(57)【要約】  約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズおよび少なくとも４０％の平均内部量子効率を有しているナノスケール燐光粒子のバッチが、本明細書に記載される。ナノスケール燐光粒子のバッチは、実質的に不純物なしであることができる。さらに、ナノスケール燐光粒子を製造する方法であって、燐光体粒子を反応場に通すことで、それらを元素へと解離させ、次いでこれらの元素を核生成させることによってナノスケール燐光粒子を合成し、得られた粒子を冷却することによる方法も、本明細書に記載される。【選択図】図１
2010521558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノスケール燐光粒子のバッチであって、粒子が、約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズおよび少なくとも約４０％の平均内部量子効率を有しているバッチ。
【請求項２】
平均粒子サイズが、約５０ｎｍ未満である請求項１に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項３】
平均粒子サイズが、約３ｎｍ〜約３０ｎｍの間である請求項１に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項４】
粒子のうちの少なくとも９９パーセントが、平均粒子サイズの５倍未満の粒子サイズを有している請求項１に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項５】
実質的に不純物なしである請求項１〜４のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項６】
内部量子効率が、少なくとも約５５％である請求項１〜５のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項７】
内部量子効率が、少なくとも約６５％である請求項１〜５のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項８】
粒子が球状である請求項１〜７のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項９】
ナノスケール燐光粒子が、金属酸化物、半金属酸化物、金属硝酸塩、金属オキシナイトライド、希土類金属からなるゲストドーパント、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるホスト結晶格子を含んでいる請求項１〜８のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項１０】
約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有し、少なくとも約４０％の内部量子効率を有しているナノスケール燐光粒子を製造する方法であって、
燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体を、温度が約３０００Ｋよりも高い反応場に通すことで、該燐光体の前駆体を元素へと解離させるステップ、および
該元素を核生成させることで、ナノスケール燐光粒子を凝結させるステップ
を含んでいる方法。
【請求項１１】
前記反応場が、ＲＦプラズマを含んでいる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記核生成のステップが、冷却ガスを新たに核生成した燐光粒子に向かって供給することを含んでいる請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記冷却ガスが、アルゴンまたはチッ素を含んでいる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応場が、指向性の流れを含んでいる請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリア流体が、前記指向性の流れとともに下流へと前記反応場に届けられる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記キャリア流体が、前記指向性の流れに逆らって上流へと前記反応場に届けられる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記キャリア流体が、前記燐光体の前駆体が完全に溶解させられた水溶液である請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１に記載のナノ粒子のバッチからのナノ粒子と、ポリマー樹脂とを含んでいる複合材料。
【請求項１９】
請求項１８に記載の複合材料を含んでいる光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くには、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびその他の光デバイスに有用な高い内部量子効率（ＩＱＥ）を有するナノスケールの燐光粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光灯、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、および白色ＬＥＤなどの用途に利用される燐光物質の粒子サイズは、通常は、１μｍ〜１０μｍ程度である。さらに、より小さなサイズの燐光粉末（例えば、１μｍ未満）が、ＰＤＰにおいて使用されている。最近では、ナノスケールの燐光物質が、少なくとも表示装置における優れた分解能および燐光層における散乱損失の少なさゆえに、たくさんの注目を集めている。これらの燐光物質は、通常は、原材料粉末の混合プロセスと、高温および高圧下での焼結プロセスと、焼結後のセラミック圧密物をミクロンサイズの燐光粉末にする微粉化とを含む固体状態の反応プロセスを使用して製造される。このプロセスは、粒子のより小さなサイズへの粉砕を含む微粉化プロセスに鑑みて、「ブレークダウン法」としても知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のブレークダウン法の使用は、燐光粒子物質の高いＩＱＥという所望の特性に、悪影響を及ぼしがちである。これは、部分的には、粒子をより小さくするためのより著しい粉砕において生じる表面欠陥の生成に起因する。粉砕によって生じる表面欠陥の他にも、燐光粉末をブレークダウン法を使用して２００ｎｍ未満の粒子サイズまで物理的に粉砕する現実的な方法は、知られていない。
【０００４】
最近では、「ボトムアップ法」によるナノスケールの燐光粒子の合成が、使用されている。例えば、Ｋｏｄａｓらの米国特許出願公開第２００６／０１６６０５７号、Ｌｅｅらの米国特許第５，８８５，４９２号、Ｋｕｍａｒの米国特許第７，１０１，５２０号、およびＫｕｍａｒの米国特許第６，６９２，６６０号を参照されたい。これらの各文献の内容は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。これらのいわゆるボトムアップ法において燐光粒子が原子レベルから作り上げられるとき、比較的表面欠陥の少ないナノサイズの燐光粒子を合成することが可能である。しかしながら、粒子サイズが小さくなるにつれ、表面原子が燐光粒子上に発現し、不都合なＩＱＥの低下をもたらす。例えば、ボトムアップ法で製造される燐光粒子の平均粒子サイズが２００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、および３０ｎｍ未満になるにつれ、表面原子の割合が多くなり、ＩＱＥが大きく低下する。Ｒ．  Ｋａｓｕｙａらの「Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＰＥＧ−Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ＹＡＧ：Ｃｅ３＋  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  Ｇｌｙｃｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｂ  ２００５、１０９、２２１２６−２２１３０およびＲ．  Ｋａｓｕｙａらの「Ｇｌｙｃｏｔｈｅｒｍａｌ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｏｆ  ＹＡＧ：Ｃｅ３＋  ｎａｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ４０８−４１２（２００６）８２０−８２３（両文献の内容は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される）において報告されているように、有機化合物による表面の不活化が重要であり、適切に表面処理されたナノスケールの燐光粒子によって、３７．９％という燐光粒子のＩＱＥが報告されている。
【０００５】
また、表面不活化層の有機化合物が約１０００Ｋの温度における熱分解によって除去されたとき、ＩＱＥが初期のＩＱＥ値の１／７〜１／８ほど低下する傾向にあることも、報告されている。したがって、ミクロンサイズの燐光粒子に比肩する相応なＩＱＥを有するナノスケールの燐光粒子を得ることは、適切な表面の不活化が加えられない限り、きわめて困難である。より小さな粒子サイズを製造する見返りに、ＩＱＥが低くなるという代償が伴う。さらに、たとえ表面の不活化の後でも、報告されているＩＱＥの最高値は、依然として４０％未満である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上に照らし、本発明の一実施の形態において、狭いサイズ分布ときわめて高い内部量子効率とを有する燐光ナノ粒子を製造する方法が、本明細書において提供される。本明細書に記載される方法は、燐光物質のナノスケール粒子をもたらす。
【０００７】
一実施の形態においては、約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有するナノスケール燐光粒子のバッチが提供される。一実施の形態においては、このナノスケール燐光粒子のバッチが、少なくとも約４０％の平均内部量子効率（ＩＱＥ）を有する。一実施の形態においては、このナノスケール燐光粒子のバッチが、実質的に不純物なしである。本明細書に記載されるとおり、「内部量子効率（ＩＱＥ）」は、燐光物質によって吸収される光子の数の、燐光物質によって放射される光子の数に対する比である。一実施の形態においては、燐光粒子のＩＱＥが、少なくとも約５５％である。一実施の形態においては、燐光粒子のＩＱＥが、少なくとも約６５％である。
【０００８】
さらに、２００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有し、少なくとも約４０％の平均内部量子効率を有しているナノスケール燐光粒子を製造する方法も、本明細書に記載される。この製造方法を、種々の粒子サイズおよび／またはＩＱＥ値を有する本明細書に記載の燐光粒子のいずれかを製造するために、使用することができる。一実施の形態においては、この方法が、（ｉ）燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体を、温度が約３０００Ｋよりも高い反応場に通すことで、当該燐光体の前駆体を元素へと解離させるステップ、および（ｉｉ）当該元素を核生成させることで、ナノスケール燐光粒子を凝結させるステップを含んでいる。
【０００９】
燐光体の前駆体を解離させるために使用される反応場は、さまざまなやり方で生成可能である。好ましくは、反応場が、燐光体の前駆体を元素への解離させることができる高い温度を提供する。一実施の形態においては、反応場が、高周波（ＲＦ）プラズマによって生成される。一実施の形態においては、核生成のステップが、冷却ガスを新たに核生成した燐光粒子に向かって供給することを含んでいる。
【００１０】
本発明ならびに関連技術に対して達成される利点を概説する目的で、本発明の特定の目的および利点が、本明細書に記載される。当然ながら、本発明の個々の実施の形態において、必ずしもそのような目的または利点のすべてが達成される必要はないことを、理解すべきである。すなわち、例えば本発明を、本明細書において教示される或る利点または或る利点群を達成または最適化するが、本明細書において教示または示唆されうる他の目的または利点を必ずしも達成することなく具現化または実行できることを、当業者であれば理解できるであろう。本発明のさらなる態様、特徴、および利点が、後述される好ましい実施の形態についての詳細な説明から、明らかになるであろう。本発明のこれらの特徴および他の特徴を、本発明の種々の実施の形態を説明するように意図された好ましい実施の形態の図面を参照しつつ、以下で説明する。図面は、説明の目的のために簡略化されており、比例尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態において使用することができるＲＦ誘導プラズマ装置の概略図である。
【００１２】
【図２】本発明の実施の形態において使用することができるＲＦプラズマトーチの概略図である。
【００１３】
【図３】チッ素およびアルゴンの比熱容量と温度との間の関係を示すグラフである。
【００１４】
【図４Ａ】本発明の一実施の形態において得られたナノスケール燐光粒子を示すＴＥＭ写真である。
【図４Ｂ】本発明の一実施の形態において得られたナノスケール燐光粒子を示すＴＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書に記載される燐光粒子は、通常であれば互いに反比例する好都合な特性の組み合わせを提供する。例えば、本明細書に記載のナノスケール燐光粒子は、小さな平均粒子サイズおよび高い内部量子効率の両方を備えて製造可能である。さらに、粒子サイズの分布範囲を狭くすることができる。また、良好な環境安定性を有するナノスケール燐光粒子を製造することが可能である。本明細書に記載される燐光ナノ粒子は、例えば白色ＬＥＤ、ディスプレイ装置、照明装置、ならびに標識などの生物医学的用途のための安定であって毒性のない材料など、多数の用途において有用である。約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズおよび少なくとも約４０％の平均内部量子効率を有するナノスケール燐光粒子のバッチが、本明細書において開示される。
【００１６】
平均粒子サイズは、さまざまなナノスケールサイズのいずれかであってよい。一実施の形態においては、燐光粒子の平均粒子サイズが、約１００ｎｍ未満である。一実施の形態においては、燐光粒子の平均粒子サイズが、約５０ｎｍ未満である。一実施の形態においては、燐光粒子の平均粒子サイズが、約３０ｎｍ未満である。一実施の形態においては、燐光粒子の平均粒子サイズが、約３ｎｍ〜約３０ｎｍの間である。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子が、３ｎｍ〜２００ｎｍを含む上記のうちの任意の２つの数の間の平均粒子サイズを有する。
【００１７】
本明細書に記載の方法に従って製造される燐光粒子のバッチは、狭いサイズ分布範囲を有することができる。例えば、粒子のうちの少なくとも９５パーセントが、平均粒子サイズの５倍未満の粒子サイズを有することができる。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９９パーセントが、平均粒子サイズの５倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９９．５パーセントが、平均粒子サイズの５倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９５パーセントが、平均粒子サイズの４倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９９パーセントが、平均粒子サイズの４倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９９．５パーセントが、平均粒子サイズの４倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９５パーセントが、平均粒子サイズの６倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９９パーセントが、平均粒子サイズの６倍未満の粒子サイズを有する。一実施の形態においては、粒子のうちの少なくとも９９．５パーセントが、平均粒子サイズの６倍未満の粒子サイズを有する。
【００１８】
本明細書に記載されるナノスケール燐光粒子のバッチは、実質的に不純物なしであることができる。本明細書において使用されるとき、用語「実質的に不純物なし」とは、内部量子効率をこの技術分野における理解に従って高いレベルに維持するために充分に不純物が存在しないことを指す。一実施の形態においては、ナノ粒子のバッチが、少なくとも約９５％以上は不純物なしである。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子のバッチが、少なくとも約９９％は不純物なしである。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子のバッチが、少なくとも約９９．５％は不純物なしである。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子のバッチが、少なくとも約９９．９％は不純物なしである。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子のバッチが、少なくとも約９９．９９％は不純物なしである。
【００１９】
本明細書に記載されるナノスケール粒子のバッチは、高い内部量子効率を有することができる。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約４５％である。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約５０％である。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約５５％である。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約６０％である。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約６５％である。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約７０％である。一実施の形態においては、平均内部量子効率が、少なくとも約７５％である。高い量子効率は、平均粒子サイズが２００ｎｍ未満である場合でも達成可能である。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子のＩＱＥが、１〜１０ミクロン程度のサイズを有する燐光粒子のＩＱＥと実質的に同じである。
【００２０】
ナノ粒子の形状は、さまざまであってよい。例えば、ナノ粒子の形状は、規則的または不規則であってよい。一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子が、球形である。本明細書において使用されるとき、「球形」は、必ずしも粒子が完璧な球であることを必要とせず、むしろ粒子が、当業者にとって理解されるとおり本明細書に提示される特性をもたらすために、実質的に球形であればよい。ナノ粒子の球形の性状は、部分的には、燐光体の前駆体を該前駆体を元素へと基本的に解離させる高温の場へと暴露し、次いで解離した前駆体がポリマーへと核生成することに起因する。この方法は、不規則形状の粒子を生じさせがちな粉砕などの一般的に使用されている粒子合成技法を回避する。
【００２１】
一実施の形態においては、ナノスケール燐光粒子のバッチが、ホスト結晶格子を含んでいる。ホスト結晶格子は、任意の適切な材料を含むことができる。一実施の形態においては、ホスト結晶格子が、金属酸化物、半金属酸化物、金属硝酸塩、金属オキシナイトライド、希土類金属からなるゲストドーパント、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。
【００２２】
本明細書に記載されるナノスケール燐光粒子の製造方法を、粒子の製造に使用することができる。一実施の形態は、約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズおよび少なくとも約４０％の平均内部量子効率を有するナノスケール燐光粒子の製造方法を提供する。一実施の形態においては、この方法が、燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体を反応場に通すことによって、燐光体の前駆体を元素へと解離させることを含んでいる。燐光体の前駆体が解離した後で、元素が核を生成することで、ナノスケール燐光粒子を凝結させることができる。
【００２３】
キャリア流体を、例えばエアロゾルによるなど、いくつかの適切な方法によって反応場へと届けることができる。一実施の形態においては、キャリア流体が、燐光体の前駆体と溶媒とを含む液体である。一実施の形態においては、溶媒が、水性溶媒である。一実施の形態においては、キャリア流体が、燐光体の前駆体が完全に溶解させられた水性溶媒を含んでいる。
【００２４】
一実施の形態においては、キャリア流体が、燐光体の前駆体物質を含んでおり、溶液または懸濁液の形態である。キャリア流体は、燐光ナノ粒子の形成を目的とする構成元素を含むことができる。例えば酸化物、チッ化物、酸チッ化物、および硫化物など、任意の適切な燐光物質を使用することができる。適切な燐光体の前駆体が、特開昭５０−６４１０号公報、特開昭６１−６５２２６号公報、特開昭６４−２２９８７号公報、特開昭６４−６０６７１号公報、および特開平１−１６８９１１号公報に記載されており、これらのそれぞれの内容は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。
【００２５】
一実施の形態においては、キャリア流体が、（１）１つ以上の金属酸化物、（２）１つ以上の硫化物、ならびに（３）１つ以上の希土類金属のイオンまたは１つ以上の金属のイオンの組み合わせを含んでいる。任意の適切な金属酸化物または金属酸化物の組み合わせを、使用することができる。例えば、金属酸化物を、Ｙ２Ｏ２Ｓ、Ｚｎ２ＳｉＯ４、および／またはＣａ５（ＰＯ４）３Ｃｌによって表わすことができる。一実施の形態においては、金属酸化物が、結晶母体を含んでいる。結晶母体を含んでいる金属酸化物のいくつかの例として、例えばＺｎＳ、Ｙ２Ｏ２Ｓ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２ＳｉＯ５、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｙ２Ｏ３、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７、ＢａＡｌ１２Ｏ１９、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ、ＢａＡｌ２Ｏ３、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３、Ｙ２Ｏ３、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＳｒＳ、ＧａＳ、ＳｎＯ２、Ｇａ１０（ＰＯ４）６（Ｆ，Ｃｌ）２、（Ｂａ，Ｓｒ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２、（Ｌａ，Ｃｅ）ＰＯ４、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９、ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７、Ｓｒ４Ａｌ４Ｏ２５、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（ここで、ｘは公知の金属酸化物を形成する任意の適切な整数であってよい）およびＣａＳｉＡｌＮ３が挙げられる。２つの元素が一緒に括弧内に現れていて、カンマで区切られている場合には、どちらかの元素を選択することができる。
【００２６】
任意の適切な硫化物または硫化物の組み合わせも、使用することができる。例えば、硫化物を、ＺｎＳ、ＳｒＳ、および／またはＣａＳによって表わすことができる。希土類金属のイオンまたは希土類金属のイオンの組み合わせを、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択することができる。他に適切なイオンとして、アクチベータまたはコアクチベータとしてのＡｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｂ、およびこれらの組み合わせなどの金属が挙げられる。
【００２７】
前駆体（通常は、固体粉末）を溶媒に溶解／懸濁させることができる場合に、前駆体溶液（例えば、キャリア流体）の濃度を制御することができるが、溶解度は、使用される前駆体、溶媒、およびそれらの組み合わせに依存してもよい。いくつかの実施の形態においては、前駆体の濃度が、約０．０１Ｍ〜約２Ｍである。一実施の形態においては、前駆体の濃度が、約０．１Ｍ〜約１Ｍである。
【００２８】
水、アルコール、ならびに他の無機および有機溶媒など、任意の種類の溶媒およびそれらの組み合わせを使用することが可能であり、とくに制限はない。適切な溶媒を、前駆体の選択にもとづいて選択することができる。
【００２９】
一実施の形態においては、反応場が、前駆体を解離させることができる高温環境を提供する。反応場の選択は、必要とされる温度および解離させるべき前駆体物質に応じて行うことができる。種々の物理プロセスを、高いＩＱＥを有するナノスケール燐光粒子を生成するために、前駆体を解離させるために使用することができる。例えば、火炎熱分解法、噴霧熱分解法、マイクロ波誘起の燃焼法、ＤＣプラズマ法、およびＲＦ誘導プラズマ法などの方法を、使用することができる。さらに、例えば共沈法、ゾル−ゲル法、グリコサーマル法、およびソルボサーマル法など、種々の湿式化学プロセスも、使用することが可能である。
【００３０】
一実施の形態においては、反応場が、ＲＦプラズマを含んでいる。きわめて高い温度をもたらすことができるＲＦ誘導プラズマが、部分的には、原材料を一様なやり方でＲＦ誘導プラズマから出すことができるという理由で、ナノスケール燐光粒子の作成において使用するための好ましいプロセスである。反応ゾーンとしてのＲＦプラズマの温度は、約１０，０００Ｋ〜約１２，０００Ｋであってよく、原材料前駆体を、そのような温度のもとで完全に解離させることができる。さらに、プラズマが電極を用いずに生成されるため、大いに高い純度を有する高ＩＱＥのナノスケール燐光体を形成することができる。電極の使用を避けることによって、電極材料が汚染物質としてナノ粒子に侵入する可能性を、排除することができる。
【００３１】
ＲＦ熱プラズマは、中心から外へと半径方向に広がる非一様な温度分布を有している。プラズマ条件は、典型的には、ＲＦ電源のプレート電力およびグリッド電流などといったパラメータによって制御される。一実施の形態においては、Ｅｃｋｅｒｔ，  Ｈ．  Ｕ．の「Ｔｈｅ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ａｒｃ：ａ  ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｔｈｅ−ａｒｔ  ｒｅｖｉｅｗ」、Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、６：９９−１３４（１９７４）、Ｂｏｕｌｏｕｓ，  Ｍ．  Ｉ．の「Ｔｈｅ  ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｒ．Ｆ．（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）  ｐｌａｓｍａ」、Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、５７（９）：１３２１−１３５２（１９８５）、およびＭａｔｓｕｍｏｔｏらの「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｆｉｌｍｓ  ｉｎ  ａ  ＲＦ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｌａｓｍａ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、５１：７３７−７３９（１９８７）に記載の方法が、ＲＦプラズマを生成するために使用される。これら各文献の開示は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。
【００３２】
反応場の温度は、さまざまであってよい。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約３０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約４０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約５０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約６０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約７０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約８０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約９０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約１００００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、少なくとも約１１０００Ｋである。一実施の形態においては、反応場が、約３０００Ｋ〜約１２０００Ｋの範囲にある。
【００３３】
反応場は、指向性の流れを含むことができる。例えば、ＲＦプラズマのトーチを、プラズマの源であるトーチからプラズマがトーチから離れるように移動する方向に向かって流れる指向性の流れを有する反応場をもたらすように使用することができる。キャリア流体を、プラズマの指向性の流れとともに下流へと流れるように、反応場へと届けることができる。あるいは、キャリア流体を、プラズマの指向性の流れに逆らって上流へと流れるように、反応場へと届けることができる。
【００３４】
前駆体物質を元素へと解離させた後で、それらの元素が、粒子を形成する小さなナノスケールの種へと核生成されることができる。一実施の形態においては、核生成の工程が、新たに核生成した燐光粒子に向かって冷却ガスを供給することを含んでいる。任意の適切な冷却ガスを使用することができる。好ましくは、冷却ガスは、安定な非反応性のガスである。一実施の形態においては、冷却ガスが、アルゴンまたはチッ素を含んでいる。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態において使用することができるＲＦ誘導プラズマ装置の概略図を示している。プラズマトーチ１に、プラズマ１１の点火および維持のためのＲＦ電源３であってよい別途の発電機から電力が供給される。燐光体の前駆体を含んでいる準備済みのキャリア流体が、溶液を送出するためのポンプと、プラズマトーチへと挿入されたエアロゾル生成ユニット２とを使用することによって、プラズマ領域１１へと届けられる。ＲＦプラズマ１１が、プラズマトーチ１の領域から主チャンバ４へと伸びる。このように、図１におけるプラズマの指向性の流れは、プラズマトーチから主チャンバ４へと向かう。図１によって示されている実施の形態においては、プラズマの長さが、約４インチ（±５０％）であり、プラズマの直径が、約１インチ（±５０％）である。しかしながら、プラズマの長さおよび直径は、当業者であれば、動作条件および／または炉の設計を変えることによって調節可能である。
【００３６】
アルゴンまたはチッ素などの冷却ガスを、冷却ガス注入口１２によってプラズマトーチ１の領域の付近の主チャンバ４へと供給することができる。冷却ガスの流量は、さまざまであってよく、例えばプラズマのサイズまたはチャンバの容積に依存する。一実施の形態においては、冷却ガスの流量が、約１０ｓｌｍから約１，０００ｓｌｍ（ｓｌｍは、標準リットル／分）である。燐光体の前駆体が、プラズマ１１を通って移動しつつ元素へと解離し、これらの元素が、主チャンバ４内で核生成を開始し、ナノスケール燐光粒子が形成される。粒子は、真空ポンプに向かうガスの流れによって運ばれる。主チャンバ４および絞り円錐５は、冷却水によって常に冷却される。ナノスケールでない大きな粒子は、慣性が大きいため、真空ポンプに向かうガスの流れによって運ばれることがない。代わりに、大きな粒子は、大型粒子収集器６へと直接に落下して、ナノスケールの粉末から分離される。
【００３７】
ナノスケール燐光粒子は、熱電対７に向かって移動し、ナノ粒子収集器９に集められる。ガスは、バイパス配管８を経由して真空ポンプに向かって進み続け、真空ポンプに達する前に、合成チャンバ周辺の高いガス温ゆえに、熱交換冷却ユニット１０を通って移動する。必要であれば、追加のサイクロンまたはカスケード衝撃体式の分離器を、大きな粒子の分離を保証するためにプロセスに取り入れることができる。
【００３８】
図２は、図１に示したＲＦプラズマトーチ１の実施の形態の拡大概略図を示している。注入プローブ３３が、溶液送出ユニット（例えば、図１に参照番号２として示したようなエアロゾル生成ユニット）の端部に取り付けられている。燐光体の前駆体の溶液を含んでいるキャリア流体が、注入プローブ３３によって霧化され、小さな液滴（エアロゾル）が生成されて、プラズマ領域へと届けられる。この装置において有用な注入プローブの例は、２流体ノズル式である。例えばアルゴン、チッ素、酸素、空気、またはこれらの任意の組み合わせなど、任意の適切な霧化ガスを使用することができる。
【００３９】
一実施の形態においては、エアロゾルにおいて生成される液滴の平均サイズが、約５０μｍ（±５０％）である。しかしながら、このサイズを、当業者であれば、例えば霧化プローブ、溶液の粘性、霧化ガスの流量、および溶液の流量を調節することによって、変更することができる。一実施の形態においては、液滴のサイズが、約０．１μｍ〜約２００μｍである。液滴のサイズは、プラズマに触れたときに完全に気化するように、充分に小さくなければならない。原材料および溶媒を含んでいる液滴が、プラズマのきわめて高い温度ゆえに、原子の形態へと解離するはずである。したがって、液滴のサイズが妥当に小さい場合、液滴のサイズは、得られる粒子サイズに大きくは影響しない。しかしながら、液滴が大きすぎると、液滴からの溶媒の気化が不完全になり、結果として前駆体の解離反応が一様でなくなるため、得られる粒子のサイズの分布が大きくなる可能性がある。
【００４０】
プラズマによってもたらされる高い温度に加えて、きわめて高いエネルギー密度も、あらゆる種類の前駆体を原子の形態へと解離させることができるよう、プラズマによってもたらすことができる。したがって、気体、液体、または固体粉末の形態の前駆体を、ＲＦプラズマにおいて完全に解離させることができる。一実施の形態においては、燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体が、気体、液体、固体粉末、スラリー（液体へと分散させた粉末）、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。しかしながら、大きな粒子サイズを有する粉末は、前駆体内の大きな粒子が不充分な解離につながりうるため、通常は避けるべきである。一実施の形態においては、燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体が、米国特許出願公開第２００７／００２９２９１号および第２００６／０２２６５６４号に記載の前駆体から選択される。これらの米国特許出願公開の内容は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。
【００４１】
図２のプラズマトーチは、トーチ冷却水導入口３４からトーチ冷却水排出口３５へと循環する冷却水によって、冷たく保たれる。冷却水が、プラズマトーチの構成金属の溶融を防止する。ＲＦ電力が、誘導コイル３９を介してトーチへと供給される。中央の軸方向のガスが、ガス導入口３１によって供給され、渦を巻く外側ガスが、ガス導入口３２によって供給される。生じるプラズマは、セラミック製のプラズマ閉じ込め筒３７内に閉じ込められる。前駆体溶液の液滴が、アルミナ製の中間筒３６を介して届けられ、プラズマへと暴露される。ガスの流れは、ガス分配器３８によって調節されるが、前駆体溶液の液滴は、ガス導入口３２からの渦を巻く外側ガスによってプラズマ領域へと効果的に届けられる。プラズマによって解離した原材料が、トーチ出口ノズル４０を介して主チャンバ（図１の参照番号４）へと供給される。
【００４２】
ナノスケール燐光粒子の粒子サイズを、例えばプラズマ温度、ＲＦ周波数電力、霧化速度、エアロゾルの初期の液滴サイズ、チャンバのガス圧、およびガスの流量など、いくつかの因子を調節することによって制御することができる。一実施の形態においては、プラズマ温度が、反応場の温度をもたらすために、約３，０００Ｋ〜約１２，０００Ｋの範囲にある。燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体（例えば、前駆体溶液）の霧化速度は、さまざまであってよい。一実施の形態においては、前駆体溶液の霧化速度が、約０．１ｍｌ／分〜約１００ｍｌ／分の範囲にある。一実施の形態においては、プラズマ領域における原材料の滞留時間が、約５ｍｓ〜約５０ｍｓである。一実施の形態においては、プラズマ領域における原材料の滞留時間が、約１０ｍｓ〜約２０ｍｓである。
【００４３】
一実施の形態においては、ＲＦ電源からプラズマトーチへと加えられる電力が、約１０ｋＷ〜約５００ｋＷである。一実施の形態においては、３．３ＭＨｚが、ＲＦ電力の周波数である。一実施の形態においては、主チャンバ内のガスの圧力が、約５ｋＰａ〜約１００ｋＰａである。
【００４４】
霧化させた燐光体の前駆体溶液／懸濁液がプラズマへと導入するとき、前駆体の種々の部分が、時間とともに気化する。例えば、最初に溶媒が前駆体から気化することで、液滴が、溶存／懸濁している燐光体の前駆体物質に関して濃縮される。次いで、生の燐光体の前駆体物質が、プラズマのきわめて高いエンタルピーを利用して、原子成分へと解離する。解離した前駆体が、プラズマを通って移動して、プラズマ領域から出るにつれ、周囲の温度が低くなり始める。その結果、流出ガスが、解離した前駆体成分の蒸気によって過飽和した状態になる。これが、一様かつ／または混成の粒子の核生成につながり、これが気相成長または融合によってさらに成長する。解離した物質の流れを、プラズマトーチの出口において急冷して、融合および凝集の可能性を減らすことができる。このようにして、生成される粒子が、ナノスケールのサイズにて形成される。この原理は、米国特許第５，６０９，９２１号および米国特許第６，９９４，８３７号においてさらに検討されており、これら両特許の内容は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。
【００４５】
得られるナノスケール燐光粒子は、当業者であれば理解できるとおり、合成される材料の種類およびそれらの製造条件に応じて、非晶質、多結晶、単結晶、またはこれらの混合物であってよい。しかしながら、異なる結晶相または結晶化度の向上が必要とされる場合には、別途の事後加熱処理を実行することができる。事後加熱処理の条件は、ＤＴＡ（示差熱分析）などの熱分析を使用することによって決定でき、結晶相は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）によって確認することが可能である。
【００４６】
例えば、本明細書に記載の方法に従って合成されたＣｅドープのイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）は、加熱速度を２０Ｋ／分としたとき、ＤＴＡによって約１３９０Ｋで相転移を示した。ＤＴＡ測定において、相転移温度は、測定における加熱速度に依存していた。通常は、加熱速度がゆっくりであるほど、相転移のピーク温度は低くなる。したがって、事後加熱処理の温度を、処理時間および加熱速度を考慮することによって決定することができる。
【００４７】
典型的には、事後加熱処理の温度は、相転移温度よりも高い。しかしながら、事後加熱処理の温度は、相転移温度をはるかに超えて高すぎてはならない。なぜならば、温度が高すぎると、ナノスケール粒子が融合および凝集しがちであるからである。したがって、例えばＹＡＧにおいて、事後加熱処理の温度は、約１１５０Ｋ〜約１５００Ｋの範囲であってよい。処理時間に関しては、一般に、温度が低いほど、より長い処理時間が必要であり、温度が高いほど、処理時間は短くてよい。一実施の形態においては、事後加熱処理の時間が、約１０分から約１０日の範囲にある。事後加熱処理の雰囲気条件は、処理される物質に応じて選択することができる。適切な雰囲気条件として、空気、チッ素、酸素、真空、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、およびキセノンなどの不活性ガス、水素などの還元ガス、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。典型的には、大気圧が使用されるが、正および負の両方の圧力も、処理される物質に応じて用意することができる。
【００４８】
本明細書に記載される燐光ナノ粒子を、複合材料としてポリマー樹脂へと取り入れることができ、これは、これらに限られるわけではないがＬＥＤ、ディスプレイ装置、照明装置などといった光デバイスを含む装置ならびに標識などの生物医学的用途のための安定であって毒性のない材料にとって、役に立つ実施の形態である。任意の適切なポリマー樹脂を使用することが可能である。本明細書の開示において条件および／または構造が指定されていなくても、当業者であれば、本明細書の開示に照らして、日常的に行われている実験の問題として、そのような条件および／または構造を容易に用意することができる。
【００４９】
内部量子効率（ＩＱＥ）の評価方法
燐光物質の発光効率を、所定の強度の励起光の照射のもとで燐光粉末から発せられる発光を測定することによって評価することができる。しかしながら、燐光粉末の内部へと実際に進入する正味の励起光が、燐光粉末の表面での反射の程度によって変化する可能性がある。さらに、反射は、単純な反射であるよりはむしろ、拡散反射としても知られる複雑な多重反射である。ナノスケール粒子においては、拡散反射率が通常は粒子サイズに依存して変化するため、上述の方法によって妥当な精度で燐光体の性能因子を得ることは、適切でない。たいていは、励起光からどれだけ多くの光子が燐光体の内部へと進入するかと、どれだけ多くの光子が燐光体から生成されるかとの比が、重要である。
【００５０】
燐光物質のＩＱＥを、以下の式
【数１】
2010521558.tif 000003
によって表わすことができ、
Ｅ（λ）／ｈνは、燐光体に入射する励起スペクトル中の光子の数であり、Ｒ（λ）／ｈνは、反射された励起光のスペクトル中の光子の数であり、Ｐ（λ）／ｈνは、燐光体の発光のスペクトル中の光子の数である。このＩＱＥ測定方法は、Ｏｈｋｕｂｏらの「Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ＮＢＳ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓａｍｐｌｅｓ」、８７−９３、Ｊ．  Ｉｌｌｕｍ．  Ｅｎｇｎｇ．  Ｉｎｓｔ．  Ｊｐｎ．、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．２、１９９９にも提示されており、この論文の開示は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。
【００５１】
実施例１
前駆体溶液の作成およびプラズマチャンバへの配送
０．１４８５モル（１４．２２ｇ）の硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（純度９９．９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社）、０．２５モル（２３．４５ｇ）の硝酸アルミニウム九水和物（純度９９．９７、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社）、および０．０３モル（０．１６３ｇ）の硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（純度９９．９９、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社）を一緒に、２５０ｍｌの脱イオン水に溶解させた。この混合物を、３０分間にわたって超音波処理し、透明な溶液を作成した。この前駆体溶液は、０．４Ｍの溶液であり、この前駆体溶液を、霧化プローブおよび液体ポンプによって図１に示したものと同様のプラズマ反応チャンバへと運んだ。
【００５２】
堆積条件
すべての堆積実験を、図１に示したとおりのチャンバ４の上部フランジの中央に取り付けられて３．３ＭＨｚで動作するＲＦ誘導プラズマトーチ（ＴＥＫＮＡ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｙｓｔｅｍ，  ＩｎｃのＰＬ−３５）によって行った。堆積実験においては、チャンバの圧力を、約２５ｋＰａ〜３５ｋＰａに保ち、ＲＦ発生器のプレート電力を、約１０〜約１２ｋＷの範囲とした。プレート電力および堆積圧力の両者は、ユーザによって制御されるパラメータである。アルゴンをプラズマトーチ１へと導入し、渦を巻く外側ガスおよび中央のプラズマガスの両者を、それぞれガス導入ポート３１および３２によって導入した。外側ガスの流れを、３０ｓｌｍ（標準リットル／分）に保つ一方で、中央のガスの流れを、１０ｓｌｍとした。
【００５３】
前駆体溶液の注入を、ラジアル霧化プローブ（ＴＥＫＮＡ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｙｓｔｅｍ，  ＩｎｃのＳＤＲ−７７２）を使用して実行した。反応物質の注入の際に、プローブをプラズマプルームの中央に配置した。堆積の間、反応物質を、１０ｍｌ／分の速度でプラズマプルームへと送り込んだ。液体反応物質の霧化を、１５ｓｌｍの流量で届けられる霧化ガスとしてのアルゴンによって実行した。冷却水を、霧化プローブへと供給し、製造者による推奨のとおり、約４ｓｌｍの流量および約１．２ＭＰａの圧力に保った。
【００５４】
堆積させた粒子の結晶相を、Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳのマイクロ回折計（ＣｕＫα）によって得られたＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを使用して調査した。得られたサンプルの結晶相によれば、粒子は、非晶質粒子およびイットリウムアルミニウムペロブスカイト（ＹＡＰ）の混合物と特定された。走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）を、エネルギー分散型分光計を装備したＪＥＯＬ社の６５００型という電界放射電子銃顕微鏡によって行った。ＳＥＭ画像によって、２００ｎｍ未満の直径を有する小さなナノスケール粒子からなる大部分と、２００ｎｍよりも大きいより大きな粒子からなるきわめてわずかな部分とを有する双峰のサイズ分布が見られた。
【００５５】
透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）を、ＦＥＩ社のＴｅｃｎａｉ  Ｇ２Ｆ３０という電界放射電子銃透過型電子顕微鏡によって行った。ＴＥＭ画像によって、小さな粒子の大部分の粒子サイズが、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあって球形を有することが示された。平均粒子径を、Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｔｉｃｓ社のＡＳＡＰ  ２０００型ガス吸着計から得られたデータにもとづき、ＢＥＴ表面積から得た。サンプルの平均粒子径は、７５ｎｍであった。
【００５６】
ＹＡＰをＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）へと変換するための事後加熱処理
ＹＡＧ相を得るために、事後の加熱処理を、１ａｔｍの石英環状炉（ＭＴＩ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＯＦＴ−１２００Ｘ）を使用し、２時間にわたってＨ２／Ｎ２＝３％／９７％において１１７３Ｋ、１２７３Ｋ、および１４７３Ｋで実行した。温度上昇の速度は、１０Ｋ／分とした。加熱処理の後で、それぞれのサンプルにおいて黄色の粉末が得られた。
【００５７】
ＸＲＤ分析を再び行い、異なる温度のそれぞれで処理したサンプルがすべて、ＹＡＧ結晶相を示すことを確認した。ＴＥＭ画像によれば、１１７３Ｋで処理したＹＡＧ燐光粒子においては、凝集がほぼ見られなかったが、１２７３Ｋおよび１４７３Ｋで処理した残りのサンプルにおいては、多少の凝集が見られた。粒子の平均粒子サイズを、やはりＢＥＴによって測定したところ、１０７．３ｎｍ（１４７３Ｋの場合）、９２．４ｎｍ（１２７３Ｋの場合）、および７８．９ｎｍ（１１７３Ｋの場合）であることが明らかになった。
【００５８】
内部量子効率（ＩＱＥ）
ＩＱＥの測定を、Ｏｔｓｕｋａ  ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのＭＣＰＤ  ７０００という多チャネル光検出器システム、ならびに積分球、光源、単色光分光器、光ファイバ、およびサンプルホルダなどの必要な光部品によって実行した。得られた燐光粉末を、約１ｍｍの厚さを有する１５ｍｍ２の正方形形状へと平板化した。平板化したＹＡＧサンプルを、単色光分光器を通過した後の４６０ｎｍのＸｅランプ（１５０Ｗ、Ｌ２２７４）で照射した。積分球を使用することによって、発光スペクトルを取得した。
【００５９】
次に、ＹＡＧ平板化サンプルの代わりに、５０％の反射率を有する拡散反射基準器（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社のＳｐｅｃｔａｌｏｎ（登録商標））を、積分球の下方に配置した。ハロゲンランプ光源（１５０Ｗ、ＭＣ２５６３）からの連続スペクトル光を照明に使用し、反射スペクトルを、反射スペクトル測定のための基準として取得した。平板化ＹＡＧサンプルを再び配置し、このサンプルの反射スペクトルを記録した。最後に、励起光のスペクトルを、拡散反射基準器を使用することによって取得した。
【００６０】
ＩＱＥを、上述したＩＱＥの式にもとづき、得られたデータから計算した。サンプルのＩＱＥが、７１．０５％（１４７３Ｋの場合）、６７．２１％（１２７３Ｋの場合）、および６３．８２％（１１７３Ｋの場合）であることが明らかになった。比較データとして、固体状態の反応によって作成された約１ミクロン〜１０ミクロンの粒子サイズを有する市販のＹＡＧ燐光粉末（Ｋａｓｅｒ  Ｏｐｔｏｎｉｘ，  ＬｔｄのＰ４６−Ｙ３）を、同じ手順を用いて評価した。このマイクロスケールの燐光粉末のＩＱＥは、７３．５１％であると測定されたが、これは、上記実施の形態においてＲＦ誘導プラズマシステムによって合成されたナノスケールの燐光体のＩＱＥとほぼ同じであった。
【００６１】
実施例２
この実施例では、図１に示した冷却ガス導入ポート１２を、プラズマ領域１１により近くなるように移動させた。チッ素をアルゴンの代わりに冷却ガスとして使用したことを除き、実施例１と同じやり方で手順を実行し、ナノスケール燐光体のサンプルを生成した。チッ素は、アルゴンに比べて比熱容量が大きいため、粒子サイズの制御の改善を目的として使用された。図３は、高い温度（例えば、約１，０００〜約１０，０００Ｋ）において測定されたチッ素の比熱容量が、アルゴンのそれよりも大幅に大きく、結果として、核生成した粒子の冷却が改善されることを示している。
【００６２】
この実施例からもたらされたナノスケール燐光粒子も、実施例１と同様に、非晶質粒子および結晶質ＹＡＰの混合物であった。ＳＥＭ画像によれば、実施例１において得られたものよりも小さい小さなナノスケール粒子からなる大部分を有する双峰のサイズ分布が見られた。いくつかの代表的なＴＥＭ画像が、図４（ａ）および４（ｂ）に示されている。これらのＴＥＭ画像は、小さな粒子の大部分の粒子サイズが、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることを示している。また、平均粒子サイズのＢＥＴ測定によって、より小さな粒子が存在することが確認された。平均粒子サイズは、４８．３ｎｍと測定された。
【００６３】
実施例１において説明したものと同じ事後加熱処理工程を、実施例２の粒子に対して実行した。事後加熱処理の後の平均粒子サイズをＢＥＴ測定によって測定したところ、８８．６ｎｍ（１４７３Ｋの場合）、６２．９ｎｍ（１２７３Ｋの場合）、および５４．２ｎｍ（１１７３Ｋの場合）であった。ＩＱＥも測定し、６９．８７％（１４７３Ｋの場合）、６４．２２％（１２７３Ｋの場合）、および６０．４９％（１１７３Ｋの場合）であることが明らかになった。
【００６４】
このように、わずかに大きい平均粒子サイズを有している実施例１からのサンプルと比較し、実施例２からのサンプルのＩＱＥは、平均粒子サイズが７５．０ｎｍから４８．３ｎｍとなったにもかかわらず、大きくは低下していない。ＢＥＴ測定によって得られた事後加熱処理済みサンプルの平均粒子サイズは、５０ｎｍよりも大きいが、５０ｎｍよりも小さい粒子の集団が、図４（ａ）および４（ｂ）の両者において見られている。したがって、本発明における高いＩＱＥ値は、比較的大きいナノ粒子に由来するだけでなく、より小さなナノ粒子にも由来している。
【００６５】
多数のさまざまな変形を、本発明の技術的思想から離れることなく行うことができることを、当業者であれば理解できるであろう。したがって、本発明の上記形態が、あくまでも例示にすぎず、本発明の技術的範囲を限定しようとするものではないことを、はっきりと理解すべきである。
【図１】
2010521558.tif 000004
【図２】
2010521558.tif 000005
【図３】
2010521558.tif 000006
【図４Ａ】
2010521558.tif 000007
【図４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノスケール燐光粒子のバッチであって、粒子が、ガーネット粒子を含んでおり、約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズおよび少なくとも約４０％の平均内部量子効率を有しているバッチ。
【請求項２】
平均粒子サイズが、約１００ｎｍ未満である請求項１に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項３】
平均粒子サイズが、約３ｎｍ〜約３０ｎｍの間である請求項１に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項４】
粒子のうちの少なくとも９９パーセントが、平均粒子サイズの５倍未満の粒子サイズを有している請求項１に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項５】
実質的に不純物なしである請求項１〜４のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項６】
内部量子効率が、少なくとも約５５％である請求項１〜５のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項７】
内部量子効率が、少なくとも約６５％である請求項１〜５のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項８】
粒子が球状である請求項１〜７のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項９】
ナノスケール燐光粒子が、金属酸化物、半金属酸化物、金属硝酸塩、金属オキシナイトライド、希土類金属からなるゲストドーパント、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるホスト結晶格子を含んでいる請求項１〜８のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項１０】
粒子が、イットリウムアルミニウムガーネットを含んでいる請求項１〜９のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項１１】
希土類金属の１つ以上のイオンをさらに含んでいる請求項１〜１０のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項１２】
Ｃｅの１つ以上のイオンをさらに含んでいる請求項１〜９のいずれか一項に記載のナノスケール燐光粒子のバッチ。
【請求項１３】
約２００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有し、少なくとも約４０％の内部量子効率を有しているナノスケール燐光粒子を製造する方法であって、
燐光体の前駆体を含んでいるキャリア流体を、温度が約３０００Ｋよりも高い反応場に通すことで、該燐光体の前駆体を元素へと解離させるステップ、および
該元素を核生成させることで、ガーネットナノスケール燐光粒子を凝結させるステップ
を含んでいる方法。
【請求項１４】
前記反応場が、ＲＦプラズマを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記核生成のステップが、冷却ガスを新たに核生成した燐光粒子に向かって供給することを含んでいる請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却ガスが、アルゴンまたはチッ素を含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応場が、指向性の流れを含んでいる請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記キャリア流体が、前記指向性の流れとともに下流へと前記反応場に届けられる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャリア流体が、前記指向性の流れに逆らって上流へと前記反応場に届けられる請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリア流体が、前記燐光体の前駆体が完全に溶解させられた水溶液である請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のナノ粒子のバッチからのナノ粒子と、ポリマー樹脂とを含んでいる複合材料。
【請求項２２】
請求項２１に記載の複合材料を含んでいる光デバイス。
【国際調査報告】
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