説明

二価金属元素を含有するアルミン酸塩蛍光体、その製造方法、及び該蛍光体を組み込んだ発光デバイス

本発明は、紫外光、紫光又は青光LEDにより励起することができる蛍光体、その製造方法、及び発光デバイスに関する。該蛍光体の一般式は、Lna Mb(O,F)12:(R3+,M'2+)x、ここで、LnはSc、Y、La、Pr、Nd、Gd、Ho、Yb及びSmからなる群から選択される少なくとも1種、2.6≦a≦3.4、MはB、AlとGaからなる群から選択される少なくとも1つの元素、4.5≦b≦5.5、RはCe及びTbからなる群から選択される少なくとも1つの金属原子、M'はCa、Sr、Ba、Mn及びZnからなる群から選択される少なくとも1つの金属原子、0.001≦x≦0.4。当該蛍光体の製造方法は:一般式に従って原料を秤量する。溶剤を加える。材料を、混合、破砕して均一な混合料を形成してから、還元雰囲気において高温焼成を行う。後処理後、蛍光体を得る。当該蛍光体は、励起波長範囲が広く、高効率で、均一、安定である。製造方法は、簡単で汚染が無く、コストが低い。この蛍光体を紫外光、紫光又は青光発光デバイスに組み込んで、発光デバイスを得ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、紫外光、紫光又は青光により励起されるアルミン酸塩蛍光体、その製造方法、及び該蛍光体を組み込んだ発光デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
固体光源(LED、発光ダイオード)は長年ずっと注目されてきている。LEDは様々な利点を有し、例えば体積が小さく、エネルギー消費量が少なく、寿命が長く、応答が速く、環境に優しく、かつ、信頼性が高いので、装飾灯、表示灯等の、部品として広く使用されている。近来の発展に従い、LEDは一般照明分野に応用することもできる。
【0003】
現在のLED技術に関し、パッケージング青光LEDと蛍光体を用いて白光LEDを製造することが推薦されている。米国特許5998925(特許文献1)においては、日亜(Nichia)が(RE1-rSmr)3(Al1-s,Gas)5O12黄色蛍光体とGaInN青光LEDを組み合わせて白光LEDを得ている。その後、オスラム(Osram)は米国特許6669866(特許文献2)において、LEDに用いられる(Tb1-x-yRExCey)3(Al,Ga)5O12蛍光体を開発している。2002年、General Research Institute for Nonferrous Metals and Grirem Advanced Materials Co., Ltdは中国特許1482208(特許文献3)において、共通活性化作用方式を用いて発光強度を向上させること(一般式:R(3-x-y)M5O12:CexR'y)を発表している。ジェネラルエレクトリックカンパニー(General Electric Company)は米国特許6409938(特許文献4)において、アルミン酸塩蛍光体の量子効率と発光強度は目標との差が大きいので、O2-を部分的にF-に置き換えることにより、量子効率と発光強度を改善できると考えた。
【0004】
しかしながら、我々の研究結果は、二価金属元素を用いて量子発生率と発光強度を改善できることを示す。二価金属元素は蛍光体におけるAl3+又はY3+と部分的に置き換わり、O2-に置き換わったF- が形成する帯電中心に対して電荷補償を行い、光転換効率を促進し蛍光体の安定性を改善することができる。
【0005】
本発明において、発明者は、二価金属元素及びフッ素と一緒に塗ることによるアルミン酸塩蛍光体を提示する。当該蛍光体は広い励起波長範囲があり、紫外光、紫光又は青光により励起され、高い発光効率と良好な安定性がある。一方、当該蛍光体を取り込んだ発光デバイスにも関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許5998925
【特許文献2】米国特許6669866
【特許文献3】中国特許1482208
【特許文献4】米国特許6409938
【発明の概要】
【0007】
本発明の目的は、紫外光、紫光又は青光により励起することができる、優れた発光性能と安定性とを有する蛍光体を提供することである。
本発明の別の目的は、前述蛍光体が取り込まれた発光デバイスを提供することである。
本発明において、蛍光体は一般式 LnaMb(O,F)12:(R3+,M'2+)xで表される。
式中、LnはSc、Y、La、Pr、Nd、Gd、Ho、Yb、及びSm からなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、2.6≦a≦3.4であり;
MはB、Al及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、4.5≦b≦5.5であり;
RはCeとTbからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子であり;
M'はCa、Sr、Ba、MnとZnからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、0.001≦x≦0.4である。
【0008】
本発明の当該蛍光体を作るために下記工程が必要である:
1、一般式 LnaMb(O,F)12:(R3+,M'2+)x
式中、LnはSc、Y、La、Pr、Nd、Gd、Ho、Yb及びSm からなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、2.6≦a≦3.4であり、MはB、AlとGaからなる群から選択される少なくとも1種の原子、4.5≦b≦5.5であり、RはCeとTbからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子であり、M'はCa、Sr、Ba、MnとZnからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、0.001≦x≦0.4である、
に従い、Ln、M、R、M' の単体又は化合物(I)及びフッ化物(II)を原料として、適当な化学量論比で原料を秤量し、前述原料に溶剤(III)を添加して、混合、一緒に破砕して、均一な混合物(IV)を形成する;
2、前記混合物(IV)を還元雰囲気下、高温で焼成する;
3、後処理を行い、本発明の蛍光体を得る。
【0009】
工程1によれば、Ln、M、R及びM'の化合物(I)は、Ln、M、R 及びM'の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩及び有機酸塩の群から選択され、フッ化物(II)はLn、M、R、M'、およびアンモニウムのフッ素化物から選択される少なくとも1つの化合物である。溶剤(III)はアルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、H3BO3、ハロゲン化アンモニウム、及び、Ln、M、R、M'の化合物の群から選択される少なくとも1種の化合物である。
【0010】
工程1によれば、溶剤の含有量は混合物(IV)の0.01〜20質量%である。
工程1によれば、出発原料はアルコール、アセトン又は水において混合、破砕し得る。
工程2によれば、焼成は1回、2回又はそれ以上行うことができる。
工程2によれば、焼成温度は500〜1600℃の範囲である。
工程2によれば、それぞれの焼成時間は0.5〜30時間であるべきである。
工程3によれば、後処理は破砕、気流粉碎、洗浄、乾燥と等級付け等を含む。
工程3によれば、後処理における洗浄は、酸溶液、アルカリ溶液又は水で行うことができる。
工程3によれば、後処置における等級付けプロセスはふるい分け法、水力分類と気流等級付けからの少なくとも1種を選択できる。
【0011】
本発明の蛍光体の合成方法は非常に簡単であり、汚染が無く、コスト低いことが容易にわかる。この蛍光体は、紫外光、紫光又は青光により励起され、500−600nmにピークがあり半値全幅(FWHM)が30nmを超えるブロードバンド可視光を発光する。即ち、本発明の蛍光体は、紫外光、紫光又は青光LEDで条件を満たすことができる。本発明の蛍光体は、直接に又は他の蛍光体と一緒に、LEDに取り込まれて白光又は着色光発光デバイスを作ることができる。
本発明において、1種の発光デバイスは、本発明の蛍光体と少なくとも1種のLED、例えば紫外光、又は紫光、又は青光LED、を組み合わせて作ることができる。当該蛍光体は化学式Lna Mb(O,F)12:(R3+,M'2+)xで表すことができ、
ここで、LnはSc、Y、La、Pr、Nd、Gd、Ho、YbとSmからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、2.6≦a≦3.4であり;
MはB、AlとGaからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、4.5≦b≦5.5であり;
RはCeとTbからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子であり;
M'はCa、Sr、Ba、MnとZnからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、0.001≦x≦0.4である。
【0012】
特に、前記発光デバイスに、他の蛍光体を導入することができる。
本発明の特徴は:
1、本発明の蛍光体は新規の組成を有し、高い発光効率と安定性とを有する。
2、当該蛍光体の製造方法、当該方法は簡単で汚染が無く、コストが低い。
3、当該蛍光体を用いて得られる新しい発光は、寿命が長く、発光効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】図1は実施例1のサンプルの励起スペクトルを示す;
【図2】図2は実施例1及び2並びに比較例のサンプルの発光スペクトルを示す。
【実施例】
【0014】
実施例1
適当な化学量論比に従い、原料、Y2O3(4N)、BaCO3(4N)、Al2O3(4N)、CeO2(4N)とNH4F(AR)を秤量する。その内、NH4F(AR)は反応物及び溶剤として機能する。これらの原料を、混合、破砕し、1450℃の還元雰囲気において3時間で焼成する。その後、順次に破砕、洗浄、乾燥及び篩い分けを行って、蛍光体Y2.75Al5O11.8F0.2:(Ce0.05、Ba0.2)を得て、即ち本発明の蛍光体を得ることができる。その励起スペクトルと発光スペクトルを図1に示す。図から、当該蛍光体は紫外光、紫光又は青光により励起され、541nmの黄光を発光できることが見てとれる。
【0015】
比較例1
適当な化学量論比に従い、Y2O3(4N)、Al2O3(4N)、CeO2(4N)とAlF3(4N)を秤量する。その内、AlF3(4N)は反応物及び溶剤として機能する。これらの原料を、混合、破砕し、1450℃の還元雰囲気において3時間で焼成する。その後、順次に破砕、洗浄、乾燥及びふるい分けを行って、蛍光体Y2.95Al5O11.8F0.2: Ce0.05を得る。
【0016】
比較例2
適当な化学量論比に従い、原料、Y2O3(4N)、Al2O3(4N)、CeO2(4N)とYF3(4N)を秤量する。その内、YF3(4N)は反応物及び溶剤として機能する。これらの原料を、混合、破砕し、1450℃の還元雰囲気において3時間で焼成する。その後、順次に破砕、洗浄、乾燥及びふるい分けを行って、蛍光体Y2.95Al5O11.8F0.2:Ce0.05を得る。
【0017】
比較例3
適当な化学量論比に従い、Y2O3(4N)、Al2O3(4N)、CeO2(4N)とH3BO3(AR)を秤量する。その内、H3BO3(AR)は溶剤として機能する。これらの原料を、混合、破砕し、1450℃の還元雰囲気において3時間で焼成する。その後、順次に破砕、洗浄、乾燥及びふるい分けを行って、蛍光体Y2.95Al5O12:Ce0.05を得る。
前述実施例の蛍光体の、発光メインピーク波長及び相対発光強度を表1に示す。二価金属元素が蛍光体の発光強度を大幅に向上させていることがわかる。
【0018】
【表1】

【0019】
実施例2―実施例11
表2に示した対応する化学式に従ってサンプルを合成する。これらの実施例では、基材、活性剤、及び溶剤を変える。合成方法は実施例1と同じ。これらの実施例の蛍光体の、発光メインピーク波長及び相対発光強度は表2に示す通りである。
【0020】
【表2】

【0021】
発光デバイスの実施例。
白光発光デバイスは、実施例1の蛍光体をGaInN青光LEDに入れることによって得られる。先ず、蛍光体粉末を樹脂に分散して、それからGaInNのLEDチップに塗付する。回路を溶接して、パッケージングを行ったあと、白光発光デバイスを得る。
【産業上の利用可能性】
【0022】
本発明により、容易に製造され、発光デバイスにおいて高い発光強度を示す蛍光体、及び、該蛍光体を用いる発光デバイスが提供される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式:Lna Mb(O,F)12:(R3+,M'2+)xで表される発光中心を有する基材を含み、
式中、Lnは、Sc、Y、La、Pr、Nd、Gd、Ho、Yb及びSmからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、かつ2.6≦a≦3.4であり;
MはB、Al及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、かつ4.5≦b≦5.5であり;
RはCe及びTbからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子であり;
M'はCa、Sr、Ba、Mn及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の金属原子、かつ0.001≦x≦0.4である蛍光体。
【請求項2】
次の工程を含む請求項1に記載の蛍光体の製造方法:
(1)請求項1の蛍光体の一般式に従い、Ln、M、R、M'の単体又は化合物(I)及びフッ化物(II)を原料として、適当な化学量論比に従い原料を秤量し、前記原料に溶剤(III)を加え、前記原料を一緒に混合、破砕して、混合物(IV)を形成する;
(2)混合物(IV)を還元雰囲気において高温焼成する;
(3)後処理を行い、本発明の蛍光体を得る。
【請求項3】
Ln、M、RとM'の前記化合物(I)が、Ln、M、RとM'の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩及び有機塩の群から選択され;フッ化物(II)はLn、M、R、M'のフッ素化物及びアンモニウムから選択される少なくとも1つの化合物であり;溶剤(III)は、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、H3BO3、アンモニウムハライド、及びLn、M、R、M'の化合物から選択される少なくとも1つの化合物である請求項2に記載の方法。
【請求項4】
溶剤の量が、混合物(IV)の0.01〜20質量%である請求項2に記載の方法。
【請求項5】
還元雰囲気での焼成を1回、2回以上行うことができる請求項2に記載の方法。
【請求項6】
焼成の温度が500〜1600℃の範囲である請求項2に記載の方法。
【請求項7】
焼成がそれぞれ0.5〜30時間継続される請求項2に記載の方法。
【請求項8】
後処理が破砕、気流粉碎、洗浄、乾燥、及び等級付けを含む請求項2に記載の方法。
【請求項9】
後処理における洗浄工程は酸液、アルカリ液又は水を用いて行うことができる請求項8に記載の方法。
【請求項10】
後処理における等級付け工程は沈降法、選り分け法、水力分類又は気流等級付けからなる群からの少なくとも1種を選択できる請求項8に記載の方法。
【請求項11】
請求項1の蛍光体と紫外光から可視光までの範囲の光を発光することができる半導体発光素子とを含む発光デバイス。
【請求項12】
少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含む請求項11に記載の発光デバイス。
【請求項13】
光源として請求項11の発光デバイスを用いるディスプレー。
【請求項14】
光源として請求項11の発光デバイスを用いる照明装置。

【図1】
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【図2】
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【公表番号】特表2010−509414(P2010−509414A)
【公表日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−535549(P2009−535549)
【出願日】平成19年11月13日(2007.11.13)
【国際出願番号】PCT/CN2007/003205
【国際公開番号】WO2008/058462
【国際公開日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【出願人】(509125774)ジェネラル リサーチ インスティテュート フォア ノンフェラス メタルス ベイジン (1)
【出願人】(509009706)グリレム アドヴァンスド マテリアルズ カンパニー,リミテッド (2)
【Fターム(参考)】