ЛЮМИНОФОР ДЛЯ СВЕТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ Российский патент 2010 года по МПК C09K11/77 C09K11/80 H05B33/14 

Описание патента на изобретение RU2396302C1

Изобретение относится к фотолюминофорам, служащим для преобразования излучения синих светодиодов в желто-красную область спектра с целью получения результирующего белого света. В частности, к легированному церием люминофору на основе иттрий-алюминиевого граната, используемому в двухкомпонентных светодиодных источниках освещения.

Известен приготовленный золь-гель методом люминофор состава (Lu1-xCex)3Al5O12, где х=0,003-0,015 (H.-L.Li, X.-J.Liu, L.-P.Huang. "Luminescent properties of LuAG:Ce phosphors with different Ce contents prepared by a sol-gel combustion method". Optical Materials (2007), vol.29, p.1138-1142). Недостатками известного люминофора являются относительно коротковолновое положение полосы люминесценции (длина волны, соответствующая ее максимуму, λmax≈505 нм) и небольшая полуширина этой полосы (Δλ≈80 нм, Δν≈2900 см-1). Эти недостатки не позволяют получить от двухкомпонентного источника освещения, состоящего из синего светодиода (λ≈450 нм) и известного люминофора, результирующий «теплый» белый свет.

Известен желтый люминофор состава (Gd1-xTbx)3(Ga1-yQy)2Al3Oz:aCe3+, bB3+, где Q - один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из Si, Al и Sc; 0≤x≤0,1; 0<y<0,5; z=12, когда y=0 либо Q - один или более элементов, выбранных из группы Si, Al и Sc, или 12+y, когда Q=Si; a=1-10 мол.% (Gd, Tb); и b=0,5-4 моля на 1 моль состава среды-хозяина ("Yellow Phosphor and White Light Emitting Device Comprising it". WO 2007/018345 A1, 15.02.2007, МПК: C09K 11/80). Основным недостатком известного люминофора является относительно коротковолновое положение полосы люминесценции (λmax≈540 нм) и соответственно невысокая доля квантов, излучаемых в желто-красной области спектра, что не позволяет получить от двухкомпонентного источника освещения результирующий «теплый» белый свет.

Известен желтый люминофор состава Ca1-xAlSi4N7:Eux, где 0,001<x≤0,15 ("Yellow Light-Emitting Phosphor, White Light-Emitting Device Using the Same and Lighting Unit Using the Same", JP 2007169428, 05.07.2007, МПК: C09K 11/64; C09K 11/08; H01L 33/00; C09K 11/64; C09K 11/08; H01L 33/00). Основным недостатком известного люминофора является невысокая полуширина полосы люминесценции: Δλ≈80 нм, Δν≈2450 см-1, что не позволяет получить от двухкомпонентного источника освещения результирующий белый свет с высоким коэффициентом цветопередачи.

Наиболее близким к заявляемому люминофору по технической сущности является люминофор для световых источников состава (Tb1-x-yRExCey)3(Al,Ga)5O12, где RE=Y, Gd, La и/или Lu; 0≤x≤0,5-y; 0<y<0,1 ("Phosphor for Light Sources and Associated Light Source". US Patent 7063807 B2, 20.06.2006. МПК: H05B 33/14, 33/00). Недостатками прототипа являются относительно коротковолновое положение максимума полосы его люминесценции (λmax≈550-575 нм), невысокое значение полуширины этой полосы (λ≈117-129 нм) и высокие температура и длительность синтеза (T=1450-1550°C и t=6 часов). Эти недостатки ограничивают возможности получения от двухкомпонентного источника освещения результирующего «теплого» белого света с высоким индексом цветопередачи, являются причиной высокой энергозатратности синтеза и не позволяют получать высокодисперсный люминофор.

Задачей предлагаемого изобретения является создание высокодисперсного люминофора с положением максимума полосы люминесценции при λ≈590 нм и снижение температуры и длительности его синтеза. Использование такого люминофора в двухкомпонентном источнике освещения с синим светодиодом позволит получить результирующий «теплый» белый свет с высоким индексом цветопередачи, повысить равномерность светорассеяния и снизить энергозатратность синтеза.

Для решения поставленной задачи люминофор для световых источников, содержащий алюминий, иттрий, церий, лютеций и кислород, содержит эти компоненты при следующем соотношении: (Y1-xCex)3Al5O12 и (5-60 мас.% сверх 100%) (Lu1-yCey)2O3, где x=0.005-0,1; y=0,01-0,1.

Предлагаемый люминофор получали следующим образом.

Водные 0,1М растворы азотнокислых солей иттрия и алюминия смешивали в соответствии со стехиометрией, добавляли навеску Ce(NO3)3 в необходимом соотношении к замещаемому иону Y3+ и медленно осаждали аммиаком при постоянном перемешивании до рН=7.5-8. Полученный осадок промывали дистиллированной водой до рН-7,0 и к нему добавляли в виде водной суспензии высокодисперсный Lu2O3, активированный ионами Се3+. Полученную смесь перемешивали, отделяли осадок центрифугированием, высушивали и термообрабатывали первоначально на воздухе при T≈900°C в течение 2,5 часов, а затем в восстановительных условиях при T≈1000°C в течение 1 часа.

Использование коллоидно-химического способа получения предлагаемого люминофора обеспечивает высокую однородность и малые размеры формирующихся частиц (подавляющая доля этих частиц имеет размер примерно 80 нм), что позволяет значительно снизить температуру и длительность термообработки по сравнению с прототипом.

Уменьшение в предлагаемом люминофоре концентрации (Lu1-yCey)2O3 ниже заявляемой не обеспечивает существенного увеличения в спектре люминесценции доли «красных» квантов по сравнению с (Y1-xCex)3Al5O12, а увеличение этой концентрации сверх заявляемой ведет к значительному снижению квантового выхода люминесценции. Уменьшение концентрации Ce ниже заявляемой нецелесообразно из-за низкой интенсивности люминесценции, а ее увеличение выше заявляемой - из-за ослабления люминесценции в результате концентрационного тушения.

Составы предлагаемого люминофора, полуширина полосы люминесценции (Δλ) и длина волны (λmax), соответствующая максимуму этой полосы, приведены в таблице.

Таблица № образ-ца Состав Δλэф, нм λmax, нм 1 (Y0,95Ce0,05)3Al5O12+(5 мас.% сверх 100%) (Lu0,95Ce0,05)2О3 135 583 2 (Y0,95Ce0,05)3Al5O12+(10 мас.% сверх 100%) (Lu0,95Ce0,05)2О3 140 590 3 (Y0,95Ce0,05)3Al5O12+(50 мас.% сверх 100%) (Lu0,95Ce0,05)2О3 140 590 4 (Y0,995Ce0,005)3Al5O12+(50 мас.% сверх 100%) (Lu0,99Ce0,01)2О3 140 590 5 (Y0,9Ce0,1)3Al5O12+(60 мас.% сверх 100%) (Lu0,9Ce0,1)2О3 143 593 6 Прототип 117-129 550-575

На чертеже изображены нормированные к максимальной интенсивности «квантовые» спектры люминесценции (кривая 1) и ее возбуждения (кривая 2) образца 3.

Видно, что предлагаемый люминофор по сравнению с прототипом имеет более широкую полосу люминесценции и более длинноволновое положение ее максимума. Кроме того, размер его зерен составляет примерно 80 нм, а синтез осуществляется при значительно более низких температурах термообработки и с меньшей продолжительностью последней.

Эти преимущества предлагаемого люминофора при использовании его в двухкомпонентном источнике освещения с синим светодиодом позволят получить результирующий «теплый» белый свет с более высоким индексом цветопередачи и повысить равномерность светорассеяния. Малый размер зерен люминофора позволяет снизить энергозатратность синтеза, а при прессовании получать более плотные слои. Кроме того, использование предлагаемого люминофора в тонкослойных экранных покрытиях позволит существенно увеличить их разрешающую способность.

Похожие патенты RU2396302C1

название год авторы номер документа
Способ получения люминесцентного материала желтого и зеленого цвета свечения для создания результирующего белого света в светодиодах 2017
  • Кичук Станислав Николаевич
  • Михитарьян Борис Валерьевич
RU2643988C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СОЗДАНИЯ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕГО БЕЛОГО СВЕТА В СВЕТОДИОДАХ 2013
  • Кичук Станислав Николаевич
  • Михитарьян Борис Валерьевич
RU2553868C2
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ БЕЛОГО СВЕТА 2009
  • Вишняков Анатолий Васильевич
  • Соколов Дмитрий Юрьевич
RU2474009C2
Люминесцентный материал и способ его получения 2022
  • Кузнецова Юлия Викторовна
  • Попов Иван Денисович
RU2787608C1
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ БЕЛОГО СВЕТА 2012
  • Вишняков Анатолий Васильевич
  • Чанг Яаохуи
  • Вишнякова Екатерина Анатольевна
RU2506301C2
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ БЕЛОГО СВЕТА (ВАРИАНТЫ) 2010
  • Вишняков Анатолий Васильевич
  • Чанг Яаохуи
  • Вишнякова Екатерина Анатольевна
RU2456327C2
Способ получения люминесцентной керамики, содержащей фазу YAG:Ce, для источников белого света 2023
  • Тарала Виталий Алексеевич
  • Вакалов Дмитрий Сергеевич
  • Лапин Вячеслав Анатольевич
  • Медяник Евгений Викторович
  • Воробьев Вячеслав Иванович
  • Миронов Сергей Владимирович
  • Бражко Екатерина Александровна
RU2808387C1
ФОТОЛЮМИНОФОРЫ ДЛЯ КОРОТКОВОЛНОВЫХ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ (СИД) 2004
  • Личманова Валентина Николаевна
  • Сощин Наум Петрович
  • Большухин Владимир Александрович
  • Кириллов Евгений Александрович
RU2315078C2
Красный люминофор для составных светодиодов белого света на основе поликристаллов фторидобората и способ его получения 2023
  • Беккер Татьяна Борисовна
  • Рядун Алексей Андреевич
  • Давыдов Алексей Владимирович
RU2807809C1
СПОСОБ ТВЁРДОФАЗНОГО СИНТЕЗА ЛЮМИНОФОРОВ БЕЛОГО СВЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ГРАНАТОВ 2015
  • Мандрик Егор Михайлович
  • Галашов Евгений Николаевич
  • Юсуф Алексей Александрович
RU2582699C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 396 302 C1

Реферат патента 2010 года ЛЮМИНОФОР ДЛЯ СВЕТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ

Изобретение относится к фотолюминофорам, предназначенным для преобразования излучения синих светодиодов в желто-красную область спектра с целью получения результирующего белого света, в частности к легированному церием люминофору на основе иттрий-алюминиевого граната, используемому в двухкомпонентных светодиодных источниках освещения. Описывается люминофор для световых источников, содержащий алюминий, иттрий, церий, лютеций и кислород при следующем соотношении: (Y1-xCex)3Al5O12 и 5-60 мас.% сверх 100% (Lu1-yCey)2О3, где х=0,005-0,1; y=0,01-0,1. Изобретение обеспечивает создание высокодисперсного люминофора с положением максимума полосы люминесценции при λ=590 нм при снижении температуры и длительности его синтеза. Использование такого люминофора в двухкомпонентном источнике освещения с синим светодиодом позволяет получить результирующий «теплый» белый свет с высоким индексом цветопередачи, повысить равномерность светорассеяния и снизить затраты энергии при синтезе. 1 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 396 302 C1

Люминофор для световых источников, содержащий алюминий, иттрий, церий, лютеций и кислород, отличающийся тем, что содержит эти компоненты при следующем соотношении:
(Y1-хСех)3Al5O12 и
5-60 мас.% сверх 100% (Lu1-yCey)2O3,
где х=0,005-0,1; y=0,01-0,1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2396302C1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ЗНАКОВОГО ИНДИКАТОРА С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ЦВЕТОМ СВЕЧЕНИЯ 1991
  • Куприянов В.Д.
  • Степанова Н.А.
  • Цветкова М.Н.
  • Синельников Б.М.
RU2012949C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИДИМОГО СВЕТА И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ИСТОЧНИКИ НА ЕГО ОСНОВЕ (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Грузинцев Александр Николаевич
  • Никифорова Татьяна Владимировна
RU2313157C1
ИСТОЧНИК СВЕТА СО СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ 2001
  • Таш Стефан
  • Пахлер Петер
  • Рот Гундула
  • Тевс Вальтер
  • Кемпферт Вольфганг
  • Штарик Детлеф
RU2251761C2
СТАБИЛЬНЫЙ ФОТОЛЮМИНОФОР С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕМ 2001
  • Азаров А.Д.
  • Большухин В.А.
  • Левонович Б.Н.
  • Личманова В.Н.
RU2217467C2
US 2005145868 A1, 07.07.2005
JP 2007169428 А, 05.07.2007
WO 2007018345 A1, 15.02.2007.

RU 2 396 302 C1

Авторы

Малашкевич Георгий Ефимович

Шевченко Гвидона Петровна

Коржик Михаил Васильевич

Даты

2010-08-10Публикация

2009-01-11Подача