PL227690B1 - Sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich - Google Patents

Sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich Download PDF

Info

Publication number
PL227690B1
PL227690B1 PL412048A PL41204815A PL227690B1 PL 227690 B1 PL227690 B1 PL 227690B1 PL 412048 A PL412048 A PL 412048A PL 41204815 A PL41204815 A PL 41204815A PL 227690 B1 PL227690 B1 PL 227690B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
range
color
radiation
doped
optically active
Prior art date
Application number
PL412048A
Other languages
English (en)
Other versions
PL412048A1 (pl
Inventor
Łukasz MARCINIAK
Łukasz Marciniak
Robert TOMALA
Robert Tomala
Mariusz Stefański
Dariusz HRENIAK
Dariusz Hreniak
Wiesław Stęk
Original Assignee
Instytut Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk
Instytut Niskich Temperatur I Badań Strukturalnych Im Włodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instytut Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk, Instytut Niskich Temperatur I Badań Strukturalnych Im Włodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk filed Critical Instytut Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL412048A priority Critical patent/PL227690B1/pl
Publication of PL412048A1 publication Critical patent/PL412048A1/pl
Publication of PL227690B1 publication Critical patent/PL227690B1/pl

Links

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego Sr2A1-x CexO4 domieszkowanego jonami ziem rzadkich (A= La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 0<x<1).
Znane ze stanu techniki sposoby regulacji barwy w układach z zastosowaniem luminoforów polegają np.: na generowaniu źródła światła poprzez układ trzech diod luminescencyjnych emitujących promieniowanie z zakresu niebieskiego, zielonego i czerwonego. Poprzez zmianę intensywności emisji poszczególnych diod wchodzących w skład urządzenia emitującego następuje zmiana barwy em itowanego światła.
Znany jest także sposób regulacji barwy światła emitowanej z luminoforów zawierających jony lantanowców przy wzbudzeniu promieniowaniem podczerwonym. Widmo emisji w takim przypadku składa się z wąskich spektralnie linii. Wzrost mocy pompowania optycznego z zakresu podczerwonego powoduje zmianę prawdopodobieństwa zachodzenia procesów transferów energii pomiędzy jonami domieszek powodując zmianę względnych intensywności pasm emisyjnych. W ten sposób następuje zmiana barwy emitowanego światła. Sposób taki zastrzega się np.: w patencie amerykańskim US7088040 B1, w którym ujawniono wykorzystanie zjawiska up-konwersji w matrycach zbudowanych z NaYF4 domieszkowanych ER i Yb, YLiF4 domieszkowanych TM i Yb, YF3 domieszkowanych TM i YB oraz YF3 domieszkowanych Er i Yb. Promieniowanie w tym rozwiązaniu jest absorbowane przez jeden z jonów domieszki i poprzez procesy wielofotonowe otrzymuje się promieniowanie charakterystyczne dla jonów lantanowców na III stopniu utlenienia, przy czym promieniowanie to charakteryzujące się wąskimi liniami spektralnymi.
Jak zostało opisane przez B. Korczyc, i inni, Materiały Elektroniczne 39(1), str. 36-39, 2011 r., już sam niedomieszkowany związek Sr2CeO4 jest efektywnym niebieskim luminoforem z maksimum w szerokim paśmie emisji przy ok. 480 nm. Mechanizm luminescencji oparty jest w nim na przeniesieniu ładunku od ligandu do metalu (z O2- do Ce4+) czyli jest odmienny od mechanizmu luminescencji związków domieszkowanych jonami ziem rzadkich gdzie emisja promieniowania związana jest z przejściami elektronów z wyższych, wzbudzonych poziomów energetycznych jonów domieszki.
W artykule A.A. Masalov I inni Functional Materials 15 No. 4 (2008), „Migration-enhanced energy transfer from host to dopant in Sr2CexO4 crystal” opisano proszkowy Sr2CeO4 domieszkowany jonami Eu w stężeniu od 0,1 do 10% wskazując na zamiany charakteru luminescencji przy wzbudzeniu fala UV o długości np.: 325 nm. Ponadto przeprowadzone eksperymenty potwierdziły „ekscytonowy mechanizm” przenoszenia energii wzbudzenia z matrycy kryształu na jony domieszki, wskazując jednocześnie na to, iż Sr2CeO4 może stanowić bazę dla opracowania materiałów luminescencyjnych wykazujących emisję w różnych zakresach spektralnych.
Patent chiński CN102911667B ujawnia sposób syntezy Sr2CeO4 domieszkowanego pierwiastkami ziem rzadkich wybranych z Pr, Tb, Er, Ho, Gd, Tm, Sm. Szczegółowy przykład wykonania dotyczy materiału luminescencyjnego domieszkowanego dwoma pierwiastkami ziem rzadkich wybranych z Eu i Re o wzorze Sr2Eu0.01RexCeO4, gdzie x w zakresie 0.001-0.02. Maksymalna długość fali wzbudzającej dla tego materiału luminescencyjnego wykazującego efekt „konwersji w dół” wynosi 293 nm a maksymalna długość fali emisji wynosi 465 nm.
Natomiast patent chiński CN102391864B ujawnia fluorescencyjny proszek do zastosowania w diodach LED, wzbudzany UV a także sposób jego wytwarzania i zastosowania. Proszek ten stanowi Sr2-xyA'yCeO4:xB3+, gdzie A oznacza Li, Na i jeden lub obydwa spośród Ca i Mg natomiast B oznacza Eu, Pr, Cr lub Sm przy czym 0<x<0,02 a y>0,02. Wynalazek wykorzystuje związek bazowy Sr2CeO4 znany z emisji światła niebieskiego i zielonego przy wzbudzeniu promieniowaniem UV, który jest domieszkowany jonami B emitującymi światło czerwone. Regulacja stosunku x oraz intensywności światła czerwonego a zatem poprzez odpowiednią kompozycję światła niebieskiego i zielonego w połączeniu z czerwonym prowadzi do wytworzenia białego światła.
Artykuł naukowy autorstwa C.A. Rao, P.R.V. Nannapaneni i K.V.R. Murthy J. Sci. Res. 5 (1), 1-11 (2013) zatytułowany „Synthesis and Luminescent Properities of strontium Cerium Oxide Phosphors Doped with Rare Earths” ujawnia sposób syntezy oraz właściwości luminescencyjne Sr2CeO4 domieszkowanego jonami ziem rzadkich (0,5% stężenia jonów La, Eu i Dy). Materiał luminescencyjny został scharakteryzowany pod względem struktury, wielkości cząstek a także własności luminescencyjnych. Pomiar współrzędnych chromatycznych CIE 1931 wskazuje, że zmiana koloru emitowanego
PL 227 690 B1 światła następuje od niebieskiego do białego dla Sr2CeO4 domieszkowanego Eu, wskazując na duży potencjał tego luminoforu do zastosowań jako LED emitujące światło białe.
Badań nad możliwością generacji światła białego na bazie matrycy Sr2Ceo4 dotyczy również artykuł R. Sankara I inni, zatytułowany „Eu3+ Luminescence, Ce4+ -> Eu3+ Energy Transfer, and WhiteRed Light Generation in Sr2CeO4, Journal of The Electrochemical Society, 147 (7) 2773-2779 (2000). Opisane zostały własności luminescencyjne między innymi Sr2-xLaxCe1-xEuxO4 (x = 0.08), Sr2-xCe1-xEuxO4 (x = 0.08), Sr2-xEuxCeO4 (x = 0.08), a także analizie został poddany wpływ koncentracji jonu Eu w zakresie (x = 0.0005-0.15) na te właściwości. Zmiana barwy luminescencji ceranu strontu domieszkowanego Eu w zależności od zawartości Eu następuje od światła pomarańczowego przy zawartości do 0,05 i czerwonego przy zawartości od 0,05 do 0,15.
Cytowane powyżej prace opisują właściwości luminescencyjne luminoforów przy wykorzystaniu standardowej emisji Stokesowskiej.
Znane ze stanu techniki dokumenty, w tym opisane powyżej rozwiązania nie ujawniają sposobu zmiany charakteru luminescencji konkretnego układu poprzez oddziaływanie i/lub zmianę oddziaływania na układ. Rozwiązania ze stanu techniki dotyczą regulacji barwy tzw. „nieciągłej”, to jest zmiany barwy poprzez mieszanie charakterystycznych linii emisyjnych dla poszczególnych składowych układu przez selektywne wzbudzenie. Rozwiązania te nie zapewniają płynności regulacji i wymagają stosowania skomplikowanych i kosztownych systemów regulacji.
Nieoczekiwanie okazało się, że dwuwiązkowe wzbudzanie układu i zmiana mocy pompowania optycznego umożliwia przechodzenie układu przez określony zakres barw i płynną regulację barwy luminoforu.
Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie płynnego sposobu regulacji barwy emitowanego światła przez układ zawierający co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich, gdzie regulacja następuje za pomocą dwóch wiązek promieniowania o zmiennym stosunku mocy.
Istotą rozwiązania według wynalazku jest sposób regulacji barwy emitowanego światła przez układ zawierający co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich Sr2A1-xCexO4 (A=Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, X 0<x<1) charakteryzującego się tym, że sposób obejmuje:
a) wzbudzenie układu pierwszą wiązką promieniowania α, po czym
b) wzbudzenie układu drugą wiązką promieniowania β, po czym
c) zmianę względnego stosunku mocy pompowania optycznego obu wiązek poprzez wzrost intensywności mocy pompowania optycznego wiązki β.
W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się dwa efekty - emisję Stokesowską oraz wzbudzaną w podczerwieni szerokopasmową emisję anty-Stokesowską. Dzięki temu emitowane przy wykorzystaniu wzbudzenia dwuwiązkowego światło charakteryzuje się wyższą wydajnością kwantową emisji niż w przypadku układów wykazujących jedynie emisję Stokesowską.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się wiązkę promieniowania a w zakresie 100-490 nm, szczególnie korzystnie 375 nm.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się wiązkę promieniowania β w zakresie 800-2500 nm, szczególnie korzystnie 808 nm-975 nm.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku moc pompowania optycznego wiązki a zmienia się w zakresie 20-40 mW, natomiast moc pompowania optycznego wiązki β zmienia się w zakresie 0-2 W.
W sposobie według wynalazku matrycę luminoforu umieszcza się przed źródłem wzbudzenia optycznego z zakresu 100-490 nm (ultrafiolet/światło niebieskie), dla którego otrzymujemy niebieską barwę emitowanego światła, następnie wzbudzamy optycznie luminofor drugą, wiązką promieniowania elektromagnetycznego β z zakresu bliskiej podczerwieni. Wzrost mocy promieniowania z zakresu z zakresu 800-2500 nm (bliska podczerwień) wpływa na zmianę barwy emitowanego światła w stronę światła białego. Dalszy wzrost mocy pompowania optycznego wiązki podczerwonej powoduje zmianę barwy emitowanego światła na czerwoną.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku barwa emitowanego światła może być dodatkowo regulowana poprzez dobór średniego rozmiaru ziaren luminoforu. Zaobserwowano, iż wraz ze zmniejszeniem rozmiaru ziarna barwa emitowanego światła przesuwa się w stronę barwy zielonej.
Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się materiał aktywny optycznie, w postaci kryształu, proszku, nanoproszku, ceramiki, szkła lub nanokompozytu.
PL 227 690 B1
Dzięki zaproponowanemu sposobowi regulacji barwy światła można wykonać źródła światła, które będą emitowały szerokopasmowe emisję o barwie dowolnie regulowanej przez użytkownika. W zależności od potrzeb i preferencji barwa światła może być regulowana dowolnie w zakresie od niebieskiej poprzez białą do czerwonej.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia wykres chromatyczności (diagram CIE 1931) ze wskazaniem zależności zmiany barwy światła od mocy wiązki promieniowania dla nanokrystalicznego proszku Sr2CeO4 domieszkowany jonami Eu3+ o stężeniu 1% i średnim rozmiarze ziaren 30 nm.
Przedmiotowe rozwiązanie może znaleźć zastosowanie w przemyśle oświetleniowym. Ze względu na uzyskaną płynność regulacji barwy oraz mniejszy koszt wytworzenia źródła światła z zastosowaniem sposobu regulacji barwy światła według wynalazku jak również charakterystykę spektralną (szerokie pasmo emisji pokrywające cały zakres promieniowania widzialnego) może zastąpić obecnie wykorzystywane świetlówki, diody LED, etc.
Wynalazek przedstawiono bliżej w przykładach wykonania, które nie ograniczają jego zakresu.
P r z y k ł a d 1
Sposób regulacji barwy emitowanego światła w układzie nanokrystalicznego proszku o średnim rozmiarze ziarna 30 nm Sr2CeO4 domieszkowanego 1% Eu3+ poprzez wzbudzenie wiązką UV 375 nm o 20 mW mocy i zwiększając moc wiązki 808 nm od 0 do 2 W możliwe jest regu lowanie barwy emitowanego światła z niebiesko-zielonej do pomarańczowej (fig. 1).
P r z y k ł a d 2
Sposób regulacji barwy emitowanego światła w układzie nanokrystalicznego proszku o średnim rozmiarze ziarna 20 nm Sr2La0.05Ce0.95O4 poprzez wzbudzenie wiązką UV 375 nm o 40 mW mocy i zwiększając moc wiązki 975 od 0 do 2 W możliwa jest regulacja barwy emitowanego światła od ni ebieskiego do pomarańczowego
P r z y k ł a d 3
Sposób regulacji barwy emitowanego światła w układzie nanokrystalicznego proszku o średnim rozmiarze ziarna 15nm Sr2La0.05Ce0.95O4 poprzez wzbudzenie wiązką UV 375 nm o 40 mW mocy i zwiększając moc wiązki 975 od 0 do 2 W możliwa jest regulacja barwy emitowanego światła od zielonego-żółtego do pomarańczowego
P r z y k ł a d 4
Sposób regulacji barwy emitowanego światła w układzie nanokrystalicznego proszku o średnim rozmiarze ziarna 50 nm Sr2Yb0.10Ce0.9O4 poprzez wzbudzenie wiązką UV 375 nm o 40 mW mocy i zwiększając moc wiązki 975 od 0 do 2 W możliwa jest regulacja barwy emitowanego światła od ciemnozielonego do pomarańczowego.

Claims (3)

1. Sposób regulacji barwy emitowanego światła przez układ zawierający co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich o wzorze ogólnym Sr2A1-xCexO4, gdzie A jest wybrane z grupy obejmującej Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oraz X jest w zakresie 0<x<1) znamienny tym, że:
a) wzbudza się układ pierwszą wiązką promieniowania α w zakresie 100-490 nm, po czym
b) wzbudza się układ drugą wiązką promieniowania β w zakresie 800-2500 nm, po czym
c) zmienia się względny stosunek mocy pompowania optycznego obu wiązek poprzez wzrost intensywności mocy pompowania optycznego wiązki α w zakresie 20-40 mW lub wiązki β w zakresie 0-2 W, przy czym element aktywny optycznie stanowi związek w postaci kryształu, proszku, nanoproszku, ceramiki, szkła lub nanokompozytu wybrany z grupy obejmującej Sr2CeO4 domieszkowany 1% Eu3+ lub Sr2La0.05Ce0.95O4 lub Sr2La0.05Ce0. 95O4 lub Sr2Yb0.10Ce0.9O4.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wiązkę promieniowania α o długości 375 nm.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wiązkę promieniowania β w zakresie 808-975 nm.
PL412048A 2015-04-16 2015-04-16 Sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich PL227690B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412048A PL227690B1 (pl) 2015-04-16 2015-04-16 Sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412048A PL227690B1 (pl) 2015-04-16 2015-04-16 Sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL412048A1 PL412048A1 (pl) 2016-10-24
PL227690B1 true PL227690B1 (pl) 2018-01-31

Family

ID=57821637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL412048A PL227690B1 (pl) 2015-04-16 2015-04-16 Sposób regulacji barwy światła emitowanego w układach zawierających co najmniej jedną matrycę z elementem aktywnym optycznie w postaci ceranu strontowego domieszkowanego jonami ziem rzadkich

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL227690B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL412048A1 (pl) 2016-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sakthivel et al. Synthesis, luminescence properties and thermal stability of Eu3+-activated Na2Y2B2O7 red phosphors excited by near-UV light for pc-WLEDs
Liu et al. Synthesis and photoluminescence characteristics of Dy3+ doped NaY (WO4) 2 phosphors
Zhang et al. Single-phased white-light-emitting NaCaBO 3: Ce 3+, Tb 3+, Mn 2+ phosphors for LED applications
Som et al. The energy transfer phenomena and colour tunability in Y 2 O 2 S: Eu 3+/Dy 3+ micro-fibers for white emission in solid state lighting applications
Zhu et al. Luminescence properties and energy transfer of Bi3+/Eu3+-codoped Ca10 (PO4) 6F2 phosphors
Lovisa et al. White photoluminescence emission from ZrO2 co-doped with Eu3+, Tb3+ and Tm3+
Gundiah et al. Novel red phosphors based on vanadate garnets for solid state lighting applications
Pamuluri et al. Role of Dy 3+→ Sm 3+ energy transfer in the tuning of warm to cold white light emission in Dy 3+/Sm 3+ co-doped Lu 3 Ga 5 O 12 nano-garnets
Balakrishnan et al. Photoluminescence properties and energy transfer in the color tunable Ba2CaZn2Si6O17: Bi3+, Tb3+, Eu3+ silicate phosphor for white LED applications
Kuang et al. White-emitting long-lasting phosphor Sr2SiO4: Dy3+
Li et al. Synthesis, energy transfer and photoluminescence properties of thermal-stable multicolour-emitting Ca3Gd (AlO) 3 (BO3) 4: Tb3+, Eu3+ phosphors
Sofich et al. Optical spectroscopy of molybdates with composition Ln2Zr3 (MoO4) 9 (Ln: Eu, Tb)
Gupta et al. Photoluminescence and thermoluminescence properties of Tb3+ doped K3Gd (PO4) 2 nanophosphor
Zhu et al. Synthesis and energy transfer studies of LaMgAl11O19: Cr3+, Nd3+ phosphors
Baig et al. Photoluminescence investigation of trivalent rare earth activated Na3Pb2 (SO4) 3Cl phosphors for solid state lighting
Nascimento et al. Luminescence varied by selective excitation in Eu3+, Tb3+-doped LiSrPO4 phosphors for W-LEDs applications
Haritha et al. Nanocrystalline Sm3+-doped Lu3Ga5O12 garnets: An intense orange-reddish luminescent material for white light emitting devices
Sahare et al. NaLi2PO4: Eu3+ based novel luminescent red phosphor
Sharma et al. Luminescence properties of near-UV excitable yellow-orange light emitting warm CaSrAl2SiO7: Sm3+ phosphors
Yanan et al. Effect of light conversion agent on luminous properties of a new down-converting material SrAl2O4: Eu2+, Dy3+/light conversion agent
Sowjanya et al. Structural, luminescence, energy transfer mechanism, and photometric properties of Sm3+-doped KYBO phosphors
TWI551668B (zh) 改良式砲彈發光材料及其製造方法與光源
Lee et al. Application of red light-emitting diodes using Mg3. 5Ge1. 25O6: Mn4+ phosphor
Armetta et al. Multimodal anti-counterfeiting inks: modern use of an ancient pigment in synergy with a persistent phosphor
Švančárek et al. Photoluminescence of (ZnO) XZ (SiO2) Y:(MnO) Z green phosphors prepared by direct thermal synthesis: The effect of ZnO/SiO2 ratio and Mn2+ concentration on luminescence