СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИДИМОГО СВЕТА И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ИСТОЧНИКИ НА ЕГО ОСНОВЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК H01L33/00 

Изобретение относится к области светотехники, а именно приборов, предназначенных для излучения света в видимом диапазоне, и может быть использовано как в приборах индикации, так и освещения.

Источники света существуют в самых разных формах выполнения и размерах. При этом, например, лампы накаливания известны как источники света, у которых, как правило, вольфрамовую проволоку посредством джоулева тепла нагревают до максимально высокой температуры. При этом создается тепловое излучение. Светоотдача раскаленных проволок резко возрастает с повышением температуры. Помимо этого, известны также так называемые нетепловые источники излучения, такие как разрядные лампы в виде газосветных, ртутных, натриевых или металлогалогенных разрядных ламп в выполнении с высоким или низким давлением. (RU №2260226 МПК7 Н01К 1/4, опубл. 2003.11.10).

Недостаток всех известных до сих пор работающих от электричества типов источников света в том, что они очень неэффективны в отношении преобразования электрической мощности в видимый световой поток. Наибольшей долей израсходованной электрической мощности является неэкономичная мощность потерь в виде преимущественно тепла.

В настоящее время в указанной области техники наибольшее применение получили неорганические светодиоды, отличающиеся, среди прочего, длительным сроком службы, незначительной занимаемой площадью, нечувствительностью к тряске и излучением в узкой полосе спектра. Однако в светодиодах при помощи присущего им излучения полупроводникового материала очень неэффективно реализовать многочисленные цвета излучения в широком диапазоне излучения. Поэтому наиболее яркие светодиодные источники света с широким белым цветом свечения содержат преобразующий люминофор, переизлучающий узкую коротковолновую полосу свечения светодиода в более широкий длинноволновый спектр от 500 нм до 650 нм.

Известен способ создания белого света в котором светодиод, излучающий в ультрафиолетовой (УФ) или синей области спектра от 420 до 470 нм, комбинируется со смесью люминофоров, состоящей не менее чем из двух люминофоров, излучающих с различными спектрами. Применяемая смесь люминофоров всегда содержит в себе один красный компонент и один зеленый компонент. В этом случае благодаря смешению этих цветов с синим излучением возникает белый свет. Люминесцентный источник света на его основе содержит в себе светодиод, излучающий исключительно синий свет, или лазерный диод, который взаимодействует со смесью люминофоров (WO 0033390, МПК С09К 11/07, опубл. 2006.06.08).

Однако светодиод, излучающий исключительно синий свет, изготавливается на основе твердых растворов AlGaN и имеет в настоящее время недостаточную мощность излучения (менее 300 миллиВатт) из-за малой проводимости области р-типа проводимости. Возникающие при прохождении через нее тока тепловые потери обуславливают разогрев светодиода до 200°С, его малый коэффициент полезного действия (менее 5%) и малую яркость свечения (не более 40 люмен/Ватт).

Наиболее чувствительным для человеческого глаза для целей освещения и индикации в видимом диапазоне излучения является зеленый свет. До настоящего времени выпускали светодиоды зеленого цвета свечения на основе эпитаксиальных структур твердых растворов фосфида галлия без преобразующего люминофора (Semiconductor Physics, Quantum electronics and optoelectronics, 2003, v.6, №4, p.499-504).

Однако наиболее яркие светодиоды зеленого диапазона имеют оптическую мощность менее 200 миллиВатт.

Известны способ создания белого света и люминесцентный источник на его основе со светоизлучающим полупроводниковым элементом УФ (WO 0033389, МПК Н01L 33/00, опубл. 2006.06.08), в которых для преобразования излучения в видимую область спектра в качестве люминофора применяют Ва₂SiO₄:Eu²⁺.

Однако максимум излучения люминофора Ba₂SiO₄:Eu²⁺приходится примерно на 505 нм, так что с помощью такой комбинации нельзя надежно создать источник излучения в видимом диапазоне.

Наиболее близким способом создания белого света, принятым за прототип, является способ, включающий облучение антистоксового люминофора инфракрасным излучением, причем люминофор выбирают из группы активированных трехвалентными эрбием и иттербием оксосульфидов иттрия, а в качестве источника инфракрасного излучения выбирают излучение титан-сапфирового лазера (возбуждение при 921 нм) (А.Н.Георгобиани и др. "Инфракрасная люминесценция соединений Y₂O₂S:Er³⁺и Y₂O₃:Er³⁺", журнал "Неорганические материалы", 40 (2004), стр.963-968).

Однако эффективность преобразования составила около 2%.

Известен принятый за прототип люминесцентный источник видимого света, содержащий светодиод и, по меньшей мере, один стоксовый люминофор. Причем светодиод испускает синее и/или ультрафиолетовое излучение, а люминофор представляет собой активированный двухвалентным европием ортосиликат щелочно-земельного металла, излучение которого испускается в желто-зеленой, желтой или оранжевой области спектра (RU, 2251761, МПК Н01L, опубл 2005.05.10).

Однако использование светодиода для испускания синего и/или ультрафиолетового излучения не позволяет получать оптическую мощность более 300 миллиВатт, что необходимо для целей освещения и индикации.

Предлагаемое изобретение решает задачу преобразования инфракрасного излучения в видимый диапазон с большой выходной оптической мощностью и высоким коэффициентом полезного действия.

Техническим результатом при этом являются разработка способа и устройств на его основе для получения света в диапазоне от желто-зеленого, желтого до оранжево-желтого цвета оптической мощностью вплоть до 10 ватт и коэффициентом полезного действия вплоть до 20%.

Поставленная задача достигается за счет разработки способа получения видимого света, включающего облучение антистоксового люминофора инфракрасным излучением, новизна которого заключается в том, что облучение осуществляют излучением в спектральном диапазоне 940-1030 нм, а в качестве антистоксового люминофора берут неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения.

В настоящей заявке под термином «антистоксовый люминофор» понимается люминофор, преобразующий длинноволновое инфракрасное излучение в более коротковолновое видимое излучение.

В качестве неорганического материала можно брать активированный трехвалентными эрбием и иттербием оксосульфид иттрия одного из нижеследующих составов или смеси из этих составов:

а)

где

0,01<х<0,05; 0,005<у<0,05; х≥у; х+у<0,1

0,5<а<1,5;

b)

где

0,01<х<0,05; 0,01<у<0,05; х<у; х+у<0,1

0,5<а<1,5;

В качестве неорганического материала можно также брать активированный трехвалентными эрбием и иттербием оксид иттрия одного из нижеследующих составов или смеси из этих составов:

a)

где

0,01<х<0,05; 0,005<у<0,05; х≥у; х+у<0,1

b)

где

0,01<х<0,05; 0,01<у<0,05; х<у; х+у<0,1

При этом ионы эрбия, меньшие по размерам, чем ионы иттрия, способствуют смещению максимума излучения в более коротковолновую область, в то время как более крупные ионы иттербия являются центрами поглощения инфракрасного излучения светодиода. Кроме того, было установлено, что для кристалличности, излучающей способности и особенно для стабильности люминофоров, согласно данному изобретению, предпочтительно, дополнительное отклонение по сере или кислороду от стехиометрического состава.

Кроме того, при осуществлении способа может быть использован по крайней мере один, дополнительный люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем, или дисиликата щелочно-земельного магния: Eu²⁺Mn²⁺, с формулой (V)

где

0,005<х<0,5; 0,005<у<0,5

и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,

или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)

где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si).

Таким способом можно точно установить оттенок белого цвета, требуемый для соответствующего случая применения, и, в частности, можно получить значения Ra (показатель близости координаты цветности к белому цвету) больше 60.

Оптимальный результат получают при облучении выше описанных люминофоров излучением в спектральном диапазоне 960 нм.

Другим аспектом изобретения является люминесцентный источник видимого света на основе предлагаемого способа, содержащий лампу накаливания. Новизна предлагаемого источника заключается в том, что он дополнительно содержит антистоксовый люминофор, содержащий, по крайней мере, один неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения, причем спектральный диапазон лампы накаливания включает диапазон 940-1030 нм.

В качестве люминофора берут, по крайней мере, одно из соединений формулы (I), (II), (III) или (IV).

Люминофор может быть размешан в стекле стеклянной колбы лампы накаливания или нанесен на внешнюю или на внутреннюю часть стеклянной колбы лампы накаливания.

Для увеличения светового потока, излучаемого лампой на нижнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания, может быть нанесен отражающий слой-рефлектор, и тогда люминофор может быть нанесен на рефлектор и/или диспергирован на верхней части стеклянной колбы лампы, размещенной над рефлектором

Лампа накаливания может содержать дополнительный люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем, или дисиликата щелочно-земельного магния: Eu²⁺, Mn²⁺, с формулой (V)

где

0,005<х<0,5; 0,005<у<0,5

и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,

или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)

где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si),

причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной, или размещен относительно основного друг за другом в направлении распространения света.

Еще одним аспектом изобретения является люминесцентный источник видимого света на основе предлагаемого способа, содержащий светодиод и, по меньшей мере, один люминофор, в котором новым является то, что в качестве светодиода используют светодиод, содержащий светодиодный чип из арсенида галлия, а в качестве люминофора берут антистоксовый люминофор, содержащий, по крайней мере, один неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения.

Известно (В.П.Гапонцев, В.П.Минаев, В.И.Савин, И.Э.Самарцев. «Медицинские аппараты на основе мощных полупроводниковых лазеров». Квантовая электроника, 2002, №11, с.1003-1006), что из всего многообразия электролюминесцентных диодов наибольшей эффективностью и яркостью свечения обладают светодиоды ИК диапазона на основе эпитаксиальных структур из арсенида галлия. Это объясняется развитой и более простой технологией получения легированных слоев высокой электронной и дырочной проводимостью из этого материала, по сравнению с более широкозонными полупроводниками зеленого (фосфид галлия) и синего (нитрид галлия) диапазонов спектра. Самый эффективный и мощный светодиод на сегодняшний день сделан именно на основе арсенида галлия и имеет максимум излучения 960 нм в ИК области с оптической мощностью 30 Ватт.

Комбинирование его с подобранными в результате испытания предлагаемого нами способа люминофорами формулы (I), (II), (III) или (IV) позволяет получить источник видимого света с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.

Источник дополнительно может содержать рефлектор, при этом один или несколько светодиодных чипов размещены на печатной плате внутри рефлектора, а люминофор нанесен на рефлектор и/или диспергирован на световом диске, размещенном над рефлектором.

Предпочтительно залить светодиодные чипы прозрачной заливочной массой. Эта заливочная масса образует, с одной стороны, механическую защиту; с другой стороны, она улучшает также оптические свойства (повышение выхода света из светодиодного кристалла).

В качестве заливочной массы оптимальней использовать кремний-неорганический лак.

Люминесцентный источник света может дополнительно содержать полимерную линзу, по возможности без газовых включений, причем лучше, если полимерная линза и заливочная масса имеют показатели преломления, отличающиеся не более чем на 0,1, а люминофор диспергирован в заливочной массе, которая связывает микросборку светодиодных чипов на печатной плате. Благодаря похожим показателям преломления на поверхностях раздела почти нет потерь из-за отражения.

Для уменьшения высоты механической сборки полимерная линза может иметь выемку сферической или эллиптической формы, заполненную заливочной массой, так что светодиодная микросборка закреплена на незначительном расстоянии от полимерной линзы.

Люминофор при этом может быть суспендирован в полимерной линзе.

Люминесцентный источник света может содержать дополнительный люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем, или из группы дисиликатов щелочно-земельного магния: Eu²⁺, Mn²⁺, с формулой (V)

где

0,005<х<0,5; 0,005<у<0,5

и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,

или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)

где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si), причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной люминофор, или размещен относительно основного последовательно друг за другом в направлении распространения света..

Для того чтобы добиться равномерного распределения люминофора, целесообразно люминофор суспендировать предпочтительно в неорганической матрице. При применении, по меньшей мере, двух люминофоров целесообразно отдельно суспендировать в матрицах, по меньшей мере, два люминофора, расположенных друг за другом в направлении распространения света. Благодаря этому можно снизить концентрацию люминофоров по сравнению с гомогенной дисперсией различных люминофоров.

Дальнейшие преимущества изобретения поясняются ниже при помощи примеров осуществления изобретения и чертежей.

На фиг.1-2 представлены варианты люминесцентного источника видимого света на основе предлагаемого способа, содержащего лампу накаливания.

Данный источник состоит из вольфрамовой нити накаливания 1, закрепленной в цоколе 2, внутри стеклянной колбы 3. На фиг.2 на нижнюю часть стеклянной колбы нанесен рефлектор 4. Он служит для увеличения светового потока, излучаемого лампой.

На фиг.3-4 представлены варианты люминесцентного источника видимого света на основе предлагаемого способа, содержащего светодиод, а на фиг.5-8 показаны спектры (относительная интенсивность I в зависимости от длины волны) различных светодиодных источников света согласно данному изобретению.

Данные источники состоят из светодиодных чипов 1 из арсенида галлия, размещенных на печатной плате 2. Для изготовления источников освещения целесообразно вместо отдельных светодиодов применять матрицы светодиодов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения формирование цвета осуществляется на матрице светодиодов 1' (см. фиг.4), у которой светодиодные кристаллы 1 собираются непосредственно на печатной плате 2, залитые прозрачной заливочной массой 3, с одной стороны, для защиты светодиодных кристаллов и, с другой стороны, для обеспечения улучшенного вывода света, созданного в светодиоде. Эта заливочная масса 3 может содержать в себе каждый кристалл по отдельности или может представлять собой общую форму для всех кристаллов. На фиг.3 печатная плата 2 вставляется в рефлектор 4, или рефлектор накладывается поверх светодиодных кристаллов 1. На рефлекторе 4 устанавливается световой диск 5. Он служит, с одной стороны, для защиты микросборки; с другой стороны, в этот световой диск можно вводить люминофоры 6.

При работе такого источника инфракрасное излучение от светодиодных чипов 1, проходящее через световой диск 5, при прохождении частично преобразуется люминофором 6 во вторую спектральную область, так что в целом получается свечение зеленого цвета. Потери вследствие эффектов волноводов, возникающих в плоскопараллельных пластинах, уменьшаются благодаря свойствам непрозрачности и рассеяния диска 5. Далее, рефлектор 4 обеспечивает попадание на световой диск 5 только что предварительно направленного света, так что эффекты полного отражения сразу ослабляются.

На фиг.4 печатная плата 2 приклеивается при помощи заливочной массы (3) (например, эпоксида) к прозрачной полимерной линзе 7, которая состоит из другого материала (например, РММА (полиметилметакрилат)). Материалы полимерной линзы 7 и заливочной массы 3 выбираются так, чтобы их показатели преломления были как можно более близкими, т.е. согласованными по фазе. Заливочная масса 3 находится в выемке максимально сферической или эллипсоидальной формы полимерной линзы 7. Форма выемки имеет значение постольку, поскольку в заливочной массе 3 диспергирован материал для абконверсии цвета. Поэтому посредством придания формы можно обеспечить создание цветов излучения, независимых от угла. В качестве альтернативы этому матрицу можно сначала залить прозрачной заливочной массой, а затем приклеить к полимерной линзе при помощи заливочной массы, которая содержит в себе материал для конверсии цвета. Можно также нанести люминофор на полимерную линзу 7.

При работе такого источника инфракрасное излучение от светодиодных чипов 1 проходит через заливочную массу 3 и световой диск 5 с растворенным в нем антистоксовым люминофором 6. В люминофоре инфракрасное излучение преобразуется в видимое с энергетической эффективностью около 50%.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения формирование цвета осуществляется следующим образом:

- инфракрасное излучение имеет длину волны 960 нм;

- антистоксовый люминофор состава Y_1.9O₂S: Er_0.05, Yb_0.05 диспергирован в слое кремний-неорганического лака «Цапон» в объемном соотношении 1:1;

- ионы иттербия поглощают инфракрасные фотоны и передают энергию ионам эрбия, где происходит суммирование энергии ИК фотонов и излучение фотонов зеленого и красного цвета с длинами волн 555 нм и 670 нм (фиг.5).

Для изготовления белых светодиодов с особо хорошим цветовоспроизведением, в которых используются, по меньшей мере, два различных люминофора, целесообразно диспергировать их не вместе в матрице, а диспергировать и наносить по отдельности. Это особенно относится к комбинациям, в которых окончательный цвет света создается в результате многоступенчатого процесса формирования цвета. Это значит, что цвет самого длинноволнового излучения генерируется в процессе излучения, который протекает следующим образом: поглощение излучения светодиода первым люминофором - излучение первого люминофора - поглощение излучения первого люминофора вторым люминофором и излучение второго люминофора. Особенно предпочтительно для процесса такого рода размещать отдельные материалы друг за другом в направлении распространения света, поскольку благодаря этому можно снизить концентрацию материалов по сравнению с гомогенной дисперсией различных материалов.

Данное изобретение не ограничивается описанными примерами. Люминофоры можно было бы также вводить в полимерную линзу (или другую оптику). Можно также размещать люминофор непосредственно поверх светодиодного кристалла или на поверхности прозрачной заливочной массы (фиг.3). Люминофор можно также вводить в матрицу вместе с рассеивающими частицами. Благодаря этому предотвращается осаждение частиц в матрице и обеспечивается равномерный выход света.

На фиг.5 показан спектр излучения зеленого светодиода, который возник в результате комбинации инфракрасного светодиода АЛ123А, излучающего при напряжении 1.5 В в первой спектральной области с центральной длиной волны 940 нм, и люминофора формулы (I) согласно данному изобретению, имеющего состав Y_1.9O₂S: Er_0.05, Yb_0.05, излучающего во второй спектральной области с максимумом 556 нм. Видно также наличие в видимой области спектра электролюминесценции узких пиков с максимумами при 550 нм и 670 нм, а также инфракрасного свечения 980 нм.

На фиг.6 приведены спектры возбуждения видимых полос свечения 550 нм (а), 556 нм (в) и 670 нм (с) люминофора формулы (I) согласно данному изобретению, имеющего состав Y_1.9O₂S:Er_0.05, Yb_0.05, в инфракрасной области спектра свечения (d) инфракрасного светодиода АЛ123А.

На фиг.7. представлены типичные спектры электролюминесценции полупроводникового источника света (с использованием люминесцентного материала формулы (I), имеющего состав Y_1.9O₂S:Er_0.05, Yb_0.05) при разных уровнях возбуждения. Питание полупроводникового источника осуществляется прямоугольными импульсами от генератора Г5-15, длительность импульса - 10 мкс, период следования импульсов - 100 мкс. Напряжение в импульсе 1.5 В (а), 2.0 В (в). При питании постоянным током спектральная зависимость излучения близка к указанным спектрам. Электролюминесцентный источник света имеет трехполосный спектр излучения в видимой области с характерными полосами при 550, 556 и 670 нм и более длинноволновой широкой полосой 980 нм.

На фиг.8 представлены примеры комбинации светодиода, излучающего на длине волны 940 нм, с одним люминофором на основе оксосульфида иттрия согласно данному изобретению. Если для преобразования цвета применяется люминофор, излучающий более зеленый свет 550 нм, с составом Y_1.9 O_1.5 S_1.5:Er_0.05, Yb_0.05 (а), то можно установить цвет более зеленого света, в то время как при применении люминофора с составом Yi_1.9 O₂S:Er_0.06, Yb_0.04 можно изготовить источник более желтого света (556 нм) с очень малой интенсивностью красной полосы 670 нм (в). Увеличение доли иттербия в составе люминофора Y_1.9 O₂S:Er_0.04, Yb_0.06 (с) приводит к росту интенсивности красной полосы 670 нм в видимой области спектра источника света.

Пример 1. Способ приготовления люминофоров.

Для изготовления люминофоров на основе оксосульфидов иттрия соответственно выбранному составу тщательно смешиваются в стехиометрических количествах исходные вещества - оксид иттрия, оксид эрбия, а также оксид иттербия, которые в ходе твердофазной реакции, обычной для изготовления светящихся красок, в восстановительной атмосфере сероводорода при температурах в диапазоне от 1100°С до 1400°С превращаются в требуемый люминофор. В заявленном изобретении можно также заменить часть оксидов сульфидами путем добавки соединений названных элементов в соответствующих стехиометрии количествах, которые можно подвергнуть термическому синтезу в инертной атмосфере. Подобным образом можно добиться встраивания незначительных количеств ионов редкоземельных металлов в соответствующую кристаллическую решетку.

Полученные люминофоры на основе оксосульфидов иттрия согласно данному изобретению излучают на длинах волн, примерно, 980 нм, 660 нм и 550 нм и имеют несколько узких линий с полушириной пика до 10 нм (фиг.5).

Благодаря соответствующим параметрам реакции и благодаря определенным изменениям концентраций серы и кислорода, гранулометрический состав люминофоров согласно данному изобретению можно оптимально приспособить к требованиям соответствующего применения, не используя причиняющие повреждения процессы механического измельчения. Таким способом можно установить все узко- и широкополосные гранулометрические составы со средними размерами зерен d₅₀ примерно от 2 мкм до 20 мкм.

Пример 2. Способ получения видимого света зеленого свечения.

В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (I) Y_1.90 O_1.5 S_1.5:Er_0.05, Yb_0.05, спектральная полоса поглощения которого 940-1020 нм (фиг.6) близка к спектральной полосе максимума ИК-излучения 1100 нм лампы накаливания. Люминофор предварительно был размешан в стекле стеклянной колбы лампы накаливания. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 3. Способ получения видимого света желтого свечения.

В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (II) Y_1.9 O₂ S:Er_0.04, Yb_0.06, спектральная полоса поглощения (фиг.6) которого 940-1020 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. Люминофор наносят на внешнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 4. Способ получения видимого света зеленого свечения.

В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (III) Y_1.91O₃: Er_0.05, Yb_0.04, спектральная полоса поглощения (фиг.6) которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. Люминофор наносят на внутреннюю часть стеклянной колбы лампы накаливания. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 5. Способ получения видимого света желтого свечения.

В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y_1.91O₃: Er_0.04, Yb_0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм (фиг.6) близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. На нижнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.2) и люминофор наносят на рефлектор. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 6. Способ получения видимого света желтого свечения.

В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y_1.91 O₃: Er_0.04, Yb_0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм (фиг.6) близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. На нижнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.2) и люминофор диспергируют на верхнюю часть стеклянной колбы лампы, размещенную над рефлектором. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 7. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 6, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем Са_0.95 Al₂O₄:Eu_0.05.

Причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 8. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 6, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет Y_1.94O₂S: Eu_0.03, Bi_0.03. Причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 9. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 6, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы дисиликата щелочно-земельного магния: Eu²⁺, Mn²⁺, с формулой (V) Са_2.94MgSi₂O₈:Eu_0.03, Mn_0.03, причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.

Пример 10. Способ получения видимого света зеленого свечения

В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм (фиг.5). В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (I) Y_1.9 O_1.5 S_1.5: Er_0.05, Yb_0.05, спектральная полоса поглощения которого 940-1020 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода. Люминофор предварительно был диспергирован в заливочной массе светодиода. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.

Пример 11. Способ получения видимого света желтого свечения.

В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон (фиг.6) которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (II) Y_1.9 O₂ S: Er_0.04, Yb_0.06, спектральная полоса поглощения которого 940-1020 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода (фиг.6). Люминофор предварительно был диспергирован в заливочной массе светодиода. При включении светодиода(напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.

Пример 12. Способ получения видимого света зеленого свечения.

В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (III) Y_1.91 O₃:Er_0.05, Yb_0.04, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода (фиг.6). Люминофор предварительно был диспергирован в заливочной массе светодиода. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.

Пример 13. Способ получения видимого света желтого свечения.

В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y_1.91 O₃: Er_0.04, Yb_0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода. На нижнюю часть светодиода наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.3) и люминофор наносят на рефлектор. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%. При этом рефлектор увеличивает яркость в направлении вперед.

Пример 14. Способ получения видимого света желтого свечения

В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y_1.91O₃: Er_0.04, Yb_0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода. На нижнюю часть светодиода наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.3) и люминофор диспергируют в световом диске, размещенном над рефлектором. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.

Пример 15. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 14, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем Са_0.95 Al₂O₄:Eu_0.05.

Причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая более красное видимое свечение.

Пример 16. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 14, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы тройных соединений легированных европием и висмутом с формулой (VI)

YVO₄: Eu, Bi, Y₂O₂S: Eu, Bi,

Пример 17. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 16, только в качестве дополнительного люминофора формулы (VI) берут YPO₄: Eu, Bi, Y₂O₂S: Eu, Bi.

Пример 18. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 16, только в качестве дополнительного люминофора формулы (VI) берут YSiO₄: Eu, Bi, Y₂O₂S: Eu, Bi. Причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая более красное видимое свечение.

Пример 19. Способ получения видимого света оранжевого свечения.

То же, что в примере 14, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы дисиликата щелочно-земельного магния: Eu²⁺, Mn²⁺, с формулой (V) Са_2.94MgSi₂O₈:Eu_0.03, Mn_0.03, причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении светодиода часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая более красное видимое свечение.

Пример 20. Способ получения видимого света зеленого свечения

То же, что в примере 10, только дополнительно источник света содержит полимерную линзу, по возможности без газовых включений (фиг.4). Причем полимерная линза и заливочная масса имеют показатели преломления, отличающиеся не более чем на 0,1, а люминофор диспергирован в заливочной массе.

Пример 21. Способ получения видимого света зеленого свечения.

Все как в примере 20, только полимерная линза имеет выемку сферической или эллиптической формы, заполненную заливочной массой так, что светодиодная микросборка закреплена на незначительном расстоянии от полимерной линзы, а люминофор суспендирован в полимерной линзе.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемые нами способ получения видимого света и источники света на его основе позволяют получать мощные и компактные источники видимого света с низким рабочим напряжением (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт), увеличенной яркости и с высоким коэффициентом полезного действия 20%.

Способ получения видимого света включает облучение антистоксового люминофора инфракрасным излучением. Облучение осуществляют излучением в спектральном диапазоне 940-1030 нм, а в качестве антистоксового люминофора берут неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения. Также предложены два варианта люминесцентного источника видимого света на основе предлагаемого способа, содержащие различные источники ИК света и соответствующий люминофор. Изобретение решает задачу преобразования инфракрасного излучения в видимый диапазон: от желто-зеленого, желтого до оранжево-желтого цвета с большой выходной оптической мощностью вплоть до 10 ватт и высоким коэффициентом полезного действия вплоть до 20%. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ получения видимого света, включающий облучение антистоксового люминофора инфракрасным излучением, отличающийся тем, что облучение осуществляют излучением в спектральном диапазоне 940-1030 нм, а в качестве антистоксового люминофора берут, по крайней мере, один неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического материала берут активированный трехвалентными эрбием и иттербием оксосульфид иттрия формулы

(I) или (II) или смеси из этих составов:

где 0,01<х<0,05; 0,005<у<0,05; х≥у; х+у<0,1,

0,5<а<1,5;

b)

где

0,01<х<0,05; 0,01<у<0,05; х<у; х+у<0,1; 0,5<а<1,5.

a)

где 0,01<х<0,05; 0,005<у<0,05; х≥у; х+у<0,1

b)

где 0,01<х<0,05; 0,01<у<0,05; х<у; х+у<0,1.

где 0,005<х<0,5; 0,005<у<0,5

и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,

или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)

Y(Me)О₄: Eu, Bi, Y₂O₂S: Eu, Bi,

где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si), причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной люминофор.

где 0,005<х<0,5; 0,005<у<0,5

и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,

или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)

Y(Me)O₄: Eu, Bi, Y₂O₂S: Eu, Bi,

где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si),

причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной люминофор, или размещен относительно основного друг за другом в направлении распространения света.

где 0,005<х<0,5; 0,005<у<0,5

и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,

или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)

Y(Me)О₄: Eu, Bi, Y₂O₂S: Eu, Bi,

где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si),

причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной люминофор, или размещен относительно основного друг за другом в направлении распространения света.