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: (Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂ и 5-60 мас.% сверх 100% (Lu_1-yCe_y)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.

 

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 (Lu_1-xCe_x)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, λ_max≈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 (Gd_1-xTb_x)₃(Ga_1-yQ_y)₂Al₃O_z: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 (λ_max≈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 Ca_1-xAlSi₄N₇:Eu_x, 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 (Tb_1-x-yRE_xCe_y)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 (λ_max≈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: (Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂ и (5-60 мас.% сверх 100%) (Lu_1-yCe_y)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 (Lu_1-yCe_y)₂O₃ ниже заявляемой не обеспечивает существенного увеличения в спектре люминесценции доли «красных» квантов по сравнению с (Y_1-xCe_x)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 (λ_max), 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.

Люминофор для световых источников, содержащий алюминий, иттрий, церий, лютеций и кислород, отличающийся тем, что содержит эти компоненты при следующем соотношении:
(Y_1-хСе_х)₃Al₅O₁₂ и
5-60 мас.% сверх 100% (Lu_1-yCe_y)₂O₃,
где х=0,005-0,1; y=0,01-0,1.