JP5575994B1 - 蛍光体、led発光素子及び光源装置 - Google Patents
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Abstract
組成式:Ca1-xSrxS・yZnO(式中、0≦x<1、0<y≦0.5)で示される結晶母材と、発光中心と、を含有する蛍光体を提案する。
Description
また、CaS系蛍光体は、当該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課題も指摘されていた。
この際、ガラスの軟化点を下げるために、融剤(B2O3, アルカリ金属など)を加える手法も考えられるが、この種の融剤を添加すると、かえってCaS系蛍光体の反応を促進させることになり、逆効果であった。
本発明の第1の実施形態に係る蛍光体(以下、「本蛍光体1」という)は、組成式(1):Ca1-xSrxS・yZnO(式中、0≦x<1、0<y≦0.5)で示される結晶母材と、発光中心と、を含有する蛍光体である。
組成式(1)の(Ca1−xSrx)Sにおいては、ストロンチウムの含有量(x)を調整することにより、極大発光波長(発光ピーク波長)を調整することができる。すなわち、CaS:Euの極大発光波長は660nmであり、SrS:Euの極大発光波長は610nmであるから、カルシウムとストロンチウムの含有割合を調整することによって、上記極大発光波長の間(610nm〜660nm)で発光波長を任意に制御することができる。
かかる構成を備えたものであれば、(Ca,Sr)ZnOSが緩衝作用を発揮し、(Ca,Sr)Sが異種材料と反応するのを抑えることができる。例えば、本蛍光体1を被覆する被覆材との反応を抑えることができ、被覆前後で蛍光体の発光特性を低下させることがなく、高い耐湿性と耐Ag腐食性を有する蛍光体が得ることができる。
(Ca,Sr)ZnOSとは、CaとZnOSからなる化合物、SrとZnOSからなる化合物、CaとSrとZnOSからなる化合物を包含するものである。好ましくは、CaZnOSからなる化合物、若しくは、前記CaZnOSのCaの一部にSrを含む化合物である。
このような形態の本蛍光体1を作製するには、例えば(Ca,Sr)S粒子を分散させた非水系溶媒中にCaOとZnSを共沈させ、溶媒を蒸発させた後に不活性ガス中で500℃以上の温度で加熱して製造すればよい。但し、この方法に限定するものではない。
このような形態の本蛍光体1を作製するには、例えば(Ca,Sr)S粒子とZnO粒子を混合した粉体を不活性ガス中で500℃以上の温度で加熱して製造すればよい。但し、この方法に限定するものではない。
この際、ZnS相構造を有する物質が存在する形態としては、例えばZnS相構造を有する物質を含有する粒子として存在する状態、ZnS相構造を有する物質を含有する層として存在する状態を挙げることができる。
Euの含有割合は、結晶母材に対して0.01〜5.0mol%であることが好ましく、中でも0.05mol%以上或いは2.0mol%以下であるのが特に好ましい。
粉体の場合には、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中心粒径(D50)が、0.1μm〜100μmであることが好ましく、1μm以上或いは50μm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、100μm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。
なお、本蛍光体1の中心粒径(D50)は、母体の原料、すなわちCa原料の粒度を調整することにより調整することができるから、用途に応じて調整すればよい。
次に、本蛍光体1の好ましい製造方法の一例を説明する。但し、下記に説明する製造方法に限定されるものではない。
また、例えばCa原料及びSr原料を混合し、必要に応じて乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で焼成し、次にZn及びEu原料を添加して不活性ガス雰囲気中で焼成し、必要に応じてアニールして本蛍光体1を作製することもできる。
Eu原料としては、EuS、EuF3、Eu2O3、Eu2(C2O4)3、Eu等のユウロピウム化合物(Eu塩)を挙げることができる。
乾式混合する場合、その混合方法を特に限定するものではなく、例えば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やボールミル等で混合し(例えば90分程度)、必要に応じて乾燥させて、原料混合物を得るようにすればよい。
湿式混合する場合は、原料を、非水系溶媒を用いて懸濁液の状態とし、上記同様に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やボールミル等で混合した後、篩等でメディアを分離し、減圧乾燥や真空乾燥などの適宜乾燥法によって懸濁液から溶媒を除去して乾燥原料混合物を得るようにすればよい。
他方、前記第2焼成は、還元性雰囲気又は非酸化性雰囲気中で900〜1300℃で、1時間〜24時間焼成するのが好ましい。
第2焼成の雰囲気としては、アルゴンガス、窒素ガス、硫化水素ガス、少量の水素ガスを含有する窒素ガス雰囲気、一酸化炭素を含有する二酸化炭素雰囲気などの還元雰囲気を採用することができる。中でも、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で焼成するのが好ましい。
第2焼成の温度が900℃以上であれば、原料に炭酸塩を用いた場合であっても、炭酸ガスの分解を十分に行わせしめることができ、また、CaS母体へのEuの拡散効果を十分に得ることができる。一方、1300℃以下であれば、異常粒成長を起こすこともなく、均一な微粒子を得ることができる。また、焼成時間が1時間以上であれば、物質特性の再現性を得ることができ、24時間以内であれば、物質飛散の増加を抑えることができ、組成変動を抑えることができる。
また、焼成或いは粉砕後、必要に応じてアニール(焼鈍)してもよい。この際、アニール条件としては、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、水素雰囲気、硫化水素雰囲気、酸素雰囲気、空気雰囲気中において、400〜1300℃に加熱するのが好ましい。
本発明の第2の実施形態に係る蛍光体(以下、「本蛍光体2」という)は、上記本蛍光体1の粒子表面に、ガラスコート層を備えた蛍光体である。
ガラスコート層は、図3及び図4に示すように、ガラス組成物を含有する層であればよい。
本蛍光体2がガラスコート層を備える形態としては、例えば本蛍光体1の表面にガラスコート層を備えたものであってもよいし、又、本蛍光体1の表面に金属酸化物が存在し、これを被覆するようにガラスコート層を備えてもよいし、又、本蛍光体1の表面にガラスコート層を形成し、ガラスコート層の表面に金属酸化物層を形成してもよい。
さらには、本蛍光体1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コート層とし、他の任意の層を金属酸化物層としてもよい。
このような金属酸化物は、硫化水素ガスと反応するという特徴と、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と、を有している。
上記の金属酸化物は、硫黄含有蛍光体の表面にZnO化合物微粒子などのような金属酸化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る。この際、金属酸化物粒子が連続的につながってなる金属酸化物層として、硫黄含有蛍光体の表面を被覆する必要はないことが確認されている。よって、硫黄含有蛍光体の表面に金属酸化物が付着してない部分が存在していても構わない。
但し、金属酸化物粒子が連続的につながってなる金属酸化物層として硫黄含有蛍光体の表面を被覆していても勿論構わないし、好ましい態様である。なお、このような金属酸化物層は、当該金属酸化物粒子以外の成分を含んでいてもよい。
また、金属酸化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。化学結合していると、硫化水素ガスとの反応が阻害されるからである。よって、金属酸化物は、硫黄含有蛍光体の表面に物理的に付着していればよい。
上記の金属酸化物の中でも、硫化水素ガスとの反応性と、LED等の光を吸収せず色に影響を与えることがないという観点から、亜鉛酸化物、すなわち、Zn及びOを含有するZnO化合物が特に好ましい。
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ZnO、Zn(OH)2、ZnSO4・nH2O(0≦n≦7)、ZnAl2O4及びZnGa2O4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。
この際、ガラス組成物、例えばガラス粒子の好ましい組成範囲の一例として、モル比でSi=0.45〜0.55、Ba=0.07〜0.16、B=0.13〜0.21、Al=0.11〜0.20及びF=0.03〜0.10を含有する組成を挙げることができる。より好ましくは、モル比でSi=0.48〜0.51、Ba=0.10〜0.13、B=0.16〜0.18、Al=0.14〜0.17及びF=0.04〜0.08を含有する組成を挙げることができる。
ガラス粒子の具体的な製造法の一例を示すと、例えば、主原料としてのSiO2、BaO、B2O3びAl2O3と、フッ素添加成分としてのBaF2、AlF3、Na3AlF6、(NH4)3AlF6から選択される少なくとも1種とを混合し、得られた混合物を1050℃〜1400℃の温度範囲で30分〜120分間加熱して、空気中又は水中で急速冷却し、得られたガラス組成物を粒径が1μm以下になるまで粉砕して得ることができる。この際、粉砕方法は特に限定されることはない。例えば乾式、湿式又はこれらを組合せて行うことができ、粉砕装置としては、例えば振動ミル、ビーズミル、アトライター、ジェットミル等を組み合わせて使用することができる。但し、このような製法に限定するものではない。
また、本蛍光体1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。
なお、ガラスコート層一層のみでもAg反射膜の腐食を防止することができるが、金属酸化物層と組合せた層を蛍光体の表面に形成することもできる。こうして組合せた2層以上の構造を形成することにより、Ag反射膜の腐食抑制効果を、さらに高めることができる。
本蛍光体1・2の組成を有しているか否かは、蛍光X線分析装置(XRF)、或いは、塩酸等で全溶解させてICP発光分析装置等を用いて各元素量を測定することにより判断することができる。
本蛍光体1・2は、紫外領域〜可視光領域の波長(250nm〜610nm程度)の光、特に近紫外領域〜青色領域の波長(300nm〜510nm程度)の光によって励起され、可視光領域の光、特に赤色光を発光するように調製することができる。
本蛍光体1・2の発光スペクトルは、波長300nm〜610nm程度の光励起によって、波長610nm〜660の領域に発光ピークを有するように調製することができる。
本蛍光体1・2は、例えばLED、レーザー又はダイオード等において波長変換材料として好適に使用することができる。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、並びに光源装置を構成することができ、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1・2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、本蛍光体1・2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、本蛍光体2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、これを光源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。
本蛍光体1・2は、上述のように紫外領域〜可視光領域の波長(250nm〜610nm程度)の光によって励起され、可視光領域の光、特に赤色光を発光するため、例えば本蛍光体粉末と黄色蛍光体とを混合し、この混合物を無色透明な樹脂に加えてシート状に成形して本蛍光体シートとすることができる。そして、この本蛍光体シートと青色発光ダイオードとを組み合わせることで、白色を呈する照明装置を構成することができる。
この際、照明装置の色温度や色度を調整するために、緑又は黄色に発光する前記Euイオンを賦活した酸窒化物蛍光体や硫化物蛍光体を加えてもよい。また、酸窒化物蛍光体や硫化物蛍光体を加えてもよい。
さらに、本蛍光体シートの厚さを調製することでも、光の色を調製することができる。
本蛍光体シートの厚さに関しては、蛍光シートの厚さが10μmより薄いと発光ダイオードから発せられる青色光の透過量が大きくなるため色調整が難しくなる。逆に、50mmより厚くすると、青色光の透過量が極端に小さくなるため色調整が難しくなる。かかる観点から、本蛍光体シートの厚さは、10μm〜50mmの範囲が好ましく、中でも50μm以上或いは30mm以下、その中でも、100μm以上或いは20mm以下であるのがより好ましい。
また、図8及び図9に示すように、本蛍光体シートの裏面側(視認側の反対側)に導光板を配置すると共に、この導光板の横又は裏面側にLEDなどの光源を配置して光源装置を構成することができ、例えば画像表示装置などの部材として用いることができる。
また、図10に示すように、本蛍光体シートの周囲を囲むように、透明な樹脂組成物或いはガラス組成物或いはこれらを混合した無機有機混合系材料からなる封止層を形成し、当該封止層の裏面側(視認側の反対側)にLEDなどの光源を配置して光源装置を構成することができ、例えば画像表示装置などの部材として用いることができる。このように本蛍光体シートを囲むように封止層を形成することで、高温多湿の過酷な環境での使用にも耐えられる高い信頼性を付与することができる。
また、図11に示すように、透明な樹脂組成物或いはガラス組成物からなる封止層を、LEDなどの光源を囲むドーム状に形成し、この封止層を囲むように、本蛍光体シートを被覆させるようにして光源装置を構成することもできる。この際、本蛍光体シートを図12のように湾曲させた型を用いて成型すればよく、そうすれば色度や明るさのムラを抑えることもできる。
また、本蛍光体シートを波長変換材料として備えたLED発光素子を構成することもできる。そして、このLED発光素子を実装して光源装置を構成することもできる。
例えば図12に示すように、透明な樹脂組成物或いはガラス組成物からなるシート体の裏面側に、適宜間隔をおいて複数の凹溝部を設けておき、各凹溝部内に、透明な樹脂に本蛍光体1・2を含有させた蛍光体含有樹脂組成物を埋め込んで蛍光体層を形成してなる構成を備えた蛍光体成形体を形成し、当該蛍光体成形体の裏面側(視認側の反対側)に、各蛍光体層の裏面側にLEDなどの光源を配置するようにして光源装置とすることができ、画像表示装置などに用いることができる。
例えば、太陽光のうち少なくとも紫外領域の光又は近紫外領域の光を含む光を受光し、可視光領域の光を発光する本蛍光体1・2と、該本蛍光体1・2により発光された可視光領域の光を受光して電気信号に変換する太陽電池と、を備えた太陽光発電装置を構成することができる。
単結晶シリコンなどからなる太陽電池の場合、可視光領域の光を受光すると励起するが、紫外領域の光又は近紫外領域の光を受光しても励起しないものが一般的であるため、蛍光体を利用して紫外領域の光又は近紫外領域の光を可視光に変換させて、太陽電池に供給することで、発電効率を高めることができる。
この際、蛍光体は、集光面や集熱パイプに塗布して蛍光体を形成することができる。
本発明において「発光素子」とは、少なくとも赤色蛍光体などの蛍光体と、その励起源としての発光源又は電子源とを備えた、光を発する発光デバイスを意図し、「発光装置」とは、発光素子のうち、少なくとも蛍光体とその励起源としての発光源又は電子源とを備えた、比較的大型の光を発する発光デバイスを意図するものである。いずれも素子または装置内部における蛍光体の配置や、励起源と蛍光体の位置関係は特定のものに限られない。蛍光体が励起源から受光した光を変換し用いる発光デバイスを指す。
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。
実施例及び比較例で得られた蛍光体粉末(サンプル)について、次のようにして内部量子効率を測定した。
分光蛍光光度計FP−6500、積分球ユニットISF−513(日本分光株式会社製)を用い、固体量子効率計算プログラムに従い、内部量子効率を算出した。なお、分光蛍光光度計は、副標準光源およびローダミンBを用いて補正した。
ガラス基板上にスパッタ法で300nm程度の厚さでAgの膜を形成したAg膜片を用意し、実施例及び比較例で得られた蛍光体粉末(サンプル)をシリコーン樹脂(モメンティブ製TSJ3150)に対して30wt.%の濃度で分散させたペースト(以下、「蛍光体樹脂」とする)を前記Ag膜片のAg膜上に塗布し、140℃で1時間熱硬化させた。この塗布・硬化させたサンプルを85℃、85%RHの高温多湿雰囲気の環境試験機内で、100時間エージングさせた。100時間後に、該サンプルを取り出し、前記蛍光体樹脂をAg膜から引き剥がし、そのAg膜表面の反射率を測定した。
反射率の測定には、分光蛍光光度計FP−6500を用いた。反射率は、基準としてBaSO4標準白板の反射率を100%とした。
蛍光体樹脂を塗布する前のAg膜の反射率は、おおよそ98%であった。それに対し、100時間エージング後のAg膜の反射率を測定し、その値を100時間後の反射維持率(%)とした。
実施例及び比較例で得られた蛍光体粉末(サンプル)を40wt%の割合でシリコーン樹脂(東レダウ製OE−6630)に混ぜ、約300μmの厚みでガラス板に塗布し、140℃で1時間熱硬化させた後、蛍光体の耐湿性評価のためHAST試験前後での発光効率を測定した。
HAST試験は、IEC68-2-66に準拠し、蛍光体粉末(サンプル)を120℃、100%RH中で16時間保存するように行った。
発光効率は、日本分光社製FP−6500にて外部量子効率(励起波長450nm)を測定し、HAST試験前の外部量子効率を100%とした場合の維持率(%)を耐湿性の評価値として示した。
蛍光体(サンプル)を8wt%の割合でシリコーン樹脂(東レダウ製OE−6630)に混ぜて、Ag電極を使用したLEDパッケージ(6mm□)にポッティングし、140℃で1時間熱効果させた後、電流60mAで点灯させて初期の光束(単位:Lm)を測定した。初期光束の測定が完了したLEDパッケージを85℃、85%RHの高温多湿雰囲気の環境試験機内で1,000時間エージングさせ、同様の方法で光束を測定し、初期の光束を100%とした場合の光束維持率(%)として示した。
原料としてCaS粉末、SrS粉末、EuF3粉末及びZnO粉末を、質量比率13.00:86.25:0.75:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、900℃で4時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
この得られた蛍光体粉末をX線回折装置で同定すると、(Ca,Sr)ZnOS相とZnS相のピークが認められた。
EuF3粉末の代わりに、Eu2O3粉末を使用した以外は、実施例1−1と同様に組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
EuF3粉末の代わりに、Eu2(C2O4)3粉末を使用した以外は、実施例1−1と同様に組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてCaCO3粉末、SrCO3粉末を、質量比率14.5:85.5となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で900℃で2時間焼成し、蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、EuF3粉末、ZnO粉末を、質量比率99.25:0.75:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、1100℃で4時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
この得られた蛍光体粉末をX線回折装置で同定すると、図5に示すように、CaZnOS構造の(Ca,Sr)ZnOS相のピークが認められた。
原料としてCaSO3粉末、SrSO3粉末を、質量比率15.2:84.8となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で700℃で4時間焼成し、蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、Eu2O3粉末、ZnO粉末を、質量比率99.5:0.50:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、1000℃で20時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてCaS粉末、SrS粉末及びEuF3粉末を、質量比率13.00:86.25:0.75となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、900℃で4時間焼成して、一般式Ca1-xSrxS:Eu(x=0.8)で示される蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、ZnO粉末を、質量比率100:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、窒素雰囲気中、900℃で1時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
この得られた蛍光体粉末をX線回折装置で同定すると、(Ca,Sr)ZnOS相とZnS相のピークが認められた。
原料としてSrS粉末及びEuF3粉末を、質量比率99.31:0.69となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、900℃で4時間焼成して、一般式SrS:Euで示される蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、CaO粉末、ZnO粉末を、質量比率89.51:10.49:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、900℃で4時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてとしてCaS、AlF3及びEuF3を、質量比率98.40:0.46:1.14となるようにそれぞれ秤量し、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90分混合した。次いで、100μm以下に分級し、さらにφ20mm、約620kg/cm2の条件で成型し、さらに、1050℃、12時間、アルゴンガス雰囲気中で焼成し、CaS:Eu,Al,Fで示される蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、ZnO粉末を、質量比率100:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、窒素雰囲気中、900℃で1時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu,Al,F(式中、x=0、y=0.17、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
この得られた蛍光体粉末をX線回折装置で同定すると、(Ca,Sr)ZnOS相とZnS相のピークが認められた。
CaCO3とBaCO3を、質量比率99.8:0.20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で850℃で4時間焼成し、次にEu2O3を加えてアルゴンガス雰囲気中、1000℃で4時間焼成して、一般式CaS:Eu,Baで示される蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、ZnO粉末を、質量比率100:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、窒素雰囲気中、900℃で1時間焼成して、組成式:CaS・yZnO:Eu,Ba(式中、y=0.17、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
この得られた蛍光体粉末をX線回折装置で同定すると、(Ca,Sr)ZnOS相のピークが認められた。
CaS、EuS、In2O3を質量比率98.24:1.00:0.76となるようにそれぞれ秤量し、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90分混合した。次いで、100μm以下に分級し、さらにφ20mm、約620kg/cm2の条件で成型し、さらに、1050℃、12時間、アルゴンガス雰囲気中で焼成し、CaS:Eu,Inで示される蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、ZnO粉末を、質量比率100:20となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、窒素雰囲気中、900℃で1時間焼成して、組成式:CaS・yZnO:Eu,In(式中、y=0.17、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてCaS粉末、SrS粉末及びEuF3粉末を、質量比率13.00:86.25:0.75となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、900℃で4時間焼成して、一般式Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてCaCO3粉末、SrCO3粉末、Eu2O3粉末を、質量比率14.4:85.1:0.5となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で1100℃で20時間焼成し、組成式:Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてCaSO3粉末、SrSO3粉末、Eu2O3粉末を、質量比率15.12:84.38:0.5となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で700℃で4時間焼成した後、アルゴンガス雰囲気中、1000℃で20時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
原料としてCaCO3粉末、SrCO3粉末を、質量比率14.5:85.5となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、硫化水素ガス雰囲気中で900℃で4時間焼成し、蛍光体母体粉末を得た。
次に、該蛍光体母体粉末、EuF3粉末を、質量比率99.25:0.75となるようにそれぞれ秤量し、これらを純水に投入し、ビーズミルを用いて粉砕混合し、乾燥処理した後、アルゴンガス雰囲気中、1100℃で20時間焼成して、組成式:Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)を得た。
実施例1−1で得られた蛍光体、すなわち組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末を、エタノールに加えて懸濁させ、これに純水、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℃で加水分解させることにより、実施例1−1で得られた蛍光体をSiO2ガラスで被覆した蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
実施例1−4で得られた蛍光体、すなわち組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末を、エタノールに加えて懸濁させ、これに、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。このガラス前駆体・蛍光体複合体を、600℃で30分間熱処理することにより、実施例1−4で得られた蛍光体をB2O3−SiO2ガラスで被覆した蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB2O3)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
実施例1−6で得られた蛍光体、すなわち組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu(式中、x=0.8、y=0.27、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末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。これに、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℃で加水分解させたのち、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、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。このガラス前駆体・蛍光体複合体をガラス化するために600℃で30分間熱処理することにより、実施例1−6で得られた蛍光体をZnO−B2O3−SiO2ガラスで被覆した蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB2O3)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
実施例1−8で得られた蛍光体、すなわち組成式:Ca1-xSrxS・yZnO:Eu,Al,F(式中、x=0、y=0.17、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体100質量部に対して4.1質量部のZnO(平均粒径20nm)と、2.5質量部のAl2O3(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Al2O3粒子をエタノール中に分散させた。次いで、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、エバポレータで撹拌しながらエタノールを蒸発させ、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。このガラス前駆体・蛍光体複合体を、600℃で30分間熱処理することにより、実施例1−8で得られた蛍光体をSiO2-B2O3-Al2O3ガラスで被覆した蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB2O3)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
実施例1−9で得られた蛍光体、すなわち組成式:CaS・yZnO:Eu,Ba(式中、y=0.17、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体100質量部に対して、後述する作製法で得られたフッ化アルミノケイ酸塩ガラス粒子5質量部を、エタノール50mlとともにナス型フラスコに入れ、超音波洗浄器にてガラス粒子をエタノール中に分散させた。次いで、エバポレータで攪拌しながらエタノールを蒸発させ、ガラス・蛍光体複合粒子を得た。このガラス・蛍光体複合粒子は800℃で30分間熱処理することにより、実施例1−9で得られた蛍光体にフッ化アルミノケイ酸塩ガラスを被覆した蛍光体粉末(サンプル)を得た。
上記フッ化アルミノケイ酸塩ガラス粒子は、例えば、SiO2、BaO、B2O3、Al2O3及びBaF2を、モル比でSi:Ba:B:Al:F=0.5:0.12:0.17:0.15:0.06となるよう調製し、このように調製した混合物を1200℃で60分間加熱して、空気中で急速冷却し、得られたガラス組成物を粒径が1μm以下になるまで粉砕することで得ることができた。
比較例1−1で得られた蛍光体、すなわち一般式Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末を、エタノールに加えて懸濁させ、これに純水、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、比較例1−1で得られた蛍光体をSiO2ガラスで被覆して、蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
比較例1−1で得られた蛍光体、すなわち一般式Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末を、エタノールに加えて懸濁させ、これに、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、比較例1−1で得られた蛍光体をB2O3−SiO2ガラスで被覆して、蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB2O3)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
比較例1−2で得られた蛍光体、すなわち組成式:Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末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、実施例2−2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・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、比較例1−2で得られた蛍光体をZnO−B2O3−SiO2ガラスで被覆して、蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB2O3)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
比較例1−3で得られた蛍光体、すなわち組成式:Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末100質量部に対して4.1質量部のZnO(平均粒径20nm)と、2.5質量部のAl2O3(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Al2O3粒子をエタノール中に分散させた。ここに、実施例2−2の熱処理前のガラス前駆体・蛍光体複合体を10g添加し、エバポレータで撹拌しながらエタノールを蒸発させ、比較例1−3で得られた蛍光体をSiO2-B2O3-Al2O3ガラスで火吹きして、蛍光体粉末(サンプル)を得た。
得られた蛍光体粉末(サンプル)について、ICP分析を行ったところ、蛍光体成分とガラス成分(SiO2及びB2O3)との質量比は100:5であった。また、得られた蛍光体粉末(サンプル)について、上記の如く内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
比較例1−1で得られた蛍光体、すなわち一般式Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体を使用したこと以外は、実施例2−5と同様にガラスを被覆して、蛍光体粉末(サンプル)を得た。
比較例1−4で得られた組成式:Ca1-xSrxS:Eu(式中、x=0.8、Eu:0.4mol%)で示される蛍光体粉末(サンプル)について、内部量子効率、Ag反射率、耐湿性、光束維持率を測定し、結果を表1に示した。
実施例2−2で得られた蛍光体粉末を、ポリエーテルサルフォン(PES)に対して20wt%の割合で加えて、1軸混練押出機とTダイ押出成形機と巻取り機とを連結してなるシート成形装置を使用して、厚さ200μmの蛍光シートを作製した。
この蛍光シートを、太陽電池パネル上に配置し、さらに該蛍光シート上に、保護シートとしての透明樹脂シートを配置し、太陽光発電ユニットを構成した。
また、上記ポリエーテルサルフォン(PES)の代わりに、ポリアリレート(PAR)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)系、ポリカーボネート(PC)系、ポリスチレン(PS)系などの透明な熱可塑性樹脂、或いはシリコーン系やエポキシ系などの透明な熱硬化性樹脂、アクリル系やウレタン系などの透明な紫外線(UV)硬化樹脂を使用することができる。但し、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるエンジニアリングプラスチックは、透明性並びに耐候性に優れている点で好ましい樹脂である。
実施例2−2で得られた蛍光体粉末(赤色蛍光体)と、Ceイオンを賦活したガーネット系黄色蛍光体(組成式Y3Al5O12:Ce)とを1:3の質量割合で混合して蛍光体組成物を調製し、ポリエーテルサルフォン(PES)に10wt%の質量割合で前記蛍光体組成物を加えて、1軸混練押出機とTダイ押出成形機と巻取り機とを連結してなるシート成形装置を使用して、厚さ100μmの蛍光体シートを作製した。
すなわち、図7に示すように、上記蛍光体シートの両側端縁に沿ってLEDなどの光源を配置して照明装置を作製した。
また、図8に示すように、上蛍光体シートの裏面側(視認側の反対側)に導光板を配置、この導光板の横にLEDなどの光源を配置して照明装置を作製した。
また、図9に示すように、上蛍光体シートの裏面側(視認側の反対側)に導光板を配置、この導光板の裏面側にLEDなどの光源を配置して照明装置を作製した。
また、図10に示すように、上記蛍光体シートの周囲を囲むように、透明な樹脂組成物或いはガラス組成物或いはこれらを混合した無機有機混合系材料からなる封止層を形成し、当該封止層の裏面側(視認側の反対側)にLEDなどの光源を配置して照明装置を作製した。
また、図11に示すように、透明な樹脂組成物或いはガラス組成物からなる封止層を、LEDなどの光源を囲むドーム状に形成し、この封止層を囲むドーム状を為した型を用いて上記蛍光体シートを成型して、上記蛍光体シートで前記封止層を囲むようにして照明装置を作製した。
実施例2−2で得られた蛍光体粉末(赤色蛍光体)と、Ceイオンを賦活したガーネット系黄色蛍光体(組成式Y3Al5O12:Ce)とを1:3の質量割合で混合して蛍光体組成物を調製し、ポリエーテルサルフォン(PES)に10wt%の質量割合で前記蛍光体組成物を加えて蛍光体含有樹脂組成物を調製した。
図12に示すように、透明な樹脂組成物からなるシート体の裏面側に、間隔をおいて複数の凹溝部を設けておき、各凹溝部内に、前記蛍光体含有樹脂組成物を充填して蛍光体層を形成してなる構成を備えた蛍光体成形体を形成した。
そして図12に示すように、当該蛍光体成形体の裏面側(視認側の反対側)に、各蛍光体層の裏面側にLEDなどの光源を配置するようにして照明装置を作製した。
Claims (15)
- 組成式:Ca1-xSrxS・yZnO(式中、0≦x<1、0<y≦0.5)で示される結晶母材と、発光中心とを含有し、且つ、SiO 2 含有の非晶質酸化物を含有する層を備えた蛍光体であって、前記結晶母材は、CaZnOS相構造を有する物質を含有することを特徴とする蛍光体。
- 前記のCaZnOS相構造を有する物質は、Ca 1-x Sr x S(式中、0≦x<1)で示される化合物からなる粒子の表面若しくは表面近傍に、CaZnOS相構造を有する物質を含有する粒子として存在するか、或いは、CaZnOS相構造を有する物質を含有する層として存在することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
- Ca 1-x Sr x S(式中、0≦x<1)で示される化合物からなる粒子と、CaZnOS相構造を有する物質を含有する粒子とが混在して凝集粒子を形成していることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。
- 前記結晶母材は、ZnS相構造を有する物質を含有することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の蛍光体。
- ZnS相構造を有する物質は、ZnS相構造を有する物質を含有する粒子として存在するか、又は、ZnS相構造を有する物質を含有する層として存在することを特徴とする請求項3に記載の蛍光体。
- 発光中心としてEuを含有する請求項1〜5の何れかに記載の蛍光体。
- SiO2含有の非晶質酸化物を含有する層がB2O3を含むことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の蛍光体。
- SiO 2 含有の非晶質酸化物を含有する層が、Ca、Sr、Ba及びMgからなる群から選択される1種又は2種以上を含有するフッ化化合物を含有する請求項1〜7の何れかに記載の蛍光体。
- 有機系カップリング剤で表面を処理してなる請求項1〜8の何れかに記載の蛍光体。
- 請求項1〜9の何れかに記載の蛍光体と透明な樹脂とを含有し、シート状を呈する蛍光体シート。
- 請求項1〜9の何れかに記載の蛍光体を含有する蛍光体層が、透明な樹脂組成物或いはガラス組成物からなる封止層内に配置されてなる構成を備えた請求項1〜9の何れかに記載の蛍光体を有する蛍光体層を備えた蛍光体成形体。
- 請求項1〜9の何れかに記載の蛍光体、請求項10に記載の蛍光体シート、又は、請求項11に記載の蛍光体成形体を、を波長変換材料として備えたLED発光素子。
- 請求項12に記載のLED発光素子が実装された光源装置。
- 太陽光のうち少なくとも紫外領域の光又は近紫外領域の光を含む光を受光し、可視光領域の光を発光する請求項1〜9の何れかに記載の蛍光体、請求項10に記載の蛍光体シート、又は、請求項11に記載の蛍光体成形体と、該蛍光体により発光された可視光領域の光を受光して電気信号に変換する太陽電池と、を備えた太陽光発電装置。
- 請求項1〜9の何れかに記載の蛍光体が、集光面や集熱パイプに塗布されてなる構成を備えた請求項14に記載の太陽光発電装置。
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