金属ケイ酸塩ハロゲン化物蛍光体およびそれを使用するLED照明デバイス
本発明は、いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化物(ハロシリケート)蛍光体、酸化物被覆を備えた蛍光体、蛍光体の作製方法、および蛍光体により変更された発光ダイオード(LED)ベースの照明デバイスに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光体を水が引き起こす劣化に耐えるようにする酸化物の被覆を有する、いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化物(metal silicate halide)(ハロシリケート(halosilicate))蛍光体、蛍光体を作る方法、および蛍光体で変更された発光ダイオード(LED)ベースの照明デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
照明用途において、蛍光体を使用して光出力の波長を変更することができる。例えば、発光ダイオード(LED)照明デバイスは一般にLEDチップ(「LED」)と蛍光体または蛍光体の混合物とからなる。チップは高い光子エネルギーをもつ1次光を放出し、一方、蛍光体は1次光の励起時に低い光子エネルギーをもつ光を放出する。蛍光体を使用して1次光の波長を変更することができる。例えば、いくつかの蛍光体を用いて、紫外(UV)または青色LEDの放出を変更して、1次光をより長い波長に変換するように放出経路に沿って蛍光体を配置することによって、他の可視光を生成することができる。青色、緑色、および赤色放出用蛍光体の適切な混合物を使用してUV LED放出を白色光(すなわち白い色度の光)に変更することができる。緑色および赤色放射用蛍光体のある組合せを使用してLEDの青色出力を白色光に変更することができる。黄色放出用蛍光体は青色LEDまたは青放出蛍光体からの光と組み合わされて白い色度の光を生成することができる。蛍光灯などの他のUVまたは青色放出デバイスからの光を同様に蛍光体によって変更することができる。ここで説明された蛍光体は、適切な他の光源に適合された場合、そのような用途で使用することができる。
【0003】
本発明の蛍光体は、母体結晶としての少なくとも1つのハロシリケート、ケイ酸塩ハロゲン化物とも呼ばれるものと、活性化物質としてのいくつかの遷移金属イオンおよび希土類金属イオンとで構成される。ハロシリケートは、ケイ酸塩群とハロゲン化物イオンの両方が結晶構造を決める要素となっている結晶である。例えば、結晶のCa2SiO4CaCl2(例えば、ブイ.アール.ツァーヤ、ジー.ビザート、アクタ クリスタルグラフィカ B27、747(1971)を参照)、Ca2SiO3Cl2(例えば、エヌ.アイ.ゴロバスティコフおよびブイ.エフ.カザフ、ソビエト フィジックス クリスタログラフィ、22(5)、549(1977)を参照)、およびSr2LiSiO4F(例えば、エー.アケラおよびディー.ケスラー、ケミストリ オブ マテリアルス 7、1299、(1995)を参照)は典型的なハロシリケートである。結晶中で、ケイ酸塩群、例えば[Si2O7]6−および[SiO4]4−と、ハロゲン化物イオン、例えば、Cl−またはF−は一定の化学量論において化合物を構成し、結晶構造を決定する。対照的に、ケイ酸塩およびハロゲン化物イオンで構成される蛍光体があり、ハロゲン化物イオンがドーパントとして存在し、それは結晶構造を決定しないが、例えば格子の拡大または縮小を引き起こすわずかな変更をもたらすことができる。ドーパントはハロシリケートの主規定イオン(major defining ions)よりも定量的に少ない。
【0004】
LED用途への適応性は記述されていないが、いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化物蛍光体が記述されている。例えば以下を参照されたい。
【表1】
【0005】
これらの結晶材料が合成され、それらの結晶構造はX線回折によって決定された。いくつかの遷移金属イオンおよび希土類金属イオンをこれらの結晶中に発光活性化物質としてドープすることができる。
いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化鉱物(非蛍光体)が記述されている。例えば以下を参照されたい。
【表2】
これらの結晶を含む蛍光体は報告されていない。
【特許文献1】米国特許出願第11/149648号
【特許文献2】米国特許出願公開第2004/0145289号
【特許文献3】米国特許出願公開第2004/0145288号
【特許文献4】米国特許第6982523号
【特許文献5】米国特許第6936857号
【特許文献6】米国特許出願公開第2004/00135504号
【特許文献7】米国特許仮出願第60/741982号
【特許文献8】米国特許出願第11/527835号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は新規なハロシリケート蛍光体、およびこのハロシリケート蛍光体が使用されたLEDを含む照明デバイスを含む照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、
a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
b) (MlxM21−x)5SiO4X6:A、
c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
から選択された化学式を有する蛍光体を提供し、ここで、
M1およびM2は各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xは約0.001から約1までの値であり、
Xはイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AはEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
【0008】
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
【0009】
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
【0010】
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でない。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は前述のような化学式を有し、ここで、
M1およびM2は各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は前述のような化学式を有し、ここで、
M1はCa2+であり、
M2はSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xはフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)3SiO4X2:A
を有し、ここで、xは約0.01から約1までの値である。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、ここで、xは約0.01から約1までの値である。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
【0011】
本発明は、前述のような本発明の蛍光体と、その蛍光体上の被覆の少なくとも1つの層とを含む被覆された蛍光体をさらに提供し、その層は少なくとも1つの酸化物を含む。いくつかの実施形態では、本発明の被覆された蛍光体は酸化物の少なくとも2つの層を含む被覆を有する。
【0012】
本発明は、本発明の蛍光体を含む照明デバイスをさらに提供する。いくつかの実施形態では、照明デバイスは、
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源と、
b)本発明による少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)光源から放出された光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)光源からの吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)光源からの吸収された光よりも長波長の光を放出する蛍光体と
を含む。
【0013】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの蛍光体は少なくとも1つの酸化物を含む被覆をさらに含む。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは白色光を生成する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの光源は発光ダイオード(LED)である。いくつかのそのような実施形態では、LEDは、p型クラッド層とn型クラッド層との間に挟まれた発光層を有する量子井戸構造を含む。
【0014】
本発明の照明デバイスのいくつかの実施形態では、p型クラッド層はAlqGa1−qNから形成され、ここで0<q<1であり、n型クラッド層はAlrGa1−rNから形成され、ここで0≦r<1であり、随意に、p型クラッド層はn型クラッド層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。
【0015】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスのLEDはインジウムと少なくとも1つの量子井戸構造とを含む発光層を含む。
【0016】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、随意に、InGaNの少なくとも1つの井戸層とGaNの少なくとも1つの障壁層とを含む少なくとも1つの量子井戸構造と、随意に、InGaNの少なくとも1つの井戸層とAlGaNの少なくとも1つの障壁層とを含む少なくとも1つの量子井戸構造と、随意に、AlInGaNの少なくとも1つの井戸層とAlInGaNの少なくとも1つの障壁層とを含む少なくとも1つの量子井戸構造とをさらに含み、少なくとも1つの障壁層が少なくとも1つの井戸層のバンドギャップ・エネルギーよりも大きいバンドギャップ・エネルギーを有し、随意に、井戸層がせいぜい約100オングストロームの厚さを有する。
【0017】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は、
M1およびM2が各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである化学式を有する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は、
M1がCa2+であり、
M2がSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである化学式を有する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは化学式(I)の
CaSiO3(SiO2)n:Rε,Y (I)
を有する少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、ここで、
Rεは、Eu2+およびMn2+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
Yはイオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであるかまたは存在しない。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは化学式(II)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
からなる少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、追加の蛍光体は青色光を放出する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは化学式(III)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
からなる少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、追加の蛍光体は赤色光を放出する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは少なくとも2つの追加の蛍光体をさらに含み、
1つの蛍光体は化学式(II)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
を含み、第2の蛍光体は化学式(III)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
を含む。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは白色光を放出する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源であって、発光ダイオード(LED)である光源と、
b)本発明の少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)光源から放出された光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)光源からの吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)光源からの吸収された光よりも長波長の光を放出し、
(4)随意に、少なくとも1つの酸化物を含む被覆の少なくとも1つの層をさらに含む蛍光体と
を含み、照明デバイスは白色光を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本明細書で使用されるとき、「活性化物質」は、活性化物質が一部である蛍光体からの光放出の波長を決定するイオンを指す。
本明細書で使用されるとき、「被覆」、「酸化物被覆(oxide coating)」、または「酸化物の被覆(coating of oxide)」は、(a)少なくとも1つの酸化物(例えば、アモルファスまたは結晶性)を含み、(b)光学上識別可能な埋込み粒子がなく、(c)約16時間から約100時間の間約85℃および約85%相対湿度にさらした後、蛍光体の当初の光学性能の約80%を維持する被覆などの、水に対する相対的保護を与えるのに十分に完全である被覆または外層を指す。そのような被覆は、被覆前駆物質(coating precursor)(すなわち前駆体(antecedent)または先行要素(predecessor))の材料から生じるものまたは蛍光体粒子などの他の要素および化合物を含むことができる。したがって、本明細書で使用されるとき、「酸化物」は、多くの場合被覆の原材料である金属または半導体のカチオンと酸素とを含むような材料を指す。
【0019】
本明細書で使用されるとき、「粒子」は蛍光体の個々の結晶を指す。
本明細書で使用されるとき、「グレーン」は、蛍光体粒子の凝集(agglomeration)、凝結(aggregation)、多結晶、または多形体を指し、粒子は粉末の蛍光体粒子と比較して容易に分離されない。
【0020】
実質的な気相を含むプロセスに対して本明細書で説明される温度は、反応物それ自体ではなく、当該の炉または他の反応容器のものである。
本明細書で使用されるとき、「白色光」は当技術分野でよく知られている国際照明委員会(CIE)1931ダイアグラムのいくつかの色度座標の光を指す。
本発明は、特に、
(a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
(b) (M1xM21−x)5SiO4X6:A、
(c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
(d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
(e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
(f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
(g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
(h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
(i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
(j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
(k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
(l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
(m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
(n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
(o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
(p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
(q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
(r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
から選択された化学式による蛍光体を提供し、ここで、
M1およびM2は各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xは約0.001から約1までの値であり、
Xはイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AはEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質であり、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でない。
【0021】
いくつかの実施形態では、活性化物質イオンは、母体結晶格子中の金属ストロンチウム、バリウム、またはカルシウムの一部(例えば、限定はしないが約1%から約10%まで)と置き換わることができる。いくつかの実施形態では、活性化物質イオンは、母体結晶格子中の金属ストロンチウム、バリウム、またはカルシウムの約4%と置き換わることができる。
【0022】
いくつかの実施形態では、活性化物質がEu2+を含んでいる場合、少なくとも1つの追加の活性化物質イオンが蛍光体の蛍光機能(例えば、放出波長もしくは帯域幅、または両方)を変更するのに有効な量だけ存在することを除いてAと同じであるA’はAと入れ替わることができる。
【0023】
いくつかの実施形態では、活性化物質がEu2+、Mn2+、またはそれの組合せを含んでいる場合、少なくとも1つの追加の活性化物質イオンが、蛍光体の蛍光機能(例えば、放出波長もしくは帯域幅、または両方)を変更するのに有効な量だけ存在することを除いてAと同じであるA”はAと入れ替わることができる。
【0024】
いくつかの実施形態では、活性化物質がEu2+、Pb2+、Mn2+、Bi3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+、またはそれの組合せを含んでいる場合、少なくとも1つの追加の活性化物質イオンが、蛍光体の蛍光機能(例えば、放出波長もしくは帯域幅、または両方)を変更するのに有効な量だけ存在することを除いてAと同じであるA*はAと入れ替わることができる。
【0025】
本発明の蛍光体のいくつかの実施形態では、Aは約0.001%から約10%までのモル百分率を有する。いくつかの実施形態では、Aのモル百分率の範囲は、下の終点(それを含めてまたは除いて)、約0.001%、約0.01%、約0.02%、約0.05%、約0.1%、約0.2%、約0.5%、約1%、約2%、約3%、約4%、および約5%モルのうちの1つからであり、上の終点(それを含めてまたは除いて)、約0.01%、約0.02%、約0.05%、約0.1%、約0.2%、約0.5%、約1%、約2%、約3%、約4%、約5%および約10%モルのうちの1つからである。例えば、この範囲は約0.01%から約5%モルまでとすることができる。Aは実際には蛍光体の主(primary)(すなわち、主(principal)または主(main))金属成分と置き換わることができ、それにもかかわらず、主金属成分は、相対的な量で記載された場合、組み合わせられた主金属が化学式の量において欠けたAを付属しているように存在しているかのように、規格化されて記載されることが当業者なら理解されよう。
【0026】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の放出ピークは、放出源が約440nm±100nmまたは約400nm±100nmで照明される場合に測定される。いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の放出範囲は、例えば、限定はしないが、下の終点(それを含めてまたは除いて)、約300nm、約301nm、約302nm、約303nm、および1nmずつの増加で約799nmまでの各々のうちの1つからであり、上の終点(それを含めてまたは除いて)、約800nm、約799nm、約798nm、約797nm、および1nmずつの減少で約381nmまでの各々のうちの1つからである。いくつかの実施形態では、放出範囲の下の終点は、例えば、限定はしないが、約400nm、約401nm、約402nm、および1nmずつの増加で約799nmまでの各々である。
【0027】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の励起ピーク範囲は、例えば、限定はしないが、下の終点(それを含めてまたは除いて)、約200nm、約201nm、約202nm、約203nm、および1nmずつの増加で約549nmまでの各々のうちの1つからであり、上の終点(それを含めてまたは除いて)、約550nm、約549nm、約548nm、約547nm、および1nmずつの減少で約201nmまでの各々のうちの1つからである。
【0028】
本発明は、酸化物被覆を有する本発明の蛍光体をさらに提供する。いくつかの実施形態では、被覆された蛍光体は、(1)本発明の蛍光体と、(2)少なくとも1つの層を含む被覆とを含み、その層は少なくとも1つの酸化物を含む。被覆の層により、蛍光体は、非被覆された蛍光体と比較して、水が引き起こす劣化に比較的良好に耐えるようになる。すなわち、被覆の層は水によって刺激される劣化(その全ての形態で)に対する蛍光体の耐性を向上させ、例えば、限定はしないが、被覆された蛍光体は約100時間の間約85℃および約85%相対湿度にさらされた後、当初の光学性能の約80%を維持する。
【0029】
いくつかの実施形態では、本発明の被覆された蛍光体の被覆の酸化物は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、ケイ酸アルミニウム、Al8BSi3O19(OH)、B2Al2(SiO4)2(OH)、ZnAl2O4、Al2SiO5、Al4(SiO4)3、ZrSiO4、またはそれの組合せである。いくつかの実施形態では、酸化物は酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ケイ素である。
【0030】
いくつかの実施形態では、本発明の光ルミネセンス蛍光体の被覆された蛍光体の被覆は少なくとも2層を有する。いくつかの実施形態では、各層は、別個に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、およびそれの組合せから選ばれた酸化物を含む。いくつかの実施形態では、被覆の1つの層は酸化チタンを含む。
【0031】
いくつかの実施形態では、本発明の光ルミネセンス蛍光体の被覆された蛍光体の被覆は連続的である。
いくつかの実施形態では、本発明の被覆の酸化物層は、主として(例えば、≧約60%)、1つのタイプの酸化物(金属または半導体成分によって決定されるような)、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ケイ素の層を含む。いくつかの実施形態では、本発明の被覆は、主として1つのタイプの酸化物である2つ以上の層を含む。例えば、この層は、2つ以上の酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ケイ素で別々に製作することができる。いくつかの実施形態では、本発明の被覆のある層は酸化ケイ素であり、別の層は酸化チタンまたは酸化アルミニウムである。
【0032】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の被覆は、1つのタイプの酸化物、例えば酸化チタンの単層とすることができ、または、被覆は多層とすることができ、すなわち1つより多い層または少なくとも2つの層を含み、その層は互いに無関係に異なるタイプの酸化物または酸化物の組合せを含み、例えば、ある層は酸化アルミニウムを含むことができ、別の層は酸化ケイ素を含むことができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の被覆は実質的に透明とすることができ(有用な蛍光が保持されるように)、一般に約0.1ミクロンと約3.0ミクロンとの間の厚さ、または約0.05ミクロンと約0.50ミクロンとの間の厚さである。薄すぎる被覆(例えば、少なくとも約0.005ミクロン(5nm)未満の厚さ)は、水分に対する不浸透性が不十分になる傾向があり、すなわち、被覆が蛍光体を水分から保護しなくなり、それによって蛍光体が劣化し、光ルミネセンスを失う。厚すぎる被覆(例えば、約3.0ミクロンよりも大きい厚さ)は透明性が減少する傾向があり、被覆された蛍光体の輝度が低減される。
【0034】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の被覆によって与えられる保護の量は、約85℃および約85%の湿度である期間の間保持される当初の放出強度の量によって測定することができる。いくつかの実施形態では、被覆された蛍光体は、少なくとも約30分、少なくとも約1時間、または少なくとも約2時間の間これらの状態にさらされたとき、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%の光ルミネッセンスを保持する。いくつかの実施形態では、被覆された蛍光体は、少なくとも約4時間、少なくとも約8時間、少なくとも約12時間、少なくとも約16時間、少なくとも約24時間、少なくとも約48時間、または少なくとも約96時間の間これらの状態にさらされたとき、当初の放射強度の少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、または少なくとも約80%を保持する。
【0035】
さらに、本発明によって、本発明の蛍光体を酸化物被覆で被覆する方法が提供され、この方法は、(a)本発明の蛍光体を提供することと、(b)被覆されていない場合よりも水が引き起こす劣化に蛍光体を比較的良好に耐えるようにする被覆の少なくとも1つの層を生成するために蛍光体を酸化物前駆物質と水にさらすこととを含む。被覆の方法は蛍光体の粒子およびグレーンを被覆する。
【0036】
いくつかの実施形態では、蛍光体粒子(および/またはグレーン)は、全ての面が被覆操作の期間中に被覆気体または液体に実質的に等しくさらされる(すなわち、蛍光体粒子の表面の大部分、例えば約≧50%がさらされる)ように、蛍光体粒子(および/またはグレーン)を撹拌するかまたは懸濁させることによって被覆される。例えば、限定はしないが、粒子は流動床中で懸濁させるか、または液体中で撹拌するかまたはかき混ぜることができる。粒子を流動体化するために使用されるガスは、粒子を被覆するために使用される気体を含むことができる。例えば、限定はしないが、ガスは不活性ガス担体(すなわち、通常の環境下で反応しないガス)および被覆用気体を含むことができる。搬送ガスは、被覆で使用する気体を搬送するために、主に(predominately)(すなわち、主に(principally)、大部分または主に(primarily)、例えば、≧約60%)液体または固体の形態の前駆物質の容器を通過することができる。容器および接続経路は十分な蒸気圧を維持するために必要に応じて加熱することができる。
【0037】
2つ以上の酸化物前駆物質が同じ被覆層を形成するのに使用される場合、搬送ガスは別個の前駆物質の容器を別々に通過し、反応容器の被覆反応チャンバより前でまたはその中で混合することができる。別個の容器を通る相対的搬送ガス流量は、蒸気圧または実験的被覆結果を考慮して所望の量の前駆物質を運ぶように調節することができる。水蒸気は、適宜に、同様に加減された量で同様に反応容器に運ばれる。液体媒介の被覆方法では、いくつもの調合法を使用して液体中に多数の前駆物質を混合することができる。
【0038】
気相および/または液相で生じる加水分解により被覆を遂行して表面酸化物を形成することができる。前者の例は化学蒸着法(CVD)であり、後者の例はゾルゲルプロセスである。
【0039】
気相堆積反応(すなわち、加水分解堆積反応)では、被覆されていない蛍光体粒子を搬送ガスによって反応チャンバ中で浮遊させて、その粒子を実質的に単一の粒子として分散させることができる(例えば、95パーセントを超える(>95%)粒子が、群集、凝集、または凝結しない)。チャンバを加熱して、反応物に適切な温度(例えば、いくつかの実施では、約200℃)を与えることができる。次に、気相の被覆前駆物質材料がチャンバに導入される。この温度条件下で、前駆物質の少なくとも一部(例えば約20%)が加水分解的に分解されて蛍光体粒子の表面に酸化物層を形成し、それによって、蛍光体粒子をマイクロカプセル化する。本発明で使用することができる典型的な加水分解は以下の通りである。
TiCl4+2H2O→TiO2+4HCl
【0040】
液相堆積(すなわち、加水分解堆積反応)では、被覆されていない蛍光体粉末(蛍光体粒子および/またはグレーンを含む)は、被覆前駆物質を含む不活性流動性媒体(すなわち、化学的に反応する能力が制限された媒体)に懸濁させることができる。粒子が十分に分散して懸濁液を形成し、凝集を形成する可能性がほとんどないように粉末は撹拌される。本明細書で使用されるとき、「懸濁液」はある物質(すなわち、分散される媒体)が別の物質(すなわち、分散媒体)内で細かく分散するコロイド状混合物を指す。次に、少量の水を懸濁液に加えて加水分解を開始することができる。必要ならば、反応は温度の上昇、例えば約70℃によって加速される。加水分解は蛍光体粒子の表面に酸化物被覆の形成をもたらす。例えば、以下の反応はSCS粒子上への被覆SiO2に使用することができる。
Si(OC2H5)4+2H2O→SiO2+4C2H5OH
【0041】
いくつかの実施形態では、蛍光体を被覆する方法は加水分解堆積反応を含み、加水分解堆積反応は有用な蛍光(被覆のないバージョンの約80%以上の光学性能を有する)を保持するために選択された温度で(所与の蛍光体を考慮して)行われる。気相堆積の温度は例えば約25℃から約400℃までとすることができる。その温度は、例えば、少なくとも25℃、少なくとも約50℃、少なくとも約75℃、少なくとも約100℃、少なくとも約150℃、または少なくとも約200℃とすることができる。その温度は、例えば、高くても約400℃、高くても約300℃、高くても約275℃、高くても約250℃、高くても約225℃、または高くても約200℃とすることができる。液相堆積の温度は、反応物と、溶媒と、温度への蛍光体の安定性とに応じて、例えば約25℃から約90℃までとすることができる。その温度は、例えば、少なくとも25℃、少なくとも約30℃、少なくとも約35℃、少なくとも約40℃、少なくとも約45℃、少なくとも約50℃、少なくとも約55℃、少なくとも約60℃、少なくとも約65℃、または少なくとも約70℃とすることができる。その温度は、例えば、高くても約90℃、高くても約85℃、高くても約80℃、高くても約75℃、高くても約70℃、高くても約65℃、高くても約60℃、高くても約55℃、または高くても約50℃とすることができる。その温度は、当然、操作圧力における溶媒の沸点より低い。
【0042】
本発明の被覆された蛍光体の被覆に有用な酸化物は、例えば、限定はしないが、酸化チタン(例えばTiO2)、酸化アルミニウム(例えばAl2O3)、酸化ジルコニウム(例えばZrO2)、酸化スズ(例えばSnO2)、酸化ホウ素(例えばB2O3)、酸化ケイ素(例えばSiO2)、酸化亜鉛(例えばZnO)、酸化ゲルマニウム(例えばGeO2)、酸化タンタル(例えばTa2O5)、酸化ニオブ(例えばNb2O5)、酸化ハフニウム(例えばHfO2)、酸化ガリウム(例えばGa2O3)などである。さらに、本発明の被覆された蛍光体の被覆に有用な酸化物は、1つよりも多いタイプのカチオンで形成された酸化物、例えば、ケイ酸アルミニウム[例えば、3Al2O3・2SiO2またはムライト形態のものなど]、Al8BSi3O19(OH)[例えば、デュモルチエライト形態のものなど]、B2Al2(SiO4)2(OH)[例えば、ユークレース形態のものなど]、ZnAl2O4[例えば、亜鉛尖晶石形態のものなど]、Al2SiO5[例えば、ケイセン石形態のものなど]、ZrSiO4[例えば、ジルコン形態のものなど]などである。いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体を被覆する方法で使用するために、加水分解的に酸化物を生成する揮発性または適度に可溶性の前駆物質が使用される。そのような前駆物質は当技術分野で知られている。
【0043】
揮発性前駆物質は、例えば、限定はしないが、ハロゲン化金属(例えば四塩化チタン(TiCl4)および四塩化ケイ素(SiCl4))、アルキル化金属(例えばトリメチルアルミニウム、(Al(CH3)3))、トリメチルホウ素(B(CH3)3)、テトラメチルゲルマニウム、Ge(CH3)4、およびテトラエチルジルコニウム、Zr(C2H5)4、混合ハロ(halo)(すなわちフッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ素、またはアスタチンを含む)、および金属のアルキル誘導体(例えばジメチルアルミニウム塩化物、ジエチルジクロルシラン)、金属または半導体アルコキシド(例えばチタン(IV)メトキシドおよびテトラエチルオルソシリケート(TEOS))を含む。蒸気水を用いて、これらの化合物を加水分解してそれぞれの酸化物を生成することができる。本明細書で使用されるとき、「ハロゲン化金属」は、イオン結合または原子価結合される化学元素の周期表のVII族元素の金属カチオンおよびアニオンを指す。本明細書で使用されるとき、「アルキル化金属」は、例えば、メチル、ジエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、およびデシルなどの少なくとも1つのC1からC16の直線基または分岐基を含む金属カチオンおよびアニオンを指す。本明細書で使用されるとき、「アルキル」は非分岐(すなわち、直鎖)または分岐(すなわち、非直鎖)の飽和炭化水素基を指す。実例のアルキル基は、限定はしないが、メチル(Me)、エチル(Et)、プロピル(例えばn−プロピルおよびイソプロピル)、ブチル(例えばn−ブチル、イソブチル、t−ブチル)、ペンチル(例えばn−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル)などを含む。本発明のいくつかの実施形態では、アルキル基は、約1個から約10個まで、約2個から約8個まで、約3個から約6個まで、約1個から約8個まで、約1個から約6個まで、約1個から約4個まで、約1個から約3個までの炭素原子を、または約1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、または10個の炭素原子を含む。本明細書で使用されるとき、「アルコキシド」はアルキル−O−基を指し、アルキルは先に定義されている。
【0044】
可溶性前駆物質は、例えば、金属または半導体アルコキシド(例えば、チタン(IV)メトキシドおよびジルコニウム(IV)ブトキシド)を含む。そのような化合物は加水分解によって酸化物を形成することができる。
【0045】
本発明は、本発明の少なくとも1つの蛍光体を含む照明デバイスをさらに提供する。いくつかのそのような実施形態では、照明デバイスはさらに光源を含む。本明細書で使用されるとき、「光源」は、本発明の蛍光体以外のIII−V族半導体量子井戸をベースとする発光ダイオードまたは蛍光体を指す。
【0046】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは白色LEDランプである。いくつかのそのような実施形態では、白色LEDランプはLEDと2つ以上の蛍光体とを含み、青色光または近紫外光でポンプされる。本明細書で使用されるとき、「近紫外光」は約350nmから約420nmまでの波長範囲を有する光を指す。いくつかのそのような実施形態では、白色LEDランプは少なくとも約84の高いCRI、少なくとも約90%の高い効率、および少なくとも約100000時間の長い寿命を提供する。
【0047】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、少なくとも250nmの波長を有する光を放出する少なくとも1つのLEDと、本明細書で説明される化学式を有する本発明の少なくとも1つの蛍光体とを含み、蛍光体はLEDとデバイスの光出力部との間に配置される。
【0048】
いくつかのそのような実施形態では、照明デバイスは少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含むことができる。追加の蛍光体は所望の色度の達成を援助することができる。追加の蛍光体は米国特許出願第11/149648号(ワイ.ティアン)に開示されているような化学式、すなわち、化学式(I)の
[(BvSiO3)x(Mv2SiO3)y(Tv2(SiO3)3)z]m(SiO2)n:Rε,X (I)
を有することができ、ここで、x、yおよびzは各々x+y+z=1になるような任意の値であり、Bvは少なくとも1つの2価のアルカリ土類金属イオンであり、Mvは少なくとも1つの1価のアルカリ金属イオンであり、Tvは少なくとも1つの3価の金属イオンであり、RεはEu2+イオンおよびMn2+イオンから選択された少なくとも1つの活性化物質であり、Xはイオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、mは1または0であり、但し、mが1であり、ホスト有効ルミネセンスに有効なケイ酸の量を与える場合、nは3よりも大きく、またはm=0の場合、nは1である。本明細書で使用されるとき、「有効ルミネセンス」は、約40%よりも高い量子効率をもつ放出可視光(約400nmから約750nmの範囲の波長)を指す。
【0049】
本発明の蛍光体と共に使用することができる他の追加の蛍光体は、例えば、Y3Al5O12:Ce3+(YAG)、Lu3Ga2(AlO4)3:Ce3+、La3In2(AlO4)3:Ce3+、Ca3Ga5O12:Ce3+、Sr3Al5O12:Tb3+、BaYSiAlO12:Ce3+、CaGa2S4:Eu2+、SrCaSiO4:Eu2+、ZnS:Cu、CaSi2O2N:Eu2+、SrSi2O2N:Eu2+、SrSiAl2O3N2:Eu2+、Ba2MgSi2O7:Eu2+、Ba2SiO4:Eu2+、La2O3・11Al2O3:Mn2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl4:Eu2+,Mn2+、(CaM)(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+,Tb3+,Yb3+、YBO3:Ce3+,Tb3+、BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2+、BaCaSi7N10:Eu2+、(SrBa)3MgSi2O8:Eu2+、(SrBa)2P2O7:Eu2+、(SrBa)2Al14O25:Eu2+、LaSi3N5:Ce3+、(BaSr)MgAl10O17:Eu2+、およびCaMgSi2O7:Eu2+を含む。
【0050】
本発明の照明デバイスのいくつかの実施形態では、蛍光体は光源とデバイスの光出力部との間に配置される。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの光源は、例えば、量子井戸構造を備える発光層をもつ窒化ガリウムベースのLEDを含むことができる。いくつかの実施形態では、光源は、LEDまたは蛍光体からの光を導くように配置された反射器を含むことができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、LEDの表面上にまたはそこから離して配置することができる。いくつかの実施形態では、光源は蛍光体をカプセル化する半透明の材料をさらに含むことができ、随意に、LEDの放出光の一部(例えば、限定はしないが、約30%)が光出力部から出てくる。
【0051】
照明デバイスで使用される場合、本発明の蛍光体は、例えば約250nmから約500nmまたは約300nmから約420nmの波長範囲で放出する半導体光源(例えばLED)などの1次光源からの光によって、あるいは例えば約250nmから約500nmまたは約300nmから約420nmの波長範囲で放出する追加の蛍光体からの放出などの2次光源からの光によって励起することができることを認識されよう。励起光が2次である場合、本発明の蛍光体に関して、励起誘導光が適切な光源光となる。本発明の蛍光体を使用するデバイスは、例えば、限定はしないが、本発明の蛍光体によって生成された光をデバイス(例えば1次光源など)の内部に導くのではなく、そのような光を光出力部に導く例えば誘電体ミラーなどのミラーを含むことができる。
【0052】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの半導体光源(例えばLEDチップ)は、少なくとも約250nm、少なくとも約255nm、少なくとも約260nmなど、約1nmずつの増加で少なくとも約500nmまでの光を放出する。半導体光源は、いくつかの実施形態では、高くても約500nm、高くても約495nm、高くても約490nmなど、約1nmずつの増加で高くても約300nmまでの光を放出する。
【0053】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は、固着剤、凝固剤、分散剤(すなわち、光散乱材料)、充填剤などを用いて本発明の照明デバイス中に分散することができる。固着剤は、例えば、限定はしないが、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂などの光硬化重合体、ガラス、石英などとすることができる。本発明の蛍光体は当技術分野で知られている方法によって固着剤中に分散することができる。例えば、いくつかの実施形態では、蛍光体は、溶媒中に懸濁されたか、溶解されたか、または部分的に溶解された重合体を備えた溶媒中に懸濁することができ、それによりスラリーを形成し、次に、スラリーを照明デバイス上に分散し、そこから溶媒を蒸発することができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、例えば樹脂に対して予備硬化された前駆物質などの液体中に懸濁してスラリーを形成し、次に、スラリーを照明デバイス上に分散し、そこで重合体(樹脂)を硬化することができる。硬化は、例えば、熱、UV、または前駆物質と混合された硬化剤(例えば遊離基開始剤など)によることができる。本明細書で使用されるとき、「硬化(cure)」または「硬化(curing)」は、多くの場合、物質またはそれの混合物の安定性または有用性を改善するために、物質またはそれの混合物を重合するかまたは固化することを指すか、それに関係するか、またはそれのプロセスである。
【0054】
いくつかの実施形態では、照明デバイス中に蛍光体を分散させるのに使用される固着剤は熱で液化することができ、それによってスラリーが形成され、次に、スラリーは照明デバイス上に分散され、その場で固化することができる。分散剤は、例えば、限定はしないが、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化ケイ素などを含む。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、励起エネルギーを生成するかまたは別のシステムを励起して本発明の蛍光体に励起エネルギーを供給するために、LEDなどの半導体光源を含む。本発明を使用するデバイスは、例えば、限定はしないが、白色光生成用照明デバイス、藍色光生成用照明デバイス、青色光生成用照明デバイス、緑色光生成用照明デバイス、黄色光生成用照明デバイス、オレンジ色光生成用照明デバイス、ピンク色光生成用照明デバイス、赤色光生成用照明デバイス、または本発明の光ルミネセンス蛍光体の色度ベクトルと少なくとも1つの第2の光源の色度ベクトルとの間の合成色度ベクトルによって定められた出力色度をもつ照明デバイスを含むことができる。車両用のヘッドライトまたは他のナビゲーション灯を本発明の照明デバイスで製作することができる。照明デバイスは、携帯電話および携帯情報端末(PDA)などの小さい電子デバイス用の出力表示器とすることができる。本発明の照明デバイスは、携帯電話、PDA、およびラップトップ・コンピュータ用の液晶表示器のバックライトとすることもできる。適切な電力供給が与えられれば、室内照明を本発明のデバイスに基づいて行うことができる。本発明の照明デバイスの温感(すなわち、黄色/赤色の色度の量)は、本発明の蛍光体からの光と第2の光源(本発明の第2の光ルミネセンス蛍光体を含めて)からの光の比を選択することによって調整することができる。
【0055】
本発明で使用するための適切な半導体光源は、本発明の蛍光体を励起する光を、または異なる蛍光体を励起し、次に本発明の蛍光体を励起する光を生成するものも含む。そのような半導体光源は、例えば、限定はしないが、GaN(窒化ガリウム)型半導体光源、In−Al−Ga−N型半導体光源(IniAljGakN、ここでi+j+k=約1、i、j、およびkの2つ以上が0)、BN、SiC、ZnSe、BAlGaN、およびBInAlGaN光源などとすることができる。半導体光源(例えば半導体チップ)は、例えばIII−VまたはII−VI量子井戸構造(化学元素の周期表の元素を組み合わせる、例えば、III族からの元素をV族からの元素と、またはII族からの元素をVI族からの元素と組み合わせる化合物を含む構造を意味する)に基づくことができる。いくつかの実施形態では、青色光または近紫外光放出用半導体光源が使用される。
【0056】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの半導体光源は、少なくとも2つの異なる蛍光体を有し、1つの母材中に蛍光体を一緒に分散させる代わりに層として蛍光体を重ね合わせて蛍光体を別々に分散させる。そのような層化を使用して、複数の色変換プロセスを介して最終光放出色を得ることができる。例えば、光放出プロセスは、本発明の第1の蛍光体による半導体光源の光放出の吸収と、第1の蛍光体による光放出と、第2の蛍光体による第1の蛍光体の光放出の吸収と、第2の蛍光体による光放出とである。いくつかの実施形態では、第2の蛍光体は本発明の蛍光体である。いくつかの実施形態では、第2の蛍光体は本発明の蛍光体ではない。
【0057】
図4は、半導体光源の例示的な層状構造を示す。半導体光源は、例えばサファイア基板などの基板Sbを含む。例えば、バッファ層B、n型接触層NCt、n型クラッド層NCd、多重量子井戸活性層MQW、p型クラッド層PCd、およびp型接触層PCtが、窒化物半導体層としてその順で形成される。これらの層は、例えば有機金属化学蒸着(MOCVD)によって基板Sb上に形成することができる。その後、光透明電極LtEがp型接触層PCtの全表面上に形成され、p電極PEIが光透明電極LtEの一部の上に形成され、n電極NEIがn型接触層NCtの一部の上に形成される。これらの層は、例えばスパッタまたは真空蒸着によって形成することができる。
【0058】
バッファ層Bは例えばAlNで形成することができ、n型接触層NCtは例えばGaNで形成することができる。
n型クラッド層NCdは、例えば0≦r<1としてAlrGa1−rNで形成することができ、p型クラッド層PCdは、例えば0<q<1としてAlqGa1−qNで形成することができ、p型接触層PCtは、例えば0≦s<1およびs<qとしてAlsGa1−sNで形成することができる。p型クラッド層PCdのバンドギャップはn型クラッド層NCdのバンドギャップよりも大きくされる。n型クラッド層NCdおよびp型クラッド層PCdは各々単一組成の構造を有することができ、または超格子構造を設けるために、厚さが約100オングストローム以下であり、組成が互いに異なる前述の窒化物半導体層が互いの上に積み重ねられるような構造を有することができる。層厚が約100オングストローム以下である場合、層中に亀裂または結晶欠陥が発生するのを防ぐことができる。
【0059】
多重量子井戸活性層MQWは、複数(すなわち、少なくとも2つ)のInGaN井戸層と複数のGaN障壁層とによって構成することができる。井戸層および障壁層の厚さは、超格子構造を構成するように、約100オングストローム以下、例えば約60オングストロームから約70オングストロームなどの厚さを有することができる。InGaNの結晶は他のアルミニウム含有窒化物半導体、例えばAlGaNなどよりも柔らかいので、活性層MQWを構成する層中にInGaNを使用すると、積み重ねられた窒化物半導体層の全てが亀裂を生じにくいという利点を与えることができる。多重量子井戸活性層MQWは複数のInGaN井戸層と複数のAlGaN障壁層とによって構成することもできる。または、多重量子井戸活性層MQWは、複数のAlInGaN井戸層と複数のAlInGaN障壁層とによって構成することができる。この場合、障壁層のバンドギャップ・エネルギーは井戸層のバンドギャップ・エネルギーより大きくすることができる。
【0060】
いくつかの実施形態では、本発明の光源は、多重量子井戸活性層MQWから基板Sb側に、例えばn型接触層NCtのバッファ層B側に反射層を含む。反射層は、基板Sb上に積み重ねられた多重量子井戸活性層MQWから遠い(すなわち、ある距離をおいて)基板Sbの表面上に設けることもできる。反射層は、活性層MQWから放出された光に対して最大反射率を有することができ、例えばアルミニウムで形成することができ、または薄いGaN層の多層構造を有することができる。反射層を設けると、活性層MQWから放出された光が反射層から反射できるようになり、活性層MQWから放出された光の内部吸収を低減させることができ、上方(すなわち、デバイスから外に出る、または外部に向けておよび基板から離れる方向)への光出力の量を増加させることができ、光源用マウントへの光の入射を低減して劣化を防ぐことができる。
【0061】
LEDと蛍光体とによって構成された本発明の照明デバイスのいくつかの例示的な構造が図1〜3に示される。図1は、リード線2によって電力供給されるLEDチップ1(すなわち、1次光源)と、LEDチップと最終光出力部6との間に固定された蛍光体含有材料4とを有する発光デバイス10を示す。反射器3は光出力を集中させるように働くことができる。透明な外囲器5はLEDチップおよび蛍光体を環境から分離し、かつ/またはレンズを提供することができる。図2は、リード線2’によって電力供給されるLEDチップ1’と、LEDチップと最終光出力部6’との間に固定された、この場合反射器3’の上にある蛍光体含有材料4’とを有する発光デバイス10’を示す。反射器と、LEDチップから離れている蛍光体含有材料の場所とが最終光出力を集中させるように働くことができる。透明な外囲器5’はLEDチップおよび蛍光体を環境から分離し、かつ/またはレンズを提供することができる。図3の照明デバイス20は多数のLEDチップ11、リード線12、蛍光体含有材料14、および透明な外囲器15を有する。
【0062】
リード線2、2’、12は厚いリード線枠によって支持された細線を含むことができ、またはリード線は自立電極を含み、リード線枠を省くことができる。リード線はLEDチップに電流を供給し、したがって、LEDチップは放射を放出する。
【0063】
半導体光源からの光が蛍光体との相互作用によって処理されるように、蛍光体を半導体光源(例えばLED光源)に関連させるいくつもの方法があることを当業者なら理解されよう。米国特許出願公開第2004/0145289号(エージェー オーダーカーク等)および米国特許出願公開第2004/0145288号(エージェー オーダーカーク等)は、蛍光体が半導体光源の光出力部から離して配置されている照明デバイスを示している。米国特許第6982523号(ティー.オダキ)、米国特許第6936857号(ディー.ドクシー等)、米国特許出願公開第2004/00135504号(エイチ.タマキ等)は、限定はしないが、本発明で使用することができる照明デバイスをさらに示している。
【0064】
半導体光源ベースの白色光デバイスは、例えば、オーディオ・システム、家庭電化製品、計器、医療器具などの表示部分に所定のパターンまたはグラフィック・デザインを表示するための自己放出型表示器で使用することができる。そのような半導体光源ベースの光デバイスは、例えば、限定はしないが、液晶ダイオード(LCD)表示器用バックライト、プリンタヘッド、ファクシミリ、複写装置などの光源として使用することもできる。
本発明は、
(a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
(b) (M1xM21−x)5SiO4X6:A、
(c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
(d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
(e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
(f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
(g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
(h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
(i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
(j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
(k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
(l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
(m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
(n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
(o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
(p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
(q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
(r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
から選択された化学式を有する蛍光体を製作する方法も提供し、ここで、
M1およびM2は各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xは約0.001から約1までの値であり、
Xはイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AはEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
この方法は、
1)上に示された化学式を有する蛍光体への前駆物質である金属ケイ酸塩を提供するステップと、
2)前述のものから少なくとも1つの活性化物質イオンを提供するステップと、
3)随意に、イオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンを提供するステップと、
4)混合物を形成するために、金属ケイ酸塩および活性化物質イオンを、イオンまたは原子の形態である金属ハロゲン化物イオンと混合するステップと、
5)蛍光体を生成するために混合物を加熱するステップとを含む。
【0065】
蛍光体を製作する方法は、例えば、目標蛍光体の構成成分および/または加熱中にそのような構成成分を生成するように反応する化合物(前駆物質)からなる混合物を加熱することを含む。混合物は、随意に、最終生成物に組み入れられるのに必要なものよりも過剰に一部の金属ハロゲン化物(イオンまたは原子の形態で)を含む。混合は、均質混合物を保証するために粉砕と組み合わされることが可能である。加熱は、約600℃以上、例えば約800℃、約900℃、または約1000℃などの温度で約1時間以上の期間続けることができる。加熱は混合物の反応を生じさせ、活性化物質含有金属ケイ酸塩ハロゲン化物を生成する。加熱プロセスの一部は、活性化物質が最終生成物中に目標とした酸化状態で確実に存在するように不活性雰囲気または還元雰囲気で行うことができる。本明細書で使用されるとき、「還元」という用語は、電子が原子またはイオンに加えられる(酸素を除くかまたは水素を加えることによるとき)プロセスを指す。本発明の蛍光体を作る方法の加熱ステップの生成物は、過剰金属ハロゲン化物(イオンまたは原子の形態で)を、もし存在すれば、除去するために洗浄される。
【0066】
本発明の方法のいくつかの実施形態では、生成された混合物は、少なくとも1つの活性化物質酸化物およびイオンまたは原子の形態の少なくとも1つの金属ハロゲン化物に加えて、少なくとも1つの金属ケイ酸塩を形成するために加熱している間に一緒に反応する化合物で構成することができる。
【0067】
いくつかの実施形態では、本発明の方法は、随意に第1の加熱よりも高温の第2の加熱をさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、この方法は、第1の加熱のステップと第2の加熱ステップとの間に粉砕のステップをさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、加熱温度の範囲は、例えば、約800℃、約801℃、約802℃、約803℃など、1℃ずつの増加で約1199℃までの下の終点(それを含めてまたは除いて)、および約1200℃、約1199℃、約1198℃、約1197℃など、1℃ずつの減少で約801℃までの上の終点(それを含めてまたは除いて)を有する。
【0068】
いくつかの実施形態では、本発明の方法は固体溶媒を使用する。いくつかのそのような実施形態では、ハロゲン化物(イオンまたは原子)以外のおよび随意に活性化物質以外の構成成分または前駆物質を加熱して、ハロゲン化物成分を欠いており、随意に活性化物質成分を欠いており、鉱物金属ケイ酸塩を含む前駆物質を形成する。金属ケイ酸塩は、目標温度で液体を形成するように選択された金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)と混合される(例えば粉砕によって)。混合物は、蛍光体を得るために目標温度(ある範囲とすることができる、すなわち目標温度範囲)で加熱される。金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)は溶媒として働き、ハロゲン化物源を提供する。いくつかのそのような実施形態では、第1の加熱ステップの加熱温度の範囲は、例えば、約900℃、約901℃、約902℃、約903℃など、1℃ずつの増加で約1299℃までの下の終点(それを含めてまたは除いて)、および約1300℃、約1299℃、約1298℃、約1297℃など、1℃ずつの減少で約901℃までの上の終点(それを含めてまたは除いて)を有する。いくつかのそのような実施形態では、目標温度の範囲は、例えば、約800℃、約801℃、約802℃、約803℃など、1℃ずつの増加で約1199℃までの下の終点(それを含めてまたは除いて)、および約1200℃、約1199℃、約1198℃、約1197℃など、1℃ずつの減少で約801℃までの上の終点(それを含めてまたは除いて)を有する。得られた金属ケイ酸塩ハロゲン化物は、多くの場合、金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)が在る状態でさえ粉末X線回折によって同定することができる。有用な金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)は、例えば、CaCl2、SrCl2、BaCl2、CaBr2、SrBr2、BaBr2、CaF2、SrF2、BaF2、MgCl2、MgBr2、MgF2、またはそれの混合物などを含む。
【0069】
[実施例]
以下の実施例は当業者に本発明の製作および使用の方法の完全な開示および説明を提供するために提出され、発明者が発明と見なすものの範囲を限定するものではなく、以下の実験が全てであるかまたは行われた唯一の実験であることを示すものではない。使用される数値(例えば量、温度など)に対する精度を保証するために努力がなされたが、いくらかの実験誤差および偏差が考慮されるべきである。特に示さない限り、部は重量部であり、分子量は平均分子量であり、温度は摂氏度である。
【実施例1】
【0070】
(Ca,Sr)3SiO4Cl2:Eu2+の作製
Eu2O3(0.66g)、SiO2(15.02g)、CaCO3(45.0g)、およびSrCO3(7.38g)の原料粉末がミリングジャー中で混合され粉砕された。次に、混合粉末は空気雰囲気中で約1000℃で約5時間焼成された。焼成粉末は冷却され粉砕された。次に、CaCl2(20g)が乳鉢/乳棒中で焼成粉末に加えられ混合された。次に、得られた粉末は、約700℃で、形成ガス(5%H2/N2)中で、約3時間焼成された。次に、第2の焼成粉末はCaCl2(10g)と混合され、次に約700℃で、形成ガス(5%H2/N2)中で、約3時間焼成された。蛍光励起スペクトルおよび放出スペクトルが図5に示される。X線回折(XRD)パターン(図6)は、蛍光体がCa3SiO4Cl2の構造を有することを示している。
【実施例2】
【0071】
(Ca,Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+の作製
実施例1の最終生成物(約5g)がMgCl2(2g)と混合され、約800℃で、形成ガス中で、約10時間焼成された。蛍光体生成物は脱イオン水で3回洗浄され、次に、約100℃で約10時間乾燥された。蛍光体の蛍光励起スペクトルおよび放出スペクトルが図6に示される。蛍光体のXRDパターンが図7に示される。
【実施例3】
【0072】
(Ca,Sr)3SiO4Cl2:Eu2+をもつ白色LEDランプの作製
蛍光体混合物は、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I−(赤色放出)、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I−(青色放出)、および約0.6gの実施例1で作製された蛍光体(緑色放出)を混合することによって製作された。混合の後、約0.04gの蛍光体混合物が約0.2gのシリコーン樹脂に加えられ混合されて、約20wt%の蛍光体混合物を含むスラリーが与えられた。一方、反射器に取り付けられた410nm放出LEDチップは透明なシリコーン樹脂の層で被覆された。シリコーン層が硬化処理された後、スラリーがLED上の硬化したシリコーンの層の上に塗布され、次に、150℃で約9時間硬化処理されて、図2に示されたようにLEDチップから離れている蛍光体スラリーの層をLEDランプに設けた。図9は、蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す。LEDランプは、色度座標のx=0.3167、y=0.3477、CCT=6197K、およびRa=0.83によって特徴づけられる。
【実施例4】
【0073】
(Ca,Sr)8(SiO4)4Cl2:Eu2+をもつLEDランプの作製
蛍光体混合物が、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I−(赤色放出)、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I−(青色放出)、および実施例2で作製された約0.5gの(Ca,Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+(緑色放出)を混合することによって製作され、1:1.6:1のR:G:B比をもつ蛍光体混合物がもたらされた。混合の後、約0.04gの蛍光体混合物が約0.2gのシリコーン樹脂と混合されて、約20wt%の混合物を含むスラリーが与えられた。一方、反射器に取り付けられた410nm放出LEDチップは透明なシリコーン樹脂の層で被覆された。シリコーン層が硬化処理された後、蛍光体スラリーがLED上の硬化したシリコーンの層の上に塗布され、次に、150℃で約9時間硬化処理されて、図2に示されたようにチップから離れている蛍光体スラリーの層をLEDランプに設けた。図10は、蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す。LEDランプは、色度座標のx=0.2692、y=0.3294、CCT=9264K、およびRa=0.69によって特徴づけられる。
【実施例5】
【0074】
酸化物被覆された蛍光体の作製
実施例1または2の蛍光体生成物などの本発明の蛍光体は、懸濁液を形成するために、約100グラムの蛍光体を、約34グラムのテトラエトキシシランを含む約340グラムの2−プロパノール中に懸濁させることによって酸化物被覆で被覆することができる。次に、懸濁液は約10分間超音波処理される。次に、pH=8.0(水酸化アンモニウムで調節された)の水(約24グラム)が懸濁液に加えられる。次に、懸濁液は約16時間保温され撹拌される。次に、固体が濾過され、約50℃で約4時間乾燥される。得られた粉末は約150℃でN2ガス下で約1時間焼成されて被覆された蛍光体が提供される。次に、被覆された蛍光体は安定性試験として約85℃および約85%相対湿度に保持することがある。被覆された蛍光体の試験サンプルの蛍光放出は様々な時間で測定することができる。被覆された蛍光体の蛍光放出は、試験サンプルを励起するためのキセノンランプ(約460nmで)および放出を検出するための光電子倍増管を使用して、SPEX−1680蛍光計(ISA社、エジソン、ニュージャージー州)を使用して測定することができる。
【0075】
本出願は、2005年12月2日に出願された米国特許仮出願第60/741982号、および2006年9月27日に出願された米国特許出願第11/527835号の優先権の利益を主張するものであり、それらは各々参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【0076】
特許および特許出願を含むがそれらに限定されない、本明細書に引用された出版物および参考文献は、それら全体として引用された全部分において、個々の出版物または参考文献を各々詳細に個別に指し示して、完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。本出願が優先権を主張するいずれの特許出願も、出版物および参考文献に対して先に記載したように参照により本明細書に組み込まれる。
本発明がいくつかの実施形態に重点を置いて説明されたが、実施形態の変更を使用することができ、本明細書で詳細に説明されたようなもの以外に本発明を実施することができるものであることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲内に含まれる全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】本発明で使用することができる発光デバイスを示す図である。
【図2】本発明で使用することができる発光デバイスを示す図である。
【図3】本発明で使用することができる発光デバイスを示す図である。
【図4】本発明で使用することができるLEDを示す図である。
【図5】本発明の蛍光体の実施例1の場合の放出/励起スペクトルを示す図である。
【図6】本発明の蛍光体の実施例1の場合のX線回折を示す図である。
【図7】本発明の蛍光体の実施例2の場合の放出/励起スペクトルを示す図である。
【図8】本発明の蛍光体の実施例2の場合のX線回折を示す図である。
【図9】実施例3の場合の本発明の蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す図である。
【図10】実施例4の場合の本発明の蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光体を水が引き起こす劣化に耐えるようにする酸化物の被覆を有する、いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化物(metal silicate halide)(ハロシリケート(halosilicate))蛍光体、蛍光体を作る方法、および蛍光体で変更された発光ダイオード(LED)ベースの照明デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
照明用途において、蛍光体を使用して光出力の波長を変更することができる。例えば、発光ダイオード(LED)照明デバイスは一般にLEDチップ(「LED」)と蛍光体または蛍光体の混合物とからなる。チップは高い光子エネルギーをもつ1次光を放出し、一方、蛍光体は1次光の励起時に低い光子エネルギーをもつ光を放出する。蛍光体を使用して1次光の波長を変更することができる。例えば、いくつかの蛍光体を用いて、紫外(UV)または青色LEDの放出を変更して、1次光をより長い波長に変換するように放出経路に沿って蛍光体を配置することによって、他の可視光を生成することができる。青色、緑色、および赤色放出用蛍光体の適切な混合物を使用してUV LED放出を白色光(すなわち白い色度の光)に変更することができる。緑色および赤色放射用蛍光体のある組合せを使用してLEDの青色出力を白色光に変更することができる。黄色放出用蛍光体は青色LEDまたは青放出蛍光体からの光と組み合わされて白い色度の光を生成することができる。蛍光灯などの他のUVまたは青色放出デバイスからの光を同様に蛍光体によって変更することができる。ここで説明された蛍光体は、適切な他の光源に適合された場合、そのような用途で使用することができる。
【0003】
本発明の蛍光体は、母体結晶としての少なくとも1つのハロシリケート、ケイ酸塩ハロゲン化物とも呼ばれるものと、活性化物質としてのいくつかの遷移金属イオンおよび希土類金属イオンとで構成される。ハロシリケートは、ケイ酸塩群とハロゲン化物イオンの両方が結晶構造を決める要素となっている結晶である。例えば、結晶のCa2SiO4CaCl2(例えば、ブイ.アール.ツァーヤ、ジー.ビザート、アクタ クリスタルグラフィカ B27、747(1971)を参照)、Ca2SiO3Cl2(例えば、エヌ.アイ.ゴロバスティコフおよびブイ.エフ.カザフ、ソビエト フィジックス クリスタログラフィ、22(5)、549(1977)を参照)、およびSr2LiSiO4F(例えば、エー.アケラおよびディー.ケスラー、ケミストリ オブ マテリアルス 7、1299、(1995)を参照)は典型的なハロシリケートである。結晶中で、ケイ酸塩群、例えば[Si2O7]6−および[SiO4]4−と、ハロゲン化物イオン、例えば、Cl−またはF−は一定の化学量論において化合物を構成し、結晶構造を決定する。対照的に、ケイ酸塩およびハロゲン化物イオンで構成される蛍光体があり、ハロゲン化物イオンがドーパントとして存在し、それは結晶構造を決定しないが、例えば格子の拡大または縮小を引き起こすわずかな変更をもたらすことができる。ドーパントはハロシリケートの主規定イオン(major defining ions)よりも定量的に少ない。
【0004】
LED用途への適応性は記述されていないが、いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化物蛍光体が記述されている。例えば以下を参照されたい。
【表1】
【0005】
これらの結晶材料が合成され、それらの結晶構造はX線回折によって決定された。いくつかの遷移金属イオンおよび希土類金属イオンをこれらの結晶中に発光活性化物質としてドープすることができる。
いくつかの金属ケイ酸塩ハロゲン化鉱物(非蛍光体)が記述されている。例えば以下を参照されたい。
【表2】
これらの結晶を含む蛍光体は報告されていない。
【特許文献1】米国特許出願第11/149648号
【特許文献2】米国特許出願公開第2004/0145289号
【特許文献3】米国特許出願公開第2004/0145288号
【特許文献4】米国特許第6982523号
【特許文献5】米国特許第6936857号
【特許文献6】米国特許出願公開第2004/00135504号
【特許文献7】米国特許仮出願第60/741982号
【特許文献8】米国特許出願第11/527835号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は新規なハロシリケート蛍光体、およびこのハロシリケート蛍光体が使用されたLEDを含む照明デバイスを含む照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、
a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
b) (MlxM21−x)5SiO4X6:A、
c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
から選択された化学式を有する蛍光体を提供し、ここで、
M1およびM2は各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xは約0.001から約1までの値であり、
Xはイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AはEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
【0008】
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
【0009】
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
【0010】
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でない。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は前述のような化学式を有し、ここで、
M1およびM2は各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は前述のような化学式を有し、ここで、
M1はCa2+であり、
M2はSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xはフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)3SiO4X2:A
を有し、ここで、xは約0.01から約1までの値である。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、ここで、xは約0.01から約1までの値である。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
【0011】
本発明は、前述のような本発明の蛍光体と、その蛍光体上の被覆の少なくとも1つの層とを含む被覆された蛍光体をさらに提供し、その層は少なくとも1つの酸化物を含む。いくつかの実施形態では、本発明の被覆された蛍光体は酸化物の少なくとも2つの層を含む被覆を有する。
【0012】
本発明は、本発明の蛍光体を含む照明デバイスをさらに提供する。いくつかの実施形態では、照明デバイスは、
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源と、
b)本発明による少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)光源から放出された光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)光源からの吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)光源からの吸収された光よりも長波長の光を放出する蛍光体と
を含む。
【0013】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの蛍光体は少なくとも1つの酸化物を含む被覆をさらに含む。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは白色光を生成する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの光源は発光ダイオード(LED)である。いくつかのそのような実施形態では、LEDは、p型クラッド層とn型クラッド層との間に挟まれた発光層を有する量子井戸構造を含む。
【0014】
本発明の照明デバイスのいくつかの実施形態では、p型クラッド層はAlqGa1−qNから形成され、ここで0<q<1であり、n型クラッド層はAlrGa1−rNから形成され、ここで0≦r<1であり、随意に、p型クラッド層はn型クラッド層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。
【0015】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスのLEDはインジウムと少なくとも1つの量子井戸構造とを含む発光層を含む。
【0016】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、随意に、InGaNの少なくとも1つの井戸層とGaNの少なくとも1つの障壁層とを含む少なくとも1つの量子井戸構造と、随意に、InGaNの少なくとも1つの井戸層とAlGaNの少なくとも1つの障壁層とを含む少なくとも1つの量子井戸構造と、随意に、AlInGaNの少なくとも1つの井戸層とAlInGaNの少なくとも1つの障壁層とを含む少なくとも1つの量子井戸構造とをさらに含み、少なくとも1つの障壁層が少なくとも1つの井戸層のバンドギャップ・エネルギーよりも大きいバンドギャップ・エネルギーを有し、随意に、井戸層がせいぜい約100オングストロームの厚さを有する。
【0017】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は、
M1およびM2が各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである化学式を有する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は、
M1がCa2+であり、
M2がSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである化学式を有する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Xはフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AはEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの少なくとも1つの蛍光体は化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
を有し、ここで、
xは約0.01から約1までの値であり、
Eu2+は蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは化学式(I)の
CaSiO3(SiO2)n:Rε,Y (I)
を有する少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、ここで、
Rεは、Eu2+およびMn2+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
Yはイオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであるかまたは存在しない。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは化学式(II)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
からなる少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、追加の蛍光体は青色光を放出する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは化学式(III)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
からなる少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、追加の蛍光体は赤色光を放出する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは少なくとも2つの追加の蛍光体をさらに含み、
1つの蛍光体は化学式(II)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
を含み、第2の蛍光体は化学式(III)の
CaSiO3(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
を含む。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは白色光を放出する。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源であって、発光ダイオード(LED)である光源と、
b)本発明の少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)光源から放出された光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)光源からの吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)光源からの吸収された光よりも長波長の光を放出し、
(4)随意に、少なくとも1つの酸化物を含む被覆の少なくとも1つの層をさらに含む蛍光体と
を含み、照明デバイスは白色光を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本明細書で使用されるとき、「活性化物質」は、活性化物質が一部である蛍光体からの光放出の波長を決定するイオンを指す。
本明細書で使用されるとき、「被覆」、「酸化物被覆(oxide coating)」、または「酸化物の被覆(coating of oxide)」は、(a)少なくとも1つの酸化物(例えば、アモルファスまたは結晶性)を含み、(b)光学上識別可能な埋込み粒子がなく、(c)約16時間から約100時間の間約85℃および約85%相対湿度にさらした後、蛍光体の当初の光学性能の約80%を維持する被覆などの、水に対する相対的保護を与えるのに十分に完全である被覆または外層を指す。そのような被覆は、被覆前駆物質(coating precursor)(すなわち前駆体(antecedent)または先行要素(predecessor))の材料から生じるものまたは蛍光体粒子などの他の要素および化合物を含むことができる。したがって、本明細書で使用されるとき、「酸化物」は、多くの場合被覆の原材料である金属または半導体のカチオンと酸素とを含むような材料を指す。
【0019】
本明細書で使用されるとき、「粒子」は蛍光体の個々の結晶を指す。
本明細書で使用されるとき、「グレーン」は、蛍光体粒子の凝集(agglomeration)、凝結(aggregation)、多結晶、または多形体を指し、粒子は粉末の蛍光体粒子と比較して容易に分離されない。
【0020】
実質的な気相を含むプロセスに対して本明細書で説明される温度は、反応物それ自体ではなく、当該の炉または他の反応容器のものである。
本明細書で使用されるとき、「白色光」は当技術分野でよく知られている国際照明委員会(CIE)1931ダイアグラムのいくつかの色度座標の光を指す。
本発明は、特に、
(a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
(b) (M1xM21−x)5SiO4X6:A、
(c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
(d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
(e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
(f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
(g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
(h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
(i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
(j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
(k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
(l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
(m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
(n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
(o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
(p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
(q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
(r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
から選択された化学式による蛍光体を提供し、ここで、
M1およびM2は各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xは約0.001から約1までの値であり、
Xはイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AはEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質であり、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でない。
【0021】
いくつかの実施形態では、活性化物質イオンは、母体結晶格子中の金属ストロンチウム、バリウム、またはカルシウムの一部(例えば、限定はしないが約1%から約10%まで)と置き換わることができる。いくつかの実施形態では、活性化物質イオンは、母体結晶格子中の金属ストロンチウム、バリウム、またはカルシウムの約4%と置き換わることができる。
【0022】
いくつかの実施形態では、活性化物質がEu2+を含んでいる場合、少なくとも1つの追加の活性化物質イオンが蛍光体の蛍光機能(例えば、放出波長もしくは帯域幅、または両方)を変更するのに有効な量だけ存在することを除いてAと同じであるA’はAと入れ替わることができる。
【0023】
いくつかの実施形態では、活性化物質がEu2+、Mn2+、またはそれの組合せを含んでいる場合、少なくとも1つの追加の活性化物質イオンが、蛍光体の蛍光機能(例えば、放出波長もしくは帯域幅、または両方)を変更するのに有効な量だけ存在することを除いてAと同じであるA”はAと入れ替わることができる。
【0024】
いくつかの実施形態では、活性化物質がEu2+、Pb2+、Mn2+、Bi3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+、またはそれの組合せを含んでいる場合、少なくとも1つの追加の活性化物質イオンが、蛍光体の蛍光機能(例えば、放出波長もしくは帯域幅、または両方)を変更するのに有効な量だけ存在することを除いてAと同じであるA*はAと入れ替わることができる。
【0025】
本発明の蛍光体のいくつかの実施形態では、Aは約0.001%から約10%までのモル百分率を有する。いくつかの実施形態では、Aのモル百分率の範囲は、下の終点(それを含めてまたは除いて)、約0.001%、約0.01%、約0.02%、約0.05%、約0.1%、約0.2%、約0.5%、約1%、約2%、約3%、約4%、および約5%モルのうちの1つからであり、上の終点(それを含めてまたは除いて)、約0.01%、約0.02%、約0.05%、約0.1%、約0.2%、約0.5%、約1%、約2%、約3%、約4%、約5%および約10%モルのうちの1つからである。例えば、この範囲は約0.01%から約5%モルまでとすることができる。Aは実際には蛍光体の主(primary)(すなわち、主(principal)または主(main))金属成分と置き換わることができ、それにもかかわらず、主金属成分は、相対的な量で記載された場合、組み合わせられた主金属が化学式の量において欠けたAを付属しているように存在しているかのように、規格化されて記載されることが当業者なら理解されよう。
【0026】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の放出ピークは、放出源が約440nm±100nmまたは約400nm±100nmで照明される場合に測定される。いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の放出範囲は、例えば、限定はしないが、下の終点(それを含めてまたは除いて)、約300nm、約301nm、約302nm、約303nm、および1nmずつの増加で約799nmまでの各々のうちの1つからであり、上の終点(それを含めてまたは除いて)、約800nm、約799nm、約798nm、約797nm、および1nmずつの減少で約381nmまでの各々のうちの1つからである。いくつかの実施形態では、放出範囲の下の終点は、例えば、限定はしないが、約400nm、約401nm、約402nm、および1nmずつの増加で約799nmまでの各々である。
【0027】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の励起ピーク範囲は、例えば、限定はしないが、下の終点(それを含めてまたは除いて)、約200nm、約201nm、約202nm、約203nm、および1nmずつの増加で約549nmまでの各々のうちの1つからであり、上の終点(それを含めてまたは除いて)、約550nm、約549nm、約548nm、約547nm、および1nmずつの減少で約201nmまでの各々のうちの1つからである。
【0028】
本発明は、酸化物被覆を有する本発明の蛍光体をさらに提供する。いくつかの実施形態では、被覆された蛍光体は、(1)本発明の蛍光体と、(2)少なくとも1つの層を含む被覆とを含み、その層は少なくとも1つの酸化物を含む。被覆の層により、蛍光体は、非被覆された蛍光体と比較して、水が引き起こす劣化に比較的良好に耐えるようになる。すなわち、被覆の層は水によって刺激される劣化(その全ての形態で)に対する蛍光体の耐性を向上させ、例えば、限定はしないが、被覆された蛍光体は約100時間の間約85℃および約85%相対湿度にさらされた後、当初の光学性能の約80%を維持する。
【0029】
いくつかの実施形態では、本発明の被覆された蛍光体の被覆の酸化物は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、ケイ酸アルミニウム、Al8BSi3O19(OH)、B2Al2(SiO4)2(OH)、ZnAl2O4、Al2SiO5、Al4(SiO4)3、ZrSiO4、またはそれの組合せである。いくつかの実施形態では、酸化物は酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ケイ素である。
【0030】
いくつかの実施形態では、本発明の光ルミネセンス蛍光体の被覆された蛍光体の被覆は少なくとも2層を有する。いくつかの実施形態では、各層は、別個に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、およびそれの組合せから選ばれた酸化物を含む。いくつかの実施形態では、被覆の1つの層は酸化チタンを含む。
【0031】
いくつかの実施形態では、本発明の光ルミネセンス蛍光体の被覆された蛍光体の被覆は連続的である。
いくつかの実施形態では、本発明の被覆の酸化物層は、主として(例えば、≧約60%)、1つのタイプの酸化物(金属または半導体成分によって決定されるような)、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ケイ素の層を含む。いくつかの実施形態では、本発明の被覆は、主として1つのタイプの酸化物である2つ以上の層を含む。例えば、この層は、2つ以上の酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ケイ素で別々に製作することができる。いくつかの実施形態では、本発明の被覆のある層は酸化ケイ素であり、別の層は酸化チタンまたは酸化アルミニウムである。
【0032】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の被覆は、1つのタイプの酸化物、例えば酸化チタンの単層とすることができ、または、被覆は多層とすることができ、すなわち1つより多い層または少なくとも2つの層を含み、その層は互いに無関係に異なるタイプの酸化物または酸化物の組合せを含み、例えば、ある層は酸化アルミニウムを含むことができ、別の層は酸化ケイ素を含むことができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の被覆は実質的に透明とすることができ(有用な蛍光が保持されるように)、一般に約0.1ミクロンと約3.0ミクロンとの間の厚さ、または約0.05ミクロンと約0.50ミクロンとの間の厚さである。薄すぎる被覆(例えば、少なくとも約0.005ミクロン(5nm)未満の厚さ)は、水分に対する不浸透性が不十分になる傾向があり、すなわち、被覆が蛍光体を水分から保護しなくなり、それによって蛍光体が劣化し、光ルミネセンスを失う。厚すぎる被覆(例えば、約3.0ミクロンよりも大きい厚さ)は透明性が減少する傾向があり、被覆された蛍光体の輝度が低減される。
【0034】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体の被覆によって与えられる保護の量は、約85℃および約85%の湿度である期間の間保持される当初の放出強度の量によって測定することができる。いくつかの実施形態では、被覆された蛍光体は、少なくとも約30分、少なくとも約1時間、または少なくとも約2時間の間これらの状態にさらされたとき、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%の光ルミネッセンスを保持する。いくつかの実施形態では、被覆された蛍光体は、少なくとも約4時間、少なくとも約8時間、少なくとも約12時間、少なくとも約16時間、少なくとも約24時間、少なくとも約48時間、または少なくとも約96時間の間これらの状態にさらされたとき、当初の放射強度の少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、または少なくとも約80%を保持する。
【0035】
さらに、本発明によって、本発明の蛍光体を酸化物被覆で被覆する方法が提供され、この方法は、(a)本発明の蛍光体を提供することと、(b)被覆されていない場合よりも水が引き起こす劣化に蛍光体を比較的良好に耐えるようにする被覆の少なくとも1つの層を生成するために蛍光体を酸化物前駆物質と水にさらすこととを含む。被覆の方法は蛍光体の粒子およびグレーンを被覆する。
【0036】
いくつかの実施形態では、蛍光体粒子(および/またはグレーン)は、全ての面が被覆操作の期間中に被覆気体または液体に実質的に等しくさらされる(すなわち、蛍光体粒子の表面の大部分、例えば約≧50%がさらされる)ように、蛍光体粒子(および/またはグレーン)を撹拌するかまたは懸濁させることによって被覆される。例えば、限定はしないが、粒子は流動床中で懸濁させるか、または液体中で撹拌するかまたはかき混ぜることができる。粒子を流動体化するために使用されるガスは、粒子を被覆するために使用される気体を含むことができる。例えば、限定はしないが、ガスは不活性ガス担体(すなわち、通常の環境下で反応しないガス)および被覆用気体を含むことができる。搬送ガスは、被覆で使用する気体を搬送するために、主に(predominately)(すなわち、主に(principally)、大部分または主に(primarily)、例えば、≧約60%)液体または固体の形態の前駆物質の容器を通過することができる。容器および接続経路は十分な蒸気圧を維持するために必要に応じて加熱することができる。
【0037】
2つ以上の酸化物前駆物質が同じ被覆層を形成するのに使用される場合、搬送ガスは別個の前駆物質の容器を別々に通過し、反応容器の被覆反応チャンバより前でまたはその中で混合することができる。別個の容器を通る相対的搬送ガス流量は、蒸気圧または実験的被覆結果を考慮して所望の量の前駆物質を運ぶように調節することができる。水蒸気は、適宜に、同様に加減された量で同様に反応容器に運ばれる。液体媒介の被覆方法では、いくつもの調合法を使用して液体中に多数の前駆物質を混合することができる。
【0038】
気相および/または液相で生じる加水分解により被覆を遂行して表面酸化物を形成することができる。前者の例は化学蒸着法(CVD)であり、後者の例はゾルゲルプロセスである。
【0039】
気相堆積反応(すなわち、加水分解堆積反応)では、被覆されていない蛍光体粒子を搬送ガスによって反応チャンバ中で浮遊させて、その粒子を実質的に単一の粒子として分散させることができる(例えば、95パーセントを超える(>95%)粒子が、群集、凝集、または凝結しない)。チャンバを加熱して、反応物に適切な温度(例えば、いくつかの実施では、約200℃)を与えることができる。次に、気相の被覆前駆物質材料がチャンバに導入される。この温度条件下で、前駆物質の少なくとも一部(例えば約20%)が加水分解的に分解されて蛍光体粒子の表面に酸化物層を形成し、それによって、蛍光体粒子をマイクロカプセル化する。本発明で使用することができる典型的な加水分解は以下の通りである。
TiCl4+2H2O→TiO2+4HCl
【0040】
液相堆積(すなわち、加水分解堆積反応)では、被覆されていない蛍光体粉末(蛍光体粒子および/またはグレーンを含む)は、被覆前駆物質を含む不活性流動性媒体(すなわち、化学的に反応する能力が制限された媒体)に懸濁させることができる。粒子が十分に分散して懸濁液を形成し、凝集を形成する可能性がほとんどないように粉末は撹拌される。本明細書で使用されるとき、「懸濁液」はある物質(すなわち、分散される媒体)が別の物質(すなわち、分散媒体)内で細かく分散するコロイド状混合物を指す。次に、少量の水を懸濁液に加えて加水分解を開始することができる。必要ならば、反応は温度の上昇、例えば約70℃によって加速される。加水分解は蛍光体粒子の表面に酸化物被覆の形成をもたらす。例えば、以下の反応はSCS粒子上への被覆SiO2に使用することができる。
Si(OC2H5)4+2H2O→SiO2+4C2H5OH
【0041】
いくつかの実施形態では、蛍光体を被覆する方法は加水分解堆積反応を含み、加水分解堆積反応は有用な蛍光(被覆のないバージョンの約80%以上の光学性能を有する)を保持するために選択された温度で(所与の蛍光体を考慮して)行われる。気相堆積の温度は例えば約25℃から約400℃までとすることができる。その温度は、例えば、少なくとも25℃、少なくとも約50℃、少なくとも約75℃、少なくとも約100℃、少なくとも約150℃、または少なくとも約200℃とすることができる。その温度は、例えば、高くても約400℃、高くても約300℃、高くても約275℃、高くても約250℃、高くても約225℃、または高くても約200℃とすることができる。液相堆積の温度は、反応物と、溶媒と、温度への蛍光体の安定性とに応じて、例えば約25℃から約90℃までとすることができる。その温度は、例えば、少なくとも25℃、少なくとも約30℃、少なくとも約35℃、少なくとも約40℃、少なくとも約45℃、少なくとも約50℃、少なくとも約55℃、少なくとも約60℃、少なくとも約65℃、または少なくとも約70℃とすることができる。その温度は、例えば、高くても約90℃、高くても約85℃、高くても約80℃、高くても約75℃、高くても約70℃、高くても約65℃、高くても約60℃、高くても約55℃、または高くても約50℃とすることができる。その温度は、当然、操作圧力における溶媒の沸点より低い。
【0042】
本発明の被覆された蛍光体の被覆に有用な酸化物は、例えば、限定はしないが、酸化チタン(例えばTiO2)、酸化アルミニウム(例えばAl2O3)、酸化ジルコニウム(例えばZrO2)、酸化スズ(例えばSnO2)、酸化ホウ素(例えばB2O3)、酸化ケイ素(例えばSiO2)、酸化亜鉛(例えばZnO)、酸化ゲルマニウム(例えばGeO2)、酸化タンタル(例えばTa2O5)、酸化ニオブ(例えばNb2O5)、酸化ハフニウム(例えばHfO2)、酸化ガリウム(例えばGa2O3)などである。さらに、本発明の被覆された蛍光体の被覆に有用な酸化物は、1つよりも多いタイプのカチオンで形成された酸化物、例えば、ケイ酸アルミニウム[例えば、3Al2O3・2SiO2またはムライト形態のものなど]、Al8BSi3O19(OH)[例えば、デュモルチエライト形態のものなど]、B2Al2(SiO4)2(OH)[例えば、ユークレース形態のものなど]、ZnAl2O4[例えば、亜鉛尖晶石形態のものなど]、Al2SiO5[例えば、ケイセン石形態のものなど]、ZrSiO4[例えば、ジルコン形態のものなど]などである。いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体を被覆する方法で使用するために、加水分解的に酸化物を生成する揮発性または適度に可溶性の前駆物質が使用される。そのような前駆物質は当技術分野で知られている。
【0043】
揮発性前駆物質は、例えば、限定はしないが、ハロゲン化金属(例えば四塩化チタン(TiCl4)および四塩化ケイ素(SiCl4))、アルキル化金属(例えばトリメチルアルミニウム、(Al(CH3)3))、トリメチルホウ素(B(CH3)3)、テトラメチルゲルマニウム、Ge(CH3)4、およびテトラエチルジルコニウム、Zr(C2H5)4、混合ハロ(halo)(すなわちフッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ素、またはアスタチンを含む)、および金属のアルキル誘導体(例えばジメチルアルミニウム塩化物、ジエチルジクロルシラン)、金属または半導体アルコキシド(例えばチタン(IV)メトキシドおよびテトラエチルオルソシリケート(TEOS))を含む。蒸気水を用いて、これらの化合物を加水分解してそれぞれの酸化物を生成することができる。本明細書で使用されるとき、「ハロゲン化金属」は、イオン結合または原子価結合される化学元素の周期表のVII族元素の金属カチオンおよびアニオンを指す。本明細書で使用されるとき、「アルキル化金属」は、例えば、メチル、ジエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、およびデシルなどの少なくとも1つのC1からC16の直線基または分岐基を含む金属カチオンおよびアニオンを指す。本明細書で使用されるとき、「アルキル」は非分岐(すなわち、直鎖)または分岐(すなわち、非直鎖)の飽和炭化水素基を指す。実例のアルキル基は、限定はしないが、メチル(Me)、エチル(Et)、プロピル(例えばn−プロピルおよびイソプロピル)、ブチル(例えばn−ブチル、イソブチル、t−ブチル)、ペンチル(例えばn−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル)などを含む。本発明のいくつかの実施形態では、アルキル基は、約1個から約10個まで、約2個から約8個まで、約3個から約6個まで、約1個から約8個まで、約1個から約6個まで、約1個から約4個まで、約1個から約3個までの炭素原子を、または約1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、または10個の炭素原子を含む。本明細書で使用されるとき、「アルコキシド」はアルキル−O−基を指し、アルキルは先に定義されている。
【0044】
可溶性前駆物質は、例えば、金属または半導体アルコキシド(例えば、チタン(IV)メトキシドおよびジルコニウム(IV)ブトキシド)を含む。そのような化合物は加水分解によって酸化物を形成することができる。
【0045】
本発明は、本発明の少なくとも1つの蛍光体を含む照明デバイスをさらに提供する。いくつかのそのような実施形態では、照明デバイスはさらに光源を含む。本明細書で使用されるとき、「光源」は、本発明の蛍光体以外のIII−V族半導体量子井戸をベースとする発光ダイオードまたは蛍光体を指す。
【0046】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは白色LEDランプである。いくつかのそのような実施形態では、白色LEDランプはLEDと2つ以上の蛍光体とを含み、青色光または近紫外光でポンプされる。本明細書で使用されるとき、「近紫外光」は約350nmから約420nmまでの波長範囲を有する光を指す。いくつかのそのような実施形態では、白色LEDランプは少なくとも約84の高いCRI、少なくとも約90%の高い効率、および少なくとも約100000時間の長い寿命を提供する。
【0047】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、少なくとも250nmの波長を有する光を放出する少なくとも1つのLEDと、本明細書で説明される化学式を有する本発明の少なくとも1つの蛍光体とを含み、蛍光体はLEDとデバイスの光出力部との間に配置される。
【0048】
いくつかのそのような実施形態では、照明デバイスは少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含むことができる。追加の蛍光体は所望の色度の達成を援助することができる。追加の蛍光体は米国特許出願第11/149648号(ワイ.ティアン)に開示されているような化学式、すなわち、化学式(I)の
[(BvSiO3)x(Mv2SiO3)y(Tv2(SiO3)3)z]m(SiO2)n:Rε,X (I)
を有することができ、ここで、x、yおよびzは各々x+y+z=1になるような任意の値であり、Bvは少なくとも1つの2価のアルカリ土類金属イオンであり、Mvは少なくとも1つの1価のアルカリ金属イオンであり、Tvは少なくとも1つの3価の金属イオンであり、RεはEu2+イオンおよびMn2+イオンから選択された少なくとも1つの活性化物質であり、Xはイオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、mは1または0であり、但し、mが1であり、ホスト有効ルミネセンスに有効なケイ酸の量を与える場合、nは3よりも大きく、またはm=0の場合、nは1である。本明細書で使用されるとき、「有効ルミネセンス」は、約40%よりも高い量子効率をもつ放出可視光(約400nmから約750nmの範囲の波長)を指す。
【0049】
本発明の蛍光体と共に使用することができる他の追加の蛍光体は、例えば、Y3Al5O12:Ce3+(YAG)、Lu3Ga2(AlO4)3:Ce3+、La3In2(AlO4)3:Ce3+、Ca3Ga5O12:Ce3+、Sr3Al5O12:Tb3+、BaYSiAlO12:Ce3+、CaGa2S4:Eu2+、SrCaSiO4:Eu2+、ZnS:Cu、CaSi2O2N:Eu2+、SrSi2O2N:Eu2+、SrSiAl2O3N2:Eu2+、Ba2MgSi2O7:Eu2+、Ba2SiO4:Eu2+、La2O3・11Al2O3:Mn2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl4:Eu2+,Mn2+、(CaM)(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+,Tb3+,Yb3+、YBO3:Ce3+,Tb3+、BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2+、BaCaSi7N10:Eu2+、(SrBa)3MgSi2O8:Eu2+、(SrBa)2P2O7:Eu2+、(SrBa)2Al14O25:Eu2+、LaSi3N5:Ce3+、(BaSr)MgAl10O17:Eu2+、およびCaMgSi2O7:Eu2+を含む。
【0050】
本発明の照明デバイスのいくつかの実施形態では、蛍光体は光源とデバイスの光出力部との間に配置される。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの光源は、例えば、量子井戸構造を備える発光層をもつ窒化ガリウムベースのLEDを含むことができる。いくつかの実施形態では、光源は、LEDまたは蛍光体からの光を導くように配置された反射器を含むことができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、LEDの表面上にまたはそこから離して配置することができる。いくつかの実施形態では、光源は蛍光体をカプセル化する半透明の材料をさらに含むことができ、随意に、LEDの放出光の一部(例えば、限定はしないが、約30%)が光出力部から出てくる。
【0051】
照明デバイスで使用される場合、本発明の蛍光体は、例えば約250nmから約500nmまたは約300nmから約420nmの波長範囲で放出する半導体光源(例えばLED)などの1次光源からの光によって、あるいは例えば約250nmから約500nmまたは約300nmから約420nmの波長範囲で放出する追加の蛍光体からの放出などの2次光源からの光によって励起することができることを認識されよう。励起光が2次である場合、本発明の蛍光体に関して、励起誘導光が適切な光源光となる。本発明の蛍光体を使用するデバイスは、例えば、限定はしないが、本発明の蛍光体によって生成された光をデバイス(例えば1次光源など)の内部に導くのではなく、そのような光を光出力部に導く例えば誘電体ミラーなどのミラーを含むことができる。
【0052】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの半導体光源(例えばLEDチップ)は、少なくとも約250nm、少なくとも約255nm、少なくとも約260nmなど、約1nmずつの増加で少なくとも約500nmまでの光を放出する。半導体光源は、いくつかの実施形態では、高くても約500nm、高くても約495nm、高くても約490nmなど、約1nmずつの増加で高くても約300nmまでの光を放出する。
【0053】
いくつかの実施形態では、本発明の蛍光体は、固着剤、凝固剤、分散剤(すなわち、光散乱材料)、充填剤などを用いて本発明の照明デバイス中に分散することができる。固着剤は、例えば、限定はしないが、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂などの光硬化重合体、ガラス、石英などとすることができる。本発明の蛍光体は当技術分野で知られている方法によって固着剤中に分散することができる。例えば、いくつかの実施形態では、蛍光体は、溶媒中に懸濁されたか、溶解されたか、または部分的に溶解された重合体を備えた溶媒中に懸濁することができ、それによりスラリーを形成し、次に、スラリーを照明デバイス上に分散し、そこから溶媒を蒸発することができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、例えば樹脂に対して予備硬化された前駆物質などの液体中に懸濁してスラリーを形成し、次に、スラリーを照明デバイス上に分散し、そこで重合体(樹脂)を硬化することができる。硬化は、例えば、熱、UV、または前駆物質と混合された硬化剤(例えば遊離基開始剤など)によることができる。本明細書で使用されるとき、「硬化(cure)」または「硬化(curing)」は、多くの場合、物質またはそれの混合物の安定性または有用性を改善するために、物質またはそれの混合物を重合するかまたは固化することを指すか、それに関係するか、またはそれのプロセスである。
【0054】
いくつかの実施形態では、照明デバイス中に蛍光体を分散させるのに使用される固着剤は熱で液化することができ、それによってスラリーが形成され、次に、スラリーは照明デバイス上に分散され、その場で固化することができる。分散剤は、例えば、限定はしないが、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化ケイ素などを含む。
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスは、励起エネルギーを生成するかまたは別のシステムを励起して本発明の蛍光体に励起エネルギーを供給するために、LEDなどの半導体光源を含む。本発明を使用するデバイスは、例えば、限定はしないが、白色光生成用照明デバイス、藍色光生成用照明デバイス、青色光生成用照明デバイス、緑色光生成用照明デバイス、黄色光生成用照明デバイス、オレンジ色光生成用照明デバイス、ピンク色光生成用照明デバイス、赤色光生成用照明デバイス、または本発明の光ルミネセンス蛍光体の色度ベクトルと少なくとも1つの第2の光源の色度ベクトルとの間の合成色度ベクトルによって定められた出力色度をもつ照明デバイスを含むことができる。車両用のヘッドライトまたは他のナビゲーション灯を本発明の照明デバイスで製作することができる。照明デバイスは、携帯電話および携帯情報端末(PDA)などの小さい電子デバイス用の出力表示器とすることができる。本発明の照明デバイスは、携帯電話、PDA、およびラップトップ・コンピュータ用の液晶表示器のバックライトとすることもできる。適切な電力供給が与えられれば、室内照明を本発明のデバイスに基づいて行うことができる。本発明の照明デバイスの温感(すなわち、黄色/赤色の色度の量)は、本発明の蛍光体からの光と第2の光源(本発明の第2の光ルミネセンス蛍光体を含めて)からの光の比を選択することによって調整することができる。
【0055】
本発明で使用するための適切な半導体光源は、本発明の蛍光体を励起する光を、または異なる蛍光体を励起し、次に本発明の蛍光体を励起する光を生成するものも含む。そのような半導体光源は、例えば、限定はしないが、GaN(窒化ガリウム)型半導体光源、In−Al−Ga−N型半導体光源(IniAljGakN、ここでi+j+k=約1、i、j、およびkの2つ以上が0)、BN、SiC、ZnSe、BAlGaN、およびBInAlGaN光源などとすることができる。半導体光源(例えば半導体チップ)は、例えばIII−VまたはII−VI量子井戸構造(化学元素の周期表の元素を組み合わせる、例えば、III族からの元素をV族からの元素と、またはII族からの元素をVI族からの元素と組み合わせる化合物を含む構造を意味する)に基づくことができる。いくつかの実施形態では、青色光または近紫外光放出用半導体光源が使用される。
【0056】
いくつかの実施形態では、本発明の照明デバイスの半導体光源は、少なくとも2つの異なる蛍光体を有し、1つの母材中に蛍光体を一緒に分散させる代わりに層として蛍光体を重ね合わせて蛍光体を別々に分散させる。そのような層化を使用して、複数の色変換プロセスを介して最終光放出色を得ることができる。例えば、光放出プロセスは、本発明の第1の蛍光体による半導体光源の光放出の吸収と、第1の蛍光体による光放出と、第2の蛍光体による第1の蛍光体の光放出の吸収と、第2の蛍光体による光放出とである。いくつかの実施形態では、第2の蛍光体は本発明の蛍光体である。いくつかの実施形態では、第2の蛍光体は本発明の蛍光体ではない。
【0057】
図4は、半導体光源の例示的な層状構造を示す。半導体光源は、例えばサファイア基板などの基板Sbを含む。例えば、バッファ層B、n型接触層NCt、n型クラッド層NCd、多重量子井戸活性層MQW、p型クラッド層PCd、およびp型接触層PCtが、窒化物半導体層としてその順で形成される。これらの層は、例えば有機金属化学蒸着(MOCVD)によって基板Sb上に形成することができる。その後、光透明電極LtEがp型接触層PCtの全表面上に形成され、p電極PEIが光透明電極LtEの一部の上に形成され、n電極NEIがn型接触層NCtの一部の上に形成される。これらの層は、例えばスパッタまたは真空蒸着によって形成することができる。
【0058】
バッファ層Bは例えばAlNで形成することができ、n型接触層NCtは例えばGaNで形成することができる。
n型クラッド層NCdは、例えば0≦r<1としてAlrGa1−rNで形成することができ、p型クラッド層PCdは、例えば0<q<1としてAlqGa1−qNで形成することができ、p型接触層PCtは、例えば0≦s<1およびs<qとしてAlsGa1−sNで形成することができる。p型クラッド層PCdのバンドギャップはn型クラッド層NCdのバンドギャップよりも大きくされる。n型クラッド層NCdおよびp型クラッド層PCdは各々単一組成の構造を有することができ、または超格子構造を設けるために、厚さが約100オングストローム以下であり、組成が互いに異なる前述の窒化物半導体層が互いの上に積み重ねられるような構造を有することができる。層厚が約100オングストローム以下である場合、層中に亀裂または結晶欠陥が発生するのを防ぐことができる。
【0059】
多重量子井戸活性層MQWは、複数(すなわち、少なくとも2つ)のInGaN井戸層と複数のGaN障壁層とによって構成することができる。井戸層および障壁層の厚さは、超格子構造を構成するように、約100オングストローム以下、例えば約60オングストロームから約70オングストロームなどの厚さを有することができる。InGaNの結晶は他のアルミニウム含有窒化物半導体、例えばAlGaNなどよりも柔らかいので、活性層MQWを構成する層中にInGaNを使用すると、積み重ねられた窒化物半導体層の全てが亀裂を生じにくいという利点を与えることができる。多重量子井戸活性層MQWは複数のInGaN井戸層と複数のAlGaN障壁層とによって構成することもできる。または、多重量子井戸活性層MQWは、複数のAlInGaN井戸層と複数のAlInGaN障壁層とによって構成することができる。この場合、障壁層のバンドギャップ・エネルギーは井戸層のバンドギャップ・エネルギーより大きくすることができる。
【0060】
いくつかの実施形態では、本発明の光源は、多重量子井戸活性層MQWから基板Sb側に、例えばn型接触層NCtのバッファ層B側に反射層を含む。反射層は、基板Sb上に積み重ねられた多重量子井戸活性層MQWから遠い(すなわち、ある距離をおいて)基板Sbの表面上に設けることもできる。反射層は、活性層MQWから放出された光に対して最大反射率を有することができ、例えばアルミニウムで形成することができ、または薄いGaN層の多層構造を有することができる。反射層を設けると、活性層MQWから放出された光が反射層から反射できるようになり、活性層MQWから放出された光の内部吸収を低減させることができ、上方(すなわち、デバイスから外に出る、または外部に向けておよび基板から離れる方向)への光出力の量を増加させることができ、光源用マウントへの光の入射を低減して劣化を防ぐことができる。
【0061】
LEDと蛍光体とによって構成された本発明の照明デバイスのいくつかの例示的な構造が図1〜3に示される。図1は、リード線2によって電力供給されるLEDチップ1(すなわち、1次光源)と、LEDチップと最終光出力部6との間に固定された蛍光体含有材料4とを有する発光デバイス10を示す。反射器3は光出力を集中させるように働くことができる。透明な外囲器5はLEDチップおよび蛍光体を環境から分離し、かつ/またはレンズを提供することができる。図2は、リード線2’によって電力供給されるLEDチップ1’と、LEDチップと最終光出力部6’との間に固定された、この場合反射器3’の上にある蛍光体含有材料4’とを有する発光デバイス10’を示す。反射器と、LEDチップから離れている蛍光体含有材料の場所とが最終光出力を集中させるように働くことができる。透明な外囲器5’はLEDチップおよび蛍光体を環境から分離し、かつ/またはレンズを提供することができる。図3の照明デバイス20は多数のLEDチップ11、リード線12、蛍光体含有材料14、および透明な外囲器15を有する。
【0062】
リード線2、2’、12は厚いリード線枠によって支持された細線を含むことができ、またはリード線は自立電極を含み、リード線枠を省くことができる。リード線はLEDチップに電流を供給し、したがって、LEDチップは放射を放出する。
【0063】
半導体光源からの光が蛍光体との相互作用によって処理されるように、蛍光体を半導体光源(例えばLED光源)に関連させるいくつもの方法があることを当業者なら理解されよう。米国特許出願公開第2004/0145289号(エージェー オーダーカーク等)および米国特許出願公開第2004/0145288号(エージェー オーダーカーク等)は、蛍光体が半導体光源の光出力部から離して配置されている照明デバイスを示している。米国特許第6982523号(ティー.オダキ)、米国特許第6936857号(ディー.ドクシー等)、米国特許出願公開第2004/00135504号(エイチ.タマキ等)は、限定はしないが、本発明で使用することができる照明デバイスをさらに示している。
【0064】
半導体光源ベースの白色光デバイスは、例えば、オーディオ・システム、家庭電化製品、計器、医療器具などの表示部分に所定のパターンまたはグラフィック・デザインを表示するための自己放出型表示器で使用することができる。そのような半導体光源ベースの光デバイスは、例えば、限定はしないが、液晶ダイオード(LCD)表示器用バックライト、プリンタヘッド、ファクシミリ、複写装置などの光源として使用することもできる。
本発明は、
(a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
(b) (M1xM21−x)5SiO4X6:A、
(c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
(d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
(e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
(f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
(g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
(h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
(i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
(j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
(k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
(l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
(m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
(n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
(o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
(p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
(q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
(r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
から選択された化学式を有する蛍光体を製作する方法も提供し、ここで、
M1およびM2は各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xは約0.001から約1までの値であり、
Xはイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AはEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
この方法は、
1)上に示された化学式を有する蛍光体への前駆物質である金属ケイ酸塩を提供するステップと、
2)前述のものから少なくとも1つの活性化物質イオンを提供するステップと、
3)随意に、イオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンを提供するステップと、
4)混合物を形成するために、金属ケイ酸塩および活性化物質イオンを、イオンまたは原子の形態である金属ハロゲン化物イオンと混合するステップと、
5)蛍光体を生成するために混合物を加熱するステップとを含む。
【0065】
蛍光体を製作する方法は、例えば、目標蛍光体の構成成分および/または加熱中にそのような構成成分を生成するように反応する化合物(前駆物質)からなる混合物を加熱することを含む。混合物は、随意に、最終生成物に組み入れられるのに必要なものよりも過剰に一部の金属ハロゲン化物(イオンまたは原子の形態で)を含む。混合は、均質混合物を保証するために粉砕と組み合わされることが可能である。加熱は、約600℃以上、例えば約800℃、約900℃、または約1000℃などの温度で約1時間以上の期間続けることができる。加熱は混合物の反応を生じさせ、活性化物質含有金属ケイ酸塩ハロゲン化物を生成する。加熱プロセスの一部は、活性化物質が最終生成物中に目標とした酸化状態で確実に存在するように不活性雰囲気または還元雰囲気で行うことができる。本明細書で使用されるとき、「還元」という用語は、電子が原子またはイオンに加えられる(酸素を除くかまたは水素を加えることによるとき)プロセスを指す。本発明の蛍光体を作る方法の加熱ステップの生成物は、過剰金属ハロゲン化物(イオンまたは原子の形態で)を、もし存在すれば、除去するために洗浄される。
【0066】
本発明の方法のいくつかの実施形態では、生成された混合物は、少なくとも1つの活性化物質酸化物およびイオンまたは原子の形態の少なくとも1つの金属ハロゲン化物に加えて、少なくとも1つの金属ケイ酸塩を形成するために加熱している間に一緒に反応する化合物で構成することができる。
【0067】
いくつかの実施形態では、本発明の方法は、随意に第1の加熱よりも高温の第2の加熱をさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、この方法は、第1の加熱のステップと第2の加熱ステップとの間に粉砕のステップをさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、加熱温度の範囲は、例えば、約800℃、約801℃、約802℃、約803℃など、1℃ずつの増加で約1199℃までの下の終点(それを含めてまたは除いて)、および約1200℃、約1199℃、約1198℃、約1197℃など、1℃ずつの減少で約801℃までの上の終点(それを含めてまたは除いて)を有する。
【0068】
いくつかの実施形態では、本発明の方法は固体溶媒を使用する。いくつかのそのような実施形態では、ハロゲン化物(イオンまたは原子)以外のおよび随意に活性化物質以外の構成成分または前駆物質を加熱して、ハロゲン化物成分を欠いており、随意に活性化物質成分を欠いており、鉱物金属ケイ酸塩を含む前駆物質を形成する。金属ケイ酸塩は、目標温度で液体を形成するように選択された金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)と混合される(例えば粉砕によって)。混合物は、蛍光体を得るために目標温度(ある範囲とすることができる、すなわち目標温度範囲)で加熱される。金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)は溶媒として働き、ハロゲン化物源を提供する。いくつかのそのような実施形態では、第1の加熱ステップの加熱温度の範囲は、例えば、約900℃、約901℃、約902℃、約903℃など、1℃ずつの増加で約1299℃までの下の終点(それを含めてまたは除いて)、および約1300℃、約1299℃、約1298℃、約1297℃など、1℃ずつの減少で約901℃までの上の終点(それを含めてまたは除いて)を有する。いくつかのそのような実施形態では、目標温度の範囲は、例えば、約800℃、約801℃、約802℃、約803℃など、1℃ずつの増加で約1199℃までの下の終点(それを含めてまたは除いて)、および約1200℃、約1199℃、約1198℃、約1197℃など、1℃ずつの減少で約801℃までの上の終点(それを含めてまたは除いて)を有する。得られた金属ケイ酸塩ハロゲン化物は、多くの場合、金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)が在る状態でさえ粉末X線回折によって同定することができる。有用な金属ハロゲン化物(イオンまたは原子)は、例えば、CaCl2、SrCl2、BaCl2、CaBr2、SrBr2、BaBr2、CaF2、SrF2、BaF2、MgCl2、MgBr2、MgF2、またはそれの混合物などを含む。
【0069】
[実施例]
以下の実施例は当業者に本発明の製作および使用の方法の完全な開示および説明を提供するために提出され、発明者が発明と見なすものの範囲を限定するものではなく、以下の実験が全てであるかまたは行われた唯一の実験であることを示すものではない。使用される数値(例えば量、温度など)に対する精度を保証するために努力がなされたが、いくらかの実験誤差および偏差が考慮されるべきである。特に示さない限り、部は重量部であり、分子量は平均分子量であり、温度は摂氏度である。
【実施例1】
【0070】
(Ca,Sr)3SiO4Cl2:Eu2+の作製
Eu2O3(0.66g)、SiO2(15.02g)、CaCO3(45.0g)、およびSrCO3(7.38g)の原料粉末がミリングジャー中で混合され粉砕された。次に、混合粉末は空気雰囲気中で約1000℃で約5時間焼成された。焼成粉末は冷却され粉砕された。次に、CaCl2(20g)が乳鉢/乳棒中で焼成粉末に加えられ混合された。次に、得られた粉末は、約700℃で、形成ガス(5%H2/N2)中で、約3時間焼成された。次に、第2の焼成粉末はCaCl2(10g)と混合され、次に約700℃で、形成ガス(5%H2/N2)中で、約3時間焼成された。蛍光励起スペクトルおよび放出スペクトルが図5に示される。X線回折(XRD)パターン(図6)は、蛍光体がCa3SiO4Cl2の構造を有することを示している。
【実施例2】
【0071】
(Ca,Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+の作製
実施例1の最終生成物(約5g)がMgCl2(2g)と混合され、約800℃で、形成ガス中で、約10時間焼成された。蛍光体生成物は脱イオン水で3回洗浄され、次に、約100℃で約10時間乾燥された。蛍光体の蛍光励起スペクトルおよび放出スペクトルが図6に示される。蛍光体のXRDパターンが図7に示される。
【実施例3】
【0072】
(Ca,Sr)3SiO4Cl2:Eu2+をもつ白色LEDランプの作製
蛍光体混合物は、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I−(赤色放出)、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I−(青色放出)、および約0.6gの実施例1で作製された蛍光体(緑色放出)を混合することによって製作された。混合の後、約0.04gの蛍光体混合物が約0.2gのシリコーン樹脂に加えられ混合されて、約20wt%の蛍光体混合物を含むスラリーが与えられた。一方、反射器に取り付けられた410nm放出LEDチップは透明なシリコーン樹脂の層で被覆された。シリコーン層が硬化処理された後、スラリーがLED上の硬化したシリコーンの層の上に塗布され、次に、150℃で約9時間硬化処理されて、図2に示されたようにLEDチップから離れている蛍光体スラリーの層をLEDランプに設けた。図9は、蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す。LEDランプは、色度座標のx=0.3167、y=0.3477、CCT=6197K、およびRa=0.83によって特徴づけられる。
【実施例4】
【0073】
(Ca,Sr)8(SiO4)4Cl2:Eu2+をもつLEDランプの作製
蛍光体混合物が、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I−(赤色放出)、約0.3gのCaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I−(青色放出)、および実施例2で作製された約0.5gの(Ca,Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+(緑色放出)を混合することによって製作され、1:1.6:1のR:G:B比をもつ蛍光体混合物がもたらされた。混合の後、約0.04gの蛍光体混合物が約0.2gのシリコーン樹脂と混合されて、約20wt%の混合物を含むスラリーが与えられた。一方、反射器に取り付けられた410nm放出LEDチップは透明なシリコーン樹脂の層で被覆された。シリコーン層が硬化処理された後、蛍光体スラリーがLED上の硬化したシリコーンの層の上に塗布され、次に、150℃で約9時間硬化処理されて、図2に示されたようにチップから離れている蛍光体スラリーの層をLEDランプに設けた。図10は、蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す。LEDランプは、色度座標のx=0.2692、y=0.3294、CCT=9264K、およびRa=0.69によって特徴づけられる。
【実施例5】
【0074】
酸化物被覆された蛍光体の作製
実施例1または2の蛍光体生成物などの本発明の蛍光体は、懸濁液を形成するために、約100グラムの蛍光体を、約34グラムのテトラエトキシシランを含む約340グラムの2−プロパノール中に懸濁させることによって酸化物被覆で被覆することができる。次に、懸濁液は約10分間超音波処理される。次に、pH=8.0(水酸化アンモニウムで調節された)の水(約24グラム)が懸濁液に加えられる。次に、懸濁液は約16時間保温され撹拌される。次に、固体が濾過され、約50℃で約4時間乾燥される。得られた粉末は約150℃でN2ガス下で約1時間焼成されて被覆された蛍光体が提供される。次に、被覆された蛍光体は安定性試験として約85℃および約85%相対湿度に保持することがある。被覆された蛍光体の試験サンプルの蛍光放出は様々な時間で測定することができる。被覆された蛍光体の蛍光放出は、試験サンプルを励起するためのキセノンランプ(約460nmで)および放出を検出するための光電子倍増管を使用して、SPEX−1680蛍光計(ISA社、エジソン、ニュージャージー州)を使用して測定することができる。
【0075】
本出願は、2005年12月2日に出願された米国特許仮出願第60/741982号、および2006年9月27日に出願された米国特許出願第11/527835号の優先権の利益を主張するものであり、それらは各々参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【0076】
特許および特許出願を含むがそれらに限定されない、本明細書に引用された出版物および参考文献は、それら全体として引用された全部分において、個々の出版物または参考文献を各々詳細に個別に指し示して、完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。本出願が優先権を主張するいずれの特許出願も、出版物および参考文献に対して先に記載したように参照により本明細書に組み込まれる。
本発明がいくつかの実施形態に重点を置いて説明されたが、実施形態の変更を使用することができ、本明細書で詳細に説明されたようなもの以外に本発明を実施することができるものであることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲内に含まれる全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】本発明で使用することができる発光デバイスを示す図である。
【図2】本発明で使用することができる発光デバイスを示す図である。
【図3】本発明で使用することができる発光デバイスを示す図である。
【図4】本発明で使用することができるLEDを示す図である。
【図5】本発明の蛍光体の実施例1の場合の放出/励起スペクトルを示す図である。
【図6】本発明の蛍光体の実施例1の場合のX線回折を示す図である。
【図7】本発明の蛍光体の実施例2の場合の放出/励起スペクトルを示す図である。
【図8】本発明の蛍光体の実施例2の場合のX線回折を示す図である。
【図9】実施例3の場合の本発明の蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す図である。
【図10】実施例4の場合の本発明の蛍光体混合物で製作されたLEDランプの放出スペクトルを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
b) (M1xM21−x)5SiO4X6:A、
c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A、
から選択された化学式を有する蛍光体であって、
M1およびM2が各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xが約0.001から約1までの値であり、
Xがイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AがEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でない蛍光体。
【請求項2】
M1およびM2が各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項3】
M1がCa2+であり、
M2がSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項4】
(M1xM21−x)3SiO4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項5】
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項6】
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項7】
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、およびそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項8】
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項9】
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項10】
a)請求項1に記載の蛍光体と、
b)前記蛍光体上の被覆の少なくとも1つの層であって、少なくとも1つの酸化物を含む層と
を含む被覆された蛍光体。
【請求項11】
前記被覆が少なくとも2層を含む、請求項10に記載の被覆された蛍光体。
【請求項12】
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源と、
b)請求項1に記載の少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)前記光源から放出された前記光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)前記光源からの前記吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)前記光源からの前記吸収された光よりも長波長の光を放出し、
(4)随意に、少なくとも1つの酸化物を含む被覆の少なくとも1つの層をさらに含む前記蛍光体と
を含む照明デバイス。
【請求項13】
白色光を生成する、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項14】
前記光源が発光ダイオード(LED)である、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項15】
前記LEDがp型クラッド層とn型クラッド層との間に挟まれた発光層を有する量子井戸構造を含む、請求項14に記載の照明デバイス。
【請求項16】
前記p型クラッド層がAlqGa1−qNで形成され、ここで、0<q<1であり、
前記n型クラッド層がAlrGa1−rNで形成され、ここで、0≦r<1であり、
随意に、前記p型クラッド層が前記n型クラッド層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、請求項15に記載の照明デバイス。
【請求項17】
前記LEDが、インジウムと少なくとも1つの量子井戸構造とを含む発光層を含む、請求項16に記載の照明デバイス。
【請求項18】
随意に、少なくとも1つの量子井戸構造がInGaNの少なくとも1つの井戸層とGaNの少なくとも1つの障壁層とを含み、
随意に、少なくとも1つの量子井戸構造がInGaNの少なくとも1つの井戸層とAlGaNの少なくとも1つの障壁層とを含み、
随意に、少なくとも1つの量子井戸構造がAlInGaNの少なくとも1つの井戸層とAlInGaNの少なくとも1つの障壁層とを含み、
少なくとも1つの障壁層が少なくとも1つの井戸層のバンドギャップ・エネルギーよりも大きいバンドギャップ・エネルギーを有し、随意に、前記井戸層がせいぜい約100オングストロームの厚さを有する、請求項17に記載の照明デバイス。
【請求項19】
前記少なくとも1つの蛍光体に対して、
M1およびM2が各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項20】
前記少なくとも1つの蛍光体に対して、
M1がCa2+であり、
M2がSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項21】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項22】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項23】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項24】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項25】
化学式(I)の
CaSiO3・(SiO2)n:Rε,Y (I)
を有する少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、
RεがEu2+およびMn2+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
Yがイオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであるかまたは存在しない、請求項23に記載の照明デバイス。
【請求項26】
前記少なくとも1つの追加の蛍光体が化学式(II)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
を含み、前記追加の蛍光体が青色光を放出する、請求項25に記載の照明デバイス。
【請求項27】
前記少なくとも1つの追加の蛍光体が化学式(III)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
を含み、前記追加の蛍光体が赤色光を放出する、請求項25に記載の照明デバイス。
【請求項28】
少なくとも2つの追加の蛍光体をさらに含み、
1つの蛍光体が化学式(II)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
を含み、
第2の蛍光体が化学式(III)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
を含む、請求項25に記載の照明デバイス。
【請求項29】
白色光を放出する、請求項28に記載の照明デバイス。
【請求項30】
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源であって、発光ダイオード(LED)である光源と、
b)請求項1に記載の少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)前記光源から放出された前記光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)前記光源からの前記吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)前記光源からの前記吸収された光よりも長波長の光を放出し、
(4)随意に、少なくとも1つの酸化物を含む被覆の少なくとも1つの層をさらに含む前記蛍光体と
を含み、白色光を生成する照明デバイス。
【請求項1】
a) (M1xM21−x)2LiSiO4X:A、
b) (M1xM21−x)5SiO4X6:A、
c) (M1xM21−x)3SiO4X2:A、
d) (M1xM21−x)5(SiO4)2X2:A、
e) (M1xM21−x)5Si2O7X4:A、
f) (M1xM21−x)10(Si2O7)3X2:A、
g) (M1xM21−x)4Si2O7X2:A、
h) M16M24(Si2O7)3X2:A、
i) (M1xM21−x)7Si2O7X8:A、
j) (M1xM21−x)4Si3O8X2:A、
k) (M1xM21−x)4Si3O8X4:A、
l) (M1xM21−x)8Si4O12X8:A、
m) (M1xM21−x)5Si2O6X6:A、
n) (M1xM21−x)15Si6O18X8:A、
o) (M1xM21−x)5Si4O10X5:A、
p) (M1xM21−x)10(SiO4)3(SO4)3X2:A、
q) (M1xM21−x)4(SiO4)(SO4)X2:A、
r) (M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A、
から選択された化学式を有する蛍光体であって、
M1およびM2が各々別個にMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、およびCd2+からなる群から選択された少なくとも1つの金属イオンであり、
xが約0.001から約1までの値であり、
Xがイオンの形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであり、
AがEu2+、Yb2+、Mn2+、Bi3+、Pb2+、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、およびYb3+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)2LiSiO4X:Aを有し、M1がSr2+であり、xが1であり、Xがフッ化物であるか、またはM2がSr2+であり、xが0であり、Xがフッ化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)3SiO4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でなく、
蛍光体が化学式(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Aを有し、M1がCa2+であり、xが1であり、Xが塩化物であるか、またはM2がCa2+であり、xが0であり、Xが塩化物である場合、AはEu2+でない蛍光体。
【請求項2】
M1およびM2が各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項3】
M1がCa2+であり、
M2がSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項4】
(M1xM21−x)3SiO4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項5】
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項6】
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項7】
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、およびそれの組合せである、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項8】
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項9】
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
の化学式を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項1に記載の蛍光体。
【請求項10】
a)請求項1に記載の蛍光体と、
b)前記蛍光体上の被覆の少なくとも1つの層であって、少なくとも1つの酸化物を含む層と
を含む被覆された蛍光体。
【請求項11】
前記被覆が少なくとも2層を含む、請求項10に記載の被覆された蛍光体。
【請求項12】
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源と、
b)請求項1に記載の少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)前記光源から放出された前記光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)前記光源からの前記吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)前記光源からの前記吸収された光よりも長波長の光を放出し、
(4)随意に、少なくとも1つの酸化物を含む被覆の少なくとも1つの層をさらに含む前記蛍光体と
を含む照明デバイス。
【請求項13】
白色光を生成する、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項14】
前記光源が発光ダイオード(LED)である、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項15】
前記LEDがp型クラッド層とn型クラッド層との間に挟まれた発光層を有する量子井戸構造を含む、請求項14に記載の照明デバイス。
【請求項16】
前記p型クラッド層がAlqGa1−qNで形成され、ここで、0<q<1であり、
前記n型クラッド層がAlrGa1−rNで形成され、ここで、0≦r<1であり、
随意に、前記p型クラッド層が前記n型クラッド層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、請求項15に記載の照明デバイス。
【請求項17】
前記LEDが、インジウムと少なくとも1つの量子井戸構造とを含む発光層を含む、請求項16に記載の照明デバイス。
【請求項18】
随意に、少なくとも1つの量子井戸構造がInGaNの少なくとも1つの井戸層とGaNの少なくとも1つの障壁層とを含み、
随意に、少なくとも1つの量子井戸構造がInGaNの少なくとも1つの井戸層とAlGaNの少なくとも1つの障壁層とを含み、
随意に、少なくとも1つの量子井戸構造がAlInGaNの少なくとも1つの井戸層とAlInGaNの少なくとも1つの障壁層とを含み、
少なくとも1つの障壁層が少なくとも1つの井戸層のバンドギャップ・エネルギーよりも大きいバンドギャップ・エネルギーを有し、随意に、前記井戸層がせいぜい約100オングストロームの厚さを有する、請求項17に記載の照明デバイス。
【請求項19】
前記少なくとも1つの蛍光体に対して、
M1およびM2が各々別個にCa2+、Sr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項20】
前記少なくとも1つの蛍光体に対して、
M1がCa2+であり、
M2がSr2+、Ba2+、またはそれの組合せであり、
Xがフッ化物、塩化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項21】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4X2:A
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項22】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:A
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Xがフッ化物、塩化物、臭化物、またはそれの組合せであり、
AがEu2+、Mn2+、Ce3+、またはそれの組合せである、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項23】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(CaxSr1−x)3SiO4Cl2:Eu2+
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項24】
前記少なくとも1つの蛍光体が化学式の
(M1xM21−x)8Mg(SiO4)4X2:Eu2+
を有し、
xが約0.01から約1までの値であり、
Eu2+が前記蛍光体の約0.0001モルから約0.1モルの量である、請求項12に記載の照明デバイス。
【請求項25】
化学式(I)の
CaSiO3・(SiO2)n:Rε,Y (I)
を有する少なくとも1つの追加の蛍光体をさらに含み、
RεがEu2+およびMn2+からなる群から選択された少なくとも1つの活性化物質イオンであり、
Yがイオンまたは原子の形態の少なくとも1つのハロゲン化物イオンであるかまたは存在しない、請求項23に記載の照明デバイス。
【請求項26】
前記少なくとも1つの追加の蛍光体が化学式(II)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
を含み、前記追加の蛍光体が青色光を放出する、請求項25に記載の照明デバイス。
【請求項27】
前記少なくとも1つの追加の蛍光体が化学式(III)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
を含み、前記追加の蛍光体が赤色光を放出する、請求項25に記載の照明デバイス。
【請求項28】
少なくとも2つの追加の蛍光体をさらに含み、
1つの蛍光体が化学式(II)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,I− (II)
を含み、
第2の蛍光体が化学式(III)の
CaSiO3・(SiO2)n:Eu2+,Mn2+,I− (III)
を含む、請求項25に記載の照明デバイス。
【請求項29】
白色光を放出する、請求項28に記載の照明デバイス。
【請求項30】
a)少なくとも約300nmの波長で光を放出する光源であって、発光ダイオード(LED)である光源と、
b)請求項1に記載の少なくとも1つの蛍光体であって、
(1)前記光源から放出された前記光の少なくとも一部を吸収することができ、
(2)前記光源からの前記吸収された光の一部の色度を変更し、
(3)前記光源からの前記吸収された光よりも長波長の光を放出し、
(4)随意に、少なくとも1つの酸化物を含む被覆の少なくとも1つの層をさらに含む前記蛍光体と
を含み、白色光を生成する照明デバイス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【公表番号】特表2009−517525(P2009−517525A)
【公表日】平成21年4月30日(2009.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−543283(P2008−543283)
【出願日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【国際出願番号】PCT/US2006/039907
【国際公開番号】WO2007/064414
【国際公開日】平成19年6月7日(2007.6.7)
【出願人】(599134012)サーノフ コーポレーション (59)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成21年4月30日(2009.4.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【国際出願番号】PCT/US2006/039907
【国際公開番号】WO2007/064414
【国際公開日】平成19年6月7日(2007.6.7)
【出願人】(599134012)サーノフ コーポレーション (59)
【Fターム(参考)】
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