JP5591709B2 - 被覆された発光性物質の製造方法 - Google Patents
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Description
EP-1121 397
B1には、蛍光体のための本質的に透明な金属酸窒化物の被覆が開示され、ここで被覆は、CVD法によって蛍光体に施され、この方法により蛍光粒子を湿度から保護することを目的としている。
401 B2には、カプセル化エレクトロルミネッセンス蛍光体が記載され、各粒子は、実質的に透明で、コヒレーントな金属酸化物被覆によって完全にカプセル化された硫化亜鉛ベースの蛍光体を有する。ここでも、被覆は、CVD法によって行われ、コヒーレントな被覆のみが形成される。
CVD法は技術的におよび装置の観点から極めて複雑である:プロセスを通して極めて高純度の(不活性)ガス雰囲気を必要とし、ガス流は、被覆される材料に個々のガス流の均一な供給が行われるように設計されなければならない。
1.温度T1>150℃での空気中での焼成
2.温度T2>800℃、好ましくは800〜1750℃の間での還元雰囲気中での焼成
この前焼成(pre-calcined)された蛍光体粒子の目標画分を、実質的に透明な金属、遷移金属または半金属の酸化物(例えば酸化アルミニウムなど)で、対応する不揮発性の塩および/または有機金属化合物の水溶液または非水溶液を撹拌反応器に添加する湿式化学法によって被覆する。これは、好ましくは蛍光体粒子上に金属、遷移金属または半金属の酸化物の小さい島を堆積させることによって行う(図1参照)。
例えば、被覆材料として酸化アルミニウムの使用において、還元高温処理中、Al亜酸化物の形成によって、酸化アルミニウム粒子の表面上で場合によっては暗く呈色することがある。蒸気雰囲気中、600から800℃での粉末の処理によるAl2O3を得るためのAl亜酸化物の選択的酸化が、その後高温プロセス後に可能である。
本発明による蛍光体の粒径は、50nm〜30μmの間であり、好ましくは1μm〜20μmの間である。
本発明による金属、遷移金属または半金属の酸化物被覆の厚みは、10〜150nmの間である。金属、遷移金属または半金属の酸化物被覆の一次粒子の粒径は、5〜100nmの間である。
(Y,Gd,Lu,Sc,Sm,Tb,Th,Ir,Sb,Bi)3(Al,Ga)5O12:Ce(Pr有りまたは無し)、YSiO2N:Ce、Y2Si3O3N4:Ce、Gd2Si3O3N4:Ce、(Y,Gd,Tb,Lu)3Al5−xSixO12−xNx:Ce、BaMgAl10O17:Eu(Mn有りまたは無し)、SrAl2O4:Eu、Sr4Al14O25:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si2N2O2:Eu、SrSiAl2O3N2:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu、CaAlSiN3:Eu、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、バナジウム酸塩、第III族窒化物、酸化物、各場合において、これら単独、またはこれらと、1種もしくは2種以上の活性剤イオン、例えばCe、Eu、Mn、Cr、Tbおよび/またはBiなどとの混合物。
a.少なくとも2種の出発材料と少なくとも1種のドーパントとを湿式化学法によって混合することおよび温度T1>150℃での混合物の熱処理による、前焼成された蛍光体前駆体懸濁液の調製
b.高温での湿式化学法における、実質的に透明な金属、遷移金属または半金属の酸化物により、前焼成された蛍光体前駆体懸濁液の被覆および温度T2>800℃での後続する焼成
c.対応する金属または半金属の酸化物を得るための、温度T3<800℃での、任意で追加の亜酸化物の選択的酸化
により特徴付けられる、実質的に透明な金属、遷移金属または半金属の酸化物で被覆された蛍光体粒子の製造方法に関する。
・NH4HCO3溶液での共沈(例えばJander, Blasius
Lehrbuch der analyt. u. praep. anorg. Chem. [Textbook of Analyt. and Prep.
Inorg. Chem.] 2002を参照)
・クエン酸およびエチレングリコールの溶液を用いるPecchini法(例えばAnnual Review of Materials Research Vol. 36: 2006, 281-331を参照)
・尿素を用いる燃焼法
・水溶液または有機塩溶液(出発物質)の噴霧乾燥
・水溶液または有機塩溶液(出発物質)の噴霧熱分解
Pecchini法において、クエン酸およびエチレングリコールからなる沈殿試薬を、例えば上記対応する蛍光体出発物質の前述の硝酸塩溶液に、室温にて加え、混合物を続いて加熱する。粘性が上昇する結果、蛍光体前駆体が生成する。
噴霧熱分解は、エアゾール方法の1つであり、これは、種々の方法で加熱した反応空間(反応器)中に溶液、懸濁液または分散体を噴霧し、固体粒子を形成し、沈殿させることにより特徴づけられる。<200℃の高温ガス温度を用いる噴霧乾燥とは対照的に、高温プロセスとしてのスプレー熱分解において、溶媒の蒸発に加えて、用いる出発物質(たとえば塩類)の熱分解および物質(例えば酸化物、混合酸化物)の再生成がさらに発生する。
前述の5つの方法の変法は、WO
2007/004488(Merck)中に詳細に記載されており、これを、参照によりこの全範囲において本出願の文脈中に包含する。
1)構成成分を均一に沈殿させ、次に溶媒を分離し、続いて単一段階の、または多段階の熱後処理を施し、ここでこれらの段階の1つを還元雰囲気中で行ってもよい、
2)例えば噴霧プロセスの補助により、混合物を微細に分割し、溶媒を除去し、続いて単一段階の、または多段階の熱後処理を施し、ここでこれらの段階の1つを還元雰囲気中で行ってもよい、あるいは、
3)例えば噴霧プロセスの補助により、混合物を微細に分割し、溶媒を熱分解との関連において除去し、続いて単一段階の、または多段階の熱後処理を施し、ここでこれらの段階の1つを還元雰囲気中で行ってもよい、
4)その後湿式化学法1〜3を用いて得られた蛍光体を被覆する。
前述の熱後処理において、焼成を、還元条件下(例えば一酸化炭素、フォーミングガス、純粋な水素または少なくとも真空であるかもしくは酸素欠乏雰囲気を用いる)で少なくとも部分的に行うのが、好ましい。
一般的に、固体拡散方法によって本発明の蛍光体を調製することも可能であるが、これは、すでに述べた欠点を生じる。
加えて、本発明の蛍光体を、約250nm〜560nm、好ましくは430nm〜約500nmに及ぶ広範囲にわたり、励起させることができる。したがって、これらの蛍光体は、UVまたはLEDなどの青色発光一次光源、または従来の放電ランプ(例えばHgをベースとする)による励起に適している。
本発明による照明ユニットの他の好ましい態様において、光源は、ZnO、TCO(透明伝導性酸化物)、ZnSeまたはSiCをベースとするルミネッセンス配置または有機発光層(OLED)をベースとする配置である。
phosphor technology)」をも含む)。遠隔蛍光体技術の利点は、当業者に知られており、例えば以下の刊行物において明らかにされている: Japanese
Journ. of Appl. Phys. 第44巻、No. 21
(2005), L649-L651。
例1:アルミナ被覆YAG:Ceの調製
塩化アルミニウム六水和物410.423g(1.70mol)、塩化イットリウム六水和物300.140g(0.98mol)および塩化セリウム六水和物10.850g(0.03mol)を脱イオン水800mlに溶解する。この溶液を、新しく調製した脱イオン水2l中炭酸水素アンモニウム1075.2gの溶液に、撹拌しながら1.5時間にわたって滴加する。混合物をその後さらに30分間撹拌する。沈殿物をろ過し、120℃で乾燥する。その後、材料を空気雰囲気中、4時間にわたり1000℃で前焼成する。
addition)により、6.5に一定に保つ。計量添加が完了したところで、混合物をさらに1時間80℃で撹拌し、その後室温まで冷却し蛍光体をろ過し、水で洗浄し、乾燥する。最終的に乾燥した蛍光体を30分間750℃で焼成し、最後に50μふるいでふるいわける。
塩化アルミニウム六水和物410.423g(1.70mol)、塩化イットリウム六水和物300.140g(0.98mol)および塩化セリウム六水和物10.850g(0.03mol)を脱イオン水800mlに溶解する。この溶液を、新しく調製した脱イオン水2l中炭酸水素アンモニウム1075.2gの溶液に、撹拌しながら1.5時間にわたって滴加する。混合物をその後さらに30分間撹拌する。沈殿物をろ過し、120℃で乾燥する。その後、材料を空気雰囲気中、4時間にわたり1000℃で前焼成する。
rate)で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、30%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=3.5に一定に保つ。添加が完了したところで、被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄する。最終的に乾燥した蛍光体を750℃で30分間焼成し、20μmふるいでふりわける。
その後、生成物をさらなる処理、第2高温焼成ステップに移す。
塩化アルミニウム六水和物410.423g(1.70mol)、塩化イットリウム六水和物300.140g(0.98mol)および塩化セリウム六水和物10.850g(0.03mol)を脱イオン水800mlに溶解する。この溶液を、新しく調製した脱イオン水2l中炭酸水素アンモニウム1075.2gの溶液に、撹拌しながら1.5時間にわたって滴加する。混合物をその後さらに30分間撹拌する。沈殿物をろ過し、120℃で乾燥する。その後、材料を空気雰囲気中、4時間にわたり1000℃で前焼成する。
塩化アルミニウム六水和物410.423g(1.70mol)、塩化イットリウム六水和物300.140g(0.98mol)および塩化セリウム六水和物10.850g(0.03mol)を脱イオン水800mlに溶解する。この溶液を、新しく調製した脱イオン水2l中炭酸水素アンモニウム1075.2gの溶液に、撹拌しながら1.5時間にわたって滴加する。混合物をその後さらに30分間撹拌する。沈殿物をろ過し、120℃で乾燥する。その後、材料を空気雰囲気中、4時間にわたり1000℃で前焼成する。
その後、生成物をさらなる処理、すなわち20%H2雰囲気中1700℃での高温焼成に移す。
(Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu50gを加熱マントルを備えたガラス反応器中の脱イオン水950gに懸濁する。溶液kgあたりAlCl3 *6H2O98.7gを含む水溶液600gを、撹拌しながら80℃で2.5時間にわたって懸濁液に計量して加える。この添加の間、pHを水酸化ナトリウム溶液の計量添加により、6.5に一定に保つ。計量添加が完了したところで、混合物をさらに1時間80℃で撹拌し、その後室温まで冷却し蛍光体をろ過し、水で洗浄し、乾燥する。最終的に乾燥した蛍光体を30分間750℃で焼成し、最後に50μふるいでふるいわける。
(Ca,Sr,Ba)Si2N550gを加熱マントルを備えたガラス反応器中の脱イオン水950gに懸濁する。溶液kgあたりAlCl3 *6H2O98.7gを含む水溶液600gを、撹拌しながら80℃で2.5時間にわたって懸濁液に計量して加える。この添加の間、pHを水酸化ナトリウム溶液の計量添加により、6.5に一定に保つ。計量添加が完了したところで、混合物をさらに1時間80℃で撹拌し、その後室温まで冷却し蛍光体をろ過し、水で洗浄し、乾燥する。最終的に乾燥した蛍光体を30分間750℃で焼成し、最後に50μふるいでふるいわける。
(Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu100gを、脱イオン水2lに懸濁させ、本懸濁液を1000rpmで撹拌する。続いて該懸濁液をサーモスタットにより75℃の温度にする。その後オキシ塩化ジルコニウム溶液(ZrOCl2溶液)10重量%を、2ml/分の添加速度で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、30%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=3.5に一定に保つ。添加が完了したところで、被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄する。最終的に乾燥した蛍光体を750℃で30分間焼成し、20μmふるいでふりわける。
(Ca,Sr,Ba)Si2N5:Eu100gを、脱イオン水2lに懸濁させ、本懸濁液を1000rpmで撹拌する。続いて該懸濁液をサーモスタットにより75℃の温度にする。その後オキシ塩化ジルコニウム溶液(ZrOCl2溶液)10重量%を、2ml/分の添加速度で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、30%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=3.5に一定に保つ。添加が完了したところで、被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄する。最後に乾燥した蛍光体を750℃で30分間焼成し、20μmふるいでふりわける。
(Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu100gを、脱イオン水2lに懸濁させ、本懸濁液を1000rpmで撹拌する。続いて該懸濁液をサーモスタットにより75℃の温度にする。その後オキシ塩化チタン溶液(TiOCl2溶液)30重量%を、2ml/分の添加速度で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、30%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=2.2に一定に保つ。添加が完了したところで、懸濁液をpH=5.0に調整し、被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄する。最終的に乾燥した蛍光体を800℃で30分間焼成し、20μmふるいでふりわける。
(Ca,Sr,Ba)Si2N5:Eu100gを、脱イオン水2lに懸濁させ、本懸濁液を1000rpmで撹拌する。続いて該懸濁液をサーモスタットにより75℃の温度にする。その後オキシ塩化チタン溶液(TiOCl2溶液)30重量%を、2ml/分の添加速度で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、30%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=2.2に一定に保つ。添加が完了したところで、懸濁液をpH=5.0に調整し、被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄する。最終的に乾燥した蛍光体を800℃で30分間焼成し、20μmふるいでふりわける。
(Ca,Sr,Ba)SiN5:Eu100gを、脱イオン水2lに懸濁させ、本懸濁液を1000rpmで撹拌する。続いて該懸濁液をサーモスタットにより75℃の温度にする。その後塩化亜鉛溶液(ZnCl2溶液)−脱イオン水400gに、塩化亜鉛22.7gを塩化アルミニウム六水和物1.0gと共に溶解したもの−を、5ml/分の添加速度で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、15%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=8.0に一定に保つ。添加が完了したところで、10%HCl溶液の添加によって、懸濁液をpH=5に調整する。その後被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄し、続いて乾燥する。その後、材料を500℃で焼成し、20μmふるいでふりわける。
(Ca,Sr,Ba)Si2N5:Eu100gを、脱イオン水2lに懸濁させ、本懸濁液を1000rpmで撹拌する。続いて該懸濁液をサーモスタットにより75℃の温度にする。その後塩化亜鉛溶液(ZnCl2溶液)−脱イオン水400gに、塩化亜鉛22.7gを塩化アルミニウム六水和物1.0gと共に溶解したもの−を、5ml/分の添加速度で、最初に導入した懸濁液に計量して加える。この操作の間、懸濁液のpHを、15%水酸化ナトリウム溶液による逆滴定によって、pH=8.0に一定に保つ。添加が完了したところで、10%HCl溶液の添加によって、懸濁液をpH=5に調整する。その後被覆された蛍光体をろ過し、塩がなくなるまで脱イオン水で洗浄し、続いて乾燥する。その後、材料を500℃で焼成し、20μmふるいでふりわける。
(Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu50gを、すりガラス蓋、加熱マントルおよび環流冷却器を備えた2l反応器中のエタノール1リットルに懸濁する。水170g中、アンモニア水17g(25重量%のNH3)の溶液を添加する。無水エタノール48g中のテトラエチルオルトシリケート(TEOS)48gの溶液を、65℃で撹拌しながらゆっくりと滴加する(約1ml/分)。添加が完了したところで、懸濁液をさらに2時間撹拌し、室温にし、ろ過する。残渣をエタノールで洗浄し、乾燥し、続いて焼成し、ふるい分ける。
(Ca,Sr,Ba)Si2N5:Eu50gを、すりガラス蓋、加熱マントルおよび環流冷却器を備えた2l反応器中のエタノール1リットルに懸濁する。水170g中、アンモニア水17g(25重量%のNH3)の溶液を添加する。無水エタノール48g中のテトラエチルオルトシリケート(TEOS)48gの溶液を、65℃で撹拌しながらゆっくりと滴加する(約1ml/分)。添加が完了したところで、懸濁液をさらに2時間撹拌し、室温にし、ろ過する。残渣をエタノールで洗浄し、乾燥し、続いて焼成し、ふるい分ける。
Claims (12)
- (Y,Gd,Lu,Sc,Sm,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce(Pr有りまたは無し)、(Y,Gd,Tb,Lu)3Al5−xSixO12−xNx:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si2N2O2:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、および(Ca,Sr,Ba)SiN2:Euからなる群から選択される少なくとも1種の発光化合物からなる発光粒子(各場合において、これら単独、またはこれらとCe、Eu、Mn、Cr、TbおよびBiからなる群から選択される1種もしくは2種以上の活性剤イオンとの混合物)と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ケイ素またはそれらの組み合わせからなる群から選択される被覆とを含む被覆された蛍光体粒子であって、
前記発光粒子と、塩化アルミニウム、オキシ塩化ジルコニウム、塩化亜鉛、オキシ塩化チタン、テトラエチルオルトシリケートまたはこれらの組み合わせを含む溶液とを、湿式化学法によって混合することおよびその後焼成すること、
を含む方法によって得ることができ、
被覆された蛍光体粒子の表面がポーラスである、前記被覆された蛍光体粒子。 - 被覆が実質的に透明であることを特徴とする、請求項1に記載の被覆された蛍光体粒子。
- 以下のステップ:
高温での湿式化学法における、塩化アルミニウム、オキシ塩化ジルコニウム、塩化亜鉛、オキシ塩化チタン、テトラエチルオルトシリケートまたはこれらの組み合わせを含む溶液の添加による、発光粒子の酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ケイ素またはそれらの組み合わせでの被覆および温度T2>800℃での後続する焼成、
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ケイ素またはそれらの組み合わせを得るための、温度T3<800℃での、任意で追加の亜酸化物の選択的酸化、
により特徴付けられる、(Y,Gd,Lu,Sc,Sm,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce(Pr有りまたは無し)、(Y,Gd,Tb,Lu)3Al5−xSixO12−xNx:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si2N2O2:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、および(Ca,Sr,Ba)SiN2:Euからなる群から選択される少なくとも1種の発光化合物からなる発光粒子(各場合において、これら単独、またはこれらとCe、Eu、Mn、Cr、TbおよびBiからなる群から選択される1種もしくは2種以上の活性剤イオンとの混合物)と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ケイ素またはそれらの組み合わせからなる群から選択される被覆とを含む被覆された蛍光体粒子であって、被覆された蛍光体粒子の表面がポーラスである、該被覆された蛍光体粒子の製造方法。 - 酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ケイ素またはそれらの組み合わせが、ナノ粒子であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- ナノ粒子が、酸化アルミニウムのナノ粒子であることを特徴とする、請求項3または4に記載の方法。
- 発光極大が380nm〜530nmの範囲内にある少なくとも1つの一次光源を有し、ここでこの放射が、請求項1または2に記載の被覆蛍光体粒子によって、より長い波長の放射へと部分的にまたは完全に変換される、照明ユニット。
- 光源が、式IniGajAlkNで表され、式中0≦i、0≦j、0≦k、およびi+j+k=1であるルミネッセンス性の窒化インジウムアルミニウムガリウムであることを特徴とする、請求項6に記載の照明ユニット。
- 光源が、ZnO、TCO(透明伝導性酸化物)、ZnSeまたはSiCをベースとするルミネッセンス化合物であることを特徴とする、請求項6に記載の照明ユニット。
- 光源が、有機発光層をベースとする材料であることを特徴とする、請求項6に記載の照明ユニット。
- 光源が、エレクトロルミネッセンスおよび/またはフォトルミネッセンスを示す光源であることを特徴とする、請求項6に記載の照明ユニット。
- 光源が、プラズマまたは放電源であることを特徴とする、請求項6に記載の照明ユニット。
- 発光ダイオードからの青色または近UV発光を部分的に、または完全に変換するための請求項1または2に記載の被覆された蛍光体粒子の使用。
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