高効率なアルカリ土類金属チオガレートベースの蛍光体
特に、２価ユウロピウムによってドーピングされ、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である以下の式：Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３を有する、ストロンチウムカルシウムチオガレート系蛍光体が提供される。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
[1]本出願は、２００３年４月２１日に出願された米国仮出願第６０／４６３，８８３号の優先権を主張する。
【０００２】
[2]本発明は、発光ダイオード照明用途のための緑色発光蛍光体に関する。
【０００３】
[3]２価ユウロピウム、２価プラセオジム、３価セリウムなどを用いて活性化されたアルカリ土類金属チオガレートベースの蛍光体（ＭＧａＳ４）を含む蛍光体が既知である。例えばＰｅｔｅｒｓら，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｃ．１１９：２３０ ｅｔ ｓｅｑ．，１９７２は、スペクトルの緑色乃至黄色領域にて発光するアルカリ土類硫化物、硫化ガリウムおよび希土類硫化物から固体反応によって作成された蛍光体について述べている。これらの蛍光体は、低い発光効率を有する。ＬＥＤデバイスなどのカラーシフトでの使用のために、より高いホトルミネセンス効率蛍光体が望ましい。
【０００４】
[4]米国特許第６，５４４，４３８号は、わずかに過剰の硫化ガリウムを有するアルカリ土類金属チオガレート系蛍光体を開示している。これらの蛍光体は、過剰なガリウムを生成するために可溶性アルカリ土類金属を窒化ガリウム溶液と混合し、得られた硫酸塩を沈殿させ、チオガレートスルフィド蛍光体を形成するために硫化水素中でこれらの塩を焼成することによって作成される。得られた緑色蛍光体は改善された効率を有するが、約５３０ｎｍで発光する。しかしながらバックライトによって照明された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのある用途では、緑色成分は５３５ｎｍ〜５６０ｎｍなどのより高い発光ピークを有するべきである。
【例示的な実施形態】
【０００５】
[5]本発明の蛍光体は、２価ユウロピウムでドープされ、以下の式Iを有するストロンチウムカルシウムチオガレートである。
Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３（I）
式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値（または例えばＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋のモル量に基づいて０．００１〜０．１）であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である。
【０００６】
[6]理論に限定されることなく、ｚＧａ２Ｓ３成分は別個の相、すなわち蛍光体ホスト中の別個の結晶性ドメインに存在していることが考えられる。
【０００７】
[7]好ましくは、本発明の蛍光体は５０％以上、または６５％以上、または７５％以上、または８５％以上の発光効率（すなわち量子効率）を有する。
【０００８】
[8]ある実施形態において、ｘの範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、０．０００１、０．００１、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、および０．９である。上端点は、０．００１、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９および１．０である。
【０００９】
[9]ある実施形態において、ｙの範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、０．００１、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８および０．０９である。上端点は、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９および０．１である。例えば範囲は、０．０１〜０．０８または０．０１〜０．０４でありうる。
【００１０】
[10]ある実施形態において、ｚの範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、０．０００１、０．００１、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８および０．１９である。上端点は、０．００１、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９および０．２である。ある実施形態において、ｚは０．０００１〜０．１、または０．００１〜０．２、または０．００１〜０．１である。
【００１１】
[11]発光ピークは、４４０ｎｍ±４０ｎｍにおいて明るい発光源を用いて測定した。ある実施形態において、範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、５３５、５３６、５３７、５３８、５３９、５４０、５４１、５４２、５４３、５４４、５４５、５４６、５４７、５４８、５４９、５５０、５５１、５５２、５５３、５５４、５５５、５５６、５５７、５５８または５５９ｎｍである。上端点は、５６０、５５９、５５８、５５７、５５６、５５５、５５４、５５３、５５２、５５１、５５０、５４９、５４８、５４７、５４６、５４５、５４４、５４３、５４２、５４１、５４０、５３９、５３８、５３７または５３６ｎｍである。
【００１２】
[12]１つの実施形態において、本発明は、光出力と、５３０ｎｍ以下の波長を含む光を生成する光源と、光源と光出力との間に位置し、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４のモル量に基づいて０．０００１〜０．２であるＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３を含む波長変換器とを備える発光デバイスに関し、波長変換器は、波長５３５ｎｍ〜５６０ｎｍの波長を有する光出力において光を増加させるのに有効である。ある実施形態において、デバイスは、本出願で述べる１つ以上の組成物と共に使用される。
【００１３】
[13]別の実施形態において、本発明は、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ1xＣａxＧａ2Ｓ4のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である式Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３のストロンチウムカルシウムチオガレート系蛍光体を作成する方法に関し、方法は、ガリウム、２価ユウロピウム、カルシウム,およびｘが１でない場合、ストロンチウムの硫酸塩の組成物を形成することと、硫化水素下で組成物を焼成することとを含む。ある実施形態において、方法は、本出願で述べる１つ以上の組成物を生成するために使用される。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
[18]式Iにおいて、成分Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋、すなわち「成分Ｉａ」は、調合物中で第１の結晶性成分を形成し、これに対してｚＧａ２Ｓ３は第２の結晶性成分、すなわち「成分Ib」を形成すると考えられる。組成物中の２つの形態間の物理的関係の正確な性質は未知であるが、２つの形態の相対的な量はＸ線回折データから決定できる。変数「ｙ」は組成により決定される。
【００１５】
[19]可能である場合、ｚは、全パターンフィッティング法と呼ばれることの多いリートベルトリファインメント法を使用して、Ｘ線回折の定量相解析によって決定される。科学文献で発表された経験および多数のラウンドロビン比較は、方法が非常に正確であることが示され、定量分析の「判断基準」としてよく引用されている。リートベルト法は、全回折パターンの理論計算の、２つ以上の相の実際の混合による実験パターンへの最小二乗法に基づいている［”Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ”ｂｙ Ｌｅｖ．Ｓ．Ｚｅｖｉｎ ａｎｄ Ｇｉｏｒａ Ｋｉｍｍｅｌ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ／Ｂｅｒｌｉｎ／Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，１９９５，ＩＳＢＮ ０−３８７−９４５４１−５；”Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏf Pｏｗdｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”ｂｙ Ｖｉｔａｌｉｊ Ｋ．Ｐｅｃｈａｒｓｋｙ ａｎｄ ｐｅｔｅｒ Ｙ．Ｚａｖａｌｉｊ，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｂｏｓｔｏｎ／Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ／Ｌｏｎｄｏｎ，２００３，ＩＳＢＮ １−４０２０−７３６５−８．］。そのようなリファインメントを実施するために、各相の構造に関する情報が使用される。例えば化学的性質、単位格子パラメータ、結晶構造内の原子配置、平衡位置周囲の熱振動の規模、およびサイト占有率が使用される。構造パラメータに加えて、回折プロフィールの形状に関する情報が使用される。これらのデータおよびＸ線の既知の散乱物理的特性に基づいて、回折パターンは、第１の原理から計算される。これがいったん行われると、残差はパターンと実験パターンとの差として計算できる。そしてリートベルト法は、安定な最小限の残差が得られるまで、各相の構造モデルおよび重量分率をリファインすることにより、残差の誤差を最小限にすることより成る。構造モデルについて必要な情報を含有する多数のデータベースが存在する。最も幅広く使用されている２つは、無機物質用のＩｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａｂａｓｅ（ＩＣＳＤ）［Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａｂａｓｅ，Ｆａｃｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｚｅｎｔｒｕｍ Ｅｎｅｒｇｉｅ Ｐｈｙｓｉｋ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｋ，カルルスルーエ、ドイツ、毎年刊行］および有機相用のＣａｍｂｒｉｄｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａ ｂａｓｅ（ＣＳＤ）［Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａ Ｂａｓｅ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ Ｄａｔａ Ｃｅｎｔｒｅ，ケンブリッジ、イングランド、毎年刊行]である。
【００１６】
[20]特に、ｚを決定するために使用した方法は以下の通りであった（可能な場合）：
１）相同定は、存在する相を判定するために、実験データを粉末回折ファイル［Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ，スワスモア、ペンシルベニア州、米国、毎年刊行］と比較することによって実施した。
２）相が同定されたら、構造情報をＩＣＳＤデータベースから得た。
３）リートベルトリファインメントは、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．（リバモア、カリフォルニア州、米国）が製造したＪａｄｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｖ．６．５ソフトウェアパッケージを使用して、実行された。リファインされた構造パラメータは、重量分率、格子パラメータ、およびラインプロフィールシェイプファンクション、機器の系統的誤差、および等方性熱パラメータであった。他の構造パラメータ、例えば原子配置およびサイト占有率は、サンプルが混合物を含有する場合には、これらのパラメータをリファインすべきでないことが、経験により示されたため、リファインされなかった。
【００１７】
[21] リートベルトリファインメントの品質を評価する１つの方法は、重み付けプロフィール残差Ｒｗｐに注目することである。良好な品質適合は、Ｒｗｐ＜１０％のときに見出され、これは公表品質結果の閾値と考えられることが多い。本発明を使用して調製したサンプルでは、Ｒｗｐ値は６％〜９％の範囲にあり、適正な構造モデルが使用されたことを示す。
【００１８】
[22]一般に発光ピークは、パラメータｘの値と逆比例して相関する。ｘが増加すると、発光ピークの波長は低下する。
【００１９】
[23] 好ましくは、発光ピークは,４４０ｎｍ±４０ｎｍでの発光源を用いた励起では、５０ｎｍ以下の帯域幅を有する。発光ピークは例えば５３５ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲で変化する。
【００２０】
[24]本発明の蛍光体を作成する１つの有用な方法は以下の通りである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
[25]焼成物を再粉砕して、ふるいにかけてもよい。
【００２３】
[26]他の方法も使用できる。例えば可溶性ストロンチウムまたはカルシウム塩、例えば硝酸塩を、希硝酸に溶解してもよい。ユウロピウム塩の必要量（例えば１〜６モルパーセント）を可溶性水溶液として添加する。ユウロピウム塩は例えば硝酸塩であってもよい。得られた溶液は、炭酸アンモニウムなどの塩基を添加することによって沈殿させることができる。それゆえ例えば、
Ｓｒ（ＮＯ３）２＋Ｃａ（ＮＯ３）２＋Ｅｕ（ＮＯ３）２＋（ＮＨ４）２ＣＯ３→ＳｒｘＣａ１−ｘＣＯ３↓＋Ｅｕ（ＯＨ）３↓＋ＮＨ４ＯＨ
同時沈殿した炭酸塩は、炭酸塩をその硫酸塩に変換するために、過剰の硫酸アンモニウム（例えば２５％モル過剰）を用いて、例えば約２００℃にて焼成し、続いて例えば約１１００℃のより高温で、焼成することができる。ガリウム塩、例えば硝酸塩の酸性溶液を硫酸塩の溶液に添加できる。ｐＨを中性またはさらに塩基性にして（例えば水酸化アンモニウムを使用して）、粒子を沈殿させることができる。得られた粉末を乾燥、粉砕して、（例えばアルミナ製の）耐火ボートに入れ、硫化水素中で例えば５時間に渡って管状炉内で約８００℃にて焼成できる。得られた生成物は式：
Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３ （Ｉｃ）
を有し、式中、ｚは、例えば、０．０００１〜０．１（または０．０１〜１０モルパーセント）である。均一性を高めるために、生成物は、例えば粉砕して粉末として、硫化水素中で約９００℃にて約２時間に渡って再焼成してもよい。
【００２４】
[27]酸化ガリウムを、硫化水素の存在下で,酸素を含まない硫化物に変換する困難を回避するために、酸化物は開始物質として推奨されない。
【００２５】
[28]上のように調製した蛍光体は通例、微細な黄色粉末であり、励起（ＭＥ）モードおよび発光（Ｅ）モードの両方で測定した本発明の蛍光体の蛍光スペクトルを図１に示す。励起スペクトルは、励起波長（３５０ｎｍ〜５２０ｎｍ）の関数として、５６０ｎｍでの発光強度を測定することによって記録した。励起スペクトルの主要帯域は約４７０ｎｍを中心として、約７５ｎｍの帯域幅（半分の高さにて）を有する。発光スペクトルは、４６０ｎｍでの励起によって得られた。最大発光は、５５７±０．７ｎｍにて見られた。量子効率は５５％であった。
【００２６】
[29]Ｘ線粉末回折スペクトルに供せられた本発明の蛍光体を図２に示す。主要な回折は２シータ＝１６．６、２４．５、３０．３、３１．６、３５．５および３８．９にあり、主要な結晶が斜方晶系クラスであったことを示す。回折対称性および組織的な欠如が空間群Ｄ２ｈ２４と一致している。この結晶は、ストロンチウムチオガレートと同形である。
【００２７】
[30]図３は、ストロンチウムチオガレート（ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３、実線）、ストロンチウムカルシウムチオガレート（ＳＣＴＧ、Ｓｒ０．６Ｃａ０．４Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋ｚＧａ２Ｓ３、点線）およびカルシウムチオガレート（ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３、破線）の発光スペクトルを示す。ｚの値は０．０７であった。
【００２８】
[31]本発明の蛍光体の走査電子顕微鏡写真を図４Ａおよび４Ｂに示す。蛍光体の粒子は、大部分が３〜４０ミクロンのサイズで凝集している。不規則な形状の主要な微粒子は、サイズが２〜４ミクロンの範囲であり、主要な微粒子間で相互接続している。図３Ａは、１００ミクロン実線棒に関して示されているが、図３Ｂは、１０ミクロン実線棒に関して示されている。
【００２９】
[32]本明細書で述べた種類の蛍光体は通例、薄膜内での光生成デバイスで使用され、その製造は当業界で周知である。本発明の蛍光体とさらに主要な光源との間に位置する蛍光体は、本発明の蛍光体に達する光を調節する役割を果たすことができる。それゆえ、本発明の蛍光体に関して、この方法で調節された光は、関連光源である。デバイスは、蛍光体によって生成された光を、（一次光源などの）デバイスの内部以外の光出力に向けるために、誘電鏡などの鏡を含むことができる。関連デバイスの構造は例えば米国特許出願第２００２／００３０４４４号および米国特許第６，０６９，４４０号に述べられている。
【００３０】
[33]実質的な気相を包含する工程について本明細書で述べた温度は、問題のオーブンまたは他の反応容器の温度であり、反応物質自体の温度ではない。
【００３１】
[34]以下の実施例は本発明をさらに説明するが、もちろんその範囲を制限するものとして解釈してはならない。
【実施例】
【００３２】
[35]本発明の蛍光体（ＳＣＴＧ蛍光体）を作成する工程を以下に概説する。
【００３３】
[36]酸溶解性ガリウム塩、例えば硝酸塩の溶液を作成する。使用したガリウムの量は、化学量論的な金属チオガレート調合物の３％過剰である。
【００３４】
[37]硝酸ユウロピウムの溶液を、上記作成の硝酸塩水溶液に添加する。ドーパントレベルは４％である。Ｅｕ溶液にＧａ溶液を合わせた後、水系のｐＨを水酸化アンモニウムによって中性域にする。結果として、ゲル状固体が沈殿する。次に有機溶媒を沈殿物に添加して、ゲルを分散させる。
Ｇａ（ＮＯ３）３＋Ｅｕ（ＮＯ３）３＋ＮＨ４ＯＨ→Ｇａ（ＯＨ）３／Ｅｕ（ＯＨ）３↓（ゲル状）（１）
【００３５】
[38]予め作成した硫酸ストロンチウム粉末を、Ｇａ（ＯＨ）３／Ｅｕ（ＯＨ）３懸濁液に添加する。次に固体を濾過する。
【００３６】
[39]予め作成した硫酸カルシウム粉末を、濾過した固体に添加し、混合ステップを続ける。
【００３７】
[40]上記の２つのステップからの固体をオーブンで乾燥させて、粉砕する。次に硫化水素雰囲気中で約５時間に渡って管状炉内で焼成する。焼成温度はそれぞれ、変換の場合は〜７００℃、結晶化の場合は〜８００℃である。蛍光体生成物において、ＳＣＴＧ相に加えて、Ｇａ２Ｓ３のよりマイナーな結晶相が存在する。
ＣａＳＯ４＋Ｇａ（ＯＨ）３／Ｅｕ（ＯＨ）３＋Ｈ２Ｓ→ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ・ｘＧａ２Ｓ３ （３）
【００３８】
[41]蛍光体粉末を精製し、ふるいにかける。
【００３９】
[42]ストロンチウム／カルシウム比を選択することにより、以下の調合物が得られる。
【００４０】
【表２】
【００４１】
[43]上の調合物におけるｚの値は０．０７であった。
【００４２】
[44] 本明細書において引用された、特許と特許出願を含むがそれらに限定されない、刊行物及び参考文献は、個々の刊行物又は参考文献が完全に列挙されたものとして本明細書に参照として組み入れられることが具体的かつ個別に示された場合と同様に、引用された部分の全体がそのまま参照として本明細書に組み入れられる。本出願が優先権の利益を主張するあらゆる特許出願も、刊行物及び参考文献に関して既に説明したような方法で、同様に参照として本明細書に組み入れられる。
【００４３】
[45]本発明は好ましい実施形態に重点を置いて記載されているが、当業者に明らかであるように、好ましい装置及び方法の変更形が使用され、本明細書に具体的に記載されていない態様で本発明が実施されることが意図されている。したがって、本発明は、特許請求の範囲によって規定された本発明の思想及び範囲に含まれるすべての変更形を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の蛍光体のスペクトルを示す。
【図２】本発明の蛍光体のｘｒｄスペクトルを示す。
【図３】本発明の２つの蛍光体、およびストロンチウムチオガレート系蛍光体のスペクトルを示す。
【図４Ａ】本発明の蛍光体の顕微鏡写真を示す。
【図４Ｂ】本発明の蛍光体の顕微鏡写真を示す。
【関連出願】
【０００１】
[1]本出願は、２００３年４月２１日に出願された米国仮出願第６０／４６３，８８３号の優先権を主張する。
【０００２】
[2]本発明は、発光ダイオード照明用途のための緑色発光蛍光体に関する。
【０００３】
[3]２価ユウロピウム、２価プラセオジム、３価セリウムなどを用いて活性化されたアルカリ土類金属チオガレートベースの蛍光体（ＭＧａＳ４）を含む蛍光体が既知である。例えばＰｅｔｅｒｓら，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｃ．１１９：２３０ ｅｔ ｓｅｑ．，１９７２は、スペクトルの緑色乃至黄色領域にて発光するアルカリ土類硫化物、硫化ガリウムおよび希土類硫化物から固体反応によって作成された蛍光体について述べている。これらの蛍光体は、低い発光効率を有する。ＬＥＤデバイスなどのカラーシフトでの使用のために、より高いホトルミネセンス効率蛍光体が望ましい。
【０００４】
[4]米国特許第６，５４４，４３８号は、わずかに過剰の硫化ガリウムを有するアルカリ土類金属チオガレート系蛍光体を開示している。これらの蛍光体は、過剰なガリウムを生成するために可溶性アルカリ土類金属を窒化ガリウム溶液と混合し、得られた硫酸塩を沈殿させ、チオガレートスルフィド蛍光体を形成するために硫化水素中でこれらの塩を焼成することによって作成される。得られた緑色蛍光体は改善された効率を有するが、約５３０ｎｍで発光する。しかしながらバックライトによって照明された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのある用途では、緑色成分は５３５ｎｍ〜５６０ｎｍなどのより高い発光ピークを有するべきである。
【例示的な実施形態】
【０００５】
[5]本発明の蛍光体は、２価ユウロピウムでドープされ、以下の式Iを有するストロンチウムカルシウムチオガレートである。
Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３（I）
式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値（または例えばＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋のモル量に基づいて０．００１〜０．１）であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である。
【０００６】
[6]理論に限定されることなく、ｚＧａ２Ｓ３成分は別個の相、すなわち蛍光体ホスト中の別個の結晶性ドメインに存在していることが考えられる。
【０００７】
[7]好ましくは、本発明の蛍光体は５０％以上、または６５％以上、または７５％以上、または８５％以上の発光効率（すなわち量子効率）を有する。
【０００８】
[8]ある実施形態において、ｘの範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、０．０００１、０．００１、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、および０．９である。上端点は、０．００１、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９および１．０である。
【０００９】
[9]ある実施形態において、ｙの範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、０．００１、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８および０．０９である。上端点は、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９および０．１である。例えば範囲は、０．０１〜０．０８または０．０１〜０．０４でありうる。
【００１０】
[10]ある実施形態において、ｚの範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、０．０００１、０．００１、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８および０．１９である。上端点は、０．００１、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９および０．２である。ある実施形態において、ｚは０．０００１〜０．１、または０．００１〜０．２、または０．００１〜０．１である。
【００１１】
[11]発光ピークは、４４０ｎｍ±４０ｎｍにおいて明るい発光源を用いて測定した。ある実施形態において、範囲は、以下の下端点（含む）の１つから、または以下の上端点（含む）の１つからである。下端点は、５３５、５３６、５３７、５３８、５３９、５４０、５４１、５４２、５４３、５４４、５４５、５４６、５４７、５４８、５４９、５５０、５５１、５５２、５５３、５５４、５５５、５５６、５５７、５５８または５５９ｎｍである。上端点は、５６０、５５９、５５８、５５７、５５６、５５５、５５４、５５３、５５２、５５１、５５０、５４９、５４８、５４７、５４６、５４５、５４４、５４３、５４２、５４１、５４０、５３９、５３８、５３７または５３６ｎｍである。
【００１２】
[12]１つの実施形態において、本発明は、光出力と、５３０ｎｍ以下の波長を含む光を生成する光源と、光源と光出力との間に位置し、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４のモル量に基づいて０．０００１〜０．２であるＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３を含む波長変換器とを備える発光デバイスに関し、波長変換器は、波長５３５ｎｍ〜５６０ｎｍの波長を有する光出力において光を増加させるのに有効である。ある実施形態において、デバイスは、本出願で述べる１つ以上の組成物と共に使用される。
【００１３】
[13]別の実施形態において、本発明は、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ1xＣａxＧａ2Ｓ4のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である式Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３のストロンチウムカルシウムチオガレート系蛍光体を作成する方法に関し、方法は、ガリウム、２価ユウロピウム、カルシウム,およびｘが１でない場合、ストロンチウムの硫酸塩の組成物を形成することと、硫化水素下で組成物を焼成することとを含む。ある実施形態において、方法は、本出願で述べる１つ以上の組成物を生成するために使用される。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
[18]式Iにおいて、成分Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋、すなわち「成分Ｉａ」は、調合物中で第１の結晶性成分を形成し、これに対してｚＧａ２Ｓ３は第２の結晶性成分、すなわち「成分Ib」を形成すると考えられる。組成物中の２つの形態間の物理的関係の正確な性質は未知であるが、２つの形態の相対的な量はＸ線回折データから決定できる。変数「ｙ」は組成により決定される。
【００１５】
[19]可能である場合、ｚは、全パターンフィッティング法と呼ばれることの多いリートベルトリファインメント法を使用して、Ｘ線回折の定量相解析によって決定される。科学文献で発表された経験および多数のラウンドロビン比較は、方法が非常に正確であることが示され、定量分析の「判断基準」としてよく引用されている。リートベルト法は、全回折パターンの理論計算の、２つ以上の相の実際の混合による実験パターンへの最小二乗法に基づいている［”Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ”ｂｙ Ｌｅｖ．Ｓ．Ｚｅｖｉｎ ａｎｄ Ｇｉｏｒａ Ｋｉｍｍｅｌ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ／Ｂｅｒｌｉｎ／Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，１９９５，ＩＳＢＮ ０−３８７−９４５４１−５；”Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏf Pｏｗdｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”ｂｙ Ｖｉｔａｌｉｊ Ｋ．Ｐｅｃｈａｒｓｋｙ ａｎｄ ｐｅｔｅｒ Ｙ．Ｚａｖａｌｉｊ，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｂｏｓｔｏｎ／Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ／Ｌｏｎｄｏｎ，２００３，ＩＳＢＮ １−４０２０−７３６５−８．］。そのようなリファインメントを実施するために、各相の構造に関する情報が使用される。例えば化学的性質、単位格子パラメータ、結晶構造内の原子配置、平衡位置周囲の熱振動の規模、およびサイト占有率が使用される。構造パラメータに加えて、回折プロフィールの形状に関する情報が使用される。これらのデータおよびＸ線の既知の散乱物理的特性に基づいて、回折パターンは、第１の原理から計算される。これがいったん行われると、残差はパターンと実験パターンとの差として計算できる。そしてリートベルト法は、安定な最小限の残差が得られるまで、各相の構造モデルおよび重量分率をリファインすることにより、残差の誤差を最小限にすることより成る。構造モデルについて必要な情報を含有する多数のデータベースが存在する。最も幅広く使用されている２つは、無機物質用のＩｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａｂａｓｅ（ＩＣＳＤ）［Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａｂａｓｅ，Ｆａｃｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｚｅｎｔｒｕｍ Ｅｎｅｒｇｉｅ Ｐｈｙｓｉｋ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｋ，カルルスルーエ、ドイツ、毎年刊行］および有機相用のＣａｍｂｒｉｄｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａ ｂａｓｅ（ＣＳＤ）［Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄａｔａ Ｂａｓｅ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ Ｄａｔａ Ｃｅｎｔｒｅ，ケンブリッジ、イングランド、毎年刊行]である。
【００１６】
[20]特に、ｚを決定するために使用した方法は以下の通りであった（可能な場合）：
１）相同定は、存在する相を判定するために、実験データを粉末回折ファイル［Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ，スワスモア、ペンシルベニア州、米国、毎年刊行］と比較することによって実施した。
２）相が同定されたら、構造情報をＩＣＳＤデータベースから得た。
３）リートベルトリファインメントは、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．（リバモア、カリフォルニア州、米国）が製造したＪａｄｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｖ．６．５ソフトウェアパッケージを使用して、実行された。リファインされた構造パラメータは、重量分率、格子パラメータ、およびラインプロフィールシェイプファンクション、機器の系統的誤差、および等方性熱パラメータであった。他の構造パラメータ、例えば原子配置およびサイト占有率は、サンプルが混合物を含有する場合には、これらのパラメータをリファインすべきでないことが、経験により示されたため、リファインされなかった。
【００１７】
[21] リートベルトリファインメントの品質を評価する１つの方法は、重み付けプロフィール残差Ｒｗｐに注目することである。良好な品質適合は、Ｒｗｐ＜１０％のときに見出され、これは公表品質結果の閾値と考えられることが多い。本発明を使用して調製したサンプルでは、Ｒｗｐ値は６％〜９％の範囲にあり、適正な構造モデルが使用されたことを示す。
【００１８】
[22]一般に発光ピークは、パラメータｘの値と逆比例して相関する。ｘが増加すると、発光ピークの波長は低下する。
【００１９】
[23] 好ましくは、発光ピークは,４４０ｎｍ±４０ｎｍでの発光源を用いた励起では、５０ｎｍ以下の帯域幅を有する。発光ピークは例えば５３５ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲で変化する。
【００２０】
[24]本発明の蛍光体を作成する１つの有用な方法は以下の通りである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
[25]焼成物を再粉砕して、ふるいにかけてもよい。
【００２３】
[26]他の方法も使用できる。例えば可溶性ストロンチウムまたはカルシウム塩、例えば硝酸塩を、希硝酸に溶解してもよい。ユウロピウム塩の必要量（例えば１〜６モルパーセント）を可溶性水溶液として添加する。ユウロピウム塩は例えば硝酸塩であってもよい。得られた溶液は、炭酸アンモニウムなどの塩基を添加することによって沈殿させることができる。それゆえ例えば、
Ｓｒ（ＮＯ３）２＋Ｃａ（ＮＯ３）２＋Ｅｕ（ＮＯ３）２＋（ＮＨ４）２ＣＯ３→ＳｒｘＣａ１−ｘＣＯ３↓＋Ｅｕ（ＯＨ）３↓＋ＮＨ４ＯＨ
同時沈殿した炭酸塩は、炭酸塩をその硫酸塩に変換するために、過剰の硫酸アンモニウム（例えば２５％モル過剰）を用いて、例えば約２００℃にて焼成し、続いて例えば約１１００℃のより高温で、焼成することができる。ガリウム塩、例えば硝酸塩の酸性溶液を硫酸塩の溶液に添加できる。ｐＨを中性またはさらに塩基性にして（例えば水酸化アンモニウムを使用して）、粒子を沈殿させることができる。得られた粉末を乾燥、粉砕して、（例えばアルミナ製の）耐火ボートに入れ、硫化水素中で例えば５時間に渡って管状炉内で約８００℃にて焼成できる。得られた生成物は式：
Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３ （Ｉｃ）
を有し、式中、ｚは、例えば、０．０００１〜０．１（または０．０１〜１０モルパーセント）である。均一性を高めるために、生成物は、例えば粉砕して粉末として、硫化水素中で約９００℃にて約２時間に渡って再焼成してもよい。
【００２４】
[27]酸化ガリウムを、硫化水素の存在下で,酸素を含まない硫化物に変換する困難を回避するために、酸化物は開始物質として推奨されない。
【００２５】
[28]上のように調製した蛍光体は通例、微細な黄色粉末であり、励起（ＭＥ）モードおよび発光（Ｅ）モードの両方で測定した本発明の蛍光体の蛍光スペクトルを図１に示す。励起スペクトルは、励起波長（３５０ｎｍ〜５２０ｎｍ）の関数として、５６０ｎｍでの発光強度を測定することによって記録した。励起スペクトルの主要帯域は約４７０ｎｍを中心として、約７５ｎｍの帯域幅（半分の高さにて）を有する。発光スペクトルは、４６０ｎｍでの励起によって得られた。最大発光は、５５７±０．７ｎｍにて見られた。量子効率は５５％であった。
【００２６】
[29]Ｘ線粉末回折スペクトルに供せられた本発明の蛍光体を図２に示す。主要な回折は２シータ＝１６．６、２４．５、３０．３、３１．６、３５．５および３８．９にあり、主要な結晶が斜方晶系クラスであったことを示す。回折対称性および組織的な欠如が空間群Ｄ２ｈ２４と一致している。この結晶は、ストロンチウムチオガレートと同形である。
【００２７】
[30]図３は、ストロンチウムチオガレート（ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３、実線）、ストロンチウムカルシウムチオガレート（ＳＣＴＧ、Ｓｒ０．６Ｃａ０．４Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋ｚＧａ２Ｓ３、点線）およびカルシウムチオガレート（ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３、破線）の発光スペクトルを示す。ｚの値は０．０７であった。
【００２８】
[31]本発明の蛍光体の走査電子顕微鏡写真を図４Ａおよび４Ｂに示す。蛍光体の粒子は、大部分が３〜４０ミクロンのサイズで凝集している。不規則な形状の主要な微粒子は、サイズが２〜４ミクロンの範囲であり、主要な微粒子間で相互接続している。図３Ａは、１００ミクロン実線棒に関して示されているが、図３Ｂは、１０ミクロン実線棒に関して示されている。
【００２９】
[32]本明細書で述べた種類の蛍光体は通例、薄膜内での光生成デバイスで使用され、その製造は当業界で周知である。本発明の蛍光体とさらに主要な光源との間に位置する蛍光体は、本発明の蛍光体に達する光を調節する役割を果たすことができる。それゆえ、本発明の蛍光体に関して、この方法で調節された光は、関連光源である。デバイスは、蛍光体によって生成された光を、（一次光源などの）デバイスの内部以外の光出力に向けるために、誘電鏡などの鏡を含むことができる。関連デバイスの構造は例えば米国特許出願第２００２／００３０４４４号および米国特許第６，０６９，４４０号に述べられている。
【００３０】
[33]実質的な気相を包含する工程について本明細書で述べた温度は、問題のオーブンまたは他の反応容器の温度であり、反応物質自体の温度ではない。
【００３１】
[34]以下の実施例は本発明をさらに説明するが、もちろんその範囲を制限するものとして解釈してはならない。
【実施例】
【００３２】
[35]本発明の蛍光体（ＳＣＴＧ蛍光体）を作成する工程を以下に概説する。
【００３３】
[36]酸溶解性ガリウム塩、例えば硝酸塩の溶液を作成する。使用したガリウムの量は、化学量論的な金属チオガレート調合物の３％過剰である。
【００３４】
[37]硝酸ユウロピウムの溶液を、上記作成の硝酸塩水溶液に添加する。ドーパントレベルは４％である。Ｅｕ溶液にＧａ溶液を合わせた後、水系のｐＨを水酸化アンモニウムによって中性域にする。結果として、ゲル状固体が沈殿する。次に有機溶媒を沈殿物に添加して、ゲルを分散させる。
Ｇａ（ＮＯ３）３＋Ｅｕ（ＮＯ３）３＋ＮＨ４ＯＨ→Ｇａ（ＯＨ）３／Ｅｕ（ＯＨ）３↓（ゲル状）（１）
【００３５】
[38]予め作成した硫酸ストロンチウム粉末を、Ｇａ（ＯＨ）３／Ｅｕ（ＯＨ）３懸濁液に添加する。次に固体を濾過する。
【００３６】
[39]予め作成した硫酸カルシウム粉末を、濾過した固体に添加し、混合ステップを続ける。
【００３７】
[40]上記の２つのステップからの固体をオーブンで乾燥させて、粉砕する。次に硫化水素雰囲気中で約５時間に渡って管状炉内で焼成する。焼成温度はそれぞれ、変換の場合は〜７００℃、結晶化の場合は〜８００℃である。蛍光体生成物において、ＳＣＴＧ相に加えて、Ｇａ２Ｓ３のよりマイナーな結晶相が存在する。
ＣａＳＯ４＋Ｇａ（ＯＨ）３／Ｅｕ（ＯＨ）３＋Ｈ２Ｓ→ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ・ｘＧａ２Ｓ３ （３）
【００３８】
[41]蛍光体粉末を精製し、ふるいにかける。
【００３９】
[42]ストロンチウム／カルシウム比を選択することにより、以下の調合物が得られる。
【００４０】
【表２】
【００４１】
[43]上の調合物におけるｚの値は０．０７であった。
【００４２】
[44] 本明細書において引用された、特許と特許出願を含むがそれらに限定されない、刊行物及び参考文献は、個々の刊行物又は参考文献が完全に列挙されたものとして本明細書に参照として組み入れられることが具体的かつ個別に示された場合と同様に、引用された部分の全体がそのまま参照として本明細書に組み入れられる。本出願が優先権の利益を主張するあらゆる特許出願も、刊行物及び参考文献に関して既に説明したような方法で、同様に参照として本明細書に組み入れられる。
【００４３】
[45]本発明は好ましい実施形態に重点を置いて記載されているが、当業者に明らかであるように、好ましい装置及び方法の変更形が使用され、本明細書に具体的に記載されていない態様で本発明が実施されることが意図されている。したがって、本発明は、特許請求の範囲によって規定された本発明の思想及び範囲に含まれるすべての変更形を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の蛍光体のスペクトルを示す。
【図２】本発明の蛍光体のｘｒｄスペクトルを示す。
【図３】本発明の２つの蛍光体、およびストロンチウムチオガレート系蛍光体のスペクトルを示す。
【図４Ａ】本発明の蛍光体の顕微鏡写真を示す。
【図４Ｂ】本発明の蛍光体の顕微鏡写真を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２価ユウロピウムによってドーピングされ、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である以下の式：
Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３を有する、ストロンチウムカルシウムチオガレート系蛍光体。
【請求項２】
ｚが０．００１〜０．２である、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項３】
ｚが０．００１〜０．１である、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項４】
ｙがＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４のモル量に基づいて０．００１〜０．１である、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項５】
ｙが０．０１〜０．０８である、請求項４に記載の蛍光体。
【請求項６】
ｙが０．０１〜０．０４である、請求項４に記載の蛍光体。
【請求項７】
蛍光体が５３５ｎｍ〜５６０ｎｍの発光ピークを有する、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項８】
発光ピークが、４４０ｎｍ±４０ｎｍの発光源を用いた励起下で５０ｎｍ以下の帯域幅を有する、請求項７に記載の蛍光体。
【請求項１】
２価ユウロピウムによってドーピングされ、式中、ｘは０．０００１〜１であり、ｙは発光放出を提供するために十分なＥｕ２＋を定義する値であり、ｚはＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋のモル量に基づいて０．０００１〜０．２である以下の式：
Ｓｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４：ｙＥｕ２＋・ｚＧａ２Ｓ３を有する、ストロンチウムカルシウムチオガレート系蛍光体。
【請求項２】
ｚが０．００１〜０．２である、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項３】
ｚが０．００１〜０．１である、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項４】
ｙがＳｒ１−ｘＣａｘＧａ２Ｓ４のモル量に基づいて０．００１〜０．１である、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項５】
ｙが０．０１〜０．０８である、請求項４に記載の蛍光体。
【請求項６】
ｙが０．０１〜０．０４である、請求項４に記載の蛍光体。
【請求項７】
蛍光体が５３５ｎｍ〜５６０ｎｍの発光ピークを有する、請求項１に記載の蛍光体。
【請求項８】
発光ピークが、４４０ｎｍ±４０ｎｍの発光源を用いた励起下で５０ｎｍ以下の帯域幅を有する、請求項７に記載の蛍光体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５２５５５２（Ｐ２００７−５２５５５２Ａ）
【公表日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１３１０２（Ｐ２００６−５１３１０２）
【出願日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１１９２７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２６２８５
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【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１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１１９２７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２６２８５
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【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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