WO2012018066A1 - 表面処理蛍光体及び表面処理蛍光体の製造方法 - Google Patents

表面処理蛍光体及び表面処理蛍光体の製造方法 Download PDF

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中谷 康弘
大村 貴宏
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Definitions

  • the inventors of the present invention formed a surface treatment layer containing an alkaline earth metal, silicon and a specific element on the surface of the phosphor matrix, and peak positions measured by energy dispersive X-ray elemental analysis,
  • the silicon content of the phosphor matrix and the surface treatment layer satisfies a predetermined requirement
  • the surface having a high dispersibility can be greatly improved in moisture resistance without deteriorating the fluorescence characteristics.
  • the present inventors have found that a treated phosphor can be obtained and have completed the present invention.
  • the surface treatment layer may include an intermediate layer and a surface layer, and the intermediate layer and the surface layer may be sequentially formed toward the outermost surface.
  • the alkaline earth metal content in each layer preferably satisfies the following expressions (2) and (3).
  • the alkaline earth metal contained in the surface layer is preferably an alkaline earth metal derived from the phosphor matrix.
  • “being derived from the phosphor matrix” means that a part (usually the outermost surface) constituting the phosphor crystal is modified by chemical treatment to have a structure or composition different from the phosphor crystal structure or composition. Means that.
  • the intermediate layer and the surface layer are formed. It is also possible to form a surface treatment layer.
  • a method having a step of forming a surface treatment layer by dispersing and bringing the phosphor matrix into a solution containing a complex ion containing a specific element and a fluorine ion, the intermediate layer and the surface layer are formed. It is also possible to form a surface treatment layer.
  • a layer forming step by dividing several steps.
  • the liquid crystal display element backlight a known structure can be used. For example, it may be arranged on the frame of the display element and emit light toward the light guide plate, or may be arranged on the back side of the liquid crystal cell with a diffusion plate interposed therebetween.
  • An example of the image display device is a liquid crystal display element having at least a liquid crystal cell and the liquid crystal display element backlight.
  • Another example includes an LED display that forms an image by regularly emitting light by arranging a plurality of LEDs regularly in two dimensions.
  • the lighting device is not particularly limited, and can be applied to a known LED light emitting device. Since the lighting device has high moisture resistance, for example, indicator lights used for transportation and transportation of vehicles and the like, illumination lights, indoor and outdoor lighting used for residences and buildings, mobile phones, mobile communication, etc. It can be used for lighting used for terminals and the like.
  • the maximum peak of the titanium content is the maximum of the silicon content. It was confirmed that it is located on the surface side from the peak. In addition, about content of specific elements other than titanium, it was below the detection limit.
  • the silicon content at the maximum peak position of the titanium content was 3.0% by weight.

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Abstract

本発明は、蛍光特性を低下させることなく、耐湿性を大幅に改善することができ、かつ、高い分散性を有する表面処理蛍光体及び該表面処理蛍光体の製造方法を提供する。 本発明は、アルカリ土類金属及びケイ素を含有する蛍光体母体と、アルカリ土類金属、ケイ素及び周期律表第4~6族の特定元素を含有する表面処理層を有する表面処理蛍光体であって、表面処理層の断面厚み方向の元素分布を、電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析により測定した場合、特定元素の含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置し、かつ、前記蛍光体母体及び表面処理層におけるケイ素の含有量が下記(1)式を満たす表面処理蛍光体である。 【数1】S<S 式(1)中、Sは蛍光体母体におけるケイ素の含有量、Sは表面処理層におけるケイ素の含有量を示す。

Description

表面処理蛍光体及び表面処理蛍光体の製造方法
本発明は、耐湿性が著しく改善された表面処理蛍光体及び該表面処理蛍光体の製造方法に関する。
近年、白色光を発する半導体発光素子(白色LED)は、低消費電力、高効率、環境にやさしい、長寿命等の長所を兼ね備えているため、次世代光源として注目を浴びている。
白色LEDにおいて、白色光を作り出す方法としては、青色や紫外光のLEDとそれらの光によって励起されうる蛍光体(赤、黄、緑色蛍光体等)とを組み合わせる方法が一般的に用いられている。
また、アルカリ土類金属元素を有するシリケート(ケイ酸塩とも呼ばれる)蛍光体は、組成調節により広範囲な発光波長を容易に得られることと、発光効率が高いこと等の特徴を有するため注目されている。なかでも、特許文献1に記載の(Sr,Ba,Ca)SiO:Eu2+や、特許文献2に記載の(Sr,Ba,Ca)SiO:Eu2+等の構造を有するシリケート蛍光体が代表例として挙げられる。このシリケート蛍光体では、Srと、Ba又はCaとの相対量を調節することにより発光波長のチューニングが可能である。
しかしながら、このようなアルカリ土類金属元素を有するシリケート蛍光体は、空気中の水蒸気や水分によって表面が分解劣化しやすいという問題があった。そのため、大気中での長時間使用の場合に、発光強度の低下や色調の変化が起こりやすく、蛍光体としての特性が低下し、耐久性に大きな問題があった。
これに対して、蛍光体の耐湿性を改善する方法として、気相法(乾式法)、液相法(湿式法)等を用いて、蛍光体粒子の表面を酸化物等で被覆する方法が検討されている。
例えば、気相法による方法としては、化学的気相成長法(CVD)を用いる方法(特許文献3)や、プラズマ法を用いる方法(特許文献4)によって硫化物蛍光体粒子の表面に酸化アルミニウム膜をコーティングする方法が開示されている。
また、液相法による方法としては、ゾルーゲル反応法と中和沈殿法が挙げられ、例えば、特許文献5には、0~20℃の反応温度でSi、Ti等のアルコキシド及び/又はその誘導体を多量のアンモニア水の存在下で加水分解、脱水重合により蛍光体粒子への表面処理方法を開示されている。また、特許文献6には、表面に粒子状又は層状のSi含有化合物を載置した蛍光体が開示されている。
更に、特許文献7には、ゾルーゲル法を用いたジルコニア膜の被覆方法が開示されている。特許文献8には、アルミニウム等のイオン含有酸性溶液を、蛍光体を分散させたアルカリ性溶液中に添加し、中和反応によって蛍光体粒子の表面に金属水酸化物を析出する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献3及び4に開示された気相法では、微粉末である蛍光体粒子を完全に分散することが困難であるため、1個1個の蛍光体粒子の表面に均一かつ全面に被覆することが現実的に難しく、ピンホールや被覆バラツキ等が生じやすいという問題があった。また、気相法は、通常400℃以上の高温で行われるため、蛍光体の種類によっては処理後に蛍光特性が著しく低下してしまうという問題もあった。更に、装置が大掛かりなものとなるため、製造コストが高くなっていた。
一方、液相法であるゾルーゲル法を用いた場合(特許文献5、6及び7)では、被覆物種類の選択自由度が大きいが、出発原料である金属アルコキシドは通常反応性が高く、蛍光体粒子の表面のみで加水分解反応を起させるための反応条件の制御が非常に難しかった。また、ゾルーゲル法で得られた膜には、不完全な加水分解のため残されたアルコキシル基や加水分解反応で脱離したアルコール等の有機成分が含まれるため、通常緻密な膜が得られにくかった。
更に、特許文献5に開示された被覆方法は、加水分解反応が多量のアンモニア水の存在下で行うため、殆どの原料が蛍光体粒子表面以外の溶液中に反応、消費され、反応効率とコストにも問題点があった。加えて、多量のアンモニア水が含まれるので、処理過程中に蛍光体が加水分解によって劣化する恐れもあった。
特許文献6に開示された方法では、被覆物であるSi含有化合物が粒子状又は層状で蛍光体粒子の表面に載置されるとしているが、実際には、耐湿性の改善は殆ど見られなかった。また、特許文献6の実施例に記載された反応条件では、蛍光体粒子の表面に被覆反応が殆ど起こらず、一部被覆ができたとしても、粒子状被覆の場合には水蒸気を効率的に遮断するのは困難であるという問題点があった。
特許文献7に開示された方法は、長時間の反応と精密な温度及びプロセスの制御が必要であり、効率とコストの点に問題があった。
一方、特許文献8に開示された中和沈殿法では、被覆物を蛍光体粒子の表面に連続膜として析出することは事実上困難であった。
特表2009-515030号公報 特開1997-104863号公報 特開2001-139941号公報 特表2009-524736号公報 特開2008-111080号公報 特開2007-224262号公報 特開2009-132902号公報 特開平11-256150号公報
本発明は、蛍光特性を低下させることなく、耐湿性を大幅に改善することができ、かつ、高い分散性を有する表面処理蛍光体及び該表面処理蛍光体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、アルカリ土類金属及びケイ素を含有する蛍光体母体と、アルカリ土類金属、ケイ素及び周期律表第4~6族の特定元素を含有する表面処理層を有する表面処理蛍光体であって、表面処理層の断面厚み方向の元素分布を、電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析により測定した場合、特定元素の含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置し、かつ、前記蛍光体母体及び表面処理層におけるケイ素の含有量が下記(1)式を満たすことを特徴とする表面処理蛍光体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
式(1)中、Sは蛍光体母体におけるケイ素の含有量、Sは表面処理層におけるケイ素の含有量を示す。
以下、本発明を詳述する。
本発明者らは、鋭意検討した結果、蛍光体母体の表面に、アルカリ土類金属、ケイ素及び特定元素を含有する表面処理層を形成し、エネルギー分散型X線元素分析により測定したピーク位置、並びに、蛍光体母体及び表面処理層のケイ素含有量が所定の要件を満たした場合に、蛍光特性を低下させることなく、耐湿性を大幅に改善することができ、かつ、高い分散性を有する表面処理蛍光体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の表面処理蛍光体に用いられる蛍光体母体は、アルカリ土類金属およびケイ素を含有すれば特に限定されない。上記アルカリ土類金属とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等の周期律表第2族に属する元素をいう。このようなアルカリ土類金属及びケイ素を有する蛍光体母体は、例えば、アルミン酸塩、窒化物、酸窒化物、ケイ酸塩等が挙げられる。
なかでも、上記蛍光体母体は、アルカリ土類金属元素を有するケイ酸塩類を含有するアルカリ土類金属のシリケート系蛍光体であることが好ましい。
上記アルカリ土類金属元素を有するケイ酸塩類としては、例えば、母体結晶構造として、MSiO又はMSiOの結晶構造と実質的に同じ構造(ただし、MはMg、Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種を表す)を有し、かつ、付活剤としてFe、Mn、Cr、Bi、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びYbからなる群から選択される少なくとも1種を含有する蛍光体が挙げられる。
上記アルカリ土類金属元素を有する蛍光体母体は、アルカリ土類金属以外の金属元素(例えば、Zn、Ga、Al、Y、Gd、Tb)を適量含有してもよい。
また、上記アルカリ土類金属元素を有する蛍光体母体は、少量のハロゲン元素(例えば、F、Cl、Br)、硫黄(S)又はリン(P)を適量含有してもよい。
上記MSiO構造を有する蛍光体母体の例としては、例えば、下記一般式(4)又は(5)のような組成を有する緑色又は黄色蛍光体等が挙げられる。
(Sr1-xSiO:Eu2+          (4)
式中、MはBa、Ca、Mg及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属であり、0≦x≦1.0であり、1.5≦y≦2.5である。
(Sr1-xSiO:Eu2+D      (5)
式中、MはBa、Ca、Mg及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属であり、DはF、Cl及びBrからなる群より選択されるハロゲンアニオンであり、0≦x≦1.0であり、1.5≦y≦2.5である。
上記MSiO構造を有する蛍光体母体の例としては、例えば、下記一般式(6)又は(7)のような組成を有する橙色蛍光体等が挙げられる。
(Sr1-xSiO:Eu2+          (6)
式中、MはBa、Ca、Mg及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属であり、0≦x≦1.0であり、2.6≦y≦3.3である。
(Sr1-xSiO:Eu2+D      (7)
式中、MはBa、Ca、Mg及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属であり、DはF、Cl及びBrからなる群より選択されるハロゲンアニオンであり、0≦x≦1.0であり、2.6≦y≦3.3である。
また、上記MSiO構造とMSiO構造を複合した二相構造の蛍光体母体(例えば、a(M1)SiO・(1-a)(M2)SiO:Eu2+)も挙げられる。
上記蛍光体母体の具体例としては、例えば、SrSiO:Eu2+、(Sr0.9Mg0.025Ba0.075SiO:Eu2+、(Sr0.9Mg0.05Ba0.052.7SiO:Eu2+、(Sr0.9Mg0.025Ba0.075SiO:Eu2+、(Sr0.9Ba0.1SiO:Eu2+、Sr0.97SiO:Eu2+F、(Sr0.9Mg0.12.9SiO:Eu2+F、(Sr0.9Ca0.13.0SiO:Eu2+Fの等組成を有する橙色蛍光体、(Sr0.4Ba0.6SiO:Eu2+、(Sr0.3Ba0.7SiO:Eu2+、(Sr0.2Ba0.8SiO:Eu2+、(Sr0.57Ba0.4Mg0.03SiO:Eu2+F、(Sr0.6Ba0.4SiO:Eu2+Cl、(Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn)Si:Eu2+等の組成を有する緑色蛍光体、(Sr0.7Ba0.3SiO:Eu2+F、(Sr0.9Ba0.1SiO:Eu2+、0.72[(Sr1.025Ba0.925Mg0.05)Si1.03Eu0.050.12]・0.28[SrSi1.02Eu0.60.13]等の組成を有する黄色蛍光体、及び、BaMgSi:Eu2+、BaZnSi:Eu2+等の組成を有する青色蛍光体が挙げられる。
なかでも、上記蛍光体は、MSiOの結晶構造を有する緑色又は黄色蛍光体が特に好適である。
上記蛍光体母体の粒子径としては特に限定されないが、中央粒径(D50)で通常0.1~100μm範囲内であることが好ましく、より好ましくは1.0~50μm、更に好ましくは2.0~30μmである。上記D50が小さすぎると、輝度が低下するだけではなく、蛍光体母体自体が凝集しやくなり、均一な被覆処理が困難になる。また、D50が大きすぎると、樹脂における分散性が悪くなり、発光素子の特性に悪影響を与える恐れがある。
上記蛍光体母体のアルカリ土類金属の含有量の好ましい下限は30重量%、好ましい上限は80重量%である。蛍光体母体のアルカリ土類金属の含有量が上記範囲外であると、蛍光体が不安定又は作製困難になることがある。
上記蛍光体母体のケイ素の含有量の好ましい下限は5.0重量%、好ましい上限は25.0重量%である。蛍光体母体のアルカリ土類金属の含有量が上記範囲外であると、蛍光体が不安定又は作製困難になることがある。
本発明の表面処理蛍光体は、アルカリ土類金属、ケイ素及び周期律表第4~6族の特定元素を含有する表面処理層を蛍光体母体の表面に有する。
上記表面処理層は、上記アルカリ土類金属、ケイ素及び特定元素を含有することを特徴とする。
まず、上記表面処理層がアルカリ土類金属を含有することで、表面処理層の蛍光体母体への密着性及び処理過程中の耐水性が向上されることとなる。
上記表面処理層におけるアルカリ土類金属の存在形態は水酸化物、酸化物、珪酸塩又はフッ化物であることが好ましい。なかでも、アルカリ土類金属の水酸化物又は酸化物の状態で存在することが好ましく、特にアルカリ土類金属の酸化物の状態で存在することが好ましい。
また、上記表面処理層がケイ素を含有することで、表面処理過程中及び使用時の耐湿性が向上されることとなる。上記ケイ素の存在形態は酸化物又は珪酸塩であることが好ましい。
更に、上記表面処理層が特定元素を含有することで、長期耐湿性が向上する。これは、特定元素の酸化物が安定であることによるものと考えられる。上記特定元素を添加することで、水に対してより安定な酸化物層を形成することにより、長期間使用時における優れた耐湿性を付与することができる。
上記特定元素は、周期律表第4~6族の元素から選択される少なくとも1種であるが、なかでも周期律表第4、5族の元素が好ましい。具体的には、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、ニオブ、バナジウム、タンタルが好ましい。また、これらの元素を組み合わせて用いてもよい。
上記表面処理層において、上記特定元素は水酸化物又は酸化物の状態で存在していることが好ましく、特に酸化物の状態で存在していることが好ましい。上記特定元素の酸化物としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化タンタル等が挙げられる。これらのなかでは、酸化ジルコニウムと酸化チタンが特に好ましい。
上記表面処理層における特定元素の含有量の好ましい下限は5.0重量%、好ましい上限は85重量%である。上記特定元素の含有量が5.0重量%未満であると、耐湿性の長期安定性が不充分となることがあり、85重量%を超えると、表面処理蛍光体の蛍光体特性が低下することがある。
上記表面処理層の厚みは0.5~5000nmであることが好ましい。より好ましくは1.0~3000nm、更に好ましくは5.0~1000nm、特に好ましくは10~500nmである。表面処理層の厚みが薄すぎると、耐湿性が不足となることがあり、厚すぎると、表面処理蛍光体の蛍光特性が低下することがある。
上記表面処理層には、アルカリ土類金属、ケイ素及び特定元素以外に、フッ素を含有してもよい。
上記フッ素を含有する場合は、上記特定元素が、水酸化物又は酸素の一部がフッ素で置換された酸フッ化物(Ti(O,F))の形態で存在していてもよい。
本発明の表面処理蛍光体は、表面処理層の断面厚み方向の元素分布を、電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析により測定した場合、特定元素の含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することを特徴とする。
ここで、「電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析」とは、例えば、SEM-EDS(Scanning Electron Microscopy/Energy Dispersive Spectroscopy)、又は、TEM-EDS(Transmission Electron Microscopy/Energy Dispersive Spectroscopy)装置を用いた方法等が用いられる。
なお、本発明では、「特定元素の含有量の最大ピーク」又は「ケイ素の含有量の最大ピーク」が複数存在する場合でも、「特定元素の含有量の最大ピーク」が、「ケイ素の含有量の最大ピーク」よりも表面側に位置するという条件を満たすこととする。
本発明では、「特定元素の含有量の最大ピーク」と、「ケイ素の含有量の最大ピーク」とが上述した条件を満たすことで、被覆処理過程中における水による蛍光体の分解劣化が抑えられるとともに、被覆処理後の表面処理蛍光体についても、優れた耐湿性を付与することが可能となる。
上記表面処理層の断面厚み方向の元素分布において、上記特定元素の最大ピーク位置における含有量の好ましい下限は1.0重量%、より好ましい下限は5.0重量%、特に好ましい下限は10重量%であり、好ましい上限は85重量%、より好ましい上限は75重量%、特に好ましい上限は65重量%である。上記範囲内とすることで、長時間の使用においても劣化の少ない蛍光体が得られる。
また、上記表面処理層の断面厚み方向の元素分布において、上記ケイ素の最大ピーク位置における含有量の好ましい下限は5.0重量%、好ましい上限は60重量%である。上記範囲内とすることで、被覆処理過程中における蛍光体の水より分解劣化が抑えられると同時に、表面処理蛍光体の耐湿性の向上にも寄与する。より好ましい下限は10重量%、より好ましい上限は50重量%である。
本発明では、上記表面処理層が単層であり、かつ、上記表面処理層の断面厚み方向の元素分布において、特定元素の最大ピーク位置で、ケイ素が検出されることが好ましい。これにより、被覆処理後の蛍光体が封止樹脂との親和性が向上され、封止樹脂への分散性が改善されることとなる。
また、特定元素の最大ピーク位置での、ケイ素の含有量の好ましい下限は0.1重量%、より好ましい下限は0.5重量%、ケイ素の含有量の好ましい上限は30重量%、より好ましい上限は15重量%である。
本発明の表面処理蛍光体は、上記表面処理層は、蛍光体母体及び表面処理層におけるケイ素の含有量が上記(1)式を満たす。
上記(1)式を満たすことで、表面処理層中のケイ素の含有量が蛍光体母体中より高くなり、水又は湿気に対する耐性が向上されることとなる。
また、SはSの3/4以下であることが好ましい。3/4を超えると、耐湿性が不充分となることがある。
とSとの差(S-S)は、0.5~50重量%であることが好ましく、2~40重量%がより好ましい。上記(S-S)が0.5重量%未満であると、耐湿性が不充分となることがあり、50重量%を超えると、表面処理層における特定元素の占める割合が低くなり、耐湿性の長期安定性が低下することがある。                   
本発明において、蛍光体母体におけるケイ素の含有量(S)は、蛍光体母体の断面方向の元素分布を、電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析により測定した場合における、ケイ素の含有量の平均値で表す。
また、表面処理層のケイ素の含有量(S)は、表面処理層の断面厚み方向の元素分布を、電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析により測定した場合における表面処理層の最大ピーク位置での、ケイ素の含有量で表す。
なお、上記ケイ素の含有量は、電界放射型透過電子顕微鏡に付属されているエネルギー分散型X線分析器(Energy-Dispersive X-ray Spectrometer、EDX)を用いることで測定することができる。
また、上記表面処理層は、単層であることが好ましい。このことは、例えば、上記エネルギー分散型X線元素分析において、特定元素及びケイ素の含有量の曲線が、ピーク部以外では連続的に漸増又は漸減し、層間界面に起因する急激な含有量の変化がないことによって確認することができる。このような構造であることは、表面処理層の密着性に大きく寄与し、物理的な方法で積層した構造と比較して層間剥離の問題が発生しにくくなる。
上記表面処理層は、中間層及び表面層からなり、最表面に向かって順に、中間層、及び、表面層が順次形成されたものであってもよい。
この場合、各層におけるアルカリ土類金属の含有量が下記(2)及び(3)式を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
図25は、中間層及び表面層を有する表面処理蛍光体の断面を模式的に示したものである。
図25に示すように、蛍光体母体1の外表面には、中間層2が形成されており、更に、中間層2の外表面には、表面層3が形成されている。
上記中間層及び表面層を有する表面処理蛍光体は、蛍光体母体1、中間層2及び表面層3におけるアルカリ土類金属の含有量が上記(2)及び(3)式を満たすことが好ましい。
上記(2)及び(3)式を満たすことで、中間層2は相対的にアルカリ土類金属の含有量が低い層となり、蛍光体の耐湿性を向上させることができる。また、分散性についても改善することができる。
また、CはCの2/3以下であることが好ましい。これにより、中間層2は実質的にSiとOがリッチな層になり、表面処理蛍光体の耐湿性が向上されることとなる。2/3を超えると、耐湿性が不充分となることがある。1/3以下であることがより好ましい。
本発明において、上記アルカリ土類金属の含有量は、蛍光体母体、中間層又は表面層を構成する全元素に対するアルカリ土類金属の含有量(重量%)で表す。
上記蛍光体母体、中間層又は表面層中のアルカリ土類金属の含有量は、電界放射型透過電子顕微鏡に付属されているエネルギー分散型X線分析器(Energy-Dispersive X-ray Spectrometer、EDX)を用いることで測定することができる。
上記中間層は、アルカリ土類金属を含有し、かつ、上記蛍光体母体及び表面層に比べてアルカリ土類金属の含有量が低いことが好ましい。このようにアルカリ土類金属の含有量が低いことは、アルカリ土類金属以外の金属の含有量が高いことを意味する。例えば、MSiO又はMSiO等の構造を有する蛍光体母体の表面が化学改質され、表面層及び中間層が形成された場合、中間層のアルカリ土類金属の含有量が、蛍光体母体中のアルカリ土類金属含有量より低くなり、その結果、中間層はアルカリ土類金属が欠損になり、Si及びOの含有量が高いものとなる。
このような中間層が形成されていることで、被覆処理工程において水による蛍光体の劣化が生じることを防止することができる。一般的に、耐湿性に劣る蛍光体を処理する場合には、水溶液の使用を避ける必要がある。例えば、ケイ酸塩からなる蛍光体の場合、純水中では数分間以内に脱色劣化が生じるケースが多い。このため、ゾルーゲル等の湿式法により表面処理をする場合にはアルコールなどの有機溶媒中で行うのが殆どである。
これに対して、本発明では、100%の水溶液中で被覆処理を行った場合でも、水による蛍光体の脱色劣化が見られない。この原因は必ずしも明らかではないが、上記アルカリ土類金属含有量の低い中間層が被覆処理の初期に早く形成されていることで、被覆処理過程中の水による劣化が抑制されたものと考えられる。また、被覆処理が水溶液中で行えることは、有機溶媒を使用する場合における廃液処理等の問題がなくなるだけでなく、コストの低減にもつながる。
更に、上記アルカリ土類金属の含有量が低い中間層が形成されることで、水に対する安定性が増し、表面処理蛍光体の使用時の耐湿性についても向上させることができる。
上記中間層におけるアルカリ土類金属の含有量の好ましい下限は0.01重量%、好ましい上限は40重量%である。上記中間層のアルカリ土類金属の含有量が上記範囲外であると、被覆処理過程中において蛍光体が水による分解劣化が生じる恐れがある。
上記中間層の厚みは特に限定されず、通常、0.5~2000nmであることが好ましい。より好ましくは1~1000nm、更に好ましくは2~500nmである。上記中間層の厚みが薄すぎると、前述した水による劣化防止効果が不充分となり、厚すぎると、蛍光体の蛍光特性に悪影響を与えることがある。
上記表面層には、アルカリ土類金属に加えて、周期律表第4~6族の特定元素及びケイ素を多く含有することが好ましい。
上記表面層におけるアルカリ土類金属と、周期律表第4~6族の特定元素及びケイ素の存在形態は明らかではないが、フッ化物、酸化物又は複酸化物であることが好ましい。特に、アルカリ土類金属はフッ化物であることが好ましく、周期律表第4~6族の特定元素及びケイ素については、酸化物が好ましい。また、アルカリ土類金属と上記アルカリ土類金属以外の金属との間に複酸化物(例えば、チタン酸バリウム(BaTiO))等が形成されていてもよい。
上記フッ化物、酸化物又は複酸化物は、アルカリ土類金属のケイ酸塩よりも耐湿性が高いため、上記表面層が形成されていることで、耐湿性が更に向上される。特に、Ti、Zr又はケイ素等の酸化物はアルカリ土類金属のフッ化物よりも耐水性が高いので、表面層におけるこのような金属の含有量が高ければ高いほど望ましい。
上記表面層のアルカリ土類金属の含有量の好ましい下限は1.0重量%、好ましい上限は60重量%である。上記表面層のアルカリ土類金属の含有量が1.0重量%未満であっても、又は60重量%を超えても、蛍光体の耐水性が不充分となることがある。
上記表面層に含まれるアルカリ土類金属は、蛍光体母体に由来するアルカリ土類金属であることが好ましい。ここで、蛍光体母体に由来するとは、蛍光体の母体結晶を構成する一部(通常最表面)が化学処理によって改質され、蛍光体の母体結晶構造又は組成と違った構造又は組成になったことを意味する。
上記表面層の厚みは特に限定されず、通常、0.5~2000nmであることが好ましい。より好ましくは1.0~1000nm、更に好ましくは2.0~500nmである。上記表面層の厚みが薄すぎると、劣化防止効果が不充分となり、厚すぎると、蛍光体の蛍光特性に悪影響を与えることがある。
本発明の表面処理蛍光体は、純水300重量部中に、蛍光体1.0重量部を10分間浸漬した場合における、水の導電率が100mS/m以下であることが好ましい。
上記水の導電率が100mS/m以下であることで、蛍光体が水による分解劣化が少なく、優れた耐湿性を示すこととなる。
なお、上記水の導電率は、例えば、導電率計等によって測定することができる。
本発明の表面処理蛍光体は、例えば、蛍光体母体を特定元素とフッ素とを含有する錯体イオンを含む溶液に分散し、接触させることにより表面処理層を形成する工程を有する方法を用いることにより、製造することができる。このような表面処理蛍光体の製造方法もまた本発明の1つである。
上記特定元素とフッ素イオンとを含有する錯体イオンとしては、例えば、AF 2-の構造を有する錯体イオン(A:周期律表第4~6族の元素から選択される少なくとも1種の特定元素)等が挙げられる。
他に、AO 2-の構造を有する錯体イオンや、特定元素の酸化物を溶解したフッ素含有溶液を用いてもよい。
本発明の表面処理蛍光体を構成する表面処理層は、例えば、蛍光体母体をAF 2-錯体イオン(A:周期律表第4~6族の元素から選択される少なくとも1種の特定元素)含有溶液に分散し、接触させることにより表面処理層を形成する工程を行うことで形成することができる。
上記AF 2-錯体イオン濃度は、0.0005~2.0Mであることが好ましく、より好ましくは0.001~1.5Mで、更に好ましくは0.005~1.0Mである。
AF 2-錯体イオンは水溶液中において加水分解反応が徐々に進行し、下記式(8)に示すように、最終的にAOが形成される。式(8)の反応は、溶液中に蛍光体が存在しなくてもゆっくりと進行し、酸化物粒子が形成される。ところが、蛍光体が存在すると、AO酸化物が蛍光体母体の表面に優先的に析出することが本発明者らの実験から分かった。
上記加水分解反応は、下記式(9)に示すように、フッ素イオンとより安定な錯体を作りうる化合物(加水分解促進剤)の存在によって促進される。本発明に使用する加水分解促進剤は、ホウ素(B)又はアルミニウム(Al)を含有する化合物から選ぶことができる。ホウ素を含有する化合物及びアルミニウムを含有する化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
AF 2- + 2HO → AO + 4H + 6F    (8)
BO 3- + 6H+ + 4F → BF4- + 3HO   (9)
上記ホウ素を含有する化合物としては、例えば、酸化ホウ素、四ホウ酸ナトリウム、ホウ酸(HBO)等が挙げられる。これらの中では、ホウ酸が好ましい。
上記アルミニウムを含有する化合物としては、例えば、AlCl、AlBr、水酸化アルミニウム(Al(OH))等が挙げられる。
上記AF 2-錯体イオンに対する加水分解促進剤の量は特に限定されないが、通常、1モルのAF 2-錯体イオンに対して加水分解促進剤の量が5倍以下、より好ましくは4倍以下である。
反応時間は、目的とする酸化物層の厚み、反応液の濃度、温度等の反応条件に応じて適宜調整すればよく、通常、5分~20時間程度、好ましくは10分~10時間程度である。
一般には、仕込みの蛍光体母体の量が一定であれば、反応時間が長くなるほど膜厚が厚くなる。反応時間が短すぎると表面処理層の形成が不完全となる。一方、反応時間が長すぎると非経済的である。
反応温度は、目的とする酸化物層の厚みに応じて適宜調整すればよく、通常、0~90℃程度、好ましくは5~70℃程度、より好ましくは、10~50℃程度とすればよい。
反応時の分散条件は特に限定されず、蛍光体を分散させることができる条件であればよい。例えば、磁気スターラー攪拌、モーター付きの機械的な攪拌、ガスバーブリング、液循環、超音波分散、ボールミルやロータリーミキサーのような回転分散、又は上記方法を併用することによって行うことができる。
また、上記蛍光体母体を特定元素とフッ素イオンとを含有する錯体イオンを含む溶液に分散し、接触させることにより表面処理層を形成する工程を有する方法を用いることで、中間層及び表面層を有する表面処理層を形成することも可能である。
通常、多層を形成する場合には、いくつかの工程を分けて層の形成工程を行う必要があるが、本発明では、従来のような煩雑な工程が必要なく、上記中間層と表面層が同一処理溶液にて一つのプロセスで実現することできる。
所定時間反応後に、蛍光体をろ過、洗浄、乾燥工程を経て回収する。乾燥は常圧乾燥でもよく、減圧乾燥でもよい。乾燥時の温度は室温~150℃が適宜である。
また、本発明の表面処理蛍光体の製造方法では、上記乾燥した表面処理蛍光体を200~600℃の温度で更に熱処理してもよい。
本発明の表面処理蛍光体は、エポキシ樹脂及び/又はシリコーン樹脂に添加することで、蛍光体含有樹脂組成物として使用することができる。
なお、上記蛍光体含有樹脂組成物は公知の形態で使用され、例えば、ペーストとしてディスペンサーで充填されたり、テープ、シート状に加工され積層されたりしても良い。
上記エポキシ樹脂としては、公知の物が使用しても良いが、例えば、ヒドロキシル、カルボキシル又はアミン含有化合物を、金属水酸化物のような塩基性触媒(水酸化ナトリウム等)の存在下で、エピクロロヒドリンと反応させて製造できるもの等が挙げられる。
また、1以上、好ましくは2以上の炭素-炭素二重結合を有する化合物と過酸化物(過酸等)との反応で製造されるエポキシ樹脂等も挙げられる。
上記エポキシ樹脂としては、例えば、脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノール-Aエポキシ樹脂、ビスフェノール-Fエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾール-ノボラックエポキシ樹脂、ビフェニルエポキシ樹脂、4,4’-ビフェニルエポキシ樹脂、多官能性エポキシ樹脂、ジビニルベンゼンジオキシド及び2-グリシジルフェニルグリシジルエーテルが挙げられる。なかでも、脂環式エポキシ樹脂及び脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。これらのエポキシ樹脂は単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
上記脂肪族エポキシ樹脂としては、1以上の脂肪族基と1以上のエポキシ基を有する化合物が挙げられ、具体例としては、ブタジエンジオキシド、ジメチルペンタンジオキシド、ジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル及びジペンテンジオキシド等が挙げられる。
上記脂環式エポキシ樹脂としては、1以上の脂環式基と1以上のオキシラン基を有する化合物が挙げられ、具体例としては、2-(3,4-エポキシ)シクロヘキシル-5,5-スピロ-(3,4-エポキシ)シクロヘキサン-m-ジオキサン、3,4-エポキシシクロヘキシルアルキル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキサンジオキシド、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、exo-exoビス(2,3-エポキシシクロペンチル)エーテル、endo-exoビス(2,3-エポキシシクロペンチル)エーテル、2,2-ビス(4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロヘキシル)プロパン、2,6-ビス(2,3-エポキシプロポキシシクロヘキシル-p-ジオキサン)、2,6-ビス(2,3-エポキシプロポキシ)ノルボルネン、リノール酸ダイマーのジグリシジルエーテル、リモネンジオキシド、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパン、ジシクロペンタジエンジオキシド、1,2-エポキシ-6-(2,3-エポキシプロポキシ)ヘキサヒドロ-4,7-メタノインダン、p-(2,3-エポキシ)シクロペンチルフェニル-2,3-エポキシプロピルエーテル、1-(2,3-エポキシプロポキシ)フェニル-5,6-エポキシヘキサヒドロ-4,7-メタノインダン、o-(2,3-エポキシ)シクロペンチルフェニル-2,3-エポキシプロピルエーテル)、1,2-ビス[5-(1,2-エポキシ)-4,7-ヘキサヒドロメタノインダノキシル]エタン、シクロペンチルフェニルグリシジルエーテル、シクロヘキサンジオールジグリシジルエーテル及びジグリシジルヘキサヒドロフタレート等が挙げられる。
上記シリコーン樹脂としては、公知の物を使用しても良いが、例えば、(-SiR-O-)nポリシロキサン骨格を持つものが挙げられる。上記Rとしては、炭素数2~10、特に2~6のものが好ましく、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基等が挙げられる。上記Rとしては、炭素数1~10、特に1~6のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基などが代表的なものとして挙げられる。
本発明の表面処理蛍光体は、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート及びポリカーボネート及び環状オレフィン共重合体からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂に分散されることで、波長変換複合体として使用することができる。
上記波長変換複合体は、照明システム、太陽電池用の波長変換部材等として使用される。
上記波長変換複合体の製造方法は特に限定されないが、本発明の表面処理蛍光体は、対応する樹脂に合わせた公知の表面処理がなされていてもよい。また、公知の混練分散方法により樹脂中に分散されていてもよい。
上記波長変換複合体は、シート状に成形することで波長変換シートとして使用することができる。上記シート状に成形する方法は既知の方法を用いることができる。具体的には例えば、本発明の表面処理蛍光体と樹脂からなるマスターバッチを作製し、押出機による製膜する方法、樹脂を溶解する溶媒に樹脂と本発明の表面処理蛍光体を分散させてキャストする方法等が挙げられる。
本発明の波長変換複合体、又は、波長変換シートを用いることで、効率のよい光電変換装置を得ることができる。このような光電変換装置もまた本発明の1つである。
太陽電池に代表される光電変換装置では、受光する光の波長が必ずしも素子自体の効率の良い波長ではないことがある。その際に、受光する光の波長を素子にとって効率のよい波長に変換することにより、光電変換装置の変換効率が向上する。
一方で、従来の蛍光体は、耐湿性が低く好適に使用できなかったが、封止材樹脂に本発明の表面処理蛍光体を分散させ、太陽電池の表面に使用することで効率の良い太陽電池が得られる。 
本発明の表面処理蛍光体を用いて蛍光体層を形成することで半導体発光素子を製造することができる。このような半導体発光素子もまた本発明の1つである。
また、LEDチップと、前記LEDチップを囲繞する樹脂フレームと、樹脂フレームが形成する凹部に充填される蛍光体層を備えるLED発光装置において、前記蛍光体層を本発明の表面処理蛍光体と封止樹脂とを含有する構成とすることで、耐湿性に優れたLED発光装置とすることができる。このようなLED発光装置もまた本発明の1つである。
本発明のLED発光装置は、温度60℃、相対湿度90%、電流20mAの条件で1000時間通電した後の光度保持率が80%以上である。上記光度保持率が80%未満であると、実際使用時に発光強度が経時により低下しやすく、耐久性が足りないことがある。上記光度保持率は、好ましくは90%以上である。
なお、上記光度保持率とは、上述した条件で通電前後の光度の比率[(通電後の光度/通電前の光度)×100]を表し、上記光度は、例えば、オプトロニックラボラトリーズ社製のOL770測定システム等を用いて測定することができる。
また、本発明のLED発光装置は、温度121℃、相対湿度100%環境下で72時間保持した後の光度保持率が80%以上であることが好ましい。
本発明のLED発光装置の用途は特に制限されず、通常のLED発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能である。また、単独で、又は複数個を組み合わせて用いても良い。具体的には、例えば、液晶表示素子バックライト、画像表示装置、照明装置等に使用することができる。
上記液晶表示素子バックライトとしての構成は既知のものを使用できる。例えば、表示素子額縁部分に配置されて導光板に向かって発光しても良いし、液晶セル背面に拡散板を挟みその更に背面に配置されても良い。
また、上記画像表示装置としては、例えば、少なくとも液晶セルと上記液晶表示素子バックライトと有する液晶表示素子がその1例である。他の例としては、複数のLEDを2次元的に規則的に配列して選択的に発光させることにより画像を形成するLEDディスプレイ等が挙げられる。
更に、上記照明装置としては、特に限定されず、既知のLED発光装置への適用が可能である。上記照明装置は、耐湿性が高いことから、例えば、車両等の交通、運輸に用いられる表示灯、照明灯や、住居、建築物等に用いられる屋内外の照明や、携帯電話、移動体通信端末等に用いられる照明等に使用することができる。
本発明によれば、空気中の水蒸気や水による表面の分解劣化を防止でき、長時間又は高温高湿環境での使用においても光度の低下や色調の変化が起こることのない、耐湿性に優れた表面処理蛍光体を得ることができる。また、本発明の表面処理蛍光体の製造方法によれば、高価な反応装置が必要とせず、被覆処理が水溶液中に短時間で行うことができるので、目的の表面処理蛍光体を効率的、経済的に製造することができる。
実施例1で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例1で得られた表面処理蛍光体の断面方向の全元素分布データである。 実施例1で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 実施例2で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例2で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 実施例3で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例4で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例4で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 実施例7で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例7で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 実施例8で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例8で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 実施例9で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 実施例9で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 比較例1で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 比較例1で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 比較例3で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 比較例3で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 比較例5で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 比較例5で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 比較例6で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 比較例6で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 比較例7で得られた表面処理蛍光体の断面を撮影した断面写真である。 比較例7で得られた表面処理蛍光体の断面方向の元素分布データである。 本発明の表面処理蛍光体の一例を示す断面模式図である。
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
[実施例1]
0.1mol/Lフッ化チタン酸アンモニウム((NHTiF)と0.1mol/Lほう酸含有混合水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)25gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で2時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、以下の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行った。
その結果、蛍光体母体の表面に厚み約53nmの表面処理層が形成されていることが分かった。
また、表面処理蛍光体について、断面方向の元素組成分析を行うことで得られたFE-TEM断面写真を図1に、その断面方向の元素分析結果を図2、3に示す。
なお、図2は検出された全元素を表示したものであり、図3は特定元素及びケイ素のみを表示したものである。なお、実際の測定では、分析時のチャージを防ぐためにカーボン(C)の蒸着が行われているが、Cは表面処理蛍光体に含まれるものではないため、図2にはCピークを示していない。
断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、チタンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、チタンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、チタン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、チタンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は3.0重量%であった。
<被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析>
得られた表面処理蛍光体について、Focused ion Beam(FIB)を用いて、断面方向に切断し、その切断面を透過電子顕微鏡(FE-TEM、JEM-2010FEF)で観察することによって表面処理層の厚みを測定した。なお、厚みは5点を測定し、その平均値を用いた。
また、表面処理層の元素組成は、上記FE-TEMに付属されているエネルギー分散型X線(EDX)を用いて分析し、同定することにより、厚み方向における特定元素(周期律表第4~6族の元素)及びケイ素の含有量の曲線を得た。
[実施例2]
1.0mol/Lフッ化チタン酸アンモニウム((NHTiF)の水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)25gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で10分反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約214nmの表面処理層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、チタンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、チタンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、チタン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、チタンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は5.1重量%であった。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図4に、その断面方向の元素分析結果を図5に示す。
[実施例3]
0.05mol/Lフッ化チタン酸アンモニウム((NHTiF)と0.2mol/Lほう酸含有混合水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)2.4gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で2時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約35nmの被覆層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、チタンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、チタンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、チタン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、蛍光体母体、中間層及び表面層におけるアルカリ土類金属の含有量は上記式(2)及び(3)を満たすことを確認した(表2)。
また、チタンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は4.2重量%であった。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図6に示す。
実施例3では、処理液にアルカリ土類金属を含有していないため、表面処理層から検出されたアルカリ土類金属は、蛍光体母体に由来するものであると推測される。
[実施例4]
0.1mol/Lフッ化ジルコン酸アンモニウム((NHZrF)と0.2mol/Lほう酸含有混合水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)2.4gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で2時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約645nmの被覆層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、ジルコニウムの含有量を示す曲線とケイ素の含有量を示す曲線が得られ、ジルコニウムの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、ジルコニウム以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、ジルコニウムの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は3.5重量%であった。
また、蛍光体母体、中間層及び表面層におけるアルカリ土類金属の含有量は上記式(2)及び(3)を満たすことを確認した(表2)。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図7に、その断面方向の元素分析結果を図8に示す。
[実施例5]
0.05mol/Lの酸化バナジウムを溶解したフッ化水素酸水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)7.5gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で30分間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約150nmの被覆層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、バナジウムの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、バナジウムの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、バナジウム以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、バナジウムの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は0.5重量%であった。
[実施例6]
0.1mol/Lのフッ化モリブデン酸アンモニウム((NHMoO)水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)7.5gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で1時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について以下の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約70nmの被覆層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、モリブデンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、モリブデンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、モリブデン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、モリブデンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は1.2重量%であった。
[実施例7]
0.1mol/Lフッ化チタン酸アンモニウム((NHTiF)と0.1mol/Lほう酸含有混合水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約16.5μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:525nm)25gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で2時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、以下の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約58nmの表面処理層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、チタンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、チタンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、チタン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、チタンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は14重量%であった。なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図9に、その断面方向の元素分析結果を図10に示す。
[実施例8]
0.1mol/Lフッ化チタン酸アンモニウム((NHTiF)と0.1mol/Lほう酸含有混合水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約15.5μmの黄色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:550nm)25gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で2時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約63nmの被覆層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、チタンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、チタンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、チタン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、チタンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は9.5重量%であった。
また、蛍光体母体、中間層及び表面層におけるアルカリ土類金属の含有量は上記式(2)及び(3)を満たすことを確認した(表2)。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図11に、その断面方向の元素分析結果を図12に示す。
[実施例9]
0.1mol/Lフッ化チタン酸アンモニウム((NHTiF)と0.1mol/Lほう酸含有混合水溶液500mlに、蛍光体母体として、中央粒径(D50)約15μmの黄色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:565nm)25gを添加した。上記蛍光体を添加した混合液を攪拌によって分散しながら、35℃で2時間反応させた。反応後に、ろ過、洗浄工程を経て回収した蛍光体を120℃で1時間真空乾燥することで、表面処理蛍光体を得た。
得られた表面処理蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体母体の表面に厚み約68nmの被覆層が形成されていることが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、チタンの含有量を示す曲線と、ケイ素の含有量を示す曲線が得られ、チタンの含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置することが確認できた。なお、チタン以外の特定元素の含有量については検出限界以下であった。
また、チタンの含有量の最大ピーク位置におけるケイ素の含有量は4.9重量%であった。なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図13に、その断面方向の元素分析結果を図14に示す。
[比較例1]
表面未処理の中央粒径(D50)約16μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:529nm)を用い、この蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体の表面に表面被覆層は形成されておらず、特定元素が検出されなかった。
なお、得られた蛍光体のFE-TEM断面写真と断面方向のケイ素分析曲線をそれぞれ図15と図16に示す。
[比較例2]
表面未処理の中央粒径(D50)約16.5μmの緑色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba)SiO:Eu2+、発光波長:525nm)を用い、この蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体の表面に表面被覆層は形成されておらず、特定元素が検出されなかった。
[比較例3]
表面未処理の中央粒径(D50)約15.5μmの黄色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba,Ca)SiO:Eu2+、発光波長:550nm)を用い、この蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体の表面に表面被覆層は形成されておらず、特定元素が検出されなかった。
なお、得られた蛍光体のFE-TEM断面写真と断面方向のケイ素分析曲線をそれぞれ図17と図18に示す。
[比較例4]
表面未処理の中央粒径(D50)約15μmの黄色シリケート蛍光体(主成分:(Sr,Ba,Ca)SiO:Eu2+、発光波長:565nm)を用い、この蛍光体について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、蛍光体の表面に表面被覆層は形成されておらず、特定元素が検出されなかった。
[比較例5]
主成分(Sr,Ba)SiO:Eu2+(発光波長:529nm)の緑色シリケート蛍光体3.0gを80gエタノールと3gアンモニア水(15重量%)との混合液に分散した。次に、上記分散液を50℃保持しながら、添加液1(エタノール12.5gとテトラエトキシシラン2.5gとの混合液)と添加液2(5wt%アンモニア水15g)を別々の滴下装置で0.5ml/分の速度で同時に滴下した。滴下終了後に、ろ過、洗浄工程を経て、回収した蛍光体粒子を120℃で1時間真空乾燥した。
上記被覆処理した蛍光体粒子について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、表面に厚み約55nmの被覆層が形成されていたことが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、表面に被覆に由来する珪素のピークが観察された。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図19に、その断面方向の元素分析結果を図20に示す
[比較例6]
主成分(Sr,Ba)SiO:Eu2+(発光波長:529nm)の緑色シリケート蛍光体5.0gを分散した無水エタノール溶液300mlにチタンイソプロポキシド(関東化学社製)7.5gを添加し溶解した。次に、3.5gの水(アンモニア水でpH9.0まで調製)を含有する100mlエタノール液を0.5ml/分の速度で上記分散液に滴下した。滴下終了後にも更に1時間攪拌した。その後、ろ過、洗浄工程を経て、回収した蛍光体粒子を120℃で1時間真空乾燥した。
上記被覆処理した蛍光体粒子について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、表面に厚み約57nmの被覆層が形成されていたことが分かった。
また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、表面に被覆層由来のチタンのピークが観察された。また、珪素は蛍光体母体に由来する平坦な曲線しか観察されなかった。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図21に、その断面方向の元素分析結果を図22に示す
[比較例7]
主成分(Sr,Ba)SiO:Eu2+(発光波長:529nm)の緑色シリケート蛍光体5.0gを300ml無水エタノール溶液に分散した。次に、5.0gのチタンイソプロポキシド(関東化学社製)を溶解した無水エタノール100mlと、5.0gの水(アンモニア水でpH9.0まで調製)を分散した100mlエタノール液をそれぞれ0.5ml/分の速度で滴下した。滴下終了後にも更に1時間攪拌した。その後、ろ過、洗浄工程を経て、回収した蛍光体粒子を50℃で1時間真空乾燥した。
上記乾燥した蛍光体を100gエタノールと3.0gアンモニア水(10wt%)との混合液に分散した。次に、上記分散液を50℃保持しながら、添加液1(エタノール12.5gとテトラエトキシシラン2.5gとの混合液)と添加液2(2.5wt%アンモニア水15g)を別々の滴下装置で0.5ml/分の速度で同時に滴下した。滴下終了後に、ろ過、洗浄工程を経て、回収した蛍光体粒子を120℃で1時間真空乾燥した。
上記被覆処理した蛍光体粒子について、実施例1と同様の方法で「被覆層の厚み測定、断面方向の元素組成分析」を行ったところ、表面に厚み約79nmの被覆層が形成されていたことが分かった。また、断面方向の元素組成分析によって得られた元素組成曲線では、表面側には珪素のピークが観察され、その内側にはチタンのピークが観察された。
なお、得られた表面処理蛍光体のFE-TEM断面写真を図23に、その断面方向の元素分析結果を図24に示す
(評価方法)
<蛍光体の耐湿性評価1(PCT試験)>
実施例及び比較例で得られた表面処理蛍光体又は蛍光体をシリコーン樹脂(ダウー・コーニング社製、OE6630)100重量部に対して8重量部混合分散し、更に脱泡することにより蛍光体含有樹脂組成物を調製した。次に、調製した蛍光体含有樹脂組成物を、基板に実装したLEDパッケージ(発光ピーク波長460nm)の上に注入、充填し、更に150℃で2時間加熱することにより、樹脂組成物を硬化させた。上記工程により、LED発光装置を作製した。
得られたLED発光装置を温度121℃、相対湿度100%の密閉耐圧装置において耐湿性試験を行った(Pressure Cooker Test(PCT試験))。
蛍光体の耐湿性は、PCT試験前後のLEDチップの発光特性を測定し、光度の変化量から評価した。具体的には、PCT試験前の光度に対し、PCT試験72時間後の光度の保持率(PCT72h光度保持率)でサンプル間の相対耐湿性を評価した。
PCT72h光度保持率(%)=(PCT72時間処理後の光度/処理前の光度)×100
なお、測定装置には、オプトロニックラボラトリーズ社製のOL770測定システムを用いた。結果を表1に示した。
<蛍光体の耐湿性評価2(水中浸漬後の導電率測定)>
実施例及び比較例で得られた表面処理蛍光体又は蛍光体1gを、攪拌しながら純水(温度:35℃)300gに添加し、添加後60分経過した時点における分散液の導電率を導電率計(ES-51、堀場製作所社製)を用いて測定した。
<蛍光体の分散性評価>
蛍光体の樹脂における分散性は遠心沈降・光透過方式の分散安定性分析装置(LUMiSizer612、L.U.M社製)を用いて評価した。具体的には、シリコーン樹脂に対して、実施例及び比較例で得られた表面処理蛍光体又は蛍光体を8重量%の割合で分散した蛍光体-シリコーン樹脂組成物約1mlをガラス製分析セルに入れ、その上澄み液に光を照射し、1時間あたりの透過する光量の変化量の積分値を求め、分散性を評価した。
なお、表1には、比較例1の蛍光体を用いた蛍光体-樹脂組成物の透過光量の変化量を1.00とし、比較例1の蛍光体を用いた蛍光体-樹脂組成物に対する比率を記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
本発明によれば、蛍光特性を低下させることなく、耐湿性を大幅に改善することができ、かつ、高い分散性を有する表面処理蛍光体及び該表面処理蛍光体の製造方法を提供することができる。

Claims (22)

  1. アルカリ土類金属及びケイ素を含有する蛍光体母体と、アルカリ土類金属、ケイ素及び周期律表第4~6族の特定元素を含有する表面処理層を有する表面処理蛍光体であって、
    表面処理層の断面厚み方向の元素分布を、電子顕微鏡及びそれに付属するエネルギー分散型X線元素分析により測定した場合、特定元素の含有量の最大ピークが、ケイ素の含有量の最大ピークよりも表面側に位置し、かつ、
    前記蛍光体母体及び表面処理層におけるケイ素の含有量が下記(1)式を満たすことを特徴とする表面処理蛍光体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    式(1)中、Sは蛍光体母体におけるケイ素の含有量、Sは表面処理層におけるケイ素の含有量を示す。
  2. 表面処理層の断面厚み方向の元素分布において、特定元素の最大ピーク位置で、ケイ素が検出されることを特徴とする請求項1記載の表面処理蛍光体。
  3. 表面処理層が中間層及び表面層からなり、最表面に向かって順に、中間層及び表面層から順次形成され、各層におけるアルカリ土類金属の含有量が下記(2)及び(3)式を満たすことを特徴とする請求項1又は2記載の表面処理蛍光体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    式中、Cは蛍光体母体におけるアルカリ土類金属の含有量、Cは中間層におけるアルカリ土類金属の含有量、及び、Cは表面層におけるアルカリ土類金属の含有量を示す。
  4. がCの2/3以下であることを特徴とする請求項3記載の表面処理蛍光体。
  5. 表面処理層に含まれるアルカリ土類金属は、蛍光体母体に由来するアルカリ土類金属であることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の表面処理蛍光体。
  6. 蛍光体母体は、アルカリ土類金属を含有するシリケート系蛍光体からなることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の表面処理蛍光体。
  7. 蛍光体母体は、下記式(4)で示されるシリケート系蛍光体からなることを特徴とする請求項6記載の表面処理蛍光体。
    (Sr1-xSiO:Eu2+          (4)
    式中、MはBa、Ca、Mg及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属である。
  8. 蛍光体母体は、下記式(5)で示されるシリケート系蛍光体からなることを特徴とする請求項6記載の表面処理蛍光体。
    (Sr1-xSiO:Eu2+D      (5)
    式中、MはBa、Ca、Mg及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属であり、DはF、Cl及びBrからなる群より選択されるハロゲンアニオンである。
  9. 純水300重量部中に、蛍光体1重量部を10分間浸漬した場合における、水の導電率が100mS/m以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の表面処理蛍光体。
  10. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の表面処理蛍光体と、エポキシ樹脂及び/又はシリコーン樹脂を含有することを特徴とする蛍光体含有樹脂組成物。
  11. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の表面処理蛍光体が、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート及びポリカーボネート及び環状オレフィン共重合体からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂に分散されてなることを特徴とする波長変換複合体。
  12. 請求項11記載の波長変換樹脂複合体をシート状にしてなることを特徴とする波長変換シート。 
  13. 請求項11記載の波長変換複合体、又は、請求項12記載の波長変換シートを構成部材として用いることを特徴とする光電変換装置。
  14. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の表面処理蛍光体を用いてなることを特徴とする半導体発光素子。
  15. LEDチップと、前記LEDチップを囲繞する樹脂フレームと、樹脂フレームが形成する凹部に充填される蛍光体層を備えるLED発光装置であって、前記蛍光体層が請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の表面処理蛍光体と封止樹脂とを含有することを特徴とするLED発光装置。
  16. 温度121℃、相対湿度100%環境下で72時間保持した後の光度保持率が80%以上であることを特徴とする請求項15記載のLED発光装置。
  17. 請求項15又は16記載のLED発光装置を構成部材として用いることを特徴とする液晶表示素子バックライト。
  18. 請求項15又は16記載のLED発光装置を構成部材として用いることを特徴とする画像表示装置。
  19. 請求項15又は16記載のLED発光装置を構成部材として用いることを特徴とする照明装置。
  20. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の表面処理蛍光体を製造する方法であって、
    蛍光体母体を特定元素とフッ素とを含有する錯体イオンを含む溶液に分散し、接触させることにより表面処理層を形成する工程を有することを特徴とする表面処理蛍光体の製造方法。
  21. 特定元素とフッ素とを含有する錯体イオンが、AF 2-(A:周期律表第4~6族の元素から選択される少なくとも1種の特定元素)であることを特徴とする請求項20記載の表面処理蛍光体の製造方法。
  22. 表面処理層を形成する工程において、更にホウ酸を添加することを特徴とする請求項20又は21記載の表面処理蛍光体の製造方法。
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