(57)【要約】発光部品及び１種以上の蛍光体を含有する光源が提供される。蛍光体は発光部品から放出される放射を吸収し、その放射を所望の色の可視光に変換する。蛍光体組成物は、式ＬｎＡＸＢＹ（式中、Ｌｎはランタニド、Ａはβ−ジケトナト配位子、Ｂは１種以上の追加配位子、かつＸ及びＹは整数である）で表される分子化合物である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源及び蛍光体組成物を含む発光装置であって、前記蛍光体組成物が少なくともランタニド（Ｌｎ）と少なくともβ−ジケトナト配位子（Ａ）と１種以上の追加配位子（Ｂ）とが式ＬｎＡＸＢＹ（式中、Ｘ及びＹは整数である）に従って化合したものからなる発光装置。
【請求項２】
ランタニドがランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
複数のβ−ジケトナト配位子が一般式ＲＣＯＣＨ２ＣＯＲ’で表される配位子からなる群から選択される請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記複数のβ−ジケトナト配位子が異なる請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
Ｒ及びＲ’がアルキル鎖中に約１０以下の炭素原子を有するアルキル基又は置換アルキル基である請求項３記載の発光装置。
【請求項６】
Ｒ及びＲ’がＣＦ３ である請求項５記載の発光装置。
【請求項７】
前記Ｂ配位子が一般式Ｒ’’（Ｚ’ＣＨ２ＣＨ２）ｎＺ’’Ｒ’’’（式中、Ｒ’’及びＲ’’’は独立にアルキル基、置換アルキル基又はそれらの混合物である）で表される配位子からなる群から選択され、かつ前記配位子はある組合せのＬｎ及びＡと安定な錯体を生成し得る請求項１記載の発光装置。
【請求項８】
Ｚ’ 及びＺ’’が酸素、硫黄、第二級ホスフィン、第三級ホスフィン、第二級アミン、第三級アミン及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
Ｚ’とＺ’’が異なる請求項７記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第二級ホスフィン、第三級ホスフィン、第二級アミン及び第三級アミンが、水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、アルコキシ基、アミン、エーテル、エステル及びそれらの混合物からなる群から選択される官能基でさらに官能化されている請求項８記載の発光装置。
【請求項１１】
ｎが約１〜約１０の範囲内の整数である請求項７記載の発光装置。
【請求項１２】
前記Ｂ配位子が、ある組合せのＬｎ及びＡと安定な錯体を生成し得る無機配位子及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項１記載の発光装置。
【請求項１３】
前記Ｂ配位子がテトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジン、２，２’−ビピリジン、フェナントロリン、それらの誘導体及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項１２記載の発光装置。
【請求項１４】
Ｘ及びＹが約１〜約１０の範囲内の整数である請求項１記載の発光装置。
【請求項１５】
前記蛍光体組成物が電磁スペクトルの紫外域内の放射を吸収して可視域内の光を放出する請求項１記載の発光装置。
【請求項１６】
前記蛍光体組成物が分子化合物である請求項１記載の発光装置。
【請求項１７】
前記ランタニドの種類を変えることによって発光スペクトルが調整される請求項１記載の発光装置。
【請求項１８】
蛍光体混合物から所望の色を得るために追加の蛍光体をさらに含む請求項１記載の発光装置。
【請求項１９】
前記アセチルアセトナト配位子、前記Ｂ配位子及びそれら両者の種類を変えることによって吸収スペクトルの位置及び形状が調整される請求項１記載の発光装置。
【請求項２０】
前記光源がメタルハライドランプのような放電ランプ、蛍光ランプ、ＬＥＤ又はＬＤである請求項１記載の発光装置。
【請求項２１】
ＬＥＤ及び蛍光体を含む発光装置であって、前記蛍光体が式ＬｎＡＸＢＹ（式中、Ｌｎはランタニド、Ａは１種以上のβ−ジケトナト配位子、Ｂは１種以上の追加配位子、Ｘは約１〜約１２の範囲内の整数、かつＹは約１〜約１２の範囲内の整数である）で表される化合物からなる発光装置。
【請求項２２】
前記蛍光体が、個々の成分を変えることによって蛍光体の吸収特性及び発光特性を変化させることができる分子化合物である請求項２１記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術的背景】
発明の属する技術分野
本発明は、放射源及び励起可能な蛍光体を含む発光装置に関する。具体的には、本発明は発光装置内で放射を可視光に変換するための蛍光体として用いられる１群の化合物の応用に関する。
【０００２】
従来の技術
ランタニド系蛍光体は多成分蛍光体照明用途に使用されている。Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ及びＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂのような現行のランタニド系無機蛍光体は通例２５４ｎｍの放射を効果的に吸収する。そのため、ランタニド系無機蛍光体は蛍光照明のような水銀放電用途に有用である。しかし、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような新しい高効率光源には、従来のランタニド系無機蛍光体では通例強く吸収されない３００〜４６０ｎｍの範囲内の近紫外線を容易に吸収する蛍光体が必要とされる。
【０００３】
ＬＥＤ及びレーザダイオード（ＬＤ）は、窒化ガリウム（ＧａＮ）のような第ＩＩＩ−Ｖ族合金から製造されている。ＬＥＤを形成するには、例えば、かかる合金の層を炭化ケイ素又はサファイアのような基板上にエピタキシャル成長させるのが通例であり、次いで視感度のような性質を向上させるため各種ｎ型及びｐ型ドーパントをドープすることがある。ＧａＮ系ＬＥＤの場合、一般に電磁スペクトルの紫外域及び／又は青色域内の光が放出される。
【０００４】
最近、ＬＥＤから放出された放射を照明目的に有用な光に変換する技術が開発された。ＬＥＤから放出された放射で励起される蛍光体を使用することにより、異なる波長の光を発生させて所望の色の点を生み出すことができる。例えば、ＬＥＤから発生した放射と蛍光体で変換された光との組合せによって可視光（例えば、白色光）を生み出すことができる。紫外波長域内の放射を容易に吸収して可視スペクトル域内で効率的なルミネセンスを生じるランタニド系蛍光体はほとんど知られていない。このことは特に狭帯域の赤色蛍光体についていえる。
【０００５】
照明用途に適用し得る公知のランタニド蛍光体は、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕのような固体化合物であって、これは遠紫外域内にある３００ｎｍ以下の放射を容易に吸収する。固体化合物は特定の配位子を有しており、配位子を分子レベルで容易に変更することはできない。これに対し、分子化合物を使用すると分子レベルで配位子を容易に操作することができ、用途毎に化合物が設計基準を満たすようにすることができる。
【０００６】
そのため、電磁放射を容易に吸収してその放射を可視光に変換することのできる蛍光体として働くランタニド系分子化合物が望まれている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の一実施形態によれば、発光装置が提供される。この発光装置は、発光部品及び１種以上の蛍光体を含んでいる。蛍光体は発光部品から放出された電磁放射を吸収し、その放射を所望の色の可視光に変換する。
【０００８】
照明用の蛍光体組成物としてランタニド系分子化合物を使用することについて開示する。かかる蛍光体組成物は、ランタニド（Ｌｎ）、複数のβ−ジケトナト配位子（Ａ）及び１種以上の追加配位子（Ｂ）を含んでいる。かかる蛍光体組成物の成分は、式ＬｎＡＸＢＹ（式中、Ｘ及びＹは約１〜約１０の範囲内の整数である）に従って化合している。
【０００９】
光源及び蛍光体を含む発光装置が提供される。かかる蛍光体は、式ＬｎＡＸＢＹ（式中、Ｌｎはランタニド、Ａはβ−ジケトナト配位子、Ｂは追加配位子、かつＸ及びＹは約１〜約１０の範囲内の整数である）で表される分子化合物である。
【００１０】
本発明の主な利点は、蛍光体組成物の成分を分子レベルで変えることによって所定用途のための設計基準を満たし得ることである。
【００１１】
本発明のもう１つの利点は、可視スペクトル域での効率的なルミネセンスが得られることである。
【００１２】
本発明のその他の利点は、様々な実施形態に関する以下の詳細な説明を読んで理解することにより、当業者には自ずから明らかとなろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、限定されるわけでないが、放電ランプ、蛍光ランプ、ＬＥＤ及びＬＤをはじめとする光源を含む任意の構成の発光装置内に分子状のランタニド含有化合物を蛍光体として使用することに関する。本発明の蛍光体の用途範囲としては広範な照明目的が考えられるが、本発明は特にＬＥＤに関して説明、しかもＬＥＤに特に有用である。ここでいう「光」という用語は、電磁スペクトルの紫外域、赤外域及び可視域内の放射を包括している。
【００１４】
本発明では、ＬＥＤ及び蛍光体組成物を始めとするあらゆる構成の光源が考えられる。一実施形態では、蛍光体はＬＥＤに隣接して配置される。別の実施形態では、蛍光体は封止材層間に配置され、ＬＥＤとは直接接触しない。さらに別の実施形態では、蛍光体は封止層全体に分散される。ここに記載された構成にかかわらず、本発明の蛍光体を含めることによって任意の構成のＬＥＤを改良し得ることは当業者にとって容易に理解されよう。
【００１５】
蛍光体組成物は、ランタニド（Ｌｎ）、β−ジケトナト配位子及び１種以上の追加配位子（Ｂ）からなる分子化合物である。かかる蛍光体は、一般式ＬｎＡＸＢＹ（式中、Ｘ及びＹは約１〜１０の範囲内の整数である）で表される。
【００１６】
かかる分子状蛍光体組成物のランタニド成分の選択により、蛍光体の発光波長が決定される。例えば、励起放射が紫外域内にありかつＬｎがユウロピウムである場合、発光スペクトルのピークはより長い波長（５８０〜６６０ｎｍ）を有し、従って赤色に見えるのが通例である。励起放射が紫外域内にありかつＬｎがテルビウムである場合、発光スペクトルのピークはより短い波長を有し、従って緑色に見えるのが通例である。励起放射が紫外域内にありかつＬｎがツリウム又はセリウムである場合、発光スペクトルのピークはさらに短い波長をし、従って青色に見えることがある。そこで、本発明の蛍光体中に適切なランタニド成分を選択することにより、ＬＥＤからの紫外線を様々な色の可視光に変換し得ることは明らかである。
【００１７】
本発明のランタニド成分は、ランタン、イットリウム、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム及びそれらの混合物からなる群から選択される。発光装置で所望される発光波長に対応するようにして好適なランタニド又はその混合物が選択される。
【００１８】
融点、沸点及び吸収スペクトルの位置や形状のような蛍光体の物理的性質は、β−ジケトナト配位子（Ａ）及びＢ配位子の選択によって操作することができる。β−ジケトナト配位子は、限定されるわけではないが、一般式ＲＣＯＣＨ２ＣＯＲ’で表される配位子からなる群から選択される。Ｒ及びＲ’は独立に選択されるが、該配位子を十分に安定化すると共に、該配位子とランタニド及びある組合せのＢ配位子との錯体を十分に安定化する任意の官能基であり得る。β−ジケトナト配位子中に使用するための官能基の例は、アルキル鎖中に約１〜約２０個、好ましくは約１〜約１５個、最も好ましくは約１〜約１０個の炭素原子を有するアルキル基及び置換アルキル基である。アルキル基の例としては、直鎖又は枝分れ鎖の置換又は非置換アルキル基としてのメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基及びそれらの混合物が挙げられる。好適な官能基は、限定されるわけではないが、ＣＨ３、ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、ＣＦ３、ＣＨ２ＣＨ３、ＣＨ（ＣＨ３）２、Ｃ（ＣＨ３）３、Ｃ（Ｃ６Ｈ５）３、ＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ（ＮＨ２）２、Ｃ（ＮＨ２）３、ＣＨ２［Ｎ（ＣＨ３）２］、ＣＨ［Ｎ（ＣＨ３）２］２、Ｃ［Ｎ（ＣＨ３）２］３、ＣＨ２［Ｎ［ＣＨ２（ＣＨ３）］２］、ＣＨ［Ｎ［ＣＨ２（ＣＨ３）］２］２、Ｃ［Ｎ［ＣＨ２（ＣＨ３）］２］３、Ｎ［ＣＨ２（ＣＨ３）］２、Ｎ（ＣＨ３）２、Ｓｉ（ＣＨ３）３及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【００１９】
また、本発明の蛍光体組成物の物理的性質はＢ配位子の選択によっても変化させることができる。Ｂ配位子は、一般式Ｒ’’（ＺＣＨ２ＣＨ２）ｎＺ’Ｒ’’’（式中、Ｒ’’及びＲ’’’は独立にアルキル基又は置換アルキル基であり、かつｎは約１〜約１０の範囲内の整数である）で表される１種以上の配位子であることが好ましい。Ｚ及びＺ’は、酸素、硫黄、第三級ホスフィン、第二級ホスフィン、第三級アミン、第二級アミン及びそれらの混合物からなる群から独立に選択される。第二級ホスフィン、第三級ホスフィン、第二級アミン及び第三級アミンは、水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、アルコキシ基、アミン、エーテル、エステル及びそれらの混合物からなる群から選択される、ある組合せのランタニド及びβ−ジケトナト配位子と安定な錯体を生成し得る官能基でさらに官能化される。
【００２０】
さらには、Ｂ配位子はある組合せのランタニド及びβ−ジケトナト配位子と安定な錯体を生成し得る１種以上の無機配位子であってもよい。この種の無機配位子としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジン、２，２’−ビピリジン、フェナントロリン及びそれらの混合物が挙げられる。
【００２１】
一般式ＬｎＡＸＢＹ中で、Ｘ及びＹは約１〜約１２の範囲内の整数である。Ｘ及びＹは、Ｘ＋Ｙが選択されるランタニドの配位数以下となるようにして独立に選択される。例えば、選択されるランタニドがユウロピウムであれば、Ｘ＋Ｙは１２以下でなければならない。例えば、Ｂとして多座配位子を選んだ場合、あるいはＲ又はＲ’としてランタニド上の２以上の配位座を占め得る置換アルキル基を選んだ場合には、Ｘ＋Ｙを選択されるランタニドの配位数より小さい数に等しくすることも可能である。
【００２２】
このような種類の蛍光体の好適な例は、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＦ３）３［ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）３ＯＣＨ３］、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＦ３）３［ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＣＨ３］、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＦ３）３（ＣＨ３ＯＣＨ２ ＣＨ２ＯＣＨ３）、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）３［ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）３ＯＣＨ３］、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）３［ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＣＨ３］、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）３（ＣＨ３ＯＣＨ２ ＣＨ２ＯＣＨ３）、
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＦ３）３（２，２’−ビピリジン）ｍ、及び
Ｌｎ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）３（２，２’−ビピリジン）ｍ
である。
【００２３】
これらの例中で、Ｌｎは任意のランタニドであり、かつｍは約１〜約１２の範囲内の整数である。一般式ＬｎＡＸＢＹで表される好適な蛍光体としては、それ以外にも数多くの例が意図されているが、それらは当業者にとって自明であろう。上記のリストは例示を目的としたものであって、決して制限的なものと解すべきでない。
【００２４】
さらに、本発明の蛍光体は２種以上の相異なる蛍光体をも含み得る。従って、かかる蛍光体を混合又は配合することによって所望の色を生み出すことができる。一般に知られている通り、蛍光体粉末はランプ製造の結果として相互作用を示すことはなく、それらのスペクトルは本質的に累加的であるという有益な性質を有している。そのため、蛍光体の配合物を含むＬＥＤのスペクトルは個々の蛍光体で被覆されたＬＥＤのスペクトルを線形に組合わせたものとなる。例えば、本発明の赤色蛍光体であるＥｕ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＦ３）３［ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＣＨ３］を任意の青色蛍光体と混合した場合、発生する光は目には紫色に見える。
【００２５】
一実施形態に係る赤色蛍光体Ｅｕ（ＣＦ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＦ３）３［ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）２ＯＣＨ３］の物理的性質を図１及び２によって説明する。図１は上記赤色蛍光体の励起スペクトルであって、一定の波長で測定された赤色発光の相対強度を励起波長に対して示したものである。図２は上記赤色蛍光体の発光スペクトルであって、励起波長を一定に保ちながら放出される光の相対強度を様々な波長で測定したものである。図１では、６１５ｎｍで蛍光体の発光強度を測定した場合、電磁スペクトルの近紫外域内にある約３００〜４５０ｎｍの範囲内の放射で励起した時に発光強度が最も強くなることがわかる。図２は、蛍光体の励起波長を４５０ｎｍに保った場合（試料を４５０ｎｍの放射のみで励起した場合）、蛍光体の発光波長は約６０５〜６３０ｎｍの範囲内で最も強く、これは目に赤色として知覚されることを示している。
【００２６】
本発明で使用するのに適した光源としては、限定されるわけではないが、ＧａＮ系（ＩｎＡｌＧａＮ）の半導体素子が挙げられる。発光部品を形成するために好適なＧａＮ半導体材料は、一般式ＩｎＩＧａＪＡｌＫＮ（式中、Ｉ、Ｊ及びＫはゼロ以上の数であって、Ｉ＋Ｊ＋Ｋ＝１である）によって包括的に表される。このように、かかる窒化物半導体材料はＩｎＧａＮ及びＧａＮのような材料を含み得ると共に、例えば放出される光の強度を高め又はその色を調整するために各種の不純物をドープすることもできる。同様に、ＬＤはＧａＮ層を配列したものから形成される。ＬＥＤを形成するための技術は当業界で公知であるから、これ以上の議論は本発明の十分かつ完全に理解にとって不必要であると思われる。
【００２７】
ＧａＮ系発光素子は、高い輝度を持った光を放出することができる。好適なＧａＮ系発光素子は、例えばサファイア、炭化ケイ素又は酸化亜鉛の単結晶から形成された基板層を含んでいる。基板上には例えばｎ＋型ＧａＮのエピタキシャルバッファ層が配置され、次いで被覆層及び能動層を含む一連のエピタキシャル層が配置される。ＬＥＤを回路及び電源に接続するため、それらの層と対応する電極との間には（金属接点層を介して）電気的接触が確立される。
【００２８】
ＬＥＤから放出される光の波長は、ＬＥＤを形成する際に使用した半導体層の構成に依存する。公知の通り、使用する半導体層及びドーパントの組成は、蛍光体の励起スペクトルにぴったりと一致する発光スペクトルを示すＬＥＤを生み出すように選択することができる。
【００２９】
上記には特に紫外光／青色光放出部品に関連して本発明を説明したが、電磁スペクトルの異なる領域内の光を放出する発光部品も使用し得ることを理解すべきである。例えば、赤色発光ＬＥＤ又はＬＤ〔例えば、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）ＬＥＤ〕も適用可能である。さらに、放電ランプや蛍光ランプに見出されるような発光部品も、本発明の蛍光体組成物と共に使用し得るものと考えられている。
【００３０】
以上、好適な実施形態に関連して本発明を説明した。自明の通り、上記の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者には様々な変更例や改変例が想起されるであろう。前記特許請求の範囲又はそれの同等物の範囲内に含まれる限り、本発明はかかる変更例や改変例の全てを包括するものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を代表する分子状蛍光体の励起スペクトルである。
【図２】
本発明を代表する分子状蛍光体の発光スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004511647.tif 000006
2004511647.tif 000007
2004511647.tif 000008
2004511647.tif 000009
2004511647.tif 000010
2004511647.tif 000011
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2004511647.tif 000013
2004511647.tif 000014
2004511647.tif 000015
2004511647.tif 000016
2004511647.tif 000017
2004511647.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004511647.tif 000019
【国際調査報告】
2004511647.tif 000020
2004511647.tif 000021
2004511647.tif 000022
2004511647.tif 000023