Способ получения мелкодисперсного красного люминесцентного материала для создания результирующего белого света в светодиодах

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для создания результирующего белого света в светодиодах. В вакуумно-газовом перчаточном боксе смешивают путем многократного просева в нейтральной атмосфере исходные сухие порошки: нитрид кальция Са3N2, нитрид стронция Sr3N2, нитрид алюминия AlN, нитрид кремния Si3N4 и фторид европия в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х=0,68-0,97; у=0,0009-0,027. К полученной смеси добавляют хлорид аммония и фторид бария сверх стехиометрии в количестве 3-5 вес.% от общей массы шихты в соотношении 1:1. Затем смесь порошков загружают в алундовый тигель, помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С в минуту. Выдерживают 3 ч при 1700°С. Средний размер частиц полученного люминофора 7-11 мкм, коэффициент монодисперсности 0,8-0,9. Интенсивность свечения при длине волны возбуждающего излучения 450-460 нм составляет 95-97 %. 4 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам получения мелкодисперсных фотолюминофоров с размером частиц менее 7-11 мкм, используемых для конвертирования излучения синих светодиодов в красную, оранжево-красную область спектра с целью получения результирующего белого света, в частности к способу получения люминофора на основе кальциево-алюминиевого нитрида кремния, активированного европием, который применяют в двухкомпонентных светодиодных источниках освещения.

Уровень техники

В патенте [US 8093798, кл. МПК С09K 11/59, H01J 1/63, H01L 33/50, опубл. 31.12.2009] авторами были получены образцы (Ca0.94Eu0.02Li0.04)5Al3.8Si8.2N18, содержащие, как видно, не более 4 мол.% лития. Литий вводился в кристаллическую решетку как элемент, замещающий Са2+. В первом из приведенных составов одновременно с литием вводили трехзарядный ион Се3+ для компенсации дефицита заряда. В итоге два двухзарядных иона Са2+замещали на два иона (Li и Се3+) также с суммарным зарядом 4+. Во втором случае зарядовую компенсацию другим ионом не проводили. В этом случае литий, по формальному признаку, частично замещал стронций. Для сохранения значения индекса 18 у азота было уменьшено содержание алюминия и увеличено содержание кремния. Согласно приведенным данным введение лития без зарядового компенсатора приводит к снижению яркости на 7%, не сопровождается заметным сдвигом положения максимума, но уменьшает полуширину спектра на 6-8 нм.

Совместное допирование кристаллов Li1+ и Се3+ также не привело к улучшению оптических характеристик и ухудшало температурную устойчивость свечения.

В заявке WO 2005083037 А1 «Система освещения, содержащая источник излучения и флуоресцентный материал» (кл. МПК С09K 11/77, H01L 33/00, опубл. 09.09.2005) показан люминофор общей формулы (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz.

В заявке WO 2007025973 «Карбидонитридосиликатное люминесцентное вещество» (кл. МПК Н05В 33/14, опубл. 08.03.2007) показан люминофор общей формулы (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz, где 0<a<5.

Наиболее близок к заявленному способ получения стронциево-кальциевого кремниево-алюминиевого нитрида, активированного европием (заявка US 2010/0308712, кл. МПК H01J 1/63, С09K 11/80, С09K 11/85, опубл. 09.12.2010). Способ включает смешивание в стехиометрическом соотношении в нейтральной атмосфере в вакуумно-газовом перчаточном боксе исходных сухих порошков: нитрида кальция Ca3N2, нитрида стронция, нитрида алюминия AlN, нитрида кремния Si3N4, фторида европия и добавление к указанной смеси хлорида аммония либо фторида бария, последующую загрузку полученной смеси порошков в тигель, помещение в печь, а также спекание при температуре 1700°С со скоростью прогрева порядка 10°С/мин и выдержку при этой температуре 2-10 ч. Однако авторы предлагают вводить фторид бария в стехиометрическом соотношении, предполагая встраивание бария вместо иттрия в решетке нитрида. Кроме того, авторы не описывают совместно введение хлорида аммония и фторида бария, основной спекающей добавкой в заявке является фторид аммония.

В данных заявках авторы используют различные соединения бария в качестве плавня и таким образом добиваются улучшения морфологии получаемых порошков, однако не описано применение смеси плавней: низкотемпературного, легкоразлагающегося и выделяющего большие количества энергии, которые могут быть переданы активатору для более полного встраивания в решетку люминофору, следствием чего является недостаточная интенсивность таких люминофоров. Кроме того, при применении больших количеств высокотемпературных плавней возможно получить высокую интенсивность свечения, но при этом произойдет резкое увеличение среднего размера частиц, что в большинстве случаев неприемлемо.

В заявленном нами изобретении выполняются два условия: высокая интенсивность свечения при среднем размере частиц порядка 7-11 микрон.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание мелкодисперсного люминофора со средним размером частиц 7-11 мкм, увеличение кристалличности, а также увеличение интенсивности люминесценции по сравнению с аналогами.

Технический результат - уменьшение длительности процесса получения люминесцентного материала, увеличение кристалличности улучшением морфологии и степени встраивания активатора (европия) в основание люминофора, и как следствие, увеличение интенсивности люминесценции по сравнению с аналогами.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения люминесцентного материала для создания результирующего белого света в светодиодах включает смешивание исходных твердых порошков: нитрида кальция Са3N2, нитрида стронция Sr3N2, нитрида алюминия AlN, нитрида кремния Si3N4, фторида европия, в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х находится в диапазоне от 0,68 до 0,97 и у находится в диапазоне от 0,0009 до 0,027, путем многократного просева в нейтральной атмосфере в вакуумно-газовом перчаточном боксе (для предотвращения возможного окисления применяемых материалов), и добавлением к указанной смеси хлорида аммония и фторида бария в соотношении 1:1 в количестве 3-5 вес.% процентов от общей массы шихты, после чего смесь порошков загружают в алундовый тигель и помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С/мин, время выдержки при 1700°С 3 часа.

Особенностью данной технологии является использование смеси хлорида аммония и фторида бария, которые добавляют для достижения двух основных целей: хлорид аммония как низкотемпературный плавень для обеспечения наиболее полного встраивания европия в основание люминофора, фторид бария как высокотемпературный плавень для улучшения морфологии получаемых частиц.

Основным отличием предлагаемого изобретения от прототипа является введение фторида бария сверх стехиометрии, а не как элемента замещения, а также введение совместное введение в определенном соотношении фторида бария и хлорида аммония. Введение фторида бария сверх стехиометрии для данного типа люминофоров оказывает положительное влияние на спектральную интенсивность получаемого состава, поскольку вводимый агент играет роль только минерализатора и не выполняет функцию замещающего агента, как в прототипе. В отличие от прототипа в заявленном изобретении, четко прописано совместное введение хлорида аммония и фторида бария в соотношении 1:1 и количестве 3-5 вес.% сверх стехиометрии, что приводит: а) к более полному встраиванию активатора - влияние хлорида аммония, б) увеличению интенсивности люминесценции за счет введения минерализатора фторида бария сверх стехиометрии. в) при введении данных добавок отдельно комбинированного эффекта не наблюдается, он также отсутствует при других соотношениях данных компонентов, при другом способе ввода, при использовании других минерализаторов, г) температуры и длительность спекания соответствуют типу и количеству вводимых добавок.

Осуществление изобретения

Предлагаемый люминофор получают следующим образом.

Пример 1

Исходные сухие порошки: нитрид кальция Са3N2, нитрид стронция Sr3N2, нитрид алюминия AlN, нитрид кремния Si3N4, фторид европия, в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х находится в диапазоне от 0,68 до 0,97 и у лежит в диапазоне от 0,0009 и 0,027, смешивают путем многократного просева в вакуумно-газовом перчаточном боксе без добавления к указанной смеси хлорида аммония и фторида бария сверх стехиометрии от общей массы шихты, после чего смесь порошков загружают в алундовый тигель и помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С/мин, время выдержки при 1700°С 3 часа. Средний размер частиц люминофора 15-20 мкм, коэффициент монодисперсности 0,8-0,9. Интенсивность свечения (при λвозб=450-460 нм) составляет 87-90% относительно интенсивности свечения крупнокристаллического аналога.

Пример 2

Исходные сухие порошки: нитрид кальция Са3N2, нитрид стронция Sr3N2, нитрид алюминия AlN, нитрид кремния Si3N4, фторид европия, в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х находится в диапазоне от 0,68 до 0,97 и у лежит в диапазоне от 0,0009 и 0,027, смешивают путем многократного просева в вакуумно-газовом перчаточном боксе, и добавлением к указанной смеси хлорида аммония и фторида бария сверх стехиометрии в количестве 1-2 вес.% от общей массы шихты в соотношении 1:1, после чего смесь порошков загружают в алундовый тигель и помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С/мин, время выдержки при 1700°С 3 часа. Средний размер частиц люминофора 10-15 мкм, коэффициент монодисперсности 0,8-0,9. Интенсивность свечения (при λвозб=450-460 нм) составляет 89-92% относительно интенсивности свечения крупнокристаллического аналога.

Пример 3

Исходные сухие порошки: нитрид кальция Са3N2, нитрид стронция Sr3N2, нитрид алюминия AlN, нитрид кремния Si3N4, фторид европия, в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x.ySrxEuyAlSiN3, где х находится в диапазоне от 0,68 до 0,97 и у лежит в диапазоне от 0,0009 и 0,027, смешивают путем многократного просева в вакуумно-газовом перчаточном боксе, и добавлением к указанной смеси хлорида аммония и фторида бария сверх стехиометрии в количестве 2-3 вес.% процентов от общей массы шихты в соотношении 1:1, после чего смесь порошков загружают в алундовый тигель и помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С/мин, время выдержки при 1700°С 3 часа. Средний размер частиц люминофора 7-11 мкм, коэффициент монодисперсности 0,8-0,9. Интенсивность свечения (при λвозб=450-460 нм) составляет 93-95% относительно интенсивности свечения крупнокристаллического аналога.

Пример 4

Исходные сухие порошки: нитрид кальция Са3N2, нитрид стронция Sr3N2, нитрид алюминия AlN, нитрид кремния Si3N4, фторид европия, в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х находится в диапазоне от 0,68 до 0,97 и у лежит в диапазоне от 0,0009 и 0,027, смешивают путем многократного просева в вакуумно-газовом перчаточном боксе, и добавлением к указанной смеси хлорида аммония и фторида бария сверх стехиометрии в количестве 3-5 вес.% от общей массы шихты в соотношении 1:1, после чего смесь порошков загружают в алундовый тигель и помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С/мин, время выдержки при 1700°С 3 часа. Средний размер частиц люминофора 7-11 мкм, коэффициент монодисперсности 0,8-0,9. Интенсивность свечения (при λвозб=450-460 нм) составляет 95-98% относительно интенсивности свечения крупнокристаллического аналога.

Следовательно, применение смеси двух спекающих добавок из хлорида аммония и фторида бария, добавляемых на стадии смешивания исходных прекурсоров в диапазоне от 3 до 5 вес.% от общей массы шихты способствует получению нитридных люминофоров с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3 с наиболее высокой интенсивностью свечения, что объясняется улучшением морфологии конечного продукта и более высокой степенью встраивания активатора (европия) в решетку основания люминофора.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного способа получения люминесцентного материала для создания результирующего белого света в светодиодах не известна из уровня техники и значит соответствует условию патентоспособности «Новизна».

В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного способа получения люминесцентного материала, который может быть использован в двухкомпонентных светодиодных источниках освещения и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Способ получения мелкодисперсного красного люминесцентного материала для создания результирующего белого света в светодиодах, включающий смешивание путем многократного просева в нейтральной атмосфере в вакуумно-газовом перчаточном боксе исходных сухих порошков: нитрида кальция Са3N2, нитрида стронция Sr3N2, нитрида алюминия AlN, нитрида кремния Si3N4, фторида европия в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х находится в диапазоне от 0,68 до 0,97 и у находится в диапазоне от 0,0009 до 0,027, и добавление к указанной смеси хлорида аммония и фторида бария сверх стехиометрии в количестве 3-5 вес.% от общей массы шихты в соотношении 1:1, после чего смесь порошков загружают в алундовый тигель, помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С в минуту, время выдержки при 1700°С 3 часа.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в светодиодах. Смешивают гидроксиды иттрия, церия, галлия и алюминия.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение срока службы и повышение эффективности освещения.

Изобретение относится к светодиодному модулю, предназначенному для установки в светильник. Техническим результатом является обеспечение упрощения сборки.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности освещения.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности освещения и упрощение конструкции.

Изобретение относится к области светотехники, а именно к узлу светодиодной лампы. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств.

Изобретение относится к области светотехники, а именно: к осветительному прибору, содержащему корпус с соединителем для источника света со светодиодами, отражающий коллиматор и преломляющий коллиматор, а также к способу его изготовления.

Настоящее изобретение относится к плоскому осветительному устройству (1), содержащему носитель (2), включающий в себя теплопроводный слой (7), по меньшей мере один твердотельный источник (3) света, расположенный на передней стороне носителя (2), и электроизолирующий крышечный элемент (5a, 5b) в тепловом контакте с упомянутой передней стороной и задней стороной, противоположной упомянутой передней стороне.

Изобретение может быть использовано в устройствах подсветки и жидкокристаллических устройствах отображения. Лист люминофора включает барьерные пленки 12 и 13 для водяного пара и расположенный между ними слой 11 люминофора, например, на основе сульфида.

Настоящее изобретение обеспечивает способ выполнения универсальной светодиодной лампочки, светодиодную лампочку, имеющую конструкцию стопорного кольца, и лампу, выполненную согласно способу.

Изобретение может быть использовано в светодиодах. Смешивают гидроксиды иттрия, церия, галлия и алюминия.

Изобретение может быть использовано в устройствах подсветки и жидкокристаллических устройствах отображения. Лист люминофора включает барьерные пленки 12 и 13 для водяного пара и расположенный между ними слой 11 люминофора, например, на основе сульфида.

Изобретение может быть использовано при изготовлении осветительных устройств. Сначала смешивают люминесцентные наночастицы, наружная поверхность которых покрыта двумя типами защитных молекул, с предшественником твердого полимера.

Изобретение относится к области технической светотехники и может быть использовано при изготовлении осветительных приборов. Фотолюминофор нейтрально-белого свечения со структурой граната на основе оксидов редкоземельных элементов и элементов IIIa подгруппы имеет следующую химическую формулу: (ΣLn,Bi)3[(ΣMl)2][AlO4-x(F,N)x]3, где Ln - лантаноиды Y, Се, Lu, Tb; Ml - В, Al, Ga; [х]≤0,2 атомных долей.

Изобретение относится к области светотехники, а именно к светодиодным светильникам, применяемым для промышленного, уличного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение яркости.
Изобретение относится к производству источников освещения. Способ изготовления свечи предусматривает пропитку горючего волокнистого тканого/вязаного материала расплавом жирового вещества, свертывание его в рулон - сверток цилиндрической формы, отверждение.

Изобретение относится к химической промышленности и светотехнике и может быть использовано при изготовлении систем освещения. Светоизлучающее устройство содержит источник света для излучения света с первой длиной волны и элемент, преобразующий свет с первой длиной волны в свет со второй длиной волны.

Изобретение может быть использовано при изготовлении светоизлучающих приборов, испускающих ультрафиолетовое излучение. Люминесцентный материал имеет химическую формулу (Y1-xLux)9LiSi6O26:Ln, где Ln - трехвалентный редкоземельный металл, выбранный из Pr, Nd или их смеси; 0,0≤x≤1,0.

Группа изобретений относится к области светотехники, а именно к осветительным устройствам для неподвижной установки модульной конструкции, с использованием светодиодов, и корпуса как его составной части в качестве несущего элемента, и предназначена для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.

Изобретение может быть использовано в светодиодах. Смешивают гидроксиды иттрия, церия, галлия и алюминия.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для создания результирующего белого света в светодиодах. В вакуумно-газовом перчаточном боксе смешивают путем многократного просева в нейтральной атмосфере исходные сухие порошки: нитрид кальция Са3N2, нитрид стронция Sr3N2, нитрид алюминия AlN, нитрид кремния Si3N4 и фторид европия в стехиометрическом соотношении для получения состава с общей формулой Ca1-x-ySrxEuyAlSiN3, где х0,68-0,97; у0,0009-0,027. К полученной смеси добавляют хлорид аммония и фторид бария сверх стехиометрии в количестве 3-5 вес. от общей массы шихты в соотношении 1:1. Затем смесь порошков загружают в алундовый тигель, помещают в вакуумную печь и производят спекание в формир-газе при температуре 1700°С со скоростью нагрева 4-5°С в минуту. Выдерживают 3 ч при 1700°С. Средний размер частиц полученного люминофора 7-11 мкм, коэффициент монодисперсности 0,8-0,9. Интенсивность свечения при длине волны возбуждающего излучения 450-460 нм составляет 95-97 . 4 пр.

Наверх