ЛЮМИНОФОР ДЛЯ СВЕТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
LUMINOPHOR FOR LIGHT SOURCES

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.
1-x
x
3
5
12
max
-1
Известен приготовленный золь-гель методом люминофор состава (LuCe)AlO, 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, λ≈505 нм) и небольшая полуширина этой полосы (Δλ≈80 нм, Δν≈2900 см). Эти недостатки не позволяют получить от двухкомпонентного источника освещения, состоящего из синего светодиода (λ≈450 нм) и известного люминофора, результирующий «теплый» белый свет.
1-x
x
3
1-y
y
2
3
z
max
3+
3+
Известен желтый люминофор состава (GdTb)(GaQ)AlO:aCe, bB, 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 (λ≈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.
1-x
4
7
x
-1
Известен желтый люминофор состава CaAlSiN:Eu, 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, что не позволяет получить от двухкомпонентного источника освещения результирующий белый свет с высоким коэффициентом цветопередачи.
1-x-y
x
y
3
5
12
max
Наиболее близким к заявляемому люминофору по технической сущности является люминофор для световых источников состава (TbRECe)(Al,Ga)O, 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 (λ≈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.
1-x
x
3
5
12
1-y
y
2
3
Для решения поставленной задачи люминофор для световых источников, содержащий алюминий, иттрий, церий, лютеций и кислород, содержит эти компоненты при следующем соотношении: (YCe)AlO и (5-60 мас.% сверх 100%) (LuCe)O, где x=0.005-0,1; y=0,01-0,1.
Предлагаемый люминофор получали следующим образом.
3
3
2
3
3+
3+
Водные 0,1М растворы азотнокислых солей иттрия и алюминия смешивали в соответствии со стехиометрией, добавляли навеску Ce(NO) в необходимом соотношении к замещаемому иону Y 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 LuO, активированный ионами Се. 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.
1-y
y
2
3
1-x
x
3
5
12
Уменьшение в предлагаемом люминофоре концентрации (LuCe)O ниже заявляемой не обеспечивает существенного увеличения в спектре люминесценции доли «красных» квантов по сравнению с (YCe)AlO, 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.
max
Составы предлагаемого люминофора, полуширина полосы люминесценции (Δλ) и длина волны (λ), соответствующая максимуму этой полосы, приведены в таблице.
Таблица
№ образ-ца
Состав
Δλ<sub>эф</sub>, нм
λ<sub>max</sub>, нм
1
(Y<sub>0,95</sub>Ce<sub>0,05</sub>)<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub>+(5 мас.% сверх 100%) (Lu<sub>0,95</sub>Ce<sub>0,05</sub>)<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
135
583
2
(Y<sub>0,95</sub>Ce<sub>0,05</sub>)<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub>+(10 мас.% сверх 100%) (Lu<sub>0,95</sub>Ce<sub>0,05</sub>)<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
140
590
3
(Y<sub>0,95</sub>Ce<sub>0,05</sub>)<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub>+(50 мас.% сверх 100%) (Lu<sub>0,95</sub>Ce<sub>0,05</sub>)<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
140
590
4
(Y<sub>0,995</sub>Ce<sub>0,005</sub>)<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub>+(50 мас.% сверх 100%) (Lu<sub>0,99</sub>Ce<sub>0,01</sub>)<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
140
590
5
(Y<sub>0,9</sub>Ce<sub>0,1</sub>)<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub>+(60 мас.% сверх 100%) (Lu<sub>0,9</sub>Ce<sub>0,1</sub>)<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
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.