Sm 式(2C−Sm)
(Ln)3−y(BN:Pr 式(2C−Pr)
(EA)3−x(Ln)(BN:Eu 式(2D−Eu)
(EA)3−x(Ln)(BN:Sm 式(2D−Sm−a)
(EA)(Ln)2−y(BN:Ce 式(2D−Ce)
(EA)(Ln)2−y(BN:Sm 式(2D−Sm−b)
(EA)(Ln)2−y(BN:Pr 式(2D−Pr)
(EA)1−x(Ln)(BN(BNO):Eu 式(2E−Eu)
(EA)1−x(Ln)(BN(BNO):Sm 式(2E−Sm−a)
(EA)(Ln)3−y(BN(BNO):Ce 式(2E−Ce)
(EA)(Ln)3−y(BN(BNO):Sm 式(2E−Sm−b)
(EA)(Ln)3−y(BN(BNO):Pr 式(2E−Pr)
(EA)3−x(Ln)(BN:Eu 式(2F−Eu)
(EA)3−x(Ln)(BN:Sm 式(2F−Sm−a)
(EA)(Ln)2−y(BN:Ce 式(2F−Ce)
(EA)(Ln)2−y(BN:Sm 式(2F−Sm−b)
(EA)(Ln)2−y(BN:Pr 式(2F−Pr)
(EA)3−x(Ln)(BN:Eu 式(2G−Eu)
(EA)3−x(Ln)(BN:Sm 式(2G−Sm−a)
(EA)(Ln)1−y(BN:Ce 式(2G−Ce)
(EA)(Ln)1−y(BN:Sm 式(2G−Sm−b)
(EA)(Ln)1−y(BN:Pr 式(2G−Pr)
(Ln)3−y(BN)O:Ce 式(2H−Ce)
(Ln)3−y(BN)O:Sm 式(2H−Sm)
(Ln)3−y(BN)O:Pr 式(2H−Pr)
A(EA)4−x(BN:Eu 式(2I−Eu)
A(EA)4−x(BN:Sm 式(2I−Sm)
(EA)4−x(BNO:Eu 式(2J−Eu)
(EA)4−x(BNO:Sm 式(2J−Sm)
(EA)6−xBN:Eu 式(2K−Eu)
(EA)6−xBN:Sm 式(2K−Sm)
A(EA)4−x(BN:Eu 式(2L−Eu)
A(EA)4−x(BN:Sm 式(2L−Sm)
(EA)2−x(BN)(Hal):Eu 式(2M−Eu)
(EA)2−x(BN)(Hal):Sm 式(2M−Sm)
(Ln)6−y(BN)O:Ce 式(2N−Ce)
(Ln)6−y(BN)O:Sm 式(2N−Sm)
(Ln)6−y(BN)O:Pr 式(2N−Pr)
(Ln)5−y(B):Ce 式(2O−Ce)
(Ln)5−y(B):Sm 式(2O−Sm)
(Ln)5−y(B):Pr 式(2O−Pr)
(Ln)6−y(B10):Ce 式(2P−Ce)
(Ln)6−y(B10):Sm 式(2P−Sm)
(Ln)6−y(B10):Pr 式(2P−Pr)
(Ln)4−y(B):Ce 式(2Q−Ce)
(Ln)4−y(B):Sm 式(2Q−Sm)
(Ln)4−y(B):Pr 式(2Q−Pr)
(Ln)5−y(B):Ce 式(2R−Ce)
(Ln)5−y(B):Sm 式(2R−Sm)
(Ln)5−y(B):Pr 式(2R−Pr)
ここで、使用する記号および指数は、上に示した意味を有する。
式(2B)または好ましい態様の化合物の好ましい態様において、f=0である。式(2B)または好ましい態様の化合物のさらなる好ましい態様において、f=1である。
本発明による化合物がアルカリ金属Aを含む場合、Aは、好ましくは、同一に、または異なってLiおよびNa、特に好ましくはLiから選択される。
本発明による化合物がアルカリ土類金属EAを含む場合、EAは、好ましくは、同一に、または異なってCa、SrおよびBa、特に好ましくはSrおよびBaから選択される。式(2A)で表される化合物は、好ましくは、Eu、Ce、SmまたはPrドーピングを有するSr0.5Ba(BNである。
本発明による化合物が希土類金属Lnを含む場合、Lnは、好ましくは、同一に、または異なってY、LuおよびGdから選択される。
本発明による化合物がハロゲンHalを含む場合、Halは、好ましくは、同一に、または異なってFおよびCl、特に好ましくはFから選択される。
本発明による化合物は、純粋な相の形態または他の相との混合相の形態にあり得る。合成の間に発生し得、本発明による化合物の特性に対して悪影響を有しない外来の相は、アルカリ土類金属酸化物を含む。
本発明による化合物を、好適な出発物質を混合し、特に非酸化的条件下で、好ましくは還元条件下でか焼することにより製造することができる。
本発明は、したがってさらに、本発明による化合物の製造方法であって、以下のプロセスステップによって特徴づけられる、前記方法に関する:
(a)記号が上に示した意味を有するカチオンA、EAおよび/またはLnの1種以上の窒化物、さらに窒化ホウ素BNならびにユウロピウム、セリウム、サマリウムおよび/またはプラセオジム源を含む混合物の調製;
(b)非酸化的条件下での混合物のか焼。
ステップ(a)において使用するユウロピウム源は、ユウロピウムをドープしたホウ窒化物を製造することができるあらゆる考えられるユウロピウム化合物であり得る。使用するユウロピウム源は、好ましくは、酸化ユウロピウム(特にEu)および/または窒化ユウロピウム(EuN)、特にEuNである。
ステップ(a)において使用するセリウム源は、セリウムをドープしたホウ窒化物を製造することができるあらゆる考えられるセリウム化合物であり得る。使用するセリウム源は、好ましくは、酸化セリウム(特にCeO)および/または窒化セリウム(CeN)、特にCeNである。
元素A、EA、Ln、Smおよび/またはPrに適している出発物質は、対応する窒化物、水素化物またはまた遊離の金属である。本発明による化合物がHalを含む場合、対応するハロゲン化物をまた、使用することができる。オキシホウ窒化物の製造のために、酸化物、ホウ酸塩および炭酸塩をまた、使用することができる。
化合物を、好ましくは、元素A、EAおよび/またはLnの、ユウロピウム、セリウム、サマリウムおよび/またはプラセオジムの、ホウ素の、窒素の、および酸素の原子の数が前記式における生成物における所望の比率に本質的に相当するような、互いに対する比率で使用する。特に、理論混合比を、ここで使用する。
ステップ(a)における出発化合物を、好ましくは粉末形態において使用し、例えば乳鉢によって互いと加工して、均一な混合物を得る。使用する窒化物が水分感受性であるので、混合物の調製を、好ましくは、不活性雰囲気中で、例えばグローブボックス中で保護ガスの下で行う。
ステップ(b)におけるか焼を、非酸化的条件下で行う。非酸化的条件は、あらゆる考えられる非酸化的雰囲気、特に実質的に無酸素の雰囲気、つまり最大の酸素含量が<100ppm、特に<10ppmである雰囲気を意味するものと解釈され、ここで真空は、本場合における非酸化的雰囲気として好適でない。非酸化的雰囲気を、例えば保護ガス、特に窒素またはアルゴンの使用を通じて発生させることができる。好ましい非酸化的雰囲気は、還元雰囲気である。
還元雰囲気を、還元作用を有する少なくとも1種のガスを含むとして定義する。還元作用を有するあらゆるガスが、当業者に知られている。好適な還元ガスの例は、水素、一酸化炭素、アンモニアおよびエチレン、より好ましくは水素であり、ここでこれらのガスをまた、他の非酸化性ガスと混合してもよい。還元雰囲気は、特に好ましくは、好ましくは各場合において容積を基準として1:99〜20:80、好ましくは3:97〜10:90のH:N比における窒素および水素の混合物によって発生する。
か焼を、好ましくは、900℃〜2000℃、特に好ましくは1000℃〜1700℃、極めて特に好ましくは1000℃〜1400℃の範囲内の温度で行う。
ここでのか焼継続時間は、好ましくは1〜14h、特に好ましくは2〜12hおよび特に5〜10hである。
か焼を、好ましくは、得られた混合物を、例えば窒化ホウ素容器中の高温オーブン中に導入することにより行う。高温オーブンは、例えばモリブデン箔トレーを含む管状の炉である。
製造後、このようにして得られた蛍光体を、通常脱凝集し(deagglomerated)、ふるい分けする。
さらなる態様において、本発明による化合物を、被覆してもよい。この目的のために適しているのは、従来技術に従って当業者に知られており、蛍光体のために使用されているすべてのコーティング法である。コーティングのために適している材料は、特に、金属酸化物および窒化物、特にアルカリ土類金属酸化物、例えばAl、およびアルカリ土類金属窒化物、例えばAlN、ならびにSiOである。ここでのコーティングを、例えば流動床方法によって行うことができる。さらなる好適なコーティング法は、JP 04-304290、WO 91/10715、WO 99/27033、US 2007/0298250、WO 2009/065480およびWO 2010/075908から知られている。有機コーティングを前述の無機のコーティングに対する代替として、および/またはそれに加えて適用することがまた、可能である。
本発明はさらに、本発明による化合物の蛍光体としての、特に変換蛍光体としての使用に関する。
用語「変換蛍光体」は、本出願の意味において、電磁スペクトルのある波長領域において、好ましくは青色またはUVスペクトル領域において放射線を吸収し、電磁スペクトルの別の波長領域において、好ましくは赤色またはオレンジ色スペクトル領域において、特に赤色スペクトル領域において可視光線を発する材料を意味するものと解釈される。
用語「放射線誘発発光効率」をまた、この関連において理解しなければならず、つまり変換蛍光体は、ある波長領域において放射線を吸収し、別の波長領域においてある効率で放射線を発光する。用語「発光波長の変化」は、変換蛍光体が異なる波長で光を発する、つまり別の、または同様の変換蛍光体と比較して、より短いかまたはより長い波長に変化することを意味するものと解釈される。発光極大は、このように変化する。
本発明はさらに、本発明による前述の式の1つで表される化合物を含む発光変換材料に関する。発光変換材料は、本発明による化合物からなってもよく、この場合において上に定義した用語「変換蛍光体」と等価だろう。
本発明による発光変換材料がさらなる変換蛍光体を本発明による化合物に加えて含むことがまた、可能である。この場合において、本発明による発光変換材料は、少なくとも2種の変換蛍光体の混合物を含み、ここでこれらの1種は、本発明による化合物である。当該少なくとも2種の変換蛍光体が互いに補足的である異なる波長の光を発する蛍光体であるのが、特に好ましい。本発明による化合物が赤色発光蛍光体である場合、これを、好ましくは、緑色もしくは黄色発光蛍光体と、またはまたシアンもしくは青色発光蛍光体と組み合わせて使用する。
あるいはまた、本発明による赤色発光変換蛍光体をまた、青色および緑色発光変換蛍光体(単数または複数)と組み合わせて使用することができる。あるいはまた、本発明による赤色発光変換蛍光体をまた、緑色発光変換蛍光体(単数または複数)と組み合わせて使用することができる。したがって、本発明による変換蛍光体を本発明による発光変換材料において、1種以上のさらなる変換蛍光体と組み合わせて使用し、それが次に一緒に好ましくは白色光を発するのが、好ましい場合がある。
本出願の文脈において、青色光は、発光極大が400〜459nmにある光を示し、シアン光は、発光極大が460〜505nmにある光を示し、緑色光は、発光極大が506〜545nmにある光を示し、黄色光は、発光極大が546〜565nmにある光を示し、オレンジ色光は、発光極大が566〜600nmにある光を示し、赤色光は、発光極大が601〜670nmにある光を示す。本発明による化合物は、好ましくは赤色発光変換蛍光体である。
一般に、あらゆる可能な変換蛍光体を、本発明による化合物と一緒に使用することができるさらなる変換蛍光体として使用することができる。以下のものが、例えばここで好適である:
本発明はさらに、本発明による発光変換材料の光源における使用に関する。光源は、特に好ましくはLED、特に蛍光体変換LED、略してpc−LEDである。ここで、発光変換材料が、少なくとも1種のさらなる変換蛍光体を本発明による変換蛍光体に加えて、特に光源が白色光またはあるカラーポイント(colour point)を有する光を発するように含むのが、特に好ましい(カラーオンデマンド原理)。「カラーオンデマンド原理」は、1種以上の変換蛍光体を使用して、あるカラーポイントを有する光のpc−LEDでの達成を意味するものと解釈される。
本発明は、したがってさらに、一次光源および発光変換材料を含む光源に関する。
ここでまた、発光変換材料が少なくとも1種のさらなる変換蛍光体を本発明による変換蛍光体に加えて含み、したがって光源が好ましくは白色光またはあるカラーポイントを有する光を発するのが、特に好ましい。
本発明による光源は、好ましくはpc−LEDである。pc−LEDは、一般に一次光源および発光変換材料を含む。本発明による発光変換材料を、この目的のために樹脂(例えばエポキシもしくはシリコーン樹脂)中に分散させるか、または、好適なサイズ比の場合には直接一次光源上に、またはあるいはまた、適用に依存してそこから遠隔に配置することができる(後者の配置はまた、「遠隔の蛍光体技術」を含む)。
一次光源は、半導体チップ、ルミネセント光源、例えばZnO、いわゆるTCO(透明な伝導性酸化物)、ZnSeもしくはSiCに基づいた配置、有機発光層(OLED)に基づいた配置またはプラズマもしくは放電源、最も好ましくは半導体チップであり得る。一次光源が半導体チップである場合、それは、好ましくは、従来技術から知られているように、発光窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)である。このタイプの一次光源の可能な形態は、当業者に知られている。さらに、レーザーは、光源として好適である。
光源、特にpc−LEDにおいて使用するために、本発明による発光変換材料をまた、任意の所望の外形、例えば球状粒子、フレークおよび構造化した材料およびセラミックスに変換することができる。これらの形状を、用語「成形体」の下で要約する。成形体は、したがって発光変換成形体である。
本発明はさらに、本発明による少なくとも1つの光源を含む照明ユニットに関する。このタイプの照明ユニットを、主にディスプレイデバイス、特に背面照射を有する液晶ディスプレイデバイス(LCディスプレイ)において使用する。本発明は、したがってまたこのタイプのディスプレイデバイスに関する。
本発明による照明ユニットにおいて、発光変換材料と一次光源(特に半導体チップ)との間の光結合は、好ましくは光伝導性配置によって起こる。このようにして、一次光源を中央の位置で設置し、このために発光変換材料に光伝導性デバイス、例えば光ファイバーによって光学的に結合させることが、可能である。
このようにして、配置されて光スクリーンを形成し得る1種以上の異なる変換蛍光体、および一次光源に結合した光導波路からなる、照明の希望に適合したランプを達成することが、可能である。このようにして、強力な一次光源を電気設備に好ましい位置に配置し、発光変換材料を含むランプを設置し、それを光導波路に、さらなる電気的な配線を伴わずに、単に光導波路をあらゆる所望の位置に敷設することにより結合させることが、可能である。
以下の例および図面は、本発明を例示することを意図する。しかしながら、それらは、いかなる方法においても限定的であると見なされるべきではない。
例:
発光の測定のための一般的手順
粉末発光スペクトルを、以下の一般的方法によって測定する:5mmの深さを有し、表面をガラス板を使用して平滑にした緩い蛍光体粉末床を、キセノンランプを励起光源として有するEdinburgh Instruments FL 920蛍光分光計の統合球体中で450nmの波長で照射し、発光された蛍光放射線の強度を、465nm〜800nmの範囲内で1nmステップにおいて測定する。
例1:Mg(BN)N:Eu2+(1%)
2.3982g(23.76mmol)のMg、0.5903g(23.79mmol)のBNおよび0.0118g(0.07mmol)のEuNを、グローブボックス中で互いと十分に混合する。得られた混合物を、BNるつぼ中に移送し、1100℃で6h、N/H(95%/5%)の混合物の下で加熱する。
例2:Ca(BN:Eu2+(1%)
2.2175g(14.96mmol)のCa、0.7642g(30.07mmol)のBNおよび0.0374g(0.23mmol)のEuNを、グローブボックス中で互いと十分に混合する。得られた混合物を、BNるつぼ中に移送し、1600℃で8h、N/H(95%/5%)の混合物の下で加熱する。
例3:Sr(BN:Eu2+(1%)
2.5228g(8.67mmol)のSr、0.4348g(17.52mmol)のBNおよび0.0405g(0.26mmol)のEuHを、乳鉢中で細かく粉末にする。出発物質混合物を、その後BNるつぼ中に移送し、N/H下で800℃で8h加熱する。出発物質のすべての操作を、Nを充填したグローブボックス中で行う。
例4:SrBa(BN:Ce3+(1%)
0.2028g(0.70mmol)のSr、2.4794g(5.63mmol)のBa、0.3147g(12.68mmol)のBNおよび0.0033g(0.02mmol)のCeNを、乳鉢中で細かく粉末にする。出発物質混合物を、その後BNるつぼ中に移送し、N/Hの下で1000℃で8h加熱する。出発物質のすべての操作を、Nを充填したグローブボックス中で行う。
例5:SrBa(BN:Pr3+(1%)
0.2028g(0.70mmol)のSr、2.4793g(5.63mmol)のBa、0.3147g(12.68mmol)のBNおよび0.0033g(0.02mmol)のPrNを、乳鉢中で細かく粉末にする。出発物質混合物を、その後BNるつぼ中に移送し、N/Hの下で1000℃で8h加熱する。出発物質のすべての操作を、Nを充填したグローブボックス中で行う。
例6:SrBNF:Eu2+(1%)
1.2288g(4.22mmol)のSr、0.2118g(8.53mmol)のBN、0.0283g(0.17mmol)のEuNおよび0.5360g(4.27mmol)のSrFを、乳鉢中で細かく粉末にする。出発物質混合物を、その後BNるつぼ中に移送し、N/Hの下で900℃で6h加熱する。出発物質のすべての操作を、Nを充填したグローブボックス中で行う。
例7:LED例
pc−LEDの構築および測定のための一般的手順
ある質量m(gにおいて)のそれぞれのLED例において示した蛍光体を量り分け、mシリコーン(gにおいて)の光学的に透明なシリコーンと混合し、その後自転公転撹拌機中で混合して、均一な混合物を得、したがって全体的な質量における蛍光体濃度は、c(重量%において)である。このようにして得られたシリコーン/蛍光体混合物を、近UV半導体LEDのチップに、自動分配機の補助によって適用し、熱の供給を伴って硬化させる。
本例においてLED特徴づけのために使用する近UV半導体LEDは、407nmの発光波長を有し、350mAの電流の強さで動作する。LEDの光度計的特徴づけを、Instrument Systems CAS 140分光計および付属のISP 250統合球体を使用して行う。LEDを、波長依存性スペクトルパワー密度の決定によって特徴づけする。LEDによって発せられた光の得られたスペクトルを使用して、カラーポイント座標CIE xおよびyを計算する。
本発明による蛍光体でのLED例
個々の構成成分(蛍光体およびシリコーン)の出発重量ならびにpc−LEDの構築および測定のために上に示した一般的手順に従う波長依存性スペクトルパワー密度の測定の結果を、表1に要約する。
図面の説明
図1:例1からのMg(BN)N:Eu2+のXRD 図2:例1からのMg(BN)N:Eu2+の反射スペクトル 図3:例1からのMg(BN)N:Eu2+の励起スペクトル 図4:例1からのMg(BN)N:Eu2+の発光スペクトル
図5:例2からのCa(BN:Eu2+のXRD 図6:例2からのCa(BN:Eu2+の反射スペクトル 図7:例2からのCa(BN:Eu2+の励起スペクトル 図8:例2からのCa(BN:Eu2+の発光スペクトル
図9:例3からのSr(BN:Eu2+のX線粉末回折パターン 図10:例3からのSr(BN:Eu2+の発光スペクトル 図11:例3からのSr(BN:Eu2+の励起スペクトル 図12:例3からのSr(BN:Eu2+の反射スペクトル
図13:例4からのSrBa(BN:Ce3+のX線粉末回折パターン 図14:例4からのSrBa(BN:Ce3+の発光スペクトル 図15:例4からのSrBa(BN:Ce3+の励起スペクトル 図16:例4からのSrBa(BN:Ce3+の反射スペクトル
図17:例5からのSrBa(BN:Pr3+のX線粉末回折パターン 図18:例5からのSrBa(BN:Pr3+の発光スペクトル 図19:例5からのSrBa(BN:Pr3+の励起スペクトル 図20:例5からのSrBa(BN:Pr3+の反射スペクトル
図21:例6からのSrBNF:Eu2+のX線粉末回折パターン 図22:例6からのSrBNF:Eu2+の発光スペクトル 図23:例6からのSrBNF:Eu2+の励起スペクトル 図24:例6からのSrBNF:Eu2+の反射スペクトル
図25:例5からの蛍光体でのLED例a 図26:例4からの蛍光体でのLED例b 図27:例2からの蛍光体でのLED例c 図28:例1からの蛍光体でのLED例d

Claims (15)

  1. ユウロピウム、セリウム、サマリウムおよび/またはプラセオジムでドープされており、ここでドーピングの程度が10mol%までである、式(1)
    (EA)(Ln)2e+f(BNO)(Hal) 式(1)
    式中、以下のことが、使用する記号および指数に該当する:
    Aは、Li、NaおよびKからなる群から選択された1種以上の元素であり;
    EAは、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択された1種以上の元素であり;
    Lnは、Sc、Y、La、GdおよびLuからなる群から選択された1種以上の元素であり;
    Halは、F、Cl、BrおよびIからなる群から選択された1種以上の元素であり;
    0≦a≦3;
    0≦b≦5;
    0≦c≦6;
    1≦e≦4;
    0≦f≦2;
    0≦g≦6;
    0≦h≦1;
    0≦i≦1;
    ここで、以下のことが指数に該当し:
    a+2b+3c=3e+3f+2g+2h+i;
    2≦a+b+c≦6;
    2≦e+f+g+h+i≦6;
    化合物CaBNF:Euは、本発明から除外される、
    で表される化合物。
  2. 化合物がEu2+またはEu3+でドープされており、ここでEu2+が2個のアルカリ金属Aもしくは1個のアルカリ土類金属EAを交換し、またはEu3+が1個のランタノイド金属Lnを交換し、あるいは化合物がCe3+でドープされており、ここでCe3+が1個のアルカリ土類金属EAもしくは1個のランタノイド金属Lnを交換し、あるいは化合物がSm2+またはSm3+でドープされており、ここでSm2+が2個のアルカリ金属Aまたは1個のアルカリ土類金属EAを交換し、またはSm3+が1個のランタノイド金属Lnを交換し、あるいは化合物がPr3+でドープされており、ここでPr3+が1個のアルカリ土類金属EAまたは1個のランタノイド金属Lnを交換することを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  3. 化合物が正確に1種のドーパントを含み、ここでドーパントの割合が0.1〜5mol%であることを特徴とする、請求項1または2に記載の化合物。
  4. ホウ素含有単位がBNを表し、指数eが1、2、3または4を表すことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. ユウロピウム、セリウム、サマリウムまたはプラセオジムでドープされており、ここでドーピングの程度が10mol%までである、式(2)
    (EA)(Ln)(BN(BNO) 式(2)
    式中、EAおよびLnは、請求項1において示した意味を有し、以下のことが、使用する指数に該当し:
    0≦b≦4;
    0≦c≦6;
    1≦e≦4;
    0≦f≦3;
    0≦g≦6;
    0≦h≦1;
    ここで、以下のことが、指数に該当し:
    2b+3c=3e+3f+2g+2h;
    ただし、指数f、gおよびhの最大1つは、>0である、
    で表される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
  6. 化合物(2−Eu)および(2−Ce)および(2−Sm−a)および(2−Sm−b)および(2−Pr)
    (EA)b−x(Ln)(BN(BNO):Eu 式(2−Eu)
    (EA)(Ln)c−y(BN(BNO):Ce 式(2−Ce)
    (EA)b−x(Ln)(BN(BNO):Sm 式(2−Sm−a)
    (EA)(Ln)c−y(BN(BNO):Sm 式(2−Sm−b)
    (EA)(Ln)c−y(BN(BNO):Pr 式(2−Pr)
    から選択され、式中、使用する記号および指数が請求項5において示した意味を有し、ならびにさらに:
    0<x≦0.05;
    0<y≦0.05;
    式(2−Eu)および(2−Sm−a)においてb>x;
    式(2−Ce)、(2−Sm−b)および(2−Pr)においてc>yである、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物。
  7. 式(2A)〜(2R)で表される化合物から選択され、その各々がユウロピウム、セリウム、サマリウムまたはプラセオジムでドープされており、ここでドーピングの程度が10mol%までであり、
    (EA)4,5(BN 式(2A)
    (EA)(BN2−f 式(2B)
    (Ln)(BN 式(2C)
    (EA)(Ln)(BN 式(2D)
    (EA)(Ln)(BN(BNO) 式(2E)
    (EA)(Ln)(BN 式(2F)
    (EA)(Ln)(BN 式(2G)
    (Ln)(BN)O 式(2H)
    A(EA)(BN 式(2I)
    (EA)(BNO 式(2J)
    (EA)BN 式(2K)
    A(EA)(BN 式(2L)
    (EA)(BN)(Hal) 式(2M)
    (Ln)(BN)O 式(2N)
    (Ln)(B) 式(2O)
    (Ln)(B10) 式(2P)
    (Ln)(B) 式(2Q)
    (Ln)(B) 式(2R),
    式中、使用する記号および指数は、請求項1において示した意味を有する、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の化合物。
  8. 化合物(2A−Eu)〜(2R−Pr)
    (EA)4,5−x(BN:Eu 式(2A−Eu)
    (EA)4,5(BN:Ce 式(2A−Ce)
    (EA)4,5−x(BN:Sm 式(2A−Sm)
    (EA)3−x(BN2−f:Eu 式(2B−Eu)
    (EA)(BN2−f:Ce 式(2B−Ce)
    (EA)3−x(BN2−f:Sm 式(2B−Sm)
    (Ln)3−y(BN:Ce 式(2C−Ce)
    (Ln)3−y(BN:Sm 式(2C−Sm)
    (Ln)3−y(BN:Pr 式(2C−Pr)
    (EA)3−x(Ln)(BN:Eu 式(2D−Eu)
    (EA)3−x(Ln)(BN:Sm 式(2D−Sm−a)
    (EA)(Ln)2−y(BN:Ce 式(2D−Ce)
    (EA)(Ln)2−y(BN:Sm 式(2D−Sm−b)
    (EA)(Ln)2−y(BN:Pr 式(2D−Pr)
    (EA)1−x(Ln)(BN(BNO):Eu 式(2E−Eu)
    (EA)1−x(Ln)(BN(BNO):Sm 式(2E−Sm−a)
    (EA)(Ln)3−y(BN(BNO):Ce 式(2E−Ce)
    (EA)(Ln)3−y(BN(BNO):Sm 式(2E−Sm−b)
    (EA)(Ln)3−y(BN(BNO):Pr 式(2E−Pr)
    (EA)3−x(Ln)(BN:Eu 式(2F−Eu)
    (EA)3−x(Ln)(BN:Sm 式(2F−Sm−a)
    (EA)(Ln)2−y(BN:Ce 式(2F−Ce)
    (EA)(Ln)2−y(BN:Sm 式(2F−Sm−b)
    (EA)(Ln)2−y(BN:Pr 式(2F−Pr)
    (EA)3−x(Ln)(BN:Eu 式(2G−Eu)
    (EA)3−x(Ln)(BN:Sm 式(2G−Sm−a)
    (EA)(Ln)1−y(BN:Ce 式(2G−Ce)
    (EA)(Ln)1−y(BN:Sm 式(2G−Sm−b)
    (EA)(Ln)1−y(BN:Pr 式(2G−Pr)
    (Ln)3−y(BN)O:Ce 式(2H−Ce)
    (Ln)3−y(BN)O:Sm 式(2H−Sm)
    (Ln)3−y(BN)O:Pr 式(2H−Pr)
    A(EA)4−x(BN:Eu 式(2I−Eu)
    A(EA)4−x(BN:Sm 式(2I−Sm)
    (EA)4−x(BNO:Eu 式(2J−Eu)
    (EA)4−x(BNO:Sm 式(2J−Sm)
    (EA)6−xBN:Eu 式(2K−Eu)
    (EA)6−xBN:Sm 式(2K−Sm)
    A(EA)4−x(BN:Eu 式(2L−Eu)
    A(EA)4−x(BN:Sm 式(2L−Sm)
    (EA)2−x(BN)(Hal):Eu 式(2M−Eu)
    (EA)2−x(BN)(Hal):Sm 式(2M−Sm)
    (Ln)6−y(BN)O:Ce 式(2N−Ce)
    (Ln)6−y(BN)O:Sm 式(2N−Sm)
    (Ln)6−y(BN)O:Pr 式(2N−Pr)
    (Ln)5−y(B):Ce 式(2O−Ce)(Ln)5−y(B):Sm 式(2O−Sm)
    (Ln)5−y(B):Pr 式(2O−Pr)
    (Ln)6−y(B10):Ce 式(2P−Ce)
    (Ln)6−y(B10):Sm 式(2P−Sm)
    (Ln)6−y(B10):Pr 式(2P−Pr)
    (Ln)4−y(B):Ce 式(2Q−Ce)
    (Ln)4−y(B):Sm 式(2Q−Sm)
    (Ln)4−y(B):Pr 式(2Q−Pr)
    (Ln)5−y(B):Ce 式(2R−Ce)
    (Ln)5−y(B):Sm 式(2R−Sm)
    (Ln)5−y(B):Pr 式(2R−Pr),
    式中、使用する記号および指数は、請求項1および6において示した意味を有する、
    から選択される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の化合物。
  9. Aが同一に、または異なってLiおよびNaから選択され、かつEAが同一に、または異なってCa、SrおよびBaから選択され、かつLnが同一に、または異なってY、LuおよびGdから選択され、かつHalが同一に、または異なってFおよびClから選択されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の化合物。
  10. AがLiに等しく、かつEAが同一に、または異なってSrおよびBaから選択され、かつLnが同一に、または異なってY、LuおよびGdから選択され、かつHalがFに等しいことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の化合物。
  11. 化合物が表面上にコーティングを有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の化合物。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の本発明による化合物の製造方法であって、以下のプロセスステップ:
    (a)記号が請求項1において示した意味を有するカチオンA、EAおよび/またはLnの1種以上の窒化物、さらに窒化ホウ素ならびにユウロピウム、セリウム、サマリウムおよび/またはプラセオジム源を含む混合物の調製;
    (b)非酸化的条件下での混合物のか焼
    によって特徴づけられる、前記方法。
  13. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の化合物の、蛍光体としての使用。
  14. 一次光源および請求項1〜11のいずれか一項に記載の少なくとも1種の化合物を含む、光源。
  15. 蛍光体変換LEDであることを特徴とする、請求項14に記載の光源。
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