説明

緑色発光ガラス

紫外線LED用緑色発光ガラスおよびガラスの製造方法が開示される。該製造方法は、CaCO、Al、SiO、CeO、およびTbの原料をそれぞれ計量し、前記原料を均一に混合する工程と;前記原料を1500〜1700℃で0.5〜3時間融解した後に成形してガラスを形成する工程と;形成された前記ガラスを還元性雰囲気下650〜1050℃の温度で3〜20時間アニールする工程と;前記ガラスを室温へと冷却し、UV‐LED用緑色発光ガラスを得る工程と;を有する。本開示の製造方法により製造された紫外線LED用緑色発光ガラスは光度、均一性、および安定性が高いという利点を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は発光材料に関し、特に、紫外線LED用緑色発光ガラスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
LED照明装置は、小型性、耐振動性、省エネルギー性、高発光効率、広い適用範囲、無公害性などの利点を有する新種の発光要素となっており、様々な装置に加工することができ、変化しやすい環境においても使用される。特に第3世代の半導体材料として、GaNは、同じ輝度を有する通常の白熱体と比較して、電力消費量が10分の1しかなく、100,000時間を超える寿命が達成できる半導体光源として広く使用されている。このため、LED照明装置は、表示ライト、ディスプレイライト、装飾ライト、バックライトなどの光電子および照明工学分野や、従来の照明分野の一部で、広く使用されている。
【0003】
現在市販されている、白色光を発光する白色LED照明装置は主に、青色光が放射された場合に黄色光、緑色光、または、オレンジ色光を発光することのできる蛍光物質で被覆された青色LEDチップを用いている。このような黄色光、緑色光、または、オレンジ色光を発光する蛍光物質の発光効率は非常に高く、今や蛍光物質の製造方法はかなり成熟している。しかし、依然としてこれらのLED照明装置にはいくつかの弱点がある。第1に、封止用のエポキシ樹脂が分解しやすいため、これらの装置の寿命が短縮する。第2に、製造方法がかなり複雑でコストが非常に高い。第3に、当該LED照明装置の色度座標が不安定であり、発光される白色光がドリフトしやすい。
【0004】
したがって、その技術には改良の余地がある。
【発明の概要】
【0005】
本開示の一形態では、上記問題を解決するために、チップの封止に用いられる従来のエポキシ樹脂と直接代替でき、光度が高く、均一で、低コストな、紫外線(以下UVという)LED用緑色発光ガラスを得ることを目的とする。
【0006】
一実施形態において、化学式:aCaO・bAl・cSiO・xCeO・yTb(式中、a、b、c、x、およびyはそれぞれ、20〜55モル部、15〜35モル部、20〜60モル部、0〜5モル部、0.01〜20モル部である)を有するUV‐LED用緑色発光ガラスが提供される。
【0007】
好ましい実施形態において、上記a、b、c、x、およびyはそれぞれ、25〜50モル部、15〜30モル部、25〜50モル部、0.01〜2モル部、0.1〜10モル部である。
【0008】
本開示の別の形態では、工程が少なく、反応条件の制御が容易であり、操作が簡便でり、かつ、コストが低い点で有利なUV−LED用緑色発光ガラスの製造方法を得ることを目的とする。
【0009】
UV−LED用緑色発光ガラスの製造方法は、CaCO、Al、SiO、CeO、およびTbの原料をそれぞれ計量し、前記原料を均一に混合する工程と;前記原料を1500〜1700℃で0.5〜3時間溶融した後に成形してガラスを形成する工程と;前記ガラスを還元性雰囲気下650〜1050℃の温度で3〜20時間アニールする工程と;前記ガラスを室温へと冷却し、UV−LED用緑色発光ガラスを得る工程と;を有する。
【0010】
好ましい実施形態において、当該方法は、さらに、混合された前記原料をコランダムるつぼまたは白金るつぼに移す工程と;前記コランダムるつぼまたは白金るつぼを高温炉中に配置し、前記原料を1550〜1650℃で1〜2時間溶融する工程と;溶融した前記原料を鋳鉄金型中に移し、前記ガラスを形成する工程と;形成した前記ガラスをアニール炉中に移した後に還元性雰囲気下750〜950℃の温度で4〜12時間アニールする工程と;室温へと冷却し前記UV−LED用緑色発光ガラスを得る工程と;を有する。
【0011】
好ましい実施形態において、計量の際、CaCO、Al、SiO、CeO、およびTbの原料は、化学式:aCaO・bAl・cSiO・xCeO・yTb(式中、a、b、c、x、およびyはそれぞれ、20〜55モル部、15〜35モル部、20〜60モル部、0〜5モル部、0.01〜20モル部である)と一致する必要がある。
【0012】
好ましい実施形態において、上記a、b、c、x、およびyはそれぞれ、25〜50モル部、15〜30モル部、25〜50モル部、0.01〜2モル部、0.1〜10モル部である。
【0013】
好ましい実施形態において、前記原料の純度は少なくとも分析用試薬(以下ARという)の純度である。
【0014】
好ましい実施形態において、前記還元性雰囲気は、H、CO、またはHおよびNの混合物である。
【0015】
好ましい実施形態において、前記還元性雰囲気は反応系における炭素含有雰囲気であってもよい。
【0016】
こうして、Ce4+やTb3+のような希土類イオンを従来のケイ酸塩ガラスの原料に添加することにより、高い発光特性を有する新規なUV−LED用緑色発光ガラスが得られる。UVが放射された場合に、緑色発光ガラスは、365nmをUVピークとする広範な励起帯を有する極めて均一で強力な緑色光を発光することができる。従来の粉末材料に比べて、緑色発光ガラスは、青色光または紫色光が放射される間、下記の利点を有する。第1に、極めて優れた光透過特性を有する。第2に、化学的安定性および熱安定性が良好である。第3に、従来のエポキシ樹脂の代わりに用いることができ、LEDチップを直接封止するために用いることができる。これらの利点を有する上記発光ガラスはLED照明分野で発光誘電材料として適用するのに最適である。
【0017】
本開示による緑色発光ガラスの製造方法は簡便かつ低コストである。緑色発光ガラスは大型で様々な形状の物品へと簡便に加工することができる。本方法は、ガラス中の発光活性粒子の光度が低いといった問題の一部も解決する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】図1は、例2および例5に係る発光ガラスの励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す比較図である。
【図2】図2は、370nmUVが放射された例2に係る緑色発光ガラスの発光スペクトルを示す図面である。
【図3】図3は、370nmUVが放射された例3に係る緑色発光ガラスの発光スペクトルを示す図面である。
【図4】図4は、362nmUVが放射された例4に係る緑色発光ガラスの発光スペクトルを示す図面である。
【図5】図5は、368nmUVが放射された例5に係る緑色発光ガラスの発光スペクトルを示す図面である。
【図6】図6は、327nmUVが放射された例7に係る緑色発光ガラスの発光スペクトルを示す図面である。上述したこれらの発光スペクトルは、株式会社島津製作所製RF−5301蛍光分光計を用いて測定される。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本開示を例示するが、添付の図面の形態に限定されるわけではない。この際、添付図面において、類似の参照記号は類似の要素を示す。本開示において、「ある(an)または1つの(one)」実施形態への参照は必ずしも同一の実施形態に対してされるわけではなく、かような参照は少なくとも1つを意味することに留意すべきである。
【0020】
[例1]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は55CaO・20Al・25SiO・0.01Tbである。
【0021】
16.6gのCaCO(AR)、6.15gのAl(AR)、4.53gのSiO(AR)、および0.01gのTb(AR)をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物を白金るつぼに投入し、高温炉中1700℃で1時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを還元雰囲気(95体積%のNおよび5体積%のH)下のアニール炉中に配置し、650℃で20時間加熱し、透明ガラスを室温に冷却した後に、化学式:55CaO・20Al・25SiO・0.01Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0022】
[例2]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は48CaO・17Al・25SiO・10Tbである。
【0023】
10.02gのCaCO(AR)、3.61gのAl(AR)、3.13gのSiO(AR)、および7.79gのTb(AR)をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1650℃で30分間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを還元雰囲気(95体積%のNおよび5体積%のH)下のアニール炉中に配置し、950℃で3時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:48CaO・17Al・25SiO・10Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0024】
図2に示すように、緑色発光ガラスは370nmをピークとするUV光が放射された場合に、544nmにピークをもつ強力な緑色光の発光を有する。
【0025】
[例3]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は50CaO・20Al・28SiO・0.5CeO・1.0Tbである。
【0026】
14.34gのCaCO(AR)、5.84gのAl(AR)、4.82gのSiO(AR)、0.24gのCeO(AR)、および1.07gのTb(AR) をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1650℃で1時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを還元雰囲気(95体積%のNおよび5体積%のH)下のアニール炉中に配置し、900℃で5時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:50CaO・20Al・28SiO・0.5CeO・1.0Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0027】
図3に示すように、緑色発光ガラスは370nmをピークとするUV光が放射された場合に、544nmにピークをもつ強力な緑色光の発光を有する。
【0028】
[例4]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は50CaO・18Al・27SiO・0.5CeO・5Tbである。
【0029】
12.23gのCaCO(AR)、4.48gのAl(AR)、3.96gのSiO(AR)、0.21gのCeO(AR)、および4.57gのTb(AR) をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1650℃で1時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを還元雰囲気(95体積%のNおよび5体積%のH)下のアニール炉中に配置し、900℃で5時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:50CaO・18Al・27SiO・0.5CeO・5Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0030】
図4に示すように、緑色発光ガラスは362nmをピークとするUV光が放射された場合に、544nmにピークをもつ強力な緑色光の発光を有する。
【0031】
[例5]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は47.5CaO・17Al・25SiO・0.5CeO・10Tbである。
【0032】
9.85gのCaCO(AR)、3.59gのAl(AR)、3.11gのSiO(AR)、0.17gのCeO(AR)、および7.75gのTb(AR) をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1650℃で1時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを還元雰囲気(95体積%のNおよび5体積%のH)下のアニール炉中に配置し、900℃で3時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:47.5CaO・17Al・25SiO・0.5CeO・10Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0033】
図4に示すように、緑色発光ガラスは358nmをピークとするUV光が放射された場合に、544nmにピークをもつ強力な緑色光の発光を有する。
【0034】
図1は、緑色発光ガラスの励起スペクトルおよび発光スペクトルの例2と例5との比較を示す。ここで、曲線1は例2の緑色発光ガラスの励起スペクトルを表わし、曲線2は例2の緑色発光ガラスの発光スペクトルを表わし、曲線3は例5の緑色発光ガラスの励起スペクトルを表わし、曲線4は例5の緑色発光ガラスの発光スペクトルを表わす。図1によると、ガラス中へのCeO添加により例5で得られた緑色発光ガラスの544nmにおける光度は、例2で得られたガラスに比べて2.6倍高い。
【0035】
[例6]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は24CaO・35Al・20SiO・0.01CeO・20Tbである。
【0036】
3.53gのCaCO(AR)、5.24gのAl(AR)、1.76gのSiO(AR)、0.0025gのCeO(AR)、および10.99gのTb(AR)をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物を白金るつぼに投入し、高温炉中1500℃で3時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスをH雰囲気下のアニール炉中に配置し、1000℃で4時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:24CaO・35Al・20SiO・0.01CeO・20Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0037】
[例7]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は32CaO・24Al・31SiO・0.5CeO・12Tbである。
【0038】
5.95gのCaCO(AR)、4.54gのAl(AR)、3.46gのSiO(AR)、0.15gのCeO(AR)、および8.68gのTb(AR)ををそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1650℃で1時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを還元雰囲気(95体積%のNおよび5体積%のH)下のアニール炉中に配置し、1050℃で10時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:32CaO・24Al・31SiO・0.5CeO・12Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0039】
図6に示すように、緑色発光ガラスは327nmをピークとするUV光が放射された場合に、544nmにピークをもつ強力な緑色光の発光を有する。
【0040】
[例8]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は25CaO・15Al・50SiO・5CeO・15Tbである。
【0041】
4.27gのCaCO(AR)、2.61gのAl(AR)、5.12gのSiO(AR)、1.47gのCeO(AR)、および9.59gのTb(AR)をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1550℃で2時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスをCO雰囲気下のアニール炉中に配置し、750℃で12時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:25CaO・15Al・50SiO・5CeO・15Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0042】
[例9]
UV−LED用緑色ガラスの化学式は20CaO・30Al・60SiO・2CeO・0.1Tbである。
【0043】
5.07gのCaCO(AR)、7.74gのAl(AR)、9.13gのSiO(AR)、0.87gのCeO(AR)、および0.094gのTb(AR)をそれぞれ計量し、次いで乳鉢中で混合および粉砕し、均一な混合物を得る。混合物をコランダムるつぼに投入し、高温炉中1500℃で2時間加熱し、溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを鋳鉄金型中に注入して、冷却し、透明ガラスへと成形する。透明ガラスを反応系における炭素含有雰囲気下のアニール炉中に配置し、650℃で10時間加熱し、透明ガラスを冷却した後に、化学式:20CaO・30Al・60SiO・2CeO・0.1Tbを有する緑色発光ガラスが最終的に得られる。
【0044】
構造的特徴および/または方法論的作用によって特定される言葉で本発明を表現したが、添付の特許請求の範囲に規定される発明は必ずしも記載された特定の特徴または作用に限定されるわけではない。むしろ、特定の特徴および作用は本発明を実施する見本形態として開示されている。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学式:aCaO・bAl・cSiO・xCeO・yTb(式中、a、b、c、x、およびyはそれぞれ、20〜55モル部、15〜35モル部、20〜60モル部、0〜5モル部、0.01〜20モル部である)を有する組成物を主成分とする、UV−LED用緑色発光ガラス。
【請求項2】
前記a、b、c、x、およびyはそれぞれ、25〜50モル部、15〜30モル部、25〜50モル部、0.01〜2モル部、0.1〜10モル部である、請求項1に記載のUV−LED用緑色発光ガラス。
【請求項3】
CaCO、Al、SiO、CeO、およびTbの原料をそれぞれ計量し、前記原料を均一に混合する工程と;
前記原料を1500〜1700℃で0.5〜3時間溶融した後に成形してガラスを形成する工程と;
前記ガラスを還元性雰囲気下650〜1050℃の温度で3〜20時間アニールする工程と;
前記ガラスを室温へと冷却し、UV−LED用緑色発光ガラスを得る工程と;
を有する、UV−LED用緑色発光ガラスの製造方法。
【請求項4】
混合された前記原料をコランダムるつぼまたは白金るつぼに移す工程と;
前記コランダムるつぼまたは白金るつぼを高温炉中に配置し、前記原料を1550〜1650℃で1〜2時間溶融する工程と;
溶融した前記原料を鋳鉄金型中に移し、前記ガラスを形成する工程と;
前記ガラスをアニール炉中に移した後に還元性雰囲気下750〜950℃の温度で4〜12時間アニールする工程と;
室温へと冷却し前記UV−LED用緑色発光ガラスを得る工程と;
をさらに有する、請求項3に記載の製造方法。
【請求項5】
前記計量の際、CaCO、Al、SiO、CeO、およびTbの前記原料は、化学式:aCaO・bAl・cSiO・xCeO・yTb(式中、a、b、c、x、およびyはそれぞれ、20〜55モル部、15〜35モル部、20〜60モル部、0〜5モル部、0.01〜20モル部である)と一致する、請求項3または4に記載の製造方法。
【請求項6】
前記a、b、c、x、およびyはそれぞれ、25〜50モル部、15〜30モル部、25〜50モル部、0.01〜2モル部、0.1〜10モル部である、請求項5に記載の製造法。
【請求項7】
前記原料の純度は少なくとも分析用試薬の純度である、請求項3または4に記載の製造方法。
【請求項8】
前記還元性雰囲気は、H、CO、またはHおよびNの混合物である、請求項3または4に記載の製造方法。
【請求項9】
前記還元性雰囲気は反応系における炭素含有雰囲気である、請求項3または4に記載の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公表番号】特表2013−501699(P2013−501699A)
【公表日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−524074(P2012−524074)
【出願日】平成21年8月10日(2009.8.10)
【国際出願番号】PCT/CN2009/073161
【国際公開番号】WO2011/017831
【国際公開日】平成23年2月17日(2011.2.17)
【出願人】(512016928)海洋王照明科技股▲ふん▼有限公司 (14)
【Fターム(参考)】