JP7244277B2 - 光源用蛍光体材料および同材料を流動化させるための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光源用蛍光体材料および同材料を流動化させるための方法に関する。
一部の光源は、その光源に配設された、またはその光源の近くに配設された蛍光体本体を含んでいる。これらの蛍光体本体、または蛍光体は、光源によって生成された光の少なくとも一部分を受ける。受けた光によって、蛍光体が光を発する。例えば一部の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ＬＥＤによって生成された光を受けて光を発する赤色発光蛍光体を含んでいる。
蛍光体を作り出すために、ヘキサフルオロケイ酸カリウム（ＰＦＳ）ベースの材料を、シリコーンとブレンドすることができる。次いで、このブレンドされた混合物をＬＥＤ上に置き、硬化させて蛍光体が形成される。ＰＦＳベースの材料をシリコーンとブレンドする際に生じ得る１つの問題は、ＰＦＳベースの材料の凝集が大きい塊になることである。例えばＰＦＳベースの材料は粉末状であることがあり、これがシリコーンと混合される。ＰＦＳベースの粉末をシリコーンに混合している間に、粉末が凝集して大きい塊になることがある。ＰＦＳベースの粉末のこのような凝集は、静電力によって生じることがある。
これらの塊によって、蛍光体に、および蛍光体の形成に問題が生じる恐れがある。ＰＦＳベースの粉末の塊は、大きい塊の外側表面積だけが光を受けることができ、塊の内部は光を受けることができないので、光源からの光を受けるＰＦＳ材料の量を減らすことがある。その結果、ＰＦＳ材料を含む蛍光体から発する光を生成するためにＰＦＳ材料が受ける光の量は、（塊のない、またはＰＦＳ材料の凝集が少ない蛍光体に比べて）低減する。蛍光体を形成している間に、ＰＦＳとシリコーンのブレンド物は、比較的小さい開口部を有するノズルまたは他のデバイスを通して供給されてもよい。ブレンド物内のＰＦＳ材料の塊または他の凝集は、ノズルを通ってＬＥＤ上に出るブレンド物の流れを詰まらせ、または他の態様で妨害する恐れがあり、それにより蛍光体の形成が妨げられる。それに加えて、ＰＦＳベースの粉末の大きい塊は、（塊のない、または塊の小さい蛍光体に比べて）蛍光体の熱を放散する性能を低下させ、蛍光体の有用寿命期間を短くする恐れがある。
一実施形態では、方法は、ヘキサフルオロケイ酸カリウム（ＰＦＳ）ベースの粉末を得るステップと、流動化材料を得るステップと、ＰＦＳベースの混合物を形成するために、ＰＦＳベースの粉末を流動化材料と混合するステップとを含む。ＰＦＳベースの混合物は、光源上に置かれて光源上で蛍光体を形成するように構成された流動性蛍光体ブレンド物を形成するために、樹脂性材料と混合されるように構成される。
別の実施形態では、方法は、ヘキサフルオロケイ酸カリウム（ＰＦＳ）ベースの粉末を得るステップと、金属酸化物の流動化材料を得るステップと、ＰＦＳベースの混合物を形成するために、ＰＦＳベースの粉末を金属酸化物の流動化材料と混合するステップとを含む。ＰＦＳベースの混合物は、光源の蛍光体を形成するように構成された蛍光体ブレンド物を形成するために、樹脂性材料と混合されるように構成される。
一実施形態では、ヘキサフルオロケイ酸カリウム（ＰＦＳ）ベースの粉末、金属酸化物の流動化材料、および樹脂性材料から形成された蛍光体本体が提供される。
本明細書に記述される主題は、添付図面を参照しながら非限定的な実施形態の以下の記述を読むことによって、よりよく理解されよう。
図１は、蛍光体材料を流動化させるための方法１００、および任意選択で、流動化された蛍光体材料を使用して蛍光体を作り出すための方法の一実施形態のフローチャートを示している。１０２において、ＰＦＳベースの粉末が得られる。ＰＦＳベースの粉末は、四価マンガン（Ｍｎ４＋）をドープされたヘキサフルオロケイ酸カリウムとすることができる。あるいは、別のタイプの蛍光体材料が得られてもよい。ＰＦＳベースの材料のより大きい固体本体を崩壊させることによって、例えばより大きい固体本体を粉砕または破砕することなどによって、ＰＦＳベースの材料が得られるとき、ＰＦＳベースの材料は、粉末の形状であってもよい。一実施形態では、ＰＦＳベースの材料が、１０分の１ミリメートル以下である最大外側非円形寸法もしくは直径の平均値または中間値を有するとき、ＰＦＳベースの材料は、粉末の形状であってもよい。
１０４において、流動化材料が得られる。流動化材料は、一実施形態において酸化金属粉末を含む。例えば流動化材料は、酸化アルミニウムを含んでもよい。あるいは流動化材料は、別の金属酸化物粉末、またはシリカもしくはフュームドシリカなどの材料を含んでもよい。流動化材料の粒子が、１ミクロン未満である最大外側非円形寸法もしくは直径の平均値または中間値など、非常に小さいサイズを有するとき、流動化材料は、粉末の形状で提供されてもよい。
１０６において、ＰＦＳベースの混合物を形成するために、流動化材料がＰＦＳベースの粉末と混合される。図２は、一実施形態による、流動化されたＰＦＳベースの混合物２０４を形成するために、ＰＦＳベースの材料２００を流動化材料２０２と混合するステップを示している。ＰＦＳベースの材料２００に混合される流動化材料２０２の量は、比較的少量であってもよい。例えば、ＰＦＳベースの材料２００と混合される流動化材料２０２の総重量は、ＰＦＳベースの材料２００の重量の０．１％以下であってもよい。あるいは、ＰＦＳベースの材料２００と混合される流動化材料２０２の総重量は、ＰＦＳベースの材料２００の重量の０．０８％以下、０．０６％以下、０．０５％以下、０．０４％以下、０．０３％以下、または０．０２％以下であってもよい。
方法１００は、任意選択で、流動化されたＰＦＳベースの混合物２０４を、樹脂性材料と混合するステップを１０８において含む。図３は、一実施形態による、図２に示された流動化されたＰＦＳベースの混合物２０４を、樹脂性材料３００と混合するステップを示している。流動化された混合物２０４および樹脂性材料３００は組み合わされて、流動性蛍光体ブレンド物３０２が形成される。ブレンド物３０２は、ブレンド物３０２が硬化して固体本体になるまでは少なくとも部分的に流動体であることによって、流動することができる。一実施形態では、樹脂性材料３００は、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーンである。あるいは、別の硬化可能な樹脂性材料が使用されてもよい。
方法１００は、任意選択で、蛍光体ブレンド物を光源上に置くステップを１１０において含む。図４は、一実施形態による、蛍光体ブレンド物３０２を光源４００上に置くステップを示している。蛍光体ブレンド物３０２は、リザーバ４０２からノズル４０４を通って光源４００上にブレンド物３０２を注入することによって、半導体ベースの光源（例えばＬＥＤ）などの光源４００上に注入されてもよい。任意選択で、ブレンド物３０２は、ノズル４０４から噴射されてもよく、または他の態様で供給されてもよい。図４に示されるように、ブレンド物３０２は、少なくとも部分的に光源４００を封入してもよい。次いでブレンド物３０２は硬化されて、光源４００上で、またはそれを覆って固まってもよい。硬化されたブレンド物３０２は、光源４００によって生成された光を受けたことに応答して光を発する光源４００上の蛍光体または蛍光体本体を形成する。
ノズル４０４は、ブレンド物３０２がそこを通ってノズル４０４から出る比較的小さい出口またはオリフィスを有してもよい。出口は、７０ミクロン以下の直径を有してもよい。ＰＦＳベースの材料２００に流動化材料２０２を加えなければ、ブレンド物３０２内のＰＦＳベースの材料２００の粒子がノズル４０４の出口を詰まらせ、ノズル４０４からさらなるブレンド物３０２が供給されなくなる恐れがある。流動化材料２０２をＰＦＳベースの材料２００に加えることによって、この詰まりの発生が防止される。
比較的少量の流動化材料２０２であっても、流動化材料２０２をＰＦＳベースの材料２００に加えることによって、流動化されたＰＦＳベースの混合物２０４のゆるみ密度またはかさ密度を増大させることができる。図５は、ＰＦＳベースの混合物２０４におけるＰＦＳベースの材料２００のゆるみ密度５００、およびＰＦＳベースの混合物２０４の内部量子収率または量子効率（ＱＹ）５０２を、混合物２０４における流動化材料２０２の異なる重量パーセンテージについて示している。内部量子収率または効率は、ＰＦＳベースの混合物の試料によって吸収される光子の数に対する、その試料から出る光子の数の比を表すことができる。内部量子収率または効率は、Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓにより生産された積分球を有するＦＳ５分光蛍光計によって測定することができる。図５に示されている例では、ＰＦＳベースの材料２００は、四価マンガンをドープされたヘキサフルオロケイ酸カリウムであり、流動化材料２０２は、酸化アルミニウムである。
ゆるみ密度５００および量子収率５０２は、混合物２０４における酸化アルミニウムの異なる重量パーセンテージを表す水平方向軸５０４に沿って、ならびに、異なるゆるみ密度を表す第１の垂直方向軸５０６および異なる内部量子収率または効率を表す第２の垂直方向軸５０８に沿って、示されている。
図５に示されているように、比較的少量（例えば０．００５％の重量パーセンテージ）であっても、流動化材料２０２をＰＦＳベースの材料２００に加えることによって、ＰＦＳベースの材料２００のゆるみ密度５００が増大している。ＰＦＳベースの混合物２０４に加えられる流動化材料２０２の量が（例えば０．０３％から０．０７％の重量パーセンテージ量へ）増えると、ゆるみ密度５００は一定または実質的に一定になり、ＰＦＳベースの材料２００に流動化材料２０２が加えられていないゆるみ密度５００よりも約２０％高くなっている。この範囲にわたるＰＦＳベースの混合物２０４の量子効率５０２は、粉末の測定エラー範囲内で一定または実質的に一定である。
別段に定義されないかぎり、本明細書において使用される技術的または科学的な用語は、この開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書において使用されるとき、任意の順番、量、または重要性を示すものではなく、むしろ１つの要素を別の要素から区別するために使用される。また、「ａ」および「ａｎ」という用語は、数の限定を示すものではなく、むしろ参照された項目のうちの少なくとも１つが存在することを示すものである。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの変形形態の本明細書における使用は、それ以降に列挙された項目およびそれらの等価物とともに、追加的な項目も包含されるとが意図される。「連結された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」および「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、物理的または機械的な連結もしくは結合に制限されず、直接的であれ間接的であれ電気的または光学的な連結もしくは結合を含むことができる。
さらに当業者であれば、異なる実施形態からの様々な特徴が交換可能であることを認識するであろう。記述された様々な特徴、およびそれぞれの特徴に対する他の知られている等価物は、本開示の原理に従って追加的なシステムおよび技法を構築するために、当業者によって混合および適合されてもよい。
特許請求される装置の代替的な実施形態を記述する際に、わかりやすくするために特定の用語が使用される。しかし本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることは意図されていない。したがって、それぞれの特定の要素は、同様の機能を実現するために同様のやり方で動作するすべての技術的等価物を含むことが、理解されるべきである。
本明細書において記述および特許請求される様々な非限定的な実施形態は、別々に、組み合わされて、または選択的に組み合わされて、特定の用途のために使用されてもよい。
さらに、上述した非限定的な実施形態の様々な特徴の一部は、他の記述された特徴をそれに対応して使用することなく、有利に使用されてもよい。したがって上の記述は、本発明の原理、教示、および例示的な実施形態の単なる例証であり、それらを限定するものではないと考えられるべきである。
以下の請求項の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれたものではなく、したがってそのような請求項の限定が、明示的に「のための手段」という語句を使用し、その後にさらに構造を述べずに機能を述べている場合を除き、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることは意図されていない。
２００ ＰＦＳベースの材料
２０２ 流動化材料
２０４ ＰＦＳベースの混合物
３００ 樹脂性材料
３０２ 蛍光体ブレンド物
４００ 光源
４０２ リザーバ
４０４ ノズル
５００ ゆるみ密度
５０２ 量子効率
５０４ 水平方向軸
５０６ 第１の垂直方向軸
５０８ 第２の垂直方向軸
２０２ 流動化材料
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Claims (6)
- ヘキサフルオロケイ酸カリウムベースの粉末（２００）と、
金属酸化物の流動化材料（２０２）であって、金属酸化物の流動化材料の総重量が、ヘ キサフルオロケイ酸カリウムベースの粉末の重量の０．１％以下のものと、
樹脂性材料（３００）と
から形成される蛍光体本体であって、
前記蛍光体本体が、前記ヘキサフルオロケイ酸カリウムベースの粉末（２００）および前記樹脂性材料（３００）を含むが前記金属酸化物の流動化材料（２０２）は含まない蛍光体ブレンド物から形成された別の蛍光体本体に比べて、高いゆるみ密度および粉末の測定エラー範囲内で一定または実質的に一定の量子効率を有する、蛍光体本体。 - 前記ヘキサフルオロケイ酸カリウムベースの粉末（２００）が、マンガンをドープされたヘキサフルオロケイ酸カリウムを備える、請求項１記載の蛍光体本体。
- 前記マンガンが、Ｍｎ４＋を備える、請求項２記載の蛍光体本体。
- 前記金属酸化物の流動化材料（２０２）が、酸化アルミニウムを含む、請求項１記載の蛍光体本体。
- 前記金属酸化物の流動化材料（２０２）が、サブミクロンサイズの粒子として形成される、請求項１記載の蛍光体本体。
- 前記樹脂性材料（３００）が、シリコーンを含む、請求項１記載の蛍光体本体。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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