(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-22
(45)【発行日】2023-10-02
(54)【発明の名称】コーティングされたマンガンドープ蛍光体
(51)【国際特許分類】
C09K 11/08 20060101AFI20230925BHJP
C09K 11/85 20060101ALI20230925BHJP
C09K 11/67 20060101ALI20230925BHJP
C09K 11/66 20060101ALI20230925BHJP
C09K 11/64 20060101ALI20230925BHJP
C09K 11/62 20060101ALI20230925BHJP
C09K 11/61 20060101ALI20230925BHJP
【FI】
C09K11/08 A
C09K11/85
C09K11/67
C09K11/66
C09K11/64
C09K11/62
C09K11/61
(21)【出願番号】P 2019570070
(86)(22)【出願日】2018-08-09
(86)【国際出願番号】 US2018046129
(87)【国際公開番号】W WO2019032909
(87)【国際公開日】2019-02-14
【審査請求日】2021-07-27
(32)【優先日】2017-08-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507114761
【氏名又は名称】カレント・ライティング・ソルーションズ,エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100091568
【氏名又は名称】市位 嘉宏
(72)【発明者】
【氏名】デュ,ファンミン
(72)【発明者】
【氏名】ネルソン,クラーク・デヴィッド
(72)【発明者】
【氏名】クロッシェル,サラ・アン
【審査官】黒川 美陶
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-028148(JP,A)
【文献】特表2016-534199(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0009132(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C09K 11/00-11/89
H01L 33/50
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コーティングされた蛍光体粒子の集団を調製する方法であって、
式Iの蛍光体の粒子を
K
2
SiF
6
を含む第1の溶液と組み合わせて懸濁液を形成するステップと、
A
+イオン源を含む第2の溶液と前記懸濁液を組み合わせるステップと
を含む方法、
A
x[MF
y]:Mn
4+
(I
)
(式中、
Aは、Li、Na、K、Rb、Csまたはそれらの組み合わせであり、
Mは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Al、Ga、In、Sc、Hf、Y、La、Nb、Ta、Bi、Gdまたはそれらの組み合わせであり、
xは、[MF
y]イオンの電荷の絶対値であり、
yは、5、6または7である)。
【請求項2】
Aが、Na、Kまたはそれらの組み合わせであり、
Mが、Si、Ge、Ti、Zrまたはそれらの組み合わせである、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記A
+イオン源が、ハロゲン化物、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩およびそれらの組み合わせから選択される化合物を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記A
+イオン源が、KF、KHF
2、KCl、KBr、KI、K
2SO
4、K
3PO
4、CH
3COOKまたはそれらの組み合わせを含む、請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記第1の溶液、前記第2の溶液、または前記第1の溶液と前記第2の溶液との両方がフッ化水素酸を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記第2の溶液が100ミリリットル/分未満の速度で前記懸濁液に添加される、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記第2の溶液が、約0.1ミリリットル/分~約10ミリリットル/分の範囲の速度で前記懸濁液に添加される、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記A
+イオン源と式IIの化合物とのモル比が約1:1~約1:20の範囲内である、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記式Iの蛍光体がK
2SiF
6:Mn
4+である、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
コーティングされた蛍光体粒子の集団を調製する方法であって、
K
2SiF
6:Mn
4+の粒子をK
2SiF
6を含む第1の溶液と組み合わせて懸濁液を形成するステップと、
KFを含む第2の溶液を前記懸濁液と組み合わせるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
米国特許第7,358,542号、米国特許第7,497,973号および米国特許第7,648,649号に記載されているようなマンガン(Mn4+)で活性化されたフッ化物錯体材料に基づく赤色発光蛍光体を、YAG:Ceまたは他のガーネット組成物などの黄色/緑色発光蛍光体と組み合わせて利用して、現在の蛍光灯、白熱灯、およびハロゲンランプで生成されるものと同等の暖かい白色光(黒体軌跡で(CCT<5000K、演色評価数(CRI)>80)を青色LEDから実現することができる。これらの材料は、青色光を強く吸収し、約610~635ナノメートル(nm)の間を効率的に発光し、深紅/NIRをほとんど発光しない。したがって、視感度が低い深紅で顕著な発光を示す赤色蛍光体と比較して、発光効率が最大化される。量子効率は、青色(440~460nm)励起下で85%を超え得る。
【0002】
マンガンドープ赤色発光蛍光体を使用した照明システムの効率およびCRIは非常に高くなり得るが、制限の可能性としては、高温および/または高湿条件下での劣化の影響を受けやすいため、色が不安定および不均一になり得ることである。米国特許第8,906,724号に記載の合成後処理ステップを使用して、マンガンドープ赤色発光蛍光体の色不安定性の問題を軽減することが可能と思われる。ただし、安定性が改善されたマンガンドープ赤色発光蛍光体の開発が望ましい。
【発明の概要】
【0003】
本明細書の一態様は、コーティングされた蛍光体粒子の集団を調製する方法を提示する。この方法は、式I:Ax[MFy]:Mn4+の蛍光体の粒子を式II:Ax[MFy]の化合物を含む第1の溶液と組み合わせて懸濁液を形成するステップを含む(式中、Aは、Li、Na、K、Rb、Csまたはそれらの組み合わせであり、Mは、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Al、Ga、In、Sc、Hf、Y、La、Nb、Ta、Bi、Gdまたはそれらの組み合わせであり、xは、[MFy]イオンの電荷の絶対値であり、ならびにyは、5、6または7である)。この方法は、A+イオン源を含む第2の溶液を前記懸濁液と組み合わせるステップをさらに含む。
【0004】
本明細書の一態様では、コーティングされた蛍光体粒子の集団を調製する方法は、K2[SiF6]:Mn4+の粒子をK2[SiF6]を含む第1の溶液と組み合わせて懸濁液を形成するステップ、およびKFを含む第2の溶液を前記懸濁液と組み合わせるステップを含む。
【0005】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、さらによく理解されると思われる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【
図1】
図1は、本開示の一実施形態による、照明装置の概略断面図である。
【0007】
【
図2】
図2は、本開示の一実施形態による、表面実装型デバイス(SMD)の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の明細書および特許請求の範囲では、単数形(「1つの(a、an)」および「その(the)」)は、文脈上明確に他のことを指示しない限り、複数の指示対象物を含む。本明細書で使用する場合、用語「または」は排他的であることを意味するものではなく、参照された部品のうち少なくとも1つが存在することを指し、文脈上明確に他のことを指示しない限り、参照される部品の組み合わせが存在する場合を含む。
【0009】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動してもよい任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。場合により、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。
【0010】
本明細書で使用される「第1」、「第2」などの用語は、任意の順序、量または重要性を示すものではなく、ある要素を別の要素と区別するために使用される。
【0011】
本明細書に列挙された任意の数値は、任意の下限値と任意の上限値の間に少なくとも2単位の分離がある場合、1単位の増分で下限値から上限値までのすべての値を含む。例として、成分の量または例えば温度、圧力、時間などの処理変数の値が、例えば1~90、または20~80であると述べられている場合、本明細書では、15~85、22~68、43~51、30~32などの値が明示的に列挙されていることが意図される。1未満の値の場合、1単位は必要に応じて0.0001、0.001、0.01または0.1であるとみなされる。これらは具体的に意図されたものの例に過ぎず、列挙された最低値と最高値の間の数値のすべての可能な組み合わせが、同様の方法で本出願に明示的に記載されるとみなされる。
【0012】
いくつかの実施形態は、コーティングされた蛍光体粒子の集団を調製する方法を提供する。この方法は、式I:Ax[MFy]:Mn4+の蛍光体の粒子を式II:Ax[MFy]の化合物を含む第1の溶液と組み合わせて懸濁液を形成するステップ、およびA+イオン源を含む第2の溶液を前記懸濁液と組み合わせるステップを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、式Iの蛍光体を含むコアと、前記コア上に配置されたコーティングとを有するコーティングされた蛍光体粒子の集団をもたらし得る。コーティングは、式IIの化合物を含み得る。
【0013】
式Iの蛍光体および式IIの化合物は、いずれもフッ化物錯体である。フッ化物錯体は、配位子として作用するフッ化物イオンに囲まれた1つの配位中心を含むホスト格子を有し、必要に応じて対イオン(A)によって電荷が補われる。例えば、K2[SiF6]では、配位中心はSiであり、対イオンはKである。フッ化物錯体は一般に、単純な2成分フッ化物の組み合わせとして表される。フッ化物錯体の化学式中の角括弧(簡略のため省略される場合がある)は、その特定のフッ化物錯体中に存在する錯イオンが、単純なフッ化物イオンとは異なる新しい化学種であることを示している。
【0014】
式Iの蛍光体は、マンガン(Mn4+)ドープフッ化物錯体である。式Iの蛍光体は、赤色光を発光する蛍光体であり、「赤色発光」蛍光体とも呼ばれることがあり、これらの用語は本明細書を通して互換的に使用される。式Iの蛍光体では、Mn4+ドーパントまたは活性化剤は追加の配位中心として働き、配位中心の一部、例えばSiを置換して発光中心を形成する。式Iのマンガンドープ蛍光体:A2[MF6]:Mn4+はまた、A2[(M,Mn)F6]として表すこともできる。ホスト格子(対イオンを含む)は、活性化剤イオンの励起および発光特性をさらに改変することができる。
【0015】
式Iおよび式IIの対イオンAは、Li、Na、K、Rb、Csまたはそれらの組み合わせである。特定の実施形態では、AはNa、Kまたはそれらの組み合わせである。配位中心Mは、Si、Ge、Ti、Zr、Hf、Sn、Al、Ga、In、Sc、Y、Bi、La、Gd、Nb、Taまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、MはSi、Ge、Tiまたはそれらの組み合わせである。特定の実施形態では、AはKであり、MはSiである。
【0016】
式IIの化合物の適切な例としては、K2[SiF6]、K2[TiF6]、K2[SnF6]、Cs2[TiF6]、Rb2[TiF6]、Cs2[SiF6]、Rb2[SiF6]、Na2[TiF6]、Na2[ZrF6]、K3[ZrF7]、K3[BiF7]、K3[YF7]、K3[LaF7]、K3[GdF7]、K3[NbF7]およびK3[TaF7]が挙げられる。特定の実施形態では、式IIの化合物はK2SiF6である。
【0017】
式Iの蛍光体の適切な例としては、K2[SiF6]:Mn4+、K2[TiF6]:Mn4+、K2[SnF6]:Mn4+、Cs2[TiF6]:Mn4+、Rb2[TiF6]:Mn4+、Cs2[SiF6]:Mn4+、Rb2[SiF6]:Mn4+、Na2[TiF6]:Mn4+、Na2[ZrF6]:Mn4+、K3[ZrF7]:Mn4+、K3[BiF7]:Mn4+、K3[YF7]:Mn4+、K3[LaF7]:Mn4+、K3[GdF7]:Mn4+、K3[NbF7]:Mn4+またはK3[TaF7]:Mn4+が挙げられる。特定の実施形態では、式Iの蛍光体はK2SiF6:Mn4+である。
【0018】
式Iの蛍光体中のマンガンの量は、式Iの蛍光体の総重量に基づいて、約0.1重量パーセント(wt%)~約4wt%(約1.2モルパーセント(mol%)~約16.5mol%)の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、マンガンの量は、約0.3wt%~約3.3wt%(約2mol%~約13.4mol%)、特定の実施形態では、約0.65wt%~約3.0wt%(約2.6mol%~約12.2mol%)の範囲である。いくつかの実施形態では、マンガンの量は、約0.5wt%~約2.76wt%(約3mol%~約11.2mol%)の範囲である。いくつかの実施形態では、マンガンの量は、約0.9wt%~約2.5wt%(約3.5mol%~約10mol%)の範囲であり、特定の実施形態では、約0.9wt%~約1.4wt%(約3.5mol%~約5.5mol%)の範囲である。
【0019】
いくつかの実施形態では、式Iの蛍光体の粒子は、式Iの蛍光体を第1の溶液と組み合わせるステップの前に、性能および安定性(量子効率、熱安定性、湿度安定性、光束安定性および色安定性)を高めるために処理される。一実施形態では、式Iの蛍光体の粒子を、高温でガス状のフッ素含有酸化剤と接触させる。処理方法は、米国特許第8,906,724号に記載されている。
【0020】
いくつかの実施形態では、第1の溶液は、フッ化水素酸水溶液中の式IIの化合物の溶液を含む。場合により、この方法は、式IIの化合物をフッ化水素酸水溶液に溶解することによって第1の溶液を形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、第1の溶液は、フッ化水素酸水溶液中の式IIの化合物の飽和溶液である。いくつかの実施形態では、第1の溶液は、フッ化水素酸水溶液中の式IIの化合物のほぼ飽和した溶液である。ほぼ飽和した溶液とは、飽和溶液を作るために必要な量より1~10%過剰な溶媒を含む溶液である。一例としては、ほぼ飽和した溶液は、HF水溶液に溶解したK2SiF6で構成される。飽和溶液は、K2SiF6をHF水溶液に加えて懸濁液を形成するステップ、およびろ過して過剰な固体を除去するステップによって調製される。次に、約1~5vol%のHF水溶液を前記飽和溶液に加え、ほぼ飽和した溶液を形成する。
【0021】
いくつかの実施形態では、第2の溶液は、フッ化水素酸水溶液中のA+イオン源の溶液を含む。A+イオン源は、有機化合物または無機化合物を含み得る。A+イオン源は、ハロゲン化物、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩およびそれらの組み合わせから選択される化合物であり得る。いくつかの実施形態では、A+イオン源は、KF、KHF2、KCl、KBr、KI、K2SO4、K3PO4、CH3COOKまたはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、フッ化水素酸水溶液にある量のA+イオン源を溶解することにより第2の溶液を形成するステップを含む。特定の実施形態では、第2の溶液はKFを含む。
【0022】
第1の溶液、第2の溶液、または第1の溶液と第2の溶液との両方で使用されるフッ化水素酸水溶液の濃度は、約20重量パーセント(wt%)~約70wt%の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、第1の溶液、第2の溶液または両方は、約30wt%~約60wt%の範囲の濃度を有するフッ化水素酸水溶液を含む。必要に応じて、少量のヘキサフルオロケイ酸などの他の酸を第1、第2または両方の溶液に含めることができる。
【0023】
構成要素、すなわち、対応する第1および第2の溶液中の式IIの化合物およびA+イオン源の量は、望ましい化学反応を実施し、それにより式Iの蛍光体の粒子上に望ましいコーティングを形成するために適切であり得る。いくつかの実施形態では、第2の溶液中のA+イオン源と第1の溶液中の式IIの化合物とのモル比は、約1:1~約1:20の範囲である。いくつかの実施形態では、第2の溶液中のA+イオン源と第1の溶液中の式IIの化合物とのモル比は、約1:2~約1:10の範囲内である。
【0024】
第2の溶液を懸濁液と組み合わせるステップは、望ましい結果のために適切な速度で実行することができる。いくつかの実施形態では、組み合わせステップは、第2の溶液を懸濁液と100ミリリットル/分未満の速度で組み合わせるステップにより実行される。いくつかの実施形態では、第2の溶液を懸濁液と組み合わせる速度は、約0.1ミリリットル/分~約10ミリリットル/分の範囲内である。
【0025】
第2の溶液を懸濁液と組み合わせると、式IIの化合物が沈殿する。理論に縛られるものではないが、懸濁液中のA+イオン源の存在は、一般的なイオン効果により懸濁液中の式IIの化合物を沈殿させるのに役立ち得ると考えられている。化学反応が進むにつれて、この方法は、式Iの蛍光体の粒子表面に沈殿物を配置するステップ、およびそれにより粒子上にコーティングを形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、コーティングは式IIの化合物を含む。いくつかの実施形態では、コーティングはマンガンを含まない。本明細書で使用される「マンガンを含まない」という用語は、粒子の表面上のマンガン濃度が0.1wt%未満であることを意味する。いくつかの実施形態では、組み合わせステップは、高温、例えば最高約100℃までで実行することができる。特定の実施形態において、組み合わせステップは、室温(約25℃)で実行される。
【0026】
いくつかの実施形態では、第2の溶液を懸濁液と組み合わせるステップ中に、前記懸濁液はかき混ぜ運動に供される。場合により、かき混ぜ運動とは懸濁液の撹拌を指す。いくつかの実施形態では、本方法は、第2の溶液を懸濁液と組み合わせる全ステップの間、前記懸濁液をかき混ぜ運動に連続的に供するステップを含む。かき混ぜ運動により、形成された沈殿物を式Iの蛍光体の実質的にすべての粒子上に配置してコーティングを形成し、それによりコーティングされた粒子の集団を形成することが可能になり得る。
【0027】
本方法は、第2の溶液を懸濁液と組み合わせて生成物粒子を得るステップを完了した後、前記懸濁液をろ過するステップをさらに含むことができる。本方法は、生成物粒子を洗浄するステップ、次いで乾燥させて、コーティングされた蛍光体粒子の集団を得るステップをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子の集団は粉末形態で得られる。
【0028】
コーティングの厚さは、様々な工程パラメーター、例えば、第1の溶液および第2の溶液の構成要素の量、ならびに第2の溶液を懸濁液と組み合わせるステップの速度の1または複数に依存し、これらのパラメーターを適合させることによって制御することができる。
【0029】
コーティングされた蛍光体粒子の集団は、約0.1ミクロン~約80ミクロンの範囲のD50粒径を有する粒径分布を有し得る。いくつかの実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子は、約1ミクロン~約50ミクロンの範囲のD50粒径を有する粒径分布を有する。いくつかの実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子のD50粒径はサブミクロンサイズである。
【0030】
いくつかの実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子の集団を調製する方法は、K2SiF6:Mn4+の粒子をK2SiF6を含む第1の溶液と組み合わせて懸濁液を形成するステップ、およびKFを含む第2の溶液を前記懸濁液と組み合わせるステップを含む。第1の溶液は、フッ化水素酸水溶液中のK2SiF6のほぼ飽和した溶液を含み得る。第2の溶液は、フッ化水素酸水溶液中のKFの溶液を含み得る。
【0031】
コーティングは、式Iの蛍光体の粒子を劣化から保護することができる。コーティングされた蛍光体粒子は、式Iの蛍光体の粒子(すなわち、非コーティング粒子)よりも高い安定性を有する。蛍光体粒子(コーティングまたは非コーティング)の安定性は、高温高湿環境での蛍光体粒子の安定性を指すことができる。一般に、蛍光体材料の安定性は、蛍光体材料を高温高湿環境に曝露した後の、蛍光体材料の量子効率の変化を測定することにより分析可能である。本明細書で使用される「高温高湿環境(HTHH)」という用語は、(湿度のない環境に対して)少なくとも50パーセントの相対湿度および少なくとも50℃の温度を有する環境を指す。いくつかの実施形態では、HTHH環境は、少なくとも60パーセントの相対湿度および60℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、HTHH環境は、少なくとも80パーセントの相対湿度および80℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、HTHH環境は、約90パーセントの相対湿度および60℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子の曝露後の量子効率の変化は、蛍光体の(非コーティング)粒子の量子効率の変化よりも低い。コーティングされた蛍光体粒子は、高温高湿環境において式Iの蛍光体の粒子の安定性よりも高い安定性を有し得る。
【0032】
いくつかの実施形態は、本明細書に記載の方法によって調製されたコーティングされた蛍光体粒子の集団を含む照明装置を対象とする。
図1は、いくつかの実施形態による照明装置またはランプ10を例示する。照明装置10は、発光ダイオード(LED)チップ12と、前記LEDチップ12に電気的に取り付けられたリード14とを含む。リード14は、より厚いリードフレーム16によって支持された細いワイヤを備えてもよく、またはリード14は自己支持型電極を備えてもよく、リードフレームは省略されてもよい。リード14は、LEDチップ12に電流を供給し、それにより発光が生じる。LEDチップ12は半導体、例えば、発光波長が約250ナノメートル超~約550ナノメートル未満を有する、式In
iGa
jAl
kN(式中、0≦i、0≦j、0≦kおよびi+j+k=1)の半導体に基づくことができる。特定の実施形態では、LEDチップ12は、約400ナノメートル~約500ナノメートルのピーク発光波長を有する青色発光LEDチップであってよい。照明装置10では、コーティングされた蛍光体粒子の集団を含む蛍光体組成物20(上記のいくつかの実施形態において本明細書に記載の方法によって調製される)がLEDチップ12の表面11に配置され、前記LEDチップ12に放射結合される。蛍光体組成物20は、任意の適切な方法、例えば、シリコーンとコーティングされた蛍光体粒子の集団とを混合して調製されたスラリーを使用することにより、LEDチップ12の表面11に堆積させることができる。LEDチップ12による発光は、コーティングされた蛍光体粒子の集団による発光と混ざり合い、所望の発光を生成する(矢印15で示される)。
【0033】
本明細書で説明される照明装置の例示的な構造の一般的な説明は、無機LED系光源を対象としているが、特に明記しない限り、LEDチップは、有機発光構造または他の放射光源で置き換えられてもよく、特に他のことが記載されない限り、LEDチップまたは半導体への言及はいずれも、任意の適切な放射光源を単に表しているに過ぎないことを理解されたい。
【0034】
引き続き
図1を参照すると、LEDチップ12は、照明装置10の一部19に配置されたLEDチップ12および封入材料(
図1には図示せず)を取り囲むエンベロープ18内に封入され得る。エンベロープ18は、例えば、ガラスまたはプラスチックで形成されてもよい。LEDチップ12は、封入材料によって取り囲まれてもよい。封入材料は、低温ガラス、または当技術分野で公知のポリマーまたは樹脂、例えば、エポキシ、シリコーン、エポキシ-シリコーン、アクリレートまたはそれらの組み合わせであってよい。代替実施形態では、照明装置10は、エンベロープ18なしで封入材料のみを含んでもよい。
【0035】
いくつかの実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子の集団は、LEDチップ12(
図1を参照)上に配置される代わりに、封入材料内に散在してもよい。いくつかの他の実施形態では、コーティングされた蛍光体粒子を含む蛍光体組成物は、LEDチップ12上に配置される代わりに、エンベロープ18の表面上にコーティングされてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、照明装置10は、複数のLEDチップ(図示せず)を含むことができる。これらの様々な構成を、任意の2以上の場所、または任意の他の適切な場所、例えば、エンベロープ18とは別の場所もしくはLEDチップ12に統合された場所に配置された蛍光体組成物と組み合わせることができる。さらに、蛍光体または蛍光体の混合物または他の材料などの1または複数の追加の発光材料(後述)を、蛍光体組成物または照明装置10の異なる部分、例えば蛍光体組成物20の上もしくは下もしくは中、または照明装置10の任意の他の位置に配置して使用することができる(
図1)。
【0036】
照明装置10はまた、発光を散乱または拡散させるために複数の粒子(図示せず)を含んでもよい。これらの散乱粒子は、通常、封入材料に埋め込まれる。散乱粒子は、例えば、Al2O3(アルミナ)またはTiO2(チタニア)から製造された粒子を含むことができる。散乱粒子は、好ましくはごくわずかの吸収量で、LEDチップ12からの発光を効果的に散乱させることができる。
【0037】
いくつかの実施形態は、
図2に例示するような、表面実装型デバイス(SMD)タイプの発光ダイオード50を含むバックライト装置を含む。このSMDは「側面発光型」であり、導光部材54の突出部に発光窓52を有する。SMDパッケージは、上記で定義されたLEDチップと、上記のコーティングされた蛍光体粒子の集団を含む蛍光体組成物とを含み得る。
【0038】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の蛍光体組成物を使用することにより、高い光度と、一般照明用の目的の低い色温度範囲(2500K~4000K)のための高いCRI値とを有する赤色光または白色光を生成する照明装置を提供することができる。
【0039】
緑色、青色、黄色、赤色、橙色または他の色の放射光を発することができる追加の発光材料を、蛍光体組成物(例えば、ブレンド)で、または得られた光の白色をカスタマイズし、特定のスペクトルパワー分布を生成する照明装置で使用することができる。いくつかの実施形態では、追加の発光材料は緑色放射光を発する。
【0040】
蛍光体組成物での使用に適した追加の蛍光体としては、限定するものではないが、以下が挙げられる:
((Sr
1-z(Ca,Ba,Mg,Zn)
z)
1-(x+w)(Li,Na,K,Rb)
wCe
x)
3(Al
1-ySi
y)O
4+y+3(x-w)F
1-y-3(x-w)、0<x≦0.10,0≦y≦0.5、0≦z≦0.5、0≦w≦x;(Ca,Ce)
3Sc
2Si
3O
12(CaSiG);(Sr,Ca,Ba)
3Al
1-xSi
xO
4+xF
1-x:Ce
3+(SASOF));(Ba,Sr,Ca)
5(PO
4)
3(Cl,F,Br,OH):Eu
2+,Mn
2+;(Ba,Sr,Ca)BPO
5:Eu
2+,Mn
2+;(Sr,Ca)
10(PO
4)
6*νB
2O
3:Eu
2+(式中、0<ν≦1);Sr
2Si
3O
8*2SrCl
2:Eu
2+;(Ca,Sr,Ba)
3MgSi
2O
8:Eu
2+,Mn
2+;BaAl
8O
13:Eu
2+;2SrO*0.84P
2O
5*0.16B
2O
3:Eu
2+;(Ba,Sr,Ca)MgAl
10O
17:Eu
2+,Mn
2+;(Ba,Sr,Ca)Al
2O
4:Eu
2+;(Y,Gd,Lu,Sc,La)BO
3:Ce
3+,Tb
3+;ZnS:Cu
+,Cl
-;ZnS:Cu
+,Al
3+;ZnS:Ag
+,Cl
-;ZnS:Ag
+,Al
3+;(Ba,Sr,Ca)
2Si
1-nO
4-2n:Eu
2+(式中、0≦n≦0.2);(Ba,Sr,Ca)
2(Mg,Zn)Si
2O
7:Eu
2+;(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)
2S
4:Eu
2+;(Y,Gd,Tb,La,Sm,Pr,Lu)
3(Al,Ga)
5-aO
12-3/2a:Ce
3+(式中、0≦a≦0.5);(Ca,Sr)
8(Mg,Zn)(SiO
4)
4Cl
2:Eu
2+,Mn
2+;Na
2Gd
2B
2O
7:Ce
3+,Tb
3+;(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)
2P
2O
7:Eu
2+,Mn
2+;(Gd,Y,Lu,La)
2O
3:Eu
3+,Bi
3+;(Gd,Y,Lu,La)
2O
2S:Eu
3+,Bi
3+;(Gd,Y,Lu,La)VO
4:Eu
3+,Bi
3+;(Ca,Sr)S:Eu
2+,Ce
3+;SrY
2S
4:Eu
2+;CaLa
2S
4:Ce
3+;(Ba,Sr,Ca)MgP
2O
7:Eu
2+,Mn
2+;(Y,Lu)
2WO
6:Eu
3+,Mo
6+;(Ba,Sr,Ca)
bSi
gN
m:Eu
2+(式中、2b+4g=3m);Ca
3(SiO
4)Cl
2:Eu
2+;(Lu,Sc,Y,Tb)
2-u-vCe
vCa
1+uLi
wMg
2-wP
w(Si,Ge)
3-wO
12-u/2(式中、-0.5≦u≦1、0<v≦0.1および0≦w≦0.2);(Y,Lu,Gd)
2-m(Y,Lu,Gd)Ca
mSi
4N
6+mC
1-m:Ce
3+、(式中、0≦m≦0.5);(Lu,Ca,Li,Mg,Y)、Eu
2+および/またはCe
3+をドープされたα-SiAlON;(Ca,Sr,Ba)SiO
2N
2:Eu
2+,Ce
3+;β-SiAlON:Eu
2+、3.5MgO*0.5MgF
2*GeO
2:Mn
4+;Ca
1-c-fCe
cEu
fAl
1+cSi
1-cN
3、(式中、0≦c≦0.2、0≦f≦0.2);Ca
1-h-rCe
hEu
rAl
1-h(Mg,Zn)
hSiN
3,(式中、0≦h≦0.2、0≦r≦0.2);Ca
1-2s-tCe
s(Li,Na)
sEu
tAlSiN
3,(式中、0≦s≦0.2、0≦t≦0.2、s+t>0);(Sr,Ca)AlSiN
3:Eu
2+、Ce
3+およびLi
2CaSiO
4:Eu
2+。
いくつかの実施形態では、蛍光体組成物は、式Iの化合物と、ピーク波長が(475~510nm、FWHM 30nm以下)の狭い青~緑色蛍光体およびピーク波長が黄色~橙色の蛍光体(550~615nm)とのブレンドを含む。このブレンドは、高いルーメン当量と95超のCRIと95超のR9との組み合わせを得ることができる。特定の実施形態では、蛍光体ブレンドは、K
2SiF
6:Mn
4+(PFS)と併せて、(Y,Gd,Tb,La,Sm,Pr,Lu)
3(Al,Ga)
5-aO
12-3/2a:Ce
3+(式中、0≦a≦0.5)、特にY
3Al
5O
12:Ce
3+(YAG)およびLi
2CaSiO
4:Eu
2+を含む。ブレンド中の各蛍光体のスペクトル質量は、約0.01~0.7の範囲である。3000K、3500Kおよび4000Kの3つの異なるCCT値についてのブレンド計算ならびに対応する光度、CRIおよびR9値を表1に示す。
【表1】
【0041】
蛍光体組成物での使用に適した他の追加材料には、ポリフルオレンなどのエレクトロルミネセンスポリマー、好ましくはポリ(9,9-ジオクチルフルオレン)およびそのコポリマー、例えばポリ(9,9’-ジオクチルフルオレン-co-ビス-N、N’-(4-ブチルフェニル)ジフェニルアミン)(F8-TFB);ポリ(ビニルカルバゾール)およびポリフェニレンビニレンおよびそれらの誘導体が含まれる。加えて、蛍光体組成物は、青色、黄色、橙色、緑色または赤色の燐光染料または金属錯体、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。燐光染料としての使用に適した材料には、限定するものではないが、トリス(1-フェニルイソキノリン)イリジウム(III)(赤色染料)、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(緑色染料)およびイリジウム(III)ビス(2-(4,6-ジフルオルフェニル)ピリジナト-N,C2)(青色染料)が含まれる。ADS(American Dyes Source、Inc.)から市販されている蛍光性および燐光性金属錯体も使用することができる。ADS緑色染料としては、ADS060GE、ADS061GE、ADS063GEおよびADS066GE、ADS078GEおよびADS090GEが挙げられる。ADS青色色素としては、ADS064BE、ADS065BEおよびADS070BEが挙げられる。ADS赤色色素としては、ADS067RE、ADS068RE、ADS069RE、ADS075RE、ADS076RE、ADS067REおよびADS077REが挙げられる。
【0042】
いくつかの実施形態では、追加の発光材料には、緑色発光量子ドット(QD)材料が含まれる。緑色発光QD材料としては、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-IV族化合物、IV族化合物、I-III-VI2族化合物、またはそれらの混合物を挙げることができる。II-VI族化合物の非限定的な例としては、CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、ZnTe、ZnS、HgTe、HgS、HgSe、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTeまたはそれらの組み合わせが挙げられる。III-V族化合物は、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GalnNP、GalnNAs、GalnPAs、InAlNP、InAlNAs、InAlPAsおよびそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。IV族化合物の例には、Si、Ge、SiCおよびSiGeが含まれる。I-III-VI2族カルコパイライト型化合物の例としては、CuInS2、CuInSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgInS2、AgInSe2、AgGaS2、AgGaSe2およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【0043】
追加の発光材料として使用するためのQD材料は、コア、コア上にコーティングされた少なくとも1つのシェル、および1または複数の配位子、好ましくは有機ポリマー配位子を含む外側コーティングを含むコア/シェルQDであり得る。コア-シェルQDを調製するための例示的な材料には、限定するものではないが、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(ダイヤモンドを含む)、P、Co、Au、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdSeZn、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、MnS、MnSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al,Ga,In)2(S,Se,Te)3、Al2CO、および2以上のそのような材料の適切な組み合わせが含まれる。例示的なコア-シェルQDには、限定するものではないが、CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/CdS/ZnS、CdSeZn/CdS/ZnS、CdSeZn/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、PbSe/PbS、CdTe/CdSおよびCdTe/ZnSが含まれる。
【0044】
QD材料は、典型的には、それらの表面に共役、協同、会合または結合した配位子を含む。特に、QDは、高温、高強度の光、外部ガスおよび水分を含む環境条件からQDを保護し、凝集を制御し、ならびにホストバインダー材料にQDを分散させ得るための配位子を含むコーティング層を含み得る。
【0045】
個々の発光材料、例えばコーティングされた蛍光体粒子と追加の発光材料とのそれぞれの比率は、所望の光出力の特性に応じて変わり得る。照明装置内の個々の発光材料の相対的な割合は、それらの発光が照明装置内で混合されて使用された場合、国際照明委員会(International Commission on Illumination)(CIE)によって作成されたCIE色度図の所定のxおよびy値の可視光が生成されるように調整することができる。特定の実施形態では、照明装置は白色光を発する。照明装置で使用するための各発光材料の正確な同一性および量は、エンドユーザーのニーズに応じて変えることができる。
【0046】
照明装置および/またはバックライト装置は、一般的な照明およびディスプレイ用途に使用することができる。例としては、彩色光ランプ、プラズマスクリーン、キセノン励起ランプ、UV励起マーキングシステム、自動車用ヘッドランプ、家庭および劇場用プロジェクター、レーザー励起デバイス、点検出器、液晶ディスプレイバックライトユニット、テレビ、コンピューターモニター、スマートフォン、タブレットコンピューター、および本明細書に記載の半導体光源を含むディスプレイを有するその他の携帯用デバイスが挙げられる。これらの用途のリストは、単なる例示であり、網羅的なものではない。
【0047】
実施例
49%HFに溶解したK2SiF6で構成される飽和溶液を、100mlの49%HFに対して4.2gのK2SiF6を添加して懸濁液を形成し、これを真空ろ過して過剰の固体を除去することによって調製した。約2vol%の49%HFをこの飽和溶液に加えて、ほぼ飽和した溶液を形成した。
【0048】
Mnドープフルオロケイ酸カリウム蛍光体、K2SiF6:Mn4+を、HF溶液中、約70℃の乾燥温度で、参考文献である米国特許第7,497,973号に記載の手順に従って合成した。K2SiF6:Mn4+蛍光体粉末中に存在するマンガンの量は約10mol%であった。
【0049】
比較実施例1~4(非コーティング蛍光体粒子)
飽和溶液(160ml)をNelgenボトル内のK2SiF6:Mn4+蛍光体粉末(40g)に加え、得られた懸濁液を約10分間撹拌した。黄色の上清溶液をデカントし、飽和溶液(160ml)をNelgenボトルに加え、約10分間撹拌した。デカンテーションと飽和溶液の追加のこのステップをもう一度繰り返した。生成物を真空ろ過し、アセトンですすぎ、次いで真空下で乾燥させた。
【0050】
実施例1および2(コーティングされた蛍光体粒子)
飽和溶液(160ml)をNelgenボトル内のK2SiF6:Mn4+蛍光体粉末(40g)に加え、得られた懸濁液を約10分間撹拌した。黄色の上清溶液をデカントし、飽和溶液(160ml)をNelgenボトルに加え、約10分間撹拌した。デカンテーションと飽和溶液の追加のこのステップをもう一度繰り返した。49%HF中KFの飽和溶液を1.5ml/分の速度で懸濁液に加え、その後約10分間撹拌した。上清はほとんど無色であった。生成物を真空ろ過し、アセトンですすぎ、次いで真空下で乾燥させた。
【0051】
実施例1~4および比較実施例1~4で調製されたサンプルを、X線回折(XRD)を使用して検査した。XRDの結果は、実施例1~4のサンプルのコーティングされた粒子のマンガン含有量が、比較実施例1~4の非コーティング粒子のマンガン含有量も比較的低いことを示した。
【0052】
HTHH環境における安定性試験
実施例1~4および比較実施例1~4で調製したサンプルをシリコーン(Sylguard184)に分散させて対応するスラリーを形成し、これらのスラリーを使用して対応するテープを作製した。0.5gの各サンプル(実施例1~4および比較実施例1~4において調製)を1.5gのSylguard184と混合することにより、各スラリーを調製した。これらのスラリーをテープキャストし、その後、90℃で35分間硬化させて自立テープを得た。
【0053】
テープを、量子効率測定システムを使用して、励起波長450nmで量子効率(QE)を測定した。次に、これらのテープを高温高湿(HTHH)チャンバー(80℃、相対湿度85%)に入れた。48時間のHTHH環境への曝露後、テープのQEを励起波長450nmで再度測定した。表2は、実施例1~4および比較実施例1~4のサンプルを使用して調製したテープの、48時間のHTHH環境への曝露に対するQEの変化率(またはQEの低下率)を示す。
【表2】
【0054】
表2は、48時間のHTHH曝露後の実施例1~4のサンプルのQE変化が、(非コーティング蛍光体粒子を有する)比較実施例1~4のサンプルのQE変化よりも比較的低い(半分以下)ことを示している。これらの結果は、コーティングされた蛍光体粒子(実施例1~4のサンプル)が、比較実施例1~4の非コーティング蛍光体粒子の安定性よりも、HTHH環境において比較的高い安定性を有することを示した。
【0055】
本開示の特定の特徴のみが本明細書に示され、記載されているが、当業者であれば多くの改良および変形を思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の精神の範囲内にあるすべてのこのような改良および変形を含むことを意図していると理解すべきである。