JP4054136B2

JP4054136B2 - 高効率長寿命のエレクトロルミネセンス蛍光体の製造方法

Info

Publication number: JP4054136B2
Application number: JP15509399A
Authority: JP
Inventors: チャンウェン・ファン; リチャード・ジー・ダブリュー・ジンジェリッチ; デイル・イー・ベンジャミン
Original assignee: オスラム・シルバニア・インコーポレイテッド
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: CN1121509C; KR100541630B1; JP2000053958A; CN1254768A; EP0969070B1; KR20000005801A; CA2271908A1; CA2271908C; EP0969070A1; US6361864B1; DE69912531T2; US6426115B1; DE69912531D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆粒子、より特定的には相似被覆を有する粒子に関する。より特定的には、本発明は、蛍光体、さらにより特定的には、湿分吸収から保護し且つ寿命及びランプ効率を大いに増大させる被覆を有するエレクトロルミネセンス蛍光体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被覆された蛍光体（以下、被覆蛍光体と言う）は、米国特許第４５８５６７３号、同第４８２８１２４号、同第５０８０９２８号、同第５１１８５２９号、同第５１５６８８５号、同第５２２０２４３号、同第５２４４７５０号及び同第５４１８０６２号明細書から周知である。上記特許明細書のいくつかから、被覆用前駆体及び酸素を用いて保護性被覆を施すことができるということが知られている。例えば、米国特許第５２４４７５０号及び同第４５８５６７３号の両明細書を参照されたい。これらの特許の内のその他のもののいくつかにおける被覆方法では、加水分解によって保護性被覆を施すために化学蒸着法が用いられている。さらに、本出願人に譲渡された１９９８年９月１６日付の米国特許出願第０９／１５３９７８号の明細書には、化学蒸着法及び酸素／オゾン反応体を用いることによる蛍光体粒子の被覆方法が開示されている。後者の方法は水又は水蒸気の不在下で操作される。また、同じく１９９８年１０月２２日付の米国特許出願第０９／１７７２２６号の明細書には、付着を開始する前に最初に蛍光体を前駆体で飽和させることによって寿命及び効率をさらに増大させる酸素／オゾン法の改善が開示されている。必要ならばこれらの教示を参照されたい。かかる被覆蛍光体のランプ効率及び寿命をさらにより一層増大させることは、当技術分野におけるさらなる前進となるだろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を取り除くことである。本発明の別の目的は、被覆蛍光体の作用を高めることである。本発明のさらに別の目的は、水又は水蒸気を用いない蛍光体被覆方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの目的は、本発明によって達成される。本発明は、一つの局面において、
反応器に不活性ガスを導入し；
前記反応器にＺｎＳ：Ｃｕエレクトロルミネセンス蛍光体粒子を装填し；
前記反応器を反応温度に加熱し；
前記反応器に炭素を含む被覆用前駆体（トリメチルアルミニウム）を、前記蛍光体粒子を前記前駆体で飽和させるのに充分な時間導入し；
前記反応器中への前駆体の供給を続け；
前記反応器に、オゾン含有率４．４重量％未満、好ましくは約２〜４．３重量％の酸素／オゾン混合物を導入し；
前記の不活性ガスの供給、酸素／オゾン混合物の供給及びさらなる前駆体の供給を、前記ＺｎＳ：Ｃｕエレクトロルミネセンス蛍光体粒子を炭素含有率２２００〜６３００ｐｐｍのアルミニウム含有被覆で被覆するのに充分な時間維持する：
ことから成る工程によってＺｎＳ：Ｃｕエレクトロルミネセンス蛍光体粒子を被覆する方法にある。
【０００５】
前記方法の際にオゾン発生器を最大効率よりはるかに低い効率で操作し且つ被覆用前駆体に炭素を含有させた場合には、炭素含有率約２２００〜約６３００ｐｐｍの被覆を有する蛍光体粒子が製造され、これらの蛍光体粒子はエレクトロルミネセントランプの製造に用いた場合に６．１〜７．７ルーメン／ワット（ｌｍ／Ｗ）の範囲のランプ効率を有するランプを提供するということがわかった。このランプ効率は、対照例の３．３ルーメン／ワットをはるかに超えるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明をその他の及びさらなる目的、利点及び可能性と共に最もよく理解するために、以下の開示及び特許請求の範囲を参照されたい。
【０００７】
以下、本発明をより特定的に説明すると、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）のような有機金属含有前駆体から蛍光体を被覆することによる高効率・長寿命のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）蛍光体の製造方法が提供される。この方法は、個々の蛍光体粒子上に被覆を付着させるために化学蒸着法を採用するものであり、被覆中に実体的な（相当な）量の炭素を含ませる態様で蛍光体を被覆することに関する。
【０００８】
【実施例】
実験手順
流動床反応器として用いられる直径４インチの空の石英管の底に、最初に、不活性窒素ガス流（流量５．０リットル／分）（これはＴＭＡバブラーと並行して設けられる）を供給した。この石英管（高さ３６インチ）に、米国ペンシルバニア州トワンダ所在のオスラム・シルバニア・プロダクツ・インコーポレーテッドから入手できるSylvania Type 728のような銅をドープされた塩化亜鉛（ＺｎＳ：Ｃｕ）エレクトロルミネセンス蛍光体１０．０ｋｇを装填した。流動床反応器中で蛍光体粒子を窒素ガス流によって床高さ約１８インチで浮遊させた。振動ミキサーのスイッチを入れ、６０サイクル／分の速度で作動させ、床を外焚炉によって約１８０℃の温度に加熱した。被覆工程の間反応器温度を±３℃以内で調節するために、粉体床の中央部に位置決めされた熱電対を用いた。温度が１８０℃に達したときに、２．０リットル／分でＴＭＡバブラーに窒素ガスを通すことによってＴＭＡ予備処理工程を開始させた。ＴＭＡバブラーを３４℃の温度に保ち、一定のＴＭＡ蒸気圧を維持する。気化したＴＭＡ被覆用前駆体を含有する２番目の窒素ガス流を、流動床反応器の基部に流入される５．０リットル／分の窒素ガス流（ＴＭＡバブラーと並行して設けられたもの）と混合した。この希釈されたＴＭＡ前駆体蒸気を、管型反応器の下に位置されて蛍光体粒子床を支持するのに用いられる金属フリットに通した。蛍光体粒子の表面をＴＭＡ前駆体で１０分間飽和させた後に、流量１６．５リットル／分の酸素ガスを、ＰＣＩオゾン・アンド・コントロール・システムズ・インコーポレーテッド製のModel GL-1オゾン発生器に通した。インバーターへの直流電流を変化させることによってこの発生器のオゾン生産量を調節した。様々なオゾン生産速度設定で、オゾン発生器から様々な量のオゾンガスを生産させた。この酸素／オゾン混合物を、振動ディスク上方の振動ミキサーの中空軸の円周上に配置された一連の孔を通して反応器中に供給して、被覆プロセスを開始させた。被覆実験の終了時（約７０時間）に、化学分析及びランプ評価のために最終生成物を採集した。
【０００９】
実施例
ランプ性能に対する被覆されたＥＬ蛍光体の炭素濃度の効果を研究するために、４つの被覆試験を行なった。被覆層中に加えられる炭素の濃度は、被覆環境中のオゾンの濃度によって影響を受けた。前記のように、インバーターへの直流電流を変化させることによってオゾン濃度を調節した。この濃度は、ＰＣＩ社製のSeries #400オゾンモニターによって測定した。すべての実験について、酸素を１６．５リットル／分（１５ｐｓｉｇにおいて）の一定流量でオゾン発生器に通した。試験結果を表１にまとめる。
【００１０】
【表１】

【００１１】
ベースサンプルは、被覆されていない硫化亜鉛：銅ＥＬ蛍光体である。ベースサンプルについて示した炭素の量は、残留不純物である。次の２つのサンプルであるＴＨ９及びＴＨ１３は、オゾン発生器を従来技術に示されたようにその最も高い位置において作動させた対照例を示す。この位置は、約１００％の能力を示す。オゾンガスの平均濃度は約４．３％だった。次のサンプルであるＴＨ１４についての本発明の局面に従えば、オゾン生産の調節は６５％に設定した。これはオゾンガス３．０重量％の発生をもたらした。最後の試験であるＴＨ１５は、オゾン濃度を２重量％で一定に保ち、オゾン生産調節を３８％に設定した。被覆された蛍光体を総炭素、アルミニウム、ＢＥＴ、粒子寸法の分析並びにランプ試験に付した。それらの結果を表１に示す。
【００１２】
すべての被覆されたサンプルはランプにおいて非常に良好に機能した。即ち、これらは６．１ｌｍ／Ｗを超えるランプ効率及び１９フートランバートを上回る２４時間光出力を有していた。化学分析及びランプ試験の基づくと、２つの別々の対照用試験であるＴＨ９及びＴＨ１３は、非常によく似た結果を与えた。両サンプルは被覆に約２２００ｐｐｍの炭素を含有していた。この薄いフィルムはＥＬランプの効率を約３．３ｌｍ／Ｗから約６．２ｌｍ／Ｗに改善した。オゾン濃度を４．３重量％から３．０重量％に減らすことによって、ＴＨ１４の炭素濃度は４４００ｐｐｍと有意に増大した。この高い炭素濃度は、ランプ効率及び寿命を僅かに改善した。ＴＨ１５においてオゾン濃度を２．０重量％に減らした場合、得られた被覆は６３００ｐｐｍの炭素を有していた。ＴＨ１５の半減期はＴＨ１４のものより僅かに良好なだけだったが、ランプ効率は７．７ｌｍ／Ｗに増大した。有意の改善が達成された。
【００１３】
従って、金属含有被覆層に有意の量の炭素種を加えることによってＥＬランプの効率及び寿命特性が高められることは明らかである。
【００１４】
以上、現時点での本発明の好ましい具体例を示して説明してきたが、当業者ならば特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更及び変形を行なうことができるということがわかるだろう。

Claims

反応器に不活性ガスを導入し；
前記反応器にＺｎＳ：Ｃｕエレクトロルミネセンス蛍光体粒子を装填し；
前記反応器を反応温度に加熱し；
前記反応器にトリメチルアルミニウムを、前記蛍光体粒子をトリメチルアルミニウムで飽和させるのに充分な時間導入し；
前記反応器中へのトリメチルアルミニウムの供給を続け；
前記反応器に、オゾン含有率２〜４．４重量％の酸素／オゾン混合物を導入し；
前記の不活性ガスの供給、酸素／オゾン混合物の供給及びさらなる前駆体の供給を、前記ＺｎＳ：Ｃｕエレクトロルミネセンス蛍光体粒子を炭素含有率２２００〜６３００ｐｐｍのアルミニウム含有被覆で被覆するのに充分な時間維持する：
ことから成る、ＺｎＳ：Ｃｕエレクトロルミネセンス蛍光体粒子を被覆する方法。
前記酸素／オゾン混合物がオゾン２〜４．３重量％を含む、請求項１記載の方法。
前記不活性ガスが窒素である、請求項１記載の方法。
前記反応温度が１８０℃であり且つ前記飽和時間が１０分である、請求項１記載の方法。
前記の蛍光体を被覆するのに充分な時間が４０時間〜７０時間の範囲である、請求項１記載の方法。
前記蛍光体粒子を撹拌しながら前記反応器に装填する、請求項１記載の方法。
前記酸素／オゾン混合物を導入する間撹拌を維持する、請求項６記載の方法。