Монокристаллический люминофорный материал для светодиодов белого света



Монокристаллический люминофорный материал для светодиодов белого света
Монокристаллический люминофорный материал для светодиодов белого света

 


Владельцы патента RU 2533709:

Общество с ограниченной ответственностью "Минерал" (RU)

Изобретение относится к области люминофорных материалов, а именно к монокристаллическому люминофорному материалу для светодиодов белого света. Материал представляет собой твердый раствор оксида алюминия и иттрий-алюминиевого граната с церием и имеет состав, соответствующий формуле Y3-xCexAl5+yO12+1.5y, где x=0,02-0,05, y=0,17-3,97. Техническим результатом изобретения является увеличение интенсивности фотолюминесценции люминофорного материала в сочетании с высокой стабильностью эксплуатации его в меняющихся климатических условиях. 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области люминофорных материалов, которые обладают способностью люминесцировать при воздействии на них излучения ртутно-кварцевой лампы (или другими источниками излучения) и могут быть использованы в светодиодах белого света.

Широко известны люминофоры для светодиодов белого света, материалом которых является иттрий-алюминиевый гранат с церием (YAG:Ce). Это эпитаксиальные пленки и порошки, реже - прозрачные керамики («Фотолюминофоры на основе YAG, активированные Се+3, в светодиодах белого света» Меркушев О.М., Ведерникова Л.Г. Санкт-Петербургский государственный технологический институт). Эти материалы, помимо сложности и дороговизны их получения, работают в достаточно узких интервалах температур и климатических условиях и имеют ограничения на срок службы - световой поток может упасть вдвое спустя нескольких тысяч часов работы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются люминофоры на основе флуоресцирующего материала - иттрий- алюминиевого граната, активируемого церием (YAG:Ce) с различным составом, включая иттрий и алюминий и сохраняя при этом стехиометрию иттрий-алюминиевого граната (Патент США №5998925, МПК: H01J 1/62, H01J 63/04, 1997 г.). Однако известный люминофорный материал обладает недостаточной интенсивностью фотолюминесценции с ограничением работы в определенных климатических условиях, что значительно сужает область применения светодиодов белого света.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение интенсивности фотолюминесценции люминофорного материала в сочетании с высокой стабильностью эксплуатации его в меняющихся климатических условиях.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что монокристаллический люминофорный материал для светодиодов белого света, включающий иттрий - алюминиевый гранат, активированный церием, представляет собой твердый раствор оксида алюминия и иттрий -алюминиевого граната с церием и имеет состав, соответствующий формуле

Y3-xCexAl5+yO12+1,5y,

где x=0,02-0,05,

y=0,17-3,97.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что люминофорный материал представляет собой твердый раствор оксида алюминия и иттрий-алюминиевого граната с церием и имеет состав, соответствующий формуле

Y3-xCexAl5+yO12+1,5y

где x=0,02-0,05,

y=0,17-3,97.

Следует отметить, что основной вклад в увеличение интенсивности фотолюминесценции вносит увеличение содержания в составе твердого раствора оксида алюминия, и даже при одном и том же количестве церия интенсивность фотолюминесценции существенно возрастает.

Указанные свойства люминофорного материала связаны с тем, что высокая концентрация оксида алюминия по сравнению с иттрий- алюминиевым гранатом, активированным церием способствует образованию в расплаве церийсодержащих нанокластеров алюминия, что приводит к увеличению коэффициента концентрации церия и равномерности его распределения в кристаллической матрице твердого раствора.

Оптимальный состав твердого раствора определен эмпирически, при y=0 фотолюминесценция не превышает 45000 отн. ед., при y>3.99 люминесценция практически не наблюдается, так как твердый раствор по составу приближается к эвтектике. Максимальная интенсивность фотолюминесценции наблюдается при у=2,9, и этот состав твердого раствора следует считать оптимальным.

Пример 1. Для получения твердого раствора состава Y2,95Ce0.05Al5O12 (y=0) приготовлена смесь из порошкообразных оксидов общим весом 1200 г состава: Y2O3 - 674,87 г; CeO2 - 8,76 г; Al2O3 - 516,47 г. После перемешивания смесь помещалась в молибденовый тигель, который устанавливали в тепловой узел с вольфрамовым нагревателем промышленной установки «Сапфир2МГ». Расплавление и последующую кристаллизацию смеси проводили методом направленной кристаллизации в вакууме при скорости протяжки тигля через зону нагрева 4 мм/час. После завершения цикла материал извлекается из тигля. Он желтого цвета, прозрачен, не содержит посторонних фаз. Из образца полученного материала снят спектр фотолюминесценции при возбуждении ртутно-кварцевой лампой. Интенсивность фотолюминесценции не превышала 45000 отн. ед. с пиком эмиссии на длине волны 540 нм (рис.1).

Пример 2. Для получения твердого раствора состава Y2,98Ce0,02Al8O16, (y=2,9) приготовлено 1200 г смеси из порошкообразных оксидов состава: Y2O3 - 541,2 г, CeO2 - 2,76 г, Al2O3 - 654,04 г. Смесь перемешивали, насыпали в молибденовый тигель, который помещали в тепловой узел с нагревателем из вольфрама установки «Сапфир 2МГ». Расплавление и направленную кристаллизацию смеси вели в вакууме при скорости протяжки контейнера 4 мм/час. Получен материал ярко-желтого цвета, прозрачный, без включений. Снятый с полученного материала при его облучении ртутно-кварцевой лампой спектр фотолюминесценции имел интенсивность 100000 отн. ед. на длине волны 540 нм (рис.2).

Пример 3. Для получения твердого раствора состава Y2,98Ce0,02Al8,99O18 (y=4) приготовлена смесь порошкообразных оксидов весом 1200 г: Y2O3 - 502,92 г, CeO2 - 6,48 г, Al2O3 - 690,6 г. Молибденовый контейнер со смесью поместили в установку «Сапфир 2МГ». Плавление и последующую кристаллизацию вели в вакууме при скорости протяжки контейнера 4 мм/час. Получен непрозрачный материал, слабо люминесцирующий в области 380 нм.

Из приведенных примеров очевидна возможность получения твердого раствора оксида алюминия и иттрий-алюминиевого граната с церием.

Использование предлагаемого люминофорного материала дает возможность увеличить в два раза интенсивность фотолюминесценции в сочетании с высокой стабильностью ее в меняющихся климатических условиях, что позволяет существенно расширить область применения светодиодов белого света.

Монокристаллический люминофорный материал для светодиодов белого света, включающий иттрий-алюминиевый гранат, активированный церием, отличающийся тем, что он представляет собой твердый раствор оксида алюминия и иттрий-алюминиевого граната с церием и имеет состав, соответствующий формуле
Y3-xCexAl5+yO12+1.5y,
где x=0,02-0,05,
y=0,17-3,97.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области светотехники и, в частности, к люминесцирующим материалам, используемым в твердотельных источниках белого света. Согласно изобретению предложен композиционный люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света, которые содержат светодиод, излучающий в области 430-480 нм, а также смесь, по крайней мере, двух люминофоров, первый из которых имеет желто-оранжевое свечение в области (560-630 нм), а второй взят из группы алюминатов щелочноземельных металлов, активированных европием.

Изобретение относится к способу формирования люминесцентного керамического преобразователя и к люминесцентному керамическому преобразователю, полученному таким способом.
Изобретение относится к получению люминесцентных композитных покрытий, обладающих высокой адгезией к гидрофильным и гидрофобным поверхностям субстратов различной химической природы.

Изобретение относится к комплексным соединениям лантапоидов, в частности к новому соединению трис[1-(4-(4-пропилциклогексил)фенил)декан-1,3-дионо]-[1,10-фенантролин]европия формулы которое может быть использовано в качестве люминесцентного материала.

Изобретение относится к люминесцентным в видимой области спектра комплексным соединениям лантаноидов с органическими лигандами, применяемым в электролюминесцентных устройствах, средствах защиты ценных бумаг и документов от фальсификации и др.

Изобретение относится к фосфоресцирующим люминофорам, в частности к бесцветным при дневном освещении люминофорам, находящим применение в средствах защиты ценных бумаг и документов от фальсификации, а также в качестве излучающих веществ в электролюминесцентных устройствах.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для нанесения ультратонких люминесцентных покрытий и для получения маркеров. .

Изобретение относится к металл-полимерному комплексу европия (Eu3+) и (со)поли-(метилметакрилат)-(1-метакрилоил-2-(2-пиридил)-4-карбоксихинолил) гидразина общей формулы ,где n:m:k=80-95,5:20-3,9:0-0,6 мол.%, ММ от 17000 до 24000 Да, Lig - низкомолекулярный лиганд из ряда, включающего дибензоилметан, теноилтрифторацетон, с содержанием ионов Eu3+ от 2,6 до 9,6 масс.%.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для производства инфракрасных люминофоров, обладающих при возбуждении излучением в ближнем ИК-диапазоне (0,80-0,82 и 0,90-0,98 мкм).

Изобретение относится к материалам-преобразователям для флуоресцентных источников света. .

Изобретение относится к радиационной физике твердого тела, а именно к веществам (детекторам), предназначенным для люминесцентоной дозиметрии ионизирующих излучений, и может быть использовано в персональной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки на различных объектах.

Изобретение относится к получению материалов, способных интенсивно излучать свет в широком диапазоне спектра под воздействием фото-, электронного иэлектровозбуждения, стабильно в условиях высоких температур, радиации и химически агрессивных средах.

Изобретение относится к области создания люминесцентных наноструктурных композиционных керамических материалов на основе альфа-оксида алюминия и алюмомагниевой шпинели и может быть использовано при разработке светоизлучающих и светосигнальных устройств (например, светофоров), излучающих определенный цветовой тон видимого спектра.

Изобретение относится к области люминофоров. .

Изобретение относится к химии люминофоров, а именно к производству катодолюминофоров на основе сульфидов цинка или цинка и кадмия, активированных медью и алюминием.

Изобретение может быть использовано в типографских красках при производстве и обращении защищенных от подделок документов и изделий. Люминесцентные защитные чернила содержат растворитель и полупроводниковые нанокристаллы, диспергированные в кремнийорганическом соединении, состоящие из последовательно расположенных: полупроводникового ядра 1, первого 2 и второго 3 полупроводниковых слоев, а также внешнего 4 слоя, материал которого выбран из кремнийорганического полимера из ряда, включающего поли(аминоэтил)триметоксисилан, поли(метакрил)триэтоксисилан, поли(метил)триэтоксисилан, поли(меркаптоэтил)триметоксисилан, метил-фениловый полисилоксан, полиэтоксисилан.

Изобретение относится к люминисцентным материалам и их применению в светоизлучающих диодных устройствах. Предложен материал желтого послесвечения, имеющий химическую формулу aY2O3·bAl2O3·cSiO2:mCe·nB·xNa·yP, где a, b, c, m, n, x и y являются коэффициентами, причем a не меньше 1, но не больше 2, b не меньше 2, но не больше 3, c не меньше 0,001, но не больше 1, m не меньше 0,0001, но не больше 0,6, n не меньше 0,0001, но не больше 0,5, x не меньше 0,0001, но не больше 0,2, и y не меньше 0,0001, но не больше 0,5, причем Y, Al и Si являются основными элементами, а Ce, B, Na и P являются активаторами.

Изобретение относится к композициям неорганических люминофоров, пригодных для нанесения защитных химических маркировок ценных материальных объектов от подделок и хищений путем ввода скрытой идентификационной метки.
Наверх