JP2005041942A - Luminescent substance, light emitting device using the same, lighting device using light emitting device, and image display device - Google Patents
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Abstract
【課題】発光強度が高く、かつ、演色性が高い、又は、色再現範囲が広い発光物質、及び波長変換材料としての該発光物質と紫外光から可視光の範囲の光を発光する発光体とから構成されてなる発光装置、並びに、該発光装置を光源とする照明装置及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】平均ポアサイズが5〜500nmの多孔質無機粒子に蛍光性錯体を含有することを特徴とする発光物質。
【選択図】 なしKind Code: A1 A light emitting material having high emission intensity and high color rendering properties or a wide color reproduction range, and the light emitting material as a wavelength conversion material and a light emitting material that emits light in the ultraviolet to visible light range. And a lighting device and an image display device using the light emitting device as a light source.
A luminescent substance comprising a fluorescent complex in porous inorganic particles having an average pore size of 5 to 500 nm.
[Selection figure] None
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光物質及びそれを用いた発光装置に関し、詳しくは、電力源により350−415nmの光から可視光領域の光を発光する第1の発光体と、その紫外光から可視光領域にある光を吸収しその光より長波長の可視光を発する発光物質となる蛍光体を有する波長変換材料としての第2の発光体とを組み合わせることにより、使用環境によらず演色性が良く、色再現範囲が広く、かつ、高強度の発光を発生させることのできる発光物質及びそれを用いた発光装置、及び、それを使用した照明装置と画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
青、赤、緑の混色により、白色その他の様々な色を、むらなくかつ演色性良く色再現範囲の広い状態で発生させるために、LEDやLDの発光色を蛍光体で色変換させた発光装置が提案されている。例えば、特公昭49−1221号公報では、300−530nmの波長の放射ビームを発するレーザーのビームを燐光体(Y3−x−yCexGdyM5−zGazO12(YはY、Lu,またはLa、MはAl、Al−In、またはAl−Scを表す。))に照射させ、これを発光させてディスプレーを形成する方法が示されている。また、近年では、青色発光の半導体発光素子として注目されている発光効率の高い窒化ガリウム(GaN)系LEDやLDと、波長変換材料としての蛍光体とを組み合わせて構成される白色発光の発光装置が、消費電力が小さく長寿命であるという特徴を活かして照明装置や画像表示装置の発光源として提案されている。実際に、特開平10−242513号公報において、この窒化物系半導体のLED又はLDチップを使用し、蛍光体としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット系を使用することを特徴とする発光装置が示されている。また、米国特許第6,278,135号明細書においては、蛍光体がLEDからの紫外光を受けて可視光を発する発光装置において、その蛍光体としてBaMg2Al16O27:Eu2+などの無機蛍光体が示されている。
【0003】
しかしながら、今までのところ、LED等の第1の発光体に対し、特開平10−242513号公報に示されるようなイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を第2の発光体として組み合わせたような発光装置では、発光強度を高くすると同時に演色性を高くするかもしくは色再現範囲を広くすることはできず、その発光装置を使用してなる照明装置やそれをディスプレイ用バックライト光源として使用してなる画像表示装置はさらなる改良が求められている。
【0004】
また、蛍光灯における白色光は、3色の無機蛍光体から放射される蛍光の組み合わせにより実現されている。GaN系LEDから高効率に発せられる400nm付近の励起光で効率良く発光する無機蛍光体としては、ZnS:Cu,Al等の緑色蛍光体とBaMgAl10O17:Eu等の青色蛍光体が見出されている。しかし、効率良く赤色発光を示す無機蛍光体は開発されておらず、最も高輝度に発光するY2O2S:Eu蛍光体においても発光強度が不十分である。その結果、青色と緑色と赤色とを合わせた場合に高輝度の白色光が得られないことが問題となっており、効率の高い白色固体照明を実用化する上での妨げとなっている。
【0005】
無機赤色蛍光体の赤色光はEuイオンの発光による。同じ発光スペクトルはEu錯体色素でも観測され、通常の有機色素の蛍光に比べ発光スペクトル幅が狭く発光強度がはるかに高いことが知られており、無機蛍光体と同じ発光スペクトルのEu錯体色素を赤の蛍光体として用いることができれば、固体照明の白色光源が実現できるはずである。
【0006】
しかし、従来のEu錯体色素はバイオ関係を中心とする微量分析用が主な用途であるため、輝度の向上の研究は盛んに行われたものの、耐久性の必要性が低いため、耐光性の改良検討はほとんど行われておらず、既知のEu錯体色素では照明用の蛍光体として実用化することができない。
また、耐久性向上のためEu錯体色素をポアサイズ4.1nm、比表面積が600−800m2/gである結晶性シリカ粒子に挿入した例(QinghongXu,Liansheng Li,Xinsheng Liu,Chemistry of Materials.,vol.14,pp549−555,2002)が知られているが、錯体の挿入量としてはたかだか8wt%程度であり十分な輝度が得られなかった。
【0007】
【特許文献1】
特公昭49−1221号公報
【特許文献2】
特開平10−242513号公報
【特許文献3】
米国特許第6,278,135号明細書
【非特許文献1】
Qinghong Xu,Liansheng Li,Xinsheng Liu,Chemistry of Materials.,vol.14,pp549−555,2002
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の従来技術に鑑み、発光強度が高く、かつ、演色性が高い、又は、色再現範囲が広い発光物質及びそれを用いた発光装置、及び、それを使用した照明装置または画像表示装置を得ることを目的になされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の細孔径を有する多孔質無機粒子に蛍光性錯体を含有する発光物質が、前記目的を達成できることを見出し、本発明に到達したもので、従って、本発明は、平均ポアサイズが5〜500nmの多孔質無機粒子に蛍光性錯体を含有してなる発光物質、及び、波長変換材料としての該発光物質と、紫外光から可視光の範囲の光を発光する発光体とから構成されてなる発光装置、並びに、該発光装置を光源とする照明装置及び画像表示装置、を要旨とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明は、平均ポアサイズが5〜500nmの多孔質無機粒子に蛍光性錯体を含有することを特徴とする発光物質及びそれを用いた発光装置、及び、該発光装置を有する照明装置、画像表示装置である。
本発明で使用する多孔質無機粒子の材質としては、SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等の無機酸化物やそれらの混合物を用いることができるが、シリカを好適に用いることができる。
【0011】
本発明で使用する多孔質無機粒子は、平均ポアサイズとして5〜500nmであり、好ましくは5〜100nm、より好ましくは5〜50nmである。平均ポアサイズが小さすぎる場合には蛍光性錯体を多量に多孔質無機粒子内に挿入するのが困難となる傾向にある。逆に大きすぎると、溶媒や水分等の侵入による蛍光性錯体の劣化により耐久性が低下する傾向にある。また、蛍光性錯体を樹脂等に分散しようとした場合、溶媒により一旦挿入された蛍光性錯体が外部にでてくる可能性がある。
【0012】
そこで、蛍光性錯体を多孔質無機粒子の内部につなぎとめるため、蛍光性錯体が多孔質無機粒子と結合していることが好ましく、例えば、多孔質無機粒子としてメソポーラスシリカを用いた場合、メソポーラスシリカのメソポア内部につなぎとめるため、Eu錯体等の金属イオンに配位可能なアミノ基をメソポーラスシリカ表面に形成させ、蛍光性錯体がシリカ粒子と結合していることが好ましい。
すなわち、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチルトリエトキシシラン、アミノエチルトリメトキシシラン、アミノブチルトリエトキシシラン、アミノブチルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤を用いてメソポーラスシリカの表面処理を行ない、シリカ粒子表面にアミノプロキル基などの官能基を導入した多孔質無機粒子を本発明では好ましく採用する。ここでシランカップリング剤は、組成式:(R1)−Si−(R2)(R3)(R4)で表され、R1は、アミノ基やカルボキシル基などの金属陽イオンに配位可能な官能基を少なくとも一つ以上含有する有機鎖であり、R2、R3、R4は組成式OCH3で表されるメトキシ基、組成式OCH2CH3で表されるエトキシ基などである。
【0013】
本発明の多孔質無機粒子は、平均粒子径が1〜300μmの範囲にあり、好ましくは1〜50μm、より好ましくは1〜20μmの範囲にある。小さすぎるとハンドリングが難しく、大きすぎると塗工した際に塗工面が凹凸となり均一な発光が得られにくくなる。
また、本発明の多孔質無機粒子がシリカ粒子の場合は、ポア体積と比表面積が通常のものより大きい範囲のものであり、ポア体積は、窒素ガス吸・脱着法で測定して0.6〜1.6ml/g、好ましくは0.8〜1.6ml/gである。ポア体積が小さい場合には蛍光性錯体の挿入量が少なく本発明の要求を満たさず、また、逆に大きすぎる場合には水分などがシリカ粒子中に入り込み易く蛍光性錯体の劣化につながる。また、比表面積は、50m2/g以上、好ましくは200m2/g以上、特に好ましくは300m2/gである。上限としては、800m2/g以下程度である。比表面積が小さい場合にはポアが十分に発達しておらず蛍光性錯体の挿入量が少なくなり、逆に大きい場合にはポアが多く水分が吸着しやすく、蛍光性錯体の劣化の原因となる。これら細孔容積と比表面積は窒素ガス吸脱着によるBET法で測定される。
【0014】
更に、シリカ粒子では、窒素ガス吸脱着法で測定した等温脱着曲線から、E.P.Barrett,L.G.Joyner,P.H.Haklenda,J.Amer.Chem.Soc.,vol.73,373(1951)に記載のBJH法により算出される細孔分布曲線、即ち、細孔直径d(nm)に対して微分窒素ガス吸着量(ΔV/Δ(logd);Vは窒素ガス吸着容積)をプロットした図上での最頻直径(Dmax)が20nm未満であり、下限は特に制限はないが、好ましくは2nm以上である。このことは、本発明で用いられるシリカ粒子の最頻直径(Dmax)が、通常のシリカ粒子より小さい範囲のものであることを意味する。
【0015】
本発明で好適に用いられるシリカ粒子では、上記の最頻直径(Dmax)の値の±20%の範囲にある細孔の容積が、全細孔容積の通常50%以上、好ましくは60%以上であることが好ましい。また、上記の最頻直径(Dmax)の値の±20%の範囲にある細孔の容積は、全細孔容積の通常90%以下である。このことは、シリカ粒子が、最頻直径(Dmax)付近の細孔で揃っていることを意味する。
【0016】
かかる特徴に関連して、シリカ粒子は、上記のBJH法により算出された最頻直径(Dmax)における微分細孔容積ΔV/Δ(logd)が、通常2.0〜20.0ml/g、特に5.0〜12.0ml/gであることが好ましい(なお、上式において、dは細孔直径(nm)であり、Vは窒素ガス吸着容積である。
)。微分細孔容積ΔV/Δ(logd)が前記範囲に含まれるものは、最頻直径(Dmax)の付近に揃っている細孔の絶対量が極めて多いものと言える。
【0017】
本発明で好適に用いられるシリカ粒子は、以上の細孔構造の特徴に加えて、その三次元構造を見るに、非結晶質であること、即ち、結晶性構造が認められないという特徴を有する。このことは、シリカ粒子をX線回折で分析した場合に、結晶性ピークが実質的に認められないことを意味する。本発明において非結晶質ではないシリカ粒子とは、X線回折パターンで6オングストローム(Å Units d−spacing)を越えた位置に、少なくとも一つの結晶構造のピークを示すものを指す。非結晶質のシリカ粒子は、結晶性のシリカ粒子に較べて、極めて耐水性に優れている。
【0018】
その他、本発明で好適に用いられるシリカ粒子の構造に関しては、固体Si−NMRによる分析でも特徴ある結果が得られる。即ち、固体Si−NMRでは、本発明のシリカ粒子の、−OSiが3個結合したSi(Q3)と−OSiが4個結合したSi(Q4)とのモル比を示す「Q4/Q3」 の値が通常1.3以上、好ましくは1.5以上である。一般的に、「Q4/Q3」の値が大きいほど、その熱安定性が高いものと言われている。「Q4/Q3」の値は、通常10以下である。
【0019】
本発明で用いられるシリカ粒子は、シリカゲルの骨格を構成するケイ素を除いた、また挿入された蛍光性錯体を構成する金属原子を除いた金属不純物の合計含有量が通常500ppm以下、好ましくは100ppm以下、更に好ましくは10ppm以下、最も好ましくは1ppm以下というように、極めて高純度であるが、このように不純物の影響が少ないことは、シリカ粒子における耐熱性、耐水性などの優れた性質を発現させることができ、その結果発光物質として高輝度のものが得られる大きな要因の一つである。
【0020】
シリカ粒子の原料として使用されるシリコンアルコキシドとしては、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等の炭素数1〜4の低級アルキル基を有するトリまたはテトラアルコキシシラン或いはそれらのオリゴマーが挙げられるが、好ましくはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン及びそれらのオリゴマーである。以上のシリコンアルコキシドは蒸留により容易に精製し得るので、高純度のシリカ粒子の原料として好適である。シリコンアルコキシド中の金属不純物の総含有量は、通常好ましくは100ppm以下、更に好ましくは10ppm以下である。金属不純物の含有量は、シリカ粒子中の不純物の測定法と同じ方法で測定できる。
【0021】
シリコンアルコキシドの加水分解は、シリコンアルコキシド1モルに対して、通常2〜20モル、好ましくは3〜10モル、特に好ましくは4〜8モルの水を用いて行う。シリコンアルコキシドの加水分解により、シリカのヒドロゲルとアルコールが生成する。この加水分解反応は、通常、室温から100℃程度であるが、加圧下で液相を維持することでより高い温度で行うことも可能である。反応時間は反応液組成(シリコンアルコキシドの種類や、水とのモル比)並びに反応温度に依存し、ゲル化するまでの時間が異なるので、一概には規定されない。なお、反応系に、触媒として、酸、アルカリ、塩類などを添加することで加水分解を促進させることができる。
【0022】
上記のシリコンアルコキシドの加水分解反応では、シリコンアルコキシドが加水分解してシリケートが生成するが、引き続いて該シリケートの縮合反応が起こり、反応液の粘度が上昇し、最終的にゲル化してシリカヒドロゲルとなる。加水分解により生成したシリカのヒドロゲルを、実質的に熟成することなく、直ちに水熱処理を行う。この水熱処理の条件としては、水の状態が液体、気体のいずれでもよく、溶媒や他の気体によって希釈されていてもよいが、好ましくは液体の水が使われる。シリカのヒドロゲルに対して、通常0.1〜10重量倍、好ましくは0.5〜5重量倍、特に好ましくは1〜3重量倍の水を加えてスラリー状とし、通常40〜250℃、好ましくは50〜200℃の温度で、通常0.1〜100時間、好ましくは1〜10時間実施される。水熱処理に使用される水には低級アルコール類、メタノール、エタノール、プロパノールなどが含まれてもよい。
【0023】
多孔質無機粒子に挿入される蛍光性錯体の挿入量としては、9wt%以上であり、好ましくは10wt%以上であり、上限としては、100wt%以下、好ましくは75wt%以下である。蛍光性錯体の挿入量が少ない場合には十分な輝度が得られにくく、逆に多すぎても挿入量の増加とともに輝度はほぼ飽和値に近づくため、挿入量に対応した輝度が得られるわけではない。
【0024】
蛍光性錯体としては希土類イオン錯体系蛍光体を用いることが好ましく、希土類元素としてはCe、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybなどの元素が使用できるが、Euが好適に用いられる。
また、希土類イオン錯体系蛍光体としては特に制限はないが、希土類イオン錯体の中でも、特に、無機蛍光体では困難である近紫外光照射において高輝度に発光する赤色蛍光体として、ユーロピウム錯体が好ましい。また、希土類イオン錯体は、芳香族環を含む置換基を有するβ−ジケトンのアニオン、あるいは芳香族基を含む置換基を有するカルボン酸イオンを配位子とする錯体であることが好ましい。
【0025】
芳香族環を含む置換基を有するβ−ジケトンのアニオンを配位子とする錯体としては、例えば、下記一般式(1)、(2)及び(3)のいずれか1つの式で表されるユーロピウム錯体が挙げられる。
【0026】
【化1】
(R5)3Eu (1)
(R5)3Eu(R6)2 (2)
〔(R5)4Eu〕−R7 + (3)
【0027】
(式(1)、(2)及び(3)中、R5は芳香族環を含む置換基を有するβ−ジケトンのアニオンであり、R6はルイス塩基からなる補助配位子であり、R7 +は4級アンモニウムイオンである。)
式(1)、(2)及び(3)における芳香族環を含む置換基を有するβ−ジケトンとしては、少なくとも1つの芳香族基を有することが好ましく、さらに、この芳香族基としては、置換基を有することがある芳香族炭化水素化合物又は芳香族複素環化合物が挙げられる。芳香族炭化水素化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタリン、フェナントレン等が挙げられる。芳香族複素環化合物としては、フラン、チオフェン、ピラゾリン、ピリジン、カルバゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン等の酸素、窒素、硫黄原子を含む複素環化合物が挙げられる。
【0028】
また、これらの芳香族炭化水素化合物又は芳香族複素環化合物の置換基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル等のアルキル基;トリフルオロメチル、ペンタフルオロメチル等のフルオロアルキル基;メトキシ、エトキシ等のアルコキシ基;ベンジル、フェネチル等のアリールオキシ基;ヒドロキシル基;アリル基;アセチル、プロピオニル等のアシル基;アセトキシ、プロピオニルオキシ、ベンゾイルオキシ等のアシルオキシ基;メトキシカルボニル、エトキシカルボニル等のアルコキシカルボニル基;フェノキシカルボニル等のアリールオキシカルボニル基;カルボキシル基;カルバモイル基;アミノ基;ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、メチルベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、アセチルメチルアミノ等の置換アミノ基;メチルチオ、エチルチオ、フェニルチオ、ベンジルチオ等の置換チオ基;メルカプト基;エチルスルフォニル、フェニルスルフォニル等の置換スルフォニル基;シアノ基;フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨード等のハロゲン基等が挙げられる。これらの置換基は、互いに結合して環を形成してもよい。
【0029】
β−ジケトンを構成する芳香族基以外の置換基としては、前述した芳香族炭化水素化合物又は芳香族複素環化合物の置換基と同様な置換基(但し、ハロゲン基は除く)が挙げられる。芳香族環を含む置換基を有するβ−ジケトンの具体例(1〜19)を以下に示す。なお、本実施の形態においてはこれらに限定されるものではない。
【0030】
【化2】
【0031】
一般式(1)で表されるユーロピウム錯体の具体例(1〜7)を以下に示す。
なお、本実施の形態においてはこれらに限定されるものではない。
【0032】
【化3】
【0033】
次に、一般式(2)で表されるユーロピウム錯体について説明する。一般式(2)におけるルイス塩基からなる補助配位子(R6)としては特に限定されないが、通常、ユーロピウムイオンに配位可能な窒素原子又は酸素原子を有するルイス塩基化合物から選択される。それらの例としては、置換基を有することがあるアミン、アミンオキシド、ホスフィンオキシド、スルホキシド等が挙げられる。
補助配位子として使用される2個のルイス塩基化合物は、それぞれ異なる化合物でもよく、又、2個の化合物で1つの化合物を形成していてもよい。
【0034】
具体的には、例えば、アミンとしては、ピリジン、ピラジン、キノリン、イソキノリン、フェナントリジン、2,2’−ビピリジン、1,10−フェナントロリン等が挙げられる。アミンオキシドとしては、ピリジン−N−オキシド、2,2’−ビピリジン−N,N’−ジオキシド等の上記アミンのN−オキシドが挙げられる。ホスフィンオキシドとしては、トリフェニルホスフィンオキシド、トリメチルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド等が挙げられる。
スルホキシドとしては、ジフェニルスルホキシド、ジオクチルスルホキシド等が挙げられる。これらに置換する置換基としては、前述した置換基が例示される。
中でも、特に、アルキル基、アリール基、アルコシキル基、アラルキル基、アリールオキシ基、ハロゲン基等が好ましい。
【0035】
これらのルイス塩基化合物の中でも、ビピリジンやフェナントロリン等のように、分子内に配位する原子、例えば窒素原子等の2個存在する場合は、1つのルイス塩基化合物で2個の補助配位子と同様な働きをさせてもよい。なお、これらのルイス塩基化合物に置換する置換基としては、前述した置換基が例示される。
中でも、特に、アルキル基、アリール基、アルコシキル基、アラルキル基、アリールオキシ基、ハロゲン基等が好ましい。
【0036】
補助配位子として使用するルイス塩基化合物(R6)の具体例(1〜23)を以下に例示する。なお、本実施の形態において使用するルイス塩基化合物は、これらに限定されるものではない。
【0037】
【化4】
【0038】
一般式(2)で表されるユーロピウム錯体の具体例(1〜13)を以下に示す。なお、本実施の形態においてはこれらに限定されるものではない。
【0039】
【化5】
【0040】
次に、一般式(3)で表されるユーロピウム錯体について説明する。一般式(3)におけるアンモニウムイオンとしては、アルキルアミン、アリールアミン、アラルキルイオンから誘導される4級アンモニウム塩が挙げられる。アミンの置換基としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル等のアルキル基;ヒドロキシエチル、メトキシエチル等の置換アルキル基;フェニル、トリル等のアリール基;ベンジル、フェネチル基等のアリールアルキル基等が挙げられる。
【0041】
一般式(3)で表されるユーロピウム錯体の具体例(1〜5)を以下に示す。なお、本実施の形態においてはこれらに限定されるものではない。
【0042】
【化6】
【0043】
希土類イオン錯体のもう一つの化合物である、芳香族基を含む置換基を有するカルボン酸イオンを配位子とする錯体としては、例えば、下記一般式(4)で表されるユーロピウム錯体が挙げられる。
【0044】
【化7】
(R8−(X)n−COO)3Eu(R9)2 (4)
(式中、R8は、置換基を有することがある芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を少なくとも1つ含む基であり、Xは、2価の連結基であり、nは、0又は1であり、R9は、ルイス塩基からなる補助配位子である。)
一般式(4)で表される配位子は、芳香族環を少なくとも1つ含み、π電子を8個以上有し、π電子共役系を構成するカルボン酸イオンを配位子として用いることが、吸収波長域の点から好ましい。又、芳香族環の個数は、カルボン酸イオンの母体化合物の三重項エネルギーが、ユーロピウムイオン励起状態エネルギーレベルよりも高いものであれば特に制限されないが、通常、3環式以下の芳香族又は芳香族複素環を用いることが好ましい。芳香族環の個数が4環以上の場合は、例えば、芳香族環を4環以上有するピレン等の化合物は、第1の発光体からの光を吸収して励起された三重項エネルギーが低くなり、ユーロピウム錯体が発光しなくなるおそれがある。
【0045】
一般式(4)中のR8は、置換基を有することがある3環式以下の芳香族環、又は複素芳香族環から誘導される1価の基であることが好ましい。芳香族環としては、例えば、ベンゼン、ナフタリン、インデン、ビフェニレン、アセナフテン、フルオレン、フェナントレン、テトラリン、インダン、インデン等の芳香族単環式炭化水素又は芳香族縮合多環式炭化水素;ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン等の芳香族炭化水素から誘導される化合物等が挙げられる。複素芳香族環としては、フラン、ピロール、チオフェン、オキサゾール、イソキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピリジン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、クマリン、ベンゾピラン、カルバゾール、キサンテン、キノリン、トリアジン等の芳香族単環式複素環又は芳香族縮合多環式複素環等が挙げられる。
【0046】
また、R8が有することがある置換基としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル等のアルキル基;トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル等のフルオロアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;エチニル基;フェニルエチニル、ピリジルエチニル、チエニルエチニル等のアリールエチニル基;メトキシ、エトキシ等のアルコキシ基;フェニル、ナフチル等のアリール基;ベンジル、フェネチル等のアラルキル基;フェノキシ、ナフトキシ、ビフェニルオキシ等のアリールオキシ基;ヒドロキシル基;アリル基;アセチル、プロピオニル、ベンゾイル、トルオイル、ビフェニルカルボニル等のアシル基;アセトキシ、プロピオニルオキシ、ベンゾイルオキシ等のアシルオキシ基;メトキシカルボニル、エトキシカルボニル等のアルコキシカルボニル基;フェノキシカルボニル等のアリールオキシカルボニル基;カルボキシル基;カルバモイル基;アミノ基;ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、メチルベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、アセチルメチルアミノ等の置換アミノ基;メチルチオ、エチルチオ、フェニルチオ、ベンジルチオ等の置換チオ基;メルカプト基;エチルスルフォニル、フェニルスルフォニル基等の置換スルフォニル基;シアノ基;フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨード等のハロゲン基等が挙げられる。これらの中でも、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シクロアルキル基、シクロアルキル基、アリールオキシ基、アラルキル基、エチニル基、ハロゲン基が好ましい。尚、R8は、これらの置換基に限定するものではない。また、これらの置換基はさらに置換基を有することがある。
【0047】
次に、一般式(4)におけるカルボン酸イオンは、2価の連結基であるXを有さない場合(n=0)と有する場合(n=1)とに分けられる。更に、2価の連結基であるXを有する場合(n=1)、Xは、カルボニル基を有する場合及び有さない場合の2種類の形態に分けられる。このため一般式(4)におけるカルボン酸イオンは、さらに、カルボニル基を有さない下記一般式(5)とカルボニル基を有する一般式(6)とで表される。ユーロピウム錯体は、これらのカルボン酸イオンを配位子とする錯体構造のいずれもが使用することができる。
【0048】
【化8】
【0049】
一般式(5)及び一般式(6)中、R10は、2価の連結基となるものであればよいが、例えば、アルキレン基、環集合炭化水素から誘導される2価の連結基、脂肪族環、芳香族環、複素環から誘導される2価の連結基等が挙げられる。また、一般式(6)中、mは0又は1である。R10の、アルキレン基としては、メチレン、エチレン等が挙げられる。環集合炭化水素としては、ビフェニル、テルフェニル、ビナフチル、シクロヘキシルベンゼン、フェニルナフタレン等が挙げられる。脂肪族環としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、ノルボルナン、ビシクロヘキシル等が挙げられる。芳香族環としては、前述した芳香族環の具体例と同様な化合物が挙げられる。複素環としては、前述した芳香族複素環の他に、ピラゾリン、ピペラジン、イミダゾリジン、モルホリン等の脂肪族複素環が挙げられる。その他、−SCH2−等のチオアルキレン;−OCH2−等のオキシアルキレン;ビニレン(−C=C−)等が挙げられる。尚、R10は、これらの2価の置換基に限定するものではない。また、これらの2価の置換基はさらに置換基を有することがある。
【0050】
一般式(4)におけるカルボン酸イオンが誘導されるカルボン酸の具体例を以下に例示する。なお、本実施の形態において使用するカルボン酸は、これらに限定されるものではない。一般式(4)においてnが0の場合の化合物は、以下のカルボン酸(1〜10)が挙げられる。
【0051】
【化9】
【0052】
次に、一般式(4)においてnが1であり、XがR10である場合(一般式(5))の化合物は、以下のカルボン酸(11〜15)が挙げられる。
【0053】
【化10】
【0054】
次に、一般式(6)において、mが0の場合の化合物は、以下のカルボン酸(16及び17)が挙げられる。
【0055】
【化11】
【0056】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がフェニル基、R10がフェニル基の場合の化合物は、以下のカルボン酸(18〜30)が挙げられる。
【0057】
【化12】
【0058】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がフェニル基、R10がナフチル基の場合の化合物は、以下のカルボン酸(31〜34)が挙げられる。
【0059】
【化13】
【0060】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がフェニル基、R10がその他の基の場合の化合物は、以下のカルボン酸(35〜37)が挙げられる。
【0061】
【化14】
【0062】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がナフチル基、R10が芳香族環の場合の化合物は、以下のカルボン酸(38〜41)が挙げられる。
【0063】
【化15】
【0064】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がナフチル基、R10がその他の基の場合の化合物は、以下のカルボン酸(42〜44)が挙げられる。
【0065】
【化16】
【0066】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がアセナフチル基、R10がフェニル基その他の場合の化合物は、以下のカルボン酸(45〜48)が挙げられる。
【0067】
【化17】
【0068】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がフルオレニル基、R10がフェニル基の場合の化合物は、以下のカルボン酸(49〜55)が挙げられる。
【0069】
【化18】
【0070】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8がフェナントレニル基、R10がフェニル基その他の場合の化合物は、以下のカルボン酸(56〜59)が挙げられる。
【0071】
【化19】
【0072】
一般式(6)において、mが1の場合であって、R8が複素環基、R10がフェニル基の場合の化合物は、以下のカルボン酸(60及び61)が挙げられる。
【0073】
【化20】
【0074】
一般式(4)における配位子としてのカルボン酸イオンが誘導されるカルボン酸は、公知の合成方法により合成することが出来る。合成法については、例えば、新実験化学講座第14巻「有機化合物の合成と反応(II)」第921頁(1977)日本化学会編、又は、第4版実験化学講座第22巻「有機合成IV」第1頁(1992)日本化学会編等に記載されている。代表的な合成法としては、対応する第1アルコールやアルデヒドの酸化反応、エステルやニトリルの加水分解反応、酸無水物によるフリーデル・クラフツ反応等が挙げられる。
【0075】
特に、無水フタル酸、ナフタル酸無水物、無水こはく酸、ジフェン酸無水物、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、2,3−ピリダジンジカルボン酸無水物等のジカルボン酸の環状無水物を用いたフリーデル・クラフツ反応では、分子内にカルボニル基を有するカルボン酸が合成できる。例えば、芳香族炭化水素又は芳香族複素環と無水フタル酸とを用いたフリーデル・クラフツ反応によれば、下記反応式に示すように、ベンゼン環のオルト位にカルボニル基が結合したカルボン酸が容易に合成できる。ベンゼン環のオルト位にカルボニル基が結合したカルボン酸は、パラ位置換体に比べ輝度が高い錯体が得られやすいことから好ましい。尚、式中、Arは、芳香族炭化水素又は芳香族複素環を表す。
【0076】
【化21】
【0077】
一般式(4)におけるルイス塩基からなる補助配位子(R9)としては、前述した一般式(2)におけるルイス塩基からなる補助配位子(R6)と同様な化合物が挙げられる。
また、本発明において発光物質は第2の発光体として、第1の発光体からの350−415nmの光によって励起され、可視光を発生する。上記発光物質は、350−415nmの光の励起によって演色性がよく、かつ、強い発光強度の可視光を発生する。特に、第1の発光体としてのGaN系半導体から発せられる400nm励起光により演色性が高く、かつ輝度が高い蛍光を発することを発見したものである。
【0078】
本発明において、前記蛍光体を照明装置や画像表示装置などの発光装置に好適に用いることができる。光を照射する第1の発光体は、波長350−415nmの光を発生する。好ましくは波長350−415nmの範囲にピーク波長を有する光を発生する発光体を使用する。第1の発光体の具体例としては、発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオード(LD)等を挙げることができる。消費電力が良く少ない点でより好ましくはレーザーダイオードである。その中で、GaN系化合物半導体を使用した、GaN系LEDやLDが好ましい。なぜなら、GaN系LEDやLDは、この領域の光を発するSiC系LED等に比し、発光出力や外部量子効率が格段に大きく、前記蛍光体と組み合わせることによって、非常に低電力で非常に明るい発光が得られるからである。例えば、20mAの電流負荷に対し、通常GaN系はSiC系の100倍以上の発光強度を有する。GaN系LEDやLDにおいては、AlXGaYN発光層、GaN発光層、またはInXGaYN発光層を有しているものが好ましい。GaN系LEDにおいては、それらの中でInXGaYN発光層を有するものが発光強度が非常に強いので、特に好ましく、GaN系LDにおいては、InXGaYN層とGaN層の多重量子井戸構造のものが発光強度が非常に強いので、特に好ましい。なお、上記においてX+Yの値は通常0.8〜1.2の範囲の値である。GaN系LEDにおいて、これら発光層にZnやSiをドープしたものやドーパント無しのものが発光特性を調節する上で好ましいものである。GaN系LEDはこれら発光層、p層、n層、電極、および基板を基本構成要素としたものであり、発光層をn型とp型のAlXGaYN層、GaN層、またはInXGaYN層などでサンドイッチにしたヘテロ構造を有しているものが発光効率が高く、好ましく、さらにヘテロ構造を量子井戸構造にしたものが発光効率がさらに高く、より好ましい。
【0079】
本発明においては、面発光型の発光体、特に面発光型GaN系レーザーダイオードを第1の発光体として使用することは、発光装置全体の発光効率を高めることになるので、特に好ましい。面発光型の発光体とは、膜の面方向に強い発光を有する発光体であり、面発光型GaN系レーザーダイオードにおいては、発光層等の結晶成長を制御し、かつ、反射層等をうまく工夫することにより、発光層の縁方向よりも面方向の発光を強くすることができる。面発光型のものを使用することによって、発光層の縁から発光するタイプに比べ、単位発光量あたりの発光断面積が大きくとれる結果、第2の発光体の蛍光体にその光を照射する場合、同じ光量で照射面積を非常に大きくすることができ、照射効率を良くすることができるので、第2の発光体である蛍光体からより強い発光を得ることができる。
【0080】
第1の発光体として面発光型のものを使用する場合、第2の発光体を膜状とするのが好ましい。その結果、面発光型の発光体からの光は断面積が十分大きいので、第2の発光体をその断面の方向に膜状とすると、第1の発光体からの蛍光体への照射断面積が蛍光体単位量あたり大きくなるので、蛍光体からの発光の強度をより大きくすることができる。
【0081】
また、第1の発光体として面発光型のものを使用し、第2の発光体として膜状のものを用いる場合、第1の発光体の発光面に、直接膜状の第2の発光体を接触させた形状とするのが好ましい。ここでいう接触とは、第1の発光体とと第2の発光体とが空気や気体を介さないでぴたりと接している状態をつくることを言う。その結果、第1の発光体からの光が第2の発光体の膜面で反射されて外にしみ出るという光量損失を避けることができるので、装置全体の発光効率を良くすることができる。
【0082】
第1の発光体からの光や第2の発光体からの光は通常四方八方に向いているが、第2の発光体の蛍光体の粉を樹脂中に分散させると、光が樹脂の外に出る時にその一部が反射されるので、ある程度光の向きを揃えられる。従って、効率の良い向きに光をある程度誘導できるので、第2の発光体として、前記蛍光体の粉を樹脂中へ分散したものを使用するのが好ましい。また、蛍光体を樹脂中に分散させると、第1の発光体からの光の第2の発光体への全照射面積が大きくなるので、第2の発光体からの発光強度を大きくすることができるという利点も有する。この場合に使用できる樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂等各種のものが挙げられるが、蛍光体粉の分散性が良い点で好ましくはエポキシ樹脂である。第2の発光体の粉を樹脂中に分散させる場合、当該第2の発光体の粉と樹脂の全体に対するその粉の重量比は、通常10〜95%、好ましくは20〜90%、さらに好ましくは30〜80%である。蛍光体が多すぎると粉の凝集により発光効率が低下することがあり、少なすぎると今度は樹脂による光の吸収や散乱のため発光効率が低下することがある。
【0083】
本発明が適用される発光装置において使用する第2の発光体である発光物質が、第1の発光体からの光に対して実質的に350nm以下の光から遮蔽されることが好ましく、例えば、▲1▼発光体と発光物質の間に、実質的に350nm以下の紫外光を吸収する紫外線吸収物質を含有する紫外線吸収層を設け、350nm以下の光を遮断する方法、▲2▼350nm以下の波長光を実質的に発光しない、LEDやLDからなる半導体発光体を光源として用いる方法が挙げられる。
【0084】
また、外光からの紫外光に対しては、発光物質と外光との間に紫外線吸収層を設け外光の紫外線を遮断する方法が挙げられる。この場合には、発光物質に対して発光体からの光を遮蔽しないように配置することが必要である。また、外光からの紫外光は、蛍光性錯体以外に共存する樹脂などの有機化合物の光劣化対策も考慮すると、400nm以下の紫外光を遮蔽することが望ましい。
【0085】
本発明が適用される発光装置において、発光体としてLED、LDを使用する場合は、発光体素子の上側に、蛍光性錯体を含有する発光物質を樹脂に混合又は分散させた樹脂組成物による被膜の蛍光体層を形成するか、LED、LDを覆うエポキシ樹脂等の封止樹脂中に蛍光体を混合又は分散させて配置する。前者の場合は、発光物質層の上部に紫外線吸収層を積層するか、発光物質層上部に設けられる封止樹脂中に紫外線吸収物質を含有させることにより、外光からの紫外線を遮断できる。又、後者の場合は、例えば、発光体及び発光物質を内部に備えた封止樹脂体の外側を覆うように、紫外線吸収層を形成する。いずれも、発光物質や樹脂が劣化を受けるおそれがある400nm以下の波長域の外光からの紫外光が遮蔽され、極めて良好な耐光堅牢度を得ることが出来る。
【0086】
さらに、ガラス又は樹脂ガラス等の光透過性材料を用いたランプ型の発光装置の場合、ランプ容器に用いる光透過性材料に紫外線吸収剤を混合する、ランプ容器の外側又は内側に紫外線吸収層を設ける等の紫外線吸収処理を施すことにより、蛍光体に350nm以下、好ましくは400nm以下の波長の紫外線をカットすることが出来る。ランプ型発光装置の場合、さらに、ランプ内部を真空又は不活性ガス置換により低酸素濃度雰囲気にすることで、耐光性は飛躍的に向上させることが可能となる。酸素濃度としては、1000ppm以下、好ましくは100ppm以下、より好ましくは20ppm以下である。
【0087】
本発明の発光装置は、波長変換材料としての前記発光物質と、350−415nmの光を発生する発光素子とから構成されてなり、前記発光物質が発光素子の発する350−415nmの光を吸収して、使用環境によらず演色性が良く、かつ、高強度の可視光を発生させることのできる発光装置であり、バックライト光源、信号機などの発光源、又、カラー液晶ディスプレイ等の画像表示装置や面発光等の照明装置等の光源に適している。
【0088】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
シリカ粒子の分析方法及びアミン処理方法、ならびに蛍光体とした場合の特性評価方法を以下に記す。
1)シリカ粒子の平均ポアサイズ
窒素ガス吸脱着法で測定した等温脱着曲線から、E.P.Barrett,L.G.Joyner,P.H.Haklenda,J.Amer.Chem.Soc.,vol.73,373(1951)に記載のBJH法により算出。
2)シリカ粒子の平均粒子径
HORIBA製粒度分布計LA−920を用いて測定した。
【0089】
3)シリカ粒子のポア体積、比表面積
カンタクローム社製AS−1にてBET窒素吸着等温線を測定し、ポア体積、比表面積を求めた。具体的にはポア体積は相対圧P/P0=0.98のときの値を採用し、比表面積はP/P0=0.1,0.2,0.3の3点の窒素吸着量よりBET多点法を用いて算出した。また、BJH法で細孔分布曲線及び最頻直径(Dmax)における微分細孔容積を求めた。測定する相対圧の各点の間隔は0.025とした。
【0090】
4)シリカ粒子の金属不純物の含有量
シリカ粒子2.5gにフッ酸を加えて加熱し、乾涸させたのち、水を加えて50mlとした。この水溶液を用いてICP発光分析を行った。なお、ナトリウム及びカリウムはフレーム炎光法で分析した。
5)粉末X線回折
理学電機社製RAD−RB装置を用い、CuKαを線源として測定を行った。発散スリット1/2deg、散乱スリット1/2deg、受光スリット0.15mmとした。
【0091】
6)アミン処理
50mlナスフラスコに、アミノプロピルトリエトキシシラン0.15gおよびエタノール10gを仕込み、室温にて15分撹拌後、メソポーラスシリカ3gを添加した。室温にて30時間撹拌後、シリカ粒子を濾別し、エタノールにて充分に洗浄した。得られたシリカ粒子を、50℃にて6時間加熱し、その後、室温にて3日間放置し、硬化を行った。その後、減圧乾燥を行い、表面にアミノプロピル基が導入されたシリカ粒子を得た。−NH2呈色試薬であるニンヒドリンで呈色(アミノ基の存在確認)を確認した。
【0092】
7)蛍光性錯体含有量
蛍光性錯体挿入後の重量増加より算出した。
8)輝度測定
日立の蛍光分光測定装置F−4500を用いた。粉体用ホルダー(日立計測器サービス社製粉末セル(蛍光))に約200mgの粉を詰め、励起波長としては400nmを用い、蛍光輝度は発光ピークの610nmでのピーク強度の値を無機赤色蛍光物質Y2O2S;Euの値を100として示した。
【0093】
(実施例1)
シリカ粒子として、三菱化学製のメソポーラスシリカ(平均ポアサイズ;7nm、平均粒子径;3μm、比表面積;685m2/g、ポア体積;1.0cc/g、)を用いた。シリカ粒子の不純物濃度は、ナトリウム0.2ppm、カリウム0.1ppm、カルシウム0.2ppmで、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムは検出されなかった。また、粉末X線回折測定を行ったところ、粉末X線回折図には結晶性のピークは出現しておらず、また周期的構造による低角度側(2θ≦5deg)のピークも認められなかった。このメソポーラスシリカを上述の通り、アミン処理した。下記構造式で表されるEu錯体(Eu(TTA)3Phen錯体)0.2gをTHF40ccに溶解させ、アミン処理したシリカ粒子1.0gを混合して一昼夜攪拌した。40℃に加温して溶媒を揮散させ、更に、室温で5hr真空脱気して発光物質を得た。
【0094】
Eu錯体の挿入量としては、16.5wt%であり、蛍光分光測定による400nm励起時の発光輝度は無機赤色蛍光物質Y2O2S:Euの値を100として900であった。
【0095】
【化22】
【0096】
(実施例2)
Eu(TTA)3Phen錯体の量を0.4gとしたこと以外は実施例1と同様にして発光物質を得た。Eu錯体の挿入量としては、28.5wt%であり、蛍光分光測定による400nm励起時の発光輝度は無機赤色蛍光物質Y2O2S:Euの値を100として1100であった。
(実施例3)
Eu(TTA)3Phen錯体の量を1.0gとしたこと以外は実施例1と同様にして発光物質を得た。Eu錯体の挿入量としては、50.0wt%であり、蛍光分光測定による400nm励起時の発光輝度は無機赤色蛍光物質Y2O2S:Euの値を100として2100であった。
(実施例4)
Eu(TTA)3Phen錯体の代わりに、下記構造式で表されるEu(DBM)3Phen錯体0.1gを用いたこと以外は実施例1と同様にして発光物質を得た。
【0097】
Eu錯体の挿入量としては、10.0wt%であり、蛍光分光測定による400nm励起時の発光輝度は無機赤色蛍光物質Y2O2S:Euの値を100として1000であった。
【0098】
【化23】
【0099】
(比較例1)
シリカ粒子として、三菱化学製のメソポーラスシリカ(平均ポアサイズ;4nm、平均粒子径;300μm、比表面積;850m2/g、ポア体積;0.88cc/g)を用いた。シリカ粒子の不純物濃度は、ナトリウム0.2ppm、カリウム0.1ppm、カルシウム0.2ppmで、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムは検出されなかった。また、粉末X線回折測定を行ったところ、粉末X線回折図には結晶性のピークは出現しておらず、また周期的構造による低角度側(2θ≦5deg)のピークも認められなかった。このメソポーラスシリカを上述の通り、アミン処理した。Eu(DBM)3Phen錯体0.1gをTHF40ccに溶解させ、アミン処理した上記シリカ粒子1.0gを混合して一昼夜攪拌した。40℃に加温して溶媒を揮散させ、更に、室温で5hr真空脱気して目的物を得た。Eu錯体の挿入量としては、10wt%であり、蛍光分光測定による400nm励起時の発光輝度は無機赤色蛍光物質Y2O2S:Euの値を100として700であった。
【0100】
【発明の効果】
本発明によれば、演色性が高く、かつ発光強度の高い発光物質およびそれを用いた発光装置、照明装置、画像表示装置を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting substance and a light-emitting device using the same, and more specifically, a first light emitter that emits light in a visible light region from 350 to 415 nm by a power source and the ultraviolet light to visible light region. Combined with a second phosphor as a wavelength conversion material that has a phosphor that becomes a luminescent substance that absorbs light and emits visible light having a longer wavelength than that light, color rendering is good regardless of the usage environment and color reproduction. The present invention relates to a light-emitting substance that can generate light having a wide range and high intensity, a light-emitting device using the light-emitting substance, and an illumination device and an image display device using the light-emitting material.
[0002]
[Prior art]
Light emission in which the emission color of LED or LD is converted with phosphor to generate various colors such as white, nonuniformity, color rendering and wide color reproduction range by mixing blue, red and green. A device has been proposed. For example, Japanese Patent Publication No. 49-1221 discloses a laser beam that emits a radiation beam having a wavelength of 300 to 530 nm as a phosphor (Y3-xyCexGdyM5-zGazO12(Y represents Y, Lu, or La, and M represents Al, Al—In, or Al—Sc)), and this is emitted to form a display. Further, in recent years, a white light emitting device configured by combining a gallium nitride (GaN) LED or LD with high luminous efficiency, which has been attracting attention as a blue light emitting semiconductor light emitting element, and a phosphor as a wavelength conversion material. However, it has been proposed as a light-emitting source for lighting devices and image display devices, taking advantage of the feature of low power consumption and long life. Actually, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242513 discloses a light emitting device using this nitride semiconductor LED or LD chip and using yttrium, aluminum, garnet as a phosphor. . Further, in US Pat. No. 6,278,135, in a light emitting device in which a phosphor emits visible light upon receiving ultraviolet light from an LED, BaMg is used as the phosphor.2Al16O27: Eu2+Inorganic phosphors such as are shown.
[0003]
However, so far, the first illuminant such as an LED or the like emits light such as a combination of an yttrium / aluminum / garnet phosphor as disclosed in JP-A-10-242513 as the second illuminant. In the device, it is not possible to increase the light intensity and at the same time enhance the color rendering or widen the color reproduction range, and use the lighting device that uses the light emitting device and the display as a backlight light source. Further improvement is demanded for image display devices.
[0004]
Moreover, the white light in the fluorescent lamp is realized by a combination of fluorescence emitted from three color inorganic phosphors. Inorganic phosphors that emit light efficiently with excitation light near 400 nm emitted from GaN-based LEDs with high efficiency include green phosphors such as ZnS: Cu, Al, and BaMgAl.10O17: Blue phosphors such as Eu have been found. However, an inorganic phosphor that efficiently emits red light has not been developed.2O2Even in the S: Eu phosphor, the emission intensity is insufficient. As a result, when blue, green, and red are combined, high brightness white light cannot be obtained, which hinders practical use of highly efficient white solid state lighting.
[0005]
The red light of the inorganic red phosphor is due to the emission of Eu ions. The same emission spectrum is also observed with Eu complex dyes, and it is known that the emission spectrum width is narrower and the emission intensity is much higher than the fluorescence of ordinary organic dyes. If it can be used as a fluorescent material, a white light source for solid-state illumination should be realized.
[0006]
However, the conventional Eu complex dyes are mainly used for microanalysis, mainly bio-related. Therefore, although research on improving luminance has been actively conducted, the necessity for durability is low, so light resistance is low. Almost no improvement has been made, and known Eu complex dyes cannot be put into practical use as phosphors for illumination.
In addition, to improve durability, the Eu complex dye has a pore size of 4.1 nm and a specific surface area of 600 to 800 m.2There are known examples (QinghongXu, Liansheng Li, Xinsheng Liu, Chemistry of Materials., Vol. 14, pp 549-555, 2002) that are inserted into crystalline silica particles that are / g. It was about 8 wt%, and sufficient luminance was not obtained.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.49-1221
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-242513
[Patent Document 3]
US Pat. No. 6,278,135
[Non-Patent Document 1]
Qinghong Xu, Liansheng Li, Xinsheng Liu, Chemistry of Materials. , Vol. 14, pp 549-555, 2002
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-described prior art, the present invention provides a light emitting material having high emission intensity and high color rendering properties or a wide color reproduction range, a light emitting device using the same, and an illumination device or an image using the same. The object is to obtain a display device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a light-emitting substance containing a fluorescent complex in porous inorganic particles having a specific pore diameter can achieve the above object, and have reached the present invention. Accordingly, the present invention provides a luminescent material comprising a fluorescent complex in porous inorganic particles having an average pore size of 5 to 500 nm, and the luminescent material as a wavelength converting material, and ultraviolet light to visible light. The gist of the present invention is a light emitting device that includes a light emitter that emits light in a range, and an illumination device and an image display device that use the light emitting device as a light source.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a luminescent material containing a fluorescent complex in porous inorganic particles having an average pore size of 5 to 500 nm, a luminescent device using the luminescent material, an illuminating device having the luminescent device, and an image display device It is.
The material of the porous inorganic particles used in the present invention is SiO.2TiO2, Al2O3, ZrO2Inorganic oxides such as these and mixtures thereof can be used, but silica can be preferably used.
[0011]
The porous inorganic particles used in the present invention have an average pore size of 5 to 500 nm, preferably 5 to 100 nm, more preferably 5 to 50 nm. When the average pore size is too small, it tends to be difficult to insert a large amount of the fluorescent complex into the porous inorganic particles. On the other hand, if it is too large, the durability tends to decrease due to the deterioration of the fluorescent complex due to the intrusion of a solvent, moisture or the like. Moreover, when it is going to disperse | distribute a fluorescent complex in resin etc., the fluorescent complex once inserted with the solvent may come out outside.
[0012]
Therefore, in order to keep the fluorescent complex inside the porous inorganic particle, it is preferable that the fluorescent complex is bonded to the porous inorganic particle. For example, when mesoporous silica is used as the porous inorganic particle, the mesoporous silica In order to connect to the inside of the mesopore, it is preferable that an amino group capable of coordinating with a metal ion such as an Eu complex is formed on the surface of the mesoporous silica and the fluorescent complex is bonded to the silica particles.
That is, the surface of mesoporous silica using a silane coupling agent such as aminopropyltriethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminoethyltriethoxysilane, aminoethyltrimethoxysilane, aminobutyltriethoxysilane, aminobutyltrimethoxysilane, etc. In the present invention, porous inorganic particles that have been treated to introduce a functional group such as an aminopropyl group on the surface of the silica particles are preferably employed. Here, the silane coupling agent has a composition formula: (R1) -Si- (R2) (R3) (R4) And R1Is an organic chain containing at least one functional group capable of coordinating to a metal cation such as an amino group or a carboxyl group, and R2, R3, R4Is the composition formula OCH3A methoxy group represented by the formula OCH2CH3An ethoxy group represented by
[0013]
The porous inorganic particles of the present invention have an average particle diameter in the range of 1 to 300 μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm. When it is too small, handling is difficult, and when it is too large, the coated surface becomes uneven when coated, and uniform light emission is difficult to obtain.
Further, when the porous inorganic particles of the present invention are silica particles, the pore volume and the specific surface area are in a range larger than usual, and the pore volume is 0.6 as measured by a nitrogen gas absorption / desorption method. -1.6 ml / g, preferably 0.8-1.6 ml / g. When the pore volume is small, the insertion amount of the fluorescent complex is small and does not satisfy the requirements of the present invention. On the other hand, when the pore volume is too large, moisture or the like easily enters the silica particles, leading to deterioration of the fluorescent complex. The specific surface area is 50m.2/ G or more, preferably 200 m2/ G or more, particularly preferably 300 m2/ G. The upper limit is 800m2/ G or less. When the specific surface area is small, the pores are not sufficiently developed and the amount of insertion of the fluorescent complex is reduced. On the other hand, when the specific surface area is large, the pores are large and moisture is easily adsorbed, which causes deterioration of the fluorescent complex. . These pore volume and specific surface area are measured by the BET method by nitrogen gas adsorption / desorption.
[0014]
Further, in the case of silica particles, from the isothermal desorption curve measured by the nitrogen gas adsorption / desorption method, E.I. P. Barrett, L.M. G. Joyner, P.M. H. Haklenda, J .; Amer. Chem. Soc. , Vol. 73, 373 (1951), the pore distribution curve calculated by the BJH method, that is, the differential nitrogen gas adsorption amount (ΔV / Δ (logd)) with respect to the pore diameter d (nm); The mode diameter (Dmax) on the plot of (volume) is less than 20 nm, and the lower limit is not particularly limited, but is preferably 2 nm or more. This means that the mode diameter (Dmax) of the silica particles used in the present invention is in a range smaller than that of ordinary silica particles.
[0015]
In the silica particles suitably used in the present invention, the volume of pores in the range of ± 20% of the value of the mode diameter (Dmax) is usually 50% or more, preferably 60% or more of the total pore volume. It is preferable that The pore volume in the range of ± 20% of the value of the mode diameter (Dmax) is usually 90% or less of the total pore volume. This means that the silica particles are aligned with pores near the mode diameter (Dmax).
[0016]
In relation to such characteristics, the silica particles generally have a differential pore volume ΔV / Δ (logd) at the mode diameter (Dmax) calculated by the BJH method of generally 2.0 to 20.0 ml / g, particularly It is preferably 5.0 to 12.0 ml / g (in the above formula, d is the pore diameter (nm) and V is the nitrogen gas adsorption volume.
). When the differential pore volume ΔV / Δ (logd) is included in the above range, it can be said that the absolute amount of pores arranged in the vicinity of the mode diameter (Dmax) is extremely large.
[0017]
In addition to the characteristics of the pore structure described above, the silica particles suitably used in the present invention have a characteristic that they are amorphous, that is, no crystalline structure is observed in view of their three-dimensional structure. . This means that when the silica particles are analyzed by X-ray diffraction, substantially no crystalline peak is observed. In the present invention, the non-amorphous silica particles refer to those having at least one crystal structure peak at a position exceeding 6 angstroms (Å Units d-spacing) in the X-ray diffraction pattern. Amorphous silica particles are extremely excellent in water resistance compared to crystalline silica particles.
[0018]
In addition, regarding the structure of the silica particles preferably used in the present invention, a characteristic result can be obtained even by analysis by solid-state Si-NMR. That is, in the solid Si-NMR, the silica particles of the present invention have a molar ratio of “Q4 / Q3” indicating the molar ratio of Si (Q3) bonded with three —OSi and Si (Q4) bonded with four —OSi. The value is usually 1.3 or more, preferably 1.5 or more. Generally, it is said that the greater the value of “Q4 / Q3”, the higher the thermal stability. The value of “Q4 / Q3” is usually 10 or less.
[0019]
In the silica particles used in the present invention, the total content of metal impurities excluding silicon constituting the skeleton of the silica gel and excluding metal atoms constituting the inserted fluorescent complex is usually 500 ppm or less, preferably 100 ppm or less. More preferably, the purity is extremely high, such as 10 ppm or less, and most preferably 1 ppm or less. However, the small influence of impurities in this way exhibits excellent properties such as heat resistance and water resistance in silica particles. As a result, it is one of the major factors for obtaining a high-luminance luminescent material.
[0020]
Silicon alkoxide used as a raw material for silica particles includes trimethoxysilane, tetramethoxysilane, triethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, and other trialkyls having a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Alternatively, tetraalkoxysilane or oligomer thereof may be mentioned, and tetramethoxysilane, tetraethoxysilane and oligomer thereof are preferable. Since the above silicon alkoxide can be easily purified by distillation, it is suitable as a raw material for high-purity silica particles. The total content of metal impurities in the silicon alkoxide is usually preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less. The content of metal impurities can be measured by the same method as the method for measuring impurities in silica particles.
[0021]
The hydrolysis of the silicon alkoxide is usually performed using 2 to 20 mol, preferably 3 to 10 mol, particularly preferably 4 to 8 mol, of water with respect to 1 mol of the silicon alkoxide. Hydrolysis of the silicon alkoxide produces silica hydrogel and alcohol. This hydrolysis reaction is usually from room temperature to about 100 ° C., but it can also be performed at a higher temperature by maintaining the liquid phase under pressure. The reaction time depends on the composition of the reaction solution (type of silicon alkoxide and molar ratio with water) and the reaction temperature, and since the time until gelation varies, it is not generally specified. In addition, hydrolysis can be accelerated | stimulated by adding an acid, an alkali, salts, etc. to a reaction system as a catalyst.
[0022]
In the above silicon alkoxide hydrolysis reaction, the silicon alkoxide is hydrolyzed to produce a silicate. Subsequently, a condensation reaction of the silicate occurs, the viscosity of the reaction solution rises, and finally gelates to form a silica hydrogel. Become. The hydrogel of silica produced by hydrolysis is immediately subjected to hydrothermal treatment without substantially aging. As conditions for this hydrothermal treatment, the state of water may be either liquid or gas, and it may be diluted with a solvent or other gas, but preferably liquid water is used. 0.1 to 10 times by weight, preferably 0.5 to 5 times by weight, particularly preferably 1 to 3 times by weight water is added to the silica hydrogel to form a slurry, usually 40 to 250 ° C., preferably Is carried out at a temperature of 50 to 200 ° C. for usually 0.1 to 100 hours, preferably 1 to 10 hours. The water used for the hydrothermal treatment may contain lower alcohols, methanol, ethanol, propanol and the like.
[0023]
The amount of the fluorescent complex inserted into the porous inorganic particles is 9 wt% or more, preferably 10 wt% or more, and the upper limit is 100 wt% or less, preferably 75 wt% or less. When the insertion amount of the fluorescent complex is small, it is difficult to obtain sufficient luminance. Conversely, even if the amount is too large, the luminance approaches the saturation value as the insertion amount increases, so that luminance corresponding to the insertion amount cannot be obtained. Absent.
[0024]
As the fluorescent complex, a rare earth ion complex-based phosphor is preferably used, and as the rare earth element, elements such as Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb can be used. Eu is preferably used.
The rare earth ion complex-based phosphor is not particularly limited, but among the rare earth ion complexes, a europium complex is preferable as a red phosphor that emits light with high brightness when irradiated with near ultraviolet light, which is difficult with inorganic phosphors. . The rare earth ion complex is preferably a complex having a ligand of an anion of β-diketone having a substituent containing an aromatic ring or a carboxylate ion having a substituent containing an aromatic group.
[0025]
The complex having a β-diketone anion having a substituent containing an aromatic ring as a ligand is represented by any one of the following general formulas (1), (2) and (3), for example. Examples include europium complexes.
[0026]
[Chemical 1]
(R5)3Eu (1)
(R5)3Eu (R6)2 (2)
[(R5)4Eu]−R7 + (3)
[0027]
(In the formulas (1), (2) and (3), R5Is an anion of a β-diketone having a substituent containing an aromatic ring, and R6Is an auxiliary ligand comprising a Lewis base and R7 +Is a quaternary ammonium ion. )
The β-diketone having a substituent containing an aromatic ring in the formulas (1), (2) and (3) preferably has at least one aromatic group, and the aromatic group may be substituted. An aromatic hydrocarbon compound or an aromatic heterocyclic compound that may have a group may be mentioned. Examples of the aromatic hydrocarbon compound include benzene, naphthalene, phenanthrene, and the like. Examples of the aromatic heterocyclic compound include heterocyclic compounds containing oxygen, nitrogen, and sulfur atoms such as furan, thiophene, pyrazoline, pyridine, carbazole, dibenzofuran, and dibenzothiophene.
[0028]
Examples of the substituent of these aromatic hydrocarbon compounds or aromatic heterocyclic compounds include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, and butyl; fluoroalkyl groups such as trifluoromethyl and pentafluoromethyl; methoxy, Alkoxy groups such as ethoxy; aryloxy groups such as benzyl and phenethyl; hydroxyl groups; allyl groups; acyl groups such as acetyl and propionyl; acyloxy groups such as acetoxy, propionyloxy and benzoyloxy; alkoxycarbonyls such as methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl Group; aryloxycarbonyl group such as phenoxycarbonyl; carboxyl group; carbamoyl group; amino group; substituted amino such as dimethylamino, diethylamino, methylbenzylamino, diphenylamino, acetylmethylamino Groups; methylthio, ethylthio, phenylthio, substituted thio group such as benzylthio; a mercapto group; ethylsulfonyl, substituted sulfonyl groups such as phenylsulfonyl; cyano group; fluoro, chloro, bromo, and the like halogen groups iodine and the like. These substituents may be bonded to each other to form a ring.
[0029]
Examples of the substituent other than the aromatic group constituting the β-diketone include the same substituents as those of the aromatic hydrocarbon compound or aromatic heterocyclic compound described above (however, the halogen group is excluded). Specific examples (1 to 19) of β-diketone having a substituent containing an aromatic ring are shown below. Note that the present embodiment is not limited to these.
[0030]
[Chemical formula 2]
[0031]
Specific examples (1 to 7) of the europium complex represented by the general formula (1) are shown below.
Note that the present embodiment is not limited to these.
[0032]
[Chemical Formula 3]
[0033]
Next, the europium complex represented by the general formula (2) will be described. Auxiliary ligand (R) consisting of a Lewis base in the general formula (2)6) Is not particularly limited, but is usually selected from Lewis base compounds having a nitrogen atom or an oxygen atom capable of coordinating with the europium ion. Examples thereof include amines, amine oxides, phosphine oxides, sulfoxides and the like that may have a substituent.
The two Lewis base compounds used as auxiliary ligands may be different from each other, or two compounds may form one compound.
[0034]
Specifically, for example, amines include pyridine, pyrazine, quinoline, isoquinoline, phenanthridine, 2,2'-bipyridine, 1,10-phenanthroline, and the like. Examples of the amine oxide include N-oxides of the above amines such as pyridine-N-oxide and 2,2'-bipyridine-N, N'-dioxide. Examples of the phosphine oxide include triphenylphosphine oxide, trimethylphosphine oxide, and trioctylphosphine oxide.
Examples of the sulfoxide include diphenyl sulfoxide and dioctyl sulfoxide. Examples of the substituent that substitutes for these include the substituents described above.
Among these, an alkyl group, an aryl group, an alkoxyl group, an aralkyl group, an aryloxy group, a halogen group and the like are particularly preferable.
[0035]
Among these Lewis base compounds, when two atoms coordinated in the molecule, such as a nitrogen atom, such as bipyridine and phenanthroline, are present, two auxiliary ligands can be combined with one Lewis base compound. You may do the same work. In addition, as a substituent substituted by these Lewis base compounds, the substituent mentioned above is illustrated.
Among these, an alkyl group, an aryl group, an alkoxyl group, an aralkyl group, an aryloxy group, a halogen group and the like are particularly preferable.
[0036]
Lewis base compounds used as auxiliary ligands (R6Specific examples (1 to 23) of) are exemplified below. Note that the Lewis base compound used in the present embodiment is not limited to these.
[0037]
[Formula 4]
[0038]
Specific examples (1 to 13) of the europium complex represented by the general formula (2) are shown below. Note that the present embodiment is not limited to these.
[0039]
[Chemical formula 5]
[0040]
Next, the europium complex represented by the general formula (3) will be described. Examples of ammonium ions in general formula (3) include quaternary ammonium salts derived from alkylamines, arylamines, and aralkyl ions. Examples of amine substituents include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, hexyl and octyl; substituted alkyl groups such as hydroxyethyl and methoxyethyl; aryl groups such as phenyl and tolyl; arylalkyls such as benzyl and phenethyl groups Groups and the like.
[0041]
Specific examples (1-5) of the europium complex represented by the general formula (3) are shown below. Note that the present embodiment is not limited to these.
[0042]
[Chemical 6]
[0043]
Examples of the complex having a carboxylate ion having a substituent containing an aromatic group, which is another compound of the rare earth ion complex, include a europium complex represented by the following general formula (4). .
[0044]
[Chemical 7]
(R8-(X)n-COO)3Eu (R9)2 (4)
(Wherein R8Is a group containing at least one aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocyclic ring which may have a substituent, X is a divalent linking group, n is 0 or 1, R9Is an auxiliary ligand comprising a Lewis base. )
The ligand represented by the general formula (4) includes at least one aromatic ring, 8 or more π electrons, and a carboxylate ion constituting a π electron conjugated system is used as the ligand. From the point of absorption wavelength range, it is preferable. The number of aromatic rings is not particularly limited as long as the triplet energy of the carboxylate ion base compound is higher than the europium ion excited state energy level. It is preferable to use a group heterocycle. When the number of aromatic rings is 4 or more, for example, a compound such as pyrene having 4 or more aromatic rings has low triplet energy excited by absorbing light from the first light emitter. The europium complex may not emit light.
[0045]
R in the general formula (4)8Is preferably a monovalent group derived from a tricyclic or lower aromatic ring or a heteroaromatic ring which may have a substituent. Examples of the aromatic ring include aromatic monocyclic hydrocarbons or aromatic condensed polycyclic hydrocarbons such as benzene, naphthalene, indene, biphenylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, tetralin, indane, and indene; benzoquinone, naphthoquinone, And compounds derived from aromatic hydrocarbons such as anthraquinone. Heteroaromatic rings include aromatic monocyclic heterocycles or aromatics such as furan, pyrrole, thiophene, oxazole, isoxazole, thiazole, imidazole, pyridine, benzofuran, benzothiophene, coumarin, benzopyran, carbazole, xanthene, quinoline, triazine. Group condensed polycyclic heterocycle and the like.
[0046]
R8Substituents that may have include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, and butyl; fluoroalkyl groups such as trifluoromethyl and pentafluoroethyl; cycloalkyl groups such as cyclohexyl group; ethynyl groups; phenylethynyl, pyridyl Arylethynyl groups such as ethynyl and thienylethynyl; alkoxy groups such as methoxy and ethoxy; aryl groups such as phenyl and naphthyl; aralkyl groups such as benzyl and phenethyl; aryloxy groups such as phenoxy, naphthoxy and biphenyloxy; hydroxyl groups; Groups; acyl groups such as acetyl, propionyl, benzoyl, toluoyl and biphenylcarbonyl; acyloxy groups such as acetoxy, propionyloxy and benzoyloxy; alcohols such as methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl Sicarbonyl group; aryloxycarbonyl group such as phenoxycarbonyl; carboxyl group; carbamoyl group; amino group; substituted amino group such as dimethylamino, diethylamino, methylbenzylamino, diphenylamino, acetylmethylamino; methylthio, ethylthio, phenylthio, benzylthio Substituted thio groups such as: mercapto groups; substituted sulfonyl groups such as ethylsulfonyl and phenylsulfonyl groups; cyano groups; halogen groups such as fluoro, chloro, bromo and iodo. Among these, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, a cycloalkyl group, a cycloalkyl group, an aryloxy group, an aralkyl group, an ethynyl group, and a halogen group are preferable. R8Is not limited to these substituents. Moreover, these substituents may further have a substituent.
[0047]
Next, the carboxylate ion in General formula (4) is divided into the case where it does not have X which is a bivalent coupling group (n = 0), and the case where it has (n = 1). Furthermore, when it has X which is a bivalent coupling group (n = 1), X is divided into two types, when it has a carbonyl group and when it does not. Therefore, the carboxylate ion in the general formula (4) is further represented by the following general formula (5) having no carbonyl group and the general formula (6) having a carbonyl group. As the europium complex, any of complex structures having these carboxylate ions as ligands can be used.
[0048]
[Chemical 8]
[0049]
In general formula (5) and general formula (6), R10Can be any divalent linking group, for example, an alkylene group, a divalent linking group derived from a ring-assembled hydrocarbon, an aliphatic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring. Valent linking groups and the like. In general formula (6), m is 0 or 1. R10Examples of the alkylene group include methylene and ethylene. Examples of the ring assembly hydrocarbon include biphenyl, terphenyl, binaphthyl, cyclohexylbenzene, and phenylnaphthalene. Examples of the aliphatic ring include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, norbornane, bicyclohexyl and the like. Examples of the aromatic ring include the same compounds as the specific examples of the aromatic ring described above. Examples of the heterocyclic ring include aliphatic heterocyclic rings such as pyrazoline, piperazine, imidazolidine, and morpholine in addition to the aromatic heterocyclic ring described above. Other -SCH2Thioalkylene such as -OCH;2-Oxyalkylene such as-; vinylene (-C = C-) and the like. R10Is not limited to these divalent substituents. These divalent substituents may further have a substituent.
[0050]
Specific examples of the carboxylic acid from which the carboxylic acid ion in general formula (4) is derived are illustrated below. In addition, the carboxylic acid used in this Embodiment is not limited to these. The following carboxylic acid (1-10) is mentioned as a compound in case n is 0 in General formula (4).
[0051]
[Chemical 9]
[0052]
Next, in general formula (4), n is 1 and X is R10The following carboxylic acid (11-15) is mentioned as a compound of (Formula (5)).
[0053]
[Chemical Formula 10]
[0054]
Next, in the general formula (6), examples of the compound when m is 0 include the following carboxylic acids (16 and 17).
[0055]
Embedded image
[0056]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a phenyl group, R10Examples of the compound in the case where is a phenyl group include the following carboxylic acids (18 to 30).
[0057]
Embedded image
[0058]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a phenyl group, R10The following carboxylic acid (31-34) is mentioned as a compound in case that is a naphthyl group.
[0059]
Embedded image
[0060]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a phenyl group, R10The following carboxylic acid (35-37) is mentioned as a compound when is other group.
[0061]
Embedded image
[0062]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a naphthyl group, R10The following carboxylic acid (38-41) is mentioned as a compound when is an aromatic ring.
[0063]
Embedded image
[0064]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a naphthyl group, R10The following carboxylic acid (42-44) is mentioned as a compound when is other group.
[0065]
Embedded image
[0066]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is an acenaphthyl group, R10Examples of the compound in the case of a phenyl group include the following carboxylic acids (45 to 48).
[0067]
Embedded image
[0068]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a fluorenyl group, R10The following carboxylic acid (49-55) is mentioned as a compound when is a phenyl group.
[0069]
Embedded image
[0070]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a phenanthrenyl group, R10Examples of the compound in the case of a phenyl group include the following carboxylic acids (56 to 59).
[0071]
Embedded image
[0072]
In the general formula (6), m is 1, and R8Is a heterocyclic group, R10Examples of the compound in which is a phenyl group include the following carboxylic acids (60 and 61).
[0073]
Embedded image
[0074]
The carboxylic acid from which the carboxylate ion as the ligand in the general formula (4) is derived can be synthesized by a known synthesis method. As for the synthesis method, for example, New Experimental Chemistry Course Volume 14 “Synthesis and Reaction of Organic Compounds (II)”, page 921 (1977), edited by The Chemical Society of Japan, or 4th edition Experimental Chemistry Course Volume 22 “Organic Synthesis” IV ", page 1 (1992) edited by the Chemical Society of Japan. Typical examples of the synthesis method include oxidation reaction of the corresponding primary alcohol or aldehyde, hydrolysis reaction of ester or nitrile, Friedel-Crafts reaction with acid anhydride, and the like.
[0075]
In particular, cyclic anhydrides of dicarboxylic acids such as phthalic anhydride, naphthalic anhydride, succinic anhydride, diphenic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic anhydride, 2,3-pyridazine dicarboxylic anhydride were used. In the Friedel-Crafts reaction, a carboxylic acid having a carbonyl group in the molecule can be synthesized. For example, according to the Friedel-Crafts reaction using an aromatic hydrocarbon or aromatic heterocycle and phthalic anhydride, a carboxylic acid having a carbonyl group bonded to the ortho position of the benzene ring is represented by the following reaction formula: Easy to synthesize. A carboxylic acid having a carbonyl group bonded to the ortho position of the benzene ring is preferable because a complex having higher luminance than that of the para-substituted product can be easily obtained. In the formula, Ar represents an aromatic hydrocarbon or an aromatic heterocyclic ring.
[0076]
Embedded image
[0077]
Auxiliary ligand (R) consisting of a Lewis base in the general formula (4)9) As an auxiliary ligand (R) composed of a Lewis base in the general formula (2) described above.6) And the same compounds.
In the present invention, the light-emitting substance is excited as a second light emitter by light of 350 to 415 nm from the first light emitter, and generates visible light. The luminescent material has good color rendering properties and emits visible light having a strong luminescence intensity when excited with light having a wavelength of 350 to 415 nm. In particular, the present inventors have discovered that 400 nm excitation light emitted from a GaN-based semiconductor as the first light emitter emits fluorescence having high color rendering properties and high luminance.
[0078]
In this invention, the said fluorescent substance can be used suitably for light-emitting devices, such as an illuminating device and an image display apparatus. The first light emitter that emits light generates light having a wavelength of 350 to 415 nm. Preferably, a light emitter that generates light having a peak wavelength in the wavelength range of 350 to 415 nm is used. Specific examples of the first light emitter include a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD). A laser diode is more preferable because it consumes less power. Of these, GaN LEDs and LDs using GaN compound semiconductors are preferred. This is because GaN-based LEDs and LDs have significantly higher light emission output and external quantum efficiency than SiC-based LEDs that emit light in this region, and are extremely bright with very low power when combined with the phosphor. This is because light emission can be obtained. For example, for a current load of 20 mA, the GaN system usually has a light emission intensity 100 times or more that of the SiC system. In GaN LED and LD, AlXGaYN light emitting layer, GaN light emitting layer, or InXGaYWhat has N light emitting layer is preferable. Among GaN-based LEDs, InXGaYThose having an N light emitting layer are particularly preferable because the light emission intensity is very strong.XGaYA multi-quantum well structure of an N layer and a GaN layer is particularly preferable because the emission intensity is very strong. In the above, the value of X + Y is usually a value in the range of 0.8 to 1.2. In the GaN-based LED, those in which the light emitting layer is doped with Zn or Si or those without a dopant are preferable for adjusting the light emission characteristics. A GaN-based LED has these light-emitting layer, p-layer, n-layer, electrode, and substrate as basic components, and the light-emitting layer is made of n-type and p-type Al.XGaYN layer, GaN layer, or InXGaYThose having a heterostructure sandwiched between N layers and the like have high luminous efficiency, and those having a heterostructure having a quantum well structure further have high luminous efficiency, and are more preferable.
[0079]
In the present invention, it is particularly preferable to use a surface-emitting type illuminant, particularly a surface-emitting GaN-based laser diode, as the first illuminant because the luminous efficiency of the entire light-emitting device is increased. A surface-emitting type illuminant is an illuminant that emits strong light in the surface direction of a film. In a surface-emitting GaN-based laser diode, the crystal growth of a light-emitting layer or the like is controlled, and a reflective layer or the like is successfully performed. By devising, the light emission in the surface direction can be made stronger than the edge direction of the light emitting layer. When the surface emitting type is used, the light emission cross-sectional area per unit light emission amount can be increased compared to the type that emits light from the edge of the light emitting layer. As a result, the phosphor of the second light emitter is irradiated with the light. Since the irradiation area can be made very large with the same amount of light and the irradiation efficiency can be improved, stronger light emission can be obtained from the phosphor that is the second light emitter.
[0080]
When a surface-emitting type is used as the first light emitter, the second light emitter is preferably a film. As a result, the cross-sectional area of the light from the surface-emitting type light emitter is sufficiently large. Therefore, when the second light emitter is formed into a film in the direction of the cross section, the irradiation cross-section area of the phosphor from the first light emitter is irradiated. Becomes larger per unit amount of phosphor, so that the intensity of light emitted from the phosphor can be further increased.
[0081]
Further, when a surface-emitting type is used as the first light emitter and a film-like one is used as the second light emitter, the second light emitter directly in the form of a film on the light-emitting surface of the first light emitter. It is preferable to have a shape in which is contacted. Contact here means to create a state in which the first light emitter and the second light emitter are in perfect contact with each other without air or gas. As a result, it is possible to avoid a light amount loss in which light from the first light emitter is reflected by the film surface of the second light emitter and oozes out, so that the light emission efficiency of the entire apparatus can be improved.
[0082]
The light from the first illuminant and the light from the second illuminant are usually directed in all directions. However, when the phosphor powder of the second illuminant is dispersed in the resin, the light is out of the resin. A part of the light is reflected when exiting, so the direction of the light can be adjusted to some extent. Accordingly, since light can be guided to a certain degree in an efficient direction, it is preferable to use a phosphor in which the phosphor powder is dispersed in a resin as the second luminous body. Further, when the phosphor is dispersed in the resin, the total irradiation area of the light from the first light emitter to the second light emitter is increased, so that the light emission intensity from the second light emitter can be increased. It also has the advantage of being able to. Examples of resins that can be used in this case include epoxy resins, polyvinyl resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polyester resins, and the like. From the viewpoint of good dispersibility of the phosphor powder, epoxy resins are preferable. It is. When the powder of the second luminous body is dispersed in the resin, the weight ratio of the powder of the second luminous body to the whole of the resin is usually 10 to 95%, preferably 20 to 90%, more preferably. Is 30-80%. If the phosphor is too much, the luminous efficiency may be reduced due to aggregation of the powder, and if it is too little, the luminous efficiency may be lowered due to light absorption or scattering by the resin.
[0083]
It is preferable that the light emitting substance which is the second light emitter used in the light emitting device to which the present invention is applied is shielded from light of substantially 350 nm or less with respect to the light from the first light emitter. (1) A method of providing an ultraviolet absorbing layer containing an ultraviolet absorbing material that substantially absorbs ultraviolet light of 350 nm or less between the luminescent material and the luminescent material, and blocking light of 350 nm or less; (2) 350 nm or less There is a method in which a semiconductor light emitter made of LED or LD that does not substantially emit light of wavelength is used as a light source.
[0084]
For ultraviolet light from external light, a method of blocking an ultraviolet light of external light by providing an ultraviolet absorbing layer between the light emitting substance and the external light can be mentioned. In this case, it is necessary to arrange the light emitting material so as not to shield light from the light emitting material. In addition, it is desirable that ultraviolet light from outside light be shielded from ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less in consideration of measures against light deterioration of organic compounds such as resins coexisting in addition to the fluorescent complex.
[0085]
In the light emitting device to which the present invention is applied, when an LED or LD is used as a light emitter, a film made of a resin composition in which a light emitting substance containing a fluorescent complex is mixed or dispersed in a resin on the upper side of the light emitter element The phosphor layer is formed, or the phosphor is mixed or dispersed in a sealing resin such as an epoxy resin covering the LED and LD. In the former case, ultraviolet rays from external light can be blocked by laminating an ultraviolet absorbing layer on the light emitting material layer or by containing an ultraviolet absorbing material in a sealing resin provided on the light emitting material layer. In the latter case, for example, the ultraviolet absorbing layer is formed so as to cover the outside of the sealing resin body provided with the light emitter and the light emitting substance. In either case, ultraviolet light from outside light in a wavelength region of 400 nm or less where the luminescent material or resin may be deteriorated is shielded, and extremely good light fastness can be obtained.
[0086]
Furthermore, in the case of a lamp-type light emitting device using a light transmissive material such as glass or resin glass, an ultraviolet absorber is mixed with the light transmissive material used for the lamp vessel, and an ultraviolet absorbing layer is provided on the outside or inside of the lamp vessel. By performing ultraviolet absorption treatment such as providing, it is possible to cut ultraviolet rays having a wavelength of 350 nm or less, preferably 400 nm or less. In the case of a lamp-type light emitting device, the light resistance can be dramatically improved by making the inside of the lamp a low oxygen concentration atmosphere by vacuum or inert gas replacement. The oxygen concentration is 1000 ppm or less, preferably 100 ppm or less, more preferably 20 ppm or less.
[0087]
The light-emitting device of the present invention includes the light-emitting substance as a wavelength conversion material and a light-emitting element that emits light of 350 to 415 nm, and the light-emitting substance absorbs light of 350 to 415 nm emitted from the light-emitting element. In addition, it is a light emitting device that has good color rendering properties and can generate high-intensity visible light regardless of the use environment, and a light source such as a backlight light source and a traffic light, and an image display device such as a color liquid crystal display. And suitable for light sources such as lighting devices such as surface emitting.
[0088]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
A method for analyzing silica particles, an amine treatment method, and a method for evaluating characteristics when a phosphor is used are described below.
1) Average pore size of silica particles
From the isothermal desorption curve measured by the nitrogen gas adsorption / desorption method, P. Barrett, L.M. G. Joyner, P.M. H. Haklenda, J .; Amer. Chem. Soc. , Vol. 73, 373 (1951).
2) Average particle diameter of silica particles
It measured using the particle size distribution analyzer LA-920 made from HORIBA.
[0089]
3) Pore volume and specific surface area of silica particles
The BET nitrogen adsorption isotherm was measured with AS-1 manufactured by Cantachrome, and the pore volume and specific surface area were determined. Specifically, the pore volume is relative pressure P / P0= 0.98 is adopted, and the specific surface area is P / P0= Calculated using the BET multipoint method from three points of nitrogen adsorption amounts of 0.1, 0.2, and 0.3. Further, the pore distribution curve and the differential pore volume at the mode diameter (Dmax) were determined by the BJH method. The interval between each point of the relative pressure to be measured was 0.025.
[0090]
4) Content of metal impurities in silica particles
After adding hydrofluoric acid to 2.5 g of silica particles and heating to dryness, water was added to make 50 ml. ICP emission analysis was performed using this aqueous solution. Sodium and potassium were analyzed by flame flame light method.
5) Powder X-ray diffraction
Using a RAD-RB apparatus manufactured by Rigaku Corporation, measurement was performed using CuKα as a radiation source. The divergence slit was ½ deg, the scattering slit was ½ deg, and the light receiving slit was 0.15 mm.
[0091]
6) Amine treatment
A 50 ml eggplant flask was charged with 0.15 g of aminopropyltriethoxysilane and 10 g of ethanol, stirred at room temperature for 15 minutes, and then added with 3 g of mesoporous silica. After stirring at room temperature for 30 hours, the silica particles were filtered off and washed thoroughly with ethanol. The obtained silica particles were heated at 50 ° C. for 6 hours and then allowed to stand at room temperature for 3 days for curing. Thereafter, drying under reduced pressure was performed to obtain silica particles having aminopropyl groups introduced on the surface. -NH2Coloration (confirmation of the presence of amino groups) was confirmed with ninhydrin as a color reagent.
[0092]
7) Fluorescent complex content
It calculated from the weight increase after fluorescent complex insertion.
8) Luminance measurement
Hitachi's fluorescence spectrometer F-4500 was used. Approximately 200 mg of powder is packed in a powder holder (Hitachi Instrument Service Co., Ltd. powder cell (fluorescence)), the excitation wavelength is 400 nm, the fluorescence intensity is the peak intensity value at 610 nm of the emission peak, and the inorganic red fluorescence Substance Y2O2S: The value of Eu is shown as 100.
[0093]
Example 1
As silica particles, mesoporous silica manufactured by Mitsubishi Chemical (average pore size: 7 nm, average particle size: 3 μm, specific surface area: 685 m)2/ G, pore volume; 1.0 cc / g). The impurity concentration of the silica particles was 0.2 ppm sodium, 0.1 ppm potassium, 0.2 ppm calcium, and magnesium, aluminum, titanium, and zirconium were not detected. Further, when powder X-ray diffraction measurement was performed, no crystalline peak appeared in the powder X-ray diffraction pattern, and no peak on the low angle side (2θ ≦ 5 deg) due to the periodic structure was observed. . This mesoporous silica was amine-treated as described above. Eu complex represented by the following structural formula (Eu (TTA)3Phen complex) 0.2 g was dissolved in 40 cc of THF, and 1.0 g of amine-treated silica particles were mixed and stirred overnight. The solvent was stripped by heating to 40 ° C., followed by vacuum degassing at room temperature for 5 hr to obtain a luminescent material.
[0094]
The insertion amount of the Eu complex is 16.5 wt%, and the emission luminance upon excitation at 400 nm by fluorescence spectroscopy is an inorganic red fluorescent substance Y2O2S: The value of Eu was set to 100, which was 900.
[0095]
Embedded image
[0096]
(Example 2)
Eu (TTA)3A luminescent material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the Phen complex was 0.4 g. The insertion amount of the Eu complex is 28.5 wt%, and the emission luminance upon excitation at 400 nm by fluorescence spectroscopy is an inorganic red fluorescent substance Y2O2The value of S: Eu was 1100, taken as 100.
(Example 3)
Eu (TTA)3A luminescent material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the Phen complex was 1.0 g. The insertion amount of the Eu complex is 50.0 wt%, and the emission luminance upon excitation at 400 nm by fluorescence spectroscopy is an inorganic red fluorescent substance Y2O2The value of S: Eu was 100, which was 2100.
Example 4
Eu (TTA)3Eu (DBM) represented by the following structural formula instead of the Phen complex3A luminescent material was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.1 g of Phen complex was used.
[0097]
The insertion amount of the Eu complex is 10.0 wt%, and the emission luminance upon excitation at 400 nm by fluorescence spectroscopy is an inorganic red fluorescent substance Y2O2S: The value of Eu was set to 100 and was 1000.
[0098]
Embedded image
[0099]
(Comparative Example 1)
As silica particles, mesoporous silica manufactured by Mitsubishi Chemical (average pore size: 4 nm, average particle size: 300 μm, specific surface area: 850 m)2/ G, pore volume; 0.88 cc / g). The impurity concentration of the silica particles was 0.2 ppm sodium, 0.1 ppm potassium, 0.2 ppm calcium, and magnesium, aluminum, titanium, and zirconium were not detected. Further, when powder X-ray diffraction measurement was performed, no crystalline peak appeared in the powder X-ray diffraction pattern, and no peak on the low angle side (2θ ≦ 5 deg) due to the periodic structure was observed. . This mesoporous silica was amine-treated as described above. Eu (DBM)3Phen complex (0.1 g) was dissolved in 40 cc of THF, and 1.0 g of the amine-treated silica particles were mixed and stirred overnight. The solvent was evaporated by heating to 40 ° C., and vacuum degassing was further performed at room temperature for 5 hours to obtain the desired product. The insertion amount of the Eu complex is 10 wt%, and the emission luminance upon excitation at 400 nm by fluorescence spectroscopy is an inorganic red fluorescent substance Y2O2S: The value of Eu was set to 100, which was 700.
[0100]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a light-emitting substance having high color rendering properties and high emission intensity, and a light-emitting device, a lighting device, and an image display device using the same.
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