RU2313157C1 - Method for producing visible light and luminescent sources using this method (alternatives) - Google Patents
Method for producing visible light and luminescent sources using this method (alternatives) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2313157C1 RU2313157C1 RU2006120257/28A RU2006120257A RU2313157C1 RU 2313157 C1 RU2313157 C1 RU 2313157C1 RU 2006120257/28 A RU2006120257/28 A RU 2006120257/28A RU 2006120257 A RU2006120257 A RU 2006120257A RU 2313157 C1 RU2313157 C1 RU 2313157C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phosphor
- led
- formula
- light source
- visible light
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области светотехники, а именно приборов, предназначенных для излучения света в видимом диапазоне, и может быть использовано как в приборах индикации, так и освещения.The invention relates to the field of lighting, namely, devices designed to emit light in the visible range, and can be used both in display devices and lighting.
Источники света существуют в самых разных формах выполнения и размерах. При этом, например, лампы накаливания известны как источники света, у которых, как правило, вольфрамовую проволоку посредством джоулева тепла нагревают до максимально высокой температуры. При этом создается тепловое излучение. Светоотдача раскаленных проволок резко возрастает с повышением температуры. Помимо этого, известны также так называемые нетепловые источники излучения, такие как разрядные лампы в виде газосветных, ртутных, натриевых или металлогалогенных разрядных ламп в выполнении с высоким или низким давлением. (RU №2260226 МПК7 Н01К 1/4, опубл. 2003.11.10).Light sources exist in a wide variety of forms and sizes. In this case, for example, incandescent lamps are known as light sources, in which, as a rule, a tungsten wire is heated to the highest possible temperature by means of Joule heat. This creates thermal radiation. Light output of hot wires increases sharply with increasing temperature. In addition, so-called non-thermal radiation sources are also known, such as discharge lamps in the form of gas, mercury, sodium or metal halide discharge lamps in a high or low pressure design. (RU No. 2260226
Недостаток всех известных до сих пор работающих от электричества типов источников света в том, что они очень неэффективны в отношении преобразования электрической мощности в видимый световой поток. Наибольшей долей израсходованной электрической мощности является неэкономичная мощность потерь в виде преимущественно тепла.The disadvantage of all known types of light sources that are still working on electricity is that they are very inefficient in converting electrical power into visible light. The largest share of consumed electric power is the uneconomical power of losses in the form of predominantly heat.
В настоящее время в указанной области техники наибольшее применение получили неорганические светодиоды, отличающиеся, среди прочего, длительным сроком службы, незначительной занимаемой площадью, нечувствительностью к тряске и излучением в узкой полосе спектра. Однако в светодиодах при помощи присущего им излучения полупроводникового материала очень неэффективно реализовать многочисленные цвета излучения в широком диапазоне излучения. Поэтому наиболее яркие светодиодные источники света с широким белым цветом свечения содержат преобразующий люминофор, переизлучающий узкую коротковолновую полосу свечения светодиода в более широкий длинноволновый спектр от 500 нм до 650 нм.Currently, inorganic light emitting diodes are most widely used in this field of technology, characterized, inter alia, by a long service life, a small footprint, insensitive to shaking and radiation in a narrow band of the spectrum. However, using the inherent radiation of a semiconductor material in LEDs, it is very inefficient to realize multiple radiation colors in a wide radiation range. Therefore, the brightest LED light sources with a wide white color of luminescence contain a converting phosphor that re-emits a narrow short-wavelength emission band of the LED into a wider long-wavelength spectrum from 500 nm to 650 nm.
Известен способ создания белого света в котором светодиод, излучающий в ультрафиолетовой (УФ) или синей области спектра от 420 до 470 нм, комбинируется со смесью люминофоров, состоящей не менее чем из двух люминофоров, излучающих с различными спектрами. Применяемая смесь люминофоров всегда содержит в себе один красный компонент и один зеленый компонент. В этом случае благодаря смешению этих цветов с синим излучением возникает белый свет. Люминесцентный источник света на его основе содержит в себе светодиод, излучающий исключительно синий свет, или лазерный диод, который взаимодействует со смесью люминофоров (WO 0033390, МПК С09К 11/07, опубл. 2006.06.08).There is a method of creating white light in which an LED emitting in the ultraviolet (UV) or blue region of the spectrum from 420 to 470 nm is combined with a mixture of phosphors consisting of at least two phosphors emitting with different spectra. The applied phosphor mixture always contains one red component and one green component. In this case, due to the mixing of these colors with blue radiation, white light arises. A luminescent light source based on it contains an LED emitting exclusively blue light, or a laser diode that interacts with a mixture of phosphors (WO 0033390, IPC S09K 11/07, published 2006.06.08).
Однако светодиод, излучающий исключительно синий свет, изготавливается на основе твердых растворов AlGaN и имеет в настоящее время недостаточную мощность излучения (менее 300 миллиВатт) из-за малой проводимости области р-типа проводимости. Возникающие при прохождении через нее тока тепловые потери обуславливают разогрев светодиода до 200°С, его малый коэффициент полезного действия (менее 5%) и малую яркость свечения (не более 40 люмен/Ватт).However, an LED emitting exclusively blue light is made on the basis of AlGaN solid solutions and currently has insufficient radiation power (less than 300 milliwatts) due to the low conductivity of the p-type region. The heat loss arising during the passage of current through it causes the LED to warm up to 200 ° C, its low efficiency (less than 5%) and low brightness (not more than 40 lumens / watt).
Наиболее чувствительным для человеческого глаза для целей освещения и индикации в видимом диапазоне излучения является зеленый свет. До настоящего времени выпускали светодиоды зеленого цвета свечения на основе эпитаксиальных структур твердых растворов фосфида галлия без преобразующего люминофора (Semiconductor Physics, Quantum electronics and optoelectronics, 2003, v.6, №4, p.499-504).The most sensitive to the human eye for illumination and display purposes in the visible range of radiation is green light. Until now, green LEDs have been produced based on the epitaxial structures of gallium phosphide solid solutions without a converting phosphor (Semiconductor Physics, Quantum electronics and optoelectronics, 2003, v.6, No. 4, p. 499-504).
Однако наиболее яркие светодиоды зеленого диапазона имеют оптическую мощность менее 200 миллиВатт.However, the brightest green LEDs have an optical power of less than 200 milliwatts.
Известны способ создания белого света и люминесцентный источник на его основе со светоизлучающим полупроводниковым элементом УФ (WO 0033389, МПК Н01L 33/00, опубл. 2006.06.08), в которых для преобразования излучения в видимую область спектра в качестве люминофора применяют Ва2SiO4:Eu2+.A known method of creating white light and a luminescent source based on it with a UV light emitting semiconductor element (WO 0033389, IPC H01L 33/00, publ. 2006.06.08), in which Ba 2 SiO 4 is used as a phosphor for converting radiation into the visible region of the spectrum. : Eu 2+ .
Однако максимум излучения люминофора Ba2SiO4:Eu2+приходится примерно на 505 нм, так что с помощью такой комбинации нельзя надежно создать источник излучения в видимом диапазоне.However, the maximum emission of the phosphor Ba 2 SiO 4 : Eu 2+ is approximately 505 nm, so using this combination it is impossible to reliably create a radiation source in the visible range.
Наиболее близким способом создания белого света, принятым за прототип, является способ, включающий облучение антистоксового люминофора инфракрасным излучением, причем люминофор выбирают из группы активированных трехвалентными эрбием и иттербием оксосульфидов иттрия, а в качестве источника инфракрасного излучения выбирают излучение титан-сапфирового лазера (возбуждение при 921 нм) (А.Н.Георгобиани и др. "Инфракрасная люминесценция соединений Y2O2S:Er3+и Y2O3:Er3+", журнал "Неорганические материалы", 40 (2004), стр.963-968).The closest way to create white light, adopted as a prototype, is a method that involves irradiating an anti-Stokes phosphor with infrared radiation, the phosphor being selected from the group of yttrium oxosulfides activated by trivalent erbium and ytterbium, and titanium-sapphire laser radiation is selected as the infrared source (excitation at 921 nm) (A.N. Georgobiani et al. "Infrared luminescence of compounds Y 2 O 2 S: Er 3+ and Y 2 O 3 : Er 3+ ", journal "Inorganic materials", 40 (2004), p. 963- 968).
Однако эффективность преобразования составила около 2%.However, the conversion efficiency was about 2%.
Известен принятый за прототип люминесцентный источник видимого света, содержащий светодиод и, по меньшей мере, один стоксовый люминофор. Причем светодиод испускает синее и/или ультрафиолетовое излучение, а люминофор представляет собой активированный двухвалентным европием ортосиликат щелочно-земельного металла, излучение которого испускается в желто-зеленой, желтой или оранжевой области спектра (RU, 2251761, МПК Н01L, опубл 2005.05.10).Known adopted for the prototype luminescent source of visible light containing an LED and at least one Stokes phosphor. Moreover, the LED emits blue and / or ultraviolet radiation, and the phosphor is an alkali-earth metal orthosilicate activated by divalent europium, the radiation of which is emitted in the yellow-green, yellow, or orange spectral region (RU, 2251761, IPC Н01L, publ. 2005.05.10).
Однако использование светодиода для испускания синего и/или ультрафиолетового излучения не позволяет получать оптическую мощность более 300 миллиВатт, что необходимо для целей освещения и индикации.However, the use of an LED to emit blue and / or ultraviolet radiation does not allow an optical power of more than 300 milliwatts to be obtained, which is necessary for lighting and display purposes.
Предлагаемое изобретение решает задачу преобразования инфракрасного излучения в видимый диапазон с большой выходной оптической мощностью и высоким коэффициентом полезного действия.The present invention solves the problem of converting infrared radiation into the visible range with a large output optical power and high efficiency.
Техническим результатом при этом являются разработка способа и устройств на его основе для получения света в диапазоне от желто-зеленого, желтого до оранжево-желтого цвета оптической мощностью вплоть до 10 ватт и коэффициентом полезного действия вплоть до 20%.The technical result in this case is the development of a method and devices based on it for producing light in the range from yellow-green, yellow to orange-yellow with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of up to 20%.
Поставленная задача достигается за счет разработки способа получения видимого света, включающего облучение антистоксового люминофора инфракрасным излучением, новизна которого заключается в том, что облучение осуществляют излучением в спектральном диапазоне 940-1030 нм, а в качестве антистоксового люминофора берут неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения.The problem is achieved by developing a method for producing visible light, which includes irradiating an anti-Stokes phosphor with infrared radiation, the novelty of which is that irradiation is carried out by radiation in the spectral range 940-1030 nm, and inorganic material with a spectral absorption band close to that is taken as an anti-Stokes phosphor to the infrared spectral band.
В настоящей заявке под термином «антистоксовый люминофор» понимается люминофор, преобразующий длинноволновое инфракрасное излучение в более коротковолновое видимое излучение.In this application, the term "anti-Stokes phosphor" refers to a phosphor that converts long-wave infrared radiation into shorter wavelength visible radiation.
В качестве неорганического материала можно брать активированный трехвалентными эрбием и иттербием оксосульфид иттрия одного из нижеследующих составов или смеси из этих составов:As inorganic material, you can take yttrium oxosulfide activated by trivalent erbium and ytterbium from one of the following compositions or a mixture of these compounds:
а) but)
гдеWhere
0,01<х<0,05; 0,005<у<0,05; х≥у; х+у<0,10.01 <x <0.05; 0.005 <y <0.05; x≥y; x + y <0.1
0,5<а<1,5;0.5 <a <1.5;
b) b)
гдеWhere
0,01<х<0,05; 0,01<у<0,05; х<у; х+у<0,10.01 <x <0.05; 0.01 <y <0.05; x <y; x + y <0.1
0,5<а<1,5;0.5 <a <1.5;
В качестве неорганического материала можно также брать активированный трехвалентными эрбием и иттербием оксид иттрия одного из нижеследующих составов или смеси из этих составов:As inorganic material, you can also take activated trivalent erbium and ytterbium yttrium oxide of one of the following compositions or a mixture of these compounds:
a) a)
гдеWhere
0,01<х<0,05; 0,005<у<0,05; х≥у; х+у<0,10.01 <x <0.05; 0.005 <y <0.05; x≥y; x + y <0.1
b) b)
гдеWhere
0,01<х<0,05; 0,01<у<0,05; х<у; х+у<0,10.01 <x <0.05; 0.01 <y <0.05; x <y; x + y <0.1
При этом ионы эрбия, меньшие по размерам, чем ионы иттрия, способствуют смещению максимума излучения в более коротковолновую область, в то время как более крупные ионы иттербия являются центрами поглощения инфракрасного излучения светодиода. Кроме того, было установлено, что для кристалличности, излучающей способности и особенно для стабильности люминофоров, согласно данному изобретению, предпочтительно, дополнительное отклонение по сере или кислороду от стехиометрического состава.In this case, erbium ions, smaller than yttrium ions, contribute to the shift of the radiation maximum to the shorter wavelength region, while larger ytterbium ions are centers of absorption of the infrared radiation of the LED. In addition, it was found that for crystallinity, emissivity, and especially for the stability of the phosphors according to this invention, an additional deviation in sulfur or oxygen from the stoichiometric composition is preferable.
Кроме того, при осуществлении способа может быть использован по крайней мере один, дополнительный люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем, или дисиликата щелочно-земельного магния: Eu2+Mn2+, с формулой (V)In addition, when implementing the method, at least one additional phosphor emitting red light from the group of alkaline earth metal aluminates activated by divalent europium and / or manganese or alkaline earth magnesium disilicate: Eu 2+ Mn 2+ can be used: , with the formula (V)
гдеWhere
0,005<х<0,5; 0,005<у<0,50.005 <x <0.5; 0.005 <y <0.5
и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,and Me = Ba, and / or Sr, and / or Ca,
или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)or from the group of ternary compounds doped with europium and bismuth, with the formula (VI)
где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si).where Me is one of the group of metals vanadium (V), phosphorus (P) or silicon (Si).
Таким способом можно точно установить оттенок белого цвета, требуемый для соответствующего случая применения, и, в частности, можно получить значения Ra (показатель близости координаты цветности к белому цвету) больше 60.In this way, you can precisely set the white hue required for the respective application, and, in particular, you can get Ra (an indicator of the proximity of the color coordinate to white) more than 60.
Оптимальный результат получают при облучении выше описанных люминофоров излучением в спектральном диапазоне 960 нм.The optimal result is obtained by irradiating the above-described phosphors with radiation in the spectral range of 960 nm.
Другим аспектом изобретения является люминесцентный источник видимого света на основе предлагаемого способа, содержащий лампу накаливания. Новизна предлагаемого источника заключается в том, что он дополнительно содержит антистоксовый люминофор, содержащий, по крайней мере, один неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения, причем спектральный диапазон лампы накаливания включает диапазон 940-1030 нм.Another aspect of the invention is a luminescent source of visible light based on the proposed method, containing an incandescent lamp. The novelty of the proposed source lies in the fact that it additionally contains an anti-Stokes phosphor containing at least one inorganic material with a spectral absorption band close to the IR spectral band, and the spectral range of an incandescent lamp includes a range of 940-1030 nm.
В качестве люминофора берут, по крайней мере, одно из соединений формулы (I), (II), (III) или (IV).As the phosphor, at least one of the compounds of the formula (I), (II), (III) or (IV) is taken.
Люминофор может быть размешан в стекле стеклянной колбы лампы накаливания или нанесен на внешнюю или на внутреннюю часть стеклянной колбы лампы накаливания.The phosphor can be mixed in the glass of a glass bulb of an incandescent lamp or deposited on the outer or inner part of a glass bulb of an incandescent lamp.
Для увеличения светового потока, излучаемого лампой на нижнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания, может быть нанесен отражающий слой-рефлектор, и тогда люминофор может быть нанесен на рефлектор и/или диспергирован на верхней части стеклянной колбы лампы, размещенной над рефлекторомTo increase the luminous flux emitted by the lamp, a reflective reflector layer can be applied to the lower part of the glass bulb of the incandescent lamp, and then the phosphor can be applied to the reflector and / or dispersed on the top of the glass bulb of the lamp placed above the reflector
Лампа накаливания может содержать дополнительный люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем, или дисиликата щелочно-земельного магния: Eu2+, Mn2+, с формулой (V)An incandescent lamp may contain an additional phosphor emitting red light from the group of alkaline earth metal aluminates activated by divalent europium and / or manganese, or alkaline earth magnesium disilicate: Eu 2+ , Mn 2+ , with the formula (V)
гдеWhere
0,005<х<0,5; 0,005<у<0,50.005 <x <0.5; 0.005 <y <0.5
и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,and Me = Ba, and / or Sr, and / or Ca,
или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)or from the group of ternary compounds doped with europium and bismuth, with the formula (VI)
где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si),where Me is one of the group of metals vanadium (V), phosphorus (P) or silicon (Si),
причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной, или размещен относительно основного друг за другом в направлении распространения света.moreover, the additional phosphor is spatially located in the same region as the main, or placed relative to the main one after another in the direction of light propagation.
Еще одним аспектом изобретения является люминесцентный источник видимого света на основе предлагаемого способа, содержащий светодиод и, по меньшей мере, один люминофор, в котором новым является то, что в качестве светодиода используют светодиод, содержащий светодиодный чип из арсенида галлия, а в качестве люминофора берут антистоксовый люминофор, содержащий, по крайней мере, один неорганический материал со спектральной полосой поглощения, близкой к спектральной полосе ИК-излучения.Another aspect of the invention is a luminescent source of visible light based on the proposed method, containing an LED and at least one phosphor, in which it is new that an LED containing a gallium arsenide LED chip is used as an LED, and a phosphor is taken anti-Stokes phosphor containing at least one inorganic material with a spectral absorption band close to the infrared spectral band.
Известно (В.П.Гапонцев, В.П.Минаев, В.И.Савин, И.Э.Самарцев. «Медицинские аппараты на основе мощных полупроводниковых лазеров». Квантовая электроника, 2002, №11, с.1003-1006), что из всего многообразия электролюминесцентных диодов наибольшей эффективностью и яркостью свечения обладают светодиоды ИК диапазона на основе эпитаксиальных структур из арсенида галлия. Это объясняется развитой и более простой технологией получения легированных слоев высокой электронной и дырочной проводимостью из этого материала, по сравнению с более широкозонными полупроводниками зеленого (фосфид галлия) и синего (нитрид галлия) диапазонов спектра. Самый эффективный и мощный светодиод на сегодняшний день сделан именно на основе арсенида галлия и имеет максимум излучения 960 нм в ИК области с оптической мощностью 30 Ватт.It is known (V. P. Gapontsev, V. P. Minaev, V. I. Savin, I. E. Samartsev. “Medical devices based on high-power semiconductor lasers.” Quantum Electronics, 2002, No. 11, p. 1003-1006) that of the entire variety of electroluminescent diodes, the most efficient and bright luminescence are the LEDs of the IR range based on epitaxial structures from gallium arsenide. This is explained by the developed and simpler technology for producing doped layers with high electronic and hole conductivity from this material, in comparison with wider-gap semiconductors of the green (gallium phosphide) and blue (gallium nitride) spectral ranges. The most efficient and powerful LED to date is made specifically on the basis of gallium arsenide and has a maximum emission of 960 nm in the IR region with an optical power of 30 watts.
Комбинирование его с подобранными в результате испытания предлагаемого нами способа люминофорами формулы (I), (II), (III) или (IV) позволяет получить источник видимого света с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.Combining it with the luminophores of the formula (I), (II), (III) or (IV) selected as a result of testing our method, allows us to obtain a visible light source with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of 20%.
Источник дополнительно может содержать рефлектор, при этом один или несколько светодиодных чипов размещены на печатной плате внутри рефлектора, а люминофор нанесен на рефлектор и/или диспергирован на световом диске, размещенном над рефлектором.The source may additionally contain a reflector, wherein one or more LED chips are placed on a printed circuit board inside the reflector, and the phosphor is deposited on the reflector and / or dispersed on a light disk located above the reflector.
Предпочтительно залить светодиодные чипы прозрачной заливочной массой. Эта заливочная масса образует, с одной стороны, механическую защиту; с другой стороны, она улучшает также оптические свойства (повышение выхода света из светодиодного кристалла).It is preferable to fill the LED chips with a transparent pouring mass. This casting mass forms, on the one hand, a mechanical protection; on the other hand, it also improves optical properties (increasing the yield of light from an LED crystal).
В качестве заливочной массы оптимальней использовать кремний-неорганический лак.It is best to use silicon-inorganic varnish as the filling mass.
Люминесцентный источник света может дополнительно содержать полимерную линзу, по возможности без газовых включений, причем лучше, если полимерная линза и заливочная масса имеют показатели преломления, отличающиеся не более чем на 0,1, а люминофор диспергирован в заливочной массе, которая связывает микросборку светодиодных чипов на печатной плате. Благодаря похожим показателям преломления на поверхностях раздела почти нет потерь из-за отражения.The luminescent light source may additionally contain a polymer lens, if possible without gas inclusions, and it is better if the polymer lens and the casting mass have refractive indices differing by no more than 0.1, and the phosphor is dispersed in the casting mass, which binds the micro-assembly of LED chips on printed circuit board. Due to similar refractive indices, there are almost no losses due to reflection on the interface.
Для уменьшения высоты механической сборки полимерная линза может иметь выемку сферической или эллиптической формы, заполненную заливочной массой, так что светодиодная микросборка закреплена на незначительном расстоянии от полимерной линзы.To reduce the height of the mechanical assembly, the polymer lens may have a notch of a spherical or elliptical shape filled with a casting mass, so that the LED microassembly is fixed at a small distance from the polymer lens.
Люминофор при этом может быть суспендирован в полимерной линзе.The phosphor can be suspended in a polymer lens.
Люминесцентный источник света может содержать дополнительный люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем, или из группы дисиликатов щелочно-земельного магния: Eu2+, Mn2+, с формулой (V)The luminescent light source may contain an additional phosphor emitting red light from the group of alkaline earth metal aluminates activated by divalent europium and / or manganese, or from the group of alkaline earth magnesium disilicates: Eu 2+ , Mn 2+ , with the formula (V)
гдеWhere
0,005<х<0,5; 0,005<у<0,50.005 <x <0.5; 0.005 <y <0.5
и Ме=Ва, и/или Sr, и/или Са,and Me = Ba, and / or Sr, and / or Ca,
или из группы тройных соединений, легированных европием и висмутом, с формулой (VI)or from the group of ternary compounds doped with europium and bismuth, with the formula (VI)
где Me один из группы металлов ванадий (V), фосфор (Р) или кремний (Si), причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной люминофор, или размещен относительно основного последовательно друг за другом в направлении распространения света..where Me is one of the group of metals vanadium (V), phosphorus (P) or silicon (Si), with the additional phosphor located spatially in the same region as the main phosphor, or placed relative to the main one after another in the direction of light propagation ..
Для того чтобы добиться равномерного распределения люминофора, целесообразно люминофор суспендировать предпочтительно в неорганической матрице. При применении, по меньшей мере, двух люминофоров целесообразно отдельно суспендировать в матрицах, по меньшей мере, два люминофора, расположенных друг за другом в направлении распространения света. Благодаря этому можно снизить концентрацию люминофоров по сравнению с гомогенной дисперсией различных люминофоров.In order to achieve uniform distribution of the phosphor, it is advisable to suspend the phosphor preferably in an inorganic matrix. When using at least two phosphors, it is advisable to separately suspend in the matrices at least two phosphors located one after another in the direction of light propagation. Due to this, it is possible to reduce the concentration of phosphors in comparison with the homogeneous dispersion of various phosphors.
Дальнейшие преимущества изобретения поясняются ниже при помощи примеров осуществления изобретения и чертежей.Further advantages of the invention are explained below by way of example embodiments and drawings.
На фиг.1-2 представлены варианты люминесцентного источника видимого света на основе предлагаемого способа, содержащего лампу накаливания.Figure 1-2 presents options for a luminescent source of visible light based on the proposed method, containing an incandescent lamp.
Данный источник состоит из вольфрамовой нити накаливания 1, закрепленной в цоколе 2, внутри стеклянной колбы 3. На фиг.2 на нижнюю часть стеклянной колбы нанесен рефлектор 4. Он служит для увеличения светового потока, излучаемого лампой.This source consists of a
На фиг.3-4 представлены варианты люминесцентного источника видимого света на основе предлагаемого способа, содержащего светодиод, а на фиг.5-8 показаны спектры (относительная интенсивность I в зависимости от длины волны) различных светодиодных источников света согласно данному изобретению.Figures 3-4 show variants of a luminescent visible light source based on the proposed method comprising an LED, and Figures 5-8 show spectra (relative intensity I depending on wavelength) of various LED light sources according to this invention.
Данные источники состоят из светодиодных чипов 1 из арсенида галлия, размещенных на печатной плате 2. Для изготовления источников освещения целесообразно вместо отдельных светодиодов применять матрицы светодиодов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения формирование цвета осуществляется на матрице светодиодов 1' (см. фиг.4), у которой светодиодные кристаллы 1 собираются непосредственно на печатной плате 2, залитые прозрачной заливочной массой 3, с одной стороны, для защиты светодиодных кристаллов и, с другой стороны, для обеспечения улучшенного вывода света, созданного в светодиоде. Эта заливочная масса 3 может содержать в себе каждый кристалл по отдельности или может представлять собой общую форму для всех кристаллов. На фиг.3 печатная плата 2 вставляется в рефлектор 4, или рефлектор накладывается поверх светодиодных кристаллов 1. На рефлекторе 4 устанавливается световой диск 5. Он служит, с одной стороны, для защиты микросборки; с другой стороны, в этот световой диск можно вводить люминофоры 6.These sources consist of
При работе такого источника инфракрасное излучение от светодиодных чипов 1, проходящее через световой диск 5, при прохождении частично преобразуется люминофором 6 во вторую спектральную область, так что в целом получается свечение зеленого цвета. Потери вследствие эффектов волноводов, возникающих в плоскопараллельных пластинах, уменьшаются благодаря свойствам непрозрачности и рассеяния диска 5. Далее, рефлектор 4 обеспечивает попадание на световой диск 5 только что предварительно направленного света, так что эффекты полного отражения сразу ослабляются.During the operation of such a source, the infrared radiation from the
На фиг.4 печатная плата 2 приклеивается при помощи заливочной массы (3) (например, эпоксида) к прозрачной полимерной линзе 7, которая состоит из другого материала (например, РММА (полиметилметакрилат)). Материалы полимерной линзы 7 и заливочной массы 3 выбираются так, чтобы их показатели преломления были как можно более близкими, т.е. согласованными по фазе. Заливочная масса 3 находится в выемке максимально сферической или эллипсоидальной формы полимерной линзы 7. Форма выемки имеет значение постольку, поскольку в заливочной массе 3 диспергирован материал для абконверсии цвета. Поэтому посредством придания формы можно обеспечить создание цветов излучения, независимых от угла. В качестве альтернативы этому матрицу можно сначала залить прозрачной заливочной массой, а затем приклеить к полимерной линзе при помощи заливочной массы, которая содержит в себе материал для конверсии цвета. Можно также нанести люминофор на полимерную линзу 7.In Fig. 4, the printed
При работе такого источника инфракрасное излучение от светодиодных чипов 1 проходит через заливочную массу 3 и световой диск 5 с растворенным в нем антистоксовым люминофором 6. В люминофоре инфракрасное излучение преобразуется в видимое с энергетической эффективностью около 50%.When this source is working, infrared radiation from the
В предпочтительном варианте осуществления изобретения формирование цвета осуществляется следующим образом:In a preferred embodiment, the formation of color is as follows:
- инфракрасное излучение имеет длину волны 960 нм;- infrared radiation has a wavelength of 960 nm;
- антистоксовый люминофор состава Y1.9O2S: Er0.05, Yb0.05 диспергирован в слое кремний-неорганического лака «Цапон» в объемном соотношении 1:1;- anti-Stokes phosphor composition Y 1.9 O 2 S: Er 0.05 , Yb 0.05 dispersed in a layer of silicon-inorganic varnish "Tsapon" in a volume ratio of 1: 1;
- ионы иттербия поглощают инфракрасные фотоны и передают энергию ионам эрбия, где происходит суммирование энергии ИК фотонов и излучение фотонов зеленого и красного цвета с длинами волн 555 нм и 670 нм (фиг.5).- ytterbium ions absorb infrared photons and transfer energy to erbium ions, where the energy of infrared photons and the emission of green and red photons with wavelengths of 555 nm and 670 nm are summed (Fig. 5).
Для изготовления белых светодиодов с особо хорошим цветовоспроизведением, в которых используются, по меньшей мере, два различных люминофора, целесообразно диспергировать их не вместе в матрице, а диспергировать и наносить по отдельности. Это особенно относится к комбинациям, в которых окончательный цвет света создается в результате многоступенчатого процесса формирования цвета. Это значит, что цвет самого длинноволнового излучения генерируется в процессе излучения, который протекает следующим образом: поглощение излучения светодиода первым люминофором - излучение первого люминофора - поглощение излучения первого люминофора вторым люминофором и излучение второго люминофора. Особенно предпочтительно для процесса такого рода размещать отдельные материалы друг за другом в направлении распространения света, поскольку благодаря этому можно снизить концентрацию материалов по сравнению с гомогенной дисперсией различных материалов.For the manufacture of white LEDs with particularly good color reproduction, in which at least two different phosphors are used, it is advisable to disperse them not together in the matrix, but disperse and apply separately. This is especially true for combinations in which the final color of the light is created as a result of a multi-stage process of color formation. This means that the color of the longest wavelength radiation is generated in the process of radiation, which proceeds as follows: absorption of the LED radiation by the first phosphor - radiation of the first phosphor - absorption of the radiation of the first phosphor by the second phosphor and radiation of the second phosphor. It is especially preferable for a process of this kind to place individual materials one after another in the direction of light propagation, since this can reduce the concentration of materials in comparison with the homogeneous dispersion of various materials.
Данное изобретение не ограничивается описанными примерами. Люминофоры можно было бы также вводить в полимерную линзу (или другую оптику). Можно также размещать люминофор непосредственно поверх светодиодного кристалла или на поверхности прозрачной заливочной массы (фиг.3). Люминофор можно также вводить в матрицу вместе с рассеивающими частицами. Благодаря этому предотвращается осаждение частиц в матрице и обеспечивается равномерный выход света.The invention is not limited to the described examples. Phosphors could also be introduced into a polymer lens (or other optics). You can also place the phosphor directly on top of the LED crystal or on the surface of the transparent casting mass (figure 3). The phosphor can also be introduced into the matrix together with scattering particles. This prevents the deposition of particles in the matrix and ensures uniform light output.
На фиг.5 показан спектр излучения зеленого светодиода, который возник в результате комбинации инфракрасного светодиода АЛ123А, излучающего при напряжении 1.5 В в первой спектральной области с центральной длиной волны 940 нм, и люминофора формулы (I) согласно данному изобретению, имеющего состав Y1.9O2S: Er0.05, Yb0.05, излучающего во второй спектральной области с максимумом 556 нм. Видно также наличие в видимой области спектра электролюминесценции узких пиков с максимумами при 550 нм и 670 нм, а также инфракрасного свечения 980 нм.Figure 5 shows the emission spectrum of a green LED that arose as a result of a combination of an AL123A infrared LED emitting at a voltage of 1.5 V in the first spectral region with a center wavelength of 940 nm and a phosphor of formula (I) according to this invention having a composition of Y 1.9 O 2 S: Er 0.05 , Yb 0.05 , emitting in the second spectral region with a maximum of 556 nm. One can also see the presence in the visible region of the electroluminescence spectrum of narrow peaks with peaks at 550 nm and 670 nm, as well as an infrared glow of 980 nm.
На фиг.6 приведены спектры возбуждения видимых полос свечения 550 нм (а), 556 нм (в) и 670 нм (с) люминофора формулы (I) согласно данному изобретению, имеющего состав Y1.9O2S:Er0.05, Yb0.05, в инфракрасной области спектра свечения (d) инфракрасного светодиода АЛ123А.Figure 6 shows the excitation spectra of the visible emission bands of 550 nm (a), 556 nm (c) and 670 nm (s) of the phosphor of formula (I) according to this invention having the composition Y 1.9 O 2 S: Er 0.05 , Yb 0.05 , in the infrared region of the luminescence spectrum (d) of the AL123A infrared LED.
На фиг.7. представлены типичные спектры электролюминесценции полупроводникового источника света (с использованием люминесцентного материала формулы (I), имеющего состав Y1.9O2S:Er0.05, Yb0.05) при разных уровнях возбуждения. Питание полупроводникового источника осуществляется прямоугольными импульсами от генератора Г5-15, длительность импульса - 10 мкс, период следования импульсов - 100 мкс. Напряжение в импульсе 1.5 В (а), 2.0 В (в). При питании постоянным током спектральная зависимость излучения близка к указанным спектрам. Электролюминесцентный источник света имеет трехполосный спектр излучения в видимой области с характерными полосами при 550, 556 и 670 нм и более длинноволновой широкой полосой 980 нм.7. typical electroluminescence spectra of a semiconductor light source are presented (using a luminescent material of formula (I) having the composition Y 1.9 O 2 S: Er 0.05 , Yb 0.05 ) at different excitation levels. The power of the semiconductor source is provided by rectangular pulses from the G5-15 generator, the pulse duration is 10 μs, the pulse repetition period is 100 μs. The pulse voltage is 1.5 V (a), 2.0 V (v). When supplied with direct current, the spectral dependence of the radiation is close to the indicated spectra. An electroluminescent light source has a three-band emission spectrum in the visible region with characteristic bands at 550, 556 and 670 nm and a longer wavelength wide band at 980 nm.
На фиг.8 представлены примеры комбинации светодиода, излучающего на длине волны 940 нм, с одним люминофором на основе оксосульфида иттрия согласно данному изобретению. Если для преобразования цвета применяется люминофор, излучающий более зеленый свет 550 нм, с составом Y1.9 O1.5 S1.5:Er0.05, Yb0.05 (а), то можно установить цвет более зеленого света, в то время как при применении люминофора с составом Yi1.9 O2S:Er0.06, Yb0.04 можно изготовить источник более желтого света (556 нм) с очень малой интенсивностью красной полосы 670 нм (в). Увеличение доли иттербия в составе люминофора Y1.9 O2S:Er0.04, Yb0.06 (с) приводит к росту интенсивности красной полосы 670 нм в видимой области спектра источника света.On Fig presents examples of a combination of an LED emitting at a wavelength of 940 nm, with one phosphor based on yttrium oxosulfide according to this invention. If a phosphor emitting a greener light of 550 nm with a composition of Y 1.9 O 1.5 S 1.5 : Er 0.05 , Yb 0.05 (a) is used for color conversion, the color of a greener light can be set, while when using a phosphor with the composition Yi 1.9 O 2 S: Er 0.06 , Yb 0.04 it is possible to produce a source of more yellow light (556 nm) with a very low intensity of the red band 670 nm (in). An increase in the proportion of ytterbium in the phosphor Y 1.9 O 2 S: Er 0.04 , Yb 0.06 (s) leads to an increase in the intensity of the red band of 670 nm in the visible region of the spectrum of the light source.
Пример 1. Способ приготовления люминофоров.Example 1. The method of preparation of phosphors.
Для изготовления люминофоров на основе оксосульфидов иттрия соответственно выбранному составу тщательно смешиваются в стехиометрических количествах исходные вещества - оксид иттрия, оксид эрбия, а также оксид иттербия, которые в ходе твердофазной реакции, обычной для изготовления светящихся красок, в восстановительной атмосфере сероводорода при температурах в диапазоне от 1100°С до 1400°С превращаются в требуемый люминофор. В заявленном изобретении можно также заменить часть оксидов сульфидами путем добавки соединений названных элементов в соответствующих стехиометрии количествах, которые можно подвергнуть термическому синтезу в инертной атмосфере. Подобным образом можно добиться встраивания незначительных количеств ионов редкоземельных металлов в соответствующую кристаллическую решетку.For the manufacture of phosphors based on yttrium oxosulphides according to the selected composition, the starting materials — yttrium oxide, erbium oxide, and ytterbium oxide, which during the solid-phase reaction, which is usual for the manufacture of luminous paints, in a reducing atmosphere of hydrogen sulfide at temperatures ranging from 1100 ° C to 1400 ° C are converted into the desired phosphor. In the claimed invention, it is also possible to replace part of the oxides with sulfides by adding compounds of the above elements in appropriate stoichiometry amounts that can be thermally synthesized in an inert atmosphere. In a similar way, insignificant amounts of rare-earth metal ions can be incorporated into the corresponding crystal lattice.
Полученные люминофоры на основе оксосульфидов иттрия согласно данному изобретению излучают на длинах волн, примерно, 980 нм, 660 нм и 550 нм и имеют несколько узких линий с полушириной пика до 10 нм (фиг.5).The obtained phosphors based on yttrium oxosulfides according to this invention emit at wavelengths of about 980 nm, 660 nm and 550 nm and have several narrow lines with a peak half-width up to 10 nm (Fig. 5).
Благодаря соответствующим параметрам реакции и благодаря определенным изменениям концентраций серы и кислорода, гранулометрический состав люминофоров согласно данному изобретению можно оптимально приспособить к требованиям соответствующего применения, не используя причиняющие повреждения процессы механического измельчения. Таким способом можно установить все узко- и широкополосные гранулометрические составы со средними размерами зерен d50 примерно от 2 мкм до 20 мкм.Due to the appropriate reaction parameters and due to certain changes in the concentrations of sulfur and oxygen, the particle size distribution of the phosphors according to this invention can be optimally adapted to the requirements of the respective application without using damaging mechanical grinding processes. In this way, it is possible to establish all narrow and broadband particle size distributions with average grain sizes d 50 from about 2 μm to 20 μm.
Пример 2. Способ получения видимого света зеленого свечения.Example 2. A method of producing visible light of green glow.
В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (I) Y1.90 O1.5 S1.5:Er0.05, Yb0.05, спектральная полоса поглощения которого 940-1020 нм (фиг.6) близка к спектральной полосе максимума ИК-излучения 1100 нм лампы накаливания. Люминофор предварительно был размешан в стекле стеклянной колбы лампы накаливания. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.An incandescent lamp, the spectral range of which includes 350-1500 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, take the anti-Stokes phosphor of the formula (I) Y 1.90 O 1.5 S 1.5 : Er 0.05 , Yb 0.05 , the spectral absorption band of which 940-1020 nm (Fig.6) is close to the spectral band of the maximum infrared radiation of 1100 nm incandescent lamps. The phosphor was previously mixed in the glass of a glass bulb of an incandescent lamp. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 3. Способ получения видимого света желтого свечения.Example 3. A method for producing visible light of yellow glow.
В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (II) Y1.9 O2 S:Er0.04, Yb0.06, спектральная полоса поглощения (фиг.6) которого 940-1020 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. Люминофор наносят на внешнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.An incandescent lamp, the spectral range of which includes 350-1500 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, take the anti-Stokes phosphor of the formula (II) Y 1.9 O 2 S: Er 0.04 , Yb 0.06 , the spectral absorption band (Fig.6) of which 940-1020 nm is close to the spectral band of infrared radiation of an incandescent lamp. The phosphor is applied to the outside of a glass bulb of an incandescent lamp. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 4. Способ получения видимого света зеленого свечения.Example 4. A method of producing visible light of green glow.
В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (III) Y1.91O3: Er0.05, Yb0.04, спектральная полоса поглощения (фиг.6) которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. Люминофор наносят на внутреннюю часть стеклянной колбы лампы накаливания. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.An incandescent lamp, the spectral range of which includes 350-1500 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, take the anti-Stokes phosphor of the formula (III) Y 1.91 O 3 : Er 0.05 , Yb 0.04 , the spectral absorption band (Fig.6) of which 950-1010 nm is close to the spectral band of infrared radiation of an incandescent lamp. The phosphor is applied to the inside of a glass bulb of an incandescent lamp. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 5. Способ получения видимого света желтого свечения.Example 5. A method of producing visible light with a yellow glow.
В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y1.91O3: Er0.04, Yb0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм (фиг.6) близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. На нижнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.2) и люминофор наносят на рефлектор. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.An incandescent lamp, the spectral range of which includes 350-1500 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, take the anti-Stokes phosphor of the formula (IV) Y 1.91 O 3 : Er 0.04 , Yb 0.05 , the spectral absorption band of which 950-1010 nm (Fig.6) is close to the IR spectral band of the incandescent lamp. A reflective reflector layer is applied to the lower part of the glass bulb of the incandescent lamp (Fig. 2) and the phosphor is applied to the reflector. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 6. Способ получения видимого света желтого свечения.Example 6. A method of producing visible light with a yellow glow.
В качестве источника излучения берут лампу накаливания, спектральный диапазон которой включает 350-1500 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y1.91 O3: Er0.04, Yb0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм (фиг.6) близка к спектральной полосе ИК-излучения лампы накаливания. На нижнюю часть стеклянной колбы лампы накаливания наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.2) и люминофор диспергируют на верхнюю часть стеклянной колбы лампы, размещенную над рефлектором. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.An incandescent lamp, the spectral range of which includes 350-1500 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, take the anti-Stokes phosphor of the formula (IV) Y 1.91 O 3 : Er 0.04 , Yb 0.05 , the spectral absorption band of which 950-1010 nm (Fig.6) is close to the IR spectral band of the incandescent lamp. A reflective reflector layer is applied to the lower part of the glass bulb of the incandescent lamp (FIG. 2) and the phosphor is dispersed onto the upper part of the glass bulb of the lamp placed above the reflector. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 7. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 7. A method for producing visible light of orange glow.
То же, что в примере 6, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем Са0.95 Al2O4:Eu0.05.The same as in example 6, only a phosphor emitting red light from the group of alkaline earth metal aluminates activated by divalent europium and / or manganese Ca 0.95 Al 2 O 4 : Eu 0.05 is added only to the anti-Stokes phosphor.
Причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.Moreover, the additional phosphor is spatially located in the same region as the main one. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 8. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 8. A method of obtaining visible light of orange glow.
То же, что в примере 6, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет Y1.94O2S: Eu0.03, Bi0.03. Причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.The same as in example 6, only a phosphor emitting red light Y 1.94 O 2 S: Eu 0.03 , Bi 0.03 is added to the anti-Stokes phosphor only. Moreover, the additional phosphor is located relative to the main one after another in the direction of light propagation. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 9. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 9. A method for producing visible light of orange glow.
То же, что в примере 6, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы дисиликата щелочно-земельного магния: Eu2+, Mn2+, с формулой (V) Са2.94MgSi2O8:Eu0.03, Mn0.03, причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении лампы накаливания часть ее инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, увеличивая ее яркость свечения примерно на 20-25%.The same as in example 6, only to the anti-Stokes phosphor is added a phosphor emitting red light from the group of alkaline earth magnesium disilicate: Eu 2+ , Mn 2+ , with the formula (V) Ca 2.94 MgSi 2 O 8 : Eu 0.03 , Mn 0.03 , the additional phosphor being located relative to the main one after another in the direction of light propagation. When you turn on the incandescent lamp, part of its infrared radiation is converted into visible light, increasing its brightness by about 20-25%.
Пример 10. Способ получения видимого света зеленого свеченияExample 10. A method of producing visible light of green glow
В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм (фиг.5). В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (I) Y1.9 O1.5 S1.5: Er0.05, Yb0.05, спектральная полоса поглощения которого 940-1020 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода. Люминофор предварительно был диспергирован в заливочной массе светодиода. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.An LED containing a matrix of LED chips made of gallium arsenide, the spectral range of which is 940-1000 nm, is taken as a radiation source (Fig. 5). As the phosphor, take the anti-Stokes phosphor of the formula (I) Y 1.9 O 1.5 S 1.5 : Er 0.05 , Yb 0.05 , the spectral absorption band of which 940-1020 nm is close to the spectral band of the IR radiation of the LED. The phosphor was previously dispersed in the fill mass of the LED. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a bright glow (Fig. 7) with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of 20%.
Пример 11. Способ получения видимого света желтого свечения.Example 11. A method of producing visible light with a yellow glow.
В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон (фиг.6) которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (II) Y1.9 O2 S: Er0.04, Yb0.06, спектральная полоса поглощения которого 940-1020 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода (фиг.6). Люминофор предварительно был диспергирован в заливочной массе светодиода. При включении светодиода(напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.An LED containing a matrix of LED chips made of gallium arsenide, the spectral range (Fig.6) of which is 940-1000 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor take the anti-Stokes phosphor of the formula (II) Y 1.9 O 2 S: Er 0.04 , Yb 0.06 , the spectral absorption band of which 940-1020 nm is close to the spectral band of the infrared radiation of the LED (Fig.6). The phosphor was previously dispersed in the fill mass of the LED. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a bright glow (Fig. 7) with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of 20%.
Пример 12. Способ получения видимого света зеленого свечения.Example 12. A method of producing visible light of green glow.
В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (III) Y1.91 O3:Er0.05, Yb0.04, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода (фиг.6). Люминофор предварительно был диспергирован в заливочной массе светодиода. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.An LED containing a matrix of LED chips made of gallium arsenide, the spectral range of which is 940-1000 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor take anti-Stokes phosphor of the formula (III) Y 1.91 O 3 : Er 0.05 , Yb 0.04 , the spectral absorption band of which 950-1010 nm is close to the spectral band of infrared radiation of the LED (Fig.6). The phosphor was previously dispersed in the fill mass of the LED. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a bright glow (Fig. 7) with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of 20%.
Пример 13. Способ получения видимого света желтого свечения.Example 13. A method of producing visible light with a yellow glow.
В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y1.91 O3: Er0.04, Yb0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода. На нижнюю часть светодиода наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.3) и люминофор наносят на рефлектор. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%. При этом рефлектор увеличивает яркость в направлении вперед.An LED containing a matrix of LED chips made of gallium arsenide, the spectral range of which is 940-1000 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, an anti-Stokes phosphor of the formula (IV) Y 1.91 O 3 : Er 0.04 , Yb 0.05 , the spectral absorption band of which 950-1010 nm is close to the spectral band of the IR radiation of the LED, is taken. A reflective reflective layer is applied to the lower part of the LED (Fig. 3) and a phosphor is applied to the reflector. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a bright glow (Fig. 7) with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of 20%. In this case, the reflector increases the brightness in the forward direction.
Пример 14. Способ получения видимого света желтого свеченияExample 14. A method of obtaining visible light of yellow glow
В качестве источника излучения берут светодиод, содержащий матрицу светодиодных чипов из арсенида галлия, спектральный диапазон которого составляет 940-1000 нм. В качестве люминофора берут антистоксовый люминофор формулы (IV) Y1.91O3: Er0.04, Yb0.05, спектральная полоса поглощения которого 950-1010 нм близка к спектральной полосе ИК-излучения светодиода. На нижнюю часть светодиода наносят отражающий слой-рефлектор (фиг.3) и люминофор диспергируют в световом диске, размещенном над рефлектором. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая яркое свечение (фиг.7) с оптической мощностью вплоть до 10 Ватт и коэффициентом полезного действия 20%.An LED containing a matrix of LED chips made of gallium arsenide, the spectral range of which is 940-1000 nm, is taken as a radiation source. As the phosphor, an anti-Stokes phosphor of the formula (IV) Y 1.91 O 3 : Er 0.04 , Yb 0.05 , the spectral absorption band of which 950-1010 nm is close to the spectral band of the IR radiation of the LED, is taken. A reflecting layer-reflector is applied to the lower part of the LED (Fig. 3) and the phosphor is dispersed in a light disk placed above the reflector. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a bright glow (Fig. 7) with an optical power of up to 10 watts and an efficiency of 20%.
Пример 15. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 15. A method for producing visible light of orange glow.
То же, что в примере 14, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы алюминатов щелочно-земельных металлов, активированных двухвалентным европием и/или марганцем Са0.95 Al2O4:Eu0.05.The same as in example 14, only a phosphor emitting red light from the group of alkaline earth metal aluminates activated by divalent europium and / or manganese Ca 0.95 Al 2 O 4 : Eu 0.05 is added only to the anti-Stokes phosphor.
Причем дополнительный люминофор расположен пространственно в той же области, что и основной. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая более красное видимое свечение.Moreover, the additional phosphor is spatially located in the same region as the main one. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a redder visible glow.
Пример 16. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 16. A method of obtaining visible light of orange glow.
То же, что в примере 14, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы тройных соединений легированных европием и висмутом с формулой (VI)The same as in example 14, only to the anti-Stokes phosphor is added a phosphor emitting red light from the group of ternary compounds doped with europium and bismuth with the formula (VI)
YVO4: Eu, Bi, Y2O2S: Eu, Bi,YVO 4 : Eu, Bi, Y 2 O 2 S: Eu, Bi,
Пример 17. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 17. A method of obtaining visible light of orange glow.
То же, что в примере 16, только в качестве дополнительного люминофора формулы (VI) берут YPO4: Eu, Bi, Y2O2S: Eu, Bi.The same as in example 16, only as an additional phosphor of the formula (VI) take YPO 4 : Eu, Bi, Y 2 O 2 S: Eu, Bi.
Пример 18. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 18. A method for producing visible light of orange glow.
То же, что в примере 16, только в качестве дополнительного люминофора формулы (VI) берут YSiO4: Eu, Bi, Y2O2S: Eu, Bi. Причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении светодиода (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт) часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая более красное видимое свечение.The same as in example 16, only as an additional phosphor of the formula (VI) take YSiO 4 : Eu, Bi, Y 2 O 2 S: Eu, Bi. Moreover, the additional phosphor is located relative to the main one after another in the direction of light propagation. When the LED is turned on (supply voltage 1.2-1.5 Volts), part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a redder visible glow.
Пример 19. Способ получения видимого света оранжевого свечения.Example 19. A method for producing visible light of orange glow.
То же, что в примере 14, только к антистоксовому люминофору дополнительно добавляют люминофор, излучающий красный свет, из группы дисиликата щелочно-земельного магния: Eu2+, Mn2+, с формулой (V) Са2.94MgSi2O8:Eu0.03, Mn0.03, причем дополнительный люминофор расположен относительно основного друг за другом в направлении распространения света. При включении светодиода часть его инфракрасного излучения преобразуется в видимый свет, давая более красное видимое свечение.The same as in example 14, only a phosphor emitting red light from the alkaline earth magnesium disilicate group is added to the anti-Stokes phosphor only: Eu 2+ , Mn 2+ , with the formula (V) Ca 2.94 MgSi 2 O 8 : Eu 0.03 , Mn 0.03 , the additional phosphor being located relative to the main one after another in the direction of light propagation. When the LED is turned on, part of its infrared radiation is converted into visible light, giving a redder visible glow.
Пример 20. Способ получения видимого света зеленого свеченияExample 20. A method of producing visible light of green glow
То же, что в примере 10, только дополнительно источник света содержит полимерную линзу, по возможности без газовых включений (фиг.4). Причем полимерная линза и заливочная масса имеют показатели преломления, отличающиеся не более чем на 0,1, а люминофор диспергирован в заливочной массе.The same as in example 10, only additionally the light source contains a polymer lens, if possible without gas inclusions (figure 4). Moreover, the polymer lens and the casting mass have refractive indices differing by no more than 0.1, and the phosphor is dispersed in the casting mass.
Пример 21. Способ получения видимого света зеленого свечения.Example 21. A method for producing visible light of green glow.
Все как в примере 20, только полимерная линза имеет выемку сферической или эллиптической формы, заполненную заливочной массой так, что светодиодная микросборка закреплена на незначительном расстоянии от полимерной линзы, а люминофор суспендирован в полимерной линзе.Everything is as in example 20, only the polymer lens has a recess of a spherical or elliptical shape, filled with a casting mass so that the LED microassembly is fixed at a small distance from the polymer lens, and the phosphor is suspended in the polymer lens.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемые нами способ получения видимого света и источники света на его основе позволяют получать мощные и компактные источники видимого света с низким рабочим напряжением (напряжение питания 1,2-1,5 Вольт), увеличенной яркости и с высоким коэффициентом полезного действия 20%.As can be seen from the above examples, our proposed method for producing visible light and light sources based on it allow us to obtain powerful and compact visible light sources with a low operating voltage (supply voltage 1.2-1.5 Volts), increased brightness and with a high coefficient of useful 20% action.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006120257/28A RU2313157C1 (en) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | Method for producing visible light and luminescent sources using this method (alternatives) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006120257/28A RU2313157C1 (en) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | Method for producing visible light and luminescent sources using this method (alternatives) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2313157C1 true RU2313157C1 (en) | 2007-12-20 |
Family
ID=38917345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006120257/28A RU2313157C1 (en) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | Method for producing visible light and luminescent sources using this method (alternatives) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2313157C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503881C2 (en) * | 2009-07-06 | 2014-01-10 | Шарп Кабусики Кайся | Backlight device, display device and television receiver |
RU2519242C2 (en) * | 2008-05-08 | 2014-06-10 | Лок-Эф Гмбх | Lighting device |
RU2524456C2 (en) * | 2009-06-24 | 2014-07-27 | Сеул Семикондактор Ко., Лтд. | Light-emitting device using luminescent substances with oxyorthosilicate luminophores |
RU2549561C1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева | Method of rendering two-micron laser radiation into visible light |
RU2681309C2 (en) * | 2014-04-21 | 2019-03-06 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Light device and luminaire |
RU2686665C2 (en) * | 2014-09-16 | 2019-04-30 | Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн | Broadband red light generator for rgb-display |
RU2819497C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-05-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing nanocrystalline composite yttrium oxide |
-
2006
- 2006-06-09 RU RU2006120257/28A patent/RU2313157C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519242C2 (en) * | 2008-05-08 | 2014-06-10 | Лок-Эф Гмбх | Lighting device |
RU2524456C2 (en) * | 2009-06-24 | 2014-07-27 | Сеул Семикондактор Ко., Лтд. | Light-emitting device using luminescent substances with oxyorthosilicate luminophores |
RU2503881C2 (en) * | 2009-07-06 | 2014-01-10 | Шарп Кабусики Кайся | Backlight device, display device and television receiver |
RU2549561C1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева | Method of rendering two-micron laser radiation into visible light |
RU2681309C2 (en) * | 2014-04-21 | 2019-03-06 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Light device and luminaire |
RU2686665C2 (en) * | 2014-09-16 | 2019-04-30 | Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн | Broadband red light generator for rgb-display |
RU2819497C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-05-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing nanocrystalline composite yttrium oxide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20160377262A1 (en) | System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures | |
US6294800B1 (en) | Phosphors for white light generation from UV emitting diodes | |
RU2251761C2 (en) | Light source with light-emitting component | |
JP4477854B2 (en) | Phosphor conversion light emitting device | |
US6255670B1 (en) | Phosphors for light generation from light emitting semiconductors | |
CN1954044B (en) | Rules for efficient light sources using phosphor converted LEDs | |
US8143079B2 (en) | Silicon nanoparticle white light emitting device | |
CN102660269B (en) | Illumination system comprising a radiation source and a luminescent material | |
TWI323947B (en) | Light emitting device and phosphor of alkaline earth sulfide therefor | |
US20040217364A1 (en) | Multiple component solid state white light | |
US10957827B2 (en) | Light emitting diode | |
JP2008508742A (en) | White LED with adjustable color rendering index | |
JP2008140704A (en) | Led backlight | |
JP2009524247A5 (en) | ||
US20220174795A1 (en) | System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures | |
US7834372B2 (en) | High luminous flux warm white solid state lighting device | |
RU2313157C1 (en) | Method for producing visible light and luminescent sources using this method (alternatives) | |
US10847566B2 (en) | High color rendering white light emitting devices and high color rendering photoluminescence compositions | |
US11114592B2 (en) | Light emitting diode | |
US11217733B2 (en) | Light emitting diode | |
KR20100134779A (en) | A luminous device | |
JP2017527114A (en) | Incandescent dimming light emitting diode | |
US11355676B2 (en) | Light emitting diode | |
WO2012165032A1 (en) | Light-emitting device | |
JP6751922B2 (en) | Light emitting device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160610 |