JP5466771B2 - ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体 - Google Patents

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Description

本発明は、母体に硫黄を含む硫黄含有蛍光体に関する。
赤色蛍光体の代表例として、例えば(Ca、Sr)S:Eu、(Zn、Cd)(S、Se):Ag、Ba2ZnS3:Mnなど、母体に硫黄を含む硫黄含有蛍光体が知られているほか、特許文献1や特許文献2には、硫化カルシウム(CaS)を母体とし、Euを発光中心(付活剤)とし、Mn,Li,Cl、Ce,Gd等を増感剤(共付活剤)として含有してなる赤色蛍光体が開示されている。
また、緑色蛍光体として、(Ca、Sr、Ba)(Al、Ga、In)24:Euで表される硫化物系のチオガレート蛍光体が知られている(特許文献3、特許文献4、特許文献5)ほか、青色蛍光体として、例えばSrS:Ce、(Sr、Ca)Ga24:Ce、BaAl24:Eu、Ba2SiS4:Ce等の硫黄含有蛍光体が知られている。
このように母体に硫黄を含む硫黄含有蛍光体は、LEDなどによって励起され、組成によって様々な色を発光することができるため、各種蛍光体として開発が進められている。
しかし、この種の硫黄含有蛍光体は、水と反応し易いために、大気中で保存若しくは使用される場合、大気中の水分等と反応して加水分解して蛍光体が劣化し、発光が弱くなるという問題を抱えていた。
また、硫黄含有蛍光体中の硫黄と水との反応によって硫化水素ガスが発生し、この硫化水素ガスが、特に白色LED素子に使用される場合に、蛍光体と混合されるシリコーン樹脂の硬化を阻害したり、リードフレームの反射率を高めるために施されたAgめっき膜(以下「Ag反射膜」と称する)等の素子内部の金属部材を腐食させて、その反射性能を低下させたり、断線等の電気的不良の原因となったりするなどの問題が指摘されていた。
そこで従来、耐湿性等の向上を目的として、この種の蛍光体をガラス材料等でコーティングする方法(特許文献6、特許文献7、特許文献8、特許文献9、特許文献10)や、蛍光体粒子の表面を化学気相反応法によって被覆する方法(特許文献11)や、金属化合物の粒子を付着させる方法(特許文献12)等が提案されている。
特開2002−80845号公報 特開2003−41250号公報 特開2002−060747号公報 特開2007−056267号公報 特開2007−214579号公報 特開2002−223008号公報 特開2004−250705号公報 特開2002−173675号公報 特開2008−7779号公報 特開2009−13186号公報 特開2005−82788号公報 特開2006−28458号公報
蛍光体をガラスで被覆すると、耐水性が高まるため、大気中の水分によって蛍光体が劣化して発光が弱くなるという欠点は解消される。しかし、硫化水素ガスの悪影響を抑制することは困難であり、例えばAg反射膜の腐食を防止する効果は認められなかった。
そこで本発明は、硫化水素ガスの悪影響を効果的に抑制することができる、新たな被覆蛍光体を提案せんとするものである。
本発明は、母体に硫黄を含む硫黄含有蛍光体の表面側に、Zn及びOを含有するZnO化合物が存在してなる構成を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体を提案する。
ZnO化合物は、硫黄を化学的に吸着する特性を備えているため、ZnO化合物が硫黄含有蛍光体の表面側に存在すると、硫化水素ガスが発生したとしても該ZnO化合物がこれを吸収するため、硫化水素ガスの悪影響を効果的に抑制することができる。しかも、ZnO化合物は、LED等の光を吸収せず色に影響を与えないため、蛍光体自体の蛍光特性を低下させることがない点でも優れている。
比較例1−5についての硫化水素ガス発生量の評価試験結果を示したグラフであり、横軸は恒温槽内に保管した経過時間(時間)、縦軸は硫化水素濃度(ppm)を示している。 実施例1−3についての硫化水素ガス発生量の評価試験結果を示したグラフであり、横軸は恒温槽内に保管した経過時間(時間)、縦軸は硫化水素濃度(ppm)を示している。 実施例4−9についての硫化水素ガス発生量の評価試験結果を示したグラフであり、横軸は恒温槽内に保管した経過時間(時間)、縦軸は硫化水素濃度(ppm)を示している。 実施例10−16についての硫化水素ガス発生量の評価試験結果を示したグラフであり、横軸は恒温槽内に保管した経過時間(時間)、縦軸は硫化水素濃度(ppm)を示している。 参照例、実施例1−4及び比較例1についてのAg腐食試験結果を示すグラフであり、横軸は波長(nm)、縦軸はAg膜の反射率(%)を示している。 参照例、実施例5−9についてのAg腐食試験結果を示すグラフであり、横軸は波長(nm)、縦軸はAg膜の反射率(%)を示している。 参照例、実施例11、13、15及び比較例1,3についてのAg腐食試験結果を示すグラフであり、横軸は波長(nm)、縦軸はAg膜の反射率(%)を示している。 参照例、実施例10、12及び比較例2,4についてのAg腐食試験結果を示すグラフであり、横軸は波長(nm)、縦軸はAg膜の反射率(%)を示している。 参照例、実施例14、16及び比較例2,4についてのAg腐食試験結果を示すグラフであり、横軸は波長(nm)、縦軸はAg膜の反射率(%)を示している。 実施例24〜43及び比較例10〜17で作製したLEDパッケージ(蛍光体充填前)の上面図である。 図10に示したLEDパッケージ(蛍光体充填後)の一部拡大上面図である。 実施例24〜43及び比較例10〜17で作製したLEDパッケージの縦断面図である。
以下に本発明の実施形態について詳細に述べるが、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
(本蛍光体)
本実施形態に係る蛍光体(以下「本蛍光体」と称する)は、結晶母体に硫黄を含む硫黄含有蛍光体の表面側に、Zn及びOを含有するZnO化合物が存在してなる構成を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体粒子(以下「本蛍光体粒子」と称する)からなる粉体(以下「本蛍光体粉末」と称する)である。
この際、硫黄含有蛍光体の表面側にZnO化合物が存在するとは、硫黄含有蛍光体の表面にZnO化合物が接触して存在している場合のほか、硫黄含有蛍光体の表面とZnO化合物との間に任意の物質又は層が介在している場合も包含する意味である。
(硫黄含有蛍光体)
本蛍光体の結晶母体は、硫黄を含んでいれば、具体的組成を特に限定するものではない。如何なる組成であっても、母体中に硫黄(S)を含んでいれば、空気中の水分等と反応して硫化水素ガスを発生する可能性があり、また、蛍光体表面側にZnO化合物が存在していれば、蛍光体の組成にかかわらず、発生した硫化水素ガスを吸収することができると考えることができるからである。
本蛍光体の結晶母体の具体例としては、例えば(Ca、Sr、Ba)S、(Zn、Cd)(S、Se)、Ba2ZnS3、(Ca、Sr、Ba)(Al、Ga、In)24:Eu、(Ca、Sr、Ba)Ga24、BaAl24、Ba2SiS4などを挙げることができる。但し、これらに限定するものではない。
他方、このような結晶母体に組み合わせる付活元素又は共付活元素発光中心(発光イオン)としては、例えばSc、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等の希土類金属のイオンや、Cr、Ti、Ag、Cu、Au、Al、Mn、Sb等の遷移金属のイオンを挙げることができる。但し、これらに限定するものではない。
本蛍光体の具体例としては、例えば青色蛍光体としてのBa2(Si1−xAl)S4:Ce(但し、式中のxは0<x<1)やSrS:Ce、緑色蛍光体としてのSrGa24:Eu、SrS:Tb、CaS:Ce、黄色蛍光体としてのCaGa24:Eu、Sr2SiS4:Eu、CaS:Ce,Eu、赤色蛍光体としての(Ca1−xSr)S:Eu,In(但し、式中のxは0〜1)や、La22S:Eu、Y22S:Euなどを挙げることができる。但し、これらに限定するものではない。
なお、以上挙げたうちの1種類の蛍光体を用いることも可能であるし、また、2種類以上の蛍光体を組み合わせて用いることも可能である。
本蛍光体は、必要に応じて、各種添加剤、例えば可塑剤、顔料、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤、滑剤、発泡剤、フィラー、帯電防止剤、繊維等の補強剤などを適宜含有してもよい。
本蛍光体粒子の粒子形状は、特に限定するものではない。
本蛍光体粉末の粒径は、特に制限するものではないが、分散性の観点から、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布によるD50が、0.1μm〜50μmであることが好ましく、1μm以上或いは30μm以下であることがより好ましく、2μm以上或いは20μm以下であることが特に好ましい。
D50が0.1μm以上であれば、発光効率が低下する傾向もなく、また、蛍光体粒子が凝集することもない。また、50μm以下であれば、分散性を維持して、塗布ムラやディスペンサー等の閉塞を防ぐことができる。
(ZnO化合物)
Zn及びOを含有するZnO化合物であれば、硫化水素ガスと反応し、且つ、LED等の光を吸収せず色に影響を与えることがない、言い換えれば白色透明であるという特徴を有している。よって、ZnO化合物に関しては、その具体的組成を限定するものではない。例えばZn及びOを含有するZnO化合物が、ZnO、Zn(OH)2、ZnSO4・nH2O(0≦n≦7)、ZnTi、ZnTi、ZnTiOZnTiO、ZnBaO、ZnBa、ZnGa、Zn1.23Ga0.28、ZnGaO、ZnGa、Zn0.125〜0.95Mg0.05〜0.9O、Zn0.1〜0.75Ca0.25〜0.9O、ZnSrO、Zn0.3Al2.4、ZnAl、Zn3〜7In6〜10、ZnSnO、ZnSnOからなる群から選ばれる一種又は二種以上の結晶性微粒子を挙げることができるし、その他の組成のものでもよい。
さらにまた、ステアリン酸亜鉛などの有機酸亜鉛塩であってもよい。
ZnO化合物は、後述する実施例及びこれまでの各種試験結果から、硫黄含有蛍光体の表面側にZnO化合物微粒子として存在していれば、硫化水素ガスの影響を軽減することができ、ZnO化合物粒子が連続的につながってなるZnO化合物層として硫黄含有蛍光体の表面側を被覆する必要はないことが確認されている。さらに、ZnO化合物粒子として存在すれば、ZnO化合物からなる膜を形成した場合に比べて、硫化水素を吸着する表面積が大きくなり、硫化水素の吸着能力が優れることになる。よって、本蛍光体は、硫黄含有蛍光体の表面側にZnO化合物が付着してない部分が存在する状態のものを包含する一方、ZnO化合物からなる膜が硫黄含有蛍光体の表面側を被覆する状態のものを包含しない。
但し、ZnO化合物粒子が連続的につながってなるZnO化合物層として硫黄含有蛍光体の表面側に配置されていても勿論構わないし、好ましい態様である。
また、ZnO化合物と蛍光体の硫黄は化学結合していないことが好ましい。化学結合して、蛍光体のSとZnO化合物のZnが反応してZnSが生成すると、硫化水素ガスとの反応が阻害されるばかりか、新たなAg反射膜の腐食要因となるからである。よって、ZnO化合物は、硫黄含有蛍光体の表面側に物理的に付着していればよい。
この点に関しては、後述する実施例4(ガラス下地なし)と実施例11(B2O3−SiO2ガラス下地あり)を比較すると、実施例4の方が亜鉛の量(NZn/NS)が多いにも関わらず、実施例11の方が硫化水素の発生が少ない(Ag反射率を高く維持できている)ことから、ZnOと蛍光体のSが直接反応しない方が、硫化水素ガスとの反応性に優れていることが確認されている。
ZnO化合物は、SEM又はTEM観察による平均粒径が0.3μm以下の微粒子であるのが好ましく、特に該平均粒径が1nm以上、或いは100nm以下であるのがさらに好ましい。平均粒径が0.3μm以下であれば、ZnO化合物粒子がLEDより発せられた光を散乱させず、LEDから発せられた光を蛍光体が吸収するのを妨げないため、好ましい。また、ZnO化合物を被覆する目的は、硫化水素ガスを吸着するためであるから、この点からもZnO化合物の比表面積が大きい方が好ましく、100nm以下であればより一層好ましいといえる。
なお、SEM又はTEM観察による平均粒径は、任意の10個の視野で観測される任意の100個の平均粒径であり、粒子がアスペクト比を持つ場合は、長径と短径の平均値をその粒子の粒径とする。
蛍光体とZnO化合物との質量割合は、硫黄含有蛍光体:ZnO化合物=1:0.005〜1:1であるのが好ましい。ZnO化合物の割合が、前記範囲内であれば、硫化水素ガス吸着の効果を得ることができるばかりか、蛍光体がLEDから発せられた光を吸収して発光するのを妨げることがなく、蛍光体の発光効率を維持することができる。かかる観点から、特に硫黄含有蛍光体:ZnO化合物=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましく、中でも特に1:0.02〜1:0.3であるのがより一層好ましい。
ZnO化合物(特にZn)の存在割合に関しては、硫化水素ガスの悪影響を抑制する観点から、硫黄含有蛍光体中のSの原子数量NSに対する、ZnO化合物中のZnの原子数量NZnの比率NZn/NSが0.0050以上であるのが好ましく、特に0.0100以上、中でも特に0.0200以上であるのがより一層好ましい。他方、蛍光体がLEDから発せられた光を吸収し発光するのを妨げない観点からは、硫黄含有蛍光体中のSの原子数量NSに対する、ZnO化合物中のZnの原子数量NZnの比率NZn/NSが1.0000以下であるのが好ましく、特に0.5000以下、中でも特に0.3000以下であるのがより一層好ましい。
硫黄含有蛍光体の表面側にZnO化合物を存在させる製法としては、ZnO化合物粉末を溶媒(例えばエタノール)に加えて超音波分散させ、これに硫黄含有蛍光体粉末を添加して攪拌した後、溶媒を蒸発させて、硫黄含有蛍光体粒子の表面にZnO化合物を付着させて存在させるようにすればよい。
また、硫黄含有蛍光体粉末とZnO化合物粉末とをブレンダー等を使って乾式混合しても、硫黄含有蛍光体粒子の表面にZnO化合物に付着させて存在させることは可能である。
また、硫黄含有蛍光体の表面側にZnO化合物層を形成させる製法としては、例えば化学気相反応法などの方法を挙げることができる。
(ガラス層)
本蛍光体粒子は、さらにガラス組成物を含有するガラス層を備えていれば、耐水性を高めることができる。
本蛍光体粒子がガラス層を備える形態としては、例えば硫黄含有蛍光体の表面にZnO化合物が存在し、これを被覆するようにガラス層を備えてもよいし、また、硫黄含有蛍光体の表面にガラス層を形成し、ガラス層の表面にZnO化合物層を形成してもよい。さらには、硫黄含有蛍光体が備える被覆層を3層以上とし、その一つの任意の層をガラス層とし、他の任意の層をZnO化合物層としてもよい。
ガラス層は、ガラス組成物を含有していればよく、該ガラス組成物としては、例えばSiO2、B23−SiO2、Ma2O−MbO−B23−SiO2、(Maはアルカリ金属、Mbはアルカリ土類金属又はZn)などの組成のガラスを挙げることができるが、これらに限定するものではない。
ガラス層のコート方法としては、例えばガラス層の前駆体と水と溶媒とを含む前駆体混合物を準備し、前駆体混合物と蛍光体粒子とを混合し、ゾル−ゲル反応を誘導して、蛍光体粒子の表面にガラスをコートし、次に、フィルタリングによって、ガラス層が形成された蛍光体粒子のみを分離して得た後、その蛍光体粒子を乾燥及び熱処理すればよい。
また、蛍光体粒子とガラス組成物の粉末とを混合し、ガラス組成物の粉末が溶融されて蛍光体粒子を取り囲むように、ガラス組成物の粉末と蛍光体粒子との混合物を熱処理した後、その混合物を冷却するようにしてもよい。
そのほか、蛍光体粒子の表面を化学気相反応法によって被覆する方法や、金属化合物の粒子を付着させる方法などを採用することも可能である。
ガラス層は緻密で連続的であることが、蛍光体の発光を維持する上ではより好ましいが、緻密で連続的であれば、蛍光体の表面の一部に、ガラス層が付着しておらず蛍光体表面が露出している部分が存在してもよい。
また、ガラス組成物の例としてZnを含有したガラス組成物を挙げたが、ガラス層は緻密で連続的であるのが好ましいので、ガラス層の表面積は小さく、ガラス層の硫化水素ガスの吸着能力はAg反射膜の腐食を防止するには不十分である。
(スピネル微粒子)
また、スピネル型結晶構造を有し、且つ0.1μm未満の粒径を有する微粒子(「スピネル微粒子」と称する)が、前記ZnO化合物又は前記ZnO化合物層の周囲に、好ましくは前記ZnO化合物又は前記ZnO化合物層と接触する状態で存在してもよい。
スピネル型構造をとる化合物群の中には、化学的な安定性が高く、そのため高い温度や水に対して安定なものが多く存在し、また組成によっては無色透明である。さらに粒径が0.1μm未満であれば、蛍光体の近傍に存在しても、その蛍光体がある波長の光を吸収し、異なる波長の光を発するのに妨げにはなることもない。よって、前記ZnO化合物又は前記ZnO化合物層の周囲に当該スピネル微粒子が存在すれば、前記ZnO化合物が吸湿して白色化することをより一層抑えることができる。
前記ZnO化合物又は前記ZnO化合物層の周囲にスピネル微粒子を存在させるには、上記のようにZnO化合物を存在させる製法と同様に行えばよい。但し、前記ZnO化合物の周囲にスピネル微粒子を存在させるには、ZnO化合物と当該スピネル微粒子を混合して硫黄含有蛍光体の表面側に付着させたり、ZnO化合物を硫黄含有蛍光体の表面側に付着させ、その上にスピネル微粒子を付着させたりするようにすればよい。但し、これらの方法に限定されるものではない。
この際、スピネル微粒子の量は特に限定されるものではなく、例えばZnO化合物の5〜95質量%、中でも10質量%以上或いは70質量%以下、その中でも25質量%以上或いは50質量%以下であるのが好ましい。
上記スピネル微粒子としては、例えばZnAl2、ZnGa、ZnTiO、などのスピネル型結晶構造を有する複合酸化物の微粒子を挙げることができる。
当該スピネル微粒子の粒径(SEM又はTEM観察による粒径)は、透明性を確保する観点から、0.1μm未満であるのが好ましく、中でも0.07μm以下、その中でも0.05μm以下であるのが特に好ましい。
また、上記スピネル微粒子を含む層が、前記ZnO化合物又はZnO化合物層と接触するように備えていれば、スピネル微粒子が、前記ZnO化合物又は前記ZnO化合物の周囲に存在している場合と同様の効果を得ることができると考えることができる。
(さらなる耐水層)
本蛍光体粒子は、Ti、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Sn、Zr及びYからなる群から選ばれる一種の水酸化物、酸化物又はフッ化物、或いはそれら二種以上の混合物(これらを「耐水性物」と称する)を含有する耐水層をさらに備えていてもよい。
Ti、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Sn、Zr及びYからなる群から選ばれる一種の水酸化物、酸化物又はフッ化物は、耐水性に特に優れているため、これらを含有する層を設けることにより、蛍光体の耐水性をさらに高めることができる。特に上記ガラス層と共に備えていれば、蛍光体の耐水性を顕著に高めることができる。
当該耐水層は、前記ZnO化合物又は前記ZnO化合物の内側又は外側に存在していてもよい。また、上記ガラス層と共存する場合には、該ガラス層の内側又は外側に存在していてもよい。
さらに、上記耐水性物を上記ガラス層に含ませるようにしてもよい。
上記耐水性物の量は、特に限定するものではない。例えば硫黄含有蛍光体に対して0.1〜50質量%、中でも1質量%以上或いは30質量%以下、その中でも3質量%以上或いは15質量%以下であるのが好ましい。
上記耐水層を形成する方法は、特に限定するものではなく、上記のようにZnO化合物を存在させる製法と同様に行えばよい。但し、より緻密な層を形成できる方法として、例えば化学気相反応法などの方法を好ましい例として挙げることができる。
(用途)
本蛍光体は、例えばLED、レーザー又はダイオード等の発光源の近傍に配置することにより、発光素子乃至装置を構成し、各種用途に用いることができる。例えばLED上に、直接或は粘着剤や接着剤を介して間接的に接触させるように配置すればよい。
このように本蛍光体をLEDの近傍に配置することにより、例えば照明装置や特殊光源のほか、液晶表示装置などの画像表示装置のバックライトなどに利用することができる。
また、発光体の近傍に電界源や電子源を配置してその近傍に配置することで、EL、FED、CRTなどの表示デバイスに利用することができる。発光体の近傍とは、該発光体が発光した光を受光し得る位置をいう。
より具体的には、例えば、少なくとも1つのLEDチップと、少なくとも一つの蛍光体とを備えており、LEDから発せられる光の少なくとも一部を蛍光体が吸収し、LEDから発せられる光と、蛍光体から発せられる光が混合された光を得る波長変換型発光素子を構成することができ、これを照明装置や画像表示装置の発光素子として利用することができる。
また、反射板としての金属部材上に、LEDなどの固体発光素子を配置すると共に、本蛍光体を樹脂中に配合して形成してなる蛍光体含有層を形成してなる構成を備えた発光デバイスを構成することができる。
この際、本蛍光体のZnO化合物の一部は、黄含有蛍光体から離脱して樹脂中に散在することになる。当該離脱したZnO化合物は、蛍光体含有層内において、均一又は不均一に散在していてもよいし、深さ方向に濃度分布をもって散在していてもよい。また、沈降して層状に散在していてもよい。
上記発光デバイスにおける金属部材としては、硫黄系ガスと反応する金属部材、例えばVIII族系金属、或いはIB族系金属を一種以上含有する金属又は合金からなるものを挙げることができる。具体的には、例えば銀、銀系合金、銅、銅系合金、ニッケル、ニッケル系合金、鉄、鉄系合金などを挙げることができる。
また、上記発光デバイスにおける樹脂としては、透明若しくは白色の熱可塑性樹脂、透明若しくは白色の熱硬化性樹脂、および、透明若しくは白色の光硬化樹脂のいずれかを用いることもできる。
上記発光デバイスは、例えばLED電球装置やLED照明装置などの照明装置や、液晶テレビのバックライトや、信号機、インジケーターなどの視覚装置の部品として好適に用いることができる。
(用語の説明)
本発明において、「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現した場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」及び「好ましくはYより小さい」の意を包含する。
また、本発明において、「X以上」(Xは任意の数字)と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはXより大きい」の意を包含し、「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、特にことわらない限り「好ましくはYより小さい」の意を包含する。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を説明する。但し、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
(比較例1 SrGa24:Eu2+(Sr0.97Eu0.09Ga24)蛍光体の合成)
出発原料としてのSrS、Ga23及びEuSを目的の組成となるように秤量して混合し、φ3mmのジルコニアボールをメディアに用いてペイントシェーカーで100分間混合した。得られた混合物を、硫化水素雰囲気中、980℃で4時間焼成した。次に、焼成した得たものを、らいかい機(日陶科学社製「ALM−360T」)で1分間解砕し、目開き140メッシュ及び440メッシュの篩を用いて、目開き140メッシュの篩下で且つ目開き440メッシュの篩上を回収し、SrGa24:Eu2+からなる蛍光体粉末(サンプル)を得た。得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。
(比較例2 CaS:Eu2+(Ca0.99Eu0.01S)蛍光体の合成)
出発原料としてのCaS及びEuSを目的の組成となるように秤量して混合し、φ3mmのジルコニアボールをメディアに用いてペイントシェーカーで100分間混合した。得られた混合物を、硫化水素雰囲気中、1100℃で6時間焼成した。次に、焼成した得たものを、らいかい機(日陶科学社製「ALM−360T」)で1分間解砕し、目開き140メッシュ及び440メッシュの篩を用いて、目開き140メッシュの篩下で且つ目開き440メッシュの篩上を回収し、CaS:Eu2+からなる蛍光体粉末(サンプル)を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。
(比較例3 B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体の合成)
比較例1で得られたSrGa24:Eu2+蛍光体を懸濁したエタノールに、純水、Si(OEt)4、H3BO3を加え、さらに触媒としてアンモニア水を少量添加して60℃で加水分解させ、ガラスの前駆体ゲルを蛍光体表面に被覆したガラス前駆体・蛍光体複合体を合成した。
この複合体を、600℃で30分間熱処理してB23−SiO2ガラスを被覆したB23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。また、ICP分析の結果、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB23)との質量比は1:0.0383であった。
(比較例4 SiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体の合成)
比較例2で得られたCaS:Eu2+蛍光体を懸濁したエタノールに、純水、Si(OEt)4を加え、さらに触媒としてアンモニア水を少量添加して60℃で加水分解させ、SiO2ガラスを被覆したSiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。また、ICP分析の結果、蛍光体成分とガラス成分(SiO2)との質量比は1:0.0442であった。
(実施例1 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して0.5質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例1で得たSrGa24:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.00506であった。
得られたZnO被着SrGa24:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。この際、ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
以下の実施例は全て、溶媒(エタノール又はトルエン)50mL、蛍光体10gの割合で添加した。
なお、ZnOの平均粒径は、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」、倍率20万倍)で撮影した、任意の10個の視野で観測した任意の100個の平均粒径であり、粒子がアスペクト比を持つ場合は、長径と短径の平均値をその粒子の粒径とした。以後の平均粒径も同様である。
(実施例2−9 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して1質量部(実施例2)、2質量部(実施例3)、5質量部(実施例4)、10質量部(実施例5)、20質量部(実施例6)、30質量部(実施例7)、50質量部(実施例8)又は100質量部(実施例9)のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例1で得たSrGa24:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体(実施例2−9)について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSはそれぞれ、0.01020、0.02100、0.05360、0.10900、0.21800、0.32900、0.55100、1.09000であった。
得られたZnO被着SrGa24:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、実施例2及び3については、SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。実施例4−9については、SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面が、ZnOの一次粒子が凝集した状態で全面に付着しており、該蛍光体粒子の表面が露出した部分は見られなかった。
実施例2−9のいずれについても、ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例10 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して2質量部に相当する量のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例2で得たCaS:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着CaS:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0171であった。
また、得られたZnO被着CaS:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、CaS:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例10−2 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
比較例10で得られたZnO被着CaS:Eu2+蛍光体を懸濁したエタノールに、純水、Si(OEt)を加え、さらに触媒としてアンモニア水を少量添加して60℃で加水分解させ、SiOガラスを被覆したZnO被着SiOガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Nzn/Nsは0.0168であった。また、ICP分析の結果、蛍光体成分とガラス成分(SiO)との質量比は1:0.0493であった。CaS:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例11 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して2質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例3で得たB23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0225であった。
また、得られたZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例11−2 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して2質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例3の熱処理前のガラス前駆体・蛍光体複合体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着ガラス前駆体・SrGa24:Eu2+蛍光体複合体を得た。この複合体を、ガラス前駆体をガラス化するために600℃で30分間熱処理して、ZnO被着B23−SiO2被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0223であった。また、ICP分析の結果、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB23)との質量比は1:0.0386であった。
また、得られたZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。熱処理してもZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例12 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して2質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例4で得たSiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着SiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0193であった。
また、得られたZnO被着SiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、SiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、SiO2ガラス被覆CaS:Eu2+蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例13−16 ステアリン酸亜鉛被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して5質量部のステアリン酸亜鉛を、トルエンに加えて溶解した。この溶液に、比較例1、2、3又は4で得た蛍光体を添加し、エバポレータで攪拌しながらトルエンを蒸発させ、ステアリン酸亜鉛被覆硫黄含有蛍光体を得た。
得られたステアリン酸亜鉛被覆硫黄含有蛍光体それぞれの表面を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、蛍光体粒子の表面に、ステアリン酸亜鉛が膜状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。
(比較例5 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して0.1質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例1で得たSrGa24:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体(比較例5)について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.00097であった。
(実施例17 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
ZnO(平均粒径20nm)およびAl(平均粒径20nm)を重量比1:1で混合した後、大気中1200℃にて30分間焼成し、ZnAl(平均粒径100nm)を得た。次に、この粉末をビーズミル(浅田鉄工製ペイントシェーカー)を用い1時間粉砕した(ジルコニアビーズ0.8mmφ、エタノール中)。得られたZnAlの平均粒径は30nmであった。
後述する蛍光体100重量部に対して4.1重量部のZnO(平均粒径20nm)と、2.5重量部の上記で作製したZnAl(平均粒径30nm)とをエタノール50mlとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOおよびZnAl粒子をエタノール中に分散させた。ここに、比較例3で得たB-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体を10g添加し、エバポレータで撹拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnOおよびZnAl被着B-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体を得た。得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0551であった。
また、得られたZnOおよびZnAl被着B-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体をSEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察したところ、B-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体の表面に、ZnOの一次粒子及びZnAl24の一次粒子が混合状態で凝集し、その凝集状態で該蛍光体粒子表面に全体的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は露出していなかった。なお、ZnOの一次粒子およびZnAl24の一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例18 ZnO化合物およびTiO2化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100重量部に対して1重量部のTiO(平均粒径20nm)を、エタノール50mlとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてTiO粒子をエタノール中に分散させた。ここに、比較例1で得たSrGa:Eu蛍光体を10g添加し、エバポレータで撹拌しながらエタノールを蒸発させ、TiO被着SrGa:Eu蛍光体を得た。
次に、上記TiO被着SrGa:Eu蛍光体を用いた以外は比較例3と同様にして、B-SiOガラス被覆TiO2被着SrGa:Eu蛍光体を得た。
さらに、上記B-SiOガラス被覆TiO被着SrGa:Eu蛍光体を用いた以外は実施例17と同様にして、ZnOおよびZnAl被着B-SiOガラス被覆TiO被着SrGa:Eu蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0549であった。
また、得られた該蛍光体をSEMで観察したところ、実施例17と同様の表面状態であった。
(実施例19 ZnO化合物およびTiO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100重量部に対して1重量部のTiO(平均粒径20nm)、4.1重量部のZnO(平均粒径20nm)及び2.5重量部の実施例17で作製したZnAl(平均粒径30nm)を、エタノール50mlとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にて各粒子をエタノール中に分散させた。ここに、比較例3で得たB-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体を10g添加し、エバポレータで撹拌しながらエタノールを蒸発させ、TiOおよびZnOおよびZnAl被着B-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0557であった。
また、得られた蛍光体についてSEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察したところ、B-SiOガラス被覆SrGa:Eu蛍光体の表面に、TiOの一次粒子、ZnOの一次粒子及びZnAlの一次粒子が混合状態で凝集し、その凝集状態で該蛍光体粒子表面に全体的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は露出していなかった。
なお、TiO2、ZnO及びZnAlの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例20 流動CVD法によるZnO被着Al被覆硫黄含有蛍光体の合成)
下部に多孔板を備えたガス流入口を持つ100mlの耐圧チャンバーの中に、比較例1で得たSrGa:Eu蛍光体を投入し、チャンバー内を500℃、500Paの条件に保持した。次に、トリメチルアルミニウムガスをチャンバーの真空度が300Paとなるように流量を調整しながら、多孔板を備えたガス流入口から導入した。一旦ガスを止め、真空度が500Paとなるまで保持した。次に水蒸気を含んだ不活性ガスをガス流入口から導入した後、導入を止め、真空度が500Paとなるまで保持した。以上を1サイクルとし、これを500サイクル繰り返した。次にトリエチルアルミニウムガスをジエチル亜鉛ガスに切り替え、同様のサイクルを500サイクル繰り返した。
上記の通り流動層CVD法を用いてZnO被覆Al被覆SrGa:Eu蛍光体を得た。得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.0284であった。Al被覆後、ZnO被覆後それぞれのタイミングにおける該蛍光体をSEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察したところ、SrGa:Eu蛍光体の表面にAl層およびZnO層が均一に形成され、該蛍光体粒子の表面は露出していなかった。
(比較例6 CaGa24:Eu2+(Ca0.97Eu0.03Ga24)蛍光体の合成)
出発原料としてのCaS、Ga23及びEuSを目的の組成となるように秤量して混合し、φ3mmのジルコニアボールをメディアに用いてペイントシェーカーで100分間混合した。得られた混合物を、硫化水素雰囲気中、980℃で4時間焼成した。次に、焼成した得たものを、らいかい機(日陶科学社製「ALM−360T」)で1分間解砕し、目開き140メッシュ及び440メッシュの篩を用いて、目開き140メッシュの篩下で且つ目開き440メッシュの篩上を回収し、CaGa24:Eu2+からなる蛍光体粉末(サンプル)を得た。得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。
(比較例7 SrS:Eu2+(Sr0.99Eu0.01S)蛍光体の合成)
出発原料としてのSrS及びEuSを目的の組成となるように秤量して混合し、φ3mmのジルコニアボールをメディアに用いてペイントシェーカーで100分間混合した。得られた混合物を、硫化水素雰囲気中、1100℃で6時間焼成した。次に、焼成した得たものを、らいかい機(日陶科学社製「ALM−360T」)で1分間解砕し、目開き140メッシュ及び440メッシュの篩を用いて、目開き140メッシュの篩下で且つ目開き440メッシュの篩上を回収し、SrS:Eu2+からなる蛍光体粉末(サンプル)を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。
(比較例8 B23−SiO2ガラス被覆CaGa24:Eu2+蛍光体の合成)
比較例6で得られたCaGa24:Eu2+蛍光体を懸濁したエタノールに、純水、Si(OEt)4、H3BO3を加え、さらに触媒としてアンモニア水を少量添加して60℃で加水分解させ、ガラスの前駆体ゲルを蛍光体表面に被覆したガラス前駆体・蛍光体複合体を合成した。
この複合体を、600℃で30分間熱処理してB23−SiO2ガラスを被覆したB23−SiO2ガラス被覆CaGa24:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。また、ICP分析の結果、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB23)との質量比は1:0.0448であった。
(比較例9 B23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体の合成)
比較例7で得られたSrS:Eu2+蛍光体を懸濁したエタノールに、純水、Si(OEt)4、H3BO3を加え、さらに触媒としてアンモニア水を少量添加して60℃で加水分解させ、ガラスの前駆体ゲルを蛍光体表面に被覆したガラス前駆体・蛍光体複合体を合成した。
この複合体を、600℃で30分間熱処理してB23−SiO2ガラスを被覆したB23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、比較例1と同様にICP分析を行ったところ、Znは検出されなかった。また、ICP分析の結果、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB23)との質量比は1:0.0473であった。
(実施例21 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して10質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例3で得たB23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.109であった。
また、得られたZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例22 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して10質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例8で得たB23−SiO2ガラス被覆CaGa24:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着B23−SiO2ガラス被覆CaGa24:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.095であった。
また、得られたZnO被着B23−SiO2ガラス被覆CaGa24:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、B23−SiO2ガラス被覆SrGa24:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例23 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して10質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例9で得たB23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体を得た。
得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.147であった。
また、得られたZnO被着B23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、B23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
(実施例23−2 ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体の合成)
後述する蛍光体100質量部に対して10質量部のZnO(平均粒径30nm)を、エタノール50mLとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてZnOをエタノール中に分散させた。ここに、比較例7で得たSrS:Eu2+蛍光体を10g添加し、エバポレータで攪拌した。ZnO被着SrS:Eu2+蛍光体を懸濁したエタノールに、純水、Si(OEt)4、H3BO3を加え、さらに触媒としてアンモニア水を少量添加して60℃で加水分解させ、ガラスの前駆体ゲルをZnO被着蛍光体表面に被覆したガラス前駆体・ZnO被着蛍光体複合体を合成した。
この複合体を、600℃で30分間熱処理してB23−SiO2ガラスを被覆したB23−SiO2ガラス被覆ZnO被着SrS:Eu2+蛍光体を得た。得られた蛍光体について、セイコーインスツル社製SPS7800によりICP分析を行ったところ、NZn/NSは0.134であった。また、得られたB23−SiO2ガラス被覆ZnO被着SrS:Eu2+蛍光体を、SEM(FEI社製「XL30−SFEG」)で観察すると、B23−SiO2ガラス被覆SrS:Eu2+蛍光体粒子の表面に、ZnOの一次粒子が凝集した状態で部分的に付着しており、該蛍光体粒子の表面は部分的に露出していた。ZnOの一次粒子の平均粒径は原料の平均粒径と変わらなかった。
<Ag腐食試験>
実施例及び比較例で得た蛍光体を、それぞれシリコーン樹脂と混練して蛍光体樹脂混合物を得た。石英ガラス板上にメッキによりAg膜(70nm)を形成したAg膜付ガラス板のAg膜側に、前記蛍光体樹脂混合物を300μmの厚さに塗布し、120℃×1時間に加熱硬化させ、環境試験用のテストピースを得た。
また、蛍光体を混合していない樹脂のみをガラス片のAg膜側に塗布して硬化させたテストピースも作製した(参照例)。
実施例・比較例の蛍光体を用いたテストピースを、60℃、90%RHの恒温槽内に20時間保存し、保存後のテストピースの蛍光体樹脂混合膜をピンセットにより剥離し、露出したAg膜の反射率(%)を測定し、Ag膜の腐食を評価した。実施例1〜23及び比較例1〜9の結果を表1及び表2に示すと共に、実施例1〜16及び比較例1〜4の結果を図5−図9に示した。
なお、反射率の測定は、分光測色計(コニカミノルタ製「CM−2600d」)を使用して測定した。
<硫化水素ガス発生量の評価試験>
実施例1〜16及び比較例1〜4で得た蛍光体をそれぞれ2g秤量し、パイレックス(商標登録)ガラス製のシャーレに薄く広げてのせた。また、純水を10g入れたパイレックス(商標登録)ガラス製のシャーレを用意した。
密閉可能な角型アクリルデシケータ(内容積6.76L)の中に、比較例・実施例で得た蛍光体をのせたシャーレと、純水を入れたシャーレと、ガステック社製拡散式硫化水素測定器GHS−8AT(測定範囲0〜125ppm)と、ボタン型温湿度記録計(KHラボラトリー製ハイグロクロン)とを入れて、該デシケータを密閉した。
さらに、30℃に調整された恒温槽(エスペックSH−641)内に、デシケータごと入れて、その状態で10時間硫化水素濃度を測定した。
硫化水素濃度の測定中のアクリルデシケータ内の温度と湿度は、それぞれ概ね30℃、90%RHであった。
結果を図1−図4に示した。
<蛍光体の発光効率の評価>
実施例1〜23及び比較例1〜9の蛍光体の外部量子効率(励起波長450nm)を、日本分光社製FP−6500にて測定した。
各比較例及び実施例について、NZn/NS、Ag腐食試験結果(Ag反射率)及び外部量子効率の評価結果を、表1及び表2に示した。
(考察)
これまでの各種試験と実施例・比較例の結果から、硫黄含有蛍光体の表面に、Zn及びOを含有するZnO化合物を付着させることにより、発生した硫化水素ガスによって例えばAg反射膜が腐食するのを抑制できることが分かった。これは、発生した硫化水素ガスが、硫黄含有蛍光体表面のZnO化合物に化学的に吸着されるためであると考えられる。
この際、実施例の合成法からも分かるように、ZnO化合物は、硫黄含有蛍光体の表面全体を覆いつくすのではなく、表面に付着して散在すれば、発生した硫化水素ガスを化学的に吸着することができ、所望の効果が得られることが分かった。
また、発生した硫化水素ガスを、硫黄含有蛍光体表面のZnO化合物に化学的に吸着する化学的特徴と、色に影響しないことを考えると、ZnO化合物としては、ZnOのほかに、例えばZn(OH)2、ZnSO4・nH2O(0≦n≦7)、ZnTi、ZnTi、ZnTiO、ZnTiO、ZnBaO、ZnBa、ZnGa、Zn1.23Ga0.28、ZnGaO、ZnGa、Zn0.125〜0.95Mg0.05〜0.9O、Zn0.1〜0.75Ca0.25〜0.9O、ZnSrO、Zn0.3Al2.4、ZnAl、Zn3〜7In6〜10、ZnSnO、ZnSnOなどであれば、同様の効果が得られると考えることができる。
また、ステアリン酸亜鉛のような亜鉛の有機酸塩も、同様の効果が得られると考えることができる。
硫黄含有蛍光体の表面に、ZnO化合物が散在するZnO化合物層に加えて、ガラスを含有するガラス層を積層することで、耐水性をさらに高めることができることが分かった。
この際、耐水性を高める機能と硫化水素ガスを吸着する機能とを考えると、ZnO化合物層とガラス層の積層順はいずれでもよく、硫黄含有蛍光体の表面からZnO化合物層、ガラス層の順に積層してなる構成であっても、硫黄含有蛍光体の表面からガラス層、ZnO化合物層の順に積層してなる構成であってもよいと考えることができる。
<発光デバイスの作成と評価>
上記実施例及び比較例で得た蛍光体を用いて発光デバイス(LEDパッケージ)を作製し、光束維持率を評価した。
(実施例24−33及び比較例10−17)
樹脂(シリコーン樹脂、東レ・ダウコーニング社製「OE−6630」(A液:B液=1:4)中に、該樹脂に対して、表3に示す各実施例・比較例で得た蛍光体5wt.%を混合し、自転・公転ミキサー(シンキ−社製「AR−250」)で撹拌、脱泡を60秒ずつ行い、樹脂と蛍光体の混合物を得た。この混合物をLEDリードフレーム(図10参照)内に800μmの厚みで充填した。その後、ゆっくりとシリコーン樹脂を硬化させてLEDパッケージ(サンプル)を作製した(図11、図12参照)。
(実施例34−43)
樹脂(シリコーン樹脂、東レ・ダウコーニング社製「OE−6630」(A液:B液=1:4)中に、該樹脂に対して、表4に示す各実施例で得た蛍光体5wt.%と、表4に示す「添加したZn化合物の濃度」に相当する量のZnO(平均粒径30nm)とを混合し、自転・公転ミキサー(シンキ−社製「AR−250」)で撹拌、脱泡を60秒ずつ行い、樹脂と蛍光体の混合物を得た。この混合物をLEDリードフレーム(図10参照)内に800μmの厚みで充填した。その後、ゆっくりとシリコーン樹脂を硬化させてLEDパッケージ(サンプル)を作製した(図11、図12参照)。
<発光強度の評価方法>
温度85℃、湿度85%RHに設定した小型環境試験器(エスペック社製「SH−641」)内に、実施例24〜43・比較例10〜17で得たサンプル(LEDパッケージ)を1000時間放置し、放置前の光束を100%とし、放置後の光束変化を調べた。
光束は、サンプル(LEDパッケージ)に電圧3V、電流50mAを印加し、2インチの積分球(ラブスフェア社製「SPH−2−2」、バッフル付き「BP−2−0」)で集光し、光ファイバ(オーシャンオプティクス社製「VIS−NIR」、コア径400μm)でファイバマルチチャンネル分光器(オーシャンオプティクス社製「USB4000」)と接続して測光し、測定用ソフト(オーシャンフォトニクス社製「OPwave Version1.40」)を用いて、積分時間4ms、平均回数10回、スムージング回数10回でLEDパッケージの光束を得た。
なお、発光スペクトルおよび強度は、絶対強度補正用ハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製「LS−1−CAL」を用いて補正した。
硫黄系ガス吸着剤の濃度分布及び蛍光体の濃度の測定は、サンプル(LEDパッケージ)を中央付近で切断し、その断面を、エネルギー分散X線分光法(EDS)を用いて元素濃度を測定することで行った。この測定では、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM、日本電子社製「JSM7001F」)に接続したEDS検出器(オックスフォード・インストゥルメンツ社製「INCA Energy250」と定量分析ソフト(オックスフォード・インストゥルメンツ社製「INCA Microanalysis Suite」を用いて、Si、S、Zn及びSrの濃度を分析した。
なお、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)の加速電圧は5kV、電流は18μA、ワーキングディスタンス10.00mmとし、ポイント&IDにより定量分析を行った。定量分析の設定値はライフタイム60秒、プロセスタイム3、スペクトルレンジ0から20keVとした。
ピークの検出位置を、Siが1.74keV、Sが2.31keV、Znが1.02keV、Srが1.58keVとし、ZAF補正を用いて、4元素の合計を100wt.%とし、各元素の質量濃度を計算した。
(結果)
上記実施例24−33及び比較例10−17で作製したLEDパッケージ(サンプル)を、温度85℃、湿度85%RHの小型環境試験器中で1000時間保存した後に取り出したところ、表3の結果となった。
比較例10−17では、反射板が黒色化したことが確認された。硫黄含有蛍光体から発生する硫黄含有ガス、特に硫化水素と、反射板(銀メッキを施した銅合金)とが反応し、例えば銀が硫化銀になって黒色化したことが原因であると考えられる。このように反射板が黒色化すると、LEDパッケージ(サンプル)の発光が低下することになる。また、黒色化した金属部材が、反射板以外の電極であれば、断線や高抵抗化を引き起こすことにもなる。
これに対し、実施例24−33では、反射板の色などに変化は認められなかった。これは、蛍光体の表面側に存在するZnO化合物が硫黄含有蛍光体に起因して発生した硫黄系ガス、特に硫化水素は、金属部材(反射板)と反応するよりも、優先的に硫黄系ガス吸着物質であるZnO化合物に吸着されるため、金属部材の腐食を抑制でき、環境試験前と同等の発光を維持できたものと考えることができる。
上記実施例及びこれまでの試験結果からすると、パッケージに含まれるZnとSの比率は、N’ZN/N’Sが0以上20以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.2以上或いは10以下であり、さらに好ましくは0.25以上或いは6以下であると、考えることができる。Znが少なすぎると、硫化水素がZnO化合物に十分に吸着されず、Znが多すぎると、光を遮断してLEDからの光が蛍光体に照射しにくくなるからである。
また、実施例34〜43の結果を参酌すると、パッケージ作製時にZn化合物を加えると、さらに光束維持率が向上することが分かった。よって、蛍光体含有層に関しては、ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体とZnO化合物とが樹脂中に散在した状態となっている場合でも好ましいことが分かった。
この点からすると、ZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体のZnO化合物は、蛍光体から離脱していても効果を発揮すると考えることができる。よって、例えば、蛍光体と樹脂とを混合し撹拌する過程で、蛍光体の表面側に存在するZnO化合物の一部が蛍光体から離脱した場合でも、硫黄系ガスと金属部材(反射板)が反応するよりも、優先的に硫黄系ガス吸着物質であるZnO化合物に吸着されるものと考えることができる。

Claims (17)

  1. 硫黄を含む結晶母体と発光中心とを含む硫黄含有蛍光体の表面側に、Zn及びOを含有するZnO化合物が存在してなる構成と、ガラス組成物を含有するガラス層と、を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  2. 硫黄を含む結晶母体と発光中心とを含む硫黄含有蛍光体の表面側に、Zn及びOを含有するZnO化合物からなるZnO化合物層と、ガラス組成物を含有するガラス層と、を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  3. 硫黄を含む結晶母体と発光中心とを含む硫黄含有蛍光体の表面に接して、Zn及びOを含有するZnO化合物が存在し、当該ZnO化合物の表面側に、ガラス組成物を含有するガラス層を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体
  4. 硫黄を含む結晶母体と発光中心とを含む硫黄含有蛍光体の表面に接して、Zn及びOを含有するZnO化合物からなるZnO化合物層を備え、当該ZnO化合物層の表面側に、ガラス組成物を含有するガラス層を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  5. 硫黄を含む結晶母体と発光中心とを含む硫黄含有蛍光体の表面に接して、ガラス組成物を含有するガラス層を備え、当該ガラス層の表面側に、Zn及びOを含有するZnO化合物が存在する構成を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体
  6. 硫黄を含む結晶母体と発光中心とを含む硫黄含有蛍光体の表面に接して、ガラス組成物を含有するガラス層を備え、当該ガラス層の表面側に、Zn及びOを含有するZnO化合物からなるZnO化合物層を備えたZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  7. Zn及びOを含有するZnO化合物が、ZnO、Zn(OH)2、ZnSO4・nH2O(0≦n≦7)、ZnTi、ZnTi、ZnTiO、ZnTiO、ZnBaO、ZnBa、ZnGa、Zn1.23Ga0.28、ZnGaO、ZnGa、Zn0.125〜0.95Mg0.05〜0.9O、Zn0.1〜0.75Ca0.25〜0.9O、ZnSrO、Zn0.3Al2.4、ZnAl、Zn3〜7In6〜10、ZnSnO、ZnSnO及び亜鉛の有機酸塩からなる群から選ばれる一種または二種以上からなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  8. Zn及びOを含有するZnO化合物が、SEM又はTEM観察による平均粒径0.3μm以下の微粒子であることを特徴とする請求項1〜の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  9. 硫黄含有蛍光体中のSの原子数量NSに対する、ZnO化合物中のZnの原子数量NZnの比率NZn/NSが0.001以上であることを特徴とする請求項1〜の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  10. スピネル型結晶構造を有し、且つ0.1μm未満の粒径を有する微粒子が、前記ZnO化合物又はZnO化合物層の周囲に存在することを特徴とする請求項1〜の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  11. スピネル型結晶構造を有し、且つ0.1μm未満の粒径を有する微粒子を含むスピネル層が、前記ZnO化合物又はZnO化合物層と接触するように備えた請求項1〜10の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  12. Ti、Zn、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Sn、Zr及びYからなる群から選ばれる一種の水酸化物、酸化物又はフッ化物、或いはそれら二種以上の混合物を含有する耐水層をさらに備えた請求項1〜11の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体。
  13. 少なくとも1つのLEDチップと、少なくとも一つの蛍光体とを備えており、
    LEDから発せられる光の少なくとも一部を蛍光体が吸収し、LEDから発せられる光と、蛍光体から発せられる光が混合された光を得る波長変換型発光素子であり、
    少なくとも一つの蛍光体が、請求項1〜12の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体であることを特徴とする波長変換型発光素子。
  14. 請求項13に記載の波長変換型発光素子を備えた照明装置。
  15. 請求項13に記載の波長変換型発光素子を備えた画像表示装置。
  16. 固体発光素子と、硫黄系ガスと反応する金属部材と、蛍光体含有層とを備えた発光デバイスであって、
    該蛍光体含有層は、請求項1〜12の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体を樹脂に配合して形成されたものであることを特徴とする発光デバイス。
  17. 固体発光素子と、硫黄系ガスと反応する金属部材と、蛍光体含有層とを備えた発光デバイスであって、
    該蛍光体含有層は、請求項1〜12の何れかに記載のZnO化合物被覆硫黄含有蛍光体とZnO化合物とが樹脂中に散在した構成を備えていることを特徴とする発光デバイス。
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